JPH09243907A - 自動焦点調節方法 - Google Patents

自動焦点調節方法

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JPH09243907A
JPH09243907A JP8053336A JP5333696A JPH09243907A JP H09243907 A JPH09243907 A JP H09243907A JP 8053336 A JP8053336 A JP 8053336A JP 5333696 A JP5333696 A JP 5333696A JP H09243907 A JPH09243907 A JP H09243907A
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JP
Japan
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projection lens
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ccd
image
contrast
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Shinji Kamiyama
進治 神山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要最小限の実行時間で焦点調整ができるよ
うにする。 【解決手段】 自動焦点調整に先立ち、CCD16面上
で投影画像のコントラストが最大となる合焦状態を作
り、このときの投影レンズ1の位置をメモリ52に記憶
する。このメモリ52に記憶した投影レンズ1の位置を
基準に現在の投影レンズ1の位置を常に計測し、投影レ
ンズ1の記録媒体側結像面49の移動範囲Dが次の式を
満たすように投影レンズ1を制御する。 D=±(d1+2×d2) 但し、dl:該記録媒体の最大厚み d2:該投影レンズ1の記録媒体側深度 符号は該記録媒体から該CCD方向に十符号

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像読取装置の自動
焦点調節装置に係り、詳しくは、フィルムの画像等、各
種の対象画像を投影レンズによりCCD面上に結像さ
せ、その画像を読み取るのに際し、CCD面上の投影画
像のコントラストが最大になるように結像系の位置調節
をする画像読取装置の自動焦点調節装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来より、画像を読み取ることにより得
られる画像信号のコントラストが再生画像の精細度に対
応していることに着目し、コントラストが最大になるよ
うに投影レンズを駆動して、このレンズの位置を合焦位
置に一致させる自動焦点調節装置が知られている。この
ような合焦方法は山登りサーボ方式として知られてお
り、NHK技術研究報告昭和40年.第17巻.第1号
通巻第86号第21ページ等の文献に詳細に述べられて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな山登りサーボ方式は、投影レンズの2つの位置での
画像のコントラストを逐次比較することにより、画像の
合焦度合いと投影レンズの合焦位置へ向かうべき方向を
検出して投影レンズを所定の方向へ移動する方式である
ために、投影レンズが合焦位置近傍にあったり、レンズ
自身の被写界深度がレンズの移動距離に比して深い場合
には、上記2つの位置での画像のコントラスト差が少な
くなることから、山登りサーボ方式を正確に機能させる
ことが困難になるという問題がある。
【0004】これを回避する方法としては、特公平5−
15244号公報に開示されているように、ある一定の
画像のコントラスト差が得られる距離まで上記2つの位
置を広げる方法がある。すなわち2つの位置のうちの1
つの位置が他方の位置に比べ明らかに画像がぼけている
位置を逐次検出して、最終的に合焦位置を決定するよう
にするのである。しかしながら、この方法では、画像の
コントラストの変化が少ない場合には、投影レンズの移
動範囲が広がって、焦点調節の実行時間が長くなるとい
う別の問題が生じる。
