JPS62291610A - オ−トフオ−カス方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、ＣＯＤラインセンサなどのイメージセンサを
用いて合焦判別するオートフォーカス方法に関するもの
である。

（発明の技術的背景） ＣＯＤラインセンサなどのイメージセンサを用いたオー
トフォーカス装置として、種々のものが提案されている
０例えば位相差検出方式としては投影光を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、各投影位置の差から合焦位置からのずれを検
出するものがある。しかしこれは光学系が複雑で、特殊
な形態のセンサが必要になるという問題があった。また
この位相差検出方式の一種として合焦位置の前後の投影
光をそれぞれ別のイメージセンサに導き、正規の合焦位
置に対して前側の光が入射するイメージセンサが合焦し
ているのか、後側の光が入射するイメージセンサが合焦
しているのか（いわゆる前ピンか後ビンか）を検出する
方法も考えられている。しかしこの場合はイメージセン
サを複数個用いなければならないうえ、信号を並列処理
するため回路構成も複雑になるという不都合があった。

そこで１個のイメージセンサを用い、その各画素の出力
信号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０例えば前記出力値０号を微分して、画像の鮮鋭さを
求めていた（例えば特開昭５Ｅｉ−１３２３１３号など
参照）、シかしこのように画像コントラストの最大値を
求める場合には投影レンズを大きく移動させねばならな
かった。例えば投影レンズを一方向に移動させつつコン
トラストの変化を求め、この変化が零になった時を合焦
位置とするものがある（山登り法）、また投影レンズの
全移動範囲に対するコントラストを記憶して、その後最
大コントラストとなる位置を求める方法（全スキャン法
）もある、さらに投影レンズをその全範囲内で一度移動
させ、コントラストが等しくなる２点の中間を合焦位置
とするものもある（半値幅法）。

しかしこれら従来方法はコントラスト測定点数が多くな
ったり、合焦位置をはさんで両方の位置でコントラスト
を測定するために、一度合熱位置に達しているにもかか
わらす合焦位置を通りすぎて再度戻るという無駄な動き
をさせる必要があった。このため合焦位置検出に時間が
かかるという問題があった。

（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１位
相差検出方式のような複雑な光学系や複数のイメージセ
ンサを用いる必要がなく、コントラスト測定点数が少な
く、投影レンズに無駄な動きがなく、合焦位置の検出に
要する時間を短くすることができるオートフォーカス方
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を
用いて、投影レンズを合焦位置に制御するオートフォー
カス方法において、前記投影レンズを移動した時の光学
系の所定低空間周波数でのＭＴＦ特性を予め記憶する一
方、前記画像投影光に対して前記投影レンズの少くとも
３位置で前記所定低空間周波数の成分量を求め、これら
の成分量を用いて投影レンズ位置の前記ＭＴＦ特性上で
の対応位置を決定し、この対応位置とＭＴＦ特性上の合
焦位置との偏差を求め、この偏差分だけ前記投影レンズ
を移動させた後、前記画像投影光の高空間周波数成分を
用いて合焦位置を検出することを特徴とするオートフォ
ーカス方法により達成される。

（原理） 一般に周期関数は、フーリエ変換を行って周期的な波動
の空間周波数として表わすことができる０例えばイメー
ジセンサの出力信号に基いて得られる出力電圧υが一走
査の間に第４図のように変化するものとすれば、その出
力電圧υの空間周波数成分は第５図のようになる。ここ
にａ、ｂ。

ｃ、ｄは投影レンズの位置を変化させた場合の各成分量
を示し、非合焦の程度が大きいほど、換言すればコント
ラストが小さいほどその投影画像の空間周波数成分のう
ち高周波成分の量は小さくなる。すなわちａ、ｂ、ｃ、
ｄの順に投影レンズは合焦位置から遠くなっている。

この第５図で一定の空間周波数ｆｏに対して投影レンズ
を移動させた時の成分量の変化は第６図ｅのようになり
、この成分量が最大になる点を投影レンズの合焦位置と
して求めることができる。

ここで第６図ｆはイメージセンサに投影されるまテノ光
学系ｃｙ）　Ｍ　Ｔ　Ｆ　（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔ
ｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）であり、使用する投
影レンズにそれぞれ固有のＭＴＦ特性にほとんど依存し
ている。一般には原画の内容により多少影響を受けるが
、これらｅとｆの特性はほとんど投影レンズの特性と相
似となる。従って今レンズの所定空間周波数でのＭＴＦ
特性（ｆ）を既知として。

