焦点检测方法、焦点检测机械装置和图像测量设备.pdf

公开一种能够以高精确度高速执行焦点检测的焦点检测方法和图像测量设备的焦点检测机械装置、及具有该焦点检测机械装置的图像测量设备。旋转驱动装置旋转和操作用于将光栅图形投射到所测量物体的光栅滤波器。距离驱动装置调整图像拾取装置和测量物体之间的间隔距离。通过相互关联操作旋转驱动装置和距离驱动装置，由图像拾取装置通过多次曝光来拍摄每一预定旋转角度的、投射光栅图形的测量物体的图像。根据所拾取图像信息中的光栅图形的对比度值计算焦点位置。故不需要在多个距离位置拍摄多个图像并处理多个图像。因此可以缩短图像拍摄和图像处理时间，并可增加焦点检测速度。而且由于根据频域信息计算对比度值，所以可以以高精度执行焦点检测。

1、  一种图像测量设备的焦点检测方法，所述图像测量设备具有设置在与所测量物体交叉的光轴上的、用于拍摄所测量物体图像的图像拾取装置，用于从所拍摄图像测量所述测量物体；
其中，所述图像测量设备包括：具有用于向所述测量物体照射照明光线的光发射源的照明装置；设置在所述光发射源和所述测量物体之间、通过中断来自所述光发射源的照明光线来将光栅图形投射到所述测量物体的光栅滤波器；用于旋转和操作所述光栅滤波器并改变投射到所述测量物体的光栅图形的光栅角的旋转驱动装置；以及用于操作所述图像拾取装置和所述测量物体中的至少一个，且沿所述光轴调整其相互的间隔距离的距离驱动装置；和
所述焦点检测方法包括：
图像输入过程，其中，所述距离驱动装置和旋转驱动装置被相互关联操作，且在每一预定旋转角度，所述光栅滤波器的光栅图形被投射到所述测量物体，由所述图像拾取装置通过多次曝光来拍摄所述测量物体的、根据所述预定旋转角度的每一预定间隔距离的图像，以便获得图像信息；
对比度值计算过程，根据通过将所获得的图像信息变换成频域而获得的频域信息，来计算所述每一预定旋转角度的对比度值；和
焦点位置计算过程，根据最大化所述对比度值的旋转角度来从所述图像拾取装置和所述测量物体之间的间隔距离计算焦点位置。

2、  如权利要求1所述的图像测量设备的焦点检测方法，其中
所述对比度计算过程具有：
频率变换过程，用于通过将在所述图像输入过程中获得的图像信息变换成频域来计算频域信息；
乘积图像生成过程，用于通过将提前计算的、与所述光栅滤波器的每一所述预定旋转角度的光栅图形相关的频率滤波器和所变换的频域信息重叠来生成每一所述预定旋转角度的乘积图像；和
功率积分过程，用于相对于每一所述预定旋转角度的每一生成的乘积图像，对构成乘积图像的每一像素的功率求积分。

3、  如权利要求2所述的图像测量设备的焦点检测方法，其中
通过二维傅立叶变换计算在所述频率变换过程中计算的所述频域信息。

4、  如权利要求1至3中的任一项所述的图像测量设备的焦点检测方法，其中
在所述图像输入过程中获得的所述图像信息被设置成一个信息。

5、  如权利要求1至3中的任一项所述的图像测量设备的焦点检测方法，其中
在所述图像输入过程中获得的所述图像信息被设置成两个或多个信息。

6、  一种焦点检测机械装置，其特征在于所述焦点检测机械装置包括：
图像拾取装置，设置在与所测量物体交叉的光轴上，用于拍摄所测量物体的图像；
照明装置，具有用于向所述测量物体照射照明光线的光发射源；
光栅滤波器，设置在所述照明装置和所述测量物体之间、通过中断来自所述光发射源的照明光线来将光栅图形投射到所述测量物体；
旋转驱动装置，用于旋转和操作所述光栅滤波器并改变投射到所述测量物体的光栅图形的光栅角度；和
距离驱动装置，用于操作所述图像拾取装置和所述测量物体中的至少一个，且沿所述光轴调整其相互的间隔距离；和
焦点位置计算装置，在该装置中，所述距离驱动装置和旋转驱动装置被相互关联操作，且在每一预定旋转角度，所述光栅滤波器的光栅图形被投射到所述测量物体，由所述图像拾取装置通过多次曝光来拍摄所述测量物体的、根据所述预定旋转角度的每一预定间隔距离的图像，并且根据通过将所获得的图像信息变换成频域而获得的频域信息，来计算每一所述预定旋转角度的对比度值，以及根据用于最大化所述对比度值的旋转角度来从所述图像拾取装置和所述测量物体之间的间隔距离计算焦点位置。

7、  如权利要求6所述的焦点检测机械装置，其中
所述焦点位置计算装置，通过将所获得的图像信息变换成频域来计算频域信息，通过将提前计算的、与所述光栅滤波器的每一所述预定旋转角度的光栅图形相关的频率滤波器和所述频域信息重叠来生成每一所述预定旋转角度的乘积图像，并通过相对于每一乘积图像对构成乘积图像的每一像素的功率进行积分来计算所述对比度值。

8、  如权利要求6或7所述的焦点检测机械装置，其中
所述图像拾取装置的图像拾取操作与所述照明装置、所述距离驱动装置和所述旋转驱动装置关联地操作。

9、  如权利要求6至8中的任一项所述的焦点检测机械装置，其中
在与所述光栅滤波器的所述预定旋转角度相应的时间间隔上，以闪光形状来控制所述照明装置的发光。

10、  一种焦点检测机械装置，其特征在于所述焦点检测机械装置包括：
图像拾取装置，设置在与所测量物体交叉的光轴上，用于拍摄所测量物体的图像；
傅立叶变换透镜，设置在所述图像拾取装置和所述测量物体之间，用于将来自所述测量物体的反射光线变换成频率；
照明装置，具有用于向所述测量物体照射照明光线的光发射源；
光栅滤波器，设置在所述照明装置和所述测量物体之间、通过中断来自所述光发射源的照明光线来将光栅图形投射到所述测量物体；
旋转驱动装置，用于旋转和操作所述光栅滤波器并改变投射到所述测量物体的光栅图形的光栅角度；和
距离驱动装置，用于操作所述图像拾取装置和所述测量物体中的至少一个，且沿所述光轴调整其相互的间隔距离；和
焦点位置计算装置，在该装置中，所述距离驱动装置和旋转驱动装置被相互关联操作，且在每一预定旋转角度，所述光栅滤波器的光栅图形被投射到所述测量物体，由所述图像拾取装置通过多次曝光，经由所述傅立叶变换透镜来拍摄所述测量物体的、根据所述预定旋转角度的每一预定间隔距离的图像，并根据所拾取的傅立叶变换图像信息，来计算每一所述预定旋转角度的对比度值，根据用于最大化所述对比度值的旋转角度来从所述图像拾取装置和所述测量物体之间的间隔距离计算焦点位置。

