焦距可变透镜装置以及焦距可变透镜控制方法与流程

1.本发明涉及焦距可变透镜装置以及焦距可变透镜控制方法。


背景技术：

2.作为焦距可变透镜装置，已知有组合了液体谐振式的透镜系统和物镜的装置(例如参照文献1：日本特开2018－189700号公报)。在该透镜系统中，将由压电材料形成的圆筒状的振动部件浸渍在透明的液体中，若对振动部件施加交流电压即驱动信号，则在振动部件的内部的液体形成驻波，该液体的折射率周期性地变化。焦距可变透镜装置的焦距一边以物镜的焦距为基础一边与透镜系统的折射率一起周期性地变化。
3.在前述焦距可变透镜装置中，为了使透镜系统产生驻波，而需要使驱动信号的频率与透镜系统的谐振频率相匹配。因此，在文献1等以往技术中，在启动透镜系统时，进行通过扫描驱动信号的频率来检索透镜系统的谐振频率的频率扫描处理。
4.图10是表示以往技术中的频率扫描处理的具体的过程的流程图。
5.如图10所示，在焦距可变透镜装置中，首先，使驱动信号的频率(激振频率)与扫描范围的下限值fmin匹配(步骤s101)，在该状态下，将透镜系统中的当前的有效功率记录为最大有效功率(步骤s102)，将当前的激振频率记录为谐振频率(步骤s103)。
6.然后，使激振频率增加规定量(步骤s104)，并判定透镜系统中的当前的有效功率是否大于被记录为最大有效功率的值(步骤s105)。在步骤s105中为“是”的情况下，将被记录为最大有效功率的值更新为当前的有效功率(步骤s106)，将被记录为谐振频率的值更新为当前的激振频率(步骤s107)，进入步骤s108。另一方面，在步骤s105中为“否”的情况下，保持原样地进入步骤s108。
7.在步骤s108中，判定当前的激振频率是否大于扫描范围的上限值fmax，在“是”的情况下，结束频率扫描处理，在“否”的情况下，返回到步骤s104。
8.根据以上的频率扫描处理，如图11所示，将有效功率的峰值pp记录为最大有效功率，将获得该峰值pp的频率fpp记录为谐振频率。
9.然而，透镜系统的谐振频率根据该透镜系统的温度而变化。因此，在以往的频率扫描处理中，需要扩大扫描范围，以便不管透镜系统的温度是保证温度范围内的任何温度都能够检测到谐振频率。由此，频率扫描处理所花费的时间变长，其结果，透镜系统的启动所需的时间变长。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供能够缩短透镜系统的启动所需的时间的焦距可变透镜装置以及焦距可变透镜控制方法。
11.本发明的焦距可变透镜装置的特征在于，具备：液体谐振式的透镜系统，折射率根据输入的驱动信号而变化；温度传感器，获取上述透镜系统的温度信息；谐振频率估计部，基于上述温度信息来计算上述透镜系统的谐振频率的估计值；以及开始频率设定部，基于
上述估计值来设定上述透镜系统的开始频率。
12.在本发明的焦距可变透镜装置中，上述开始频率设定部也可以设定包含上述估计值的扫描范围，从上述扫描范围内检测使上述透镜系统的振动成为目标状态的上述驱动信号的频率，并将该频率设定为上述开始频率。
13.本发明的焦距可变透镜装置也可以具备：谐振锁定控制部，在上述透镜系统运转中，使上述驱动信号追随上述透镜系统的谐振频率；以及经过时间判定部，在上述透镜系统停止后，判定是否从上述透镜系统的停止时刻起经过了规定时间，在判定为经过了上述规定时间的情况下，上述开始频率设定部基于上述估计值来设定上述开始频率，在判定为未经过上述规定时间的情况下，上述开始频率设定部将上述开始频率设定为通过上述谐振锁定控制部在上述透镜系统刚停止前所调整的频率。
14.本发明的焦距可变透镜装置可以还具备：谐振锁定控制部，在上述透镜系统运转中，使上述驱动信号追随上述透镜系统的谐振频率；以及温度变化判定部，判定上述透镜系统的当前的上述温度信息与上述透镜系统的前次运转的停止时刻的上述温度信息之差是否在规定范围内，在判定为上述差在规定范围内的情况下，上述开始频率设定部将上述开始频率设定为通过上述谐振锁定控制部在上述透镜系统刚停止前所调整的频率，在判定为上述差在上述规定范围外的情况下，上述开始频率设定部基于上述估计值来设定上述开始频率。
