JP2009216450A

JP2009216450A - Ｍｔｆ測定装置およびｍｔｆ測定方法

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Publication number: JP2009216450A
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Inventors: Shun Ri; 駿李
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Abstract

【課題】レンズを含まない撮像素子だけのＭＴＦを測定できるようにする。
【解決手段】光非透過領域を有するチャート１に光源２から光を照射することにより、ＭＴＦの測定対象である撮像素子１００にチャート像（光非透過領域により光源からの光が遮断されるとともにその周囲の光透過領域により光源からの光が透過することによって形成されるチャート像）を投影させる。そして、このとき撮像素子１００から出力される画素信号を用いてＭＴＦ算出部３がＭＴＦを算出することにより、光源２からチャート１に向かって照射される光によって、レンズを介さずに撮像素子１００にチャート像を投影させることができるようにして、レンズを含まない撮像素子１００だけのＭＴＦを求めることができるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズおよび撮像素子を含む撮像系の品質評価を行うためのパラメータとしてのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を測定するＭＴＦ測定装置およびＭＴＦ測定方法に関するものである。

撮像系の性能を評価する指標の１つに、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）がある。ＭＴＦは、撮像系の結像性能を知るために、被写体の持つコントラストをどの程度忠実に再現できるかを空間周波数特性として表現したものである。空間周波数は、１[ｍｍ]当たりに含まれるパターン数を示すものである。横軸に像高（画面中心からの距離）をとり、縦軸にコントラストの値を示したものが、いわゆるＭＴＦ曲線である。

デジタルカメラのＭＴＦ測定方法は、ＩＳＯ（International Organization for Standardization）１２２３３で定められている。また、このＩＳＯ１２２３３に基づきＭＴＦを測定する手法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。ＩＳＯによるＭＴＦ測定方法では、シャープなエッジを有するＭＴＦ測定用チャートを被写体として撮像装置が撮影することによって取り込んだ画像から、エッジ部分の画素値（以下、エッジ応答という）を抽出する。そして、抽出したエッジ応答に基づいてフーリエ変換を含む所定の演算を行うことにより、ＭＴＦを求める。
特開平９−９８２９２号公報特開２００１−３２４４１３号公報

上記従来のＭＴＦ測定方法で測定されるＭＴＦは、レンズ等の結像光学系と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の撮像素子とを含む撮像系全体の性能を表す総合ＭＴＦである。従来のＭＴＦ測定方法では、撮像系を含む撮像装置によってＭＴＦ測定用チャートを実際に撮影することによって取り込んだ画像からＭＴＦを算出するように成されているからである。

これに対して、例えばセンサメーカには、レンズを含まないセンサだけのＭＴＦを知りたいという要求がある。また、例えばレンズメーカには、センサを含まないレンズだけのＭＴＦを知りたいという要求がある。しかしながら、従来は、センサだけのＭＴＦおよびレンズだけのＭＴＦを測定する手法や装置が提供されておらず、そのようなＭＴＦの測定が困難であるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、レンズを含まない撮像素子だけのＭＴＦを測定できるようにすることを目的とする。また、本発明は、撮像素子を含まないレンズだけのＭＴＦを測定できるようにすることをも目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、光非透過領域を有するチャートに当該チャートの背後から光を照射することにより、レンズ等の結像光学系を介さずに、ＭＴＦの測定対象である撮像素子にチャート像（光非透過領域により光源からの光が遮断されるとともにその周囲の光透過領域により光源からの光が透過することによって形成されるチャート像）を投影させる。そして、このとき撮像素子から出力される画素信号を用いて、当該撮像素子のＭＴＦを算出するようにしている。

また、本発明の他の態様では、撮像素子のＭＴＦを算出することに加えて、チャートと撮像素子との間の距離および撮像素子上での入射光の強度分布に基づいて、チャートの背後からの光がチャートで回折して撮像素子に投影して得られる回折像に基づくＭＴＦを回折ＭＴＦとして求め、撮像素子のＭＴＦおよび回折ＭＴＦから更に、回折の影響を除いた撮像素子だけの論理ＭＴＦを算出するようにしている。

また、本発明の更に他の態様では、上述のように撮像素子のＭＴＦを算出するとともに、以下のようにしてレンズのＭＴＦを算出する。すなわち、エッジ模様を有する第２のチャートと撮像素子との間にＭＴＦの測定対象であるレンズを配置し、当該レンズを通して第２のチャートが撮像素子に結像することによって形成される第２のチャート像が光電変換されて出力される画素信号から、撮像素子およびレンズを含む撮像系の総合ＭＴＦを算出する。そして、撮像素子のＭＴＦおよび撮像系の総合ＭＴＦから更にレンズのＭＴＦを算出する。

