特許 5740648 画像測定装置、オートフォーカス制御方法及びオートフォーカス制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5740648

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年6月24日

(54)【発明の名称】画像測定装置、オートフォーカス制御方法及びオートフォーカス制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20150604BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20150604BHJP

   G02B 7/36 20060101ALI20150604BHJP

   G02B 7/28 20060101ALI20150604BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20150604BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 H

   H04N5/232 A

   G02B7/36

   G02B7/28 H

   G06T1/00 300

   G02B7/28 N

【請求項の数】7

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2011-31481(P2011-31481)

(22)【出願日】2011年2月17日

(65)【公開番号】特開2012-168135(P2012-168135A)

(43)【公開日】2012年9月6日

【審査請求日】2014年1月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100092820

【弁理士】

【氏名又は名称】伊丹 勝

(74)【代理人】

【識別番号】100106389

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 和彦

(72)【発明者】

【氏名】吉田 博行

【審査官】 神谷 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０２２４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０５２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２８７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５３３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０９７６１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２８６５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７７１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１５２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１４０６７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０２Ｂ ７／２８− ７／４０

Ｇ０６Ｔ １／００− １／４０

Ｇ０６Ｔ ３／００− ５／５０

Ｇ０６Ｔ ９／００− ９／４０

Ｈ０４Ｎ ５／２２２−５／２５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定対象を撮像してその画像情報にシリアル番号情報を付加して転送する撮像手段と、
前記撮像手段の合焦位置を制御してこの合焦位置を合焦軸方向の位置情報として出力する位置制御手段と、
前記画像情報及び位置情報に基づいて前記被測定対象の画像測定を行う画像測定手段とを備え、
前記位置制御手段は、前記撮像手段による前記被測定対象の撮像期間における所定のタイミングで、前記撮像手段及び位置制御手段のいずれか一方から他方に出力されるトリガ信号に基づき前記位置情報を取得し、前記位置情報を前記シリアル番号情報と関連付けて保持し、
前記画像測定手段は、前記撮像手段から転送されたシリアル番号情報付きの画像情報及び前記位置制御手段から出力されたシリアル番号情報に関連付けられた位置情報に基づき前記画像情報の合焦軸方向の位置情報を算出し、算出された位置情報を用いてオートフォーカス制御を行う
ことを特徴とする画像測定装置。

【請求項2】

前記撮像手段及び位置制御手段と前記画像測定手段とは、汎用シリアル通信線を介して接続され、
前記撮像手段と前記位置制御手段とは、専用デジタル通信線を介して接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の画像測定装置。

【請求項3】

前記トリガ信号は、垂直同期信号であり、
前記位置制御手段は、前記撮像手段から前記撮像期間の終点で出力された前記垂直同期信号に基づき前記位置情報を取得保持する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像測定装置。

【請求項4】

前記トリガ信号は、ストロボ信号であり、
前記位置制御手段は、前記撮像手段から前記撮像期間の中間点で出力された前記ストロボ信号に基づき前記位置情報を取得保持する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像測定装置。

【請求項5】

前記トリガ信号は、撮像開始指示信号であり、
前記撮像手段は、前記位置制御手段から出力された前記撮像開始指示信号に基づき前記被測定対象の撮像を開始し、
前記位置制御手段は、前記撮像開始指示信号の出力と同時に前記撮像期間の始点で前記位置情報を取得保持する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像測定装置。

【請求項6】

被測定対象を撮像してその画像情報にシリアル番号情報を付加して転送する撮像手段と、前記撮像手段の合焦位置を制御してこの合焦位置を合焦軸方向の位置情報として出力する位置制御手段と、前記画像情報及び位置情報に基づいて前記被測定対象の画像測定を行う画像測定手段とを備えた画像測定装置におけるオートフォーカス制御方法であって、
前記位置制御手段によって前記撮像手段による前記被測定対象の撮像期間における所定のタイミングで、前記撮像手段及び位置制御手段のいずれか一方から他方に出力されるトリガ信号に基づき前記位置情報を取得し、前記位置情報を前記シリアル番号情報と関連付けて保持する工程と、
前記画像測定手段によって前記撮像手段から転送されたシリアル番号情報付きの画像情報及び前記位置制御手段から出力されたシリアル番号情報に関連付けられた位置情報に基づき前記画像情報の合焦軸方向の位置情報を算出し、算出された位置情報を用いてオートフォーカス制御を行う工程とを備えた
ことを特徴とするオートフォーカス制御方法。

【請求項7】

被測定対象を撮像してその画像情報にシリアル番号情報を付加して転送する撮像手段と、前記撮像手段の合焦位置を制御してこの合焦位置を合焦軸方向の位置情報として出力する位置制御手段と、前記画像情報及び位置情報に基づいて前記被測定対象の画像測定を行う画像測定手段とを備えた画像測定装置において実行されるオートフォーカス制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記位置制御手段によって前記撮像手段による前記被測定対象の撮像期間における所定のタイミングで、前記撮像手段及び位置制御手段のいずれか一方から他方に出力されるトリガ信号に基づき前記位置情報を取得させ、前記位置情報を前記シリアル番号情報と関連付けて保持させる工程と、
前記画像測定手段によって前記撮像手段から転送されたシリアル番号情報付きの画像情報及び前記位置制御手段から出力されたシリアル番号情報に関連付けられた位置情報に基づき前記画像情報の合焦軸方向の位置情報を算出させ、算出された位置情報を用いてオートフォーカス制御を行わせる工程とを実行させる
ことを特徴とするオートフォーカス制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、被測定対象を撮像して得られた画像に基づき、非接触で被測定対象の測定を行う画像測定装置、オートフォーカス制御方法及びオートフォーカス制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

画像測定装置においては、一般消費者向けのデジタルカメラ等と比較して、精密な精度が要求されると共に、用途によってはスループットが要求される。このような要件を満たし、迅速且つ高精度な測定を行うべく、自動合焦（オートフォーカス）機能を備えた三次元画像測定装置が一般に知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−３１９２１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

コントラスト式のオートフォーカスでは、カメラ等の撮像手段の合焦位置を徐々に変化させつつ撮像を行い、撮像した画像のコントラストに基づき合焦位置を判断している。このような方法は、例えばカメラとソフトウェアのみによる容易な構成で実現が可能であるが、カメラとソフトウェアとを繋ぐ通信方式によっては、通信の競合などによって画像転送に不確定な遅延が生じたりコマ落ちが発生したりする。このため、実際に画像を取得した位置の判断ができなくなり、正確な合焦位置の取得が困難となる場合があった。

