JP7333744B2 - 高さ測定方法および高さ測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は高さ測定方法および高さ測定装置に関する。
画像検出装置を用いたワークの高さ測定が行われている。例えば、画像検出装置で焦点位置を間欠的または連続的に変化させつつワークの画像を検出し、検出画像のうちワークの注目部位が合焦状態となる検出画像の焦点位置を検出することで、注目部位の高さを測定することができる（特許文献１参照）。
画像検出時に焦点位置を変化させる手段として、ワーク（被写体）とレンズとを相対移動させる構造が利用できるほか、焦点距離可変レンズを用いることができる。
画像検出時に焦点位置を変化させる手段として、ワーク（被写体）とレンズとを相対移動させる構造が利用できるほか、焦点距離可変レンズを用いることができる。
焦点距離可変レンズとして、液体共振式のレンズシステムが開発されている。液体共振式のレンズシステムでは、周期的な駆動信号により内部の液体に定在波を生じさせており、焦点位置が高周波で周期的に変化する。
このような液体共振式のレンズシステムにパルス照明装置を組み合わせ、ワークの注目部位に合焦した画像を検出する画像検出装置が開発されている（特許文献２参照）。
特許文献２の画像検出装置では、レンズシステムを駆動する駆動信号の所定の位相角にパルス照明を同期させることで、位相角に対応した焦点位置となる撮像面における単焦点画像を検出可能である。また、駆動信号の一周期内にパルス照明が同期する位相角を複数設定することで、被写体の複数焦点画像を検出可能である。
さらに、特許文献２の画像検出装置では、焦点位置を連続的に変化させたフォーカルスイープ画像（焦点走査による多重焦点重畳画像）、あるいはＥＤＯＦ（拡張被写界深度、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）画像を検出可能である。
このような液体共振式のレンズシステムにパルス照明装置を組み合わせ、ワークの注目部位に合焦した画像を検出する画像検出装置が開発されている（特許文献２参照）。
特許文献２の画像検出装置では、レンズシステムを駆動する駆動信号の所定の位相角にパルス照明を同期させることで、位相角に対応した焦点位置となる撮像面における単焦点画像を検出可能である。また、駆動信号の一周期内にパルス照明が同期する位相角を複数設定することで、被写体の複数焦点画像を検出可能である。
さらに、特許文献２の画像検出装置では、焦点位置を連続的に変化させたフォーカルスイープ画像（焦点走査による多重焦点重畳画像）、あるいはＥＤＯＦ（拡張被写界深度、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）画像を検出可能である。
このうち、フォーカルスイープ画像では、スイープされる焦点位置に応じた多数の画像が重畳され、重畳された各画像にはＤＯＦ（被写界深度、Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）外となるボケ画像情報が含まれる。その結果、重畳された画像においては、全体として被写体のボケが避けられない。これに対し、ＥＤＯＦ画像では、フォーカルスイープ画像に対して、ＰＳＦ（点拡がり関数、Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いた画像の演算処理を行い、画像の奥行方向のボケ量の推定値を算出してボケ画像のデコンボリューションを行うことで、全焦点にわたる被写体の各部位でボケ量が抑制された比較的明瞭な画像とすることができる（特許文献３参照）。
前述のように、焦点距離可変レンズを用いた画像検出装置により、ワークの高さ測定を行うことができる。高さ測定用の画像検出装置に液体共振式の焦点距離可変レンズを用いる場合、合焦位置で発光するパルス照明装置を組み合わせる必要があった。
パルス照明装置は、正確なタイミングで大光量の発光性能が求められ、一般に高価になる。加えて、液体共振式の焦点距離可変レンズでは、駆動周波数が高いため、連続発光の時間幅がナノ秒単位と短く、そのような短時間に大光量を得るために高出力大電流化が必要となり、技術的な課題も増すことになる。
