JPH0573206B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、CCDラインセンサなどのイメージ
センサの出力信号電圧を用いて合焦判別すると共
に、この出力信号電圧により画像の白黒を判別す
るオートフオーカス方法に関するものである。

（発明の技術的背景） CCDラインセンサなどのイメージセンサを用
いたオートフオーカス装置として、種々のものが
提案されている。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
に基づいて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小型化が困難
であるという問題があつた。

そこでイメージセンサの各画素の出力信号電圧
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。この場合、従来は出力信号電圧を微
分して、出力信号電圧の鮮鋭さを求めていた（例
えば特開昭56−132313号など参照）。しかしこの
場合には微分回路が本来的に持つ性質のためにノ
イズに対して敏感で動作が不安定になり易いとい
う問題がある。またラインセンサの基準黒レベル
画素と有効画素間の出力信号圧の差が微分により
過大に検出されることになり、信頼性が悪いとい
う問題もあつた。

一方画像をイメージセンサで読み取り、この読
み取つた信号を電気信号に変えて遠方へ送つたり
プリンタに送つてハードコピーを得ることも考え
られている。この場合はイメージセンサの出力信
号電圧を所定のしきい値と比較して画像の白黒を
判別する。従つてこのしきい値が不適当である
と、鮮明なハードコピーが得られるなくなり解像
力が低下するという問題が生じる。

（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
る必要がなく、ノイズに対する誤動作が起こりに
くく、信頼性が高い合焦制御を可能とすると共
に、鮮明で解像力の高い画像信号が得られるしき
い値を選定することが可能なオートフオーカス方
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、画像投影光をイメ
ージセンサにより走査して得られるイメージセン
サの出力信号電圧を用いて、投影レンズを合焦位
置に制御すると共に、前記出力信号電圧をしきい
値と比較して画像の白黒を判別するオートフオー
カス方法において、或る投影レンズ位置に対する
前記イメージセンサの出力信号電圧波形が所定の
比較電圧と交わる点の時間微分の絶対値の総和を
異なる比較電圧に対して順次求め、この総和の最
大値をフオーカス信号とし、このフオーカス信号
を前記投影レンズの異なる位置に対してそれぞれ
求め、このフオーカス信号が最大となる投影レン
ズ位置を合焦位置とする一方、この時の比較電圧
を前記しきい値とすることを特徴とするオートフ
オーカス方法、により達成される。

（原理） 第５図ＡはCCDラインセンサなどのイメージ
センサで画像を読取らせた時の出力信号電圧ｖの
変化を時間ｔに対して示す図、同図Ｂはその時間
微分（dv／dt）を示す図である。これらの図か
ら出力信号電圧ｖに対する微分ヒストグラムを求
めると第６図のようになる。ここに微分ヒストグ
ラムとは、出力信号電圧ｖの波形が所定の比較電
圧と交わる点における微分値の絶対値の総和Ｓ
を、異なる比較電圧に対して順次求めたものであ
る。すなわちこの第６図では或る出力信号電圧
（比較電圧）ｖに対する出力信号電圧の時間微分
（dv／dt）の絶対値の総和Σ（｜dv／dt｜）＝Ｓを
示したものであり、例えば第５図Ａで、出力信号
電圧ｖがv₁（比較電圧）になる点ａ〜ｆの微分値
a′〜f′の絶対値の総和S₁、すなわち S₁＝Σ（｜dv／dt｜）_v=v1 ＝｜a′｜＋｜b′｜＋…＋｜f′｜ を異なる出力信号電圧（比較電圧）ｖに対して逐
次算出して示したものである。

一般に画像の非合焦の度合が大きいほど、換言
すればコントラストが小さいほど第５図Ａの出力
信号電圧の振幅は小さくなりなだらかな曲線とな
る。反対に合焦点に接近するほど出力信号電圧の
振幅は増加し非合焦点には現れなかつた山や谷も
現れてきて急峻な山と谷を持つ曲線となる。従つ
て合焦点に接近するほど第５図Ｂに示す曲線は振
幅が増大し、また第６図の微分ヒストグラムの最
大値は大きくなる。この第６図ではα、β、γの
順に非合焦の度合が大きくなる。

また前記総和Ｓは、一定の出力信号電圧Ｖが第
５図Ａの曲線と交わる回数が多い程増大するか
ら、この総和Ｓが最大となる時の出力信号電圧Ｖ
をしきい値とすれば求めた画像信号の白黒変化回
数が最大となる。従つてこのしきい値より画像の
白黒を判別した画像信号は、最も鮮明で解像力の
高い画像となる。

