JP2008268628A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光束制限部材を適切に制御することで、周辺光量落ち範囲のアンバランスが目立つことを防止しつつ、無駄な電力消費を抑える。
【解決手段】光学機器１２０は、該光学機器の振れに応じて撮像系内の防振要素１０５を移動させることにより像振れを抑制する防振手段１０５，１１４と、撮像系内の光束の一部に対して遮光又は減光作用を有する光束制限部材１０２と、該光束制限部材を移動させる駆動手段１１１と、防振機構の動作に伴って駆動手段を制御する制御手段１１６とを有する。制御手段は、撮像面での画像取得範囲に応じて、駆動手段の制御を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、手振れ等に起因する像振れを抑制する防振機能を備えた光学機器に関する。

像振れを抑制するための防振方式には、撮像光学系の一部を構成するシフトレンズを光軸直交面内にて変位（シフト）させる光学防振方式が多く用いられている。ただし、この光学防振方式では、シフトレンズを光軸直交面内で変位させるため、該シフトレンズの周辺部分を通過することで光量が落ちた光束の撮像面（撮像素子の受光面）上での到達範囲にアンバランスが生じる。言い換えれば、撮像面のうち、シフトレンズの変位方向側での周辺光量落ち範囲に比べて、該変位方向側とは逆側での周辺光量落ち範囲が大きくなる。このため、周辺部での明るさバランスが悪い見苦しい画像が得られることになる。

特許文献１には、周辺光束を遮断する光束制限部材を有し、防振動作時に該光束制限部材を光軸直交面内で移動させることにより、撮像面の周辺部での明るさバランスの低下を回避している。
特許第２５１１８２２号公報

一方、デジタルスチルビデオカメラ等の撮像装置では、取得画像のアスペクト比や撮像面内での取得画像の切り出し位置を使用者が任意で選択できる機能を有する。この場合、アスペクト比や切り出し位置の選択によって撮像面上での実際の画像取得範囲が変化する。そして、選択された画像取得範囲のサイズや位置によっては、シフトレンズの移動による光量落ち範囲の変化の影響を殆ど受けない。

しかしながら、特許文献１では、このような撮像面上での画像取得範囲の変化が考慮されておらず、防振動作時には必ず光束制限部材を移動させる。つまり、光束制限部材を移動させるために無駄な電力が消費される。

本発明は、光束制限部材を適切に制御することで、周辺光量落ち範囲のアンバランスが目立つことを防止しつつ、無駄な電力消費を抑えることができる光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、該光学機器の振れに応じて撮像系内の防振要素を移動させることにより像振れを抑制する防振手段と、撮像系内の光束の一部に対して遮光又は減光作用を有する光束制限部材と、該光束制限部材を移動させる駆動手段と、防振機構の動作に伴って駆動手段を制御する制御手段とを有する。そして、制御手段は、撮像面での画像取得範囲に応じて、駆動手段の制御を変更することを特徴とする。

本発明によれば、撮像面での画像取得範囲が、防振手段の動作による周辺光量落ち範囲のアンバランスが生じるようなサイズや位置である場合は、光束制限部材を移動させて良好な画像の取得を可能とする。また、画像取得範囲が周辺光量落ち範囲のアンバランスが生じないようなサイズや位置である場合は、光束制限部材を停止させたりその移動範囲を小さくしたりすることで、無駄な電力消費を抑えることができる。

以下、本発明の好ましい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であるレンズ交換型撮像システムの構成を示している。該撮像システムは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（以下、カメラという）１２１と、該カメラ１２１に対して取り外し可能に装着される交換レンズ装置（光学機器）１２０とにより構成されている。

なお、本実施例では、レンズ交換型撮像システムについて説明するが、本発明の他の実施例としては、レンズ一体型撮像装置（光学機器）も含まれる。

図１において、交換レンズ装置１２０に入射した被写体からの光は、該交換レンズ装置１２０内の撮像光学系を通ってカメラ１２１に導かれる。撮像光学系は、被写体側から順に、固定レンズ１０１、撮像系内の光束の一部を遮断する光束制限部材１０２、変倍を行うズームレンズ（バリエータレンズ）１０３及び光量調節を行う絞り１０４を含む。また、撮像光学系は、該撮像光学系の光軸に直交する方向に移動して、後述する撮像素子１０７上での光学像の振れ、つまりは撮像素子１０７を用いて取得する画像の振れを抑制する補正レンズ（防振要素）１０５を有する。光学像の振れと取得される画像の振れとを含めて像振れという。