ここで、チャートと、第２のチャート、レンズおよび撮像素子を含む撮像系との相対位置関係を変化させる可動ユニットを更に備え、可動ユニットは、撮像素子のＭＴＦを算出する第１の測定モードでは、チャートの背後からの光が当該チャートを介して撮像素子に届く位置に相対位置関係を設定し、総合ＭＴＦを算出する第２の測定モードでは、第２のチャート、レンズおよび撮像素子を結ぶ光学軸上からチャートが退避する位置に相対位置関係を設定する。

上記のように構成した本発明によれば、チャートの背後から当該チャートに向かって照射される光によって、レンズを介さずに撮像素子にチャート像を投影させることができる。これにより、チャート像が撮像素子により光電変換されて出力される画素信号からＭＴＦを算出することで、レンズを含まない撮像素子だけのＭＴＦを求めることができる。

また、本発明の他の態様によれば、回折光に起因する回折ＭＴＦが理論演算により算出され、当該回折ＭＴＦと撮像素子のＭＴＦとから更に、回折の影響を除いた撮像素子だけの論理ＭＴＦが算出される。チャートの背後からの光をチャートに照射してチャート像を撮像素子に投影させた場合、そのチャート像を光電変換して得られる画素信号から算出されるＭＴＦには、チャートにて回折した光の影響が含まれている。チャートと撮像素子との間の距離が大きいほどこの影響は大きくなるが、本発明の他の態様によれば、回折光に起因する回折ＭＴＦが算出され、その回折ＭＴＦをなくした撮像素子の論理ＭＴＦが算出されるので、チャートと撮像素子との間の距離の大きさによらず、チャートでの回折光の影響を受けずに、撮像素子だけの正確なＭＴＦを求めることができる。

また、本発明の更に他の態様によれば、上述した撮像素子だけのＭＴＦに加えて、レンズを通して第２のチャートを撮影することによって得られる第２のチャート像が撮像素子により光電変換されて出力される画素信号から、撮像素子およびレンズを含む撮像系の総合ＭＴＦが算出される。通常、ＭＴＦの演算に使用する信号を得るために撮像素子は必要であるから、レンズだけのＭＴＦを直接求めることはできないが、本発明の更に他の態様によれば、撮像素子だけのＭＴＦと撮像素子およびレンズを含む撮像系の総合ＭＴＦとが算出されるので、両ＭＴＦから撮像素子を含まないレンズだけのＭＴＦを求めることができる。

また、本発明の更に別の態様によれば、上述した撮像素子だけのＭＴＦに加えて、チャートの背後からチャートに向かって照射される光によってレンズを通して撮像素子にチャート像が結像し、当該チャート像が撮像素子により光電変換されて出力される画素信号から、撮像素子およびレンズを含む撮像系の総合ＭＴＦが算出される。このように、本発明の更に別の態様においても、撮像素子だけのＭＴＦと撮像素子およびレンズを含む撮像系の総合ＭＴＦとが算出されるので、両ＭＴＦから撮像素子を含まないレンズだけのＭＴＦを求めることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態によるＭＴＦ測定装置の構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態によるＭＴＦ測定装置は、光を透過させない光非透過領域を有するチャート１と、チャート１に光を照射する光源２と、ＭＴＦの測定対象である撮像素子（例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）１００から出力される画素信号を用いてＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部３とを備えている。

図２は、チャート１の例を示す図である。図２に示すように、チャート１は、例えば透明フィルムまたは透明ガラス等から成る矩形形状をした平板状の光透過部材に、斜めのエッジ模様を形成することによって構成されている。エッジ模様は、例えば、光を透過させない材料をペイント、印刷、蒸着などの手段によって形成する。このようにチャート１は、光を透過させないエッジ模様の光非透過領域２１と、その周囲の光透過領域２２とを有している。

なお、チャート１は、図２に示したものとは逆に、エッジ模様の部分を光透過領域とし、その周囲の部分を光非透過領域としても良い。また、チャート１は、光非透過領域２１のみで構成しても良い。すなわち、光透過部材にエッジ模様を形成することによってチャート１を構成する代わりに、当該エッジ模様の形状をした光非透過部材によりチャート１を構成しても良い。この場合、光非透過部材そのものが光非透過領域２１に相当し、その周囲の空間が光透過領域２２に相当する。

光源２は、チャート１に光を照射するものである。図１に示すように、チャート１は、ＭＴＦの測定対象である撮像素子１００に近接するように、撮像素子１００の前側（光源２と撮像素子１００との間）に配置する。チャート１と撮像素子１００との間には、レンズ等の結像光学系は存在しない。この状態で光源２は、光非透過領域２１およびその周囲の光透過領域２２を含むチャート１の全体領域に対して、当該チャート１の背後（撮像素子１００がある側とは逆側）から光を照射する。このとき、光非透過領域２１では光源２からの光が遮断され、光透過領域２２では光源２からの光が透過する。これにより、チャート１の背面に配置された撮像素子１００には、光非透過領域２１の形状が影領域となっているチャート像が投影される。

