JP7478529B2 - 焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ装置の制御方法 - 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装置の制御方法に関する。

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

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

焦点距離可変レンズ装置において、レンズシステムに入力される駆動信号としては、例えば正弦波状の交流信号が用いられる。このような駆動信号が入力されると、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離（焦点位置）は正弦波状に変化する。この際、駆動信号の振幅が０のとき、レンズシステムを通る光は屈折されず、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は対物レンズの焦点距離となる。駆動信号の振幅が正負のピークにあるとき、レンズシステムを通る光は最も大きく屈折され、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は対物レンズの焦点距離から最も変化した状態となる。

上述した焦点距離可変レンズ装置によって画像を取得する場合、パルス照明部が、駆動信号の所定の位相でパルス発光して対象物を照明する。これにより、正弦波状に変化する焦点位置が所定の焦点位置になったときにパルス照明が行われるため、この焦点位置で合焦した対象物の画像が検出される。

米国特許出願公開第２０１０／０１７７３７６号明細書

ところで、特許文献１に記載のレンズシステムに入力される駆動信号の周期は７０ｋＨｚであり、周期的に変動する焦点距離が一往復するためにかかる時間（焦点距離変動周期）は１４．３μｓ程度である。特許文献１に記載のレンズシステムを利用した焦点距離可変レンズ装置では、この焦点位置変動周期に対して十分に短い時間をパルス照明時間に設定することにより、観察像のぶれが少ない画像を得ることができる。
しかし、一般に、良好な明るさの画像を取得するためには、数十～数百μｓのパルス照明時間が必要である。このため、上述の焦点距離可変レンズ装置において、１回のパルス照明時間によっては良好な明るさの画像を取得することが困難である。

そこで、上述の焦点距離可変レンズ装置では、カメラなどの画像検出部が露光している所定の露光時間内（ミリ秒単位）に、駆動信号の所定の位相に同期したパルス照明（数十～数百ナノ秒単位）を複数回行い、所定の焦点距離で検出された複数の画像を重畳して１枚の画像に処理することが行われている。しかし、このような方法では、良好な明るさの画像を得るための所要時間が長くなってしまう。

本発明の目的は、より短時間で良好な明るさの画像を取得できる焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ装置の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焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、パルス発光して前記測定対象物を照明するパルス照明部と、前記焦点距離可変レンズの指定焦点距離に対応する２つの検出位相に基づいて、前記駆動信号の一周期中に２回のパルス発光を行うように前記パルス照明部を制御する発光制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明において、焦点距離可変レンズの焦点距離は、駆動信号の振幅変化に応じて往復変動する。このため、焦点距離が所定距離になる位相は、駆動信号の一周期中に２つ存在する。
そこで、本発明では、発光制御部が、指定焦点距離に対応する２つの検出位相に基づいてパルス照明部を制御する。これにより、パルス照明部は、駆動信号の一周期中に、焦点距離可変レンズの焦点距離が指定焦点距離付近になる２回のタイミングのそれぞれでパルス発光できる。画像検出部は、パルス照明部によりパルス照明された測定対象物の画像を検出することで、指定焦点位置で合焦した画像を検出できる。

一方、従来技術の焦点距離可変レンズ装置は、パルス照明部が駆動信号の所定の位相でパルス発光するように構成されている。すなわち、従来技術の焦点距離可変レンズ装置では、駆動信号の一周期中に１回のパルス照明しか行われない。

このような従来技術に対して、本発明では、駆動信号の一周期中に従来技術の２倍の回数、画像を検出できる。すなわち、本発明では、時間当たりの画像を検出する回数（検出頻度）が従来技術の２倍に向上する。
これにより、本発明では、パルス照明部の１回分の発光時間を従来技術と同じ時間にしたまま、駆動信号Ｃｆの一周期中の合計発光時間を従来技術の２倍にできる。よって、本発明では、良好な明るさの画像を得るために、駆動信号の複数周期の間、画像検出部が露光を継続する場合において、パルス照明部の１回分の発光時間を変えることなく、全体の露光時間を従来技術の半分にすることができる。これにより、良好な明るさの画像を得るための所要時間を短縮できる。

