JPS5984210A - 自動焦点調整方法およびその調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光学系の焦点を高精度に自動調整する自動焦
点調整方法およびその調整装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、工業用テレビジョンカメラや固体撮像素子を用い
たカメラ等に使用される光学系の焦点距′Ｎｆ自動調整
する方法として、例えば彷調整光学系を介して撮像した
＃淡画像情報の互いに隣接する画素の濃度差を検出し、
この濃度差が最大に力るように被調整光学系を移動訊（
整するものや、撮像Ｉ［ＩＩＩ像をフーリエ変換して高
周波成分を求め、この高周波成分のレベルに従って焦点
調整を行なうもの等が知られている。

ところが、これらの方法は、 （１）隣接画素の濃度差を検出する場合に、舶。

音等の影響を受は易く高精度のｎ）Ｍ整を打力えない。

（１１）　　フーリエ変換を行なう場合は、フーリエ変
換の演算が複雑々ため　？Ｊ、、整に多くの時間を要し
、かつ高周波成分を取り出すだめのフィルタの構成が複
雑に々ることと相まって、装置の構成が複雑化する。

等の欠点がある。

一方、自動的に焦点調整を行なう別の方法として、被調
整光学系の光軸位置を一定間隔てステップ移動させる毎
に、撮像画像情報の高周波成分および低周波成分をそれ
ぞれフィルタによシ抽出してその加算値を求め、この加
算値が最大となる被調整光学系の光軸位置を焦点整合位
置とするものがある。

しかしながら、このような従来の方法は、焦点整合位置
を精度良く検出するために被調整光学系のステップ移動
間隔を短かく設定する必要があり、このようにステップ
移動間隔を短かく設定すると、焦点ずれ量が大きい場合
に、焦点整合位置を検出するまでに多゛くの時間を要し
、調整時間が著しく長くなるという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、焦点ずれ量が大きい場合でも、短時間に高精
度の調整を行ない得、調整能力が高く、かつ簡単な構成
で実現できる自動焦点調整方法およびその調整装置を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、波調５− 整光学系を介して受光した濃淡画像情報の微分出力に対
し互いにレベルの異なる複数のクリップレベルを設定す
るとともに、上記被調整光学系のステップ移動間隔を上
記各クリップレベルが大きくなるに従って小さくなるよ
うに定め、被調整光学系をステップ移動させる毎に濃淡
画像を受光してその受光情報の微分出力をクリップレベ
ルに従ってクリップし、そのクリップ出力の加算値を求
める動作を、加算値が前記各クリップレベル別に予め定
めた所定の値以上になる毎にクリップレベルを小レベル
から大レベルへ順次変更して繰シ返し行なうようにし、
最大クリップレベルで加算値が最大となる位置を検出し
てこれを焦点整合位置とするようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例における自動焦点調整装置の
ブロック構成図である。

この装置は、焦点調整用の濃淡画像１を被調整光学系２
を介して受光器３で受光し、これに６− よって得た受光画像信号を微分回路４で微分したのちク
リップ回路５でクリップして加算回路６に導びいている
。この加算回路６は、上記クリップ回路５のクリップ出
力を前記濃淡画像の全領域外について加算するものであ
る。そして本実施例の調整装置は、上記加算回路６の加
算結果を選択回路７によシ最犬値検出回路８もしくは比
較回路９に択一的に導びいている。上記最大値検出回路
８は、上記加算結果が得られる毎にこれを一時記憶する
レジスタ８１と、このレジスタ８１の記憶値と選択回路
７から次のタイミングで導びかれた加算値とを比較して
選択回路７からの加算値がレジスタ８１の記憶値よシも
小さくなったとき最大値検出信号を出力する比較器８２
とから構成されている。一方比較回路９は、複数のしき
い値を選択的に発生するしきい値設定回路９ノと、前記
選択回路７により供給された加算回路６の加算値を上記
しきい値設定回路９１で設定されたしきい値と比較して
このしきい値を越えたとき検出信号を発する比較器９２
とから構成されている。

また本実施例の調整装置は、一連の調整動作を制御する
制御回路１０を有している。この制御回路１０け、次の
各制御」１１作を行々うものである。その制御動作は、 （１）レベルの異なる３種類のクリップレベルをクリッ
プ回路５に設定可能とし、調整開始時に先ず上記３種類
のクリップレベルのうち最も小さいクリップレベルを設
定し、以後前記比較回路９から検出信号が到来する毎に
クリップ回路５に設定するクリップレベルを順次大きい
レベルに変更する制御動作。

