(57)【要約】【課題】複雑に関連する複数の動作パラメータについて、最適な組み合わせを簡単に見つけ、常に最適な状態で機器類を運用可能にすることを目的とする。【解決手段】セットアップパラメータの値を変更するパラメータ変更手段と、セットアップパラメータを格納する格納手段と、セットアップパラメータの値の評価関数を設定する関数設定手段と、評価関数によりセットアップパラメータの値の評価処理を行い最適なセットアップパラメータを求める関数処理手段とを設けたことを特徴とする、機器の動作に係るパラメータの自動チューニング装置および自動セットアップ装置を提供する。【選択図】  図１
2004178372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の動作に係るパラメータを調整および設定する装置であって、
セットアップパラメータの値を変更するパラメータ変更手段と、
前記セットアップパラメータを格納する格納手段と、
前記セットアップパラメータの値の良否を判定する評価関数を設定する関数設定手段と、
前記評価関数によりセットアップパラメータの値の評価処理を行い、最適なセットアップパラメータを求める関数処理手段と、
を備えることを特徴とする動作パラメータ自動チューニング装置。
【請求項２】
請求項１記載の動作パラメータ自動チューニング装置であって、
前記関数処理手段が、
最適なセットアップパラメータの評価を、各々のパラメータの増減を反復して、該パラメータの最小値を求める評価関数の反復的漸近処理である、
ことを特徴とする動作パラメータ自動チューニング装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の動作パラメータ自動チューニング装置であって、
前記パラメータ変更手段が、
前記求めた最適なセットアップパラメータの各々を表示する表示手段と、
前記求めた最適なセットアップパラメータの各々を編集する編集手段と、
を備えることを特徴とする動作パラメータ自動チューニング装置。
【請求項４】
コンピュータを請求項１から３記載の動作パラメータ自動チューニング装置として動作させるためのプログラム。
【請求項５】
コンピュータを請求項１から３記載の動作パラメータ自動チューニング装置として動作させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項６】
機器の動作パラメータのセットアップを自動的に行う装置であって、
請求項１から３記載の動作パラメータ自動チューニング装置と、
前記関数処理手段が求めた最適なセットアップパラメータに基づき、機器の動作状態を変更する動作変更手段と、
を備えたことを特徴とする動作パラメータの自動セットアップ装置。
【請求項７】
請求項６記載の自動セットアップ装置であって、
評価分析対象および機器の動作状況をセンシングするセンシング手段、
を備えることを特徴とする自動セットアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の動作パラメータを有し、所望の動作をさせるために多大なる調整を要する機器類の自動調整に関し、特に分析機器、評価機器、検査機器などの動作パラメータの自動調整に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種機器類の高機能化に伴い、その構造は複雑化し、それに伴い機器類に所望の動作をさせるために調整を要するパラメータも多種に渡り、それぞれを適正に調整することが困難になってきている。
【０００３】
例えば、分析機器、評価機器、検査機器などの、データ処理系と撮像系を有して原データと撮像データの比較照合を行う装置は、基本となる原データから模擬撮像データを生成する際の生成パラメータと、実像の撮像を行う際の撮像機器の動作の両方において、多数のパラメータの調整を行う必要がある。
【０００４】
データ処理系において、撮像による画像データは、光源の演色性、照度斑、レンズの収差、モアレなどにより劣化し、光電変換の非線型性、量子化誤差なども画像の劣化要因となる。更には、ワークの傾きや位置ずれといった機械的な変動要因も画像データに影響を与える。
【０００５】
また、撮像系において、正しく対象物の撮像データを得るために制御する動作パラメータとしては、レンズの絞りやフォーカス、ステージのＸＹＺの変移量ないし、θなどの偏角、投光器の光量バランス、拡散光の拡散量を変化させる拡散板の位置、カラーバランス調整用の原色光源光量、などがある。
【０００６】
係るパラメータの調整において、予め想定した幾つかの状況に対応するパラメータセットを用いて、各々のパラメータを制御する制御装置を介して、製品の製造条件や検査条件を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−２０２４１０号公報
【０００８】
しかしながら、従来においては、以下の問題がある。すなわち、予め用意するパラメータセットの適正な値への調整は、人手の試行錯誤によるため、最適な状態にすることは困難であり、手間が掛かるという難点がある。
【０００９】
また、一般的にパラメータセット内の各パラメータは、全て独立に設定および変更可能であるが、それぞれのパラメータが複雑に絡み合うため、一つのパラメータの最適値が他のパラメータの適正値を変化させるなど、パラメータの設定が思い通りにならないという問題もある。
【００１０】