【0005】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、必要最小限の実行時間で焦点調
整ができる自動焦点調節装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、次のように構成されている。
【0007】請求項1に記載の発明は、記録媒体上の対
象画像を投影レンズによりCCD面上に結像させ、当該
CCD面上の投影画像のコントラストが常に最大となる
ように前記投影レンズの位置を自動調整する白動焦点調
節方法であって、前記CCD面上における投影画像のコ
ントラストが最大となるように前記投影レンズの位置を
調整して、このときの当該投影レンズの位置を記憶させ
ておき、以降の前記投影レンズの位置の自動調整は、当
該記憶させた投影レンズの位置を基準に所定の移動範囲
内において行うようにしたことを特徴とする。
【0008】このように、コントラストが最大となる位
置を記憶させておくと、以降の対象画像の焦点調整は記
憶させた投影レンズの位置を基準に所定の移動範囲内に
おいて行えば良くなることから、焦点調節を迅速に行う
ことが可能となる。
【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1の実施
態様として、前記投影画像のコントラストが最大となる
ように行う前記投影レンズの位置の調整を、前記CCD
がラインセンサである場合には、前記投影レンズと前記
CCDとの間に配置されたプリズムを光軸を中心に回転
させた後に行っている。
【0010】このようにすれば、投影レンズの光軸方向
の悪影響を取り除くことができるようになり、CCD面
上の投影画像のコントラストが常に最大となるように前
記投影レンズの位置を自動調整することが容易となる。
【0011】請求項3に記載の発明は、請求項1の実施
態様として、コントラストが最大となる投影レンズの位
置の記憶は、当該投影レンズに被検知部材を取り付ける
一方、当該被検知部材を検知するセンサを前記コントラ
ストが最大となる投影レンズの位置に配置させておくこ
とによって行うようにしている。
【0012】このようにすると、コントラストが最大と
なる投影レンズの位置は、センサと被検知部材の位置関
係として記憶されることになるから、たとえば、電源が
オフされても、これをRAMに記憶させた場合とは異な
って、「コントラストが最大となる投影レンズの位置」
は消えることがない。したがって、再度この位置を検出
し直す必要がなくなる。
【0013】請求項4に記載の発明では、前記投影レン
ズの所定の移動範囲は、下式を満たす範囲であることを
特徴としている。
【0014】移動範囲D=±(d1+2×d2) 但し、dl:前記記録媒体の最大厚み d2:前記投影レンズの記録媒体側深度 符号は前記記録媒体から前記CCD方向に十符号 請求項5に記載の発明では、請求項4の実施態様とし
て、前記投影レンズの所定の移動範囲を算出するために
用いられる記録媒体側深度d2は、前記投影レンズの種
類に応じた深度に設定されるようにしている。
【0015】このようにすれば、レンズの種類にかかわ
らず、焦点調節を迅速に行うことが可能となる。
【0016】請求項6に記載の発明では、請求項4又は
請求項5の実施態様として、前記投影レンズの所定の移
動範囲を算出するために用いられる記録媒体側深度d2
は、前記投影レンズの拡大率に応じた深度に設定される
ようにしている。
【0017】このようにすれば、レンズの拡大率にかか
わらず、焦点調節を迅速に行うことが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の原理を図面に基づいて説
明する。
【0019】フィルムの画像読取装置において、例えば
読み取る対象がマイクロフィルムである場合、マイクロ
フィルムの厚さはJIS規格K7541−1984“マ
イクログラフィクス用フイルム寸法”により規定されて
おり、図1(A)および図1(B)では、最大厚さをd
1とし、その画像読取装置に装着されている投影レンズ
の記録媒体側深度をd2としている。
【0020】図1(A)および図1(B)において、2
は記録媒体固定手段上側,3は記録媒体固定手段下側を
それぞれ示している。図1(A)において、投影レンズ
1が位置45にある時、CCD面上の画像のコントラス
トが最大となるものとする。このときの対象画像5は投
