JPS6078413A - 自動焦点調節装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は光学系の自動焦点調節装置に係り、特にパター
ン認識装置などの光学系において自動的に焦点位置を検
出し調節するに好適な自動焦点調節装置に関する。

〔発明の背景〕

従来のパターン認識装置やパターン検出装置などの検出
光学系における焦点関節装置には、ビームスブリット方
銚と微分法による像鮮明度検出方式のものがある。しか
しながらビームスフリット方式は、光電素子の他にスリ
ットや絞シやプリズムなどの走査機構が必要であって光
学系が複雑かつ高価になる一方、像鮮明度検出方式はビ
デオ信号を微分してその微分直が最大となるようにレン
ズ系の対物レンズを調節するも０であって、微小アナロ
グ信号を処Ｉｌｌるため高精度の検出ができないなどの
欠点＞Ｘ、ｂつだ。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記した従来技術、っ入点となりシ、構
造が簡単でかつ精度のよい自動焦点調節装置を提供する
にある。

〔発明の概要〕

本発明＋ｒｉ　ｓバター／の像面を直線状に光電検出し
て得られるビデオ信号が画廉の焦点の正合のよいほど明
暗の境で急峻すこなることに着目して、光学系の像面に
設けたライン形イメージセンナなどの光電検出器から出
力するどグオ信号よシ、その信号の隣接する画素間の出
力差（勾配）の絶対値を全ての画素間についてめ、その
絶対値の和が最大となるような位置に光学系のレンズの
位１置を自、ＪＪＪ調節するようにした自動焦点調節装
置である。

〔発明の実施列〕

以下に本発明の一夷循列を４１図ないし第５図により説
明する。第１図は本発明による自動焦点調節装置の一実
施例を示すブロック図である・第１図において、１は光
学装置、２Ｖよ光学装置１に設置されているレンズ系、
３は同じくその像面？ζ設置されて１．偽る光１検出ａ
たとえばライン形イメージセンナ、４Ｖｉライン形イメ
ージセンサ３から出力されるビデオ信号の一走査分の画
素ごとの波高顔を人／Ｄ変庚Ｊ−るＡ／Ｄ変換器、５・
ｌよＡ　／　Ｄ変換器４の出力を記憶する記憶回路、６
は記憶回路５からｌｉＪ：接する画素の出力を引き出し
画素ｌｄＪの出力差の７）色対ｉ直を全ての画素間につ
いてめかつそれらの志７トロをめる演算回路もしくは演
算装装置、７は演算装置６でめた上記総和の最大直を濱
に記憶する記憶回路、８は演算装置６からの現時点の上
記総和と既に記憶回路７に記憶されている上記総和の最
大直とを大小比較し現時黒値が大きいときには記憶回路
７に働きかけてその記憶内容を現時点値に更新する比較
回路、９はレンズ系（たとえば対物レンズ）２をステッ
プ状に小きざみに同距離だけ移動させステップ移動ごと
にＡ／Ｄ変換器４に変換開始の指令を与えるとともに次
段のカウンタ１ｏの内容をインクリメントするサーボ機
構を含むサーボ制御製産、１０１／ｉ′かかるサーボ制
御装置９からのステップ移動を示すパルスを計数するカ
ラ／り、１１は上記比較回路８の出力により記憶回路７
の内容が更新されると同時Ｖこカウンタ１ｏのその時点
の内容をａｃ憶する記憶回路である。