また、予め想定された状況以外の場合には、動作パラメータを１から用意する必要があり、上述の予め用意するパラメータと同様に、最適なパラメータを得るのは困難であり、手間が掛かり、機器を長時間停止しなければならないという問題もある。
【００１１】
また、予め用意したパラメータセットによる動作においては、必ずしも現在の機器の動作状況と完全に呼応しているとは言い難く、常に最適な状態で機器を使用することができないという問題もある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、機器類を最適な状態で動作させるための準備を簡単にし、常に最適な状態で機器類を運用可能な動作パラメータ自動チューニング装置、およびそれを備えた自動セットアップ装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、機器の動作に係るパラメータを調整および設定する装置において、セットアップパラメータの値を変更するパラメータ変更手段と、前記セットアップパラメータを格納する格納手段と、前記セットアップパラメータの値の評価関数を設定する関数設定手段と、前記評価関数によりセットアップパラメータの値の評価処理を行い最適なセットアップパラメータを求める関数処理手段とを設けたものである。
【００１４】
本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置において、前記関数処理手段を、最適なセットアップパラメータの評価を、各々のパラメータの増減を反復して該パラメータの最小値を求める評価関数の反復的漸近処理により行なうように構成したものである。
【００１５】
本発明の第３の態様は、上述の第１または２の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置において、前記パラメータ変更手段に、前記求めた最適なセットアップパラメータの各々を表示する表示手段と、前記求めた最適なセットアップパラメータの各々を編集する編集手段とを設けたものである。
【００１６】
本発明の第４の態様は、コンピュータを上述の第１から３の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置として動作させるためのプログラムを提供するようにしたものである。
【００１７】
本発明の第５の態様は、コンピュータを上述の第１から３の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置として動作させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供するようにしたものである。
【００１８】
本発明の第６の態様は、機器の動作パラメータのセットアップを自動的に行う装置において、上述の第１から３の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置と、前記関数処理手段が求めた最適なセットアップパラメータに基づき機器の動作状態を変更する動作変更手段とを設けたものである。
【００１９】
本発明の第７の態様は、上述の第６の態様に係る自動セットアップ装置において、評価分析対象および機器の動作状況をセンシングするセンシング手段を設けたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示するデータ処理系と撮像系を有して原データと撮像データの比較照合を行う装置において、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置を、撮像機器の動作パラメータの自動セッティング、および、原データから模擬撮像データを生成し、撮像した撮像データと比較照合する際の模擬撮像データの生成パラメータを例に説明する。
【００２１】
前述したように、撮像系においては、被写体（ワーク）を保持するステージや投光器、撮像素子、レンズなどに係る多数のパラメータをチューニングし、最適な撮像を行えるようにする。
【００２２】
また、撮像画像データに対しては、前述のように様々な劣化要因が存在し、劣化要因に対する配慮なしに生成した模擬撮像データ（基準）と撮像データ（対象）とを比較する、すなわち劣化したもの同士を照合しても、相違部分が多く厳格な比較照合を行うことはできない。
【００２３】
したがって、係る比較照合装置のデータ処理部が有している比較すべき原データに対して、劣化過程や機器の制御項目などをモデル化し、それに付随するパラメータを設定し、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置を用いて撮像データの劣化要因などをシミュレートし、最適な比較照合が可能な模擬撮像データを生成する。ここでモデルに対して与えるパラメータもまた、本発明のチューニング対象として最適化処理を適用して導出することができる。
【００２４】
図１は、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置１およびそれを備える自動セットアップ装置２の構成図である。
【００２５】
動作パラメータ自動チューニング装置１は、機器や処理の動作を予め設定するセットアップパラメータの値をオペレータが変更するためのパラメータ変更手段３、セットアップパラメータを格納する格納手段４、セットアップパラメータの値の評価関数を設定する関数設定手段５、評価関数を用いて最適なセットアップパラメータを求める関数処理手段６を備えている。
