JP6274794B2 - 情報処理装置、情報処理方法、プログラム、及び画像測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば測定や観察等のために被写体の画像を撮影する際に利用可能な情報処理装置、情報処理方法、プログラム、及び画像測定装置に関する。

被写体を撮影して得られる画像をコンピュータにより処理して、観察や測定等を行うシステムが知られている。例えば顕微鏡により得られた拡大画像を用いた検査や、ＣＮＣ（Computer Numerical Control）による測定等において、そのようなシステムが用いられる。

特許文献１には、生物顕微鏡等によって得られる被検体の拡大像を写真撮影する顕微鏡写真撮影システムが記載されている。このシステムでは、まず目視によりフォーカシングと視野の決定が行われる。その後、粗フォーカス動作と密フォーカス動作からなる２段階オートフォーカス動作が実行される。まず粗フォーカス動作により、広い走査範囲が大まかに走査され大凡のフォーカスポイントが検出される。次に密フォーカス動作により、大凡のフォーカスポイントを含む狭い走査範囲が走査され、正確なフォーカスポイントが検出される。このような２段階オートフォーカス動作を実行することにより、オートフォーカス動作に必要な時間が短縮化されている（特許文献１の段落［０００１］［００１８］［００４３］等）。

特開平１０−４８５０６号公報

特許文献１に記載の技術では、その図６に示すように、粗フォーカスによる第１の操作幅Ｗ１にコントラストのピーク値Ｐ１が現れない場合に、さらに第１の操作幅Ｗ１にて他の範囲が走査される。すなわち最初の走査が無駄となり、その走査の分だけオートフォーカスに費やされる時間が長くなる。例えばこのような状況を回避できる、合焦位置を高速に算出可能な技術が求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、合焦位置を高速に算出することを可能とする情報処理装置、情報処理方法、プログラム、及び画像測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る情報処理装置は、取得部と、第１の算出部と、第２の算出部とを具備する。
前記取得部は、所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能な撮像装置により、前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得する。
前記第１の算出部は、手動により前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の第１の合焦位置を算出可能である。
前記第２の算出部は、前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である自動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記探索範囲内の第２の合焦位置を算出可能である。

この情報処理装置では、手動により焦点位置が移動されながら撮影された手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、第１の合焦位置が算出される。そして第１の合焦位置を基準とした探索範囲内にて、自動により焦点位置が移動されながら撮影された自動被写体画像群をもとに、第２の合焦位置が算出される。これにより自動で焦点位置を移動させる走査において、無駄な走査の発生を十分に抑えることが可能となり、合焦位置を高速で算出することが可能となる。

前記情報処理装置は、さらに、駆動部を具備してもよい。
前記駆動部は、前記焦点位置を前記所定の範囲内にて移動させることが可能である。
この場合、前記駆動部は、前記焦点位置を前記探索範囲のいずれかの端点まで第１の速度で移動させ、前記探索範囲内にて前記第１の速度よりも小さい第２の速度で前記焦点位置を移動させてもよい。
このように高速で探索範囲の端点まで焦点位置が移動され、低速で探索範囲内の自動的な走査が実行される。これにより合焦位置を高速で算出することが可能となる。

前記情報処理装置は、さらに、操作入力部を具備してもよい。
前記操作入力部には、ユーザの指示が入力される。
この場合、前記第１の算出部は、前記ユーザが手動により前記焦点位置を移動させる操作をもとに前記第１の合焦位置を算出してもよい。また前記第２の算出部は、前記操作入力部を介した前記ユーザからのオートフォーカスの指示をもとに前記第２の合焦位置を算出してもよい。
このように第１の合焦位置が算出され探索範囲が定まった状態で、オートフォーカスの指示が入力されてもよい。これによりオートフォーカスに費やされる時間を十分に短くすることが可能となる。

前記情報処理装置は、さらに、判定部を具備してもよい。
前記判定部は、前記第１の合焦位置の算出から所定の時間が経過するまでに、前記オートフォーカスの指示が入力されない場合に、前記第１の合焦位置を無効と判定する。
例えば第１の合焦位置が算出された後に、被写体の交換や撮影条件の変更等が行われる可能性がある。その場合、当該第１の合焦位置を基準としたオートフォーカスは無駄となる可能性が高い。本発明のように所定の時間が経過した後は第１の合焦位置を無効とすることで、そのような無駄なオートフォーカスを回避することが可能となる。

前記第１の算出部は、前記手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内におけるコントラストのピーク値を算出し、前記ピーク値に対応する前記焦点位置を前記第１の合焦位置として算出してもよい。この場合、前記判定部は、前記コントラストのピーク値を所定の割合で減衰させ、前記減衰されたピーク値が所定の閾値よりも小さくなるまでの時間を、前記所定の時間として設定してもよい。
このようにピーク値を所定の割合で減衰させることで、第１の合焦位置の有効性が判定されてもよい。これにより判定の基準となる上記の所定の時間を、ピーク値の大きさに基づいたものとすることできる。

前記第１の算出部は、前記手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の前記焦点位置と前記コントラスト情報との関係を表す関数を算出し、前記関数のピーク値を前記コントラストのピーク値として算出してもよい。
例えばモデル関数へのフィッティングを実行して、上記の関数を算出し、関数のピーク値をコントラストのピーク値として算出してもよい。

前記情報処理装置は、さらに、記憶部を具備してもよい。
前記記憶部は、複数の領域に分割された算出用マップを記憶する。
この場合、前記第１の算出部は、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの前記第１の合焦位置である分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出してもよい。
この情報処理装置では、複数の領域に分割された算出用マップが用いられる。算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域が設定される。そして各分割領域のコントラスト情報をもとに、分割領域ごとの第１の合焦位置である分割合焦位置が算出される。第１の算出部は、これらの分割合焦位置の情報をもとに被写体画像全体の第１の合焦位置を算出する。このように複数の分割領域ごとに分割合焦位置を算出することで、高い精度で第１の合焦位置を算出することが可能となる。

前記第１の算出部は、前記複数の分割領域のうち、前記第１の合焦位置の算出の基準となる前記被写体画像内の基準領域と重なり合う前記分割領域を算出対象領域として、前記算出対象領域ごとの前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出してもよい。
このように基準領域と重なり合う算出対象領域として設定され、これらの領域の分割合焦位置の情報をもとに第１の合焦位置が算出されてもよい。これにより高い精度で第１の合焦位置を算出することが可能となる。

前記第１の算出部は、前記算出対象領域の前記基準領域に重なる範囲の大きさと、前記算出対象領域のコントラスト情報とをもとに重み付けを行い、前記第１の合焦位置を算出してもよい。
これにより高い精度で第１の合焦位置を算出することが可能となる。

前記情報処理装置は、さらに、駆動部を具備してもよい。
前記駆動部は、前記焦点位置を前記所定の範囲内にて移動させることが可能である。
この場合、前記駆動部は、前記焦点位置を前記探索範囲のいずれかの端点まで第１の速度で移動させ、前記探索範囲内にて前記第１の速度よりも小さい第２の速度で前記焦点位置を移動させてもよい。

前記撮影装置は、前記被写体が載置される載置面に沿う２次元内の任意の撮影位置で前記被写体を撮影することが可能であってもよい。この場合、前記駆動部は、前記撮影位置を前記２次元内にて移動させることが可能であってもよい。また前記算出用マップは、前記被写体画像の撮影範囲よりも大きい範囲で前記撮影範囲を含む位置に設定され、その設定位置が前記撮影位置の移動に応じて移動されてもよい。
この情報処理装置では、被写体が載置される載置面に沿う２次元内において、撮影位置を任意に移動させて撮影を行うことができる。算出用マップは、被写体画像の撮影範囲を含む位置に設定され、その設定位置が撮影位置の移動に応じて移動される。これにより撮影位置が移動された場合でも、その位置における合焦位置を高速で算出することが可能となる。

前記記憶部は、前記算出用マップの領域ごとに、当該領域に対応する前記被写体画像の分割領域のコントラスト情報及び分割合焦位置の情報を記憶してもよい。この場合、前記第１の算出部は、前記撮影位置が移動された場合に、移動前に記憶された前記算出用マップの領域ごとの前記コントラスト情報及び前記分割合焦位置情報を参照して、移動後の前記被写体画像の分割領域の前記分割合焦位置を算出してもよい。
例えば撮影位置を移動させながら被写体を撮影する場合、その撮影ごとに分割領域のコントラスト情報及び分割合焦位置が記憶される。そうすると移動後の分割領域が、移動前の算出用マップの設定範囲に含まれる場合があり得る。この場合、その分割領域に対応する算出用マップの領域について、移動前にコントラスト情報及び分割合焦位置が記憶されている場合がある。このような場合に、この移動前に記憶された情報を用いることで、短い時間で移動後の分割合焦位置の算出が可能となる。

本発明の一形態に係る情報処理方法は、コンピュータにより実行される情報処理方法であって、所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能な撮像装置により、前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得することを含む。
手動により前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の第１の合焦位置が算出される。
前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である自動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記探索範囲内の第２の合焦位置が算出される。

本発明の一形態に係るプログラムは、コンピュータに以下のステップを実行させる。
所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能な撮像装置により、前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得するステップ。
手動により前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の第１の合焦位置を算出するステップ。
前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である自動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記探索範囲内の第２の合焦位置を算出するステップ。

本発明の一形態に係る画像測定装置は、撮像部と、上記取得部と、上記第１の算出部と、上記第２の算出部とを具備する。
前記撮像部は、所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能である。

本発明の他の形態に係る情報処理装置は、取得部と、記憶部と、設定部と、算出部とを具備する。
前記取得部は、所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能な撮像装置により、前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得する。
前記記憶部は、複数の領域に分割された算出用マップを記憶する。
前記設定部は、前記複数の被写体画像のそれぞれに、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域を設定する。
前記算出部は、前記被写体画像ごとに設定された前記複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの前記所定の範囲内の合焦位置である分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに、前記被写体画像の前記所定の範囲内の合焦位置を算出する。

