CN102647553A - 图像测量装置以及自动对焦控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像测量装置以及自动对焦控制方法。该图像测量装置具备：照相机，其拍摄工件并传输该工件的图像信息；位置控制部，其控制照相机的对焦位置并将该对焦位置作为Z轴方向的位置信息输出；以及图像测量机，其基于图像信息和位置信息来对工件进行图像测量。位置控制部在照相机对工件进行拍摄的拍摄期间内的规定时刻，基于从照相机和位置控制部中的一方对另一方输出的触发信号来获取并保存位置信息，图像测量机基于从照相机传输的图像信息和从位置控制部输出的位置信息来计算图像信息的Z轴方向的位置信息，使用计算出的位置信息来进行自动对焦控制。

Description

图像测量装置以及自动对焦控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于拍摄被测量对象而得到的图像，以非接触的方式对被测量对象进行测量的图像测量装置以及自动对焦控制方法。
背景技术
图像测量装置与面向一般消费者的数字照相机等相比要求精密的精确度，并且根据用途对吞吐量有要求。为了满足这种条件，迅速且高精确度地进行测量，日本特开2001-319219号公报中公开了一种具备自动对焦(autofocus)功能的三维图像测量装置。
在对比度式的自动对焦中，一边使照相机等摄像部件的对焦位置逐渐变化一边进行拍摄，根据拍摄得到的图像的对比度来判断对焦位置。这种方法例如能够以仅利用照相机和软件的简易结构来实现，但是根据将照相机与软件进行连接的通信方式不同，由于通信的竞争等而使图像传输产生不确定的延迟或产生丢帧，或者由于摄像部件一边移动一边拍摄而使实际的图像拍摄位置与该图像的获取位置之间产生一定的偏移。因此，有时会无法判断实际获取到图像的位置而难以获取正确的对焦位置。另外，该偏移根据装置的个体差异等而各不相同，会直接变为测量误差，因此需要分别进行校正等来应对。
发明内容
为了解除上述现有技术的问题点，本发明的目的在于提供一种能够廉价地实现校正测量误差、高精确度且高速的对比度式的自动对焦的图像测量装置以及自动对焦控制方法。
为了解决上述问题并达到目的，本发明的一个实施方式所涉及的图像测量装置的特征在于，具备：摄像部件，其拍摄被测量对象并传输该被测量对象的图像信息；位置控制部件，其控制上述摄像部件的对焦位置并将该对焦位置作为对焦轴方向的位置信息输出；以及图像测量部件，其基于上述图像信息和上述位置信息来对上述被测量对象进行图像测量，其中，上述位置控制部件在上述摄像部件对上述被测量对象进行拍摄的拍摄期间内的规定时刻，基于从上述摄像部件和上述位置控制部件中的一方对另一方输出的触发信号来获取并保存上述位置信息，上述图像测量部件基于从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来计算上述图像信息的对焦轴方向的位置信息，使用计算出的位置信息来进行自动对焦控制。
上述摄像部件与上述图像测量部件之间以及上述位置控制部件与上述图像测量部件之间经由通用串行通信线相连接，上述摄像部件与上述位置控制部件之间经由专用数字通信线相连接。
上述触发信号例如是垂直同步(Vsync)信号，上述位置控制部件基于在上述拍摄期间的终点从上述摄像部件输出的上述垂直同步信号来获取并保存上述位置信息。
另外，上述触发信号例如也可以是闪光灯(Strobe)信号，上述位置控制部件基于在上述拍摄期间的中间点从上述摄像部件输出的上述闪光灯信号来获取并保存上述位置信息。
并且，上述触发信号例如还可以是摄像开始指示信号，上述摄像部件基于从上述位置控制部件输出的上述摄像开始指示信号来开始上述被测量对象的拍摄，上述位置控制部件在上述拍摄期间的起始点，在输出上述摄像开始指示信号的同时获取并保存上述位置信息。
此外，也可以使上述摄像部件对上述图像信息附加序列号信息后传输至上述图像测量部件，上述位置控制部件将上述位置信息与上述序列号信息相关联地进行保存，上述图像测量部件计算与上述序列号信息对应的上述图像信息的对焦轴方向的位置信息。
另外，本发明的其它实施方式所涉及的图像测量装置的特征在于，具备：摄像部件，其拍摄被测量对象并传输该被测量对象的图像信息；位置控制部件，其控制上述摄像部件的对焦位置并将该对焦位置作为对焦轴方向的位置信息输出；以及图像测量部件，其基于上述图像信息和上述位置信息来对上述被测量对象进行图像测量，其中，上述位置控制部件在上述摄像部件的规定的拍摄时刻获取并保存上述位置信息，上述图像测量部件通过每次改变上述摄像部件沿上述对焦轴方向的移动速度和移动方向中的至少一个来进行多次自动对焦搜索，基于在各自动对焦搜索中从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来求出上述拍摄时刻与上述位置信息的获取时刻之间的偏移量，基于所求出的偏移量对各自动对焦搜索中求出的对焦位置进行校正。
上述图像测量部件基于在各自动对焦搜索中从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来求出对焦位置，基于在各自动对焦搜索中求出的对焦位置之间的误差以及上述摄像部件的移动速度来求出上述偏移量。
另外，上述图像测量部件例如进行以下的处理：对上述偏移量设定规定的初始值，根据在各自动对焦搜索中使用上述偏移量进行校正而得到的对焦位置的差来求出用于对上述偏移量进行校正的校正值，用该校正值对上述偏移量进行校正，上述图像测量部件重复该处理直到上述校正值小于规定值。
例如通过以相同的移动速度分别向第一移动方向和与该第一移动方向相反的第二移动方向驱动上述摄像部件，来求出上述偏移量。
另外，也可以通过分别以第一移动速度和与该第一移动速度不同的第二移动速度向一个移动方向驱动上述摄像部件，来求出上述偏移量。
并且，还可以通过以第一移动速度向第一移动方向驱动上述摄像部件，并且以与上述第一移动速度不同的第二移动速度向与上述第一移动方向相反的第二移动方向驱动上述摄像部件，来求出上述偏移量。
上述偏移量例如是通过时间来表示的上述摄像部件的帧延迟时间。
另外，也可以通过距离来表示上述偏移量，该距离是根据上述摄像部件的上述移动速度和移动方向、预先与上述移动速度对应的移动距离以及上述摄像部件的帧延迟时间，参照表而求出的。
本发明的其它实施方式所涉及的自动对焦控制方法是图像测量装置中的自动对焦控制方法，该图像测量装置具备：摄像部件，其拍摄被测量对象并传输该被测量对象的图像信息；位置控制部件，其控制上述摄像部件的对焦位置并将该对焦位置作为对焦轴方向的位置信息输出；以及图像测量部件，其基于上述图像信息和位置信息来对上述被测量对象进行图像测量，该自动对焦控制方法的特征在于，具备以下步骤：由上述位置控制部件在上述摄像部件对上述被测量对象进行拍摄的拍摄期间内的规定时刻，基于从上述摄像部件和上述位置控制部件中的一方对另一方输出的触发信号来获取并保存上述位置信息；以及由上述图像测量部件基于从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来计算上述图像信息的对焦轴方向的位置信息，使用计算出的位置信息来进行自动对焦控制。
另外，本发明的其它实施方式所涉及的自动对焦控制方法是图像测量装置中的自动对焦控制方法，该图像测量装置具备：摄像部件，其拍摄被测量对象并传输该被测量对象的图像信息；位置控制部件，其控制上述摄像部件的对焦位置并将该对焦位置作为对焦轴方向的位置信息输出；以及图像测量部件，其基于上述图像信息和上述位置信息来对上述被测量对象进行图像测量，该自动对焦控制方法的特征在于，具备以下步骤：由上述位置控制部件在上述摄像部件的规定的拍摄时刻获取并保存上述位置信息；以及由上述图像测量部件通过每次改变上述摄像部件沿上述对焦轴方向的移动速度和移动方向中的至少一个来进行多次自动对焦搜索，基于在各自动对焦搜索中从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来求出上述拍摄时刻与上述位置信息的获取时刻之间的偏移量，基于所求出的偏移量对各自动对焦搜索中求出的对焦位置进行校正。