【００２６】
また、パラメータ変更手段３は、求めた最適なセットアップパラメータを表示する表示手段７、セットアップパラメータの初期値を与えたり、求めた最適なセットアップパラメータを編集する編集手段８を備えている。
【００２７】
自動セットアップ装置２は、動作パラメータ自動チューニング装置１が求めた最適なセットアップパラメータに基づき機器の動作状態を変更する動作変更手段９、稼動中の機器の状態をセンシングするセンシング手段１０を備えている。
【００２８】
図２は、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置１およびそれを備える自動セットアップ装置２を、前述のデータ処理系と撮像系を有して原データと撮像データの比較照合を行う装置に適用した場合の装置構成図である。
【００２９】
画像入力系１１は、被写体を保持するステージ１２、投光器１３、撮像素子１４、レンズ系１５、およびそれらの制御機器１６（電気系、機械系）、インタフェース部１７（対撮像素子、対制御機器）の動作機構を備えている。
【００３０】
また、データ処理系１８は、処理部１９、表示部２０、端末操作部２１、記憶装置２２、インタフェース部１７を備えており、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置１に相当するものである。汎用のパーソナルコンピュータで代用することも可能である。
【００３１】
処理部１９には、画像入力系１１の動作パラメータを評価して最適なパラメータを求め、制御機器１６を介して画像入力系１の各機構を駆動する機器用セットアップエンジン２３と、撮像データ照合の基準となる模擬撮像データ生成のパラメータを評価して最適なパラメータを求める模擬データ生成手段２４を、各々最適化処理のソフトウェアとして実装している。
【００３２】
機器用セットアップエンジン２３、および模擬データ生成部２４は、外部接続した別々のコンピュータ機器に各々を実装して協調動作するようにしてもよいし、一部の機能だけを共有させてもよいし、全てを一つのコンピュータ機器のソフトウェアとして実装してもよい。いずれの形態を採ったとしても、本発明の本質的な効果については、全く同様である。
【００３３】
表示部２０は、入力した値を表示したり、求めた最適なパラメータを表示するための、コンピュータシステムにおけるディスプレイなどである。
【００３４】
端末操作部２１は、データ処理系１８に対して、パラメータ値の入力や変更、処理実行に係る指令、評価関数の設定などを行う、コンピュータシステムにおけるキーボードなどの入力装置である。
【００３５】
図２に示す比較照合装置は、図３に示すフローチャートの通り、まず機器用セットアップエンジン２３が、ステージ１２、投光器１３、撮像素子１４、レンズ系１５の最適な複数の動作パラメータの値の組み合わせ（以下、パラメータセットという）を求め、パラメータセットの各値により、動作変更手段９に対応する制御機器１６を用いて、画像入力系１１の各機構を自動的に調整する（ステップＳ１およびＳ２）。
【００３６】
次に、模擬データ生成手段２４は、基準となる模擬撮像データを生成する。この時、撮像データの劣化に係るパラメータセットを求め、そのパラメータセットに従って撮像データの補正と、模擬撮像データの生成を行なう。（ステップＳ３およびＳ４）。
【００３７】
機器用セットアップエンジン２３、および模擬データ生成手段２４は、個々のパラメータを所定の順序で個々に適正化する事を反復する事で、全体のパラメータの最適化を行う。
【００３８】
図４により、模擬データ生成手段２４が、機器の調整と、模擬撮像データの生成と、に係るパラメータセットを最適化する場合を例に、処理の手順を示す。まず、装置の電源を投入し、調整専用ワーク、もしくは調整用パターン付きワークを適切に配置する（ステップＳ１１）。
【００３９】
次に、定型通りに調整された上述のワークを撮像し、ワークに対する原データから、デフォルト状態のパラメータで基準となる画像データを生成する。まず、パラメータセットの各々がチューニングされていない状態、すなわちプリセット状態において、撮像および基準画像データの生成を行なう（ステップＳ１２）。
【００４０】
繰り返しの総数Ｎを例えば１０とし、初期の繰り返し数ｎを１とする（ステップＳ１３およびＳ１４）。
【００４１】
撮像における機器調整のパラメータと、基準画像生成におけるモデルパラメータとに番号を付けておきその番号（ｉ）を１に初期化する（ステップＳ１５）。
【００４２】
各パラメータに対しては、それぞれに典型的な値と、上限値を設定する。これは、起動の度に異なる値にする必要はなく、システム変数として記憶装置２２などに保存しておいたものを読み出せばよい。
【００４３】
模擬データ生成手段２４においては、評価関数としては、例えば、生成した基準画像と撮像画像の差の絶対値和、誤差の２乗和、最大絶対誤差の最小化、正規化相関の最大化などを用いる。
【００４４】
評価関数は、比較照合装置などの判断基準に合致するものを、処理部１９にて実行するように、予め端末操作部２１などにより設定するのが適切である。
【００４５】
模擬データ生成手段２４は、所定のパラメータセットにおける、設定または指定された評価関数を計算する。
【００４６】
