CN105467554A - 自动调焦设备和自动调焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动调焦设备和自动调焦方法。根据本发明实施例的自动调焦设备配备有图像获取部、图案控制部和焦点控制部。所述图像获取部包括：光学***，其以预定倍率形成被摄体的图像；以及摄像部，其拍摄所述光学***所形成的所述被摄体的图像。所述图案控制部包括：生成部，其以与所述光学***的所述预定倍率相对应的大小来生成图案；以及投影部，其将所述生成部所生成的图案投影到所述被摄体上。在所述焦点控制部中，所述光学***以所述预定倍率所形成的所投影的图案的图像基于所述摄像部所拍摄到的所述被摄体的图像来控制所述光学***的焦点位置。

Description

自动调焦设备和自动调焦方法

技术领域

本发明涉及可用在例如为了测量和观察等的目的而拍摄被摄体的图像的***中的自动调焦设备、自动调焦方法和程序。

背景技术

传统上，已知有用于进行观察和测量等的***，其中在该***中，利用计算机来处理通过拍摄被摄体所获得的图像。这种***例如用在数字显微镜和CNC(计算机数字控制)图像测量设备等中。

日本特开平09-304685公开了可应用于上述的数字显微镜和图像测量设备等的自动调焦设备。在日本特开平09-304685所公开的自动调焦设备中，将预定图案投影到被测物体的测量面上。基于该预定图案的所拍摄图像的对比度信息来进行自动调焦。这样使得能够在不受被测物体的材料限制的情况下聚焦于各种材料的被测物体(例如，参见日本特开平09-304685的第[0004]段、第[0019]段和第[0020]段)。

为了以高精度进行测量和观察，通过改变包括物镜等的光学***的倍率来频繁地进行拍摄。因而，要求即使在光学***的倍率发生改变的情况下也可以以高精度进行自动调焦。

发明内容

有鉴于上述情形，本发明的优点是即使在倍率发生改变的情况下也可以以高精度进行自动调焦的自动调焦设备、自动调焦方法和程序。

根据本发明的实施例的一种自动调焦设备配备有图像获取部、图案控制部和焦点控制部。所述图像获取部包括：光学***，其以预定倍率形成被摄体的图像；以及摄像部，其拍摄所述光学***所形成的所述被摄体的图像。所述图案控制部包括：生成部，其以与所述光学***的所述预定倍率相对应的大小生成图案；以及投影部，其将所述生成部所生成的图案投影到所述被摄体上。在所述焦点控制部中，所述光学***以所述预定倍率所形成的所投影的图案的图像基于所述摄像部所拍摄到的所述被摄体的图像来控制所述光学***的焦点位置。

在该自动调焦设备中，以与形成被摄体的图像的光学***的倍率相对应的大小形成图案，然后将该图案投影到被摄体上。利用光学***以预定倍率形成所投影的图案的图像，然后利用摄像部拍摄该图像。基于该图案的所拍摄图像来控制光学***的焦点位置。这样使得即使在倍率发生改变的情况下也能够进行高度精确的自动调焦。

所述生成部可以根据所述光学***的倍率的变化来改变所述图案的大小。这样使得即使在倍率发生改变的情况下也能够进行高度精确的自动调焦。

所述生成部可以根据所述光学***的倍率的增加来减小所述图案的大小，并且根据所述光学***的倍率的减少来增大所述图案的大小。因而，焦点位置的控制不受例如所形成的图像变得过大或过小所影响。

所述生成部可以改变所述图案的大小，以使得即使在所述光学***的倍率改变的情况下，所形成的图案的图像的大小也大致恒定。这样使得即使在倍率发生改变的情况下也能够进行高度精确的自动调焦。

所述生成部可以包括光调制器，所述光调制器能够基于入射光，以改变后的大小来生成所述图案。通过采用光调制元件，可以以高精度改变所投影的图案的大小。

所述光调制器可以是微镜装置。采用微镜装置提高了光的利用效率。

所述光调制器可以是液晶面板。通过采用液晶面板，可以以简单的结构来实现该设备。

所述生成部可以包括：生成构件，其以预定大小生成所述图案；以及变焦透镜，其改变所述生成构件所生成的所述图案的大小。这样，可以以预定大小生成图案，然后可以利用变焦透镜来改变该图像的大小。

