JP5475417B2

JP5475417B2 - 撮像素子の特性調整方法及び特性調整装置

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Publication number: JP5475417B2
Application number: JP2009273831A
Authority: JP
Inventors: 千勝守屋
Original assignee: Fujifilm Corp
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Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2014-04-16
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Description

本発明は撮像素子の特性調整方法及び特性調整装置に係り、特に光路長差を有する複数の撮像素子により撮像した画像のコントラストの高さを示す焦点評価値に基づいて自動ピント調整を行ういわゆる光路長差方式のオートフォーカスを採用したオートフォーカスシステムにおける撮像素子の特性調整方法及び特性調整装置に関する。

従来、放送用又は業務用のテレビカメラにおいて採用されているオートフォーカス（ＡＦ）として、光路長差方式と称するＡＦ方式が知られている。

この光路長差方式のＡＦを採用したオートフォーカスシステムでは、例えば、撮影レンズ内にハーフミラー等の光分割光学系が配置され、撮影レンズに入射した被写体光の一部が本線光路からＡＦ用光路に分岐される。本線光路には記録又は再生用の映像信号を取得するためのカメラ本体の撮像素子（本明細書では映像用撮像素子という）が配置され、その映像用撮像素子によって記録又は再生用の映像信号が取得される。

一方、ＡＦ用光路にはＡＦ用の撮像素子（本明細書ではＡＦ用撮像素子という）の複数の撮像面が光路長差を有して配置される。ＡＦ用光路に分岐された被写体光は、ＡＦ用光路に配置された光分割光学系で分割されてＡＦ用撮像素子の各撮像面に入射する。これによって、各撮像面ごとに被写体画像が撮像されＡＦ用撮像素子から各撮像面ごとの映像信号が得られる。このようにして得られた各撮像面ごとの映像信号に基づいて各撮像面で撮像された被写体画像のコントラストが焦点評価値として求められる。そして、それらの焦点評価値を比較することによって映像用撮像素子の撮像面に対する撮影レンズのピント状態（合焦、前ピン、後ピン）が検出され、そのピント状態が合焦となるように撮影レンズのフォーカスが制御される。

特許文献１には、光路長差を有する複数の撮像面が個別の撮像素子によって構成された光路長差方式のオートフォーカスシステムが記載されている。

特開２００４−２１２４５８号公報

ところで、特許文献１記載のオートフォーカスシステムに代表されるように光路長差方式が採用されたオートフォーカスシステムにおいて、複数の撮像素子によってＡＦ用の複数の撮像面が構成される場合、同一種の撮像素子を用いた場合であっても特性が完全に一致せず、条件によっては正確にピント状態を検出することができない場合がある。

このため、複数のＡＦ用撮像素子が用いられる場合にはこれらの特性を揃えるための調整が必要となる。この調整方法としては、例えば、白チャートを被写体としてアイリス操作によって光量を徐々に変化させながら撮影を行ったとき、光量に応じた焦点評価値が撮像素子間で一致するように各ＡＦ用撮像素子のゲイン調整を行う方法がある。

しかしながら、このような調整方法において、それぞれの焦点評価値が同じになっても、普通の被写体を撮影した場合に焦点評価値のピークの大きさが異なってしまう場合があったり、白チャートを撮影したときの特性が揃わず、おおよそで妥協してしまう場合があったり、結果として合焦精度が落ちてしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光路長差方式が採用されたオートフォーカスシステムにおいて、ＡＦ用の複数の撮像面を個別の撮像素子を用いて構成した場合に各撮像素子の特性の違いによって生じるピント誤差をなくして高精度のピント合わせを行えるようにした撮像素子の特性調整方法及び特性調整装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の撮像素子の特性調整方法は、光路長が異なる位置に配置されたオートフォーカス用の複数の撮像素子により被写体画像を撮像し、該撮像して得られた被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値に基づいて撮影レンズのフォーカスを制御して自動ピント調整を行うオートフォーカスシステムにおける撮像素子の特性調整方法において、白チャートを被写体としたときに各撮像素子から得られる映像信号が飽和状態となる光量が一致するように、複数の撮像素子のうち少なくとも一方の撮像素子のゲイン調整を行うゲイン調整工程と、前記ゲイン調整工程が行われた後、各撮像素子からそれぞれ得られる焦点評価値が一致するように、少なくとも一方の撮像素子から得られる焦点評価値に対して補正処理を行う補正処理工程と、を含むことを特徴とする。

