JP2005049598A - 撮影装置および撮影装置の光学調整方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 撮像素子と撮影光学系を組み付けた状態でも両者の軸ずれを補正できるようにする。
【解決手段】 撮影装置は、光軸直交方向に移動可能なオフセットレンズユニットL3を含む撮影光学系1と、該撮影光学系により形成された物体の像を光電変換する撮像素子3とを有する。さらに、物体が略均一輝度面である場合に撮像素子上における周辺部の光量が略均一となるオフセットレンズユニットの所定基準位置からの移動量に関する調整データを記憶する記憶手段10を有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像素子を用いた撮影装置に関するものである。
ビデオカメラやデジタルスチルカメラといった撮影装置には、撮影レンズ系と撮像素子とが用いられているが、製造誤差等によって、撮影レンズ系の光軸と撮像素子の中心位置とが若干ずれることが多い。
一般に、像面上では光軸から離れるにしたがって光量が低下するので、撮像素子の中心位置が撮影レンズ系の光軸に対してずれると、撮像素子上での4つの周辺部(四隅部等)の光量にばらつき(アンバランス)が生ずる。
また、変倍可能な撮影レンズを用いた場合には、撮像素子の中心位置が撮影レンズ系の光軸に対してずれると、撮像素子の中心に結像する物体が変倍によって移動するいわゆる「ズーム中心ずれ」という現象が生ずる。
そして、近年のように撮像素子の高画素化、小型化が進むと、撮像素子の中心位置と撮影レンズ系の光軸との若干のずれが、撮影画像の画質に大きな影響を及ぼす。
特許文献1には、撮影レンズ系の光軸に対する撮像素子のずれを、撮像素子の位置を調整することによって解消する方法が開示されている。
特開2000−134528号公報(段落0016〜0023、図2等)
しかしながら、上記特許文献にて提示された調整方法では、実際には撮像素子を駆動する基板等を含む撮像素子ユニット全体を移動させなければならないので、撮像素子ユニットを移動させるためのスペースを撮像装置本体内に設ける必要があり、撮像装置が大型化してしまうという問題がある。
また、撮像素子を撮影レンズ系に対して位置調整して固定する(組み付ける)ため、位置調整作業が煩雑であるという問題がある。
本発明は、撮影光学系と撮像素子とを固定した状態、すなわち組立が完了した状態でも両者の位置ずれを調整できるようにした撮影装置およびその光学調整方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の撮影装置は、光軸直交方向に移動可能なオフセットレンズユニットを含む撮影光学系と、撮影光学系により形成された物体の像を光電変換する撮像素子と、物体が略均一輝度面である場合に撮像素子上における周辺部(例えば、四隅部)での光量が略均一となるオフセットレンズユニットの所定基準位置(例えば、撮影光学系の光軸上)からの移動量に関する調整データを記憶する記憶手段とを有する。
また、本発明の撮影装置の光学調整方法は、物体としての略均一輝度面に対して所定位置に撮影装置をセットするステップと、略均一輝度面からの光量が撮像素子上における周辺部で略均一となるようにオフセットレンズユニットの光軸直交方向位置を調整するステップと、さらにはこのステップで得られた所定基準位置からのオフセットレンズユニットの移動量に関する調整データを記憶手段に記憶させるステップとを有する。
また、本発明の撮影装置は、光軸直交方向に移動可能なオフセットレンズユニットを含むとともに変倍が可能な撮影光学系と、撮影光学系により形成された物体の像を光電変換する撮像素子と、撮影光学系により撮像素子上の中心に結像する物点が、撮影光学系の変倍に際して光軸直交方向に移動しないようにするためのオフセットレンズユニットの所定基準位置(例えば、撮影光学系の光軸上)からの移動量に関する調整データを記憶する記憶手段とを有する。
さらに、本発明の撮影装置の光学調整方法は、物体に対して所定位置に撮影装置をセットするステップと、撮影光学系により撮像素子上の中心に結像する物点が、撮影光学系の変倍に際して光軸直交方向に移動しないようにするためにオフセットレンズユニットの光軸直交方向位置を調整するステップと、さらにはこのステップで得られた所定基準位置からのオフセットレンズユニットの移動量に関する調整データを記憶手段に記憶させるステップとを有する。
そして、上記撮影装置においては、撮影時等に、上記記憶手段から読み出した調整データに基づいてオフセットレンズユニットの駆動を制御するようにするとよい。
また、オフセットレンズユニットとして、光軸直交方向に移動して該撮影装置の振れに伴う撮像素子上での像振れを補正するレンズユニットを用い、撮影装置の振れを検出するセンサからの信号に基づいて、オフセットレンズユニットが所定基準位置から調整データの分移動した位置を基準として駆動されるようにするとよい。
本発明によれば、撮影光学系に対して撮像素子を固定した上でオフセットレンズユニットを移動させることにより、撮像素子上での周辺光量のアンバランスやズーム中心ずれを補正することができる。
また、調整データを記憶手段に記憶させておけば、撮影時等において、該記憶手段から調整データを読み出してオフセットレンズユニットを調整駆動することにより、調整時における周辺光量のアンバランスやズーム中心ずれが補正された良好な状態を容易に再現することができる。
さらに、像振れ補正用のレンズユニットをオフセットレンズユニットとすることにより、像振れ補正用の駆動手段を利用して周辺光量のアンバランスやズーム中心ずれの補正を行うことができ、撮影装置の大型化を防止することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1には、本発明の実施例1であるビデオカメラ(撮影装置)の構成を示している。図1において、1はズーム撮影レンズ系(変倍可能な撮影光学系)である。この撮影レンズ系1は、物体側(図の左側)から順に、正の固定レンズユニットL1、負のバリエータレンズユニットL2,正の振れ補正レンズユニットL3および正のコンペンセータ兼フォーカスレンズユニット(以下、単にフォーカスレンズユニットと称する)L4により構成されている。