根据本发明的实施例的一种自动调焦方法，包括以下步骤：利用光学***来形成要拍摄的被摄体的图像；以与所述光学***的预定倍率相对应的大小生成图案；以及将所述图案投影到所述被摄体上。基于所投影的图案的所拍摄图像来控制所述光学***的焦点位置，其中所投影的图案的图像是利用所述光学***以所述预定倍率形成的。

根据本发明的实施例的一种程序，其使自动调焦设备进行以下步骤：

检测形成被摄体的图像的光学***的倍率；

基于所检测到的倍率来计算图案的大小；

以所计算出的大小生成所述图案，并且将所述图案投影到所述被摄体上；屠户

基于所投影的图案的所拍摄图像来控制所述光学***的焦点位置，其中所投影的图案的图像是利用所述光学***以所检测到的预定倍率形成的。

如上所述，根据本发明，即使在光学***的倍率发生改变的情况下也可以以高精度进行自动调焦。注意，这里所述的本发明的效果未必受到限制，并且可以是这里所公开的效果中的至少一个。

附图说明

在以下的详细说明中，通过本发明的典型实施例的非限制性示例的方式参考所述的多个附图来进一步说明本发明，其中在附图的几个视图中，相同的附图标记表示相似的部件，并且其中：

图1是示出根据本发明实施例的图像测量设备的结构示例的示意图；

图2是示出图像测量设备的控制***的结构示例的框图；

图3是示出图案控制部的具体结构示例的框图；

图4示出图案生成部所生成的图案的一个示例；

图5是示出自动调焦处理的示例的流程图；

图6A～6C各自是示出利用CCD照相机拍摄图案的图像所得到的所拍摄图像的模式图；

图7是使用DMD作为光调制元件的其它结构示例的示意图；

图8A和8B各自是使用液晶面板作为光调制元件的结构示例的示意图；

图9是图案生成部的其它实施例的结构示例的示意图；以及

图10A和10B各自示出图案生成部所生成的图案的其它示例。

具体实施方式

这里所示的细节是举例，是仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为了提供被认为是针对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细节，其中利用附图所进行的说明使本领域技术人员显而易见地明白在实践中可以如何实现本发明的形式。

以下参考附图来说明本发明的实施例。

图像测量设备的结构

图1是示出根据本发明实施例的图像测量设备的结构示例的示意图。根据本发明实施例的自动调焦设备置于图像测量设备200内。以下将详细说明构成自动调焦设备的部分。

图像测量设备200包括：台10，其中在该台10上可以放置有工件(被摄体)W，并且该台10沿X方向和Y方向(图1的左右方向)可移动；以及光学***单元11，其被设置成相对于台10沿Z轴方向(图1的上下方向)可移动。没有限制用以使台10和光学***单元11可移动的具体结构。可以采用台10和光学***单元11沿各方向相对于彼此可移动的任意结构。

光学***单元11包括壳体12、物镜保持件13、CCD照相机24和照明部25。物镜保持件13经由致动器15连接至壳体12的筒部12A。致动器15包括固定至致动器15的筒部12A侧的磁体16和固定至致动器15的物镜保持件13侧的线圈17。在使致动器15进行工作的情况下，使物镜保持件13沿光轴L方向(Z轴方向)移动。

如图1所示，物镜14由物镜保持件13以物镜14位于光轴L上的方式保持。在物镜保持件13移动时，物镜14沿光轴L方向移动。在本实施例中，通过物镜14的移动来控制包括物镜14的成像光学***29的焦点位置P。光轴L对应于成像光学***29的光轴。

CCD照相机24配置在壳体12的上部侧并且配置在光轴L上。CCD照相机24用作拍摄由成像光学***29进行成像的工件W的图像的摄像部。代替CCD照相机24，可以使用诸如CMOS照相机等的其它数字照相机。照明部25也配置在壳体12的上部侧。可以采用诸如固体光源(诸如LED等)或水银灯等的任意光源作为发射照明光的光源。

在壳体12内设置形成在照明部25下方的镜26和配置在光轴L上的分束器27。镜26使从照明部25发射的照明光以大致直角向光轴L反射。分束器27使镜26所反射的照明光向光轴L上的物镜14反射。另外，分束器27使工件W所反射的光沿着光轴L方向透过。

