(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非走査型の撮像システムであって、
対象物に対する焦点距離を所定の範囲で変更可能な焦点距離可変レンズを有する光学系を備え、前記焦点距離可変レンズにより前記焦点距離を変更して前記対象物の画像情報を取得し、前記対象物の全焦点画像を形成する画像形成装置と、
前記対象物の表面高さの焦点方向の変動を検出するセンサ装置と、
前記センサ装置により検出された前記対象物の表面高さの変動に基づいて、前記対象物の焦点方向の位置を調整する位置調整装置と、を有し、
前記位置調整装置は、前記対象物の表面高さが前記焦点距離可変レンズの焦点距離の変更可能範囲の中央に近づくように前記対象物の焦点方向の位置を調整する、撮像システム。
【請求項２】
前記センサ装置は、前記対象物の表面高さが、前記焦点距離の変更可能範囲内において当該変動可能範囲の中央から所定の閾値変動したことを検出するものであり、
前記位置調整装置は、前記センサ装置により前記対象物の表面高さが前記所定の閾値変動したことを検出したときに、前記対象物の焦点方向の位置を調整する、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記所定の閾値は、前記焦点距離の変更可能範囲の中央を挟んだ両側に設定されている、請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記位置調整装置は、前記対象物の表面高さが前記焦点距離の変更可能範囲の中央に合うように前記対象物の焦点方向の位置を調整する、請求項１〜３のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項５】
前記センサ装置は、前記対象物にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記対象物で反射した前記レーザ光を受光するフォトダイオードを有する、請求項１〜４のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項６】
前記位置調整装置は、前記対象物の焦点方向の位置を移動させる移動装置と、前記移動装置を制御して前記対象物の焦点方向の位置を調整する位置制御部と、を有している、請求項１〜５のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項７】
非走査型の撮像システムを用いた撮像方法であって、
光学系に備えられた焦点距離可変レンズにより対象物に対する焦点距離を変更して前記対象物の画像情報を取得し、前記対象物の全焦点画像を形成する工程と、
前記対象物の表面高さの焦点方向の変動を検出する工程と、
前記対象物の表面高さの変動に基づいて、前記対象物の表面高さが前記焦点距離可変レンズの焦点距離の変更可能範囲の中央に近づくように前記対象物の焦点方向の位置を調整する工程と、を有する、撮像方法。
【請求項８】
前記対象物の表面高さが前記焦点距離の変更可能範囲内において当該変更可能範囲の中央から所定の閾値変動したときに、前記対象物の焦点方向の位置を調整する、請求項７に記載の撮像方法。
【請求項９】
前記所定の閾値は、前記焦点距離の変更可能範囲の中央を挟んだ両側に設定されている、請求項８に記載の撮像方法。
【請求項１０】
前記対象物の表面高さが前記焦点距離の変更可能範囲の中央に合うように前記対象物の焦点方向の位置を調整する、請求項７〜９のいずれかに記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像システム及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡や画像測定装置、検査装置、レーザ加工装置などの撮像システムにおいて、従来より光学系をＺ軸方向（焦点方向）に走査しながら複数枚の画像を取得し、ピントの合った部分画像を合成して、視野全体で合焦した画像（全焦点画像）を形成する走査型の撮像システムが用いられている。
【０００３】
しかし、この走査型の撮像システムでは、光学系をＺ軸方向に走査して必要枚数の画像を取得するまで、光学系をＸ−Ｙ方向（Ｚ軸方向に直交する方向）に移動させることができない。このため、撮像対象物全体の撮像に時間がかかる場合がある。
【０００４】
そこで、近年、焦点距離を変更可能な焦点距離可変レンズを光学系に搭載し、対象物に対する焦点距離を変更させながら画像情報を取得して全焦点画像を形成する非走査型の撮像システムが提案されている（特許文献１参照）。この非走査型の撮像システムでは、走査型の撮像システムのように光学系をＺ軸方向に機械的に移動させる必要がなく、瞬時に焦点距離を変えた画像を得ることができるため、一の視野の全焦点画像を取得しながら撮像範囲をＸ−Ｙ方向に移動させることができ、よって対象物全体の撮像を短時間で行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１０４１３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の非走査型の撮像システムでは、観察倍率やシステムサイズなどにより焦点距離可変レンズの焦点距離の変更可能範囲（拡張焦点深度）に制約がある。このため、対象物の表面に大きなうねりや段差等があると、焦点距離可変レンズの焦点距離の変更可能範囲では十分に対応できず、画像の一部のピントがぼけることが起こり得る。
