CN110515146A - 焦距可变透镜装置及焦距可变透镜控制方法 - Google Patents

焦距可变透镜装置及焦距可变透镜控制方法 Download PDF

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Abstract

焦距可变透镜装置具有对图像检测条件进行设定的图像检测条件设定部；图像检测条件设定部能够设定反复进行图像检测循环的复合模式(S41)作为图像检测条件，所述图像检测循环包括至少1个多平面图像检测动作(S44)和至少1个单平面图像检测动作(S45)；在多平面图像检测动作(S44)中，在焦距可变透镜的焦距变化的1个周期的期间中，能够设定多个进行图像检测的焦距(S42)；在单平面图像检测动作(S45)中，在焦距可变透镜的焦距变化的1个周期的期间中，能够设定1个进行图像检测的焦距(S43)。

Description

焦距可变透镜装置及焦距可变透镜控制方法
技术领域
本发明涉及焦距可变透镜(lens)装置及焦距可变透镜控制方法。
背景技术
作为焦距可变透镜装置，例如开发了利用在文献1(美国专利申请公开第2010/0177376号说明书)中记载的原理的液体透镜***(以下有简称作透镜***的情况)的装置。
液体透镜***将由压电材料形成的圆筒状的振动部件浸渍到透明的液体中而形成。在液体透镜***中，如果对振动部件的内周面和外周面施加交流电压，则振动部件在厚度方向上伸缩，使振动部件的内侧的液体振动。如果根据液体的固有振动频率对施加电压的频率进行调整，则在液体中形成同心圆状的驻波，形成以振动部件的中心轴线为中心而折射率不同的同心圆状的区域。在该状态下，如果使光沿着振动部件的中心轴线穿过，则该光按照同心圆状的各个区域的折射率而沿着发散或聚束的路径行进。
焦距可变透镜装置将前述的液体透镜***和用于连结焦点的物镜(例如通常的凸透镜或透镜组)配置到相同的光轴上而构成。将液体透镜***作为液体透镜单元而封装化，组装到焦距可变透镜装置中。
如果使平行光向通常的物镜入射，则穿过透镜后的光将焦点结在处于规定的焦距的焦点位置。相对于此，如果使平行光向与物镜同轴配置的透镜***入射，则该光被透镜***发散或聚束，穿过物镜后的光将焦点结在与原来的(没有透镜***的状态的)焦点位置相比向远或近偏移的位置。
因而，在焦距可变透镜装置中，通过施加向透镜***输入的驱动信号(使内部的液体产生驻波的频率的交流电压)而使该驱动信号的振幅增减，能够将作为焦距可变透镜装置的焦点位置在一定的范围内(以物镜的焦距为基准，能够由透镜***增减的规定的变化幅度)任意地控制。
在焦距可变透镜装置中，作为向透镜***输入的驱动信号，例如使用正弦波状的交流信号。如果被输入这样的驱动信号，则焦距可变透镜装置的焦距(焦点位置)以正弦波状变化。此时，当驱动信号的振幅为0时，穿过透镜***的光不被折射，焦距可变透镜装置的焦距为物镜的焦距。当驱动信号的振幅处于正负的峰值时，穿过透镜***的光被最大地折射，焦距可变透镜装置的焦距成为从物镜的焦距变化最大的状态。
当使用这样的焦距可变透镜装置取得图像时，与驱动信号的正弦波的相位同步而输出发光信号，进行脉冲照明。由此，通过在合焦于以正弦波状变化的焦距中规定的焦距的状态下进行脉冲照明，检测处于该焦距的对象物的图像。如果在一个周期中以多个相位进行脉冲照明，与各相位对应而进行图像检测，则还能够同时得到多个焦距的图像。
在前述的焦距可变透镜装置中，如果在一个周期中以单一的相位进行脉冲照明及图像检测(单平面图像检测动作)，则能得到合焦在处于相当于该相位的焦距的单一的合焦面(平面)上的检测图像(单平面检测图像)。
在单平面图像检测动作中，对象物的表面中处于合焦面上的部位在合焦的鲜明的状态下被摄像。但是，从合焦面偏离的部位(焦距较远或较近的部位)在焦点偏差的(模糊的)状态下被摄像。
另一方面，如果在一个周期中以多个相位进行脉冲照明及图像检测(多平面图像检测动作)，则以相当于各个相位的多个焦距的各自依次检测图像，依次叠加而成为1个检测图像(多平面检测图像)。其结果是，得到合焦于多个合焦面的图像。
但是，在多平面图像检测动作中，即使对象物的一部分在某个合焦面被鲜明地摄像，在其他合焦面也以模糊的状态被摄像。通过将这样的各合焦面上的图像信息叠加，例如有会成为鲜明的边缘的周边虚糊那样的图像等不能确保鲜明的图像品质的问题。
对于这样的图像品质的下降，有将前述的单平面图像检测动作对多个焦距依次进行的情况(逐帧图像检测动作)。
即，对于所指定的多个焦距，首先关于第1焦距进行单平面图像检测动作，接着关于第2焦距进行单平面图像检测动作，将这些动作反复进行所指定的焦距的数量。
在这样的逐帧图像检测动作中，由于对各个焦距的图像检测是单平面图像检测动作，所以分别在合焦状态下能得到鲜明的图像。
但是，在逐帧图像检测动作中，由于进行所指定的焦距的数量的单平面图像检测动作，所以在所指定的焦距的数量增加的情况下，有图像检测时间变长的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对多个焦距得到充分的图像品质并且缩短图像检测时间的焦距可变透镜装置及焦距可变透镜控制方法。
本发明的焦距可变透镜装置具有焦距周期性地变化的焦距可变透镜、能够通过前述焦距可变透镜执行测量对象物的图像检测的图像检测部、基于与前述焦距可变透镜的前述焦距有关的图像检测条件而使前述图像检测部执行前述图像检测的透镜控制部、以及对前述透镜控制部设定前述图像检测条件的图像检测条件设定部，其特征在于，前述图像检测条件设定部可以设定反复进行图像检测循环的复合模式作为前述图像检测条件，所述图像检测循环包括至少1个多平面图像检测动作和至少1个单平面图像检测动作；在前述多平面图像检测动作中，在前述焦距可变透镜的前述焦距变化的1个周期的期间中，能够设定多个进行前述图像检测的前述焦距；在前述单平面图像检测动作中，在前述焦距可变透镜的前述焦距变化的1个周期的期间中，能够设定1个进行前述图像检测的前述焦距。
