(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像装置において光軸方向に撮像レンズを移動させて合焦位置を調整する際に、撮像されたコントラスト特性やＭＴＦ特性におけるピーク点近傍が不明瞭であっても精度よく合焦位置を調整できるとともに、その調整を容易にできる焦点調整方法を提供する。【解決手段】被写体の目標位置Ｐを介して前後に、白色と黒色とに画成されている撮像模様を備えた第一、第二のテストチャトＣＨ１、ＣＨ２を設定し、フォーカスレンズ３を光軸Ｘ方向に移動させ、第一、第二のテストチャートＣＨ１、ＣＨ２の夫々毎に、フォーカスレンズ３の移動量に対応付けて、撮像素子５に結像された撮像模様の焦点評価値をもとめ、第一のテストチャートＣＨ１における焦点評価値と第二のテストチャートＣＨ２における焦点評価値とが一致するように、フォーカスレンズ３の位置を設定する。【選択図】図１
2008233481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像素子に導く撮像レンズと、
前記撮像レンズを介して導かれた前記被写体像を光電変換し、画像信号を出力する前記撮像素子と、
を用いた撮像装置において、
前記被写体と前記撮像素子とを結ぶ光軸上に沿って前記撮像レンズを移動させ、前記撮像素子に導かれる前記被写体像の焦点合せを行う焦点調整方法であって、
前記光軸上において、前記被写体の目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成された撮像模様を有する第一、第二のテストチャートを設定し、
前記撮像レンズを前記光軸方向に移動させ、前記第一、第二のテストチャートの夫々毎に、前記撮像レンズの移動量に対応付けて、前記撮像素子に結像された前記撮像模様の焦点評価値をもとめ、
前記第一のテストチャートにおける焦点評価値と前記第二のテストチャートにおける焦点評価値とが一致するように、前記撮像レンズの位置を設定する、
ことを特徴とする撮像装置における焦点調整方法。
【請求項２】
前記光軸に直交する直交線を介して、前記第一のテストチャートと前記第二のテストチャートとを対称に配置するとともに、夫々が重なり合わない位置に配置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置における焦点調整方法。
【請求項３】
前記焦点評価値が、前記撮像模様のエッジ部分における空間周波数の成分量を表す指標である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置における焦点調整方法。
【請求項４】
前記第一のテストチャート及び第二のテストチャートには、前記撮像模様が複数並設されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置における焦点調整方法。
【請求項５】
被写体像を撮像素子に導く撮像レンズと、
前記撮像レンズを介して導かれた被写体像を光電変換して複数の色の画像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像レンズの移動量に対応付けて、前記撮像素子に結像される前記被写体像の焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、
を備え、
前記焦点評価値検出手段によって検出された検出結果にもとづいて前記撮像レンズを所定の位置に設定する、撮像装置における焦点調整装置であって、
前記光軸上に沿って、前記被写体の目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成された撮像模様を有する第一、第二のテストチャートが設定され、
前記焦点評価値検出手段が、
前記第一、第二のテストチャートの夫々毎に、前記撮像レンズの移動量に対応付けて、前記撮像素子に結像された前記撮像模様の焦点評価値をもとめ、
前記第一のテストチャートの焦点評価値と前記第二のテストチャートの焦点評価値とが一致するように、前記撮像レンズの位置を設定する、
ことを特徴とする撮像装置における焦点調整装置。
【請求項６】
前記第一及び第二のテストチャートが、前記光軸に直交する直交線を介して、対称に構成されているとともに、夫々が重なり合わないように構成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置における焦点調整装置。
【請求項７】
前記焦点評価値が、前記撮像模様のエッジ部分における空間周波数の成分量を表す指標である、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の撮像装置における焦点調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置において、例えばＣＣＤ等の撮像素子を介して得られる画像信号を用いて、撮像レンズを合焦位置に設定する焦点調整方法及び焦点調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図６（ａ）に表したように、カメラ等の撮像装置２０１において、撮像される画像投影光のコントラストを検出し、そのコントラストが最大になるように撮像光学系を移動して焦点調整を行う山登り方式を用いた焦点調整方法が知られている。
【０００３】
撮像装置２０１は、撮像レンズ２０２を介して被写体２０３像をＣＣＤ等の撮像素子２０４に導いて電気信号に変換し、焦点検出部２０５においてコントラストを検出するように構成されている。
【０００４】