影レンズ1の記録媒体側深度47内にある。
【0021】図1(A)では、最も投影レンズ1が移動
することになる記録媒体側深度47の最もランプ14寄
り(図2参照)の位置に対象画像5がある場合を示して
いる。この合焦状態から画像読取装置が非合焦状態とな
るのは、記録媒体4を交換し、別の記録媒体を画像読取
装置に装着した時、図1(B)のように対象画像5が記
録媒体の下面に移り、記録媒体側深度47から外れる場
合である。
【0022】記録媒体の交換による対象画像5の移動距
離は、記録媒体の厚さ51であり、その最大値はd1で
ある。このような場合、再びCCD面上の対象画像5の
コントラストが最大になるよう投影レンズ1を移動すれ
ば、投影レンズ1の記録媒体側深度48内のどこかで対
象画像5を取り込むことができる。
【0023】図1(B)では、最も投影レンズ1が移動
することになる記録媒体側深度48の最もCCD16寄
り(図2参照)の位置に対象画像5がある場合を示して
いる。
【0024】ここで、CCD16と投影レンズ1の位置
関係により一義的に決まる記録媒体側結像面49を考え
る。CCD16と投影レンズ1と記録媒体側結像面49
の位置関係は、CCD16上で対象画像5の像が合焦し
ているときに記録媒体側結像面49上に対象画像5が存
在する位置関係にある。これは図8に示す位置関係であ
り、ニュートンの式と呼ばれる次の関係が成り立つ. zz′=ff′・・・・・・・・・・・(4) 初めの合焦状態の記録媒体側結像面49の位置から次の
合焦状態の記録媒体側結像面49の位置までの最大移動
距離は位置6と位置7の距離である。すなわち、d1+
2×d2である。記録媒体の厚さがdlに及ばない場合
でも、記録媒体側結像面49は位置6と位置7の間にあ
る。従って、記録媒体側結像面49が位置6から位置7
へ距離d1+2×d2を動くように投影レンズ1を動か
せば、CCD面上で対象画像5のコントラストが最大と
なる投影レンズ1の位置が見つけられる。
【0025】初めの状態が図1(B)であって、図1
(A)の状態になったときには、逆方向にd1+2×d
2を移動することになる。通常、記録媒体4は初め図1
(A)の状態か図1(B)の状態かを判定せずに画像読
取装置に装着される。このような場合、当該投影レンズ
1の合焦位置を検索するときには初めに合焦であった位
置から±dl+2×d2の範囲で記録媒体側結像面49
を移動させればよい。すなわち、この範囲でのみ記録媒
体側結像面49が移動するように投影レンズ1を動か
し、CCD面上の対象象画像5のコントラスト最大とな
る投影レンズ1の位置を探すことにより、投影レンズ1
の無駄な移動をなくし、自動焦点調整実行時間を必要最
小限にすることができる。
【0026】つぎに、図7(A)および図7(B)に基
づいて、記録媒体側結像面49と投影レンズ1の関係に
ついて説明する。図に示してあるように、物側焦点F、
像側焦点F’、焦点距離fとして物側の0点の位置に記
録媒体結像面、像側の0′点にCCD面があるものとす
る。図7(A)で横倍率をβ1とした場合には、記録媒
体側結像面と投影レンズ1の距離は、−{1−(1/β
l)}f、投影レンズとCCD面の距離は、(1−β
l)fで表される。
【0027】記録媒体が裏返って、対象画像がyだけ移
動したとき、CCD面で結像するために投影レンズをx
動かして図7(B)の状態になったとする。このときの
横倍率をβ2とすると、記録媒体側結像面と投影レンズ
の距離は、−{l−(l/β2)}f 投影レンズとCCD面の距離が(l−β2)fで表さ
れ、次の式が成り立つ。 y/x=1−(1/βlβ2)・・・・・・・・(2) この式は、対象画像移動後の横倍率β2を用いない式で
も書くことができ、次のようになる。
【0028】 y=x+f[{f/(x+fβl)}−1/βl]・・・・(3) ここで、fおよびβlは既知の値であるから、対象画像
の移動距離yに対して投影レンズの必要移動距離xを求
めることができる。本発明ではy=±(dl+2×d
2)として投影レンズ1の移動距離xを求めている。
【0029】このように、投影レンズ1の制御を可能と
するために、あらかじめ任意の手段によりCCD面上の
投影画像のコントラストが最大となるように投影レンズ
1の位置を調節した後で、その位置を記憶する記憶手段
とこの投影レンズ1を移動させる駆動手段と該記憶手段