この情報処理装置では、複数の領域に分割された算出用マップが用いられる。算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域が設定される。そして各分割領域のコントラスト情報をもとに、分割領域ごとの合焦位置である分割合焦位置が算出される。第１の算出部は、これらの分割合焦位置の情報をもとに被写体画像全体の合焦位置を算出する。このように複数の分割領域ごとに分割合焦位置を算出することで、高い精度で合焦位置を算出することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、合焦位置を高速に算出することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像測定装置の構成例を示す模式的な図である。 図１に示すＰＣ本体の構成例を示す模式的なブロック図である。 手動によるサーチ範囲の位置の調整について説明するための図である。 第１の合焦位置及び予測サーチ範囲の設定について説明するための図である。 本実施形態に係るＡＦの動作を説明するための図である。 予測サーチ範囲にフォーカス位置がない場合の動作を説明するための図である。 予測サーチ範囲にフォーカス位置がない場合の動作を説明するための図である。 第１の合焦位置の有効性の判定方法の一例を説明するための図である。 手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとにした、第１の合焦位置の算出の概要を説明するための写真及び図である。 手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとにした、第１の合焦位置の算出の概要を説明するための写真及び図である。 複数の分割領域の設定を説明するための図である。 分割領域情報を説明するための図である。 分割領域情報の更新の一例を示すフローチャートである。 コントラストマップの移動を説明するための図である。 コントラストマップの移動を説明するための図である。 コントラストマップの移動を説明するための図である。 分割領域情報を用いた第１の合焦位置の算出例を説明するための図である。 比較例として挙げるＡＦを説明するための図である。 比較例として挙げるＡＦを説明するための図である。 本実施形態に係るＡＦを実行した際の処理時間の一例を示すグラフである。 本実施形態に係るＡＦを実行した際の処理時間の一例を示すグラフである。 本実施形態に係るＡＦを実行した際の処理時間の一例を示すグラフである。 本実施形態に係るＡＦを実行した際の処理時間の一例を示すグラフである。 比較例として挙げるＡＦの処理時間を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［画像測定装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る画像測定装置の構成例を示す模式的な図である。画像測定装置３００は、非接触型の画像測定機１００と、この画像測定機１００を駆動制御すると共に必要なデータ処理を実行するＰＣ（Personal Computer）２００とを有する。ＰＣ２００は、本実施形態に係る情報処理装置として機能する。なお本実施形態に係る情報処理装置として、ＰＣ以外のコンピュータが用いられてもよい。

画像測定機１００は、試料移動手段である架台１１１と、架台１１１上に載置されるステージ１１２と、ステージ１１２の上方に配置される撮像ユニット１１４とを有する。

架台１１１はベース部１１５を有し、ベース部１１５は、第１の方向（Ｘ軸方向）を短手方向とし、第１の方向に直交する第２の方向（Ｙ軸方向）を長手方向とする主面１１６を有する。ベース部１１５の２つの長辺部には、上方（Ｚ軸方向）に延在する２つの支柱部１１３ａ及び１１３ｂが設置される。２つの支柱部１１３ａ及び１１３ｂの間には、Ｘ軸方向に延在するガイド部１１３ｃが設置される。

ステージ１１２は、被測定対象となるワーク３が載置される載置面１１７を有し、この載置面１１７が水平方向と平行となるように架台１１１の主面１１６上に載置される。架台１１１の主面１１６には、ステージ１１２をＹ軸方向に移動させる図示しないＹ軸駆動機構が備えられている。ＰＣ２００によりＹ軸駆動機構が制御されることで、ステージ１１２がＹ軸方向に沿って移動される。Ｙ軸駆動機構の構成は限定されず、適宜設計されてよい。

撮像ユニット１１４は、２本の支柱部１１３ａ及び１１３ｂの間に設置されたガイド部１１３ｃに取り付けられる。ガイド部１１３ｃには、図示しないＸ軸駆動機構が備えられている。ＰＣ２００によりＸ軸駆動機構が制御されることで、撮像ユニット１１４がＸ軸方向に沿って移動される。Ｘ軸駆動機構の構成は限定されず、適宜設計されてよい。

撮像ユニット１１４には、撮像装置（撮像部）として機能するカメラ１１８が、ステージ１１２と対向するように装着される。カメラ１１８としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Devices）センサ等を有するものが用いられる。その他のカメラが用いられてもよい。

カメラ１１８は、ワーク３を被写体として、その被写体画像を撮影することが可能である。カメラ１１８は、光軸方向であるＺ軸方向（合焦軸方向）に移動可能に設けられており、所定の範囲内の任意の焦点位置でワーク３の被写体画像を撮影することが可能である。撮像ユニット１１４には、カメラ１１８をＺ軸方向に移動させる図示しないＺ軸駆動機構が備えられている。ＰＣ２００によりＺ軸駆動機構が制御されることで、カメラ１１８がＺ軸方向に沿って移動される。これによりカメラ１１８の焦点位置が移動される。

Ｚ軸方向へカメラ１１８を移動させて焦点位置を移動させることは、マウス等を介したユーザの操作をもとに実行されてもよいし、例えばオートフォーカス（Auto Focus：以下ＡＦと記載する）の指示等により自動的に実行されてもよい。ユーザの操作をもとにした焦点位置の移動は、手動による焦点位置の移動に相当する。ＡＦの指示等に基づいたＰＣ２００の制御による焦点位置の移動は、自動による焦点位置の移動に相当する。

画像測定機１００の種類は限定されない。ワーク３を撮影することで得られる被写体画像を用いて測定や観察等を実行するものであり、手動及び自動により焦点位置を移動可能な機器であれば、どのような機器が用いられてよい。例えばＣＮＣ画像測定機、ＣＮＣ三次元測定機等の画像プローブ、硬さ試験機等が挙げられる。また光学顕微鏡で得られた拡大像をデジタルカメラにより撮影するデジタル顕微鏡においても本発明は適用可能である。

図１に示す例では、撮像ユニット１１４がＸ軸方向に駆動され、ステージ１１２がＹ軸方向に駆動される。これによりカメラ１１８の撮影位置をステージ１１２の載置面１１７に対して、ＸＹ平面方向で相対的に移動させることが可能となる。すなわち本画像測定機器１００では、カメラ１１８により、ワーク３が載置される載置面１１７に沿う２次元内の任意の撮影位置で、ワーク３を撮影することが可能である。ここで撮影位置とは、カメラ１１８により撮影される撮影範囲の位置であり、撮影範囲に含まれる領域の画像が、被写体画像として撮影される。

カメラ１１８の撮影位置をＸＹ平面方向で移動させるための構成は限定されない。例えばステージ１１２がＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ駆動可能であってもよい。また撮像ユニット１１４がＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ駆動可能であってもよい。あるいはステージ１１２及び撮像ユニット１１４がともにＸＹ平面方向に駆動可能であり、相対的な位置関係が適宜制御されてもよい。

ＰＣ２００は、ＰＣ本体２２１と、キーボード２２２と、ジョイスティックボックス（以下、Ｊ／Ｓと記載する）２２３と、マウス２２４と、ディスプレイ２２５と、プリンタ２２６とを有する。キーボード２２２、Ｊ／Ｓ２２３、及びマウス２２４は、ユーザの指示が入力される操作入力部として機能する。ディスプレイ２２５は、表示部として機能し、例えば液晶、ＥＬ（Electro-Luminescence）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いた表示デバイスである。プリンタ２２６は、例えば測定結果等をプリントアウトすることが可能である。

図２は、ＰＣ本体２２１の構成例を示す模式的なブロック図である。ＰＣ本体２２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２３５、ＲＯＭ（Read Only Member）２３６、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３７、画像メモリ２３８、表示制御部２３９を有する。またＰＣ本体２２１は、画像測定機１００やキーボード２２２、又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）２４０等と接続される各種のＩ／Ｆ（インタフェース）２４１−２４５を有する。

カメラ１１８から転送され入力される撮影されたワーク３の被写体画像の情報は、Ｉ／Ｆ２４１を介して多値画像として画像メモリ２３８に格納される。画像情報は、例えば汎用のデジタルシリアル通信線としてのＵＳＢケーブル及びＵＳＢポートを介して転送される。

ＣＡＤ（Computer Aided Design）データによるオフラインティーチングが実行される場合は、図示しないＣＡＤシステムにより作成されるワーク３のＣＡＤデータが、Ｉ／Ｆ２４２を介してＣＰＵ２３５に入力される。ＣＰＵ２３５に入力されたＣＡＤデータは、例えばＣＰＵ２３５にてビットマップ等の画像情報に展開された後、画像メモリ２３８に格納される。この画像メモリ２３８に格納された画像情報は、表示制御部２３９を介してディスプレイ２２５に表示される。

キーボード２２２、Ｊ／Ｓ２２３及びマウス２２４から入力されるコード情報や位置情報等は、Ｉ／Ｆ２４４を介してＣＰＵ２３５に入力される。ＣＰＵ２３５は、ＲＯＭ２３６に格納されたマクロプログラム、及びＨＤＤ２４０からＩ／Ｆ２４５を介してＲＡＭ２３７に格納された各種プログラムに従って、測定実行処理や測定結果の表示処理等を実行する。各種プログラムには、例えば測定実行プログラムや測定結果表示プログラム等、及び本発明に係る情報処理方法を実行するためのプログラムが含まれる。

ＣＰＵ２３５は、上記の測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ２４３を介して画像測定機１００を駆動制御することが可能である。例えば、ユーザの操作によりＪ／Ｓ２２３やマウス２２４から入力された入力情報に基づき、画像測定機１００のＸ，Ｙ軸駆動機構が制御されて、ステージ１１２や撮像ユニット１１４がＸ、Ｙ軸方向に相対的に移動される。

ステージ１１２や撮像ユニット１１４が移動した位置において、手動又は自動によりＺ軸駆動機構が制御されてカメラ１１８がＺ軸方向に沿って移動される。そして焦点が合ったフォーカス位置に焦点位置が合わせられる。フォーカス位置によりワーク３が撮影されることで、新たな撮影範囲内のワーク３の被写体画像がディスプレイ２２５に表示される。このフォーカス位置の算出については、後に詳しく説明する。

なお、ＨＤＤ２４０は、上記各種プログラムやデータ等を格納する記録媒体であり、ＲＡＭ２３７は、各種プログラムを格納する他、各種処理におけるＣＰＵ２３５のワーク領域を提供する。ＨＤＤ２４０、ＲＯＭ２３６、ＲＡＭ２３７等は、本実施形態おいて記憶部に相当する。なおプログラムは、インターネット等のネットワークを介して、ＰＣ２００にインストールされてもよい。

またＰＣ２００は、例えばカメラ１１８に対してフレームレートを指定する信号や図示しない照明装置の光量を指定する信号等を送信することが可能である。カメラ１１８は、照明装置から光を照射されたワーク３をＰＣ２００により指定されたフレームレートで撮影し、撮影した画像情報を上述したようにＵＳＢケーブル等を介してバルク転送によりＰＣ２００に転送する。この際、画像測定機１００が有する図示しない位置制御部等により、カメラ１１８の位置情報がＰＣ２００に送信されてもよい。なお照明装置としては、種々の照明が使用可能であり、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が用いられる。