【0005】

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、高精度且つ高速なコントラスト式のオートフォーカスを実現することができる画像測定装置、オートフォーカス制御方法及びオートフォーカス制御プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る画像測定装置は、被測定対象を撮像してその画像情報を転送する撮像手段と、前記撮像手段の合焦位置を制御してこの合焦位置を合焦軸方向の位置情報として出力する位置制御手段と、前記画像情報及び位置情報に基づいて前記被測定対象の画像測定を行う画像測定手段とを備え、前記位置制御手段は、前記撮像手段による前記被測定対象の撮像期間における所定のタイミングで、前記撮像手段及び位置制御手段のいずれか一方から他方に出力されるトリガ信号に基づき前記位置情報を取得保持し、前記画像測定手段は、前記撮像手段から転送された画像情報及び前記位置制御手段から出力された位置情報に基づき前記画像情報の合焦軸方向の位置情報を算出し、算出された位置情報を用いてオートフォーカス制御を行うことを特徴とする。

【0007】

前記撮像手段及び位置制御手段と前記画像測定手段とは、例えば汎用シリアル通信線を介して接続され、前記撮像手段と前記位置制御手段とは、例えば専用デジタル通信線を介して接続されている。

【0008】

前記トリガ信号は、例えば垂直同期（Ｖｓｙｎｃ）信号であり、前記位置制御手段は、前記撮像手段から前記撮像期間の終点で出力された前記垂直同期信号に基づき前記位置情報を取得保持する。

【0009】

また、前記トリガ信号は、例えばストロボ（Ｓｔｒｏｂｅ）信号であり、前記位置制御手段は、前記撮像手段から前記撮像期間の中間点で出力された前記ストロボ信号に基づき前記位置情報を取得保持するようにしてもよい。

【0010】

更に、前記トリガ信号は、例えば撮像開始指示信号であり、前記撮像手段は、前記位置制御手段から出力された前記撮像開始指示信号に基づき前記被測定対象の撮像を開始し、前記位置制御手段は、前記撮像開始指示信号の出力と同時に前記撮像期間の始点で前記位置情報を取得保持するようにしてもよい。

【0011】

なお、前記撮像手段は、前記画像情報にシリアル番号情報を付加して前記画像測定手段に転送し、前記位置制御手段は、前記位置情報を前記シリアル番号情報と関連付けて保持し、前記画像測定手段は、前記シリアル番号情報に対応する前記画像情報の合焦軸方向の位置情報を算出するようにしてもよい。

【0012】

また、本発明に係るオートフォーカス制御方法は、被測定対象を撮像してその画像情報を転送する撮像手段と、前記撮像手段の合焦位置を制御してこの合焦位置を合焦軸方向の位置情報として出力する位置制御手段と、前記画像情報及び位置情報に基づいて前記被測定対象の画像測定を行う画像測定手段とを備えた画像測定装置におけるオートフォーカス制御方法であって、前記位置制御手段によって前記撮像手段による前記被測定対象の撮像期間における所定のタイミングで、前記撮像手段及び位置制御手段のいずれか一方から他方に出力されるトリガ信号に基づき前記位置情報を取得保持する工程と、前記画像測定手段によって前記撮像手段から転送された画像情報及び前記位置制御手段から出力された位置情報に基づき前記画像情報の合焦軸方向の位置情報を算出し、算出された位置情報を用いてオートフォーカス制御を行う工程とを備えたことを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係るオートフォーカス制御プログラムは、被測定対象を撮像してその画像情報を転送する撮像手段と、前記撮像手段の合焦位置を制御してこの合焦位置を合焦軸方向の位置情報として出力する位置制御手段と、前記画像情報及び位置情報に基づいて前記被測定対象の画像測定を行う画像測定手段とを備えた画像測定装置において実行されるオートフォーカス制御プログラムであって、コンピュータに、前記位置制御手段によって前記撮像手段による前記被測定対象の撮像期間における所定のタイミングで、前記撮像手段及び位置制御手段のいずれか一方から他方に出力されるトリガ信号に基づき前記位置情報を取得保持させる工程と、前記画像測定手段によって前記撮像手段から転送された画像情報及び前記位置制御手段から出力された位置情報に基づき前記画像情報の合焦軸方向の位置情報を算出させ、算出された位置情報を用いてオートフォーカス制御を行わせる工程とを実行させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、高精度且つ高速なコントラスト式のオートフォーカスが達成される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る画像測定装置の全体構成を示す図である。

【図2】同画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。

【図3】同画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。

【図4】同画像測定装置におけるオートフォーカスの方法を示す図である。

【図5】同画像測定装置におけるオートフォーカスの方法を示す図である。

【図6】同画像測定装置におけるオートフォーカスの方法を示すタイミングチャートである。

【図7】垂直同期信号を用いたカメラマスタ方式による同画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。

【図8】同画像測定装置の垂直同期信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。

【図9】同画像測定装置の垂直同期信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。

【図10A】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すフローチャートである。

【図10B】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すフローチャートである。

【図11】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。

【図12】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。

【図13】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。

【図14】本発明の第２の実施形態に係る画像測定装置のストロボ信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。

【図15】同画像測定装置のストロボ信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。

【図16】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すフローチャートである。

【図17】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。

【図18】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。

【図19】本発明の第３の実施形態に係る画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。

【図20】同画像測定装置のトリガ信号の入力タイミングを示すタイミングチャートである。

【図21】同画像測定装置のトリガ信号の入力タイミングを示すタイミングチャートである。

【図22】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すフローチャートである。

【図23】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。

【図24】同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。

【図25】本発明の第４の実施形態に係る画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。

【図26】同画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。

【図27】同画像測定装置におけるオートフォーカスの方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る画像測定装置、オートフォーカス制御方法及びオートフォーカス制御プログラムの実施の形態を詳細に説明する。

【0017】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像測定装置の全体構成を示す図である。図２及び図３は、この画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。画像測定装置は、非接触型の画像測定機１と、この画像測定機１を駆動制御すると共に必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム（以下、「ＰＣ」と呼ぶ。）２とを備えて構成されている。なお、ＰＣ２は、例えば測定結果等をプリントアウトするプリンタ４を備えている。

【0018】

画像測定機１は、次のように構成されている。すなわち、試料移動手段である架台１１の上には、ワーク（被測定対象）３が載置される試料台（ステージ）１２がその上面をベース面として水平面と一致するように載置されている。架台１１は、その両側端から立設されたアーム支持体１３ａ，１３ｂの上端でＸ軸ガイド１３ｃを支持している。

【0019】

試料台１２は、例えば架台１１に備えられた図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に沿って駆動可能に構成されている。また、Ｘ軸ガイド１３ｃには、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸方向に沿って駆動される撮像ユニット１４が支持されている。

【0020】

撮像ユニット１４の下端には、カメラ１４１が試料台１２と対向するように装着されている。このカメラ１４１としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の種々のカメラを使用することが可能である。また、第１の実施形態においては、試料台１２上に配置されたワーク３を上方から撮像する方式を採用しているが、例えば床に設置されたワークを横方向から撮像するなどの他の方式を採用するようにしてもよい。

