JP2022000679A - Focal distance variable lens control method, focal distance variable lens control device, image detection method, and image detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦点距離可変レンズ制御方法、焦点距離可変レンズ制御装置、画像検出方法、および画像検出装置に関する。 The present invention relates to a focal length variable lens control method, a focal length variable lens control device, an image detection method, and an image detection device.
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。このレンズシステムにパルス照明装置を組み合わせ、被写体の任意の位置に焦点が合っ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1参照)。
液体共振式のレンズシステムでは、制御装置からの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、屈折率を同心円状に変化させることでレンズとしての機能を得ており、レンズシステムの焦点位置は周期的に変化する。
画像検出装置では、駆動信号の所定の位相角に同期したパルス照明を行うことで、位相角に対応した焦点位置となる撮像面における画像を検出できる。また、パルス照明が同期する位相角を一周期内に複数設定することで、被写体の複数焦点画像を検出できる。一方、連続照明を行って駆動信号の周期全体の画像を検出することで全焦点画像が得られ、さらに画像処理を行うことでEDOF画像(Extended Depth of Focus)が得られる。
A liquid resonance type lens system has been developed as a variable focal length lens. An image detection device has been developed in which a pulse illumination device is combined with this lens system to detect an image focused on an arbitrary position of a subject (see Patent Document 1).
In the liquid resonance type lens system, a standing wave is generated in the internal liquid by a periodic drive signal from the control device, and the refractive index is changed concentrically to obtain a function as a lens. The focal position of is changed periodically.
The image detection device can detect an image on the imaging surface having a focal position corresponding to the phase angle by performing pulse illumination synchronized with a predetermined phase angle of the drive signal. Further, by setting a plurality of phase angles at which the pulse illumination is synchronized within one cycle, it is possible to detect a multifocal image of the subject. On the other hand, a omnifocal image can be obtained by performing continuous illumination to detect an image of the entire cycle of the drive signal, and an EDOF image (Extended Depth of Focus) can be obtained by further performing image processing.
前述したレンズシステムでは、制御装置から入力される周期的な駆動信号として正弦波を用いている。正弦波とすることで、信号を効率よく生成できるとともに、レンズシステム内部の液体の共振を効率的に行える。
駆動信号が正弦波である場合、正負のピーク近く(位相角が90度付近あるいは270度付近)では駆動信号の変化率が小(勾配が緩やか)であり、所定の焦点位置での画像検出を行う際にパルス照明による露光時間を長く設定しても、その間の焦点位置のずれが僅かであり、十分な光量で画像を検出できる。
しかし、振幅の中間領域(位相角が−50〜50度および130〜230度など)では変化率が大、つまり勾配が急であり、パルス照明による露光時間を長くとると焦点位置の変動が大きくなり、露光時間を短くすると十分な光量を得ることが難しい。
このため、駆動信号として正弦波を用いつつ、振幅の中間領域でも適切な画像、つまり十分な光量で焦点変動が小さな画像が得られるようにすることが求められていた。
In the lens system described above, a sine wave is used as a periodic drive signal input from the control device. By using a sine wave, it is possible to efficiently generate a signal and efficiently resonate the liquid inside the lens system.
When the drive signal is a sine wave, the rate of change of the drive signal is small (gradient) near the positive and negative peaks (phase angle is around 90 degrees or 270 degrees), and image detection at a predetermined focal position is performed. Even if the exposure time by pulsed illumination is set to be long, the deviation of the focal position between them is small, and the image can be detected with a sufficient amount of light.
However, in the middle region of the amplitude (phase angle is -50 to 50 degrees and 130 to 230 degrees, etc.), the rate of change is large, that is, the gradient is steep, and the fluctuation of the focal position is large when the exposure time by pulse illumination is long. Therefore, if the exposure time is shortened, it is difficult to obtain a sufficient amount of light.
Therefore, while using a sine wave as a drive signal, it has been required to obtain an appropriate image even in the intermediate region of amplitude, that is, an image having a sufficient amount of light and a small focal fluctuation.
本発明の目的は、駆動信号として正弦波を用いつつ、振幅の中間領域でも適切な画像が得られる焦点距離可変レンズ制御方法、焦点距離可変レンズ制御装置、画像検出方法、および画像検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a focal length varifocal lens control method, a focal length varifocal lens control device, an image detection method, and an image detection device that can obtain an appropriate image even in an intermediate region of amplitude while using a sine wave as a drive signal. To do.
本発明の焦点距離可変レンズ制御方法は、液体共振式のレンズシステムに駆動信号を入力して前記レンズシステムの屈折率を周期的に変化させる焦点距離可変レンズ制御方法であって、
前記駆動信号と同じ周波数の正弦波の基本信号、および、前記駆動信号とは異なる周波数の変調信号を生成し、前記基本信号に前記変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した前記信号を前記駆動信号とすることを特徴とする。
The focal length variable lens control method of the present invention is a focal length variable lens control method in which a drive signal is input to a liquid resonance type lens system to periodically change the refractive index of the lens system.