さらに、撮像光学系は、フォーカシングを行うフォーカスレンズ（コンペンセータレンズ）１０６を含む。

カメラ１２１に導かれた撮像光学系からの光は、撮像面に配置された撮像素子１０７上に到達する。撮像素子１０７は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成され、その受光面上に形成された被写体像を電気信号に変換する。なお、撮像光学系及び撮像素子１０７により撮像系が構成される。

撮像素子１０７からの出力信号（撮像信号）は、ゲイン回路１０８にて所定の電気信号に変換され、さらに撮像処理回路１０９にて色調整等の各種信号処理が施されて、映像出力部１１０に送られる。これにより、所定のアスペクト比及び解像度を有する映像信号（画像）として不図示のディスプレイや記録媒体に出力される。

交換レンズ装置１２０における各動作の制御や処理は、制御手段としてのレンズマイクロコンピュータ１１６によりコンピュータプログラムに従って行われる。また、カメラ１２１の各動作の制御や処理は、カメラマイクロコンピュータ１１８によりコンピュータプログラムに従って行われる。

レンズマイクロコンピュータ１１６とカメラマイクロコンピュータ１１８は、電気接点を介して互いに接続されており、必要なデータをやり取りすることによって互いの情報や処理を共有することができる。

レンズマイクロコンピュータ１１６は、カメラマイクロコンピュータ１１８を通じて、フォーカス指令情報、ズーム指令情報、映像信号の輝度情報等を受け取る。レンズマイクロコンピュータ１１６はこれらの情報に基づいて、ズーム駆動部１１２、絞り駆動部１１３、補正レンズ駆動部１１４及びコンペンセータ駆動部１１５を制御する。これにより、変倍動作、フォーカシング動作及び絞り動作が行われる。

また、レンズマイクロコンピュータ１１６には、振れセンサ１１７からの交換レンズ装置１２０の振れに応じた信号が入力される。レンズマイクロコンピュータ１１６は、該信号を積分処理することで、交換レンズ装置１２０の振れ量（振れ方向を含む）を示す振れ情報を生成する。そして、振れ情報に基づいて、補正レンズ１０５をその中立位置（補正レンズ１０５の光軸が撮像光学系の光軸に一致する位置）から光軸直交方向に移動させるように補正レンズ駆動部１１４に制御信号を出力する。このときの補正レンズ１０５の移動方向は、交換レンズ装置１２０の振れによる像変位を打ち消すように光束を曲げる方向である。こうして、光学防振動作が行われる。補正レンズ１０５と補正レンズ駆動部１１４とにより防振機構（防振手段）が構成される。

また、レンズマイクロコンピュータ１１６は、補正レンズ１０５の移動に伴って光束制限駆動部（駆動手段）１１１に制御信号を出力し、光束制限部材１０２を光軸直交方向に移動させる。光束制限部材１０２と光束制限駆動部１１１とにより光束制限機構（光束制限手段）が構成される。

光束制限部材１０２は、その中央に固定開口１０２ａを有するリング形状の遮光板であり、該固定開口１０２ａを通過する光束の周囲の光束を遮断する。なお、光束制限部材１０２として、完全な遮光作用を有する部材ではなく、光量を減少させるように低い透過率を有する、すなわち減光作用を有する部材を用いてもよい。光束制限部材１０２が光軸直交方向に移動することで、光軸直交断面において固定開口１０２ａを通過する光束の領域が変位する。