本実施形態では、カメラ１１８の位置が移動されることで、焦点位置が移動される。しかしながら焦点位置の移動はこれに限定されない。例えばカメラ１１８に設けられたレンズ等の光学系を調整することで、焦点位置が移動されてもよい。画像測定機１００としてデジタル顕微鏡が用いられる場合には、光学顕微鏡の光学系が調整されることで、焦点位置が移動されてもよい。すなわち被写体画像の焦点位置を移動させる方法及びそのための構成は限定されない。

図２に模式的に示すように、本実施形態では、所定のプログラムに従って動作するＣＰＵ２３５により、取得部２５０、第１の算出部２５１、第２の算出部２５２、駆動部２５３、及び判定部２５４が実現される。これらの各ブロックにより、以下に示す本実施形態に係る情報処理方法が実行される。すなわちＰＣ２００による情報処理は、ＨＤＤ２４０等に記憶されたソフトウェアと、ＰＣ２００のハードウェア資源との協働により実現される。なお取得部２５０等の各ブロックを実現するために専用のハードウェアが用いられてもよい。

［画像測定装置の動作］
本実施形態に係る画像測定装置３００の動作として、フォーカス位置の算出について説明する。図３−図８は、Ｚ軸方向におけるカメラ１１８の移動、及びそれにともなうフォーカス位置の算出について説明するための図である。以下の説明では、Ｚ軸方向におけるカメラ１１８の移動が、焦点位置の移動に相当する。またカメラ１１８の移動範囲が、焦点位置の移動範囲に相当する。

図３に示すように、カメラ１１８は、所定の範囲としての移動可能範囲１２０内にて、移動可能に構成されている。またカメラ１１８の位置１２１を基準として、サーチ範囲１２２が設定される。サーチ範囲１２２は、ＡＦが実行される際に、フォーカス位置がサーチされる範囲である。すなわちユーザからＡＦの指示が入力された場合、サーチ範囲１２２内でカメラ１１８が自動的に移動されてフォーカス位置がサーチされる。

本実施形態では、サーチ範囲１２２は、カメラ１１８の位置１２１を基準として上方及び下方に所定の大きさで設定される。すなわちＺ軸方向の上向きをプラスとして、±Ｌｍｍの範囲が、サーチ範囲１２２として設定される。サーチ範囲１２２の大きさ（Ｌｍｍの大きさ）は、焦点深度等をもとに適宜設定されてよい。Ｚ軸方向においてカメラ１１８が移動すると、それにともなってサーチ範囲１２２も移動する。

サーチ範囲１２２にフォーカス位置が含まれるように、ユーザが手動により（マウス等を操作することで）、カメラ１１８の位置１２１を移動させる。すなわちユーザの手動により、ＡＦが開始される位置までカメラ１１８が移動される。ユーザは、カメラ１１８により撮影された被写体画像をディスプレイ２２５で確認しながら、フォーカス位置に向かってカメラ１１８を移動させる。

例えば図３に示すように、Ｚ軸方向の所定の位置にフォーカス位置Z_focusがあるとする。そしてユーザが、フォーカス位置Z_focusよりも上方の位置Ａから下方に向けてカメラ１１８を移動させるとする。ユーザは、位置Ａからフォーカス位置Z_focusを通り過ぎた位置Ｂまでカメラ１１８を移動させる。そして位置Ｂからフォーカス位置Z_focusに向けて上方に再びカメラ１１８を移動させる。そしてフォーカス位置Z_focusを通り過ぎた位置Ｃにカメラ１１８を移動させる。このようにしてＡＦが開始される位置（位置Ｃ）まで、カメラ１１８の位置１２１が手動で設定される。

本実施形態では、この手動によるカメラ１１８の位置１２１の調整が行われている際に、取得部２５０により、カメラ１１８の位置１２１が移動可能範囲１２０内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像２６０が取得される。この複数の被写体画像２６０は、手動により焦点位置が所定の範囲内にて移動されて撮影された複数の被写体画像に相当する。

これらの手動による調整時に撮影された複数の被写体画像２６０は、手動被写体画像群２６５に含まれる画像となる。図３及び図４に示す例では、Image0−Image5までの被写体画像２６０が、手動被写体画像群２６５に含まれる画像となる。

本実施形態では、手動被写体画像群２６５を対象に予測ＡＦが実行される。予測ＡＦでは、第１の算出部２５１により、手動被写体画像群２６５の各コントラスト情報をもとに、移動可能範囲１２０内の第１の合焦位置１２５が算出される（フォーカス・ロックオン）。

本実施形態では、撮像ユニット１１４から被写体画像２６０が入力されるたびに、常時予測ＡＦが実行され、第１の合焦位置１２５が探索される。すなわち図４に示す例では、位置Ａにて撮影されたImage0の被写体画像２６０が入力された時点で予測ＡＦが開始される。そしてフォーカス位置Z_focusを超えて、位置Ｂにて撮影されたImage5の被写体画像２６０が入力された時点で、第１の合焦位置１２５が算出される。第１の合焦位置１２５の算出には、コントラストのピーク値等が用いられるが、この点は後述する。

なお位置Ｂから位置Ｃまでカメラ１１８が移動するときに撮影された被写体画像２６０に対しても、予測ＡＦが継続して実行されてもよい。例えばフォーカス位置Z_focusを超えて撮影されたImage5からImage3までの被写体画像２６０が入力された時点で、第１の合焦位置１２５が再度算出されてもよい。このように被写体画像２６０の入力ごとに常時予測ＡＦが実行されてもよいし、例えば第１の合焦位置が算出された時点で予測ＡＦが終了されてもよい。常時予測ＡＦが実行されることで、高い精度で第１の合焦位置を算出することが可能となる。一方、途中で予測ＡＦを終了させることで、演算量の低減や処理時間の短縮を図ることが可能となる。

予測ＡＦのために手動被写体画像群２６５が取得される際には、各画像２６０のコントラスト値が算出される。コントラスト値は、各画像２６０のコントラスト情報をもとに算出されるコントラストの評価値である。コントラスト値は、被写体画像２６０の各画素の輝度値をもとに算出されるが、その算出方法は限定されない。例えば隣接する画素の輝度値の差の総和によりコントラスト値が算出されてもよい。あるいは、輝度値の絶対値の総和や、被写体画像２６０の周波数成分をもとにコントラスト値が算出されてもよい。その他、任意の方法でコントラスト値は算出されてもよい。なお全ての画素の輝度値の情報が用いられず、間引いたデータが用いられてもよい。

算出されたコントラスト値をもとに、第１の合焦位置１２５が算出される。本実施形態では、各コントラスト値をもとに、移動可能範囲１２０内におけるコントラストのピーク値が算出される。そしてコントラストのピーク値に対応するカメラ１１８の位置（焦点位置）が第１の合焦位置として算出される。第１の合焦位置１２５は、おおよそのフォーカス位置Z_focusとみなすことができる。

コントラストのピーク値として、例えば最もコントラスト値が高い被写体画像２６０の、そのコントラスト値がそのまま用いられる。すなわち被写体画像２６０ごとに算出されたコントラスト値のうち、最も高いコントラスト値がコントラストのピーク値として算出される。この場合、最もコントラスト値が高い被写体画像２６０が撮影されたときのカメラ１１８の位置１２１が第１の合焦位置１２５として算出される。この算出の際に、最もコントラスト値が高い被写体画像２６０の前後に、コントラスト値が低い被写体画像２６０が撮影されたか否かが判定されてもよい。そのようなコントラスト値が低い被写体画像２６０が前後に撮影されたと判定された場合に、第１の合焦位置１２５が算出されてもよい。

図４に示す例では、Image0からImage5までの被写体画像２６０が取得された際に、Image4の被写体画像２６０のコントラスト値がコントラストのピーク値として算出される。そしてImage4の被写体画像２６０が撮影されたときのカメラ１１８の位置１２１が第１の合焦位置１２５として算出される。なおカメラ１１８が位置Ｂから位置Ｃまで移動する際に再度第１の合焦位置１２５が算出される際にも、同様の処理が実行されればよい。

あるいはコントラストのピーク値を算出するために、モデル関数へのフィッティングが実行されてもよい。モデル関数へのフィッティングにより、移動可能範囲１２０内の焦点位置とコントラスト値との関係を表す関数が算出される。そしてその関数のピーク値がコントラストのピーク値として算出されてもよい。モデル関数へのフィッティングとしては、例えば最小二乗法を用いたガウス関数のフィッティング等が挙げられるが、それに限定されない。

第１の合焦位置１２５が算出されると、算出された第１の合焦位置１２５を基準とした探索範囲として、予測サーチ範囲１２７が設定される。予測サーチ範囲１２７は、第１の合焦位置１２５を中心として上方及び下方に所定の大きさで設定される。すなわちＺ軸方向の上向きをプラスとして、±Ｎｍｍの範囲が、予測サーチ範囲１２７として設定される。

予測サーチ範囲１２７の大きさ（Ｎｍｍの大きさ）は、焦点深度等をもとに適宜設定されてよい。例えば焦点深度が狭い光学系の場合、第１の合焦位置１２５から近い範囲に、フォーカス位置Z_focusがあると考えられる。従ってこの場合、予測サーチ範囲１２７は小さく設定される。例えば焦点深度が広い光学系の場合、フォーカス位置Z_focusは、比較的広い範囲内にあると考えらえるので、予測サーチ範囲１２７は大きく設定される。

このように本実施形態では、ユーザによる手動の調整中に、予測ＡＦが実行される。そして第１の合焦位置１２５及び予測サーチ範囲１２７が設定される。ユーザの調整が終了し、カメラ１１８の位置１２１がＡＦが開始される位置まで移動されると、ユーザからのＡＦの指示が入力される。なお、被写体画像２６０のコントラスト値は常に監視されている状態で、ＡＦの指示が入力されたときに、第１の合焦位置１２５及び予測サーチ範囲１２７が設定されてもよい。

図５に示すように、ＡＦの指示が入力されると、駆動部２５３により、カメラ１１８の位置１２１が、予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８に大きい速度である第１の速度Ｖmax1で移動される。予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８とは、予測サーチ範囲１２７のいずれかの端点である。典型的には、ＡＦの指示が入力された際のカメラ１１８の位置１２１に近い方の端点が、予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８として設定される。