次にこの構成による第１図の動作を第２図な＾し第５図
を参照しながら詳述する。まず第２図１ａ）、（ｂ）と
第３図ｔａ）、（ｂ）は本発明による自助焦点調節装置
の原理を示す説明図で、各図とも（ａ）はパターン像面
の部分正面図、（ｂ）はｆａ）の像面をＡからＡまで直
線状に光電検出した場合の一般的なビデオ信号の波形図
で、第１図は画像の焦点の正金のよい場合を示し、第２
図は同じく正合の悪い場合を示している。これより第２
図（ａ）の焦点の正合のよい場合の像面から得られる同
図（ｂ）のビデオ信号は像面の明暗の境で急峻な変化を
見せるが、第３図（ａ）の焦点の正合の悪い場合の像面
から得られる同図ｆｂ）のビデオ信号は像面の明暗の変
化が不鮮明となるためだれを生じることがわかる。した
がって本発明によれば、光電検出器としてたどえばライ
ン形のイメージセン？などを利用して、像面から得られ
るビデオ信号のＩＡ接する画素間の出力Ｍ（勾配）の絶
対値を全ての画素間（Ｃついてめ、その絶対値の和が蝋
大となるようにレンズ系の位置を自動調節することが可
能である。

ついで第４図は第１図のライン形イメージセンチ３から
のビデオｆＪ号のデジタル出力波形倒閣で、−走査分の
画素ごとの波高値（ディジタル値Ｖ（ｉ））を示してい
る。また第５図は第１図のレンズ系の位置と焦点評師基
準の関係を示す特性図で、カウンタ１０の内容（レンズ
系２の位置）と焦点検出直（隣接する画素間の出方差の
絶対値の総和値Ｓ）の関係を示している。そこで第１図
のサーボ制御装置９はまず光学装置１のレンズ系２を一
方のストロークエンドまで移動させ、次にこれより制御
動作を開始して１也方のストロークエンドまでレンズ系
２をステップ移動させつつ、このステップ移動ごとに以
下の焦点検出の処理を繰シ返す。すなわちサーボ制御装
置９はレンズ系２のステップ移動ごとにＡ／Ｄ変換器４
に変換指令を与えること例よりＡ／Ｄ変換器４はこのと
きライン形イメージセ／す３から得られる一走査分の水
平ビデオ信号の波高値を画素ごとにデジタル値に変換し
、このデジタル値は全て後段の記憶回路５に記憶される
。いまかかる−走査分の画素の画素番号を１とし全画素
数をＮとして上記デジタル酸をＶ（す（ｉ　＝１．２、
・・・・・・・・・、Ｎ）で表わすとすればコノデジタ
ル値Ｖ（りをたとえば第３図（ｂ）のビデオ信号に対応
させて図形化すると第４図のようになる。つぎに演算装
置６は記憶回路５から隣７妾する画素のデジタルｉｔ　
Ｖ（ｉ）の情報を引き出して、画素間のデジタル値Ｖ（
りの差の絶対値を全ての画素間についてめかつこれらの
総和Ｓを次式によ請求める。

Ｓ＝、昼　＋Ｖ＋ｊ−）　−Ｖ（／−１）　ｌ　＋１）
、／′−２ すなわらこの聡オロＳは隣り合う画素間の出力値の勾配
の絶対値の和であって、第６図１２）の焦点の正金の悪
いときのビデオ信号よりも第２図（２）のように焦点の
正金がよくなるときのビデオ信号はど明暗の境が急峻と
なるので、第５図のようにレンズ系２の位置のステップ
移動に対して合焦点位置で最大ＩｔＳ　ｘｇを示すはず
のもので、焦点評価基準となる焦点検出値（Ｓ）を与え
る。次段の比較回路８はとの最大直Ｓ−＝を探索するも
ノテアって、前時点までのレンズ系２のステップ移動で
記憶されている最大値と現時点で得られた演算回路６か
らの総和Ｓとを大小比較し、現時点の総和Ｓが大きいと
きにはそのデータをむ。一方で上記動作と並行して、丈
−ボ制却装置９の次段のカフ／り１０はナーボ制卸装装
置９からのステップ移動を示すパルスを計数し、この計
数値は比較回路８が記憶回路７の記憶する最大値を更新
するのと同じタイミングで記憶回路１１に記憶される。