【0021】

ＰＣ２は、コンピュータ本体２１と、入力手段であるキーボード２２、ジョイスティックボックス（以下、「Ｊ／Ｓ」と呼ぶ。）２３及びマウス２４と、ディスプレイの一例としてのＣＲＴ２５とを備えて構成されている。コンピュータ本体２１は、例えば図２に示すように構成されている。

【0022】

すなわち、コンピュータ本体２１において、カメラ１４１から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（図３参照）を介して転送され入力される撮像されたワーク３の画像情報は、インタフェース（以下、「Ｉ／Ｆ」と呼ぶ。）３１を介して多値画像として画像メモリ３２に格納される。

【0023】

また、例えばＣＡＤ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データは、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５に入力されたＣＡＤデータは、例えばＣＰＵ３５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３２に格納される。この画像メモリ３２に格納された画像情報は、表示制御部３６を介してＣＲＴ２５に表示される。

【0024】

一方、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３及びマウス２４から入力されるコード情報や位置情報等は、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３７に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ３８からＩ／Ｆ３９を介してＲＡＭ４０に格納された本発明に係るオートフォーカス（ＡＦ）制御プログラムを含む測定実行プログラムや測定結果表示プログラム等の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。

【0025】

また、ＣＰＵ３５は、上記測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４１を介して画像測定機１を駆動制御する。例えば、ＣＲＴ２５に表示されるカメラ１４１の撮像範囲外におけるワーク３の画像をＣＲＴ２５上のビデオウィンドウ２５ａ（図３参照）に表示する場合は、オペレータの操作によりＪ／Ｓ２３やマウス２４から入力された入力情報に基づき、画像測定機１のＸ，Ｙ軸駆動機構を制御して、試料台１２や撮像ユニット１４を相対的に移動させる。

【0026】

そして、試料台１２や撮像ユニット１４が移動した位置において、後述するＺ軸駆動機構によってカメラ１４１をＺ軸方向（合焦軸方向）に沿って駆動してオートフォーカス処理を実行し、フォーカス位置によりワーク３の撮像を行う。これにより、新たな撮像範囲内のワーク３の画像をＣＲＴ２５に表示する。なお、ＨＤＤ３８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、ＲＡＭ４０は、各種プログラムを格納する他、各種処理におけるＣＰＵ３５のワーク領域を提供する。

【0027】

第１の実施形態において、画像測定機１は、図示しないコントローラを備えており、コントローラには、位置制御部１５１（図３参照）が含まれている。ＰＣ２は、位置制御部１５１を介してカメラ１４１の焦点位置を制御する。また、ＰＣ２は、例えばカメラ１４１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できるように構成されている。

【0028】

カメラ１４１は、照明装置から光を照射されたワーク３をＰＣ２により指定されたフレームレートで撮像し、撮像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ＰＣ２に転送する。この際、位置制御部１５１からは同様にＵＳＢケーブルやＵＳＢポートを介してカメラ１４１の位置情報がＰＣ２に送信される。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制御のＬＥＤ等も用いることができる。

【0029】

撮像ユニット１４は、カメラ１４１のＺ座標を検出して出力するリニアエンコーダ１４３と、カメラ１４１を測定ヘッド１４ａと共にＺ軸方向に沿って駆動するＺ軸駆動機構としてのカメラ駆動機構１４４と、カメラ駆動機構１４４を駆動するＺ軸モータ１４５とを備えている。Ｚ軸モータ１４５は、画像測定機１に備えられたパワーユニット１６を介して位置制御部１５１に接続されている。

【0030】

また、リニアエンコーダ１４３は、スケール又は測定（検出）ヘッド１４ａがカメラ１４１と連動してＺ軸方向に移動するように取り付けられている。位置制御部１５１は、カメラ１４１のＺ座標を図示しないカウンタで計測し、位置情報であるＺ値を出力する。位置制御部１５１は、このＺ値の出力数をカウントするラッチカウンタ１５２と、取得したＺ値を配列データとして保持するＺ値ラッチバッファ１５３とを備えている。

【0031】

すなわち、位置制御部１５１は、後述するトリガ信号に応じて図示しないカウンタがリニアエンコーダ１４３からカメラ１４１のＺ座標情報を取得して出力し、ラッチカウンタ１５２がこの出力数をカウントすると共にＺ値ラッチバッファ１５３がこのＺ座標情報をＺ値として保持するように構成されている。なお、カメラ１４１は、専用デジタル通信線である専用ＤＩＯ（デジタル入出力）ケーブルを介して位置制御部１５１と接続されている。

【0032】

位置制御部１５１は、パワーユニット１６に対してＺ軸駆動命令を出力する。パワーユニット１６は、Ｚ軸モータ１４５に駆動電力を供給し、Ｚ軸モータ１４５は、カメラ駆動機構１４４によってカメラ１４１をフォーカス方向へ移動させる。カメラ１４１は、上述したように任意のフレームレートでワーク３の撮像を行い、ＵＳＢケーブル等を介してＰＣ２に画像情報を転送する。

【0033】

トリガ信号は、カメラ１４１及び位置制御部１５１のいずれか一方から他方に出力されるもので、第１の実施形態においては、カメラ１４１から位置制御部１５１に出力される垂直同期（Ｖｓｙｎｃ）信号がトリガ信号として用いられるカメラマスタ方式が採用される。この場合、位置制御部１５１は、この垂直同期信号を受信し、これに応じて図示しないカウンタがリニアエンコーダ１４３からのＺ座標を取得して出力し、ラッチカウンタ１５２が出力数をカウントして、Ｚ値ラッチバッファ１５３がＺ値を保持する。

【0034】

これに伴い、ラッチカウンタ１５２が更新され、Ｚ値ラッチバッファ１５３に保持されたＺ値は、ＰＣ２からの読み出し命令（要求命令）に応じてＺ値配列データとしてＰＣ２に出力され、ＣＲＴ２５上のカウンタウィンドウ２５ｂ（図３参照）に表示される。なお、第１の実施形態においては、カメラ１４１をＺ軸方向に沿って駆動しているが、カメラ１４１に設けられたレンズ等の光学系を調整することによっても同様の動作が可能である。また、汎用のデジタルシリアル通信線としてＵＳＢインタフェースを使用しているが、例えばＧｉｇ−Ｅ、ＦｉｒｅＷｉｒｅ等の他のデジタルシリアル規格により通信を行うようにしてもよい。