バリエータレンズユニットL2は光軸方向に移動して変倍を行い、フォーカスレンズユニットL4は光軸方向に移動して、変倍に伴う像面移動の補正と焦点調節とを行う。また、振れ補正レンズユニットL3は、光軸直交方向に変位(シフト)して、手振れ等によるカメラの振れに伴う像面上での像変位を補正する。また、振れ補正レンズユニットL3は、後述するように撮影レンズ系1の光軸と撮像素子の中心とのずれを補正するオフセットレンズユニットとしても用いられる。
さらに、バリエータレンズユニットL2と振れ補正レンズユニットL3との間には、絞りユニットSPが配置されている。
3はCCDやCMOSセンサ等の固体撮像素子であり、撮影レンズ系1により形成された物体像を光電変換する。また、4は本カメラの動作全体の制御を司るカメラ制御回路(CPU,MPU等)であるとともに、撮像素子3からの出力信号に各種処理を施して映像信号とし、不図示の記録メディア(半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等)に記録する画像処理回路(図示せず)を内蔵する。
5はカメラ制御回路4からの指令信号に応じて、バリエータレンズユニットL2を駆動するズーム駆動回路である。このズーム駆動回路5には、図示しないが、駆動源であるズームモータが含まれている。16はバリエータレンズユニットL2の位置(ズーム位置)を検出するためのズーム位置センサであり、ズームモータの回転に伴って回転するスリット板と該スリット板による遮光と透光との切り換わりを検出してパルス信号を出力するフォトインタラプタとから構成されている。なお、ズーム位置センサとしては、フォトリフレクタや磁気センサを用いてもよい。
また、ズームモータとして、ステッピングモータを用いる構成の場合は、バリエータレンズユニットL2を保持するレンズ枠に遮光羽根(図示省略)を設け、ズーム位置センサ16をリセットセンサとして用いるようフォトインタラプタで構成し、遮光羽根による遮光と透光との切り換わりを検出してリセット位置を検出し、このリセット位置からステッピングモータのパルスをカウントしてズーム位置を検出する構成としてもよい。
6はカメラ制御回路4からの指令信号に応じて、絞りユニットSPを駆動する絞り駆動回路である。この絞り駆動回路6には、図示しないが、駆動源である絞りモータが含まれている(機械的接続は図に二重線で示す。以下同じ)。
7はカメラ制御回路4からの指令信号に応じて、振れ補正レンズユニットL3をシフト駆動する防振駆動回路である。この防振駆動回路7には、図示はしないが、駆動源としてのアクチュエータ(コイルおよびマグネット等からなる)が含まれている。
15は振れ補正レンズユニットL3の光軸に直交する2方向の位置を検出するシフト位置センサであり、たとえば磁気センサや光学式センサが用いられる。
18はカメラの振れに応じた信号を出力する振れセンサであり、振動ジャイロや加速度センサが用いられる。振れセンサ18からの信号はカメラ制御回路4に入力される。カメラ制御回路4はこの信号に基づいて、撮像素子3上での像振れを補正するために必要な振れ補正レンズユニットL3の駆動方向および駆動量を演算し、該演算結果に応じて防振駆動回路7を介して振れ補正レンズユニットL3を駆動する。これにより、カメラの振れに伴う撮像素子3上での像振れが抑制される。
19は振れ補正(IS)スイッチであり、これをオンすることにより上述した像振れ補正機能がオンとなり、これがオフであれば像振れ補正機能がオフとなる(撮影モードがフルオートモードである場合は、像振れ補正機能を常にオンとしてもよい)。
8はカメラ制御回路4からの指令信号に応じてフォーカスレンズユニットL4を駆動するフォーカス駆動回路である。このフォーカス駆動回路8には、図示しないが、駆動源としてのフォーカスモータが含まれている。
フォーカスモータとして、ステッピングモータを用いる場合は、フォーカスレンズユニットL4を保持するレンズ枠に遮光羽根(図示省略)を設け、フォーカス位置センサ17をリセットセンサとして用いるようフォトインタラプタで構成し、遮光羽根による遮光と透光との切り換わりを検出してリセット位置を検出し、このリセット位置からステッピングモータのパルスをカウントしてフォーカス位置を検出する構成としている。なお、フォーカス位置を検出する構成としては、フォーカスレンズユニットL4を保持するレンズ枠に磁気スケール、光学式スケールを設け、フォーカス位置センサ17を磁気センサ、光学式センサで構成し、フォーカスレンズユニットL4の位置を直接、検出する構成としてもよい。
9は信号入出力部(コネクタ等)である。カメラ制御回路4は、後述する周辺光量調整時に、この信号入出力部9を介してカメラとは別に設けられた調整装置と電気的に接続され、該調整装置との信号の通信を行い、その通信内容に基づいて防振駆動回路7を介して振れ補正レンズユニットL3を駆動することにより、周辺光量調整を行う。
10は後述するオフセット位置データ(調整データ)を電気信号として記憶するEEPROM等のメモリである。また、メモリ10には、バリエータレンズユニットL2の位置に応じた、像面を一定位置に維持するためのフォーカスレンズユニットL4の位置のデータ(電子カムデータ)が記憶されている。
13は使用者により操作されるズームスイッチである。このズームスイッチ13が望遠側又は広角側に操作されると、カメラ制御回路4はこのズームスイッチ13からの方向を示す信号に応じた方向にズーム駆動回路5を介してズームモータ15を駆動する。これにより、バリエータレンズユニットL2がズームスイッチ13の操作方向に応じた方向に移動し、変倍が行われる。またこのとき、カメラ制御回路4は、ズーム位置センサ16からの信号に基づいてバリエータレンズユニットL2の位置を検出し、メモリ10内の電子カムデータから該検出位置に応じたフォーカスレンズユニットL4の位置を読み込んで、その位置に、フォーカス駆動回路8を介してフォーカスレンズユニットL4を移動させる。
また、カメラ制御回路4は、撮像素子3からの出力信号から高周波成分を抽出し、該高周波成分のピーク値が最大となる位置にフォーカスレンズユニットL4を移動させてオートフォーカス制御を行う。
20は撮影を開始および停止させるために使用者により操作される撮影スイッチである。