山登り方式の焦点調整方法は、図６（ｂ）に表したように、撮像レンズ２０２及び撮像素子２０４等の撮像光学系が被写体２０３に対して合焦点位置にあるときは、被写体２０３像が最大のコントラストになり、デフォーカス（焦点ずれ）が生じるとコントラストが低下するので、コントラスト特性の頂点を目指すように撮像レンズ２０２の位置を調整するものである。
【０００５】
また、焦点を調整する際には、撮像された被写体像のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を計測して焦点を調整する方法が知られている。詳しくは、撮像レンズの移動に伴うＭＴＦの変化を計測し、所定の空間周波数のＭＴＦが最大となるように、撮像レンズの位置を設定する焦点調整方法がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開昭６２−２８４３１４号公報
【特許文献２】特開２００５−２５８３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のように山登り方式によるコントラストの最大値やＭＴＦの最大値を求める焦点調整方法によれば、一般に、光軸方向の合焦位置を介して両側に撮像レンズを往復移動させて最もコントラストの良好な位置を検出しなければならないので、焦点調整のための作業性を損なう虞があり（つまり、撮像レンズを一方向に移動させて調整する方法に較べれば、作業性を損なう虞がある。）さらには、デフォーカス量に対するコントラスト特性やＭＴＦ特性がピーク点近傍において平坦に近くてピーク点が明確に表れない場合には、撮像レンズの合焦位置を精度良く調整することが困難になる虞もあった。
【０００７】
そこで、本発明は、撮像装置において光軸方向に撮像レンズを移動させて合焦位置を調整する際に、撮像されたコントラスト特性やＭＴＦ特性における焦点評価値のピーク点が不明瞭であっても精度よく合焦位置を調整できるとともに、その調整を容易にできる焦点調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、被写体像を撮像素子に導く撮像レンズと、前記撮像レンズを介して導かれた前記被写体像を光電変換し、画像信号を出力する前記撮像素子と、を用いた撮像装置において、前記被写体と前記撮像素子とを結ぶ光軸上に沿って前記撮像レンズを移動させ、前記撮像素子に導かれる前記被写体像の焦点合せを行う焦点調整方法であって、前記光軸上において、前記被写体の目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成された撮像模様を有する第一、第二のテストチャートを設定し、前記撮像レンズを前記光軸方向に移動させ、前記第一、第二のテストチャートの夫々毎に、前記撮像レンズの移動量に対応付けて、前記撮像素子に結像された前記撮像模様の焦点評価値をもとめ、前記第一のテストチャートにおける焦点評価値と前記第二のテストチャートにおける焦点評価値とが一致するように、前記撮像レンズの位置を設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の撮像装置における焦点調整方法によれば、光軸上において、被写体の目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成されている撮像模様を備えた第一、第二のテストチャートを設定し、撮像レンズを光軸方向に移動させ、第一、第二のテストチャートの夫々毎に、撮像レンズの移動量に対応付けて、撮像素子に結像された撮像模様の焦点評価値をもとめ、第一のテストチャートにおける焦点評価値と第二のテストチャートにおける焦点評価値とが一致するように撮像レンズの位置を設定するので、撮像レンズを介して撮像した被写体像の焦点評価値のピーク点が不明瞭であっても精度よく合焦位置を調整できるとともに、その調整を容易にできる。
【００１０】
つまり、撮像レンズを光軸上に沿って移動させ、第一のテストチャートの焦点評価値と第二のテストチャートの焦点評価値とが一致する際の撮像レンズの位置を合焦位置とすればよいので、従来の山登り方式に較べて精度良く合焦位置を求めることができるとともに、その調整時間を短縮できる。
【００１１】
また、請求項１に記載の撮像装置における焦点調整方法は、請求項２に記載の発明のように、前記光軸に直交する直交線を介して、前記第一のテストチャートと前記第二のテストチャートとを対称に配置するとともに、夫々が重なり合わない位置に配置することにより、光軸上に沿って離間した第一のテストチャートと第二のテストチャートを同時に撮像でき、焦点調整が容易であって、且つ、精度良く撮像レンズの合焦位置を検出できる。
【００１２】
また、請求項１または請求項２に記載の撮像装置における焦点調整方法は、請求項３に記載の発明のように、前記焦点評価値が、前記撮像模様のエッジ部分における空間周波数の成分量を表す指標であることにより、面全体で焦点評価値を得るよりも容易に焦点評価値を得ることができる。つまり、撮像模様が撮像素子に合焦して結像するとエッジが明確に表れて空間周波数の高域成分が強い映像となり、一方、撮像素子に対する合焦位置がずれているとエッジがぼけて表れて空間周波数の弱い映像となるので、エッジ像を検知し、検知したエッジ像を微分して点像に変換し、この点像をフーリエ変換して光学系のＭＴＦを求めればよい。
【００１３】
請求項１に記載の撮像装置における焦点調整方法は、請求項４に記載の発明のように、前記第一のテストチャート及び第二のテストチャートには、前記撮像模様が複数並設されていることにより、撮像模様が単数であるよりも、ノイズの影響を低減できて精度良く焦点評価値を得ることができる。つまり、撮像模様が複数であれば、夫々の撮像模様から得られる焦点評価値を比較してノイズによるバラツキがあれば、ノイズが重畳された撮像模様を除去して適性な撮像模様の焦点評価値を選択できる。また、複数の撮像模様を画像の中央や中央から離間した位置に配置することにより、用途に応じて、画像における焦点位置を設定でき、付加価値を向上できる。
