JP7360917B2 - 焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法に関する。

焦点距離可変レンズ装置として、液体共振式のレンズシステムと対物レンズとを組み合わせた装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このレンズシステムでは、圧電材料で形成された円筒状の振動部材が透明な液体に浸漬されており、振動部材に対して交流電圧である駆動信号が印加されると、振動部材の内部の液体に定在波が形成され、当該液体の屈折率が周期的に変化する。焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は、対物レンズの焦点距離を基本としつつ、レンズシステムの屈折率と共に周期的に変化する。

前述の焦点距離可変レンズ装置では、レンズシステムに定在波を生じさせるために、駆動信号の周波数をレンズシステムの共振周波数に合わせることが必要である。そこで、特許文献１などの従来技術では、レンズシステムを起動する際、駆動信号の周波数を掃引することでレンズシステムの共振周波数を検索する周波数スキャン処理を行う。

図１０は、従来技術における周波数スキャン処理の具体的手順を示すフローチャートである。
図１０に示すように、焦点距離可変レンズ装置では、まず、駆動信号の周波数（加振周波数）をスキャン範囲の下限値ｆｍｉｎに合わせ（ステップS１０１）、この状態において、レンズシステムにおける現在の有効電力を最大有効電力として記録し（ステップS１０２）、現在の加振周波数を共振周波数として記録する（ステップS１０３）。
その後、加振周波数を所定量増加させ（ステップS１０４）、レンズシステムにおける現在の有効電力が最大有効電力として記録されている値よりも大きいか否かを判定する（ステップS１０５）。ステップS１０５でＹｅｓの場合、最大有効電力として記録される値を現在の有効電力に更新すると共に（ステップS１０６）、共振周波数として記録される値を現在の加振周波数に更新し（ステップS１０７）、ステップS１０８に進む。一方、ステップS１０５でＮｏの場合、そのままステップS１０８に進む。
ステップS１０８では、現在の加振周波数がスキャン範囲の上限値ｆｍａｘより大きいか否かを判定し、Ｙｅｓの場合、周波数スキャン処理を終了し、Ｎｏの場合、ステップＳ１０４に戻る。
以上の周波数スキャン処理によれば、図１１に示すように、有効電力のピーク値ｐｐが最大有効電力として記録され、このピーク値ｐｐが得られる周波数ｆｐｐが共振周波数として記録される。

特開２０１８－１８９７００号公報

しかし、レンズシステムの共振周波数は、当該レンズシステムの温度によって変化する。このため、従来の周波数スキャン処理では、レンズシステムの温度が保証温度範囲のいずれの温度であっても共振周波数を検出できるように、スキャン範囲を広めにとる必要がある。これにより、周波数スキャン処理にかかる時間が長くなり、その結果、レンズシステムの起動に要する時間が長くなる。

本発明の目的は、レンズシステムの起動に要する時間を短縮可能な焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法を提供することにある。

本発明の焦点距離可変レンズ装置は、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の温度情報を取得する温度センサと、前記温度情報に基づいて、前記レンズシステムの共振周波数の推定値を算出する共振周波数推定部と、前記推定値に基づいて、前記レンズシステムの開始周波数を設定する開始周波数設定部と、を備えることを特徴とする。

このような本発明において、レンズシステムの共振周波数は、レンズシステムの特性と当該レンズシステムの温度とによって定まる。このため、共振周波数推定部は、事前準備したテーブルまたは演算式などを利用することにより、レンズシステムの温度情報に基づいて、レンズシステムの共振周波数の推定値を算出することができる。そして、開始周波数設定部は、算出された推定値に基づいてレンズシステムの開始周波数を設定できる。例えば、開始周波数設定部は、開始周波数を推定値または推定値付近の値に設定したり、推定値を含むように限定されたスキャン範囲から開始周波数を検出したりできる。なお、本発明におけるレンズシステムの開始周波数とは、レンズシステムの起動時に当該レンズシステムに入力される駆動信号の周波数である。
このような本発明によれば、従来技術のような広いスキャン範囲での周波数スキャン処理を行わずとも、レンズシステムに定在波を得ることができ、その結果、レンズシステムの起動に要する時間を短縮することができる。

