JPH0746202B2 - マイクロフィルムリーダのオートフォーカス方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、CCDラインセンサなどのイメージセンサを用
いて合焦判別するマイクロフィルムリーダのオートフォ
ーカス方法に関するものである。

（発明の技術的背景） CCDラインセンサなどのイメージセンサを用いたオート
フォーカス装置として、種々のものが提案されている。
例えば位相差検出方式としては投影光を２枚の光路分割
レンズやプリズム等を用いてラインセンサ上の２か所に
入射し、各投影位置の差から合焦位置からのずれを検出
するものがある。しかしこれは光学系が複雑で、特殊な
形態のセンサが必要になるという問題があった。またこ
の位相差検出方式の一種として合焦位置の前後の投影光
をそれぞれ別のイメージセンサに導き、正規の合焦位置
に対して前側の光が入射するイメージセンサが合焦して
いるのか、後側の光が入射するイメージセンサが合焦し
ているのか（いわゆる前ピンか後ピンか）を検出する方
法も考えられている。しかしこの場合はイメージセンサ
を複数個用いなければならないうえ、信号を並列処理す
るため回路構成も複雑になるという不都合があった。

そこで１個のイメージセンサを用い、その各画素の出力
信号から画像のコントラストを求め、このコントラスト
が最大となる位置を合焦位置とする方式が考えられてい
る。例えば前記出力信号を微分して、画像の鮮鋭さを求
めていた（例えば特開昭56-132313号など参照）。しか
しこのように画像コントラストの最大値を求める場合に
は投影レンズを移動させつつ多数のレンズ位置でコント
ラストを求めねばならず、コントラスト測定点数が増え
る。またコントラストを求める際にはレンズを停止しな
ければならないが、この場合レンズの移動と停止により
レンズが振動するため、レンズが完全に停止するまで待
ってコントラストを求めねばならない。このため合焦位
置検出に時間がかかるという問題があった。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、コ
ントラスト測定点数か少なく、合焦位置の検出に要する
時間を短くすることができるマイクロフィルムリーダの
オートフォーカス方法を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明によればこの目的は、投影画像をイメージセンサ
により走査して得られるイメージセンサの出力信号を用
いて、投影レンズを合焦位置に制御するオートフォーカ
ス方法において、前記投影レンズを移動した時の光学系
の所定空間周波数でのMTF特性を予め記憶する一方、前
記投影画像に対して前記投影レンズの合焦位置を挟む少
くとも３位置で前記所定空間周波数の成分量を求め、こ
れらの成分量を用いて投影レンズ位置の前記MTF特性上
での対応位置を決定し、この対応位置とMTF特性上の合
焦位置との偏差を求め、この偏差分だけ前記投影レンズ
を移動させることを特徴とするマイクロフィルムリーダ
のオートフォーカス方法により達成される。

（原理） 一般に周期関数は、フーリエ変換を行って周期的な波動
の空間周波数として表わすことができる。例えばイメー
ジセンサの出力信号に基いて得られる出力電圧υが一走
査の間に第４図のように変化するものとすれば、その出
力電圧υの空間周波数成分は第５図のようになる。ここ
にa,b,c,dは投影レンズの位置を変化させた場合の各成
分量を示し、非合焦の程度が大きいほど、換言すればコ
ントラストが小さいほどその投影画像の空間周波数成分
のうち高周波成分の量は小さくなる。すなわちa,b,c,d
の順に投影レンズは合焦位置から遠くなっている。

この第５図で一定の空間周波数ｆ₀に対して投影レンズ
を移動させた時の成分量の変化は第６図ｅのようにな
り、この成分量が最大になる点を投影レンズの合焦位置
として求めることができる。ここで第６図ｍはイメージ
センサに投影されるまでの光学系のMTF（Modulation Tr
ansfer Function）であり、絞りが一定であれば使用す
る投影レンズにそれぞれ固有のMTF特性にほとんど依存
している。ここに第６図の横軸は特性ｅに対してはレン
ズ位置ｘを、また特性ｍに対してはレンズ位置Ｘを示
し、これらのレンズ位置ｘとＸとの差はフィルムの厚
さ、画像がフィルムの表裏のどちらにあるか、等によっ
て変化する性質のものである。しかし同一フィルム上の
同一画像に対してはこの差（Ｘ−ｘ）は一定と考えるこ
とができる また一般には原画の内容により多少影響を受けるが、こ
れらｅとｍの特性はほとんど投影レンズの特性と形状が
同じで平行移動したものとなる。従って今レンズの所定
空間周波数でのMTF特性（ｍ）を既知として、 Ｙ＝Ｆ（ｆ） とすれば、投影画像を含むMTF特性（ｅ）は、 ｙ＝aF（ｆ） で表せる。ここにａはフィルム上の元の画像のMTF成分
を意味し、定数と考えることができる。またＦは空間周
波数を示している。すなわちこれらは、或る空間周波数
ｆに対するMTF特性ｍ、ｅを示すことになる。