【００１４】
次に、請求項５に記載の発明は、被写体像を撮像素子に導く撮像レンズと、前記撮像レンズを介して導かれた被写体像を光電変換して複数の色の画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像レンズの移動量に対応付けて、前記撮像素子に結像される前記被写体像の焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、を備え、前記焦点評価値検出手段によって検出された検出結果にもとづいて前記撮像レンズを所定の位置に設定する、撮像装置における焦点調整装置であって、前記光軸上に沿って、前記被写体の目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成された撮像模様を有する第一、第二のテストチャトが設定され、前記焦点評価値検出手段が、前記第一、第二のテストチャートの夫々毎に、該撮像レンズの移動量に対応付けて、前記撮像素子に結像された前記撮像模様の焦点評価値をもとめ、前記第一、第二のテストチャートの夫々の焦点評価値が一致するように、前記撮像レンズの位置を設定する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の撮像装置における焦点調整装置によれば、請求項１に記載の発明と同様に、光軸上に沿って、前記被写体の目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成された撮像模様を有する第一、第二のテストチャートを設定し、撮像レンズの移動量に対応付けて、撮像素子に結像された撮像模様の焦点評価値をもとめ、第一のテストチャートにおける焦点評価値と第二のテストチャートにおける焦点評価値とが一致するように撮像レンズの位置を設定するので、撮像レンズを介して撮像した被写体像の焦点評価値のピーク点が不明瞭であっても精度よく合焦位置を調整できるとともに、その調整を容易にできる。
【００１６】
また、請求項５に記載の撮像装置における焦点調整装置は、請求項６に記載の発明のように、前記第一及び第二のテストチャートが、前記光軸に直交する直交線を介して、対称に構成されているとともに、夫々が重なり合わないように構成されていることにより、請求項２の記載の発明と同様に、光軸上に沿って離間した第一のテストチャートと第二のテストチャートを同時に撮像でき、焦点調整が容易であって、且つ、精度良く撮像レンズの合焦位置を検出できる。
【００１７】
また、請求項５または請求項６に記載の撮像装置における焦点調整装置は、請求項７に記載の発明のように、前記焦点評価値が、前記撮像模様のエッジ部分における空間周波数の成分量を表す指標であることにより、請求項３に記載の発明と同様に、面全体で焦点評価値を得るよりも容易に焦点評価値を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の撮像装置における焦点調整方法及び焦点調整装置によれば、光軸上において、被写体の目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成されている撮像模様を備えた第一、第二のテストチャトを設定し、撮像レンズを光軸方向に移動させ、第一、第二のテストチャートの夫々毎に、撮像レンズの移動量に対応付けて、撮像素子に結像された撮像模様の焦点評価値をもとめ、第一のテストチャートにおける焦点評価値と第二のテストチャートにおける焦点評価値とが一致するように撮像レンズの位置を設定するので、撮像レンズを介して撮像した被写体像の焦点評価値のピーク点近傍が不明瞭であっても精度よく合焦位置を調整できるとともに、その調整を容易にできる。
【００１９】
また、本発明の撮像装置における焦点調整方法及び焦点調整装置によれば、光軸上に沿って離間した第一のテストチャートと第二のテストチャートとを同時に撮像でき、焦点調整のための作業性が良好であって、且つ、精度良く撮像レンズの合焦位置を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の撮像装置における焦点調整方法及び焦点調整装置の一実施例を図面にもとづいて説明する。
【００２１】
図１は、本実施例の撮像装置における焦点調整方法を表した略図であって、（ａ）図に第一、第二のテストチャ−トの設置例を表し、（ｂ）図にその際に検出されるＭＴＦ特性を表している。また、図２が同実施例における撮像装置の構成を表すブロック図、図３が同実施例におけるＭＴＦの測定方法を表す図、図４が同実施例における焦点調整方法の手順を表したフローチャート、図５が図１（ａ）におけるテストチャートの変形例を表した図である。
【００２２】
図１（ａ）に表したように、本実施例の撮像装置における焦点調整方法は、撮像装置１に、光軸Ｘ方向に移動可能に構成されたフォーカスレンズ（所謂、本発明における撮像レンズである）３と、フォーカスレンズ３を介して導かれた被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子５とが備えられ、被写体Ｐと撮像素子５とを結ぶ光軸Ｘ上に沿って、被写体Ｐの目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成されている撮像模様を備えた第一のテストチャートＣＨ１と第二のテストチャートＣＨ２を設定し、フォーカスレンズ３を光軸Ｘに沿って移動させ、焦点調整装置２１を介して、撮像素子５に結像する被写体Ｐ像の焦点が合うように、フォーカスレンズ３の位置を調整する。