在本发明中，能够基于由图像检测条件设定部设定的图像检测条件，透镜控制部对焦距可变透镜进行控制，由图像检测部进行图像检测。
此时，若作为图像检测条件而设定复合模式，则图像检测部反复执行包括至少1个多平面图像检测动作和至少1个单平面图像检测动作的图像检测循环。
例如，在进行3个焦距的图像检测的情况下，在复合模式下，反复进行在一个周期中包含被设定了3个焦距的多平面图像检测动作和分别被设定了1个焦距的2个单平面图像检测动作的图像检测循环。
就以这样的复合模式检测的图像而言，通过多平面图像检测动作，虽然包含合焦于全部焦距的图像信息，但也包含其他焦距的图像信息，并不一定是鲜明的。另一方面，通过单平面图像检测动作，关于2个焦距成为鲜明的图像。
因而，通过多平面图像检测动作，能得到与以往的多平面图像检测同样的结果，并且通过单平面图像检测动作，能够得到在以往的多平面图像检测动作中得不到的较高的图像品质。
进而，在以往的逐帧图像检测动作中，需要反复进行焦距的数量的图像检测，若焦距的数量增加则图像检测时间变长，但在本发明的复合模式下，能够抑制单平面图像检测动作的数量，能够缩短图像检测时间。即，如果对5个焦距进行以往的逐帧图像检测，则需要单平面图像检测的5帧相应量的时间。但是，在本发明的复合模式下，例如在虽然对5个焦距进行图像检测但鲜明的图像仅2个焦距就可以的情况下，在以多平面图像检测动作确保5个焦距的图像信息的基础上，只要进行2个单平面图像检测动作就可以，能够以合计3帧相应量的时间就足够。
根据以上，通过本发明的焦距可变透镜装置，对于多个焦距能得到充分的图像品质，并且能够缩短图像检测时间。
在本发明的焦距可变透镜装置中，优选的是，前述图像检测条件设定部能够选择多个图像检测模式的某个并对前述透镜控制部进行设定；前述图像检测模式包括前述复合模式，并且包括单平面模式、多平面模式和逐帧模式；在前述单平面模式下，使仅包括被指定了1个前述焦距的前述单平面图像检测动作的图像检测循环反复执行；在前述多平面模式下，使仅包括被指定了多个前述焦距的前述多平面图像检测动作的图像检测循环反复执行；在前述逐帧模式下，使包括前述焦距相互不同的多个前述单平面图像检测动作的图像检测循环反复执行。
在本发明中，作为图像检测模式，能够选择基于本发明的复合模式，并且能够选择以往的单平面模式、多平面模式、逐帧模式。由此，能够根据需要而确保以往同样的图像检测动作，并且能够得到本发明的复合模式的效果。
在本发明的焦距可变透镜装置中，优选的是，前述焦距可变透镜具有对应于被输入的驱动信号而折射率变化的液体透镜单元、和配置在与前述液体透镜单元相同的光轴上的物镜。
在本发明中，用物镜能得到基本的结像，并且通过液体透镜单元能够变更焦距。通过使用液体透镜单元，不需要用于改变焦距的机械性的机构，能够使装置结构简单化。此外，液体透镜单元能够以达到几十千赫的高速使焦距周期性地变化，还能够容易地得到叠加了多个焦距下的图像的多平面图像，作为本发明的焦距可变透镜是优选的。
本发明的焦距可变透镜控制方法的特征在于，使用焦距可变透镜装置，其具有焦距周期性地变化的焦距可变透镜、能够通过前述焦距可变透镜执行测量对象物的图像检测的图像检测部、基于与前述焦距可变透镜的前述焦距有关的图像检测条件而使前述图像检测部执行前述图像检测的透镜控制部、以及对前述透镜控制部设定前述图像检测条件的图像检测条件设定部；作为前述图像检测条件而设定反复进行图像检测循环的复合模式，所述图像检测循环包括至少1个多平面图像检测动作和至少1个单平面图像检测动作；在前述多平面图像检测动作中，在前述焦距可变透镜的前述焦距变化的1个周期的期间中，设定多个进行前述图像检测的前述焦距；在前述单平面图像检测动作中，在前述焦距可变透镜的前述焦距变化的1个周期的期间中，设定1个进行前述图像检测的前述焦距。
在本发明中，能够得到在本发明的焦距可变透镜装置中说明那样的效果。
根据本发明，能够提供对于多个焦距能得到充分的图像品质、并且能够缩短图像检测时间的焦距可变透镜装置及焦距可变透镜控制方法。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的示意图。
图2是表示前述实施方式的液体透镜单元的结构的示意图。
图3(A)～(C)是表示前述实施方式的液体透镜单元的振动状态的示意图。
图4(A)～(E)是表示前述实施方式的液体透镜单元的焦距的示意图。
图5是表示前述实施方式的控制部分的块图。
图6是表示前述实施方式的图像检测动作的流程图。
图7是表示前述实施方式的单平面模式的曲线图。
图8是表示前述单平面模式下的合焦状态的示意图。
图9是表示前述单平面模式下的检测图像的示意图。
图10是表示前述实施方式的多平面模式的曲线图。
图11是表示前述多平面模式下的合焦状态的示意图。
图12是表示前述多平面模式下的检测图像的示意图。
图13是表示前述实施方式的其他的多平面模式的曲线图。
图14是表示前述其他的多平面模式下的合焦状态的示意图。
图15是表示前述多平面模式下的检测图像的示意图。
图16是表示前述实施方式的逐帧模式的曲线图。
图17(A)是表示前述逐帧模式下的合焦状态的示意图。
图17(B)是表示前述逐帧模式下的合焦状态的示意图。
图17(C)是表示前述逐帧模式下的合焦状态的示意图。
图18(A)～(C)是表示前述逐帧模式下的检测图像的示意图。
图19是表示前述实施方式的复合模式的曲线图。
图20(A)是表示前述复合模式下的合焦状态的示意图。