図１に示すように、第１の実施形態では、チャート１と撮像素子１００との間にも、チャート１と光源２との間にもレンズを配置していない。そのため、光源２から照射する光は、拡散光よりも、光非透過領域２１の影が出やすい平行光である方が好ましい。具体的には、光源２を点光源により構成するのが好ましい。この場合、光源２とチャート１の中心とを結ぶ直線である投影中心線に対して撮像素子１００の結像面が直角に交わるように（投影中心線に対して撮像素子１００の結像面が法平面となるように）、光源２を配置するのが好ましい。このように光源２を配置すれば、チャート１のエッジ模様と、撮像素子１００に投影する影の輪郭とが相似形となり、チャート像に歪みがなくなるからである。なお、本実施形態において、チャート像に歪みが生じるとＭＴＦが測定できなくなる訳ではないので、投影中心線に対して撮像素子１００の結像面が厳密に法平面となるようにする必要は必ずしもない。

本実施形態では、チャート１および光源２は、ＭＴＦ測定装置の所定の位置に固定されている。また、チャート１の後側（光源２とは反対側）には、撮像素子１００を着脱可能にするための機構（以下、センサ着脱機構という）が設けられており、ＭＴＦを測定したい撮像素子１００をこのセンサ着脱機構に装着できるように構成されている。センサ着脱機構は、撮像素子１００が装着された状態において、光源２とチャート１の中心とを結ぶ投影中心線に対して撮像素子１００の結像面が法平面となるように構成されている。

撮像素子１００は、チャート１が投影されたチャート像を光電変換して画素信号を出力する。ＭＴＦ算出部３は、画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイコンあるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とを備えて構成される。具体的な処理としてＭＴＦ算出部３は、撮像素子１００より出力された画素信号からエッジ部分の画素値（エッジ応答）を抽出する。そして、抽出したエッジ応答に基づいて所定の演算を行うことにより、ＭＴＦを求める。ここで行うＭＴＦ算出のための演算は、公知の手法を適用することが可能である。本実施形態においては特に演算の手法を限定するものではないが、例えば図３に示す手法によってＭＴＦを算出することが可能である。

図３は、ＩＳＯ１２２３３で定められたＭＴＦ測定方法を示す図である。図３（ａ）は、撮像素子１００に投影したチャート像の一部を示す。四角い枠の１つ１つが画素を示し、画素内の●、■、○、□が画素値を示している。チャート像はシャープなエッジを有している。そのエッジは、図３（ａ）のチャート像上では左から３番目の画素部分に斜めに存在しており、エッジより左側の輝度が暗く（光非透過領域２１に相当）、右側の輝度が明るくなっている（光透過領域２２に相当）。

このようなチャート像の画素信号に対し、水平方向（主走査方向）のライン毎に、離散的な微分係数を用いて画素値を微分する（図３（ｂ））。そして、この微分値を利用して、エッジの傾斜を近似した最適フィットラインを計算により求める（図３（ｃ）の上段）。さらに、求めた最適フィットラインを利用して、微分された画素値をシフトすることによって１つのコンポジットラインを求め（図３（ｃ）の下段）、図３（ｄ）のような広がり関数を得る。この広がり関数に対して窓掛け演算を行うことによってノイズ成分を除去し（図３（ｅ））、最後にフーリエ変換を行うことによってＭＴＦを得る（図３（ｆ））。

次に、上記のように構成した第１の実施形態によるＭＴＦ測定装置の動作、すなわち、第１の実施形態によるＭＴＦ測定方法の処理手順を説明する。図４は、第１の実施形態によるＭＴＦ測定装置の動作例を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、例えば、オペレータによってＭＴＦ測定装置に電源が投入されたときにスタートする。なお、この時点で既に、ＭＴＦの測定対象である撮像素子１００がＭＴＦ測定装置のセンサ着脱機構に装着されているものとする。

図４において、ＭＴＦ算出部３は、演算途中のデータを格納するバッファ（図示せず）や演算結果のデータを格納するメモリ（図示せず）などをクリアすることにより、ＭＴＦ算出部３自身を初期化する（ステップＳ１）。次に、光源２は、光非透過領域２１およびその周囲の光透過領域２２を含むチャート１の全体領域に光を照射する（ステップＳ２）。

光源２からの光の照射によって、光非透過領域２１により光源２からの光が遮断されるとともに光透過領域２２により光源２からの光が透過することによって形成されるチャート像が撮像素子１００に投影されると、撮像素子１００は、チャート像を光電変換して画素信号を出力する（ステップＳ３）。そして、ＭＴＦ算出部３は、撮像素子１００から出力される画素信号を用いて、撮像素子１００のＭＴＦを算出する（ステップＳ４）。