そして駆動部２５３により、カメラ１１８の位置１２１が、予測サーチ範囲１２７にて第１の速度よりも小さい第２の速度Ｖ１で移動される。小さい速度である第２の速度Ｖ１によりサーチを実行することで、高い精度でフォーカス位置Z_focusを算出することが可能となる。なお第１の速度Ｖmax1及び第２の速度Ｖ１は、焦点深度等をもとに、適宜設定されてよい。

予測サーチ範囲１２７のサーチのために、取得部２５３により、第１の合焦位置１２５を基準とした予測サーチ範囲１２７内にて、自動によりカメラ１１８の位置１２１が移動されながら撮影された複数の被写体画像２７０が取得される。この複数の被写体画像２７０は、第１の合焦位置を基準とした予測サーチ範囲１２７内にて、自動により焦点位置が移動されながら撮影された複数の被写体画像に相当する。

ＡＦ時に撮影された複数の被写体画像２７０は、自動被写体画像群２７５に含まれる画像となる。図５に示す例では、Image2−Image6までの被写体画像２７０が、自動被写体画像群２７５に含まれる画像となる。なおImage0及びImage1の被写体画像２７０もフォーカス位置Z_focusの算出に用いられてもよい。

第２の算出部２５２により、自動被写体画像群２７５の各コントラスト情報をもとに、予測サーチ範囲１２７内の第２の合焦位置１３０が算出される。すなわち自動被写体画像群２７５の各コントラスト情報をもとに、コントラストのピーク値が算出される。そしてコントラストのピーク値に対応するカメラ１１８の位置１２１が第２の合焦位置として算出される。この第２の合焦位置１３０が、フォーカス位置Z_focusとして算出される。

コントラスト値、及びピーク値の算出方法は限定されず、上記で説明した方法等が適宜用いられてよい。典型的には、第２の合焦位置１３０の算出には、モデル関数へのフィッティングが実行され、その関数のピーク値が用いられる。もちろん最もコントラスト値が高い被写体画像２７０が撮影されたカメラ１１８の位置１２１が、第２の合焦位置１３０として算出されてもよい。

図５に示す例では、Image6の被写体画像２７０が撮影されたときに、コントラストのピーク値が算出されている。そしてImage6の被写体画像２７０の撮影時にてカメラ１１８の移動が停止される。なおピーク値が算出された時点にて、カメラ１１８の移動が停止されてもよい。これにより処理時間を短縮することが可能である。例えはモデル関数のパラメータを算出するために必要な数のコントラスト値が算出された時点で、カメラ１１８の移動が停止される。

このように本実施形態に係るＰＣ２００では、手動によりカメラ１１８の位置（焦点位置）が移動されながら撮影された手動被写体画像群２６５の各コントラスト情報をもとに、第１の合焦位置１２５が算出される。そして第１の合焦位置１２５を基準とした予測サーチ範囲１２７内にて、自動によりカメラ１１８の位置１２１が移動されながら撮影された自動被写体画像群２７５をもとに、第２の合焦位置１３０が算出される。これにより自動でカメラ１１８の位置を移動させる走査において、無駄な走査の発生を十分に抑えることが可能となり、フォーカス位置Z_focusを高速で算出することが可能となる。

また第１の合焦位置１２５が算出され予測サーチ範囲１２７が定まった状態で、ＡＦの指示が入力されるので、ＡＦに費やされる時間を十分に短くすることが可能となる。

またＡＦにおいては、予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８まで高速にカメラ１１８が移動され、低速で予測サーチ範囲１２７内の自動的な走査が実行される。これによりフォーカス位置Z_focusを高速で又高い精度で算出することが可能となる。また予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８が算出されるので、ユーザからの指示をもとにしたＡＦが行われる際に、最初にカメラ１１８を移動させる方向が決定する。これによりフォーカス位置Z_focusが存在しない方向に最初にカメラ１１８が移動してしまうことを十分に抑えることができる。これによっても高速なフォーカス位置の算出が可能となっている。

なお第１の合焦位置１２５を基準とした予測サーチ範囲１２７として、第１の合焦位置１２５を中心とした所定の大きさの範囲ではなくて、予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８からサーチ範囲１２２の反対側の端点（図５の例では下端１３１）までの範囲が設定されてもよい。

すなわち、まず第１の合焦位置１２５を中心とした所定の大きさの範囲（本実施形態における予測サーチ範囲１２７に相当）が設定され、いずれかの端点が予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８として設定される。そしてその開始位置１２８から、サーチ範囲１２２の反対側の端点までの範囲が予測サーチ範囲として設定されてもよい。これによりさらに広い範囲を操作することが可能となり、高い精度でのフォーカス位置Z_focusが算出可能となる。この場合でも、最初にカメラ１１８を移動させる方向が定まっているので、フォーカス位置Z_focusを高速に算出することが可能である。また多くの場合、サーチ範囲１２２の反対側の端点までカメラ１１８を移動させる前に、第１の合焦位置１２５の近くで、フォーカス位置Z_focusは算出される。

図６及び図７を参照して、予測サーチ範囲１２７内にて、フォーカス位置Z_focusが発見されない場合について説明する。例えば予測サーチ範囲１２７の設定後、ＡＦの指示が入力されるまでに、ワーク３の交換や移動が行われたとする。または照明強度の変更等、撮影条件が変更されたとする。このような場合には、フォーカス位置Z_focusも異なってくるので、変更前に設定された予測サーチ範囲１２７に、フォーカス位置Z_focusが存在しなくなってしまう。

図６に示すように、ＡＦの指示が入力されると、予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８まで、第１の速度Ｖmax1で、カメラ１１８が移動する（Image0及びImage1の被写体画像２７０が撮影される）。そして予測サーチ範囲１２７内を、第２の速度Ｖ１にてカメラ１１８が移動する（Image2−Image6の被写体画像２７０が撮影される）。この予測サーチ範囲１２７にはフォーカス位置Z_focusがないので、コントラストのピーク値は算出されない。例えばコントラスト値の算出のための閾値が適宜設定されており、その閾値よりも大きいコントラスト値が算出されない場合には、ピーク値は算出されない。

予測サーチ範囲１２７内にてピーク値が算出されないので、第２の速度Ｖ１のまま、サーチ範囲１２７の下端１３１までサーチが実行される。図６に示す例では、その範囲にもフォーカス位置Z_focusがないので、カメラ１１８は下端１３１まで移動した後停止する。なお予測サーチ範囲１２７の下端にてカメラ１１８が停止されてもよいが、サーチ範囲１２２の下端１３１までそのままカメラ１１８を移動させることで、効率的にフォーカス位置Z_focusを算出することが可能となる。

図７に示すように、サーチが不調に終わった場合には、予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８まで、第１の速度Ｖmax1でカメラ１１８が移動する。そしてその位置からサーチ範囲１２２の上端１３２まで、第２の速度Ｖ１でカメラが移動する。そしてその際に撮影されたImage12−Image24までの被写体画像２７１の各コントラスト情報をもとに、コントラストのピーク値が算出される。

図７に示す例では、Image24の被写体画像２７１が撮影された時点で、コントラストのピーク値が算出される。そしてフォーカス位置Z_focusが算出される。処理時間の短縮のために、カメラ１１８がサーチ範囲１２２の上端１３２に到着する前に、割り込みで移動が停止される。このように予測サーチ範囲１２７でのサーチが不調に終わった場合でも、ＡＦを成功させることが可能である。なお、手動の調整後にワークを変更して、ＡＦを指示するといったことはほとんどないと考えられるので、ここで説明したようなケースは非常に少ない。

予測サーチ範囲１２７のサーチが不調とならないように、本実施形態では、判定部２５４により、第１の合焦位置１２５の有効性が判定される。例えば、第１の合焦位置１２５の算出から所定の時間が経過するまでに、ＡＦの指示が入力されない場合に、第１の合焦位置１２５は無効と判定される。上記したようにフォーカス位置Z_focusが変わってしまうのは、第１の合焦位置１２５が算出された後に、ワーク３の交換等が行われる場合が多い。そのような変更等が行われない場合は、ユーザは手動でカメラ１１８の位置１２１を調整した後に、すみやかにＡＦの指示を入力すると考えられる。この点を考慮して、第１の合焦位置１２５の算出から所定の時間が経過した場合は、ワーク３等の変更等が行われる可能性が高いと判断し、その場合は第１の合焦位置１２５は無効とされる。これにより無駄なサーチを回避することが可能となる。なお所定の時間は適宜設定されてよい。

この所定の時間の設定について、図８に示すように、コントラストのピーク値１３３に基づいた処理が実行されてもよい。すなわちコントラストピーク値１３３が所定の割合で減衰され、その減衰されたピーク値１３３が所定の閾値としてのロックオン閾値１３４よりも小さくなったときに、第１の合焦位置１２５が無効と判定される。コントラストピーク値１３３は、フィッティングされた関数のピーク値でもよいし、最も大きいコントラスト値でもよい。

すなわち図８に示す例では、ピーク値１３３がロックオン閾値１３４よりも小さくなるまでの時間が、所定の時間として設定されている。所定の割合、及びロックオン閾値１３４は任意に設定されてよい。例えは所定の割合として、フレームレート等が採用されてよい。またロックオン閾値１３４として、ピーク値１３３の５０％の値等、ピーク値１３３を基準として値が採用されてもよい。

所定の割合で減衰するピーク値１３３が、第１の合焦位置１２５の信頼度を表すパラメータとして用いられてもよい。例えばロックオン閾値１３４よりも高いピーク値１３３の中で、その値の大きさをもとに、第１の合焦位置１２５の信頼度が判定される。そして第１の合焦位置１２５の信頼度を用いた処理が実行されてもよい。例えば信頼度の情報がユーザに報知され、ＡＦの実行の有無を確認するＧＵＩ（Graphical User Interface）等がディスプレイ２２５に表示されてもよい。

第１の合焦位置１２５が無効となった後は、再び手動による調整時において、カメラ１１８がフォーカス位置Z_focusを通り過ぎたときに、再度第１の合焦位置１２５及び予測サーチ範囲１２７が設定される。

次に、手動被写体画像群２６５の各コントラスト情報をもとにした、第１の合焦位置１２５の算出について、詳細な処理例を説明する。図９及び図１０は、その処理例の概要を説明するための写真及び図である。

図９Ａの写真及び図９Ｂの図に示すように、本実施形態では、被写体画像２６０を分割する複数の分割領域２８０が設定される。その複数の分割領域２８０の各コントラスト情報をもとに、分割領域２８０ごとの第１の合焦位置である分割合焦位置等が算出される。そして分割領域２８０ごとに、分割合焦位置等を含む情報が記憶部に記憶される。被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５が算出される際には、当該分割領域２８０ごとに記憶された情報（以下、分割領域情報と記載する）が適宜用いられる。