15.本发明的焦距可变透镜控制方法的特征在于，使用焦距可变透镜装置，实施谐振频率估计步骤以及开始频率设定步骤，其中，上述焦距可变透镜装置具有：液体谐振式的透镜系统，折射率根据输入的驱动信号而变化；以及温度传感器，获取上述透镜系统的温度信息，在上述谐振频率估计步骤中，基于上述温度信息来计算上述透镜系统的谐振频率的估计值，在上述开始频率设定步骤中，基于上述估计值来设定上述透镜系统的开始频率。
附图说明
16.图1是表示本发明的第一实施方式涉及的焦距可变透镜装置的示意图。
17.图2是表示上述第一实施方式的焦距可变透镜装置的框图。
18.图3是表示上述第一实施方式的驱动控制部的框图。
19.图4是表示上述第一实施方式的开始频率设定处理的过程的流程图。
20.图5是用于说明上述第一实施方式的开始频率设定处理的图表。
21.图6是表示本发明的第二实施方式涉及的开始频率设定处理的过程的流程图。
22.图7是表示本发明的第三实施方式涉及的驱动控制部的框图。
23.图8是表示上述第三实施方式涉及的开始频率设定处理的过程的流程图。
24.图9是表示本发明的第四实施方式涉及的开始频率设定处理的过程的流程图。
25.图10是表示以往的频率扫描处理的过程的流程图。
26.图11是用于说明以往的频率扫描处理的图表。
具体实施方式
27.以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。
28.[第一实施方式]
[0029]
图1示出作为本发明的第一实施方式的焦距可变透镜装置1的整体结构。焦距可变透镜装置1一边使到焦点位置pf的焦距df周期性地变化一边检测放置在拍摄区域中的测定对象物9的表面的图像。
[0030]
(焦距可变透镜装置的结构)
[0031]
如图1所示，焦距可变透镜装置1具备：配置在与测定对象物9的表面交叉的相同的光轴a上的物镜2、透镜系统3以及图像检测部4、对测定对象物9的表面进行脉冲照明的脉冲照明部5、控制透镜系统3等的动作的透镜控制部6、用于操作透镜控制部6的控制用pc 7、测定透镜系统3的温度的温度传感器8。
[0032]
物镜2由现有的凸透镜或者透镜组构成。
[0033]
透镜系统3是液体谐振式的透镜系统，其折射率根据从透镜控制部6输入的驱动信号cf而变化。驱动信号cf是使透镜系统3具有的振动部件振动的正弦波状的交流信号。如果将驱动信号cf的频率(激振频率)调整为透镜系统3的谐振频率，则在透镜系统3的内部的液体产生驻波，该液体的折射率周期性地变化。
[0034]
在本实施方式的焦距可变透镜装置1中，到焦点位置pf的焦距df一边以物镜2的焦距为基础一边随着透镜系统3的折射率的变化而周期性地变化。
[0035]
图像检测部4由现有的ccd(charge coupled device，电荷耦合元件)图像传感器或者其它形式的相机等构成。图像检测部4检测经由物镜2以及透镜系统3入射的测定对象物9的图像lg，并作为规定的信号形式的检测图像im输出给控制用pc(个人计算机)7。
[0036]
脉冲照明部5由led(light emitting diode：发光二极管)等发光元件构成。脉冲照明部5能够使照明光li发光规定时间，进行对测定对象物9的表面的脉冲照明。被测定对象物9反射了的反射光lr通过物镜2以及透镜系统3形成图像lg，并入射到图像检测部4。
[0037]
在焦距可变透镜装置1中，通过来自透镜控制部6的驱动信号cf、发光信号ci以及图像检测信号cc控制透镜系统3的驱动、脉冲照明部5的发光以及图像检测部4的图像检测。为了操作控制这些的透镜控制部6的设定等而连接有控制用pc 7。
[0038]
