JPH0664226B2 - オ−トフオ−カス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はオートフォーカス装置に関し、特に、マイクロ
フィルム等の画像読み取りに適したオートフォーカス装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

マイクロフイルム上の画像を電子的に読み取る従来の装
置を第９図によって説明する。

フィルム１は光源ａからのレンズｂを通った光により露
光され、更にレンズｃを介した後、移動可能な光路切換
えミラーｄによってスクリーンｈ側または読み取り側３
に選択的に導びかれる。焦点の調整は、ミラーｄをスク
リーン側ｘに倒しレンズ群ｃの焦点を調整することによ
って行なわれるもので、この調整後、ミラーｄを読み取
り側Ｙに、倒すことによって光路が切換えられ、モータ
ｇのよりCCDfを矢印方向に走査させてCCDfにより入射光
の強度が電気信号に変換される。ｅはミラーである。

ここで、CCDf上に結像されている画像と、スクリーンｈ
上に結像されている画像との焦点の対応は、アダプター
レンズALにより調整されるが、この調整は工場組立て時
に行なわれるのが通例である。

そこで、搬送、輸送時の振動や、温度差による機構（光
路長）のぼうちょう、または収縮、更には経年変化等に
より、スクリーンｈ上の画像の焦点と読み取り用CCDf側
の焦点との対応がつかなくなってしまうという点がある
上に、この調整はユーザによって装置を設置後、サービ
スマンが、アダプターレンズALを移動させ、対応する様
に調整するので、このような作業には非常に時間を要す
る上に高度の技術が要求される。

また、アダプターレンズAL自体もスクリーンｈ上にフィ
ルム画像を鮮明に結像させるものでなければ、操作者
が、最良の焦点状態（以下合焦点位置（ジャストピン
ト）と呼ぶ）になったかどうかの状態を認知することが
できないので、アダプターレンズALには、収差及び歪が
非常に小さく、解像力も非常に高いものが要求され、従
って、このアダプターレンズの加工にも高度の精密度が
要求され、コストも非常に高くなってしまう。

一方、前記の様にアダプターレンズALを介して得られる
スクリーンｈ上の画像とCCDf上の画像とは、対応の調整
が良いものであっても、不慣れな操作者では、画像をジ
ャストピント点へセットすることが非常にむずかしい上
に、操作者は焦点用レンズを上下に移動させて、焦点距
離を変え、マイクロフィルム１上の画像のピントを調整
するが、手動つまみによるかまたは電動（モータ）から
の動力を歯車などにより減速した装置によって移動が行
われるので、この種の装置において、合焦点位置を中心
とする焦点用レンズの上下移動は、数μｍ〜数十μｍの
範囲（焦点深度）しかなく、それを越えて範囲外に出る
と、ピンボケ状態となり、画像情報を正確に読み取るこ
とが出来なくなってしまう。

以上のように、この種の装置においてスクリーン上の結
像だけによりジャストピント点（合焦点位置）へセット
することは非常に多くの問題点があった。

また、近年、文書の電子化が進み、書類などを電子的に
記録する、いわゆる光デイスク電子ファイル・システム
が多く用いられてくるようになってきた。古くから文書
を記録しファイル化してきたユーザーは、今日では記録
をマイクロフィルムにして、活用してきたことは、言う
までもないが、このマイクロフィルムの文書は光デイス
ク電子ファイルに変換しなければならず、これらを可能
にするのが、マイクロフィルム電子スキャナーであり、
近年、この種の製品の開発が進められてきた。

しかし、上述のように、マイクロフィルム上の画像に焦
点を調整するのに、熟練者の眼により、一コマ、一コ
マ、人手で合わせていたのでは非常に不便で、手間がか
かる。

そこで、上記の欠点を除去すべく、使用するフィルムの
厚さに合わせ、これらのフィルムの厚さを入力すること
により、工場調整時に設定された位置に焦点調整用レン
ズを移動セットさせる方式が考えられる。

