JP2007208775A - 撮像装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの種類により異なる像面湾曲収差による像の歪みを補正する。
【解決手段】撮像装置１４は支柱枠１４１を介して、台座１４２に固定されている。台座１４２は撮像装置１４と比べて十分に硬く、支柱枠１４１との接合面は平面である。撮像装置１４と台座１４２との間には、アクチュエータ１４３が撮像装置１４のほぼ中心に接着されている。このアクチュエータ１４３の駆動源はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電素子からなる薄膜であり、印加される電圧値に応じて、台座１４２の平面に対して垂直方向（図３の上下方向）にその長さを伸縮させ、撮像装置１４を変形させる。印加される電圧値は、撮影レンズ３０から入力した収差データに基づいて、演算回路１０１で算出されたアクチュエータ１４３の駆動量を、素子駆動回路１２８で電圧値に変換したものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮影レンズの像面湾曲収差に応じて、撮像面の湾曲状態を調整することのできる撮像装置、およびカメラに関する。

カメラなどに使用される結像光学系には像面湾曲と呼ばれる収差がある。下記特許文献１および２では、この像面湾曲収差による像の歪みを補正するため、撮像素子を構成するＣＣＤやＣＭＯＳを予め湾曲させたものが開示されている。
特開２００３−２４３６３４号公報 特開２００５−２４３９６０号公報

しかし、撮像素子の湾曲が固定されているので、レンズ交換が可能なカメラの場合は、レンズの種類により異なる像面湾曲収差による像の歪みを完全に補正できないという問題がある。

請求項１の発明による撮像装置は、撮影レンズを介して入射する被写体光を撮像面で受光して電気信号に変換する複数個の光電変換素子と、撮影レンズの像面湾曲に応じて撮像面を変形させる駆動装置とを備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、駆動装置は、光電変換素子を複数個ずつグループ化したブロックごとに駆動する複数のアクチュエータを有することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、駆動装置は、光電変換素子を各々駆動する複数のアクチュエータを有することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置において、駆動装置は、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子を含むことを特徴とする。
請求項５に記載のカメラは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置と、撮像時の収差情報を検出する収差情報検出手段と、収差情報に基づき駆動装置を駆動制御して撮像面を変形させる制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のカメラにおいて、収差情報検出手段は、収差情報を撮影レンズから取得することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のカメラにおいて、制御手段は、撮影準備状態で駆動装置を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、種々の撮影用レンズの像面湾曲収差による像の歪みを補正可能な撮像装置およびデジタルカメラを得ることができる。

以下、図面に基づき、本発明による撮像装置を備える一眼レフデジタルカメラの実施形態を説明する。図１は、本発明によるカメラの要部構成を説明する図であり、このカメラは、カメラボディ１０と、ファインダ装置２０Ａと、電源をオン・オフするためのメインスイッチ２と、撮影を指示するレリーズボタン３と、レンズ３１ａ〜３１ｃおよび絞り３２を有しカメラ本体１０に着脱されるズームレンズ（撮影レンズ）３０とを備える。レンズ群３１ｂが焦点調節レンズであり、レンズ駆動モータ３３で駆動される。

被写体光は撮影レンズ３０を通ってカメラ本体１０に入射し、レリーズボタン３の全押し操作前はクイックリターンミラー１１で反射して、ファインダスクリーン２０に結像する。その被写体像はペンタプリズム２１からリレーレンズ２２を通って接眼レンズ２３に導かれるとともに、ペンタプリズム２１から測光用再結像レンズ２４により、ＳＰＤやＣＣＤ等からなる測光素子２５の受光面上に再結像する。測光素子２５により被写体の輝度分布が光電変換される。

また、レリーズボタン３の全押し操作前、クイックリターンミラー１１の半透過領域を透過した被写体光は、サブミラー１２で下方に反射され、焦点検出装置１３に入射する。焦点検出装置１３は、たとえば周知の位相差式焦点検出装置である。一方、レリーズボタン３が全押し操作されると、クイックリターンミラー１１が上方に回動し、被写体光は図示しないシャッタを介してＣＣＤ、ＣＭＯＳ等を有する撮像装置１４上に結像する。この実施の形態では、撮像装置１４をレンズ収差に応じて変形させ、収差による像の歪みを除去する。

一般的に撮影レンズ３０は像面湾曲と呼ばれる収差を有する。このため、たとえば、図３に示すように、撮像装置１４における撮像領域の中心部で合焦位置を撮像面Ａに合わせても、撮像領域の周辺部では上記の像面湾曲の影響により、合焦位置が撮像面より離れた位置Ｂとなるため、焦点ずれが発生する。その結果、画像の中心部と周辺部で画質が不均一になるなどの撮像特性劣化の原因となっている。この像面湾曲は撮影レンズ３０の種類によりその状態が異なる。また、撮影レンズ３０がズームレンズの場合は、焦点距離によっても像面湾曲の状態は変化する。