在壳体12内配置具有不同倍率(例如，1倍、2倍、6倍)的管透镜(成像透镜)28A、28B和28C、保持多个管透镜28A～28C的转台32、以及连接至转台32的中心的轴31。轴31被设置成平行于光轴L但处于与光轴L不同的位置，并且转台32被设置成绕轴31可转动。三个管透镜28A～28C按等间隔安装在半径是从轴31到光轴L的距离的圆形的圆周上。

轴31经由联轴器43连接至壳体12的上部侧所配置的驱动马达44。驱动马达44的操作使转台32转动，由此使得能够进行管透镜28的切换。因而，多个管透镜28A～28C中的至少一个选择性地配置在光轴L上。

没有限制用以将转台32定位于管透镜28与光轴L一致的角度位置的方法和结构。例如，转台32的定位可以是通过转台32的预定位置所形成的槽口与壳体12侧的预定位置所形成的凸部接合所确定的。另外，可以适当采用检测转台32的转动角度的传感器等。

图像测量设备200包括图案控制部20，其中该图案控制部20生成为了进行自动调焦的目的所用的图案，并将该图案投影到工件W上。在本实施例中，图案控制部20包括照明部25、图案生成部22、镜26、投影透镜21和分束器27。因而，照明部25、镜26和分束器27在利用照明光照射工件W的情况下、并且还在将图案投影到工件W上的情况下进行工作。注意，发射图案生成所使用的光的照明设备可以是与照明部25分开设置的。以下将详细说明图案控制部20的具体结构。

图2是示出图像测量设备200的控制***的结构示例的框图。如图2所示，图像测量设备200包括主控制器50，其中该主控制器50控制该设备的各机构的操作。控制部(标记为51～54)连接至主控制器50，其中各个控制部分别控制照明部25、图案生成部22、致动器15和驱动马达44。

另外，主控制器50连接有帧捕获器55、X轴编码器56X、Y轴编码器56Y和Z轴编码器56Z。帧捕获器55获取CCD照相机24所拍摄到的所拍摄图像。X轴编码器56X和Y轴编码器56Y检测台10在X方向和Y方向上的各位置。Z轴编码器56Z检测光学***单元11在Z方向上的位置(物镜14在Z方向上的位置)。

此外，主控制器50连接有控制显示部57的显示控制部58和将用户命令输入至的输入部59。在显示部57中可以使用液晶和EL(电致发光)等。输入部59包括例如触摸面板和按钮等的输入装置。

主控制器50例如包括CPU(中央处理单元)、RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)等。通过CPU将预先存储在ROM上的程序载入RAM上并且执行该程序来进行各种处理。没有限制主控制器50的具体结构，并且可以适当采用任意的硬件和软件。

在具有如上所述的结构的图像测量设备200中，物镜14、分束器27和管透镜28用作以预定倍率形成工件W的图像的成像光学***29。利用成像光学***29和用作摄像部的CCD照相机24来实现根据本实施例的图像获取部。

另外，在图案控制部20内所包括的元件中，利用照明部25和图案生成部22来实现根据本实施例的“生成部”。另外，利用镜26、投影透镜21和分束器27来实现根据本实施例的“投影部”。

另外，在利用主控制器50的CPU执行预定程序的情况下，实现根据本实施例的焦点控制部。图像获取部、图案控制部20和焦点控制部在本实施例中是用作自动调焦设备的元件。

另外，CPU通过根据预定程序进行工作来进行倍率信息获取步骤(获取倍率信息的步骤)、图案大小计算步骤(计算图案的大小的步骤)、图案投影步骤(投影图案的步骤)和焦点位置控制步骤(控制焦点位置的步骤)。因而，主控制器50还用作根据本发明的进行自动调焦的信息处理设备。另外，主控制器50能够按照根据本发明的程序进行自动调焦作为信息处理方法。

主控制器50的ROM等可以用作存储器，并且除程序外，还可以将用以计算图案的大小的表等存储在ROM上。可以与主控制器50分开单独设置HDD(硬盘驱动器)等以用作存储器。