図２Ａには、撮像光学系及び撮像素子１０７を含む撮像系の光軸直交断面を示している。２０１は撮像光学系内を通る光束の外径を示し、２０３ａは撮像素子１０７におけるアスペクト比１６：９の画像取得範囲（ここでは撮像素子１０７からの撮像信号の読み出し範囲）を示している。また、点線１０５ａは、補正レンズ１０５のうち周辺光量落ちが殆ど生じない範囲の外径を示している。図示はしないが、補正レンズ１０５自体の外径は、光束外径２０１よりも大きい。

図２Ａでは、補正レンズ１０５は中立位置に位置している。この場合、補正レンズ１０５のうち点線１０５ａよりも外側、すなわち周辺部を通過した周辺光量落ちが生じた光束の撮像素子１０７上での到達領域（図に灰色領域として示す）は左右対称である。

図２Ｂに示すように、補正レンズ１０５が中立位置から光軸直交方向における右側に移動すると、右側において補正レンズ１０５の周辺部を通過する光束は減少する。これに対し、移動方向側とは逆側である左側において補正レンズ１０５の周辺部を通過する光束は増加する。これにより、補正レンズ１０５の周辺部を通過した周辺光量落ちが生じた光束の撮像素子１０７上での到達領域は、左右非対称となる。このため、アスペクト比１６：９の画像は、片側の周辺部の広い範囲での明るさの低さが目立った、見にくい画像となる。

このため、本実施例では、図２Ｃに示すように、光束制限部材１０２を、その中立位置（固定開口１０２ａの中心が撮像光学系の光軸上にある位置）から補正レンズ１０５の移動方向とは逆側（左側）に移動させる。点線１０２ｂは、光束制限部材１０２によって撮像素子１０７上での光量低下が生じない範囲の外径を示し、該点線１０２ｂよりも外側で光量が低下する。

これにより、図２Ｂにて周辺光量落ちした光束が少なかった右側において光量が低下する。したがって、撮像素子１０７上で光量が低い領域が概ね左右対称となるように光束制限部材１０２を移動させることで、左右の周辺部で同じように明るさが低いアスペクト比１６：９の画像を得ることができる。明るさが低い領域のバランスが良くなることで、図２Ｂの場合に得られる画像のように明るさバランスが悪い画像に比べて、見やすい画像を得ることができる。

なお、光束制限部材１０２の駆動制御は、振れセンサ１１７からの信号又は振れ情報に基づいて行ってもよいし、防振機構に対する制御信号を光束制限部材１０２の駆動制御用に変換して用いて行ってもよい。

ここで、カメラ１２１には、出力信号変更スイッチ１１９が設けられている。この出力信号変更スイッチ１１９を操作することで、出力される画像（取得画像）のアスペクト比や画像サイズ（同じアスペクト比を有する大小の画像サイズ）、さらには撮像素子１０７からの画像の切り出し領域の位置を使用者が任意に選択することができる。

これらアスペクト比、画像サイズ及び画像切り出し領域の位置によって、撮像素子１０７からの取得画像生成のための撮像信号の読み出し範囲に相当する、撮像面での画像取得範囲の大きさや位置が変わる。

図２Ａ〜図２Ｃにおいて、２０３ｂはアスペクト比１６：９の画像取得範囲（第１の範囲）の左右両側をカットしたアスペクト比４：３の画像取得範囲（第２の範囲）を示す。アスペクト比４：３の画像取得範囲は、アスペクト比１６：９の画像取得範囲に比べて小さい。また、アスペクト比１６：９の画像取得範囲に対して、アスペクト比４：３の画像取得範囲は撮像素子１０７の中央側に位置すると言い換えることもできる。逆に言えば、アスペクト比１６：９の画像取得範囲は、アスペクト比４：３の画像取得範囲に対して、撮像素子１０７の周辺側まで位置すると言うこともできる。

また、画像取得範囲に相当する画像切り出し領域を、撮像素子１０７における中央側と周辺側とに移動させることもできる。

さらに、本実施例のようにレンズ交換型撮像システムでは、交換レンズ１２０は、様々なサイズの撮像素子を有するカメラに装着される場合もある。この場合、撮像素子自体が撮像面での画像取得範囲に相当し、撮像素子の大きさが変わると画像取得範囲の大きさも変わる。