11、  一种具有根据权利要求6至10的任一项的焦点检测机械装置的图像测量设备，其中
组成所述焦点检测机械装置的焦点位置计算装置由具有存储装置和运算装置的计算机执行。

12、  如权利要求11所述的图像测量设备，其中
组成所述焦点检测机械装置的所述照明装置、距离驱动装置和旋转驱动装置的操作由所述计算机控制。

焦点检测方法、焦点检测机械装置和图像测量设备
技术领域
本发明涉及一种图像测量设备的焦点检测方法、焦点检测机械装置和具有该焦点检测机械装置的图像测量设备。例如，在具有设置在与所测量物体交叉的光轴上并拍摄所测量物体图像的图像拾取装置、且由所拍摄图像测量所测量物体的形状等的图像测量设备中，本发明涉及一种用于检测图像拾取装置相对于所测量物体位置的焦点位置的焦点检测方法、焦点检测机械装置和具有该焦点检测机械装置的图像测量设备。
背景技术
提出了一种用于在图像测量设备(非接触测量设备)中调整从工件到图像拾取装置的光学距离的聚焦(焦点检测)方法，该图像测量设备具有拍摄所测量物体(工件)图像的图像拾取装置，并通过适当地处理由该图像拾取装置拍摄的图像来测量该工件的形状、尺寸等(例如，参见专利文献1)。
在专利文献1中描述的图像测量设备具有作为拍摄工件图像并输出其图像数据的图像拾取装置的CCD摄像机、用于调整CCD摄像机和工件之间的光学距离的聚焦调整装置、用于以逐行方式拍摄工件图像的行传感器以及由该行传感器拍摄的图像计算对比度的对比度运算装置(电路)。行传感器被设置在行传感器和工件之间的光学距离等于CCD摄像机和工件之间的光学距离的位置上。
在专利文献1所描述的焦点检测方法中，在由聚焦调整装置调整工件、CCD摄像机和行传感器之间的光学距离时，由行传感器所拍摄的图像，在多个距离位置上计算对比度且最大化对比度的位置被检测为焦点位置。建立焦点检测方法以便可以由聚焦调整装置基于所检测焦点位置通过调整CCD摄像机和工件之间的光学距离来聚焦由CCD摄像机所拍摄的图像。
[专利文献1]JP-A-8-226805
然而，在专利文献1的图像测量设备中，在焦点检测中，基于行传感器在多个距离位置上拍摄的多个图像来检测焦点位置。因此，虽然逐行拍摄多个图像，但是，问题在于它花费了用于拍摄每一图像的时间和用于由对比度运算装置处理图像的时间，使得不可以高速时执行焦点检测。
而且，基于可以由行传感器拍摄的在一条线上的多个图像来执行焦点检测。因此，在CCD摄像机的整个图像拾取范围中，不能随意选择期望聚焦的区域。因此，问题在于在其表面上具有不规则的工件的情况下，不能提高聚焦的精确度。
发明内容
本发明的一个目的是提供能够以该精确度高速执行焦点检测的焦点检测方法和图像测量设备的焦点检测机械装置、以及具有该焦点检测机械装置的图像测量设备。
根据本发明一个方面的焦点检测方法是具有图像拾取装置的图像测量设备的焦点检测方法，该图像拾取装置被设置在与所测量物体交叉的光轴上并拍摄所测量物体的图像，该图像测量设备从所拍摄的图像测量所述测量物体；其中所述图像测量设备包括：具有用于向所述测量物体照射照明光线的光发射源的照明装置；设置在所述光发射源和所述测量物体之间、通过中断来自所述光发射源的照明光线来将光栅图形投射到所述测量物体的光栅滤波器；用于旋转和操作所述光栅滤波器并改变投射到所述测量物体的光栅图形的光栅角的旋转驱动装置；以及用于操作所述图像拾取装置和所述测量物体中的至少一个，且沿所述光轴调整其相互的间隔距离的距离驱动装置；所述焦点检测方法包括：图像输入过程，其中，所述距离驱动装置和旋转驱动装置被相互关联操作，且在每一预定旋转角度，所述光栅滤波器的光栅图形被投射到所述测量物体，由所述图像拾取装置通过多次曝光来拍摄所述测量物体的、根据所述预定旋转角度的每一预定间隔距离的图像，以便获得图像信息；对比度值计算过程，根据通过将所获得的图像信息变换成频域而获得的频域信息，来计算所述每一预定旋转角度的对比度值；和焦点位置计算过程，根据最大化所述对比度值的旋转角度来从所述图像拾取装置和所述测量物体之间的间隔距离计算焦点位置。
这里，可以采用具有图像拾取部分和图像拾取光学系统的摄像机作为图像拾取装置，所述图像拾取部分用于将图像拾取显示管、图像拾取元件的光学图像变换成电信号，而所述图像拾取光学系统用于在该图像拾取部分中形成所测量物体地图像。当由距离驱动装置操作图像拾取装置时，可以操作摄像机、用于在其中设置摄像机的箱体等，也可以操作图像拾取光学系统的透镜等。
根据这样的结构，由于通过多次曝光来拾取由图像拾取装置所拾取的图像信息，所以图像信息包括使用距离驱动装置，在关于图像拾取装置和所测量物体之间的间隔距离的多个位置上所拾取的信息。因此，不需要在多个距离位置上拍摄多个图像，使得可以减少用于拾取图像信息的时间。而且，由于不需要处理多个图像，可以减少用在图像处理上的时间，因此，可以以高速执行焦点检测。
而且，由于在对比度值计算过程中，根据通过将图像信息变换成频域所获得的频域信息，而不是所获得图像信息本身来计算对比度值，所以可以精确地执行焦点检测而不受所测量物体的表面形状和图形等的任何影响。即，例如，当所测量物体在其表面具有条纹图形时，存在根据光栅滤波器的旋转角度，该条纹图形和使用光栅滤波器的光栅图形互相干涉，并且在图像信息中的对比度被极大地改变的情况。然而，通过将图像信息变换成频域，消除了由于这样的干涉造成的对比度变化的影响，并且可以精确地计算与于图像拾取装置和所测量物体之间的间隔距离相应的光栅图形的对比度值。
由于距离驱动装置和旋转驱动装置相互关联操作，所以根据在所述图像拾取装置和所测量物体之间的间隔距离，改变包含在所拾取图像信息中的光栅图形的对比度，并且提高了在接近焦点位置的位置上所拍摄光栅图形的对比度。因而，即使在通过多次曝光获得图像信息以及拾取多个旋转角度位置的光栅图形时，通过由该图像信息计算高对比度的旋转角度位置，仍可以高精度地检测焦点位置。