次に、上記調整装置によるカメラの周辺光量調整方法について説明する。図2には、カメラの周辺光量調整時の様子を示している。
100は図1にて説明した、周辺光量調整が行われるカメラであり、最終組立まで終了した状態(撮影レンズ系1に対して撮像素子3が固定された状態)のものである。101は略均一輝度の発光面を有するライトボックス等の均一輝度面(物体)である。105はカメラ100を支持するステージであり、カメラ100の均一輝度面101に対する上下左右方向の位置を調整する。
102は調整装置であり、カメラ100の信号入出力部9とケーブル103を介して接続されている。調整装置102は、パーソナルコンピュータ又は専用コンピュータからなり、カメラ100と周辺光量調整に必要な信号の通信を行う。また、調整装置102はケーブル104を介してステージ105と接続されており、ステージ105の駆動制御を行う。
ここで、調整装置102は、パーソナルコンピュータ又は専用コンピュータからなり、カメラ100と周辺光量調整に必要な信号の通信を行う。
次に、図3のフローチャートに従って周辺光量調整の概要を説明する。このフローチャートは、調整装置102内のコントローラ(CPU等:以下、調整コントローラ102aと称する)により実行される。
まず、ステップ(図では、Sと略す)1にて、調整コントローラ102aは、ステージ105を駆動して、カメラ100を均一輝度面101の概ね中央に正対させる。そして、調整コントローラ102aは、カメラ制御回路4に対し、ズームレンズユニットL2、フォーカスレンズユニットL4および絞りユニットSPを所定の調整時状態(具体的には後述する)に設定させるコマンドを送信する。カメラ制御回路4は、このコマンドに応じて、それぞれズーム制御回路5、フォーカス制御回路8および絞り制御回路6を介してズームレンズユニットL2、フォーカスレンズユニットL4および絞りユニットSPを所定の調整時状態にセットする。
次に、ステップ2にて、調整コントローラ102aは、振れ補正レンズユニットL3を、振れ補正時の可動範囲の中心(撮影レンズ系1の光軸上)又は中心付近(像面上での像位置に実質的な変化がない範囲内)の基準位置にセットさせるよう、カメラ制御回路4にコマンドを送信する。カメラ制御回路4は、このコマンドに応じて、防振制御回路7を介して振れ補正レンズユニットL3を基準位置にセットする。
次に、ステップ3では、調整コントローラ102aは、カメラ制御回路4を介して撮像素子3からの出力信号を取り込み、撮像素子3上における周辺部の光量のバランス評価(詳しくは後述する)を行う。そして、周辺部の光量バランスが所定範囲内に入っており、良好と判断したときはステップ4へ進み、バランスが所定範囲外、すなわち悪ければステップ5に進む。
ステップ5では、調整コントローラ102aは、上記バランス評価の結果に基づいて、該バランスが改善する(上記所定範囲内に入る)方向に所定オフセット量、振れ補正レンズユニットL3を移動させるコマンドをカメラ制御回路4に送信する。このコマンドを受けたカメラ制御回路4は、防振制御回路7を介して振れ補正レンズユニットL3を該コマンドにより指定された方向に所定のオフセット量移動させる。
こうしてステップ3にて光量バランスが良好と判断されるまでステップ5を繰り返し実行し、ステップ3で光量バランスが良好と判断されると、ステップ4で、調整コントローラ102aは、振れ補正レンズユニットL3の光軸直交方向におけるオフセット位置データ(基準位置からの総オフセット量、つまりは移動量を示す調整データ)を記憶させるコマンドをカメラ制御回路4に送信する。このコマンドを受けたカメラ制御回路4は、その時点での振れ補正レンズユニットL3の基準位置に対する位置、すなわちオフセット位置データをシフト位置センサ15からの出力に基づいて検出し、メモリ10に書き込む。そして、本フローを終了する。
次に、上述した周辺部光量のバランス評価について図4を用いて説明する。本実施例におけるバランス評価では、撮像素子3の撮像面全体のうち周辺部である4つの隅部(複数の画素を含む領域)31,32,33,34からの各出力信号を調整装置102の調整コントローラ102aに取り込み、調整コントローラ102aにより、各出力信号におけるそれぞれの平均輝度あるいは各隅部内でのかげり具合を比較する。そして、これら四隅部31〜34相互間での平均輝度の差あるいはかげり具合の差が、実質的に差がないとみなせる所定範囲内に入っていれば、光量バランスは良好と判断され、所定範囲外であれば光量バランスは悪いと判断される。
光量バランスが悪いと判断された場合にこれを良好とするために、振れ補正レンズユニットL3を光軸直交方向に移動させるべき量は、振れ補正レンズユニットL3の近軸横倍率をβi、振れ補正レンズユニットL3よりも像面側に配置されたレンズ系(本実施例では、フォーカスレンズユニットL4)の近軸横倍率をβrとし、そのときの撮像素子3の中心の撮影レンズ系1の光軸に対するずれ量がDであったとすると、ほぼ、
D/{(1−βi)×βr}
となる。
本実施例における周辺光量調整時においては、上記ずれ量Dの真の値は不明であるので、予想される最大のずれ量Dを適当数に分割した値を上記式に代入して得られる量(所定量)ずつ、撮影光レンズ系1の光軸から見て、平均輝度が低い又はかげり具合が大きい隅部の方向に振れ補正レンズユニットL3を移動させていき(図3のステップ5)、最終的に良好な光量バランスが得られる状態にもっていく。
なお、本実施例では、光量バランスが良好と判断された場合の振れ補正レンズユニットL3の位置をシフト位置センサ15で検出してメモリ10に記憶させているが、調整コントローラ102a又はカメラ制御回路4において振れ補正レンズユニットL3の基準位置からの合計オフセット量を加算記憶しておき、それをメモリ10に記憶させるようにしてもよい。
以下に、本実施例に対応する数値実施例を示す。撮像素子3の位置ずれによる周辺部光量のアンバランスは、広角側で小絞りのときに顕著に現われるので、図3に示した周辺光量調整制御は、焦点距離f=5.35mm、絞り値F8の状態で行う。また、カメラ100と均一輝度面101と間の距離は数十cmから1m程度であり、均一輝度面101に概ねピントが合った状態とする(なお、ピントは厳密に合う必要はない)。