【０００７】
本願はかかる点に鑑みてなされたものであり、非走査型の撮像システムを用いて短時間の撮像を実現しつつ、対象物の表面のうねりや段差に対応して画像のピンボケを抑制することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意検討した結果、対象物の表面高さの変動を検出し、その検出に基づいて、対象物の表面高さが焦点距離変更レンズの焦点距離の変更可能範囲の中央に近づくように対象物の焦点方向の位置を調整することで、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は以下の態様を含む。
（１）対象物に対する焦点距離を所定の範囲で変更可能な焦点距離可変レンズを有する光学系を備え、前記焦点距離可変レンズにより前記焦点距離を変更して前記対象物の画像情報を取得し、前記対象物の全焦点画像を形成する画像形成装置と、前記対象物の表面高さの焦点方向の変動を検出するセンサ装置と、前記センサ装置により検出された前記対象物の表面高さの変動に基づいて、前記対象物の焦点方向の位置を調整する位置調整装置と、を有し、前記位置調整装置は、前記対象物の表面高さが前記焦点距離可変レンズの焦点距離の変更可能範囲の中央に近づくように前記対象物の焦点方向の位置を調整する、撮像システム。
（２）前記センサ装置は、前記対象物の表面高さが、前記焦点距離の変更可能範囲内において当該変動可能範囲の中央から所定の閾値変動したことを検出するものであり、前記位置調整装置は、前記センサ装置により前記対象物の表面高さが前記所定の閾値変動したことを検出したときに、前記対象物の焦点方向の位置を調整する、（１）に記載の撮像システム。
（３）前記所定の閾値は、前記焦点距離の変更可能範囲の中央を挟んだ両側に設定されている、（２）に記載の撮像システム。
（４）前記位置調整装置は、前記対象物の表面高さが前記焦点距離の変更可能範囲の中央に合うように前記対象物の焦点方向の位置を調整する、（１）〜（３）のいずれかに記載の撮像システム。
（５）前記センサ装置は、前記対象物にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記対象物で反射した前記レーザ光を受光するフォトダイオードを有する、（１）〜（４）のいずれかに記載の撮像システム。
（６）前記位置調整装置は、前記対象物の焦点方向の位置を移動させる移動装置と、前記移動装置を制御して前記対象物の焦点方向の位置を調整する位置制御部と、を有している、（１）〜（５）のいずれかに記載の撮像システム。
（７）光学系に備えられた焦点距離可変レンズにより対象物に対する焦点距離を変更して前記対象物の画像情報を取得し、前記対象物の全焦点画像を形成する工程と、前記対象物の表面高さの焦点方向の変動を検出する工程と、前記対象物の表面高さの変動に基づいて、前記対象物の表面高さが前記焦点距離可変レンズの焦点距離の変更可能範囲の中央に近づくように前記対象物の焦点方向の位置を調整する工程と、を有する、撮像方法。
（８）前記対象物の表面高さが前記焦点距離の変更可能範囲内において当該変更可能範囲の中央から所定の閾値変動したときに、前記対象物の焦点方向の位置を調整する、（７）に記載の撮像方法。
（９）前記所定の閾値は、前記焦点距離の変更可能範囲の中央を挟んだ両側に設定されている、（８）に記載の撮像方法。
（１０）前記対象物の表面高さが前記焦点距離の変更可能範囲の中央に合うように前記対象物の焦点方向の位置を調整する、（７）〜（９）のいずれかに記載の撮像方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非走査型の撮像システムを用いて短時間の撮像を実現しつつ、対象物の表面のうねりや段差に対応して画像のピンボケを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】撮像システムの構成の一例を示す斜視図である。
【図２】撮像システムの内部構成の一例を示す模式図である。
【図３】フォトダイオードの信号電圧を示すグラフである。
【図４】焦点距離の変更波形を示すグラフである。
【図５】光学フィルタを用いた撮像システムの内部構成の一例を示す模式図である。
【図６】対象物の焦点方向の位置を変更する例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
＜撮像システム＞
図１は、本実施の形態にかかる撮像システム１の構成の一例を示す斜視図である。撮像システム１は、例えば測定機１０と、コンピュータ１１と、プリンタ１２等を有しており、この測定機１０及びコンピュータ１１の中に、本発明における画像形成装置２０、センサ装置２１及び位置調整装置２２が組み込まれている。図２は、撮像システム１の内部構成の一例を示す模式図である。
【００１４】
画像形成装置２０は、図２に示すように例えば顕微鏡の光学系３０と、画像処理部３１と、光学系制御部３２を有している。
【００１５】