（ｉｉ＞　　（ｉ）で設定する各クリップレベル別にそ
れぞれ異なるステップ間隔を設定し、これらのステップ
間隔で１１υ調整光学系２をステップ移動させるための
ステップ送り信号を一定の周期で１駆動制御回路１ノに
供給し、これにより駆動機構１２を駆動させて被調整光
学系２をステップ移動せしめる制御。ところで、上記各
クリップレベル別に設定されるステップ間隔は、クリッ
プレベルが大きくなるに従って小さく力るように定めら
れる。

仙）（１）で設定した各クリップレベル毎に所定のしき
い値レベルを設定してこれらのしきい値レベルを示す情
報（しきい値情報）を前記比較回路９のしきい値設定回
路９１に供給し、このしきい値設定回路９１で発生する
しきい値を指定する制御動作。

（ＩＶ）　　クリップ回路５に設定するクリップレベル
が最大のもののときにのみゲート回路１３を開成させて
加算回路６で発生される加算終了信号を選択回路７に供
給し、これにより選択回路７を最大値検出回路８側に切
換えて加算出力を最大値検出回路８へ供給させる制御動
作。なお、ゲート回路１３が閉成している間、つまりク
リップ回路５に設定されるクリップレベルが最小のもの
と中間のものの場合は、選択回路７は比較回路９１１！
ｌに切換わり、加算出力を比較回路９へ導びいている。

である。

９− なお、駆動制御回路１１は、前記最大値検出回路８から
検出信号が発生されたときに１ｖ、動機構１２の動作を
停止させるか、もしくは１ステップ間隔分後足りさせた
のち停止させる。このとき、上記停止か後戻りかの判断
は、最大値を検出した位１Ｇでの加算出力値とその１つ
前のステップ位置での加算出力値との差を求め、と・Ｄ
差が所定量よりも大きい場合に後戻りさせ、小さい場合
にそのままの位置で停止させる。捷だこの場合、上記差
の値によって、ステップ間隔を小さく設定して後戻り量
を小刻みに設定することも可能である。これは、駆動機
構の駆動源として例えばステップモータを使用すれば容
易に実現できる。

次に、以上のように構成された装置の作用を調整手順に
従って説明する。

なお、第２図は前記回路の主要信号波形を示す図、第３
図は被調整光学系の焦点位置ずれ量に対する加算出力を
示す図で、■、　（Ｐ）　、θはそれぞれクリップレベ
ルＣＬＩ、ＣＬ２．ＣＬ３　に対１０− 応する脣性曲線である。先ず、被調整光学系２に駆動機
構１２をセットし、この状態で制御回路１０にスタート
信号（図示せず）を与える。

そうすると、先ず制御回路１０によりクリップ回路５に
、３種類のクリップレベル（第２図ＣＬＩ　、ＣＬ２．
ＣＬ３　）のうち最小のクリップレベルＣＬＩが設定さ
れ、また比較回路９のしきい値設定回路９ノに上記クリ
ップレベルＣＬＩ　に対応して予め定められたしきい値
（第３図Ｌｌ）が設定される。そして、制御回路１０か
ら駆動制御回路１１へ、上記クリップレベルＣＬＩに対
応するステップ間隔（第３図Ｗ１．）で被調整光学系２
をステップ移動させるべく所定のタイミングでステップ
送り信号が供給される。