An image pickup in which a sine wave basic signal having the same frequency as the drive signal and a modulated signal having a frequency different from the drive signal are generated, and the modulated signal is added to the basic signal to have a smaller rate of change than the front and rear parts. It is characterized in that a signal having a section is synthesized and the synthesized signal is used as the drive signal.
本発明の焦点距離可変レンズ制御装置は、液体共振式のレンズシステムに駆動信号を入力して前記レンズシステムの屈折率を周期的に変化させる焦点距離可変レンズ制御装置であって、
前記駆動信号と同じ周波数の正弦波の基本信号を生成する基本信号生成部と、前記駆動信号とは異なる周波数の変調信号を生成する変調信号生成部と、前記基本信号に前記変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した前記信号を前記駆動信号とする駆動信号合成部と、を有することを特徴とする。
The focal length variable lens control device of the present invention is a focal length variable lens control device that periodically changes the refractive index of the lens system by inputting a drive signal to the liquid resonance type lens system.
A basic signal generation unit that generates a sine wave basic signal having the same frequency as the drive signal, a modulation signal generation unit that generates a modulation signal having a frequency different from the drive signal, and the modulation signal added to the basic signal. It is characterized by having a drive signal synthesizing unit that synthesizes a signal having an imaging section having a change rate smaller than that of the front and rear portions and uses the synthesized signal as the drive signal.
本発明の画像検出方法は、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体共振式のレンズシステムを通して測定対象物の画像を検出する画像検出方法であって、
前記駆動信号と同じ周波数の正弦波の基本信号、および、前記駆動信号とは異なる周波数の変調信号を生成し、前記基本信号に前記変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した前記信号を前記駆動信号とするとともに、
前記撮像区間で前記画像を検出することを特徴とする。
The image detection method of the present invention is an image detection method for detecting an image of an object to be measured through a liquid resonance type lens system whose refractive index changes according to an input drive signal.
An image pickup in which a sine wave basic signal having the same frequency as the drive signal and a modulated signal having a frequency different from the drive signal are generated, and the modulated signal is added to the basic signal to have a smaller rate of change than the front and rear parts. A signal having a section is synthesized, and the synthesized signal is used as the drive signal, and the combined signal is used as the drive signal.
It is characterized in that the image is detected in the imaging section.
本発明の画像検出装置は、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体共振式のレンズシステムと、前記レンズシステムに前記駆動信号を出力するレンズ制御部と、前記レンズシステムを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、を有し、前記レンズ制御部は、前記駆動信号と同じ周波数の正弦波の基本信号を生成する基本信号生成部と、前記駆動信号とは異なる周波数の変調信号を生成する変調信号生成部と、前記基本信号に前記変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した前記信号を前記駆動信号とする駆動信号合成部と、を有し、前記画像検出部は、前記撮像区間で前記画像を検出する、ことを特徴とする。 The image detection device of the present invention is a liquid resonance type lens system whose refractive index changes according to an input drive signal, a lens control unit that outputs the drive signal to the lens system, and a measurement target through the lens system. It has an image detection unit that detects an image of an object, and the lens control unit has a basic signal generation unit that generates a sine wave basic signal having the same frequency as the drive signal, and a basic signal generation unit having a frequency different from that of the drive signal. A modulation signal generation unit that generates a modulation signal and a signal having an imaging section having an imaging section having a smaller rate of change than the front and rear portions are combined by adding the modulation signal to the basic signal, and the combined signal is used as the drive signal. It has a drive signal synthesis unit, and the image detection unit detects the image in the imaging section.
このような本発明では、基本信号に変調信号を加算して合成される信号を、駆動信号として用いる。この際、駆動信号と同じ周波数の基本信号を用いることで、レンズシステムを共振させる駆動信号としての基本機能が得られる。そして、駆動信号とは異なる周波数の変調信号を用い、これを基本信号に加算することで、基本信号の一部に、前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を形成することができる。
例えば、基本信号にその2倍の周波数の変調信号を加算する際に、基本波長の半周期分の増加区間に変調信号の1周期分を重畳することで、基本信号の増加区間と変調信号の減少区間とが相殺しあって基本波長の中間部に傾斜が緩やかな、ないし平坦または減少する区間が生成できる。
このような前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を駆動信号としてレンズシステムに入力することにより、撮像区間での焦点位置の変化率を前後の部分より緩やか、ないしは変化率をほぼ一定とすることができる。
従って、液体共振式のレンズシステムおよびパルス照明を用いて画像検出を行う際に、パルス照明による露光時間を長くとったとしても、撮像区間であれば焦点位置の変化率が小さく、撮像の間の焦点位置のずれを僅かにでき、十分な光量で高品質の画像を検出することができる。
In the present invention as described above, a signal synthesized by adding a modulation signal to a basic signal is used as a drive signal. At this time, by using a fundamental signal having the same frequency as the drive signal, a basic function as a drive signal that resonates the lens system can be obtained. Then, by using a modulated signal having a frequency different from that of the drive signal and adding it to the basic signal, it is possible to form an imaging section having a smaller rate of change than the front and rear parts in a part of the basic signal.