しかしながら、マイクロフィルムというのは、各メーカ
ーによりフィルムの厚さが異なったり、また、同じメー
カーでもフィルムの種類、例えば銀フィルム、ジアゾフ
ィルムなどと、フィルムの厚さも非常に多種多様で、上
記の方式だと、使用可能のフィルムは、限定されてしま
うことになり、非常に不便であった。また、使用してい
るうちに経年変化などにより、上記の設定がずれてしま
い、定期的にサービスマンを呼んで、めんどうな調整を
してもらわなければならず非常に不便であった。

一方、スチルカメラなどの分野では、オートフォーカス
機構が多く発表されている。第10図はその代表的な例で
あり、レンズＵを通った光の一部は、ハーフミラーＶを
通り、ミラーＷで反射して、ビームスプリッタＴに送り
こまれる。ここで、３種類の光路長に分けられ、第１〜
第３のセンサR1〜R3が、おのおのの焦点情報（この場合
は、光量を検知して、光量が大きいほど焦点が合ってい
る）を検知する。かくして第２のセンサR2の光量が一番
大きい時に、ジャストピントであると判断され、第２の
センサR2より第３のセンサR3の方が大きい時は後ピン
で、第２のセンサR2より第１のセンサR1の光量が大きい
時は前ピンということになる。

かかるスチルカメラなどのような焦点深度（焦点が合っ
ている距離）が長いものには、上記のようなビームスプ
リッタを介して光路長を変え、それにより焦点状態を検
知することが、容易にできるが、マイクロフィルム読み
取り装置のように焦点深度が数ミクロンメートル〜十数
ミクロンメートルと非常に短かい機種では、物理的に、
ビームスプリッタを介装することが不可能であった。

以上述べたように、マイクロフィルム読み取り装置にお
いては、多数の問題があり、オートフォーカス機能を装
備したマイクロフィルム読み取り装置の製品化ができな
いのが現状であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上述したような問題点に着目し、その解決を
図るために、オートフォーカス動作に先立って、あらか
じめそのオートフォーカス動作が達成しやすいような画
像信号の２値化しきい値を見出し、そのしきい値にした
がって画像信号を２値化することにより、成功率が高
く、かつ精度の向上が得られるオートフォーカス装置を
提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる目的を達成するために、本発明は、列状または面
上に配列させた複数の受光素子からなるセンサと、セン
サに画像を投影する光学手段と、光学手段からの画像信
号を２値化する手段と、当該２値化手段に入力させるし
きい値を変化させるしきい値変化手段と、２値化された
画像信号から２値変化点を計数する手段と、計数手段か
らの計数値に基づき光学手段の焦点を調整し、その焦点
の調整に先立ち、焦点近傍の位置および複数の非合焦点
の位置において、しきい値変化手段によりしきい値を変
化させて計数手段により各位置における複数のしきい値
に対する２値変化点を計数させ、焦点近傍位置における
計数値と、非合焦点位置における計数値との差が最大値
となるようなしきい値を求めて、このしきい値に設定し
た後焦点調整を行う手段とを具えたことを特徴とする。

〔作 用〕

このように構成したオートフォーカス装置においては、
複数の受光素子を配列させたセンサ上に光学手段を介し
て画像を投影させ、センサから得られる画像信号を２値
画像信号として出力するにあたって実施されるオートフ
ォーカス動作を、まず設定されている合焦点近傍と、そ
の前後の非合焦点のレンズ位置で２値化のためのしきい
値を変化させて２値変化点の数の計数値をそれぞれ求め
るようになし、これらのレンズ位置を変化させた各状態
から得られた計数値のうちで最も大きい値が得られるよ
うなしきい値を求めて、このようなしきい値を設定した
後にオートフォーカス動作を行わせることにより、精度
の高い正確な動作を保証することが可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す。ここで10はマイクロ
フィルムであり、その表面または裏面に画像が記録され
ている。所定位置に載置されたマイクロフィルム10に対
し、光源ａから投光された光を集光レンズ11によって集
光して透過させ、焦点調整用の結像レンズ12を介して収
束された画像をCCDの素子列で構成されたイメージセン
サ13上に投影させることができる。

