JP2019203924A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の焦点距離に対して十分な画像品質が得られるとともに画像検出時間を短縮できる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を提供する。【解決手段】焦点距離可変レンズ装置は、画像検出条件を設定する画像検出条件設定部を有し、画像検出条件設定部は、画像検出条件として、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作Ｓ４４と、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作Ｓ４５と、を含む画像検出ループを繰り返すコンバインドモードＳ４１を設定可能であり、マルチプレーン画像検出動作Ｓ４４では、焦点距離可変レンズの焦点距離が変化する１周期の間に、画像検出を行う焦点距離を複数設定可能（Ｓ４２）であり、シングルプレーン画像検出動作Ｓ４５では、焦点距離可変レンズの焦点距離が変化する１周期の間に、画像検出を行う焦点距離を１つ設定可能（Ｓ４３）である。【選択図】図６

Description

本発明は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に関する。

焦点距離可変レンズ装置として、例えば特許文献１に記載された原理の液体レンズシステム（以下単にレンズシステムと呼ぶことがある）を利用した装置が開発されている。
液体レンズシステムは、圧電材料で形成された円筒状の振動部材を、透明な液体に浸漬して形成される。液体レンズシステムにおいて、振動部材の内周面と外周面とに交流電圧を印加すると、振動部材が厚み方向に伸縮し、振動部材の内側の液体を振動させる。液体の固有振動数に応じて印加電圧の周波数を調整すると、液体に同心円状の定在波が形成され、振動部材の中心軸線を中心として屈折率が異なる同心円状の領域が形成される。この状態で、振動部材の中心軸線に沿って光を通すと、この光は同心円状の領域ごとの屈折率に従って発散または収束する経路を辿ることになる。

焦点距離可変レンズ装置は、前述した液体レンズシステムと、焦点を結ぶための対物レンズ（例えば通常の凸レンズあるいはレンズ群）とを、同じ光軸上に配置して構成される。液体レンズシステムは、液体レンズユニットとしてパッケージ化され、焦点距離可変レンズ装置に組み込まれる。
通常の対物レンズに平行光を入射させると、レンズを通過した光は所定の焦点距離にある焦点位置に焦点を結ぶ。これに対し、対物レンズと同軸に配置されたレンズシステムに平行光を入射させると、この光はレンズシステムで発散または収束され、対物レンズを通過した光は元の（レンズシステムがなかった状態の）焦点位置よりも遠くまたは近くにずれた位置に焦点を結ぶ。
従って、焦点距離可変レンズ装置においては、レンズシステムに入力される駆動信号（内部の液体に定在波を発生させる周波数の交流電圧）を印加し、この駆動信号の振幅を増減させることで、焦点距離可変レンズ装置としての焦点位置を一定の範囲内（対物レンズの焦点距離を基準としてレンズシステムにより増減できる所定の変化幅）で任意に制御することができる。

焦点距離可変レンズ装置において、レンズシステムに入力される駆動信号としては、例えば正弦波状の交流信号が用いられる。このような駆動信号が入力されると、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離（焦点位置）は正弦波状に変化する。この際、駆動信号の振幅が０のとき、レンズシステムを通る光は屈折されず、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は対物レンズの焦点距離となる。駆動信号の振幅が正負のピークにあるとき、レンズシステムを通る光は最も大きく屈折され、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は対物レンズの焦点距離から最も変化した状態となる。
このような焦点距離可変レンズ装置を用いて画像を取得する際には、駆動信号の正弦波の位相に同期して発光信号を出力してパルス照明を行う。これにより、正弦波状に変化する焦点距離のうち、所定の焦点距離に合焦した状態でパルス照明を行うことで、この焦点距離にある対象物の画像が検出される。一周期のうち複数の位相でパルス照明を行い、各位相に対応して画像検出を行えば、同時に複数の焦点距離の画像を得ることもできる。

米国特許出願公開第２０１０／０１７７３７６号明細書

前述した焦点距離可変レンズ装置において、一周期のうち単一の位相でパルス照明および画像検出を行うと（シングルプレーン画像検出動作）、その位相に相当する焦点距離にある単一の合焦面（プレーン）に合焦した検出画像（シングルプレーン検出画像）が得られる。
シングルプレーン画像検出動作では、対象物の表面のうち合焦面にある部位は合焦した鮮明な状態で撮像される。ただし、合焦面から外れた部位（焦点距離が遠いまたは近い部位）は焦点がずれた（ぼけた）状態で撮像される。

一方、一周期のうち複数の位相でパルス照明および画像検出を行うと（マルチプレーン画像検出動作）、各々の位相に相当する複数の焦点距離の各々で画像が順次検出され、順次重畳されて１つの検出画像（マルチプレーン検出画像）とされる。その結果、複数の合焦面に合焦した画像が得られる。
ただし、マルチプレーン画像検出動作では、対象物の一部がいずれかの合焦面で鮮明に撮像されても、他の合焦面ではぼけた状態で撮像される。このような各合焦面での画像情報が重畳されることで、例えば鮮明なエッジの周辺が滲んだような画像となるなど、鮮明な画像品質が保てないという問題があった。

このような画像品質の低下に対し、前述したシングルプレーン画像検出動作を、複数の焦点距離に対して順次行うことがある（フレームバイフレーム画像検出動作）。
すなわち、指定された複数の焦点距離に対して、先ず第１の焦点距離についてシングルプレーン画像検出動作を行い、続いて第２の焦点距離についてシングルプレーン画像検出動作を行い、これらを指定された焦点距離の数だけ繰り返す。
このようなフレームバイフレーム画像検出動作では、各々の焦点距離に対する画像検出がシングルプレーン画像検出動作であるため、それぞれ合焦状態で鮮明な画像が得られる。
しかし、フレームバイフレーム画像検出動作では、指定する焦点距離の数だけのシングルプレーン画像検出動作を行うため、指定する焦点距離の数が増えた場合には、画像検出時間が長大化するという問題があった。

本発明の目的は、複数の焦点距離に対して十分な画像品質が得られるとともに画像検出時間を短縮できる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を提供することにある。

本発明の焦点距離可変レンズ装置は、周期的に焦点距離が変化する焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像検出を実行可能な画像検出部と、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離に関する画像検出条件に基づいて前記画像検出部に前記画像検出を実行させるレンズ制御部と、前記レンズ制御部に前記画像検出条件を設定する画像検出条件設定部と、を有する焦点距離可変レンズ装置であって、前記画像検出条件設定部は、前記画像検出条件として、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作と、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作と、を含む画像検出ループを繰り返すコンバインドモードを設定可能であり、前記マルチプレーン画像検出動作では、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離が変化する１周期の間に、前記画像検出を行う前記焦点距離を複数設定可能であり、前記シングルプレーン画像検出動作では、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離が変化する１周期の間に、前記画像検出を行う前記焦点距離を１つ設定可能であることを特徴とする。

本発明では、画像検出条件設定部で設定した画像検出条件に基づいて、レンズ制御部が焦点距離可変レンズを制御し、画像検出部により画像検出を行うことができる。
この際、画像検出条件としてコンバインドモードを設定すると、画像検出部は、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作と、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作とを含む画像検出ループを繰り返し実行する。

