JPS5987415A - 自動焦点調整装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光学系の焦点を自動調舐するための自動焦点
調整装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、例えばビデオヘッドを工業用テレビジョンカメラ
や固体撮像カメラ等によシ高倍率で４１＋５　像して拡
大像を得、この拡大像からヘッドの形状や設置１ｑ状態
を検査することが行なわれているが、このような検査で
はカメラの焦点を自動ｉｊｌ’Ｊ　整する装置Ｃ’ｔが
使用されている。

ところで、従来のこの種の自動焦点調整装置としては、
例えば被調整光学系を介して撮像し／ζ濃淡画像情報の
互いに隣接する画素の濃度差を、微分する等して検出し
、この濃度差が最大になるように被調整光学系の光軸位
置を移動調整するものや、撮像画像をフーリエ変換して
高周波成分を求め、この高周波成分のレベルに従って焦
点調整を行なうもの、またエアマイクロ装置を応用した
もの等が知られている。しかしながら、これらの装置は
、いずれも被撮像対象の表面に凹凸が存在したり、周囲
との濃度差の大きいエツジ部分が存在すると、焦点が撮
隙対象のどの部分に整合するかわからず、このため所望
の部位に焦点を確実に一致させることができないという
欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、撮像対象の表面形状によらず、焦点を所望の
部位に確実に整合させることができ、焦点整合精度の高
い自動焦点調整装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、撮像画像信号を
水坪および垂直各走査方向毎に微分し、これらの各微分
出力のうち、撮像対象の形状に応じて予め設定した一方
の方向に対応する出力を選択してこの出力を相互に加算
し、この加算値が最大となるように被調整光学系の光軸
位置を移動制御するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明の一実施例における自動焦点調整装置
のブロック構成図である。

この装置は、撮像対象１を被調整光学系２を介して撮イ
イコカメン３で受像し、これによって祷た撮像画像４１
１号を２次元微分回路４に導入している。この２次元微
分回路４は、上記撮像画像信号を水平および垂直各走査
線毎に微分するもので、例えば第２図に示す如く構成さ
れている。

すなわち、撮像画像信号ＡｓをＡ／Ｄ変換器４１で画素
化して画像メモリ４２に記憶し、この記憶された撮像信
号を演算回路４３に読出してここで微分演算を行ない、
その出力をメモリ４４゜４５に一旦配憶したのちＤ　／
　Ａ変換器４６　、４７でアナログ信号に変換して、こ
のアナログ信号を微分出力として送出するようになって
いる。

ここで演算回路４３は、次のような微分演８動作を行な
う。すなわち、画像メモリ４２に記憶された画素化撮像
信号を例えば第３図の（Ｉ）に示す如く３×３画素から
なる小領域分ずつ順次読出し、これらの小領域分毎に、 Ｘ（Ｅ）−１（Ａ＋Ｄ＋Ｇ　）　−（Ｃ十Ｆ＋　Ｉ　）
　１Ｙ（Ｅ）＝　ｌ　（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）　−（Ｇ＋Ｈ＋　
Ｉ　）　１なる演算を行なって、その各演算結果Ｘ（Ｅ
）　、　Ｙ（匂をそれぞれ上記小領域における水平方向
および垂直方向の微分値とする。そして、演算回路４３
は、これらの微分値をそれぞれメモリ４４゜４５に記憶
させ、全撮像信号分の微分値を記憶させた時点で、各メ
モリ４４．４５から順次出力させてＤ／Ａ変換器４６．
４７へ供給する。