ところで、画像取得範囲の大きさや位置によっては、補正レンズ１０５が駆動されても、周辺光量落ちが画像取得範囲に影響しない場合がある。例えば、図２Ｂに示すように、補正レンズ１０５が駆動されても、撮像面での周辺光量落ちはアスペクト比４：３の画像取得範囲の外側でしか生じない。この場合、図２Ｃに示すように光束制限部材１０２を移動させてもほとんど意味がない。

このため、本実施例では、撮像面での画像取得範囲に応じて光束制限駆動部１１１の制御を変更する。

より具体的には、以下のように光束制限駆動部１１１の制御を変更する。

（１）画像取得範囲が第１の範囲である場合は防振動作に伴って光束制限部材１０２を移動させ、画像取得範囲が第１の範囲よりも小さい第２の範囲である場合は光束制限部材１０２を停止させるよう光束制限駆動部１１１を制御する。

（２）画像取得範囲が第１の範囲である場合に対して、画像取得範囲が該第１の範囲よりも小さい第２の範囲である場合は光束制限部材１０２の移動範囲を小さくするように光束制限駆動部１１１を制御する。

（３）画像取得範囲が第１の範囲である場合は防振動作に伴って光束制限部材１０２を移動させ、画像取得範囲が第１の範囲よりも撮像面の中央側に位置する第２の範囲である場合は、光束制限部材１０２を停止させるよう光束制限駆動部１１１を制御する。

（４）画像取得範囲が第１の範囲である場合に対して、画像取得範囲が第１の範囲よりも撮像面の中央側に位置する第２の範囲である場合は、光束制限部材１０２の移動範囲を小さくするように光束制限駆動部１１１を制御する。

図３のフローチャートには、上記（１）の場合の制御処理の内容を示す。

ステップ（図にはＳと略記する）３０１で、レンズマイクロコンピュータ１１６は該制御を開始する。

次に、ステップ３０２では、レンズマイクロコンピュータ１１６は、カメラマイクロコンピュータ１１８から撮像素子１０７のサイズを示す情報を受け取る。そして、該カメラの撮像素子サイズと、交換レンズ装置１２０内に設けられた不図示のメモリに記憶された、光束制限部材１０２を停止しても影響が少ないことが確認されている撮像素子サイズ（以下、規定撮像素子サイズという）とを比較する。ここにいう影響が少ないとは、周辺光量落ちが撮像素子１０７の外側か撮像素子１０７の内側におけるごく小さな領域でしか生じないという意味である。カメラの撮像素子サイズが規定撮像素子サイズと同じかそれよりも小さい場合は、ステップ３０５に進んで、本処理を終了する。

一方、カメラの撮像素子サイズが規定撮像素子サイズよりも大きい場合は、ステップ３０３に進む。

ステップ３０３では、レンズマイクロコンピュータ１１６は、カメラマイクロコンピュータ１１８から、カメラ１２１において設定されている、アスペクト比や画像サイズ等の画像取得範囲のサイズを示す情報を取得する。そして、カメラの画像取得範囲サイズと、交換レンズ装置１２０内に設けられた上記メモリに記憶された、光束制限部材１０２を停止しても影響が少ないことが確認されている画像取得範囲サイズ（以下、規定画像取得範囲サイズという）とを比較する。ここにいう影響が少ないとは、周辺光量落ちが画像取得範囲の外側か画像取得範囲内のごく小さな領域でしか生じないという意味である。

カメラ側の画像取得範囲サイズ（例えば、アスペクト比４：３の画像取得範囲）が規定画像取得範囲サイズ（例えば、アスペクト比４：３の画像取得範囲）と同じかそれよりも小さい場合は、ステップ３０５に進んで、本処理を終了する。ステップ３０５で本処理を終了するとは、光束制限部材１０２を停止させておく制御を行うという意味である。そして、光束制限部材１０２を停止させておくことによって、無意味な光束制限部材１０２の駆動を行わず、無駄な電力消費を抑えることができる。