の記憶している投影レンズ位置より投影レンズを移動し
た距離を計測しながら駆動手段を制御する駆動制御手段
を持たせている。
【0030】次に、本発明の自動焦点調節方法を図面に
基づいて更に詳細に説明する。
【0031】図2は画像読取装置の光学系の一例を示す
図であり、図3はCCD16以降の信号処理過程を示す
ブロック図である。
【0032】図2に示すように、ランプ14からの光は
ミラー15により反射され、記録媒体固定手段下側3と
記録媒体4と記録媒体固定手段上側2を透過する。スク
リーン9およびCCD16上に結像させる対象画像5は
記録媒体4の表面に存在する。記録媒体4を透過した光
は、投影レンズ1,プリズム8を介してミラーに達す
る。ミラーが10の位置にある場合には、その光はこの
ミラーによって反射され、更に2つのミラー13を介し
てCCD16に対象画像5を結像させる。この場合に
は、ミラーを図示のように回動させて、CCD16に対
象画像5の全てが入射されるようにしている。
【0033】一方、ミラーが11の位置に退避している
場合には、記録媒体4を透過した光は投影レンズ1,プ
リズム8を通過して2つのミラー12によって反射さ
れ、対象画像5をスクリーン9に結像させる。
【0034】図2に示すような光路を介してCCD16
上に結像された画像は、図3に示すCCD16によりア
ナログ電流信号に変換され,信号処理部21において暗
時電流の除去および電流電圧変換の処理がなされ、A/
D変換部22においてデジタル信号に変換される。
【0035】画像読み取りを行うときには、デジタル信
号は直接入力インターフェース24に入力され、図3に
は記載されていない画像処理部を経て画像読取装置の外
へ出力される。焦点調節を行うときには、そのデジタル
信号は、コントラスト検出回路23に入力され対象画像
5のコントラストに対応したコントラスト評価値31に
変換されて、入力インターフェース24を経てCPU2
5に入力される。
【0036】CPU25では、コントラスト評価値31
を逐次比較しながら、出カインターフエース26とステ
ッピングモータードライバー27を介してステッピング
モーター28を駆動し、光軸32方向に投影レンズ1を
移動する。
【0037】なお、クロックジェネレータ20は、セン
サドライバ19に対してクロック信号を出力するもので
あり、センサドライバ19は、CCD16に蓄積されて
いる電荷の読み出しをそのクロック信号に基づいて行う
ものである。また、ランプドライバ29は、ランプ14
の点灯を制御するものであり、ステッピングモータ30
は、プリズム8を光軸を中心として回転させるためのモ
ータである。
【0038】コントラスト評価値31はCCD16上に
結像された画像のコントラストの増加に対して単純増加
する関数Fである。関数Fの例としてはCCD16のn
番目の画素のデジタル値をPn ,CCD16の全画素数
をNとしたとき、
【0039】
【数1】
【0040】自動焦点調整に先立ち、コントラスト評価
値31が最大となるように、山登りサーボ方式などで投
影レンズ1の位置を決めた上で投影レンズ1の位置を記
憶手段,具体的にはメモリ52に記憶する。
【0041】CCD16がラインセンサの場合、画像読
み込みの時は図4(A)のように画像走査方向53に対
して投影画像34の一辺はほぼ水平であるが、コントラ
ストの評価を行うときには、プリズム8を光軸に対して
所定の角度回転させ、図4(B)のようにCCD16に
画像を回転した状態で投影する。
【0042】このような動作をさせるのは次のような理
由による。図4(A)のように、投影画像34の文字部
35の端がCCD16に対して投影される時、投影レン
ズ1を移動することによる光軸32の移動が生じ、文字
部35の行間である位置36の画像がCCD16に投影
される。すると、本来図5(A)のM1の投影レンズ1
の位置でコントラスト評価値31が最大となるところが
M2で最大となる。これを避けるために、図4(B)の
ように所定の角度、例えば45゜CCD16に対して投
影画像34を傾けて投影すれば光軸32の移動の影響を
少なくできる。プリズム8は自動焦点調整が完了した
後、画像読み込みのために逆回転し、CCD16と投影
画像34の位置関係は図4(A)の状態に戻る。このと
きのコントラスト評価値31が最大となる投影レンズ1