従って、液体共振式の焦点距離可変レンズを用いた画像検出装置で高さ測定を行う場合においても、照明装置として連続照明装置ではなくパルス照明を用いるようにすることが求められていた。
パルス照明装置は、正確なタイミングで大光量の発光性能が求められ、一般に高価になる。加えて、液体共振式の焦点距離可変レンズでは、駆動周波数が高いため、連続発光の時間幅がナノ秒単位と短く、そのような短時間に大光量を得るために高出力大電流化が必要となり、技術的な課題も増すことになる。
従って、液体共振式の焦点距離可変レンズを用いた画像検出装置で高さ測定を行う場合においても、照明装置として連続照明装置ではなくパルス照明を用いるようにすることが求められていた。
本発明の目的は、液体共振式の焦点距離可変レンズと連続照明とを用いてワークの高さを測定できる高さ測定方法および高さ測定装置を提供することにある。
本発明の高さ測定方法は、入力される駆動信号に応じて焦点位置が変化する液体共振式のレンズシステムと、前記駆動信号を前記レンズシステムに出力するレンズ制御部と、ワークを連続照明する連続照明部と、前記レンズシステムを通して前記ワークの画像を検出する画像検出部と、を有する画像検出装置を用い、前記画像検出部で検出された検出画像からＥＤＯＦ画像を演算し、前記駆動信号の振幅を増減させて前記ＥＤＯＦ画像の拡張焦点深度を増減させ、前記ＥＤＯＦ画像に表れる前記ワークの注目部位の合焦状態を判定し、前記拡張焦点深度の増減に伴って前記注目部位の前記合焦状態が変化した時点での前記拡張焦点深度の上限値または下限値を前記注目部位の高さとして測定する、ことを特徴とする。
本発明の高さ測定装置は、入力される駆動信号に応じて焦点位置が変化する液体共振式のレンズシステムと、前記駆動信号を前記レンズシステムに出力するレンズ制御部と、ワークを連続照明する連続照明部と、前記レンズシステムを通して前記ワークの画像を検出する画像検出部と、前記画像検出部で検出された検出画像からＥＤＯＦ画像を演算する画像演算部と、前記駆動信号の振幅を増減させて前記ＥＤＯＦ画像の拡張焦点深度を増減させる焦点深度調整部と、前記ＥＤＯＦ画像に表れる前記ワークの注目部位の合焦状態を判定する合焦判定部と、前記拡張焦点深度の増減に伴って前記注目部位の前記合焦状態が変化した時点での前記拡張焦点深度の上限値または下限値を前記注目部位の高さとして測定する高さ測定部と、を有することを特徴とする。
このような本発明では、レンズシステムを通してワークの画像が画像検出部で検出される。画像検出部による検出画像は、連続照明部がワークを連続照明しているため、レンズシステムの合焦範囲全体にわたるフォーカルスイープ画像となる。この際、レンズシステムの合焦範囲は、レンズ制御部からの駆動信号の振幅（駆動電流値）によって定められる。
画像検出部で検出されたフォーカルスイープ画像は、ＰＳＦを用いたデコンボリューションなどの演算処理によりＥＤＯＦ画像とされる。ＥＤＯＦ画像における拡張焦点深度（拡張被写界深度）は、元の検出画像の焦点深度に対して数倍ないし数十倍にまで拡張される。このため、レンズシステムの駆動信号の振幅を増減させ、元の検出画像の焦点深度を増減させれば、拡張焦点深度は拡張倍率に応じて明確な増減変化を生じる。
ワークの注目部位が、このような拡張焦点深度の変動範囲内にあれば、注目部位の合焦状態に基づいて、注目部位の高さを測定できる。
画像検出部で検出されたフォーカルスイープ画像は、ＰＳＦを用いたデコンボリューションなどの演算処理によりＥＤＯＦ画像とされる。ＥＤＯＦ画像における拡張焦点深度（拡張被写界深度）は、元の検出画像の焦点深度に対して数倍ないし数十倍にまで拡張される。このため、レンズシステムの駆動信号の振幅を増減させ、元の検出画像の焦点深度を増減させれば、拡張焦点深度は拡張倍率に応じて明確な増減変化を生じる。
ワークの注目部位が、このような拡張焦点深度の変動範囲内にあれば、注目部位の合焦状態に基づいて、注目部位の高さを測定できる。
例えば、駆動信号を小さくして拡張焦点深度を小さくした状態で、注目部位が拡張焦点深度の外側にあれば、注目部位は合焦状態にならない。駆動信号を増して拡張焦点深度を徐々に拡げてゆくと、注目部位が拡張焦点深度の内側となり、注目部位は合焦状態となる。このような注目部位の合焦状態の変化は、拡張焦点深度の上限値または下限値が注目部位を超えた時点で生じる。従って、合焦状態が変化した時点の拡張焦点深度の上限値または下限値から注目部位の高さを測定することができる。