かくして、イメージセンサ13においては例えば主走査お
よび副走査によって、画像を読取り、これを電気的なセ
ンサ信号を交換した上増幅器14に送出する。15はコンパ
レータであり、コンパレータ15では、後で詳述するしき
い値設定回路16からのしきい値信号と増幅器14から供給
された画像信号とを比較して、２値化し、２値化された
画像信号（２値画像信号）を図示しないプリンタまたは
画像記憶用メモリに供給可能とするものであるが、以下
に、この２値画像信号に基づいてオートフォーカス動作
を精密に実施可能とする装置の構成について述べること
とする。

本実施例では２値画像信号の変化点すなわち立上がりま
たは立下がりのエッジの数（以下では焦点情報という）
を計数し、同一ラインの走査においてその計数値が最大
値を示すときに最適のフォーカス調整位置が得られる原
理に基づいてレンズを合焦点位置近傍と、非合焦点位置
とに移動させた状態でしきい値を変化させ、焦点情報の
計数値が変化する情報を求めて、これらの情報から計数
値が極大値となるようなしきい値に設定してオートフォ
ーカス動作を実施するものである。

なお上述した原理を第11A図および第11B図によって説明
すると、ここで、第11A図はレンズ12が合焦点位置にあ
る場合の信号２値化の段階を示し、いま（Ｉ）において
ｌ_１−ｌ_２間をセンサにより走査した場合、（II）のよ
うな画像信号が得られ、これをしきい値TLで２値化する
と（III）のような出力信号が得られる。

これに対して第11B図はレンズ12が非合焦点位置にある
場合であって、その（Ｉ）においてｌ_１−ｌ_２間をセン
サにより走査した場合、（II）のような画像信号となる
ことによってこれを上記と同じしきい値TLで２値化する
と（III）のような出力信号が得られる。

かくして、第11A図における（III）の波形と第11B図に
おける（III）の波形とを比較すると、第11A図の（II
I）では立上がりのエッジがｌ_１−ｌ_７として得られた
ものが、第11B図の（III）ではエッジがｅ′_１,e′_４お
よびｅ′_６の３つとなってしまう。したがって、２値画
像信号において、エッジの数を計数すれば、そのエッジ
の数が一つの走査において最大となるときに、レンズが
合焦点位置にあると判断すればよい。

再び第１図に戻って説明を続けることとする。中央処理
装置CPUを具えたシステムコントローラ17ではレンズ駆
動装置18に駆動信号を供給することにより結像レンズ12
を矢印方向に移動させそのレンズ位置を変化させること
ができると同時に、イメージセンサ駆動回路19に画像読
取り指示信号を供給して駆動回路19からの走査信号によ
りイメージセンサ13にそのレンズ位置での画像を読取ら
せることができる。

そこで、本例ではシステムコントローラ17からの駆動信
号により結像レンズ12の位置を徐々に変化させ、それぞ
れの位置でイメージセンサ13によって読取られた同一ラ
インの走査線上での２値変化点を２値変化点カウンタ20
に取り込ませるようになして、このカウンタ20からの計
数値をシステムコントローラ17に供給することによっ
て、以下の手順で計数値の極大値を求めるものである。

しきい値設定回路16にはシステムコントローラ17からし
きい値指示信号が供給されると、指示信号にしたがって
しきい値を変化させ、そのようなしきい値をコンパレー
タに供給し続けることができる。

以下に、システムコントローラ17によってなされる動作
手順を原理的に説明する。第3A図および第3B図は、画像
信号としきい値との関係をジャストピント（合焦点）時
およびデフオーカス（非合焦点）時について説明する図
であり、ここでしきい値を高い順にTa,Tb,Tc,と３段階
に設定したとすると第3A図の合焦点時にあっては最も適
正なしきい値Tbに設定した場合に、２値化された画像信
号から得られる焦点情報の計数値が最も大きくなり、第
3B図の非合焦点時にあってはこのしきい値Tbにあってさ
え、上述した計数値は小さくなる。

また、これより高いしきい値Taの場合は第3A図に示す合
焦点時であっても計数値は小さく、更にまたTbより低い
しきい値Tcに設定した場合の計数値は、第3A図の合焦点
時においても第3B図の非合焦点時においても同様に計数
値はあまり変わらず共に小さい値となる。