本発明の焦点距離可変レンズ装置において、前記開始周波数設定部は、前記推定値を含むスキャン範囲を設定し、前記レンズシステムの振動を目標状態にさせる前記駆動信号の周波数を前記スキャン範囲内から検出し、当該周波数を前記開始周波数として設定してもよい。
このような本発明では、周波数スキャン処理におけるスキャン範囲を、推定値を含む所定の周囲に限定することができる。すなわち、本発明では、従来技術よりもスキャン範囲を狭い範囲に限定することができるため、周波数スキャン処理を実施しつつ、レンズシステムの起動に要する時間を短縮することができる。

本発明の焦点距離可変レンズ装置は、前記レンズシステムの稼働中、前記駆動信号を前記レンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、前記レンズシステムの停止後、前記レンズシステムの停止時刻から所定時間が経過しているか否かを判定する経過時間判定部と、をさらに備え、前記開始周波数設定部は、前記所定時間が経過していると判定された場合、前記開始周波数を前記推定値に基づいて設定し、前記所定時間が経過していないと判定された場合、前記開始周波数を、前記共振ロック制御部によって前記レンズシステムの停止直前に調整された周波数に設定してもよい。
このような本発明では、レンズシステムの再起動時がレンズシステムの停止時刻から所定時間内である場合、レンズシステムの温度状態に大きな変化がなく、レンズシステム３の共振周波数に大きな変化がない、という想定を前提としている。このような場合、共振ロック制御部によりレンズシステムの停止直前に調整されていた駆動信号の周波数を開始周波数に利用することにより、レンズシステムに定在波を得ることができる。これにより、推定値の算出にかかる時間が省略され、レンズシステムの起動に要する時間をより短縮することができる。

本発明の焦点距離可変レンズ装置は、前記レンズシステムの稼働中、前記駆動信号を前記レンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、前記レンズシステムの現在の前記温度情報と前記レンズシステムの前回稼働の停止時点の前記温度情報との差が所定範囲内であるか否かを判定する温度変化判定部と、をさらに備え、前記開始周波数設定部は、前記差が所定範囲内であると判定された場合、前記開始周波数を、前記共振ロック制御部によって前記レンズシステムの停止直前に調整された周波数に設定し、前記差が前記所定範囲外であると判定された場合、前記開始周波数を前記推定値に基づいて設定してもよい。
このような本発明においても、共振ロック制御部によりレンズシステムの停止直前に調整されていた駆動信号の周波数を開始周波数に利用することができる。これにより推定値の算出にかかる時間が省略され、レンズシステムの起動に要する時間をより短縮することができる。

本発明の焦点距離可変レンズ制御方法は、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と、前記レンズシステムの温度情報を取得する温度センサと、を有する焦点距離可変レンズ装置を用い、前記温度情報に基づいて、前記レンズシステムの共振周波数の推定値を算出する共振周波数推定ステップと、前記推定値に基づいて、前記レンズシステムの開始周波数を設定する開始周波数設定ステップと、を実施することを特徴とする。
このような本発明によれば、前述した焦点距離可変レンズ装置の効果と同様の効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る焦点距離可変レンズ装置を示す模式図。 前記第１実施形態の焦点距離可変レンズ装置を示すブロック図。 前記第１実施形態の駆動制御部を示すブロック図。 前記第１実施形態の開始周波数設定処理の手順を示すフローチャート。 前記第１実施形態の開始周波数設定処理を説明するためのグラフ。 本発明の第２実施形態に係る開始周波数設定処理の手順を示すフローチャート。 本発明の第３実施形態に係る駆動制御部を示すブロック図。 前記第３実施形態に係る開始周波数設定処理の手順を示すフローチャート。 本発明の第４実施形態に係る開始周波数設定処理の手順を示すフローチャート。 従来の周波数スキャン処理の手順を示すフローチャート。 従来の周波数スキャン処理を説明するためのグラフ。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態であ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、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆ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、測定対象物９の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と、測定対象物９の表面をパルス照明するパルス照明部５と、レンズシステム３など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、レンズシステム３の温度を測定する温度センサ８と、を備えている。

対物レンズ２は、既存の凸レンズまたはレンズ群によって構成される。
レンズシステム３は、液体共振式のレンズシステムであり、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が有する振動部材を振動させる正弦波状の交流信号である。駆動信号Ｃｆの周波数（加振周波数）がレンズシステム３の共振周波数に調整されると、レンズシステム３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。
本実施形態の焦点距離可変レンズ装置１において、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆは、対物レンズ２の焦点距離を基本としつつ、レンズシステム３の屈折率の変化に従って、周期的に変化する。