发明的效果
根据本发明，能够廉价地实现校正测量误差、高精确度且高速的对比度式的自动对焦。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的图像测量装置的整体结构的图。
图2是表示该图像测量装置的一部分结构的框图。
图3是表示该图像测量装置的一部分结构的框图。
图4是表示该图像测量装置中的自动对焦方法的图。
图5是表示该图像测量装置中的自动对焦方法的图。
图6是表示该图像测量装置中的自动对焦方法的时序图。
图7是表示利用使用了垂直同步信号的照相机主动方式的该图像测量装置的一部分结构的框图。
图8是表示该图像测量装置的垂直同步信号的输出时刻的时序图。
图9是表示该图像测量装置的垂直同步信号的输出时刻的时序图。
图10A是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的流程图。
图10B是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的流程图。
图11是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。
图12是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。
图13是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。
图14是表示本发明的第二实施方式所涉及的图像测量装置的闪光灯信号的输出时刻的时序图。
图15是表示该图像测量装置的闪光灯信号的输出时刻的时序图。
图16是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的流程图。
图17是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。
图18是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。
图19是表示本发明的第三实施方式所涉及的图像测量装置的一部分结构的框图。
图20是表示该图像测量装置的触发信号的输入时刻的时序图。
图21是表示该图像测量装置的触发信号的输入时刻的时序图。
图22是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的流程图。
图23是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。
图24是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。
图25是表示本发明的第四实施方式所涉及的图像测量装置的一部分结构的框图。
图26是表示该图像测量装置的一部分结构的框图。
图27是表示该图像测量装置中的自动对焦方法的图。
图28是表示本发明的第五实施方式所涉及的利用使用了触发信号的照相机主动方式的图像测量装置的一部分结构的框图。
图29是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理的一部分的校正值计算处理过程的流程图。
图30是表示该计算处理工序的一部分的说明图。
图31是表示本发明的第六实施方式所涉及的图像处理装置的自动对焦控制处理的一部分的校正值计算处理过程的流程图。
图32是表示该计算处理工序的一部分的说明图。
图33是表示在本发明的第七实施方式所涉及的图像测量装置中利用使用了触发信号的照相机从动方式的图像测量装置的一部分结构的框图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明所涉及的图像测量装置以及自动对焦控制方法的实施方式。
[第一实施方式]
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的图像测量装置的整体结构的图。图2和图3是表示该图像测量装置的一部分结构的框图。图像测量装置构成为具备非接触型的图像测量机1和对该图像测量机1进行驱动控制并执行所需的数据处理的计算机系统(以下称为“PC”)2。此外，PC 2例如具备将测量结果等打印出来的打印机4。
图像测量机1是如下那样构成的。即，在作为试样移动部件的架台11之上载置有试样台(平台)12，以该试样台12的上表面为基面，使其与水平面一致，该试样台12用于载置工件(被测量对象)3。在从架台11的两侧端立设的臂式支承体13a、13b的上端支承有X轴引导件13c。
试样台12例如构成为能够由架台11所具备的未图示的Y轴驱动机构沿Y轴方向进行驱动。另外，在X轴引导件13c上支承有摄像单元14，由未图示的X轴驱动机构沿X轴方向对该摄像单元14进行驱动。
在摄像单元14的下端，与试样台12相对置地安装有照相机141。作为该照相机141，能够使用CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)等各种照相机。另外，在第一实施方式中，采用了从上方拍摄配置于试样台12上的工件3的方式，但是例如也可以采用从横向拍摄设置在地板上的工件等其它的方式。
PC 2构成为具备计算机主体21、作为输入部件的键盘22、操纵杆盒(以下称为“J/S”)23以及鼠标24、作为显示器的一例的CRT(Cathode Ray Tube：阴极射线管)25。计算机主体21例如构成为图2所示的结构。
即，在计算机主体21中，从照相机141经由作为通用的数字串行通信线的USB线和USB端口(参照图3)传输而输入的所拍摄到的工件3的图像信息，经由接口(以下称为“I/F”)31而作为多值图像保存在图像存储器32中。
另外，例如在要执行利用CAD(Computer Aided Design：计算机辅助设计)数据的离线示教(offline teaching)的情况下，由未图示的CAD系统制作出的工件3的CAD数据经由I/F 33输入至CPU 35。输入至CPU 35的CAD数据例如在CPU 35中被展开为位图等的图像信息，之后被保存在图像存储器32中。保存在该图像存储器32中的该图像信息通过显示控制部36显示在CRT25上。
另一方面，从键盘22、J/S 23以及鼠标24输入的代码信息、位置信息等经由I/F 34输入至CPU 35中。CPU 35按照保存在ROM 37中的微程序以及从HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)38经由I/F 39保存在RAM 40中的包括本发明所涉及的自动对焦(AF)控制程序的测量执行程序、测量结果显示程序等各种程序来执行测量执行处理、测量结果的显示处理等。
另外，CPU 35按照上述测量执行处理来经由I/F 41对图像测量机1进行驱动控制。例如，在将拍摄范围与CRT 25上所显示的照相机141的拍摄范围不同的工件3的图像显示在CRT 25上的视频窗口25a(参照图3)中的情况下，根据通过操作员的操作而从J/S 23、鼠标24输入的输入信息来控制图像测量机1的X、Y轴驱动机构，使试样台12、摄像单元14在X、Y轴方向上相对地进行移动。
