JP2022086274A

JP2022086274A - 校正治具配置方法および焦点距離可変レンズ装置

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Publication number: JP2022086274A
Application number: JP2020198194A
Authority: JP
Inventors: 佑旗倉橋; Yuki Kurahashi; 悟吉田; Satoru Yoshida
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: JP7530811B2

Abstract

【課題】校正治具の配置を簡単に確認できる校正治具配置方法を提供する。【解決手段】液体共振式レンズ１４に入力される駆動信号に応じて合焦位置Ｐｆが周期的に変化する焦点距離可変レンズ装置１において、校正治具９の校正面９１がＺｄ方向（光軸方向）およびＸｄ方向のそれぞれに対して交差するように、校正治具９をステージ２に載置する準備ステップと、駆動信号の１周期以上の範囲において、互いに角度の異なる複数の検出位相を設定する検出位相設定ステップと、検出位相ごとに、検出位相に対応する合焦位置Ｐｆで合焦した校正面９１の画像を検出する画像検出ステップと、画像ごとに、Ｘｄ方向に対応する画像のＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出する合焦ピーク位置検出ステップと、各画像の合焦ピーク位置に基づいて、合焦ピーク位置の変化範囲である合焦可能範囲を算出する合焦可能範囲算出ステップとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、焦点距離可変レンズ装置に対して校正治具を配置するための校正治具配置方法および焦点距離可変レンズ装置に関する。

従来、液体共振式レンズを有する焦点距離可変レンズ装置が知られている（例えば特許文献１）。この液体共振式レンズは、周期的な駆動信号の入力により内部の液体に定在波を生じさせ、同心円状の粗密によってレンズとしての屈折性能を得ており、その焦点深度は周期的に変化する。

このような焦点距離可変レンズ装置において、対象物に対する合焦位置は、液体共振式レンズの焦点深度の変化と共に変化する。よって、駆動信号の任意の位相に同期してパルス照明を行うことにより、当該位相に対応する合焦位置で合焦した対象物の画像を取得することができる。
また、焦点距離可変レンズ装置による合焦位置は、駆動信号から計算される合焦位置の理想的な変動波形に対するずれを有しており、当該ずれは、液体共振式レンズが外部の熱の影響を受けることによって変化する。このため、所望の合焦位置で合焦した画像を検出するためには、駆動信号の位相と合焦位置との関係を決定する校正処理が必要である。

特許文献１には、焦点距離可変レンズ装置における駆動信号の位相と合焦位置との関係を決定するための校正処理方法が開示されている。
具体的には、特許文献１に開示される校正処理方法では、所定のパターン形状の校正面を有する校正治具を準備し、焦点距離可変レンズ装置の光軸方向に対して校正面が所定の角度を有するように校正治具を設置する。
その後、駆動信号の任意の位相である検出位相に同期してパルス照明を行うことで、当該検出位相に対応する合焦位置で合焦した校正面の画像を取得する。そして、校正面の画像内で合焦している領域（合焦領域）を検出し、この合焦領域が対応する校正面の部位の高さに基づいて合焦位置を特定し、特定された合焦位置と検出位相とを対応付ける。このような方法により、駆動信号の位相と合焦位置との関係を示す校正データを作成することができる。

特開２０２０－１０６８４１号公報

特許文献１に開示される校正処理方法を適切に行うためには、どのような検出位相を設定したとしても校正面の画像内のいずれかの領域が合焦するように、すなわち、合焦位置の変化範囲が校正面のいずれかの部位に重なるように、校正治具が配置されることが望ましい。
しかし、従来では、焦点距離可変レンズ装置に対してラフに設置された校正治具について校正面の画像を検出し、この画像の合焦領域を確認しながら校正治具の配置を試行錯誤で調整しており、手間がかかる。特に、駆動信号に対する合焦位置の位相ずれ量が不明であるため、校正面の画像から校正治具が適切に配置されているか否かを確認することが困難である。

本発明の目的は、校正治具の配置を簡単に確認できる校正治具配置方法および焦点距離可変レンズ装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様にかかる校正治具配置方法は、対象物が載置されるステージと、液体共振式レンズを含み、前記液体共振式レンズに入力される駆動信号に応じて前記対象物に対する合焦位置が周期的に変化する画像検出光学系と、前記画像検出光学系を通して、前記駆動信号の任意の位相である検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記対象物の画像を検出する画像検出部と、を備える焦点距離可変レンズ装置に対して校正治具を配置する校正治具配置方法であって、所定のパターン形状の校正面を有する前記校正治具を準備し、前記校正面が前記画像検出光学系の光軸方向および前記光軸方向に直交する第１方向のそれぞれに対して交差するように、前記校正治具を前記対象物として前記ステージに載置する準備ステップと、前記駆動信号の１周期以上の範囲において、互いに角度の異なる複数の前記検出位相を設定する検出位相設定ステップと、前記検出位相設定ステップで設定された前記検出位相ごとに、前記検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の前記画像を検出する画像検出ステップと、前記画像検出ステップで検出された前記画像ごとに、前記第１方向に対応する前記画像のＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出する合焦ピーク位置検出ステップと、前記合焦ピーク位置検出ステップで検出された各前記画像の前記合焦ピーク位置に基づいて、前記合焦ピーク位置の変化範囲である合焦可能範囲を算出する合焦可能範囲算出ステップと、を含む。

本発明の第１態様にかかる校正治具配置方法は、前記画像に対して前記合焦可能範囲を示すマーク画像を重畳させる重畳ステップをさらに含むことが好ましい。

本発明の第１態様にかかる校正治具配置方法は、前記画像における前記合焦可能範囲の配置に基づいて、前記画像検出光学系に対する前記校正治具の前記光軸方向の相対位置を調整する調整ステップをさらに含むことが好ましい。

本発明の第１態様にかかる校正治具配置方法において、前記画像検出部から読み出される前記画像の画素数は、前記Ｘ軸に直交するＹ軸において制限されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の校正治具配置方法。

本発明の第１態様にかかる焦点距離可変レンズ装置は、所定のパターン形状の校正面を有する校正治具を用いて校正される焦点距離可変レンズ装置であって、液体共振式レンズを含み、前記液体共振式レンズに入力される駆動信号に応じて前記校正治具に対する合焦位置が周期的に変化する画像検出光学系と、前記校正面が前記画像検出光学系の光軸方向および前記光軸方向に直交する第１方向のそれぞれに対して交差するように、前記校正治具が載置されるステージと、前記駆動信号の１周期以上の範囲で互いに角度の異なる複数の検出位相を設定する検出位相設定部と、前記画像検出光学系を通して、前記検出位相設定部により設定された前記検出位相ごとに、前記検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の画像を検出する画像検出部と、前記画像検出部により検出された前記画像ごとに、前記第１方向に対応する前記画像のＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出し、各前記画像の前記合焦ピーク位置に基づいて、前記合焦ピーク位置の変化範囲である合焦可能範囲を算出する合焦分析部と、を備える。