例えば、３つの焦点距離の画像検出を行う場合、コンバインドモードでは、一周期に３つの焦点距離が設定されたマルチプレーン画像検出動作と、各々１つの焦点距離が設定された２つのシングルプレーン画像検出動作とを含む画像検出ループを繰り返す。
このようなコンバインドモードで検出される画像は、マルチプレーン画像検出動作により、全ての焦点距離に合焦した画像情報を含むが、他の焦点距離の画像情報も含まれて必ずしも鮮明ではない。一方、シングルプレーン画像検出動作により、２つの焦点距離については鮮明な画像となる。
従って、マルチプレーン画像検出動作により、従来のマルチプレーン画像検出と同様な結果が得られるとともに、シングルプレーン画像検出動作により、従来のマルチプレーン画像検出動作では得られなかった高い画像品質を得ることができる。

さらに、従来のフレームバイフレーム画像検出動作では、焦点距離の数だけの画像検出を繰り返す必要があり、焦点距離の数が増加すると画像検出時間が長大化していたが、本発明のコンバインドモードでは、シングルプレーン画像検出動作の数を抑制することができ、画像検出時間を短縮できる。すなわち、５つの焦点距離に対して従来のフレームバイフレーム画像検出を行うと、シングルプレーン画像検出の５フレーム分の時間が必要である。しかし、本発明のコンバインドモードでは、例えば５つの焦点距離に対して画像検出を行うが鮮明な画像は２つの焦点距離だけでよい場合、マルチプレーン画像検出動作で５つの焦点距離の画像情報を確保したうえで、２つのシングルプレーン画像検出動作を行えばよく、合計３フレーム分の時間で済ませることができる。
以上により、本発明の焦点距離可変レンズ装置によれば、複数の焦点距離に対して十分な画像品質が得られるとともに画像検出時間を短縮することができる。

本発明の焦点距離可変レンズ装置において、前記画像検出条件設定部は、複数の画像検出モードのいずれかを選択して前記レンズ制御部に設定可能であり、前記画像検出モードは、前記コンバインドモードを含むとともに、シングルプレーンモードと、マルチプレーンモードと、フレームバイフレームモードとを含み、前記シングルプレーンモードでは、前記焦点距離が１つ指定された前記シングルプレーン画像検出動作のみを含む画像検出ループを繰り返し実行させ、前記マルチプレーンモードでは、前記焦点距離が複数指定された前記マルチプレーン画像検出動作のみを含む画像検出ループを繰り返し実行させ、前記フレームバイフレームモードでは、前記焦点距離が互いに異なる複数の前記シングルプレーン画像検出動作を含む画像検出ループを繰り返し実行させることが好ましい。

本発明では、画像検出モードとして、本発明に基づくコンバインドモードが選択できるとともに、従来のシングルプレーンモード、マルチプレーンモード、フレームバイフレームモードを選択することができる。これにより、必要に応じて従来同様な画像検出動作が確保できるとともに、本発明のコンバインドモードの効果を得ることができる。

本発明の焦点距離可変レンズ装置において、前記焦点距離可変レンズが、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体レンズユニットと、前記液体レンズユニットと同じ光軸上に配置された対物レンズと、を有することが好ましい。

本発明では、対物レンズで基本的な結像が得られるとともに、液体レンズユニットにより焦点距離を変更可能である。液体レンズユニットを用いることで、焦点距離を可変とするための機械的な手段が必要なく、装置構成を簡素化できる。また、液体レンズユニットは、数十キロヘルツに及ぶ高速で焦点距離を周期的に変化させることができ、複数の焦点距離での画像を重畳したマルチプレーン画像も容易に得ることができ、本発明における焦点距離可変レンズとして最適である。

本発明の焦点距離可変レンズ制御方法は、周期的に焦点距離が変化する焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像検出を実行可能な画像検出部と、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離に関する画像検出条件に基づいて前記画像検出部に前記画像検出を実行させるレンズ制御部と、前記レンズ制御部に前記画像検出条件を設定する画像検出条件設定部と、を有する焦点距離可変レンズ装置を用い、前記画像検出条件として、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作と、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作と、を含む画像検出ループを繰り返すコンバインドモードを設定し、前記マルチプレーン画像検出動作では、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離が変化する１周期の間に、前記画像検出を行う前記焦点距離を複数設定し、前記シングルプレーン画像検出動作では、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離が変化する１周期の間に、前記画像検出を行う前記焦点距離を１つ設定することを特徴とする。
本発明では、本発明の焦点距離可変レンズ装置で説明した通りの効果を得ることができる。

本発明によれば、複数の焦点距離に対して十分な画像品質が得られるとともに画像検出時間を短縮できる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を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す模式図。 前記実施形態の液体レンズユニットの構成を示す模式図。 前記実施形態の液体レンズユニットの振動状態を示す模式図。 前記実施形態の液体レンズユニットの焦点距離を示す模式図。 前記実施形態の制御部分を示すブロック図。 前記実施形態の画像検出動作を示すフローチャート。 前記実施形態のシングルプレーンモードを示すグラフ。 前記シングルプレーンモードでの合焦状態を示す模式図。 前記シングルプレーンモードでの検出画像を示す模式図。 前記実施形態のマルチプレーンモードを示すグラフ。 前記マルチプレーンモードでの合焦状態を示す模式図。 前記マルチプレーンモードでの検出画像を示す模式図。 前記実施形態の別のマルチプレーンモードを示すグラフ。 前記別のマルチプレーンモードでの合焦状態を示す模式図。 前記マルチプレーンモードでの検出画像を示す模式図。 前記実施形態のフレームバイフレームモードを示すグラフ。 前記フレームバイフレームモードでの合焦状態を示す模式図。 前記フレームバイフレームモードでの検出画像を示す模式図。 前記実施形態のコンバインドモードを示すグラフ。 前記コンバインドモードでの合焦状態を示す模式図。 前記コンバインドモードでの検出画像を示す模式図。 前記実施形態の別のコンバインドモードを示すグラフ。 前記別のコンバインドモードでの合焦状態を示す模式図。 前記別のコンバインドモードでの検出画像を示す模式図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔焦点距離可変レンズ装置１〕
図１において、焦点距離可変レンズ装置１は、焦点距離を可変しつつ測定対象物９の表面の画像を検出するものである。
このために、焦点距離可変レンズ装置１は、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および液体レンズユニット３と、対物レンズ２および液体レンズユニット３を通して得られる測定対象物９の画像を検出する画像検出部４と、測定対象物９の表面をパルス照明するパルス照明部５と、を備えている。
焦点距離可変レンズ装置１においては、対物レンズ２および液体レンズユニット３により焦点距離可変レンズが構成される。

さらに、焦点距離可変レンズ装置１は、液体レンズユニット３およびパルス照明部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。
制御用ＰＣ７は、既存のパーソナルコンピュータにより構成され、所定の制御用ソフトウェアを実行することで所期の機能が実現される。制御用ＰＣ７には、画像検出部４から画像を取り込んで処理する機能も含まれている。

対物レンズ２は、既存の凸レンズで構成される。
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、入射される画像Ｌｇを所定の信号形式の検出画像Ｉｍとして制御用ＰＣ７へ出力することができる。
パルス照明部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から発光信号Ｃｉが入力された際に、所定時間だけ照明光Ｌｉを発光させ、測定対象物９の表面に対するパルス照明を行うことができる。照明光Ｌｉは測定対象物９の表面で反射され、測定対象物９の表面からの反射光Ｌｒが対物レンズ２および液体レンズユニット３を通して画像Ｌｇを形成する。