例えば図９に示す例では、分割領域２８０を示すセル２８１内に、以下の内容を表す分割領域情報が表示されている。
Ｙ…現在のカメラのＺ位置（焦点位置）での分割領域２８０の明るさ（分割領域２８０内の全画素の輝度平均値であり、例えば8bitの256諧調で表される）
Ｃ…現在のカメラのＺ位置（焦点位置）での分割領域２８０のコントラスト値
Ｃｐ…分割領域２８０における現在までの最大のコントラスト値
Ｚｐ…最大コントラスト値Ｃｐの分割領域２８０が撮像されたカメラのＺ位置（焦点位置）。画像が撮影されたときのカメラのＺ位置であり、段落［０１１０］に示す数式においてＺｃで表される値が用いられる。
Ｗ…図１０に示す基準領域２８２に重なる範囲の大きさによる重み付け係数（後に説明する）

例えばこれらの情報が分割領域情報として記憶される。これらに限定されず他の情報が分割領域情報として記憶されてよい（図１２参照）。

図９の中では、分割領域２８０を表すセル２８１が表示されていない領域２８３がある。この領域２８３は、上記した分割領域情報を算出することが不可能な領域である。例えばコントラスト値が所定の閾値（例えば図８に示すロックオン閾値）よりも低い領域、あるいはＺｐを通り過ぎておらずＣｐ等が確定していない領域等が該当する。図９Ｂにおいて斜線が記載されていない分割領域２８０ａは、図９Ａでは赤色のセルとして表示される。この分割領域２８０ａは、分割合焦位置が算出された領域であり、上記のＺｐが分割合焦位置として確定した領域である。

図９Ｂの右斜め上に伸びる斜線が記載され分割領域２８０ｂは、図９Ａでは黄色のセルとして表示される。この分割領域２８０ｂは、現在のＺ位置より上には分割合焦位置は存在しないと判定された領域である。すなわちＺｐよりも上には分割合焦位置は存在しないが、Ｚｐよりも下には分割合焦位置が存在する可能性があると判定された領域である。従ってこの領域２８０ｂは、分割合焦位置が確定していない領域となる。

図９Ｂの左斜め上に伸びる斜線が記載され分割領域２８０ｃは、図９Ａでは青色のセルとして表示される。この分割領域２８０ｃは、現在のＺ位置より下には分割合焦位置は存在しないと判定された領域である。すなわちＺｐよりも下には分割合焦位置は存在しないが、Ｚｐよりも上には分割合焦位置が存在する可能性があると判定された領域である。従ってこの領域２８０ｃは、分割合焦位置が確定していない領域となる。

被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５が算出される際には、分割合焦位置が確定した赤色のセル（分割領域２８０ａ）の情報が用いられる。なお色の種類は限定されない。

図１０に示すように、被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５が算出される際には、まず第１の合焦位置１２５の算出の基準となる被写体画像２６０内の基準領域２８２が設定される。典型的には、基準領域２８２は、被写体画像２６０の中央に所定のサイズで設定される。この位置に限られず、基準領域２８２は、カメラ視野内の任意の位置に任意のサイズで設定されてよい。この基準領域２８２と重なり合う分割領域２８０が、算出対象領域２８４として設定される。これら算出対象領域２８４ごとの、分割合焦位置の情報を含む分割領域情報をもとに、被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５が算出される。

この際に、算出対象領域２８４の基準領域２８２に重なる領域の大きさと、算出対象領域２８４のコントラスト情報である最大コントラスト値Ｃｐとをもとに、重み付けが行われる。これにより高い精度で第１の合焦位置１２５を算出することが可能となる。上記した重み付け係数のＷは、算出対象領域２８４となるセル全体が基準領域２８２に含まれる場合は、１．０となる。セルの一部が基準領域２８２に含まれる場合は、０．０から１．０までの間の値になる。セルが全く含まれない、すなわち算出対象領域２８４とならない分割領域２８０に対しては、Ｗは０．０となる。Ｗは、重み付け係数が正しく計算されているかをデバッグするための表示機能として利用可能である。

図９及び図１０に示す分割領域２８０及び分割領域情報は、内部処理のために用いられる情報である。従って実際には、ユーザが画像を確認するためのディスプレイには、分割領域２８０を表すセルや分割領域情報は表示されない。もちろんユーザの操作時にこれらの情報が表示されてもよいが、典型的にはデバッグ用の情報として利用される。

手動による調整時には、分割領域２８０ごとの分割領域情報が更新され、ＡＦの指示が入力される前に、第１の合焦位置１２５及び予測サーチ範囲１２７が予め設定される。あるいは、手動による調整時に分割領域情報が更新され、ＡＦの指示が入力された際に、これらの情報をもとに第１の合焦位置１２５及び予測サーチ範囲１２７が設定されてもよい。いずれにしてもＡＦの開始において、カメラの移動方向が設定され、高速にフォーカス位置Z_focusが算出可能となる。

図１１は、複数の分割領域２８０の設定を説明するための図である。図１１に示すように、記憶部には、マシン座標系とコントラストマップ座標系とが記憶されている。マシン座標系とは、ステージ１１２及び撮像ユニット１１４の位置を示すための座標系であり、このマシン座標系をもとに撮影位置２８５の座標が算出される。マシン座標系は、撮影位置２８５が移動可能な範囲を含む範囲で設定される。マシン座標系の座標の単位はｍｍである。

このマシン座標系と、原点、Ｘ軸、及びＹ軸を同じくして、コントラストマップ座標系が設定される。図１１に示すように、マシン座標系が設定される範囲２８６が格子状に分割される。この分割された複数の領域２８７の位置座標を示す座標系として、コントラストマップ座標系が設定される。

このコントラストマップ座標系を基準としてコントラストマップ２８８が設定される。本実施形態では、コントラストマップ２８８は、撮影範囲（カメラの視野）２８９よりも大きい範囲で、撮影範囲２８８を含む位置に設定される。コントラストマップ２８８は、本実施形態において、算出用マップとして機能する。

このコントラストマップ２８８の複数の領域２９０に対応して被写体画像２６０（撮影範囲２８９内の画像）を分割するように分割領域２８０が設定される。図１１では、グレーの色が付された部分が複数の分割領域２８０となる（図９等と比べて分割領域の数は少なく図示されている）。従ってコントラストマップ２８８の複数の領域２９０の大きさ、すなわちコントラストマップ座標系の複数の領域２８７の大きさは、分割領域２８０の大きさをどの程度に設定するかにより定められる。例えは分割領域２８０の大きさを、ｎ×ｎ(pixel)とする場合、その大きさに基づいて、コントラストマップ座標系及びコントラストマップ２８８が設定される。

本実施形態では、撮影される被写体画像２６０のピクセルサイズが既知であるので、キャリブレーションによりピクセルサイズから分割領域２８０の１辺の大きさがｍｍ単位で算出可能である。この算出されたｍｍ単位の大きさを用いて、コントラストマップ座標系の単位もｍｍで設定されている。本実施形態では、被写体画像２６０の大きさは、２０４８×１５３６(pixel)であり、分割領域２８０のセル２８１大きさは、１２８×１２８(pixel)である。これらがｍｍ単位のマシン座標系にマッピングされている。

撮影範囲２８９よりも大きい範囲に設定されるコントラストマップ２８８の大きさは限定されない。本実施形態では、撮影範囲２８９に含まれる複数の分割領域２８０（図１１では７×５個のセル）を８方向に同じ大きさだけ拡大した２１×１５のセル数からなるコントラストマップ２８８が設定される。これに限定されず、任意に設定されてよい。

このように記憶部に記憶されているコントラストマップ２８８を基準として、複数の分割領域２８０が設定される。複数の分割領域２８０ごとの上記した分割領域情報は、例えばＰＣ２００に被写体画像２６０が転送されるたびに更新される。例えはＸＹＺ軸方向においてカメラの位置が移動されるために分割領域情報が更新される。

図１２は、分割領域情報を説明するための図である。本実施形態では、以下に示す分割領域情報が記憶される。
Ｃｐ…最大コントラスト値
Ｚｐ…最大コントラストのＺ位置
Ｃｕ…現在までに手動で移動された範囲の最上端のコントラスト値
Ｚｕ…現在までに手動で移動された範囲の最上端のＺ位置
Ｃｌ…現在までに手動で移動された範囲の最下端のコントラスト値
Ｚｌ…現在までに手動で移動された範囲の最下端のＺ位置
Ｃｃ…現在画像のコントラスト値（段落［００９２］のコントラスト値を表すＣに相当）
Ｚｃ…現在画像のＺ位置
Ｂｃ…現在画像の明るさ（段落［００９２］の明るさを表すＹに相当）
Ｃｂ…前の画像のコントラスト値
Ｚｂ…前の画像のＺ位置
Ｂｂ…前の画像の明るさ
Ｗ…重み付け係数

なお現在画像のＺ位置Ｚｃは、現在の画像転送が完了したＺ位置Ｚco、一つ前の画像転送が完了したＺ位置Ｚpo、画像のフレーム転送遅延時間ｔdelay、画像転送間隔ｔframe（=１／フレームレート）を用いて以下の内挿計算により算出可能である。なおこれに限定されるわけではない。またコントラスト等の計算には、画像の間引きデータが使用されてもよい。
Ｚｃ＝Ｚco−（Ｚco−Ｚpo）×ｔdelay／ｔframe

図１３は、分割領域情報の更新の一例を示すフローチャートである。まずコントラストマップ２８８が初期化される（ステップ１０１）。次の画像が転送されるまで待機する（ステップ１０２）。マシン座標系をもとに撮影位置２８５のＸＹＺ座標が取得される（ステップ１０３）。例えばリニアスケールから座標値が読み出される。

Ｘ軸及びＹ軸が停止しているか否か判定される。すなわちＸ座標値とＹ座標値とが移動しているか否かが判定される（ステップ１０４）。Ｘ座標値及びＹ座標値が移動している場合は（ステップ１０４のＮｏ）、被写体画像２６０は流れた画像となり正確なコントラスト値が算出できないので、処理がスキップされてステップ１０２に戻る。

Ｘ座標値及びＹ座標値が移動していない場合には（ステップ１０４のＹｅｓ）、ＸＹ平面上におけるカメラの位置とピクセルサイズの情報をもとに、コントラストマップ２８８が設定される（ステップ１０５）。カメラの視野２８９に含まれる分割領域２８０のコントラスト値が計算される（ステップ１０６）。