第4A図〜第4C図はレンズ位置と上記計数値との関係をし
きい値Ta,TbおよびTcのそれぞれについて示したもので
ある。すなわち、適正なしきい値Tbに設定されている場
合は、第4B図に示すようにその計数値のピークが大きく
て鋭く、そのピークの極大値地点も判別しやすく、した
がって最も適正なレンズ位置JPを精度良く求めることが
できる。また、しきい値Taの場合は第4A図のようにピー
クが小さく、またしきい値Tcの場合は第4C図のようにピ
ークがなだらかで、いずれの場合もJPを精度良くみつけ
ることの難しいことが分る。

そこでシステムコントローラ17は、一連のオートフォー
カス手順を実行するに先立って、まずあらかじめ設定さ
れたレンズ位置（経験的に得られた合焦点近傍位置）に
おいて、しきい値設定回路16を介してしきい値を変化さ
せながら計数値を読み取るようにする。このレンズ位置
を第５図でＸで示した。しかしてこの時の走査によって
得られたしきい値に対する計数値のデータ列を第6A図に
示すように とする。

次にレンズ位置をＸから一定値a1だけ移動して画像をデ
フォーカスさせる。そして再びしきい値を変化させなが
ら同様にして計数値のデータを取りこみ、第6B図のよう
なデータ列 が得られたとする。

更にその次には、第５図においてＸから逆方向に一定値
a2だけ移動してデフォーカスさせ、この状態で前回と同
様にしてしきい値を変化させながら計数値のデータを取
り込み、第6C図のようなデータ列 が得られたとする。ついで、演算によりデータ列 からデータ列 を差引いた計数値データとデータ列 からデータ列 を差引いた計数値データとを加えて第７図に示すような
データ列 を求める。いまこのデータ列 のグラフを見ると、その中で計数値の大きいしきい値は
SLであり、すなわち合焦点のときに計数値のピークが著
しく高くなることから、非合焦点のときの計数値との差
を求めてみてもその計数値のグラフ上でのピークが鋭く
なることが分る。なお第８図はレンズ位置に対する計数
値のグラフを示す。

すなわち、第７図において計数値が最大となるしきい値
をSLとし、その前後の値をそれぞれSL1,SL2としたとき
に、しきい値をSL,SL1,SLに設定した場合のそれぞれ、
レンズ位置に対する計数値が第８図に示されている。本
図からも明らかなようにしきい値をSLに設定した時のグ
ラフのピークが最も鋭く、したがってこのようなしきい
値を設定した時に最高の合焦点位置JPが得られることに
なり最も容易に精度良く求めることができる。

以上のオートフォーカスに関するシステムコントローラ
17の動作手順を更に第２図によって説明する。まずステ
ップS1において結像レンズ12を所定の位置にセットし、
この状態でステップS2およびS3でカウンタ20を介して計
数値を取込みながらしきい値設定回路16を介してしきい
値を変化させ、ステップS4で全てのしきい値に対して計
数値が取込まれたか否かを判断し、全しきい値に対する
計数値が得られたならばステップS5に進んで結像レンズ
12を所定値a1だけ正方向にデフォーカスさせる。

かくして、この状態で、ステップS6〜S8により、ステッ
プS2〜S4で実行したことを繰返し、全しきい値に対する
計数値が得られたならばステップS9に進んで、こんどは
負方向にデフォーカスさせる。

ついでステップS10〜S12によりステップS6〜S8で実行し
たことを繰返し、ステップS4,S8およびS12までのそれぞ
れの手順によって得られた計数値のデータ列 からステップS13において を演算し、ステップS14において が最大となるしきい値SLを見出し、ステップS15でしき
い値をSLに設定する。

次にステップS16に進み、しきい値をSLとした状態であ
らためて２値変化点をカウンタ20によって計数して取込
み、更にステップS17に進んでこんどは結像レンズ12を
移動させ、ステップS18で全てのレンズ位置において計
数値が得られるまで、ステップS16,S17を繰返し、全レ
ンズ位置での計数値が得られたならば、ステップS19に
進んで、ステップS18によって得られた結果から最も大
きい計数値となるレンズ位置JPを見出し、ステップS20
においてこのレンズ位置JPにレンズを移動させ、もって
オートフォーカス動作を終了する。