ここで画像の空間周波数成分（ｅ）上で等間隔Δχで連
続する３点Ａ、Ｂ、Ｃの成分量をそれぞれｙ₁,y₂,y₃と
して求めれば、 ｙ₁/y₂＝Ｆ（χ₁）/F（χ₂） …（１） ｙ₂/y₃＝Ｆ（χ₂）/F（χ₃） …（２） 一方これらA,B,C点に対応するレンズのMTF特性（ｍ）上
で等間隔Δχで連続する点Ａ′,B′,C′のレンズ位置を
Ｘ₁,X₂,X₃とすれば、 Ｙ₁/Y₂＝Ｆ（Ｘ₁）/F（Ｘ₂） ＝ｙ₁/y₂ …（３） Ｙ₂/Y₃＝Ｆ（Ｘ₂）/F（Ｘ₃） ＝ｙ₂/y₃ …（４） 従って既知のレンズMTF特性（ｍ）上で間隔Δχの３点
が（３），（４）式の値を満足するようなＸ₁,X₂,X₃は
求め得る。特性（ｍ）上で例えばＸ₃が求まれば、特性
（ｍ）が最大となるレンズ位置Ｘ_nとの偏差（Ｘ_n−
Ｘ₃）が求まる。

そこで画像の空間周波数成分（ｅ）上のレンズ位置χ₃
に対応するレンズのMTF特性（ｍ）上の位置Ｘ₃を求め、
前記偏差分（Ｘ_n−Ｘ₃）分だけ投影レンズをχ₃の位置
から移動させれば投影レンズは合焦位置にくる。換言す
れば前記特性ｅ上のレンズ位置ｘと特性ｍ上のレンズ位
置Ｘとの差（Ｘ−ｘ）を求め、位置ｘにあるレンズをこ
の差（Ｘ−ｘ）だけ移動することによって座標Ｘに移し
て特性ｍ上での合焦位置Xnに設定すると考えることがで
きるのである。

しかしながらレンズの移動に対する画像の空間周波数成
分は、第６図に示すように、非合焦の程度に対応して漸
減するから、レンズが合焦位置から大きくズレている場
合にはｙ₁,y₂,y₃の差が極端に小さくなり正しい動作が
期待できなくなる。

またレンズ位置χ₁、χ₂、χ₃が接近しているとｙ₁、ｙ
₂、ｙ₃の僅かな誤差が合焦位置の大きな誤差となり、制
御精度が低下するという問題が生じる。

本発明は空間周波数成分ｅを求めるレンズ位置のうち少
くとも一つをレンズ合焦位置に対して一側に、他の少く
とも２つを他側にすることにより、精度を高めるもので
ある。

なお前記（１）〜（４）式に代えて、 （ｙ₁−ｙ₂）／（ｙ₂−ｙ₃） ＝（Ｆ（χ₁）−Ｆ（χ₂）） ／（Ｆ（χ₂）−Ｆ（χ₃）） のように分母、分子を差の形として対応点を求めること
も可能である。この場合３点の相互の差を用いてもよい
し、４点の差を用いてもよい。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例であるリーダプリンタの全体
概略図、第２図はそのオートフォーカス制御装置のブロ
ック図、第３図は動作の流れ図である。

第１、２図において符号10はマイクロフィッシュやマイ
クロロールフィルムなどのマイクロ写真の原画である。
12は光源であり、光源12の光はコンデンサレンズ14、防
熱フィルタ16、反射鏡18を介して原画10の下面に導かれ
る。リーダモードにおいては、原画10の透過光（投影画
像）は、投影レンズ20、反射鏡22、24、26によって透過
型スクリーン28に導かれ、このスクリーン28に原画10の
拡大投影像を結像する。プリンタモードにおいては、反
射鏡24は第１図仮想線位置に回動し、投影光は反射鏡2
2、30、32によってPPC方式のスリット露光型プリンタ34
に導かれる。プリンタ34の感光ドラム36の回転に同期し
て反射鏡22、30が移動し、感光ドラム36上に潜像が形成
される。この潜像は所定の極性に帯電されたトナーによ
り可視像化され、このトナー像が転写紙38に転写され
る。

40はゾーン設定手段であり、フォーカスゾーンを示すマ
ーク42と、このマーク42をスクリーン28上で移動させる
ための手動のつまみ44とを備える。ゾーンの位置ａは位
置検出部46で検出されて制御手段48に送出される。