以上詳しく説明したように、第１の実施形態では、光非透過領域２１を有するチャート１に光源２から光を照射することにより、ＭＴＦの測定対象である撮像素子１００にチャート像を投影させる。そして、このとき撮像素子１００から出力される画素信号を用いて、当該撮像素子１００のＭＴＦを算出するようにしている。このように構成した第１の実施形態によれば、光源２からチャート１に向かって照射される光によって、レンズを介さずに撮像素子１００にチャート像を投影させることができる。これにより、レンズを含まない撮像素子１００だけのＭＴＦを求めることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明による第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図５は、第２の実施形態によるＭＴＦ測定装置の構成例を示す図である。なお、図５において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。

図５に示すように、第２の実施形態によるＭＴＦ測定装置は、チャート１と、光源２と、ＭＴＦの測定対象である撮像素子１００から出力される画素信号を用いてＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部１３とを備えている。ＭＴＦ算出部１３は、第１の実施形態で説明した撮像素子１００のＭＴＦ（以下、センサ実測ＭＴＦという）を用いて、チャート１での光の回折による影響を除いた撮像素子１００の論理的なＭＴＦ（以下、センサ論理ＭＴＦという）を更に算出する。

チャート１の全体領域に光源２から光を照射した場合、第１の実施形態と同様の手法によってＭＴＦ算出部１３により算出されるセンサ実測ＭＴＦには、チャート１にて回折した光の影響が含まれている。チャート１と撮像素子１００との間の距離ｄが小さいほどこの影響は小さくなるが、第２の実施形態では、距離ｄが大きくなっても撮像素子１００だけのＭＴＦをできるだけ正確に求めることができるようにするために、チャート１での回折光の影響を演算により除去する。

そのためにＭＴＦ算出部１３は、光源２からの光がチャート１を回折して撮像素子１００に入射することによって生じる回折像に基づくＭＴＦ（以下、回折ＭＴＦという）を算出する。センサ実測ＭＴＦと回折ＭＴＦとを算出できれば、ＭＴＦ伝搬原理により、センサ論理ＭＴＦを次の（式１）によって求めることができる。
センサ論理ＭＴＦ＝センサ実測ＭＴＦ／回折ＭＴＦ・・・（式１）
なお、回折ＭＴＦの値がゼロになるかもしれないことを考慮して、次の（式２）によってセンサ論理ＭＴＦを求めるようにしても良い。
センサ論理ＭＴＦ＝センサ実測ＭＴＦ／（回折ＭＴＦ＋ｋ）・・・（式２）
（ただし、ｋは微小な正の定数であり、例えばｋ＝０．０１）

以下に、回折ＭＴＦを求める際の演算例を示す。図６は、チャート１においてフレネル回折が生じた場合に撮像素子１００に投影される光の分布の様子を示す図である。なお、この図６では、矩形をしたチャート１の平面に平行な方向で縦方向をｘ軸、同平面に平行な方向で横方向をｙ軸、同平面に垂直な方向をｚ軸とした場合において、ｘ軸方向に生じたフレネル回折により撮像素子１００に投影されるｘ軸方向の光分布の様子を示している。

光源２から照射される実際の光は多数の波長を含んでいる。この場合には一般的に、フレネル回折理論により、撮像素子１００上での光分布は、次の（式３）により表される。ここで、（式３）においてｄはチャート１と撮像素子１００との間の距離、λは撮像素子１００に対する入射光の波長、Ｉ（ｘ，λ）は撮像素子１００上における波長λの光に対するｘ方向（縦方向）の強度分布を示す。また、ｔは積分用の一時変数である。なお、距離ｄは設計値によって既知である。または、図示しない距離センサによって距離ｄを測定するようにしても良い。

光源２から照射される光が非コヒーレントの場合は、撮像素子１００での統合光分布は、次の（式４）のようになる。非コヒーレント光とは、自然光のように多数の波長を含み、各波長間に相関性がない光のことを言う。この場合、撮像素子１００上での統合光分布は、各波長の光の振幅ではなく、各波長の光の強度の足し算によって求められる。なお、（式４）においてＳ（λ）は撮像素子１００の波長感度依存性、Ｅ（λ）は入射光の波長に対する分布、（λ_１、λ_２）は入射光の波長範囲（入射光に含まれる波長の最小値がλ_１、最大値がλ_２）である。Ｅ（λ）および（λ_１、λ_２）は実際に使用される光源２のスペックにより既知である。なお、Ｅ（λ）が既知でない場合、Ｅ（λ）＝１としても良い。