For example, when a modulated signal having a frequency twice that of the basic signal is added, one cycle of the modulated signal is superimposed on the increased section of the half cycle of the fundamental wavelength, so that the increased section of the basic signal and the modulated signal are combined. A section with a gentle slope, a flatness, or a decrease can be generated in the middle part of the fundamental wavelength by canceling out the decrease section.
By inputting a signal having an imaging section having a smaller change rate than the front and rear parts to the lens system as a drive signal, the change rate of the focal position in the image pickup section is slower than that of the front and back parts, or the change rate is almost the same. Can be constant.
Therefore, when performing image detection using a liquid resonance type lens system and pulsed illumination, even if the exposure time by pulsed illumination is long, the rate of change in the focal position is small in the imaging section, and the rate of change in the focal position is small during imaging. The deviation of the focal position can be made small, and a high-quality image can be detected with a sufficient amount of light.
本発明において、前記基本信号および前記変調信号は、それぞれ正弦波であることが好ましい。
このような本発明では、基本信号および変調信号を容易かつ効率よく生成することができる。
In the present invention, it is preferable that the basic signal and the modulated signal are sinusoidal waves, respectively.
In the present invention as described above, the basic signal and the modulated signal can be easily and efficiently generated.
本発明において、前記変調信号は、前記基本信号の整数倍の周波数の正弦波であることが好ましい。
このような本発明では、正弦波である基本信号の一周期に、その複数倍の周期の正弦波である変調信号が重畳され、基本信号の一部に変調信号の変化率が逆の状態(基本信号が増加する部分で変調信号が減少する状態など)とすることで、基本信号に変化率が前後より小さな撮像区間を形成することが容易にできる。
In the present invention, the modulated signal is preferably a sine wave having a frequency that is an integral multiple of the fundamental signal.
In the present invention as described above, in one cycle of the fundamental signal which is a sine wave, a modulated signal which is a sine wave having a cycle of a plurality of times thereof is superimposed, and the rate of change of the modulated signal is opposite to a part of the fundamental signal (a state in which the rate of change of the modulated signal is reversed. By setting (such as a state in which the modulation signal decreases in the portion where the basic signal increases), it is possible to easily form an imaging section in which the rate of change is smaller than before and after in the basic signal.
本発明において、前記基本信号に対して複数の前記変調信号を加算することが好ましい。
このような本発明では、基本信号に対して単一の変調信号を加算しただけでは得られない波形を生成することができ、多様な撮像区間を形成することができる。
In the present invention, it is preferable to add a plurality of the modulated signals to the basic signal.
In the present invention as described above, it is possible to generate a waveform that cannot be obtained only by adding a single modulated signal to the fundamental signal, and it is possible to form various imaging sections.
本発明において、前記基本信号に前記変調信号を加算する際に、前記変調信号の振幅レベル調整、前記変調信号のバイアス調整、および前記変調信号の前記基本信号に対する位相調整の少なくとも何れかを行うことが好ましい。
このような本発明では、それぞれの調整により、駆動信号における撮像区間の位置を調整できる。
In the present invention, when the modulated signal is added to the basic signal, at least one of the amplitude level adjustment of the modulated signal, the bias adjustment of the modulated signal, and the phase adjustment of the modulated signal with respect to the basic signal is performed. Is preferable.
In the present invention as described above, the position of the imaging section in the drive signal can be adjusted by each adjustment.
本発明によれば、駆動信号として正弦波を用いつつ、振幅の中間領域でも適切な画像が得られる焦点距離可変レンズ制御方法、焦点距離可変レンズ制御装置、画像検出方法、および画像検出装置を提供することができる。 According to the present invention, there are provided a focal length varifocal lens control method, a focal length varifocal lens control device, an image detection method, and an image detection device that can obtain an appropriate image even in an intermediate region of amplitude while using a sine wave as a drive signal. can do.
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、本発明の一実施形態である画像検出装置1の全体構成が示されている。
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測定対象物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、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、レンズシステム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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the overall configuration of the
The
Further, the
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。
The
The
In the
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。
この際、焦点位置Pfの振動波形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、焦点位置Pfの画像が得られることになる。
なお、詳細は後述するが、本実施形態の駆動信号Cfは、完全な正弦波ではなく、基本となる正弦波にその高調波を重畳して変調した波形とされる。
In the
At this time, if the
Although details will be described later, the drive signal Cf of the present embodiment is not a perfect sine wave, but a waveform modulated by superimposing its harmonics on a basic sine wave.