液体レンズユニット３は、内部に液体レンズシステムが構成され、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、液体レンズユニット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。
焦点距離可変レンズ装置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、液体レンズユニット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。

〔液体レンズユニット３〕
図２において、液体レンズユニット３は、円筒形のケース３１を有し、ケース３１の内部には円筒状の振動部材３２が設置されている。振動部材３２は、その外周面３３とケース３１の内周面との間に介装されたエラストマ製のスペーサ３９で支持されている。
振動部材３２は、圧電材料を円筒状に形成したものであり、外周面３３と内周面３４との間に駆動信号Ｃｆの交流電圧が印加されることで、厚み方向に振動する。
ケース３１の内部には、透過性の高い液体３５が充填されており、振動部材３２は全体を液体３５に浸漬され、円筒状の振動部材３２の内側は液体３５で満たされている。駆動信号Ｃｆの交流電圧は、振動部材３２の内側にある液体３５に定在波を発生させる周波数（例えば７０ＫＨｚ）に調整されている。

図３に示すように、液体レンズユニット３においては、振動部材３２を振動させると、内部の液体３５に定在波が生じ、屈折率が交替する同心円状の領域が生じる（図３（Ａ）部および図３（Ｂ）部参照）。
このとき、液体レンズユニット３の中心軸線からの距離（半径）と液体３５の屈折率との関係は、図３（Ｃ）部に示す屈折率分布Ｗのようになる。

図４において、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であるため、液体レンズユニット３における液体３５の屈折率分布Ｗの変動幅もこれに従って変化する。そして、液体３５に生じる同心円状の領域の屈折率が正弦波状に変化し、これにより焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆが正弦波状に変動する。
図４（Ａ）の状態では、屈折率分布Ｗの振れ幅が最大となり、液体レンズユニット３は通過する光を収束させ、焦点位置Ｐｆは近く、焦点距離Ｄｆは最短となっている。
図４（Ｂ）の状態では、屈折率分布Ｗが平坦となり、液体レンズユニット３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図４（Ｃ）の状態では、屈折率分布Ｗが図４（Ａ）と逆極性で振れ幅が最大となり、液体レンズユニット３は通過する光を拡散させ、焦点位置Ｐｆは遠く、焦点距離Ｄｆは最大となっている。
図４（Ｄ）の状態では、再び屈折率分布Ｗが平坦となり、液体レンズユニット３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図４（Ｅ）の状態では、再び図４（Ａ）の状態に戻っており、以下同様の変動を繰り返すことになる。

このように、焦点距離可変レンズ装置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も図４の焦点変動波形Ｍｆのように正弦波状に変動する。
この際、焦点変動波形Ｍｆの任意の時点で焦点位置Ｐｆにある測定対象物９をパルス照明し、その時点で照明された画像を検出すれば、任意の照明時点での焦点距離Ｄｆにある焦点位置Ｐｆの画像が得られることになる。

〔レンズ制御部６〕
図５に示すように、焦点距離可変レンズ装置１において、液体レンズユニット３の振動、パルス照明部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。この際、レンズ制御部６には、液体レンズユニット３の振動状態Ｖｆとして、液体レンズユニット３に加えられる有効電力あるいは駆動電流などが返される。
レンズ制御部６は、液体レンズユニット３に駆動信号Ｃｆを出力する駆動制御部６１と、パルス照明部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の設定などの画像検出条件を操作するために、制御用ＰＣ７が接続されている。

〔制御用ＰＣ７〕
制御用ＰＣ７は、画像検出条件の設定などのレンズ制御部６に対する操作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、焦点距離可変レンズ装置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。
レンズ操作部７１は、本発明に基づく画像検出条件設定部７１１を有する。

画像検出条件設定部７１１は、操作インターフェイス７３を介してユーザの操作を受け付け、画像検出条件として複数の画像検出モードのいずれかを選択する。複数の画像検出モードとしては、シングルプレーンモード、マルチプレーンモード、フレームバイフレームモードおよびコンバインドモードが選択可能である。

これらの画像検出モードは、後に具体的に詳述するが、レンズ制御部６に設定されることで、レンズ制御部６が液体レンズユニット３、画像検出部４およびパルス照明部５に次のような画像検出動作を実行させる。
シングルプレーンモードでは、レンズ制御部６に、焦点距離Ｄｆが１つ指定されたシングルプレーン画像検出動作のみを含む画像検出ループを繰り返し実行させる。
マルチプレーンモードでは、レンズ制御部６に、焦点距離Ｄｆが複数指定されたマルチプレーン画像検出動作のみを含む画像検出ループを繰り返し実行させる。
フレームバイフレームモードでは、レンズ制御部６に、焦点距離Ｄｆが互いに異なる複数のシングルプレーン画像検出動作を含む画像検出ループを繰り返し実行させる。フレームバイフレームモードにおいて、シングルプレーン画像検出動作の数（１ループで検出される画像の数）および各々における焦点距離Ｄｆは、ユーザが選択することができる。

コンバインドモードでは、レンズ制御部６に、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作と、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作と、を含む画像検出ループを繰り返し実行させる。
コンバインドモードにおけるマルチプレーン画像検出動作では、液体レンズユニット３の焦点距離Ｄｆが変化する１周期（駆動信号Ｃｆとされる正弦波状の焦点変動波形Ｍｆの１周期）の間に、画像検出を行う焦点距離Ｄｆを複数設定可能である。
コンバインドモードにおけるシングルプレーン画像検出動作では、液体レンズユニット３の焦点距離Ｄｆが変化する１周期の間に、画像検出を行う焦点距離Ｄｆを１つ設定可能である。コンバインドモードに複数のシングルプレーン画像検出動作がある場合、それぞれ異なる焦点距離Ｄｆが設定可能である。

画像検出条件設定部７１１は、選択された画像検出モードに必要なパラメータ（焦点距離Ｄｆの数や値、シングルプレーン画像検出動作の数など）を設定し、画像検出条件としてレンズ制御部６に設定する。
画像検出条件を設定されたレンズ制御部６が、液体レンズユニット３、画像検出部４およびパルス照明部５を制御することで、指定された画像検出モードの画像検出ループを繰り返して焦点距離可変レンズ装置１に所望の画像検出を実行させることができる。

〔画像検出条件設定〕
図６には、画像検出条件設定部７１１による設定操作および同設定に基づくレンズ制御部６の制御動作の手順が示されている。
画像検出条件設定部７１１では、先ず画像検出モードの指定を受け付ける（処理Ｓ１）。画像検出モードの指定は、ユーザが操作インターフェイス７３（図５参照）を操作することで行われる。
ユーザの操作に基づいて、画像検出条件設定部７１１は、画像検出モードとして、シングルプレーンモードの設定（処理Ｓ１１）、マルチプレーンモードの設定（処理Ｓ２１）、フレームバイフレームモードの設定（処理Ｓ３１）、コンバインドモードの設定（処理Ｓ４１）のいずれかを行う。