图20(B)是表示前述复合模式下的合焦状态的示意图。
图20(C)是表示前述复合模式下的合焦状态的示意图。
图21(A)～(C)是表示前述复合模式下的检测图像的示意图。
图22是表示前述实施方式的其他的复合模式的曲线图。
图23(A)是表示前述其他的复合模式下的合焦状态的示意图。
图23(B)是表示前述其他的复合模式下的合焦状态的示意图。
图24(A)～(B)是表示前述其他的复合模式下的检测图像的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的一实施方式。
〔焦距可变透镜装置1〕
在图1中，焦距可变透镜装置1是一边改变焦距一边对测量对象物9的表面的图像进行检测的装置。
为此，焦距可变透镜装置1具备配置在与该表面交叉的相同的光轴A上的物镜2及液体透镜单元3、对通过物镜2及液体透镜单元3得到的测量对象物9的图像进行检测的图像检测部4、以及对测量对象物9的表面进行脉冲照明的脉冲照明部5。
在焦距可变透镜装置1中，由物镜2及液体透镜单元3构成焦距可变透镜。
进而，焦距可变透镜装置1具备对液体透镜单元3及脉冲照明部5的动作进行控制的透镜控制部6和用于对透镜控制部6进行操作的控制用PC7。
控制用PC7由已有的个人计算机构成，通过执行规定的控制用软件，实现希望的功能。在控制用PC7中，也包括从图像检测部4将图像取入并处理的功能。
物镜2由已有的凸透镜构成。
图像检测部4由已有的CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器或其他形式的照相机等构成，能够将入射的图像Lg作为规定的信号形式的检测图像Im向控制用PC7输出。
脉冲照明部5由LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等发光元件构成，当被从透镜控制部6输入了发光信号Ci时，使照明光Li发光规定时间，能够进行对于测量对象物9的表面的脉冲照明。照明光Li被测量对象物9的表面反射，来自测量对象物9的表面的反射光Lr通过物镜2及液体透镜单元3而形成图像Lg。
液体透镜单元3在内部构成液体透镜***，与从透镜控制部6输入的驱动信号Cf对应而折射率变化。驱动信号Cf是使液体透镜单元3产生驻波的频率的交流，是正弦波状的交流信号。
在焦距可变透镜装置1中，通过以物镜2的焦距为基础、使液体透镜单元3的折射率变化，能够使到焦点位置Pf的焦距Df任意地变化。
〔液体透镜单元3〕
在图2中，液体透镜单元3具有圆筒形的壳体31，在壳体31的内部设置有圆筒状的振动部件32。振动部件32由被夹装在其外周面33与壳体31的内周面之间的弹性体制的衬垫39支承。
振动部件32是将压电材料形成为圆筒状的结构，通过在外周面33与内周面34之间被施加驱动信号Cf的交流电压，从而在厚度方向上振动。
在壳体31的内部，填充着透过性较高的液体35，就振动部件32而言，使整体浸渍在液体35中，圆筒状的振动部件32的内侧被液体35充满。将驱动信号Cf的交流电压调整为使处于振动部件32的内侧的液体35产生驻波的频率(例如70KHz)。
如图3所示，在液体透镜单元3中，如果使振动部件32振动，则在内部的液体35中发生驻波，发生折射率交替变化的同心圆状的区域(参照图3(A)部及图3(B)部)。
此时，液体透镜单元3的距中心轴线的距离(半径)与液体35的折射率的关系成为图3(C)部所示的折射率分布W那样。
在图4中，由于驱动信号Cf是正弦波状的交流信号，所以液体透镜单元3中的液体35的折射率分布W的变动幅度也随着它而变化。并且，在液体35中发生的同心圆状的区域的折射率以正弦波状变化，由此，到焦点位置Pf的焦距Df以正弦波状变动。
在图4(A)的状态下，折射率分布W的振幅成为最大，液体透镜单元3使穿过的光聚束，焦点位置Pf较近，焦距Df成为最短。
在图4(B)的状态下，折射率分布W成为平坦，液体透镜单元3使穿过光原样穿过，焦点位置Pf及焦距Df成为标准的值。
在图4(C)的状态下，折射率分布W成为与图4(A)反极性、振幅最大，液体透镜单元3使穿过的光扩散，焦点位置Pf较远，焦距Df成为最大。
在图4(D)的状态下，折射率分布W再次成为平坦，液体透镜单元3使穿过的光原样穿过，焦点位置Pf及焦距Df成为标准的值。
在图4(E)的状态下，再次回到图4(A)的状态，以下反复进行同样的变动。
这样，在焦距可变透镜装置1中，驱动信号Cf是正弦波状的交流信号，焦点位置Pf及焦距Df也如图4的焦点变动波形Mf那样以正弦波状变动。
此时，如果在焦点变动波形Mf的任意的时点对处于焦点位置Pf的测量对象物9进行脉冲照明，检测在该时点被照明的图像，则能得到任意的照明时点的处于焦距Df的焦点位置Pf的图像。
〔透镜控制部6〕
如图5所示，在焦距可变透镜装置1中，通过来自透镜控制部6的驱动信号Cf、发光信号Ci及图像检测信号Cc，对液体透镜单元3的振动、脉冲照明部5的发光及图像检测部4的图像检测进行控制。此时，作为液体透镜单元3的振动状态Vf，将施加在液体透镜单元3上的有效电力或驱动电流等向透镜控制部6返回。
透镜控制部6具有向液体透镜单元3输出驱动信号Cf的驱动控制部61、向脉冲照明部5输出发光信号Ci的发光控制部62和向图像检测部4输出图像检测信号Cc的图像检测控制部63。
为了对透镜控制部6的设定等图像检测条件进行操作，连接着控制用PC7。
〔控制用PC7〕
控制用PC7具有进行图像检测条件的设定等对于透镜控制部6的操作的透镜操作部71、从图像检测部4将检测图像Im取入并处理的图像处理部72、以及受理用户对于焦距可变透镜装置1的操作的操作接口73。
透镜操作部71具有基于本发明的图像检测条件设定部711。
