JP2007010579A - ピント測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズを固定した状態で正確なピント位置を測定する。
【解決手段】 カメラモジュール60の焦点深度の範囲に5枚のチャートユニット10,20,30,40,50を配置し、これらのチャートユニット10,20,30,40,50のゼブラチャート11a,12a,21a,22a,31a,32a,41a,42a,51a,52a1枚のチャート画像70に投影させる。そして、各チャートユニット10,20,30,40,50の投影像から求まるMTF値の近似曲線を基にカメラモジュール60の焦点を測定する。
【選択図】図2
【解決手段】 カメラモジュール60の焦点深度の範囲に5枚のチャートユニット10,20,30,40,50を配置し、これらのチャートユニット10,20,30,40,50のゼブラチャート11a,12a,21a,22a,31a,32a,41a,42a,51a,52a1枚のチャート画像70に投影させる。そして、各チャートユニット10,20,30,40,50の投影像から求まるMTF値の近似曲線を基にカメラモジュール60の焦点を測定する。
【選択図】図2
Description
本発明は、MTFを利用して撮像装置のピントを測定するピント測定装置に関する。
従来のMTF測定装置は、被撮像対象物である固体撮像素子と、MTF測定用の基準チャートとの間に対物レンズを配し、移動機構により対物レンズを移動させたときの観測像を固体撮像素子により撮像する。移動機構には、パルスモータがついており、MTF測定装置は、対物レンズの位置を記憶する機能を持っている。
MTF測定装置は、一定時間間隔で観測像の画像データを順次取り込み、取り込んだ画像データからMTF値を算出する。これにより、対物レンズの位置とMTF値とからなるMTFディフォーカス特性を取得している(例えば、特許文献1)
特開2004−294076号公報
ところで、近年、携帯電話機のカメラ機能や小型のデジタルカメラには、パンフォーカスの小型カメラモジュールが広く利用されている。パンフォーカスとは、被写界深度を利用して無限遠にまで焦点が合わせられた画像を得るカメラである。パンフォーカスの小型カメラモジュールは、レンズ系が格納された鏡筒と、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などのイメージャとが、接着剤やビス等で固定されてしまったものが多い。このようなカメラモジュールでは、レンズを可動して焦点側からピントの位置を測定するのは困難である。
また、レンズ鏡筒とイメージャを固定した後でも、レンズを可動できる構造にしたと仮定して、ピント位置の測定をする場合、カメラモジュールの設計上の撮影距離にMTF測定用のチャートを配置して、レンズをディフォーカスすることにより、MTFを測定することができる。そして、この測定データからMTFのピーク値、すなわちレンズのピント位置を測定することができるが、レンズの被写界深度の影響により測定値にばらつきがでる可能性が大きかった。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、レンズを固定した状態で正確なピント位置を測定するピント測定装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明を適用したピント測定装置は、撮像装置のピント位置を測定するピント測定装置であって、撮像装置の光軸上に離間して配設された複数のチャートユニットと、撮像装置によって撮像された、各チャートユニットのチャートパターンを組み合わせたチャート画像を入力し、チャート画像を基に各チャートユニットのMTF値を算出するMTF算出部と、各チャートユニットのMTF値を基に近似曲線を作成する曲線出力部と、近似曲線のピーク位置から撮像装置のピント位置を測定するピント測定部とを有し、チャート画像を構成する各チャートパターンの像がチャートユニットごとに区分けされている。
本発明によれば、複数のチャートユニットを光軸上に離間した位置に配置し、複数のチャートユニットのチャートパターンを組み合わせたチャート画像を撮像装置で撮像する。そして、チャート画像から各チャートユニットのMTFを求め、このMTFの近似曲線を基に撮像装置のピントを測定する。これにより、撮像装置のレンズを可動することなく、撮像装置のピントを測定することができる。
以下、図面を参照して本発明を適用したピント測定システム1について説明する。ピント測定システムは、MTF(Modulation Transfer Function)を用いてデジタルカメラ等の部品であるカメラモジュールのピント位置を測定するシステムである。
ピント測定システムは、図1及び図2に示すように、MTF測定用のチャートを配設したチャート撮影ユニット2、カメラモジュール60が撮影したチャート画像をパーソナルコンピュータ4に転送する画像処理ボード3、チャート画像を基にMTF値を算出するパーソナルコンピュータ4、チャート画像やMTF値等を表示する表示装置5を有する。
