JPS62198811A - 二次元撮像装置における自動焦点調整装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ライセンサ等の固体センサを存する高解像度
の二次元撮像装置において、自動的に焦点調整を行い撮
影レンズを合焦点位置（焦点の合った位置）にもたらす
装置に関するものである。

（従来の技術） 光学装置の焦点を自動的に調整する方法は、早くからレ
ンズシャッタを有するコンパクトカメラにおいて採用さ
れており、ＡＰカメラ（Ａｕｔｏ　−ＦｏｃｕｓＣａｍ
ｅｒａ）として各種の方式のものが開発されている。又
最近は、３５鶴のＴＴＬ方式カメラにおいても、少数の
機種が自動焦点カメラとして商品化されている。これら
のＡＰ方式はいろいろな観点によって分類されているが
、一つの分類方法によれば測距方式と焦点検出方式に大
別することができる。測距方式は三角測量法により又は
超音波又は赤外線を投射して直接距離を測定するもので
、何れも撮影用のレンズ以外の光路から測定用の光を採
入れるいわゆる外光式で、そのためのレンズ又はミラー
等の°装置を必要とする。

焦点検出方式は撮影用のレンズを通った光によって焦点
を検出するもので、位相検出方式と鮮鋭度検出方式に分
けることができる。位相検出方式は、レンズの直径方向
に離れた対称部分からの像が、焦点の合った合焦点にお
いては位相が合っているが、合焦点の前後すなわち前ピ
ン又は後ピンの状態においては、位相が逆点してずれる
性質を利用するものである。この位相ずれを検出するた
めに、レンズの直径方向に離れた対称点からの光をそれ
ぞれ別のセンサに投射し、その出力の位相を比較する方
法をとっている。

一方、′ｎｎ変度検出方式、合焦点において鮮鋭度が最
大になる性質を利用するもので、必ずしも位相検出方式
のように複数のセンサを必要としない。鮮鋭度検出方式
を採用したＡＰカメラにおいては、合焦点の検出を容易
ならしめるために２本のセンサを使用したものが商品化
されている。その実施例によれば、盪影用のレンズを通
ったスプリントイメージ（視野内において焦点を合わせ
る部分を区切った小円）内の光束を、ミラーを利用して
ＡＰ用のラインセンサに導く。このラインセンサは等価
的なフィルム位置の前後にそれぞれ１本配置されており
、これから得られた信号からそれぞれの鮮鋭度の値を算
出し、両鮮鋭度の値を比較して後ピン又は前ピンである
かを判断し、後ピンならばレンズを繰出し、前ピンなら
ばレンズを繰込んで両鮮鋭度の差が規定の範囲名に納ま
るようにする。このとき鮮鋭度は、ラインセンサの相隣
る画素の信号レベルの差分をとり、ラインセンサの端の
方から最大差分を積分して求めている。上記のセンサ、
鮮鋭度を求める回路及び求めた鮮鋭度の処理はそれぞれ
小形の専用ＩＣを開発している。

又、他の技術によれば、１本のラインセンサによってレ
ンズの２個所における画像信号を求め、この画像信号を
微分して鮮鋭度信号を作成し、両鮮鋭度信号の大小から
前ピンか後ピンかを判断して合焦点を求める方法が提案
されている。

又、固体センサを用いた一般用カメラ及びテレビジョン
カメラも実用化されているが、ここに用いられる固体セ
ンサは何れも二次元センサであり、合焦点検出には光学
的な方法が用いられている。