图像检测条件设定部711经由操作接口73受理用户的操作，作为图像检测条件而选择多个图像检测模式的某个。作为多个图像检测模式，可以选择单平面模式、多平面模式、逐帧模式及复合模式。
这些图像检测模式在后面具体地详细叙述，但通过对透镜控制部6进行设定，透镜控制部6使液体透镜单元3、图像检测部4及脉冲照明部5执行以下这样的图像检测动作。
在单平面模式下，使透镜控制部6反复执行仅包括被指定了1个焦距Df的单平面图像检测动作的图像检测循环。
在多平面模式下，使透镜控制部6反复执行仅包含被指定了多个焦距Df的多平面图像检测动作的图像检测循环。
在逐帧模式下，使透镜控制部6反复执行包含焦距Df相互不同的多个单平面图像检测动作的图像检测循环。在逐帧模式中，用户能够选择单平面图像检测动作的数量(在1个循环中检测的图像的数量)及各自的焦距Df。
在复合模式下，使透镜控制部6反复执行包括至少1个多平面图像检测动作和至少1个单平面图像检测动作的图像检测循环。
在复合模式下的多平面图像检测动作中，在液体透镜单元3的焦距Df变化的1个周期(作为驱动信号Cf的正弦波状的焦点变动波形Mf的1个周期)的期间中能够设定多个进行图像检测的焦距Df。
在复合模式下的单平面图像检测动作中，在液体透镜单元3的焦距Df变化的1个周期的期间中，能够设定1个进行图像检测的焦距Df。在复合模式中有多个单平面图像检测动作的情况下，可以分别设定不同的焦距Df。
图像检测条件设定部711设定在所选择的图像检测模式中需要的参数(焦距Df的数量及值、单平面图像检测动作的数量等)，作为图像检测条件而对透镜控制部6进行设定。
被设定了图像检测条件的透镜控制部6通过对液体透镜单元3、图像检测部4及脉冲照明部5进行控制，能够反复进行被指定的图像检测模式的图像检测循环，使焦距可变透镜装置1执行希望的图像检测。
〔图像检测条件设定〕
在图6中，表示由图像检测条件设定部711进行的设定操作、以及基于该设定的透镜控制部6的控制动作的次序。
在图像检测条件设定部711中，首先受理图像检测模式的指定(处理S1)。图像检测模式的指定通过用户对操作接口73(参照图5)进行操作来进行。
基于用户的操作，图像检测条件设定部711作为图像检测模式而进行单平面模式的设定(处理S11)、多平面模式的设定(处理S21)、逐帧模式的设定(处理S31)、复合模式的设定(处理S41)的某个。
如果设定了图像检测模式，图像检测条件设定部711就按照图像检测模式来设定该图像检测模式所需要的参数。这些参数的设定也通过用户对操作接口73(参照图5)进行操作来进行。
在设定了单平面模式(处理S11)的情况下，由于在图像检测动作的期间中被反复执行的图像检测循环仅由单平面图像检测动作构成，所以仅设定该单平面图像检测动作中的1个焦距Df(焦距D1)(处理S12)。
在设定了多平面模式(处理S21)的情况下，由于在图像检测动作的期间中被反复执行的图像检测循环仅由多平面图像检测动作构成，所以设定该多平面图像检测动作中的合焦面的数量(焦点数np)和各合焦面的焦距Df(焦距D1～Dnp)(处理S22)。
在设定了逐帧模式(处理S31)的情况下，由于在图像检测动作的期间中被反复执行的图像检测循环由多个单平面图像检测动作构成，所以设定通过单平面图像检测动作而检测的画面(帧)的数量(画面数nf)和各画面的焦距Df(焦距Df1～Dnf)(处理S32)。
在设定了复合模式(处理S41)的情况下，在图像检测动作的期间中被反复执行的图像检测循环由1个以上的多平面图像检测动作和1个以上的单平面图像检测动作构成。因此，作为多平面图像检测动作的参数而设定合焦面的数量(焦点数np)和各合焦面的焦距Df(焦距D1～Dnp)(处理S42)。同时，作为单平面图像检测动作的参数，设定所检测的画面(帧)的数量(画面数nf)和各画面的焦距Df(焦距Df1～Dnf)(处理S43)。
这些处理S42和处理S43既可以顺序相反，也可以同时并行。
在复合模式中，多平面图像检测动作的焦点数np及单平面图像检测动作的画面数nf可以任意地选择。多平面图像检测动作中的多个焦距D1～Dnp和通过单平面图像检测动作而设定的焦距Df1～Dnf既可以是相同的值，也可以为不同的值。作为主要的用途，可以举出以下的方式：在多平面图像检测动作中对多个焦距D1～Dnp进行大致检测，将其中的某个设定为焦距Df1～Dnf，进行基于单平面图像检测动作的详细检测。
如果设定了各个画面检测模式的参数，图像检测条件设定部711就将所设定的图像检测模式及其参数向透镜控制部6传送。被传送了图像检测模式及参数的透镜控制部6基于其内容，对液体透镜单元3、图像检测部4及脉冲照明部5进行控制，执行用户指定的图像检测动作。
在设定了单平面模式(处理S11)的情况下，透镜控制部6反复执行仅由焦距D1的单平面图像检测动作构成的图像检测循环(处理S13)。
在设定了多平面模式(处理S21)的情况下，透镜控制部6反复执行仅由焦距D1～Dnp的多平面图像检测动作构成的图像检测循环(处理S23)。
在设定了逐帧模式(处理S31)的情况下，透镜控制部6反复执行画面数nf的单平面图像检测动作(分别是焦距Df1～Dnf)连续的图像检测循环(处理S33)。
在设定了复合模式(处理S41)的情况下，透镜控制部6反复执行焦距D1～Dnp的多平面图像检测动作(处理S44)和画面数nf的单平面图像检测动作(分别是焦距Df1～Dnf，处理S45)连续的图像检测循环。
接着，对本实施方式的单平面模式、多平面模式、逐帧模式及复合模式的具体的动作进行说明。
〔单平面模式〕
图7至图9表示本实施方式的单平面模式的动作。
在图7中，在单平面模式下，使透镜控制部6反复执行仅包括单平面图像检测动作Cms的图像检测循环LPs。