【００２３】
図１（ａ）中において、Ｍがフォーカスレンズ３から被写体Ｐまでの距離、Ｎがフォーカスレンズ３から第一のテストチャートＣＨ１までの距離、Ｆがフォーカスレンズ３から第二のテストチャートＣＨ２までの距離であって、第一のテストチャートＣＨ１と第二のテストチャートＣＨ２が、被写体Ｐの目標位置に対して、略同じ距離だけ離間して配置されている。また、第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２の位置については、夫々、フォーカスレンズ３の焦点距離やＦ値などの光学情報から予めＭＴＦを算出し、算出されたＭＴＦが等しくなるように求めてもよいし、さらには、チューニングされたレンズを用いて実験的に求めてもよい。
【００２４】
詳しくは、図１（ｂ）に表したように、フォーカスレンズ３を光軸Ｘ方向に移動させ、第一のテストチャートＣＨ１と第二のテストチャートＣＨ２の夫々毎に、フォーカスレンズ３の移動量に対応付けて撮像素子５に結像される撮像模様の焦点評価値をもとめ、第一のテストチャートＣＨ１における焦点評価値と第二のテストチャートＣＨ２における焦点評価値とが一致するように、フォーカスレンズ３の位置を設定する。
【００２５】
次に、図２に表したように、撮像装置１には、前部レンズ２、フォーカスレンズ３、有害な赤外線及び有害な反射光などを除去するフィルタ（赤外線除去フィルタや光学フィルタである）４、撮像素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）５、撮像素子５から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像信号Ｃに変換して出力するＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）６、撮像素子５及びＡＦＥ６を所定の周期で制御するＴＧ（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１３、フォーカスレンズ３の光軸方向のスライド駆動を行うフォーカス駆動部１２、センサ１１を介してフォーカスレンズ３のスライド量を検出するフォーカス検出部１０等が備えられている。
【００２６】
撮像素子５は、複数の光電変換素子が並設されて構成され、夫々の光電変換素子毎に撮像信号Ｓを光電変換してアナログ画像信号を出力するように構成されている。
【００２７】
ＡＦＥ６は、撮像素子８を介して出力されたアナログ画像信号に対してノイズを除去する相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ：Ｃｏｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）７、相関二重サンプリング回路７で相関二重サンプリングされた画像信号を増幅する可変利得増幅器（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）８、可変利得増幅器８を介して入力された撮像素子５からのアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器９、等によって構成され、撮像素子５から出力された画像信号を、所定のサンプリング周波数でデジタル画像信号に変換し、焦点調整装置１５に出力する。
【００２８】
焦点調整装置１５は、撮像装置１から出力されたデジタル画像信号Ｃを処理して第一のチャートＣＨ１及び第二のチャートＣＨ２における撮像模様のＭＴＦを演算するＭＴＦ演算部１６、第一のチャートＣＨ１のＭＴＦ値と第二のチャートＣＨ２のＭＴＦとが一致するか否かを比較するＭＴＦ比較部２５、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２３、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２４、ＡＦＥ６から出力された画像データを一時的に記憶するバッファ２６等を備え、ＣＰＵ２４が、ＲＯＭ２３に格納された制御用プログラムに従って、焦点調整装置１５の各処理を制御する。
【００２９】
なお、本発明における焦点評価値がＭＴＦによってその機能が発現し、本発明における焦点評価値検出手段がＭＴＦ演算部１６によってその機能が発現する。
【００３０】
また、ＭＴＦ演算部１６は、第一のテストチャートＣＨ１のＭＴＦを演算する第一演算部１７と、第二のテストチャートＣＨ２のＭＴＦを演算する第二演算部１８とによって構成されている。
【００３１】
次に、図５にもとづいて、本実施例におけるＭＴＦの測定方法を説明する。まず、ＭＴＦを求める際には、第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２をフォーカスレンズ３を介して撮像素子５に結像させ、ＡＦＥ６より画像データ（デジタル信号Ｃ）を出力する。
【００３２】
そして、図３（ａ）に表したように、第一演算部１７及び第二演算部１８において、撮影した第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２の撮像模様のエッジの傾斜角度に基づいてサンプリング数を算出し、次いで、算出されたサンプリング数を用いて、画像データを走査して画素値を取得することによりエッジのステップ応答を求め、次いで、ステップ応答を微分することによってエッジのインパルス応答を求め、次いで、インパルス応答をフーリエ変換してＭＴＦを求める。
【００３３】