チャート撮影ユニット2は、撮像装置としてのカメラモジュール60を取り付けるカメラモジュール取付部6と、カメラモジュール60に望遠や広角などの機能を追加するコンバージョンレンズ7と、チャートが印刷された5枚のチャートユニット10,20,30,40,50と、光源9とを備える。
カメラモジュール60は、複数枚のレンズを格納したレンズ鏡筒61と、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を備えたイメージャ部62とから構成される。カメラモジュール60は、無限遠までピントを合わせたパンフォーカスの小型カメラモジュール60であり、デジタルスチルカメラやデジタルムービーカメラ等の部品として使用される。鏡筒61とイメージャ部62とは、ビス又は接着剤等で固定されており、レンズを可動(ディフォーカス)することができないものを想定している。
カメラモジュール取付部6は、図2に示すように、チャート撮影ユニット2の図面下部に設けられる。カメラモジュール60の鏡筒61と対向する位置には、コンバージョンレンズ7が設けられている。
さらに、カメラモジュール60の光軸上には、コンバージョンレンズ7を挟んで、5枚のチャートユニット10,20,30,40,50が設けられている。5枚のチャートユニット10,20,30,40,50は、カメラモジュール60の設計上の焦点を中心として、焦点深度の前側深度(カメラモジュール60側の前端)と後側深度(光源9側の後端)との間に等間隔に配置されている。5枚のチャートユニット10,20,30,40,50は、2本のレール8に取り付けられているが、カメラモジュール60の焦点距離や焦点深度等に合わせて上下方向に移動させることができる。
5枚のチャートユニット10,20,30,40,50の上方には、光源9が設けられている。光源9から出力された光は、5枚のチャートユニット10,20,30,40,50、及び、コンバージョンレンズ7を透過して、カメラモジュール60に投影される。
図3は、チャートユニット10,20,30,40,50の上面図である。チャートユニット10,20,30,40,50は、主に、チャートが印刷されたチャート板とチャート板を固定する正方形のチャート枠とから構成される。チャート板は、ガラスのような透過性の材質にチャートが印刷されている。チャート板は、ガラスが複数枚重なることで光量が下がるのを防ぐため、チャートが印刷された部分以外は切り抜きになっている。
光源9に最も近い位置にあるチャートユニット10は、2枚のチャート板11,12を備える。チャート板11,12には、ピッチ幅d1の斜縞のゼブラチャート11a,11bと、チャートユニット10,20,30,40,50の光量の変化を平均化するための白黒のチャート11b,12bとが印刷されている。チャート板11,12のサイズは、カメラモジュール60の像高の1割乃至1.5割範囲内である。チャート板11,12のサイズをこのように設定することで、光学特性が変化せず、レンズの特性を確実に測定することができる。2枚のチャート板11,12は、チャート枠13の中心に対して点対称であり、一方のチャート板11はチャート枠13の上辺左側、他方のチャート板11はチャート枠13の下辺右側に固定されている。
光源9から2番目に近い位置にあるチャートユニット20は、2枚のチャート板21,22を備える。チャート板21,22には、ピッチ幅d2の斜縞のゼブラチャート21a,22aと、チャートユニット10,20,30,40,50の光量の変化を平均化するための白黒のチャート21b,22bとが印刷されている。チャート板21,22は、上述したチャート板11,12を左右に反転させた形状をしている。一方のチャート板21はチャート枠23の上辺右側、他方のチャート板22はチャート枠23の下辺左側に固定されている。
光源9から3番目に近い位置にあるチャートユニット30は、1枚のチャート板31を備える。このチャート板31には、ピッチ幅d3の縦縞のゼブラチャート31aと、チャートユニット10,20,30,40,50の光量の変化を平均化する白黒のチャート31bとが印刷されている。
光源9から4番目に近い位置にあるチャートユニット40は2枚のチャート板41,42を備える。チャート板41,42には、ピッチ幅d4の斜縞のゼブラチャート41a,42aと、チャートユニット10,20,30,40,50の光量の変化を平均化するための白黒のチャート41b,42bとが印刷されている。チャート板41,42は、上述したチャート板21,22をチャート枠23の対角線(2本の対角線何れでもよい)を中心として反転させた形状をしている。一方のチャート板41はチャート枠43の右辺上側、他方のチャート板42はチャート枠43の左辺下側に固定されている。