本発明の焦点距離可変レンズ装置は、前記焦点距離可変レンズの前記指定焦点距離に基づいて、前記指定焦点距離に対応する前記２つの検出位相を算出し、算出した前記２つの検出位相を前記発光制御部に設定する検出位相設定部をさらに備え、前記指定焦点距離が前記焦点距離の正のピーク側に設定された第１所定値より大きい場合または前記焦点距離の負のピーク側に設定された第２所定値より小さい場合、前記検出位相設定部は、前記２つの検出位相の間の位相幅に対応する時間が所定時間以上になるように、前記２つの検出位相を算出することが好ましい。
本発明において、所定時間とは、例えば、パルス照明部による１回分のパルス発光時間と次回発光のための準備時間とを合わせた時間である。このような本発明によれば、焦点距離の変動範囲内において、どのような指定焦点距離が入力されたとしても、一周期中に２回のパルス照明を問題なく行うことができる。

本発明の焦点距離可変レンズ制御装置の制御方法は、入力される駆動信号に応じて焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、パルス発光して前記測定対象物を照明するパルス照明部と、を備える焦点距離可変レンズ装置において、前記焦点距離可変レンズの指定焦点距離に対応する前記駆動信号の２つの検出位相に基づいて、前記パルス照明部に、前記駆動信号の一周期中に２回のパルス発光を行わせることを特徴とする。
本発明によれば、上述した焦点距離可変レンズ装置と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、より短時間で良好な明るさの画像を取得できる焦点距離可変レンズ装置を提供することができる。

本発明の焦点距離可変レンズ装置の一実施形態を示す模式図。 前記実施形態の液体レンズユニットの構成を示す模式図。 前記実施形態の液体レンズユニットの振動状態を示す模式図。 前記実施形態の液体レンズユニットの焦点距離を示す模式図。 前記実施形態の制御部分を示すブロック図。 前記実施形態のテーブルまたは演算式における駆動信号の位相と指定焦点距離との関係を示すグラフ。 前記実施形態の駆動信号、焦点距離および発光信号の変化を示すグラフ。 比較例のテーブルまたは演算式における駆動信号の位相と指定焦点距離との関係を示すグラフ。 比較例の駆動信号、焦点距離および発光信号の変化を示すグラフ。 焦点距離の変化を示すグラフの一部拡大図であって、ピーク周辺範囲を示す図。 焦点距離の変化を示すグラフの一部拡大図であって、ピーク周辺範囲を示す図。 焦点距離の変化を示すグラフの一部拡大図であって、検出位相の変形例を説明する図。

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

さらに、焦点距離可変レンズ装置１は、液体レンズユニット３およびパルス照明部５の動作を制御するレンズ制御部６と、レンズ制御部６を操作するための制御用ＰＣ７と、を備えている。
制御用ＰＣ７は、既存のパーソナルコンピュータにより構成され、所定の制御用ソフトウェアを実行することで所期の機能が実現される。制御用ＰＣ７には、画像検出部４から画像を取り込んで処理する機能も含まれている。

対物レンズ２は、既存の凸レンズで構成される。
画像検出部４は、既存のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサあるいは他の形式のカメラ等で構成され、入射される画像Ｌｇを所定の信号形式の検出画像Ｉｍとして制御用ＰＣ７へ出力することができる。
パルス照明部５は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を含んで構成される。また、パルス照明部５は、レンズ制御部６から入力される発光信号Ｃｉが立ち上がったとき、所定時間だけ照明光Ｌｉを発光することにより、測定対象物９の表面に対するパルス照明を行う。照明光Ｌｉは測定対象物９の表面で反射され、測定対象物９の表面からの反射光Ｌｒが対物レンズ２および液体レンズユニット３を通して画像Ｌｇを形成する。