光学系３０は、測定機１０に搭載されている。光学系３０は、無限遠補正光学系であり、例えば光源４０と、ビームスプリッター４１と、対物レンズ４２と、結像レンズ４３と、コリメートレンズ４４と、焦点距離可変レンズ４５と、結像レンズ４６と、カメラ４７等を有している。光源４０から出力された光は、ビームスプリッター４１で反射し対物レンズ４２を通過して対象物Ｏの表面に照射され、その対象物Ｏの表面で反射した光は、対物レンズ４２、結像レンズ４３、コリメートレンズ４４、焦点距離可変レンズ４５及び結像レンズ４６を通ってカメラ４７に入力される。カメラ４７で取得した画像データは、画像処理部３１に出力される。
【００１６】
焦点距離可変レンズ４５は、例えば可変音響式屈折率分布型レンズである。焦点距離可変レンズ４５は、レンズ制御部４８からの制御信号により、光学系３０の対象物Ｏに対する焦点距離を所定の変更可能範囲Ｓ（図２に示す）内で変更させることができる。焦点距離の変更可能範囲Ｓは、対物レンズ４２の観察倍率や光学系３０のサイズ等によって定まる。焦点距離可変レンズ４５は、レンズ制御部４８から周期的な正弦波形の制御信号が付与されると、その制御信号と同じ周期、例えば数百ｋＨｚ程度の周波数で焦点距離を連続的に変化させることができる。焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央をＰとし、この中央Ｐ付近に対象物Ｏの表面が合わせられる。
【００１７】
画像処理部３１は、例えばコンピュータ１１に搭載されていている。画像処理部３１は、例えば焦点距離可変レンズ４５により焦点距離を変更しながらカメラ４７で取得した対象物Ｏの画像データを処理して対象物Ｏの全焦点画像を形成する。この全焦点画像の形成プロセスについては後述する。
【００１８】
光学系制御部３２は、例えばコンピュータ１１に搭載されている。光学系制御部３２は、光源４０及びレンズ制御部４８を制御する。
【００１９】
センサ装置２１は、測定機１０に搭載されている。センサ装置２１は、例えばレーザ光源６０と、ビームスプリッター６１、６２、６３と、フォトダイオード６４、６５等を有している。ビームスプリッター６１は、光学系３０の結像レンズ４３とコリメートレンズ４４の間に配置され、ビームスプリッター６２は、レーザ光源６０とビームスプリッター６１の間に配置され、ビームスプリッター６３は、ビームスプリッター６２とフォトダイオード６４、６５との間に配置されている。レーザ光源６０から発せられたレーザ光は、ビームスプリッター６１で反射し、結像レンズ４３、対物レンズ４２を通って対象物Ｏの表面に入射し、その対象物Ｏの表面で反射したレーザ光は、対物レンズ４２、結像レンズ４３、ビームスプリッター６１、６２、６３を通って各フォトダイオード６４、６５に入力される。
【００２０】
フォトダイオード６４は、対象物Ｏの表面高さが図２に示すαの位置（焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐを基準として上に距離αずれた位置）にあるときに図３に示すようにレーザ光の入力信号の強度（信号電圧）が最大となるように配置され、フォトダイオード６５は、対象物Ｏの表面高さが図２に示すβの位置（焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐを基準として下に距離βずれた位置）にあるときにレーザ光の入力信号の強度（信号電圧）が最大となるように配置されている。よってセンサ装置２１は、フォトダイオード６４、６５へのレーザ光の入力信号をモニタリングすることによって、うねりや段差による対象物Ｏの表面高さの焦点方向Ｌ（図２の上下方向）への変動を検出できる。フォトダイオード６４、６５で取得した対象物Ｏの位置情報は、例えば図２に示す後述の位置制御部７１に出力される。なお、位置制御部７１は、レーザ光源６０の制御も行ってもよい。本実施の形態では、例えばα＝β＜Ｓ／２に設定されている。
【００２１】
位置調整装置２２は、図２に示すように例えば移動装置７０と、位置制御部７１を有している。移動装置７０は、例えば測定機１０に搭載されている。移動装置７０は、例えば光学系３０全体を焦点方向Ｌに移動させる。移動装置７０は、例えば光学系３０の筐体を保持するスライダ８０と、回転によりスライダ８０を焦点方向Ｌに移動させるボールねじ８１と、ボールねじ８１を回転させるモータ８２等から構成されている。これにより、移動装置７０は、光学系３０を移動させることにより対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を移動させることができる。
【００２２】
位置制御部７１は、コンピュータ１１に搭載されている。センサ装置２１に対象物Ｏの表面高さの変動をモニタリングさせ、対象物Ｏの表面高さが、焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐから閾値としての距離α、β変動したことを検出したときに、移動装置７０を駆動し、対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐに戻すように対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を調整する。