本発明はこの第６図の微分ヒストグラムの最大
値をフオーカス信号Ｆとして求め、このフオーカ
ス信号Ｆが最大となる時の投影レンズの位置を合
焦とすると共に、この時の出力信号電圧をしきい
値として利用するものである。

（実施例） 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図はそのオートフオーカス
制御装置のブロツク図、第３図は動作の流れ図、
また第４図は投影レンズ位置χに対するフオーカ
ス信号Ｆの変化を示す図である。

第１，２図において符号１０はマイクロフイツ
シユやマイクロロールフイ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、防熱フイルタ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１０の透過光（画
像投影光）は、投影レンズ２０、反射鏡２２，２
４，２６によつて透過型スクリーン２８に導か
れ、このスクリーン２８に原画１０の拡大投影像
を結像する。３０はLEDプリンタであり、感光
ドラム３２に対向するLEDアレイ３４等を備え
る。このLEDアレイ３４は感光ドラム３２の軸
方向に多数のLED（発光ダイオード）を配列した
ものであり、後記制御装置４８から出力される画
像信号ｂにより各LEDが選択的に発光すること
により、感光ドラム３２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３６に転写
される。

４０はゾーン設定手段であり、フオーカスゾー
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はフオ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
により光軸とラインセンサ５６の画素配列方向
（主走査方向）に直交する方向すなわち副走査方
向へ移動可能となつている。また投影レンズ５４
は、投影光がスクリーン２８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。

オートフオ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。すなわちクロツク６２が出力するクロツクパ
ルスに同期してCCD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
主走査に同期してサーボモータによつて副走査方
向に送られる。ラインセンサ５６はその主走査毎
に各画素の入射光量に対応して電圧変化するパル
ス電圧を出力する。このパルス電圧は、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６６
は各画素の特性のバラツキを補正し、かつ波形整
形して第４図Ａの出力信号電圧ｖとする。

このように信号処理された出力信号電圧ｖは
Ａ／Ｄ変換器６８でデジタル信号に変換され、入
力インターフエース７０を介してCPU７２に入
力される。第２図で７４はCPU７２の制御プロ
グラム等を記憶するROM、７６はRAM、７８
は出力インターフエース、８０および８２はＤ／
Ａ変換器、８４，８６はそれぞれモータ５８，６
０を駆動するドライバである。

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。使用者は目標原画を
スクリーン２８に投影させる（ステツプ100）。こ
の投影光の一部は半透鏡５２によつてラインセン
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（ステツプ102）。すな
わち信号処理回路６６の出力信号電圧ｖはインタ
ーフエース７０を介してCPU７２に読込まれ、
CPU７２で露光量制御が行われる。露光量が適
正でなければ（ステツプ104）光量を変更し（ス
テツプ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
力信号電圧のうち、バツ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１２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
（ステツプ108）。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
（ステツプ110）。画像無しと判定した時には、制
御手段４８はブザーやランプなどの警報を発しフ
オーカスゾーンの変更を要求する（ステツプ
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を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オーカス制御を行う。

CPU７２はラインセンサ５６の走査に追従し
てその出力信号電圧ｖを順次読込み（ステツプ
114）、その時間微分の絶対値（｜dv／dt｜）を
同時に算出してRAM７６にｖと（｜dv／dt｜）
を一組として順次記憶する（ステツプ116）。この
微分値（｜dv／dt｜）は順次読込む出力信号電
圧ｖの差分として求めることができる。そして一
走査が終了すると（ステツプ118）、CPU７２は
出力信号電圧ｖの一定値v₁に対する微分値（｜
dv／dt｜）の総和S₁を算出し（ステツプ120）、
さらにこの出力信号電圧ｖをv₂、v₃…と変化させ
た時の微分値の総和S₂、S₃…を求めて（ステツプ
121）RAM７６に順次記憶する。この動作は第
６図の微分ヒストグラムを求めることに対応す
る。次にCPU７２はこのS₁、S₂…の最大値Ｓ
（MAX）を求め（ステツプ122）、これをこの時
の投影レンズ２０の位置χにおけるフオーカス信
号Ｆとして記憶する（ステツプ124）。

CPU７２は投影レンズ２０を所定量移動させ
て前記と同様の動作を繰り返し（ステツプ126）、
フオーカス信号Ｆが最大Ｆ（α）となる投影レン
ズ２０の位置を求め（ステツプ128）、この位置を
合焦位置する（ステツプ130）。