なお、以上の説明においてイメージセンサとして記載し
たセンサは、固形センサでも撮像管でもよく、また１次
元センサであっても２次元センサであっても上述したと
同様な手順により同様な効果を得ることができる。ま
た、結像レンズを駆動するかわりに他のレンズ、ラン
プ、マイクロフィルムあるいはイメージセンサの方を駆
動してフォーカシングしてもよいことは勿論のことシス
テムコントローラにはCPUを用いる代りに上記の動作が
実行できるハードウエアのみを用いて構成することもで
きる。また、マイクロフィルムの他、35mmフィルムやレ
ントゲンフィルム等の読取りにも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、まず、合焦点近傍位置と非合焦点
位置でしきい値を変化させて計数値がどのように変化す
るかを測定して、各位置における計数値の差が最大値と
なるしきい値を求めることにより、このしきい値によっ
てオートフォーカス動作を行なうのに最適なしきい値が
得られるので、オートフォーカス動作によってレンズを
合焦点位置に確実に設定するようになすことができ、従
来に比しオートフォーカスの精度および成功率を著しく
向上させることができる。

更にまた、本発明によればあらかじめしきい値を設定し
ておかなくてもオートフォーカスが実行できるという特
色があるのみならず、最も適切なしきい値に設定される
ので、フォーカシングの精度および成功率が高くこの装
置をそのまま自動濃度調整装置に適用することも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明オートフォーカス装置の構成の一例を示
すブロック図、 第２図はその動作手順を示す流れ図、 第3A図および第3B図は画像信号の２値化がしきい値によ
って変化し、その２値化の立上がりまたは立下がりの数
が変化する状態を説明するために合焦点時および非合焦
点時における画像信号の形態をそれぞれ示す波形図、 第4A図、第4B図および第4C図は第3A図においてしきい値
をTa,TbおよびTcの値としたときのレンズ位置と計数値
との関係をそれぞれ示す特性曲線図、 第５図は本発明においてその結像レンズを移動させる状
態を説明するための光学部分の模式図、 第6A図〜第6C図は本発明においてその動作手順中に求め
られる３態様のしきい値−計数値のそれぞれデータ図、 第７図は本発明動作手順において第6A図〜第6C図の結果
から求められるしきい値の特性曲線図、 第８図は第７図に基づいて得られたレンズ位置と計数値
との関係を一例として示す特性曲線図、 第９図は従来のオートフォーカス装置の構成の一例を示
す斜視図、 第10図は従来のカメラ用オートフォーカス装置の構成の
一例を示す説明図、 第11A図および第11B図はレンズが合焦点位置にある場合
および非合焦点位置にあるときの画像信号が２値化され
る過程をそれぞれ示す説明図である。 ａ……光源、 10……マイクロフィルム、 11……集光レンズ、 12……結像レンズ、 13……イメージセンサ、 14……増幅器、 15……コンパレータ、 16……しきい値設定回路、 17……システムコントローラ、 18……レンズ駆動装置、 19……イメージセンサ駆動回路、 20……２値変化点カウンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】列状または面上に配列させた複数の受光素
   子からなるセンサと、該センサに画像を投影する光学手
   段と、該光学手段からの画像信号を２値化する手段と、
   当該２値化手段に入力させるしきい値を変化させるしき
   い値変化手段と、２値化された画像信号から２値変化点
   を計数する手段と、該計数手段からの計数値に基づき前
   記光学手段の焦点を調整する手段とを具え、その焦点の
   調整に先立ち、焦点近傍の位置および複数の非合焦点の
   位置において、前記しきい値変化手段により前記しきい
   値を変化させて前記計数手段により各位置における複数
   のしきい値に対する前記２値変化点を計数させ、前記焦
   点近傍位置における計数値と、前記非合焦点位置におけ
   る計数値との差が最大値となるようなしきい値を求め
   て、このしきい値に設定した後焦点調整を行う手段とを
   具えたことを特徴とするオートフォーカス装置。