本発明の第２態様にかかる校正治具配置方法は、対象物が載置されるステージと、液体共振式レンズを含み、前記液体共振式レンズに入力される駆動信号に応じて前記対象物に対する合焦位置が周期的に変化する画像検出光学系と、前記画像検出光学系を通して、前記駆動信号の任意の位相である検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記対象物の画像を検出する画像検出部と、を備える焦点距離可変レンズ装置に対して校正治具を配置する校正治具配置方法であって、所定のパターン形状の校正面を有する前記校正治具を準備し、前記校正面が前記画像検出光学系の光軸方向および前記光軸方向に直交する第１方向のそれぞれに対して交差するように、前記校正治具を前記対象物として前記ステージに載置する準備ステップと、前記駆動信号の位相について、前記駆動信号に対する前記合焦位置の変動波形の位相ずれとしての仮想角度αに対して所定角度を加えた第１検出位相と、前記第１検出位相に対して１８０°異なる第２検出位相とを設定する検出位相設定ステップと、前記第１検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の第１画像と、前記第２検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の第２画像とをそれぞれ検出する画像検出ステップと、前記第１画像および前記第２画像のそれぞれで、前記第１方向に対応するＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出する合焦ピーク位置検出ステップと、前記第１画像の前記合焦ピーク位置と前記第２画像の前記合焦ピーク位置とが一致する場合の前記仮想角度αを、前記位相ずれの角度として決定する位相ずれ決定ステップと、を含む。
なお、本発明の第２態様における所定角度は、正弦波状に変化する駆動信号の波形が中心軸に交わるときの位相角度である。例えば、駆動信号の波形がピークを示すときの位相を０°とするとき、所定角度は９０°または２７０°である。

本発明の第２態様にかかる校正治具配置方法において、前記位相ずれ決定ステップは、前記第１画像の前記合焦ピーク位置と前記第２画像の前記合焦ピーク位置とが一致するまで、前記仮想角度αを変更しながら、前記検出位相設定ステップ、前記画像検出ステップおよび前記合焦ピーク位置検出ステップを繰り返すことが好ましい。

本発明の第２態様にかかる校正治具配置方法は、前記第１画像に対して前記合焦ピーク位置を示す第１マーク画像を重畳させ、前記第２画像に対して前記合焦ピーク位置を示す第２マーク画像を重畳させる重畳ステップをさらに含むことが好ましい。

本発明の第２態様にかかる校正治具配置方法は、前記位相ずれ決定ステップの後、前記位相ずれの角度を前記仮想角度αとして用いた場合の前記第１画像または前記第２画像における前記合焦ピーク位置に基づいて、前記画像検出光学系に対する前記校正治具の前記光軸方向の相対位置を調整する調整ステップをさらに含むことが好ましい。

本発明の第２態様にかかる焦点距離可変レンズ装置は、所定のパターン形状の校正面を有する校正治具を用いて校正される焦点距離可変レンズ装置であって、液体共振式レンズを含み、前記液体共振式レンズに入力される駆動信号に応じて前記校正治具に対する合焦位置が周期的に変化する画像検出光学系と、前記校正面が前記画像検出光学系の光軸方向および前記光軸方向に直交する第１方向のそれぞれに対して交差するように、前記校正治具が載置されるステージと、前記駆動信号の位相について、前記駆動信号に対する前記合焦位置の変動波形の位相ずれとしての仮想角度αに対して所定角度を加えた第１検出位相と、前記第１検出位相に対して１８０°異なる第２検出位相とを設定する検出位相設定部と、前記画像検出光学系を通して、前記第１検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の第１画像と、前記第２検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の第２画像とをそれぞれ検出する画像検出部と、前記第１画像および前記第２画像のそれぞれで、前記第１方向に対応するＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出し、前記第１画像の前記合焦ピーク位置と前記第２画像の前記合焦ピーク位置とが一致する場合の前記仮想角度αを、前記位相ずれの角度として決定する合焦分析部と、を備える。

本発明の第１態様にかかる校正治具配置方法または焦点距離可変レンズ装置によれば、校正治具の校正面の画像に対する合焦可能範囲の位置に基づいて、校正面の被検出範囲に対する合焦位置変化範囲の位置関係を確認できる。これにより、合焦位置変化範囲に対する校正治具の配置を簡単に確認できる。
また、本発明の第２態様にかかる校正治具配置方法または焦点距離可変レンズ装置によれば、駆動信号に対する合焦位置の位相ずれの角度が決定される。このため、位相ずれを考慮して検出位相を設定することで、合焦位置を合焦位置変化範囲内の所望の位置に位置させた状態の画像を検出することができる。このような画像における合焦領域を確認することにより、合焦位置変化範囲に対する校正治具の配置を簡単に確認できる。

第１実施形態の焦点距離可変レンズ装置を示す模式図。第１実施形態の焦点距離可変レンズ装置におけるレンズ制御部および制御装置を示すブロック図。第１実施形態の焦点距離可変レンズ装置における合焦位置の変動波形を示すグラフ。第１実施形態の焦点距離可変レンズ装置の一部である対物レンズと、校正治具の側面とを示す模式図。第１実施形態の焦点距離可変レンズ装置に使用される校正治具の上面を示す模式図。図４に例示する合焦位置に対応する画像を示す図。検出位相と校正面の画像との関係を例示する図。検出位相と校正面の画像との関係を例示する図。第１実施形態の焦点距離可変レンズ装置に対する校正治具の配置を説明するための図。第１実施形態の校正治具配置方法を説明するためのフローチャート。画像のＸ軸に沿って画像領域に対応する合焦度を示すグラフ。第１実施形態におけるマーク画像が重畳表示された画像を例示する図。第１実施形態におけるマーク画像が重畳表示された画像を例示する図。第２実施形態の校正治具配置方法を説明するためのフローチャート。第２実施形態におけるマーク画像が重畳表示された画像を例示する図。第２実施形態におけるマーク画像が重畳表示された画像を例示する図。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。
図１には、本実施形態にかかる焦点距離可変レンズ装置１の全体構成が示されている。焦点距離可変レンズ装置１は、合焦位置Ｐｆまでの合焦距離Ｄｆを周期的に変化させつつ対象物Ｗの表面の画像Ｉｍを検出するものである。なお、図１では、対象物Ｗとして校正治具９が示されている。

（焦点距離可変レンズ装置の構成）
図１に示すように、焦点距離可変レンズ装置１は、対象物Ｗの表面に交差する光軸Ａ上に配置された画像検出光学系１０と、対象物Ｗが載置されるステージ２と、対象物Ｗを照明するパルス照明部３と、画像検出光学系１０を通して対象物Ｗの画像Ｉｍを検出する画像検出部４と、画像検出光学系１０に含まれる液体共振式レンズ１４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装置７と、を備えている。
なお、本実施形態では、光軸Ａに平行な方向をＺｄ方向（光軸方向）とし、Ｚｄ方向に直交する方向をＸｄ方向（第１方向）とし、Ｚｄ方向およびＸｄ方向に直交する方向をＹｄ方向とする。

画像検出光学系１０は、物体側（前側）から順に、対物レンズ１１、結像レンズ１２、第１リレーレンズ１３、液体共振式レンズ１４、および、第２リレーレンズ１５を有する。
対物レンズ１１は、１以上のレンズによって構成されており、対象物Ｗに対向して配置される。この対物レンズ１１は、無限遠補正型であり、対象物Ｗで反射された光を平行光束に変換して結像レンズ１２に入射させる。

結像レンズ１２は、１以上のレンズによって構成されており、対物レンズ１１から入射される平行光束を集光して中間像を形成する。
第１リレーレンズ１３および第２リレーレンズ１５は、それぞれ、１以上のレンズによって構成されている。第１リレーレンズ１３および第２リレーレンズ１５は、リレーシステムを構成しており、結像レンズ１２によって形成される中間像をリレーし、当該中間像を画像検出部４の撮像面に再結像させる。なお、結像レンズ１２の後側焦点と、第１リレーレンズ１３の前側焦点とは、同じ位置に配置される。