請求項２に記載の撮像素子の特性調整方法は、請求項１に記載の撮像素子の特性調整方法において、前記補正処理工程は、各撮像素子からそれぞれ得られる焦点評価値の差分を定める補正関数を用いて補正処理を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の撮像素子の特性調整装置は、光路長が異なる位置に配置されたオートフォーカス用の複数の撮像素子により被写体画像を撮像し、該撮像して得られた被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値に基づいて撮影レンズのフォーカスを制御して自動ピント調整を行うオートフォーカスシステムにおける撮像素子の特性調整装置において、白チャートを被写体としたときに各撮像素子から得られる映像信号が飽和状態となる光量が一致するように、複数の撮像素子のうち少なくとも一方の撮像素子のゲイン調整を行うゲイン調整手段と、前記ゲイン調整手段によってゲイン調整が行われた後、各撮像素子からそれぞれ得られる焦点評価値が一致するように、少なくとも一方の撮像素子から得られる焦点評価値に対して補正処理を行う補正処理手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の撮像素子の特性調整装置は、請求項３に記載の撮像素子の特性調整装置において、前記補正処理手段は、各撮像素子からそれぞれ得られる焦点評価値の差分を定める補正関数を用いて補正処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、各ＡＦ用撮像素子の特性を完全に揃えることが可能となり、光路長差方式による焦点検出を安定して高精度に行うことができるようになる。

本発明が適用されるレンズシステムの構成を示したブロック図撮影レンズの構成を示した図カメラ本体の映像用撮像素子と一対のＡＦ用撮像素子とを同一の光軸上に表した図光路長差方式によるピント状態の検出の原理を説明するための図焦点評価値のピークが撮像素子間で異なる場合の問題を説明するための図光量に応じた焦点評価値が一致するように調整が行われた後の各ＡＦ用撮像素子の特性の一例を示したグラフ図６の調整が行われた状態において通常の被写体を撮影した場合に各ＡＦ用撮像素子から得られる映像信号の一例を示した図各ＡＦ用撮像素子の飽和光量が一致するように調整が行われた後の各ＡＦ用撮像素子の特性の一例を示したグラフ図８の調整が行われた状態において通常の被写体を撮影した場合に各ＡＦ用撮像素子から得られる映像信号の一例を示した図図８に示したグラフの一部を抜粋した図補正処理工程において焦点評価値が補正されるプロセスを簡略的に示した図ＣＰＵの処理手順を示したフローチャート

以下、添付図面を参照して、本発明に係るオートフォーカスシステムを実施するための形態について詳細に説明する。

図１は、本発明のオートフォーカスシステムを適用したレンズシステムの構成を示したブロック図である。同図のレンズシステムは、例えば放送用テレビカメラのカメラ本体（カメラヘッド）にマウントによって装着される撮影レンズ（撮影光学系）と、撮影レンズを制御する制御系とから構成されている。尚、撮影レンズと、一部を除く制御系とは一体化されたレンズ装置として構成されている場合や、撮影レンズと制御系とが別体の装置として構成される場合等のようにシステムを構成する装置の形態はどのようなものでもよい。

撮影レンズは、被写体の像をカメラ本体の撮像面に結ぶ撮影光学系であり、撮影レンズには各種固定のレンズ群の他に、光軸方向に移動可能なレンズ群として同図に示すフォーカスレンズ（群）ＦＬやズームレンズ（群）ＺＬが配置されている。フォーカスレンズＦＬが移動すると、ピント位置（被写体距離）が変わり、ズームレンズＺＬが移動すると、像倍率（焦点距離）が変わる。また、撮影レンズには絞り値を変更するために開閉駆動される同図に示す絞りＩが配置されている。

