自动调焦设备和自动调焦方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可用在例如为了测量和观察等的目的而拍摄被摄体的图像的系统中的自动调焦设备、自动调焦方法和程序。
【背景技术】
[0002]传统上，已知有用于进行观察和测量等的系统，其中在该系统中，利用计算机来处理通过拍摄被摄体所获得的图像。这种系统例如用在数字显微镜和CNC(计算机数字控制)图像测量设备等中。
[0003]日本特开平09-304685公开了可应用于上述的数字显微镜和图像测量设备等的自动调焦设备。在日本特开平09-304685所公开的自动调焦设备中，将预定图案投影到被测物体的测量面上。基于该预定图案的所拍摄图像的对比度信息来进行自动调焦。这样使得能够在不受被测物体的材料限制的情况下聚焦于各种材料的被测物体(例如，参见日本特开平09-304685的第
[0004]段、第
[0019]段和第
[0020]段)。
[0004]为了以高精度进行测量和观察，通过改变包括物镜等的光学系统的倍率来频繁地进行拍摄。因而，要求即使在光学系统的倍率发生改变的情况下也可以以高精度进行自动调焦。
【发明内容】
[0005]有鉴于上述情形，本发明的优点是即使在倍率发生改变的情况下也可以以高精度进行自动调焦的自动调焦设备、自动调焦方法和程序。
[0006]根据本发明的实施例的一种自动调焦设备配备有图像获取部、图案控制部和焦点控制部。所述图像获取部包括:光学系统，其以预定倍率形成被摄体的图像；以及摄像部，其拍摄所述光学系统所形成的所述被摄体的图像。所述图案控制部包括:生成部，其以与所述光学系统的所述预定倍率相对应的大小生成图案；以及投影部，其将所述生成部所生成的图案投影到所述被摄体上。在所述焦点控制部中，所述光学系统以所述预定倍率所形成的所投影的图案的图像基于所述摄像部所拍摄到的所述被摄体的图像来控制所述光学系统的焦点位置。
[0007]在该自动调焦设备中，以与形成被摄体的图像的光学系统的倍率相对应的大小形成图案，然后将该图案投影到被摄体上。利用光学系统以预定倍率形成所投影的图案的图像，然后利用摄像部拍摄该图像。基于该图案的所拍摄图像来控制光学系统的焦点位置。这样使得即使在倍率发生改变的情况下也能够进行高度精确的自动调焦。
[0008]所述生成部可以根据所述光学系统的倍率的变化来改变所述图案的大小。这样使得即使在倍率发生改变的情况下也能够进行高度精确的自动调焦。
[0009]所述生成部可以根据所述光学系统的倍率的增加来减小所述图案的大小，并且根据所述光学系统的倍率的减少来增大所述图案的大小。因而，焦点位置的控制不受例如所形成的图像变得过大或过小所影响。
[0010]所述生成部可以改变所述图案的大小，以使得即使在所述光学系统的倍率改变的情况下，所形成的图案的图像的大小也大致恒定。这样使得即使在倍率发生改变的情况下也能够进行高度精确的自动调焦。
[0011]所述生成部可以包括光调制器，所述光调制器能够基于入射光，以改变后的大小来生成所述图案。通过采用光调制元件，可以以高精度改变所投影的图案的大小。
[0012]所述光调制器可以是微镜装置。采用微镜装置提高了光的利用效率。
[0013]所述光调制器可以是液晶面板。通过采用液晶面板，可以以简单的结构来实现该设备。
[0014]所述生成部可以包括:生成构件，其以预定大小生成所述图案；以及变焦透镜，其改变所述生成构件所生成的所述图案的大小。这样，可以以预定大小生成图案，然后可以利用变焦透镜来改变该图像的大小。
[0015]根据本发明的实施例的一种自动调焦方法，包括以下步骤:利用光学系统来形成要拍摄的被摄体的图像；以与所述光学系统的预定倍率相对应的大小生成图案；以及将所述图案投影到所述被摄体上。基于所投影的图案的所拍摄图像来控制所述光学系统的焦点位置，其中所投影的图案的图像是利用所述光学系统以所述预定倍率形成的。
[0016]根据本发明的实施例的一种程序，其使自动调焦设备进行以下步骤:
[0017]检测形成被摄体的图像的光学系统的倍率；
[0018]基于所检测到的倍率来计算图案的大小；
[0019]以所计算出的大小生成所述图案，并且将所述图案投影到所述被摄体上；屠户
[0020]基于所投影的图案的所拍摄图像来控制所述光学系统的焦点位置，其中所投影的图案的图像是利用所述光学系统以所检测到的预定倍率形成的。
[0021]如上所述，根据本发明，即使在光学系统的倍率发生改变的情况下也可以以高精度进行自动调焦。注意，这里所述的本发明的效果未必受到限制，并且可以是这里所公开的效果中的至少一个。
【附图说明】
[0022]在以下的详细说明中，通过本发明的典型实施例的非限制性示例的方式参考所述的多个附图来进一步说明本发明，其中在附图的几个视图中，相同的附图标记表示相似的部件，并且其中:
[0023]图1是示出根据本发明实施例的图像测量设备的结构示例的示意图；
[0024]图2是示出图像测量设备的控制系统的结构示例的框图；
[0025]图3是示出图案控制部的具体结构示例的框图；
[0026]图4示出图案生成部所生成的图案的一个示例；
[0027]图5是示出自动调焦处理的示例的流程图；
[0028]图6A?6C各自是示出利用CCD照相机拍摄图案的图像所得到的所拍摄图像的模式图；
[0029]图7是使用DMD作为光调制元件的其它结构示例的示意图；
[0030]图8A和8B各自是使用液晶面板作为光调制元件的结构示例的示意图；
[0031]图9是图案生成部的其它实施例的结构示例的示意图；以及
[0032]图10A和10B各自示出图案生成部所生成的图案的其它示例。
【具体实施方式】
[0033]这里所示的细节是举例，是仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为了提供被认为是针对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细节，其中利用附图所进行的说明使本领域技术人员显而易见地明白在实践中可以如何实现本发明的形式。
[0034]以下参考附图来说明本发明的实施例。
[0035]图像测暈设备的结构
[0036]图1是示出根据本发明实施例的图像测量设备的结构示例的示意图。根据本发明实施例的自动调焦设备置于图像测量设备200内。以下将详细说明构成自动调焦设备的部分。
[0037]图像测量设备200包括:台10，其中在该台10上可以放置有工件(被摄体)W，并且该台10沿X方向和Y方向(图1的左右方向)可移动；以及光学系统单元11，其被设置成相对于台10沿Z轴方向(图1的上下方向)可移动。没有限制用以使台10和光学系统单元11可移动的具体结构。可以采用台10和光学系统单元11沿各方向相对于彼此可移动的任意结构。
[0038]光学系统单元11包括壳体12、物镜保持件13、(XD照相机24和照明部25。物镜保持件13经由致动器15连接至壳体12的筒部12A。致动器15包括固定至致动器15的筒部12A侧的磁体16和固定至致动器15的物镜保持件13侧的线圈17。在使致动器15进行工作的情况下，使物镜保持件13沿光轴L方向(Z轴方向)移动。
[0039]如图1所示，物镜14由物镜保持件13以物镜14位于光轴L上的方式保持。在物镜保持件13移动时，物镜14沿光轴L方向移动。在本实施例中，通过物镜14的移动来控制包括物镜14的成像光学系统29的焦点位置P。光轴L