液体レンズユニット３は、内部に液体レンズシステムが構成され、レンズ制御部６から入力される駆動信号Ｃｆに応じて屈折率が変化する。駆動信号Ｃｆは、液体レンズユニット３に定在波を発生させる周波数の交流であって、正弦波状の交流信号である。

焦点距離可変レンズ装置１において、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆは、対物レンズ２の焦点距離を基本としつつ、液体レンズユニット３の屈折率を変化させることで、任意に変化させることができる。
すなわち、対物レンズ２および液体レンズユニット３は、本発明の焦点距離可変レンズに対応する。

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

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

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

このように、焦点距離可変レンズ装置１においては、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であり、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆも図４の焦点変動波形Ｍｆのように正弦波状に周期的に変動する。
すなわち、焦点距離可変レンズ装置１において、焦点距離Ｄｆは、駆動信号Ｃｆの振幅変化に応じて往復変動するものであり、焦点距離Ｄｆが所定距離になる位相は、駆動信号Ｃｆの一周期中に２つ存在する。

〔レンズ制御部および制御用ＰＣ〕
図５に示すように、レンズ制御部６は、液体レンズユニット３の振動、パルス照明部５の発光および画像検出部４の画像検出を制御するものである。具体的には、レンズ制御部６は、液体レンズユニット３に駆動信号Ｃｆを出力する駆動制御部６１と、パルス照明部５に発光信号Ｃｉを出力する発光制御部６２と、画像検出部４に画像検出信号Ｃｃを出力する画像検出制御部６３とを有する。
駆動制御部６１には、液体レンズユニット３の振動状態Ｖｆの指標となる液体レンズユニット３の有効電力または駆動電流などが入力される。駆動制御部６１は、液体レンズユニット３の振動状態Ｖｆに応じて周波数を調整した駆動信号Ｃｆを、液体レンズユニット３に出力する。
発光制御部６２は、後述する検出位相設定部７１１から入力される検出位相θｓ１，θｓ２に基づいて、パルス照明部５に発光信号Ｃｉを出力する。すなわち、発光制御部６２は、駆動信号Ｃｆの位相が検出位相θｓ１，θｓ２になったとき、発光信号Ｃｉを所定時間立ち上げる。
画像検出制御部６３は、レンズ操作部７１に設定された露光時間などの検出条件に基づいて、画像検出部４に画像検出信号Ｃｃを出力する。

制御用ＰＣ７は、レンズ制御部６に対する設定を行うレンズ操作部７１と、画像検出部４から検出画像Ｉｍを取り込んで処理する画像処理部７２と、焦点距離可変レンズ装置１に対するユーザの操作を受け付ける操作インターフェイス７３と、を有する。
特に、レンズ操作部７１は、検出位相設定部７１１を含んで構成されている。検出位相設定部７１１は、液体レンズユニット３の焦点距離Ｄｆの指定に基づいて検出位相θｓ１，θｓ２を算出し、算出した検出位相θｓ１，θｓ２を発光制御部６２に入力する。

［画像検出処理］
本実施形態における画像検出処理の手順について説明する。
画像検出処理を開始する際、まず、検出位相設定部７１１が、液体レンズユニット３の焦点距離Ｄｆの指定（指定焦点距離Ｄｆｓ）の入力を受け付ける。指定焦点距離Ｄｆｓの入力は、例えば操作インターフェイス７３を介して入力されたユーザ操作に基づいて行われてもよいし、レンズ操作部７１が任意の処理を実施することにより行われてもよい。

次に、検出位相設定部７１１は、指定焦点距離Ｄｆｓと検出位相θｓ１，θｓ２との対応関係を表すテーブルまたは演算式を利用することにより、指定焦点距離Ｄｆｓに基づいて検出位相θｓ１，θｓ２を算出する。
ここで、検出位相設定部７１１が参照するテーブルまたは演算式では、検出位相θｓ１，θｓ２と指定焦点距離Ｄｆｓとの対応関係が、基本的に図６に示す駆動信号Ｃｆの位相θと焦点距離Ｄｆとの関係に相当しており、検出位相θｓは２πの範囲で規定されている。このため、図６に例示するように、検出位相設定部７１１が参照するテーブルまたは演算式では、１つの指定焦点距離Ｄｆｓに対して２つの検出位相θｓ１，θｓ２が対応付けられている。
そして、検出位相設定部７１１は、指定焦点距離Ｄｆｓに基づいて算出した２つの検出位相θｓ１，θｓ２を、発光制御部６２に入力する。