そして、本実施例の調整装置は、上記２次元微分回路４
の微分出力を選択回路１４に導びき、ここでそのいずれ
か一方を選択してクリップ回路５に供給し、このクリッ
プ回路５でクリップして加算回路６に導入している。こ
こで上記選択回路１４は、例えば切換スイッチからな９
、このスイッチの切換位置を適宜設定することによシ、
各微分出力のうちいずれか一方を出力するものとなって
いる。また、加算回路６は、クリップ回路５のクリップ
出力を前記撮像画像の全領域分について加算するもので
ある。そして、本装置は、上記加算回路６の加算結果を
選択回路７により最大値検出回路８もしくは比較回路９
に択一的に導ひいている。上記最大値検出回路８は、加
算回路６から加算結果が得られる毎にこれを一時記憶す
るレジスタ８１′と、このレジスタ８１の記憶値と選択
回路７から次のタイミングで導びかれた加算値とを比較
して選択回路７からの加算値がレジスタ８１の記憶値よ
りも小さくなったとき最大値検出信号を出力する比較器
８２とから構成されている。一方比較回路９は、複数の
しきい値を選択的に発生するしきい値設定回路９）と、
前記選択回ｈ１δ７にょυ供給された加算回路６の加算
値を上記しきい値設定回路９１で設定されたしきい値と
比較してこのしきい値を越えたとき検出信号を発する比
較器９２とから構成されている。

−また本実施例の調整装置は、一連のｉ＋、’ｊ整動作
を制御する制御回路１０を有している。この制御回路１
０は、次の各制御動作を行なうものである。その制御動
作は、 （ｉ）　　レベルの異なる３種類のクリップレベルをク
リップ回路５に設定可能とし、調整開始時に先ず上記３
種類のクリップレベルのうち最も小さいクリップレベル
を設定し、以後前記比較回路９から検出信号が到来する
毎にクリップ回路５に設定するクリップレベルを順次大
きいレベルに変更する制御動作。

（ｉｉ）　　（ｉ）で設定する各クリップレベル別にそ
れぞれ異なるステップ間隔を設定し、これらのステップ
間隔で被調整光学系２をステップ移動させるためのステ
ップ送シ信号を一定の周期で移動制御回路１１に供給し
、これによシ移動機構１２を駆動させて被調整光学系２
をステップ移動させる制御。ところで、上記各クリップ
レベル別に設定されるステップ間隔は、クリップレベル
が大きくなるに従って小さくなるように定められる。

Ｇ１１）　　（ｉ）で設定した各クリップレベル毎に所
定のしきい値レベルを設定してこれらのしきい値レベル
を示す情報（しきい値情報）を前記比較回路９のしきい
値設定回路９Ｉに供給し、このしきい値設定回路９１で
発生するしきい値を指定する制御動作。

（Ｖ）　　クリップ回路５に設定するクリップレベルが
最大のもののときにのみゲート′回路１３を開成させて
加算回路６で発生される加算鯰了信号を選択回路７に供
結し、これにより選択回路７を最大値検出回路８側に切
換えて加算出力を最大値検出回路８へ供給させる制御動
作。なお、ダート回路１３が閉成している間、つ１９２
９７１回路５に設定されるクリップレベルが最小のもの
と中間のものの場合は、選択回路７は比較回路９側に切
換わ９、加算出力を比較回路９へ導びいている。

である。

なお、移動制御回路１１は、前記最大値検出回路８から
検出信号が発生されたときに移動機構１２の動作を停止
させるか、もしくは１ステップ間隔分後戻シさせたのち
停止させる。このとき、上記停止か後戻りかの判断は、
最大値を検出した位置での加算出力値とその１つ前のス
テップ位置での加算出力値との差を求め、この差が所定
量よりも大きい場合に後戻シさせ、小さい場合にそのま
まの位置で停止させる。またこの場合、上記差の値によ
って、ステップ間隔を小さく設定して後戻！ｌｌ量を小
刻みに設定することも可能である。これは、移動機構の
駆動源として例えばステップモータを使用すれば容易に
実現できる。

次に、以上のように構成された装置の作用を調整手順に
従って説明する。

なお、第４図は前記回路の主要信号波形を示す図、第５
図は被調整光学系の焦点位置ずれ量に対する加算出力を
示す図で、■、＠、θはそれぞれクリップレベルＣＬ１
．　ＣＬ、？　、　ＣＬ、？に対応する特性曲線である
。先ず、被調整光学系２に移動機構１２をセットし、こ
の状態で制御回路１０にスタート１８号（図示せず）を
与える。そうすると、先ず制御回路１０によシフリップ
回路５に、３種類のクリップレベル（舅）４図ＣＬ、。