あるいは、拡張焦点深度を大きくした状態から小さくする際に、合焦状態から合焦状態でなくなることを判定して同様に高さを測定してもよい。
なお、注目部位の高さが拡張焦点深度の上限値または下限値のいずれであるかは、予めワークの注目部位と拡張焦点深度との概略位置関係に基づいて確定できる。例えば、ＥＤＯＦ画像とする前の検出画像における拡張されていない焦点深度に対して、注目部位が上下どちらにあるかを識別することで、注目部位が拡張焦点深度の上限値の側か下限値の側かを確定できる。あるいは、上述した高さ測定動作を、ワークとレンズシステムとの位置関係をずらして２回以上行うことで確定できる。
あるいは、拡張焦点深度を大きくした状態から小さくする際に、合焦状態から合焦状態でなくなることを判定して同様に高さを測定してもよい。
なお、注目部位の高さが拡張焦点深度の上限値または下限値のいずれであるかは、予めワークの注目部位と拡張焦点深度との概略位置関係に基づいて確定できる。例えば、ＥＤＯＦ画像とする前の検出画像における拡張されていない焦点深度に対して、注目部位が上下どちらにあるかを識別することで、注目部位が拡張焦点深度の上限値の側か下限値の側かを確定できる。あるいは、上述した高さ測定動作を、ワークとレンズシステムとの位置関係をずらして２回以上行うことで確定できる。
このような本発明によれば、液体共振式の焦点距離可変レンズと連続照明とを用いてワークの高さを測定できる高さ測定方法および高さ測定装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の高さ測定装置の基本構成となる画像検出装置１が示されている。
画像検出装置１は、焦点距離を周期的に変化させつつ撮像領域におかれたワーク９の表面の画像を検出するものであり、当該表面に交差する同じ光軸Ａ上に配置された対物レンズ２、レンズシステム３および画像検出部４を備えている。
さらに、画像検出装置１は、ワーク９の表面を連続照明する連続照明部５と、レンズシステム３および連続照明部５の動作を制御するレンズ制御部６と、レンズ制御部６を操作するための制御用ＰＣ７とを備えている。
図１には、本発明の高さ測定装置の基本構成となる画像検出装置１が示されている。
画像検出装置１は、焦点距離を周期的に変化させつつ撮像領域におかれたワーク９の表面の画像を検出するものであり、当該表面に交差する同じ光軸Ａ上に配置された対物レンズ２、レンズシステム３および画像検出部４を備えている。
さらに、画像検出装置１は、ワーク９の表面を連続照明する連続照明部５と、レンズシステム３および連続照明部５の動作を制御するレンズ制御部６と、レンズ制御部６を操作するための制御用ＰＣ７とを備えている。
対物レンズ２は、既存の凸レンズで構成される。
レンズシステム３は、液体共振式の焦点距離可変レンズであり、レンズ制御部６から入力される駆動信号Ｃｆに応じて屈折率が変化する。駆動信号Ｃｆは、レンズシステム３に定在波を発生させる周波数の交流であって、正弦波状の交流信号である。
画像検出装置１において、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆは、対物レンズ２の焦点距離を基本としつつ、レンズシステム３の屈折率を変化させることで、任意に変化させることができる。画像検出装置１においては、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であり、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆも正弦波状に周期的に変動する。
レンズシステム３は、液体共振式の焦点距離可変レンズであり、レンズ制御部６から入力される駆動信号Ｃｆに応じて屈折率が変化する。駆動信号Ｃｆは、レンズシステム３に定在波を発生させる周波数の交流であって、正弦波状の交流信号である。
画像検出装置１において、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆは、対物レンズ２の焦点距離を基本としつつ、レンズシステム３の屈折率を変化させることで、任意に変化させることができる。画像検出装置１においては、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であり、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆも正弦波状に周期的に変動する。