画像検出部４は、既存のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサあるいは他の形式のカメラ等で構成される。画像検出部４は、対物レンズ２およびレンズシステム３を介して入射される測定対象物９の画像Ｌｇを検出し、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。

パルス照明部５は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子で構成される。パルス照明部５は、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。測定対象物９で反射された反射光Ｌｒは、対物レンズ２およびレンズシステム３によって画像Ｌｇを形成し、画像検出部４に入射する。

焦点距離可変レンズ装置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。これらを制御するレンズ制御部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。

温度センサ８は、レンズシステム３の温度情報Ｔｍを測定するセンサである。この温度センサ８は、レンズシステム３の外部に設けられ、レンズシステム３の表面温度を測定してもよいし、レンズシステム３の内部に設けられ、レンズシステム３内の液体の温度を測定してもよい。
あるいは、温度センサ８は、レンズシステム３の周囲温度を測定するように設置されてもよい。すなわち、本実施形態では、室内に安置された起動前のレンズシステム３の温度情報Ｔｍを利用するため、レンズシステム３の温度は、周囲温度と同一であると見なすことができる。
温度センサ８は、取得した温度情報Ｔｍをレンズ制御部６に出力し、レンズ制御部６は、入力された温度情報Ｔｍに基づいて、レンズシステム３の起動動作を行う。

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、画像検出部４およびパルス照明部５の各動作を制御する専用ユニットである。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がメモリ６４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、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、種々の情報が記録されるメモリ６４とを有する。

駆動制御部６１は、正弦波状の交流信号を駆動信号Ｃｆとして出力する。この駆動制御部６１は、図３に示すように、振動状態検出部６１１、共振周波数推定部６１２、開始周波数設定部６１３、および、共振ロック制御部６１４を有する。
振動状態検出部６１１は、駆動信号Ｃｆに基づいて振動するレンズシステム３の振動状態Ｖｆを検出する。レンズシステム３の振動状態Ｖｆとしては、例えば、レンズシステム３に加えられる有効電力Ｒｐ、電圧、電流または電圧電流位相差などが挙げられる。あるいは、レンズシステム３の振動状態Ｖｆは、レンズシステム３に設置した振動センサで検出され、振動状態検出部６１１に取得されてもよい。

共振周波数推定部６１２は、温度センサ８からレンズシステム３の温度情報Ｔｍを取得し、この温度情報Ｔｍに基づいて、レンズシステム３の共振周波数の推定値ｆｅを算出する。
ここで、レンズシステム３の共振周波数は、レンズシステム３の特性と、当該レンズシステム３の温度情報Ｔｍとによって定まる。そこで、本実施形態では、温度情報Ｔｍとレンズシステム３の共振周波数との関係を示すテーブルまたは演算式を、予めメモリ６４に記憶させておく。共振周波数推定部６１２は、温度センサ８から取得した温度情報Ｔｍを用いて、メモリ６４内のテーブルまたは演算式に基づく演算を行うことにより、推定値ｆｅを算出することができる。

開始周波数設定部６１３は、共振周波数推定部６１２により算出された推定値ｆｅに基づいて、レンズシステム３の開始周波数を設定する。レンズシステム３の開始周波数とは、レンズシステム３の起動時に当該レンズシステム３に入力される駆動信号Ｃｆの周波数である。なお、開始周波数設定部６１３の具体的動作については後述する。
共振ロック制御部６１４は、振動状態検出部６１１により検出されたレンズシステム３の振動状態Ｖｆに基づいて、加振周波数をレンズシステム３の共振周波数に追従させる。なお、共振ロック制御部６１４の具体的動作については、特開２０１８－１８９７００号公報を参照可能である。

図２に戻って、発光制御部６２は、発光信号Ｃｉによってパルス照明部５の発光タイミングを制御する。例えば、駆動信号Ｃｆが任意の位相になった時点で発光信号Ｃｉを出力することにより、当該位相に対応する焦点位置Ｐｆで測定対象物９がパルス照明される。

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に検出した画像Ｌｇを１フレーム分の検出画像Ｉｍとして出力する。

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、レンズ制御部６の各種設定を行う。例えば、制御用ＰＣ７は、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を操作するレンズ操作部７１として機能し、画像処理ソフトウェアを実行することで、画像検出部４から検出画像Ｉｍを取り込んで処理する画像処理部７２として機能する。
また、制御用ＰＣ７は、焦点距離可変レンズ装置１に対するユーザの操作を受け付ける操作インターフェイス７３を備える。

