CN1065050C

CN1065050C - 多镜头光学自动调焦系统

Info

Publication number: CN1065050C
Application number: CN 97101841
Authority: CN
Inventors: 曾文佐; 彭金章; 杨坤宝
Original assignee: Transpacific IP Ltd
Current assignee: Transpacific IP Ltd
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: CN1190744A

Abstract

一种用于多镜头光学系统的自动调焦系统，对多镜头光学系统自动进行锐度与放大倍率的校准，它包含多个归位传感器、多个微传感器、多个镜头、一取像装置、一取像装置控制电动机、一基座操控电动机与一镜头切换电动机。利用取像装置控制电动机与基座操控电动机分别控制取像装置与镜头的移动，来进行锐度与放大倍率的校准，直到锐度与放大倍率皆符合系统要求为止。

Description

多镜头光学自动调焦系统

本发明涉及一种在多镜头光学系统中，能自动校准锐度及放大倍率的自动调焦系统，使得多镜头光学系统的锐度与放大倍率的校准更为精确，进而提高产品的品质与合格率。

随着科技的进步，各式各样的产品亦日新月异，对于扫描器等光学系统而言亦是如此。随着技术的演进，较精密分辨率的要求越来越强烈，多镜头光学系统亦因而诞生。然而包含单、多镜头扫描器系统在内，即使再精密的光学仪器亦或多或少地存在制造公差(Manufacture error)，诸如镜头(Lens)的焦距(Focal length)制造误差，或系统组合后的误差加总等等，因此光学系统产品仍需某些程度的调整，以使系统的精确度提高，进而提高光学系统产品的品质与合格率。

传统上对光学系统的对焦校准，是利用人工方式来完成锐度与放大倍率的调整，除了因人而异、不易掌握控制的精确度之外，以人力执行校准工作的方式，亦不符合自动化过程的需求。因而亟需对传统的对焦校准方式加以改进，除了符合自动化的要求之外，更能降低光学系统产品的不良率，增加成本效益。

鉴于传统以人工来完成多镜头光学系统校准的方式，不仅不符合自动化过程的需求，亦因精确度有限，而无法更进一步提高产品品质与合格率，本发明即针对该项缺点提出改进方法，对多镜头光学系统自动进行锐度(Sharpness)与放大倍率(Magnification)的校准。

根据本发明的一个方面，提供一种多镜头光学自动调焦系统，自动对光学系统进行锐度与放大倍率的校准，该系统至少包含：

多个归位感测装置，位于该光学自动调焦系统上，用以检测该光学自动调焦系统是否已回归初始位置；

一成像控制装置，输入一分辨率指示信号，用以产生成像启动信号；

一测试装置，用以产生测试信号；

多个成像装置，位于该光学自动调焦系统之中，并和该成像控制装置互相耦合，当输入该成像启动信号时，用以启动该多个成像装置之一，其余的成像装置则保持闲置状态，该启动的成像装置输入该测试信号，用以产生成像指示信号；

一取像装置，输入该成像指示信号，用以产生校准程度信息，以指出该锐度与该放大倍率所需的校准程度；

多个微感测装置，位于该光学自动调焦系统之中，可经由该成像装置而触发，用以指出该成像装置中的被启动的成像装置；

一基座控制装置，输入该校准程度信息用以控制该成像装置的移动；及

一取像控制装置，输入该校准程度信息用以控制该取像装置的移动。

根据本发明的另一方面，提供一种在多镜头光学系统中自动校准锐度与放大倍率的方法，该方法至少包含下述步骤：

输入一分辨率信息，用以指定所校准的分辨率；

依据该分辨率信息选择镜头；

执行锐度校准程序，使得该光学系统通过锐度校准，所述执行锐度校准程序至少包含：产生一锐度校准信息，该校准信息包含该光学系统的锐度校准度量，利用该锐度校准信息移动该镜头，以及重复该产生与该移动之步骤多次，直到该光学系统通过一预先设定的锐度校准标准为止；

执行放大倍率校准程序，使得该光学系统通过放大倍率校准，所述放大倍率校准程序包含：利用该镜头测得目前放大倍率，利用该镜头理论放大倍率与该目前放大倍率之比较结果移动该光学系统的取像装置，以及重复测得该目前放大倍率与该移动取像装置之步骤多次，直到该光学系统通过一预先设定的放大倍率测度标准为止；以及

重复该执行锐度校准程序与该执行放大倍率校准程序多次，直到该光学系统同时通过锐度与放大倍率校准为止。

本发明披露的多镜头光学系统，是利用取像装置控制电动机与基座操控电动机控制取像装置与镜头的移动，并由取像装置的成像测出校准信息，以对光学系统进行锐度与放大倍率的校准，直到锐度与放大倍率皆符合要求为止。