【００２３】
測定機１０は、図１に示すように対象物Ｏを載置しＸ−Ｙ方向（水平方向）に移動させるＸ−Ｙステージ（水平移動装置）１００や、対象物ＯのＸ−Ｙ方向の移動や光学系３０のＺ方向への位置調整を手動で行うためのジョイスティック１０１等を備えている。なお、Ｘ−Ｙステージ１００は、対象物Ｏを上下に昇降する昇降装置を備えていてもよい。
【００２４】
コンピュータ１１は、記憶部に記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することで各種制御を実現できる。コンピュータ１１は、例えば画像形成装置２０と、センサ装置２１と、位置調整装置２２の動作を制御する。コンピュータ１１は、上述の画像処理部３１と、光学系制御部３２及び位置制御部７１を少なくとも有している。コンピュータ１１は、例えばディスプレイ１１０、キーボード１１１、マウス１１２等を備えている。
【００２５】
＜撮像方法＞
上述の撮像システム１で実行される撮像プロセスの一例を説明する。
【００２６】
先ず、光学系３０において、光源４０により光が対象物Ｏに照射される。このとき、焦点距離可変レンズ４５により、対象物Ｏに対する焦点距離が図４に示すようにカメラ４７のフレームレートの数百〜数千倍の周期の数十ｋＨｚの周期の正弦波形で変動される。この焦点距離の正弦波形は、焦点距離の変更可能範囲Ｓで変動する。この露光時にカメラ４７は、焦点距離が変動している（焦点位置が動いている）対象物Ｏの画像情報を連続的に取得する。この画像情報は、画像処理部３１に出力され、この画像処理部３１では、一枚の画像のための一定期間（フレーム露光時間Ｔ）内の対象物Ｏの連続的な画像情報を積分した画像（積分画像）が得られる。この積分画像は、露光中に合焦範囲（焦点距離の変更可能範囲）Ｓにわたって取得された情報を含むピンぼけ画像となる。対象物Ｏの全焦点画像は、この積分画像から余分な画像情報を除去することによって形成される。この積分画像から余分な画像情報を除去する方法は、例えば積分画像を計算的に画像処理して行ってもよいし、光学フィルタを使用して事前に積分画像となる光をフィルタリングして行ってもよい。
【００２７】
例えば画像処理により積分画像から余分な画像情報を除去する場合には、例えば積分画像の合焦範囲Ｓに対応する所定の点拡散関数（ＰＳＦ：Point spread function）を使用することによって積分画像をデコンボリューションする。点拡散関数（ＰＳＦ）は、錯乱円、すなわち、撮像システムから所与の距離にある点光源の円形画像を、錯乱円の半径ｒ及び合焦位置ＦＰの関数として特徴付ける。点拡散関数は、撮像システム（例えば、撮像システム１）に関して経験的に決定することができ、ピルボックス（pill box）又はガウス曲線等の関数にモデル化された点拡散関数を使用して推定してもよく、又は既知の方法により基本回折原理、例えばフーリエ光学を使用して推測してもよい。合焦範囲Ｓ内の様々な合焦距離でのそのような点拡散関数は、予期される露光寄与又は妥当性に従って加重（重み付け）し得る。例えば、露光中に焦点距離が移動する場合、各焦点距離は、その露光内の対応する時間期間中の画像露光に寄与し、その距離に対応する点拡散関数をそれに従って加重し得る。そのような加重点拡散関数寄与は、予期される合焦範囲Ｓにわたって合算又は積分し得る。代替的には、焦点距離変化が時間の既知の関数である場合、そのような点拡散関数寄与は、以下の図２を参照して示される手法と同様に、予期される合焦範囲Ｓの掃引に対応する時間期間にわたって積分し得る。
【００２８】
変調合焦位置を有する撮像システムでは、積分点拡散関数ｈは、次式の関係になる。
【数１】
0006742783.tif 000002
式中、Ｐ（ＦＰ（ｔ））は点拡散関数であり、ＦＰ（ｔ）は時間依存合焦位置である。撮像システム１の合焦位置は、積分画像の画像露光又は積分時間に対応する合計積分時間Ｔにわたり、時間ｔの関数として変調し得る。
【００２９】
積分画像のデコンボリューションは、いくつかの用途では「ブラー関数」と呼び得る積分点拡散関数ｈから、露光で各持続時間を有するある範囲の合焦位置にわたって露光される高被写界深度画像をデコンボリューションする逆演算として理解し得る。積分画像は、次式の２次元関数ｇ（ｘ，ｙ）として表すことができ、積分点拡散関数ｈを用いた全点焦点画像ｆ（ｘ，ｙ）（寸法ｍ×ｎを有する画像アレイに対応する）のコンボリューションとなる。
ｇ（ｘ，ｙ）＝ｆ＊ｈ＝ΣmΣnｆ（ｍ，ｎ）ｈ（ｘ−ｍ，ｙ−ｎ）    式２
【００３０】
周波数領域では、このコンボリューションは、Ｆ及びＨとして表されるｆ及びｈのフーリエ変換の積で表し得る。
Ｇ＝Ｆ・Ｈ          式３
ｆ及びｈのフーリエ変換は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを使用して効率的に特定し得る。全点焦点画像（周波数領域での）は、ここではＨrとして示されるＨの逆行列で画像Ｇを処理する（すなわち、乗算する）ことによって特定し得る。逆行列Ｈrは、いくつかの既知の方法で計算し得る。例えば、Ｈの単純な疑似逆行列は、式
【数２】
0006742783.tif 000003