然后，在试样台12、摄像单元14所移动到的位置处，由后述的Z轴驱动机构沿Z轴方向(对焦轴方向)对照相机141进行驱动来执行自动对焦处理，基于对焦位置(focus position)对工件3进行拍摄。由此，将新拍摄范围内的工件3的图像显示在CRT 25上。此外，HDD 38是保存上述各种程序、数据等的记录介质，RAM 40除了保存各种程序以外，还提供CPU 35在各种处理中的工作区域。
在第一实施方式中，图像测量机1具备未图示的控制器，控制器中包括位置控制部151(参照图3)。PC 2通过位置控制部151来控制照相机141的焦点位置。另外，PC 2例如构成为能够对照相机141发送用于指定帧频的信号、用于指定未图示的照明装置的光量的信号等。
照相机141按照由PC 2指定的帧频对被照明装置照射光的工件3进行拍摄，将拍摄得到的图像信息如上所述那样经由USB线以批量传输的方式传输至PC 2。此时，从位置控制部151同样地经由USB线、USB端口将照相机141的位置信息发送至PC 2。此外，作为照明装置，能够使用各种照明，例如PWM(PulseWidth Modulation：脉宽调制)控制的LED等也能够使用。
摄像单元14具备：线性编码器143，其检测照相机141的Z坐标并输出；作为Z轴驱动机构的照相机驱动机构144，其沿Z轴方向驱动照相机141和测量头14a；以及Z轴马达145，其对照相机驱动机构144进行驱动。Z轴马达145通过图像测量机1所具备的动力单元16与位置控制部151相连接。
另外，以使刻度或测量(检测)头14a与照相机141连动地沿Z轴方向移动的方式安装线性编码器143。位置控制部151用未图示的计数器来测量照相机141的Z坐标，输出作为位置信息的Z值。位置控制部151具备对该Z值的输出数进行计数的锁存计数器152以及将获取到的Z值作为阵列数据进行保存的Z值锁存缓冲器153。
即，位置控制部151构成为以下的结构：与后述的触发信号相应地，由未图示的计数器从线性编码器143获取照相机141的Z坐标信息并输出，由锁存计数器152对该输出数进行计数，并且，由Z值锁存缓冲器153将该Z坐标信息作为Z值进行保存。此外，照相机141经由作为专用数据通信线的专用DIO(数据输入输出)线与位置控制部151相连接。
位置控制部151对动力单元16输出Z轴驱动命令。动力单元16对Z轴马达145提供驱动电力，Z轴马达145通过照相机驱动机构144使照相机141向对焦方向移动。照相机141如上所述那样以任意的帧频对工件3进行拍摄，通过USB线等将图像信息传输至PC 2。
触发信号是从照相机141和位置控制部151中的一方对另一方输出的信号，在第一实施方式中，采用将从照相机141向位置控制部151输出的垂直同步(Vsync)信号用作触发信号的照相机主动方式。在这种情况下，位置控制部151接收该垂直同步信号，与其相应地，未图示的计数器获取来自线性编码器143的Z坐标并输出，锁存计数器152对输出数进行计数，Z值锁存缓冲器153保存Z值。
与此相伴地，锁存计数器152被更新，根据来自PC 2的读取命令(请求命令)将保存于Z值锁存缓冲器153中的Z值作为Z值阵列数据输出至PC 2，显示在CRT 25上的计数值窗口25b(参照图3)上。此外，在第一实施方式中，沿Z轴方向驱动照相机141，但是通过调整设置于照相机141上的镜头等光学系统也能够实现同样的动作。另外，使用USB接口作为通用数字串行通信线，但是例如也可以利用Gig-E、FireWire等其它数字串行标准来进行通信。
在以这种方式构成的图像测量装置中，利用本发明所涉及的自动对焦控制方法，例如如下这样执行自动对焦处理。图4和图5是表示图像测量装置中的自动对焦方法的图。如图4所示，在进行自动对焦处理时，首先，使照相机141移动到接近工件3的下方或远离工件3的上方的自动对焦搜索开始位置。然后，使其以V(mm/sec)的移动速度向上方或下方移动，同时以固定的图像获取间隔tframe(sec)在多个Z坐标(Z0～Z8)处进行拍摄。
之后，根据各个Z坐标位置处的图像信息计算出对比度，由此得到对比度曲线CUV。在这样得到的对比度曲线CUV上的所计算出的多个对比度中，与示出最高数值的对比度对应的Z坐标被判断为对焦(focus)位置。
如图5所示，例如在9个位置的Z坐标(Z0～Z8)处进行拍摄，在传输目的地的PC 2侧对Z0～Z8的图像信息(image0～image8)进行编号，对各个Z坐标处的对比度(P0～P8)进行计算。在这种情况下，位置Z4处的对比度P4是最高的。因此，位置Z4被判断为对焦位置，使照相机141的Z坐标与Z4一致。
但是，如图4所示，即使在9个位置的Z坐标(Z0～Z8)处进行拍摄，也会由于从拍摄时刻到Z值获取时刻的延迟tdelay(sec)的影响而实际上由位置控制部151锁存的Z值(L0～L8)与拍摄时刻的Z坐标(Z0～Z8)相偏移。在第一实施方式所涉及的图像测量装置中，构成为以下结构：即使产生这种偏移，通过与垂直同步信号相应地锁存Z位置，也能够正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置。
此外，能够通过下式来计算出图像信息的拍摄时刻的Z位置。
[数1]
Zi＝{Li+1·tdelay-Li·(tframe-tdelay)}/tframe+Li
其中，i是图像获取顺序的编号。
在此，在这种对比度式的自动对焦中，能够通过增加图像信息的输出位置来掌握更加正确的对焦位置，但是当增加输出位置时，从照相机141传输至PC 2的数据量会增加。由于如上所述那样照相机141与PC 2是通过USB线等相连接的，因此图像信息的传输速度会被限制为例如最大400Mbps左右，自动对焦处理所耗费的时间会增加。
因此，在第一实施方式所涉及的图像测量装置中，在自动对焦时仅切取出照相机141的拍摄范围中的一部分图像来传输至PC 2，由此降低从照相机141向PC 2发送的数据量，从而提高帧频。
参照图6来说明该传输方法。图6是表示图像测量装置中的自动对焦方法的时序图，即是表示自动对焦时在照相机141与PC 2之间进行通信的信号的时序图。图6的上段示出了从PC 2的软件(以下称为“S/W”)向照相机141发送的信号的一部分，下段示出了从照相机141向PC 2的S/W发送的信号。此外，以后只要没有特别明确记载就将PC 2和S/W一起简记为PC 2。
首先，在开始自动对焦之前的实时显示中，从照相机141向PC 2发送整个拍摄范围的图像信息。此时发送的图像例如如图6的左下所示。然后，在时刻S1从PC 2向照相机141发送图像输出停止命令。
当照相机141的图像输出被停止时，从照相机141向位置控制部151发送使锁存计数器152复位的命令。当锁存计数器152被复位时，照相机141如上所述那样被照相机驱动机构144驱动到自动对焦搜索开始位置。此外，也可以如后所述那样在照相机141移动到自动对焦搜索开始位置之后使锁存计数器152复位。
在时刻S2，从PC 2对照相机141进行限定使得所发送的图像的范围为例如图6的中央下部所示。此时，也能够同时命令输出垂直同步信号。接着，在时刻S3从PC 2对照相机141发出图像输出开始命令，从照相机141向PC 2输出(传输)图像信息。此外，如后所述，也可以将序列号信息(时间戳)与该图像信息一起输出。
另外，在时刻S2发出了输出垂直同步信号的命令的情况下，从照相机141向位置控制部151发送垂直同步信号，保存照相机141的获取图像时的Z坐标。此外，在输出上述时间戳的情况下，也可以将其与Z坐标一起保存。
另外，在不使用垂直同步信号的情况下，除了后述的方式以外，还能够利用各种不同的方式来进行照相机141与位置控制部151之间的同步，例如根据照相机141的帧频来计算照相机141的拍摄时刻，在计算出的时刻获取照相机141的Z坐标等。