温度传感器8是测定透镜系统3的温度信息tm的传感器。该温度传感器8可以设置在透镜系统3的外部，测定透镜系统3的表面温度，也可以设置在透镜系统3的内部，测定透镜系统3内的液体的温度。
[0039]
或者，温度传感器8也可以设置为测定透镜系统3的周围温度。即，在本实施方式中，由于利用安置在室内的启动前的透镜系统3的温度信息tm，所以透镜系统3的温度能够视为与周围温度相同。
[0040]
温度传感器8将获取到的温度信息tm输出至透镜控制部6，透镜控制部6基于所输入的温度信息tm来进行透镜系统3的启动动作。
[0041]
图2示出本实施方式的透镜控制部6以及控制用pc 7的结构。
[0042]
透镜控制部6是控制透镜系统3、图像检测部4以及脉冲照明部5的各动作的专用单元。透镜控制部6可以由多个ic(集成芯片)等以硬件的方式构成，也可以以具备cpu(中央处理器)的计算机为中心而构成，并通过cpu执行存储器64中储存的程序来实现。
[0043]
透镜控制部6具有：向透镜系统3输出驱动信号cf的驱动控制部61、向脉冲照明部5输出发光信号ci的发光控制部62、向图像检测部4输出图像检测信号cc的图像检测控制部63、以及记录各种信息的存储器64。
[0044]
驱动控制部61将正弦波状的交流信号作为驱动信号cf输出。如图3所示，该驱动控制部61具有振动状态检测部611、谐振频率估计部612、开始频率设定部613以及谐振锁定控制部614。
[0045]
振动状态检测部611检测基于驱动信号cf进行振动的透镜系统3的振动状态vf。作为透镜系统3的振动状态vf，例如列举有施加给透镜系统3的有效功率rp、电压、电流或者电压电流相位差等。或者，透镜系统3的振动状态vf也可以由设置在透镜系统3的振动传感器检测，并由振动状态检测部611获取。
[0046]
谐振频率估计部612从温度传感器8获取透镜系统3的温度信息tm，并基于该温度信息tm来计算透镜系统3的谐振频率的估计值fe。
[0047]
此处，透镜系统3的谐振频率由透镜系统3的特性和该透镜系统3的温度信息tm确定。因此，在本实施方式中，将表示温度信息tm与透镜系统3的谐振频率的关系的表或者运算式预先存储于存储器64。谐振频率估计部612使用从温度传感器8获取到的温度信息tm来进行基于存储器64内的表或者运算式的运算，从而能够计算估计值fe。
[0048]
开始频率设定部613基于由谐振频率估计部612计算出的估计值fe来设定透镜系统3的开始频率。所谓透镜系统3的开始频率是在启动透镜系统3时输入到该透镜系统3的驱动信号cf的频率。此外，将在后面对开始频率设定部613的具体的动作进行描述。
[0049]
谐振锁定控制部614基于由振动状态检测部611检测到的透镜系统3的振动状态vf，使激振频率追随透镜系统3的谐振频率。此外，对于谐振锁定控制部614的具体的动作，可以参照日本特开2018－189700号公报。
[0050]
返回到图2，发光控制部62通过发光信号ci来控制脉冲照明部5的发光定时。例如，通过在驱动信号cf成为任意的相位的时刻输出发光信号ci，从而在与该相位对应的焦点位置pf对测定对象物9进行脉冲照明。
[0051]
图像检测控制部63通过图像检测信号cc来控制基于图像检测部4的图像检测的定时。图像检测部4将在从图像检测信号cc的开启到关闭的期间所检测到的图像lg作为1帧的检测图像im输出。
[0052]
控制用pc 7由通用的个人计算机构成，通过执行专用的软件来进行透镜控制部6的各种设定。例如，控制用pc 7通过执行透镜操作软件而作为操作透镜控制部6的透镜操作部71发挥作用，通过执行图像处理软件而作为从图像检测部4获取检测图像im并进行处理的图像处理部72发挥作用。
[0053]
另外，控制用pc 7具备：接受用户对焦距可变透镜装置1的操作的操作接口73。
[0054]
(开始频率设定处理的过程)
[0055]