上記（式４）におけるＩ（ｘ）が回折によるエッジ応答である。ＭＴＦ算出部３は、この回折によるエッジ応答Ｉ（ｘ）を用いて、センサ実測ＭＴＦを求めるのと同様の手法により回折ＭＴＦを求めることができる。回折ＭＴＦを求めることができれば、上述の（式１）または（式２）からセンサ論理ＭＴＦを求めることができる。このように、第２の実施形態によれば、チャート１と撮像素子１００との間の距離ｄが大きい場合でも、チャート１での回折光の影響を受けずに、撮像素子１００だけのＭＴＦとして正確なセンサ論理ＭＴＦを求めることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明による第３の実施形態を図面に基づいて説明する。図７は、第３の実施形態によるＭＴＦ測定装置の構成例を示す図である。なお、図７において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。

第３の実施形態では、撮像素子１００のＭＴＦに加えて、レンズ２００のＭＴＦを測定する。すなわち、第３の実施形態においても、撮像素子１００を着脱可能にするためのセンサ着脱機構がＭＴＦ測定装置の固定位置に設けられており、ＭＴＦを測定したい撮像素子１００をこのセンサ着脱機構に装着できるように構成されている。また、レンズ２００を着脱可能にするためのレンズ着脱機構も別にＭＴＦ測定装置の固定位置に設けられており、ＭＴＦを測定したいレンズ２００をこのレンズ着脱機構に装着できるように構成されている。

図７に示すように、第３の実施形態によるＭＴＦ測定装置は、チャート１と、光源２と、エッジ模様を有する第２のチャート４と、反射鏡５と、ＭＴＦ算出部２３と、可動ユニット３１と、モード切替部３２と、ユニット駆動部３３とを備えている。ＭＴＦ算出部２３、モード切替部３２およびユニット駆動部３３は、画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、マイコンあるいはＤＳＰとを備えて構成される。

チャート１、光源２および反射鏡５は、可動ユニット３１として構成されている。すなわち、チャート１、光源２および反射鏡５は、可動ユニット３１内の所定の位置に固定されている。可動ユニット３１は、ユニット駆動部３３により駆動される移動機構（図示せず）を備えている。当該移動機構を駆動して可動ユニット３１を移動させることにより、チャート１と光源２と反射鏡５とを一体として移動させることが可能である。

可動ユニット３１が移動して停止する位置は、少なくとも２箇所である。第１の停止位置は、図７（ａ）に示すように、光源から照射された光が反射鏡５で反射して撮像素子１００に届く位置である。可動ユニット３１が第１の停止位置にあるとき、チャート１と撮像素子１００との位置関係は、第１の実施形態と同じとなる。

すなわち、第１の停止位置においてチャート１は、センサ着脱機構に装着された撮像素子１００に近接するように撮像素子１００の前側に配置される。センサ着脱機構に撮像素子１００が装着された状態において、反射鏡５とチャート１の中心とを結ぶ投影中心線に対して撮像素子１００の結像面が法平面となるように構成されている。この状態で光源２は、反射鏡５を介して、光非透過領域２１およびその周囲の光透過領域２２を含むチャート１の全体領域に光を照射する。これにより、チャート１の背面に配置された撮像素子１００に対して、光非透過領域２１の形状が影領域となっているチャート像が投影される。

可動ユニット３１の第２の停止位置は、図７（ｂ）に示すように、第２のチャート４、ＭＴＦの測定対象であるレンズ２００および撮像素子１００を結ぶ光学軸上から可動ユニット３１が退避する位置である。可動ユニット３１が第２の停止位置にあるとき、撮像素子１００およびレンズ２００を用いて第２のチャート４を普通に撮影することが可能である。なお、撮像素子１００およびレンズ２００が共に着脱機構に装着されている場合、第２のチャート４と撮像素子１００との間にレンズ２００が配置される。第２のチャート４は、レンズ２００のＭＴＦを算出するために撮影される矩形の被写体であり、図２に示したチャート１と同様のエッジ模様を有している。第２のチャート４がチャート１と異なるのは、乳白色板あるいは拡散反射板から成り、拡散光を発する点である。

モード切替部３２は、以下に述べる第１の測定モードと第２の測定モードとの切替を行う。第１の測定モードは、光源２からの光をチャート１に照射することによって撮像素子１００に投影されるチャート像が当該撮像素子１００により光電変換されて出力される画素信号からＭＴＦを測定するモードである。一方、第２の測定モードは、レンズ２００を通して第２のチャート４が撮像素子１００に結像することによって形成される第２のチャート像が当該撮像素子１００により光電変換されて出力される画素信号からＭＴＦを測定するモードである。

ユニット駆動部３３は、可動ユニット３１の移動機構（図示せず）を駆動して、可動ユニット３１を第１の停止位置または第２の停止位置に移動させる。具体的には、ユニット駆動部３３は、モード切替部３２により第１の測定モードが設定されているときは、光源２からの光が撮像素子１００に届く第１の停止位置に可動ユニット３１を移動させる。また、ユニット駆動部３３は、モード切替部３２により第２の測定モードが設定されているときは、第２のチャート４、レンズ２００および撮像素子１００を結ぶ光学軸上から退避する第２の停止位置に可動ユニット３１を移動させる。