本发明的较佳实施例将在以下说明中结合下列附图作更详细的阐述：

图1为本发明的多镜头光学自动调焦系统，当分辨率为1220dpi(每英寸点数Dot-Per-Inch)时的结构方块图；

图2为本发明的多镜头光学自动调焦系统，当分辨率为3048dpi时的结构方块图；及

图3为一流程图，描述本发明的多镜头光学系统的自动调焦操作流程。

图1描述本发明的多镜头光学自动调焦系统(往后以“自动调焦系统”简称)的结构图，以及对分辨率1220dpi进行对焦校准的情形。

以自动调焦系统的结构而言，其包含一测试原稿(Test chart)101、镜头102与109、微传感器103与105、归位传感器104与108、电荷耦合装置(Charge CoupledDevice，CCD)106、CCD控制电动机107、镜头切换电动机110、与基座操控电动机111。

当校准进行之时，必须先将自动调焦系统的基座与CCD106回归初始位置，并利用归位传感器103与105的检测信息以判定该基座与CCD106是否已回归初始位置；接着再利用镜头切换电动机110负责镜头的切换，使得光程(Opticalpath)经过测试原稿101、镜头102或109、至CCD106，并于CCD106之成像求出对焦信息。在获得对焦信息后，必须利用基座操控电动机111操控整个自动调焦系统基座的移动，与利用CCD控制电动机107来控制CCD106的移动，来达到对焦与放大倍率校准的目的。

应注意的是，基座操控电动机111所控制的基座并不包含CCD106，亦即CCD106的移动，其必须完全依赖CCD控制电动机107的控制方可。再者，较佳实施例中虽以CCD的取像结构作说明，但可以视实际应用情形，将取像结构变更为密接型图像检测装置(Contact lmage Sensor，CIS)，并非一定要使用CCD不可。

此外，镜头102与109分别代表不同的图像分辨率，而由镜头切换电动机110负责分辨率的切换；微传感器103与105所测得的检测信息，则用于告知自动调焦系统目前校准所使用镜头为102或109。测试原稿101提供已知的图样作为校准之用，其图样经过特殊设计，所以在对焦正确的情形下，其显像清晰且大小为固定的已知值，因此得以作校准的依据。

以对分辨率1220dpi进行对焦校准的情形而言，必须先利用镜头切换电动机110，将镜头102移至中心，使得光程在经过测试原稿101后，会经由镜头102投射至CCD106上，并依据CCD106之成像求出对焦信息以供校准。此时因微传感器108的传感路径受到阻断，而传感路径畅通的微传感器104即可指出目前所校准的为镜头102。在获得对焦信息之后，自动调焦系统即利用基座控制电动机111，来控制整个基座的运动，使得镜头102能移动至适当的位置来达到锐度的调整；至于放大倍率的校准则需通过CCD控制电动机107，来移动CCD106的位置而完成。

图2描述的是对分辨率3048dpi进行对焦校准之情形。同样的，必须先利用镜头切换电动机110，将镜头109移至中心，使得光程在经过测试原稿101后，会经由镜头109投射至CCD106上，并利用CCD106上的成像求出对焦信息以供校准。因为此时的微传感器104的传感路径受到阻断，于是微传感器108即指出目前所校准的为镜头109。在获得对焦信息之后，自动调焦系统即利用基座控制电动机111，来控制整个基座的运动，使得镜头109能移动至适当的位置来完成锐度的调整；放大倍率的校准同样需要经由CCD控制电动机107，来移动CCD106的位置而完成。

图3为描述本发明对多镜头光学系统之自动调焦操作方法的流程图。在光学系统回归初始位置后，首先需选择欲调整的分辨率(步骤301)，并依此选择相对应的镜头(步骤302)，此步骤需运用镜头切换电动机110，来切换正确的镜头至光程上，例如1220dpi使用镜头102，而3048dpi使用镜头109。

接着进行的是锐度调整(步骤303)。由于光学仪器皆包含些许的制造公差(Manufacture error)，或是系统组合后所产生的误差，而此对焦不正确的镜头将产生模糊的图像，所以必须调整镜头的锐度，以使图像在正确的位置上成像。又因扫描器等光学仪器可视为一转换系统，其可将平面图像转换成数字信号，因此需要一用于测量该转换系统性能测量方法。

在较佳实施例中使用的图像品质测量方法为调制传递函数MTF(ModulationTransfer Function)，而MTF所运用的方法，是将一分辨率为光学系统分辨率一半的测试原稿，对该光学系统做测试。例如一分辨率为400dpi的扫描器，需要利用一100lppi(每英寸线对Line-Pair-per-lnch)的测试原稿做测试。接着再分别对R(红)、G(绿)、B(蓝)三个频道(Channel)作分析，而且必须R、G、B三个频道皆通过MTF之锐度校准测度标准方可，在较佳实施例中，该锐度校准测度标准为40％。若光学系统未能通过MTF的测试，必须利用基座操控电动机111控制整个基座的移动(步骤304)，使得镜头102或109得以移动，直到校准信息通过MTF测试为止。应注意的是，此时的CCD106并不移动。