（開始周波数設定処理の手順）
図４は、本実施形態における開始周波数設定処理の手順を示すフローチャートである。例えば、作業者が操作インターフェイス７３を操作し、レンズ操作部７１がレンズシステム３の起動指令を駆動制御部６１に入力すると、図４に示す開始周波数設定処理が開始する。

図４において、まず、共振周波数推定部６１２は、温度センサ８からレンズシステム３の温度情報Ｔｍを取得し（ステップＳ１）、取得した温度情報Ｔｍを用いて、メモリ６４内のテーブルまたは演算式に基づく演算を行うことにより、レンズシステム３の共振周波数の推定値ｆｅを算出する（ステップＳ２；共振周波数推定ステップ）。

次いで、開始周波数設定部６１３は、推定値ｆｅを含む周波数のスキャン範囲Ｒｓを設定する（ステップＳ３）。このスキャン範囲Ｒｓは、例えば推定値ｆｅを中心に含む範囲であり、従来技術のスキャン範囲よりも狭い範囲に設定される。

次いで、開始周波数設定部６１３は、レンズシステム３に加える駆動信号Ｃｆの周波数（加振周波数）をステップＳ３で設定されたスキャン範囲Ｒｓで掃引することで、レンズシステム３の共振周波数を検索する（ステップＳ４）。
ステップＳ４の具体的な処理内容は、従来技術の周波数スキャン処理（図１０参照）と同様であり、このステップＳ４によれば、有効電力Ｒｐのピーク値ｐｐが得られる周波数ｆｐｐが共振周波数として記録される（図５参照）。ここで、本実施形態のスキャン範囲Ｒｓは、従来技術のスキャン範囲（図１１参照）よりも狭い範囲である。
なお、本実施形態では、有効電力Ｒｐがピーク値ｐｐを示す状態が、レンズシステム３の振動の目標状態に相当する。
次に、開始周波数設定部６１３は、開始周波数をステップＳ４で共振周波数として記録された周波数ｆｐｐに設定する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ３～Ｓ５は、本発明の開始周波数設定ステップに相当する。

以上により、図４に示す開始周波数設定処理が終了する。その後、駆動制御部６１は、開始周波数（周波数ｆｐｐ）に調整された駆動信号Ｃｆをレンズシステム３に送る。これにより、レンズシステム３に定在波が形成され、レンズシステム３が稼働状態となる。

なお、レンズシステム３の起動後、共振ロック制御部６１４は、駆動信号Ｃｆのロック制御を実施する。具体的には、共振ロック制御部６１４は、有効電力Ｒｐを所定周期で取得し、有効電力Ｒｐの変化（低下または上昇）を監視することで、レンズシステム３の共振周波数の変化を監視する。有効電力Ｒｐが変動した際には、レンズシステム３の有効電力Ｒｐ以外の振動状態Ｖｆを参照し、加振周波数を増減させることで、加振周波数をレンズシステム３の共振周波数に追従させる。

以上に説明した本実施形態の開始周波数設定処理では、周波数スキャン処理におけるスキャン範囲Ｒｓを、推定値ｆｅを含む所定の範囲に限定することができる。すなわち、本実施形態では、従来技術よりもスキャン範囲を狭い範囲に限定することができるため、周波数スキャン処理を実施しつつ、レンズシステム３の起動に要する時間を短縮することができる。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。
本実施形態は、前述した第１実施形態の焦点距離可変レンズ装置１と共通の構成を有しつつ、第１実施形態とは異なる方法で開始周波数設定処理を行うものである。

図６は、本実施形態の開始周波数設定処理の具体的手順を示すフローチャートである。例えば、作業者が操作インターフェイス７３を操作し、レンズ操作部７１がレンズシステム３の起動指令を駆動制御部６１に入力すると、図６に示す開始周波数設定処理が開始する。

図６において、ステップＳ１～ステップＳ２は、第１実施形態と同様である。すなわち、共振周波数推定部６１２が、温度センサ８からレンズシステム３の温度情報Ｔｍを取得し（ステップＳ１）、この温度情報Ｔｍに基づいて共振周波数の推定値ｆｅを算出する（ステップＳ２）。
次に、開始周波数設定部６１３は、開始周波数を、ステップＳ２で算出された推定値ｆｅに設定する（ステップＳ２１；開始周波数設定ステップ）。
以上により、図６に示す開始周波数設定処理が終了する。その後、駆動制御部６１は、開始周波数（推定値ｆｅ）に調整された駆動信号Ｃｆをレンズシステム３に送る。これにより、レンズシステム３に定在波が形成され、稼働状態となる。