画像検出部４は、既存のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサあるいは他の形式のカメラ等で構成され、レンズシステム３から入射されるワーク９の画像を、所定の信号形式の検出画像Ｉｍとして制御用ＰＣ７へ出力する。
連続照明部５は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子で構成され、レンズ制御部６の制御のもとでワーク９の表面を連続照明する。
連続照明部５は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子で構成され、レンズ制御部６の制御のもとでワーク９の表面を連続照明する。
画像検出装置１において、レンズシステム３の駆動、連続照明部５の発光および画像検出部４の画像検出は、レンズ制御部６からの駆動信号Ｃｆおよび発光信号Ｃｉおよび画像検出信号Ｃｃにより制御される。これらを制御するレンズ制御部６の設定などを操作するために、制御用ＰＣ７が接続されている。
図２には、本実施形態のレンズ制御部６および制御用ＰＣ７の構成が示されている。
レンズ制御部６は、レンズシステム３および連続照明部５の動作を制御するハードウェアで構成された専用ユニットであり、レンズシステム３に駆動信号Ｃｆを出力する駆動制御部６１と、連続照明部５に発光信号Ｃｉを出力する発光制御部６２と、画像検出部４に画像検出信号Ｃｃを出力する画像検出制御部６３とを有する。
レンズ制御部６は、レンズシステム３および連続照明部５の動作を制御するハードウェアで構成された専用ユニットであり、レンズシステム３に駆動信号Ｃｆを出力する駆動制御部６１と、連続照明部５に発光信号Ｃｉを出力する発光制御部６２と、画像検出部４に画像検出信号Ｃｃを出力する画像検出制御部６３とを有する。
駆動制御部６１は、レンズシステム３に駆動信号Ｃｆを出力するとともに、駆動信号Ｃｆに基づいてレンズシステム３が振動した際に、レンズシステム３に加えられる有効電力あるいは駆動電流から、レンズシステム３の振動状態Ｖｆを検出する。そして、レンズシステム３の振動状態Ｖｆを参照して駆動信号Ｃｆの周波数を調整することで、レンズシステム３の現在の共振周波数にロックすることができる。
発光制御部６２は、連続照明部５に発光信号Ｃｉを出力し、撮像領域のワーク９に対する連続照明のオンオフを制御する。
画像検出制御部６３は、画像検出部４に画像検出信号Ｃｃを出力し、画像検出のオンオフを制御する。なお、画像検出オンからオフまでの期間に画像検出部４で検出された１フレーム分の検出画像Ｉｍは、制御用ＰＣ７に送られて処理される。
画像検出制御部６３は、画像検出部４に画像検出信号Ｃｃを出力し、画像検出のオンオフを制御する。なお、画像検出オンからオフまでの期間に画像検出部４で検出された１フレーム分の検出画像Ｉｍは、制御用ＰＣ７に送られて処理される。
本実施形態では、画像検出信号Ｃｃは所定の期間継続され、その間、ワーク９が連続照明されるとともに、焦点位置Ｐｆが駆動信号Ｃｆに応じて周期的に変動する。
従って、画像検出部４で検出される検出画像Ｉｍは、焦点位置Ｐｆの変動範囲、つまり対物レンズ２およびレンズシステム３の合焦範囲全体にわたるフォーカルスイープ画像となる。
従って、画像検出部４で検出される検出画像Ｉｍは、焦点位置Ｐｆの変動範囲、つまり対物レンズ２およびレンズシステム３の合焦範囲全体にわたるフォーカルスイープ画像となる。
制御用ＰＣ７は、レンズ制御部６に各種設定操作などを行うレンズ操作部７１と、画像検出部４から検出画像Ｉｍを取り込んで処理する画像処理部７２と、画像検出装置１に対するユーザの操作を受け付ける操作インターフェイス７３とを有する。
制御用ＰＣ７は、汎用のパーソナルコンピュータで構成され、専用のソフトウェアを実行することで、所期の機能を実現している。すなわち、レンズ操作ソフトウェアを実行することで、レンズ制御部６を制御するレンズ操作部７１の機能が実現される。また、画像処理ソフトウェアを実行することで、画像検出部４からの検出画像Ｉｍを処理する画像処理部７２の機能が実現される。これらのレンズ操作ソフトウェアおよび画像処理ソフトウェアは、制御用ＰＣ７の表示画面および入力装置を用いた操作インターフェイス７３を介してユーザが操作することができる。