図5(A)〜(C)には、下記表1に示した数値実施例1のカメラにおいて、撮像素子3の中心が撮影レンズ系14の光軸に対してずれている場合に上記周辺光量調整によって光量バランスが改善する様子を示している。
図5(A),(B),(C)ともf=5.35mm、F8の状態での撮像素子3上における光量比分布グラフを示しており、横軸は撮像素子3の対角断面上の位置(単位はmm)を、縦軸は撮像素子3の中心位置の輝度(1とする)に対する輝度比を示している。
図5(A)は撮像素子3に光軸に対する位置ずれがないとき、(B)は撮像素子3が光軸に対して対角方向に0.1mmずれたとき、(C)は撮像素子3が光軸に対して対角方向に0.1mmずれ、かつ振れ補正レンズユニットL3を光軸直交方向に0.11mm移動させたときを示している。
図5(A)では、中心位置での光量に対して対角位置にある2つの隅部の光量は互いに同じ程度低下して、グラフは左右対称になっている。
これに対し、図5(B)では、中心位置での光量に対して対角位置にある2つの隅部のうち一方(撮像素子3の位置ずれ方向の先にある隅部)の光量が、他方の光量よりも大きく落ち込んでおり、グラフは左非右対称になっている。
しかし、図5(C)では、振れ補正レンズユニットL3を、図5(B)にて光量が落ち込んでいた隅部側にシフト(オフセット)させたことにより、光量バランスが改善され、グラフは図5(A)と同様に左右対称になっている。
表1には、本実施例のカメラにおける撮影レンズ系1の数値実施例を示す。また、図11と、図12および図13にはそれぞれ、該数値実施例の撮影レンズ系1の断面図と収差図を示している。これらの図において、f は短焦点距離(広角)端、fWMは短焦点距離側の位置,f は短焦点距離端と長焦点距離(望遠)端間でのミドル位置、f は長焦点距離端を示す。また、図11において、Gは光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の光学フィルタを示す。IPは像面(撮像素子3の撮像面)を示す。
また、図11において、フォーカスレンズユニットL4の下に示した実線4aは、無限遠物体に合焦しているときの短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に伴なう像面移動を補正するためのフォーカスレンズユニットL4の移動軌跡を示し、点線4bは、近距離物体に合焦しているときの短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に伴なう像面移動を補正するためのフォーカスレンズユニットL4の移動軌跡を示している。
さらに、表1において、ωは半画角、riは物体側よりi番目の光学面の曲率半径、diは物体側よりi番目のレンズ厚及び空気間隔、niとνiはそれぞれ、物体側よりi番目のレンズの屈折率とアッベ数である。
また、レンズ面のうち非球面形状は、以下の式により表される。
x=(h/r)/{1+{1-(1+K)(h/r)}1/2}+Bh+Ch+Dh+Eh10
さらに、e−Xは、×10−Xを表す。
《表1》
f= 4.32〜45.85 FNo=1: 1.65〜2.88 2ω=51.4°〜6.6°
r 1= 45.013 d 1= 1.40 n 1=1.84666 ν 1=23.9
r 2= 25.393 d 2= 6.96 n 2=1.48749 ν 2=70.2
r 3= -174.367 d 3= 0.20
r 4= 21.396 d 4= 3.56 n 3=1.77250 ν 3=49.6
r 5= 56.123 d 5= 可変
r 6= 64.027 d 6= 0.60 n 4=1.84666 ν 4=23.9
r 7= 5.291 d 7= 2.79
r 8= -13.988 d 8= 0.50 n 5=1.78590 ν 5=44.2
r 9= 170.827 d 9= 0.20
r10= 11.943 d10= 2.74 n 6=1.84666 ν 6=23.9
r11= -11.943 d11= 0.50 n 7=1.60311 ν 7=60.6
r12= 19.272 d12= 可変
r13= ∞(絞り) d13= 2.30
r14= 12.722(非球面)d14= 1.90 n 8=1.80610 ν 8=40.7
r15= 99.712 d15= 3.80
r16= 22.930 d16= 0.50 n 9=1.84666 ν 9=23.9
r17= 7.922 d17= 2.70 n10=1.48749 ν10=70.2
r18= -33.982 d18= 可変
r19= 13.375 d19= 2.65 n11=1.78590 ν11=44.2
r20= -13.375 d20= 0.50 n12=1.84666 ν12=23.9
r21= 172.094 d21= 可変
r22= ∞ d22= 2.40 n13=1.51633 ν13=64.1
r23= ∞

f fWM f f
\焦点距離 4.32 5.35 18.46 45.85
可変間隔\
d 5 0.85 3.73 15.27 20.08
d12 21.58 18.70 7.16 2.35
d18 4.58 4.03 2.19 5.92
d21 4.25 4.81 6.64 2.91

非球面係数
第14面 K B C D E
-7.8623e-01 -1.7173e-05 1.5598e-07 -3.1767e-09 1.4344e-10

ここで、本実施例のように、振れ補正レンズユニットL3を用いて周辺光量調整を行う理由は、もともと振れ補正レンズユニットL3は光軸直交方向に移動させても偏心収差の発生が少ないレンズが使用されていることと、もともと像振れ補正のために光軸直交方向への移動機構を有しているので新たに周辺光量調整のための移動機構を付加する必要がないことによる。
また、この振れ補正レンズユニットL3の場合は、(1−βi)×βrの値が全ズ−ム域において約0.9とあまり変化がないので、移動量(調整データ)をズーム位置に応じて変える必要がない。したがって、1つのズーム位置に対して決定した調整データを全ズーム域で用いても、全ズーム域で周辺部光量のアンバランスを改善することができる。