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。
The image detection unit 4 is composed of an existing CCD (Charge Coupled Device) image sensor, a camera of another format, or the like, and can output the incident image Lg as a detection image Im of a predetermined signal format to the
The
画像検出装置1において、レンズシステム3の駆動、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。
本実施形態において、レンズ制御部6は、本発明の焦点距離可変レンズ制御装置であり、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。
In the
In the present embodiment, the
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およびパルス照明部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、パルス照明部5に発光信号Ciを出力する照明制御部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。
FIG. 2 shows the configuration of the
The
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。なお、振動状態Vfは、レンズシステム3に設置した振動センサで検出することもできる。
The
駆動制御部61は、駆動信号Cfと同じ周波数の正弦波の基本信号を生成する基本信号生成部611と、駆動信号Cfとは異なる周波数の変調信号を生成する変調信号生成部612と、基本信号に変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した信号を駆動信号Cfとする駆動信号合成部613と、を有する。
The
基本信号生成部611は、正弦波の発振モジュールまたは発振回路で構成され、レンズシステム3の駆動に適した周波数fcb(例えば約70KHz)を指定することで、周波数fcbの正弦波である基本信号Cb(図3参照)を生成することができる。
変調信号生成部612は、基本信号生成部611と同様な正弦波の発振モジュールまたは発振回路で構成され、基本信号Cbの周波数の整数倍の周波数fcm=n・fcbを指定することで、周波数fcmの正弦波である変調信号Cm1(図3参照)を生成することができる。倍数nは通常n=2〜4が用いられる。基本信号Cbを分周して変調信号Cm1を生成してもよい。
The basic
The modulation
駆動信号合成部613は、基本信号生成部611で生成された基本信号Cbに、変調信号生成部612で生成された変調信号Cm1を加算する加算モジュールまたはミキサー回路である。
駆動信号合成部613は、基本信号Cbに変調信号Cm1を加算する際に、変調信号Cm1の振幅レベル調整(振幅の増減)、変調信号Cm1のバイアス調整(振幅中心レベルの増減)、および変調信号Cm1の基本信号Cbに対する位相調整が可能である。
駆動信号合成部613においては、基本信号Cbに変調信号Cm1を加算して合成された信号が、駆動信号Cf1(図3参照)とされる。
The drive
When the modulation signal Cm1 is added to the basic signal Cb, the drive
In the drive
図3において、駆動信号Cf1は、基本信号Cb=sin(θ)に、2倍の周波数の変調信号Cm1=0.5sin(2θ)(係数0.5はレベル調整分)を加算して生成される。この際、駆動信号Cf1=(Cb+Cm1)/1.3のように出力レベル調整が行われる。
駆動信号Cf1には、各周期における正負のピークの間つまり振幅の中間部に、その前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間Sが形成される。
撮像区間Sは、基本信号Cbの半波長分の減少区間(位相角が90度から270度の区間)に、周波数が2倍の変調信号Cm1の1波長分が重畳されることで、変調信号Cm1の増加区間(位相角が135度から225度の区間)で減少分が相殺され、これにより変化率が小さくなったものである。
In FIG. 3, the drive signal Cf1 is generated by adding the modulation signal Cm1 = 0.5 sin (2θ) (coefficient 0.5 is the level adjustment) of the double frequency to the basic signal Cb = sin (θ). To. At this time, the output level is adjusted as in the drive signal Cf1 = (Cb + Cm1) /1.3.
In the drive signal Cf1, an imaging section S having a smaller rate of change than the portion before and after the peak is formed between the positive and negative peaks in each cycle, that is, in the middle portion of the amplitude.
The imaging section S is a modulated signal by superimposing one wavelength of the modulated signal Cm1 whose frequency is doubled on the reduced section (the section where the phase angle is 90 degrees to 270 degrees) of the basic signal Cb by half a wavelength. The decrease was offset in the increase section of Cm1 (the section where the phase angle was 135 degrees to 225 degrees), and the rate of change was reduced accordingly.
撮像区間Sは、駆動信号合成部613において、基本信号Cbに加算される変調信号Cm1の振幅レベル調整、バイアス調整、位相調整を行うことで、駆動信号Cf1における位置および形状を調整可能である。
図4において、基本信号Cb=sin(θ)、基本信号Cbの2倍の周波数の変調信号Cm1=0.5sin(2θ)については、図3の駆動信号Cf1と同様である。ただし、基本信号Cbと変調信号Cm1との加算にあたって、駆動信号Cf2=(Cb+Cm1+0.5)/1.3とされ、0.5分のバイアス調整が行われる。このようなバイアス調整により、駆動信号Cf2は、図3の駆動信号Cf1よりも上方へずらした波形となる。
In the imaging section S, the position and shape of the drive signal Cf1 can be adjusted by adjusting the amplitude level, bias, and phase of the modulation signal Cm1 added to the basic signal Cb in the drive
In FIG. 4, the basic signal Cb = sin (θ) and the modulation signal Cm1 = 0.5 sin (2θ) having a frequency twice that of the basic signal Cb are the same as those of the drive signal Cf1 in FIG. However, when the basic signal Cb and the modulation signal Cm1 are added, the drive signal Cf2 = (Cb + Cm1 + 0.5) /1.3 is set, and the bias adjustment for 0.5 minutes is performed. Due to such bias adjustment, the drive signal Cf2 has a waveform shifted upward from the drive signal Cf1 in FIG.