制御用ＰＣ７は、汎用のパーソナルコンピュータで構成され、専用のソフトウェアを実行することで、所期の機能を実現している。すなわち、レンズ操作ソフトウェアを実行することで、レンズ制御部６を制御するレンズ操作部７１の機能が実現される。また、画像処理ソフトウェアを実行することで、画像検出部４からの検出画像Ｉｍを処理する画像処理部７２の機能が実現される。これらのレンズ操作ソフトウェアおよび画像処理ソフトウェアは、制御用ＰＣ７の表示画面および入力装置を用いた操作インターフェイス７３を介してユーザが操作することができる。
本実施形態では、画像処理部７２において、本発明に基づく高さ測定手順が実行され、これにより画像検出装置１が本発明に基づく高さ測定装置として機能する。
そのために、画像メモリ７２１、画像演算部７２２、焦点深度調整部７２３、合焦判定部７２４、および高さ測定部７２５を有する。
画像メモリ７２１は、制御用ＰＣ７のメモリ領域に割り当てられ、画像検出部４からの検出画像Ｉｍを含む画像データ、あるいは画像処理部７２で生成される各種画像データを記憶可能である。
画像演算部７２２、焦点深度調整部７２３、合焦判定部７２４、および高さ測定部７２５は、制御用ＰＣ７で実行されるソフトウェアにより構成され、本発明に基づく高さ測定手順を実行可能である。
そのために、画像メモリ７２１、画像演算部７２２、焦点深度調整部７２３、合焦判定部７２４、および高さ測定部７２５を有する。
画像メモリ７２１は、制御用ＰＣ７のメモリ領域に割り当てられ、画像検出部４からの検出画像Ｉｍを含む画像データ、あるいは画像処理部７２で生成される各種画像データを記憶可能である。
画像演算部７２２、焦点深度調整部７２３、合焦判定部７２４、および高さ測定部７２５は、制御用ＰＣ７で実行されるソフトウェアにより構成され、本発明に基づく高さ測定手順を実行可能である。
画像演算部７２２は、画像メモリ７２１に記憶された画像検出部４による検出画像ＩｍからＥＤＯＦ画像を演算する。
画像検出部４による検出画像Ｉｍは、ワーク９が連続照明部５で連続照明され、かつ焦点位置Ｐｆが駆動信号Ｃｆに応じて周期的に変動する状態で検出されるため、スイープされる焦点位置Ｐｆに応じた多数の画像が重畳されたフォーカルスイープ画像となる。
画像演算部７２２は、画像検出部４によるフォーカルスイープ画像に対して、ＰＳＦを用いたデコンボリューションを行うことで、ＥＤＯＦ画像を演算する。ＥＤＯＦ画像における拡張焦点深度（拡張被写界深度）は、元の検出画像Ｉｍの焦点深度に対して数倍ないし数十倍にまで拡張される。
画像検出部４による検出画像Ｉｍは、ワーク９が連続照明部５で連続照明され、かつ焦点位置Ｐｆが駆動信号Ｃｆに応じて周期的に変動する状態で検出されるため、スイープされる焦点位置Ｐｆに応じた多数の画像が重畳されたフォーカルスイープ画像となる。
画像演算部７２２は、画像検出部４によるフォーカルスイープ画像に対して、ＰＳＦを用いたデコンボリューションを行うことで、ＥＤＯＦ画像を演算する。ＥＤＯＦ画像における拡張焦点深度（拡張被写界深度）は、元の検出画像Ｉｍの焦点深度に対して数倍ないし数十倍にまで拡張される。
焦点深度調整部７２３は、レンズ制御部６からレンズシステム３へ送られる駆動信号Ｃｆの振幅を増減させることで、画像演算部７２２で演算されるＥＤＯＦ画像の拡張焦点深度を増減させる。
図３の（Ａ）部において、駆動信号Ｃｆがない場合あるいは振幅＝０のとき、焦点位置Ｐｆの変動はなく、焦点深度Ｄｏはごく狭い範囲である。
図３の（Ａ）部において、駆動信号Ｃｆがない場合あるいは振幅＝０のとき、焦点位置Ｐｆの変動はなく、焦点深度Ｄｏはごく狭い範囲である。
図３の（Ｂ）部において、駆動信号Ｃｆを小さな振幅でレンズシステム３に付与すると、焦点位置Ｐｆが変動する。このとき、焦点位置Ｐｆの変動幅は上限値Ｐｔ１から下限値Ｐｂ１までであったとする。焦点位置Ｐｆが変動することで、検出画像Ｉｍはフォーカルスイープ画像となり、ＥＤＯＦ画像を演算することで拡張焦点深度ＥＤ１が得られる。拡張焦点深度ＥＤ１は、演算の設定にもよるが、最大で焦点位置Ｐｆの変動幅の上限値Ｐｔ１から下限値Ｐｂ１までの範囲とすることができる。