以上に説明した本実施形態の開始周波数設定処理では、第１実施形態のような周波数スキャンを実施せずに、推定値ｆｅをそのまま開始周波数として利用している。すなわち、本実施形態では、周波数スキャン処理にかかる時間を省略することができ、その結果、レンズシステム３の起動に要する時間をより短縮することができる。

〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態を図７～図８に基づいて説明する。
本実施形態は、前述した第１実施形態および第２実施形態とは異なる方法で開始周波数を設定するものである。この本実施形態において、駆動制御部６１Ａは、第１実施形態の駆動制御部６１が有する各機能に加えて、図７に示す判定部６１５をさらに有する。本実施形態の判定部６１５は、本発明の「経過時間判定部」に相当し、レンズシステム３の停止後、当該レンズシステム３の起動指令を受けた際、レンズシステム３の直前の停止時刻から所定時間経過しているか否かを判定する。

図８は、本実施形態の開始周波数設定処理の具体的手順を示すフローチャートである。例えば、作業者が操作インターフェイス７３を操作し、レンズ操作部７１がレンズシステム３の起動指令を駆動制御部６１に入力すると、図８に示す開始周波数設定処理が開始する。

図８において、まず、判定部６１５は、現在時刻がレンズシステム３の直前の停止時刻から所定時間（例えば数秒～数分）が経過しているか否かを判定する（ステップＳ３１）。レンズシステム３の直前の停止時刻は、例えばメモリ６４に記録されている。

ステップＳ３１で所定時間が経過していると判定された場合（ステップＳ３１；Ｙｅｓの場合）、第１実施形態と同様、ステップＳ１～Ｓ３が実施され、推定値ｆｅを含むスキャン範囲Ｒｓが設定される。

一方、ステップＳ３１で所定時間が経過していないと判定された場合（ステップＳ３１；Ｎｏの場合）、開始周波数設定部６１３は、直前の加振周波数の情報を取得し、取得した加振周波数の周囲にスキャン範囲Ｒｓを設定する（ステップＳ３２）。
ここで、直前の加振周波数とは、レンズシステム３の前回の稼働時、共振ロック制御部６１４の制御によりレンズシステム３の共振周波数に追従していた加振周波数であり、メモリ６４に記憶されている。また、ここで設定されるスキャン範囲Ｒｓは、例えば直前の加振周波数を中心に含む範囲であり、従来技術で設定されるスキャン範囲よりも狭い範囲となる。

ステップＳ３またはステップＳ３２の後、第１実施形態と同様に、ステップＳ４以降の処理が実施される。
すなわち、開始周波数設定部６１３は、加振周波数をスキャン範囲Ｒｓで掃引することで、レンズシステム３の共振周波数を検索し（ステップＳ４）、開始周波数を共振周波数（周波数ｆｐｐ）に設定する（ステップＳ５）。

以上により、図８に示す開始周波数設定処理が終了する。その後、駆動制御部６１は、開始周波数に調整された駆動信号Ｃｆをレンズシステム３に送る。これにより、レンズシステム３に定在波が形成され、レンズシステム３が稼働状態となる。

本実施形態の開始周波数設定処理では、レンズシステム３の再起動時がレンズシステム３の停止時刻から所定時間内である場合、レンズシステム３の温度状態に大きな変化がなく、レンズシステム３の共振周波数に大きな変化がない、という想定を前提としている。このような場合、レンズシステム３の停止直前において共振ロック制御部６１４により調整されていた加振周波数を開始周波数に利用することにより、レンズシステム３に定在波を得ることができる。これにより、推定値ｆｅの算出にかかる時間が省略され、レンズシステム３の起動に要する時間をより短縮することができる。

〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態を図９に基づいて説明する。
本実施形態は、前述した第３実施形態の焦点距離可変レンズ装置１と共通の構成を有しつつ（図７参照）、第３実施形態とは異なる方法で開始周波数設定処理を行うものである。すなわち、本実施形態の判定部６１５は、本発明の「温度変化判定部」に相当し、レンズシステム３の現在の温度情報Ｔｍとレンズシステム３の前回稼働の停止時点の温度情報Ｔｍとの差（温度差ΔＴ）が所定範囲内であるか否かを判定する。