Ｙ＝Ｆ（Ｘ） とすれば、画像の空間周波数成分（ｅ）はｙ＝ａＦ　（
χ）　　；ただしａは定数で表わせる。

ここで画像の空間周波数成分（ｅ）上で等間隔Δχで連
続する３点Ａ、Ｂ、Ｃの成分量をそれぞれｙｌ　１７２
．７３として求めれば、。

ｙ＋／ｙ２＝Ｆ（χ＋）／Ｆ（χ２）・・・（１）７２
／Ｖ３＝Ｆ（χ２）／Ｆ（χ３）・・・（２）一方これ
らＡ、Ｂ、Ｃ点に対応するレンズのＭＴＦ特性（ｆ）上
で等間隔Δχで連続する点Ａ”　、Ｂ’　、Ｃ’（７）
Ｌ／７ズ位置をＸＩ　　、Ｘ２　。

ｘ３とすれば、 Ｙｌ　／Ｙ２　＝Ｆ　（ＸＩ　）　／Ｆ　（Ｘ２　）＝
Ｙ＋／ｙ２・・・（３） Ｙ２　／Ｙ３　＝Ｆ　（Ｘ２　）　／Ｆ　（Ｘ３　）＝
７２／７３・・・（４） 従って既知のレンズＭＴＦ特性（ｆ）上で間隔Δχの３
点が（３）　、（４）式の値を満足するようなｘ、、ｘ
２　、ｘ３は求め得る。特性（ｆ）上で例えばｘ３が求
まれば、特性（ｆ）が最大となるレンズ位置Ｘｎとの偏
差（Ｘｎ　−Ｘ　３）が求まる。

そこで画像の空間周波数成分（ｅ）上のレンズ位置χ３
に対応するレンズのＭＴＦ特性（ｆ）上の位置ｘ３を求
め、前記偏差分（Ｘｎ　　Ｘ３）分だけ投影レンズをχ
３の位置から移動させれば投影レンズはほぼ合焦位置に
くる。

ここで投影レンズをΔχの間隔で移動した時には、イメ
ージセンサに入力される画像は僅かに変化するから、そ
れぞれの画像のＭＴＦ特性（ｅ）は第６図では一つの曲
線で示したが厳密には互いに僅かにずれた３本の曲線に
なるはずである。

従って前記のように偏差分（Ｘｎ　　Ｘ３）だけ投影レ
ンズを移動させても厳密には合焦状態は得られない。

またレンズの移動に対する画像の空間周波数成分は、第
６図に示すように、非合焦の程度に対応して漸減するか
ら、レンズが合焦位置から大きくズしている場合には’
１１１７２　、ｙ３の差が極端に小さくなり正しい動作
が期待できなくなる。

本発明はレンズの移動に対する画像空間周波数成分は、
第７図に示すように低周波ではなだらかな末広がりの曲
線ｅ′のようになり、高周波では先鋭度の高い曲線ｅ　
のようになる点に着眼し、まず最初に低空間周波数成分
を用いてレンズを合焦位置付近に移動させ、その後高空
間周波数成分を用いて高精度に合焦位置を求めるように
したものである。

なお前記（１）〜（４）式に代えて、 （ｙ＋　−ｙｚ　）／　（７２−ｙ３）＝（Ｆ（χ＋）
−Ｆ（χ２）） ／（Ｆ（χ２）−Ｆ（χ３）） のように分母、分子を差の形として対応点を求めること
も可能である。この場合３点の相互の差（ｙ＋−ｙｚ）
、（７２−ｙ３）、（ｙｌ−７３）を用いてよよいし、
４点の差（ｙ＋　−７２）、（ｙｚ−ｙ３）、（ｙ３−
ｙａ　）を用いてもよい。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例であるリーグプリンタの全体
概略図、第２図はそのオートフォーカス制御装置のブロ
ック図、第３図は動作の流れ図である。

第１．２図において符号ｌＯはマイクロフィッシュやマ
イクロロールフィ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、防熱フィルタ１６、反射鏡１８を介して原画ｌＯ
の下面に導かれる。

リーダモードにおいては、原画ｌＯの透過光（画像投影
光）は、投影レンズ２０１反射鏡２２．２４．２６によ
って透過型スクリーン２８に導かれ、このスクリーン２
８に原画１０の拡大投影像を結像する。プリンタモード
においては、反射鏡２４は第１図仮想線位置に回動し、
投影光は反射鏡２２．３０．３２によってＰＰＣ方式の
スリット露光型プリンタ３４に導かれる。プリンタ３４
の感光ドラム３６の回転に同期して反射鏡２２．３０が
移動し、感光ドラム３６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３８に転写される。

４０はゾーン設定手段であり、フォ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はフォ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により光軸に直交す
る方向へ移動可能となっている。また投影レンズ５４は
、投影光がスクリーン２８あるいは感光ドラム３６の投
影面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。

オートフォ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あるいは感光ドラム３６の投影面上に正しく結像
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
ちクロック６２が出力するクロックパルスに同期してＣ
ＯＤ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はその一走査毎に各画素の入射光量に
対応して変化するパルス信号を出力する。このパルス信
号は、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６
６は各画素の特性のバラツキを補正し、かつ波形整形お
よび整流して第４図の出力信号電圧υとする。