ＭＴＦ算出部２３は、第１の測定モードにおいて算出されるＭＴＦを撮像素子１００のＭＴＦとして求めるとともに、第２の測定モードにおいて算出されるＭＴＦを撮像素子１００およびレンズ２００を含む撮像系の総合ＭＴＦとして求める。さらに、ＭＴＦ算出部２３は、撮像素子１００のＭＴＦおよび撮像系の総合ＭＴＦからレンズ２００のＭＴＦを算出する。

すなわち、第１の測定モードにおいて、撮像素子１００に投影されるチャート像は、レンズ２００を通らずに撮像素子１００に入射されたチャート１の透過光（光源２からの光）により形成されるものである。したがって、第１の測定モードでは、レンズ２００を含まない撮像素子１００だけのＭＴＦが算出される。

一方、第２の測定モードにおいて、撮像素子１００に結像する第２のチャート像は、レンズ２００を通して撮像素子１００に入射された第２のチャート４からの光（自然光が第２のチャート４で反射した光）により形成されるものである。したがって、第２の測定モードでは、撮像素子１００およびレンズ２００を含む撮像系の総合ＭＴＦが算出される。なお、ここでは自然光を用いて撮像素子１００が第２のチャート４を普通に撮像する例について説明したが、光源２とは別の光源（図示せず）を設けて、当該別の光源から第２のチャート４の正面（撮像素子１００が存在する側）に向かって光を照射し、その反射光により第２のチャート像を撮像素子１００に結像させるようにしても良い。

さらに、ＭＴＦ伝搬原理により、撮像系の総合ＭＴＦは、次の（式５）により表される。
総合ＭＴＦ＝センサＭＴＦ×レンズＭＴＦ・・・（式５）
ここで、センサＭＴＦは撮像素子１００だけのＭＴＦ、レンズＭＴＦはレンズ２００だけのＭＴＦである。なお、センサＭＴＦは、第１の実施形態で説明したセンサ実測ＭＴＦであっても良いし、第２の実施形態で説明したセンサ論理ＭＴＦであっても良い。

上記（式５）により、総合ＭＴＦとセンサＭＴＦとが分かれば、レンズＭＴＦを次の（式６）により求めることができる。
レンズＭＴＦ＝総合ＭＴＦ／センサＭＴＦ・・・（式６）
なお、センサＭＴＦの値がゼロになるかもしれないことを考慮して、次の（式７）によってレンズＭＴＦを求めるようにしても良い。
レンズＭＴＦ＝総合ＭＴＦ／（センサＭＴＦ＋ｋ）・・・（式７）
（ただし、ｋは微小な正の定数であり、例えばｋ＝０．０１）

次に、上記のように構成した第３の実施形態によるＭＴＦ測定装置の動作、すなわち、第３の実施形態によるＭＴＦ測定方法の処理手順を説明する。図８は、第３の実施形態によるＭＴＦ測定装置の動作例を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、例えば、オペレータによってＭＴＦ測定装置に電源が投入されたときにスタートする。なお、この時点で既に、ＭＴＦの測定対象である撮像素子１００およびレンズ２００が共にＭＴＦ測定装置の着脱機構に装着されているものとする。

図８において、ＭＴＦ算出部２３は、演算途中のデータを格納するバッファ（図示せず）や演算結果のデータを格納するメモリ（図示せず）などをクリアすることにより、ＭＴＦ算出部２３自身を初期化する（ステップＳ１１）。次に、モード切替部３２は、第１の測定モードに切り替える（ステップＳ１２）。これに応じてユニット駆動部３３は、可動ユニット３１を図７（ａ）に示す第１の停止位置に移動させる（ステップＳ１３）。

この状態で光源２は、反射鏡５を介してチャート１の全体領域に光を照射する（ステップＳ１４）。光源２からの光の照射によってチャート像が撮像素子１００に投影されると、撮像素子１００は、チャート像を光電変換して画素信号を出力する（ステップＳ１５）。そして、ＭＴＦ算出部２３は、撮像素子１００から出力される画素信号を用いて、撮像素子１００のＭＴＦを算出する（ステップＳ１６）。

次に、モード切替部３２は、第２の測定モードに切り替える（ステップＳ１７）。これに応じてユニット駆動部３３は、可動ユニット３１を図７（ｂ）に示す第２の停止位置に移動させる（ステップＳ１８）。この状態で撮像素子１００は、レンズ２００を通して第２のチャート４を撮像する。すなわち、撮像素子１００と第２のチャート４との間に配置されたレンズ２００を通して第２のチャート４を撮像素子１００に結像させる（ステップＳ１９）。