このフオーカス信号Ｆの最大値で求める制御に
は種々のアルゴリズムが可能である。例えば、フ
オーカス信号Ｆが増加する方向に投影レンズ２０
を所定量ずつ移動し、このフオーカス信号の増加
率が０となることから、フオーカス信号Ｆが最大
となる投影レンズ２０の位置を検出する“山登り
法”が用いられる。また合焦点を横断するように
投影レンズ２０を一度移動させ、その時のフオー
カス信号Ｆの変化特性曲線の半値幅から合焦点を
求めたり（半値幅法）、一度全範囲に亘つて投影
レンズ２０を移動させ、フオーカス信号Ｆが最大
となる位置χ（α）を求めてもよい（全スキヤン
法）。

この合焦状態でプリンタモードにすれば（ステ
ツプ132）、制御装置４８はまずラインセンサ５６
を副走査方向のスタート位置で停止するようにモ
ータ５８を制御する。そして前記オートフオーカ
ス制御と同様にラインセンサ５６を主走査しつつ
ラインセンサ５６を副走査方向に移動させる。こ
の時の出力信号電圧Ｖは前記フオーカス信号Ｆが
最大Ｆ（α）となる時の出力信号電圧Ｖ（α）と比
較され、原画１０がポジフイルムの場合にはＶ＞
Ｖ（α）なら白、Ｖ＜Ｖ（α）なら黒として画像信
号ｂがプリンタ３０のLEDアレイ３４に送出さ
れる。すなわち出力信号電圧Ｖ（α）が画像のし
きい値として用いられる。LEDアレイ３４は感
光ドラム３２の回転角度θに同期して点滅し、感
光ドラム３２に潜像を形成する。この潜像がトナ
ーにより可視像化され、転写紙３８に画像が転写
されてハードコピーが得られる。

この実施例では全ての演算をCPU７２でデジ
タル処理したのでハード構成を非常に簡単にする
ことができる。

なおイメージセンサはCCDラインセンサに限
られるものではなく、MOS型ラインセンサ、あ
るいはエリアセンサであつてもよい。

本実施例はLEDプリンタ３０を備えるリーダ
プリンタに本発明を適用したものでるが、本発明
はこれに限られるものではない。例えば微分ヒス
トグラムの最大値から求められる出力信号電圧Ｖ
（α）で二値化した画像信号ｂをモデムなどを介
して外部へ送出したりすることもできる。

（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
信号電圧ｖの波形が所定の比較電圧と交わる点に
おける微分値の絶対値の総和を異なる比較電圧に
対して順次求め、この総和の最大値をフオーカス
信号としてこのフオーカス信号が最大となるよう
に投影レンズの位置を制御し、またこのフオーカ
ス信号が最大となる時のイメージセンサの出力信
号電圧を、画像のしきい値として画像の白黒を判
別するものであるから、光学系が簡単であると共
に、最も鮮明で解像力の高い画像を得ることがで
きる。また微分値の総和を求めることは一種の積
分演算に等価であるから、ノイズに対する誤動作
が発生せず動作の信頼性が高くなる。

【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図はそのオートフオーカス
制御装置のブロツク図、第３図は動作の流れ図、
第４図は投影レンズ位置χに対するフオーカス信
号Ｆの変化を示す図、第５図は原理を説明するた
めのイメージセンサの出力信号電圧およびその微
分値を示す図、まだ第６図は微分ヒストグラム図
である。 １０……原画、２０……投影レンズ、５６……
一次元固体イメージセンサとしてのCCDライン
センサ、Ｖ……出力信号電圧、Ｖ（α）……しき
い値、Ｆ……フオーカス信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 画像投影光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電圧を用い
   て、投影レンズを合焦位置に制御すると共に、前
   記出力信号電圧をしきい値と比較して画像の白黒
   を判別するオートフオーカス方法において、 或る投影レンズ位置に対する前記イメージセン
   サの出力信号電圧波形が所定の比較電圧と交わる
   点の時間微分の絶対値の総和を異なる比較電圧に
   対して順次求め、この総和の最大値をフオーカス
   信号とし、このフオーカス信号を前記投影レンズ
   の異なる位置に対してそれぞれ求め、このフオー
   カス信号が最大となる投影レンズ位置を合焦位置
   とする一方、この時の比較電圧を前記しきい値と
   することを特徴とするオートフオーカス方法。