レンズシステムの制御系は、ＣＰＵ１０、アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡ、モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭ、フォーカスデマンド１８、ズームデマンド２０、ＡＦ回路３０等から構成されている。ＣＰＵ１０は、システム全体を統括制御しており、ＣＰＵ１０からＤ／Ａ変換器１２を介して各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに駆動信号が出力されると、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭがその駆動信号の値（電圧）に応じた回転速度で駆動される。各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭは、上記撮影レンズのフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩに連結しており、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭの駆動と共に、フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩが駆動される。各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭの出力軸にはそれらの回転位置に応じた電圧信号を出力するポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰが連結されており、各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰからの電圧信号は、フォーカスレンズＦＬの位置、ズームレンズＺＬの位置、絞りＩの位置を示す信号としてＡ／Ｄ変換器１４を介してＣＰＵ１０に与えられる。従って、ＣＰＵ１０から各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに与えられる駆動信号によって撮影レンズのフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの位置又は動作速度が所望の状態に制御される。

フォーカスデマンド１８やズームデマンド２０は、撮影レンズのフォーカス（フォーカスレンズＦＬ）やズーム（ズームレンズＺＬ）の目標となる位置や移動速度をマニュアル操作で指定するマニュアル操作部材を備えたコントローラである。フォーカスデマンド１８とズームデマンド２０は、それぞれＡ／Ｄ変換器１４を介してＣＰＵ１０と接続されている。

本レンズシステムでは、フォーカス制御をマニュアルフォーカス（ＭＦ）と、オートフォーカス（ＡＦ）のいずれかで行うことが可能であり、ＭＦの制御時においては、フォーカスデマンド１８でのマニュアル操作部材の操作に従ってフォーカス制御が行われる。ＭＦの制御時にフォーカスデマンド１８のマニュアル操作部材を操作すると、例えば、その操作部材の位置に対応したフォーカスの目標位置を指定するフォーカス指令信号がＣＰＵ１０に与えられる。ＣＰＵ１０は、フォーカスの位置がそのフォーカス指令信号により指定された目標位置となるようにアンプＦＡに出力する駆動信号によりモータＦＭを制御してフォーカスレンズＦＬの位置を制御する。尚、一般にＭＦの制御ではフォーカスデマンド１８から与えられる目標位置に従ってフォーカスレンズＦＬの位置制御が行われるが、フォーカスデマンド１８から目標の移動速度が与えられ、それに従ってフォーカスレンズＦＬの速度制御を行うことも可能である。

ズームデマンド２０のマニュアル操作部材を操作した場合には、例えば、その操作部材の位置に対応したズームの目標の移動速度を指定するズーム指令信号がＣＰＵ１０に与えられる。ＣＰＵ１０は、ズームの移動速度がそのズーム指令信号により指定された目標の移動速度となるようにアンプＺＡに出力する駆動信号によりモータＺＭを制御してズームレンズＺＬの移動速度を制御する。尚、一般にズーム制御ではズームデマンド２０から与えられる目標の移動速度に従ってズームレンズＺＬの速度制御が行われるが、ズームデマンド２０から目標位置が与えられ、それに従ってズームレンズＺＬの位置制御を行うことも可能である。

図示しないカメラ本体からは、絞りＩの目標位置を指定するアイリス指令信号がＣＰＵ１０に与えられるようになっており、ＣＰＵ１０は絞りＩの位置（開閉度）がそのアイリス指令信号により指定された目標位置となるようにアンプＩＡに出力する駆動信号によりモータＩＭを制御し絞りＩの位置を制御する。

ＡＦ回路３０は、詳細を後述するように被写体画像のコントラストの高低を示す焦点評価値を検出する回路であり、焦点評価値の情報がＡＦ回路３０からＣＰＵ１０に与えられるようになっている。ＣＰＵ１０は、ＡＦ制御時において、ＡＦ回路３０から得られる焦点評価値の情報に基づいて撮影レンズのピント状態が合焦となるようにアンプＦＡに出力する駆動信号によりモータＦＭを制御してフォーカスレンズＦＬを制御する。

ＡＦ回路３０は、一対のＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂ、Ａ／Ｄ変換器３４、ゲート回路３６、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３８、加算回路４０Ａ、４０Ｂ等から構成される。

一対のＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂ（例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）は、カメラ本体に搭載された撮像素子（例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）とは別に設けられている。カメラ本体の撮像素子は、記録又は再生用の本来の映像を撮影するための撮像素子（以下、映像用撮像素子という）であるのに対し、ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２ＢはＡＦ専用に設けられた撮像素子であり、例えば、図２のように構成された撮影レンズの光学系に配置される。