画像検出モードが設定されたら、画像検出条件設定部７１１は、画像検出モードごとにその画像検出モードに必要なパラメータを設定する。これらのパラメータの設定も、ユーザが操作インターフェイス７３（図５参照）を操作することで行われる。
シングルプレーンモードが設定（処理Ｓ１１）されている場合、画像検出動作の間繰り返し実行される画像検出ループがシングルプレーン画像検出動作だけで構成されるため、このシングルプレーン画像検出動作における１つの焦点距離Ｄｆ（焦点距離Ｄ１）だけを設定する（処理Ｓ１２）。

マルチプレーンモードが設定（処理Ｓ２１）されている場合、画像検出動作の間繰り返し実行される画像検出ループがマルチプレーン画像検出動作だけで構成されるため、このマルチプレーン画像検出動作における合焦面の数（焦点数ｎｐ）と、各合焦面の焦点距離Ｄｆ（焦点距離Ｄ１〜Ｄｎｐ）とを設定する（処理Ｓ２２）。
フレームバイフレームモードが設定（処理Ｓ３１）されている場合、画像検出動作の間繰り返し実行される画像検出ループが複数のシングルプレーン画像検出動作で構成されるため、シングルプレーン画像検出動作で検出する画面（フレーム）の数（画面数ｎｆ）と、各画面の焦点距離Ｄｆ（焦点距離Ｄｆ１〜Ｄｎｆ）とを設定する（処理Ｓ３２）。

コンバインドモードが設定（処理Ｓ４１）されている場合、画像検出動作の間繰り返し実行される画像検出ループが、１つ以上のマルチプレーン画像検出動作と、１つ以上のシングルプレーン画像検出動作で構成される。このため、マルチプレーン画像検出動作のパラメータとして、合焦面の数（焦点数ｎｐ）と、各合焦面の焦点距離Ｄｆ（焦点距離Ｄ１〜Ｄｎｐ）とを設定する（処理Ｓ４２）。併せて、シングルプレーン画像検出動作のパラメータとして、検出する画面（フレーム）の数（画面数ｎｆ）と、各画面の焦点距離Ｄｆ（焦点距離Ｄｆ１〜Ｄｎｆ）とを設定する（処理Ｓ４３）。
これらの処理Ｓ４２と処理Ｓ４３とは、順番が逆でもよく同時並行でもよい。

コンバインドモードにおいて、マルチプレーン画像検出動作の焦点数ｎｐおよびシングルプレーン画像検出動作の画面数ｎｆは任意に選択できる。マルチプレーン画像検出動作における複数の焦点距離Ｄ１〜Ｄｎｐとシングルプレーン画像検出動作で設定する焦点距離Ｄｆ１〜Ｄｎｆは、同じ値であってもよいし、異なる値としてもよい。主な用途としては、マルチプレーン画像検出動作において複数の焦点距離Ｄ１〜Ｄｎｐについて概略検出を行い、そのうちいずれかを焦点距離Ｄｆ１〜Ｄｎｆとして設定し、シングルプレーン画像検出動作による詳細検出を行うという形態が挙げられる。

画面検出モード毎のパラメータが設定されたら、画像検出条件設定部７１１は、設定された画像検出モードおよびそのパラメータをレンズ制御部６に送る。画像検出モードおよびパラメータが送られたレンズ制御部６は、その内容に基づいて液体レンズユニット３、画像検出部４およびパルス照明部５を制御し、ユーザが指定した画像検出動作を実行させる。

シングルプレーンモードが設定（処理Ｓ１１）されている場合、レンズ制御部６は、焦点距離Ｄ１のシングルプレーン画像検出動作だけで構成される画像検出ループを繰り返し実行させる（処理Ｓ１３）。
マルチプレーンモードが設定（処理Ｓ２１）されている場合、レンズ制御部６は、焦点距離Ｄ１〜Ｄｎｐのマルチプレーン画像検出動作だけで構成される画像検出ループを繰り返し実行させる（処理Ｓ２３）。
フレームバイフレームモードが設定（処理Ｓ３１）されている場合、レンズ制御部６は、画面数ｎｆのシングルプレーン画像検出動作（それぞれ焦点距離Ｄｆ１〜Ｄｎｆ）が連続する画像検出ループを繰り返し実行させる（処理Ｓ３３）。
コンバインドモードが設定（処理Ｓ４１）されている場合、レンズ制御部６は、焦点距離Ｄ１〜Ｄｎｐのマルチプレーン画像検出動作（処理Ｓ４４）と、画面数ｎｆのシングルプレーン画像検出動作（それぞれ焦点距離Ｄｆ１〜Ｄｎｆ，処理Ｓ４５）とが連続する画像検出ループを繰り返し実行させる。

次に、本実施形態におけるシングルプレーンモード、マルチプレーンモード、フレームバイフレームモードおよびコンバインドモードの具体的な動作について説明する。

〔シングルプレーンモード〕
図７から図９は本実施形態におけるシングルプレーンモードの動作を示す。
図７において、シングルプレーンモードでは、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓのみを含む画像検出ループＬＰｓを、レンズ制御部６に繰り返し実行させる。
ここで、駆動信号Ｃｆは、液体レンズユニット３（図１参照）を駆動するためにレンズ制御部６から与えられる正弦波状の焦点変動波形Ｍｆ（図４参照）である。駆動信号Ｃｆが最大値のとき、液体レンズユニット３および対物レンズ２（図１参照）の焦点距離Ｄｆが最近の焦点距離Ｄｔとなり、駆動信号Ｃｆが最小値のとき焦点距離Ｄｆが最遠の焦点距離Ｄｂとなる。
シングルプレーンモードの画像検出ループＬＰｓでは、駆動信号Ｃｆの一周期のうち、指定された焦点距離Ｄ１に対応する位相θ１の位置でレンズ制御部６からパルス照明部５（図１参照）への発光信号Ｃｉが送られることで、画像検出部４（図１参照）により、焦点距離Ｄ１に合焦したシングルプレーン検出画像Ｉｍｓ（図９参照）が得られる。

図８において、測定対象物９は表面に高さが異なる部位９１，９２，９３を有する。各部位９１，９２，９３は、前述した最近焦点距離Ｄｔと最遠焦点距離Ｄｂとの間（各々に対応する合焦面Ｐｔ，Ｐｂの間）に配置されている。従って、対物レンズ２および液体レンズユニット３は、各部位９１，９２，９３に一致する合焦面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にそれぞれ合焦させることができる。
シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓが焦点距離Ｄ１に設定されており、焦点距離Ｄ１が合焦面Ｐ１に対応しているとすると、合焦面Ｐ１に一致する部位９１は合焦状態で画像検出される。一方、部位９２，９３（合焦面Ｐ２，Ｐ３に一致）は合焦面Ｐ１から外れており、合焦しない状態で画像検出される。

図９において、シングルプレーン検出画像Ｉｍｓのうち、部位９１に対応する領域Ｉ９１は、合焦した状態で検出されるため、明るく鮮明な画像として検出される。一方、部位９２，９３に対応する領域Ｉ９２，Ｉ９３は、合焦から外れた状態で検出されるため、それぞれ合焦面Ｐ１からの距離に応じて暗く不鮮明な画像として検出される。
従って、領域Ｉ９１についての鮮明な画像が得られれば十分であり、領域Ｉ９２，Ｉ９３の画像の鮮明さが必要でない場合、このシングルプレーンモードを利用すればよい。