詳しくは、まず、図３（ａ）（ｂ）に表したように、サンプリング数算出部１７ａ、１８ａにおいて、第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２におけるエッジの傾斜角度αを算出し画像の一方向の走査の基本単位となるサンプリング数Ｐを算出する。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に表したように、画像の一方向を主走査方向、他方向を副走査方向とし（本実施例では、垂直方向を主走査方向、水平方向を副走査方向とする）、撮像素子５で撮影された画像をスキャンする。この際、主走査方向に対しては、サンプリング数Ｐを１ライン分の走査とするようにして、画像を順次スキャンする。そして、図５（ｄ）に表したように、各スキャン位置の画素値を取得することにより、エッジのステップ応答を求める。
【００３５】
図３（ｂ）に表したように、テストチャートＣＨ１、ＣＨ２の撮像模様のエッジが垂直方向に対してわずかに傾斜している場合、主走査方向を垂直方向とし、エッジラインが垂直方向に１画素分だけ変位するようにサンプリング数Ｐを設定する。図３（ｂ）は、撮像して得られた画像データを表しており、四角い枠の１つ１つが画素を表し、画素内の●、■、○、□等が画素値を表している。
【００３６】
また、第一のチャートＣＨ１では、画像データのエッジを介して左側の輝度が暗く、右側の輝度が明るく発現し、第二のチャートＣＨ２では、第一のチャートと対称に表れ、エッジを介して右側の輝度が暗く、左側の輝度が明るく発現する。
【００３７】
また、傾斜角度αを求める際には、図３（ｅ）に表したように、第一のテストチャートＣＨ１、第二のテストチャートＣＨ２のエッジに対して、ｙ方向（垂直方向）にＳ個のウィンドウｗを配置する。この際、１つのウィンドウは、ｘ方向（水平方向）に複数の単位要素を有し、各単位要素の高さは画素１個分と同じ値、幅は画素１個分より小さい値とする。
【００３８】
次に、（式１）を用いて、各ウィンドウｗ内で２次微分を行う。
ＬＷ（ｘ）＝２＊ＰＷ（ｘ）−ＰＷ（ｘ−１）−ＰＷ（ｘ＋１）・・・（式１）
【００３９】
（式１）において、ＰＷ（ｘ）がウィンドウｗ内の点（ｘ，ＥｙＷ）における画素値であり、ＬＷ（ｘ）がその点における２次微分値である。また、点（ｘ，ＥｙＷ）は、１つの単位要素をｘ座標およびｙ座標の一目盛とした場合の位置であって、ＥｙＷが図３（ｅ）中の１，２，３，・・・，Ｓに相当する。
【００４０】
次に、各ウィンドウｗ内において、２次微分値ＬＷ（ｘ）の最大値ＬｍａｘＷと最小値ＬｍｉｎＷを求め、それらの点のｘ座標ＸｍａｘＷ、ＸｍｉｎＷを求め、（式２）を用いて、ウィンドウｗ内でのエッジ点のｘ座標ＥｘＷを求める。
ＥｘＷ＝（ＸｍｉｎＷ＊｜ＬｍａｘＷ｜＋ＸｍａｘＷ＊｜ＬｍｉｎＷ｜）／（｜ＬｍａｘＷ｜＋｜ＬｍｉｎＷ｜）・・・（式２）
【００４１】
次に、（式２）より得られたエッジ点群からエッジラインの傾斜角度αを求め、この際のｃｏｔαを四捨五入して得られた整数値をサンプリング数Ｐとする。
【００４２】
次に、スタップ応答算出部１７ｂ、１８ｂに移り、図３（ｃ）に表したように、まず、１列目の画素を垂直方向に沿ってサンプリング数Ｐの分だけスキャンし、１列目のスキャンが終了したら、水平方向にスキャン位置を移し、再び垂直方向に沿ってサンプリング数Ｐの分だけスキャンし、順次、画像データを垂直方向に沿ってサンプリング数ずつスキャンする。
【００４３】
次に、図３（ｄ）に表したように、各スキャン位置の画素値を一元的に並べ、エッジのステップ応答を得る。図３（ｄ）において、縦軸に輝度値、横軸には、各スキャン位置を一元的に展開した場合の位置を表している。すなわち、ステップ応答算出部１７ｂ、１８ｂにおいて、エッジ付近の画素値を垂直方向にサンプリング数Ｐずつスキャンして、スキャンした順番に画素値を並べることにより、エッジのステップ応答を得ることができる。
【００４４】
次に、インパルス応答算出部１７ｃ、１８ｃに移り、ステップ応答算出部１７ａ、１８ａで得られたステップ応答を微分することによってインパルス応答に変換する。ここで行う微分は、例えば、ステップ応答の隣接する画素間の差分をとることによって行うことができる。
【００４５】
次に、ＭＴＦ算出部１７ｄ、１８ｄに移り、インパルス応答算出部１７ｃ、１８ｃにより求められたインパルス応答をフーリエ変換することによりＭＴＦを求める。この際、フーリエ変換することより、周波数毎に実数部分と虚数部分が得られ、この実数部分と虚数部分を加算してＭＴＦを取得する。また、ＭＴＦの算出方法については、これに限らず、例えば、ＩＳＯ１２２３３に記載の解像度測定方法を用いてもよい。
【００４６】
次に、図４に基づいて、第一のテストチャートＣＨ１と第二のテストチャートＣＨ２とを用いて、フォーカスレンズ３の合焦位置を求める際の手順を説明する。この、この手順は、ＣＰＵ２４がＲＯＭ２３に格納されたプログラムにもとづいて、各機能部に指令信号を与えて実行する。また、図４におけるＳはステップを表している。
【００４７】
まず、この手順は、オペレータによって焦点調整装置１５に起動信号が入力された際にスタートする。
【００４８】
次いで、Ｓ１０１において、フォーカスレンズ３を所定の初期位置に移動させてＳ１０２に移る。
【００４９】
次いで、Ｓ１０２において、第一のチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２の撮影を開始し、Ｓ１０３において、ＡＦＥ６を介して出力された画像データを焦点検出装置１５に出力する。
【００５０】