そうすると、駆動機構１２により被調整光学系２が第３
図に示す如く初期位置Ｐからステップ間隔Ｗｌづつ比較
的大きな間隔でＡ、Ｂヘステップ移動し、これらの各位
置Ａ、Ｂ毎にそれぞれ受光器３によシ被調整光学系２を
介して濃淡画像ｌの受光がなされる。この受光によ如得
られた受光ＩＩｆ＋Ｉ像信号は例えば第２図ＢＳのよう
に微分されたのち第２図Ｃ８に示す如く絶対値がとられ
、しかるのちクリップ回路５でクリップレベルＣＬＩに
従ってクリップされる。そして、このクリップ出力は加
算回路６で加算され、その加算出力は選択回路７により
比較回路９に送られてここでしきい値Ｌ１と比較される
。その比較の結果、もし仮に第３図中Ｂで上記加算出力
の値がしきい値し１以上であったとすると、この時点で
比較回路９から検出信号が発生され、この検出信号の発
生により制御回路１ｏはクリップ回路５のクリップレベ
ルをＣＬＩからＣＬ２に変更する。そして、それととも
にしきい値レベルをクリップレベルＣＬ２に対応したレ
ベルＬ２に変更し、かつ駆動制御回路１ノへ上記クリッ
プレベルＣＬ２に対応するステップ間隔Ｗ２（Ｗ２（Ｗ
ｌ）で被調整光学系２をステップ移動させるべくステッ
プ送り信号を供給する。

したがって、被調整光学系２は、今度はステップ間隔Ｗ
２づつ前記Ｗ１よシも小さい間隔で例えば第３図Ｃ，Ｄ
、Ｅのようにステップ移動し、これらの各位置Ｃ，Ｄ、
Ｅ毎に、受光器３により濃淡画像の受光が行なわれる。

そして、受光器３により得られた受光画像信号ＡＳは、
それぞれ前記位置Ａ、Ｈの場合と同様に微分回路４で微
分されたのち絶対値がとられ、しかるのちクリップ回路
５で今度はクリップレベルＣＬ２に従って第２図ＤＳ２
に示す如くクリップされ、加算回路６で加算される。し
たがって、このようにして得られた加算値は、前記クリ
ップレベルＣＬＩの場合に比べて画像ノイズ、受光器３
の感度むら、照明むら等の不安定要素の少ないものとな
る。そして、上記加算値は、比較回路９でしきい値レベ
ルＬ２と比較され、このしきい値レベルト２以上となっ
たときに比較回路９から検出信号が発生される。この検
出信号が発生されると、制御回路１０はクリップ回路５
のクリップレベル１ｃＬ２から最も大きいＣＬ３に変更
し、かつデート回路１３を開成して選択回路７を最大値
検出回路８側に切換える。そして、１３− 駆動制御回路１ノに対し、上記クリップレベルＣＬ３に
対応するステップ間隔Ｗ３（Ｗ３（Ｗ２（Ｗｌ）で被調
整光学系２をステップ移動させるだめのステップ送り信
号を一定間隔で供給する。そうすると、今度は被調整光
学系２は非常に短かい間隔で例えば第３図Ｆ、Ｇ、Ｈ，
Ｉのようにステップ移動し、かつこれらの各位置Ｆ　、
　Ｇ　、　Ｈ。

■毎に得られた受光画像信号の微分出力Ｃ８は、クリッ
プ回路５にて最も大きなりリップレベルＣＬ３に従って
第２図ＤＳ３のようにクリップされ、加算回路６で加算
される。したがって、このようにして得られた加算値は
、前記クリップレベルＣＬＩ、ＣＬ２に比べ前記した不
安定要素の著しく少ないものとなる。そして、こうして
得られた加算値は、選択回路７によシ最太値検出回路８
に送られ、ここで、最大値の検出がなされる。その結果
、もし仮に例えば第３図に示す如く位置ＨとＩとの間に
最大値がある場合には、位置Ｉにて最大値検出信号が発
生され、駆動制御回路１１に供給される。これにより駆
動１４− 制御回路１１は、上記最大値検出信号を受けた時点で、
図示しない経路で入力した位置■における加算値と１ス
テツプ前の位置Ｈにおける加算値との差を求め、この差
に従って被調整光学系２を位置工で停止させるか、もし
くは位置Ｈへ戻すかを判断し、その動作終了後の位置を
被調整光学系２の焦点整合位置とする。