図３の（Ｃ）部において、駆動信号Ｃｆを前述した（Ｂ）部よりも大きな振幅でレンズシステム３に付与すると、焦点位置Ｐｆの変動幅は上限値Ｐｔ２から下限値Ｐｂ２までとなり、上限値Ｐｔ２から下限値Ｐｂ２までの範囲の拡張焦点深度ＥＤ２が得られる。
図３の（Ｃ）部において、駆動信号Ｃｆを前述した（Ｂ）部よりも大きな振幅でレンズシステム３に付与すると、焦点位置Ｐｆの変動幅は上限値Ｐｔ２から下限値Ｐｂ２までとなり、上限値Ｐｔ２から下限値Ｐｂ２までの範囲の拡張焦点深度ＥＤ２が得られる。
このように、レンズ制御部６からレンズシステム３へ送られる駆動信号Ｃｆの振幅を増減させることで、拡張焦点深度（ＥＤ１，ＥＤ２）を増減させることができる。そして、拡張焦点深度ＥＤ１，ＥＤ２は、拡張倍率に応じて明確な増減変化（上限値Ｐｔ１と上限値Ｐｔ２との差、下限値Ｐｂ１と下限値Ｐｂ２との差）を生じさせることができる。
合焦判定部７２４は、ユーザがワーク９の表面に注目部位を指定しておくことで、画像演算部７２２で演算されたＥＤＯＦ画像に表れるワーク９の注目部位の合焦状態を判定する。
合焦状態の判定には、コントラストなどを参照する既存の判定法が利用できる。
ワーク９の注目部位は、拡張焦点深度（ＥＤ１，ＥＤ２）の内側にあるとき合焦状態となり、外側にあるとき非合焦状態となる。
従って、ワーク９の注目部位が、拡張焦点深度の変動範囲内（上限値Ｐｔ１と上限値Ｐｔ２との間、下限値Ｐｂ１と下限値Ｐｂ２との間）にあれば、拡張焦点深度の増減に伴って注目部位の合焦状態が変化する。
合焦状態の判定には、コントラストなどを参照する既存の判定法が利用できる。
ワーク９の注目部位は、拡張焦点深度（ＥＤ１，ＥＤ２）の内側にあるとき合焦状態となり、外側にあるとき非合焦状態となる。
従って、ワーク９の注目部位が、拡張焦点深度の変動範囲内（上限値Ｐｔ１と上限値Ｐｔ２との間、下限値Ｐｂ１と下限値Ｐｂ２との間）にあれば、拡張焦点深度の増減に伴って注目部位の合焦状態が変化する。
高さ測定部７２５は、拡張焦点深度の増減に伴って注目部位の合焦状態が変化した際に、その時点での拡張焦点深度の上限値または下限値を注目部位の高さとして測定する。
すなわち、高さ測定部７２５は、焦点深度調整部７２３を制御して駆動信号Ｃｆの振幅を増減させ、これにより画像演算部７２２で演算されるＥＤＯＦ画像において拡張倍率に応じて明確な拡張焦点深度の増減変化（上限値Ｐｔ１と上限値Ｐｔ２との差、下限値Ｐｂ１と下限値Ｐｂ２との差）を生じさせる。
このような拡張焦点深度の増減変化の間に、高さ測定部７２５は、合焦判定部７２４による合焦判定を参照し、注目部位の合焦状態が変化した際（非合焦状態から合焦状態に変化した際、または合焦状態から非合焦状態に変化した際）に、その時点での拡張焦点深度の上限値または下限値を注目部位の高さとし、操作インターフェイス７３を介してユーザに表示する。
すなわち、高さ測定部７２５は、焦点深度調整部７２３を制御して駆動信号Ｃｆの振幅を増減させ、これにより画像演算部７２２で演算されるＥＤＯＦ画像において拡張倍率に応じて明確な拡張焦点深度の増減変化（上限値Ｐｔ１と上限値Ｐｔ２との差、下限値Ｐｂ１と下限値Ｐｂ２との差）を生じさせる。
このような拡張焦点深度の増減変化の間に、高さ測定部７２５は、合焦判定部７２４による合焦判定を参照し、注目部位の合焦状態が変化した際（非合焦状態から合焦状態に変化した際、または合焦状態から非合焦状態に変化した際）に、その時点での拡張焦点深度の上限値または下限値を注目部位の高さとし、操作インターフェイス７３を介してユーザに表示する。
このような本実施形態では、次のような手順で高さ測定を行う。
図４において、測定にあたっては、高さ測定装置として用いる画像検出装置１にワーク９を設置し（処理Ｓ１）、画像検出装置１で検出される検出画像Ｉｍ上でワーク９の表面の注目部位を指定しておく（処理Ｓ２）。
図５の（Ａ）部において、ワーク９の注目部位ＴＰがごく狭い範囲である焦点深度Ｄｏの内側にあれば、焦点位置Ｐｆから高さを測定できるが、ワーク９の注目部位ＴＰが焦点深度Ｄｏの外側であれば、そのままでは注目部位ＴＰの高さは測定できない。
