CN110515144B - 焦距可变透镜的校正方法及焦距可变透镜装置 - Google Patents

焦距可变透镜的校正方法及焦距可变透镜装置 Download PDF

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Abstract

一种包括通过周期性的驱动信号而焦距周期性地变化的液体透镜单元(3)的焦距可变透镜的校正方法，使用在表面上具有高度不同的许多个部分的校正工具(91)；反复执行以下的操作而制作校正表(712)：向焦距可变透镜输出规定电压的驱动信号(Cf)，由图像检测部(4)检测校正工具(91)的表面图像，在表面图像中检测对比度成为最大的2个位置，根据2个位置的焦距的差而计算焦点深度，使焦点深度与驱动信号(Cf)的电压对应而进行记录；当将焦距可变透镜设定为希望的焦点深度时，从校正表(712)读出与希望的焦点深度对应的电压的值，基于所读出的值而对向焦距可变透镜输出的驱动信号(Cf)的电压进行调整。

Description

焦距可变透镜的校正方法及焦距可变透镜装置
技术领域
本发明涉及焦距可变透镜(lens)的校正方法及焦距可变透镜装置，特别涉及对焦距以高速进行变化的焦距可变透镜进行校正的方法。
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系统(以下也简称作透镜系统)的光学装置。
液体透镜系统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。对于振动部件，作为驱动信号而施加70KHz左右的高频率的交流电压(通常是正弦波)。
在液体透镜系统中，如果对振动部件的内周面和外周面施加驱动信号，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，如果光沿着振动部件的中心轴线穿过，则该光按照在透明的液体中产生的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系统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。将液体透镜系统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系统入射，则该光被透镜系统发散或聚束，穿过物镜后的光将焦点结在与原来的(没有透镜系统的状态的)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，通过使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，能够由透镜系统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，如果驱动信号是正弦波，则焦距可变透镜装置的焦距(焦点位置)也以正弦波状变化。此时，当驱动信号的振幅为0时，通过透镜系统的光不被折射，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，通过透镜系统的光被最大地折射，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。
另一方面，如果不是脉冲照明而是进行连续照明，则能够得到合焦于焦距的可变范围整体的EDOF图像(Extended Depth of Focus图像、扩展焦点深度图像)。
EDOF图像是一边基于连续照明将焦距高速地改变一边进行摄像、将合焦于焦距可变范围的某个焦距的图像遍及全焦点范围而重合、对于由此取得的图像进行了根据焦距的可变范围而估算的模糊成分的逆运算处理的图像，即使在测量对象物的表面上有高度不同的凹凸的情况下也能够检测各凹凸的轮廓。
在基于前述的液体透镜系统的焦距可变透镜中，作为其光学性能重要的是折射力(Diopter)。
在光学中，所述的折射力，是透镜等的(绕轴旋转对称的)光学系统的折射的程度，也被称作透镜光学能力(lens power)。
设为介质的折射率n、焦距f，折射力
Figure BDA0002063697240000021
成为
Figure BDA0002063697240000022
即，在空气中(n＝1.000)，折射力
Figure BDA0002063697240000025
等于焦距f的倒数。并且，在焦距可变透镜中，折射力
Figure BDA0002063697240000024
越大，焦距f的可变范围越宽。因而，折射力
Figure BDA0002063697240000023
的大小能够用焦距f的从最长到最短的可变范围(从最远的合焦位置到最近的合焦位置的距离)即焦点深度来表示。