在自动对焦已结束的时刻S4，从PC 2向照相机141发出图像输出停止命令。接着，在时刻S5，发送解除自动对焦中对照相机141的设定(图像输出范围的指定和垂直同步信号的输出)的信号。
另外，从PC 2向位置控制部151发送Z轴方向的移动停止命令、锁存结束(停止)命令以及锁存数读取(请求)命令。位置控制部151使照相机141的移动停止，使锁存计数器152和Z值锁存缓冲器153的动作停止，将锁存数发送至PC 2。
接着，从PC 2向位置控制部151发出读取所锁存的Z值阵列数据的读取命令，从位置控制部151向PC 2发送Z值锁存缓冲器153内的Z值阵列数据(Z坐标等)。PC 2对所传输的图像信息与Z坐标之间进行匹配，掌握根据图像信息计算出的对比度与Z值之间的关系。之后，通过上述方法判断对焦位置，使照相机141的Z坐标移动到计算出的对焦位置。
最后，当在时刻S6发出重新开始输出实时显示的图像的命令时，自动对焦动作结束，重新开始通常的测量。此时，从照相机141传输至PC 2的图像如图6的右下所示那样变为与自动对焦开始之前同样的大小。
利用这种方法，缩减了自动对焦时从照相机141传输至PC 2的图像的大小，从而能够与USB线等的传输速率无关地大幅增加照相机141的帧频。
接着，更加详细地说明第一实施方式所涉及的利用照相机主动方式的使用了垂直同步信号的自动对焦处理。图7是表示利用使用了垂直同步信号的照相机主动方式的图像测量装置的一部分结构的框图。图8和图9是表示该图像测量装置的垂直同步信号的输出时刻的时序图。图10A和图10B是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的流程图。
另外，图11～图13是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。图7所示的结构与图3所示的结构是相同的。在这种情况下，从摄像单元14的照相机141经由USB线等向PC 2传输图像信息(image)，并且在工件3的拍摄完成之后从照相机141经由专用DIO线向位置控制部151输出垂直同步(Vsync)信号。
即，如图8所示，在照相机141由全局快门(global shutter)方式的CCD构成的情况下，在从所有像素共用的一帧曝光期间(拍摄期间)的中心(中间点)起经过获取图像的时刻与获取Z位置的时刻之间的偏移时间(Frame Latency(帧偏移)：以下称为“FL”)之后的曝光期间结束时，从照相机141输出垂直同步信号。然后，在位置控制部151中对此时的Z坐标(Z位置)进行锁存。
另一方面，如图9所示，在照相机141由卷帘快门(rollingshutter)方式的CMOS构成的情况下，沿水平方向排列的各像素的曝光期间的时序依次相偏移。因而，在从将所有曝光期间合在一起而得到的一帧曝光期间的中心起与上述同样地在提前FL的一个像素的曝光期间结束时，从照相机141输出垂直同步信号，在位置控制部151中对此时的Z位置进行锁存。
这样，在第一实施方式中，例如图7所示，即使在经由USB线等的通信中由于通信竞争等而使从照相机141向PC 2的图像信息(例如image2、3)传输产生延迟，也会与拍摄完成后经由专用DIO线输出的垂直同步信号相应地由位置控制部151锁存与各图像信息对应的Z位置。
因而，只要在PC 2中对所传输的图像信息与Z位置进行匹配，就能够正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，能够可靠地进行高精确度的自动对焦动作。该自动对焦动作具体来说是如下这样执行的。下面，参照图10A和图10B的流程图并参照图11～图13的时序图来说明第一实施方式的自动对焦动作。
首先，如图11所示，在开始自动对焦之前的通常状态下，在时刻S10和S11，从PC 2向锁存计数器152发送请求工件3的图像的X位置、Y位置以及Z位置的数据(XYZ数据)的请求命令。照相机141进行连续拍摄(Streaming)，将拍摄得到的图像信息通过批量传输以与XYZ数据请求时刻无关的方式发送(输出)至PC2。此外，连续拍摄在此处是指以照相机141所能够传输的最大帧频连续发送图像。
另外，位置控制部151根据XYZ数据请求命令来连续获取X坐标、Y坐标以及Z坐标，并将获取到的XYZ数据回复给PC 2。PC 2将所传输的图像信息实时显示在视频窗口25a中，并且将所回复的XYZ数据实时显示在计数值窗口25b中。
在如上所述那样通过批量传输将在通常的状态下拍摄到的图像信息发送至PC 2的情况下，有时会产生不确定的通信延迟，因此有可能会经常发生图像信息的传输延迟、丢帧等问题。因此，当开始自动对焦动作时，PC 2在时刻S 12向照相机141发送连续拍摄停止命令，接收到该连续拍摄停止命令的照相机141停止连续拍摄(步骤S100)，并且将1～2帧左右的未传输的残留图像全部读取出来(步骤S102)。此外，照相机141以即使停止连续拍摄也在其内部继续进行拍摄动作的方式进行动作。
在时刻S13，从PC 2向位置控制部151发送使照相机141移动到自动对焦搜索开始位置的移动命令，使测量头14a沿Z轴方向随着加速移动、匀速移动以及减速移动动作移动到自动对焦搜索开始位置(步骤S104)，在自动对焦搜索开始位置处停止该动作。移动命令能够指定要移动到的位置和移动速度，对于Z轴方向上的动作的停止，例如通过在时刻S14、S15、…、S16确认Z轴马达145是否已停止的移动完成确认来进行。
如果测量头14a已停止在自动对焦开始位置处，则在时刻S17从PC 2向照相机141发送设定改变命令，来改变照相机141的拍摄设定(步骤S106)。在该拍摄设定的改变中，例如通过将照相机141的读取区域(ROI)仅设为自动对焦对象区域来实现图像信息的传输大小最小化，或者将帧频(＝1/曝光时间)设为60fps或50fps，或者对是否输出触发信号进行设定。
然后，当改变了照相机141的拍摄设定时，在时刻S18从PC2向位置控制部151发送使锁存计数器152复位为零的命令，来使锁存计数器152复位为零(步骤S108)。之后，在时刻S19，从PC 2向位置控制部151发送使测量头14a移动到自动对焦搜索结束位置的移动命令，使测量头14a以沿Z轴方向随着加速移动、AF匀速移动以及减速移动动作向自动对焦搜索结束位置移动的方式开始移动(步骤S110)。此外，在发出了移动到自动对焦搜索结束位置的移动命令之后，测量头14a持续移动直到到达该结束位置或者另外输入了中断停止命令。
在时刻S20，从PC 2向位置控制部151发送锁存开始命令，开始如上所述那样对Z位置进行锁存(步骤S112)。然后，在时刻S21从PC 2向照相机141发送连续拍摄开始命令，接收到该命令的照相机141开始连续拍摄(步骤S114)。
当开始连续拍摄时，照相机141对工件3的自动对焦对象区域进行拍摄(步骤S116)，在拍摄完成之后立即将作为触发信号的垂直同步信号经由专用DIO线输出至位置控制部151(步骤S118)。此外，在图11中，为了表示接近实际动作的状态，示出了总是在图像拍摄完成后经过一定延迟时输出触发信号的情形。另外，拍摄完成后的图像传输利用了批量传输的方式，因此示出了不确定地延迟的情形。
位置控制部151利用未图示的计数器在触发信号输入之后立即根据线性编码器143的刻度来锁存Z位置(Z值)(步骤S120)，照相机141将拍摄到的图像信息经由USB线等传输至PC 2(步骤S122)。此外，Z位置的锁存也可以在测量头14a的加速移动动作过程中开始。然后，对PC 2输入所传输的图像信息，PC 2对输入的图像信息进行对比度分析。
