(57)【要約】【課題】光源の光りをあてた試料面をカメラで撮像する反射光学系において、試料にフォーカスが調整できる適当なパターンが存在しない場合であっても、フォーカス調整用パターンを用意することなくフォーカス調整を正確に行う方法およびその方法を利用した装置を提供することを課題とする。【解決手段】前記反射光学系に用いる光源の照射部に透過率が高い部分と低い部分が交互に表れるフォーカス調整用パターンを設置して、この調整用パターンの試料面上の像をフォーカス調整用パターンとして前記カメラに入力してフォーカス調整を行うことを要旨とする。このように試料面上の像を調整パターンとして使用することにより、試料に特徴的なパターンがない場合でもフォーカス調整用パターンを用意する手間が省ける。【選択図】  図５
2004226462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源の光りをあてた試料面をカメラで撮像する反射光学系において、カメラのフォーカスを調整する方法であって、
前記反射光学系に用いる光源の照射部に透過率が高い部分と低い部分が交互に表れるフォーカス調整用パターンを設置して、この調整用パターンの試料面上の像をフォーカス調整用パターンとして前記カメラに入力してフォーカス調整を行う方法。
【請求項２】
前記フォーカス調整用パターンの試料面上の像を入力して得られる輝度値プロファイルからコントラスト値を算出して、このコントラスト値に基づいてフォーカス調整を行う請求項１に記載のカメラのフォーカス調整方法。
【請求項３】
前記フォーカス調整用パターンは、前記カメラが試料面にジャストフォーカスされた場合であっても、試料面上の前記パターンの投映像を撮像した画像が解像しないよう設計しそのような位置に設置することを特徴とする請求項２に記載のカメラのフォーカス調整方法。
【請求項４】
フォーカス調整用パターンを備えた光源と、この光源により試料面上に形成されたフォーカス調整パターンの像とともに試料面を撮像するカメラとカメラの撮像した画像を画像処理して、カメラに対して最適フォーカス調整を行う画像入力・処理装置と、で構成されるカメラのフォーカス調整装置。
【請求項５】
前記画像入力・処理装置は、前記フォーカス調整用パターンの試料面上の像をカメラ入力して得られる輝度値プロファイルからコントラスト値を算出して、このコントラスト値に基づいてカメラの最適フォーカス調整を行うものである請求項４に記載のカメラのフォーカス調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射光学系におけるラインセンサカメラのフォーカス調整方法および装置に関し、特に、無地の紙や布、ガラスなどのように、試料だけではフォーカス調整ができない場合に有効なフォーカス調整方法および装置に関する。反射光学系とは、図１に概念的に示されるように、光源を試料面に当てて、その反射光を撮像する光学系である。
【０００２】
【従来技術】
試料（撮影対象）にフォーカスが調整できる適当なパターン、すなわち急峻なエッジをもつ絵柄等が存在していれば、試料をカメラで撮像した入力画像を基にフォーカス調整を行うことができる。しかし、無地の紙や布、ガラスなどのように、試料にフォーカスが調整できるパターンが存在しない場合は、試料だけではフォーカス調整ができない。そこで、従来は、試料と同じ厚さおよび光学特性（反射率や透過率）を有するフォーカス調整用パターンを別途用意し、これを用いてフォーカス調整を行っていた。また、試料と同じ厚さおよび光学特性を有するフォーカス調整用パターンが用意できない場合は、薄いフィルム状のフォーカス調整用パターンを試料の上に直接置いてフォーカス調整を行っていた。
【０００３】
フォーカス調整用パターンおよびこれを用いたカメラ調整方法としては、特許文献１に記載がある。特許文献１では被検査材の表面の疵を検出するためのパターンシートを使ったカメラ調整法が開示されている。このパターンシートには複数本の縦線が描かれていて、フォーカス調整位置を加減しながらこの縦線をカメラで撮影した映像信号のオシロスコープの波形を観察し、その振幅が最も大きくなる位置を最適なフォーカス位置と定める方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７４８４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