在基于液体透镜系统的焦距可变透镜中，在原理上，通过对被施加的驱动信号(正弦波电压)的振幅进行调节，能够对折射力
Figure BDA0002063697240000026
进行调节。
如果处于理想的状态，即驱动信号的振幅与液体透镜系统的折射力
Figure BDA0002063697240000031
处于比例关系，则通过驱动信号的电压控制，能够正确地调整液体透镜系统的折射力
Figure BDA0002063697240000032
但是，在液体透镜系统中，在其构造上，实际的折射力
Figure BDA0002063697240000033
与施加电压的关系不为正确的比例关系。进而，折射力
Figure BDA0002063697240000034
与施加电压的关系有液体透镜系统的个体差别，也根据驱动信号的频率而不同。因此，在液体透镜系统中，即使进行驱动信号的调整也难以得到希望的折射力
Figure BDA0002063697240000035
发明内容
本发明的目的是提供一种通过驱动信号的调整而能得到希望的折射力的焦距可变透镜的校正方法及焦距可变透镜装置。
本发明的焦距可变透镜的校正方法是通过周期性的驱动信号而焦距周期性地变化的焦距可变透镜的校正方法，其特征在于，使用焦距可变透镜装置，其具有前述焦距可变透镜、对测量对象物进行照明的照明部、能够通过前述焦距可变透镜对前述测量对象物的图像进行检测的图像检测部、和向前述焦距可变透镜输出前述驱动信号并对前述照明部及前述图像检测部进行控制的透镜控制部；在作为前述测量对象物而设置了在表面上具有高度不同的许多个部分的校正工具之后，反复执行以下的操作而制作校正表：从前述透镜控制部向前述焦距可变透镜输出规定电压的前述驱动信号，由前述图像检测部检测前述校正工具的表面图像，在前述表面图像中检测对比度成为最大的2个位置，根据前述2个位置的焦距的差而计算焦点深度，使前述焦点深度与前述驱动信号的电压对应而进行记录；在将前述焦距可变透镜设定为希望的焦点深度时，从前述校正表读出与希望的前述焦点深度对应的前述电压的值，基于所读出的值而对向前述焦距可变透镜输出的前述驱动信号的前述电压进行调整。
在这样的本发明中，通过使用校正工具反复进行图像检测及运算处理，能够将驱动信号的电压与焦距可变透镜的焦点深度的关系记录到校正表中。特别是，关于焦点深度，通过在校正工具的表面图像中检测对比度成为最大的2个位置，能够得到与驱动信号的波形中的正负的峰值对应的2个焦距(最长及最短的焦距)，能够根据2个焦距的差来计算焦点深度。通过反复执行这样的处理，能够容易且可靠地进行表示焦距可变透镜的焦点深度即折射力和对应的驱动信号电压的校正表的制作。
当将焦距可变透镜设定为希望的焦点深度时，通过参照先制作出的校正表，读出与希望的焦点深度对应的电压，将驱动信号调整为所得到的电压，从而能够调整为能得到希望的焦点深度的状态。通过这样的驱动信号的调整，能够得到希望的折射力。
在本发明的焦距可变透镜的校正方法中，优选的是，前述校正工具在表面上具有规定高度的许多个阶差面。
在这样的本发明中，许多个阶差面成为校正工具的高度不同的许多个部分，被用于表面图像的对比度的计算。这里，通过做成阶差面，在校正工具的表面图像时能够确保规定的大小，能够容易且可靠地进行对比度的计算。
另外，作为校正工具，例如也可以是表面被做成倾斜面的块等，成为将倾斜面中相同高度的部分分别与相同的焦距对应的部分。但是，通过如本发明那样将表面做成阶差状，能够使得各阶差面以规定的大小对应于相同的焦距，在能够确保反射光量而容易且可靠地进行对比度的计算这一点上是有效的。
在本发明的焦距可变透镜的校正方法中，优选的是，一边用前述照明部将前述测量对象物连续地照明，一边由前述图像检测部检测EDOF图像；使用前述EDOF图像作为制作前述校正表时的前述校正工具的表面图像。
在这样的本发明中，对于所检测出的EDOF图像，重合合焦于根据驱动信号而变动的焦点位置的图像数据。驱动信号是通常的正弦波等，增减反转的正负的峰值附近的值的变动较小，因此在EDOF图像中包含较多驱动信号的正负的峰值附近的图像数据。在这样的状况下，如果计算EDOF图像的对比度，则将包含的图像数据的比率较大的驱动信号的正负的峰值附近表示为对比度较高的2个。因而，通过选择较高的2个位置，选择最长及最短的焦距，通过其变动幅度(能够设定为焦距的范围)能够得到焦点深度。
进而，根据本发明，能够使用连续照明，且取得与驱动信号的正负的峰值对应的图像数据，例如不需要脉冲照明装置那样的昂贵的要素，能够容易地实施。
在本发明的焦距可变透镜的校正方法中，优选的是，在与前述驱动信号的正负的峰值对应的时点，由前述照明部对前述测量对象物进行脉冲照明，由前述图像检测部检测被前述脉冲照明的前述校正工具的表面图像。