このように、本実施例であれば、調整開始時の焦点位置
ずれ量が比較的大きい範囲では、微分出力に対するクリ
ップレベルを小さい値ＣＬ１とするとともに被調整光学
系２のステップ移動間隔を大きく設定し、クリップ出力
の加算値が所定のしきい値以上になる毎にクリップレベ
ルをＣＬ２．ＣＬ３へと順次大きな値へ変更するととも
にステップ移動間隔を細かくするようにしているので、
焦点位置ずれ量の大きい範囲では大きなステップで短時
間に焦点整合位置に近づけることができ、かつ焦点整合
位置に近い範囲では不安定要素の極めて少ない状態で精
度の良い位置合わせを行なうことができる。したがって
、短時間で高精度の調整が可能とがる。１だ、回路構成
においても、従来回路と比較して比較的簡単な回路で構
成できる利点がある。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば、クリップレベルは３段階に限らず、２段階でも
また４段階以上でもよく、さらにその際のステップ移動
間隔についても要求に応じて適宜設定してもよい。棟だ
、制御回路はマイクロコンピユータを利用したものから
構成してもよく、その他最大値検出回路や比較回路の構
成、被調整光学系の駆動部の構成についても、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は、調整開始時に微分出力の
クリップレベルを小さく定めるとともにステップ間隔を
大きく設定して調整時間を短縮し、かつ調整が進むに従
ってクリップレベルを大きくして不安定要素を除去する
とともに、ステップ間隔を小さくするようにしたもので
あり、また上記クリップレベルの変更、ステップ間隔の
変更およびしきい値の変更を互いに同期させて制御部に
より制御するようにしたものである。

したがって、本発明によれば、焦点ずれ量が大きな場合
でも、短時間に高精度の調整を行なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における自動焦点調整装置の
回路ブロック図、第２図および第３図は第１図に示した
装置の作用説明に用いるためのもので、第２図は信号波
形図、第３図は焦点ずれ量に対する加算化力の変化を示
す特性図である。 ２・・・被調整光学系、４・・・微分回路、５・・・ク
リップ回路、６・・・加算回路、８・・・最大値検出回
路、９・・・比較回路。 １７− １１２図 第３図 Ｊａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　被調整光学系の光軸位置をステップ移動させ
   る毎に上記被調整光学系を介して濃淡画像を受光し、そ
   の受光情報の微分出力から被調整光学系の焦点整合位置
   を検出する自動焦点調整方法において、前記微分出力に
   対し互いに異なる複数のクリップレベルを設定するとと
   もに、前記被調整光学系のステップ移動間隔を上記各ク
   リップレベルが大きくなるに従って小さくなるように定
   め、被調整光学系をステップ移動させる毎に受光を行な
   ってその受光情報の微分出力をクリップレベルに従って
   クリップし、そのクリップ出力の加算値を求める動作を
   、加算値が前記各クリップレベル別に予め定めた所定の
   値以上になる毎に、クリップレベルを小レベルから大レ
   ベルへ順次変更して繰シ返し行なうようにし、最大クリ
   ップ１ノベルでは加算値が最大となる位置を検出してこ
   れを焦点整合位置とするようにしたことを特徴とする自
   動焦点調整方法。
2. （２）被調整光学系の光軸位置を駆動部によりステップ
   移動させる毎に、濃淡画像を上記被調整光学系を介して
   受光手段により受光し、この受光出力を微分回路で微分
   してこの微分出力から被調整光学系の焦点整合位置を検
   出する自動焦点調整装置において、前記微分回路からの
   微分出力をクリップするクリップ回路と、このクリップ
   回路に対して複数のクリップレベルのうちのひとつを避
   択的に設定するクリップ制御回路と、このクリップ制御
   回路で設定されるクリップレベル毎に予め定めたしきい
   値情報を発生するしきい値情報制御回路と、前記クリッ
   プ制御回路で設定される各クリップレベル毎にこのクリ
   ップｌ／ペルが大きくなるに従って前記被調整光学系の
   ステップ移動間隔を小さくするべく定めたステップ制御
   信号を発生しこの信号により前記駆動部を駆動して前記
   被調整光学系をステップ移動せしめるステップ制御回路
   と、前記りリップ回路のクリップ出力を加算する加算回
   路と、この加算回路で得られた加算出力を前記しきい値
   情報制御回路から発生されるしきい値情報に対応するし
   きい値と比較しこのしきい値以上になったときクリップ
   レベル変更信号を発して前記クリップ制御回路で設定す
   るクリップレベルを太きいものに変更せしめる比較回路
   と、前記クリップ制御回路でクリップレベルの最大値が
   設定されたときのみ動作し前記加算回路から出力される
   加算出力の最大値を検出してこの最大値を検出した位置
   で前記駆動部により被調整光学系を停止せしめる最大値
   検出回路とを具備したことを特徴とする自動焦点調整装
   置。