駆動信号合成部613は、図4および図5のように、基本信号Cbに対して、周波数の倍数nが異なる複数の変調信号Cm1,Cm2,Cm3を組み合わせてもよい。
As shown in FIGS. 4 and 5, the drive
図5において、駆動信号Cf3は、図3と同様な基本信号Cb=sin(θ)、変調信号Cm1=0.5sin(2θ)とともに、基本信号Cbの3倍の周波数の変調信号Cm2=0.25sin(3θ)を用い、駆動信号Cf3=(Cb+Cm1+Cm2)/1.42として合成される。
なお、3つの信号を合成するため、出力レベル調整用の分母が1.42とされ、図3の1.3よりも増されている。
このような駆動信号Cf3では、1波長の間に2つの撮像区間S1,S2を形成することができる。
In FIG. 5, the drive signal Cf3 has the same basic signal Cb = sin (θ) and modulation signal Cm1 = 0.5 sin (2θ) as in FIG. 3, and the modulation signal Cm2 = 0. Using 25 sin (3θ), it is synthesized as a drive signal Cf3 = (Cb + Cm1 + Cm2) /1.42.
Since the three signals are combined, the denominator for adjusting the output level is 1.42, which is larger than 1.3 in FIG.
With such a drive signal Cf3, two imaging sections S1 and S2 can be formed in one wavelength.
図6において、駆動信号Cf4は、図3と同様な基本信号Cb=sin(θ)、変調信号Cm1=0.5sin(2θ)、および図5と同様な変調信号Cm2=0.25sin(3θ)とともに、基本信号Cbの4倍の周波数の変調信号Cm3=0.125sin(4θ)を用い、駆動信号Cf4=(Cb+Cm1+Cm2+Cm3)/1.46として合成される。
なお、4つの信号を合成するため、出力レベル調整用の分母が1.46とされ、図5の1.42よりもさらに増されている。
このような駆動信号Cf4では、1波長の間に3つの撮像区間S1,S2,S3を形成することができる。
In FIG. 6, the drive signal Cf4 has the same basic signal Cb = sin (θ) as in FIG. 3, the modulation signal Cm1 = 0.5sin (2θ), and the modulation signal Cm2 = 0.25sin (3θ) similar to FIG. At the same time, a modulation signal Cm3 = 0.125 sin (4θ) having a frequency four times that of the basic signal Cb is used, and the drive signal Cf4 = (Cb + Cm1 + Cm2 + Cm3) /1.46 is synthesized.
Since the four signals are combined, the denominator for adjusting the output level is 1.46, which is further increased from 1.42 in FIG.
With such a drive signal Cf4, three imaging sections S1, S2, and S3 can be formed in one wavelength.
駆動信号Cf3における撮像区間S1,S2(図5参照)、および駆動信号Cf4における撮像区間S1,S2,S3(図6参照)は、それぞれ駆動信号Cf1,Cf2における撮像区間S(図3および図6参照)のような平坦な形状ではないが、各々の前後の部分に対して変化率が小(勾配が緩やか)となっている。 The image pickup sections S1 and S2 (see FIG. 5) in the drive signal Cf3 and the image pickup sections S1, S2 and S3 (see FIG. 6) in the drive signal Cf4 are the image pickup sections S (FIGS. 3 and 6) in the drive signals Cf1 and Cf2, respectively. Although it is not a flat shape like (see), the rate of change is small (gradient) with respect to the front and rear parts of each.