在这样的本发明中，所检测的校正工具的表面图像是被重合了以驱动信号的正负的峰值被脉冲照明的2个图像数据的图像，通过对表面图像进行对比度计算，能得到各自的焦距，根据其差能得到焦点深度。
因而，通过以驱动信号的正负的峰值进行脉冲照明，能够容易且可靠地取得最长及最短的焦距。
本发明的焦距可变透镜装置的特征在于，具有通过周期性的驱动信号而焦距周期性地变化的焦距可变透镜、对测量对象物进行照明的照明部、能够通过前述焦距可变透镜对前述测量对象物的图像进行检测的图像检测部、向前述焦距可变透镜输出前述驱动信号并对前述照明部及前述图像检测部进行控制的透镜控制部、和对前述透镜控制部输出的前述驱动信号的电压进行调整的校正动作控制部；前述校正动作控制部反复执行以下的操作而制作校正表：从前述透镜控制部向前述焦距可变透镜输出规定电压的前述驱动信号，由前述图像检测部检测前述测量对象物的表面图像，在前述表面图像中检测对比度成为最大的2个位置，根据前述2个位置的焦距的差而计算焦点深度，使前述焦点深度与前述驱动信号的电压对应而进行记录；在将前述焦距可变透镜设定为希望的焦点深度时，从前述校正表读出与希望的前述焦点深度对应的前述电压的值，基于所读出的值而对向前述焦距可变透镜输出的前述驱动信号的前述电压进行调整。
根据这样的本发明的焦距可变透镜装置，通过在作为测量对象物而设置了在表面具有高度不同的许多个部分的校正工具后使校正动作控制部进行动作，能够得到在前述的本发明的焦距可变透镜的校正方法中说明那样的效果。
根据本发明，能够提供通过驱动信号的调整而能得到希望的折射力的焦距可变透镜的校正方法及焦距可变透镜装置。
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(A)～(B)是表示前述实施方式的校正工具的侧视形状(A)和俯视形状(B)的图。
图7是表示前述实施方式的校正次序的流程图。
图8(A)～(G)是表示前述实施方式的校正处理的示意图。
图9是表示通过前述实施方式的校正处理得到的校正表的图。
图10是表示本发明的其他实施方式的校正次序的流程图。
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结构。
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的表面进行照明的照明部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、图像检测部4及照明部5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，能够将所入射的图像Lg作为规定的信号形式的检测图像Im向控制用PC7输出。
照明部5由LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等发光元件构成，能够根据来自透镜控制部6的发光信号Ci而使照明光Li发光，进行对于测量对象物9的表面的照明。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系统，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成为最近，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成为最远，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(任意的相位)对处于焦点位置Pf的测量对象物9进行脉冲照明，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。
另一方面，通过一边如焦点变动波形Mf那样使焦点位置Pf变动，一边不是进行脉冲照明而是连续地进行照明，连续地对测量对象物9的图像进行检测，能够得到对焦距Df从最短(图4(A)的状态)到最长(图4(C)的状态)的范围的合焦图像进行了重合的测量对象物9的EDOF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、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的设定等的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。
其中，透镜操作部71具有基于本发明的校正动作控制部711及校正表712。
校正动作控制部711通过在作为焦距可变透镜装置1的测量对象物9而设置了校正工具91的状态下被起动，制作记录有希望的折射力(焦点深度)和对应的驱动信号Cf的电压的校正表712(参照图9)。