液体共振式レンズ１４は、屈折率分布型の焦点距離可変レンズとして構成されている。具体的には、液体共振式レンズ１４は、液体が充填された円筒形のケースと、圧電材料で形成された円筒状の振動部材とを有する。この振動部材は、ケース内の液体に浸漬された状態でレンズ制御部６に信号線を介して接続されており、レンズ制御部６から入力される駆動信号Ｃｆ（例えば正弦波状の交流信号）に応じて振動する。駆動信号Ｃｆの周波数が共振周波数に調整されると、液体共振式レンズ１４の内部の液体に定在波が生じ、当該液体の屈折率が周期的に変化する。
また、液体共振式レンズ１４のケースは、光が通過するための窓部を有しており、ケース内の液体の屈折率が周期的に変化することにより、液体共振式レンズ１４の焦点距離が周期的に変化する。この液体共振式レンズ１４によれば、合焦距離Ｄｆは、対物レンズ１１の焦点距離を基本としつつ、液体共振式レンズ１４の焦点距離の変化と共に周期的に変化する。

なお、画像検出光学系１０は、テレセントリックな光学系として構成されており、液体共振式レンズ１４の前側主点が対物レンズ１１の射出瞳と共役になるように配置されている。このような配置によれば、対物レンズ１１の射出瞳がテレセントリックにリレーされるため、合焦位置Ｐｆが変化しても、画像検出部４に入射する像の倍率は一定になる。

ステージ２は、対物レンズ１１に対向する位置に配置されており、対象物Ｗが載置される。また、本実施形態のステージ２は、光軸Ａに平行なＺｄ方向に移動可能に構成されており、画像検出光学系１０に対するステージ２のＺｄ方向における相対位置を調整可能である。

パルス照明部３は、パルス光を出射する光源３１と、光源３１から出射されたパルス光を対象物Ｗに導くためのビームスプリッタ３２とを含んで構成される。
光源３１は、ＬＥＤなどの発光素子によって構成される。この光源３１は、レンズ制御部６により制御され、駆動信号Ｃｆの任意の位相（検出位相θｄ）に同期したタイミングでパルス光を出射する。
ビームスプリッタ３２は、対物レンズ１１と結像レンズ１２との間に配置されており、光源３１から出射されたパルス光を対物レンズ１１側に反射する。ビームスプリッタ３２で反射された光は、対物レンズ１１を介して対象物Ｗに照射される。
また、ビームスプリッタ３２は、対象物Ｗで反射されて対物レンズ１１を通過した光を透過させる。

画像検出部４は、既存のＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）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る。画像検出部４は、レンズ制御部６により制御され、画像検出光学系１０を介して入射される対象物Ｗの画像を検出し、所定の信号形式の画像Ｉｍとして制御装置７へ出力する。
なお、画像検出部４の露光期間中、パルス照明部３が駆動信号Ｃｆの任意の位相（検出位相θｄ）に同期したタイミングで対象物Ｗをパルス照明するため、画像検出部４は、検出位相θｄに対応する合焦位置Ｐｆで合焦した画像Ｉｍを検出する。

図２には、本実施形態のレンズ制御部６および制御装置７の構成が示されている。
レンズ制御部６は、液体共振式レンズ１４、パルス照明部３および画像検出部４の各動作を制御する専用ユニットである。なお、レンズ制御部６は、複数のＩＣ等によってハードウェア的に構成されてもよいし、ＣＰＵを備えるコンピュータを中心に構成され、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。

レンズ制御部６は、液体共振式レンズ１４に駆動信号Ｃｆを出力する駆動制御部６１と、パルス照明部３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。

駆動制御部６１は、駆動信号Ｃｆに基づいて振動する液体共振式レンズ１４の振動状態Ｖｆを検出すると共に、検出された振動状態Ｖｆに基づいて制御される正弦波状の交流信号を駆動信号Ｃｆとして出力する。
なお、液体共振式レンズ１４の振動状態Ｖｆは、具体的には、駆動信号Ｃｆにより液体共振式レンズ１４に供給される駆動電圧、駆動電流、有効電力、および、駆動電圧と駆動電流との位相差である電圧電流位相差のうち、いずれか１以上を単独または組み合わせて用いることにより検出可能である。

発光制御部６２は、発光信号Ｃｉによって、パルス照明部３の光源３１の発光タイミングを制御する。例えば、発光制御部６２は、駆動信号Ｃｆが任意の位相（検出位相θｄ）になったタイミングで発光信号Ｃｉを出力し、光源３１は、発光信号Ｃｉが入力されたタイミングでパルス光を出射する。

画像検出制御部６３は、画像検出信号Ｃｃによって画像検出部４による画像検出のタイミングを制御する。画像検出部４は、画像検出信号Ｃｃのオンからオフまでの期間だけ露光を継続することにより、１フレーム分の画像Ｉｍを検出する。

制御装置７は、汎用のパーソナルコンピュータによって構成された装置であり、ＣＰＵなどの演算回路や記憶部７４を備え、当該演算回路が記憶部７４に記録された専用のソフトウェアを読み込み実行することで、レンズ操作部７１、画像処理部７２、および、表示制御部７３として機能する。

レンズ操作部７１は、レンズ制御部６に対して各種設定を行う。また、レンズ操作部７１は、検出位相設定部７１１を含む。
画像処理部７２は、画像検出部４から画像Ｉｍを取り込んで処理する。なお、本実施形態では、Ｘｄ方向が画像ＩｍのＸ軸に対応し、Ｙｄ方向が画像ＩｍのＹ軸に対応する。また、画像処理部７２は、合焦分析部７２１やマーク画像処理部７２２を含む。
表示制御部７３は、画像処理部７２で処理された画像Ｉｍや、レンズ操作部７１における各種設定を行うためのグラフィックユーザインターフェイス（ＧＵＩ）などを、後述の表示部７５に表示させる。

記憶部７４は、例えばメモリ等により構成されたデータ記録装置である。記憶部７４には、上述のソフトウェアや校正テーブルなどが記録されている。
また、制御装置７には、ユーザインターフェイスとして、ディスプレイなどの表示部７５と、キーボードなどの操作部７６とが接続されている。

（合焦位置）
図３は、駆動信号Ｃｆの位相の変化による合焦位置Ｐｆ（Ｚｄ位置）の変化を示すグラフである。なお、本実施形態では、駆動信号Ｃｆの波形がピークを示すときの位相を０°としている。

図３に示すように、合焦位置Ｐｆの変動波形Ｍｆは、駆動信号Ｃｆの位相の変化に応じて正弦波状に変化する。しかし、液体共振式レンズ１４のレンズ特性は温度変化の影響を受けることで変化するため、合焦位置Ｐｆの変動波形Ｍｆは、駆動信号Ｃｆから計算される合焦位置Ｐｆの理想的な変動波形Ｍｆｉに対してズレを有する。
具体的には、実際の変動波形Ｍｆは、理想的な変動波形Ｍｆｉに対して、位相ずれΦｄおよび偏りＢを有している。なお、偏りＢは、合焦位置Ｐｆの振幅Ｄの基準軸のずれに相当する。

そこで、本実施形態の焦点距離可変レンズ装置１では、以下に説明する校正治具９を用いることで、駆動信号Ｃｆの位相と実際の合焦位置Ｐｆとの関係を校正用データとして算出する校正処理が行われる。
なお、この校正処理の具体的方法については、従来技術（例えば特開２０２０－１０６８４１号公報）を利用可能であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

（校正治具９）
校正治具９について図４および図５を参照して説明する。
図４は、焦点距離可変レンズ装置１の一部である対物レンズ１１と、校正治具９の側面とを示す模式図である。図５は、校正治具９の上面を示す模式図である。