【0035】

このように構成された画像測定装置においては、本発明に係るオートフォーカス制御方法により例えば次のようにオートフォーカス処理が実行される。図４及び図５は、画像測定装置におけるオートフォーカスの方法を示す図である。図４に示すように、オートフォーカス処理に際して、まず、カメラ１４１をワーク３に近い下方又はワーク３から遠い上方のオートフォーカスサーチ開始位置に移動させる。そして、これを上方又は下方に移動速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）で移動させながら一定の画像取得間隔ｔ_{ｆｒａｍｅ}（ｓｅｃ）で複数のＺ座標（Ｚ０〜Ｚ８）において撮像を行う。

【0036】

その後、それぞれのＺ座標位置における画像情報からコントラストを算出することで、コントラストカーブＣＵＶが得られる。こうして得られたコントラストカーブＣＵＶにおける算出された複数のコントラストの中で、最も高い数値を示したものに対応するＺ座標がフォーカス（合焦）位置と判断される。

【0037】

図５に示すように、例えば９箇所のＺ座標（Ｚ０〜Ｚ８）において撮像を行い、転送先のＰＣ２側でＺ０〜Ｚ８の画像情報（ｉｍａｇｅ０〜ｉｍａｇｅ８）をナンバリングし、それぞれのＺ座標におけるコントラスト（Ｐ０〜Ｐ８）が計算されているとする。この場合、Ｚ４の位置におけるコントラストＰ４が最も高くなる。このため、Ｚ４の位置がフォーカス位置と判断され、カメラ１４１のＺ座標はＺ４に合わされることとなる。

【0038】

しかし、図４に示すように、９箇所のＺ座標（Ｚ０〜Ｚ８）において撮像を行ったとしても、実際に位置制御部１５１にてラッチされるＺ値（Ｌ０〜Ｌ８）は、撮像タイミングからＺ値取得タイミングまでの遅延ｔ_{ｄｅｌａｙ}（ｓｅｃ）の影響で、撮像タイミングのＺ座標（Ｚ０〜Ｚ８）とはずれることとなる。第１の実施形態に係る画像測定装置では、このようなずれが生じても、垂直同期信号に応じてＺ位置をラッチすることで、コントラストカーブＣＵＶのピーク位置を正確に算出できる構成としている。

【0039】

なお、画像情報の撮像タイミングのＺ位置は、次式により算出することができる。

【0040】

［数１］
Ｚ_ｉ＝｛Ｌ_ｉ＋１・ｔ_{ｄｅｌａｙ}−Ｌ_ｉ・（ｔ_{ｆｒａｍｅ}−ｔ_{ｄｅｌａｙ}）｝／ｔ_{ｆｒａｍｅ}
ただし、_ｉは画像取得順の番号

【0041】

ここで、このようなコントラスト式のオートフォーカスにおいては、画像情報の出力位置を増やすことによってより正確なフォーカス位置を把握することができるが、出力位置を増やした場合、カメラ１４１からＰＣへ転送するデータ量が増加してしまうこととなる。上記のようにカメラ１４１とＰＣ２とはＵＳＢケーブル等によって接続されているため、画像情報の転送速度は例えば最大で４００Ｍｂｐｓ程度に制限されてしまい、オートフォーカス処理にかかる時間が増えてしまうこととなる。

【0042】

このため、第１の実施形態に係る画像測定装置では、オートフォーカスの際にカメラ１４１による撮像範囲のうちの一部の画像のみを切り出してＰＣ２へ転送することによって、カメラ１４１からＰＣ２へ送信するデータ量を低減させて、フレームレートを上げるようにしている。

【0043】

この転送方法を、図６を参照して説明する。図６は、画像測定装置におけるオートフォーカスの方法を示すタイミングチャート、すなわちオートフォーカス時においてカメラ１４１とＰＣ２との間で通信される信号を示すタイミングチャートである。図６の上段にはＰＣ２のソフトウェア（以下、「Ｓ／Ｗ」と呼ぶ。）からカメラ１４１に送信される信号の一部を、下段にはカメラ１４１からＰＣ２のＳ／Ｗに送信される信号を示している。なお、以降において、特に明記しない限りＰＣ２及びＳ／Ｗを含めてＰＣ２と略記することとする。

【0044】

まず、オートフォーカスが開始される前においては、カメラ１４１からＰＣ２へ、撮像範囲全ての画像情報が送信されている。このとき送信される画像は、例えば図６の左下に示すようになる。そして、タイミングＳ１においてＰＣ２からカメラ１４１へ画像出力停止命令が送信される。

【0045】

カメラ１４１の画像出力が停止されると、カメラ１４１から位置制御部１５１に、ラッチカウンタ１５２をリセットする旨の命令が送信される。ラッチカウンタ１５２がリセットされると、カメラ１４１は上述したようにカメラ駆動機構１４４によりオートフォーカスサーチ開始位置まで駆動される。なお、後述するようにカメラ１４１のオートフォーカスサーチ開始位置への移動後にラッチカウンタ１５２がリセットされてもよい。

【0046】

タイミングＳ２においては、ＰＣ２からカメラ１４１に送信される画像の範囲が、例えば図６の中央下に示すように限定される。この際、同時に垂直同期信号を出力する旨の命令を行うことも可能である。続いて、タイミングＳ３においてＰＣ２からカメラ１４１に画像出力開始命令がなされ、カメラ１４１からＰＣ２へ画像情報が出力（転送）される。なお、後述するように、この画像情報と共にシリアル番号情報（タイムスタンプ）が出力されてもよい。

【0047】

また、タイミングＳ２において垂直同期信号を出力する旨の命令がされていた場合には、カメラ１４１から位置制御部１５１へ垂直同期信号が送信され、カメラ１４１の画像取得時のＺ座標が保持される。なお、上記タイムスタンプが出力されている場合は、Ｚ座標と共に保持されてもよい。

【0048】

また、垂直同期信号を使用しない場合には、後述するものの他、例えばカメラ１４１のフレームレートからカメラ１４１の撮像のタイミングを計算し、計算したタイミングでカメラ１４１のＺ座標を取得するなど、種々の異なる方式によってカメラ１４１と位置制御部１５１との同期を行うこともできる。

【0049】

オートフォーカスが終了したタイミングＳ４では、ＰＣ２からカメラ１４１へ画像出力停止命令がなされる。続いて、タイミングＳ５において、オートフォーカス中のカメラ１４１の設定（画像出力範囲の指定及び垂直同期信号の出力）を解除する旨の信号が送信される。

【0050】

また、位置制御部１５１には、ＰＣ２からＺ軸方向の移動停止命令、ラッチ終了（停止）命令及びラッチ数読み出し（要求）命令が送信される。位置制御部１５１は、カメラ１４１の移動を停止させ、ラッチカウンタ１５２及びＺ値ラッチバッファ１５３の動作を停止させ、ＰＣ２にラッチ数を送信する。