图3是示出图案控制部20的具体结构示例的示意图。如上所述，图案控制部20包括照明部25、图案生成部22、镜26、投影透镜21和分束器27。在图3中，省略了镜26的例示，并且照明部25、图案生成部22、投影透镜21和分束器27配置在大致直线上。另外，图3示出沿光轴L排列的工件W、物镜14、管透镜28和CCD照相机24。

图案生成部22包括聚光透镜60、第一反射镜61和第二反射镜62以及反射型数字微镜装置(DMD)63。DMD63是与像素相对应的多个微镜排列在平面上的元件。对DMD63的各个微镜的倾斜角度进行控制，以使得各个微镜可以相对于入射光进入ON(开启)模式和OFF(关闭)模式。例如，在将DMD63的微镜相对于预定基准方向的倾斜角度控制为+α度的情况下，该微镜可以进入ON模式；由此使入射光向投影对象反射。另一方面，在将DMD63的微镜的倾斜角度控制为-α度的情况下，该微镜可以进入OFF模式；由此使入射光向使光遮断的光遮断部等反射。

通过使DMD63的多个微镜中的预定微镜处于ON模式，可以生成具有任意的形状和大小的图案。另外，通过使微镜在ON/OFF模式之间快速切换，可以控制要投影的图像(相应像素)的亮度。在本实施例中，DMD63可以用作能够基于入射光来以改变后的大小生成图案的光调制元件。

来自照明部25的光经由图3所示的聚光透镜60和第一反射镜61照射DMD63的多个微镜。然后，被DMD63中的处于ON模式的微镜所反射的光经由第二反射镜62照射投影透镜21。因而，将DMD63所生成的图案经由投影透镜21和分束器27投影到工件W上。

图4示出所生成的图案的一个示例。在本实施例中，生成图案65，其中在该图案65中，多个等边三角形66以经由边部67彼此邻接的等边三角形具有彼此不同的颜色(亮度)的方式二维地排列。通常利用所排列的等边三角形66的大小来定义图案65的大小S。例如，利用等边三角形66的一个边部67的长度来定义图案65的大小S。可选地，可以利用等边三角形66的一个顶点和相对边部67之间的距离来定义图案65的大小S。

另外，在本实施例中，邻接的等边三角形66其中之一为白色(最高亮度)并且另一个为黑色(最低亮度)。等边三角形66的颜色不限于白色和黑色，并且可以适当使用灰色(中间亮度)等，只要邻接的等边三角形具有彼此不同的颜色即可。可以适当设置所使用的颜色(亮度)，使得在邻接的等边三角形66之间的边界区域处亮度发生改变。注意，在可以生成彩色图像的情况下，可以适当使用诸如RGB等的颜色。

图像测量设备的操作

将说明图像测量设备200主要在进行自动调焦的情况下的操作。图5是示出自动调焦处理的示例的流程图。

首先，检测成像光学***29的倍率(步骤101)。例如，在物镜14为固定式的情况下，检测光轴L上所配置的管透镜28的类型。这根据转台32的转动位置等来自动检测。因而，基于物镜14的倍率和光轴L上所配置的管透镜28的倍率来检测(计算)成像光学***29的倍率。

在物镜14为可更换式的情况下，例如用户将物镜保持件13上所安装的物镜14的类型或倍率输入至输入部59中。基于所输入的信息来检测成像光学***29的倍率。可选地，要安装的物镜14可以是自动可识别的，并且可以基于识别结果来检测成像光学***29的倍率。可以采用任意技术作为用以自动识别物镜14的方法和结构。

注意，除物镜14和管透镜28的倍率外，还可以使用由于其它光学构件等所引起的参数来计算成像光学***29的倍率。另外，可以将如下的表存储在包括主控制器50的ROM等的存储器中，其中该表用于存储物镜14与各个管透镜28的组合以及与各组合相对应的成像光学***29的倍率。可以通过参考该表来容易地检测成像光学***29的倍率。除上述外，还可以采用各种方法。

计算图案65的大小S(步骤102)。换句话说，计算与成像光学***29的倍率(与形成工件W的图像时的“预定倍率”相对应)相对应的图案65的大小S。

图6A～6C各自是描述与成像光学***29的倍率相对应的图案65的大小S的图，并且是示出利用CCD照相机24拍摄图案65的图像所得到的所拍摄图像70的模式图。在利用图案控制部20将图案65投影到工件W上的情况下，利用成像光学***29以预定倍率形成图案65的图像。然后，利用CCD照相机24拍摄图案65的所形成图像。

