JPS6291906A - オ−トフオ−カス装置 - 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】 〔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〕

マイクロフィルムとの画像を電子的に読み取る従来の装
とを第９図によって説明する。

フィルムｌ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ｃｃｎ　ｒを矢印方向に走査させてＣＧＯｆ
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、　ＣＣ：Ｄｆｌ：に結像されている画像と、ス
クリーンｈｈ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
ｒ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）のぼうちよう、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ＣＧ
Ｄ　ｆ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Ｌ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Ｌ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重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ＣＣＤｆＪ：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ヘセットすることが非常にむず
かしい丘に、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ｌ丘の画像のピン
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、数ルｍ〜数
七７ｚｍ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）ヘセット
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ｆ化が進み、１七類などを電子的
に記録する、いわゆる光ディスク電ｆ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。ｂ−＜から
文ど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ｉ’ｉ７ス七にするのが、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、と述のように、マイクロフィルムとの画像に焦
点を調整するのに、熟練者の眼により。

−コマ、−コマ、人手で合わせていたのでは非常に不便
で１手間がかかる。

そこで、と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、ｒ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１例えば銀フィルム、ジアゾフ
ィルムなどと、フィルムのＪゾさも非常に多種多様で、
Ｌ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
をしてもられ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−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Ｗｌ（
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：Ｊ、２のセンサＲ
２の光ｊ４が一番大きい時に、ジャストビントチあると
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ｆｉ１）が長いものには、Ｅ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−
七数ミクロンメートルと非常に短かい機種では、物理的
に、ビームスプリフタを介装することが不可能であった
。

以Ｊ：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構を
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、と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
、かつ精度の向り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１列状または而
Ｆに配列させた複数の受光素ｆ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ｒ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、ｚ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ｔ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イ１に対する２値変化点を計数させ
、焦点近傍位ｔ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イ１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Ｅを配列させたセンナとに光学−手段を介
して画像を投影させ、センサかも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
ようなしきいイ１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１走査
および副走査によって１画像を読取り、これを電気的な
センサ信号に変換した土増幅器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はとを比較して、２イぬ化し
、２イめ化された画像信号（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壱とする装置の構成に
ついて述へるごととする。

本実施例では２値画像信号の変化点すなわちガＬがりま
たはケトがりのエツジの数（以ド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１１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＋−１２間をセンサにより走査した場合
、（■）のような画像信号が得られ、これをしきい４１
丁りで２イ直化すると（Ｉ［Ｉ）のような出力信号が得
られる。

これに対して第１ＩＢ図はレンズ１２が非合焦点位置に
ある場合であって、そのＣＩ）において交１−見２間を
センナにより走査した場合、（ｎ）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ｔｔａ図における（ＩＩＩ）の波形と第１
１８図における（［［Ｉ）の波形とを比較すると、第１
１Ａ図の（ＩＩＩ）では立上がりのエツジが１＋　−ｆ
Ｌｒ　として得られたものが、第１１Ｂ図の（ＩＩＩ）
ではエツジがｅ’１．ｅ’、および　ＩＬ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。

エツジの数を計数すれば、そのエツ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。

中央処理袋２１　ＧＰＵ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ｔ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玉での２値変化点を２イ４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）時およびデフォーカス（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丁すに設定した場合に、
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、：ｆＳ３Ｂ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、丘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因に示
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イ１は、第３
Ａ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Ｌ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（４
ｊｃ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意匠傍位２
１）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。しかしてこの詩の走査
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Ｘ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Ｙｌ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−・定
値ｄ２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Ｙ２が得られた
とする。ついで、演算によりデータ列Ｘからデータ列Ｙ
２を差引いた計数値データとデータ列Ｘからデータ列Ｙ
２を差引いた計数値データとを加えて７３４７図に示す
ようなデータ列ｌを求める。いまこのデータ列Ｚ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と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、ｆ５７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ＳＬＩ　、　Ｓ
Ｌ２としたときに、しきい値をＳＬ、　ＳＬＩ。

ＳＬに設定した場合のそれぞれ、レンズ位ｔ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、シ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ＷＩＪＰ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。

以りのオートフォーカスに関するシステムコントローラ
１７の動作を順を更に第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２
０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ａｌ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８６〜Ｓ８により、ス
テップＳ２〜Ｓ４で実行したことを崩返し、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ＳＩＯ〜Ｓ１２によりステップＳ８〜Ｓ
８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Ｘ、ＭｌおよびＹ２からステップＳ１３　
ｉ、：おいて７＝　（Ｘ−Ｙｌ）＋　（Ｘ−Ｙ２）　を
演算し、ステップＳ１４においてＺが最大となるしきい
値乳を見出し、ステップＳ１５でしきい値をＳＬに設定
する。

次にステップ８１Ｂ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、ステー２プＳ１Ｂ、
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Ｓ１Ｂ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２
（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Ｔ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
元センナであっても２次元センサであってもＬ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
行できるハードウェ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、３５１層フィルムや
レントゲンフィルム等の読取りにも適用可１七である。

〔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イ１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
って十−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ｚ値化の立上がりまたは立下がり
の数が変化する状１Ｆ：、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
しきいイ１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６
Ｃ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１θ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イ
１化される過程をそれぞれ示す説明図である。 ａ・・・光源、 ｌＯ・・・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。 第６Ａ図　　　　　　第７図 第６Ｃ図 ｔ？−＊−’＝ 舟−−フλ−一一にノ・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。