JPH0664227B2 - オ−トフオ−カス方式 - 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方式に関し、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方
式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５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により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CDf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、画像を合
焦点位置へセットすることが非常にむずかしし上に、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６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方式を提案す
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、初期設定の位置に
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２値変化点を計数し、その計数値のうち
の最大値となる計数値に対応するしきい値を求めて焦点
調整を行うようにし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方式においては、
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、まず所定のレンズ位置で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
しきい値でレンズ位置を変化させて、それぞれの位置で
の計数値を求め、これらの計数値のうちで最大となると
きのレンズ位置にレンズをセットさせることにより、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、之を電気的なセン
サ信号に変換した上増幅器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7A図および第7B図によって説明す
ると、ここで、第7A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7B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7A図における（III）の波形と第7B図にお
ける（III）の波形とを比較すると、第7A図の（III）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7B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、これより高いしいき値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では、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
定されたレンズの位置（経験的に得られる合焦点近傍位
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。

かくして、読み取りが終ったならば、計数値が最大とな
るようなしきい値を見出し、このようなしきい値にセッ
トしてしきい値設定回路16からコンパレータに供給す
る。次にレンズ駆動装置18を介して結像レンズ12を移動
させながら２値変化点カウンタ20によって変化点を計数
させ、その計数値の極大となるレンズ位置に結像レンズ
12をセットすることができる。

以下に、その動作手順を第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
固定し、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
否かを判断する。

かくして全てのしきい値に対して計数値が取込まれたな
らばステップS5に進み、最大の計数値が得られるしきい
値Ｔを見出し、ステップS6でしきい値をＴに設定して、
続くステップS7およびS8でカウンタ20を介して計数値を
取込みながらレンズ12の位置を移動させ、ステップS9で
全てのレンズ位置で計数値が取込まれたか否かを判断す
る。

しかして、全てのレンズ位置での計数値が取込まれたな
らばステップS10に進んで取込まれた計数値のうち最大
となるときのレンズ位置JPを見出し、ステップS11でこ
のレンズ位置JPにレンズをセットし、フォーカス動作が
終了する。そして、画像読取りを開始する。

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、マスクロフィルムの読取りの他、35mmフィ
ルムやレントゲンフィルムの読取り等にも適用可能なこ
とは言う迄もない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、その焦点合せに
先立ち、レンズを所定位置に固定した状態で画像信号を
２値化するしきい値を変化させて２値画像信号における
立上がりまたは立下がりの変化点を計数し、その計数値
が最大となるようなしきい値を求めて、このしきい値に
セットしたまま次はレンズの焦点距離を変化させて再度
上記の計数値を求め、この計数値が極大値となるような
レンズ位置を見出して、このレンズ位置にレンズがくる
よう焦点調整を行うので、計数値が最大となるようなし
きい値を求めることによって、最も鋭敏に合焦点位置の
見出し易い状態が得られ、この状態でしきい値を固定し
てレンズを移動させることにより合焦点位置である計数
値のシャープなピークを正確に指定することができるも
ので、フィルムの種類や厚さ、あるいは装置の経年変化
や移動中の狂いによって正確な合焦点が困難であった従
来の装置に比して、極めて容易かつ精密にオートフォー
カスを実施することができる。

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密および成功率が高く、この
方式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方式を適用した装置の
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６図は従来のカメラ用オートフォーカス方式の一例を
示す説明図、 第7A図はレンズが合焦点位置にある時のまた、第7B図は
レンズが非合焦点位置にあるときのそれぞれ信号２値化
の状態を段階的に示す説明図である。 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、初期設定の位置において、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
   により前記２値変化点を計数し、その計数値のうちの最
   大値となる計数値に対応するしきい値を求めて焦点調整
   を行うようにしたことを特徴とするオートフォーカス方
   式。