このため、撮影レンズ３０が有する収差データに従い、撮像装置１４の撮像面を湾曲させて、撮影レンズ３０の像面湾曲による像の歪みを補正する。なお、撮影レンズ３０が有する収差データは事前に測定され、撮影レンズ３０内に設けられた後述のレンズＲＯＭ３０１に記憶される。

図２（ａ）および（ｂ）は、撮像装置１４の構成を概略的に示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は断面図である。図示は省略するが、撮像装置１４は、二次元配列された光電変換素子と、その読出し回路などを有する。そして、光電変換素子の各々は撮影レンズ３０を介して入射する被写体光の光量に応じた撮像信号を出力する。撮像装置１４は支柱枠１４１を介して、台座１４２に固定されている。なお、撮像装置１４と支柱枠１４１との接合強度は十分に確保されているものとする。台座１４２は撮像装置１４と比べて十分に硬い部材であり、支柱枠１４１との接合面は平面である。撮像装置１４と台座１４２との間には、駆動装置としてのアクチュエータ１４３が撮像装置１４のほぼ中心に接着されている。このアクチュエータ１４３の駆動源はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電素子からなり、印加される電圧値に応じて、台座１４２の平面に対して垂直方向（図３の上下方向）にその長さを伸縮させる。このアクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子の伸縮により撮像装置１４が変形可能に構成されている。

印加電圧によりアクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子が伸びた場合は、図２（ｃ）に示すように、撮像装置１４はアクチュエータ１４３に押され凸面に変形する。アクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子が縮んだ場合は、図２（ｄ）に示すように、撮像装置１４は凹面に変形する。なお、この状態でアクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子への電圧印加を止めると、アクチュエータ１４３は初期状態に戻る。すなわち、撮像装置１４は図２（ａ）の状態に戻る。上記のように撮像装置１４を変形させることにより、撮像装置１４の撮像面を撮影レンズ３０の像面湾曲状態に合わせることができる。

図４のブロック図に示すように、撮像装置１４は、撮影レンズ３０を通過した被写体光による像を撮像し、撮像信号をＡ／Ｄ変換回路１２２へ出力する。Ａ／Ｄ変換回路１２２は、アナログ撮像信号をディジタル信号に変換してＡＳＩＣなどによって構成される画像処理回路１２３へ出力する。これらの撮像装置１４およびＡ／Ｄ変換回路１２２は、タイミング回路１２４から出力される駆動信号によって所定の動作タイミングで駆動される。

画像処理回路１２３は、ディジタル変換後の画像データにホワイトバランス処理などの画像処理を施す他、画像処理後の画像データを所定の形式で圧縮する圧縮処理、圧縮された画像データを伸長する伸長処理などを行う。バッファメモリ１２５は、画像処理回路１２３によって処理される画像データを一時的に格納する。記録媒体１２６は、カメラボディ１０に対して着脱可能なメモリカードなどによって構成され、この記録媒体１２６には、画像処理後の画像データが記録される。

撮影レンズ３０内のレンズＲＯＭ３０１からレンズ種類、収差情報などのレンズ情報が、レンズ情報伝達回路１２７を介して演算回路１０１へ出力される。同様に、撮影レンズ３０内のズームエンコーダ３０２から焦点距離などを含むレンズ情報が、レンズ情報伝達回路１２７を介して演算回路１０１へ出力される。演算回路１０１では、入力されたレンズ情報に基づいて撮像装置１４の撮像面の駆動量を演算し、素子駆動回路１２８へ圧電素子（アクチュエータ）オン・オフ信号および駆動量信号を出力する。素子駆動回路１２８は、入力した駆動量信号に基づいた電圧をアクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子へ印加する。

半押しスイッチ３ａは、レリーズボタン３の操作に連動し、半押し操作信号を演算回路１０１へ出力する。半押し操作信号は、レリーズボタン３が全ストロークの半分程度までの押下操作に対応してオンし、半ストロークの押下操作解除でオフする。全押しスイッチ３ｂは、レリーズボタン３の操作に連動し、全押し操作信号を演算回路１０１へ出力する。全押し操作信号は、レリーズボタン３が全ストローク押下操作に対応してオンし、全ストロークの押下操作解除でオフする。