図４に示すように、校正治具９は、光軸Ａに対して既知の傾斜角θを成す校正面９１を有する。校正面９１は、一方向に沿って規則的に変化したパターン形状９Ａ（いわゆる校正チャート）を有する。本実施形態の校正面９１のパターン形状９Ａは、図５に示すように、縞模様であり、合焦度の算出に利用されるエッジを含んだ参考領域Ｆが一方向に沿って所定間隔で複数並んでいる。

本実施形態において、校正治具９は、校正面９１のパターン形状９Ａの変化方向と焦点距離可変レンズ装置１のＸｄ方向とが一致するように配置される。また、校正治具９は、校正面９１がＸｄ方向およびＺｄ方向のそれぞれに交差するように配置され、画像検出部４による校正面９１のＺｄ方向の被検出範囲Ｒｚは、画像検出部４によるＸｄ方向の被検出範囲Ｒｘに応じた範囲になる。

校正治具９は、校正面９１のＺ方向の被検出範囲Ｒｚが合焦位置Ｐｆの変化範囲（合焦位置変化範囲Ｒｐ）をカバーするように配置されることが望ましい。この場合、校正面９１の画像Ｉｍにおける合焦領域Ｒｆの位置は、合焦位置Ｐｆの変化に応じて、Ｘｄ方向に対応するＸ軸に沿った方向に変化する。

例えば、図６は、図４に例示する３つの合焦位置Ｐｆ－ａ，Ｐｆ－ｂ，Ｐｆ－ｃ（Ｚｄ位置：Ｐｆ－ａ＜Ｐｆ－ｂ＜Ｐｆ－ｃ）に対応する画像Ｉｍ－ａ，Ｉｍ－ｂ，Ｉｍ－ｃを示している。
画像Ｉｍ－ａは、図４の合焦位置Ｐｆ－ａで合焦している画像であり、画像Ｉｍ－ａの合焦領域Ｒｆは、Ｘ軸負側の端部に位置している。
画像Ｉｍ－ｃは、図４の合焦位置Ｐｆ－ｃで合焦している画像であり、画像Ｉｍ－ｃの合焦領域Ｒｆは、Ｘ軸正側の端部に位置している。
また、画像Ｉｍ－ｂは、図４の合焦位置Ｐｆ－ｂで合焦している画像であり、画像Ｉｍ－ｂの合焦領域Ｒｆは、Ｘ軸中央に位置している。
なお、合焦領域Ｒｆとは、画像Ｉｍ（例えば画像Ｉｍ－ａ，Ｉｍ－ｂ，Ｉｍ－ｃ）において、合焦度がピーク付近となる領域である。画像Ｉｍを示す図６以外の図面では、図の簡略化のため、校正面９１の画像Ｉｍのうちの合焦領域Ｒｆをパターン形状９Ａの縞模様で表現し、他の領域はグレーで表現している。

ここで、画像Ｉｍにおける合焦領域Ｒｆの位置は、合焦位置Ｐｆの位相ずれΦｄに起因して、駆動信号Ｃｆの検出位相θｄから計算される理想の位置に対するずれを有する。画像Ｉｍにおける合焦領域Ｒｆのずれについて、図７，図８を参照して説明する。
なお、図７，図８には、合焦位置変化範囲Ｒｐが校正面９１のＺ方向の被検出範囲Ｒｚ内である場合について、複数の検出位相θｄと、各検出位相θｄで検出される校正面９１の画像Ｉｍとが例示されている。また、図７，図８には、説明のために、各画像Ｉｍにおける合焦領域Ｒｆの位置を示す仮想線Ｌが示されている。

図７には、仮に合焦領域Ｒｆが位相ずれΦｄを有さない場合に検出される各画像Ｉｍが例示される。この場合、検出位相θｄが９０°のときに検出される画像Ｉｍ、および、検出位相θｄが２７０°のときに検出される画像Ｉｍのそれぞれで、合焦領域Ｒｆは、画像ＩｍにおけるＸ軸の中心位置に現れる。

一方、図８には、合焦位置Ｐｆが４５°の位相ずれΦｄを有する場合に検出される画像Ｉｍが例示される。この場合、検出位相θｄが９０°のときに検出される画像Ｉｍ、および、検出位相θｄが２７０°のときに検出される画像Ｉｍのそれぞれで、合焦領域Ｒｆは、画像ＩｍにおけるＸ軸の中心位置からずれた位置に現れる。
よって、仮に、検出位相θｄが９０°または２７０°のときに検出される画像Ｉｍに基づいて、合焦領域Ｒｆが画像ＩｍにおけるＸ軸の中心位置に現れるように校正治具９の配置を調整した場合、合焦位置変化範囲Ｒｐの一部が被検出範囲Ｒｚから逸脱してしまう可能性がある（図９参照）。
そこで、本実施形態では、以下に説明するような校正治具９の配置方法を実施する。

（校正治具９の配置方法）
本実施形態における校正治具９の配置方法について説明する。
準備ステップとして、作業者は、校正治具９をステージ２上に設置し、校正治具９の大まかな位置合わせを行う。
例えば、作業者は、校正面９１のパターン形状９Ａの変化方向がＸｄ方向に一致するように、校正治具９をステージ２上に設置する。そして、検出位相θｄが９０°のときに検出される画像Ｉｍを表示部７５で確認しながら、合焦領域Ｒｆが画像ＩｍにおけるＸ軸の中心位置に現れるように、校正治具９の配置を調整する。このとき、ステージ２をＺｄ方向に調整することで、画像検出光学系１０に対する校正治具９のＺｄ方向の相対位置を調整する。

その後、作業者が、操作部７６を介して、校正治具９の配置確認動作の開始指示を制御装置７に入力すると、図１０に示すフローチャートが開始される。

まず、画像処理部７２は、画像検出部４から読み出す画像Ｉｍの範囲（読み出し範囲）を設定する（ステップＳ１）。ここで、画像ＩｍのＸ軸の読み出し範囲は、制限されないが、画像ＩｍのＹ軸の読み出し範囲は、数個から１０数個程度の画素に制限されることが好ましい。

次に、検出位相設定部７１１は、検出位相θｄを予め定められた初期角度αｓ（例えば０°）に設定する（ステップＳ２；検出位相設定ステップ）。そして、レンズ制御部６が液体共振式レンズ１４の駆動を開始すると共にパルス照明部３を検出位相θｄに基づいて発光制御する。これにより、画像検出部４は、検出位相θｄに対応する合焦位置Ｐｆで合焦した画像Ｉｍを検出する（ステップＳ３；画像検出ステップ）。

画像処理部７２は、ステップＳ１で設定された読み出し範囲に相当する画像Ｉｍを画像検出部４から読み出し、分析を行う。具体的には、画像処理部７２の合焦分析部７２１は、画像検出部４から読み出された画像Ｉｍに基づいて、校正面９１の各参考領域Ｆ（Ｆ１～Ｆｎ）に対応する各画像領域Ｉｆ（Ｉｆ－１～Ｉｆ－ｎ）の合焦度を算出する。ここで、各画像領域Ｉｆの合焦度は、Ｘ軸に沿って変化し、合焦位置Ｐｆが一致した校正面９１の参照領域Ｆｍに対応する画像領域Ｉｆ－ｍにおいてピークを示す（図１１参照）。合焦分析部７２１は、画像Ｉｍにおいて合焦度のピークを示す画像領域Ｉｆ－ｍのＸ位置（合焦ピーク位置Ｘｐ）を検出する（ステップＳ４；合焦ピーク位置検出ステップ）。
なお、合焦度の算出方法は、従来と同様であるため、具体的な説明は省略する。また、ステップＳ４で検出された合焦ピーク位置Ｘｐは、記憶部７４に蓄積される。

