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公開番号2025038711
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-19
出願番号2023145485
出願日2023-09-07
発明の名称画像検出装置および画像検出方法
出願人株式会社ミツトヨ
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類G02B 7/28 20210101AFI20250312BHJP(光学)
要約【課題】焦点位置がずれた際の合焦復帰時間を削減できる画像検出装置および画像検出方法を提供する。
【解決手段】画像検出装置1は、周期的な駆動信号Cfにより焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズ8と、測定対象物を照明する照明部5と、焦点距離可変レンズ8を通して測定対象物の画像Imを検出する画像検出部4と、焦点距離可変レンズ8に駆動信号Cfを出力する駆動制御部61と、駆動信号Cfに同期した発光信号Ciを照明部5に出力する発光制御部62と、焦点距離可変レンズ8の振動情報Vdを検出する振動センサ65と、振動情報Vdに基づいて発光信号Ciの出力タイミングを調整する同期制御部64と、を有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
周期的な駆動信号により焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、
測定対象物を照明する照明部と、
前記焦点距離可変レンズを通して前記測定対象物の画像を検出する画像検出部と、
前記焦点距離可変レンズに前記駆動信号を出力する駆動制御部と、
前記駆動信号に同期した発光信号を前記照明部に出力する発光制御部と、
前記焦点距離可変レンズの振動情報を検出する振動センサと、
前記振動情報に基づいて前記発光信号の出力タイミングを調整する同期制御部と、を有する画像検出装置。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
請求項１に記載した画像検出装置において、
前記振動センサは前記焦点距離可変レンズの容器に装着された加速度センサであり、
前記同期制御部は前記発光信号のパルスを遅延させるパルス遅延モジュールである、画像検出装置。
【請求項３】
周期的な駆動信号により焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、
測定対象物を照明する照明部と、
前記焦点距離可変レンズを通して前記測定対象物の画像を検出する画像検出部と、
前記焦点距離可変レンズに前記駆動信号を出力する駆動制御部と、
前記駆動信号に同期した発光信号を前記照明部に出力する発光制御部と、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る画像が合焦状態となるように前記発光信号を調整して前記測定対象物の画像を検出するとともに、
前記焦点距離可変レンズの振動を検出して振動情報とし、得られた前記振動情報に基づいて前記発光信号の出力タイミングを調整する画像検出方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は画像検出装置および画像検出方法に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
画像検出装置は多様な分野において画像の検出に利用されている。画像検出装置では、画像の検出にカメラなどの画像センサが用いられ、画像センサとワークとの間にはレンズおよび焦点調整機構を含む光学系が設置される。焦点調整機構としては自動焦点調整機構が導入されている。
画像検出装置は、製造ラインの途中でワークの画像を撮影するインライン検査にも利用されている。インライン検査では、加工装置のテーブルに保持されたワークの画像を撮影し、検出した画像における欠陥などを判定している。
インライン検査用の画像検出装置では、周囲の製造装置からの振動などの影響が避けられない。振動の影響は、テーブルに保持されたワークよりも、ワークを撮像する光学系で顕著となり、ワークに対する光学系の合焦状態が振動によりずれてしまう可能性がある。
このため、振動などにより合焦状態がずれても、効率よく合焦状態を回復できる自動焦点調整機構が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、画像検出装置に用いられる光学要素として、可変音響式屈折率分布型レンズ（ＴＡＧレンズ）あるいは共振式液体レンズと呼ばれる高速な焦点距離可変レンズ（ＶＦＬ）がある（特許文献２参照）。
ＴＡＧレンズは、最大数百ＫＨｚ程度の高周波数の駆動信号で容器内の圧電素子を振動させ、内部の流体を共振させて屈折率が異なる同心円状の定在波を形成し、高速ＶＦＬレンズとして機能させるものであり、共振周波数に応じた高速で焦点距離を周期的に変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１６－９０９８２号公報