次いで、Ｓ１０４において、第一演算部１７において第一のテストチャートＣＨ１における撮像模様のＭＴＦを演算して求めるとともに、第二演算部１８において第二のテストチャートＣＨ２における撮像模様のＭＴＦを演算して求め、その後、Ｓ１０５に移る。
その後、Ｓ１０５に移る。
【００５１】
次いで、Ｓ１０５において、第一演算部１７で算出した所定周波数におけるＭＴＦと第二演算部１８で算出した所定周波数におけるＭＴＦとの差を算出し、その後、Ｓ１０６に移る。
【００５２】
次いで、Ｓ１０６において、第一演算部１７で算出されたＭＴＦと第二演算部１８で算出されたＭＴＦと比較し、両者の差がゼロであるか否かを判定し（所謂、第一のテストチャートＣＨ１を撮影して得られたＭＴＦと第二のテストチャートＣＨ２を撮影して獲られたＭＴＦが一致するか否かを判定する）、Ｓ１０６において、両者の差がゼロである（Ｙｅｓ）の場合には、フォーカスレンズ３が合焦位置にあるとして本処理を終了（ＥＮＤ）し、両者の差がゼロでない（Ｎｏ）の場合には、Ｓ１０７に移る。この際、ＭＴＦは、周波数成分毎の算出が可能であるので、予め定められた高域の周波数成分に対応するＭＴＦを比較すればよい。
【００５３】
次いで、Ｓ１０７において、フォーカスレンズ３を光軸Ｘに沿って所定量分だけ移動させ、その後、Ｓ１０３からＳ１０６を繰り返し、Ｓ１０６において両者の差がゼロに至った際に本処理を終了する。
【００５４】
以上のように、実施例に記載の撮像装置１における焦点調整方法によれば、被写体Ｐの目標位置を介して光軸Ｘ上の前後に、白色と黒色とに画成されている撮像模様を備えた第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２を設定し、フォーカスレンズ３を光軸Ｘ方向に移動させ、第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２の夫々毎に、フォーカスレンズ３の移動量に対応付けて、撮像素子５に結像された撮像模様のＭＴＦをもとめ、第一のテストチャートＣＨ１におけるＭＴＦと第二のテストチャートＣＨ２におけるＭＴＦとが一致するようにフォーカスレンズ３の位置を設定するので、焦点評価値のピーク点が不明瞭であっても精度よく合焦位置を調整できるとともに、その調整を容易にできる。
【００５５】
また、本発明の実施例に記載の撮像装置における焦点調整方法及び焦点調整装置によれば、光軸Ｘ上に沿って離間した第一のテストチャートＣＨ１と第二のテストチャートＣＨ２を同時に撮像でき、焦点調整のための作業が容易であって、且つ、精度良くフォーカスレンズ３の合焦位置を検出できる。
【００５６】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでなく、種各の態様を取ることができる。
【００５７】
例えば、図５に表したように、第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２において、夫々、傾斜エッジを有する複数の撮像模様を備えてもよい。これにより、撮像模様が単数であるよりも、ノイズの影響を低減できて精度良く焦点評価値を得ることができる。また、複数の撮像模様を複数の位置に配置することにより、用途に応じて、画像における焦点位置を設定でき、付加価値を向上できる。
【００５８】
また、本実施例では、第一のテストチャートＣＨ１のＭＴＦ値と第二のテストチャートＣＨ２のＭＴＦ値との差がゼロになる位置を合焦位置としたが、ゼロに代えて予め定められた所定値の範囲に至った際に、合焦位置とするようにしてもよい。
【００５９】
また、本実施例では、白色と黒色の撮像模様を有するチャートを用いたが、その他の色（例えば、赤色、緑色、青色）を有するチャートを用い、特定色成分に対する合焦調整を行ってもよい。
【００６０】
また、本実施例では、フォーカスレンズ３の駆動部１２（電動）を有する、所謂オートフォーカス機能を備えた撮像装置について記載したが、本発明は、オートフォーカス機能を備えた撮像装置に限定されるものではなく、フォーカスレンズ３の位置を手動で調整する撮像装置にも適用できる。また、その際には、例えば、フォーカスレンズ３を、光軸Ｘに沿って羅合させて合焦位置でネジ止めしてもよい。
【００６１】
また、本発明をオートフォカスを有する撮像装置に適用する際には、本発明を用いてフォーカスレンズ３の合焦点を求め、それらをＲＯＭ２３に記憶してオートフォーカスのパラメータとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施例の、撮像装置における焦点調整方法を表した略図であって、（ａ）図に第一、第二のテストチャ−トの設置例を表し、（ｂ）図に検出されるＭＴＦ特性を表している。。
【図２】同実施例における、撮像装置の構成を表すブロック図である。
【図３】同実施例における、ＭＴＦの測定方法を表す図である。
【図４】同実施例における、焦点調整方法の手順を表したフローチャートである。
【図５】図１（ａ）に表したテストチャートの変形例である。
【図６】従来の焦点調整方法の説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…撮像装置、２…前部レンズ、３…フォーカスレンズ、４…フィルタ、５…撮像素子、６…ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）、７…相関二重サンプリング回路、８…可変利得増幅器（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、９…Ａ／Ｄ変換器、１０…フォーカス検出部、１１…センサ、１２…フォーカス駆動部、１３…ＴＧ（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、１５…焦点調整装置、１６…ＭＴＦ演算部、１７…第一演算部、１７ａ，１８ａ…サンプリング数算出部、１７ｂ，１８ｂ…ステップ応答算出部、１７ｃ，１８ｃ…インパルス応答算出部、１７ｄ，１８ｄ…ＭＴＦ算出部、１８…第二演算部、２３…ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、２４…ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、２５…ＭＴＦ比較部、２６…バッファ。