第２のチャート像が撮像素子１００に結像すると、撮像素子１００は、第２のチャート像を光電変換して画素信号を出力する（ステップＳ２０）。そして、ＭＴＦ算出部２３は、撮像素子１００から出力される画素信号を用いて、撮像素子１００およびレンズ２００を含む撮像系の総合ＭＴＦを算出する（ステップＳ２１）。さらに、ＭＴＦ算出部２３は、ステップＳ１６で求めた撮像素子１００のＭＴＦと、ステップＳ２１で求めた撮像系の総合ＭＴＦとから、レンズ２００のＭＴＦを算出する（ステップＳ２２）。

以上詳しく説明したように、第３の実施形態では、可動ユニット３１を第１の停止位置に移動させて、第１の実施形態または第２の実施形態のように撮像素子１００だけのＭＴＦを算出する。また、可動ユニット３１を第２の停止位置に移動させて、撮像素子１００およびレンズ２００を含む撮像系の総合ＭＴＦを算出する。そして、撮像素子１００のＭＴＦおよび撮像系の総合ＭＴＦから更にレンズ２００のＭＴＦを算出するようにしている。ＭＴＦの算出に使用する画素信号は撮像素子１００から出力されるので、通常は、撮像素子１００を含まないレンズ２００だけのＭＴＦを直接求めることはできない。しかし、第３の実施形態によれば、撮像素子１００だけのＭＴＦと撮像素子１００およびレンズ２００を含む撮像系の総合ＭＴＦとの両方を算出することができるので、両ＭＴＦから撮像素子１００を含まないレンズ２００だけのＭＴＦを演算によって求めることができる。

なお、上記第３の実施形態では、可動ユニット３１内にチャート１と光源２と反射鏡５とを備え、光源２から発射した光を反射鏡５で反射させてチャート１に照射するようにしたが、この構成に限定されない。例えば、反射鏡５を省略し、第１の実施形態と同様に光源２から発射した光をチャート１にダイレクトに照射するようにしても良い。

また、上記第３の実施形態では、最初に第１の測定モードを設定して撮像素子１００のＭＴＦを算出し、次に第２の測定モードを設定して撮像系の総合ＭＴＦを算出する例について説明したが、順番はこの逆でも良い。

また、第３の実施形態では、チャート１を可動ユニット３１の内部に構成し、チャート１を移動させることによって、チャート１と、第２のチャート４、レンズ２００および撮像素子１００から成る撮像系との相対位置関係を変化させるようにしたが、これに限定されない。例えば、チャート１と光源２と反射鏡５とを固定しておき、第２のチャート４、レンズ２００および撮像素子１００を可動ユニットにより構成することにより、第２のチャート４、レンズ２００および撮像素子１００をチャート１に対して相対的に移動させるようにしても良い。

なお、上記第２の実施形態において、回折ＭＴＦの値がゼロになる場合があることを考慮して、センサ論理ＭＴＦを（式２）により求める例について説明したが、これに限定されない。例えば、回折ＭＴＦの値がゼロであるか否かを判定し、ゼロでない場合は（式１）によりセンサ論理ＭＴＦを求め、ゼロである場合に（式２）によりセンサ論理ＭＴＦを求めるようにしても良い。このようにすれば、できるだけ正確な値のセンサ論理ＭＴＦを求めることができる。

また、上記第３の実施形態において、センサＭＴＦの値がゼロになる場合があることを考慮して、レンズＭＴＦを（式７）により求める例について説明したが、これに限定されない。例えば、センサＭＴＦの値がゼロであるか否かを判定し、ゼロでない場合は（式６）によりレンズＭＴＦを求め、ゼロである場合に（式７）によりレンズＭＴＦを求めるようにしても良い。このようにすれば、できるだけ正確な値のレンズＭＴＦを求めることができる。

その他、上記第１〜第３の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

第１の実施形態によるＭＴＦ測定装置の構成例を示す図である。第１〜第３の実施形態で使用するチャートの例を示す図である。ＩＳＯで定められたＭＴＦ測定方法を示す図である。第１の実施形態によるＭＴＦ測定装置の動作例を示すフローチャートである。第２の実施形態によるＭＴＦ測定装置の構成例を示す図である。チャートにおいてフレネル回折が生じた場合に撮像素子に投影される光の分布の様子を示す図である。第３の実施形態によるＭＴＦ測定装置の構成例を示す図である。第３の実施形態によるＭＴＦ測定装置の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１チャート
２光源
３，１３，２３ＭＴＦ算出部
４第２のチャート
５反射鏡
３１可動ユニット
３２モード切替部
３３ユニット駆動部
１００撮像素子
２００レンズ