ここで図２を用いて撮影レンズの全体構成の概略と共にＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの配置について説明する。撮影レンズ６０の光軸Ｏには、上記フォーカスレンズ（群）ＦＬ、上記ズームレンズ（群）ＺＬ、上記絞りＩ、前側リレーレンズＲＡ及び後側リレーレンズＲＢからなるリレーレンズ（リレー光学系）等が順に配置されている。撮影レンズ６０に入射した被写体光はこれらのレンズ群を通過してカメラ本体５０に入射する。カメラ本体５０には、撮影レンズ６０から入射した被写体光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の波長に分解する色分解光学系６８と、色分解された各色の被写体光の像を撮像するＲ、Ｇ、Ｂごとの映像用撮像素子が配置されている。尚、光学的に等価な光路長の位置に配置されたＲ、Ｇ、Ｂの映像用撮像素子を同図に示すように１つの映像用撮像素子７０で表す。映像用撮像素子７０の撮像面に入射した被写体光は、映像用撮像素子７０によって光電変換されてカメラ本体５０内の所定の信号処理回路によって記録又は再生用の映像信号が生成される。

一方、撮影レンズ６０のリレー光学系の前側リレーレンズＲＡと後側リレーレンズＲＢとの間には、ハーフミラー６２が配置されている。このハーフミラー６２によって、撮影レンズ６０の光路が２つに分割される。撮影レンズ６０に入射した被写体光のうち、ハーフミラー６２を透過した被写体光は、上述のように光軸Ｏの光路に沿ってカメラ本体５０へと導かれる。ハーフミラー６２で反射した被写体光は、上記光軸Ｏに略垂直な光軸Ｏ′の光路（ＡＦ用光路）へと導かれる。尚、ハーフミラー６２に入射した被写体光に対して、例えば約５０％の光量の被写体光がハーフミラー６２を透過する。但し、ハーフミラー６２として、任意の透過率と反射率の特性を有するものを使用することができる。

ＡＦ用光路には、上記後側リレーレンズＲＢと同等のリレーレンズＲＢ′と、２つのプリズム６４Ａ、６４Ｂから構成される光分割光学系６４と、上記ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂが配置されている。ハーフミラー６２で反射してＡＦ用光路へと導かれた被写体光は、リレーレンズＲＢ′を通過した後、光分割光学系６４に入射する。光分割光学系に入射した被写体光は、第１プリズム６４Ａと第２プリズム６４Ｂとが接合する部分のハーフミラー面Ｍで光量が等価な２つの被写体光に分割される。ハーフミラー面Ｍで反射した被写体光は、一方のＡＦ用撮像素子３２Ａの撮像面に入射し、ハーフミラー面Ｍを透過した被写体光は他方のＡＦ用撮像素子３２Ｂの撮像面に入射する。

図３は、カメラ本体５０の映像用撮像素子７０とＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂとを同一の光軸上に表した図である。同図に示すように、一方のＡＦ用撮像素子３２Ａに入射する被写体光の光路長は、他方のＡＦ用撮像素子３２Ｂに入射する被写体光の光路長よりも短く設定され、映像用撮像素子７０の撮像面に入射する被写体光の光路長は、その中間の長さとなるように設定されている。すなわち、一対のＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂ（の撮像面）は、それぞれ映像用撮像素子７０の撮像面に対して前後等距離ｄの位置となるように配置されている。

このように撮影レンズ６０に配置された一対のＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂによって、撮影レンズ６０に入射した被写体光を映像用撮像素子７０の撮像面に対して前後の等距離の位置にそれぞれ撮像面を配置した場合と等価な映像信号が取得されるようになっている。尚、ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂはカラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態ではＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから白黒の映像信号（輝度信号）が取得されるものとする。

図１のＡＦ回路３０において、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂによって得られた映像信号は、Ａ／Ｄ変換器３４によりデジタル信号に変換された後、ゲート回路３６に入力される。ゲート回路３６では、撮影範囲（画面）内に設定された所定のＡＦエリア（例えば画面中央の矩形エリア）に対応する範囲内の映像信号が抽出される。これによって抽出されたＡＦエリア内の映像信号は続いてハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３８に入力され、ＨＰＦ３８により高域周波数成分の信号のみが抽出される。