即，如图10B所示，PC 2计算所输入的图像信息的对比度(步骤S 124)，判断计算出的对比度值是否为目前为止(所得到的对比度值)的最大值(步骤S126)。在判断为是最大值的情况下(步骤S126：“是”)，更新对比度值的最大值(步骤S128)，并判断对比度值是否小于或等于最大值减去规定的阈值而得到的值，即判断照相机141是否经过了峰值位置(步骤S130)。此外，在上述步骤S126中判断为不是最大值的情况下(步骤S126：“否”)，转移至该步骤S130，进行同样的判断。
在判断为对比度值小于或等于最大值减去规定的阈值而得到的值的情况下(步骤S130：“是”)，如图12所示，PC 2在时刻S22向照相机141发送连续拍摄停止命令，接收到该连续拍摄停止命令的照相机141停止连续拍摄(步骤S132)。另一方面，在判断为对比度值并非小于或等于最大值减去规定的阈值而得到的值的情况下(步骤S130：“否”)，转移至上述步骤S116，重复以后的处理。
如果照相机141停止连续拍摄，则PC 2在时刻S23向位置控制部151发送停止沿Z轴方向的移动的移动停止命令，位置控制部151对Z轴马达145进行控制以使Z轴的移动中途停止(步骤S134)。由此，Z轴方向动作开始减速移动动作。
另外，PC 2在时刻S24向位置控制部151发送Z位置锁存停止命令，接收到该命令的未图示的计数器停止Z位置的锁存(步骤S136)。此外，此时，由于照相机141的连续拍摄已停止，因此不再经由专用DIO线向位置控制部151输出垂直同步信号。
如果Z位置的锁存已停止，则PC 2在时刻S25向位置控制部151发送锁存数请求命令，接收到该命令的锁存计数器152将锁存数回复给PC 2。然后，PC 2在时刻S26向位置控制部151发送锁存数据请求命令，位置控制部151的锁存计数器152从Z值锁存缓冲器153读取出Z值阵列数据并回复给PC 2，PC 2获取所锁存的Z位置数据(步骤S138)。
PC 2根据获取到的Z位置数据来对获取到图像信息的Z位置进行校正(步骤S140)，计算对比度最大的位置(对焦位置)(步骤S142)。对于Z位置的校正，例如能够根据校正量(mm)＝移动速度V(mm/sec)×FL(sec)来计算校正量。
如果计算出对焦位置，则在时刻S27、S28、…、S29进行移动完成确认，即确认Z轴马达145是否已停止，来判断测量头14a是否已停止(步骤S144)。此外，沿Z轴方向的动作在移动完成确认的过程中停止，测量头14a停止在超过对焦位置少许的位置处。
即，PC 2根据来自位置控制部151的回复来等待测量头14a停止(步骤S144：“否”)，如果已如上所述那样停止在超过对焦位置少许的位置处(步骤S144：“是”)，则如图13所示，在时刻S30向位置控制部151发送移动到对焦位置的移动命令。然后，接收到该命令的位置控制部151控制Z轴马达145以使测量头14a沿Z轴方向进行加速移动、匀速移动以及减速移动动作，从而移动到对焦位置(步骤S146)。
PC 2在测量头14a移动过程中的时刻S31向照相机141发送设定改变命令，接收到该命令的照相机141使在上述步骤S106中改变的拍摄设定复原(步骤S148)。之后，在时刻S32、S33、…、S34进行移动完成确认，即确认Z轴马达145是否已停止，来判断测量头14a是否已停止在对焦位置处(步骤S150)。
即，PC 2根据来自位置控制部151的回复来等待测量头14a停止在对焦位置处(步骤S150：“否”)，如果已如上所述那样停止在对焦位置处(步骤S150：“是”)，则本流程图的一系列自动对焦动作完成，如上所述那样恢复为通常的状态。
此外，自动对焦动作也可以在上述时刻S31，即进行设定改变的时刻结束。在这种情况下，能够执行与Z轴方向动作无关的处理(例如数据输入输出等)，因此能够提高吞吐量。
这样，在第一实施方式所涉及的图像测量装置中，即使由于通信竞争等而使从照相机141传输的图像信息产生延迟，也能够根据与拍摄完成后输出的垂直同步信号相应地锁存的与各图像信息相对应的Z位置来正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，从而得到对焦位置。由此，能够高精确度且可靠地进行自动对焦。
[第二实施方式]
图14和图15是表示本发明的第二实施方式所涉及的图像测量装置的闪光灯信号的输出时刻的时序图。图16是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的流程图。图17和图18是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。此外，以后，对与已说明的部分重复的位置附加相同的附图标记并省略说明，有时会省略与本发明无特别关联的部分的说明。
第二实施方式所涉及的图像测量装置的结构与上述第一实施方式所涉及的图像测量装置的结构相同，与第一实施方式的不同点在于，作为触发信号的闪光灯信号(闪光产生信号)的输出时刻不同。
即，如图14和图15所示，无论照相机141是由全局快门方式的CCD构成，还是由卷帘快门方式的CMOS构成，都在拍摄的一帧的曝光期间的中心，即FL0时输出闪光灯信号。然后，由位置控制部151锁存此时的Z位置。
这样，在第二实施方式中，即使从照相机141向PC 2的图像信息传输产生了延迟，也可以由位置控制部151与在拍摄期间的中间点输出的闪光灯信号相应地锁存与各图像信息对应的Z位置。因而，与第一实施方式同样地，能够正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，高精确度且可靠地进行自动对焦动作。
第二实施方式所涉及的自动对焦动作具体来说例如是如下这样执行的。下面，参照在第一实施方式中使用的图10A和图10B的流程图以及图16的流程图，并参照图17和图18的时序图以及之前的图13的时序图，来说明第二实施方式的自动对焦动作。
如图17和图10A所示，在时刻S40～S51进行的上述步骤S100～S116为止的处理与第一实施方式相同，如图16所示，如果照相机141对工件3的自动对焦对象区域进行了拍摄(步骤S116)，则在曝光期间的中间将闪光灯信号输出至位置控制部151(步骤S117)。
在该步骤S117之后，如图10A、图10B以及图16～图18所示，转移至上述步骤S120，到时刻S56为止执行到上述步骤S138为止的处理。然后，跳过上述步骤S140，从步骤S138直接转移至上述步骤S142，执行以后的处理，以图13所示的时序结束自动对焦动作。
这样，根据第二实施方式所涉及的图像测量装置，即使由于通信竞争等而使从照相机141传输的图像信息产生延迟，也能够根据由位置控制部151与在拍摄期间的中点输出的闪光灯信号相应地锁存的与各图像信息相对应的Z位置，由PC 2正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，从而得到对焦位置。由此，能够与第一实施方式同样地高精确度且可靠地进行自动对焦。
[第三实施方式]
图19是表示本发明的第三实施方式所涉及的图像测量装置的一部分结构的框图。图20和图21是表示该图像测量装置的触发信号的输入时刻的时序图。图22是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的流程图。图23和图24是表示该图像测量装置的自动对焦控制处理过程的时序图。
第三实施方式所涉及的图像测量装置的结构与上述第一实施方式和第二实施方式所涉及的图像测量装置的结构相同，与第一实施方式和第二实施方式的不同点在于，如图19所示，采用了将从位置控制部151输出至照相机141的拍摄开始指示(拍摄触发：trigger)信号用作触发信号的照相机从动方式。