在制作了校正表712的控制用PC7中，设置应测量的测量对象物9，并从校正表712读出成为希望的折射力的电压，通过透镜控制部6对输出的驱动信号Cf的电压进行调整，能够由液体透镜单元3得到希望的折射力。
〔校正工具91〕
在图6中表示在本实施方式中使用的校正工具91。图6的(A)部表示校正工具91的侧视形状，图6的(B)部表示俯视形状。
在图6中，校正工具91具有由金属以外的无机材料或合成树脂形成的块状的主体92，在其上表面形成有许多个阶差面93。阶差面93相对于各自邻接的阶差面93全部为相同的阶差高dh。
在将校正工具91设置到焦距可变透镜装置1中，由图像检测部4对校正工具91的图像进行检测的情况下，能够检测例如如表面图像94那样包含多个阶差面93的图像。
关于被摄像到表面图像94中的阶差面93，在以下的说明中，设处于表面图像94的中央的阶差面93为基准阶差面P0，设比基准阶差面P0高的阶差面93依次为阶差面P1、P2、P3，设比基准阶差面P0低的阶差面93依次为阶差面P－1、P－2、P－3。另外，在表面图像94中包含更多的阶差面93的情况下，依次为P4、P5或P－4、P－5。
在本实施方式中，通过由照明部5将校正工具91连续地照明，由图像检测部4检测的校正工具91的图像为EDOF图像。
即，表面图像94的图像数据为将对前述的基准阶差面P0、阶差面P1～P3及阶差面P－1～P－3的各自合焦的图像数据全部重合的数据，在从焦距最小的阶差面P3到最大的阶差面P－3的范围内，能够作为合焦于任意的阶差面Pn的图像数据来利用。但是，合焦于任意的阶差面(例如阶差面P1)的图像数据对于其他的阶差面(例如阶差面P2)没有合焦，也包含所谓的模糊的图像数据。
〔校正表712的制作次序〕
在图7中表示校正表712的制作次序。
在图7中，如果作业者从控制用PC7的操作接口73将校正动作控制部711起动，则校正动作控制部711通过画面显示等对校正工具91的设置进行指引(处理S1)。
如果作业者对于焦距可变透镜装置1设置校正工具91，并从操作接口73输入已设置的情况，则校正动作控制部711通过画面显示等对电压初始值Vo及间隔(变化幅度dV)的输入进行指引(处理S2)。
如果作业者通过操作接口73输入了电压初始值Vo及变化幅度dV，则校正动作控制部711对于电压Vi＝Vo+idV(i＝0～n)分别反复进行与该电压Vi对应的焦点深度的测量(处理S3～S8)，由此制作校正表712(参照图9)。
即，校正动作控制部711从透镜控制部6向液体透镜单元3施加电压Vi的驱动信号Cf(处理S3)，由图像检测部4检测校正工具91的表面图像94(EDOF图像)(处理S4)。接着，用表面图像94检测对比度为最大的2个位置(2个阶差面93)(处理S5)，根据各自的焦距的差，计算焦点深度Ei(处理S6)，使该焦点深度Ei与驱动信号Cf的电压Vi对应而进行记录(处理S7)。通过在i＝1～n以内将这样的处理S3～S7反复进行(处理S8)，能够制作出校正表712。
在图8中，表示制作校正表712时的驱动信号Cf的电压V与所检测的2个阶差面93的关系。
在图8中，假设向液体透镜单元3施加的驱动信号Cf的电压V(图7的处理S3)从图8的(A)部的V＝0起，以(B)部的V＝V1、(C)部的V＝V2逐渐增加。
在驱动信号Cf的电压V＝0时，液体透镜单元3没有被驱动，焦距可变透镜(液体透镜单元3和物镜2)的焦距Df(参照图4)在变化幅度的中央不变化，焦点位置Pf(参照图4)不从图8的(G)部的基准阶差面P0变动。
在驱动信号Cf的电压V以V1、V2增加的阶段，焦距Df的变动幅度向正负分别不到dh，停留在(G)部的阶差高dh的范围内(到邻接的阶差面P1、P－1为止的范围内)。
在驱动信号Cf的电压V进一步增加而达到了电压V＝V3时，焦距Df的变动幅度超过(G)部的阶差高dh的范围，也合焦于邻接的阶差面P1、P－1。此时，如果是驱动信号Cf的电压V＝V3，则为焦点深度E＝dh×2＝2dh。
同样，当达到了驱动信号Cf的电压V＝V4、V5时，焦距Df的变动幅度超过(G)部的阶差高2dh、3dh，如果合焦于阶差面P2、P－2或阶差面P3、P－3，则在驱动信号Cf的电压V＝V4时为焦点深度E＝2dh×2＝4dh，在驱动信号Cf的电压V＝V5时为焦点深度E＝3dh×2＝6dh。
如以上这样，通过使焦点深度Ei与驱动信号Cf的电压Vi对应而进行记录(图7的处理S7)，能够制作出校正表712。
在图9中表示通过图8的例子制作出的校正表712的一例。
在图9中，当驱动信号Cf的电压V＝0时，焦点处于基准阶差面P0，为焦点深度E＝0，折射力