によって特定し得る。式中、Ｈ*はＨの複素共役であり、ｋは、撮像システム１の機能に経験的に基づいて選ばれる実数である。例示的な一実施形態では、ｋは０．０００１である。最後に、全点焦点画像ｆを、
【数３】
0006742783.tif 000004
として計算し得る。疑似逆行列に対するよりロバストな代替は、Kenneth R. CastlemanによるDigital Image Processing（Rentice-Hall, Inc., 1996）に記載されるウィナーデコンボリューション（Wiener Deconvolution）又はルーシーリチャードソン反復アルゴリズム(Lucy-Richardson iterative algorithm)に従って計算し得る。さらに、画像の処理はブロックに基づくノイズ除去を含み得る。
【００３１】
次に、光学フィルタにより積分画像から余分な画像情報を除去する場合には、図５に示すように、フーリエ光学系の基本方法により全点焦点画像の撮像システムのフーリエ面に配置される受動的光学フィルタ１２０を使用して、デコンボリューションを光学的に実行して、比較的鮮明な全点焦点画像をリアルタイムで提供し得る。
【００３２】
なお、積分画像から余分な画像情報を除去する方法は、上記方法に限られず、公知のあらゆる手段を用いて行ってもよい。
【００３３】
上述のとおり積分画像から一枚の全焦点画像が作成されるが、これを例えば対象物ＯをＸ−Ｙステージ１００により水平方向に移動させながら連続的に行うことで、対象物Ｏ全体の全焦点画像が形成される。
【００３４】
ところで、上述のとおり光源４０から対象物Ｏに光が照射され、カメラ４７がその反射光から画像情報を取得している間、センサ装置２１が作動し、レーザ光源６０からレーザ光が発光される。このレーザ光は、対象物Ｏの表面に照射され、その反射光がフォトダイオード６４、６５に入力される。フォトダイオード６４、６５への入力信号は、位置調整装置２２の位置制御部７１に出力されモニタリングされる。そして、例えば対象物Ｏが水平方向に移動し、対象物Ｏの表面の大きなうねりや段差により、フォトダイオード６４で検出される光の強度が極大に達し、対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐから距離αに達したとき、又はフォトダイオード６５で検出される光の強度が極大に達し、対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐから距離βに達したときに、対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置調整を行う補助機能が作動する。
【００３５】
具体的には、図６に示すように対象物Ｏの表面高さが距離αに達したときに、移動装置７０が作動し、光学系３０を対象物Ｏから遠ざけ、対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐに近づくように対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を調整する。このとき、光学系３０を例えばα（ΔＺ）だけ上げて、焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐと対象物Ｏの表面高さを合わせる。
【００３６】
一方、対象物Ｏの表面高さが距離βに達したときには、移動装置７０が作動し、光学系３０を対象物Ｏに近づけ、対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐに近づくように対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を調整する。このとき、光学系３０を例えばβ（ΔＺ）だけ下げて、焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐと対象物Ｏの表面高さを合わせる。対象物Ｏの位置調整後は、対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置調整を行う補助機能を停止させる。
【００３７】
そして、引き続きカメラ４７による画像情報の取得が行われ、対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐから距離α或いは距離βだけずれる度に補助機能が作動し、位置調整装置２２により対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置が調整される。また対象物Ｏの表面に大きなうねりや段差がなく、対象物Ｏの表面高さが距離α或いは距離βずれない間は、対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置調整は行われない。こうして、常に対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓ内にあるように対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置が調整される。
【００３８】