如图6A～6C所示，所拍摄图像70中所显示的图案65’的大小S根据成像光学***29的倍率而不同。例如，图案65’的大小S在成像光学***29的倍率高(图6A)的情况下增大，并且在成像光学***29的倍率低(图6C)的情况下减小。在成像光学***29的倍率是中间大小的情况下，图案65’的大小S也将变为中间大小(图6B)。

基于图6A～6C所示的所拍摄图像70的对比度来执行成像光学***29的焦点位置的调整。如图6A～6C所示，在所拍摄图像70中的图案65’的大小S根据成像光学***29的倍率而改变的情况下，从所拍摄图像70所获得的对比度信息也发生改变。结果，调焦精度可能根据成像光学***29的倍率而改变。此外，可能无法以高/低倍率实现充分的调焦精度。

为了解决这些问题，在本发明中，计算与成像光学***29的倍率相对应的图案65的大小S。换句话说，图案65的大小S根据成像光学***29的倍率的变化而改变。这样使得即使在成像光学***29的倍率发生改变的情况下也能够进行高度精确的自动调焦。

通常，将图案65的大小S设置成随着成像光学***29的倍率的增加而减小。将图案65的大小S设置成随着成像光学***29的倍率的减少而增大。因而，焦点位置的控制例如不会受到图案65的所形成图像(图案65’)变得过大或过小所影响。

可以改变图案65的大小，以使得即使在成像光学***29的倍率发生改变的情况下，图案65的所形成图像的大小S也是大致恒定的大小。例如，可以改变图案65的大小，以使得图案65的大小与步骤101中所检测到的成像光学***29的倍率具有反比关系。换句话说，相对于成像光学***29的基准倍率，以基准大小S生成图案65。基准大小S例如是可以适当地计算出所拍摄图像70的对比度的大小。实施控制，以使得在倍率相对于基准倍率的变化和大小S相对于基准大小的变化之间实现了反比关系。

这不限于将所拍摄图像70内的图案65’的大小S维持于大致恒定的大小的情况。例如，可以控制图案65的大小S，以使得成像光学***29的倍率的变化所引起的所拍摄图像70内的图案65’的大小S的变化落在容许范围内。该容许范围是可以适当地计算出所拍摄图像70的对比度的范围。基于期望的调焦精度等，可以针对所使用的每个图像测量设备200来适当地单独设置用于判断是否将会适当地计算出对比度的基准。

例如，通过参考表来进行图案65的大小S的计算。将如下的表存储在包括主控制器50的ROM等的存储器中，其中该表用于存储成像光学***29的各个倍率以及与成像光学***29的各倍率相对应的图案65的大小S。可以通过参考该表来容易地计算与成像光学***29的倍率相对应的图案65的大小S。当然，还可以采用其它方法。

对DMD63进行控制并且以步骤102中所计算出的大小S生成图案65。将所生成的图案65投影到工件W上(步骤103)。基于所投影的图案65的所拍摄图像70来进行自动调焦(步骤104)。具体地，使物镜14移动至所拍摄图像70的对比度变为最高的位置。这样使得自动调整成像光学***29的焦点位置。在成像光学***29聚焦的情况下，解除图案65的投影，并且生成工件W的所拍摄图像。基于工件W的所拍摄图像来测量工件W的尺寸和形状等。

如上所述，在根据本实施例的图像测量设备200中，以与形成工件W的图像的成像光学***29的倍率相对应的大小S来生成图案65，然后将图案65投影到工件W上。所投影的图案65的图像是由成像光学***29以预定倍率形成的，然后由CCD照相机24进行拍摄。基于图案65的所拍摄图像70来控制成像光学***29的焦点位置。这样使得即使在倍率发生改变的情况下也能够进行高度精确的自动调焦。注意，以预定倍率的成像包括工件W的图像相对于工件W的实际大小发生放大的情况和工件W的图像相对于工件W的实际大小发生缩小的情况。

