JPS63246735A - オ−トフオ−カス方法 - 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、ＣｄＤ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） ＣＯＤ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
０例えば位相差検出方式は投影光を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
ものである。

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。

そこでイメージセンサの各画素の時系列パルス電圧から
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）、シか
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
は非常に多くの位置で投影レンズを停止してコントラス
トを求めねばならず、各位置毎にレンズの振動が停止す
るのを待ってコントラストの演算を行う必要があった。

このため合焦位置検出に長い時間を要するという問題が
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、位
相差検出方式のような複雑な光学系を用いる必要がなく
、短い時間で高精度に合焦位置を検出することができる
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
置を決定することにより空間周波数成分の変化曲線を予
測し、この予測した変化曲線と前記投影レンズを移動さ
せつつ求めた空間周波数の成分量との偏差を求め、この
偏差が設定幅内にあることを確認しつつこの偏差分だけ
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０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、画像の
コントラストを示すその出力電圧υのＭＴ　Ｆ　（Ｍｏ
ｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓ−ｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉ
ｏｎ）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ＭＴＦ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ｆＯに対して投影レンズ
を移動させた時のＭＴＦの変化は第６図ｅのようになり
、このＭＴＦ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であり、使用する絞り一定の投影レンズに
それぞれ固有のＭＴＦ特性にほとんど依存している。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相似となる。

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（Ｘ） とすれば、画像のＭＴＦ特性Ｃｅ）は ｙ＝ａＦ（χ〕　　；ただしａは定数 で表わせる。

ここで画像のＭＴＦ特性（ｅ）上で等間隔Δχで連続す
る３点Ａ、Ｂ、ＣのＭＴＦをそれぞれＶｌ　１７２．７
３として求めれば、 ｙ＋／ｙ２＝Ｆ（χ＋）／Ｆ（χ２）・・・（１）ｙ２
／３Ｆ３＝Ｆ（χ２）／Ｆ（χ３）・・・（２）一方こ
れらＡ、Ｂ、０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ｘ、、ｘ２　。

ｘ３とすれば。

Ｙｌ　／Ｙ２　＝Ｆ　（Ｘ＋　）　／Ｆ　（Ｘ２　）＝
　　ｙ＋／ｙｚ・・・（３） Ｙ２／Ｙ３＝Ｆ　（Ｘ２　）／Ｆ　（Ｘ３　）＝　　７
２／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Ｘ＋　、
Ｘ２　、Ｘ３は求め得る。特性（ｍ）上で例えばｘ３が
求まれば、特性（ｍ）上でのｘ３と特性（ｅ）上でのχ
３とが対応位置として求められれば、特性（ｅ）の曲線
ｙ＝ａＦ（χ）は予測し得る。また特性（ｍ）が最大と
なるレンズ位置Ｘｎとの偏差（Ｘｎ　　Ｘ３）が求まる
。

本発明は画像のＭＴＦ特性（ｅ）上のレンズのレンズ位
置χ３に対応するレンズＭＴＦ特性（ｍ）上の位置Ｘ　
３を求め、前記偏差分（ｘｎ　−Ｘ３）分だけ投影レン
ズをχ３の位置から移動させるものであり、この際レン
ズを停止することなく移動させた時の周波数成分量の変
化が、予測した変化曲線ｙに対して一定の幅内に入って
いることを確認し続けるものである。

なお前記（１）〜（４）式に代えて、 （ｙ＋−ｙ２）／　（ｙ２−ｙ３） ＝（Ｆ（χ＋）−Ｆ（χ２）） ／（Ｆ（χ２）−Ｆ（χ３）） のように分母１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グプリンタの全体
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ｌＯ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ｌＯの透過光（画像投影
光）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２
８に原画ｌＯ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２２．３０．３２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Ｃ
ＯＤ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６
６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ｆＯ酸成分選択してアナログ信号ｇとして求める。

すなわちこのフィルタ６８は空間周波数ｆｏでゲインが
大きく、この周波数ｆＯが離れると急激にゲインが減少
し、例えば−６ｄＢ１０ＣＴ望ましくは−１２ｄＢ／Ｏ
ＣＴの減衰特性を持つものが使用される。