各セルの分割領域情報が以下のように更新される（ステップ１０７）。
もしＣｃ＞Ｃｐなら、Ｃｐ＝Ｃｃ、Ｚｐ＝Ｚｃ…最大コントラスト値を更新
もしＺｃ＞Ｚｕなら、Ｃｕ＝Ｃｃ、Ｚｕ＝Ｚｃ…最上端のコントラスト値を更新
もしＺｃ＞Ｚｌなら、Ｃｌ＝Ｃｃ、Ｚｌ＝Ｚｃ…最下端のコントラスト値を更新
⇒Ｃｐ、Ｚｐ、Ｃｕ、Ｚｕ、Ｃｌ、Ｚｌが確定したら、分割領域２８０ごとの第１の合焦位置である分割合焦位置が算出される。

この際、以下のような判定が実行されてもよい。
もしＺｐが現在位置Ｚｃより下にあり、かつ、ＣｌがＣｐより小さい場合は、フォーカス位置はＺｐの近くにあるとして、Ｚｐを分割合焦位置として算出する（赤色のセルが表示される）。
もしＺｐが現在位置Ｚｃより上にあり、かつ、ＣｕがＣｐより小さい場合は、フォーカス位置はＺｐの近くにあるとして、Ｚｐを分割合焦位置として算出する（赤色のセルが表示される）。
もしＣｕとＣｆが同じ、かつ、ＣｕがＣｌより大きい場合は、フォーカス位置はＺｕよりも上側にあるとして、分割合焦位置の確定が保留される（青色のセルが表示される）。
もしＣｌとＣｆが同じ、かつ、ＣｌがＣｕより大きい場合は、フォーカス位置はＺｌよりも下側にあるとして、分割合焦位置の確定が保留される（黄色のセルが表示される）。

フローチャートに戻り、ステップ１０８では、前後の画像の明るさの差である、ＢｃとＢｂとの差が算出される。このＢｃとＢｂとの差が所定の閾値よりも大きい場合は、該当セルの情報がリセット（初期化）される（ステップ１０９）。すなわち画像（セル内）の明るいさが急激に変化した場合は、ワーク３の交換等の大きな変化が発生したと判断される。そして以前のコントラスト情報は使えなくなったと判断されリセットが実行される。分割合焦位置が確定されている場合は、そのロックオンも解除される。

ＢｃとＢｂとの差が所定の閾値以下の場合は、各セルのＣｐ及びＺｐが時間減少率だけ小さくされる（ステップ１１０）。これは、図８に示す処理に準じるものである。ステップ１１０の処理が終了すると、ステップ１０２に戻る。すなわちプログラムの起動時から終了まで、ループ処理が継続される。

次に、図１４−図１６を参照して、撮影位置２８５の移動にともなう処理について説明する。例えば、手動による調整時において、ワークをＸＹ平面方向に移動させて画面中央に移動させたり、高さ調整をしたりする操作が入力される。例えはこのような調整時や、ターゲットの探索時に、ＸＹ平面方向において撮影位置２８５が移動される。

例えば図１１に示す応対から、図１４に示す状態まで、撮影位置２８５が載置面に沿う２次元内にて移動されたとする。そうすると、撮影位置２８５の座標情報と、ピクセルサイズの情報とをもとに、コントラストマップ２８８の設定位置が、撮影位置２８５の移動に応じて移動される（図１４の矢印Ａ及びＢ参照）。

図１５は、撮影位置２８５が移動された後の状態を示す図である。図１５において、濃いグレーの色で表現されている移動後の分割領域２８０において、分割領域２８０ごとの分割領域情報が更新される。移動前の分割領域２８０’は、薄いグレーの色で表現された部分２８０’ａと、斜線が記載された部分２８０’ｂとからなる。この移動前の分割領域２８０’は、撮影範囲２８９から外れるので、これらの分割領域情報は更新されない。

移動前の分割領域２８０’のうち、薄いグレーの色で表現された部分２８０’ａは、移動後のコントラストマップ２８８内に含まれる。この撮影範囲２８９から外れた領域であるが、移動後のコントラストマップ２８８に含まれる領域２８０’ａは、記憶保持領域２９１となる。記憶保持領域２９１では、過去に分割領域２８０として設定された際に更新された分割領域情報が保持される。一方、斜線が記載された部分２８０’ｂは、移動後のコントラストマップ２８８からも外れるので、この部分に関しては、過去に更新された分割領域情報は削除される。

図１５に示す状態から、図１６に示す状態まで、撮影位置２８５が移動されたとする。濃いグレーの色で表現された分割領域２８０の各セル２８１について分割領域情報が更新される。また移動前の分割領域に相当するセルのうち、移動後のコントラストマップに含まる記憶保持領域２９１について分割領域情報が保持される。分割領域２８０の分割領域情報が更新される際には、移動前に記憶が保持されていた、記憶保持領域２９１の分割領域情報が適宜参照される。

すなわち図１６に示す分割領域２８０のうち、図１５に示す移動時にて設定された記憶保持領域２９１と重なる部分２９２と、図１６に示す移動時にて設定された記憶保持領域２９１と重なる部分２９３とについては、過去に記憶された分割領域情報が参照されて、分割領域情報が更新される。これにより演算に係る時間の短縮、及び演算量の低減を図ることが可能となる。なお、図１５で斜線が記載された部分２８０’ｂの一度削除された分割領域情報が復活されるということはない。

このように本実施形態では、撮影範囲２８９よりも大きい範囲でコントラストマップ２８８が設定され、その設定位置が撮影位置２８５の移動に応じて移動される。これにより撮影位置２８５が移動された場合でも、その位置におけるフォーカス位置Z_focusを高速で算出することが可能となる。すなわち撮影位置２８５の移動可能範囲の任意の位置において、高速にフォーカス位置Z_focusを算出することが可能となる。

また設定されたコントラストマップ２８８の領域２９０（セル）ごとに、当該領域に対応する被写体画像２６０の分割領域２８０の、コントラスト情報及び分割合焦位置の情報を含む分割領域情報が記憶される。そして撮影位置２８５が移動された場合には、移動前に記憶されたコントラストマップ２８８の領域２９０ごとの分割領域情報が参照されて、移動後の分割領域２８０の分割領域情報が更新される。この結果、短い時間で移動後の分割領域２８０の分割合焦位置が算出可能となる。

図１７は、分割領域情報を用いた第１の合焦位置１２５の算出例を説明するための図である。図１７に示すように、被写体画像２６０の中央に基準領域２８２が設定される。そして基準領域２８２と重なり合う算出対象領域２８４が設定される。算出対象領域２８４の分割領域情報を用いて、被写体画像２６０全体の最大コントラスト値（コントラストのピーク値）Ｃｐと、それに対応した第１の合焦位置Ｚｐが以下の式にて算出される。

Ｃｐ＝Σ（Ｃｐi,j×Ｓi,j）／ΣＳi,j
Ｚｐ＝Σ（Ｚｐi,j×Ｃｐi,j×Ｓi,j）／Σ（Ｃｐi,j×Ｓi,j）
なお、パラメータは以下の通りである。
（Ｃｐi,j、Ｚｐi,j）…算出対象領域２８４の各（最大コントラスト値、最大コントラストのＺ値）
Ｓi,j…基準領域２８２と算出対象領域２８４とが重なる領域の大きさ

このように、算出対象領域２８４の基準領域２８２に重なる領域の大きさと、算出対象領域２８４のコントラスト情報である最大コントラスト値Ｃｐとをもとに、重み付けが行われる。これにより高い精度で第１の合焦位置１２５を算出することが可能となる。なお、上記の式と同様の式にて、被写体画像２６０全体のＣｕ、Ｃｌ、Ｚｕ、及びＺｌが算出されて、第１の合焦位置１２５の確定が判定されてもよい（段落［０１１５］参照）。

ここで本実施形態に係るＡＦと、比較例として挙げるＡＦとを比較する。比較例として挙げるＡＦでは、手動による調整の後にＡＦの指示が入力される。このＡＦの指示が入力された場合にカメラの移動方向が一方向に定められている。例えばサーチ範囲の上方向に向かってカメラが移動して、コントラストピークが探索される。もちろん最初のカメラの移動方向がサーチ範囲の下方向に設定されてもよい。

最初の移動によりコントラストピークが見つかればサーチは中断され、そのコントラストピークに対応したフォーカス位置にカメラが移動される。コントラストピークが見つからない場合は、サーチ範囲の上端までカメラは移動される。その際に、コントラスト値が所定の閾値よりも小さくなると、それより先にコントラストピークは存在しないと判断され、上方向のサーチは停止される。

サーチの停止後は、下方向に向かってコントラストピークが探索される。コントラストピークが見つかればフォーカス位置にカメラが移動される。コントラストピークが見つからない場合は、サーチ範囲内にフォーカス位置が存在しないので、ＡＦは失敗する。

図１８及び１９は、比較例として挙げるＡＦを説明するための図である。図１８に示すように、サーチ範囲９２２の下方部分にフォーカス位置Z_focusが存在するとする。そしてＡＦの指示をもとに、サーチ範囲９２２の中心Ｏから上向きに低い速度Ｖ２にてサーチが開始されるとする。この場合、図１８に示すように、カメラ９１８がサーチ範囲９２２の上端９３２に移動するまでコントラストピークは発見されない。

そうすると図１９に示すように、サーチ範囲９２２の上端９３２から中心Ｏまで高速でる速度Ｖmax2でカメラ９１８戻される。そして今度はサーチ範囲９２２の下端９３１に向かって速度Ｖ２にてサーチが実行される。このサーチでImage22の被写体画像９７０が取得されたときに、ようやくコントラストピークが発見される。そしてカメラ９１８がフォーカス位置Z_focusに移動される。

すなわち従来のＡＦでは、図１８に示すように、最初のサーチが無駄となってしまい、フォーカス位置Z_focusの算出に長い時間が費やされてしまう。すなわちＡＦの時間が長くなってしまう。例えば焦点深度が狭い光学系において、手動の調整の操作性を向上させるためにサーチ範囲を広くした場合等に、図１８及び図１９で示すようなサーチの無駄が発生しやすい。フォーカス位置Z_focusが、最初の移動方向とは反対側の端部に近い場合に存在する場合には、走査距離はサーチ範囲９２２の大きさの１．５倍ほどにもなってしまう。