図2に戻って、照明制御部62および画像検出制御部63は、駆動制御部61で合成された駆動信号Cf1(または駆動信号Cf2〜Cf4)の撮像区間S(または撮像区間S1,S2,S3)において、測定対象物9の画像を検出可能である。
照明制御部62は、パルス照明部5に発光信号Ciを出力することで、測定対象物9に対するパルス照明を実行させる。発光信号Ciの発光タイミングは、駆動信号Cfに同期され、撮像区間Sの開始タイミングで発光を開始し、撮像区間Sの終了タイミングで発光を停止することで、撮像区間Sに対応したパルス照明を行う。
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。画像検出オンからオフまでの期間に、パルス照明部5による撮像区間Sに対応したパルス照明が行われることで、撮像区間Sに応じた画像が画像検出部4により検出され、1フレーム分の検出画像Imとして制御用PC7に送られる。
Returning to FIG. 2, the
The
The image
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。
The
The
レンズ操作部71には、駆動信号波形操作部711が設けられている。
駆動信号波形操作部711は、前述した基本信号生成部611、変調信号生成部612、および駆動信号合成部613における基本信号Cb、変調信号Cm1〜Cm3、駆動信号Cf1〜Cf4の調整パラメータを操作インターフェイス73に表示し、ユーザの操作に基づいて基本信号Cb、変調信号Cm1〜Cm3、駆動信号Cf1〜Cf4を操作することができる。
The
The drive signal
このような本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、基本信号Cbに変調信号Cm1〜Cm3を加算して合成される信号を、駆動信号Cf1〜Cf4として用いる。この際、レンズシステム3の駆動に適した本来の駆動信号Cfと同じ周波数fcbの基本信号Cbを用いることで、レンズシステム3を共振させる駆動信号Cfとしての基本機能が得られる。
そして、駆動信号Cfとは異なる周波数fcm=n・fcbの変調信号Cm1〜Cm3を用い、これを基本信号Cbに加算することで、基本信号Cbの一部に、前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間Sを形成することができる。
このような撮像区間Sを有する駆動信号Cf1〜Cf4をレンズシステム3に入力することにより、撮像区間Sでの焦点位置Pfの変化率を前後の部分より緩やか、ないしは変化率をほぼ一定とすることができる。
従って、液体共振式のレンズシステム3およびパルス照明部5を用いて画像検出を行う際に、パルス照明部5による露光時間を長くとったとしても、撮像区間Sであれば焦点位置Pfの変化率が小さく、撮像の間の焦点位置Pfのずれを僅かにでき、十分な光量で高品質の検出画像Imを検出することができる。
According to such an embodiment, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, the signal synthesized by adding the modulation signals Cm1 to Cm3 to the basic signal Cb is used as the drive signal Cf1 to Cf4. At this time, by using the basic signal Cb having the same frequency fcb as the original drive signal Cf suitable for driving the
Then, by using the modulated signals Cm1 to Cm3 having a frequency fcm = n · fcb different from the drive signal Cf and adding them to the basic signal Cb, the rate of change is changed in a part of the basic signal Cb more than in the front and rear parts. A small imaging section S can be formed.
By inputting the drive signals Cf1 to Cf4 having such an imaging section S into the
Therefore, when performing image detection using the liquid resonance
本実施形態では、基本信号Cbおよび変調信号Cm1〜Cm3を、それぞれ正弦波としたので、各々を容易かつ効率よく生成することができる。
また、変調信号Cm1〜Cm3は、それぞれ基本信号Cbの周波数fcbの整数倍の周波数fcm=n・fcbの正弦波としたため、正弦波である基本信号Cbの一周期に、その複数倍の周期の正弦波である変調信号Cm1〜Cm3が重畳され、基本信号Cbの一部に変調信号Cm1〜Cm3の変化率が逆の状態(基本信号Cbが増加する部分で変調信号Cm1〜Cm3が減少する状態など)とすることで、基本信号Cbに変化率が前後より小さな撮像区間Sを形成することが容易にできる。
さらに、図5の駆動信号Cf3および図6の駆動信号Cf4では、基本信号Cbに対して複数の変調信号Cm1〜Cm3を加算することで、図3および図4の駆動信号Cf1,Cf2のように基本信号Cbに対して単一の変調信号Cm1を加算しただけでは得られない波形を生成することができ、多様な撮像区間S1,S2,S3を形成できる。
In the present embodiment, since the basic signal Cb and the modulated signals Cm1 to Cm3 are each made into a sine wave, each of them can be easily and efficiently generated.
Further, since the modulated signals Cm1 to Cm3 are sinusoidal waves having a frequency fcm = n · fcb, which is an integral multiple of the frequency fcb of the fundamental signal Cb, each cycle of the fundamental signal Cb, which is a sine wave, has a cycle of multiple times that of the sine wave. A state in which the modulated signals Cm1 to Cm3, which are sine waves, are superimposed, and the rate of change of the modulated signals Cm1 to Cm3 is opposite to a part of the basic signal Cb (a state in which the modulated signals Cm1 to Cm3 decrease in the portion where the basic signal Cb increases). Etc.), it is possible to easily form an imaging section S having a smaller rate of change than the front and back in the basic signal Cb.
Further, in the drive signal Cf3 of FIG. 5 and the drive signal Cf4 of FIG. 6, by adding a plurality of modulation signals Cm1 to Cm3 to the basic signal Cb, the drive signals Cf1 and Cf2 of FIGS. 3 and 4 are obtained. It is possible to generate a waveform that cannot be obtained only by adding a single modulation signal Cm1 to the basic signal Cb, and it is possible to form various imaging sections S1, S2, and S3.