ＣＬ２　、　ＣＬ、？　）のうち最小のクリップレベル
ＣＬ７が設定され、また比較回路９のしきい値設定回路
９１に上記クリップレベルＣＬＩに対応して予め定めら
れたしきい値（第５図Ｌ１）が設定される。そして、制
御回路１０から移動制御回路１１へ、上記クリップレベ
ルＣＬ１に対応するステップ間隔（第５図Ｗ））で被調
整光学系２をステップ移動させるべく所定のタイミング
ステップ送り信号が供給される。

そうすると、移動機構１２によシ被調整光学系２が第５
図に示す如く初期位置Ｐからステップ間隔Ｗｌずつ比較
的大きな間隔でＡ、Ｂヘステップ移動し、これらの各位
置Ａ、Ｂ毎にそれぞれ最像カメラ３によυ被調整光学系
２を介して撮像対象１の撮像がなされる。この撮像によ
シ得られた撮像画像信号は、２次元微分回路４で水平お
よび垂直方向毎に微分される。例えば、第３図の■に示
す小領域の各画素が、それぞれＡ１１＝９Ｑ、Ｂｔｔ＝
１１０、Ｃ１１＝１４０Ｄ１１＝８０、Ｅｌｌ＝１００
、Ｆ１１＝１５０Ｇｏ＝８５、Ｈｕ＝１０５．１１１＝
１３０であったとすると、水平方向の微分値Ｘ　（Ｅ）
はＸ（Ｅ）＝　ｌ　（Ａ＋Ｄ＋Ｇ　）　−（Ｃ＋Ｆ十Ｉ
　）　ｌより Ｘ（Ｅ）＝　ｌ　（９０＋８０＋８５　）−（１４０−
１−１５０＋　１３０　）　１＝１６５ と′ｆｘ、９、一方垂直方向の微分値Ｙ　（Ｅ）はＹ（
Ｅ）−１（Ａ十Ｂ十Ｃ）−（Ｇ＋Ｈ＋Ｉ　）　１＝　ｌ
　（９０＋１１０−１−１４０）−（８５＋１０５＋１
３０）　１＝２０ どなる。

このようにして得られた各微分値は、全撮像画像分がメ
モ１，１４４　、４５に記憶された時点でそれぞれ読み
出され、Ｄ／Ａ変換器４６．４７でアナログ１１４号に
変換さ扛て選択回路１４へ供給される。ぞして、選択回
路１４でいずれか一方が選択さ扛、クリップ回路５へ送
られる。このとき、選択回路１４で選択する方向は、撮
像対象１の表面形状等に応じて所望の部位に焦点を整合
させるべく予め設定しておく。第４図Ｃ８は、選択回路
１４から出力された波形の一例を示すものである。

そうして、微分出力Ｃ８がクリップ回路５に供給される
と、この微分出力Ｃ８はクリップレベルＣＬＺに従って
クリップされる。そして、このクリップ出力は加算回路
６で加算され、その加ｙ１゜出力は選択回路７により比
較回路９に送られてここでしきい値Ｌ１と比較される。

その比較の結果、もし仮に第５図中Ｂで上記加ｆ−１［
出力の値がしきい値し１以上であったとすると、この時
点で比較回路９から検出信号が発生され、この検出信号
の発生により制御回路１０はクリップ回路５のクリップ
レベルをＣＬ７からＣＬ２に要更する。そして、それと
ともにしきい値レベルをクリップレベルＣＬ２に対応し
たレベルＬ２に変更し、かつ移動制御回路１１へ上記ク
リップレベルＣＬ２に対応するステップ間隔Ｗ２　（Ｗ
２＜Ｗ７　）で被調整光学系２をステ、ラグ移動させる
べくステップ送り信号を供給する。