以上の動作をし／ズ系２・Ｄストロークの範囲で実行す
ると、第５図のように最初にレンズ系２の検出の開始位
置である一方のストロークエンドの位置を示す内容ＥＯ
から計数し続けたカラ／り１０には最終直としＣ７移動
終了位置である他方のストロークエンドの位置を示す内
容Ｅが記憶されるが、記憶回路７シては最終値として上
記した画素間の勾配の廟対値の和である総和（焦点検出
筐）Ｓの最大値Ｓ、ｍが記憶され、同時に記憶回路１１
にｌ−ｊ：鏝、峰埴として最大値３ｓａを与えるレンズ
系２の位置すなわち合焦点位置を示す内容Ｍが記憶され
ている。

したがってレンズ系２を最終位置である他方のストロー
クエンドの位置小ら合焦点位置まで戻すに必要なステッ
プ数は内容（Ｅ−Ｍ）の計算で明らかとなるが、これに
よりサーボ制御装置９け最終値としてのカウンタ１０の
内ｇｆ３と記憶回路１１の内ｇＭとＡ−らこの内容（Ｆ
！　−Ｍ　）の計算を実行し、この計算結果のステップ
数だけレンズ系２をあと戻シ移動させてレンズ系２を合
焦点位置に合わせ自動焦点調節動作を終了する。

なお上記の実施例では光電検出器としてたとえばライン
形イメージセ／す３を用いているがこれをテレビカメラ
などに・置き換えてもよい。

この場合には水平走査信号の１つを抽出し、これを時系
列にサンプリングしてＡ／Ｄ変換器４に与えるようにす
ればよい。またレンズ系２で観察するパターンが固定で
あれば、必らずしも（１）式に示すように一走査分の隣
接する全画素を扱う必要はなく、明と暗が存在する特定
の範囲の画素を扱うようにしてもよい。この場合はたと
えば画素番号ｉが１ないしｍの範囲に必らず明暗が存在
すると、（１）式のかわシに次式の総和（焦点検出値）
Ｓの焦点評価基準で目的を達成できる。

さらに上記実施例は一水平走査分のビデオ信号による１
次元の自動焦点調節であるが、本発明は水平および垂直
走査分などのビデオ信号による２次元の自動焦心調節も
同順に可能である。

以上のように本実施例によれば、光学系の像面に設遊し
たライン形イメージセンサなどの光電検出器からの一走
査分などのビデオ信号ふらその隣接する画素間の出力差
（勾配）の絶対値の総和をめ、その絶対値が最大となる
位置にレンズ系を自動調節するようにして、簡単な購造
の装置でしかも精度のよい自動焦点調節が可能となる。

（発明の効果〕 以上に説明したように本発明の自動焦点調節装置によれ
ば、光学系の像面のビデオ信号の勾配の変化を隣シ合う
画素の波高直の差の絶対筐の総和でめるようにしたから
、構造が簡単で高精度の自動焦点調節を行なうことがで
き、パターン認識装置やパターン・演出装、ｆなどに広
く利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動焦点Ａｍ装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は第１図の本発明の原理説明用の
画像焦点の正合のよい場合のパターン像面正面図および
そのビデオ信号波形図、第３図は同じく画像焦点の正金
の悪い場合の・くターｙ像面正面図訃よびそのビデオ信
号波形図、第４図は第１図のビデオ信１号のデジタル出
力波形側図、第５図は第１図のレンズ系の位置と焦点評
価基準の関係を示す特性図である。 ２・・・レンズ系 ６・・・光′鑞検出器（ライン形イメージセンサ）４・
・・Ａ／Ｄ変換器 ５・・・記憶回路 ６・・・演算装置 ７・・・最大値の記憶回路 ８・・・比較回路 ９・・・ナーボ制御装置 １０・・・カウンタ １１・・・記憶回路 オＩ躬 （ｂ＞　（ｂ） ｆ４図 才５図 （レンズ系２の仇、ｉ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学レンズ系の像面を検出する光電検出器と該光電検出
   器から得られるビデオ信号の波高値を画素ごとに記憶す
   る記憶手段と、該記憶手段に記憶される隣接画素の波高
   値の差の絶対値の和をめる演算手段と、該演算手段の演
   算出力が最大となるようにと記光学レンズ系を制御する
   制御手段とからなる自動焦点調節装置。