ＨＰＦ３８によって抽出された高域周波数成分の信号は、ＡＦ用撮像素子３２Ａから得られたものは加算回路４０Ａによって、ＡＦ用撮像素子３２Ｂから得られたものは加算回路４０Ｂによって１フィールド分ずつ積算され、その積算値が１フィールドごとにＡＦ回路３０から出力される。

このようにして各加算回路４０Ａ、４０Ｂから得られる積算値は、それぞれＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂで撮像された被写体画像のコントラストの高さを評価する値を示す。本明細書ではこの積算値を焦点評価値というものとする。また、ＡＦ用撮像素子３２Ａの映像信号から得られた焦点評価値をｃｈＡの焦点評価値、ＡＦ用撮像素子３２Ｂの映像信号から得られた焦点評価値をｃｈＢの焦点評価値というものとする。

ＣＰＵ１０は、このようして得られたｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいて映像用撮像素子７０に対する撮影レンズ６０のピント状態を検出する。ピント状態の検出は、次のような原理で行われる。図４は、横軸に撮影レンズ６０のフォーカスレンズＦＬの位置（フォーカス位置）、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置と焦点評価値との関係を例示した図である。図中実線で示す曲線Ａ、Ｂは、それぞれＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をフォーカス位置に対して示している。一方、図中点線で示す曲線Ｃは、映像用撮像素子７０から得られた映像信号により焦点評価値を求めたと仮定した場合の焦点評価値をフォーカス位置に対して示している。

同図において、ピント状態が合焦となるのは、曲線Ｃで示す映像用撮像素子７０の焦点評価値が最大（極大）となるときのフォーカス位置Ｆ０にフォーカスが設定された場合である。もし、撮影レンズ６０のフォーカスがその合焦位置Ｆ０よりも至近側のフォーカス位置Ｆ１に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ１に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ１となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ１に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ１となる。この場合、図から分かるようにｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ１の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ１よりも大きくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ１の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ１よりも大きい場合には、フォーカスが合焦位置Ｆ０よりも至近側に設定されている状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。

一方、撮影レンズ６０のフォーカスが合焦位置Ｆ０よりも無限遠側のフォーカス位置Ｆ２に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ２に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ２となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ２に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ２となる。この場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ２の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ２よりも小さくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ２の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ２よりも小さい場合には、フォーカスが合焦位置Ｆ０よりも無限遠側に設定されている状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。

これに対して、撮影レンズ６０のフォーカスがフォーカス位置Ｆ０、即ち、合焦位置に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ０に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ０となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ０に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ０となる。この場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ０とｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ０は等しくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ０とｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ０とが等しい場合にはフォーカスが合焦位置Ｆ０に設定されている状態、すなわち、合焦状態であることが分かる。

このようにｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値によって、撮影レンズの現在のピント状態が映像用撮像素子７０に対して前ピン、後ピン、合焦のいずれの状態であるかを検出することができる。

図１において、ＣＰＵ１０は、上記のようにしてｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいて映像用撮像素子７０に対する撮影レンズ６０のピント状態を逐次検出しながら、合焦状態となるようにフォーカスレンズＦＬを制御する。例えば、ピント状態が前ピンの場合にはフォーカスレンズＦＬを無限遠方向に移動させ、ピント状態が後ピンの場合にはフォーカスレンズＦＬを至近方向に移動させる。そして、ピント状態が合焦の場合には、フォーカスレンズＦＬを停止させる。これによって、撮影レンズのピント状態が合焦となる位置にフォーカスレンズＦＬが移動して停止する。このように光路長差を有する複数のＡＦ用撮像素子を用いて自動ピント調整を行うＡＦの方式を光路長差方式と称している。

尚、ＣＰＵ１０において、単にピント状態を検出するだけでなく、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の差や比等からピントずれの程度も検出し、ＣＰＵ１０においてフォーカスレンズＦＬを移動させる際の速度に反映させることも可能である。