图4是表示本实施方式中的开始频率设定处理的过程的流程图。例如，如果作业者操作操作接口73，透镜操作部71将透镜系统3的启动指令输入到驱动控制部61，则如图4所示的开始频率设定处理开始。
[0056]
在图4中，首先，谐振频率估计部612从温度传感器8获取透镜系统3的温度信息tm(步骤s1)，并使用获取到的温度信息tm来进行基于存储器64内的表或者运算式的运算，从而计算透镜系统3的谐振频率的估计值fe(步骤s2；谐振频率估计步骤)。
[0057]
接下来，开始频率设定部613设定包含估计值fe的频率的扫描范围rs(步骤s3)。该扫描范围rs例如是中心包含估计值fe的范围，被设定为比以往技术的扫描范围窄的范围。
[0058]
接着，开始频率设定部613通过在步骤s3中所设定的扫描范围rs内扫描施加给透镜系统3的驱动信号cf的频率(激振频率)，来检索透镜系统3的谐振频率(步骤s4)。
[0059]
步骤s4的具体的处理内容与以往技术的频率扫描处理(参照图10)相同，根据该步骤s4，将获得有效功率rp的峰值pp的频率fpp被记录为谐振频率(参照图5)。此处，本实施方式的扫描范围rs是比以往技术的扫描范围(参照图11)窄的范围。
[0060]
此外，在本实施方式中，有效功率rp示出峰值pp的状态相当于透镜系统3的振动的目标状态。
[0061]
接下来，开始频率设定部613将开始频率设定为在步骤s4中被记录为谐振频率的频率fpp(步骤s5)。此外，步骤s3～s5相当于本发明的开始频率设定步骤。
[0062]
通过以上，图4所示的开始频率设定处理结束。之后，驱动控制部61将被调整成开始频率(频率fpp)的驱动信号cf发送至透镜系统3。由此，在透镜系统3形成驻波，透镜系统3成为运转状态。
[0063]
此外，在启动透镜系统3后，谐振锁定控制部614实施驱动信号cf的锁定控制。具体而言，谐振锁定控制部614以规定周期获取有效功率rp，并监视有效功率rp的变化(降低或者上升)，从而监视透镜系统3的谐振频率的变化。在有效功率rp变动了时，参照透镜系统3的有效功率rp以外的振动状态vf，使激振频率增减，从而使激振频率追随透镜系统3的谐振频率。
[0064]
(第一实施方式的效果)
[0065]
如前述那样，本实施方式的透镜系统3的谐振频率由透镜系统3的特性和该透镜系统3的温度所确定。因此，谐振频率估计部612通过利用预先准备的表或者运算式等，能够基于透镜系统3的温度信息来计算透镜系统3的谐振频率的估计值fe。然后，开始频率设定部613能够基于计算出的估计值fe来设定透镜系统3的开始频率。
[0066]
特别是，在本实施方式中，能够从被限定为包含估计值fe的扫描范围rs检测开始频率。在这样的实施方式中，能够将频率扫描处理中的扫描范围rs限定为包含估计值fe的规定的范围。即，在本实施方式中，由于与以往技术相比将扫描范围限定为更窄的范围，所以能够实施频率扫描处理，并且能够缩短透镜系统3的启动所需的时间。
[0067]
[第二实施方式]
[0068]
基于图6，对本发明的第二实施方式进行说明。
[0069]
本实施方式是具有与前述第一实施方式的焦距可变透镜装置1共用的结构，并通过与第一实施方式不同的方法进行开始频率设定处理的实施方式。
[0070]
图6是表示本实施方式的开始频率设定处理的具体的过程的流程图。例如，如果作业者操作操作接口73，透镜操作部71将透镜系统3的启动指令输入至驱动控制部61，则图6所示的开始频率设定处理开始。
[0071]
在图6中，步骤s1～步骤s2与第一实施方式相同。即，谐振频率估计部612从温度传感器8获取透镜系统3的温度信息tm(步骤s1)，并基于该温度信息tm来计算谐振频率的估计值fe(步骤s2)。
[0072]
接下来，开始频率设定部613将开始频率设定为在步骤s2中计算出的估计值fe(步骤s21；开始频率设定步骤)。
[0073]
通过以上，图6所示的开始频率设定处理结束。然后，驱动控制部61将被调整成开