Figure BDA0002063697240000111
当驱动信号Cf的电压V＝V3时，焦点处于阶差面P1～P－1，为焦点深度E＝2dh，折射力
Figure BDA0002063697240000112
当驱动信号Cf的电压V＝V4时，焦点处于阶差面P2～P－2，为焦点深度E＝4dh，折射力
Figure BDA0002063697240000113
当驱动信号Cf的电压V＝V5时，焦点处于阶差面P3～P－3，为焦点深度E＝6dh，折射力
Figure BDA0002063697240000114
如果制作了校正表712，则当被给出了对焦距可变透镜装置1要求的焦点深度E或折射力
Figure BDA0002063697240000115
时，通过检索相应的焦点深度E或折射力
Figure BDA0002063697240000116
将对应的驱动信号电压V读出，将该电压V向透镜控制部6的驱动信号Cf进行设定，能够将焦距可变透镜装置1调整为希望的焦点深度E或折射力
Figure BDA0002063697240000117
根据本实施方式，能得到以下这样的效果。
在本实施方式中，通过使用校正工具91反复进行图像检测及运算处理(图7的处理S3～S7)，能够将驱动信号Cf的电压V与焦距可变透镜(液体透镜单元3和物镜2)的焦点深度E的关系记录到校正表712(参照图9)中。
特别是，关于焦点深度E，通过在校正工具91的表面图像中检测对比度为最大的2个位置(图7的处理S5)，并将校正工具91的阶差面93的阶差高dh进行合计，能够根据与驱动信号Cf的波形中的正负的峰值对应的2个焦距(最长及最短的焦距)的差来计算焦点深度E。
并且，通过反复执行这样的处理，能够容易且可靠地进行表示焦距可变透镜的焦点深度E及折射力
Figure BDA0002063697240000118
和对应的驱动信号电压V的校正表712的制作。
当将焦距可变透镜设定为希望的焦点深度时，通过参照先制作出的校正表712，将与希望的焦点深度E对应的电压V读出，将驱动信号Cf调整为所得到的电压V，能够调整为可得到希望的焦点深度E的状态。通过这样的驱动信号Cf的调整，能够得到希望的折射力
Figure BDA0002063697240000119
在本实施方式中，作为校正工具91，使用在表面上具有相互是阶差高dh的规定高度的许多个阶差面93的工具。因此，许多个阶差面93为校正工具91的高度不同的许多个部分，被用于表面图像的对比度的计算。这里，通过做成阶差面93，在校正工具91的表面图像时能够确保规定的大小，能够容易且可靠地进行对比度的计算。
进而，通过将校正工具91的表面做成阶差状，能够使得各阶差面93在相同的焦距(作为相同的焦距的一定高度)下拥有规定的大小，能够确保反射光量而容易且可靠地进行对比度的计算。
在本实施方式中，在图像检测(图7的处理S4)中，设为一边用照明部5将校正工具91连续地照明，一边由图像检测部4检测EDOF图像，使用该EDOF图像作为制作校正表712时的校正工具91的表面图像。
在EDOF图像中，重合合焦于根据驱动信号Cf变动的焦点位置Pf的图像数据。就驱动信号Cf而言，如果是通常的正弦波，则增减反转的正负的峰值附近的值的变动较小，因此在EDOF图像中，驱动信号Cf的正负的峰值附近的图像数据的成分比率变多。如果在这样的状况下计算EDOF图像的对比度，则包含的图像数据的比率较大的驱动信号Cf的正负的峰值附近被表示为对比度较高的2个。因而，通过选择较高的2个位置，选择最长及最短的焦距Df，能够根据其变动幅度(作为焦距能够设定的范围)得到焦点深度E。
这样，在本实施方式中，能够使用连续照明，且取得与驱动信号Cf的正负的峰值对应的图像数据，不需要例如脉冲照明装置那样的昂贵的要素，能够容易地实施。
〔其他的实施方式〕
在图10中，表示本发明的其他实施方式的校正表712的制作次序。
就本实施方式而言，基本的结构与前述焦距可变透镜装置1是同样的。因此，关于在图1～图6、图8、图9中表示的共通的结构省略说明，以下对不同的结构进行说明。
在前述的实施方式中，假设照明部5是进行连续照明的通常的照明装置，但本实施方式中，假设照明部5为能够以驱动信号Cf的信号波形中的任意的相位进行脉冲发光的脉冲照明装置。
此外，由控制用PC7的校正动作控制部711执行的校正表712的制作次序与前述的图7的次序不同。
在图10中，处理S11～S13与图7的处理S1～S3相同。此外，处理S15～S18与图7的处理S5～S8相同的。即，在本实施方式的制作次序中，基于脉冲照明执行处理S14的图像检测、仅检测驱动信号Cf的正负的峰值位置上的图像这一点不同。