当完成镜头的锐度调整后，接着进行的是放大倍率的校准(步骤305)。由于光学系统在通过锐度校准后，所形成的图像可能极为清晰，但放大倍率仍存有某程度之失真(源于光学仪器之制造公差)，所以必须再对放大倍率做调整。

因为镜头的理论放大倍率为已知，且假设该理论放大倍率为M^*，而于通过MTF测试后所获得的放大倍率为M。在较佳实施例中，所订立的放大倍率测试标准为：

I = \frac{| M^{* -} M |}{M^{*}}

其中︱M^*-M︱代表对M^*与M相减所得差值之绝对值。较佳实施例中所预先订立的测试标准为I不大于0．005，盖因︱M^*-M︱的值越小，代表放大倍率越接近理论，值之故。

当放大倍率未达到标准时，必须利用CCD控制电动机107控制CCD106的移动来作调整(步骤306)。当放大倍率达到校准标准之后，因为锐度上有了稍微变更，所以必须再回到步骤303重作MTF测试以执行锐度校准，直到锐度与放大倍率之校准皆达到校准标准为止。

对于某些制造公差较大的光学系统而言，可能永远无法在图3所示的校准流程中，调整出符合校准标准的情形，因而陷入无穷的测试循环中。为防止此情形的发生，可以在第一次进行MTF测试时设定一计时器，用以计算校准所使用的时间，而当该计时器超过一预先设定的标准后，即判定该光学系统不符校准标准而退出校准循环，如此则能更符合自动化过程的需求。

综上所述，本发明针对多镜头光学系统提供了一种自动调焦的系统，能自动对镜头进行锐度与放大倍率的校准，以符合自动化之要求，更能降低光学系统产品的不良率，提高经济效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明；凡其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，例如运用CIS取代CCD成为取像装置等等的变换，均属于本申请的范围内。

Claims

1．一种多镜头光学自动调焦系统，自动对光学系统进行锐度与放大倍率的校准，其特征在于，该系统至少包含：

一测试装置，用以产生测试信号；

-取像装置，输入该成像指示信号，用以产生校准程度信息，以指出该锐度与该放大倍率所需的校准程度；

2．如权利要求1所述的系统，其特征在于上述测试装置包含一测试原稿。

3．如权利要求1所述的系统，其特征在于上述成像装置的数量与该微感测装置的数量相同。

4．如权利要求1所述的系统，其特征在于上述取像控制装置包含一电动机。

5．如权利要求1所述的系统，其特征在于上述成像控制装置包含一电动机。

6．如权利要求1所述的系统，其特征在于上述基座控制装置包含一电动机。

7．如权利要求1所述的系统，其特征在于上述成像装置包含多个镜头。

8．如权利要求1所述的系统，其特征在于上述取像装置为电荷耦合装置。

9．如权利要求1所述的系统，其特征在于上述取像装置为密接型图像感测装置。

10．一种多镜头光学系统中，自动校准锐度与放大倍率的方法，其特征在于该方法至少包含下述步骤：

输入一分辨率信息，用以指定所校准的分辨率；

依据该分辨率信息选择镜头；

11．如权利要求10所述的方法，其特征在于上述锐度校准信息利用调制传递函数而获得。

12．如权利要求11所述的方法，其特征在于上述锐度校准标准为40％。

13．如权利要求10所述的方法，其特征在于上述比较结果利用下列步骤而获得：

计算该镜头的理论放大倍率，与该成像的放大倍率相减后之差值；

计算该差值之绝对值；

计算该绝对值除以该镜头之理论放大倍率的商值；以及

输出该商值使该商值成为该比较结果。

14．如权利要求13所述的方法，其特征在于上述放大倍率测度标准为0．005。

15．如权利要求10所述的方法，其特征在于上述取像装置为电荷耦合装置。

16．如权利要求10所述的方法，其特征在于上述取像装置为密接型图像感测装置。

17．如权利要求10所述的方法，其特征在于上述重复该执行锐度校准程序与该执行放大倍率校准程序多次的步骤还包含一校准时间的计算，当该多镜头光学系统执行该自动调整锐度与放大倍率的方法的时间，超过一预先设定时间值之时，该自动校准锐度与放大倍率的方法将自动停止，表示该多镜头光学系统的锐度与放大倍率校准失败。

18．如权利要求10所述的方法，其特征在于上述输入该分辨率信息，用以指定该校准的该分辨率的步骤还包含使该多镜头光学系统回归初始位置的步骤。