而且，由于可以容易地细调通过多次曝光在拍摄图像过程中所投射的光栅图形的光栅角度，即通过控制旋转驱动装置的操作可以容易地减小预定旋转角度，所以可能根据旋转角度来提高焦点位置的所需的检测精确度。
而且，由于由拍摄所测量物体图像的、用于图像测量的图像拾取装置来获得用于焦点检测的图像信息，所以可以根据该图像信息计算焦点位置，可以将图像测量设备设置成简单结构并且与现有图像测量设备相比，可以紧凑地制造。即，问题在于：由于在专利文献1的图像测量设备中需要行传感器等执行焦点检测，所以该设备的结构是复杂的且是大尺寸的。然而，根据本发明，由于可以将图像拾取装置用在图像测量和焦点检测两者中，所以可以简化和紧凑地构成设备结构。
根据本发明第二方面的焦点检测方法的特征在于：在根据本发明第一方面的图像测量设备的焦点检测方法中，所述对比度值计算过程具有：频率变换过程，用于通过将在所述图像输入过程中获得的图像信息变换成频域来计算频域信息；乘积图像生成过程，用于通过将提前计算的、与所述光栅滤波器的每一预定旋转角度的光栅图形相关的频率滤波器和所变换的频域信息重叠来生成每一预定旋转角度的乘积图像；和功率积分过程，用于相对于每一所述预定旋转角度的每一生成的乘积图像，对构成乘积图像的每一像素的功率求积分。
这里，作为在频率变换过程中计算频域信息的方法，可能采用正交变换技术，如二维傅立叶变换(二维FFT)、Winogard变换、Karhunen-loebe变换、离散余弦变换(DCT)等。而且，除了这些技术之外，如果其他的正交变换技术将图像信息变换成频率成分，也可能采用该技术。
而且，作为提前计算的与光栅滤波器的每一预定旋转角度的光栅图形相关的频率滤波器，能够利用由仅包括非测量物体的光栅图形被拍摄的图像信息，通过正交变换计算的光栅图形的频域信息。而且，也可以利用由使用计算机等进行仿真产生用于频率变换光栅图形的图像信息的频率滤波器。
根据这样的结构，通过将由频率变换过程所获得的图像信息变换成频域信息，可以高速运行计算每一预定旋转角度的对比度值的过程。在这种情况下，如果仅仅用于执行焦点检测的范围的图像信息被转换成频域，作为被变换成频域信息的图像信息，则能够使用图像拾取装置在整个图像拍摄范围中选择期望聚焦的范围。因此，可以提高焦点检测的精确度而与工件的表面形状无关。而且，仅对期望被聚焦的范围执行频率变换过程、乘积图像生成过程、功率积分过程和焦点位置计算过程就足够了，在这些过程中所要求的信息量减少了，且可以增加处理速度。
根据本发明第三方面的焦点检测方法的特征在于：由在根据本发明第二方面的图像测量设备的焦点检测方法中的二维傅立叶变换来计算在所述频率变换过程中所计算的频域信息。
根据这样的结构，通过采用二维傅立叶变换(二维FFT)，可以高速运行在频率变换过程中的处理。所述二维傅立叶变换是作为通过将图像信息正交变换为二维数据来计算频域信息的技术。
根据本发明第四方面的焦点检测方法的特征在于：在根据本发明第一方面至第三方面中任一方面的图像测量设备的焦点检测方法中，在所述图像输入过程中获得的图像信息被设置成一个信息。
根据这样的结构，由于通过多次曝光的在多个位置所拾取的信息被包含在由图像拾取装置所拾取的一个图像信息中，所以可以进一步缩短用于拾取图像信息的时间。而且，由于将用于执行图像处理的图像信息设置成一个图像信息就足够了，所以可以缩短用在图像处理上的时间，以及可以高速执行焦点检测。
根据本发明第五方面的焦点检测方法的特征在于：根据本发明的第一至第三方面中任一方面的图像测量设备的焦点检测方法中，在所述图像输入过程中所获得的信息被设置为两个或多个信息。
根据这样的结构，通过获得由多次曝光在多个位置拾取的两个或多个图像信息，可以扩大在图像拾取装置和测量物体之间的距离范围(焦点检测范围)。即，当光栅滤波器从0度旋转到180度，投射和0度情况下同样的光栅图形(由于一个周期＝180度)。因此，在一个图像信息中包含的光栅图形的角度不相互重叠，并且根据通过每一周期拾取图像信息和获得其本身的多个图像信息的图像信息的数量，可以相对于焦点检测范围可靠地运行焦点检测。
而且，通过相对于光栅滤波器旋转速度，相关地减小距离驱动装置的操作速度(微调焦点检测间距)，可以提高焦点检测的精确度并扩大焦点检测范围。在这种情况下，即使当距离驱动装置的操作速度被减小时，通过拾取相对于预定距离范围的多个图像信息可以执行焦点检测而不缩小焦点检测范围。
根据本发明第六方面的焦点检测机械装置的特征在于：所述焦点检测机械装置包括：图像拾取装置，设置在与所测量物体交叉的光轴上，用于拍摄所测量物体的图像；照明装置，具有用于向所述测量物体照射照明光线的光发射源；光栅滤波器，设置在所述照明装置和所述测量物体之间、通过中断来自所述光发射源的照明光线来将光栅图形投射到所述测量物体；旋转驱动装置，用于旋转和操作所述光栅滤波器并改变投射到所述测量物体的光栅图形的光栅角度；和距离驱动装置，用于操作所述图像拾取装置和所述测量物体中的至少一个，且沿所述光轴调整其相互的间隔距离；和焦点位置计算装置，在该装置中，所述距离驱动装置和旋转驱动装置被相互关联操作，且在每一预定旋转角度，所述光栅滤波器的光栅图形被投射到所述测量物体，由所述图像拾取装置通过多次曝光来拍摄所述测量物体的、根据所述预定旋转角度的每一预定间隔距离的图像，并且根据通过将所拾取的图像信息变换成频域而获得的频域信息，来计算所述每一预定旋转角度的对比度值，以及根据用于最大化所述对比度值的旋转角度来从所述图像拾取装置和所述测量物体之间的间隔距离计算焦点位置。
根据这样的结构，可以获得类似于本发明第一方面的结构的操作效果。
即，可以以高精确度高速执行焦点检测。而且，与传统图像测量设备相比，该设备可以被设置成简单结构并可被紧凑地形成。