但し、本発明においては、調整データ(オフセット位置データ)をズーム位置に応じて変更するようにしてもよい。この場合、図7のステップ24において行われるズーム位置の短焦点距離側への移動に代えて、所定のズーム位置間隔でのズーム位置の変更を順次行うとともに、ズーム位置を変更するごとに周辺部光量のバランス評価とオフセット位置データのメモリ10への保存とを行えばよい。また、直接オフセット位置データを得ていないズーム位置のオフセット位置データは、隣接するズーム位置にて得られたオフセット位置データに基づく補間演算により得るようにしてもよい。
なお、本実施例では、ズームタイプの撮影レンズ系を用いた場合について説明したが、本発明は単焦点距離タイプの撮影レンズ系を用いる場合にも適用することができる。
次に、本発明の実施例2であるビデオカメラのズーム中心ずれ調整方法について説明する。なお、本調整方法が適用されるカメラは、実施例1にて説明したカメラと同じ構成のものであるので、同じ構成要素には同符号を付して説明に代える。
図6において、100はズーム中心ずれ調整が行われるカメラであり、201はチャート(物体)であり、その中心にはマーク211が描かれている。
カメラ100の信号入出力部9は調整装置202とケーブル103を介して接続されている。また、調整装置202はステージ105ともケーブル104を介して接続されている。
次に、図7のフローチャートに従ってズーム中心ずれ調整方法の概要を説明する。このフローチャートは、調整装置202内のコントローラ(CPU等:以下、調整コントローラ202aと称する)により実行される。
まず、ステップ(図では、Sと略す)21にて、調整コントローラ202aは、振れ補正レンズユニットL3を像振れ補正のための可動範囲の中心(撮影レンズ系1の光軸上)又は中心付近(像面上での像位置に実質的な変化がない範囲内)の基準位置にセットさせるよう、カメラ制御回路4にコマンドを送信する。カメラ制御回路4は、このコマンドに応じて、防振制御回路7を介して振れ補正レンズユニットL3を基準位置にセットする。
次に、ステップ22にて、調整コントローラ202aは、ズーム位置を長焦点距離側の所定ズーム位置(例えば、長焦点距離端)にさせるコマンドをカメラ制御回路4に送信する。カメラ制御回路4は、このコマンドに応じて、ズーム制御回路5を介してズームレンズユニットL2を所定ズーム位置にセットする。
ステップ23では、調整コントローラ202aは、チャート201の中心に描かれたマーク211の像が撮像素子3上の中心にくるようにカメラ100のチャート201に対する位置を調整するようステージ105を制御する。このとき撮影レンズ系1は、オートフォーカス制御によってマーク211に対して合焦する。
ステップ24では、調整コントローラ202aは、ズーム位置を短焦点距離側の所定ズーム位置(例えば、短焦点距離端)にさせるコマンドをカメラ制御回路4に送信する。カメラ制御回路4は、このコマンドに応じて、ズーム制御回路5を介してズームレンズユニットL2を短焦点距離側の所定ズーム位置に移動させる。このとき撮影レンズ系1は、オートフォーカス制御によってマーク211に対する合焦を維持する。
そして、ステップ25では、調整コントローラ202aは、カメラ制御回路4を介して撮像素子3からの出力信号を取り込み、ズーム位置を長焦点距離側から短焦点距離側に変化させたときのズーム中心ずれ評価(詳しくは後述する)を行う。そして、ズーム中心ずれ量が所定範囲内に入っており、良好と判断したときはステップ26へ進み、ズーム中心ずれ量が所定範囲外、すなわち悪ければステップ27に進む。
ステップ27では、調整コントローラ202aは、ズーム中心ずれ評価の結果に基づいて、ずれ評価が改善する(ずれ量が小さくなる)方向に所定オフセット量、振れ補正レンズユニットL3を移動させるコマンドをカメラ制御回路4に送信する。このコマンドを受けたカメラ制御回路4は、防振制御回路7を介して振れ補正レンズユニットL3を該コマンドにより指定された方向に所定のオフセット量移動させる。
こうしてステップ25にてズーム中心ずれ評価が良好と判断されるまでステップ27を繰り返し実行し、ステップ25でズーム中心ずれ評価が良好と判断されると、ステップ26で、調整コントローラ202aは、振れ補正レンズユニットL3の光軸直交方向におけるオフセット位置データ(基準位置からの総オフセット量、すなわち移動量を示す調整データ)を記憶させるコマンドをカメラ制御回路4に送信する。このコマンドを受けたカメラ制御回路4は、その時点での振れ補正レンズユニットL3の基準位置に対する位置、すなわちオフセット位置データをシフト位置センサ15からの出力に基づいて検出し、メモリ10に書き込む。そして、本フローを終了する。
ここで、図8を用いてズーム中心ずれ評価について説明する。211Tは、図7のステップ23で、ズーム位置が長焦点距離側のときに、撮像素子3の中心位置に結像したマーク211の像である。211Wは、所定範囲よりも大きいズーム中心ずれがある場合の、ズーム位置が短焦点距離側のときのマーク211の像である。本実施例でのズーム中心ずれ評価は、撮像素子3上での像211Tと211Wの離れ量が所定範囲より大きいか否かを評価するものである。つまり、撮像素子3における像211Tでの撮像信号と、像211Wでの撮像信号とを調整コントローラ202aに取り込み、これらの撮像信号を比較して、像211Tと像211Wとの撮像素子上での離れ量を検出する。そして、調整コントローラ202aにおいて、像211Tと211Wの離れ量が、実質的に0とみなせる所定範囲内である場合には、ズーム中心ずれ評価は良好と判断され、所定範囲外であればズーム中心ずれ評価は悪いと判断される。
ズーム中心ずれ評価は悪いと判断された場合にこれを良好とするために、振れ補正レンズユニットL3を光軸直交方向に移動させるべき量は、振れ補正レンズユニットL3の近軸横倍率をβi、振れ補正レンズユニットL3よりも像面側に配置されたレンズ系(本実施例では、フォーカスレンズユニットL4)の近軸横倍率をβrとし、そのときの撮像素子3の中心の撮影レンズ系1の光軸に対するずれ量がDであったとすると、ほぼ、
D/{(1−βi)×βr}
となる。
本実施例におけるズーム中心ずれ調整時においては、上記ずれ量Dの真の値は不明であるので、予想される最大のずれ量Dを適当数に分割した値を上記式に代入して得られる量(所定量)ずつ、上記離れ量が小さくなる方向に振れ補正レンズユニットL3を移動させていき(図7のステップ27)、最終的に良好なズーム中心ずれ評価が得られる状態にもっていく。