这里，驱动信号Cf是为了对液体透镜单元3(参照图1)进行驱动而从透镜控制部6给予的正弦波状的焦点变动波形Mf(参照图4)。当驱动信号Cf为最大值时，液体透镜单元3及物镜2(参照图1)的焦距Df为最近的焦距Dt，当驱动信号Cf为最小值时，焦距Df为最远的焦距Db。
在单平面模式的图像检测循环LPs中，通过在驱动信号Cf的一个周期中在与被指定的焦距D1对应的相位θ1的位置上将从透镜控制部6向脉冲照明部5(参照图1)的发光信号Ci传送，从而由图像检测部4(参照图1)得到合焦于焦距D1的单平面检测图像Ims(参照图9)。
在图8中，测量对象物9在表面上具有高度不同的部位91、92、93。各部位91、92、93配置在前述最近焦距Dt与最远焦距Db之间(与各自对应的合焦面Pt、Pb之间)。因而，物镜2及液体透镜单元3能够分别合焦于与各部位91、92、93一致的合焦面P1、P2、P3。
单平面图像检测动作Cms被设定为焦距D1，若焦距D1对应于合焦面P1，则与合焦面P1一致的部位91在合焦状态下被图像检测。另一方面，部位92、93(与合焦面P2、P3一致)从合焦面P1偏离，在不合焦的状态下被图像检测。
在图9中，单平面检测图像Ims中的与部位91对应的区域I91由于在合焦的状态下被检测，所以作为较亮而鲜明的图像被检测。另一方面，与部位92、93对应的区域I92、I93由于在从合焦偏离的状态下被检测，所以分别对应于距合焦面P1的距离而作为较暗且不鲜明的图像被检测。
因而，只要能得到关于区域I91的鲜明的图像就足够，在不需要区域I92、I93的图像的鲜明的情况下，只要利用该单平面模式就可以。
〔多平面模式.1〕
图10至图12表示本实施方式的多平面模式的动作。
在图10中，在多平面模式下，使透镜控制部6反复执行仅包括多平面图像检测动作Cmm的图像检测循环LPm。
这里，图10及图11中的驱动信号Cf、焦距Dt、Db、合焦面Pt、Pb是在图7及图8中说明那样的。
在多平面模式的图像检测循环LPm中，若设为焦点数np＝2，则在驱动信号Cf的一个周期中指定2个焦距D1、D2，在与各自对应的相位θ1、θ2的位置上从透镜控制部6传送发光信号Ci，得到合焦于焦距D1、D2的多平面检测图像Imm(参照图12)。
在图11中，若多平面图像检测动作Cmm被设定为焦距D1、D2(合焦面P1、P2)，则与合焦面P1、P2一致的部位91、92分别在合焦状态下被图像检测。但是，在合焦于部位91(合焦面P1)的状态下，部位92(合焦面P2)在没有合焦的状态下被图像检测，在合焦于部位92(合焦面P2)的状态下，部位91(合焦面P1)在没有合焦的状态下被图像检测。
在图12中，多平面检测图像Imm中与部位91对应的区域I91在焦距D1时成为合焦的状态，作为较亮而鲜明的图像被检测。此外，与部位92对应的区域I92在焦距D2时成为合焦的状态，作为较亮而鲜明的图像被检测。即，区域I91、I92这2个都作为鲜明的图像被检测。
但是，区域I91在焦距D2时在没有合焦的较暗而不鲜明的状态下被检测，它被与焦距D1下的鲜明的图像叠加的结果是，成为稍暗的不鲜明的图像(与单平面检测图像Ims的区域I91相比)。关于区域I92也是同样的。
另一方面，与部位93对应的区域I93由于在焦距D1、D2的哪个中都从合焦偏离，所以作为比区域I91、I92暗而不鲜明的图像被检测。
因而，通过多平面模式，对处于多个焦距D1、D2的区域I91、I92能够同时得到比较鲜明的图像。
但是，如前述那样，即使是比较鲜明的区域I91、I92，鲜明度也比单平面模式下降，所以为了得到鲜明的图像而需要另外进行单平面模式的图像检测。
〔多平面模式.2〕
图13至图15表示多平面模式的不同的设定中的动作。
在图10至图12中说明的多平面模式下，设为焦点数np＝2，在多平面图像检测动作Cmm中，以焦距D1、D2(合焦面P1、P2)进行图像检测，与合焦面P1、P2一致的部位91、92在合焦状态下被检测。
相对于此，在图13至图15的多平面模式下，设为焦点数np＝3，在多平面图像检测动作Cmm中，以焦距D1、D2、D3(合焦面P1、P2、P3)进行图像检测，与合焦面P1、P2、P3一致的部位91、92、93在合焦状态下被图像检测。
在图15中，在多平面检测图像Imm中，与部位91、92、93对应的区域I91、I92、I93分别合焦于焦距D1、D2、D3的某个，作为较亮而鲜明的图像被检测。但是，区域I91、I92、I93在合焦于其他的2个焦距的状态下在较暗而不鲜明的状态下被检测、叠加的结果是，成为相当暗的不鲜明的图像(与图12的区域I91、I92相比)。
因而，在多平面模式下，虽然对处于多个焦距的区域能同时得到比较鲜明的图像，但需要注意随着使焦点数np增加而鲜明度受损这一点。
〔逐帧模式〕
图16至图18表示本实施方式的逐帧模式的动作。
在逐帧模式下，使透镜控制部6反复执行包括多个(画面数nf)单平面图像检测动作Cms(焦距Df1～Dnf)的图像检测循环LPf。
这里，图16及图17A、图17B中的驱动信号Cf、焦距Dt、Db、合焦面Pt、Pb是在图7及图8中说明那样的。
此外，逐帧模式下的单平面图像检测动作Cms与前述单平面模式下的动作是同样的。
在图16中，图像检测循环LPf是设为画面数nf＝3、将3个单平面图像检测动作Cms(图像检测动作Cm1、Cm2、Cm3)连结而构成的。在图像检测动作Cm1、Cm2、Cm3中，分别切换为焦距D1、D2、D3。
在图16的(A)部，图像检测动作Cm1被设为焦距D1，在驱动信号Cf的一个周期中以相位θ1进行图像检测。
在图17A中，在图像检测动作Cm1中，合焦于与焦距D1对应的合焦面P1，测量对象物9的部位91在合焦状态下被图像检测。