50はフォーカス制御用光学系であり、画像投影光の光軸
上に配置された半透鏡52と、投影レンズ54と、イメージ
センサとしてのCCDラインセンサ56と、サーボモータ58
とを備える。投影レンズ20を通過した投影光の一部は半
透鏡52により投影レンズ54を通してラインセンサ56に導
かれる。ラインセンサ56はモータ58により光軸に直交す
る方向へ移動可能となっている。また投影レンズ54は、
投影光がスクリーン28あるいは感光ドラム36の投影面上
に合焦する位置に投影レンズ20を置いた時に、ラインセ
ンサ56の受光面上にも正確に結像するように、その焦点
距離が決められている。

オートフォーカス機構は投影レンズ20を光軸方向に進退
動させるサーボモータ60を備え、投影光がスクリーン28
あるいは感光ドラム36の投影面上に正しく結像するよう
に制御手段48により焦点制御される。

制御手段48は第２図に示すように構成される。すなわち
クロック62が出力するクロックパルスに同期してCCDド
ライバ64はラインセンサ56を駆動する。このラインセン
サ56はその一走査毎に各画素の入射光量に対応して変化
するパルス信号を出力する。このパルス信号は、各画素
の特性のバラツキなどのために同じ光量が投影されてい
ても各画素毎に変動する。信号処理回路66は各画素の特
性のバラツキを補正し、かつ波形整形および整流して第
４図の出力信号電圧υとする。

このように信号処理された出力信号電圧υは帯域通過フ
ィルタ68に入力され、出力信号電圧υの所定の空間周波
数成分をアナログ信号ｇとして求める。すなわちフィル
タ68は空間周波数ｆ₀でゲインが大きく、この周波数ｆ₀
が離れると急激にゲインが減少し、例えば少なくとも−
6dB/OCT、望ましくは−12dB/OCT程度の減衰特性をもつ
ものを用いる。

このアナログ信号ｇはA/D変換器70でデジタル信号に変
換され、入力インターフェース72を介してCPU74に入力
される。

第２図で76はROM、78はRAM、80は出力インターフェー
ス、82および84はD/A変換器、86、88はそれぞれモータ5
8、60を駆動するドライバである。

ROM76にはCPU74の制御プログラムの他に、投影レンズ2
0、54の空間周波数のMTF特性（第６図の特性（ｍ）に相
当）が記憶されている。一般にMTFは投影レンズだけで
なく反射鏡、原画支持用ガラス板、あるいはラインセン
サ自身等のそれぞれのMTFの積で表わされるが、投影レ
ンズのMTFの影響が他に比べて大きいので投影レンズの
絞りが一定に固定されている場合にはそのMTFだけで精
度よく近似することができる。すべてのMTFを厳格に求
めこれらの積を用いてもよいのは勿論である。本実施例
では投影レンズ20、54の全体のMTFが記憶されている。

次に本実施例の動作を説明する。制御手段48は、まずゾ
ーン設定手段40で設定されたゾーンの位置ａを読込ん
で、このゾーンに対応する領域の投影光がラインセンサ
56に入射するようにサーボモータ58を制御する。使用者
は反射鏡24を第１図実線位置においたリーダモードを選
択し、目標原画をスクリーン28に投影させる（ステップ
100）。この投影光の一部は半透鏡52によってラインセ
ンサ56に導かれる。

制御手段48は次のラインセンサ56の出力に基づいて露光
量測定を行う（ステップ102）。すなわち信号処理回路6
6の出力信号電圧υはフィルタ68、A/D変換器70、インタ
ーフェース72を介してCPU74に読込まれ、CPU74で露光量
制御が行われる。露光量が適正でなければ（ステップ10
4）光量を変更し（ステップ106）、再度露光量測定を行
う。この露光量の調整は、例えばラインセンサ56の各画
素の出力電圧のうち、バックグラウンド領域に対応する
画素の電圧を選んでこれが所定電圧になるように光源12
の光量を調整することにより行われる。

次に制御手段48はラインセンサ56に入力された投影光に
画像が含まれるか否かを判断する（ステップ108）。こ
の判断は、例えば画像の白黒の反転回数が所定値以上で
あるか否かにより行なわれ、所定値以上であれば画像有
りと判断する（ステップ110）。画像無しと判断した時
には、制御手段48はブザーやランプなどの警報を発しフ
ォーカスゾーンの変更を要求する（ステップ112）。使
用者はスクリーン28を見ながらつまみ44を操作し、投影
像の画像が有る位置にマーク42が重なるようにマーク42
を移動する。