〔マルチプレーンモード．１〕
図１０から図１２は本実施形態におけるマルチプレーンモードの動作を示す。
図１０において、マルチプレーンモードでは、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍのみを含む画像検出ループＬＰｍを、レンズ制御部６に繰り返し実行させる。
ここで、図１０および図１１における駆動信号Ｃｆ、焦点距離Ｄｔ，Ｄｂ、合焦面Ｐｔ，Ｐｂは、図７および図８で説明した通りである。
マルチプレーンモードの画像検出ループＬＰｍでは、焦点数ｎｐ＝２とすると、駆動信号Ｃｆの一周期に２つの焦点距離Ｄ１，Ｄ２が指定され、各々に対応する位相θ１，θ２の位置でレンズ制御部６から発光信号Ｃｉが送られ、焦点距離Ｄ１，Ｄ２に合焦したマルチプレーン検出画像Ｉｍｍ（図１２参照）が得られる。

図１１において、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍが焦点距離Ｄ１，Ｄ２（合焦面Ｐ１，Ｐ２）に設定されているとすると、合焦面Ｐ１，Ｐ２に一致する部位９１，９２はそれぞれ合焦状態で画像検出される。ただし、部位９１（合焦面Ｐ１）に合焦した状態では、部位９２（合焦面Ｐ２）は合焦しない状態で画像検出され、部位９２（合焦面Ｐ２）に合焦した状態では、部位９１（合焦面Ｐ１）は合焦しない状態で画像検出される。

図１２において、マルチプレーン検出画像Ｉｍｍのうち、部位９１に対応する領域Ｉ９１は、焦点距離Ｄ１のとき合焦した状態となり、明るく鮮明な画像として検出される。また、部位９２に対応する領域Ｉ９２は、焦点距離Ｄ２のとき合焦した状態となり、明るく鮮明な画像として検出される。つまり、領域Ｉ９１，Ｉ９２の２つともに鮮明な画像として検出することができる。
ただし、領域Ｉ９１は、焦点距離Ｄ２のとき合焦しない暗く不鮮明な状態で検出され、これが焦点距離Ｄ１での鮮明な画像と重畳される結果、やや暗い不鮮明な画像（シングルプレーン検出画像Ｉｍｓの領域Ｉ９１に比べて）となる。領域Ｉ９２についても同様である。
一方、部位９３に対応する領域Ｉ９３は、焦点距離Ｄ１，Ｄ２のいずれにおいても合焦から外れるため、領域Ｉ９１，Ｉ９２と比べて暗く不鮮明な画像として検出される。

従って、マルチプレーンモードにより、複数の焦点距離Ｄ１，Ｄ２にある領域Ｉ９１，Ｉ９２について、比較的鮮明な画像を同時に得ることができる。
ただし、前述のように、比較的鮮明な領域Ｉ９１，Ｉ９２であっても、シングルプレーンモードに比べて鮮明さが低下するため、鮮明な画像を得るためには別途シングルプレーンモードの画像検出を行う必要がある。

〔マルチプレーンモード．２〕
図１３から図１５はマルチプレーンモードの異なる設定における動作を示す。
図１０から図１２で説明したマルチプレーンモードでは、焦点数ｎｐ＝２とされ、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍでは焦点距離Ｄ１，Ｄ２（合焦面Ｐ１，Ｐ２）で画像検出が行われ、合焦面Ｐ１，Ｐ２に一致する部位９１，９２が合焦状態で検出されていた。
これに対し、図１３から図１５のマルチプレーンモードでは、焦点数ｎｐ＝３とされ、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍでは焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３（合焦面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）で画像検出が行われ、合焦面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に一致する部位９１，９２，９３が合焦状態で画像検出される。

図１５において、マルチプレーン検出画像Ｉｍｍでは、部位９１，９２，９３に対応する領域Ｉ９１，Ｉ９２，Ｉ９３は、それぞれ焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のいずれかで合焦し、明るく鮮明な画像として検出される。ただし、領域Ｉ９１，Ｉ９２，Ｉ９３は、他の２つの焦点距離に合焦している状態では暗く不鮮明な状態で検出され、重畳された結果、相当に暗い不鮮明な画像（図１２の領域Ｉ９１，Ｉ９２に比べて）となる。
従って、マルチプレーンモードでは、複数の焦点距離にある領域について、比較的鮮明な画像を同時に得られるものの、焦点数ｎｐを増加させるにつれて鮮明さが損なわれる点に注意する必要がある。

〔フレームバイフレームモード〕
図１６から図１８は本実施形態におけるフレームバイフレームモードの動作を示す。
フレームバイフレームモードでは、複数（画面数ｎｆ）のシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓ（焦点距離Ｄｆ１〜Ｄｎｆ）を含む画像検出ループＬＰｆを、レンズ制御部６に繰り返し実行させる。
ここで、図１６および図１７における駆動信号Ｃｆ、焦点距離Ｄｔ，Ｄｂ、合焦面Ｐｔ，Ｐｂは、図７および図８で説明した通りである。
また、フレームバイフレームモードにおけるシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓは、前述したシングルプレーンモードにおけるものと同様である。

図１６において、画像検出ループＬＰｆは、画面数ｎｆ＝３とされ、３つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓ（画像検出動作Ｃｍ１，Ｃｍ２，Ｃｍ３）を連結して構成されている。画像検出動作Ｃｍ１，Ｃｍ２，Ｃｍ３では、それぞれ焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に切り替えられる
図１６の（Ａ）部において、画像検出動作Ｃｍ１は焦点距離Ｄ１とされ、駆動信号Ｃｆの一周期のうち位相θ１で画像検出が行われる。
図１７の（Ａ）部において、画像検出動作Ｃｍ１では、焦点距離Ｄ１に対応した合焦面Ｐ１に合焦され、測定対象物９の部位９１が合焦状態で画像検出される。
図１８の（Ａ）部において、画像検出動作Ｃｍ１による検出画像Ｉｍ１は、部位９１に対応する領域Ｉ９１が、合焦した状態で検出されるため、明るく鮮明な画像として検出される。一方、部位９２，９３に対応する領域Ｉ９２，Ｉ９３は、合焦から外れた状態で検出されるため、それぞれ合焦面Ｐ１からの距離に応じて暗く不鮮明な画像として検出される。

同様に、図１６の（Ｂ）部の画像検出動作Ｃｍ２では、焦点距離Ｄ２とされ、位相θ２でシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓが行われる。
そして、図１７の（Ｂ）部のように、画像検出動作Ｃｍ２では、焦点距離Ｄ２に対応した合焦面Ｐ２に合焦され、測定対象物９の部位９２が合焦状態で画像検出される。
その結果、図１８の（Ｂ）部のように、画像検出動作Ｃｍ２による検出画像Ｉｍ２は、部位９２に対応する領域Ｉ９２が明るく鮮明な画像として検出され、部位９１，９３に対応する領域Ｉ９１，Ｉ９３は暗く不鮮明な画像として検出される。