図９は、本実施形態の開始周波数設定処理の具体的手順を示すフローチャートである。例えば、作業者が操作インターフェイス７３を操作し、レンズ操作部７１がレンズシステム３の起動指令を駆動制御部６１に入力すると、図９に示す開始周波数設定処理が開始する。

図９では、判定部６１５が、温度センサ８からレンズシステム３の現在の温度情報Ｔｍを取得し（ステップＳ４１）、この温度情報Ｔｍとレンズシステム３の前回稼働の停止時点の温度情報Ｔｍとの差（温度差ΔＴ）が所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。
ここで、温度差ΔＴに関する所定範囲は、レンズシステム３の共振周波数に大きな変化が現れない範囲で任意に設定される。また、レンズシステム３の稼働停止時点の温度情報Ｔｍはメモリ６４に記録されている。

ステップＳ４２で温度差ΔＴが所定範囲内であると判定された場合（ステップＳ４２；Ｙｅｓの場合）、開始周波数設定部６１３は、直前の加振周波数の情報を取得し、取得した加振周波数の周囲にスキャン範囲Ｒｓを設定する（ステップＳ４３）。
ここで、直前の加振周波数とは、前記実施形態３と同様、レンズシステム３の前回稼働時、共振ロック制御部６１４の制御によりレンズシステム３の共振周波数に追従していた加振周波数であり、メモリ６４に記憶されている。また、ここで設定されるスキャン範囲Ｒｓは、例えば直前の加振周波数を中心に含む範囲であり、従来技術で設定されるスキャン範囲よりも狭い範囲となる。

一方、ステップＳ４２で温度差ΔＴが所定範囲外である判定された場合（ステップＳ４２；Ｎｏの場合）、第１実施形態と同様、ステップＳ２～Ｓ３が実施され、推定値ｆｅを含むスキャン範囲Ｒｓが設定される。

ステップＳ３またはステップＳ４３の後、第１実施形態と同様に、ステップＳ４以降の処理が実施される。
すなわち、開始周波数設定部６１３は、加振周波数をスキャン範囲Ｒｓで掃引することで、レンズシステム３の共振周波数を検索し（ステップＳ４）、開始周波数を共振周波数（周波数ｆｐｐ）に設定する（ステップＳ５）。

以上により、図９に示す開始周波数設定処理が終了する。その後、駆動制御部６１は、開始周波数に調整された駆動信号Ｃｆをレンズシステム３に送る。これにより、レンズシステム３に定在波が形成され、レンズシステム３が稼働状態となる。

本実施形態の開始周波数設定処理では、レンズシステム３の再起動時の温度情報Ｔｍが、レンズシステム３の前回稼働の停止時点での温度情報Ｔｍから大きく変化していない場合において、レンズシステム３の前回稼働の停止直前に共振ロック制御部６１４により調整されていた加振周波数を開始周波数に利用できる。これにより、推定値ｆｅの算出にかかる時間が省略され、レンズシステム３の起動に要する時間をより短縮することができる。

〔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。

前記第１実施形態では、レンズシステム３の有効電力Ｒｐがピークを示す駆動信号Ｃｆの周波数ｆｐｐ（共振周波数）を、開始周波数として検出しているが、本発明はこれに限られない。
例えば、共振ロック制御部６１４が前記第１実施形態で説明した方法とは異なるロック制御を行う場合（例えば特開２０１８－１８９７００号公報を参照）、当該ロック制御における目標周波数を、開始周波数としてスキャン範囲Ｒｓから検出してもよい。具体的には、有効電力Ｒｐがピーク値に対して所定の比率になる２つの周波数のうちのいずれか一方の周波数を開始周波数として検出してもよいし、レンズシステム３に加えられる電流と電圧との位相差である電流電圧位相差がピークになる周波数を開始周波数として検出してもよい。

前記第２実施形態では、レンズシステム３の共振周波数の推定値ｆｅをそのまま開始周波数に設定しているが、本発明はこれに限られない。例えば、有効電力Ｒｐがピーク値に対して所定の比率になる２つの周波数のうちのいずれか一方の周波数を、ロック制御における目標周波数とする場合、推定値ｆｅから所定値だけ増加または減少させた周波数を開始周波数に設定してもよい。