レンズ操作部７１による設定後、画像検出制御部６３が、設定された検出条件（例えば露光時間等）に応じた画像検出信号Ｃｃを出力する。画像検出部４は、入力された画像検出信号Ｃｃに基づいて、所定時間（駆動信号Ｃｆの複数周期に相当する時間）、露光を実施する。

画像検出部４による露光期間中、発光制御部６２が出力する発光信号Ｃｉは、図７に示すように、駆動信号Ｃｆの周期毎に検出位相θｓ１，θｓ２に同期して立ち上がる。パルス照明部５は、入力される発光信号Ｃｉが立ち上がったタイミングから所定の発光時間ｔの間発光する。これにより、駆動信号Ｃｆの周期毎に、液体レンズユニット３の焦点距離Ｄｆが指定焦点距離Ｄｆｓになる２回のタイミングのそれぞれで、測定対象物９がパルス照明される。また、駆動信号Ｃｆの一周期におけるパルス照明の合計時間は、「発光時間ｔ×２」となる。

画像検出部４は、露光期間中にパルス照明された測定対象物９の画像Ｌｇを検出し、検出画像Ｉｍとして出力する。画像処理部７２は、検出された複数の検出画像Ｉｍを取り込んで、これらの検出画像Ｉｍを重畳処理した画像を作成する。

［比較例の画像検出処理］
次に、比較例における画像検出処理の手順について、本実施形態とは異なる処理を主に説明する。
なお、比較例の焦点距離可変レンズ装置は、検出位相設定部７１１による処理方法が本実施形態と異なること以外、本実施形態とほぼ同様の構成を有するものである。以下では、比較例について、本実施形態の対応する構成および符号を利用して説明する。

比較例において、検出位相設定部７１１は、指定焦点距離Ｄｆｓと検出位相θｓとの対応関係を表すテーブルまたは演算式を利用することにより、指定焦点距離Ｄｆｓに基づいて検出位相θｓを算出する。
ここで、検出位相設定部７１１が参照するテーブルまたは演算式では、検出位相θｓと指定焦点距離Ｄｆｓとの対応関係が、図８に示す駆動信号Ｃｆの位相θと焦点距離Ｄｆとの関係に基づいて定められており、検出位相θｓはπの範囲で規定されている。このため、図８に例示するように、比較例のテーブルまたは演算式では、１つの指定焦点距離Ｄｆｓに対して１つの検出位相θｓが対応付けられている。
そして、検出位相設定部７１１は、指定焦点距離Ｄｆｓに基づいて算出した１つの検出位相θｓを、発光制御部６２に入力する。

また、比較例において、発光制御部６２が出力する発光信号Ｃｉは、図９に示すように、駆動信号Ｃｆの周期毎に検出位相θｓに同期して立ち上がる。パルス照明部５は、入力される発光信号Ｃｉが立ち上がったタイミングから所定の発光時間ｔの間発光する。これにより、駆動信号Ｃｆの周期毎に１回、液体レンズユニット３の焦点距離Ｄｆが指定焦点距離Ｄｆｓになるタイミングで、測定対象物９がパルス照明される。また、駆動信号Ｃｆの一周期におけるパルス照明の合計時間は、発光時間ｔに等しい。