即，如图20和图21所示，无论照相机141是由全局快门方式的CCD构成，还是由卷帘快门方式的CMOS构成，都在从拍摄的一帧的曝光期间的中心起提前FL的曝光期间的开始时将从位置控制部151输出的触发信号输入至照相机141。由位置控制部151在输出触发信号的同时锁存Z位置。
这样，在第三实施方式中，即使从照相机141向PC 2的图像信息传输产生了延迟，由于在从位置控制部151输出的触发信号输入之后由照相机141进行拍摄，位置控制部151在输出该触发信号的同时锁存Z位置，因此也会在位置控制部151中锁存与各图像信息对应的Z位置。因而，与第一实施方式和第二实施方式同样地，能够正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，可靠地进行高精确度的自动对焦动作。
第三实施方式所涉及的自动对焦动作具体来说例如是如下这样执行的。下面，参照在第一实施方式和第二实施方式中使用的图10A和图10B的流程图以及图22的流程图，并参照图23和图24的时序图以及之前的图13的时序图，来说明第三实施方式的自动对焦动作。
如图23和图10A所示，在时刻S70～S77进行的上述步骤S100～S106为止的处理与第一实施方式和第二实施方式相同，但是在步骤S106中的照相机141的拍摄设定的改变中，除了上述改变以外，还将拍摄模式改变为触发输入模式。
然后，如图22所示，当改变了照相机141的拍摄设定时，在时刻S78从PC 2发送触发拍摄(Snapshot)开始命令，照相机141开始触发拍摄(步骤S107)。此外，触发拍摄是指当存在来自PC 2的请求时由照相机141传输一张图像信息，最大帧频为连续拍摄的1/2左右。
在该步骤S107之后，如图10A、图10B、图22和图23所示，转移至上述步骤S108，到时刻S81为止执行到上述步骤S112为止的处理。当在步骤S112中开始锁存时，位置控制部151根据线性编码器143的刻度来锁存Z位置(步骤S113)，同时将拍摄触发信号输出至照相机141(步骤S115)。
对照相机141输入从位置控制部151发送的拍摄触发信号，照相机141在该拍摄触发信号输入之后立即开始自动对焦对象区域的曝光(步骤S117)，来拍摄工件3的图像。在该步骤S117之后，转移至上述步骤S122，执行到上述步骤S130为止的处理，判断对比度值是否小于或等于最大值减去规定的阈值而得到的值，即判断照相机141是否经过了峰值位置。此外，在第三实施方式中，在判断为对比度值并非小于或等于最大值减去规定的阈值而得到的值的情况下(步骤S130：“否”)，与图10A所示的情况不同，转移至上述步骤S113。
在判断为对比度值小于或等于最大值减去规定的阈值而得到的值的情况下(步骤S130：“是”)，如图22和图24所示，跳过上述步骤S132而执行步骤S134和步骤S136的处理，在时刻S84从PC 2发送触发拍摄停止命令，照相机141停止触发拍摄(步骤S137)。然后，转移至上述步骤S138，执行以后的处理，以图13所示的时序结束自动对焦动作。
这样，根据第三实施方式所涉及的图像测量装置，即使由于通信竞争等而使照相机141的图像信息传输产生了延迟，照相机141也与从位置控制部151输出的触发信号相应地开始拍摄，由位置控制部151在输出触发信号的同时锁存Z位置。因而，能够根据由位置控制部151锁存的与各图像信息对应的Z位置，由PC 2正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，从而得到对焦位置。由此，能够与第一实施方式和第二实施方式同样地高精确度且可靠地进行自动对焦。
[第四实施方式]
图25和图26是表示本发明的第四实施方式所涉及的图像测量装置的一部分结构的框图。图27是表示该图像测量装置中的自动对焦方法的图。图25示出了在上述照相机主动方式中使用垂直同步信号的情况下的结构，图26示出了在上述照相机从动方式中使用拍摄开始指示信号的情况下的结构。
在本第四实施方式所涉及的图像测量装置中，在如图25所示的来自上述照相机141的垂直同步信号、或者如图26所示的来自位置控制部151的拍摄开始指示信号等触发信号输出的同时，对由照相机141拍摄的图像信息附加作为从拍摄开始时起的连续号码的序列号信息(时间戳)。
即，与垂直同步信号(Vsync0～3)、拍摄开始指示信号(trigger0～3)相应地，由照相机141对图像信息(image0～3)附加序列号信息(Timestamp0～3)。在这种情况下，也可以如上所述那样根据这些触发信号由位置控制部151将与连续号码相对应的Z值锁存在Z值锁存缓冲器153中。
因而，即使在例如image2的图像信息在从照相机141向PC 2传输时丢帧的情况下，也能够在PC 2侧通过掌握由照相机141编号的图像信息的序列号信息来获知image2的丢失。即，虽然图像信息的获取顺序有偏差(image2丢失)，但是根据作为连续号码的序列号信息可以使图像信息与Z值正确对应，因此，能够根据基于此的Z值等数据来计算出对比度，从而得到如图27的对比度曲线CUV。
此外，能够利用下式计算出这种情况下的图像信息的Z位置。
[数2]
Zt＝{Lt+1·tdelay-Lt·(tframe-tdelay)}/tframe+Lt
其中，t是序列号信息。
这样，在第四实施方式所涉及的图像测量装置中也是，即使由于通信竞争等而照相机141的图像信息传输产生丢帧，也能够根据附加于各图像信息的序列号信息来得到与触发信号相应地锁存的与各图像信息对应的Z位置。因而，能够正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置来得到对焦位置，能够高精确度且可靠地进行自动对焦。图像获取间隔的时间是已知的，因此序列号也可以是实际的时间(msec)、内部时钟值等。在这种情况下，利用下式求出序列号。
序列号＝floor((实际的时间)/(获取间隔的时间)+0.5)
其中，floor是舍弃小数点以后的函数，用于进行四舍五入。
[第五实施方式]
第五实施方式所涉及的图像测量装置采用使用了触发信号的照相机主动方式，其结构与第一实施方式中图1～图3所示的结构相同，但是位置控制部151具备获取照相机141的Z坐标来作为位置信息即Z值的锁存计数器152。
即，位置控制部151构成为以下结构：由锁存计数器152与上述触发信号相应地从线性编码器143获取照相机141的Z坐标信息，由Z值锁存缓冲器153将获取到的该Z坐标信息作为Z值进行保存。另外，Z轴马达145利用照相机驱动机构144来驱动照相机141。
在照相机主动方式的情况下，位置控制部151接收上述垂直同步信号，与此相应地，锁存计数器152从线性编码器143获取照相机141的Z坐标，保存在Z值锁存缓冲器153中。另外，在第五实施方式中，也能够使用模拟通信方法(NTSC输出、混合输出)而不使用数字串行标准。在使用模拟通信方法的情况下，PC2侧通过帧捕获(frame grab)来获取图像。
在以这种方式构成的图像测量装置中，利用本发明所涉及的自动对焦控制方法来例如如下这样执行图5所示的自动对焦处理。在进行自动对焦处理时，首先，例如使照相机141移动到接近工件3的下方的自动对焦开始位置。然后，使其以规定的移动速度向上方移动，同时以固定的图像获取间隔在多个Z坐标(Z0～Z8)处进行拍摄。
但是，即使如上所述那样在9个位置的Z坐标(Z0～Z8)处进行拍摄，实际由位置控制部151锁存的Z值也会由于Z值获取时刻的延迟(即，拍摄期间(曝光期间)的中心与Z值的获取时刻之间的偏移量)的影响而与Z坐标(Z0～Z8)相偏移。由此，会导致无法得到正确的对比度曲线CUV。在第五实施方式所涉及的图像测量装置中构成为以下结构：预先对这种偏移进行校正以与垂直同步信号相应地锁存Z位置，由此能够正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置。此外，在图6所示的时刻S2，与垂直同步信号同步地保存照相机141的获取图像时的Z坐标。