図５は、本実施の形態におけるデジタルカメラの動作を説明するフローチャートであり、演算回路１０１で実行されるプログラムによる処理手順を示す。なお、デジタルカメラのメインスイッチ２がオンされたことが演算回路１０１で判定されると、本処理が開始される。
ステップＳ１では、測光処理を行い、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、撮影レンズ３０のレンズ種類、収差情報などのレンズ情報を、レンズ情報伝達回路１２７を介してレンズＲＯＭ３０１から入力して、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、レリーズボタン３が半押しか否かを判定する。肯定された場合、すなわち、半押しスイッチ３ａから半押し操作信号を入力したと判定された場合は、ステップＳ４へ進む。否定された場合、すなわち、半押しスイッチ３ａから半押し操作信号を入力していないと判定された場合は、信号の入力を待機する。

ステップＳ４では、焦点検出処理を行いステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、撮像装置１４を変形させて収差補正を行いステップＳ６へ進む。なお、収差補正の詳細処理は後述する。

ステップＳ６では、レリーズボタン３が全押しか否かを判定する。肯定された場合、すなわち、全押しスイッチ３ｂから全押し操作信号を入力したと判定された場合は、ステップＳ７へ進む。否定された場合、すなわち、全押し操作信号を入力していないと判定された場合は、信号の入力を待機する。

ステップＳ７では、前述の撮影動作を行いステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、レリーズボタン３が半押し操作されているか否かを判定する。否定された場合、すなわち、半押しスイッチ３ａから半押し操作信号を入力していないと判定された場合は、ステップＳ９へ進む。肯定された場合、すなわち、半押し操作信号が入力されていると判定された場合は、信号の入力が終了するまで待機する。

ステップＳ９では、素子駆動回路１２８に圧電素子オフ信号を出力する。素子駆動回路１２８は圧電素子オフ信号を入力すると、アクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子への電圧印加を終了する。

次に、ステップＳ５における収差補正処理について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この収差補正処理も、演算回路１０１で実行されるプログラムにより実行される。
ステップＳ５１では、撮影レンズ３０がズームレンズであるか否かを判定する。肯定された場合、すなわち撮影レンズ３０がズームレンズと判定された場合はステップＳ５２へ進む。否定された場合、すなわち撮影レンズ３０が単焦点レンズと判定された場合はステップＳ５２をスキップし、ステップＳ５３へ進む。ステップＳ５２では、ズームエンコーダ３０２から撮影レンズ３０のズーム情報（焦点距離を示す情報）を読み込み、ステップＳ５３へ進む。

ステップＳ５３では、レンズＲＯＭ３０１からレンズ情報伝達回路１２７を介して撮影レンズ３０の収差情報を読み込み、ステップＳ５４へ進む。なお、レンズＲＯＭ３０１には、撮影レンズ３０が単焦点レンズの場合、もしくはズームレンズの場合のそれぞれに対応した収差データがＬＵＴなどの形式で記録されている。ステップＳ５４では、素子駆動回路１２８へ圧電素子オン信号と、ステップＳ５３で読み込んだ収差情報に基づく駆動量信号とを出力する。素子駆動回路１２８は、入力された駆動量信号に基づいた電圧を、アクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子へ印加する。アクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子は印加電圧に応じて伸縮し、この結果、撮像装置１４は変形する。以上の動作が終了するとステップＳ６へ進む。

以上で説明した実施の形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
（１）撮影レンズ３０の有する像面湾曲に応じて撮像装置１４を変形させるようにした。したがって、撮影レンズ３０の像面湾曲による像の歪みを補正することができ、撮像面全領域でフォーカスが合った画像を得ることができる。

（２）レンズの収差データを撮影レンズ３０から読み込み、像面湾曲に応じてアクチュエータ１４３を伸縮させて撮像素子１４を駆動させるようにした。したがって、レンズの種類、もしくは、ズームレンズである場合には焦点距離などの撮影条件に応じて撮像装置１４の撮像面を変形させることができる。そのため、種類の異なる撮影レンズ３０であっても、また異なる撮影条件でも、撮像装置１４を最適に変形することができ、レンズ種類や撮影条件によらず撮像面全領域でフォーカスが合った画像を得ることができる。

（３）撮影レンズ３０の像面湾曲収差に合わせて撮像素子１４を駆動させるアクチュエータ１４３の駆動源として、ＰＺＴなどの圧電素子を用いるようにした。したがって、撮影レンズ３０の像面湾曲の状態を電圧値に変換して圧電素子に印加することにより、圧電素子の伸縮特性を利用して撮像装置１４を変形させることができる。

（４）デジタルカメラが撮影準備状態となったときに、撮像装置１４の撮像面を変形させるようにした。したがって、メインスイッチ２をオンしただけで撮影を行うか否か判別できない場合には、撮像装置１４の駆動を行わないので、撮像装置１４の湾曲駆動を必要最低限に抑え、バッテリの消費電力を抑えることができる。