図２０−図２３は、本実施形態に係るＡＦを実行した際の処理時間の一例を示すグラフである。各図のＡに示すグラフは、時間とカメラのＺ位置との関係を表すグラフである。各図のＢ及びＣに示すグラフは、カメラのＺ位置とコントラスト値との関係を表すグラフである（コントラスト値は相対値）。グラフ中の説明については以下の通りである。

「1st search」は、最初のサーチの全移動範囲である。すなわちＡＦ開始位置から予測サーチ範囲の開始位置までの移動、及びそこからの予測サーチ範囲内の移動を含む、第２の合焦位置が算出されるまでの全ての移動範囲である。図２０−図２３のカメラのＺ位置について、ＤからＩまでのアルファベットを符号として用いて説明すると、位置Ｄから位置Ｅまでのサーチが「1st search」となる（図２３については位置Ｅ’を経由）。

「1st fit range」は、コントラストカーブ（Fitted curve）のモデル式のパラメータを求めるために、各被写体画像のコントラスト値を最小二乗法で当てはめる範囲である。例えば所定の閾値よりも大きいコントラスト値が用いられる。図２０−図２３では、位置Ｆから位置Ｅまでの範囲が「1st fit range」となる。なお位置Ｆは、予測サーチ範囲の開始位置と略等しい位置ではあるが、必ずしも同じ位置とは限られない。

「2nd search」は、２回目のサーチの全移動範囲である。例えば１回目のサーチで第２の合焦位置が算出される。さらに算出された第２の合焦位置の近傍の範囲に対して、２回目のサーチが実行される。これにより高い精度でフォーカス位置を算出することが可能となる。例えば観察用の高速モードとして１回のみのサーチが実行され、測定用の高精度モードとして２回のサーチが実行される。このようにＡＦのモードによりサーチ回数が適宜選択されてもよい。図２２及び図２３において、位置Ｇから位置Ｈまでの範囲が「2nd search」となる。

「2nd fit range」は、２回目のサーチにおいて、最小二乗法による当てはめが実行される範囲である。図２２及び図２３において、位置Ｉから位置Ｈまでの範囲が「2nd fit range」となる。「Go to the target」は、カメラをフォーカス位置まで移動させる処理である。なお各グラフにおいて、Ｚ＝０ｍｍとなる位置がフォーカス位置となっている。

図２０は、フォーカス位置の上方からＡＦが開始される場合の図である。ＡＦの指示をもとに、フォーカス位置より上のＺ＝約＋１．８ｍｍからＡＦが開始される。図２０Ａ及びＢに示すように、予測サーチ範囲の開始位置まで高速でカメラが移動され、予測サーチ範囲内で低速のサーチが実行される。図２０Ｃに示すように、コントラストカーブ４００が算出され、それをもとに第２の合焦位置がフォーカス位置として算出される。

図２１は、フォーカス位置の下方からＡＦが開始される場合の図である。ＡＦの指示をもとに、フォーカス位置より下の上のＺ＝約−１．８ｍｍからＡＦが開始される。図２１Ａ及びＢに示すように、予測サーチ範囲の開始位置まで高速でカメラが移動され、予測サーチ範囲内で低速のサーチが実行される。図２１Ｃに示すように、コントラストカーブ４００が算出され、それをもとに第２の合焦位置がフォーカス位置として算出される。

図２０Ａ及び図２１Ａのグラフに示すように、いずれの場合も約１．１秒程度の短い時間で、フォーカス位置にカメラを移動させることが可能となっている。

図２２及び図２３は、２回目のサーチが実行される場合の図である。図２２では、フォーカス位置の上方からＡＦが開始されている。フォーカス位置より上のＺ＝約＋１．８ｍｍから１回目のサーチが実行されて、第２の合焦位置が算出されている。この第２の合焦位置は、２回目のサーチの基準となる仮フォーカス位置として扱われる。

図２２Ｃに示すように、位置Ｇから位置Ｈまでの「2nd search」にて、２回目のサーチが実行される。そして位置Ｉから位置Ｈまでの「2nd fit range」にて、例えは所定の閾値よりも大きいコントラスト値が用いられてコントラストカーブ４５０が算出される。このコントラストカーブ４５０をもとにフォーカス位置が算出される。なおfit rangeを広くすればＡＦの精度は向上するが、それだけ多くのデータを取る必要があるのでＡＦの時間は長くなる。この点を考慮しながら、fit rangeは適宜設定されてよい。

図２３では、フォーカス位置の下方からＡＦが開始されている。フォーカス位置より下のＺ＝約−１．８ｍｍから１回目のサーチが実行されて、第２の合焦位置が算出されている。この第２の合焦位置は、２回目のサーチの基準となる仮フォーカス位置として扱われる。

なお図２３に示す例では、第２の合焦位置を算出するためのサーチ方向が上方から下方の方向に設定されている。すなわち予測サーチ範囲の開始位置として、予測サーチ範囲の上端が設定される。ＡＦが開始されるとＺ＝約−１．８ｍｍの位置から予測サーチ範囲の上端にカメラが高速で移動される。そして上方から下方にかけて予測サーチ範囲がサーチされて、第２の合焦位置が算出される。図２３Ｂに示すように、カメラがまず位置Ｄから位置Ｅ’まで移動される。そして位置Ｅ’を位置Ｆとして、そこから位置Ｅまでサーチが実行される。

このようにサーチ方向を一方向に設定することで、高い精度で第２の合焦位置を算出することが可能となる。図２０及び図２１の観察用の高速モードと同様に、どちらの方向からでもサーチさせる場合は、精度は若干低下するが、逆方向に動かなくてよい分だけＡＦが速くなる。この点を考慮しながら、サーチ方向を一方向に設定するか否かが選択されてよい。

図２３Ｃに示すように、位置Ｇから位置Ｈまでの「2nd search」にて、２回目のサーチが実行される。そして位置Ｉから位置Ｈまでの「2nd fit range」にて、例えは所定の閾値よりも大きいコントラスト値が用いられてコントラストカーブ４５０が算出される。このコントラストカーブ４５０をもとにフォーカス位置が算出される。

図２２Ａに示す例では、約１．６秒程度の短い時間で、フォーカス位置にカメラを移動させることが可能となっている。また図２３Ａに示す例では、約１．９秒程度の短い時間で、フォーカス位置にカメラを移動させることが可能となっている。このように２回目のサーチが実行される場合でも、本技術に係るＡＦによれば、２秒以内でフォーカス位置にカメラを移動させることが可能である。もちろん処理時間は種々の条件により変わってくる。

図２４は、比較例として挙げるＡＦの処理時間を示すグラフである。図２４Ａは、Ｚ＝約＋１．８ｍｍの位置からＡＦが開始され、１回のサーチが実行された場合の図である。図２４Ａに示す例は、図１８及び図１９に示すＡＦの動作に対応するものである。すなわち位置Ｊからサーチ範囲の上端となる位置Ｋまでサーチが実行される。その範囲ではコントラストピークが発見されず、位置Ｊまで高速にカメラが戻される。そして位置Ｌまでサーチが実行されてフォーカス位置が算出されている。図２４Ａに示すように、カメラがフォーカス位置まで移動されるまでに、約２．３秒かかっている。図２０に示す本実施形態に係るＡＦと比べると、約１．２秒の差があり、約２．１倍の高速化が実現されている。

図２４Ｂは、Ｚ＝約−１．８ｍｍの位置からＡＦが開始され、１回のサーチが実行された場合の図である。開始位置である位置Ｊから低速のサーチが実行されるので、ＡＦが完了するまでに約１．４秒かかっている。図２１に示す本実施形態に係るＡＦと比べると、約０．３秒の差があり、約１．３倍の高速化が実現されている。このように最初のサーチ方向にフォーカス位置が存在する場合でも、比較例として挙げるＡＦよりも高速にフォーカス位置を算出することが可能となる。

図２４Ｃは、Ｚ＝約＋１．８ｍｍの位置からＡＦが開始され、２回のサーチが実行された場合の図である。ＡＦが完了するまでに約３．４秒かかっており、図２２に示す本実施形態に係るＡＦと比べると、約１．８秒の差がある。すなわち約２．１倍の高速化が実現されている。なお図２４Ｃに示す例では、高速にカメラを移動させる動作が実行されていない。例えば図２４Ａに示すように位置Ｋから位置Ｊまで高速にカメラが移動されるとする。この場合でも、本技術を用いることで十分に処理時間の短縮が実現される。

図２４Ｄは、Ｚ＝約−１．８ｍｍの位置からＡＦが開始され、２回のサーチが実行された場合の図である。なお図２３Ａに示すのと同様に、１回目のサーチ方向が上方から下方の方向に設定されている。ＡＦが完了するまでに約２．２秒かかっており、図２３に示す本実施形態に係るＡＦと比べると、約０．３秒の差がある。すなわち約１．２倍の高速化が実現されている。

例えば画像測定機としてデジタル顕微鏡が用いられるとする。光学顕微鏡の対物レンズは焦点深度が狭いため、コントラストピーク（フォーカス位置）から少しでも外れるとコントラストは小さくなる。このことは高倍率になるほど顕著になる。このような焦点深度が狭い光学系においては、サーチ速度を遅くすることが必要である。一方、ＡＦを使いやすくするためには、サーチ範囲を大きくすることが必要となる。サーチ速度が遅く、サーチ範囲が大きくなると、ＡＦの実行時間が長くなってしまう。

本実施形態に係る画像測定装置では、ＡＦ実行前の準備作業として、ユーザがカメラのＺ位置を調節する過程で、フォーカス位置を通り過ぎたとき等に、プログラムはラフなフォーカス位置を予測する。すなわちＡＦ処理に入る前から画像のコントラストが監視されることで、ラフな焦点位置として第１の合焦位置があらかじめ取得される。ＡＦ実行時には、予測された第１の合焦位置の近くまでカメラが高速で移動され、その後低速移動で第２の合焦位置が高精度にサーチされる。これにより高速かつ高精度なＡＦが実行可能となる。

またプログラムは、カメラ視野を格子状に細分化したコントラストマップを持ち、ＡＦ以外の時も格子内のコントラストが最大になるＺ位置を探し続ける。ＸＹＺ軸スケールの位置情報と被写体画像のピクセルサイズは既知であり、ステージ及び撮像ユニットが移動すると、プログラム内部のコントラストマップも連動して移動される。ＸＹＺ軸スケールの位置情報から、カメラ視野外の領域までカバーしたコントラストマップを持つことで、任意の位置で高速・高精度にＡＦを実行することが可能となる。すなわち視野の任意の位置で高速・高精度のＡＦが可能になり、操作性が大幅に向上する。また高精度でありながら、使いやすさと時間短縮の両立が実現される。