二次元センサはまだ発達途上にあり、解像度は光学カメ
ラ又は撮像管を用いたテレビジョンカメラに比べて劣る
状態にある。

一方、本出願人の出願に係る特開昭５６−６９１７３号
「二次元盪像装置」・特開昭５８−１３６１８０号「二
次元描像装置」・特開昭５９−１１０２６６号「カラー
原稿盪像装置」・特開昭５９−１１１１４９号「カラー
印刷分解版の検査装置」・特願昭６０−８４５４３号「
カラー印刷分解版の検査装置」・特開昭６０−１２０６
５７号「二次元カラー逼像装置」における撮像装置は、
何れも１本の撮像用のラインセンサをカメラヘッド内に
おいて機械的に動かすことにより副走査を行う構成をと
っている。これらの撮像装置は、２０００個更に４ｏ０
０個以上の撮像素子を存するラインセンサを用いており
、かつ精密な副走査によって解像度を十分大きくとるこ
とができ、無歪みで高解像度の画像信号を得られる点に
特徴がある。その内特開昭５９−１１０２６６号には、
原稿台上に原稿を載置し操作台によって倍率を指定すれ
ば、その倍率に対するカメラヘッドの位置、レンズの位
置、絞りの値を予め計算して記憶させであるＲＯＭから
所要のデータを読出して合焦点に自動的に調整すること
のできる装置を開示しである。この装置によるときは、
任意の描像範囲に対して、すなわち任意のカメラヘッド
の位置に対して合焦点を求めることはできない。又、色
分解版や原稿のように厚さがほぼ一定とみなされ一定規
格の被写体の場合はこの装置でよいが、任意の厚さを有
する被写体にあってはこの装置は採用することができな
い問題点かある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、前記のように１本のラインセンサを機械的に
副走査を行う撮像装置において、撮像範囲すなわちカメ
ラヘッドを任意の所要の高さに設定したとき、焦点の位
置が合うように自動的にレンズの位置を調整することを
目的にする。このとき、負荷部分はできるだけ少なくす
ることが望ましい。又、被写体としては、原稿のように
一定の形状、一定の大きさ、一定の厚さのものだけでな
く、任意の大きさ、任意の厚さ、任意の輪郭形状及びレ
ンズの焦点深度の範囲内において厚み方向に凹凸のある
ものも対称とし得ることが望ましい。

（問題点を解決するための手段及び作用）上記の問題点
を解決するために、本発明においては各種の合焦点検出
方法の内、合焦点検出のための光学系を設ける必要のな
い焦点検出方式を採用し、又焦点検出方式の内でもライ
ンセンサを２本使用する必要のある位相検出方式を避け
、鮮鋭度検出方式を採用している。鮮鋭度検出方式の内
でもラインセンサを２本使用する方式のあることは前に
説明した通りであるが、本発明においては合焦点検出用
のラインセンサを撮像用ラインセンサと兼用し構成を簡
単にしている。鮮鋭度の値は画像信号の微分値が最大に
なる点としてもよく、又高周波を検出してそのレベルを
求めてもよい。

合焦点はセンサから得られる信号の鮮鋭度の値が合焦点
においては最大になることを利用し、コンピュータを利
用してすべて自動的に定めている。

また、ラインセンサの代りに二次元固体センサを用い、
その一部分から得られる画像信号から鮮鋭度を求めるこ
ともできる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明を１本のラインセンサ
を機械的に副走査する撮像装置の実施例について説明す
る。

１本のラインセンサを機械的に副走査する撮像装置の基
本的な機械的構造及び電気的な作用説明は上記の特開昭
５６−６９１７３号「二次元撮像装置」・特開昭５８−
１３６１８０号「二次元撮像装置」に詳細に開示してあ
り、その後において改善を施して小型化し、殊にフィル
タ切換機構に大幅な改善を施した点については実願昭５
９−１２７８８４号「フィルタ自動切換装置」に開示し
であるので、本明細書においてはその概要を説明する。

第１図は本発明の概要を示すもので、被写体１は原稿台
２の白紙の半透明ガラス２ａの上に載置されている。原
稿台２の内部には被写体を下部から照らしシルエツト像
を写し出すための照明ランプ３−１、例えばハロゲンラ
ンプと、羊のための電源４が収容されている。原稿台２
の上方には、被写体を上方から照らす照明ランプ３〜２
が設けられている。照明ランプ３−１と３−２は被写体
によって使い分けることができる。カメラヘッド５は、
上下機構６によって原稿台２との距離を調整できるよう
になっている。

カメラヘッド５には、ｃｃＤラインセンサ部６、フルタ
切換部７、駆動部８、撮像レンズを有する光学系９が収
容されている。第２図はカメラヘッドの内部装置を取り
出し駆動部８がよく観察できる角度から見た斜視図、第
３図は内部装置の組立力が分かるような、殊にラインセ
ンサ部６及びフィルタ切換部７の構造がよく観察できる
角度から見た斜視図である。駆動部８は小型モーター１
１によってベルト１２を介してボールねじ１３を駆動し
、回転運動を精密なピッチの直線運ｉに変換する。

ボールねじ１３の回転角、したがってＣＣＤラインセン
サ１７の移動量を検出するためにロータリーエンコーダ
２６をボールねじに直結すると共に、ＣＣＤラインセン
サ１７の最端位置を検出するためにリミットスイッチ１
５．１６（第１図）を設ける。ボールねじの直線運動は
りャシャフ）１４に伝えられ、高精度の直線運動になる
。ボールねじ１３のスライド方向と直角方向のよろめき
はボールねじの送り３９龍に対して６μｍ以下であり、
リニヤシャフトのよろめきも同程度である。又、ボール
ねじ１３の送り３９ｍｍに対する累積代表リード誤差は
約４μｍとなる。ＣＣＤラインセンサ１７は印刷配線盤
に取付けられ、この印刷配線盤は取付板１８に取付けら
れてボールねじ１３によって駆動される。