根据本发明第七方面的焦点检测机械装置的特征在于：根据本发明第六方面的焦点检测机械装置中，所述焦点位置计算装置，通过将所获得的图像信息变换成频域来计算频域信息，通过将提前计算的、与所述光栅滤波器的每一预定旋转角度的光栅图形相关的频率滤波器和所述频域信息重叠来生成每一预定旋转角度的乘积图像，并通过相对于每一乘积图像对构成乘积图像的每一像素的功率进行积分来计算所述对比度值。
根据这样的结构，类似于本发明第二方面，可以高速执行用于计算每一预定旋转角度的对比度值的过程。
根据本发明第八方面的焦点检测机械装置的特征在于：在根据本发明第六或第七方面的焦点检测机械装置中，所述图像拾取装置的图像拾取操作与所述照明装置、所述距离驱动装置和所述旋转驱动装置关联控制。
根据这样的结构，通过与照明装置、距离驱动装置和旋转驱动装置关联控制图像拾取装置的图像拾取操作，可以有效地获得图像信息。
根据本发明第九方面的焦点检测机械装置的特征在于：在根据本发明第六方面至第八方面中任一方面的焦点检测机械装置中，在与所述光栅滤波器的所述预定旋转角度相应的时间间隔上，以闪光形状来控制所述照明装置的光线。
根据这样的结构，通过在与光栅滤波器的旋转角度相应的时间间隔上，以闪光形状点亮照明装置，可以清楚地拾取通过多次曝光获得的图像信息中的每一预定角度的光栅图形而没有任何移动。当连续地拾取由旋转驱动装置旋转的光栅滤波器投射的光栅图形，移动光栅图形的图像以便不获得每一预定角度所投射的光栅图形的图像，因此，仅在以闪光形状所点亮的照明装置的点亮时间上投射光栅图形，使得可以拍摄每一预定角度的光栅图形。
根据本发明第十方面的焦点检测机械装置是一种焦点检测机械装置，其特征在于所述焦点检测机械装置包括：图像拾取装置，设置在与所测量物体交叉的光轴上，用于拍摄所测量物体的图像；傅立叶变换透镜，设置在所述图像拾取装置和所述测量物体之间，用于将来自所述测量物体的反射光线变换成频率；照明装置，具有用于向所述测量物体照射照明光线的光发射源；光栅滤波器，设置在所述照明装置和所述测量物体之间、通过中断来自所述光发射源的照明光线来将光栅图形投射到所述测量物体；旋转驱动装置，用于旋转和操作所述光栅滤波器并改变投射到所述测量物体的光栅图形的光栅角度；和距离驱动装置，用于操作所述图像拾取装置和所述测量物体中的至少一个，且沿所述光轴调整其相互的间隔距离；和焦点位置计算装置，在该装置中，所述距离驱动装置和旋转驱动装置被相互关联操作，且在每一预定旋转角度，所述光栅滤波器的光栅图形被投射到所述测量物体，由所述图像拾取装置通过多次曝光，经由所述傅立叶变换透镜来拍摄所述测量物体的、根据所述预定旋转角度的每一预定间隔距离的图像，并根据所拾取的傅立叶变换图像信息，来计算所述每一预定旋转角度的对比度值，根据用于最大化所述对比度值的旋转角度来从所述图像拾取装置和所述测量物体之间的间隔距离计算焦点位置。
根据这样的结构，可以获得类似于本发明第六方面中的结构的操作效果。
即，可以以高精确度高速执行焦点检测。而且，由于采用傅立叶变换透镜，由图像拾取装置拾取通过傅立叶变换透镜的所测量物体的反射光线作为傅立叶变换图像信息。因此，不需要使用专用运算电路、计算机等执行频率变换运算操作。因而，缩短用在运算操作的时间且可以以更高的速度执行焦点检测。
根据本发明第十一方面的图像测量设备，其特征在于：所述图像测量设备具有上述焦点检测机械装置之一，并且组成所述焦点检测机械装置的焦点位置计算装置由具有存储装置和运算装置的计算机执行。
根据这样的结构，可以获得类似于本发明第六至第十方面结构的操作效果。
而且，由于由计算机执行焦点位置计算装置的操作，所以可以从所获得的图像信息瞬时计算焦点位置，并可以提高与焦点检测相关的工作效率。在这种情况下，频域信息的计算过程、提前计算的光栅图形的频率滤波器、乘积图像的生成过程、对比度值的计算过程、焦点位置计算过程等被存储到计算机的存储装置作为程序或数据，且由运算装置读取和执行这些程序等。因而，可以进一步有效地执行在焦点检测中所需的过程。
根据本发明第十二方面的图像测量设备，其特征在于：在根据本发明第十一方面的图像测量设备中，组成所述焦点检测机械装置的所述照明装置、距离驱动装置和旋转驱动装置的操作由所述计算机控制。
根据这样的结构，通过由计算机控制照明装置、距离驱动装置和旋转驱动装置的操作，可以相互关联地可靠操作照明装置、距离驱动装置和旋转驱动装置。因此，可以确保焦点检测的精确度。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的图像测量设备的示意性结构图。
图2是表示上述图像测量设备的结构的方框图。
图3是表示在上述图像测量设备中的图像测量方法的流程图。
图4是表示在上述图像测量方法中的图像输入过程的流程图。
图5是一般表示在上述图像测量方法的焦点检测时间上的光栅滤波器以及投射光栅图形的工件的图；
图6A至6D是一般表示投射上述光栅图形的工件的图。
图7A和7B是一般表示在上述焦点检测时间上所获得的图像信息和焦点检测范围的图像信息的图。
图8A至8B是一般表示通过将焦点检测范围的上述图像信息变换成频域所获得频域信息以及根据频域信息生成的乘积图像的图。
图9是表示作为相对于焦点距离的图的上述乘积图像的功率的图。
图10A和10B是表示在根据本发明第二实施例中的图像测量设备的一部分的示意性结构图。
具体实施方式
下面将基于附图，详细说明和展示本发明的焦点检测机械装置和具有该焦点检测机械装置的图像测量设备的优选实施例。在下面说明中，相同结构元件由相同附图标记表示，并忽略或简化对它们的说明。
图1到9表示根据本发明第一实施例的图像测量设备1。图10表示根据本发明第二实施例的图像测量设备的一部分。
(第一实施例)
图1是表示在第一实施例中的图像测量设备1的示意性结构图。图2是表示图像测量设备1的结构的方框图。
在图1中，通过设置设备主机部分10和设备控制部分60来构造图像测量设备1。该设备主机部分10将照明光线照射到作为测量物体的工件W上，并且拾取来自工件W的反射光作为图像。设备控制部分60处理由设备主机部分10拍摄的工件W的图像并控制图像设备主机部分10的操作。设备主机部分10和设备控制部分60通过电缆2互相连接。