次に、検出位相設定部７１１は、直前のステップＳ３における検出位相θｄが初期角度αｓに３６０°を加えた角度よりも大きいか（θｄ＞αｓ＋３６０°）否かを判定する（ステップＳ５）。
ステップＳ５でＮｏの場合、検出位相設定部７１１は、当該検出位相θｄを所定角度αｔだけ増加させた値を新たな検出位相θｄに設定する（ステップＳ６）。その後、ステップＳ３～Ｓ５が再度実施される。なお、所定角度αｔは、特に限られないが、例えば５～１０°の範囲に予め設定されていることが好ましい。
これにより、直前のステップＳ３における検出位相θｄが初期角度αｓに３６０°を加えた角度よりも大きくなるまで、ステップＳ３～Ｓ５が繰り返し実施される。これにより、駆動信号Ｃｆの１周期以上の範囲において互いに角度の異なる複数の検出位相θｄが設定され、各検出位相θｄに対応する画像Ｉｍ－１～Ｉｍ－ｎが検出される。なお、画像Ｉｍ－１～Ｉｍ－ｎでは、合焦ピーク位置Ｘｐが少しずつ異なる。

直前のステップＳ３における検出位相θｄが初期角度αｓ＋３６０°よりも大きくなった場合（ステップＳ５；Ｙｅｓの場合）、合焦分析部７２１は、記憶部７４に蓄積された合焦ピーク位置Ｘｐの範囲、すなわち、画像Ｉｍ－１～Ｉｍ－ｎによる合焦ピーク位置Ｘｐの変化範囲（合焦可能範囲Ｒｘｐ）を算出する（ステップＳ７；合焦可能範囲算出ステップ）。
なお、合焦可能範囲Ｒｘｐは、例えば画像のＸ座標の範囲によって表される。

次いで、マーク画像処理部７２２は、合焦可能範囲Ｒｘｐに対応する範囲を表すマーク画像Ｍを生成し、表示制御部７３は、図１２に示すように、作業者の選択等による任意の画像Ｉｍに対してマーク画像Ｍを重畳させ、表示部７５に表示させる（ステップＳ８；重畳ステップ）。ここで、マーク画像Ｍは、例えばＸ軸に沿って延びたバー形状を有する。また、表示制御部７３は、画像Ｉｍに対し、画像ＩｍにおけるＸ軸の中心位置を示す中心線Ｌｓをさらに重畳表示させてもよい。

なお、図１２は、合焦位置変化範囲Ｒｐが校正面９１のＺ方向の被検出範囲Ｒｚ内に位置する場合（図４参照）に検出される画像Ｉｍと、この画像Ｉｍにおける合焦可能範囲Ｒｘｐのマーク画像Ｍと、を例示している。
仮に、合焦位置変化範囲Ｒｐの一部が校正面９１の被検出範囲Ｒｚの外側に逸脱している場合（図９参照）、図１３に示すような合焦可能範囲Ｒｘｐのマーク画像Ｍが表示される。図１３に示す例において、マーク画像Ｍは、画像ＩｍのＸ軸の一方側に偏った位置に表示されている。特に、図１３に示す例では、マーク画像Ｍが、画像ＩｍのＸ軸の一端部で途切れている。

次に、作業者は、マーク画像Ｍが画像ＩｍにおけるＸ軸の中心位置に表示されるように、校正治具９の配置を調整する（ステップＳ９）。
このステップＳ９において、作業者は、表示部７５を確認しながらステージ２をＺｄ方向に調整することで、画像検出光学系１０に対する校正治具９のＺｄ方向の相対位置を調整できる。例えば、作業者は、画像Ｉｍにおけるマーク画像Ｍの配置に基づいて、合焦可能範囲Ｒｘｐが中心線Ｌｓに対してＸ軸の正負のどちら側にどの程度偏っているかを判断し、この判断結果に基づいて校正治具９を調整することができる。
以上により、図１０のフローチャートが終了する。

［第１実施形態の効果］
本実施形態の焦点距離可変レンズ装置１では、上述したように、校正治具９を配置するための校正治具配置方法が実施されることで、校正治具９の校正面９１の画像Ｉｍにおける合焦可能範囲Ｒｘｐが算出される。
このような本実施形態において、校正面９１の被検出範囲Ｒｚと合焦位置変化範囲Ｒｐとの位置関係は、画像Ｉｍと合焦可能範囲Ｒｘｐとの位置関係に対応する。このため、本実施形態では、校正面９１の被検出範囲Ｒｚと合焦位置変化範囲Ｒｐとの位置関係、すなわち、合焦位置変化範囲Ｒｐに対する校正治具９の配置を簡単に確認できる。

また、本実施形態の校正治具配置方法では、合焦可能範囲Ｒｘｐを示すマーク画像Ｍが画像Ｉｍに重畳される。このため、作業者は、画像Ｉｍにおけるマーク画像Ｍの位置を確認することで、合焦位置変化範囲Ｒｐに対する校正治具９の配置を簡単に確認できる。

また、本実施形態の校正治具配置方法では、作業者は、画像Ｉｍにおける合焦可能範囲Ｒｘｐの配置に基づいて、画像検出光学系１０に対する校正治具９のＺｄ方向の相対位置を調整する。例えば、合焦可能範囲Ｒｘｐが画像ＩｍのＸ軸の中心位置に現れるように校正治具９の位置を調整することで、校正治具９を適切に配置できる。

また、本実施形態の校正治具配置方法では、画像検出部４から読み出される画像Ｉｍの画素数は、校正面９１のパターン形状９Ａの像が変化するＸ軸に直交するＹ軸において制限されている。このような制限によれば、画像Ｉｍの読み出しにかかる時間と、画像Ｉｍの分析処理にかかる時間とのそれぞれを短縮することができ、その結果、校正治具配置方法の全体にかかる時間を短縮できる。

また、本実施形態では、焦点距離可変レンズ装置１が、上述の校正治具配置方法における検出位相設定ステップ（ステップＳ２）、画像検出ステップ（ステップＳ３）、合焦ピーク位置検出ステップ（ステップＳ４）および合焦可能範囲算出ステップ（ステップＳ７）を自動で実施するため、当該方法を容易に実施できる。

［第１実施形態の変形例］
上記第１実施形態では、合焦可能範囲Ｒｘｐを示すマーク画像Ｍが画像Ｉｍに重畳表示されるが、本発明はこれに限られず、マーク画像Ｍが表示されなくてもよい。
この場合、合焦分析部７２１は、画像Ｉｍにおける合焦可能範囲Ｒｘｐの配置に基づいて、校正治具９のＺｄ方向における配置の調整量を算出し、この調整量を直接、作業者に指示してもよい。

上記第１実施形態では、焦点距離可変レンズ装置１が、ステージ２または画像検出光学系１０をＺｄ方向に移動させる移動機構の駆動部を備えてもよい。この場合、合焦分析部７２１は、画像Ｉｍにおける合焦可能範囲Ｒｘｐの配置に基づいて、校正治具９のＺｄ方向における配置の調整量を算出し、制御装置７は、算出された調整量に基づいて、当該駆動部を制御する移動機構制御部を備えてもよい。

上記第１実施形態では、画像検出部４から読み出される画像Ｉｍの画素数がＹ軸に制限されているが、このような制限が設定されなくてもよい。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と同様の焦点距離可変レンズ装置１において、第１実施形態とは異なる方法で校正治具９を配置する。

（校正治具９の配置方法）
本実施形態における校正治具９の配置方法について説明する。
準備ステップとして、作業者は、校正治具９をステージ２上に設置し、校正治具９の大まかな位置合わせを行う。ここでの位置合わせは、上述の第１実施形態と同様であればよい。その後、図１４に示すフローチャートが開始される。