の位置を初期合焦位置とする。
【0043】例えば基準位置としてメモリ52に0を記
憶する。CPU25はステッピングモーター28を駆動
することで投影レンズ1を移動する。このときCPU2
5はステッピングモーター28を駆動するパルス数と回
転方向を常に計数し記録している。これにより投影レン
ズ1が光軸32上のどこにあってもCPU25は初期合
焦位置を基準の0として投影レンズ1の位置を正負の符
号を持った整数値として記録可能となる。従って、初期
合焦位置を基準にCCD16上の投影画像のコントラス
トが最大となる投影レンズ1の位置を検索するために、
投影レンズ1の記録媒体側結像面を移動する範囲Dが次
の式を満たすように投影レンズ1を制御することが可能
になる. D=±(dl+2×d2) 但し、dl:該記録媒体の最大厚み d2:該投影レンズ1の記録媒体側深度 符号は該記録媒体から該CCD方向に十符号 これにより投影レンズ1の無駄な移動を排除し、自動焦
点調整実行時間を必要最小限にすることができる。
【0044】さて、画像読取装置の電源が落とされた場
合、該初期合焦位置の記録はなくなり、再び自動焦点調
整を行うためには任意の方法でCCD16面上の対象画
像5のコントラストが最大となる投影レンズ1の位置を
探し、投影レンズ1の位置を記憶するところからやり直
さなければならない。
【0045】これを防止するために次の方法がある。以
下図6を参照しながらこの方法を説明する。任意の方法
でCCD16面上の対象画像5のコントラストが最大と
なる投影レンズ1位置が決まった時、投影レンズ1の所
定の場所に被検知部材17を取り付ける。この位置は該
画像読取装置に備えつけられたセンサ18が被検知部材
17を唯一検知できる位置であるとする。センサ18は
被検知部材17を検知すると信号33を出力し、CPU
25は入力インターフェース24を介して信号33を入
力する。投影レンズ1の移動可能な範囲でCPU25が
信号33を受信する投影レンズ1の位置が初期合焦位置
である。
【0046】この方法はCCD面に結像させるための対
象画像を持った記録媒体が不要であるという利点があ
る。
【0047】なお、投影レンズ1が数種類あり、それぞ
れ投影レンズの記録媒体側深度が異なっており、画像読
取装置に対して交換可能な場合には、図6のようにレン
ズの種類別に被検知物37を投影レンズ1に取りつけ、
センサ38の出力する信号39によりレンズの種類を判
別し,レンズの種類に応じた記録媒体側深度の設定を行
う。
【0048】また、投影レンズ1が拡大率可変であるよ
うにレンズ44を備えている場合は、初期合焦位置を決
めたようにレンズ44の所定位置に被検知部材40を設
置し、被検知部材40が一定の距離に近づいたときセン
サ41より出力される信号42を検出するレンズ44の
位置を基準にレンズ44を移動させるステッピングモー
ター43に出力するパルス数を数えていれば、拡大率が
わかり、拡大率に応じた記録媒体側深度の設定ができ
る。
【0049】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項6に記載の発明によれば、自動焦点調整に先立ち、
CCD面上で投影画像のコントラストが最大となる合焦
状態を作り、その時の投影レンズの位置を記憶すること
で、記録媒体を交換することによる焦点ズレの範囲を明
確にし、投影レンズが焦点調整のために必要な移動範囲
を限定したので、自動焦点調整の実行時間を必要最小限
にすることが可能になる。
【0050】さらに、請求項2に記載の発明は、上記の
効果に加え、CCD面上の投影画像のコントラストが常
に最大となるように前記投影レンズの位置を自動調整す
ることが容易となる効果を奏する。
【0051】請求項3に記載の発明は、上記の効果に加
え、コントラストが最大となる投影レンズの位置は、セ
ンサと被検知部材の位置関係として記憶されることにな
るから、電源のオン、オフにかかわらずに「コントラス
トが最大となる投影レンズの位置」を常に記憶しておく
ことができ、再度この位置を検出し直す必要がなくなる
という効果を奏する。
【0052】請求項5に記載の発明では、レンズの種類
にかかわらず、焦点調節を迅速に行うことが可能とな
り、また、請求項6に記載の発明では、レンズの拡大率
にかかわらず、焦点調節を迅速に行うことが可能になる