设备主机部分10具有空箱形状的箱体11、用于在其上放置工件W的工作台12、通过环绕垂直于工作台12的上表面的光轴A设置并垂直延伸的环形照明装置13。在箱体11内设置用于从工件W的正上方发射照明光线的照明装置20、用于接收来自工件W的反射光并拍摄图像的图像拾取装置30。在与箱体11的工作台12相对的底面上设置以光轴A作为中心的开口，来自工件W的反射光可以通过该开口到达图像拾取装置30。构造箱体11和工作台12以便可以在与光轴A相交的两个平面方向(X和Y方向)上移动和操作该箱体和工作台，使得可以合适地调整工件W的测量部分。
环形照明装置13从相对于光轴A倾斜的方向将环状光束的照射光照射到工件W上。环形照明装置13具有设置在箱体14内的以光轴A为中心的空环状的箱体14，和作为光发射源的白光发射二极管(LED)15。以环形设置多个LED 15以便环绕光轴A和被分成在从平面来看的四个方向上的前面部分、后面部分、左面部分和右面部分。对照射光的强度，分别独立控制按所分成的前面部分、后面部分、左面部分和右面部分。
照明装置20具有作为发光源的氙闪光灯21、用于会聚从氙闪光灯21发散的照明光线的透镜22、23、和用于向光轴A反射照明光线的反射镜24。在光轴A上设置用于将在反射镜24上反射的照明光线向工件W反射的单向透视玻璃25。从沿着光轴A的正上方自氙闪光灯21发射的照明光线向工件W照射。在工件W上反射的反射光线可以通过单向透视玻璃25传送到图像拾取装置30。通过电缆2，氙闪光灯21被连接至设置在设备控制部分60中的照明控制器71。
用于向工件W投射光栅图形的光栅滤波器26被设置在照明装置20的透镜22、23之间。即，光栅过滤器26被设置在用于中断从氙闪光灯21向工件W照射的照射光线的位置上。该光栅过滤器26具有多个相互平行形成且可以透射氙闪光灯21的照明光线的缝隙26A(图5)。由通过这些缝隙26A透射的照明光线将光栅图形26B(图5)投射到工件W上。构造光栅滤波器26以便该光栅滤波器可以被旋转驱动装置40转动和操作。旋转驱动装置40具有驱动马达41，而驱动马达41通过电缆2被连接至设置在设备控制部分60中的马达控制器72。
通过设置沿着光轴排列并会聚来自工件W的反射光线的聚光透镜31、32以及具有用于接收来自聚光透镜31、32的光线的电荷耦合器件33的CCD摄像机34来构造图像拾取装置30。
CCD摄像机34通过电荷耦合器件33接收来自工件W的反射光，并拍摄工件W的图像。所拾取的图像是在图像尺寸方面由有限个数的像素，如512×512像素构成的图像数据。例如，每一像素由8比特的数据构成。在这些8比特的数据中，由分成从0到255的256级的色调值(shading value)(光接收强度)表示接收光的强度。而且，构造CCD摄像机34以便在一秒内连续地获得几十帧如30帧(30fps)的图像。来自CCD摄像机34的图像数据被通过电缆2输出至设置在设备控制部分60中的作为摄像机控制部分的帧抓取器74。
在图像拾取装置30和工件W之间的间隔距离(聚焦距离)由用于在沿光轴A的方向上(Z-方向)移动箱体11的距离驱动装置50调整性地产生。距离驱动装置50具有设置在平台12旁边的并以与光轴A平行的方向延伸的引导轨道51，以及沿引导轨道51被操作并附于箱体11的驱动部分52。驱动部分52通过电缆2与设置在设备控制部分60中的聚焦控制器73连接。引导轨道51和驱动部分52可以由齿条、小齿轮、蜗轮等构成。在这种情况下，对于驱动部分52而言，具有伺服马达等就足够了。而且，引导轨道51和驱动部分52也可以由线性马达等构成。
设备控制部分60由用于从CCD摄像机34接收图像数据，处理图像数据、输出和显示所处理的图像数据的计算机61、连接至该计算机61的照明控制器71、马达控制器72、聚焦控制器73和集成在计算机61中的帧抓取器74构成。照明控制器71通过接收来自计算机61的命令和控制施加于该照明装置20的施加电流来控制照明装置20的光线。马达控制器72通过接收来自计算机61的命令和控制施加于旋转驱动装置40的驱动马达41的施加电流来控制驱动马达41的操作以及控制光栅滤波器26的旋转和操作。聚焦控制器73通过接收来自计算机61的命令和控制施加于距离驱动装置50的驱动部分52的施加电流来控制驱动部分52的操作和控制箱体11沿光轴A的移动。帧抓取器74通过接收来自计算机61的命令来向图像拾取装置30发送外部触发信号(脉冲)和控制CCD摄像机34的曝光。
照明控制器71、马达控制器72和聚焦控制器73可以与计算机61集成设置。而且，摄像机控制装置也可以与计算机61分开设置。
在图2中，计算机61具有用于设置和输入各种与图像测量相关的参数(命令值)的输入装置62、作为记忆以及存储各种程序和数据的存储装置的存储器63、作为处理来自CCD摄像机34的图像数据的图像处理装置的图像处理部分64、以及作为输出和显示图像处理部分64中的处理结果的显示装置的显示部分(CRT)65。计算机61具有作为控制设备控制部分60的整个操作的运算装置的CPU(中央处理器)66。CPU 66、输入装置62、存储器63、图像处理部分64和CRT 65通过总线相互连接。
如图2所示，照明控制器71、马达控制器72、聚焦控制器73和帧抓取器74可以被分别集成为安装在计算机61上的功能的一部分作为照明控制部分(照明控制器)71、马达控制部分(马达控制器)72、聚焦控制部分(聚焦控制器)73和摄像机控制部分(帧抓取器)74。而且，也可以构造照明控制部分71、马达控制部分72、聚焦控制部分73和摄像机控制部分74以便通过将这些部分作为编程软件存储到存储器63并由CPU 66执行运算处理来控制照明装置20、旋转驱动装置40、距离驱动装置50和图像拾取装置30的操作。
由控制杆或按钮等构造输入装置62，输入装置被设置以便朝向外部并被手动操作。用于控制照明装置20、旋转驱动装置40、距离驱动装置50和图像拾取装置30的操作的指令值被输入到输入装置62。由输入装置62输入和设置的指令值通过总线被发送至CPU 66。