まず、作業者は、操作部７６を介して、合焦位置Ｐｆの位相ずれΦｄについて想定される任意の角度（例えば０°）を入力し、検出位相設定部７１１は、入力された角度を位相ずれΦｄの仮想角度αとして初期設定する（ステップＳ１１）。

次いで、検出位相設定部７１１は、検出位相θｄ（第１検出位相）を９０°に仮想角度αを加えた角度に設定する（ステップＳ１２）。そして、レンズ制御部６が液体共振式レンズ１４の駆動を開始すると共にパルス照明部３を検出位相θｄに基づいて発光制御する。これにより、画像検出部４は、検出位相θｄに対応する合焦位置Ｐｆで合焦した画像Ｉｍを検出する（ステップＳ１３）。以下、ステップＳ１３で検出される画像Ｉｍを第１画像Ｉｍ１と称する。
なお、本実施形態では、正弦波状に変化する駆動信号Ｃｆの波形が中心軸に交わるときの位相が９０°および２７０°であり、本発明の所定角度を９０°としている。

画像処理部７２は、第１画像Ｉｍ１を画像検出部４から読み出し、分析を行う。具体的には、画像処理部７２の合焦分析部７２１は、画像検出部４から読み出された第１画像Ｉｍ１に基づいて、校正面９１の各参考領域Ｆ１～Ｆｎに対応する各画像領域Ｉｆ－１～Ｉｆ－ｎの合焦度を算出し、第１画像Ｉｍ１において合焦度のピークを示す画像領域Ｉｆ－ｍのＸ位置（合焦ピーク位置Ｘｐ１）を検出する（ステップＳ１４；合焦ピーク位置検出ステップ）。

次いで、検出位相設定部７１１は、検出位相θｄ（第２検出位相）を、ステップＳ１２の角度に１８０°を加えた角度、換言すると、２７０°に仮想角度αを加えた角度に設定する（ステップＳ１５）。そして、レンズ制御部６が液体共振式レンズ１４の駆動を開始すると共にパルス照明部３を検出位相θｄに基づいて発光制御する。これにより、画像検出部４は、検出位相θｄに対応する合焦位置Ｐｆで合焦した画像Ｉｍを検出する（ステップＳ１６）。以下、ステップＳ１６で検出される画像Ｉｍを第２画像Ｉｍ２と称する。

画像処理部７２は、第２画像Ｉｍ２を画像検出部４から読み出し、合焦分析部７２１は、上記ステップＳ１４と同様、第２画像Ｉｍ２において合焦度のピークを示す画像領域Ｉｆ－ｍのＸ位置（合焦ピーク位置Ｘｐ２）を検出する（ステップＳ１７）。

次いで、マーク画像処理部７２２は、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２に対応するマーク画像Ｍ１，Ｍ２を生成する。そして、表示制御部７３は、図１５に示すように、第１画像Ｉｍ１に対してマーク画像Ｍ１（第１マーク画像）を重畳させると共に、第２画像Ｉｍ２に対してマーク画像Ｍ２（第２マーク画像）を重畳させ、これら第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２を表示部７５に表示させる（ステップＳ１８；重畳ステップ）。ここで、マーク画像Ｍ１，Ｍ２は、例えばＹ軸に沿って延びたバー形状を有する。また、表示制御部７３は、表示部７５に表示される第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２のそれぞれに対し、Ｘ軸の中心位置を示す中心線Ｌｓをさらに重畳表示させてもよい。

なお、表示制御部７３は、表示部７５に対して、第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２を同時に表示させてもよいし、ユーザの操作に応じて第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２を切り替えて表示させてもよい。

次いで、作業者は、表示部７５に表示された第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２について、第１画像Ｉｍ１におけるマーク画像Ｍ１のＸ位置と第２画像Ｉｍ２におけるマーク画像Ｍ２のＸ位置とが一致しているか否か、すなわち、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が一致しているか否かを比較する（ステップＳ１９）。
なお、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が一致しているとは、厳密な一致状態であることを必要とせず、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２の差分が所定以下であればよい。本実施形態では、作業者の目視により、マーク画像Ｍ１，Ｍ２がある程度重なっていると判断できる状態であればよい。

図１５は、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が不一致である場合のマーク画像Ｍ１，Ｍ２を含む第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２を例示している。
作業者は、図１５に示すように、マーク画像Ｍ１，Ｍ２が互いに離れていると状態を確認した場合、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が不一致であると判断し（ステップＳ１９；Ｎｏ）、操作部７６を介して、位相ずれΦｄの仮想角度αについて新たな角度を入力する。そして、検出位相設定部７１１は、位相ずれΦｄの仮想角度αを、作業者に入力された値に設定する。これにより、仮想角度αの調整が行われる（ステップＳ２０）。
例えば、作業者は、第１画像Ｉｍ１におけるマーク画像Ｍ１に対して第２画像Ｉｍ２におけるマーク画像Ｍ２がＸ軸の正負のどちら側にどの程度ずれているかを判断し、その判断結果に基づいて、位相ずれΦｄにより近い角度を仮想角度αとして入力できる。
その後、ステップＳ２０で調整された仮想角度αを使用して、ステップＳ１２～Ｓ１９が再度実施される。

一方、図１６は、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が一致している場合のマーク画像Ｍ１，Ｍ２を含む第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２を例示している。
作業者は、図１６に示すように、マーク画像Ｍ１，Ｍ２のＸ軸の位置が重なっている状態を確認した場合、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２のＸ位置が一致していると判断する（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）。
なお、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が一致している場合、直前のステップＳ１２，Ｓ１５で設定された検出位相θｄにおける仮想角度αは、実際の位相ずれΦｄに相当する。すなわち、作業者は、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２のＸ位置が一致していると判断することで、直前のステップＳ１２，Ｓ１５で設定された検出位相θｄにおける仮想角度αを位相ずれΦｄとして決定できる（位相ずれ決定ステップ）。

ステップＳ１９でＹｅｓの場合、作業者は、直前のステップＳ１３で検出された第１画像Ｉｍ１に基づき、マーク画像Ｍ１が第１画像Ｉｍ１におけるＸ軸の中心位置に表示されるように、校正治具９の配置を調整する（ステップＳ２１）。
このステップＳ２１において、作業者は、表示部７５を確認しながらステージ２をＺｄ方向に調整することで、画像検出光学系１０に対する校正治具９のＺｄ方向の相対位置を調整できる。例えば、作業者は、第１画像Ｉｍ１におけるマーク画像Ｍの配置に基づいて、合焦可能範囲Ｒｘｐが中心線Ｌｓに対してＸ軸の正負のどちら側にどの程度偏っているかを判断し、この判断結果に基づいて校正治具９を調整することができる。
さらに、調整後の校正治具９の配置を確認するため、位相ずれΦｄを考慮して設定した検出位相θｄ（例えば９０＋Φｄ）に対応する画像Ｉｍを適宜検出し、当該画像Ｉｍにおける合焦領域ＲｆがＸ軸の中心位置に現れているかを確認してもよい。
なお、上述のステップＳ２１における「直前のステップＳ１３で検出された第１画像Ｉｍ１」は、「直前のステップＳ１６で検出された第２画像Ｉｍ２」に替えられてもよい。
以上により、図１４のフローチャートが終了する。