Claims

光非透過領域を有するチャートと、
撮像素子から出力される画素信号を用いてＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部とを備え、
上記チャートの上記光非透過領域およびその周囲の光透過領域を含む領域に上記チャートの背後から光を照射し、上記光非透過領域により上記光源からの光が遮断されるとともに上記光透過領域により上記光源からの光が透過することによって形成されるチャート像であって、上記光非透過領域の形状が影領域となっている上記チャート像を上記ＭＴＦの測定対象である上記撮像素子に結像光学系を挟まずに投影し、上記撮像素子が上記チャート像を光電変換して上記画素信号を出力するようにし、
上記ＭＴＦ算出部は、上記画素信号を用いて算出される上記ＭＴＦを上記撮像素子のＭＴＦとして求めることを特徴とするＭＴＦ測定装置。
上記ＭＴＦ算出部は、上記撮像素子のＭＴＦに加えて、上記チャートと上記撮像素子との間の距離および上記チャートの背後から照射される光に含まれる各波長の光が上記撮像素子に入射したときに生じる入射光の強度分布に基づいて、上記チャートの背後からの光が上記チャートを回折して上記撮像素子に入射することによって生じる回折像に基づくＭＴＦを回折ＭＴＦとして求め、上記撮像素子のＭＴＦおよび上記回折ＭＴＦから更に、上記回折の影響を除いた上記撮像素子だけの論理ＭＴＦを算出することを特徴とする請求項１に記載のＭＴＦ測定装置。
エッジ模様を有する第２のチャートと、
上記チャートの背後からの光を上記チャートに照射することによって上記撮像素子に投影される上記チャート像が光電変換されて出力される画素信号から上記ＭＴＦを測定する第１の測定モードおよび、上記撮像素子と上記第２のチャートとの間に配置されたレンズであって上記ＭＴＦの測定対象であるレンズを通して上記第２のチャートが上記撮像素子に結像することによって形成される第２のチャート像が光電変換されて出力される画素信号から上記ＭＴＦを測定する第２の測定モードを切り替えるモード切替部とを更に備え、
上記ＭＴＦ算出部は、上記第１の測定モードにおいて算出される上記ＭＴＦを上記撮像素子のＭＴＦとして求めるとともに、上記第２の測定モードにおいて算出される上記ＭＴＦを上記撮像素子および上記レンズを含む撮像系の総合ＭＴＦとして求め、上記撮像素子のＭＴＦおよび上記撮像系の総合ＭＴＦから更に上記レンズのＭＴＦを算出することを特徴とする請求項１に記載のＭＴＦ測定装置。
上記チャートと、上記第２のチャート、上記レンズおよび上記撮像素子を含む撮像系との相対位置関係を変化させる可動ユニットを更に備え、
上記可動ユニットは、上記第１の測定モードでは、上記チャートの背後からの光が上記チャートを介して上記撮像素子に届く位置に上記相対位置関係を設定し、上記第２の測定モードでは、上記第２のチャート、上記レンズおよび上記撮像素子を結ぶ光学軸上から上記チャートが退避する位置に上記相対位置関係を設定することを特徴とする請求項３に記載のＭＴＦ測定装置。
光非透過領域を有するチャートと、上記チャートに光を照射する光源と、撮像素子から出力される画素信号を用いてＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部とを用いて、上記撮像素子のＭＴＦを測定する方法であって、
上記チャートの上記光非透過領域およびその周囲の光透過領域を含む領域に上記光源からの光を上記チャートの背後から照射し、
上記光非透過領域により上記光源からの光が遮断されるとともに上記光透過領域により上記光源からの光が透過することによって形成されるチャート像であって、上記光非透過領域の形状が影領域となっている上記チャート像を上記撮像素子に結像光学系を挟まずに投影し、
上記撮像素子に投影した上記チャート像が光電変換されて上記撮像素子から出力される画素信号を用いて、上記ＭＴＦ算出部が上記撮像素子のＭＴＦを測定することを特徴とするＭＴＦ測定方法。
上記チャートと、上記光源と、上記ＭＴＦ算出部と、エッジ模様を有する第２のチャートと用いて、上記撮像素子のＭＴＦおよびレンズのＭＴＦを測定する方法であって、
上記ＭＴＦ算出部が請求項７に記載の方法により上記撮像素子のＭＴＦを求めた後または求める前に、上記撮像素子と上記第２のチャートとの間に配置された上記レンズを通して上記第２のチャートを上記撮像素子に結像させ、
上記ＭＴＦ算出部が、上記撮像素子に結像した上記第２のチャート像が光電変換されて上記撮像素子から出力される画素信号を用いて、上記撮像素子および上記レンズを含む撮像系の総合ＭＴＦを求め、
上記ＭＴＦ算出部が更に、上記撮像素子のＭＴＦおよび上記撮像系の総合ＭＴＦから上記レンズのＭＴＦを算出することを特徴とする請求項５に記載のＭＴＦ測定方法。