（５）撮影レンズ３０の有する像面湾曲収差による像の歪みをデジタルカメラ側で補正するようにした。撮影レンズ３０は像面湾曲以外にも様々な収差を有している。撮影レンズ設計時には、これら種々の収差すべてを打ち消すことができず、それぞれの収差をバランスよく抑えるようにしている。したがって、像面湾曲がデジタルカメラで補正可能となることから、像面湾曲の影響を考慮に入れずに撮影レンズ３０の設計が可能となるので、撮影レンズ３０における像面湾曲以外の収差補正の光学設計上の自由度が増す。

なお、実施の形態の説明においては、撮像装置１４の中央に設けた１つのアクチュエータ１４３で撮像面全体を変形（湾曲）させる構造とした。しかし、撮像装置１４を構成する光電変換素子を複数個ずつグループ化したブロックごとに、１つのアクチュエータ１４３で支える構造としてもよい。その場合は、図７（ａ）の平面図および（ｂ）の断面図に示すように、各ブロック１４ａ１〜１４ｆ６の中心にアクチュエータ１４３ａ１〜１４３ｆ６をそれぞれ配置する。これにより、たとえば、図７（ｃ）に示すように、ブロックごとにアクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子に異なる電圧を印加することができる。その結果、図２に示す場合と比較すると、撮影レンズ３０の像面湾曲の収差による像の歪みをより適切に補正するように、撮像装置１４全体を精度よく変形させることができる。

さらに、撮像素子１４を構成する各光電変換素子１４４１〜１４４ｎごとに１つのアクチュエータ１４３１〜１４３ｎで支える構造としてもよい。この場合は、図８（ａ）の平面図および（ｂ）の断面図に示す構造となる。たとえば、図８（ｃ）に示すように、各アクチュエータ１４３の駆動源の圧電素子に異なる電圧を印加することができる。図７（ｃ）に示す場合と比較すると、さらに撮影レンズ３０の像面湾曲の収差による像の歪みを補正するように、撮像装置１４全体を変形させることができる。

本実施の形態の説明では、演算回路１０１は撮影レンズ３０のレンズ情報を撮影レンズから入力するようにしたが、演算回路１０１内に撮影レンズ３０の型式と収差データを対応させたＬＵＴなどを備えるＲＯＭを備え、撮影レンズ３０からレンズ型式のみ入力し、レンズ型式に対応する収差データを出力するようにしてもよい。

圧電素子自体が温度の影響により伸縮する場合は、たとえば、撮像装置１４の近傍に温度センサを設け、温度センサで検出した温度に応じて印加電圧を補正するようにしてもよい。もしくは、圧電素子の熱膨張係数と同一の熱膨張係数を有する素材で支柱枠１４１を作製してもよい。

本実施の形態の説明では、撮影レンズ３０が交換可能なデジタルカメラとして説明したが、レンズ一体型のカメラであってもよい。

また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

本発明の実施の形態におけるデジタルカメラの要部構成を説明する図である。 本発明の実施の形態における撮像装置の構造を説明する概念図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は撮像装置が凸面に湾曲した状態を示し、（ｄ）は撮像装置が凹面に湾曲した状態を示す。 撮影レンズの像面湾曲による収差を説明する図である。 実施の形態におけるデジタルカメラの制御系を説明するブロック図である。 実施の形態におけるデジタルカメラの動作を説明するフローチャートである。 実施の形態における収差補正処理を説明するフローチャートである。 撮像措置の光電変換素子を複数個ずつグループ化したブロックごとに変形させる場合を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は撮像素子が駆動した場合を示す。 撮像装置の光電変換素子を各々駆動させる場合を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は撮像素子が駆動した場合を示す。

符号の説明

１４ 撮像装置 １４１ 支柱枠
１４２ 台座 １４３ アクチュエータ

Claims (7)

1. 撮影レンズを介して入射する被写体光を撮像面で受光して電気信号に変換する複数個の光電変換素子と、
   前記撮影レンズの像面湾曲に応じて前記撮像面を変形させる駆動装置とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記駆動装置は、前記光電変換素子を複数個ずつグループ化したブロックごとに駆動する複数のアクチュエータを有することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記駆動装置は、前記光電変換素子を各々駆動する複数のアクチュエータを有することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記駆動装置は、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子を含むことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置と、
   撮像時の収差情報を検出する収差情報検出手段と、
   前記収差情報に基づき前記駆動装置を駆動制御して前記撮像面を変形させる制御手段とを備えることを特徴とするカメラ。
6. 請求項５に記載のカメラにおいて、
   前記収差情報検出手段は、前記収差情報を前記撮影レンズから取得することを特徴とするカメラ。
7. 請求項５または６に記載のカメラにおいて、
   前記制御手段は、撮影準備状態で前記駆動装置を駆動することを特徴とするカメラ。

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