通过这样的脉冲照明，在处理S14中得到的图像成为驱动信号Cf的正负的峰值位置处的图像，所以基于以下的处理S15中的对比度计算的2个阶差面93的判定(最短及最长的焦点位置的检测)与使用包含其他期间的图像数据的EDOF图像的前述实施方式相比能够更容易且高精度地进行。
〔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。
例如，在前述的实施方式中，使用具有阶差高dh相等的多个阶差面93的校正工具91，但也可以使用在基准阶差面附近阶差高较小、随着离开而阶差高变大那样的阶差状的校正工具，此外，校正工具只要在表面上有高度不同的许多个部分就可以，例如也可以是表面被做成倾斜面的块等。
但是，通过如前述的实施方式那样将表面做成阶差状，在能够使得各阶差面93以规定的大小对应于相同的焦距、能够确保反射光量而容易且可靠地进行对比度的计算的方面是有效的。进而，通过阶差高dh是一定，焦距的计算较容易，也能够容易地进行校正工具91的制造。
作为在本发明中使用的焦距可变透镜装置1，并不限于图1及图5所示的结构，只要具有相当于焦距可变透镜(液体透镜单元3及物镜2)、图像检测部4、照明部5、透镜控制部6的结构就可以。焦距可变透镜并不限于利用液体透镜系统的结构，也可以是基于其他原理的焦距可变透镜。

Claims (4)

1.一种焦距可变透镜的校正方法，是通过周期性的驱动信号而焦距周期性地变化的焦距可变透镜的校正方法，其特征在于，
使用焦距可变透镜装置，其具有前述焦距可变透镜、对测量对象物进行照明的照明部、能够通过前述焦距可变透镜对前述测量对象物的图像进行检测的图像检测部、和向前述焦距可变透镜输出前述驱动信号并对前述照明部及前述图像检测部进行控制的透镜控制部；
在作为前述测量对象物而设置了在表面上具有高度不同的许多个部分的校正工具之后，反复执行以下的操作而制作校正表：从前述透镜控制部向前述焦距可变透镜输出规定电压的前述驱动信号，由前述图像检测部检测前述校正工具的表面图像，在前述表面图像中检测对比度成为最大的2个位置，根据前述2个位置的焦距的差而计算焦点深度，使前述焦点深度与前述驱动信号的电压对应而进行记录；
在将前述焦距可变透镜设定为希望的焦点深度时，从前述校正表读出与希望的前述焦点深度对应的前述电压的值，基于所读出的值而对向前述焦距可变透镜输出的前述驱动信号的前述电压进行调整，
前述校正工具在表面上具有规定高度的许多个阶差面，
在所述表面图像中对比度最大的2个位置是，使所述驱动信号逐渐变化从而合焦于所述校正工具的多个阶差面中的两个阶差面时的所述阶差面的位置。
2.如权利要求1所述焦距可变透镜的校正方法，其特征在于，
一边用前述照明部将前述测量对象物连续地照明，一边由前述图像检测部检测EDOF图像；
使用前述EDOF图像作为制作前述校正表时的前述校正工具的表面图像。
3.如权利要求1所述焦距可变透镜的校正方法，其特征在于，
在与前述驱动信号的正负的峰值对应的时点，由前述照明部对前述测量对象物进行脉冲照明，由前述图像检测部检测被前述脉冲照明的前述校正工具的表面图像。
4.一种焦距可变透镜装置，其特征在于，
具有通过周期性的驱动信号而焦距周期性地变化的焦距可变透镜、对测量对象物进行照明的照明部、能够通过前述焦距可变透镜对前述测量对象物的图像进行检测的图像检测部、向前述焦距可变透镜输出前述驱动信号并对前述照明部及前述图像检测部进行控制的透镜控制部、和对前述透镜控制部输出的前述驱动信号的电压进行调整的校正动作控制部，
前述校正动作控制部在作为前述测量对象物而设置了在表面上具有高度不同的许多个部分的校正工具之后，反复执行以下的操作而制作校正表：从前述透镜控制部向前述焦距可变透镜输出规定电压的前述驱动信号，由前述图像检测部检测前述测量对象物的表面图像，在前述表面图像中检测对比度成为最大的2个位置，根据前述2个位置的焦距的差而计算焦点深度，使前述焦点深度与前述驱动信号的电压对应而进行记录，
在将前述焦距可变透镜设定为希望的焦点深度时，前述校正动作控制部从前述校正表读出与希望的前述焦点深度对应的前述电压的值，基于所读出的值而对向前述焦距可变透镜输出的前述驱动信号的电压进行调整，
前述校正工具在表面上具有规定高度的许多个阶差面，
在所述表面图像中对比度最大的2个位置是，使所述驱动信号逐渐变化从而合焦于所述校正工具的多个阶差面中的两个阶差面时的所述阶差面的位置。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7098474B2 (ja) * 2018-08-07 2022-07-11 株式会社ミツトヨ 非接触式変位計
JP7249748B2 (ja) 2018-08-30 2023-03-31 株式会社ミツトヨ 焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法