図５の（Ｂ）部において、ワーク９の注目部位ＴＰが、駆動信号Ｃｆを小さくした際の拡張焦点深度ＥＤ１と、大きくした際の拡張焦点深度ＥＤ２との変動範囲の間にあれば、ワーク９の注目部位ＴＰの高さ測定が可能である。
図４において、測定にあたっては、高さ測定装置として用いる画像検出装置１にワーク９を設置し（処理Ｓ１）、画像検出装置１で検出される検出画像Ｉｍ上でワーク９の表面の注目部位を指定しておく（処理Ｓ２）。
図５の（Ａ）部において、ワーク９の注目部位ＴＰがごく狭い範囲である焦点深度Ｄｏの内側にあれば、焦点位置Ｐｆから高さを測定できるが、ワーク９の注目部位ＴＰが焦点深度Ｄｏの外側であれば、そのままでは注目部位ＴＰの高さは測定できない。
図５の（Ｂ）部において、ワーク９の注目部位ＴＰが、駆動信号Ｃｆを小さくした際の拡張焦点深度ＥＤ１と、大きくした際の拡張焦点深度ＥＤ２との変動範囲の間にあれば、ワーク９の注目部位ＴＰの高さ測定が可能である。
本実施形態の高さ測定においては、先ず、駆動信号Ｃｆを最小にしておく（図４の処理Ｓ３）。そして、画像検出部４で画像を検出し（処理Ｓ４）、画像演算部７２２でＥＤＯＦ画像を演算し（処理Ｓ５）、演算されたＥＤＯＦ画像における注目部位の合焦状態を合焦判定部７２４で判定する（処理Ｓ６）。
ここで、高さ測定部７２５は、注目部位の合焦状態の変化を判定し（処理Ｓ７）、前回と合焦状態が変化していなければ、駆動信号Ｃｆの振幅を増加させ（処理Ｓ８）、処理Ｓ４から処理Ｓ６を繰り返す。
ここで、高さ測定部７２５は、注目部位の合焦状態の変化を判定し（処理Ｓ７）、前回と合焦状態が変化していなければ、駆動信号Ｃｆの振幅を増加させ（処理Ｓ８）、処理Ｓ４から処理Ｓ６を繰り返す。
図５の（Ｃ）部において、駆動信号Ｃｆを小さくして拡張焦点深度ＥＤ１を小さくした状態では、注目部位ＴＰが拡張焦点深度ＥＤ１の外側にあり、注目部位ＴＰは合焦判定部７２４において非合焦状態と判定される。
駆動信号Ｃｆを増して拡張焦点深度ＥＤ１から拡張焦点深度ＥＤｉを徐々に拡げてゆくと、現時点での拡張焦点深度ＥＤｉの上限値または下限値が注目部位ＴＰを通り過ぎることで、注目部位ＴＰが拡張焦点深度ＥＤｉの内側となり、注目部位ＴＰは合焦判定部７２４において合焦状態と判定される。
その結果、注目部位ＴＰは、前回の非合焦状態から合焦状態に変化する。
駆動信号Ｃｆを増して拡張焦点深度ＥＤ１から拡張焦点深度ＥＤｉを徐々に拡げてゆくと、現時点での拡張焦点深度ＥＤｉの上限値または下限値が注目部位ＴＰを通り過ぎることで、注目部位ＴＰが拡張焦点深度ＥＤｉの内側となり、注目部位ＴＰは合焦判定部７２４において合焦状態と判定される。
その結果、注目部位ＴＰは、前回の非合焦状態から合焦状態に変化する。
高さ測定部７２５は、注目部位ＴＰの合焦状態の変化を検出すると、拡張焦点深度ＥＤｉの上限値または下限値に基づく注目部位ＴＰの高さ測定を行う。
先ず、画像演算部７２２でのＥＤＯＦ画像の演算設定を参照し、拡張焦点深度ＥＤｉの上限値および下限値を検出する（図４の処理Ｓ９）。次に、拡張焦点深度ＥＤｉの上限値および下限値のいずれかを選択し、これを注目部位ＴＰの高さとする（処理Ｓ１０）。
図５（Ｃ）部において、注目部位ＴＰが拡張焦点深度ＥＤ１の下限値Ｐｂ１側であれば、拡張焦点深度ＥＤｉの下限値Ｐｂｉを注目部位ＴＰの高さとして測定できる。
先ず、画像演算部７２２でのＥＤＯＦ画像の演算設定を参照し、拡張焦点深度ＥＤｉの上限値および下限値を検出する（図４の処理Ｓ９）。次に、拡張焦点深度ＥＤｉの上限値および下限値のいずれかを選択し、これを注目部位ＴＰの高さとする（処理Ｓ１０）。
図５（Ｃ）部において、注目部位ＴＰが拡張焦点深度ＥＤ１の下限値Ｐｂ１側であれば、拡張焦点深度ＥＤｉの下限値Ｐｂｉを注目部位ＴＰの高さとして測定できる。
図６には、注目部位ＴＰが拡張焦点深度ＥＤ１の上限値Ｐｔ１側である場合が示されている。この場合でも、前述した処理Ｓ１～Ｓ１０により、拡張焦点深度ＥＤｉの上限値Ｐｔｉを注目部位ＴＰの高さとして測定できる。
なお、注目部位ＴＰの高さが拡張焦点深度ＥＤｉの上限値Ｐｔｉまたは下限値Ｐｂｉのいずれであるかは、予めワーク９の注目部位ＴＰと拡張焦点深度との概略位置関係に基づいて確定できる。例えば、ＥＤＯＦ画像とする前の検出画像Ｉｍにおける拡張されていない焦点深度Ｄｏに対して、注目部位ＴＰが上下どちらにあるかを識別することで、注目部位ＴＰが拡張焦点深度ＥＤｉの上限値Ｐｔｉの側か下限値Ｐｂｉの側かを確定できる。あるいは、上述した高さ測定動作（図４の処理Ｓ３～Ｓ１０）を、ワーク９と対物レンズ２との位置関係をずらして２回以上行うことで確定できる。