したがって、被調整光学系２は、今度はステップ間隔Ｗ
２ずつ前記Ｗ１よりも小さい間ＩＢＭで例えば第５図Ｃ
，Ｄ、Ｅのようにステップ移動し、これらの各位置Ｃ，
Ｄ、Ｅ毎に、撮像カメラ３により撮像対象の撮元が行な
われる。そうして、撮像カメラ３により得られた撮像画
像信号ＡＳは、それぞれ前記位置Ａ、Ｂの場合と同様に
、２次元微分回路４で水平および垂直各方向別に微分さ
れ、しかるのち選択回路１４で水平方向の微分出力のみ
が選択されクリップ回路５へ出力される。そして、この
クリップ回路５で今度はクリップレベルＣＬ２に従って
第４図ＤＳ２に示す如くクリップされ、加算回路６で加
算される。したがって、このようにして得られた加算値
は、前記クリップレベル−ＣＬｌの場合に比べて画像ノ
イズ、撮像カメ２３の感度むら、照明むら等の不安定要
素の少ないものとなる。ぞして、上記加算値は、比較回
路９でしきい値レベルＬ２と比較され、このしきい値レ
ベル５２以上となったときに比較回路９から検出信号が
発生される。この検出信号が発生されると、制御回路１
０はクリップ回路５のクリップレベルをＣＬ２から最も
大きいＣＬ、３に変更し、かつダート回路１３を開成し
て選択回路７を最大値検出回路ｓ側に切換える。そし１
Ｘ、移動制御回路１１に対し、上記クリップレベルＣＩ
Ｊに′対応するステップ間隔Ｗ３　（Ｗ３（−Ｗ２〈Ｗ
ｌ　）で、被調整光学系２をステップ移動させるための
ステップｉ／′、シ信号を一定間隔で供給する。そうす
ると、今度は被調整光学系２は非常に短かい間隔で例え
ば第５図Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉのようにステップ移動し、かつ
これらの各位置Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ毎に得られた撮像画像信
号の微分出力Ｃ８は、クリップ回路５にて最も大きなり
リップレベルＣＬ３に従って第４図ＤＳ３のようにクリ
ップされ、加算回路６で加算さ扛る。したがって、この
ようにし７て得られた加算値は、前記クリラン０レベル
ＣＬ４　、　ＣＬ２に比べ前記した不安定要素の著しく
少ないものとなる。そして、こうして得られ−た加算値
は、選択回路７により最大値検出回路８に送られ、ここ
で、最大値の検出がなされる。

その結果、もし仮に例えば第５図に示す如く位ｉｉｉ　
ＩＩとＩとの間に最大値がある場合には、位１４Ｉにて
最大値検出信号が発生され、移動制御回路１１に供給さ
れる。これにより移動制御回路１１は、上記最大値検出
信号を受けた時点で、図示しない経路で入力した位置Ｉ
における加算値と１ステツプ前の位置Ｈにおける加算値
との差を求め、この差に従って被調整光学系２を位置Ｉ
で停止させるか、もしくは位置Ｈへ戻すかを判断し、そ
の動作終了後の位置を被調整光学系２の焦点整合位置と
する。

このような装置であるから、例えば撮像対象として第６
図（、）に示す如きビデオヘッドを適用し、このビデオ
ヘッドのヘッド面（第６図（ｂ）　）を撮像してそのギ
ャップＧＰ部分の拡大像を得る場合には、撮像画像信号
は２次元微分回路４で水平方向Ｘおよび垂直方向Ｙ毎に
微分され、かつ選択回路１４で水平方向Ｘの微分出力が
選択されて後段の信号処理に供されるので、撮像画像中
の水平方向Ｘの濃淡変化が主として検出さｎることにな
る。このため、調整後の被調整光学系２の焦点は、第７
図（ｂ）のＧＰに示すギャップに整合する。したがって
、この状態で撮像した画像から、ギャップ０のパターン
認識等を行なえば、精度の良い認識を行なうことが゛で
きる。