ところで、本実施の形態のようにｃｈＡ撮像面とｃｈＢ撮像面とが２つの撮像素子（ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂ）によって構成される場合、それらの特性に差（例えばゲイン誤差）があると、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値は、図５の曲線Ａ、Ｂに示すような値となる。このような場合、ｃｈＡ撮像面とｃｈＢの撮像面に入射する被写体光の光量が等しい場合であっても曲線Ａ、Ｂの全体としての大きさが相違する。そのため、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致するフォーカス位置を合焦位置と判断すると、同図の例ではフォーカス位置Ｆ０′が合焦位置と判断され、真の合焦位置Ｆ０に対してピント誤差が生じ、合焦精度が低下する不具合が生じる。

このため、複数のＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂが用いられる場合にはそれらの特性を揃えるための調整が必要となる。ここで、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性を揃えるための調整方法の一例として、白チャートを被写体として撮影したときに光量に応じた焦点評価値が撮像素子間で一致するように、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂのゲイン調整を行う方法について説明する。

図６は、光量に応じた焦点評価値が一致するように調整が行われた後の各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性（光量−焦点評価値特性；白チャート特性）の一例を示したグラフである。同図において、実線はＡＦ用撮像素子３２Ａ、破線はＡＦ用撮像素子３２Ｂの白チャート特性を示したグラフであり、各グラフはそれぞれ、焦点評価値が光量に比例して増加する部分に相当する傾き直線（横軸に対して斜めの直線）と、所定の光量のときに焦点評価値が最大値から０に急落する部分に相当する垂直直線（横軸に対して垂直な直線）とからなる三角状の山型グラフとなっている。このグラフにおいて垂直直線が位置するところの光量（Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂ）は、撮像素子から得られる映像信号（輝度信号）が飽和状態となって焦点評価値の算出ができなくなるときの光量を示しており、本明細書ではそのときの光量を飽和光量という。尚、ゲイン調整が行われる前の各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性は図示を省略したが、同一光量のときの焦点評価値は撮像素子間で異なっており（即ち、グラフの傾き直線は一致しておらず）、本例ではＡＦ用撮像素子３２Ａに比べてＡＦ用撮像素子３２Ｂの焦点評価値が小さくなっているものとする。また、本調整は、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂが同一の焦点距離（フォーカス位置）に設定されている状態で行われるものとする。

本調整方法によれば、各撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られる映像信号に含まれるノイズレベルが等しくなるように調整を行うことができる。図７は通常の被写体を撮影した場合に各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られる映像信号の一例を示した図であり、左側パルス８０ＡはＡＦ用撮像素子３２Ａから得られる映像信号、右側パルス８０ＢはＡＦ用撮像素子３２Ｂから得られる映像信号であり、符号８２Ａ、８２Ｂは各映像信号に含まれるノイズ成分を表わしている。同図に示すように、本調整が行われた場合、各映像信号８０Ａ、８０Ｂに含まれるノイズ成分８２Ａ、８２Ｂの量（振幅）は等しくなる。

しかしながら、上述したように各撮像素子３２Ａ、３２Ｂから求められる焦点評価値が撮像素子間で一致するようにゲイン調整を行った場合には、各撮像素子３２Ａ、３２Ｂの飽和光量Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂを一致させることはできず、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性を完全に揃えることは困難である。

図６に示した例では、ＡＦ用撮像素子３２Ａの飽和光量Ｌ_ＡがＡＦ用撮像素子３２Ｂの飽和光量Ｌ_Ｂよりも小さく（Ｌ_Ａ＜Ｌ_Ｂ）、ＡＦ用撮像素子３２Ａの方が先に飽和状態となることを示している。このようにＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの飽和光量に差があると、同一光量で撮影を行った場合でも入射する光量が撮像素子間で異なり、図７に示した映像信号８０Ａ、８０Ｂのように、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られる映像信号のレベルに差が出てきてしまう。その結果、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから求められる焦点評価値は、図５に示した曲線Ａ、Ｂのように大きさが異なってしまい、合焦精度の低下を招いてしまう要因となる。

次に、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性を揃えるための他の調整方法として、白チャートを被写体として撮影したときに各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの飽和光量Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂが撮像素子間で一致するように、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂのゲイン調整を行う方法について説明する。

図８は、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの飽和光量Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂが一致するように調整が行われた後の各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性（光量−焦点評価値特性；白チャート特性）の一例を示したグラフである。同図に示すように、本調整方法では、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの白チャート特性を示すグラフの垂直直線（横軸に垂直な直線）が一致するように調整が行われる。