このように、本実施形態によれば、液体共振式の焦点距離可変レンズであるレンズシステム３と、連続照明部５による連続照明とを用いて、ワーク９における注目部位ＴＰの高さを測定することができる。
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前述した図１ないし図６の実施形態では、拡張焦点深度ＥＤ１を小さくした状態から、拡張焦点深度ＥＤｉを徐々に大きくする際に、注目部位ＴＰが非合焦状態から合焦状態に変化することを判定して注目部位ＴＰの高さを測定した。
これに対し、図７に示すように、拡張焦点深度ＥＤ２を大きくした状態から、拡張焦点深度ＥＤｉを徐々に小さくする際に、注目部位ＴＰが合焦状態から非合焦状態に変化することを判定して注目部位ＴＰの高さを測定してもよい。
前述した図１ないし図６の実施形態では、拡張焦点深度ＥＤ１を小さくした状態から、拡張焦点深度ＥＤｉを徐々に大きくする際に、注目部位ＴＰが非合焦状態から合焦状態に変化することを判定して注目部位ＴＰの高さを測定した。
これに対し、図７に示すように、拡張焦点深度ＥＤ２を大きくした状態から、拡張焦点深度ＥＤｉを徐々に小さくする際に、注目部位ＴＰが合焦状態から非合焦状態に変化することを判定して注目部位ＴＰの高さを測定してもよい。
本発明は高さ測定方法および高さ測定装置に利用できる。
１…高さ測定装置である画像検出装置、２…対物レンズ、３…レンズシステム、４…画像検出部、５…連続照明部、６…レンズ制御部、６１…駆動制御部、６２…発光制御部、６３…画像検出制御部、７…制御用ＰＣ、７１…レンズ操作部、７２…画像処理部、７２１…画像メモリ、７２２…画像演算部、７２３…焦点深度調整部、７２４…合焦判定部、７２５…高さ測定部、７３…操作インターフェイス、９…ワーク、Ｃｃ…画像検出信号、Ｃｆ…駆動信号、Ｃｉ…発光信号、Ｄｆ…焦点距離、Ｄｏ…焦点深度、ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤｉ…拡張焦点深度、Ｉｍ…検出画像、Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂｉ…下限値、Ｐｆ…焦点位置、Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｔｉ…上限値、ＴＰ…注目部位、Ｖｆ…振動状態。
Claims (2)
- 入力される駆動信号に応じて焦点位置が変化する液体共振式のレンズシステムと、
前記駆動信号を前記レンズシステムに出力するレンズ制御部と、
ワークを連続照明する連続照明部と、
前記レンズシステムを通して前記ワークの画像を検出する画像検出部と、を有する画像検出装置を用い、
前記画像検出部で検出された検出画像からＥＤＯＦ画像を演算し、
前記駆動信号の振幅を増減させて前記ＥＤＯＦ画像の拡張焦点深度を増減させ、
前記ＥＤＯＦ画像に表れる前記ワークの注目部位の合焦状態を判定し、
前記拡張焦点深度の増減に伴って前記注目部位の前記合焦状態が変化した時点での前記拡張焦点深度の上限値または下限値を前記注目部位の高さとして測定する、ことを特徴とする高さ測定方法。 - 入力される駆動信号に応じて焦点位置が変化する液体共振式のレンズシステムと、
前記駆動信号を前記レンズシステムに出力するレンズ制御部と、
ワークを連続照明する連続照明部と、
前記レンズシステムを通して前記ワークの画像を検出する画像検出部と、
前記画像検出部で検出された検出画像からＥＤＯＦ画像を演算する画像演算部と、
前記駆動信号の振幅を増減させて前記ＥＤＯＦ画像の拡張焦点深度を増減させる焦点深度調整部と、
前記ＥＤＯＦ画像に表れる前記ワークの注目部位の合焦状態を判定する合焦判定部と、
前記拡張焦点深度の増減に伴って前記注目部位の前記合焦状態が変化した時点での前記拡張焦点深度の上限値または下限値を前記注目部位の高さとして測定する高さ測定部と、を有することを特徴とする高さ測定装置。
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