さらに、図１６の（Ｃ）部の画像検出動作Ｃｍ３では、焦点距離Ｄ３とされ、位相θ３でシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓが行われる。
そして、図１７の（Ｃ）部のように、画像検出動作Ｃｍ３では、焦点距離Ｄ３に対応した合焦面Ｐ３に合焦され、測定対象物９の部位９３が合焦状態で画像検出される。
その結果、図１８の（Ｃ）部のように、画像検出動作Ｃｍ３による検出画像Ｉｍ３は、部位９３に対応する領域Ｉ９３が明るく鮮明な画像として検出され、部位９１，９２に対応する領域Ｉ９１，Ｉ９２は暗く不鮮明な画像として検出される。

図１６において、画像検出ループＬＰｆは、画像検出動作Ｃｍ１から画像検出動作Ｃｍ３までが実行されると、再び画像検出動作Ｃｍ１に戻って繰り返される。
その結果、フレームバイフレームモードにおいては、図１８に示す検出画像Ｉｍ１〜Ｉｍ３が順次繰り返し得られることになる。
従って、フレームバイフレームモードでは、それぞれ画像検出動作Ｃｍ１〜Ｃｍ３において、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓに相当する鮮明な検出画像Ｉｍｓを得ることができる。とくに、マルチプレーンモードでは複数の焦点距離の検出画像の品質低下が避けられないのに対し、フレームバイフレームモードではこのような画像の劣化を避けることができる。
ただし、画像検出ループＬＰｆが画像検出動作Ｃｍ１〜Ｃｍ３を含むため、一連の処理に要する時間が増大する点に注意する必要がある。

〔コンバインドモード．１〕
図１９から図２１は本実施形態におけるコンバインドモードの動作を示す。
コンバインドモードでは、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍと、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓとを含む画像検出ループＬＰｃを、レンズ制御部６に繰り返し実行させる。
ここで、図１９および図２０における駆動信号Ｃｆ、焦点距離Ｄｔ，Ｄｂ、合焦面Ｐｔ，Ｐｂは、図７および図８で説明した通りである。
図１９から図２１に示すコンバインドモードは、１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍと、２つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓとで画像検出ループＬＰｃが構成される例である。
画像検出ループＬＰｃを構成するシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓおよびマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍは、前述したシングルプレーンモードおよびマルチプレーンモードにおけるものと同様である。

図１９において、画像検出ループＬＰｃは、１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍ（画像検出動作Ｃｍ１）と、２つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓ（画像検出動作Ｃｍ２，Ｃｍ３）とで構成される。
画像検出動作Ｃｍ１のマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍは、焦点数ｎｐ＝３とされ、焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が設定されている。
画像検出動作Ｃｍ１のマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍに続くシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓは、画面数ｎｆ＝２と指定され、この指定に基づき２つの画像検出動作Ｃｍ２，Ｃｍ３が設定されている。画像検出動作Ｃｍ２には焦点距離Ｄ１が設定され、画像検出動作Ｃｍ３には焦点距離Ｄ２が設定されている。

図１９の（Ａ）部において、画像検出動作Ｃｍ１では、焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍが実行され、駆動信号Ｃｆの一周期のうち位相θ１，θ２，θ３で画像検出が行われる。
図２０の（Ａ）部において、画像検出動作Ｃｍ１のマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍでは、焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に対応した合焦面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に合焦され、測定対象物９の部位９１，９２，９３が合焦状態で画像検出される。
図２１の（Ａ）部において、画像検出動作Ｃｍ１による検出画像Ｉｍ１は、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍによるマルチプレーン検出画像Ｉｍｍとなり、部位９１，９２，９３に対応する領域Ｉ９１，Ｉ９２，Ｉ９３は、それぞれ焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のいずれかで合焦し、明るく鮮明な画像として検出される。

ただし、検出画像Ｉｍ１における領域Ｉ９１，Ｉ９２，Ｉ９３は、他の２つの焦点距離に合焦している状態では暗く不鮮明な状態で検出され、重畳された結果、相当に暗い不鮮明な画像となる。
このうち、領域Ｉ９２は、合焦している合焦面Ｐ２に対して他の合焦面Ｐ１，Ｐ３がそれぞれ近い距離にあるため、重畳される領域Ｉ９１，Ｉ９３が比較的暗くならず、結果として領域Ｉ９１，Ｉ９３よりも明るい画像として検出される。
これに対し、領域Ｉ９１，Ｉ９３では、それぞれ重畳される領域Ｉ９３，Ｉ９１が遠く、重畳される領域Ｉ９１，Ｉ９３が領域Ｉ９２よりも暗くなり、結果として領域Ｉ９２よりも暗い画像として検出される。
このため、検出画像Ｉｍ１において、暗い領域Ｉ９１，Ｉ９３どうしの境界線Ｉ９４は不明瞭になり、比較的明るい領域Ｉ９２と暗い領域Ｉ９３との境界線Ｉ９５よりも更に判別しにくくなる可能性がある。

図１９の（Ｂ）部において、画像検出動作Ｃｍ２では、焦点距離Ｄ１のシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓが実行され、駆動信号Ｃｆの一周期のうち位相θ１で画像検出が行われる。
図２０の（Ｂ）部において、画像検出動作Ｃｍ２のシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓでは、焦点距離Ｄ１に対応した合焦面Ｐ１に合焦され、測定対象物９の部位９１が合焦状態で画像検出される。
図２１の（Ｂ）部において、画像検出動作Ｃｍ２による検出画像Ｉｍ２は、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓによるシングルプレーン検出画像Ｉｍｓとなり、部位９１に対応する領域Ｉ９１が、合焦した状態で検出されるため、明るく鮮明な画像として検出される。一方、部位９２，９３に対応する領域Ｉ９２，Ｉ９３は、合焦から外れた状態で検出されるため、合焦面Ｐ１からの距離に応じて暗く不鮮明な画像として検出される。
検出画像Ｉｍ２においては、暗い領域Ｉ９２，Ｉ９３の境界線Ｉ９５は不明瞭になるが、明るい領域Ｉ９１と暗い領域Ｉ９３との境界線Ｉ９４は鮮明な画像として検出できる。

同様に、図１９の（Ｃ）部の画像検出動作Ｃｍ３では、焦点距離Ｄ２のシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓが実行され、駆動信号Ｃｆの一周期のうち位相θ２でシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓが行われる。
そして、図２０の（Ｃ）部のように、画像検出動作Ｃｍ３では、焦点距離Ｄ２に対応した合焦面Ｐ２に合焦され、測定対象物９の部位９２が合焦状態で画像検出される。
その結果、図２１の（Ｃ）部のように、画像検出動作Ｃｍ３による検出画像Ｉｍ３は、部位９２に対応する領域Ｉ９２が明るく鮮明な画像として検出され、部位９１，９３に対応する領域Ｉ９１，Ｉ９３は暗く不鮮明な画像として検出される。

図１９において、画像検出ループＬＰｆは、画像検出動作Ｃｍ１（マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍ）および画像検出動作Ｃｍ２，Ｃｍ３（２つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓ）までが実行されると、再び画像検出動作Ｃｍ１に戻って繰り返される。
その結果、コンバインドモードにおいては、図２１に示す検出画像Ｉｍ１〜Ｉｍ３が順次繰り返し得られることになる。