カメラモジュール60に最も近い位置にあるチャートユニット50は2枚のチャート板51,52を備える。チャート板51,52には、ピッチ幅d5の斜縞のゼブラチャート51a,52aと、チャートユニット10,20,30,40,50の光量の変化を平均化するための白黒のチャート51b,52bとが印刷されている。チャート板51,52は、上述したチャート枠41,42を上下に反転させた形状をしている。一方のチャート板51はチャート枠53の左辺上側、他方のチャート板52はチャート枠53の右辺下側に固定されている。
5枚のチャートユニット10,20,30,40,50に印刷されたゼブラチャート11a,12a、21a,22a,31a,32a,41a,42a,51a,52aのピッチ幅d1,d2,d3,d4,d5は、カメラモジュール60に投影されたときに同じピッチ幅dになるように計算されている。そのため、最も撮影距離が長いチャートユニット10に印刷されたゼブラチャートのピッチ幅d1が最も広く、カメラモジュール60からの撮影距離が短くなるにつれてゼブラチャートのピット幅がd2、d3、d4と徐々に狭くなる。そして、最も撮影距離が短いチャートユニット50に印刷されたゼブラチャート51a,52aのピッチ幅d5が最も狭くなる。
図4は、5枚のチャートユニット10,20,30,40,50を透過してカメラモジュール60に撮像されたチャート画像70を示す。チャート画像70は、中央部の縦縞のチャート30_1と、中央部のチャート60−1を囲む斜縞のチャート10_1,10_2,20_1,20_2,30_1,40_1,40_2,50_1,50_2と、斜縞模様の外周を囲むチャート80とからなる。中央部の縦縞のチャート30_1はチャートユニット30の撮影像であり、チャート10_1及びチャート10_2はチャートユニット10の撮影像であり、チャート20_1及びチャート20_2はチャートユニット20の撮影像であり、チャート30_1及びチャート30_2はチャートユニット30の撮影像であり、チャート40_1及びチャート40_2はチャートユニット40の撮影像であり、チャート50_1及びチャート50_2はチャートユニット50の撮影像である。チャート画面70では、チャート10_1,10_2,20_1,20_2,30_1,40_1,40_2,50_1,50_2のピッチ幅dが等しい。
中央部の縦縞のチャート10_1,10_2,20_1,20_2,40_1,40_2,50_1,50_2と、中央部を囲む斜縞とチャート30_1とは、空間周波数が等しく(即ち、縞のピッチ幅dが等しく)、MTFの測定に用いられる。また、チャートの周囲のチャート80は、各チャート10_1,10_2,20_1,20_2,30_1,40_1,40_2,50_1,50_2の光量の変化を平均化するために用いられる。
カメラモジュール60で撮影されたチャート画像は、画像処理ボード3を経由して、パーソナルコンピュータ4に出力される。パーソナルコンピュータ4は、MTF値を基に、カメラモジュール60の理論上の焦点と組立誤差などにより生じる実際のピント位置との誤差を測定する焦点誤差測定処理を実行する。図5は、パーソナルコンピュータ4において誤差測定処理を実行する構成を描画したブロック図である。
パーソナルコンピュータ4は、MTF値を算出するMTF算出部71と、算出したMTF値から近似曲線を求める曲線出力部72と、近似曲線のピークからずれ量を測定する焦点誤差測定部73とを備える。
MTF算出部71は、チャートユニット10,20,30,40,50ごとのMTF値を算出する。MTF値は、空間周波数(すなわち、ある範囲におけるチャートの縞の本数)の伝達関数である。MTF算出部71は、各チャートユニット10,20,30,40,50に印刷されたゼブラチャートの空間周波数と、このチャート板10,20,30,40,50を透過したチャート10_1,10_2,20_1,20_2,30_1,40_1,40_2,50_1,50_2の空間周波数との比からMTF値を算出する。なお、1つのチャートユニットが2枚のチャート板が備えるとき、MTF算出部71は、1つのチャートユニットに備えられた2枚のチャート板と、これらのチャート板を透過したチャートとからMTF値の平均値を算出する。
曲線出力部72は、カメラモジュール60の焦点と各チャートユニット10,20,30,40,50との距離、及び各チャート10,20,30,40,50のMTF値をグラフに出力し、このグラフの各点にフィッティングをかけて近似曲線を生成する。図6に曲線出力部72によって生成された近似曲線の一例を説明する。図6のグラフは、横軸にカメラモジュール60の焦点とチャートユニット10,20,30,40,50との距離(μm)、縦軸に各チャートユニット10,20,30,40,50のMTF値としている。この図におけるカメラモジュール60の焦点とは、設計上の焦点である。距離「0」の点が設計上の焦点に相当する。また、距離「40」及び「−40」の点は、焦点深度の後側深度と前側深度に相当する。