前記第３実施形態および前記第４実施形態では、それぞれ、ステップＳ３２，Ｓ４３の後、スキャン処理を省略し、直前の加振周波数をそのまま開始周波数に設定してもよい。

前記各実施形態では、レンズシステム３の駆動および制御を行うために、レンズ制御部６と制御用ＰＣ７との組み合わせを用いたが、これらはレンズシステム３の駆動、制御ないし操作までを一括して行う一体の装置としてもよい。

前記各実施形態では、駆動信号Ｃｆを正弦波とし、焦点位置Ｐｆを正弦波振動させたが、これは三角波、鋸歯状波、矩形波その他の波形であってもよい。
本発明の焦点距離可変レンズ装置は、前記各実施形態のような画像検出装置に適用されることに限定されず、焦点距離Ｄｆが可変であることを利用した光学変位計などにも適用可能である。

１…焦点距離可変レンズ装置、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、６１…駆動制御部、６１１…振動状態検出部、６１２…共振周波数推定部、６１３…開始周波数設定部、６１４…共振ロック制御部、６１５…判定部（経過時間判定部、温度変化判定部）、６２…発光制御部、６３…画像検出制御部、６４…メモリ、７…制御用ＰＣ、７１…レンズ操作部、７２…画像処理部、７３…操作インターフェイス、８…温度センサ、９…測定対象物、Ａ…光軸、Ｃｃ…画像検出信号、Ｃｆ…駆動信号、Ｃｉ…発光信号、Ｄｆ…焦点距離、Ｉｍ…検出画像、Ｌｇ…画像、Ｌｉ…照明光、Ｐｆ…焦点位置、Ｒｐ…有効電力、Ｒｓ…スキャン範囲、Ｔｍ…温度情報、Ｖｆ…振動状態。

Claims (4)

1. 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の温度情報を取得する温度センサと、
   前記温度情報に基づいて、前記レンズシステムの共振周波数の推定値を算出する共振周波数推定部と、
   前記推定値に基づいて、前記レンズシステムを起動する際に前記レンズシステムに入力される前記駆動信号の周波数である開始周波数を設定する開始周波数設定部と、を備え、
   前記開始周波数設定部は、前記推定値に基づいてスキャン範囲を設定し、前記レンズシステムの振動を共振状態にさせる前記駆動信号の周波数を前記スキャン範囲内から検出し、当該周波数を前記開始周波数として設定する
   ことを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
2. 請求項１に記載の焦点距離可変レンズ装置において、
   前記レンズシステムの稼働中、前記駆動信号を前記レンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、
   前記レンズシステムの停止後、前記レンズシステムの停止時刻から所定時間が経過しているか否かを判定する経過時間判定部と、をさらに備え、
   前記開始周波数設定部は、
   前記所定時間が経過していると判定された場合、前記開始周波数を前記推定値に基づいて設定し、
   前記所定時間が経過していないと判定された場合、前記開始周波数を、前記共振ロック制御部によって前記レンズシステムの停止直前に調整された周波数に設定する
   ことを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
3. 請求項１に記載の焦点距離可変レンズ装置において、
   前記レンズシステムの稼働中、前記駆動信号を前記レンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、
   前記レンズシステムの現在の前記温度情報と前記レンズシステムの前回稼働の停止時点の前記温度情報との差が所定範囲内であるか否かを判定する温度変化判定部と、をさらに備え、
   前記開始周波数設定部は、
   前記差が所定範囲内であると判定された場合、前記開始周波数を、前記共振ロック制御部によって前記レンズシステムの停止直前に調整された周波数に設定し、
   前記差が前記所定範囲外であると判定された場合、前記開始周波数を前記推定値に基づいて設定する
   ことを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
4. 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の温度情報を取得する温度センサと、を有する焦点距離可変レンズ装置を用いた焦点距離可変レンズ制御方法であって、
   前記温度情報に基づいて、前記レンズシステムの共振周波数の推定値を算出する共振周波数推定ステップと、
   前記推定値に基づいて、前記レンズシステムを起動する際に前記レンズシステムに入力される前記駆動信号の周波数である開始周波数を設定する開始周波数設定ステップと、を含み、
   前記開始周波数設定ステップは、前記推定値に基づいてスキャン範囲を設定し、前記レンズシステムの振動を共振状態にさせる前記駆動信号の周波数を前記スキャン範囲内から検出し、当該周波数を前記開始周波数として設定する
   ことを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。

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