［本実施形態と比較例との比較］
以上に説明した本実施形態と比較例とを比較した場合、本実施形態では、駆動信号Ｃｆの周期毎に、比較例の２倍の回数、画像Ｌｇを検出できる。すなわち、本実施形態では、時間当たりの画像Ｌｇを検出する回数（検出頻度）が比較例の２倍に向上する。
これにより、本実施形態では、パルス照明部５の１回分の発光時間を比較例と同じ時間にしたまま、駆動信号Ｃｆの一周期中の合計発光時間を比較例の２倍にできる。よって、本実施形態では、良好な明るさの画像を得るために、駆動信号Ｃｆの複数周期の間、画像検出部４が露光を継続する場合において、パルス照明部５の１回分の発光時間を変えることなく、全体の露光時間を比較例の半分にすることができる。これにより、良好な明るさの画像を得るための所要時間を短縮できる。

あるいは、本実施形態および比較例において、露光時間を同じ時間にする場合、本実施形態におけるパルス照明部５の発光時間ｔを比較例の半分にしてもよい。これにより、本実施形態では、比較例と同じ露光時間で、よりボケの少ない画像Ｌｇを検出することができる。

［ピーク周辺の設定］
上述の画像検出処理の説明において、検出位相設定部７１１が参照するテーブルまたは演算式では、検出位相θｓ１，θｓ２と指定焦点距離Ｄｆｓとの対応関係が、基本的に、駆動信号Ｃｆの位相θと焦点距離Ｄｆとの関係に相当すると説明している。ただし、本実施形態では、指定焦点距離Ｄｆｓが焦点距離Ｄｆのピーク周辺である場合、検出位相θｓ１，θｓ２と指定焦点距離Ｄｆｓとの対応関係は、上述の基本関係とは異なる関係に設定されている。以下、具体的に説明する。

図１０は、焦点距離Ｄｆの変動波形について、正のピーク周辺を拡大して示す図である。
図１０に示すように、指定焦点距離Ｄｆｓが、焦点距離Ｄｆの正のピーク近傍に設定された第１所定値Ｄｆａより大きい場合（Ｄｆａ＜Ｄｓ）、指定焦点距離Ｄｆｓに対応する検出位相θｓ１，θｓ２は、ピーク周辺範囲θＲａの開始位相θａ１および終了位相θａ２にそれぞれ等しい位相に設定されている。
このピーク周辺範囲θＲａとは、焦点距離Ｄｆが正のピークになる駆動信号Ｃｆの位相πを中心とした位相範囲であり、第１所定値Ｄｆａは、ピーク周辺範囲θＲａの開始位相θａ１および終了位相θａ２に対応する焦点距離Ｄｆの値である。

図１１は、焦点距離Ｄｆの変動波形について、負のピーク周辺を拡大して示す図である。
図１１に示すように、指定焦点距離Ｄｆｓが、焦点距離Ｄｆの負のピーク近傍に設定された第２所定値Ｄｆｂより小さい場合（Ｄｓ＜Ｄｆｂ）、指定焦点距離Ｄｆｓに対応する検出位相θｓ１，θｓ２は、ピーク周辺範囲θＲｂの開始位相θｂ１および終了位相θｂ２にそれぞれ等しい位相に設定されている。
このピーク周辺範囲θＲｂは、焦点距離Ｄｆが負のピークになる駆動信号Ｃｆの位相２π（または０）を中心とした位相範囲であり、第２所定値Ｄｆｂは、ピーク周辺範囲θＲｂの開始位相θｂ１および終了位相θｂ２に対応する焦点距離Ｄｆの値である。

ここで、ピーク周辺範囲θＲａ，θＲｂの幅は、各ピーク周辺範囲θＲａ，θＲｂに対応する時間が、パルス照明部５による１回分のパルス発光時間と次回発光のための準備時間（例えば充電時間）とを合わせた時間以上になるように設定されている。
このような設定によれば、１回目のパルス照明が行われている間、または、次回発光のための充電時間の間に、２回目のパルス照明のための発光信号Ｃｉが立ち上がるといった事態を回避できる。これにより、駆動信号Ｃｆの周期毎に、２回のパルス照明を問題なく行うことができる。