ちなみに、従来のように撮像画像信号をただ部に微分し
たものであると、ビデオヘッドの場合、通常ヘッドギャ
ップよりもヘッドのエラ・ゾ部分の方がコントラストが
明確な状態で撮像さｔ″１．るので、このエツジ部分（
第７図（ａ）の実線部分）に被調整光学系２の焦点が整
合することが多くなって、精度の良いパターン認識等を
行なえなくなる。

このように、撮像画像信号を２次元微分してその出力の
うち所望の方向のものを選択するようにし／ヒ本実施例
の装置であれば、撮像対象に凹凸が存在したり、コント
ラストの強い４＜（−分があったとしても、これらの影
響を軽減して所望の部分に焦点を合わせることができる
。

寸た本実施例の装置は、調整開始時の焦点位置ずれ量が
比較的大きい範囲では、微分出力に対するクリップレベ
ルを小さい値ＣＬ１とするとともに被調整光学系２のス
テップ移！ｌｉ＃　ｌ１４Ｊ隔を太きく設定し、クリッ
プ出力の加算値が所定のしきい値以上になる毎にクリッ
プレベルをＣＬ２　。

ＣＬ、Ｊへと順次大きな値へ変更するとともにステップ
移動間隔を細かくするようにしているので、焦点位置ず
れ量の大きい範囲では大きなステ、ｙプ量で短時間に焦
点整合位置に近づけることができ、かつ焦点整合位置に
近い範囲では不安定要素の極めて少ない状態で精度の良
い位置合わせを行なうことができる。したがって、短時
間で高精度の調整が可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば、上記実施例では、ある特定の方向の微分出力を
選択して加算するようにしたが、その他に種々の方向の
微分値の重み付き平均をとるようにしてもよい。その他
、焦点調整に係わる制御や撮像対象等についても、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

本発明は、撮像画像信号を水平および垂直各走査方向毎
に微分し、これらの各微分出力のうち、撮像対象の形状
に応じて予め設定した一方の方向に対応する出力を選択
してこの出力を相互に加算し、この加算値が最大となる
ように被調整光学系の光軸位置を゛移動制御するように
したものである。

したがって、本発明によれば、撮像対象の表囲形状によ
らず、焦点を所望の部位に確実に結合させることができ
、焦点整合精度の高い自動焦点調整装置ｉ＜ｆ、’を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における自動焦点ｒａｔ！ｌ
’ｈ％装置のブロック構成図、第２図は同装置の要部の
構成を示すブロック図、第３図は第２区１に示した回路
の動作を説明するための模式図、第４図〜第７図（ａ）
　、　（ｂ）は第１図に示した装置の作用説明に用いる
ためのもので、第４図は装置台１１１Ｓの信号波形図、
第５図は焦点位ＩＩ学ずれ量に６図（ａ）　、　（ｂ）
に示したビデオヘッドの撮像例を示す模式図である。 １・・・撮像対象、２・・・被訓し光学系、３・・・振
作カメラ、４・・・２次元微分回路、５・・・クリップ
回路、６・・・加算回路、７・・・選択回路、８・・・
最大値検出回路、９・・・比較回路、１０・・・制御１
１１回路、１１・・・移動制御回路、１２・・・移動機
（ち、１４・・・選択回路。 Ｕ１１１人代理人　弁理土鈴　江　武　彦第２図 第４図 第５図 ７３− 第６図 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ） −第７図 （ａ）　　　　　　　　　（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 濃淡画像を被調整光学系を介して撮像する撮像部と、と
   の撮像部によシ得られた撮像信号を水平および垂直各走
   査方向毎に微分する２次元微分回路と、この２次元微分
   回路によυ得られた各方向の微分出力のうち予め定めら
   れた一方の出力のみを選択し出力する選択回路と、この
   選択回路から出力された微分出力を相互に加算する加算
   回路と、この加算回路の加算出力からその最大値を検出
   する最大値検出回路と、この最大値検出回路で最大値が
   検出されるまで前記被調整光学系を光軸方向に移動制御
   する移動制御部とを具備したことを特徴とする自動焦点
   調整装置。