なお、本実施例では、ズーム中心ずれ評価が良好と判断された場合の振れ補正レンズユニットL3の位置をシフト位置センサ15で検出してメモリ10に記憶させているが、調整コントローラ202a又はカメラ制御回路4において振れ補正レンズユニットL3の基準位置からの合計オフセット量を加算記憶しておき、それをメモリ10に記憶させるようにしてもよい。
上述した数値実施例に示した撮影レンズ系1においては、撮像素子3が撮影レンズ系1の光軸に対して対角方向に0.1mmずれているときは、振れ補正レンズユニットL3を光軸直交方向に0.11mmシフトさせるとズーム中心ずれがほぼ無くなり、図8に示したマーク211の像211Tと211Wとが重なる。
ここで、本実施例のように、振れ補正レンズユニットL3を用いてズーム中心ずれ調整を行う理由は、実施例1と同様に、もともと振れ補正レンズユニットL3は光軸直交方向に移動させても偏心収差の発生が少ないレンズが使用されていることと、もともと像振れ補正のために光軸直交方向への移動機構を有しているので新たに周辺光量調整のための移動機構を付加する必要がないことによる。
また、この振れ補正レンズユニットL3の場合は、(1−βi)×βrの値が全ズ−ム域において約0.9とあまり変化がないので、移動量(調整データ)をズーム位置に応じて変える必要がない。
但し、本発明においては、調整データをズーム位置に応じて変更するようにしてもよい。この場合、図7のステップ24において行われるズーム位置の短焦点距離側への移動に代えて、所定のズーム位置間隔でのズーム位置の変更を順次行うとともに、ズーム位置を変更するごとにズーム中心ずれ評価とオフセット位置データのメモリ10への保存とを行えばよい。また、直接オフセット位置データを得ていないズーム位置のオフセット位置データは、隣接するズーム位置にて得られたオフセット位置データに基づく補間演算により得るようにしてもよい。
なお、上記各実施例では、振れ補正レンズユニットL3を周辺光量調整やズーム中心ずれ調整のために光軸直交方向に移動させる場合について説明したが、振れ補正レンズユニットL3以外のレンズユニットを光軸直交方向に移動させるようにしてもよい。この場合、振れ補正レンズユニットL3以外のレンズユニットの光軸直交方向位置が、調整後に変化しないように、レンズ本体等に対して接着等により固定するようにしてもよい。
なお、上記各実施例にて説明した撮影レンズ系は、以下の条件を満足するとよい。
0.1<|(1−βi)×βr)|<10.0 …(1)
条件式(1)は、振れ補正レンズユニットL3(又は光軸直交方向に移動するオフセットレンズユニット)の像変位敏感度に関するものである。この値が式(1)の下限を下回ると該敏感度が低くなり過ぎ、上記調整のためのオフセット量が大きくなる。このため、振れ補正レンズユニットL3の径が大型化し、好ましくない。望ましくは下限値を0.2にするとよい、さらに望ましくは、下限値を0.4にするとよい。
また、この値が式(1)の上限を越えると該敏感度が高くなり過ぎ、調整のためのオフセット量の調整精度が厳しくなって、極めて精密な制御が必要になり好ましくない。望ましくは、5.0、さらに望ましくは2.5を超えないようにするとよい。
さらに、式(1)において、本実施例のように振れ補正レンズユニットL3よりも像面側にレンズ系を有さない撮影レンズ系を用いる場合は、βr=1とする。
また、実施例2においては、さらに以下の条件を満足するとよい。
0.3<{(1−βiw)×βrw}/{(1−βit)×βrt}<3.0 …(2)
ここで、βiw、βrwは短焦点距離端での上記βi、βrを、βit、βrt は長焦点距離端での上記βi、βrである。
条件式(2)は、振れ補正レンズユニットL3(又は光軸直交方向に移動するオフセットレンズユニット)の像変位敏感度の短焦点距離端と長焦点距離端での比に関するものである。この比の値が約1.0のときは、短焦点距離端と長焦点距離端でのオフセット量を同一値にすることができる。また、上記比の値が下限あるいは上限を越えて1.0から離れると、光学調整のためのオフセット量を短焦点距離端と長焦点距離端で大きく変化させないといけなくなるので、調整や制御が複雑になり、好ましくない。さらに望ましくは、下限値を0.7、上限を1.5にするとよい。
上記数値実施例の撮影レンズ系において、振れ補正レンズユニットL3をオフセットレンズユニットとしたときの条件式(1)の値は、f=5.35mmのところで0.91であり、条件式(2)の値は0.99である。つまり、いずれの条件式も満足する。
また、上記各実施例では、撮像素子の中心が撮影レンズ系の光軸に対してずれることに起因して発生する周辺部光量のアンバランスやズーム中心ずれを調整する場合について説明したが、周辺部光量のアンバランスやズーム中心ずれは、上述のような撮像素子の位置ずれがなくても撮影レンズ系内のレンズや遮光部材等の軸ずれによっても発生するので、これらの要因による周辺部光量のアンバランスやズーム中心ずれを調整することも可能である。
このようにして光学的な調整がなされたカメラを用いて撮影を行う場合は、メモリ10に書き込まれたオフセット位置データがカメラ制御回路4によって読み込まれる。カメラ制御回路4は、このオフセット位置データに応じて、防振駆動回路7を介して振れ補正レンズユニットL3の振れ補正移動の基準となる基準位置にオフセットを与える。以下の実施例3,4では、ビデオカメラにおける具体的な制御フローチャートを説明する。
図9には、1つのオフセット位置データで全ズーム域での周辺光量調整およびズーム中心ずれ調整を行うビデオカメラの制御フローチャートを示す。本フローチャートは、カメラ制御回路4により主に実行されるものである。
まず、ステップ(図ではSと略す)40でビデオカメラの電源がオンされると、ステップ41にて、カメラ制御回路4は、各駆動回路を介して各レンズユニットのリセット(位置検出のための基準となる位置への移動)を行う。また、このリセット動作後、ズームレンズユニットL2を、前回の電源オフ時に不図示のメモリに記憶させたズーム位置に移動させる。