なお、焦点距離Ｄｆは、正または負のピーク周辺において位相変化に対する変動量が小さいため、焦点距離Ｄｆのピーク周辺である指定焦点距離Ｄｆｓに対して、上述のように検出位相θｓ１，θｓ２が設定されていても、画像Ｌｇのブレは十分に小さいものとなる。
また、指定焦点距離Ｄｆｓが第１所定値Ｄｆａ以下かつ第２所定値Ｄｆｂ以上である場合（Ｄｆｂ≦Ｄｓ≦Ｄｆａ）には、上述した基本関係が成立する。すなわち、駆動信号Ｃｆの位相θと焦点距離Ｄｆとの関係は、駆動信号Ｃｆの位相θと焦点距離Ｄｆとの関係に相当する。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、上述したように、駆動信号Ｃｆの一周期中に２回のパルス照明を行うことにより、良好な明るさの画像を得るためにかかる時間を短縮できる。
あるいは、１回分の発光時間を短縮することにより、露光時間を長くすることなく、よりボケの少ない画像Ｌｇを検出することができる。

本実施形態では、指定焦点距離Ｄｆｓが焦点距離Ｄｆのピーク付近である場合、検出位相θｓ１，θｓ２は、検出位相θｓ１，θｓ２の間の位相幅に対応する時間が、パルス照明部５による１回分の発光時間と次回発光のための準備時間とを合わせた時間以上になるように設定される。
これにより、焦点距離Ｄｆの変動範囲内において、どのような指定焦点距離Ｄｆｓが入力されたとしても、一周期中に２回のパルス照明を問題なく行うことができる。

［変形例］
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。

例えば、図１２に示すように、検出位相θｓ１に応じた発光時間ｔ中の焦点距離Ｄｆの変動範囲Ｖｒ１と、検出位相θｓ２に応じた発光時間ｔ中の焦点距離Ｄｆの変動範囲Ｖｒ２とは、厳密には一致しない。これらの変動範囲Ｖｒ１，Ｖｒ２の差異は、図中では拡大して示しているが、実際には、焦点距離Ｄｆの全体的な変動範囲に対して極小さいものであるため、前記実施形態にて取得される画像にブレなどの問題はない。
ただし、上記差異を解消する要望がある場合には、検出位相θｓ１，θｓ２のいずれか一方の検出位相（図１２では検出位相θｓ２）は、１回分の発光時間ｔに対応する位相幅だけ、前方にずらした位相に設定されてもよい。

前記実施形態では、どのような指定焦点距離Ｄｆｓが入力された場合であっても、周期毎に２回のパルス照明を行っているが、本発明はこれに限られない。
例えば、検出位相設定部７１１は、所定範囲内の指定焦点距離Ｄｆｓ（例えばＤｆｂ≦Ｄｆｓ≦Ｄｆａ）が入力された場合にのみ、２つの検出位相θｔ１，θｔ２を設定し、所定範囲外の指定焦点距離Ｄｆｓ（例えばＤｆａ＜Ｄｆｓ，Ｄｆｓ＜Ｄｆｂ）が入力された場合には、１つの検出位相を設定してもよい。

前記実施形態において、パルス照明部５は、レンズ制御部６から入力される発光信号Ｃｉが立ち上がったとき、所定時間だけ照明光Ｌｉを発光するものであるが、本発明はこれに限られない。
例えば、パルス照明部５は、入力される発光信号Ｃｉが立ち下がったとき、照明光Ｌｉを所定時間だけ発光するものであってもよい。または、パルス照明部５は、入力される発光信号Ｃｉが立ち上がり（または立ち下がり）が継続している間、照明光Ｌｉを発光するものであってもよい。

前記実施形態では、液体レンズユニット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、これらは液体レンズユニット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。しかし、前記実施形態のように、レンズ制御部６と制御用ＰＣ７との組み合わせとすることで、液体レンズユニット３の駆動および制御に必要なハードウェアを専用のレンズ制御装置として独立させることができる。

前記実施形態では、駆動信号Ｃｆおよび焦点変動波形Ｍｆを正弦波としたが、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。
液体レンズユニット３の具体的構成は適宜変更してよく、ケース３１および振動部材３２は円筒状のほか六角筒状などであってもよく、これらの寸法や液体３５の属性も適宜選択することができる。