本調整方法によれば、図８に示すように、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの飽和光量Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂが異なることによって生じる不具合を回避できるものの、光量に応じた焦点評価値を撮像素子間で一致させることができず、しかも焦点評価値の差分が光量に応じて変化するため、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性を完全に揃えることは困難である。

例えば、特定の被写体を撮影したときに得られる焦点評価値のピークが撮像素子間で揃うようにあらかじめ調整されている場合には、例えば図９に示すように各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られた映像信号８０Ａ′、８０Ｂ′のレベルが一致して、図４に示したように同じ大きさの曲線Ａ、Ｂが得られる場合がある。しかし、それは特定の撮影条件に限られたものであり、光量の変化によって映像信号８０Ａ′、８０Ｂ′に含まれるノイズ成分８２Ａ′、８２Ｂ′の量（振幅）が変化すると、映像信号８０Ａ′、８０Ｂ′のレベルは一致しなくなり、図５に示したように大きさの異なる曲線Ａ、Ｂが得られるようになる。その結果、合焦精度の低下を招いてしまうことになる。特に高輝度被写体を撮影した場合には、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから求められる焦点評価値の差は大きく、その問題はより顕著となる。

そこで本実施の形態のオートフォーカスシステムでは、各撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性を揃えるための調整方法として、白チャートを被写体として撮影した場合に各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの飽和光量Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂが撮像素子間で一致するように各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂのゲイン調整を行う工程（ゲイン調整工程）を行った後（図８参照）、光量に応じた焦点評価値が撮像素子間で一致するように補正処理を行う工程（補正処理工程）を行うようにする。

この補正処理工程では、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られる焦点評価値のうち、いずれか一方又は両方の焦点評価値に対して、所定の補正関数ｆ（ｘ）から求められる補正値（焦点評価値の差分に相当）を加算することによって、同一光量のときには同一焦点評価値となるように補正処理を行う。尚、光量に応じて変動するＡＦエリア内の平均輝度が変数ｘとして用いられる。また、両方の焦点評価値に対して補正処理を行う場合には、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂにそれぞれ対応した複数の補正関数ｆ_ａ（ｘ）、ｆ_ｂ（ｘ）が用いられる。

図１０は、図８に示したグラフの一部を抜粋した図であり、傾き直線９０Ａ、９０Ｂは、それぞれＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの白チャート特性を示すグラフの傾き直線に相当するものである。同図に示した例では、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られる焦点評価値の差分が光量に比例する部分ａｘと固定値部分ｂとからなり、この場合における補正関数ｆ（ｘ）は、これらの和ａｘ＋ｂにＡＦエリア内の画素数Ｎを乗じて得られるＮ（ａｘ＋ｂ）によって表現することができる（即ち、ｆ（ｘ）＝Ｎ（ａｘ＋ｂ））。尚、補正係数ａ、ｂは、ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂとして用いられる撮像素子の組み合わせによって個々に決められる値であり、ゲイン調整後の特性に応じて最適な値が適宜設定される。また、補正関数ｆ（ｘ）は上述した例に限定されず、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られる焦点評価値の差分に対応したものであればよい。

図１１は、補正処理工程において焦点評価値が補正されるプロセスを簡略的に示した図である。同図に示すように、補正処理工程では、最初にＡＦエリア内の平均輝度（１画素あたりの輝度）ｘが算出される。そして平均輝度ｘに補正係数ａを乗じた後、さらに補正係数ｂを加算して、１画素あたりの補正値ａｘ＋ｂを得る。さらに１画素あたりの補正値ａｘ＋ｂにＡＦエリア内の画素数Ｎを乗じることによって、焦点評価値に加算される補正値Ｎ（ａｘ＋ｂ）が求められる。そして補正対象となる焦点評価値に当該補正値Ｎ（ａｘ＋ｂ）を加算することによって、補正後の焦点評価値を算出することができる。

次に、ＣＰＵ１０の具体的な処理手順について図１２のフローチャートを用いて説明する。図１２のフローチャートに示すように、まずＣＰＵ１０は、ＡＦ回路３０からｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値Ｅ１、Ｅ２を取得すると（ステップＳ１０）、ＡＦエリア内の平均輝度Ｘ１、Ｘ２を求める（ステップＳ１２）。続いて、焦点評価値Ｅ１、Ｅ２を補正するための補正係数ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２を取得する（ステップＳ１４）。各補正係数ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２は、上述した補正係数ａ、ｂに相当するものであり、図１のメモリ２２にあらかじめ記憶されている。ＣＰＵ１０は、メモリ２２にアクセスすることによって、これらの補正係数ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２を取得する。