US11125967B2 (en) * 2018-12-26 2021-09-21 Mitutoyo Corporation System and method for calibrating variable focal length lens system using calibration object with planar tilted pattern surface
JP7478529B2 (ja) * 2019-10-11 2024-05-07 株式会社ミツトヨ 焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ装置の制御方法
JP7333744B2 (ja) * 2019-12-03 2023-08-25 株式会社ミツトヨ 高さ測定方法および高さ測定装置
US11108946B1 (en) * 2020-06-25 2021-08-31 Zebra Technologies Corporation Focus stabilization of imaging system with variable focus lens
CN112379470B (zh) * 2020-11-09 2022-10-28 荆门麦隆珂机器人科技有限公司 滑移遮蔽式变焦距线型菲涅尔透镜机器人
CN114427954B (zh) * 2021-12-28 2024-02-13 北京耐德佳显示技术有限公司 一种近眼显示系统的视度测试装置、方法及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003121301A (ja) * 2001-10-19 2003-04-23 Ofura Kagi Kofun Yugenkoshi カメラのビューポイント及び焦点距離を調べる方法
JP2005215620A (ja) * 2004-02-02 2005-08-11 Ricoh Co Ltd 光学素子と光ピックアップ装置
CN101099102A (zh) * 2004-11-08 2008-01-02 立体播放有限公司 包括微镜的可变焦距透镜
JP2013180120A (ja) * 2012-03-02 2013-09-12 Olympus Corp 撮像装置及び撮像方法
JPWO2015040696A1 (ja) * 2013-09-18 2017-03-02 富士機械製造株式会社 部品実装機

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3785733A (en) * 1973-01-29 1974-01-15 Logetronics Inc Method of calibrating a graphic arts camera
JPH0271214A (ja) * 1988-09-06 1990-03-09 Copal Co Ltd オートフォーカスズームレンズの焦点距離補正装置
US5082362A (en) * 1990-07-02 1992-01-21 General Electric Company Zoom lens for a variable depth range camera
US5153780A (en) * 1991-06-10 1992-10-06 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method and apparatus for uniformly concentrating solar flux for photovoltaic applications
JP2000047084A (ja) * 1998-07-31 2000-02-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 撮像装置
US6822745B2 (en) * 2000-01-25 2004-11-23 Zygo Corporation Optical systems for measuring form and geometric dimensions of precision engineered parts
JP3624288B2 (ja) * 2001-09-17 2005-03-02 株式会社日立製作所 店舗管理システム
US7042508B2 (en) * 2002-07-26 2006-05-09 Appro Technology Inc. Method for presenting fisheye-camera images