本実施形態では、駆動信号合成部613および駆動信号波形操作部711により、基本信号Cbに変調信号Cm1〜Cm3を加算する際、変調信号Cm1〜Cm3の振幅レベル調整、バイアス調整、および基本信号Cbに対する位相調整を行うことができ、駆動信号Cf1〜Cf4における撮像区間S,S1〜S3の位置調整を行うことができる。
In the present embodiment, when the modulation signals Cm1 to Cm3 are added to the basic signal Cb by the drive
なお、本実施形態の画像検出装置1、および焦点距離可変レンズ制御装置であるレンズ制御部6において、撮像区間Sは基本信号Cbの各周期における正負のピークの間つまり振幅の中間部に形成されるほか、ピーク部分に形成することもできる。
図7において、駆動信号Cf5は、図3と同様な基本信号Cb=sin(θ)と、基本信号Cbの3倍の周波数の変調信号Cm5=0.5sin(3θ)とを用い、駆動信号Cf5=(Cb+0.15・Cm5)/1.3として合成される。
このような駆動信号Cf5では、基本信号Cbの正負のピークにそれぞれ変調信号Cm5の逆向きのピークが重畳され、変調信号Cm5の振幅レベルを調整することでピーク部分にそれぞれ平坦な撮像区間S1,S2を形成することができる。
In the
In FIG. 7, the drive signal Cf5 uses the same basic signal Cb = sin (θ) as in FIG. 3 and the modulated signal Cm5 = 0.5 sin (3θ) having a frequency three times that of the basic signal Cb, and the drive signal Cf5. = (Cb + 0.15 · Cm5) /1.3.
In such a drive signal Cf5, the opposite peaks of the modulation signal Cm5 are superimposed on the positive and negative peaks of the basic signal Cb, and the amplitude level of the modulation signal Cm5 is adjusted so that the peaks are flat in each of the imaging sections S1 and S1. S2 can be formed.
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。
前記実施形態では、変調信号Cm1〜Cm5を正弦波としたが、正弦波以外の波形を用いてもよい。
前記実施形態では、駆動信号合成部613において基本信号Cbと変調信号Cm1〜Cm5との加算処理にあたり、駆動信号波形操作部711からユーザが操作して加算処理の各種調整を行い、撮像区間Sの位置などを調整するとした。これに対し、駆動信号波形操作部711でユーザが希望する焦点位置Pfを指定することで、指定された焦点位置Pfに撮像区間Sが形成される基本信号Cbおよび変調信号Cmi,Cmj…が計算されるようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications to the extent that the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
In the above embodiment, the modulation signals Cm1 to Cm5 are sine waves, but waveforms other than sine waves may be used.
In the above embodiment, in the addition process of the basic signal Cb and the modulation signals Cm1 to Cm5 in the drive
本発明は、焦点距離可変レンズ制御方法、焦点距離可変レンズ制御装置、画像検出方法、および画像検出装置に利用できる。 The present invention can be used for a focal length variable lens control method, a focal length variable lens control device, an image detection method, and an image detection device.
1…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…パルス照明部、6…レンズ制御部(焦点距離可変レンズ制御装置)、61…駆動制御部、611…基本信号生成部、612…変調信号生成部、613…駆動信号合成部、62…照明制御部、63…画像検出制御部、7…制御用PC、71…レンズ操作部、711…駆動信号波形操作部、72…画像処理部、73…操作インターフェイス、9…測定対象物、Cb…基本信号、Cc…画像検出信号、Cf,Cf1,Cf2,Cf3,Cf4,Cf5…駆動信号、Ci…発光信号、Cm1,Cm2,Cm3,Cm5,Cmi…変調信号、Df…焦点距離、fcb…基本信号の周波数、fcm…変調信号の周波数、Im…検出画像、Lg…画像、Li…照明光、n…変調信号の周波数の倍数、Pf…焦点位置、S,S1,S2,S3…撮像区間、Vf…振動状態。 1 ... Image detection device, 2 ... Objective lens, 3 ... Lens system, 4 ... Image detection unit, 5 ... Pulse illumination unit, 6 ... Lens control unit (focus distance variable lens control device), 61 ... Drive control unit, 611 ... Basic signal generation unit, 612 ... Modulation signal generation unit, 613 ... Drive signal synthesis unit, 62 ... Illumination control unit, 63 ... Image detection control unit, 7 ... Control PC, 71 ... Lens operation unit, 711 ... Drive signal waveform operation Unit, 72 ... Image processing unit, 73 ... Operation interface, 9 ... Measurement target, Cb ... Basic signal, Cc ... Image detection signal, Cf, Cf1, Cf2, Cf3, Cf4, Cf5 ... Drive signal, Ci ... Light emission signal, Cm1, Cm2, Cm3, Cm5, Cmi ... Modulation signal, Df ... Focus distance, fcb ... Basic signal frequency, fcm ... Modulation signal frequency, Im ... Detection image, Lg ... Image, Li ... Illumination light, n ... Modulation signal Frequency multiple of, Pf ... focal position, S, S1, S2, S3 ... imaging section, Vf ... vibration state.