［第２実施形態の効果］
本実施形態の焦点距離可変レンズ装置１では、上述したように、校正治具９を配置するための校正治具配置方法が実施されることで、第１画像Ｉｍ１の合焦ピーク位置Ｘｐ１と第２画像Ｉｍ２の合焦ピーク位置Ｘｐ２とが一致する場合の仮想角度αが、位相ずれΦｄの角度として決定される。
この本実施形態では、位相ずれΦｄを考慮して検出位相θｄを設定することで、合焦位置Ｐｆを合焦位置変化範囲Ｒｐ内の所望の位置に位置させた状態の画像Ｉｍを検出することができる。このような画像Ｉｍにおける合焦領域Ｒｆを確認することにより、合焦位置変化範囲Ｒｐに対する校正治具９の配置を簡単に確認できる。

また、本実施形態の校正治具配置方法では、第１画像Ｉｍ１の合焦ピーク位置Ｘｐ１と第２画像Ｉｍ２の合焦ピーク位置Ｘｐ２とが一致するまで、仮想角度αを変更しながら、上述の検出位相設定ステップ、画像検出ステップおよび合焦ピーク位置検出ステップが繰り返される。
このような方法によれば、煩雑な演算処理を行わずに、位相ずれΦｄの角度を容易に決定することができる。

また、本実施形態の校正治具配置方法では、合焦ピーク位置Ｘｐ１を示すマーク画像Ｍ１が第１画像Ｉｍ１に重畳表示され、合焦ピーク位置Ｘｐ２を示すマーク画像Ｍ２が第２画像Ｉｍ２に重畳表示される。
このような方法によれば、作業者は、第１画像Ｉｍ１または第２画像Ｉｍ２におけるマーク画像Ｍ１，Ｍ２を視認することで、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が一致しているか否かを簡単に判断できる。

また、本実施形態の校正治具配置方法では、位相ずれΦｄの角度が決定された後、当該角度を仮想角度αとして用いた場合の第１画像Ｉｍ１（検出位相θｄ＝９０°＋α）または第２画像Ｉｍ２（検出位相θｄ＝２７０°＋α）における合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２に基づいて、画像検出光学系１０に対する校正治具９のＺｄ方向の相対位置を調整する。
例えば、合焦ピーク位置Ｘｐ１が第１画像Ｉｍ１におけるＸ軸の中心位置に現れるように校正治具９の配置を調整することで、校正面９１のＸｄ方向の被検出範囲Ｒｚの中心と合焦位置変化範囲Ｒｐの中心とを位置合わせできる。これにより、合焦位置変化範囲Ｒｐに対する校正治具９の配置を適切に調整できる。

また、本実施形態では、焦点距離可変レンズ装置１が上述の校正治具配置方法における検出位相設定ステップ、画像検出ステップ、合焦ピーク位置検出ステップを自動で実施するため、当該方法を容易に実施できる。

［第２実施形態の変形例］
上記第２実施形態では、第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２のそれぞれに対して合焦ピーク位置Ｘｐ１，ＸＰ２を示すマーク画像Ｍ１，Ｍ２が重畳表示されるが、本発明はこれに限られず、マーク画像Ｍ１，Ｍ２が表示されなくてもよい。
この場合、上記第２実施形態のステップＳ１９では、作業者ではなく、合焦分析部７２１が合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２の一致を判定してもよい。この変形例では、合焦分析部７２１は、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２であるＸ座標の差分が所定値以下である場合、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が一致していると判定することができる。そして、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が一致している場合、合焦分析部７２１は、直前のステップＳ１２，Ｓ１５で設定された検出位相θｄにおける仮想角度αを位相ずれΦｄとして決定できる。
また、合焦ピーク位置Ｘｐ１，Ｘｐ２が不一致である場合のステップＳ２０において、検出位相設定部７１１は、作業者の入力に依らずに、仮想角度αの角度を設定してもよい。例えば、検出位相設定部７１１は、ステップＳ２０において、直前の仮想角度αに予め定められた所定角度（例えば５～１０°）を加えた角度を新たな仮想角度αとして設定してもよい。

あるいは、上記第２実施形態では、合焦分析部７２１が、第１画像Ｉｍ１の合焦ピーク位置Ｘｐ１と第２画像Ｉｍ２の合焦ピーク位置Ｘｐ２との差分に基づいた演算処理により、合焦ピーク位置Ｘｐ１，ＸＰ２が一致する場合の仮想角度αを求め、この仮想角度αを位相ずれΦｄとして決定してもよい。なお、第１画像Ｉｍ１の合焦ピーク位置Ｘｐ１と第２画像Ｉｍ２の合焦ピーク位置Ｘｐ２との差分は、位相ずれΦｄに応じて変化する値であるため、当該差分から位相ずれΦｄを算出可能である。

上記第２実施形態の調整ステップ（ステップＳ２１）では、合焦分析部７２１が、第１画像Ｉｍ１における合焦ピーク位置Ｘｐ１（または第２画像Ｉｍ２における合焦ピーク位置Ｘｐ２）に基づいて、校正治具９のＺｄ方向における配置の調整量を算出し、この調整量を直接、作業者に指示してもよい。
さらに、上記第２実施形態において、焦点距離可変レンズ装置１がステージ２または画像検出光学系１０をＺｄ方向に移動させる移動機構の駆動部を備える場合、制御装置７は、合焦分析部７２１により算出された調整量に基づいて、当該駆動部を制御する移動機構制御部を備えてもよい。

上記第２実施形態において、画像検出部４から読み出される第１画像Ｉｍ１および第２画像Ｉｍ２の各画素数が、Ｙ軸（校正面９１のパターン形状９Ａの像が変化するＸ軸に直交するＹ軸）において制限されてもよい。これにより、上記第１実施形態と同様、校正治具配置方法にかかる時間を短縮できる。

［その他の変形例］
本発明は、前述した各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。
上記各実施形態では、画像検出光学系１０に対する校正治具９のＺｄ方向の相対位置を調整するためにステージ２を移動させる例を説明しているが、画像検出光学系１０を移動させてもよい。

上記各実施形態では、校正治具９のパターン形状９Ａが縞形状である場合を説明しているが、本発明はこのような校正治具９に限定されず、一方向に規則的に変化するパターン形状の校正面を有する校正治具であれば、任意の校正治具を利用できる。

上記各実施形態では、駆動信号Ｃｆの波形がピークを示すときの位相を０°としているが、位相を示す角度は、駆動信号Ｃｆの１周期を３６０°として設定されるものであれば、特に限定されない。
例えば、上記第２実施形態では、正弦波状に変化する駆動信号の波形が中心軸に交わるときの位相角度が９０°および２７０°であり、本発明の所定角度を９０°としているが、本発明の所定角度は、駆動信号Ｃｆの位相の設定に応じて他の角度であってもよい。

上記各実施形態では、検出位相θｄに対応する合焦位置Ｐｆで合焦した画像を検出すためにパルス照明を利用しているが、本発明はこれに限られない。
例えば、上記各実施形態において、パルス照明部３の替わりに連続照明部を利用してもよい。この場合、画像検出部４は、極短い露光時間を設定可能な高速シャッターを有し、検出位相θｄに同期したタイミングで画像を取り込むことにより、検出位相θｄに対応する合焦位置Ｐｆで合焦した画像を検出することができる。