特開２０１９－４９５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した特許文献１などの自動焦点調整機構により、インライン検査における振動による焦点ずれが防止できる。
しかし、画像検出装置の光学系が、合焦調整にレンズ要素の光軸方向移動を利用する機械式光学系である場合など、合焦状態に復帰するまでにレンズ要素の移動時間が必要であり、その間は焦点がずれた状態のぼけた画像を検出してしまう。また、ＴＡＧレンズのように合焦調整にレンズ要素の光軸方向移動が必要ない場合でも、合焦状態のずれの検出ないし合焦状態の再調整までの処理にタイムラグが生じ、その間の焦点がずれた状態のぼけた画像の検出が避けられない。
このようなぼけた画像が検出された場合、例えばマルチプレーン画像や拡張焦点深度画像（ＥＤＯＦ画像）を検出する際に、画像品質の低下を招く可能性がある。そこで、焦点位置がずれた際の合焦復帰時間を削減し、ぼけた画像の検出を回避できるようにすることが求められていた。
【０００６】
本発明の目的は、焦点位置がずれた際の合焦復帰時間を削減できる画像検出装置および画像検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の画像検出装置は、周期的な駆動信号により焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、測定対象物を照明する照明部と、前記焦点距離可変レンズを通して前記測定対象物の画像を検出する画像検出部と、前記焦点距離可変レンズに前記駆動信号を出力する駆動制御部と、前記駆動信号に同期した発光信号を前記照明部に出力する発光制御部と、前記焦点距離可変レンズの振動情報を検出する振動センサと、前記振動情報に基づいて前記発光信号の出力タイミングを調整する同期制御部と、を有する。
【０００８】
このような本発明では、照明部により照明された測定対象物の画像が焦点距離可変レンズを通して画像検出部で検出される。発光制御部は、駆動信号に同期した発光信号の同期位相を調整することで焦点距離可変レンズの焦点距離を調整し、検出画像を所定の焦点距離で合焦状態とすることができる。
外部からの振動などにより焦点距離可変レンズの焦点距離が変動した際には、振動センサで振動情報が検出され、同期制御部が振動情報に基づいて発光信号の出力タイミングを調整することで、焦点距離可変レンズにおける焦点距離の変動が補償され、合焦状態が回復される。振動情報に基づく焦点距離の補償は、例えば関数などを用いた演算処理で実行できる。例えば、振動情報に基づいて振動の変位を検出し、これに対応する時間差を演算し、この時間差分発光信号をずらす処理などを行うことができる。
本発明においては、合焦状態の回復にあたって、既存の自動焦点調整機構のような検出画像Ｉｍの合焦判定のフィードバックを繰り返して合焦調整する処理が不要であり、機械的な焦点調整動作も不要であるため、合焦回復までの処理時間を大幅に削減できる。その結果、合焦状態がずれた際のぼけた画像の検出による不都合などを回避することができる。
【０００９】
本発明の画像検出装置において、前記振動センサは前記焦点距離可変レンズの容器に装着された加速度センサであり、前記同期制御部は前記発光信号のパルスを遅延させるパルス遅延モジュールであることが好ましい。
このような本発明では、同期制御部において、加速度センサで検出した加速度から振動による変位量を演算し、この変位量に対応する時間差の分だけ発光信号を遅延させることで、焦点距離可変レンズの焦点距離を移動させ、合焦状態を回復することができる。
本発明において、パルス遅延モジュールおよび加速度センサは、既存のものを利用できる。従って、装置構成を簡素にできる。ここで、パルス遅延モジュールとしては、前述したＴＡＧレンズやＶＦＬの共振周波数に同期可能な高速性を得るために、例えば数十～数百ｎｓ程度のパルスを送出できることが好ましい。
なお、振動センサとしては、焦点距離可変レンズを含む光学系とワークとの相対変位を検出し、その時間的変化から振動を検出してもよい。
【００１０】
本発明の画像検出方法は、周期的な駆動信号により焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、測定対象物を照明する照明部と、前記焦点距離可変レンズを通して前記測定対象物の画像を検出する画像検出部と、前記焦点距離可変レンズに前記駆動信号を出力する駆動制御部と、前記駆動信号に同期した発光信号を前記照明部に出力する発光制御部と、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る画像が合焦状態となるように前記発光信号を調整して前記測定対象物の画像を検出するとともに、前記焦点距離可変レンズの振動を検出して振動情報とし、得られた前記振動情報に基づいて前記発光信号の出力タイミングを調整する。
このような本発明の画像検出方法によれば、前述した本発明の画像検出装置で説明した通りの効果を得ることができる。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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