チャートユニット30は、設計上の焦点の位置に配設されている。チャートユニット30のMTF値は、距離「0」上にプロットされる。また、チャートユニット10は、カメラモジュール60の後側深度の位置に配設されている。チャートユニット10のMTF値は、距離「40」上にプロットされる。チャートユニット50は、カメラモジュール60の前側深度の位置に配設されている。チャートユニット50のMTF値は、距離「−40」上にプロットされる。また、チャートユニット20は、チャートユニット10とチャートユニット30の中心に配設されている。チャートユニット20のMTF値は、距離「20」上にプロットされる。チャートユニット40は、チャートユニット30とチャートユニット50の中心に配設される。チャートユニット40のMTF値は、距離「−20」上にプロットされる。
焦点誤差測定部73は、近似曲線のピーク(Z位置と記す)を求める。Z位置は、カメラモジュール60の実際のピント位置である。Z位置によりカメラモジュール60の設計上の焦点と実際の焦点との誤差を測定することができる。
以上説明したように、本発明を適用した焦点測定システム1は、カメラモジュール60の焦点深度の範囲に複数のチャートユニット10,20,30,40,50を配置し、これらのチャートユニット10,20,30,40,50のゼブラチャート11a,12a,21a,22a,31a,32a,41a,42a,51a,52aを1枚のチャート画像に投影させる。そして、各チャートユニット10,20,30,40,50の投影像から求まるMTF値の近似曲線を基にカメラモジュール60のピント位置を測定する。
パンフォーカス等のカメラモジュール60では、レンズ系を格納する鏡筒と、CCDやCMOS等のイメージャとが接着剤やビスで固定されているため、レンズ系を移動させながら焦点の位置を測定ができないが、この焦点測定システム1ではレンズを可動することなく、カメラモジュール60のピント位置を測定することができる。
また、本発明を適用した焦点測定システム1では、レンズを可動させる時間が不要であるため、焦点の測定に要する時間を短縮することができる。さらに、撮影距離の異なるチャートを一画面上に撮影するため、レンズの被写界深度の影響による測定値のばらつきがなくなり、測定精度が向上する。
なお、上述した焦点測定システム1は、本発明の一例である、チャートユニットの枚数は、焦点測定システム1の5枚よりも多くても少なくてもよい。また、チャート画像の模様を変形してもよい。図7(a)に示すチャート画像の変形例では、全てのチャートユニットのゼブラチャートを中央部のチャートと同じ縦縞にしている。図7(b)に示すチャート画像の変形例では、中央部のチャートは縦縞であり、中央部のチャートを囲むチャートの斜縞は、チャート画像の中心から外側に向かうような模様になっている。
さらに、上述した焦点測定システム1では、5枚のチャートユニット10,20,30,40,50を等間隔に配置したが、チャートユニットを配置する間隔は不規則でもよい。但し、カメラモジュール60の焦点深度の範囲内に配置した方が効率的である。
1 ピント測定システム、2 チャート撮影ユニット、3 画像処理ボード、4 パーソナルコンピュータ、5 表示装置、6 カメラモジュール取付部、7 コンバージョンレンズ、8 レール、9 光源、10,20,30,40,50 チャートユニット、11a,12a,21a,22a,31a,32a,41a,42a,51a,52a ゼブラチャート、70 チャート画像、71 MTF算出部、72 曲線出力部、73 焦点誤差測定部
Claims (6)
- 撮像装置のピント位置を測定するピント測定装置であって、
上記撮像装置の光軸上に離間して配設された複数のチャートユニットと、
上記撮像装置によって撮像された、各チャートユニットのチャートパターンを組み合わせたチャート画像を入力し、上記チャート画像を基に各チャートユニットのMTF値を算出するMTF算出部と、
上記各チャートユニットのMTF値を基に近似曲線を作成する曲線出力部と、
上記近似曲線のピーク位置から上記撮像装置のピント位置を測定する焦点測定部と
を有し、
上記チャート画像を構成する各チャートパターンの像がチャートユニット毎に区分けされている
ことを特徴とするピント測定装置。 - 各チャートユニットのチャートパターンのピッチ幅は、上記チャート画像における全てのチャートユニットの像が同じピッチ幅になるように設定されていることを特徴とする請求項1記載のピント測定装置。
- 上記チャートユニットは、上記撮像装置の焦点深度の範囲内に配置されることを特徴とする請求項1記載のピント測定装置。
- 上記複数のチャートユニットには、上記撮像装置の焦点深度の前端の位置に配置されるチャートユニットと、上記撮像装置の焦点深度の後端の位置に配置されるチャートユニットとが含まれることを特徴とする請求項1記載のピント測定装置。
- 上記チャートユニットのチャートパターンは、光学的特性の変化の少ない像高範囲内に配置されていることを特徴とする請求項1記載のピント測定装置。
- 上記チャートユニットは、上記撮像装置の光軸に沿って可動であることを特徴とする請求項1記載のピント測定装置。
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