接着，说明第五实施方式所涉及利用照相机主动方式的使用了垂直同步信号的自动对焦处理中的上述偏移的校正处理。图28是表示利用使用了垂直同步信号作为触发信号的照相机主动方式的图像测量装置的一部分结构的框图。另外，图29是表示该图像处理装置的自动对焦控制处理的一部分的校正值计算处理过程的流程图，图30是表示该计算处理工序的一部分的说明图。此外，表示图像测量装置的图像获取时刻与Z值获取时刻之间的偏移的时序图与上述图8和图9相同。
在此，图28所示的结构与上述图3中示出的结构相同。在这种情况下，如上所述那样，向PC 2传输图像信息(image)，并且向位置控制部151输出垂直同步(Vsync)信号，在位置控制部151中锁存此时的Z坐标(Z位置)。
即，如图8所示，在照相机141由全局快门方式的CCD构成的情况下，在从拍摄的一帧曝光期间(拍摄期间)的中心(中间点)起经过图像获取时刻与实际的Z位置获取时刻之间的偏移量(Frame Latency：以下称为“FL”)之后的曝光期间结束时，从照相机141输出垂直同步信号。然后，在位置控制部151中对此时的Z坐标(Z位置)进行锁存。
另一方面，如图9所示，在照相机141由卷帘快门方式的CMOS构成的情况下，在从一帧的曝光期间的中心起提前FL的一个像素的曝光期间结束时，从照相机141输出垂直同步信号，在位置控制部151中对此时的Z位置进行锁存。
因而，只要在进行自动对焦处理时测量上述FL来求出Z值的校正值并使用该校正值，就能够不受图像测量机1的结构改变、规格改变等影响而正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，从而可靠地进行高精确度的自动对焦动作。更具体地说，只要用FL乘以自动对焦动作时的照相机141的移动速度而得到的值来对Z值进行校正即可。
另外，如果如后所述那样在测量FL来计算出Z值的校正值之后在PC 2中进行所传输的图像信息与Z位置之间的匹配，则能够进行使用了该校正值的高精确度的自动对焦。该自动对焦动作中的校正值的计算处理例如如下这样执行。下面，参照图29的流程图和图30来说明第五实施方式的校正值的计算处理。
首先，当开始自动对焦动作时，如图29所示，PC 2例如使FL为0(步骤S200)，利用位置控制部151使测量头14a移动到下端的AF搜索开始位置(步骤S202)。然后，使测量头14a以移动速度V1(例如3mm/sec)向上方移动来执行AF搜索(步骤S204)。
此时，如图30的左侧所示，照相机141以移动速度V1向远离工件3的上方向移动，因此，在Z位置与图30的右侧所示的真正的图像获取位置Ip偏移E1(＝E/2)mm的偏移状态下将Z值锁存在位置控制部151中。
当执行向上方向的AF搜索时，PC 2根据得到的Z值进行包括利用FL的校正处理在内的处理来求出对比度曲线CUV，获取对焦位置Zfocus1(步骤S206)。接着，如图30的中央所示那样使向上方移动的测量头14a以移动速度V1向下方移动来执行AF搜索(步骤S208)。
此时，如图30的中央所示，照相机141以移动速度V1向靠近工件3的下方向移动，因此，在Z位置与图30的右侧所示的真正的图像获取位置Ip偏移E2(＝-E/2)mm的偏移状态下将Z值锁存在位置控制部151中。
当执行向下方向的AF搜索时，PC 2根据得到的Z值进行包括利用FL的校正处理在内的处理来求出对比度曲线CUV，获取对焦位置Zfocus2(步骤S210)。此外，此时的对焦位置Zfocus1、2之间的偏移为-Emm。然后，PC 2计算出FL的校正值FLtemp(步骤S212)。能够利用下式来计算出校正值FLtemp。
[数3]
FLtemp＝-E/(-2V1)
      ＝E/(2V1)
      ＝{(Zfocus2-Zfocus1)/V1}/2
然后，PC 2使计算出的校正值FLtemp与FL相加来设定新的FL(步骤S214)。如果设定了FL，则判断校正值FLtemp是否小于预先设定的基准值(步骤S216)，在判断为小于基准值的情况下(步骤S216：“是”)，结束本流程图的一系列处理。
另一方面，在判断为不小于基准值的情况下(步骤S216：“否”)，判断AF搜索的重复数是否少于预先设定的上限数(步骤S218)。在判断为少于上限数的情况下(步骤S218：“是”)，转移至上述步骤S202来重复进行处理，在判断为不少于上限数的情况下(步骤S218：“否”)，在CRT 25等上进行错误警告显示等来通知错误(步骤S220)，结束一系列处理。此外，也可以替换AF搜索的移动方向来执行。
如果使用通过这种处理设定的FL来执行自动对焦控制，则能够使图像测量装置的参数校正自动化从而廉价地校正测量误差。与此同时，即使图像测量机1、照相机141等的结构改变、规格改变，也能够正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，从而可靠地进行高精确度的自动对焦动作。
此外，除了将偏移量如FL那样作为时间来求取以外，还能够作为距离来求取。在这种情况下，只要例如预先在PC 2中设置根据照相机141的移动速度和FL来求出移动距离的表即可。
[第六实施方式]
图31是表示本发明的第六实施方式所涉及的图像处理装置的自动对焦控制处理的一部分的校正值计算处理过程的流程图。图32是表示计算处理工序的一部分的说明图。
第六实施方式所涉及的图像测量装置与上述第五实施方式所涉及的图像测量装置相同，使用垂直同步信号来作为触发信号这一点也相同，但是AF搜索的实施方式与第五实施方式不同。即，以AF搜索的移动方向相同但移动速度不同的方式来实施。第六实施方式所涉及的自动对焦动作中的校正值的计算处理例如如下这样执行。下面，参照图29的流程图和图31的流程图并参照图32来说明本处理。
如图29和图31所示，在上述步骤S200～S206的处理之后，PC 2利用位置控制部151使测量头14a再次移动到下端的AF搜索开始位置(步骤S207)。此外，在此前的处理中，如图32的左侧所示，照相机141以移动速度V1向远离工件3的上方向移动，在Z位置与图32的右侧所示的真正的图像获取位置Ip偏移E1mm的偏移状态下将Z值锁存在位置控制部151中，获取基于对比度曲线CUV的对焦位置Zfocus1。
然后，使测量头14a以与移动速度V1不同的移动速度V2(例如5mm/sec)向上方移动来执行AF搜索(步骤S209)。由此，如图32的中央所示，在Z位置与真正的图像获取位置Ip偏移E2mm的偏移状态下将Z值锁存在位置控制部151中。之后，转移至上述步骤S210来获取对焦位置Zfocus2，执行图29所示的以后的处理。
此外，此时的对焦位置Zfocus1、2之间的偏移为E2-E1mm。PC 2在上述步骤S212中例如利用下式来计算出FL的校正值FLtemp。
[数4]
FLtemp＝(E2-E1)/(V2-V1)
      ＝E/(V2-V1)
      ＝(Zfocus2-Zfocus1)/(V2-V1)
此外，在第六实施方式中，将进行AF搜索时的照相机141的移动方向设为从下向上，但是也可以以从上向下的方向来执行。这样做也能够使图像测量装置的参数校正自动化从而廉价地校正测量误差，正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，从而可靠地进行高精确度的自动对焦动作。
除此以外，虽然省略了图示，但是例如也可以使AF搜索为使照相机141以移动速度V1从下向上移动并以移动速度V2从上向下移动来测量FL，据此得到校正值FLtemp，来执行自动对焦动作。
[第七实施方式]