本実施の形態によれば、センサ装置２１により検出された対象物Ｏの表面高さの焦点方向Ｌの変動に基づいて、位置調整装置２２により対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐに近づくように対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を調整できるので、対象物Ｏの表面に焦点距離の変更可能範囲Ｓを超えるうねりや段差があっても、対象物Ｏの表面がいつも焦点距離の変更可能範囲Ｓ内に置かれる。これにより、全焦点画像においてピンボケが生じることが抑制される。よって、非走査型の撮像システム１を用いて短時間の撮像を実現しつつ、対象物Ｏの表面高さの変化に対応して画像のピンボケを抑制できる。また、このときの位置調整装置２２の位置調整精度は、対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓに入りさえすればよいので、低くてもよく、撮像システム１のコストを低減できる。
【００３９】
位置調整装置２２が、センサ装置２１により対象物Ｏの表面高さが所定の閾値、すなわち距離α、β変動したことを検出したときに、対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を調整するので、位置調整装置２２が作動する頻度を低減でき、位置調整装置２２への負担を低減できる。
【００４０】
所定の閾値α、βは、焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐを挟んだ両側に設定されているので、対象物Ｏの表面高さが高くなったり低くなったりしても適切に対応できる。
【００４１】
位置調整装置２２は、対象物Ｏの表面高さが焦点距離の変更可能範囲Ｓの中央Ｐに合うように対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を調整するので、対象物Ｏの表面高さが閾値に達する頻度を極力低減できる。
【００４２】
センサ装置２１は、対象物Ｏにレーザ光を照射するレーザ光源６０と、対象物Ｏで反射したレーザ光を受光するフォトダイオード６４、６５を有するので、対象物Ｏの表面高さの変動の検出を好適に行うことができる。
【００４３】
位置調整装置２２は、対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を移動させる移動装置７０と、移動装置７０を制御して対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置を調整する位置制御部７１を有しているので、対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置調整を好適に行うことができる。
【００４４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４５】
例えば以上の実施の形態において、対象物Ｏの表面高さの変動の閾値が焦点距離の変更可能範囲Ｓ内の距離αとβに設定されていたが、これに限られない。閾値は、焦点距離の変更可能範囲Ｓの限界値（範囲Ｓの上限値、下限値）に設定してもよいし、焦点距離の変更可能範囲Ｓ外に設定してもよい。また、閾値のα、βはいずれか一方だけ設定されていてもよい。また閾値のα、βは、互いに同じ値であってもよいし別の値であってもよい。また、閾値を設定せずに、対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置調整を随時行ってもよい。
【００４６】
対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置の調整は、閾値分の距離α、β調整しなくてもよく、閾値分の距離αや距離βより小さい距離調整してもよい。対象物Ｏの焦点方向Ｌの位置の調整は、移動装置７０により光学系３０を移動させて行っていたが、対象物Ｏを移動させて行ってもよいし、両方を移動させて行ってもよい。
【００４７】
以上の実施の形態において記載した撮像システム１の構成、すなわち画像形成装置２０、センサ装置２１、位置調整装置２２等の構成はこれに限られず、別のものであってもよい。測定機１０、コンピュータ１１等の構成もこれに限られない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、非走査型の撮像システムを用いて短時間の撮像を実現しつつ、対象物の表面のうねりや段差に対応して画像のピンボケを抑制する際に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１  撮像システム
１０  測定機
１１  コンピュータ
２０  画像形成装置
２１  センサ装置
２２  位置調整装置
３０  光学系
３１  画像処理部
６０  レーザ光源
６４、６５  フォトダイオード
７０  移動装置
７１  位置制御部
１００  Ｘ−Ｙステージ
α、β  距離
Ｌ  焦点方向
Ｏ  対象物
Ｐ  中央
Ｓ  焦点距離の変更可能範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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