従って、コンバインドモードでは、画像検出動作Ｃｍ１により３つの焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に合焦したマルチプレーン検出画像Ｉｍｍが得られるとともに、画像検出動作Ｃｍ２，Ｃｍ３により焦点距離Ｄ１，Ｄ２に合焦するシングルプレーン検出画像Ｉｍｓが得られる。
このうち、画像検出動作Ｃｍ１では、他の合焦面に合焦した画像との重畳により検出画像の品質低下が避けられないものの、３つの焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に合焦したマルチプレーン検出画像Ｉｍｍが得られる。
一方、画像検出動作Ｃｍ２，Ｃｍ３では、それぞれ１つの合焦面に合焦した画像しか得られないが、その合焦面にある領域Ｉ９１または領域Ｉ９２に合焦する画像は明るく鮮明にできる。

コンバインドモードを利用する場合、高精度が要求されない領域や境界線についてはマルチプレーン検出画像Ｉｍｍでカバーし、高精度が要求される領域や境界線についてはシングルプレーン検出画像Ｉｍｓを利用するように設定を行うことで、高精度を確保しつつ効率的な画像検出を行うことができる。
すなわち、図１６のフレームバイフレームモードでは、３つの焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に対して３つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓを行うことで、全ての焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で高精度の画像検出を行っていた。

もし、５つの焦点距離に対してフレームバイフレームモードで画像検出を行うとすると、画像検出ループＬＰｆには５つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓを設定する必要があり、５フレームの画像検出を行うため、ループ処理時間も長くなる。しかし、５つの焦点距離のうち高精度を要求されるのが２つだけであり、他の３つについてはマルチプレーンモードでの画像検出動作で十分である場合、コンバインドモードを用いることで処理時間を短縮することができる。
すなわち、５つの焦点距離を設定した１つのマルチプレーン検出画像Ｉｍｍと、高精度が必要な２つの焦点距離に設定されたシングルプレーン検出画像Ｉｍｓとを含む画像検出ループＬＰｃを用いることで、合計３フレーム分の画像検出動作Ｃｍ１〜Ｃｍ３により必要な検出画像を確保することができる。
このように、コンバインドモードを利用することで、必要な部分の高精度を確保しつつ、処理時間を短縮することができる。

〔コンバインドモード．２〕
図２２から図２４はコンバインドモードの異なる設定における動作を示す。
図１９から図２１で説明したコンバインドモードでは、１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍ（画像検出動作Ｃｍ１、焦点数ｎｐ＝３）と、２つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓ（画像検出動作Ｃｍ２，Ｃｍ３、画面数ｎｆ＝２）とで画像検出ループＬＰｃを構成していた。
これに対し、図２２から図２４のコンバインドモードでは、１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍ（画像検出動作Ｃｍ１、焦点数ｎｐ＝３）と、１つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓ（画像検出動作Ｃｍ２、画面数ｎｆ＝１）だけで画像検出ループＬＰｃを構成している。このような画面数ｎｆ＝１は、コンバインドモードの最小構成に相当する。

図２２の（Ａ）部において、画像検出動作Ｃｍ１のマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍは、焦点数ｎｐ＝３とされ、焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が設定されている。これは、前述した図１９の（Ａ）部の画像検出動作Ｃｍ１と同じであり、図２３の（Ａ）部に示す合焦面と焦点距離の関係は図２０の（Ａ）部と同じであり、図２４の（Ａ）部に示す検出画像Ｉｍ１は図２１の（Ａ）部と同じである。
すなわち、画像検出動作Ｃｍ１による検出画像Ｉｍ１は、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍによるマルチプレーン検出画像Ｉｍｍとなり、部位９１，９２，９３に対応する領域Ｉ９１，Ｉ９２，Ｉ９３は、それぞれ焦点距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のいずれかで合焦し、明るく鮮明な画像として検出される。

図２２の（Ｂ）部において、画像検出動作Ｃｍ２では、焦点距離Ｄ３のシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓが実行され、駆動信号Ｃｆの一周期のうち位相θ３で画像検出が行われる。
図２３の（Ｂ）部において、画像検出動作Ｃｍ２のシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓでは、焦点距離Ｄ３に対応した合焦面Ｐ３に合焦され、測定対象物９の部位９３が合焦状態で画像検出される。
図２４の（Ｂ）部において、画像検出動作Ｃｍ２による検出画像Ｉｍ２は、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓによるシングルプレーン検出画像Ｉｍｓとなり、部位９３に対応する領域Ｉ９３が合焦した状態で検出され、明るく鮮明な画像として検出される。一方、部位９１，９２に対応する領域Ｉ９１，Ｉ９２は、合焦から外れた状態で検出されるため、各々合焦面Ｐ３からの距離に応じて暗く不鮮明な画像として検出される。
検出画像Ｉｍ２においては、境界線Ｉ９４も境界線Ｉ９５が、暗い領域Ｉ９１と明るい領域Ｉ９３との境界、および、暗い領域Ｉ９２と明るい領域Ｉ９３との境界となるため、それぞれ鮮明な画像として検出できる。

このように、コンバインドモードを利用するとともに、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓを行う焦点距離の設定を適切に行うことで、必要な部分の高精度を確保しつつ、処理時間を短縮することができる。

〔実施形態の効果〕
以上に述べた実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態では、画像検出条件設定部７１１で設定した画像検出条件に基づいて、レンズ制御部６が焦点距離可変レンズ（液体レンズユニット３および対物レンズ２）を制御し、画像検出部４により画像検出を行うことができる。
この際、画像検出条件としてコンバインドモードを設定すると、画像検出部４は、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍと、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓとを含む画像検出ループＬＰｃを繰り返し実行する。
その結果、コンバインドモードで検出される画像は、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍによるマルチプレーン検出画像Ｉｍｍでは、設定された全ての焦点距離に合焦した画像情報を含む。ただし、他の焦点距離の画像情報も含まれて必ずしも鮮明ではない。
一方、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓによるシングルプレーン検出画像Ｉｍｓでは、設定された焦点距離について鮮明な画像を得ることができる。
従って、コンバインドモードにおいては、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍにより、従来のマルチプレーンモードと同様な結果が得られるとともに、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓにより、従来のマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍでは得られなかった高い画像品質を得ることができる。

さらに、従来のフレームバイフレームモードでは、焦点距離の数だけのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓを繰り返す必要があり、焦点距離の数が増加すると画像検出時間が長大化していた。これに対し、本実施形態のコンバインドモードでは、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓの数（画面数ｎｆ）を抑制することができ、画像検出時間を短縮できる。すなわち、５つの焦点距離に対して従来のフレームバイフレームモードの画像検出を行うと、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓの５フレーム分の時間が必要である。しかし、コンバインドモードでは、例えば５つの焦点距離に対して画像検出を行うが鮮明な画像は２つの焦点距離だけでよい場合、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍで５つの焦点距離の画像情報を確保したうえで、２つの焦点距離についてシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓを行えばよく、合計３フレーム分の時間で済ませることができる。
このように、本実施形態の焦点距離可変レンズ装置１によれば、複数の焦点距離に対して十分な画像品質が得られるとともに画像検出時間を短縮することができる。