CPU 66基于从输入装置62发送的指令值，向照明控制部分71、马达控制部分72、聚焦控制部分73和摄像机控制部分74发出指令，并控制照明装置20、旋转驱动装置40、距离驱动装置50和图像拾取装置30的操作，而且，CPU 66通过读取存储至存储器63的程序(例如，对比度值计算程序、焦点位置计算程序、等等)并运行这些程序来检测图像拾取装置30相对于工件W的聚焦距离。
图像处理部分64通过处理由图像拾取装置30拾取的图像数据运行边界检测等，以及通过运算处理来计算工件W的形状、尺寸、颜色等等。
CRT 65显示由图像处理部分64计算的图像测量结果。
下面将根据图3至9说明图像测量设备1中的图像测量方法。图3和4是表示图像测量设备1中的图像测量方法的流程图和表示焦点检测中的图像输入过程的流程图。
在图3中，首先从输入装置62输入指令值(ST1)。作为该指令值，有用于控制照明装置20、旋转驱动装置40、距离驱动装置50和图像拾取装置30的操作的指令值，以及用于设置图像测量的运行范围和焦点检测范围等的指令值。
当输入指令值时，CPU 66向照明控制部分71、马达控制部分72、聚焦控制部分73、摄像机控制部分74发出指令，并初始化照明装置20、旋转驱动装置40、距离驱动装置50和图像拾取装置30(ST2)。
接着，CPU 66通过控制照明装置20、旋转驱动装置40、距离驱动装置50和图像拾取装置30的操作向照明控制部分71、马达控制部分72、聚焦控制部分73、摄像机控制部分74发出指令并获得图像信息P1(图7A)(ST3)。
在图像输入处理ST3中，如图4所示，通过操作相互关联的照明装置20、旋转驱动装置40、距离驱动装置50和图像拾取装置30而获得通过多次曝光而拾取的图像信息P1。
即，在过程ST31中，通过驱动旋转驱动装置40的驱动马达41旋转光栅滤波器26，通过操作距离驱动装置50的驱动部分52，在离开工件W的方向上(或接近工件W的方向上)，开始移动箱体11和图像拾取装置30。随后，开始图像拾取装置30的CCD摄像机34的曝光(ST32)。
然后，根据光栅滤波器26的旋转角度，在每一预定旋转角度使照明装置20的氙闪光灯21闪光和点亮(ST33)。根据指令值重复氙闪光灯21的闪光多次(多次曝光次数的数量)(ST34)。随后，终止CCD摄像机34的曝光(ST35)。而且，停止旋转驱动装置40的驱动马达41的操作并停止光栅滤波器26的旋转。因而，停止距离驱动装置50的驱动部分52的操作，以及停止箱体11和图像拾取装置30的移动(ST36)。
将根据图5至7说明在上述处理ST31至ST36中所获得的图像信息。图5和6是一般表示在焦点检测中的光栅滤波器26以及向其投射光栅图形26B的工件W的图，图7A和7B是一般表示在焦点检测中由多次曝光所获得的图像信息P1和焦点检测范围的图像信息P2的图。
如图5和6所示，根据光栅滤波器26的旋转角度，经过光栅滤波器26的缝隙26A的氙闪光灯21的照射光线被投射到工件W上作为光栅图形26B。在图6A至6D，表示按照预定旋转角度的每30度投射的光栅图形26B。由于通过多次曝光拍摄投射光栅图形26B至其上的工件W的图像，所以如图7A所示，多个角度的光栅图形26B被重叠并且在一个图像信息P1中被拾取。图7B放大显示了用于在所获得图像信息P1当中执行焦点检测的范围的图像信息P2。
用于投射光栅图形26B的预定旋转角度可以由从输入装置62输入的指令值来设置。例如，预定旋转角度可以被设置为10度，该度数是通过将从0度到90度的角度分成9个部分所获得的。当预定旋转角度被设置为10度，从0度到90度的10个组合的光栅图形26B被投射到工件W，并且获得通过这些光栅图形26B的多次曝光而提供的图像信息P1。
而且，可以由从输入装置62输入的指令值来设置距离驱动装置50的操作速度。例如，可以设置操作速度以便使得每次光栅滤波器26旋转10度，产生0.5毫米位移。
接着，参照图3，根据在图像输入过程ST3中所获得的图像信息P1当中的、用于执行焦点检测的范围的图像信息P2，计算光栅滤波器26的每一预定旋转角度的对比度值(ST4)。该对比度值计算过程ST4具有频率转换过程ST41、乘积图像产生过程ST42和功率积分过程ST43。在频率转换过程ST41和乘积图像产生过程ST42中，一般获得如图8A和8B所示的通过将图像信息P2转换成频域提供的频域信息F1，和通过将频率滤波器和频域信息F1重叠产生的乘积图像F2。
即，在频率转换过程ST41中，通过二维傅立叶变换将构成图像信息P2的像素的色调值变换成频域，以便计算频域信息F1。而且，在乘积图像产生过程ST42中，与在每一预定旋转角度的光栅图形26B相关的频率滤波器与频域信息F1重叠(相乘)以便产生每一预定旋转角度的乘积图像F2。这里，与光栅图形26B相关的频率滤波器是这样的频率滤波器，其中在光栅滤波器26的每一预定旋转角度拾取在工件W的未固定状态(un-placing state)之前投射的光栅图形26B，并将这些拾取的数据变换成频率。与在每一预定旋转角度的光栅图形26B相应地提前预备这样的频率滤波器，并将该滤波器存储至存储器63。
该频率滤波器不限于基于实际拾取的光栅图形26B的滤波器，但也可以是从由使用计算机进行仿真所产生的光栅图形的图像信息进行频率变换所获得的滤波器。
在功率积分过程ST43中，根据在每一预定旋转角度的每一乘积图像F2，对构成乘积图像的每一像素的功率积分，并且计算乘积图像F2的对比度值。即由于通过在每一预定旋转角度将频域信息F1和频率滤波器相乘产生在每一预定旋转角度的乘积图像F2，所以对于每一乘积图像F2，所拾取的光栅图形26B的对比度不同。当对比度增加(聚焦)时，积分的功率Wi(乘积图像F2的对比度值)增加。
通过基于图像拾取装置30所获得的图像信息P1、P2的CPU 66计算和从存储器63读取的对比度值计算程序执行在上述对比度值计算过程ST4中的每一过程。