Claims (8)
前記駆動信号と同じ周波数の正弦波の基本信号、および、前記駆動信号とは異なる周波数の変調信号を生成し、前記基本信号に前記変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した前記信号を前記駆動信号とすることを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。 It is a focal length variable lens control method in which a drive signal is input to a liquid resonance type lens system to periodically change the refractive index of the lens system.
An image pickup in which a sine wave basic signal having the same frequency as the drive signal and a modulated signal having a frequency different from the drive signal are generated, and the modulated signal is added to the basic signal to have a smaller rate of change than the front and rear parts. A method for controlling a variable focal distance lens, which comprises synthesizing a signal having an interval and using the synthesized signal as the driving signal.
前記駆動信号と同じ周波数の正弦波の基本信号を生成する基本信号生成部と、前記駆動信号とは異なる周波数の変調信号を生成する変調信号生成部と、前記基本信号に前記変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した前記信号を前記駆動信号とする駆動信号合成部と、を有することを特徴とする焦点距離可変レンズ制御装置。 A variable focal length lens control device that periodically changes the refractive index of the lens system by inputting a drive signal to the liquid resonance type lens system.
A basic signal generation unit that generates a sine wave basic signal having the same frequency as the drive signal, a modulation signal generation unit that generates a modulation signal having a frequency different from the drive signal, and the modulation signal added to the basic signal. A focal distance variable lens control device comprising: a drive signal synthesizing unit that synthesizes a signal having an imaging section having a smaller rate of change than the front and rear portions and uses the synthesized signal as the drive signal.
前記駆動信号と同じ周波数の正弦波の基本信号、および、前記駆動信号とは異なる周波数の変調信号を生成し、前記基本信号に前記変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した前記信号を前記駆動信号とするとともに、前記撮像区間で前記画像を検出することを特徴とする画像検出方法。 It is an image detection method that detects an image of an object to be measured through a liquid resonance type lens system whose refractive index changes according to an input drive signal.
An image pickup in which a sine wave basic signal having the same frequency as the drive signal and a modulated signal having a frequency different from the drive signal are generated, and the modulated signal is added to the basic signal to have a smaller rate of change than the front and rear parts. An image detection method comprising synthesizing a signal having a section, using the synthesized signal as the drive signal, and detecting the image in the imaging section.
前記レンズ制御部は、前記駆動信号と同じ周波数の正弦波の基本信号を生成する基本信号生成部と、前記駆動信号とは異なる周波数の変調信号を生成する変調信号生成部と、前記基本信号に前記変調信号を加算して前後の部分よりも変化率が小さな撮像区間を有する信号を合成し、合成した前記信号を前記駆動信号とする駆動信号合成部と、を有し、
前記画像検出部は、前記撮像区間で前記画像を検出する、ことを特徴とする画像検出装置。 A liquid resonance type lens system whose refractive index changes according to an input drive signal, a lens control unit that outputs the drive signal to the lens system, and image detection that detects an image of an object to be measured through the lens system. With a part,
The lens control unit includes a basic signal generation unit that generates a basic signal of a sinusoidal wave having the same frequency as the drive signal, a modulation signal generation unit that generates a modulation signal having a frequency different from the drive signal, and the basic signal. It has a drive signal synthesizer that adds the modulated signals to synthesize a signal having an imaging section having a smaller rate of change than the front and rear portions, and uses the synthesized signal as the drive signal.
The image detection unit is an image detection device characterized in that the image is detected in the imaging section.
前記基本信号および前記変調信号は、それぞれ正弦波であることを特徴とする画像検出装置。 In the image detection device according to claim 4,
An image detection device characterized in that the basic signal and the modulated signal are sinusoidal waves, respectively.
前記変調信号は、前記基本信号の整数倍の周波数の正弦波であることを特徴とする画像検出装置。 In the image detection apparatus according to claim 4 or 5.
The image detection device, wherein the modulated signal is a sine wave having a frequency that is an integral multiple of the basic signal.
前記基本信号に対して複数の前記変調信号を加算することを特徴とする画像検出装置。 The image detection device according to any one of claims 4 to 6.
An image detection device characterized by adding a plurality of the modulated signals to the basic signal.
前記基本信号に前記変調信号を加算する際に、前記変調信号の振幅レベル調整、前記変調信号のバイアス調整、および前記変調信号の前記基本信号に対する位相調整の少なくとも何れかを行うことを特徴とする画像検出装置。 In the image detection apparatus according to any one of claims 4 to 7.
When the modulation signal is added to the basic signal, at least one of the amplitude level adjustment of the modulation signal, the bias adjustment of the modulation signal, and the phase adjustment of the modulation signal with respect to the basic signal is performed. Image detector.
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