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装置の制御方法に利用できる。

１…焦点距離可変レンズ装置、２…対物レンズ、３…液体レンズユニット、３１…ケース、３２…振動部材、３３…外周面、３４…内周面、３５…液体、３９…スペーサ、４…画像検出部、５…パルス照明部、６…レンズ制御部、６１…駆動制御部、６２…発光制御部、６３…画像検出制御部、７…制御用ＰＣ、７１…レンズ操作部、７１１…検出位相設定部、７２…画像処理部、７３…操作インターフェイス、９…測定対象物、Ｃｃ…画像検出信号、Ｃｆ…駆動信号、Ｃｉ…発光信号、Ｄｆ…焦点距離、Ｄｆｓ…指定焦点距離、Ｄｆａ…第１所定値、Ｄｆｂ…第２所定値、Ｉｍ…検出画像、Ｌｇ…画像、Ｌｉ…照明光、Ｌｒ…反射光、Ｍｆ…焦点変動波形、Ｐｆ…焦点位置、Ｗ…屈折率分布、θ…位相、θａ１…開始位相、θａ２…終了位相、θＲａ，θＲｂ…ピーク周辺範囲、θｓ，θｓ１，θｓ２…検出位相。

Claims (3)

1. 入力される駆動信号に応じて焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、
   前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、
   パルス発光して前記測定対象物を照明するパルス照明部と、
   前記焦点距離可変レンズの指定焦点距離に基づいて、前記指定焦点距離に対応する２つの検出位相を設定する検出位相設定部と、
   前記検出位相設定部により設定された前記２つの検出位相に基づいて、前記駆動信号の一周期中に２回のパルス発光を行うように前記パルス照明部を制御する発光制御部と、を備え、
   前記指定焦点距離が前記焦点距離の変動波形の正のピーク側に設定された第１所定値より大きい場合、前記検出位相設定部は、前記第１所定値に対応する２つの位相を前記２つの検出位相として算出し、
   前記指定焦点距離が前記焦点距離の変動波形の負のピーク側に設定された第２所定値より小さい場合、前記検出位相設定部は、前記第２所定値に対応する２つの位相を前記２つの検出位相として算出し、
   前記第１所定値または前記第２所定値に対応する前記２つの位相の間の位相幅に対応する時間は、前記パルス照明部による１回分のパルス発光時間と次回発光のための準備時間とを合わせた時間以上であることを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
2. 請求項１に記載の焦点距離可変レンズ装置であって、
   前記検出位相設定部は、前記２つの検出位相のいずれか一方の検出位相を、前記パルス照明部による１回分のパルス発光時間に対応する位相幅だけずらした位相に設定し、前記２つの検出位相のそれぞれに応じた発光時間中の焦点距離の変動範囲の差異を解消することを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
3. 入力される駆動信号に応じて焦点距離が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、
   前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、
   パルス発光して前記測定対象物を照明するパルス照明部と、を備える焦点距離可変レンズ装置の制御方法であって、
   前記焦点距離可変レンズの指定焦点距離に基づいて、前記指定焦点距離に対応する２つ
   の検出位相を設定することと、
   前記２つの検出位相に基づいて、前記パルス照明部に、前記駆動信号の一周期中に２回のパルス発光を行わせることとを含み、
   前記指定焦点距離が前記焦点距離の変動波形の正のピーク側に設定された第１所定値より大きい場合、前記第１所定値に対応する２つの位相を前記２つの検出位相として設定し、
   前記指定焦点距離が前記焦点距離の変動波形の負のピーク側に設定された第２所定値より小さい場合、前記第２所定値に対応する２つの位相を前記２つの検出位相として設定し、
   前記第１所定値または前記第２所定値に対応する前記２つの位相の間の位相幅に対応する時間は、前記パルス照明部による１回分のパルス発光時間と次回発光のための準備時間とを合わせた時間以上であることを特徴とする焦点距離可変レンズ装置の制御方法。

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