在图18的(A)部，就基于图像检测动作Cm1的检测图像Im1而言，与部位91对应的区域I91由于在合焦的状态下被检测，所以作为较亮而鲜明的图像被检测。另一方面，与部位92、93对应的区域I92、I93由于在从合焦偏离的状态下被检测，所以分别对应于距合焦面P1的距离而作为较暗而不鲜明的图像被检测。
同样，在图16的(B)部的图像检测动作Cm2中，设为焦距D2，以相位θ2进行单平面图像检测动作Cms。
并且，如图17B那样，在图像检测动作Cm2中，合焦于与焦距D2对应的合焦面P2，测量对象物9的部位92在合焦状态下被图像检测。
其结果是，如图18的(B)部那样，就基于图像检测动作Cm2的检测图像Im2而言，与部位92对应的区域I92作为较亮而鲜明的图像被检测，与部位91、93对应的区域I91、I93作为较暗而不鲜明的图像被检测。
进而，在图16的(C)部的图像检测动作Cm3中，设为焦距D3，以相位θ3进行单平面图像检测动作Cms。
并且，如图17C那样，在图像检测动作Cm3中，合焦于与焦距D3对应的合焦面P3，测量对象物9的部位93在合焦状态下被图像检测。
其结果是，如图18的(C)部那样，就基于图像检测动作Cm3的检测图像Im3而言，与部位93对应的区域I93作为较亮而鲜明的图像被检测，与部位91、92对应的区域I91、I92作为较暗而不鲜明的图像被检测。
在图16中，图像检测循环LPf若从图像检测动作Cm1至图像检测动作Cm3被执行，则再次回到图像检测动作Cm1而反复。
其结果是，在逐帧模式中，依次反复得到图18所示的检测图像Im1～Im3。
因而，在逐帧模式下，分别在图像检测动作Cm1～Cm3中，能够得到相当于单平面图像检测动作Cms的鲜明的检测图像Ims。特别是，相对于在多平面模式下不能避免多个焦距的检测图像的品质下降，在逐帧模式下能够避免这样的图像的劣化。
但是，由于图像检测循环LPf包括图像检测动作Cm1～Cm3，所以需要注意在一系列的处理中需要的时间增大这一点。
〔复合模式.1〕
图19至图21表示本实施方式的复合模式的动作。
在复合模式下，使透镜控制部6反复执行包括至少1个多平面图像检测动作Cmm和至少1个单平面图像检测动作Cms的图像检测循环LPc。
这里，图19及图20A、图20B、图20C中的驱动信号Cf、焦距Dt、Db、合焦面Pt、Pb是在图7及图8中说明那样的。
图19至图21所示的复合模式是由1个多平面图像检测动作Cmm和2个单平面图像检测动作Cms构成图像检测循环LPc的例子。
构成图像检测循环LPc的单平面图像检测动作Cms及多平面图像检测动作Cmm与前述的单平面模式及多平面模式中的动作是同样的。
在图19中，图像检测循环LPc由1个多平面图像检测动作Cmm(图像检测动作Cm1)和2个单平面图像检测动作Cms(图像检测动作Cm2、Cm3)构成。
就图像检测动作Cm1的多平面图像检测动作Cmm而言，设为焦点数np＝3，设定了焦距D1、D2、D3。
就图像检测动作Cm1的接着多平面图像检测动作Cmm的单平面图像检测动作Cms而言，指定为画面数nf＝2，基于该指定而设定了2个图像检测动作Cm2、Cm3。对于图像检测动作Cm2设定焦距D1，对于图像检测动作Cm3设定焦距D2。
在图19的(A)部，在图像检测动作Cm1中，执行焦距D1、D2、D3的多平面图像检测动作Cmm，在驱动信号Cf的一个周期中以相位θ1、θ2、θ3进行图像检测。
在图20A中，在图像检测动作Cm1的多平面图像检测动作Cmm中，合焦于与焦距D1、D2、D3对应的合焦面P1、P2、P3，测量对象物9的部位91、92、93在合焦状态下被图像检测。
在图21的(A)部，基于图像检测动作Cm1的检测图像Im1成为基于多平面图像检测动作Cmm的多平面检测图像Imm，与部位91、92、93对应的区域I91、I92、I93分别合焦于焦距D1、D2、D3的某个，作为较亮而鲜明的图像被检测。
但是，检测图像Im1中的区域I91、I92、I93在合焦于其他的2个焦距的状态下以较暗而不鲜明的状态被检测、叠加的结果是，成为相当暗的不鲜明的图像。
其中，区域I92由于其他的合焦面P1、P3分别处于相对于正在合焦的合焦面P2接近的距离，所以被叠加的区域I91、I93不会变得比较暗，作为结果，作为比区域I91、I93较亮的图像被检测。
相对于此，在区域I91、I93中，分别被叠加的区域I93、I91较远，被叠加的区域I91、I93比区域I92暗，作为结果，作为比区域I92暗的图像被检测。
因此，在检测图像Im1中，较暗的区域I91、I93彼此的边界线I94变得不清晰，比较亮的区域I92与较暗的区域I93的边界线I95有可能变得更难以判别。
在图19的(B)部，在图像检测动作Cm2中，执行焦距D1的单平面图像检测动作Cms，在驱动信号Cf的一个周期中以相位θ1进行图像检测。
在图20B中，在图像检测动作Cm2的单平面图像检测动作Cms中，合焦于与焦距D1对应的合焦面P1，测量对象物9的部位91在合焦状态下被图像检测。
在图21的(B)部，基于图像检测动作Cm2的检测图像Im2成为基于单平面图像检测动作Cms的单平面检测图像Ims，与部位91对应的区域I91由于在合焦的状态下被检测，所以作为较亮而鲜明的图像被检测。另一方面，与部位92、93对应的区域I92、I93由于在从合焦偏离的状态下被检测，所以对应于距合焦面P1的距离而作为较暗而不鲜明的图像被检测。
在检测图像Im2中，较暗的区域I92、I93的边界线I95变得不清晰，但较亮的区域I91与较暗的区域I93的边界线I94能够作为鲜明的图像来检测。
同样，在图19的(C)部的图像检测动作Cm3中，执行焦距D2的单平面图像检测动作Cms，在驱动信号Cf的一个周期中以相位θ2进行单平面图像检测动作Cms。