という効果をそれぞれ奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)および(B)は、合焦点の移動範囲の
説明に供する図である。
【図2】 画像読取装置における光学系の一例を示す概
略図である。
【図3】 CCD以降の画像信号の処理過程を示す機能
ブロック図である。
【図4】 (A)および(B)は、CCD面上の投映画
像の状態の説明に供する図であり、(A)は、CCDに
対して投影画像を傾けない場合を、(B)は、CCDに
対して投影画像を傾けた場合をそれぞれ示す。
【図5】 (A)は、図4(A)に示す状態で投影レン
ズを移動しながらコントラスト評価値を求めた場合、
(B)は、図4(B)に示す状態で投影レンズを移動し
ながらコントラスト評価値を求めた場合を示す図であ
る。
【図6】 被検知部材とそれを検知するセンサにより初
期合焦位置を探す方法と交換可能な投影レンズが数種類
あった場合の投影レンズの種類判別の方法と投影レンズ
が拡大率可変であった場合の拡大率検出方法の説明にそ
れぞれ供するブロック図である。
【図7】 (A)および(B)は、記録媒体と投影レン
ズとCCD面の結像条件の説明に供する図である。
【図8】 投影レンズの記録媒体側結像面とCCD面と
投影レンズの位置関係の説明に供する図である。
【符号の説明】
1…投影レンズ、 4…記録媒体、5…対象画
像、 16…CCD、17…被検知部材、
18…センサ、32…光軸、 34…投影画
像。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 記録媒体(4)上の対象画像(5)を投
    影レンズ(1)によりCCD(16)面上に結像させ、
    当該CCD(16)面上の投影画像(34)のコントラ
    ストが常に最大となるように前記投影レンズ(1)の位
    置を自動調整する白動焦点調節方法であって、 前記CCD(16)面上における投影画像(34)のコ
    ントラストが最大となるように前記投影レンズ(1)の
    位置を調整して、このときの当該投影レンズ(1)の位
    置を記憶させておき、 以降の前記投影レンズ(1)の位置の自動調整は、当該
    記憶させた投影レンズ(1)の位置を基準に所定の移動
    範囲内において行うようにしたことを特徴とする自動焦
    点調節方法。
  2. 【請求項2】 前記投影画像(34)のコントラストが
    最大となるように行う前記投影レンズ(1)の位置の調
    整は、前記CCD(16)がラインセンサである場合に
    は、前記投影レンズ(1)と前記CCD(16)との間
    に配置されたプリズム(8)を光軸(32)を中心に回
    転させた後に行うことを特徴とする請求項1に記載の自
    動焦点調節方法。
  3. 【請求項3】 コントラストが最大となる投影レンズ
    (1)の位置の記憶は、当該投影レンズ(1)に被検知
    部材(17)を取り付ける一方、当該被検知部材(1
    7)を検知するセンサ(18)を前記コントラストが最
    大となる投影レンズ(1)の位置に配置させておくこと
    によって行うことを特徴とする請求項1に記載の自動焦
    点調節方法。
  4. 【請求項4】 前記投影レンズ(1)の所定の移動範囲
    は、下式を満たす範囲であることを特徴とする請求項1
    に記載の自動焦点調節方法。 移動範囲D=±(d1+2×d2) 但し、dl:前記記録媒体の最大厚み d2:前記投影レンズの記録媒体側深度 符号は前記記録媒体から前記CCD方向に十符号
  5. 【請求項5】 前記投影レンズ(1)の所定の移動範囲
    を算出するために用いられる記録媒体側深度d2は、前
    記投影レンズ(1)の種類に応じた深度に設定されるこ
    とを特徴とする請求項4に記載の自動焦点調節方法。
  6. 【請求項6】 前記投影レンズ(1)の所定の移動範囲
    を算出するために用いられる記録媒体側深度d2は、前
    記投影レンズ(1)の拡大率に応じた深度に設定される
    ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の自動焦
    点調節方法。
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