このような駆動機構を用いるときは、ＣＣＤラインセン
サ１７の左端は誤差６μｍ以下の直線上にあるようにな
る。一方、ＣＣＤラインセンサは画素の巾が１３．ｌｊ
ｍ、画素数が２０４８、長さが２６．６２４ｍであるか
ら、水平方向の歪みは無視することができる。

又、ボールねじ１３に直結したロータリーエンコーダ２
６から得られるピックアップパルスによって、各走査線
の走査開始点を定めているので、走査線の間隔はボール
ねしのリード誤差で決まることになる。一方、ボールね
じ１３の送り３９鶴に対して累積のリード誤差は約４μ
ｍで、走査線間隔の誤差は全走査線についてもし−で済
むので、垂直方向の歪みも無視することができる。この
ように、本装置によるときは歪みは無視して差支えない
。

更に、光軸方向のよろめきも６μｍ以下であり、光学系
９の撮影レンズの焦点深度は３０μｍあるのでピント外
れをおこすこともない。

フィルタ部７の基台１９は、取付金具２０によってライ
ンセンサ１７と一体として駆動される。フィルタ２１と
してはＲ，Ｇ、Ｂフィルタの外、ＮＯフィルタおよびシ
ャッタのほか素通しの部分を設ける。

このフィルタ２１は取付枠に取付けられ、小型モータ２
２により駆動機構２３を介してラインセンサ１７から独
立して駆動することができる。

カメラヘッド５の各部はＣＣＯ＜カメラコントロールユ
ニット）　３０によって制御され、得られた画像信号も
処理される。ＣＣＤラインセンサ１７は、タイミングパ
ルス発生器３１からの光電変換開始信号と転送りロック
を受け、出力をサンプルホールド回路３２に出力する。

タイミングパルス発生器３１は、ロータリーエンコーダ
２６からのピックアップパルスとクロックパルス発生器
３３からのクロックパルスを受け、ＣＣＤラインセンサ
１７、サンプルホールド回路３２に必要なパルスを送る
。ＣＣＤラインセンサは、よく知られているようにＳ／
Ｎの最も良くとれる周波数で自走させているが、このラ
インセンサを機械的に副走査するときは同期をとること
が難しい。この問題を解決するために、ボールねじ１３
に直結したロータリーエンコーダ２６からのビクアップ
パルスによって走査開始点を定めている。

このようなＣＣＤラインセンサの動作とピックアップパ
ルスとの関係を第４図に示す。光電変換開始信号（Ｂ）
は、パルスの立上りにおいてＣＣＤラインセンサの各受
光素子に蓄積されていた電荷を転送部に移し、立下りに
おいて新たに光電変換を開始するもので、ピンクアップ
パルス（Ａ）を受ける度毎に発生され、次のピックアッ
プパルスを受けるまでは所定の周期（１）で発生される
。転送部は一種のシフトレジスタで、２相のクロックに
よって読出される。受光部の電荷（Ｄ）は光電変換開始
信号から丁度１周期遅れて出力され、サンプルホールド
回路３２からはピックアップパルスから１周期遅れた信
号（Ｅ）を出力する。

ＣＣＤラインセンサの各画素の特性はノンユニフォーミ
ティ　（均一でないこと）であり、又光学系によるシェ
ーディングを有するので、これを回路３４によって補正
する。補正の方法は特開昭５９−１１０２６６号「カラ
ー原稿撮像装置」および特開昭５９−１１１１４９号「
カラー印刷分解版の検査装置」に詳細に開示しである通
り、ノンユニフォーミティの補正は各画素について行い
、画像信号レベルをＥ、Ｉ、暗電流レベルをＥ９、白色
光による信号レベルをＢＴとするとき ＢＳ　＝　（ＥＲ−ＥＤ　）／（Ｅｔ　−ＥＤ）として
求め、シェーディング補正は画面小区分の平均値につい
て上記と同様な計算を行う。これらの計算はすべてＣＰ
Ｕ３６によって行う。上記の補正後、アナログ信号又は
Ａ／Ｄ変換器３５を介してデジタル信号として出力され
る。またアナログ信号の出力波形はスイッチ５３を介し
モニタ５４によって観察することができる。