图7是使用DMD作为光调制元件的结构示例的示意图。图7所示的图案生成部80包括聚光透镜81和DMD82，并且适当设置聚光透镜81、DMD82和照明部25的配置。换句话说，照明部25和聚光透镜81配置在利用照明光经由聚光透镜81直接照射DMD82的位置。DMD82配置在被DMD82中的处于ON模式的微镜所反射的光直接照射投影透镜21的位置。通过采用这种结构，可以省略第一反射镜61和第二反射镜62，由此简化结构并降低部件的成本等。

其它实施例

本发明不限于上述实施例，并且可以实现其它各种实施例。

图8A和8B各自是使用液晶面板作为光调制元件的结构示例的示意图。图8A所示的图案生成部90包括聚光透镜91和透过型液晶面板92。从照明部25发射的照明光经由聚光透镜91照射液晶面板92。利用液晶面板92生成与成像光学***的倍率相对应的图案，然后该图案被照射至投影透镜21。

图8B所示的图案生成部100包括分束器101、聚光透镜102和反射型液晶面板103。来自照明部25的照明光透过分束器101，然后经由聚光透镜102照射液晶面板103。利用液晶面板103生成与成像光学***的倍率相对应的图案，然后使该图案向分束器101发射。分束器101使从液晶面板103发射的图案向投影透镜21反射。如图8A和8B所示，可以使用透过型和反射型的液晶面板作为光调制元件。

通过采用诸如DMD和液晶面板等的光调制元件，可以以高精度改变并生成要投影到工件上的图案。注意，没有限制用于引导来自DMD、液晶面板和照明部的照明光以及所生成的图案的光学***的具体结构；因而，可以采用任意的结构。另外，可以适当采用任意的光学构件等。

在使用液晶面板作为光调制元件的情况下，频繁地使用偏光器和分析器等作为光学构件，并且在这些光学构件处光量可能丢失。因而，来自照明部的发射光的利用效率可能下降。然而，在使用亮度高的照明装置作为对策的情况下，成本可能增加并且可能发生由于来自照明装置的发热所引起的问题。

在使用DMD作为光调制元件的情况下，上述的偏光器和分析器变得不必要，由此使得能够高效地利用来自照明部的发射光。因而，可以防止上述问题。另一方面，通过使用透过型或反射型的液晶面板作为光调制元件，可以以简单结构组装该设备并且可以提高设计的自由度。注意，可以采用除DMD和液晶面板以外的光调制元件。

图9是图案生成部的其它实施例的结构示例的示意图。图案生成部110包括：聚光透镜111；生成构件112，用于以预定大小生成图案；以及变焦透镜113，用于改变生成构件112所生成的图案的大小。使用绘制有诸如刻线等的恒定大小的图案的投影板作为生成构件112。可选地，可以使用能够仅通过通电生成预定图案的液晶板。利用主控制器50来控制变焦透镜113的变焦位置，由此使得能够以与成像光学***的倍率相对应的大小来生成图案。通过采用这种结构，可以简化设备和控制。

另外，可以共同使用光调制元件(DMD和液晶面板等)以及变焦透镜作为图案生成部。除利用光调制元件的大小改变外，利用变焦透镜进一步改变图案的大小使得能够进行图案大小的细微调整等。结果，可以提高图案生成的精度。

图10A和10B各自示出图案生成部所生成的图案的其它示例。图10A所示的图案120包括多个正方形121，其中这多个正方形121以邻接的正方形具有彼此不同的颜色(亮度)的方式沿倾斜方向排列(所谓的交错格图案)。例如利用正方形121的大小来定义图案120的大小S。可以使用如上所述的图案120。在其它情况下，没有限制图案的结构，只要可以适当地计算出CCD照相机所拍摄到的图案的所拍摄图像的对比度即可。

例如，多个单位形状(用作单位的形状)可以沿彼此垂直的两个轴方向排列。以在各轴方向上、邻接的形状具有彼此不同的颜色(亮度)即在邻接形状之间的边界处亮度发生改变的方式，来形成图案。没有限制单位形状，并且单位形状可以是任意的。此外，代替所有的形状完全相同，图案中所排列的形状可以是不同形状。例如，利用单位形状的大小来定义图案的大小。

另外，如图10B所示的图案130那样，可以将单位形状(矩形)131设置成沿一个轴方向延伸，并且多个单位形状131可以沿着垂直于该轴方向的轴排列。在邻接的单位形状131之间的各个边界中设置亮度发生改变的亮度改变部132。利用单位形状131来定义图案130的大小S。