【0051】

続いて、ＰＣ２から位置制御部１５１にラッチされたＺ値配列データの読み出し命令が行われ、位置制御部１５１からＰＣ２にＺ値ラッチバッファ１５３内のＺ値配列データ（Ｚ座標等）が送信される。ＰＣ２は、転送された画像情報とＺ座標との整合を行い、画像情報から算出したコントラストとＺ値との関係を把握する。その後、上記の方法によってフォーカス位置を判断し、カメラ１４１のＺ座標を算出したフォーカス位置まで移動させる。

【0052】

最後に、タイミングＳ６においてライブ表示の画像出力を再開する旨の命令がされると、オートフォーカス動作が終了し、通常の測定が再開される。この際、カメラ１４１からＰＣ２へ転送される画像は、図６の右下に示すように、オートフォーカス開始前と同様のサイズになる。

【0053】

このような方法では、オートフォーカス時にカメラ１４１からＰＣ２に転送する画像のサイズを減縮しており、ＵＳＢケーブル等の転送レートに拘わらずカメラ１４１のフレームレートを大幅に増加させることが可能となる。

【0054】

次に、第１の実施形態に係る垂直同期信号を用いたオートフォーカス処理についてのカメラマスタ方式によるものをより詳細に説明する。図７は、垂直同期信号を用いたカメラマスタ方式による画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。図８及び図９は、同画像測定装置の垂直同期信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。図１０Ａ及び図１０Ｂは、同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すフローチャートである。

【0055】

また、図１１〜図１３は、同画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。図７に示す構成は、図３において示したものと同様である。この場合においては、撮像ユニット１４のカメラ１４１からＵＳＢケーブル等を介してＰＣ２に画像情報（ｉｍａｇｅ）が転送されると共に、ワーク３の撮像完了後にカメラ１４１から専用ＤＩＯケーブルを介して位置制御部１５１に垂直同期（Ｖｓｙｎｃ）信号が出力される。

【0056】

すなわち、図８に示すように、カメラ１４１がグローバルシャッタ方式のＣＣＤで構成された場合は、全ピクセル共通の１フレームの露光期間（撮像期間）の中心（中間点）から、画像取得とＺ位置取得とのタイミングのずれ時間（Ｆｒａｍｅ Ｌａｔｅｎｃｙ：以下、「ＦＬ」と呼ぶ。）だけ後の露光期間の終了時にカメラ１４１から垂直同期信号が出力される。そして、位置制御部１５１においてこのときのＺ座標（Ｚ位置）がラッチされる。

【0057】

一方、図９に示すように、カメラ１４１がローリングシャッタ方式のＣＭＯＳで構成された場合は、水平方向に並ぶ各ピクセルの露光期間のタイミングが順次ずれる。従って、全ての露光期間を合わせた１フレームの露光期間の中心から、上記と同様にＦＬだけ前の１ピクセルの露光期間の終了時にカメラ１４１から垂直同期信号が出力され、位置制御部１５１においてこのときのＺ位置がラッチされる。

【0058】

このように、第１の実施形態においては、例えば図７に示すように、ＵＳＢケーブル等を介した通信において通信競合などにより、カメラ１４１からの画像情報（例えば、ｉｍａｇｅ２，３）のＰＣ２への転送に遅延が生じたとしても、専用ＤＩＯケーブルを介して撮像完了後に出力された垂直同期信号に応じて各画像情報に対応するＺ位置は位置制御部１５１にてラッチされることとなる。

【0059】

従って、ＰＣ２で転送された画像情報とＺ位置との整合を行えば、コントラストカーブＣＵＶのピーク位置を正確に算出することができ、高精度なオートフォーカス動作を確実に行うことが可能となる。このオートフォーカス動作は、具体的には例えば次のように実行される。以下に、図１０Ａ及び図１０Ｂのフローチャートと共に、図１１〜図１３のタイミングチャートを参照しながら、第１の実施形態によるオートフォーカス動作について説明する。

【0060】

まず、図１１に示すように、オートフォーカスが開始される前の通常の状態においては、タイミングＳ１０やＳ１１においてＰＣ２からワーク３の画像のＸ位置、Ｙ位置及びＺ位置のデータ（ＸＹＺデータ）の要求命令がカメラ１４１に送信される。ＸＹＺデータ要求命令を受信したカメラ１４１は、連続撮影（Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ）を行って撮像された画像情報をバルク転送によりＸＹＺデータ要求タイミングとは無関係にＰＣ２に送信（出力）する。なお、連続撮影は、ここではカメラ１４１が転送可能な最大フレームレートで画像を送り続けることをいう。

【0061】

また、位置制御部１５１は、ＸＹＺデータ要求命令に応じてＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標を連続取得し、取得したＸＹＺデータをＰＣ２に返信する。ＰＣ２は、転送された画像情報をビデオウィンドウ２５ａにライブ表示すると共に、返信されたＸＹＺデータをカウンタウィンドウ２５ｂにリアルタイム表示する。

【0062】

通常の状態において撮像した画像情報を上述したようにバルク転送によりＰＣ２へ送信する場合、不確定な通信遅延が発生することがあるため、画像情報の転送遅れやコマ落ちなどの不具合が時々発生する可能性がある。そこで、オートフォーカス動作が開始されると、ＰＣ２は、タイミングＳ１２においてカメラ１４１に連続撮影停止命令を送信し、この連続撮影停止命令を受信したカメラ１４１は、連続撮影を停止する（ステップＳ１００）と共に、１〜２フレーム程度の未転送の残り画像を全て読み出す（ステップＳ１０２）。なお、カメラ１４１は、連続撮影を停止してもその内部では撮影動作が継続されるように動作する。

【0063】

タイミングＳ１３においては、ＰＣ２から位置制御部１５１にカメラ１４１のオートフォーカスサーチ開始位置への移動命令が送信され、測定ヘッド１４ａがオートフォーカスサーチ開始位置へ、Ｚ軸方向に加速移動、定速移動及び減速移動動作を伴って移動され（ステップＳ１０４）、オートフォーカスサーチ開始位置でこの動作が停止される。移動命令は、移動する位置と移動速度とを指定可能なものであり、Ｚ軸方向への動作の停止は、例えばタイミングＳ１４，Ｓ１５，…，Ｓ１６においてＺ軸モータ１４５が停止したかどうかを確認する移動完了確認によりなされる。

【0064】

測定ヘッド１４ａがオートフォーカス開始位置で停止したら、ＰＣ２からカメラ１４１にタイミングＳ１７において設定変更命令が送信され、カメラ１４１の撮影設定が変更される（ステップＳ１０６）。この撮影設定の変更においては、例えばカメラ１４１の読み出し領域（ＲＯＩ）をオートフォーカス対象領域のみにすることで画像情報の転送サイズの最小化を図ったり、フレームレート（＝１／露光時間）を６０又は５０ｆｐｓにしたり、トリガ信号の出力の有無を設定したりすることが行われる。