次に制御手段48はこのラインセンサ56の出力に基づいて
オートフォーカス制御を行う。

CPU74はまず投影レンズ20の位置をχ₁としてRAM78に記
憶し、この位置χ₁のＡ点においてラインセンサ56を走
査する。CPU74はレンズの合焦位置χ_nに対してこのＡ点
と同側にあってＡ点からΔχ移動したＢ点の位置χ₂に
おいて、同様に成分量ｙ₂を求める。CPU74はさらに合焦
位置χ_nに対してＡ、Ｂ点と反対側のＤ点の位置χ₄にレ
ンズを移動し、同様に成分量ｙ₄を求める（ステップ11
4）。

CPU74はこれらＡ、Ｂ、Ｄ点に対して次に前記（１），
（２）式と同様の演算を行い（ステップ116）、
（３），（４）点が成立するレンズMTF特性（ｍ）上の
対応点Ａ′,B′,D′を求める（ステップ118）。この場
合対応点を求める方法は種々あるが、例えばROM76には
特性（ｍ）のデータが表の形で記憶されている場合に
は、（Ｙ₁/Y₂）等が所定値（ｙ₁/y₂）等に一致する位置
Ｘ₁,X₂,X₄を求める。一致する位置がない時には最も近
い位置を求めて補正を行う。また特性（ｍ）を関数Ｆ
（Ｘ）の形で記憶した時にはこの関数を用いて位置Ｘ₁,
X₂,X₄が求められる。

CPU74は次に特性（ｍ）の最大となるレンズ位置Ｘ_nをRO
M78から読出し、投影レンズ20の位置例えばＸ₄との偏差
ΔＸ＝（Ｘ_n−Ｘ₄）を求める（ステップ120）。そして
その時の投影レンズ20の位置χ₄から投影レンズ20を偏
差ΔＸだけ移動する（ステップ122）。この結果投影レ
ンズ20を合焦位置に合わせることができる。この実施例
ではレンズ位置を合焦位置に移す直前のレンズ位置がｘ
₄にあるから，この位置ｘ₄から合焦位置ｘ_nまでの移動
量ΔＸを求めている。しかしこのことは、特性ｍとｅの
座標Ｘとｘの差（Ｘ−ｘ）を求め、特性ｍ上の合焦位置
Ｘ_nを特性ｅ上の合焦位置Xnに一致させることに等価で
ある。

この合焦状態でプリンタモードにすれば（ステップ12
4）、反射鏡24が第１図仮想線位置に回動し、転写紙38
に画像が転写されてハードコピーが得られる。

以上の実施例では、光学系のMTF特性をROM76に記憶した
が、このMTF特性はレンズ毎にそれぞれ異なるものであ
るから、例えばレンズを交換する際の便を考慮して、レ
ンズの鏡筒にそのレンズのMTF特性を記憶したメモリを
内蔵させる一方、レンズの着脱に伴って装置本体側と断
続する電気接点を設け、レンズを装着した際にこの電気
的接点を介してメモリの内容を読出すようにしてもよ
い。

（発明の効果） 本発明は以上のように、イメージセンサの出力に基づき
光学系の少くとも３つの位置における所定空間周波数の
成分量を求め、予め記憶した光学系のMTF特性上の対応
点を求め、この光学系のMTF特性上での対応点と最大と
なる点との偏差を求め、投影レンズをこの偏差分だけ移
動させて投影レンズを合焦位置に移動させるものである
から、周波数成分を演算するレンズ位置が少なくなり、
レンズの停止回数も少なくなる。このためレンズの振動
が停止するまでの待ち時間も少なく、合焦位置検出まで
の所要時間が短縮できる。また少くとも３つの位置のう
ち１つの位置は他の位置とは合焦位置を挾んで反対側に
あるので制御精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるリーダプリンタの全体
概略図、第２図はそのオートフォーカス制御装置のブロ
ック図、第３図は動作の流れ図である。また第４図はイ
メージセンサ出力を示す図、第５図は空間周波数成分を
示す図、また第６図は本発明の原理説明図である。 20,54……投影レンズ、56……ラインセンサ。68……空
間周波数用フィルタ、ｍ……MTF特性、ｅ……空間周波
数成分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロフィルムの投影画像をイメージセ
   ンサにより走査して得られるイメージセンサの出力信号
   を用いて、投影レンズを合焦位置に制御するマイクロフ
   ィルムリーダのオートフォーカス方法において、 前記投影レンズを移動した時の光学系の所定空間周波数
   でのMTF特性を予め記憶する一方、前記投影画像に対し
   て前記投影レンズの合焦位置を挟む少くとも３位置で前
   記所定空間周波数の成分量を求め、これらの成分量を用
   いて投影レンズ位置の前記MTF特性上での対応位置を決
   定し、この対応位置とMTF特性上の合焦位置との偏差を
   求め、この偏差分だけ前記投影レンズを移動させること
   を特徴とするマイクロフィルムリーダのオートフォーカ
   ス方法。