このように信号処理された出力信号電圧υは選択スイッ
チ６７を介して２つの帯域通過フィルタ６８Ａ、６８Ｂ
に選択的に入力され、出力信号電圧Ｖの所定の低空間周
波数ｆ１成分と高空間周波ａｆｈ成分とのいずれかを選
択してアナログ信号ｇとして求める。すなわちこれらフ
ィルタ６８Ａ、６８Ｂは空間周波数ｆｌ、ｆｈでゲイン
が大きく、この周波数ｆｌ　　、ｆｈが離れると急激に
ゲインが減少する特性を持つ。

このアナログ信号ｇはＡ／Ｄ変換器７０でデジタル信号
に変換され、入力インターフェース７２を介してＣＰＵ
７４に入力される。

第２図で７６はＲＯＭ、７８はＲＡＭ、８０は出力イン
ターフェース、８２および８４はＤ／Ａ変換器、８６．
８８はそれぞれモータ５８゜６０を駆動するドライバで
ある。また９０は選択スイッチ６７を駆動する選択回路
であり、最初は低周波数のフィルタ６８Ａを選択し、投
影レンズ２０を合焦点付近へ移動させた後は高周波ｘ用
のフィルタ６８Ｂを選択する。

ＲＯＭ７６にはＣＰＵ７４の制御プログラムの他に、投
影レンズ２０．５４の低空間周波数のＭＴＦ特性（第６
図の特性（ｆ）に相当）が記憶されている。一般にＭＴ
Ｆは投影レンズだけでなく反射鏡、原画支持用ガラス板
、あるいはラインセンサ自身等のそれぞれのＭＴＦの積
で表わされるが、投影レンズのＭＴＦの影響が他に比べ
て大きいので投影レンズのＭＴＦだけで精度よく近似す
ることができる。すべてのＭＴＦを厳格に求めこれらの
積を用いてもよいのは勿論である０本実施例では投影レ
ンズ２０．５４の全体のＭＴＦが記憶されている。

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。

使用者は反射鏡２４を第１図実線位置においたリーダモ
ードを選択し、目標原画をスクリーン２８に投影させる
（ステップ１００）。この投影光の一部は半透鏡５２に
よってラインセンサ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（ステップ１０２）。

すなわち信号処理回路６６の出力信号電圧υはフィルタ
６８Ａ、Ａ／Ｄ変換器７０、インターフェース７２を介
してＣＰＵ７４に読込まれ。

ＣＰＵ７４で露光量制御が行われる。露光量が適正でな
ければ（ステップ１０４）光量を変更しくステップ１０
６）、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の各画素の出力電圧のうち、バッ
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（ステップｔＯａ
）、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（ステップ１１０）。画像無しと判
断した時には、制御手段４８はブザーやランプなどの警
報を発しフォーカスゾーンの変更を要求する（ステップ
１１２）、使用者はスクリーン２８を見ながらつまみ４
４を操作し、投影像の画像が有る位置にマーク４２が重
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
いてオートフォーカス制御を行う。

ＣＰＵ７４はまず投影レンズ２０の位置をχｌとしてＲ
ＡＭ７８に記憶し、この位置χ１においてラインセンサ
５６を走査する。最初は選択スイッチ６７はフィルタ６
８Ａに接続されているので、ＣＰＵ７４はこのラインセ
ンサ５６の出力の低空間周波数ｆｌ成分を順次読込み、
この周波数の成分量を７１として求める。ＣＰＵ７４は
投影レンズ２０をΔχ移動して同様の演算を行い、結局
３つの点Ａ、Ｂ、Ｃ（第６図参照）の成分量を７１　　
・７２１７３として求める（ステップ１１４）。

ＣＰＵ７４は次に前記（１）、（２）式の演算を行い（
ステップｌ　ｌ　Ｂ）　、　（３）、（４）式が成立す
るレンズＭＴＦ特性（ｆ）上の対応点Ａ’　、Ｂ’　、
Ｃ’を求める（ステップ１１８）。この場合対応点を求
める方法は種々あるが、例えばＲＯＭ７６には特性（ｆ
）のデータが表の形で記憶されている場合には、（Ｙｌ
／Ｙ２）等が所定値（ｙ＋／ｙ２）等に一致する位置Ｘ
Ｉ　　、Ｘ２　、Ｘ３を求める。一致する位置がない時
には最も近い位置を求めて補正を行う、また特性（ｆ）
を関数Ｆ　（Ｘ）の形で記憶した時にはこの関数を用い
て位置ＸＩ　　。