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ＣＰＵ
７４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５８．６０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２０．５４のＭＴＦ特性（第６図の特性（ｆ）
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が他に比べて大きいので投影レン
ズのＭＴＦだけで近似することができる。すべてのＭＴ
Ｆを厳格に求めこれらの桔を用いてもよいのは勿論であ
る０本実施例では投影レンズ２０．５４のＭＴＦの積が
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は次にラインセンサ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６６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１０４）光
量を変更しくステップ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１
２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１０Ｂ
）、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Ｒ
ＡＭ７８に記憶し、この位置χ！においてラインセンサ
５６を走査する。そしてこのラインセンサ５６の出力の
空間周波数ｆＯ酸成分順次読込み、この周波数成分のＭ
ＴＦを７１として求める。すなわちこのＭＴＦは、ＷＩ
、４図に示すように、フィルタ６８のアナログ信号ｇの
最大値をｇ（Ｍ）、最小値をｇ（ｍ）として、ｙ　＋−
（ｇ（Ｍ）−ｇ（■））／（ｇ（Ｍ）　＋ｇ（層））に
より求めることができる。ＣＰＵ７４は投影レンズ２０
をΔχ移動して同様の演算を行い、結局３つの点Ａ、Ｂ
、Ｃ（第６図参照）のＭＴＦを’！ｌＩ　１！７２　、
！／３として求める（ステップ１１４）。

ＣＰＵ７４は次に前記（１）、（２）式の演算を行い（
ステップ１１６）　、　（３）、（４）式が成立するレ
ンズＭＴＦ特性（ｍ）の対応点Ａ’、Ｂ’、Ｃ’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、（Ｙｌ／Ｙ２）等
が所定値（ｙ＋　／ｙｚ　）等に一致する位置ｘｌ　　
＊Ｘ２　＋Ｘ３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．ｘ３が求められる。

ＣＰＵ７４はこのようにして画像のＭＴＦの変化曲線ｅ
すなわちｙ＝ａＦ　（χ）を予測する（ステップ１２０
）、またＣＰＵ７４は特性（ｍ）　（７）最大となるレ
ンズ位置ＸｎをＲＯＭ７８から読出し、投影レンズ２０
の位置例えばｘ３との偏差ΔＸ＝（Ｘｎ　　Ｘ３）を求
める（ステップ１２２）。そしてその時の投影レンズ２
０の位置χ３から投影レンズ２０を偏差ΔＸだけ移動す
る（ステップ１２４）。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。

ＣＰＵ７４はこの合焦位置に向けてレンズ２０を停止さ
せることなく連続的に移動させる間、所定の時間の間で
画像のＭＴＦ７を演算し、移動中の各レンズ位置ですで
に予測した変化曲線ｙ＝ａＦ　（χ）と比較する。そし
てＭＴＦＶが予測した変化曲線ｙに対して設定幅例えば
第６図ｅ　、ｅ　で示す上下１０％程度の幅内に入って
いることを確認する。

画像にはほこりやゴミなどが付着しているために、画像
のＭＴＦ曲線（ｅ）には本来の像による曲線にほこりや
ゴミによる曲線が重畳されて現れる。このため前記Ａ、
Ｂ、Ｃ点だけで合焦位置を求めると、万一これら３点が
ほこりやゴミによる曲線部分に重なっている場合には正
確な合焦位置を求めることは不可能になる０本発明はレ
ンズ移動中に画像のＭＴＦＶを予測した変化曲線ｙと比
較し、設定幅を外れると再度動作をやりなおす（ステッ
プ１２６）、このため制御精度が向上する。

この合焦状態でプリンタモードにすれば（ステップ１２
６）、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−・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
た際にこの電気接点を介してメモリの内容を読出すよう
にしてもよい。

またこの実施例では位置Ａ、Ｂ、Ｃは合焦位置の一側に
位置しているが（第６図参照）、そのうちの１点Ｃを合
焦位置に対してＡ、Ｂの反対側にとった点りに代えても
よい、このようにすれば３点Ａ、Ｂ、Ｄの間隔が広がる
ので、精度が一層向トする。

（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
け移動するものであるから、投影レンズを移動させる位
置の数が非常に少なくなり、レンズの振動が停止するの
を待って演算を行うとしても短時間で合焦位置の検出が
できる。また合焦位置へ向けてレンズを移動する際には
、この移動中の空間周波数成分が予測した変化曲線の所
定幅内に入っていることを確認しているので、万一原画
フィルムに付着したほこりやゴミ等によって画像の所定
周波数成分と光学系のＭＴＦとの対応点の検出が間違っ
たとしてもそれを検出でき、正確な合焦制御が可能にな
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ＭＴＦの空間周波
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。 ｅ・・・画像のＭＴＦ特性、 ｍ・・・光学系のＭＴＦ特性。 特許出願人　富士写真フィルム株式会社代　理　人　弁
理士　山　１）文　雄 第１図 ７Ａ 第３図 第４図 第５図 ｆｏ　　　　　ｆ 第す図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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すること
   により空間周波数成分の変化曲線を予測し、この予測し
   た変化曲線と前記投影レンズを移動させつつ求めた空間
   周波数の成分量との偏差を求め、この偏差が設定幅内に
   あることを確認しつつ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オートフォーカス方法。