另外，还可以使用排列有多个不定形状的图案，其中该图案的不定形状被配置成在该图案中包括适当数量的适当大小的亮度改变部。在这种情况下，通过关注多个形状其中之一，可以基于该形状的大小来执行图案大小改变。

成像光学***的焦点位置的调整不限于通过调整物镜的位置来执行。例如，可以通过使光学***单元整体移动来进行自动调焦。除以上外，还可以采用任意方法作为用以聚焦于要拍摄的工件的方法。在任何情况下，如上所述，根据成像光学***的倍率来控制图案的大小使得能够进行高精度自动调焦。

没有限制可以应用根据本发明的自动调焦设备和自动调焦方法的图像测量设备的类型。本发明还可应用于使用通过拍摄工件所获得的被摄体图像来进行测量或观察等的任何类型的设备，诸如CNC图像测量设备、CNC坐标测量设备和硬度测试仪等。另外，本发明还可应用于利用数字照相机来拍摄利用光学显微镜所获得的放大图像的数字显微镜。

还可以组合上述的各个实施例的至少两个方面。此外，以上所述的本发明的效果仅是示例性的，并且还可以展现其它效果。

注意，上述示例仅是为了说明的目的而提供的，并且决没有被构造成对本发明进行限制。尽管已参考典型实施例说明了本发明，但应当理解，这里已使用的词语是用于描述和说明的词语，而不是用于进行限制的词语。在没有背离本发明的各方面的精神和范围的情况下，可以在如当前陈述和修改的权利要求书的界限内进行改变。尽管这里已参考特定结构、材料和实施例说明了本发明，但本发明并不意图局限于这里所公开的细节；相反，本发明扩展至诸如处于所附权利要求书的范围内等的在功能上等同的所有结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年9月29日提交的日本申请2014-197873的优先权，在此通过引用明确包含其全部内容。

Claims (10)

1.一种自动调焦设备，包括：

图像获取部，其包含：

光学***，其被配置为以预定倍率形成被摄体的图像，以及

摄像部，其被配置为拍摄所述光学***所形成的所述被摄体的图像；

图案控制部，其包含：

生成部，其被配置为以与所述光学***的所述预定倍率相对应的大小来生成图案，以及

投影部，其被配置为将所述生成部所生成的图案投影到所述被摄体上；以及

焦点控制部，其被配置为基于所述摄像部所拍摄到的所述被摄体的图像来控制所述光学***的焦点位置，其中所投影的图案的图像是由所述光学***以所述预定倍率形成的。

2.根据权利要求1所述的自动调焦设备，其中，所述生成部还被配置为根据所述光学***的倍率的变化来改变所述图案的大小。

3.根据权利要求2所述的自动调焦设备，其中，所述生成部还被配置为：

根据所述光学***的倍率的增加来减小所述图案的大小，以及

根据所述光学***的倍率的减少来增大所述图案的大小。

4.根据权利要求2所述的自动调焦设备，其中，所述生成部还被配置为改变所述图案的大小，以使得即使在所述光学***的倍率改变的情况下，所形成的图案的图像的大小也大致恒定。

5.根据权利要求3所述的自动调焦设备，其中，所述生成部还被配置为改变所述图案的大小，以使得即使在所述光学***的倍率改变的情况下，所形成的图案的图像的大小也大致恒定。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的自动调焦设备，其中，所述生成部包括光调制器，所述光调制器被配置为基于入射光，以改变后的大小来生成所述图案。

7.根据权利要求6所述的自动调焦设备，其中，所述光调制器是微镜装置。

8.根据权利要求6所述的自动调焦设备，其中，所述光调制器是液晶面板。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的自动调焦设备，其中，所述生成部包括：

图案生成部，其被配置为以预定大小来生成所述图案；以及

变焦透镜，其被配置为改变所述图案生成部所生成的图案的大小。

10.一种自动调焦方法，包括以下步骤：

利用光学***来形成要拍摄的被摄体的图像；

以与所述光学***的预定倍率相对应的大小来生成图案；

将所述图案投影到所述被摄体上；

基于所投影的图案的所拍摄图像来控制所述光学***的焦点位置；以及

利用所述光学***以所述预定倍率来形成所投影的图案的图像。