１…焦点距離可変レンズ装置、１０…画像検出光学系、１１…対物レンズ、１２…結像レンズ、１３…第１リレーレンズ、１４…液体共振式レンズ、１５…第２リレーレンズ、２…ステージ、３…パルス照明部、３１…光源、３２…ビームスプリッタ、４…画像検出部、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…制御装置、７１…レンズ操作部、７１１…検出位相設定部、７２…画像処理部、７２１…合焦分析部、７２２…マーク画像処理部、７３…表示制御部、７４…記憶部、７５…表示部、７６…操作部、９…校正治具、９１…校正面、９Ａ…パターン形状、Ａ…光軸、Ｃｃ…画像検出信号、Ｃｆ…駆動信号、Ｃｉ…発光信号、Ｄ…振幅、Ｄｆ…合焦距離、Ｆ…参考領域、Ｆ１…参考領域、Ｆｍ…参照領域、Ｉｆ…画像領域、Ｉｍ…画像、Ｉｍ１…第１画像、Ｉｍ２…第２画像、Ｌ…仮想線、Ｌｓ…中心線、Ｍ，Ｍ１，Ｍ２…マーク画像、Ｍｆ…変動波形、Ｍｆｉ…理想的な変動波形、Ｐｆ…合焦位置、Ｒｆ…合焦領域、Ｒｐ…合焦位置変化範囲、Ｒｘ…被検出範囲、Ｒｘｐ…合焦可能範囲、Ｒｚ…被検出範囲、Ｖｆ…振動状態、Ｗ…対象物、Ｘｐ，Ｘｐ１，Ｘｐ２…合焦ピーク位置、α…仮想角度、θ…傾斜角、θｄ…検出位相、Φｄ…位相ずれ。

Claims

対象物が載置されるステージと、
液体共振式レンズを含み、前記液体共振式レンズに入力される駆動信号に応じて前記対象物に対する合焦位置が周期的に変化する画像検出光学系と、
前記画像検出光学系を通して、前記駆動信号の任意の位相である検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記対象物の画像を検出する画像検出部と、
を備える焦点距離可変レンズ装置に対して校正治具を配置する校正治具配置方法であって、
所定のパターン形状の校正面を有する前記校正治具を準備し、前記校正面が前記画像検出光学系の光軸方向および前記光軸方向に直交する第１方向のそれぞれに対して交差するように、前記校正治具を前記対象物として前記ステージに載置する準備ステップと、
前記駆動信号の１周期以上の範囲において、互いに角度の異なる複数の前記検出位相を設定する検出位相設定ステップと、
前記検出位相設定ステップで設定された前記検出位相ごとに、前記検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の前記画像を検出する画像検出ステップと、
前記画像検出ステップで検出された前記画像ごとに、前記第１方向に対応する前記画像のＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出する合焦ピーク位置検出ステップと、
前記合焦ピーク位置検出ステップで検出された各前記画像の前記合焦ピーク位置に基づいて、前記合焦ピーク位置の変化範囲である合焦可能範囲を算出する合焦可能範囲算出ステップと、を含む、校正治具配置方法。
前記画像に対して前記合焦可能範囲を示すマーク画像を重畳させる重畳ステップをさらに含む、請求項１に記載の校正治具配置方法。
前記画像における前記合焦可能範囲の配置に基づいて、前記画像検出光学系に対する前記校正治具の前記光軸方向の相対位置を調整する調整ステップをさらに含む、請求項１または請求項２に記載の校正治具配置方法。
前記画像検出部から読み出される前記画像の画素数は、前記Ｘ軸に直交するＹ軸において制限されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の校正治具配置方法。
所定のパターン形状の校正面を有する校正治具を用いて校正される焦点距離可変レンズ装置であって、
液体共振式レンズを含み、前記液体共振式レンズに入力される駆動信号に応じて前記校正治具に対する合焦位置が周期的に変化する画像検出光学系と、
前記校正面が前記画像検出光学系の光軸方向および前記光軸方向に直交する第１方向のそれぞれに対して交差するように、前記校正治具が載置されるステージと、
前記駆動信号の１周期以上の範囲で互いに角度の異なる複数の検出位相を設定する検出位相設定部と、
前記画像検出光学系を通して、前記検出位相設定部により設定された前記検出位相ごとに、前記検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の画像を検出する画像検出部と、
前記画像検出部により検出された前記画像ごとに、前記第１方向に対応する前記画像のＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出し、各前記画像の前記合焦ピーク位置に基づいて、前記合焦ピーク位置の変化範囲である合焦可能範囲を算出する合焦分析部と、を備える、焦点距離可変レンズ装置。
対象物が載置されるステージと、
液体共振式レンズを含み、前記液体共振式レンズに入力される駆動信号に応じて前記対象物に対する合焦位置が周期的に変化する画像検出光学系と、
前記画像検出光学系を通して、前記駆動信号の任意の位相である検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記対象物の画像を検出する画像検出部と、
を備える焦点距離可変レンズ装置に対して校正治具を配置する校正治具配置方法であって、
所定のパターン形状の校正面を有する前記校正治具を準備し、前記校正面が前記画像検出光学系の光軸方向および前記光軸方向に直交する第１方向のそれぞれに対して交差するように、前記校正治具を前記対象物として前記ステージに載置する準備ステップと、
前記駆動信号の位相について、前記駆動信号に対する前記合焦位置の変動波形の位相ずれとしての仮想角度αに対して所定角度を加えた第１検出位相と、前記第１検出位相に対して１８０°異なる第２検出位相とを設定する検出位相設定ステップと、
前記第１検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の第１画像と、前記第２検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の第２画像とをそれぞれ検出する画像検出ステップと、
前記第１画像および前記第２画像のそれぞれで、前記第１方向に対応するＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出する合焦ピーク位置検出ステップと、
前記第１画像の前記合焦ピーク位置と前記第２画像の前記合焦ピーク位置とが一致する場合の前記仮想角度αを、前記位相ずれの角度として決定する位相ずれ決定ステップと、を含む、校正治具配置方法。
前記位相ずれ決定ステップは、前記第１画像の前記合焦ピーク位置と前記第２画像の前記合焦ピーク位置とが一致するまで、前記仮想角度αを変更しながら、前記検出位相設定ステップ、前記画像検出ステップおよび前記合焦ピーク位置検出ステップを繰り返す、請求項６に記載の校正治具配置方法。
前記第１画像に対して前記合焦ピーク位置を示す第１マーク画像を重畳させ、前記第２画像に対して前記合焦ピーク位置を示す第２マーク画像を重畳させる重畳ステップをさらに含む、請求項６または請求項７に記載の校正治具配置方法。
前記位相ずれ決定ステップの後、前記位相ずれの角度を前記仮想角度αとして用いた場合の前記第１画像または前記第２画像における前記合焦ピーク位置に基づいて、前記画像検出光学系に対する前記校正治具の前記光軸方向の相対位置を調整する調整ステップをさらに含む、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の校正治具配置方法。
所定のパターン形状の校正面を有する校正治具を用いて校正される焦点距離可変レンズ装置であって、
液体共振式レンズを含み、前記液体共振式レンズに入力される駆動信号に応じて前記校正治具に対する合焦位置が周期的に変化する画像検出光学系と、
前記校正面が前記画像検出光学系の光軸方向および前記光軸方向に直交する第１方向のそれぞれに対して交差するように、前記校正治具が載置されるステージと、
前記駆動信号の位相について、前記駆動信号に対する前記合焦位置の変動波形の位相ずれとしての仮想角度αに対して所定角度を加えた第１検出位相と、前記第１検出位相に対して１８０°異なる第２検出位相とを設定する検出位相設定部と、
前記画像検出光学系を通して、前記第１検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の第１画像と、前記第２検出位相に対応する前記合焦位置で合焦した前記校正面の第２画像とをそれぞれ検出する画像検出部と、
前記第１画像および前記第２画像のそれぞれで、前記第１方向に対応するＸ軸において合焦度がピークを示す合焦ピーク位置を検出し、前記第１画像の前記合焦ピーク位置と前記第２画像の前記合焦ピーク位置とが一致する場合の前記仮想角度αを、前記位相ずれの角度として決定する合焦分析部と、を備える、焦点距離可変レンズ装置。