始频率(估计值fe)的驱动信号cf发送至透镜系统3。由此，在透镜系统3形成驻波，成为运转状态。
[0074]
在以上说明的本实施方式的开始频率设定处理中，不实施第一实施方式那样的频率扫描，而将估计值fe保持原样地利用为开始频率。即，在本实施方式中，能够省略频率扫描处理所花费的时间，其结果，能够进一步缩短透镜系统3的启动所需的时间。
[0075]
[第三实施方式]
[0076]
基于图7～图8，对本发明的第三实施方式进行说明。
[0077]
本实施方式是通过与前述第一实施方式以及第二实施方式不同的方法设定开始频率的实施方式。在该本实施方式中，驱动控制部61a除了第一实施方式的驱动控制部61具有的各功能之外，还具有图7所示的判定部615。本实施方式的判定部615相当于本发明的“经过时间判定部”，在透镜系统3停止后，接收到该透镜系统3的启动指令时，判定是否从透镜系统3的刚停止前时刻起经过了规定时间。
[0078]
图8是表示本实施方式的开始频率设定处理的具体的过程的流程图。例如，如果作业者操作操作接口73，透镜操作部71将透镜系统3的启动指令输入至驱动控制部61，则图8所示的开始频率设定处理开始。
[0079]
在图8中，首先，判定部615判定当前时刻是否从透镜系统3的刚停止前时刻经过了规定时间(例如几秒～几分钟)(步骤s31)。透镜系统3的刚停止前时刻例如被记录在存储器64中。
[0080]
在步骤s31中判定为经过了规定时间的情况下(步骤s31；“是”的情况下)，与第一实施方式同样地实施步骤s1～s3，设定包含估计值fe的扫描范围rs。
[0081]
另一方面，在步骤s31中判定为未经过规定时间的情况下(步骤s31；“否”的情况下)，开始频率设定部613获取紧前的激振频率的信息，并在获取到的激振频率的周围设定扫描范围rs(步骤s32)。
[0082]
此处，所谓紧前的激振频率是指在透镜系统3的前次的运转时通过谐振锁定控制部614的控制而追随透镜系统3的谐振频率的激振频率，其被存储于存储器64中。另外，此处设定的扫描范围rs例如是中心包含紧前的激振频率的范围，成为比在以往技术中所设定的扫描范围窄的范围。
[0083]
在步骤s3或者步骤s32之后，与第一实施方式同样地实施步骤s4以后的处理。
[0084]
即，开始频率设定部613通过在扫描范围rs内扫描激振频率，从而检索透镜系统3的谐振频率(步骤s4)，并将开始频率设定为谐振频率(频率fpp)(步骤s5)。
[0085]
通过以上，图8所示的开始频率设定处理结束。然后，驱动控制部61将被调整成开始频率的驱动信号cf发送至透镜系统3。由此，在透镜系统3形成驻波，透镜系统3成为运转状态。
[0086]
在本实施方式的开始频率设定处理中，以透镜系统3的再启动时是从透镜系统3的停止时刻起在规定时间内的情况下，透镜系统3的温度状态没有较大的变化，透镜系统3的谐振频率没有较大的变化这个假设为前提。在这样的情况下，通过将在透镜系统3刚停止前通过谐振锁定控制部614调整后的激振频率利用于开始频率，从而能够在透镜系统3获得驻波。由此，能够省略估计值fe的计算所花费的时间，并进一步缩短透镜系统3的启动所需的时间。
[0087]
[第四实施方式]
[0088]
基于图9，对本发明的第四实施方式进行说明。
[0089]
本实施方式是具有与前述第三实施方式的焦距可变透镜装置1共用的结构(参照图7)，并通过与第三实施方式不同方法进行开始频率设定处理的实施方式。即，本实施方式的判定部615相当于本发明的“温度变化判定部”，判定透镜系统3的当前的温度信息tm与透镜系统3的前次运转的停止时刻的温度信息tm的差(温度差δt)是否在规定范围内。
[0090]
图9是表示本实施方式的开始频率设定处理的具体的过程的流程图。例如，如果作业者操作操作接口73，透镜操作部71将透镜系统3的启动指令输入至驱动控制部61，则图9所示的开始频率设定处理开始。
[0091]