US7349580B2 (en) * 2003-06-03 2008-03-25 Topcon Corporation Apparatus and method for calibrating zoom lens
JP4307934B2 (ja) * 2003-08-13 2009-08-05 株式会社トプコン 画像補正機能付撮影装置及び方法、並びに撮影装置及び方法
US7502178B2 (en) * 2003-08-29 2009-03-10 International Technology Center Multiple wavelength and multiple field of view imaging devices and methods
WO2008106403A2 (en) 2007-02-26 2008-09-04 Trustees Of Princeton University Turnable acoustic gradient index of refraction lens and system
JP2009139139A (ja) * 2007-12-04 2009-06-25 Mitsutoyo Corp 画像測定装置の校正方法
US8366001B2 (en) * 2008-08-14 2013-02-05 Varioptic S.A. Calibration methods for imaging systems and imaging systems using such
JP5390292B2 (ja) * 2009-08-06 2014-01-15 株式会社ミツトヨ 画像測定機
DE102011078631A1 (de) * 2011-07-05 2013-01-10 Robert Bosch Gmbh Anordnung und Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsabweichung einer Kamera
JP6244104B2 (ja) 2013-05-08 2017-12-06 株式会社ミツトヨ 画像測定装置の照明設定方法、装置及びブライトネスツール用コンピュータソフトウェア
US9726876B2 (en) * 2013-11-27 2017-08-08 Mitutoyo Corporation Machine vision inspection system and method for obtaining an image with an extended depth of field
US9774765B2 (en) * 2015-09-15 2017-09-26 Mitutoyo Corporation Chromatic aberration correction in imaging system including variable focal length lens
US11221508B2 (en) * 2018-02-01 2022-01-11 Versatile Research LLC Adaptive harmonic diffractive liquid crystal lens and method of making and use thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003121301A (ja) * 2001-10-19 2003-04-23 Ofura Kagi Kofun Yugenkoshi カメラのビューポイント及び焦点距離を調べる方法
JP2005215620A (ja) * 2004-02-02 2005-08-11 Ricoh Co Ltd 光学素子と光ピックアップ装置
CN101099102A (zh) * 2004-11-08 2008-01-02 立体播放有限公司 包括微镜的可变焦距透镜
JP2013180120A (ja) * 2012-03-02 2013-09-12 Olympus Corp 撮像装置及び撮像方法
JPWO2015040696A1 (ja) * 2013-09-18 2017-03-02 富士機械製造株式会社 部品実装機

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Publication number Publication date
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