【0065】

そして、カメラ１４１の撮影設定が変更されると、タイミングＳ１８にてＰＣ２から位置制御部１５１にラッチカウンタ１５２をゼロリセットする旨の命令が送信され、ラッチカウンタ１５２がゼロリセットされる（ステップＳ１０８）。その後、タイミングＳ１９において、ＰＣ２から位置制御部１５１に測定ヘッド１４ａのオートフォーカスサーチ終了位置への移動命令が送信され、測定ヘッド１４ａがオートフォーカスサーチ終了位置へ、Ｚ軸方向に加速移動、ＡＦ定速移動及び減速移動動作を伴うように移動開始する（ステップＳ１１０）。なお、オートフォーカスサーチ終了位置への移動命令が出された後は、この終了位置に到達するか、別途割り込み停止命令が入るまで測定ヘッド１４ａは移動し続ける。

【0066】

タイミングＳ２０においては、ＰＣ２から位置制御部１５１にラッチ開始命令が送信され、上述したようなＺ位置のラッチが開始される（ステップＳ１１２）。そして、タイミングＳ２１にてＰＣ２からカメラ１４１に連続撮影開始命令が送信され、これを受けたカメラ１４１が連続撮影を開始（ステップＳ１１４）する。

【0067】

連続撮影を開始したら、カメラ１４１は、ワーク３のオートフォーカス対象領域を撮像し（ステップＳ１１６）、撮像完了直後に専用ＤＩＯケーブルを介してトリガ信号である垂直同期信号を位置制御部１５１に出力する（ステップＳ１１８）。なお、図１１においては、実際の動作に近い状態を表すために、トリガ信号の出力は画像撮像完了から常に一定の遅延をもってなされていることを示している。また、撮像完了後の画像転送は、バルク転送によるため不定に遅延することを示している。

【0068】

位置制御部１５１は、図示しないカウンタによってトリガ信号入力直後にＺ位置（Ｚ値）をリニアエンコーダ１４３のスケールからラッチし（ステップＳ１２０）、カメラ１４１は、撮像した画像情報をＵＳＢケーブル等を介してＰＣ２へ転送する（ステップＳ１２２）。なお、Ｚ位置のラッチは、測定ヘッド１４ａの加速移動動作中に始まるようにしてもよい。そして、ＰＣ２は、転送された画像情報を入力し、入力した画像情報のコントラスト解析を行う。

【0069】

すなわち、図１０Ｂに示すように、ＰＣ２は、入力した画像情報のコントラストを計算し（ステップＳ１２４）、計算したコントラスト値がこれまで（得られたもの）の最大値であるか否かを判断する（ステップＳ１２６）。最大値であると判断した場合（ステップＳ１２６のＹ）は、コントラスト値の最大値を更新し（ステップＳ１２８）、コントラスト値が最大値から所定のしきい値を引いたもの以下であるか否か、すなわちカメラ１４１がピーク位置を通り過ぎたか否かを判断する（ステップＳ１３０）。なお、上記ステップＳ１２６にて最大値でないと判断した場合（ステップＳ１２６のＮ）は、このステップＳ１３０に移行して同様の判断を行う。

【0070】

コントラスト値が最大値から所定のしきい値を引いたもの以下であると判断した場合（ステップＳ１３０のＹ）は、図１２に示すように、ＰＣ２はタイミングＳ２２においてカメラ１４１に連続撮影停止命令を送信し、この連続撮影停止命令を受信したカメラ１４１は、連続撮影を停止する（ステップＳ１３２）。一方、コントラスト値が最大値から所定のしきい値を引いたもの以下でないと判断した場合（ステップＳ１３０のＮ）は、上記ステップＳ１１６に移行して、以降の処理を繰り返す。

【0071】

カメラ１４１が連続撮影を停止したら、ＰＣ２はタイミングＳ２３において位置制御部１５１にＺ軸方向への移動停止命令を送信し、位置制御部１５１は、Ｚ軸モータ１４５を制御してＺ軸の移動を途中で停止させる（ステップＳ１３４）。これにより、Ｚ軸方向動作は減速移動動作を開始することとなる。

【0072】

また、ＰＣ２はタイミングＳ２４において位置制御部１５１にＺ位置ラッチ停止命令を送信し、これを受けた図示しないカウンタはＺ位置のラッチを停止する（ステップＳ１３６）。なお、このとき、カメラ１４１の連続撮影は停止しているため、専用ＤＩＯケーブルを介して垂直同期信号は位置制御部１５１には出力されない。

【0073】

Ｚ位置のラッチが停止されたら、ＰＣ２は、タイミングＳ２５にて位置制御部１５１にラッチ数要求命令を送信し、これを受けたラッチカウンタ１５２はＰＣ２にラッチ数を返信する。そして、ＰＣ２は、タイミングＳ２６において位置制御部１５１にラッチデータ要求命令を送信し、位置制御部１５１のラッチカウンタ１５２がＺ値ラッチバッファ１５３からＺ値配列データを読み出してＰＣ２に返信し、ＰＣ２はラッチされたＺ位置データを取得する（ステップＳ１３８）。

【0074】

ＰＣ２は、取得したＺ位置データに基づき画像情報を取得したＺ位置を補正し（ステップＳ１４０）、コントラストが最大となる位置（フォーカス位置）を計算する（ステップＳ１４２）。Ｚ位置の補正は、例えば補正量（ｍｍ）＝移動速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）×ＦＬ（ｓｅｃ）により計算することができる。

【0075】

フォーカス位置を計算したら、タイミングＳ２７，Ｓ２８，…，Ｓ２９においてＺ軸モータ１４５が停止したかどうかの移動完了確認が行われ、測定ヘッド１４ａが停止したか否かが判断される（ステップＳ１４４）。なお、Ｚ軸方向への動作は、移動完了確認中に停止され、測定ヘッド１４ａはフォーカス位置を少し過ぎた位置で停止される。

【0076】

すなわち、ＰＣ２は、位置制御部１５１からの返信に基づき測定ヘッド１４ａが停止するまで待って（ステップＳ１４４のＮ）、上記のようにフォーカス位置を少し過ぎた位置で停止したら（ステップＳ１４４のＹ）、図１３に示すように、タイミングＳ３０において位置制御部１５１にフォーカス位置への移動命令を送信する。そして、これを受けた位置制御部１５１がＺ軸モータ１４５を制御して測定ヘッド１４ａをＺ軸方向に加速移動、定速移動及び減速移動動作させフォーカス位置に移動させる（ステップＳ１４６）。

【0077】

ＰＣ２は、測定ヘッド１４ａが移動中のタイミングＳ３１において、カメラ１４１に設定変更命令を送信し、これを受けたカメラ１４１は、上記ステップＳ１０６で変更された撮影設定を元に戻す（ステップＳ１４８）。その後、タイミングＳ３２，Ｓ３３，…，Ｓ３４にてＺ軸モータ１４５が停止したかどうかの移動完了確認が行われ、測定ヘッド１４ａがフォーカス位置で停止したか否かが判断される（ステップＳ１５０）。