ｘ２．ｘ３が求められる。

ＣＰＵ７４は次に特性（ｆ）の最大となるレンズ位置Ｘ
ｎをＲＯＭ７８から読出し、投影レンズ２０の位置例え
ばｘ３との偏差ΔＸ　＝（Ｘ　ｎ−Ｘ３）を求める（ス
テップ１２０）、そしてその時の投影レンズ２０の位置
χ３から投影レンズ２０を偏差ΔＸだけ移動する（ステ
ップ１２２）、この結果投影レンズ２０を合焦位置近傍
に合わせることができる。

選択回路９０はレンズ２０をこの合焦位置付近に移動し
たことをＣＰＵ７４の出力から検出し、選択スイッチ６
７を高周波用フィルタ６８Ｂ側へ切換える（ステップ１
２４）、ＣＰＵ７４はこのフィルタ６８Ｂで選択された
高空間周波数成分に基づいてレンズ２０を合焦位置に移
動させる（ステップ１２６）。この制御は、前記低周波
成分により行ったステップ（１１４〜１２２）と同様に
行ってもよい、また山登り法、全スキヤシ法、半値幅法
などによって行ってもよい。

この合焦状態でプリンタモードにすれば（ステップ１２
８）、反射鏡２４が第１図仮想線位置に回動し、転写紙
３８に画像が転写されてハードコピーが得られる。

以上の実施例では、光学系のＭＴＦ特性をＲＯＭ７６に
記憶したが、このＭＴＦ特性はレンズ毎にそれぞれ異な
るものであるから、例えばレンズを交換する際の便を考
慮して、レンズの鏡筒にそのレンズのＭＴＦ特性を記憶
したメモリを内蔵させる一方、レンズの着脱に伴って装
置本体側と断続する電気接点を設け、レンズを装着した
際にこの電気的接点を介してメモリの内容を読出すよう
にしてもよい。

（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に基づき
光学系の少くとも３つの位置における所定低空間周波数
の成分量を求め、予め記憶した光学系のＭＴＦ特性上の
対応点を求め、この光学系のＭＴＦ特性上での対応点と
最大となる点との偏差を求め、投影レンズをこの偏差分
だけ移動させて投影レンズを合焦位置近傍に移動させ、
その後画像の高空間周波数成分を用いて合焦位置を検出
するものであるから、投影レンズを移動させる位置の数
と範囲が非常に少なくなり、またレンズが合焦位置から
大きくズしている時にも合焦位置近傍に速やかに移動で
き、その後高精度な合焦制御が可能となる。このため、
複雑な光学系や複数のイメージセンサを用いることなく
、合焦位置、検出までの所要時間が短縮できる。

【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図はそのオートフォーカス制御装置のブロ
ック図、第３図は動作の流れ図である。また第４図はイ
メージセンサ出力を示す図、第５図は空間周波数成分を
示す図、また第６図と第７図は本発明の原理説明図であ
る。 ２０．５４・・・投影レンズ、 ５６・・・ラインセンサ、 ６７・・・選択スイッチ、 ６８Ａ・・・低空間周波数用フィルタ ６８Ｂ・・・高空間周波数用フィルタ。 ９０・・・選択回路。 特許出願人　富士写真フィルム株式会社代　理　人　弁
理士　山　１）文　雄 第１図 、／Ａ 第Ｊ図 第４図 第５図 ｔ″、　　　　　ｆ 第６図 第７図 手続補正書（ＩＩ鋤 昭和６２年　３月２７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１３４８８６号 ２、発明の名称 オートフォーカス方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　神奈川県南足柄市中沼２１０番地名称　（５２０
）富士写真フィルム株式会社代表者　　大　西　　　賞 ４、代理人 住　所　　東京都港区西新橋１丁目６番２１号自発 ６、補正により増加する発明の数　　　Ｏ７、補正の対
象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ８、補正の内容 （１）明細書第１２頁第２０行。 「特性を持つ、」を次のように補正する。 「特性を持つ０例えばこれらのフィルタ６８Ａ、６８Ｂ
としでは、−６ｄＢ１０ＣＴ特に−１２ｄＢ１０ＣＴ程
度の減衰特性を有するものが望ましい、」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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を用いて、投影レンズを合焦位
   置に制御するオートフォーカス方法において、 前記投影レンズを移動した時の光学系の所定低空間周波
   数でのＭＴＦ特性を予め記憶する一方、前記画像投影光
   に対して前記投影レンズの少くとも３位置で前記所定低
   空間周波数の成分量を求め、これらの成分量を用いて投
   影レンズ位置の前記ＭＴＦ特性上での対応位置を決定し
   、この対応位置とＭＴＦ特性上の合焦位置との偏差を求
   め、この偏差分だけ前記投影レンズを移動させた後、前
   記画像投影光の高空間周波数成分を用いて合焦位置を検
   出することを特徴とするオートフォーカス方法。