副走査の駆動機構８及びフィルタの駆動機構７は、それ
ぞれ副走査制御回路３７、フィルタ制御回路３日を介し
てＣＰＵ３６に接続され、操作台３９から与えられる指
示によって自動的に制御される。

このようにして得られた画像信号から微分法によって鮮
鋭度を検出する。まず、微分器４１によって微分波形を
とり、この出力を最大値ホールド回路４２及び最小値ホ
ールド回路４３に加え、減算器４４によってその差をと
って鮮鋭度としている。本実施例においては信号波形の
微分値の最大値と最小値の差を鮮鋭度とするが、最大値
だけでもよく、更に従来技術にあったように走査線の端
から端まで、ピーク値の積分をとってもよい。微分器と
しては公知のものを使用することができる。更に、鮮鋭
度は高周波濾波器によって高周波成分を抽出し、そのレ
ベルを調べてもよい。この鮮鋭度はＡ／Ｄ変換器４６に
よってデジタル信号に変換しＲＡＭ５０に一時記憶され
る０合焦点を求めるには、まずＣＣＤラインセンサ１７
を特定の位置、例えば走査範囲の中央におき、レンズを
合焦点の近くにおいて鮮鋭度を求めてＲＡＭ５０に書込
む。合焦点の近くの位置は、モニタ５４に表示される図
形が鮮明になる点を求めてもよいし、操作台３９から被
写体のおおよその厚さを入力し、計算によって求めても
よい。次にレンズを上下何れかの方向に所定の長さ動か
し、同様な方法によって鮮鋭度を求める。この動かす長
さはＣＣＤラインセンサ１７の１画素の長さく１３μｍ
）と同程度かその数倍程度とする。動かす長さが長いと
合焦点は早く求まるが精度が落ちる。短いと精度は良く
なるが合焦点に達するに時間がかかる。

次に、前にＲＡＭ５０に書込んだ鮮鋭度を読出し、その
次に求めた鮮鋭度との大きさを比較し、合焦点を得るた
めにレンズを動かす方向及びおおよその長さを求め、そ
の位置にレンズを移動させ同様の操作を繰り返す。レン
ズの位置はレンズ制御回路５１を通じＣＰｔ１４８によ
って制御する。その結果、両鮮鋭度の差が十分小さくな
り所定の大きさより小さくなれば、その位置をもって合
焦点とするものである。上記の制御は主としてＣＰｔ１
４Ｂによって行うが、ＣＣＤラインセンサの位置制御等
はインターフェイス４０を通じてＣＰｔ１３６によって
行う。本実施例においては既製のカメラコントロールユ
ニット３０を用いたために２つのＣＰＵ３６　、４８を
用いたのであるが、初めから全体を一つのシステムとし
て構成するのであれば一つでよい。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば１本のラインセンサ
を有しレンズの自動調整機構を有する撮像装置であれば
、別に合焦点検出のための光学系又はセンサ等を設ける
ことなく、簡単な電気回路を付加することによって、自
動合焦点調整機能を持たせることができ、焦点深度の範
囲内であれば厚さ方向に凹凸のある被写体であっても自
動的に焦点を合わすことができる。

更に、第１図においてスイッチ４７−１及び４７−２を
切換えて微分器４１及び最小値ホールド回路４３を回路
から取除き最大値をホールドすれば、画面の明るさに比
例する量が得られるので、ＲＯＭ４９および絞り制御回
路５２を通じカメラの絞りを自動制御することができる
。又、高さ調整機構６に自動調整機構を取付ければ、同
様にしてカメラヘッドの高さを自動調整することができ
る。この自動高さ調整装置を利用することにより、指定
した撮像範囲に合わせてカメラヘッドの高さを自動的に
調整することが可能となり、撮像の能率を上げることが
できる。

１本のラインセンサを機械的に副走査する前記の実施例
においては、多素子のラインセンサを使用することがで
きるので、容易に高解像度で無歪み、高Ｓ／Ｎの撮像装
置を得ることができるが、ラインセンサの画素数が多い
と合焦点検出の精度が向上する利点がある。殊にコント
ラストの高い部分及び合焦点付近においては、鋭い微分
波形が得られ検出精度が向上する。

前記の実施例においては１本のラインセンサを有する撮
像装置について述べたが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、二次元センサを用いた撮像装置においても、
副走査方向の一定の位置における１本ないし、数本のセ
ンサの各画素から信号を読出し、上記と同様の処理を行
なうことにより、自動的に合焦点を求めることができる
。