【0078】

すなわち、ＰＣ２は、位置制御部１５１からの返信に基づき測定ヘッド１４ａがフォーカス位置で停止するまで待って（ステップＳ１５０のＮ）、上記のようにフォーカス位置で停止したら（ステップＳ１５０のＹ）、本フローチャートによる一連のオートフォーカス動作が完了し、上述したように通常の状態に戻る。

【0079】

なお、オートフォーカス動作は、上記タイミングＳ３１での設定変更が行われた時点で終了するようにしてもよい。この場合は、Ｚ軸方向動作とは無関係な処理（例えば、データ入出力など）を実行することができるので、スループットを向上させることが可能となる。

【0080】

このように、第１の実施形態に係る画像測定装置では、通信競合などによりカメラ１４１からの画像情報の転送に遅延が生じたとしても、撮像完了後に出力された垂直同期信号に応じてラッチされた各画像情報に対応するＺ位置に基づき、コントラストカーブＣＵＶのピーク位置を正確に算出してフォーカス位置を得ることができる。これにより、オートフォーカスを高精度且つ確実に行うことができる。

【0081】

［第２の実施形態］
図１４及び図１５は、本発明の第２の実施形態に係る画像測定装置のストロボ信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。図１６は、この画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すフローチャートである。図１７及び図１８は、この画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所については同一の符号を附して説明を割愛し、本発明に特に関連のない部分については説明を省略することがあるとする。

【0082】

第２の実施形態に係る画像測定装置の構成は、上記第１の実施形態に係るものと同様であるが、トリガ信号としてのストロボ信号（閃光発生信号）の出力タイミングが異なっている点が第１の実施形態のものとは相違している。

【0083】

すなわち、図１４及び図１５に示すように、カメラ１４１がグローバルシャッタ方式のＣＣＤで構成された場合であっても、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳで構成された場合であっても、撮像による１フレームの露光期間の中心において、すなわちＦＬ０のときにストロボ信号が出力される。そして、位置制御部１５１においてこのときのＺ位置がラッチされる。

【0084】

このように、第２の実施形態においては、カメラ１４１からの画像情報のＰＣ２への転送に遅延が生じたとしても、撮像期間の中間点で出力されたストロボ信号に応じて各画像情報に対応するＺ位置は位置制御部１５１にてラッチされる。従って、第１の実施形態と同様に、コントラストカーブＣＵＶのピーク位置を正確に算出し、オートフォーカス動作を高精度且つ確実に行うことができる。

【0085】

第２の実施形態に係るオートフォーカス動作は、具体的には例えば次のように実行される。以下に、第１の実施形態で用いた図１０Ａ及び図１０Ｂのフローチャートと共に図１６のフローチャートを参照し、図１７及び図１８のタイミングチャートと共に先の図１３のタイミングチャートを参照しながら、第２の実施形態によるオートフォーカス動作について説明する。

【0086】

図１７及び図１０Ａに示すように、タイミングＳ４０〜Ｓ５１による上記ステップＳ１００〜Ｓ１１６までの処理は第１の実施形態と同様であり、図１６に示すように、カメラ１４１がワーク３のオートフォーカス対象領域を撮像したら（ステップＳ１１６）、露光期間の中間でストロボ信号を位置制御部１５１に出力する（ステップＳ１１７）。

【0087】

このステップＳ１１７の後、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１６〜図１８に示すように、上記ステップＳ１２０に移行して上記ステップＳ１３８までの処理をタイミングＳ５６までにおいて実行する。そして、ステップＳ１３８から上記ステップＳ１４０を飛ばして直接上記ステップＳ１４２に移行し、以降の処理を実行して図１３に示すようなタイミングでオートフォーカス動作を終了する。

【0088】

このように、第２の実施形態に係る画像測定装置によれば、通信競合などによりカメラ１４１からの画像情報の転送に遅延が生じたとしても、撮像期間の中間点で出力されたストロボ信号に応じて、位置制御部１５１にてラッチされた各画像情報に対応するＺ位置に基づき、ＰＣ２がコントラストカーブＣＵＶのピーク位置を正確に算出してフォーカス位置を得ることができる。これにより、第１の実施形態と同様にオートフォーカスを高精度且つ確実に行うことができる。

【0089】

［第３の実施形態］
図１９は、本発明の第３の実施形態に係る画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。図２０及び図２１は、この画像測定装置のトリガ信号の入力タイミングを示すタイミングチャートである。図２２は、この画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すフローチャートである。図２３及び図２４は、この画像測定装置によるオートフォーカス制御処理手順を示すタイミングチャートである。

【0090】

第３の実施形態に係る画像測定装置の構成は、上記第１及び第２の実施形態に係るものと同様であるが、図１９に示すように、位置制御部１５１からカメラ１４１に出力される撮像開始指示（撮像トリガ：ｔｒｉｇｇｅｒ）信号がトリガ信号として用いられるカメラスレーブ方式が採用されている点が第１及び第２の実施形態のものとは相違している。

【0091】

すなわち、図２０及び図２１に示すように、カメラ１４１がグローバルシャッタ方式のＣＣＤで構成された場合であっても、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳで構成された場合であっても、撮像による１フレームの露光期間の中心から、ＦＬだけ前の露光期間の開始時に位置制御部１５１から出力されたトリガ信号がカメラ１４１に入力される。位置制御部１５１においては、トリガ信号の出力と同時にＺ位置がラッチされる。

【0092】

このように、第３の実施形態においては、カメラ１４１からの画像情報のＰＣ２への転送に遅延が生じたとしても、位置制御部１５１から出力されたトリガ信号の入力後にカメラ１４１によって撮像が行われ、このトリガ信号の出力と同時に位置制御部１５１がＺ位置をラッチするので、各画像情報に対応するＺ位置が位置制御部１５１にてラッチされる。従って、第１及び第２の実施形態と同様に、コントラストカーブＣＵＶのピーク位置を正確に算出し、高精度なオートフォーカス動作を確実に行うことが可能である。

【0093】

第３の実施形態に係るオートフォーカス動作は、具体的には例えば次のように実行される。以下に、第１及び第２の実施形態で用いた図１０Ａ及び図１０Ｂのフローチャートと共に図２２のフローチャートを参照し、図２３及び図２４のタイミングチャートと共に先の図１３のタイミングチャートを参照しながら、第３の実施形態によるオートフォーカス動作について説明する。

【0094】

図２３及び図１０Ａに示すように、タイミングＳ７０〜Ｓ７７による上記ステップＳ１００〜Ｓ１０６までの処理は第１及び第２の実施形態と同様であるが、ステップＳ１０６でのカメラ１４１の撮影設定の変更においては、上述したものの他、撮影モードがトリガ入力モードに変更される。