次に、ステップ42では、カメラ制御回路4は、メモリ10に記憶されたオフセット位置データを読み出す。そして、ステップ43では、振れ補正レンズユニットL3の振れ補正駆動の中心となる基準位置を撮影レンズ系1の光軸上からオフセット位置データにより表されたオフセット量分、移動させ、新たな基準位置とする(つまりは、振れ補正レンズユニットL3のセンター位置を補正する)。
次に、ステップ44では、図1に示した振れ補正(IS)スイッチ19がオンか否かを判別する。振れ補正スイッチ19がオフの場合はステップ45に進み、振れ補正レンズユニットL3をステップ43で補正(変更)された基準位置にロックする。使用時の振動により振れ補正レンズユニットL3が移動してしまうことを防止するため、このロックは、防振駆動回路7のアクチュエータにより電気的に振れ補正レンズユニットL3を補正された基準位置に保持することにより行われる。
一方、振れ補正スイッチ19がオンの場合はステップ46に進み、振れセンサ18からの信号に基づいて、振れ補正レンズユニットL3を駆動すべき方向および量を演算し、ステップ43で補正された基準位置を基準(中心)として該演算により得られた駆動方向および駆動量での振れ補正レンズユニットL3の振れ補正駆動を行う。
そして、ステップ45又はステップ46を経てステップ47に進み、カメラ制御回路4は、図1に示した撮影スイッチ20がオンか否かを判別する。撮影スイッチ20がオンであれば、ステップ48に進み、ビデオ撮影を開始する。
次に、ステップ49では、カメラ制御回路4は、撮影スイッチ20がオフか否かを判別する。撮影スイッチ20がオフでなければ、ステップ48に戻り、撮影を続行する。撮影スイッチ20がオフであれば、ステップ50に進み、ビデオ撮影を停止する。そして、本フローを終了する。
図10には、ズーム位置に応じたオフセット位置データを用いて周辺光量調整およびズーム中心ずれ調整を行うビデオカメラにおける制御フローチャートを示している。本フローチャートは、カメラ制御回路4により主に実行されるものである。
まず、ステップ(図ではSと略す)60でビデオカメラの電源がオンされると、ステップ61にて、カメラ制御回路4は、各駆動回路を介して各レンズユニットのリセット(位置検出のための基準となる位置への移動)を行う。また、このリセット動作後、ズームレンズユニットL2を、前回の電源オフ時に不図示のメモリに記憶させたズーム位置に移動させる。
次に、ステップ62では、カメラ制御回路4は、メモリ10に記憶されたズーム位置に応じたオフセット位置データのうち、現在(すなわち、前回の電源オフ時)のズーム位置に応じたオフセット位置データを読み出す。
そして、ステップ63では、カメラ制御回路4は、振れ補正レンズユニットL3の振れ補正駆動の中心となる基準位置を撮影レンズ系1の光軸上からオフセット位置データにより表されたオフセット量分、移動させ、新たな基準位置とする(つまりは、振れ補正レンズユニットL3のセンター位置を補正する)。
次に、ステップ64では、カメラ制御回路4は、図1に示したズームスイッチ13が操作されたか否かを判別する。ズームスイッチ13が広角側又は望遠側に操作されたときは、ステップ65に進み、ズーム駆動回路5を介して操作された側に対応する方向にズームレンズユニットL2を駆動する。またこのとき、変化したズーム位置をズーム位置センサ16を通じて検出する。
そして、ステップ66では、カメラ制御回路4は、変化したズーム位置に応じたオフセット位置データをメモリ10から読み出し、ステップ63に戻って再び、振れ補正レンズユニットL3の基準位置を変更(補正)する。
ステップ64で、ズームスイッチ13が操作されていないと判別したときは、ステップ67に進み、図1に示した振れ補正(IS)スイッチ19がオンか否かを判別する。振れ補正スイッチ19がオフの場合はステップ69に進み、振れ補正レンズユニットL3をステップ43で補正(変更)された基準位置にロックする。使用時の振動により振れ補正レンズユニットL3が移動してしまうことを防止するため、このロックは防振駆動回路7のアクチュエータにより電気的に振れ補正レンズユニットL3を補正された基準位置に保持することにより行われる。
一方、振れ補正スイッチ19がオンの場合はステップ68に進み、振れセンサ18からの信号に基づいて、振れ補正レンズユニットL3を駆動すべき方向および量を演算し、ステップ63で補正された基準位置を基準(中心)として該演算により得られた駆動方向および駆動量での振れ補正レンズユニットL3の駆動を行う。
そして、ステップ68又はステップ69を経てステップ70に進み、カメラ制御回路4は、図1に示した撮影スイッチ20がオンか否かを判別する。撮影スイッチ20がオンであれば、ステップ71に進み、ビデオ撮影を開始する。撮影スイッチ20がオンでなければ、ステップ64に戻る。
次に、ステップ72では、カメラ制御回路4は、撮影スイッチ20がオフか否かを判別する。撮影スイッチ20がオフでなければ、ステップ64に戻り、ズームスイッチ13の操作の有無を見ながら撮影を続行する。撮影スイッチ20がオフであれば、ステップ73に進み、ビデオ撮影を停止する。そして、本フローを終了する。
なお、以上説明した各実施例では、ビデオカメラについて説明したが、本発明は、デジタルスチルカメラにも適用することができる。
本発明の実施例1であるビデオカメラの構成を示すブロック図。 実施例1におけるカメラと調整装置の配置を説明する図。 実施例1における調整装置による周辺光量調整制御を示すフローチャート。 撮像素子の周辺部の光量バランス評価を説明する図。 周辺部の光量バランス調整による結果を説明する図。 本発明の実施例2におけるカメラと調整装置の配置を説明する図。 実施例2における調整装置による周辺光量調整制御を示すフローチャート。 ズーム中心ずれを説明する図。 本発明の実施例3であるビデオカメラの動作を示すフローチャート。 本発明の実施例4であるビデオカメラの動作を示すフローチャート。 本発明の数値実施例であるビデオカメラの撮影レンズ系の断面図。 上記数値実施例の撮影レンズ系の収差図。 上記数値実施例の撮影レンズ系の収差図。
符号の説明
1 撮影レンズ系
L1 固定レンズユニット
2 バリエータレンズユニット
L3 振れ補正レンズユニット
L4 フォーカスレンズユニット
3 固体撮像素子
4 カメラ制御回路
5 ズーム駆動回路
6 絞り駆動回路