又、前記の実施例においてはラインセンサを機械的に副
走査する撮像装置について述べたが、被写体を動かして
副走査を行う装置についても同様な合焦点調整装置を使
用できることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動焦点調整装置を有する二次元撮像
装置の全体の構成を示す図、 第２図はカメラヘッドの内部装置を取り出し、その駆動
部がよく観察できる角度から見た斜視図、第３図は内部
装置の組立力が分かるような殊にラインセンサ部及びフ
ィルタ切換部の構造がよく観察できる角度から見た斜視
図、 第４図はＣＣＤラインセンサの動作及びピックアップパ
ルスとの関係を示すタイミング図である。 １・・・被写体　　　　　　　２・・・原稿台３・・・
光源　　　　　　　　４・・・光源用電源５・・・カメ
ラヘッド　　　　６・・・カメラヘッド上下機構７・・
・フィルタ切換機構 ８・・・ＣＣＤラインセンサ駆動機構 ９・・・光学系　　　　　　　１１・・・小型モーター
１２・・・ベルト　　　　　　　１３・・・ボールねし
１４・・・リニヤシャフト　　　１５．１６・・・リミ
ットスイッチ１７・・・ＣＣＤ　ラインセンサ １８・・・ＣＣＤラインセンサ取付台 １９・・・フィルタ切換装置基台 ２０・・・フィルタ切換装置取付は金具２１・・・フィ
ルタ　　　　　　２２・・・小型モーター２３・・・フ
ィルタ駆動機構　　２４・・・絞り調整機構２５・・・
レンズ調整機構　　　２６・・・ロータリーエンコーダ
３０・・・カメラコントロールユニット３１・・・タイ
ミングパルス発生器 ３２・・・サンプルホールド回路 ３３・・・クロッククパルス発生器 ３４・・・ノンユニフォーミティ及びシェーディング補
正回路 ３５・・・Ａ／Ｄ変換回路　　　　３６・・・ｃｐｕ３
７・・・副走査制御回路　　　３日・・・フィルタ制御
回路３９・・・操作台　　　　　　　４０・・・インタ
ーフェイス４１・・・微分器　　　　　　　４２・・・
最大値ホールド回路４３・・・最小値ホールド回路　４
４・・・減算器４６・・・Ａ／Ｄ変換器 ４７−１．４７−２・・・焦点・絞り切換スイッチ４８
　・ＣＰＵ　　　　　　　　　４９−ＲＯＭ５０・・・
！？ＡＭ　　　　　　　　　５１・・・絞り制御回路５
２・・・レンズ制御回路 ５３・・・モニタ切り換えスイッチ ５４・・・モニタ 特許出願人　池上通信機株式会社 第３図 盲 第４図 手　　続　　補　　正　　書 昭和６１年１２月２２日 特許庁長官　　　黒　　１）　明　　雄　　殿１、事件
の表示 昭和６１年特許願第３９０８９号 ２、発明の名称 二次元撮像装置における自動焦点調整装置３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 池上通信機株式会社 ４、代理人 ５、補正の対象 １、明細書第３頁第４行の「適意」を「逆転」に訂正す
る。 ２、同第４頁第２行の「ピンである」を「ビンである」
に、同頁第４行の「範囲名」を「範囲内」にそれぞれ訂
正する。 ３、同第５頁第１行の「特開昭５６−」を「特開昭５８
−」に訂正する。 ４、同第６頁第８行の「かある。」を「がある。」に、
同頁第１５行の「負荷」を「付加」に、同頁第２０行の
「対称」を「対象」にそれぞれ訂正する。 ５、同第７頁第１３行の「高周波」を「高周波成分」に
訂正する。 ６、同第８頁第７行の「特開昭５６−」を「特開昭５８
−」に、同頁第１５行の「白紙」を「白色」にそれぞれ
訂正する。 ７、同第１０頁第６行、第７行の「配線盤」を「配線板
」にそれぞれ訂正する。 ８、同第１２頁第１０行の「パルスとの関係」を「パル
スとの時間的関係」に訂正する。 ９、図面第１図を別紙訂正図の通りに訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、レンズによって形成される被写体像を固体センサに
   よって撮像する撮像装置において、画像信号の鮮鋭度を
   求める手段と、前記の求めた鮮鋭度を一時記憶する手段
   と、前記レンズの光軸方向に見た２個所の位置における
   被写体の同一個所の鮮鋭度の大きさを比較する手段と、
   前記の比較によって合焦点の方向及びレンズを動かす概
   略の長さの情報を求める手段と、この情報を受けレンズ
   の位置を制御して合焦点にもたらす手段とを有すること
   を特徴とする二次元撮像装置における自動焦点調整装置
   。