【0095】

そして、図２２に示すように、カメラ１４１の撮影設定が変更されると、タイミングＳ７８にてＰＣ２からトリガ撮影（Ｓｎａｐｓｈｏｔ）開始命令が送信され、カメラ１４１はトリガ撮影を開始する（ステップＳ１０７）。なお、トリガ撮影は、ＰＣ２からの要求があるとカメラ１４１が画像情報を１枚転送するものであり、最大フレームレートは連続撮影の１／２程度になるものである。

【0096】

このステップＳ１０７の後、図１０Ａ、図１０Ｂ、図２２及び図２３に示すように、上記ステップＳ１０８に移行して上記ステップＳ１１２までの処理をタイミングＳ８１までにおいて実行する。ステップＳ１１２にてラッチが開始されると、位置制御部１５１はＺ位置をリニアエンコーダ１４３のスケールからラッチする（ステップＳ１１３）と同時に、撮像トリガ信号をカメラ１４１に出力する（ステップＳ１１５）。

【0097】

カメラ１４１は、位置制御部１５１から送信された撮像トリガ信号を入力し、この撮像トリガ信号入力直後にオートフォーカス対象領域の露光を開始して（ステップＳ１１７）、ワーク３の画像を撮像する。このステップＳ１１７の後、上記ステップＳ１２２に移行して上記ステップＳ１３０までの処理を実行し、コントラスト値が最大値から所定のしきい値を引いたもの以下であるか否か、すなわちカメラ１４１がピーク位置を通り過ぎたか否かを判断する。なお、第３の実施形態においては、コントラスト値が最大値から所定のしきい値を引いたもの以下でないと判断した場合（ステップＳ１３０のＮ）は、図１０Ａに示す場合と異なり上記ステップＳ１１３に移行する。

【0098】

コントラスト値が最大値から所定のしきい値を引いたもの以下であると判断した場合（ステップＳ１３０のＹ）は、図２２及び図２４に示すように、上記ステップＳ１３２を飛ばしてステップＳ１３４及びステップＳ１３６の処理を実行し、タイミングＳ８４にてＰＣ２からトリガ撮影停止命令が送信され、カメラ１４１はトリガ撮影を停止する（ステップＳ１３７）。そして、上記ステップＳ１３８に移行し、以降の処理を実行して図１３に示すようなタイミングでオートフォーカス動作を終了する。

【0099】

このように、第３の実施形態に係る画像測定装置によれば、通信競合などによりカメラ１４１からの画像情報の転送に遅延が生じたとしても、位置制御部１５１から出力されたトリガ信号に応じてカメラ１４１が撮像を開始し、位置制御部１５１にてトリガ信号の出力と同時にＺ位置がラッチされる。従って、位置制御部１５１にてラッチされた各画像情報に対応するＺ位置に基づき、ＰＣ２がコントラストカーブＣＵＶのピーク位置を正確に算出してフォーカス位置を得ることができる。これにより、第１及び第２の実施形態と同様にオートフォーカスを高精度且つ確実に行うことができる。

【0100】

［第４の実施形態］
図２５及び図２６は、本発明の第４の実施形態に係る画像測定装置の一部の構成を示すブロック図である。図２７は、同画像測定装置におけるオートフォーカスの方法を示す図である。図２５は上述したカメラマスタ方式で垂直同期信号を用いた場合の構成を示し、図２６は上述したカメラスレーブ方式で撮像開始指示信号を用いた場合の構成を示している。

【0101】

この第４の実施形態に係る画像測定装置では、図２５に示すような上記カメラ１４１からの垂直同期信号、或いは図２６に示すような位置制御部１５１からの撮像開始指示信号などのトリガ信号の出力と同時に、カメラ１４１によって撮像された画像情報に撮像開始時からの通し番号であるシリアル番号情報（タイムスタンプ）を付加する。

【0102】

すなわち、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ０〜３）や撮像開始指示信号（ｔｒｉｇｇｅｒ０〜３）に合わせて、カメラ１４１により画像情報（ｉｍａｇｅ０〜３）にシリアル番号情報（Ｔｉｍｅｓｔａｍｐ０〜３）が付加される。この場合においても、上述したようにこれらのトリガ信号によって位置制御部１５１により通し番号と対応付けられたＺ値がＺ値ラッチバッファ１５３にラッチされる。

【0103】

従って、例えばｉｍａｇｅ２の画像情報がカメラ１４１からＰＣ２への転送時にコマ落ちした場合であっても、ＰＣ２側ではカメラ１４１によりナンバリングされた画像情報のシリアル番号情報を把握することでｉｍａｇｅ２の欠落を知ることができる。すなわち、画像情報の取得順はずれる（ｉｍａｇｅ２が欠落する）が、通し番号であるシリアル番号情報によって画像情報とＺ値とが正しく対応付けられるので、これに基づくＺ値などのデータからコントラストを算出して図２７に示すようなコントラストカーブＣＵＶを得ることができる。

【0104】

なお、この場合の画像情報のＺ位置は、次式により算出することができる。

【0105】

［数２］
Ｚ_ｔ＝｛Ｌ_ｔ＋１・ｔ_{ｄｅｌａｙ}−Ｌ_ｔ・（ｔ_{ｆｒａｍｅ}−ｔ_{ｄｅｌａｙ}）｝／ｔ_{ｆｒａｍｅ}
ただし、_ｔはシリアル番号情報

【0106】

このように、第４の実施形態に係る画像測定装置においても、通信競合などによりカメラ１４１からの画像情報の転送にコマ落ちが生じたとしても、各画像情報に付加されたシリアル番号情報に基づいて、トリガ信号に応じてラッチされた各画像情報に対応するＺ位置を得ることが可能となる。従って、コントラストカーブＣＵＶのピーク位置を正確に算出してフォーカス位置を得ることができ、オートフォーカスを高精度且つ確実に行うことができる。

【符号の説明】

【0107】

１ 画像測定機
２ コンピュータシステム（ＰＣ）
３ ワーク（被測定対象）
４ プリンタ
１１ 架台
１２ 試料台
１３ａ，１３ｂ アーム支持体
１３ｃ Ｘ軸ガイド
１４ 撮像ユニット
１４ａ 測定（検出）ヘッド
１６ パワーユニット
２１ コンピュータ本体
２２ キーボード
２３ ジョイスティックボックス（Ｊ／Ｓ）
２４ マウス
２５ ＣＲＴ
１４１ カメラ
１４３ リニアエンコーダ
１４４ カメラ駆動機構
１４５ Ｚ軸モータ
１５１ 位置制御部
１５２ ラッチカウンタ
１５３ Ｚ値ラッチバッファ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】