图33是表示本发明的第七实施方式所涉及的图像测量装置中利用使用了触发信号的照相机从动方式的图像测量装置的一部分结构的框图。此外，表示图像测量装置的图像获取时刻与Z值获取时刻之间的偏移的时序图与上述图20和图21相同。
第七实施方式所涉及的图像测量装置的结构与上述第五实施方式和第六实施方式所涉及的图像测量装置的结构相同，而与第五实施方式的不同点在于，如图33所示，采用了从位置控制部151经由专用DIO线向照相机141输出触发信号的照相机从动方式。
即，如图20和图21所示，无论照相机141是由全局快门方式的CCD构成，还是由卷帘快门方式的CMOS构成，都在从拍摄的一帧的曝光期间的中心起提前FL的曝光期间开始时将从位置控制部151输出的触发信号输入至照相机141。并且，在位置控制部151中在输出触发信号的同时锁存Z位置。这种结构也能够使图像测量装置的参数校正自动化从而廉价地校正测量误差，正确地计算出对比度曲线CUV的峰值位置，从而可靠地进行高精确度的自动对焦动作。

Claims (16)

1.一种图像测量装置，其特征在于，具备：
摄像部件，其拍摄被测量对象并传输该被测量对象的图像信息；
位置控制部件，其控制上述摄像部件的对焦位置并将该对焦位置作为对焦轴方向的位置信息输出；以及
图像测量部件，其基于上述图像信息和上述位置信息来对上述被测量对象进行图像测量，
其中，上述位置控制部件在上述摄像部件对上述被测量对象进行拍摄的拍摄期间内的规定时刻，基于从上述摄像部件和上述位置控制部件中的一方对另一方输出的触发信号来获取并保存上述位置信息，
上述图像测量部件基于从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来计算上述图像信息的对焦轴方向的位置信息，使用计算出的位置信息来进行自动对焦控制。
2.根据权利要求1所述的图像测量装置，其特征在于，
上述摄像部件与上述图像测量部件之间以及上述位置控制部件与上述图像测量部件之间经由通用串行通信线相连接，
上述摄像部件与上述位置控制部件之间经由专用数字通信线相连接。
3.根据权利要求1或2所述的图像测量装置，其特征在于，
上述触发信号是垂直同步信号，
上述位置控制部件基于在上述拍摄期间的终点从上述摄像部件输出的上述垂直同步信号来获取并保存上述位置信息。
4.根据权利要求1或2所述的图像测量装置，其特征在于，
上述触发信号是闪光灯信号，
上述位置控制部件基于在上述拍摄期间的中间点从上述摄像部件输出的上述闪光灯信号来获取并保存上述位置信息。
5.根据权利要求1或2所述的图像测量装置，其特征在于，
上述触发信号是摄像开始指示信号，
上述摄像部件基于从上述位置控制部件输出的上述摄像开始指示信号来开始上述被测量对象的拍摄，
上述位置控制部件在上述拍摄期间的起始点，在输出上述摄像开始指示信号的同时获取并保存上述位置信息。
6.根据权利要求1或2所述的图像测量装置，其特征在于，
上述摄像部件对上述图像信息附加序列号信息后传输至上述图像测量部件，
上述位置控制部件将上述位置信息与上述序列号信息相关联地进行保存，
上述图像测量部件计算与上述序列号信息对应的上述图像信息的对焦轴方向的位置信息。
7.一种图像测量装置，其特征在于，具备：
摄像部件，其拍摄被测量对象并传输该被测量对象的图像信息；
位置控制部件，其控制上述摄像部件的对焦位置并将该对焦位置作为对焦轴方向的位置信息输出；以及
图像测量部件，其基于上述图像信息和上述位置信息来对上述被测量对象进行图像测量，
其中，上述位置控制部件在上述摄像部件的规定的拍摄时刻获取并保存上述位置信息，
上述图像测量部件通过每次改变上述摄像部件沿上述对焦轴方向的移动速度和移动方向中的至少一个来进行多次自动对焦搜索，基于在各自动对焦搜索中从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来求出上述拍摄时刻与上述位置信息的获取时刻之间的偏移量，基于所求出的偏移量对各自动对焦搜索中求出的对焦位置进行校正。
8.根据权利要求7所述的图像测量装置，其特征在于，
上述图像测量部件基于在各自动对焦搜索中从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来求出对焦位置，基于在各自动对焦搜索中求出的对焦位置之间的误差以及上述摄像部件的移动速度来求出上述偏移量。
9.根据权利要求8所述的图像测量装置，其特征在于，
上述图像测量部件进行以下的处理：对上述偏移量设定规定的初始值，根据在各自动对焦搜索中使用上述偏移量进行校正而得到的对焦位置的差来求出用于对上述偏移量进行校正的校正值，用该校正值对上述偏移量进行校正，
上述图像测量部件重复该处理直到上述校正值小于规定值。
10.根据权利要求7～9中的任一项所述的图像测量装置，其特征在于，
通过以相同的移动速度分别向第一移动方向和与该第一移动方向相反的第二移动方向驱动上述摄像部件，来求出上述偏移量。
11.根据权利要求7～9中的任一项所述的图像测量装置，其特征在于，
通过分别以第一移动速度和与该第一移动速度不同的第二移动速度向一个移动方向驱动上述摄像部件，来求出上述偏移量。
12.根据权利要求7～9中的任一项所述的图像测量装置，其特征在于，
通过以第一移动速度向第一移动方向驱动上述摄像部件，并且以与上述第一移动速度不同的第二移动速度向与上述第一移动方向相反的第二移动方向驱动上述摄像部件，来求出上述偏移量。
13.根据权利要求7～9中的任一项所述的图像测量装置，其特征在于，
上述偏移量是通过时间来表示的上述摄像部件的帧延迟时间。
14.根据权利要求7～9中的任一项所述的图像测量装置，其特征在于，
通过距离来表示上述偏移量，该距离是根据上述摄像部件的上述移动速度和移动方向、预先与上述移动速度对应的移动距离以及上述摄像部件的帧延迟时间，参照表而求出的。
15.一种自动对焦控制方法，是图像测量装置中的自动对焦控制方法，该图像测量装置具备：摄像部件，其拍摄被测量对象并传输该被测量对象的图像信息；位置控制部件，其控制上述摄像部件的对焦位置并将该对焦位置作为对焦轴方向的位置信息输出；以及图像测量部件，其基于上述图像信息和上述位置信息来对上述被测量对象进行图像测量，该自动对焦控制方法的特征在于，具备以下步骤：
由上述位置控制部件在上述摄像部件对上述被测量对象进行拍摄的拍摄期间内的规定时刻，基于从上述摄像部件和上述位置控制部件中的一方对另一方输出的触发信号来获取并保存上述位置信息；以及
由上述图像测量部件基于从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来计算上述图像信息的对焦轴方向的位置信息，使用计算出的位置信息来进行自动对焦控制。
16.一种自动对焦控制方法，是图像测量装置中的自动对焦控制方法，该图像测量装置具备：摄像部件，其拍摄被测量对象并传输该被测量对象的图像信息；位置控制部件，其控制上述摄像部件的对焦位置并将该对焦位置作为对焦轴方向的位置信息输出；以及图像测量部件，其基于上述图像信息和上述位置信息来对上述被测量对象进行图像测量，该自动对焦控制方法的特征在于，具备以下步骤：
由上述位置控制部件在上述摄像部件的规定的拍摄时刻获取并保存上述位置信息；以及
由上述图像测量部件通过每次改变上述摄像部件沿上述对焦轴方向的移动速度和移动方向中的至少一个来进行多次自动对焦搜索，基于在各自动对焦搜索中从上述摄像部件传输的图像信息和从上述位置控制部件输出的位置信息来求出上述拍摄时刻与上述位置信息的获取时刻之间的偏移量，基于所求出的偏移量对各自动对焦搜索中求出的对焦位置进行校正。
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