無地の紙や布、ガラスなどのように、試料にフォーカスが調整できる適当なパターンが存在しない場合は、試料と同じ厚さおよび光学特性を有するフォーカス調整用パターンを別途用意する必要があった。また、試料と同じ厚さおよび光学特性を有するフォーカス調整用パターンが用意できない場合は、薄いフィルム状のフォーカス調整用パターンを試料の上に直接置いてフォーカス調整を行う等の方法を用いていたが、試料の上に直接置くため、試料にキズがついたり、試料が汚れるなどの欠点があった。本発明はこのような問題点を考慮してなされたものであり、試料にフォーカスが調整できる適当なパターンが存在しない場合であっても、従来方法のような試料の性質に合わせたフォーカス調整用パターンをその都度用意することなく、手間をかけずにフォーカス調整を正確に行う方法およびその方法を利用した装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための第１の発明は、光源の光りをあてた試料面をカメラで撮像する反射光学系において、カメラのフォーカスを調整する方法であって、
前記反射光学系に用いる光源の照射部に透過率が高い部分と低い部分が交互に表れるフォーカス調整用パターンを設置して、この調整用パターンの試料面上の像をフォーカス調整用パターンとして前記カメラに入力してフォーカス調整を行うことを要旨とする。このように試料面上の像を調整パターンとして使用することにより、試料の中にフォーカス調整に利用できる特徴的なパターンが存在しない場合に、その都度試料の光学特性に合わせた調整パターンを用意する手間が省ける。
【０００７】
フォーカス調整の方法は、特に限定される必要はないが、前記フォーカス調整用パターンの試料面上の像を入力して得られる輝度値プロファイルからコントラスト値を算出して、このコントラスト値に基づいてフォーカス調整を行う方法は、簡単で安定的に実現できる方法であるので本発明に係る方法に最適である。ここで輝度値プロファイルとは、カメラの主走査方向の位置とその位置におけるセンサが感じた輝度値をグラフ化したものである。コントラスト値とはこの輝度値プロファイルにおける輝度の最大値（極大値）と最小値（極小値）の和と差の比の値である。
【０００８】
また、前記フォーカス調整用パターンは、前記カメラが試料面にジャストフォーカスされた場合であっても、試料面上の前記パターンの投映像を撮像した画像が解像しないよう、透過率が高い部分と低い部分を交互に組合わせて形成するそのパターンの細かさを設計し、そのように撮像される位置に設置されることが好ましい。輝度値プロファイルから輝度の最大値（極大値）と最小値（極小値）を求めることが単純化されるからである。
【０００９】
課題を解決するための第２の発明は、フォーカス調整用パターンを備えた光源と、この光源により試料面上に形成されたフォーカス調整パターンの像とともに試料面を撮像するカメラとカメラの撮像した画像を画像処理して、カメラに対して最適フォーカス調整を行う画像入力・処理装置と、で構成されるカメラのフォーカス調整装置である。
【００１０】
第２の発明に係るカメラのフォーカス調整装置においては、前記画像入力・処理装置は、前記フォーカス調整用パターンの試料面上の像をカメラ入力して得られる輝度値プロファイルからコントラスト値を算出して、このコントラスト値に基づいてカメラの最適フォーカス調整を行うものであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて、本発明の一実施形態であるカメラフォーカス調整装置を説明してゆく。図５は、カメラフォーカス調整装置の装置構成を示す全体図である。１はラインセンサカメラである。２はレンズである。３は光源である。４は、フォーカス調整パターンである。光源３の照射部にフォーカス調整用パターン４を取り付る。５は試料であり、６は試料５をラインセンサカメラ１の副走査方向に搬送させる装置であり、コロコンベアやベルトコンベア、ロールなどがある。７は画像入力・処理装置である。画像入力・処理装置７は、カメラ１の制御および画像処理計算のためのソフトウエアプログラムを搭載したパソコンあるいは専用装置である。
【００１２】
なお、光源３の照射部にフォーカス調整用パターン４を取り付る方法は、光源３に保護ガラスや保護枠等の適当な支持体があれば、その支持体にフォーカス調整用パターン４をテープで固定する、ネジで固定するなどの方法でもよい。あるいは、図６に示すような開閉機構を設ける等の方法がある。図６の場合は、フォーカス調整中にパターンが外れなければよい。
【００１３】
図２にフォーカス調整パターン４の一例を示す。フォーカス調整パターン４は、透過率の小さい領域Ａと透過率の大きい領域Ｂの２種類の領域をラインセンサの主走査方向に交互に配置して形成する。
【００１４】
画像入力・処理装置７に備えられるソフトウエアプログラムは、図３に示すように、ラインセンサカメラ１の主走査位置に対するセンサが感じる輝度の最大値ａと最小値ｂからコントラスト値＝（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）を計算し、図４に示すようにコントラスト値が最大となるようカメラ１のレンズ２の位置を調整することにより自動焦点合わせを行う。したがって、フォーカス調整パターン４のピーク値領域Ａの透過率は０％に近いほうがよく、領域Ｂの透過率は１００％に近い方がよい。ＡとＢの領域の透過率の差が大きいほどコントラスト値の精度が上がるため、フォーカスを精度良く合わせる事ができるからである。