并且，如图20C那样，在图像检测动作Cm3中，合焦于与焦距D2对应的合焦面P2，测量对象物9的部位92在合焦状态下被图像检测。
其结果是，如图21的(C)部那样，在基于图像检测动作Cm3的检测图像Im3中，与部位92对应的区域I92作为较亮而鲜明的图像被检测，与部位91、93对应的区域I91、I93作为较暗而不鲜明的图像被检测。
在图19中，图像检测循环LPf如果至图像检测动作Cm1(多平面图像检测动作Cmm)及图像检测动作Cm2、Cm3(2个单平面图像检测动作Cms)为止被执行，则再次回到图像检测动作Cm1而反复。
其结果是，在复合模式中，依次反复得到图21所示的检测图像Im1～Im3。
因而，在复合模式下，通过图像检测动作Cm1得到合焦于3个焦距D1、D2、D3的多平面检测图像Imm，并且通过图像检测动作Cm2、Cm3得到合焦于焦距D1、D2的单平面检测图像Ims。
其中，在图像检测动作Cm1中，虽然通过与合焦于其他合焦面的图像的叠加而没有避免检测图像的品质下降，但得到合焦于3个焦距D1、D2、D3的多平面检测图像Imm。
另一方面，在图像检测动作Cm2、Cm3中，仅能得到分别合焦于1个合焦面的图像，但合焦于处于该合焦面的区域I91或区域I92的图像能够成为较亮而鲜明。
在利用复合模式的情况下，通过进行设定，以使对于不被要求高精度的区域或边界线以多平面检测图像Imm来覆盖、对于被要求高精度的区域或边界线利用单平面检测图像Ims，能够在确保高精度的同时进行有效率的图像检测。
即，在图16的逐帧模式中，通过对于3个焦距D1、D2、D3进行3个单平面图像检测动作Cms，以全部焦距D1、D2、D3进行高精度的图像检测。
假如对5个焦距在逐帧模式下进行图像检测，则对于图像检测循环LPf需要设定5个单平面图像检测动作Cms，由于进行5帧的图像检测，所以循环处理时间也变长。但是，在5个焦距中，被要求高精度的仅是2个，在关于其他3个以多平面模式下的图像检测动作就足够的情况下，通过使用复合模式，能够缩短处理时间。
即，通过使用包括设定了5个焦距的1个多平面检测图像Imm和被设定为需要高精度的2个焦距的单平面检测图像Ims的图像检测循环LPc，能够通过合计3帧相应量的图像检测动作Cm1～Cm3来确保需要的检测图像。
这样，通过利用复合模式，能够在确保需要的部分的高精度的同时缩短处理时间。
〔复合模式.2〕
图22至图24表示复合模式的不同的设定下的动作。
在由图19至图21说明的复合模式中，由1个多平面图像检测动作Cmm(图像检测动作Cm1，焦点数np＝3)和2个单平面图像检测动作Cms(图像检测动作Cm2、Cm3，画面数nf＝2)构成图像检测循环LPc。
相对于此，在图22至图24的复合模式中，仅由1个多平面图像检测动作Cmm(图像检测动作Cm1，焦点数np＝3)和1个单平面图像检测动作Cms(图像检测动作Cm2，画面数nf＝1)构成图像检测循环LPc。这样的画面数nf＝1相当于复合模式的最小结构。
在图22的(A)部，在图像检测动作Cm1的多平面图像检测动作Cmm中，设为焦点数np＝3，设定了焦距D1、D2、D3。这与前述的图19的(A)部的图像检测动作Cm1相同，图23A所示的合焦面和焦距的关系与图20A相同，图24的(A)部所示的检测图像Im1与图21的(A)部相同。
即，基于图像检测动作Cm1的检测图像Im1为基于多平面图像检测动作Cmm的多平面检测图像Imm，与部位91、92、93对应的区域I91、I92、I93分别合焦于焦距D1、D2、D3的某个，作为较亮而鲜明的图像被检测。
在图22的(B)部，在图像检测动作Cm2中，执行焦距D3的单平面图像检测动作Cms，在驱动信号Cf的一个周期中以相位θ3进行图像检测。
在图23B中，在图像检测动作Cm2的单平面图像检测动作Cms中，合焦于与焦距D3对应的合焦面P3，测量对象物9的部位93在合焦状态下被图像检测。
在图24的(B)部，基于图像检测动作Cm2的检测图像Im2为基于单平面图像检测动作Cms的单平面检测图像Ims，与部位93对应的区域I93在合焦的状态下被检测，作为较亮而鲜明的图像被检测。另一方面，与部位91、92对应的区域I91、I92由于在从合焦偏离的状态下被检测，所以分别根据距合焦面P3的距离作为较暗而不鲜明的图像被检测。
在检测图像Im2中，边界线I94及边界线I95由于为较暗的区域I91与较亮的区域I93的边界、以及较暗的区域I92与较亮的区域I93的边界，所以能够分别作为鲜明的图像被检测。
这样，通过利用复合模式并适当地执行进行单平面图像检测动作Cms的焦距的设定，能够在确保需要的部分的高精度的同时将处理时间缩短。
〔实施方式的效果〕
根据以上所述的实施方式，能得到以下这样的效果。
在本实施方式中，能够基于由图像检测条件设定部711设定的图像检测条件，透镜控制部6对焦距可变透镜(液体透镜单元3及物镜2)进行控制，由图像检测部4进行图像检测。
此时，如果作为图像检测条件而设定复合模式，则图像检测部4反复执行包括至少1个多平面图像检测动作Cmm和至少1个单平面图像检测动作Cms的图像检测循环LPc。
其结果是，在复合模式下检测的图像通过基于多平面图像检测动作Cmm的多平面检测图像Imm，包含合焦于所设定的全部焦距的图像信息。但是，即使包含其他焦距的图像信息，也并不一定是鲜明的。
另一方面，在基于单平面图像检测动作Cms的单平面检测图像Ims中，关于所设定的焦距能够得到鲜明的图像。
因而，在复合模式中，通过多平面图像检测动作Cmm，能得到与以往的多平面模式同样的结果，并且通过单平面图像检测动作Cms，能够得到由以往的多平面图像检测动作Cmm得不到的较高的图像品质。