次に、模擬データ生成手段２４は、パラメータのうちの一つ（パラメータ番号（ｉ））を増減し、評価関数の最小値を与えるパラメータ値を求める（ステップＳ１６）。
【００４７】
これを全てのパラメータについて、所定の繰返し数まで繰り返し、所定の反復が終了した後、得られたパラメータセットをハードディスクなどの記憶装置２２に格納する（ステップＳ１７）。
【００４８】
得られたパラメータセットで撮像し、同様に模擬撮像データを生成し、実像に補正を加え、模擬撮像データと実物を撮像したデータとで比較照合を行う（ステップＳ１８）。
【００４９】
異なる条件下で照合を続ける場合には、調整専用ワークの設置から、再度繰り返し、最終的に比較照合作業を終了し、機器を停止する。
【００５０】
装置用セットアップエンジン２３も同様にパラメータセットの最適化を行うので、基本的な動作は模擬データ生成手段２４と同様であるが、対象とするパラメータセットは異なり、評価関数は、模擬データ生成手段２４と異なってもよいし同じものを用いる事も可能である。
【００５１】
装置用セットアップエンジン２３においては、例えば、絞り、フォーカス、光量バランス、拡散光の拡散量、ＲＧＢの原色光源光量などをパラメータセットとする。
【００５２】
また、評価関数は、フォーカス、輝度ムラ、カラーバランス、光量バランスなどに対して、それぞれの許容値を正規化した中の最大値などを用いるようにして単体で最適化を図ってもよいし、最終的に比較照合を行なう模擬撮像データと実像の差（誤差の最大値、絶対値和、２乗和など）を、模擬データ生成手段２４と共通に用いても良い。
【００５３】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による動作パラメータ自動チューニング装置、およびそれを備えるセットアップ装置は、上述の実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能なことは当然のことである。
【００５４】
本発明の基本概念は、最適なパラメータセットを求めるための適合、学習、最適化などを、有限回の計算によって漸近的に最適解を求める手法にあり、相互依存のあるパラメータを反復的に最適化する事により逐次最適値が得られる。個々のパラメータの最適化に関しては、評価関数の勾配を用いた加速アルゴリズムを適用する事も可能である。
【００５５】
また、装置用セットアップエンジン２３と模擬データ生成手段２４のように、装置に係るパラメータとソフトウェア処理に係るパラメータの最適化を直列で行うことでも十分に効果を発揮するが、場合によってはそれらを入れ子にして、相互に最適化を行うことにより、より微細な調整を行うことも可能である。
【００５６】
更に、センシング手段１０を使用して機器の稼動状態を示すデータを収集し、一旦格納手段４に格納したもの、あるいはセンシング手段１０から直接関数処理手段６に入力するようにした場合、機器の動作状況に応じて、動的に最適なパラメータの再算出を行い、機器にフィードバックすることも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る動作パラメータ自動チューニング装置によれば、パラメータ個々の具体的な値を人為的な試行錯誤で設定する不便や、パラメータセットの不適合による性能低下を防ぐことができる。
【００５８】
また、センシング手段を用いて機器の稼動状態を示すデータを収集し、稼動状況のデータを関数処理手段の入力にすることにより、機器の動作状況に応じて、動的に最適なパラメータの再算出を行い、機器にフィードバックすることも可能である。
【００５９】
したがって、本発明に係る動作パラメータ自動チューニング装置を備える機器のオペレータは、個々の動作パラメータセットに関する詳細な知識がなくとも、利用目的に沿った基準のみを与えることで、適切なパラメータを自動的に設定することが可能になるため、準備時間の短縮および機器性能を最大に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作パラメータ自動チューニング装置およびそれを備える自動セットアップ装置の構成図である。
【図２】本発明の動作パラメータ自動チューニング装置を備える比較照合装置の構造図である。
【図３】本発明の動作パラメータ自動チューニング装置を備えた比較照合装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の動作パラメータ自動チューニング装置が、各パラメータ調整の自動反復により最適化を行う場合の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  動作パラメータ自動チューニング装置
２  自動セットアップ装置
３  パラメータ変更手段
４  格納手段
５  関数設定手段
６  関数処理手段
７  表示手段
８  変更手段
９  動作変更手段
１０  センシング手段
１１  画像入力系
１２  ステージ
１３  投光器
１４  撮像素子
１５  レンズ系
１６  制御機器
１７  インタフェース部
１８  データ処理系
１９  処理部
２０  表示部
２１  端末操作部
２２  記憶装置
２３  機器用セットアップエンジン
２４  模擬データ生成手段
【図１】
2004178372.tif 000003
【図２】
2004178372.tif 000004
【図３】
2004178372.tif 000005
【図４】
2004178372.tif 000006