本実施形態において、画像検出条件設定部７１１は、シングルプレーンモード、マルチプレーンモード、フレームバイフレームモードおよびコンバインドモードとのいずれかの画像検出モードを選択可能であり、各画像検出モードに応じた画像検出ループをレンズ制御部６に設定できるようにした。
このため、本発明に基づくコンバインドモードと、従来のシングルプレーンモード、マルチプレーンモード、フレームバイフレームモードとを任意に選択することができ、必要に応じて従来同様な画像検出動作が確保できるとともに、本発明に基づくコンバインドモードの効果を得ることができる。

本実施形態の焦点距離可変レンズ装置１では、焦点距離可変レンズとして、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体レンズユニット３と、液体レンズユニット３と同じ光軸Ａ上に配置された対物レンズ２との組み合わせを用いた。
このため、対物レンズ２で基本的な結像が得られるとともに、液体レンズユニット３により焦点距離を変更可能である。液体レンズユニット３を用いることで、焦点距離を可変とするための機械的な手段が必要なく、装置構成を簡素化できる。また、液体レンズユニット３は、数十キロヘルツに及ぶ高速で焦点距離を周期的に変化させることができ、複数の焦点距離での画像を重畳したマルチプレーン検出画像Ｉｍｍも容易に得ることができ、本発明における焦点距離可変レンズとして最適である。

〔変形例〕
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。
前述した実施形態では、コンバインドモードとして、１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍと、２つまたは１つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓとの組み合わせを用いた。ただし、本発明のコンバインドモードとしては、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍと、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓとが含まれていればよく、各々の数は任意に設定することができる。

例えば、マルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍにおける焦点数ｎｐが多い場合など、１つのマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍに設定することが難しい場合など、２以上のマルチプレーン画像検出動作Ｃｍｍを設定すればよい。また、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓについても、明るく鮮明な画像が必要な合焦面の数に応じて画面数ｎｆを設定すればよい。この際、図２２の例のように、２つの部位９１，９２に挟まれた部位９３に対応する合焦面Ｐ３を選択することで、１つのシングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓで２つの境界線Ｉ９４，Ｉ９５（図２４参照）の検出が可能であり、シングルプレーン画像検出動作Ｃｍｓを実行する合焦面を選択する際にも適切な設定を行うことで、さらなる効率化を図ることができる。

前述した実施形態では、画像検出条件設定部７１１において、シングルプレーンモード、マルチプレーンモード、フレームバイフレームモードおよびコンバインドモードとのいずれかの画像検出モードを選択可能としたが、コンバインドモード以外の画像検出モードは任意であり、シングルプレーンモード、マルチプレーンモード、フレームバイフレームモードのいずれかを適宜省略してもよい。

前述した実施形態では、焦点距離可変レンズ装置１の焦点距離可変レンズとして、液体レンズユニット３と対物レンズ２との組み合わせを用いた。ただし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、他の原理による焦点距離可変レンズを用いてもよい。

本発明は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に利用できる。

１…焦点距離可変レンズ装置、２…対物レンズ、３…液体レンズユニット、３１…ケース、３２…振動部材、３３…外周面、３４…内周面、３５…液体、３９…スペーサ、４…画像検出部、５…パルス照明部、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、７１１…画像検出条件設定部、７２…画像処理部、７３…操作インターフェイス、９…測定対象物、９１，９２，９３…部位、Ｃｃ…画像検出信号、Ｃｆ…駆動信号、Ｃｉ…発光信号、Ｃｍ１，Ｃｍ２，Ｃｍ３…画像検出動作、Ｃｍｍ…マルチプレーン画像検出動作、Ｃｍｓ…シングルプレーン画像検出動作、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄｆ…焦点距離、Ｄｂ…最遠焦点距離、Ｄｔ…最近焦点距離、Ｉ９１，Ｉ９２，Ｉ９３…領域、Ｉ９４，Ｉ９５…境界線、Ｉｍ，Ｉｍ１，Ｉｍ２，Ｉｍ３…検出画像、Ｉｍｍ…マルチプレーン検出画像、Ｉｍｓ…シングルプレーン検出画像、Ｌｇ…画像、Ｌｉ…照明光、ＬＰｃ…コンバインドモードの画像検出ループ、ＬＰｆ…フレームバイフレームモードの画像検出ループ、ＬＰｍ…マルチプレーンモードの画像検出ループ、ＬＰｓ…シングルプレーンモードの画像検出ループ、Ｌｒ…反射光、Ｍｆ…焦点変動波形、ｎｆ…画面数、ｎｐ…焦点数、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐｔ，Ｐｂ…合焦面、Ｐｆ…焦点位置、Ｖｆ…振動状態、Ｗ…屈折率分布、θ１，θ２，θ３…位相。

Claims (4)

1. 周期的に焦点距離が変化する焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像検出を実行可能な画像検出部と、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離に関する画像検出条件に基づいて前記画像検出部に前記画像検出を実行させるレンズ制御部と、前記レンズ制御部に前記画像検出条件を設定する画像検出条件設定部と、を有する焦点距離可変レンズ装置であって、
   前記画像検出条件設定部は、前記画像検出条件として、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作と、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作と、を含む画像検出ループを繰り返すコンバインドモードを設定可能であり、
   前記マルチプレーン画像検出動作では、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離が変化する１周期の間に、前記画像検出を行う前記焦点距離を複数設定可能であり、
   前記シングルプレーン画像検出動作では、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離が変化する１周期の間に、前記画像検出を行う前記焦点距離を１つ設定可能であることを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
2. 請求項１に記載した焦点距離可変レンズ装置において、
   前記画像検出条件設定部は、複数の画像検出モードのいずれかを選択して前記レンズ制御部に設定可能であり、
   前記画像検出モードは、前記コンバインドモードを含むとともに、シングルプレーンモードと、マルチプレーンモードと、フレームバイフレームモードとを含み、
   前記シングルプレーンモードでは、前記焦点距離が１つ指定された前記シングルプレーン画像検出動作のみを含む画像検出ループを繰り返し実行させ、
   前記マルチプレーンモードでは、前記焦点距離が複数指定された前記マルチプレーン画像検出動作のみを含む画像検出ループを繰り返し実行させ、
   前記フレームバイフレームモードでは、前記焦点距離が互いに異なる複数の前記シングルプレーン画像検出動作を含む画像検出ループを繰り返し実行させることを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載した焦点距離可変レンズ装置において、
   前記焦点距離可変レンズが、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体レンズユニットと、前記液体レンズユニットと同じ光軸上に配置された対物レンズと、を有することを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
4. 周期的に焦点距離が変化する焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像検出を実行可能な画像検出部と、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離に関する画像検出条件に基づいて前記画像検出部に前記画像検出を実行させるレンズ制御部と、前記レンズ制御部に前記画像検出条件を設定する画像検出条件設定部と、を有する焦点距離可変レンズ装置を用い、
   前記画像検出条件として、少なくとも１つのマルチプレーン画像検出動作と、少なくとも１つのシングルプレーン画像検出動作と、を含む画像検出ループを繰り返すコンバインドモードを設定し、
   前記マルチプレーン画像検出動作では、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離が変化する１周期の間に、前記画像検出を行う前記焦点距離を複数設定し、
   前記シングルプレーン画像検出動作では、前記焦点距離可変レンズの前記焦点距離が変化する１周期の間に、前記画像検出を行う前記焦点距離を１つ設定することを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。
   

Images