在图9中，判定部615从温度传感器8获取透镜系统3的当前的温度信息tm(步骤s41)，并判定该温度信息tm与透镜系统3的前次运转的停止时刻的温度信息tm之差(温度差δt)是否在规定范围内(步骤s42)。
[0092]
此处，在透镜系统3的谐振频率没有出现较大的变化的范围中任意地设定与温度差δt有关的规定范围。另外，透镜系统3的运转停止时刻的温度信息tm被记录在存储器64中。
[0093]
在步骤s42中判定为温度差δt在规定范围内的情况下(步骤s42；“是”的情况下)，开始频率设定部613获取紧前的激振频率的信息，并在获取到的激振频率的周围设定扫描范围rs(步骤s43)。
[0094]
此处，所谓紧前的激振频率与上述实施方式三同样地是在透镜系统3的前次运转时，通过谐振锁定控制部614的控制而追随透镜系统3的谐振频率的激振频率，并被存储到存储器64中。另外，此处所设定的扫描范围rs例如是中心包含紧前的激振频率的范围，成为比在以往技术中所设定的扫描范围窄的范围。
[0095]
另一方面，在步骤s42中判定为温度差δt在规定范围外的情况下(步骤s42；“否”的情况下)，与第一实施方式同样地实施步骤s2～s3，设定包含估计值fe的扫描范围rs。
[0096]
在步骤s3或者步骤s43之后，与第一实施方式同样地实施步骤s4以后的处理。
[0097]
即，开始频率设定部613通过在扫描范围rs中扫描激振频率来检索透镜系统3的谐振频率(步骤s4)，并将开始频率设定为谐振频率(频率fpp)(步骤s5)。
[0098]
通过以上，图9所示的开始频率设定处理结束。然后，驱动控制部61将被调整成开始频率的驱动信号cf发送至透镜系统3。由此，在透镜系统3形成驻波，透镜系统3成为运转状态。
[0099]
在本实施方式的开始频率设定处理中，透镜系统3再启动时的温度信息tm没有与透镜系统3的前次运转的停止时刻的温度信息tm明显变化的情况下，能够将在透镜系统3的刚停止前次运转前由谐振锁定控制部614调整后的激振频率利用于开始频率。由此，能够省略估计值fe的计算所花费的时间，进一步缩短透镜系统3的启动所需的时间。
[0100]
[变形例]
[0101]
本发明并不限于前述各实施方式，能够实现本发明的目的范围中的变形等包含在本发明中。
[0102]
虽然在上述第一实施方式中将透镜系统3的有效功率rp示出峰值的驱动信号cf的频率fpp(谐振频率)检测作为开始频率，但本发明并不限于此。
[0103]
例如，在谐振锁定控制部614进行与在上述第一实施方式中所说明的方法不同的锁定控制的情况下(例如参照日本特开2018－189700号公报)，也可以从扫描范围rs检测该锁定控制中的目标频率作为开始频率。具体而言，可以检测有效功率rp相对于峰值为规定的比率的两个频率中的任一个频率作为开始频率，还可以检测施加至透镜系统3的电流与电压的相位差即电流电压相位差成为峰值的频率作为开始频率。
[0104]
虽然在上述第二实施方式中将透镜系统3的谐振频率的估计值fe保持原样地设定为开始频率，但本发明并不限于此。例如，在将有效功率rp相对于峰值为规定的比率的两个频率中的任一个频率设为锁定控制中的目标频率的情况下，可以将从估计值fe增加或者减少规定值所得到的频率设定为开始频率。
[0105]
在上述第三实施方式以及上述第四实施方式中，分别在步骤s32、s43之后，省略扫描处理，并将紧前的激振频率保持原样地设定为开始频率。
[0106]
虽然在上述各实施方式中为了进行透镜系统3的驱动以及控制，而使用了透镜控制部6和控制用pc 7的组合，但它们也可以设为将透镜系统3的驱动、控制到操作都合在一起进行的一体的装置。
[0107]
虽然在上述各实施方式中将驱动信号cf设为正弦波并使焦点位置pf正弦波振动，但该波形也可以是三角波、锯齿状波、矩形波和其它波形。
[0108]
本发明的焦距可变透镜装置并不限定为应用于上述各实施方式那样的图像检测装置，也可以应用于利用了焦距df可变的光学位移计等。