接着，在焦点位置计算过程ST5中，CPU 66从存储器63读取焦点位置计算程序，并根据在每一预定旋转角度的乘积图像F2的对比度值计算焦点位置。即，由于旋转驱动装置40和距离驱动装置50借助CPU 66的指令通过马达控制部分72和聚焦控制部分73而相互关联地操作，在图像拾取装置30和工件W之间的间隔距离(聚焦距离Z)以及光栅滤波器26的旋转角度被设置成相对于彼此来说是单一的。因此，由聚焦距离Z来替代光栅滤波器的旋转角度，且如图9的图中的曲线所表示的那样，提供该聚焦距离Z和乘积图像F2的功率Wi(对比度值)。在图9的图中，横坐标轴表示聚焦距离Z，纵坐标轴表示功率Wi(对比度值)。绘制每一乘积图像F2的功率Wi并且通过回归曲线(regression curve)将这些绘制的点彼此连起来。形成具有峰值的形状的曲线，并且相应于该峰值的聚焦距离Z成为表示焦点位置的聚焦距离Zf。
由下列公式，从每一乘积图像F2的功率Wi和聚焦距离Zi计算这样的表示焦点位置的聚焦距离Zf。
z f = Σ i z i · w i Σ i w i ]]>
如上所述，通过将每一乘积图像F2的聚焦距离Zi和每一乘积图像F2的功率Wi相乘并取乘积值的加权平均值来计算表示焦点位置的聚焦距离Zf。因此，即使是在聚焦距离Zf和每一乘积图像F2的聚焦距离Zi之一彼此不一致时，也可以精确地计算聚焦距离Zf。
上述过程ST3至ST5组成本发明的焦点检测方法。
当在焦点位置计算过程ST5中，在每一乘积图像F2的功率Wi上未出现峰值时，即当在所拾取的聚焦距离Z的范围中不存在焦点位置时，距离驱动装置50的控制范围被初始化并被改变并且也可以再次运行相应过程ST2至ST5。
接着，通过向聚焦控制部分73发出指令，根据所计算的焦点位置(焦点位置Zf)，CPU 66操作距离驱动装置50和调整焦点位置(ST6)。通过向摄像机控制部分74发送指令，CPU 66也控制图像拾取装置30的操作并拍摄用于测量的图像(ST7)。
然后，所拍摄的图像数据被输入到图像处理部分64，并且由图像处理部分64运行图像处理(ST8)。在CRT 65上显示图像测量结果并且终止图像测量。
在图像输入过程ST3中获得的图像信息P1不限于一个信息，而是可以构造本发明以便可以获得两个或更多的图像信息P1。当拾取多个图像信息P1时，该旋转驱动装置40和距离驱动装置50的操作速度被恒定设置，并且，图像拾取装置30的移动距离被设置成较长，而且聚焦距离Z的范围也可以扩大。如果图像拾取装置30的移动距离是恒定的，在图像信息P1中的聚焦距离Z的划分间隔也可以通过慢慢地设置距离驱动装置50的操作速度、或增加旋转驱动设备40的操作速度、以及缩短照明装置20的闪光间隔而被减小。在这种情况下，如果在拾取一个图像信息P1的同时，在每180度(一周)旋转光栅滤波器26，则在一个图像信息中所包含的光栅图形26B的角度相互之间不重叠，并且相对于基于图像信息数量的焦点检测范围，可以可靠地执行焦点检测。
在一个图像输入过程ST3中，可以连续拾取多个图像信息P1。在对比度值计算过程ST4和焦点位置计算过程ST5中，根据多个图像信息P1的每一个运行算法处理就足够了。因而，焦点可检测的距离能够被扩展且可以扩大调整范围。另外，可以通过细分聚焦距离Z来提高焦点检测的精确度。
根据上述实施例，获得下列效果。
(1)由于通过多次曝光来拾取由图像拾取装置30拾取的图像信息P1，所以相对于由距离驱动装置50控制的工件W和图像拾取装置30之间的间隔距离(聚焦距离Z)，在图像信息P1中包含在多个位置拾取的信息。因此，不需要在多个距离位置上拍摄多个图像，从而可以缩短拾取图像信息P1的时间。而且，由于不需要处理多个图像，所以也可以缩短花在图像处理上的时间，从而可以以高速执行焦点检测。
(2)由于距离驱动装置50和旋转驱动装置40彼此关联操作，所以根据聚焦距离Z改变包含在所拾取图像信息P1中的光栅图形26B的对比度，并且在接近焦点位置的聚焦距离Zf的位置上拾取的光栅图形26B的对比度被提高。因而，可以通过由一个图像信息P1计算高对比度的旋转角度位置，而以高精度检测焦点位置，在该图像信息P1中，通过多次曝光拾取多个旋转角度位置的光栅图形26B。
(3)由于在利用多次曝光的图像拾取中投射的光栅图形26B的光栅角度可以被容易地细微设置，即预定旋转角度可以通过控制旋转驱动装置40的操作而被容易地减小，所以根据旋转角度所需的焦点位置的检测精度可以被提高。
(4)在拾取用于测量的图像之前，由用于拍摄工件W的图像的图像拾取装置30在图像测量中获得焦点检测的图像信息P1。可以根据该图像信息P1计算焦点位置。因此，不需要象传统图像测量设备中那样设置线形传感器、对比度运算电路等，从而该设备可以被设置成简单结构，并可被构造得更紧凑。
(5)通过由频率变换过程ST41将在图像输入过程ST3中获得的图像信息P1变换成频域信息F1，可以高速运行计算每一预定旋转角度的对比度值的过程。而且，通过采用二维傅立叶变换(二维FFT)作为计算频域信息F1的技术，可以高速运行在频率变换过程ST41中的过程。
(6)如果仅仅用于运行焦点检测的范围的图像信息P2被变换成频域作为被变换成频域信息F1的图像信息P1，可以使用图像拾取装置30在整个图像拾取范围内选择期望被聚焦的范围。因此，即使在工件W的表面形状不规则时，也能提高焦点检测的精度。
(7)而且，由于仅相对于期望被聚焦的范围运行频率变换过程ST41、乘积图像产生过程ST42、功率积分过程ST43和焦点位置计算过程ST5就足够了，所以可以减少与这些过程相关的信息量以及可以增加处理速度。
(8)而且，通过控制与照明装置20、距离驱动装置50、旋转驱动装置40相关的图像拾取装置30的图像拾取操作可以充分获得图像信息P1。而且通过由计算机61控制照明装置20、距离驱动装置50、旋转驱动装置40和图像拾取装置30的操作，各个设备和装置被彼此关联地可靠操作，从而可以确保焦点检测的精度。