次に、各焦点評価値Ｅ１、Ｅ２を以下の式に従って補正後の焦点評価値Ｅ１’、Ｅ２’をそれぞれ算出する（ステップＳ１６）。

Ｅ１’＝Ｅ１＋Ｎ（ａ１×Ｘ１＋ｂ１）
Ｅ２’＝Ｅ１＋Ｎ（ａ２×Ｘ２＋ｂ２）
そしてＣＰＵ１０は、上記のようにして求められた補正後の焦点評価値Ｅ１’、Ｅ２’に基づいて光路長差によるピント調整を行う。

以上説明したように、本実施の形態によれば、製造出荷される前の調整段階において、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの飽和光量Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂが一致するようにゲイン調整を行うだけでなく、光量に応じた焦点評価値が一致するように補正処理を行うようにしたので、各ＡＦ用撮像素子３２Ａ、３２Ｂの特性を完全に揃えることが可能となる。その結果、光路長差方式による焦点検出を安定して高精度に行うことができるようになる。

ＦＬ…フォーカスレンズ、ＺＬ…ズームレンズ、Ｉ…絞り、ＦＡ、ＺＡ、ＩＡ…アンプ、ＦＭ、ＺＭ、ＩＭ…モータ、ＦＰ、ＺＰ、ＩＰ…ポテンショメータ、１０…ＣＰＵ、１８…フォーカスデマンド、２０…ズームデマンド、３０…ＡＦ回路、３２…ＡＦ用撮像素子、３４…Ａ／Ｄ変換器、３６…ゲート回路、３８…ハイパスフィルタ、４０Ａ、４０Ｂ…加算回路、５０…カメラ本体、６０…撮影レンズ、６２…ハーフミラー、６４…光分割光学系、６８…色分解光学系、７０…映像用撮像素子

Claims

光路長が異なる位置に配置されたオートフォーカス用の複数の撮像素子により被写体画像を撮像し、該撮像して得られた被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値に基づいて撮影レンズのフォーカスを制御して自動ピント調整を行うオートフォーカスシステムにおける撮像素子の特性調整方法において、
白チャートを被写体としたときに各撮像素子から得られる映像信号が飽和状態となる光量が一致するように、複数の撮像素子のうち少なくとも一方の撮像素子のゲイン調整を行うゲイン調整工程と、
前記ゲイン調整工程が行われた後、各撮像素子からそれぞれ得られる焦点評価値が一致するように、少なくとも一方の撮像素子から得られる焦点評価値に対して補正処理を行う補正処理工程と、
を含むことを特徴とする撮像素子の特性調整方法。
請求項１に記載の撮像素子の特性調整方法において、
前記補正処理工程は、各撮像素子からそれぞれ得られる焦点評価値の差分を定める補正関数を用いて補正処理を行うことを特徴とする撮像素子の特性調整方法。
光路長が異なる位置に配置されたオートフォーカス用の複数の撮像素子により被写体画像を撮像し、該撮像して得られた被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値に基づいて撮影レンズのフォーカスを制御して自動ピント調整を行うオートフォーカスシステムにおける撮像素子の特性調整装置において、
白チャートを被写体としたときに各撮像素子から得られる映像信号が飽和状態となる光量が一致するように、複数の撮像素子のうち少なくとも一方の撮像素子のゲイン調整を行うゲイン調整手段と、
前記ゲイン調整手段によってゲイン調整が行われた後、各撮像素子からそれぞれ得られる焦点評価値が一致するように、少なくとも一方の撮像素子から得られる焦点評価値に対して補正処理を行う補正処理手段と、
を備えたことを特徴とする撮像素子の特性調整装置。
請求項３に記載の撮像素子の特性調整装置において、
前記補正処理手段は、各撮像素子からそれぞれ得られる焦点評価値の差分を定める補正関数を用いて補正処理を行うことを特徴とする撮像素子の特性調整装置。