7 防振駆動回路
8 フォーカス駆動回路
9 信号入出力部
10 メモリ
211 マーク
SP 絞り
IP 像面
102,202 調整装置

Claims (15)

  1. 光軸直交方向に移動可能なオフセットレンズユニットを含む撮影光学系と、
    該撮影光学系により形成された物体の像を光電変換する撮像素子と、
    前記物体が略均一輝度面である場合に前記撮像素子上における周辺部の光量が略均一となる前記オフセットレンズユニットの所定基準位置からの移動量に関する調整データを記憶する記憶手段とを有することを特徴とする撮影装置。
  2. 前記所定基準位置が前記撮影光学系の光軸上に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。
  3. 前記オフセットレンズユニットを光軸直交方向に駆動する駆動手段と、
    前記記憶手段から読み出した前記調整データに基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮影装置。
  4. 前記オフセットレンズユニットは、光軸直交方向に移動して該撮影装置の振れに伴う前記撮像素子上での像振れを補正するレンズユニットであり、
    前記制御手段は、前記撮影装置の振れを検出するセンサからの信号に基づいて、前記オフセットレンズユニットが前記所定基準位置から前記調整データの分移動した位置を基準として駆動されるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項3に記載の撮影装置。
  5. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撮影装置。
    0.1<|(1−βi)×βr|<10.0
    但し、βiは前記オフセットレンズユニットの近軸横倍率、βrは前記撮影光学系のうち前記オフセットレンズユニットより像面側のレンズ系の近軸横倍率である。前記レンズ系を有さない場合はβr=1とする。
  6. 光軸直交方向に移動可能なオフセットレンズユニットを含むとともに変倍が可能な撮影光学系と、
    前記撮影光学系により形成された物体の像を光電変換する撮像素子と、
    前記撮影光学系により前記撮像素子上の中心に結像する物点が、前記撮影光学系の変倍に際して光軸直交方向に移動しないようにするための前記オフセットレンズユニットの所定基準位置からの移動量に関する調整データを記憶する記憶手段とを有することを特徴とする撮影装置。
  7. 前記所定基準位置が前記撮影光学系の光軸上に設定されていることを特徴とする請求項6に記載の撮影装置。
  8. 前記オフセットレンズユニットを光軸直交方向に駆動する駆動手段と、
    前記記憶手段から読み出した前記調整データに基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項6又は7に記載の撮影装置。
  9. 前記オフセットレンズユニットは、光軸直交方向に移動して該撮影装置の振れに伴う前記撮像素子上での像振れを補正するレンズユニットであり、
    前記制御手段は、前記撮影装置の振れを検出するセンサからの信号に基づいて、前記オフセットレンズユニットが前記所定基準位置から前記調整データの分移動した位置を基準として駆動されるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項8に記載の撮影装置。
  10. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項6から9のいずれかに記載の撮影装置。
    0.1<|(1−βi)×βr|<10.0
    但し、βiは前記オフセットレンズユニットの近軸横倍率、βrは前記撮影光学系のうち前記オフセットレンズユニットより像面側のレンズ系の近軸横倍率である。前記レンズ系を有さない場合はβr=1とする。
  11. さらに以下の条件を満足することを特徴とする請求項10に記載の撮影装置。
    0.3<{(1−βiw)×βrw}/{(1−βit)×βrt}<3.0
    但し、βiw、βrwは短焦点距離端での前記βi、βr、βit、βrtは長焦点距離端での前記βi、βrである。
  12. 光軸直交方向に移動可能なオフセットレンズユニットを含む撮影光学系と、前記撮影光学系により形成された物体の像を光電変換する撮像素子とを有する撮影装置の光学調整方法であって、
    前記物体としての略均一輝度面に対して所定位置に前記撮影装置をセットするステップと、
    前記略均一輝度面からの光量が前記撮像素子上における周辺部で略均一となるように前記オフセットレンズユニットの光軸直交方向位置を調整するステップとを有することを特徴とする撮影装置の光学調整方法。
  13. 前記撮影装置はデータの記憶が可能な記憶手段を有しており、
    前記オフセットレンズユニットの光軸直交方向位置の調整により得られた、該オフセットレンズユニットの所定基準位置からの移動量に関する調整データを前記記憶手段に記憶させるステップとを有することを特徴とする請求項12に記載の撮影装置の光学調整方法。
  14. 光軸直交方向に移動可能なオフセットレンズユニットを含むとともに変倍が可能な撮影光学系と、前記撮影光学系により形成された物体の像を光電変換する撮像素子とを有する撮影装置の光学調整方法であって、
    前記物体に対して所定位置に前記撮影装置をセットするステップと、
    前記撮影光学系により前記撮像素子上の中心に結像する物点が、前記撮影光学系の変倍に際して光軸直交方向に移動しないようにするために前記オフセットレンズユニットの光軸直交方向位置を調整するステップとを有することを特徴とする撮影装置の光学調整方法。
  15. 前記撮影装置はデータの記憶が可能な記憶手段を有しており、
    前記オフセットレンズユニットの光軸直交方向位置の調整により得られた、該オフセットレンズユニットの所定基準位置からの移動量に関する調整データを前記記憶手段に記憶させるステップとを有することを特徴とする請求項14に記載の撮影装置の光学調整方法。
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