【図１】
2008233481.tif 000003
【図２】
2008233481.tif 000004
【図３】
2008233481.tif 000005
【図４】
2008233481.tif 000006
【図５】
2008233481.tif 000007
【図６】
2008233481.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月4日(2008.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
しかしながら、従来のように山登り方式によるコントラストの最大値やＭＴＦの最大値を求める焦点調整方法によれば、一般に、光軸方向の合焦位置を介して両側に撮像レンズを往復移動させて最もコントラストの良好な位置を検出しなければならないので、焦点調整のための作業性を損なう虞がある（つまり、撮像レンズを一方向に移動させて調整する方法に較べれば、作業性を損なう虞がある）。さらには、デフォーカス量に対するコントラスト特性やＭＴＦ特性がピーク点近傍において平坦に近くてピーク点が明確に表れない場合には、撮像レンズの合焦位置を精度良く調整することが困難になる虞もあった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、請求項１または請求項２に記載の撮像装置における焦点調整方法は、請求項３に記載の発明のように、前記焦点評価値が、前記撮像模様のエッジ部分における空間周波数の成分量を表す指標であることにより、面全体で焦点評価値を得るよりも容易に焦点評価値を得ることができる。つまり、撮像模様が撮像素子に合焦して結像するとエッジが明確に表れて空間周波数の高域成分が強い映像となり、一方、撮像素子に対する合焦位置がずれているとエッジがぼけて表れて空間周波数の高域成分が弱い映像となるので、エッジ像を検知し、検知したエッジ像を微分して点像に変換し、この点像をフーリエ変換して光学系のＭＴＦを求めればよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の撮像装置における焦点調整方法及び焦点調整装置によれば、光軸上において、被写体の目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成されている撮像模様を備えた第一、第二のテストチャートを設定し、撮像レンズを光軸方向に移動させ、第一、第二のテストチャートの夫々毎に、撮像レンズの移動量に対応付けて、撮像素子に結像された撮像模様の焦点評価値をもとめ、第一のテストチャートにおける焦点評価値と第二のテストチャートにおける焦点評価値とが一致するように撮像レンズの位置を設定するので、撮像レンズを介して撮像した被写体像の焦点評価値のピーク点近傍が不明瞭であっても精度よく合焦位置を調整できるとともに、その調整を容易にできる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図１（ａ）に表したように、本実施例の撮像装置における焦点調整方法は、撮像装置１に、光軸Ｘ方向に移動可能に構成されたフォーカスレンズ（所謂、本発明における撮像レンズである）３と、フォーカスレンズ３を介して導かれた被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子５とが備えられ、被写体Ｐと撮像素子５とを結ぶ光軸Ｘ上に沿って、被写体Ｐの目標位置を介して前後に、白色と黒色とに画成されている撮像模様を備えた第一のテストチャートＣＨ１と第二のテストチャートＣＨ２を設定し、フォーカスレンズ３を光軸Ｘに沿って移動させ、焦点調整装置１５を介して、撮像素子５に結像する被写体Ｐ像の焦点が合うように、フォーカスレンズ３の位置を調整する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
ＡＦＥ６は、撮像素子５を介して出力されたアナログ画像信号に対してノイズを除去する相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ：Ｃｏｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）７、相関二重サンプリング回路７で相関二重サンプリングされた画像信号を増幅する可変利得増幅器（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）８、可変利得増幅器８を介して入力された撮像素子５からのアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器９、等によって構成され、撮像素子５から出力された画像信号を、所定のサンプリング周波数でデジタル画像信号に変換し、焦点調整装置１５に出力する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