また本発明は、ソフトウェアのアルゴリズムのみで対応可能であり、特別なハードウェアは不要なので、コストアップなしに性能を向上させることができる。この結果、コストアップなしに、従来のＡＦ精度を維持したまま高速化を図ることが可能となる。

また本発明によれば、以下のような効果を得ることが可能となる。なおこれらの効果が全て得られるということではなく、条件等により以下の効果のいずれかが得られるということである。
見たいところに素早くピント合わせし、ストレスのない観察や測定が可能。
ＸＹＺ軸リニアスケールとの組合せにより、高精度三次元測定をさらにスピードアップさせることが可能。
広いフォーカスサーチ範囲のどの位置からでも高速ＡＦを実行することが可能。
光学顕微鏡のフォーカス合せの使い勝手をさらに向上させることが可能。
焦点深度が狭い高倍対物レンズになるほど、フォーカスの合せ易さを体感することが可能。
電動ステージの顕微鏡光学系とカメラのみの安価なシステム構成で本発明を実現することが可能。
高速ＡＦ用の高価なオプションは不要。
過去出荷したシステムにおいても、ソフトウェアのバージョンアップのみでＡＦの高速化を実現することが可能。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

例えば図１１に示すコントラストマップ２８８の大きさについて、撮影位置２８５の移動可能範囲の全体、すなわちコントラストマップ座標系全体にコントラストマップ２８８が設定されてもよい。これにより撮影位置２８５の移動にともなうコントラストマップ２８８の移動処理が不要となる。一方、上記実施形態のようにコントラストマップ２８８の大きさを、座標系の一部分の大きさとすることで、ＰＣ２００のメモリにかかる負担等を軽減させることが可能となる。

なお本発明に係る予測ＡＦの実行の有無にかかわらず、本発明に係るコントラストマップを用いたＡＦを実行可能な情報処理装置が、本発明の実施形態に係る情報処理装置として用いられてもよい。例えはそのような情報処理装置では、所定のプログラムに従って動作するＣＰＵにより、取得部、記憶部、設定部、及び算出部が実現される。

取得部により、Ｚ軸方向（合焦軸方向）の移動可能範囲にて焦点位置が移動されながら撮影された複数の被写体画像が取得される。記憶部に記憶された算出用マップとしてのコントラストマップが用いられて、設定部により、被写体画像を分割する複数の分割領域が設定される。算出部により、分割領域ごとの合焦位置である分割合焦位置が算出され、これら分割合焦位置の情報をもとに、被写体画像の移動可能範囲内の合焦位置（フォーカス位置）が算出される。

例えば比較例として挙げたＡＦにおいて、コントラストマップが用いられる場合には、そのＡＦを実行する情報処理装置も、本発明の実施形態に係る情報処理装置に含まれる。ＡＦ処理にコントラストマップが用いられることで、高速に高精度でフォーカス位置を算出することが可能となる。

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。

３…ワーク
１００…画像測定機
１１２…ステージ
１１４…撮像ユニット
１１７…載置面
１１８…カメラ
１２０…移動可能範囲
１２１…カメラの位置（焦点位置）
１２５…第１の合焦位置
１２７…予測サーチ範囲
１２８…予測サーチ範囲の開始位置
１３０…第２の合焦位置
２００…ＰＣ
２２１…ＰＣ本体
２５０…取得部
２５１…第１の算出部
２５２…第２の算出部
２５３…駆動部
２５４…判定部
２６０…被写体画像
２６５…手動被写体画像群
２７０…被写体画像
２７５…自動被写体画像群
２８０…分割領域
２８２…基準領域
２８４…算出対象領域
２８５…撮影位置
２８８…コントラストマップ
２８９…撮影範囲（カメラの視野）
２８９…コントラストマップの複数の領域
２９１…記憶保持領域
３００…画像測定装置

Claims (13)

1. 所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能であり、前記被写体が載置される載置面に沿う２次元内の任意の撮影位置で前記被写体を撮影することが可能な撮像装置により、前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得する取得部と、
   手動により前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の第１の合焦位置を算出可能な第１の算出部と、
   前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である自動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記探索範囲内の第２の合焦位置を算出可能な第２の算出部と、
   複数の領域に分割された算出用マップを記憶する記憶部と、
   前記撮影位置を前記２次元内にて移動させることが可能な駆動部と
   を具備し、
   前記第１の算出部は、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出し、
   前記算出用マップは、前記被写体画像の撮影範囲よりも大きい範囲で前記撮影範囲を含む位置に設定され、その設定位置が前記撮影位置の移動に応じて移動される
   情報処理装置。
2. 請求項１に記載の情報処理装置であって、
   前記駆動部は、前記焦点位置を前記所定の範囲内にて移動させることが可能であり、前記焦点位置を前記探索範囲のいずれかの端点まで第１の速度で移動させ、前記探索範囲内にて前記第１の速度よりも小さい第２の速度で前記焦点位置を移動させる
   情報処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の情報処理装置であって、さらに、
   ユーザの指示が入力される操作入力部を具備し、
   前記第１の算出部は、前記ユーザが手動により前記焦点位置を移動させる操作をもとに前記第１の合焦位置を算出し、
   前記第２の算出部は、前記操作入力部を介した前記ユーザからのオートフォーカスの指示をもとに前記第２の合焦位置を算出する
   情報処理装置。
4. 請求項３に記載の情報処理装置であって、さらに、
   前記第１の合焦位置の算出から所定の時間が経過するまでに、前記オートフォーカスの指示が入力されない場合に、前記第１の合焦位置を無効と判定する判定部を具備する
   情報処理装置。
5. 請求項４に記載の情報処理装置であって、
   前記第１の算出部は、前記手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内におけるコントラストのピーク値を算出し、前記ピーク値に対応する前記焦点位置を前記第１の合焦位置として算出し、
   前記判定部は、前記コントラストのピーク値を所定の割合で減衰させ、前記減衰されたピーク値が所定の閾値よりも小さくなるまでの時間を、前記所定の時間として設定する
   情報処理装置。
6. 請求項５に記載の情報処理装置であって、
   前記第１の算出部は、前記手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の前記焦点位置と前記コントラスト情報との関係を表す関数を算出し、前記関数のピーク値を前記コントラストのピーク値として算出する
   情報処理装置。
7. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、
   前記第１の算出部は、前記複数の分割領域のうち、前記第１の合焦位置の算出の基準となる前記被写体画像内の基準領域と重なり合う前記分割領域を算出対象領域として、前記算出対象領域ごとの前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出する
   情報処理装置。
8. 請求項７に記載の情報処理装置であって、
   前記第１の算出部は、前記算出対象領域の前記基準領域に重なる範囲の大きさと、前記算出対象領域のコントラスト情報とをもとに重み付けを行い、前記第１の合焦位置を算出する
   情報処理装置。
9. 請求項１から８のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、
   前記記憶部は、前記算出用マップの領域ごとに、当該領域に対応する前記被写体画像の分割領域のコントラスト情報及び分割合焦位置の情報を記憶し、
   前記第１の算出部は、前記撮影位置が移動された場合に、移動前に記憶された前記算出用マップの領域ごとの前記コントラスト情報及び前記分割合焦位置情報を参照して、移動後の前記被写体画像の分割領域の前記分割合焦位置を算出する
   情報処理装置。
10. コンピュータにより実行される情報処理方法であって、
    所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能であり、前記被写体が載置される載置面に沿う２次元内の任意の撮影位置で前記被写体を撮影することが可能な撮像装置により、前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得するステップと、
    手動により前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の第１の合焦位置を算出するステップと、
    前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である自動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記探索範囲内の第２の合焦位置を算出するステップと、
    複数の領域に分割された算出用マップを、前記被写体画像の撮影範囲よりも大きい範囲で前記撮影範囲を含む位置に設定し、その設定位置を前記撮影位置の前記２次元内における移動に応じて移動させるステップと
    を有し、
    前記第１の合焦位置を算出するステップは、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出する
    情報処理方法。
11. コンピュータにより実行されるプログラムであって、
    所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能であり、前記被写体が載置される載置面に沿う２次元内の任意の撮影位置で前記被写体を撮影することが可能な撮像装置により、前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得するステップと、
    手動により前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の第１の合焦位置を算出するステップと、
    前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である自動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記探索範囲内の第２の合焦位置を算出するステップと、
    複数の領域に分割された算出用マップを、前記被写体画像の撮影範囲よりも大きい範囲で前記撮影範囲を含む位置に設定し、その設定位置を前記撮影位置の前記２次元内における移動に応じて移動させるステップと
    を有し、
    前記第１の合焦位置を算出するステップは、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出する
    プログラム。
12. 所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能であり、前記被写体が載置される載置面に沿う２次元内の任意の撮影位置で前記被写体を撮影することが可能な撮像部と、
    前記撮像部により前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得する取得部と、
    手動により前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記所定の範囲内の第１の合焦位置を算出可能な第１の算出部と、
    前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像である自動被写体画像群の各コントラスト情報をもとに、前記探索範囲内の第２の合焦位置を算出可能な第２の算出部と、
    複数の領域に分割された算出用マップを記憶する記憶部と、
    前記撮影位置を前記２次元内にて移動させることが可能な駆動部と
    を具備し、
    前記第１の算出部は、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出し、
    前記算出用マップは、前記被写体画像の撮影範囲よりも大きい範囲で前記撮影範囲を含む位置に設定され、その設定位置が前記撮影位置の移動に応じて移動される
    画像測定装置。
13. 所定の範囲内の任意の焦点位置で被写体の画像を撮影することが可能であり、前記被写体が載置される載置面に沿う２次元内の任意の撮影位置で前記被写体を撮影することが可能な撮像装置により、前記焦点位置が前記所定の範囲内にて移動されながら撮影された複数の被写体画像を取得する取得部と、
    複数の領域に分割された算出用マップを記憶する記憶部と、
    前記複数の被写体画像のそれぞれに、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域を設定する設定部と、
    前記被写体画像ごとに設定された前記複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの前記所定の範囲内の合焦位置である分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに、前記被写体画像の前記所定の範囲内の合焦位置を算出する算出部と、
    前記撮影位置を前記２次元内にて移動させることが可能な駆動部と
    を具備し、
    前記算出用マップは、前記被写体画像の撮影範囲よりも大きい範囲で前記撮影範囲を含む位置に設定され、その設定位置が前記撮影位置の移動に応じて移動される
    情報処理装置。