进而，在以往的逐帧模式下，需要反复进行焦距的数量的单平面图像检测动作Cms，如果焦距的数量增加，则图像检测时间变长。相对于此，在本实施方式的复合模式下，能够抑制单平面图像检测动作Cms的数量(画面数nf)，能够缩短图像检测时间。即，如果对5个焦距进行以往的逐帧模式的图像检测，则需要单平面图像检测动作Cms的5帧相应量的时间。但是，在复合模式下，例如在虽然对5个焦距进行图像检测但鲜明的图像仅2个焦距就可以的情况下，在用多平面图像检测动作Cmm确保5个焦距的图像信息的基础上，关于2个焦距只要进行单平面图像检测动作Cms就可以，合计用3帧相应量的时间就能够足够。
这样，根据本实施方式的焦距可变透镜装置1，能够对多个焦距得到充分的图像品质，并且能够缩短图像检测时间。
在本实施方式中，图像检测条件设定部711能够选择单平面模式、多平面模式、逐帧模式及复合模式的某个图像检测模式，能够对透镜控制部6设定与各图像检测模式对应的图像检测循环。
因此，能够任意地选择基于本发明的复合模式、和以往的单平面模式、多平面模式、逐帧模式，能够根据需要来确保以往同样的图像检测动作，并且能够得到基于本发明的复合模式的效果。
在本实施方式的焦距可变透镜装置1中，作为焦距可变透镜，使用根据被输入的驱动信号而折射率变化的液体透镜单元3和配置在与液体透镜单元3相同的光轴A上的物镜2的组合。
因此，能够由物镜2得到基本的结像，并且能够由液体透镜单元3变更焦距。通过使用液体透镜单元3，不需要用于改变焦距的机械性的机构，能够使装置结构简单化。此外，液体透镜单元3能够以达到几十千赫的高速使焦距周期性地变化，还能够容易地得到叠加了多个焦距下的图像的多平面检测图像Imm，作为本发明的焦距可变透镜是优选的。
〔变形例〕
另外，本发明并不限定于前述的实施方式，能够达成本发明的目的的范围内的变形等包含在本发明中。
在前述的实施方式中，作为复合模式而采用1个多平面图像检测动作Cmm与2个或1个单平面图像检测动作Cms的组合。但是，作为本发明的复合模式，只要包含至少1个多平面图像检测动作Cmm和至少1个单平面图像检测动作Cms就可以，各自的数量可以任意地设定。
例如，在多平面图像检测动作Cmm中的焦点数np较多的情况等、难以设定为1个多平面图像检测动作Cmm的情况下等，只要设定2个以上的多平面图像检测动作Cmm就可以。此外，关于单平面图像检测动作Cms，也只要根据需要较亮而鲜明的图像的合焦面的数量来设定画面数nf就可以。此时，如图23的例子那样，通过选择与被2个部位91、92夹着的部位93对应的合焦面P3，能够用1个单平面图像检测动作Cms进行2个边界线I94、I95(参照图24)的检测，通过在对执行单平面图像检测动作Cms的合焦面进行选择时也进行适当的设定，能够实现进一步的高效率化。
在前述的实施方式中，在图像检测条件设定部711中，能够选择单平面模式、多平面模式、逐帧模式及复合模式的某个图像检测模式，但复合模式以外的图像检测模式是任意的，也可以将单平面模式、多平面模式、逐帧模式的某个适当省略。
在前述的实施方式中，作为焦距可变透镜装置1的焦距可变透镜而使用液体透镜单元3和物镜2的组合。但是，本发明并不限定于该结构，也可以使用基于其他原理的焦距可变透镜。

Claims (4)

1.一种焦距可变透镜装置，其特征在于，
具有焦距周期性地变化的焦距可变透镜、能够通过前述焦距可变透镜执行测量对象物的图像检测的图像检测部、基于与前述焦距可变透镜的前述焦距有关的图像检测条件而使前述图像检测部执行前述图像检测的透镜控制部、以及对前述透镜控制部设定前述图像检测条件的图像检测条件设定部，
前述图像检测条件设定部能够设定反复进行图像检测循环的复合模式作为前述图像检测条件，所述图像检测循环包括至少1个多平面图像检测动作和至少1个单平面图像检测动作；
在前述多平面图像检测动作中，在前述焦距可变透镜的前述焦距变化的1个周期的期间中，能够设定多个进行前述图像检测的前述焦距；
在前述单平面图像检测动作中，在前述焦距可变透镜的前述焦距变化的1个周期的期间中，能够设定1个进行前述图像检测的前述焦距。
2.如权利要求1所述的焦距可变透镜装置，其特征在于，
前述图像检测条件设定部能够选择多个图像检测模式的某个并对前述透镜控制部进行设定；
前述图像检测模式包括前述复合模式，并且包括单平面模式、多平面模式和逐帧模式；
在前述单平面模式下，使仅包括被指定了1个前述焦距的前述单平面图像检测动作的图像检测循环反复执行；
在前述多平面模式下，使仅包括被指定了多个前述焦距的前述多平面图像检测动作的图像检测循环反复执行；
在前述逐帧模式下，使包括前述焦距相互不同的多个前述单平面图像检测动作的图像检测循环反复执行。
3.如权利要求1或2所述的焦距可变透镜装置，其特征在于，
前述焦距可变透镜具有对应于被输入的驱动信号而折射率变化的液体透镜单元、和配置在与前述液体透镜单元相同的光轴上的物镜。
4.一种焦距可变透镜控制方法，其特征在于，
使用焦距可变透镜装置，其具有焦距周期性地变化的焦距可变透镜、能够通过前述焦距可变透镜执行测量对象物的图像检测的图像检测部、基于与前述焦距可变透镜的前述焦距有关的图像检测条件而使前述图像检测部执行前述图像检测的透镜控制部、以及对前述透镜控制部设定前述图像检测条件的图像检测条件设定部；
作为前述图像检测条件而设定反复进行图像检测循环的复合模式，所述图像检测循环包括至少1个多平面图像检测动作和至少1个单平面图像检测动作；
在前述多平面图像检测动作中，在前述焦距可变透镜的前述焦距变化的1个周期的期间中，设定多个进行前述图像检测的前述焦距；
在前述单平面图像检测动作中，在前述焦距可变透镜的前述焦距变化的1个周期的期间中，设定1个进行前述图像检测的前述焦距。
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