(9)通过在与光栅滤波器26的旋转角度相应的时间间隔上，以闪光形状使照明装置20发光，由多次曝光获得的在图像信息P1中的每一预定角度的光栅图形26B可以被清楚地拍摄而不需要任何移动。
(10)由于由计算机61运行计算焦点位置的运算操作，所以可从所获得的图像信息P1瞬时计算焦点位置，从而可以提高与焦点检测相关的工作效率。在这种情况下，通过由CPU 66将作为程序或数据的对比度值计算过程、焦点位置计算过程、提前计算的光栅图形26B的频率滤波器、乘积图像F2的产生过程等存储到计算机61的存储器63中，并读取和运行这些程序，可更加有效地运行在焦点检测中所需的过程。
(11)如果获得通过多次曝光在多个位置上拾取的两个或多个图像信息P1，则焦点可检测的距离被扩展，而且可以扩大调整范围。另外，通过细分聚焦距离Z可以提高焦点检测的精度。
(第二实施例)
图10A和10B是表示根据第二实施例的图像测量设备中的设备主机部分10A、10B的示意性结构图。第二实施例的图像测量设备和上述第一实施例的图像测量设备的不同之处在于：用于焦点检测的图像拾取装置80和用于图像测量的CCD摄像机34分开设置。其它结构(照明装置20和设备控制部分60)大致类似于第一实施例。
在图10A中，图像拾取装置80由在光轴A上的单向透视玻璃25和聚光透镜31之间设置的单向透视玻璃81、在来自单向透视玻璃81的反射光线的光轴上设置的傅立叶变换透镜82、以及具有接收通过傅立叶变换透镜82的光线的电荷耦合器件83的CCD摄像机84构成。来自工件W的反射光线的一部分被单向透视玻璃81通过聚光透镜31、32和CCD摄像机34一侧传送，反射光线剩下部分的一部分被反射到傅立叶变换透镜82和CCD摄像机84一侧。
在图10B，图像拾取装置80由替代第一实施例的反射镜24的单向透视玻璃81、在来自单向透视玻璃81的透射光线的光轴上设置的傅立叶变换透镜82、以及具有接收通过傅立叶变换透镜82的光线的电荷耦合器件83的CCD摄像机84构成。即，单向透视玻璃81将来自照明装置20的照射光反射到单向透视玻璃25，在单向透视玻璃25上反射的来自工件W的反射光线被发送通过傅立叶变换透镜82和CCD摄像机84一侧。
在图10A和10B中，来自单向透视玻璃81的光线(工件W的真实图像)入射到傅立叶变换透镜82并被作为傅立叶变换光线(傅立叶变换图像)发射。由CCD摄像机84的电荷耦合器件83接收和拾取该傅立叶变换光线作为傅立叶变换图像。通过未示出的电缆和帧抓取器，由CCD摄像机84拾取的傅立叶变换图像被输出到计算机作为傅立叶变换图像信息(数据)。从接收来自计算机的命令的帧抓取器发送的外部触发信号(脉冲)来控制CCD摄像机84的曝光。
在如上所述该实施例的图像测量设备中的图像测量方法大致类似于基于图3和图4的流程图所说明的第一实施例的情况。该实施例的图像测量方法和第一实施例的图像测量方法的不同之处在于：省略图3中的对比度值计算过程ST4中包含频率变换过程ST41。即，在该实施例中，由于通过傅立叶变换透镜82的光线成为在频率上变换的光线(傅立叶变换图像)，所以可以省略在第一实施例中的频率变换过程ST41。
在该实施例中，在图像输入过程ST3中所控制的CCD摄像机相当于在图像拾取装置80中设置的CCD摄像机84。
而且，在通过使用傅立叶变换透镜82运行频率变换的该实施例中，在图像输入过程ST3中不需要闪光照射(ST33)光发射源(氙闪光灯21)。因此，可以利用非闪光的卤素灯(halogen lamp)作为光发射源。
根据上面所述的该实施例，除了大致类似于上述(1)至(3)以及(8)至(11)的效果之外，可以获得下列效果。
(12)由于CCD摄像机84通过采用傅立叶变换透镜82拾取通过傅立叶变换透镜82的工件W的反射光形成的图像作为傅立叶变换图像信息，所以不需要使用专用运算电路、计算机等来执行频率变换计算。因此，缩短了花在计算上的时间并且可以以高速运行焦点检测。
本发明中的焦点检测方法、焦点检测机械装置和具有焦点检测机械装置的图像测量设备不限于上述实施例，而是可以在不脱离本发明的特征的范围之内进行各种修改。
例如，在上述实施例中，图像测量设备1由作为分开的机体设置的设备主机部分10和设备控制部分60构成。然而，图像测量设备1不限于该结构，而是设备主机部分和设备控制部分也可以被集成地构造。而且，在设备主机部分10中，照明装置20、图像拾取装置30、旋转驱动装置40和距离驱动装置50可以集成设置，但是也可以设置成分开的机体，使得照明装置和旋转驱动装置被设置成一个集成的机体，而图像拾取装置和距离驱动装置被设置成一个集成机体。
而且，在上述实施例中，设备控制部分60包括具有存储器63、图像处理部分64、CPU 66等的计算机61。然而，设备控制部分60不限于这种结构，而是可以由单个装置来分别构成存储装置、运算装置等。而且，设备控制部分60和设备主机部分10不限于由电缆2连接的结构，而是可以被构造成由无线通信装置来发送和接收控制信号、图像数据等。
而且，在上述实施例中，照明装置20被用作焦点检测的照明装置。但是，照明装置20不限于焦点检测的照明装置，而是如果光栅滤波器被设置成能相对于光发射源的前向位置移动，则可以被用作向上照明的照明装置。而且，采用氙闪光灯21作为照明装置20的光发射源。然而，光发射源不限于氙闪光灯21，而是也可以采用发光二极管。而且，照明装置20的光发射源被构造成可以闪光照明。然而，照明装置20的光发射源不限于这种结构，而是也可以如下构造。即，在光发射源和工件，或工件和图像拾取装置之间可以设置遮光器(shutter)。通过打开和关闭遮光器，来自照明装置20的照明光线被间歇地中断，而在每一预定旋转角度拾取光栅滤波器的光栅图形。根据这样的结构，除了氙闪光灯和发光二极管之外，非闪烁照射的卤灯也可被用作光发射源。
如上所述，根据本发明中的该焦点检测方法、焦点检测机械装置、和具有该焦点检测机械装置的图像测量设备，可以获得能够以高精确度，高速执行焦点检测的效果。