【００１５】
また、フォーカス調整パターン４の領域Ａと領域Ｂの繰返しで形成される縦縞パターンは、ラインセンサカメラ１が試料面に最適に焦点が合った場合、すなわちジャストフォーカスに設定した場合でも、フォーカス調整パターン４の試料面上に投影される縦縞パターンをラインセンサカメラ１が撮像した像は図４（イ）に示すように像が解像しないように投影される方がよい。縦縞パターン像が解像された状態で投影されると、図９に示すように領域ＡＢの中央部分の輝度値が平坦になり輝度の最大値ａと最小値ｂを求めることがかえって煩雑になるからである。
【００１６】
ここで、ラインセンサカメラ１の性能を最大限発揮させるような、フォーカス調整パターン４の領域Ａと領域Ｂの繰返しパターンの大きさについて検討すると、試料面上に投影されたときの領域Ａと領域Ｂの幅は、カメラ１の主走査方向の分解能の１画素より大きく２画素未満の場合が最適である。この条件に合えば、カメラの分解能の限界状態において、試料面上の領域ＡまたはＢの１つの縞の投映像の中に必ずセンサの１画素が入ることによりパターンの縞のコントラスト変化を感じることができるからである。
【００１７】
［実施例］図５に示す装置構成を用い、ラインセンサカメラの主走査方向の分解能を８００μｍとし、試料をガラス、搬送装置をコロコンベア、光源を蛍光灯を内蔵する灯具とした場合の具体例を説明する。図７に示す黒いフィルムを切り抜いたフォーカス調整用パターン４を用いる。試料面であるガラス面上に投影される領域ＡおよびＢのパターンは、カメラ１をジャストフォーカスした場合でも試料面上の像をカメラ１で撮像した像が解像せず、かつその幅は試料面上で１ｍｍ程度となるように、フォーカス調整用パターン４のサイズ、光源３の照射部に固定した時の光源３との距離、調整用パターン４と試料面との距離、試料面に投影する角度を調整する。尚必要に応じて光源３と試料面の間の光路上にレンズを設けてもよい。
【００１８】
図８は、図７のフォーカス調整用パターン４が投影された試料５を撮像した画像の輝度プロファイルを示した図である。図８から、コントラスト値を下記の式で求める。
コントラスト値＝（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）
ただし、ａはａ１とａ２のうちの最大値
このコントラスト値が最大になるようにカメラ１のレンズの焦点位置を調整する制御プログラムを画像入力・処理装置７に備えればよい。尚、実施形態の説明では、カメラ１はラインセンサカメラの場合を説明したが、本発明の方法は、ラインセンサカメラに限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のカメラフォーカス調整方法または装置を用いれば、フォーカス調整を行う際に、試料と同じ厚さおよび光学特性を有するフォーカス調整用パターンを別途用意する必要がなく、また、試料の上にフォーカス調整用パターンを置く必要がないため、試料にキズがついたり、試料が汚れることがないという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射光学系を表す図である。
【図２】フォーカス調整用パターン４のパターン例を示す図である。
【図３】コントラスト値を説明する図である。
【図４】コントラスト値によるフォーカス調整方法を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施形態の装置例の構成を示す図である。
【図６】光源３の説明図である。
【図７】実施例におけるフォーカス調整用パターンの平面図である。
【図８】実施例におけるフォーカス調整用パターンの輝度プロファイルである。
【図９】フォーカス調整用パターン４が解像した場合の輝度プロファイルである。
【符号の説明】
１          ラインセンサカメラ
２        レンズ
３          光源
４          フォーカス調整用パターン
５          試料
６          搬送機
７          画像入力・処理装置
【図１】
2004226462.tif 000003
【図２】
2004226462.tif 000004
【図３】
2004226462.tif 000005
【図４】
2004226462.tif 000006
【図５】
2004226462.tif 000007
【図６】
2004226462.tif 000008
【図７】
2004226462.tif 000009
【図８】
2004226462.tif 000010
【図９】
2004226462.tif 000011