次に、図３にもとづいて、本実施例におけるＭＴＦの測定方法を説明する。まず、ＭＴＦを求める際には、第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２をフォーカスレンズ３を介して撮像素子５に結像させ、ＡＦＥ６より画像データ（デジタル信号Ｃ）を出力する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に、図３（ｃ）に表したように、画像の一方向を主走査方向、他方向を副走査方向とし（本実施例では、垂直方向を主走査方向、水平方向を副走査方向とする）、撮像素子５で撮影された画像をスキャンする。この際、主走査方向に対しては、サンプリング数Ｐを１ライン分の走査とするようにして、画像を順次スキャンする。そして、図３（ｄ）に表したように、各スキャン位置の画素値を取得することにより、エッジのステップ応答を求める。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
次に、ステップ応答算出部１７ｂ、１８ｂに移り、図３（ｃ）に表したように、まず、１列目の画素を垂直方向に沿ってサンプリング数Ｐの分だけスキャンし、１列目のスキャンが終了したら、水平方向にスキャン位置を移し、再び垂直方向に沿ってサンプリング数Ｐの分だけスキャンし、順次、画像データを垂直方向に沿ってサンプリング数ずつスキャンする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
次に、インパルス応答算出部１７ｃ、１８ｃに移り、ステップ応答算出部１７ｂ、１８ｂで得られたステップ応答を微分することによってインパルス応答に変換する。ここで行う微分は、例えば、ステップ応答の隣接する画素間の差分をとることによって行うことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次に、図４に基づいて、第一のテストチャートＣＨ１と第二のテストチャートＣＨ２とを用いて、フォーカスレンズ３の合焦位置を求める際の手順を説明する。この手順は、ＣＰＵ２４がＲＯＭ２３に格納されたプログラムにもとづいて、各機能部に指令信号を与えて実行する。また、図４におけるＳはステップを表している。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
次いで、Ｓ１０２において、第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２の撮影を開始し、Ｓ１０３において、ＡＦＥ６を介して出力された画像データを焦点調整装置１５に出力する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
次いで、Ｓ１０４において、第一演算部１７において第一のテストチャートＣＨ１における撮像模様のＭＴＦを演算して求めるとともに、第二演算部１８において第二のテストチャートＣＨ２における撮像模様のＭＴＦを演算して求め、その後、Ｓ１０５に移る。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
次いで、Ｓ１０５において、第一演算部１７で算出した所定周波数におけるＭＴＦと第二演算部１８で算出した所定周波数におけるＭＴＦとの差を算出し、その後、Ｓ１０６に移る。この際、ＭＴＦは、周波数成分毎の算出が可能であるので、予め定められた高域の周波数成分に対応するＭＴＦを比較すればよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
次いで、Ｓ１０６において、第一演算部１７で算出されたＭＴＦと第二演算部１８で算出されたＭＴＦとの差がゼロであるか否かを判定し（所謂、第一のテストチャートＣＨ１を撮影して得られたＭＴＦと第二のテストチャートＣＨ２を撮影して獲られたＭＴＦが一致するか否かを判定する）、Ｓ１０６において、両者の差がゼロである（Ｙｅｓ）の場合には、フォーカスレンズ３が合焦位置にあるとして本処理を終了（ＥＮＤ）し、両者の差がゼロでない（Ｎｏ）の場合には、Ｓ１０７に移る。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
以上のように、実施例に記載の撮像装置１における焦点調整方法及び焦点調整装置によれば、被写体Ｐの目標位置を介して光軸Ｘ上の前後に、白色と黒色とに画成されている撮像模様を備えた第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２を設定し、フォーカスレンズ３を光軸Ｘ方向に移動させ、第一のテストチャートＣＨ１及び第二のテストチャートＣＨ２の夫々毎に、フォーカスレンズ３の移動量に対応付けて、撮像素子５に結像された撮像模様のＭＴＦをもとめ、第一のテストチャートＣＨ１におけるＭＴＦと第二のテストチャートＣＨ２におけるＭＴＦとが一致するようにフォーカスレンズ３の位置を設定するので、焦点評価値のピーク点が不明瞭であっても精度よく合焦位置を調整できるとともに、その調整を容易にできる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
また、本発明の実施例に記載の撮像装置１における焦点調整方法及び焦点調整装置によれば、光軸Ｘ上に沿って離間した第一のテストチャートＣＨ１と第二のテストチャートＣＨ２を同時に撮像でき、焦点調整のための作業が容易であって、且つ、精度良くフォーカスレンズ３の合焦位置を検出できる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008233481.tif 000009
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2008233481.tif 000010