また、カメラ側の画像取得範囲サイズ（例えば、アスペクト比１６：９の画像取得範囲）が規定画像取得範囲サイズよりも大きい場合は、ステップ３０５に進む。

ステップ３０５では、レンズマイクロコンピュータ１１６は、補正レンズ１０５の移動に伴って（例えば、該移動の方向とは逆側に）、光束制限駆動部１１１を通じて光束制限部材１０２を移動させる。これにより、図２Ｃに示したように、周辺部の明るさバランスが良好な出力画像を得ることができる。

（変形例１）
上記（３）の制御を行う場合は、図３のステップ３０３において、レンズマイクロコンピュータ１１６は、カメラマイクロコンピュータ１１８から、カメラ１２１において設定されている、画像切り出し領域等の画像取得範囲の位置を示す情報を取得する。そして、カメラ側の画像取得範囲の位置と、交換レンズ装置１２０内に設けられたメモリに記憶された、光束制限部材１０２の移動範囲を小さくしても影響が少ないことが確認されている画像取得範囲の位置（以下、規定画像取得位置という）とを比較する。影響が少ないとは、周辺光量落ちが画像取得範囲の外側か画像取得範囲内の小さな領域でしか生じないという意味である。

そして、カメラ側の画像取得範囲の位置が規定画像取得位置よりも撮像素子１０７の中央側である場合は、ステップ３０５に進んで、光束制限部材１０２を停止させておく。これにより、無意味な光束制限部材１０２の駆動を行わず、無駄な電力消費を抑えることができる。

また、カメラ側の画像取得範囲の位置が規定画像取得位置よりも撮像素子１０７の周辺側である場合は、ステップ３０４に進み、防振動作に伴って光束制限部材１０２を移動させ、周辺部の明るさバランスが良好な出力画像を得る。

上記実施例１では、画像取得範囲が第１の範囲よりも小さい第２の範囲である場合に光束制限部材１０２を停止させる場合について説明した。しかし、実施例１に（２）でも説明したように、画像取得範囲が第１の範囲である場合に対して、画像取得範囲が該第１の範囲よりも小さい第２の範囲である場合は光束制限部材１０２の移動範囲を小さくするようにしてもよい。

図４のフローチャートには、この場合における光束制限駆動部１１１の制御処理の内容を示している。なお、本実施例における交換レンズ装置及びカメラの構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。

ステップ４０１で、レンズマイクロコンピュータ１１６は該制御を開始する。

次に、ステップ４０２では、レンズマイクロコンピュータ１１６は、カメラマイクロコンピュータ１１８から撮像素子１０７のサイズを示す情報を受け取る。そして、該カメラの撮像素子サイズと、交換レンズ装置１２０内に設けられた不図示のメモリに記憶された、光束制限部材１０２を停止しても影響が少ないことが確認されている規定撮像素子サイズとを比較する。カメラの撮像素子サイズが規定撮像素子サイズと同じかそれよりも小さい場合は、ステップ４０４に進む。一方、カメラの撮像素子サイズが規定撮像素子サイズよりも大きい場合は、ステップ４０３に進む。

ステップ４０３では、レンズマイクロコンピュータ１１６は、カメラマイクロコンピュータ１１８から、カメラ１２１において設定されている画像取得範囲のサイズを示す情報を取得する。そして、カメラの画像取得範囲サイズと、交換レンズ装置１２０内に設けられた上記メモリに記憶された、光束制限部材１０２を停止しても影響が少ないことが確認されている規定画像取得範囲サイズとを比較する。

カメラ側の画像取得範囲サイズが規定画像取得範囲サイズと同じかそれよりも小さい場合は、ステップ４０４に進む。また、カメラ側の画像取得範囲サイズが規定画像取得範囲サイズよりも大きい場合は、ステップ４０５に進む。

ステップ４０４では、レンズマイクロコンピュータ１１６は、カメラ側の画像取得範囲サイズに適した光束制限部材１０２の移動範囲を設定する。この場合、光束制限部材１０２の移動範囲は、後述するステップ４０５での光束制限部材１０２の移動範囲よりも小さく設定される。そして、補正レンズ１０５の移動に伴って、光束制限駆動部１１１を通じて光束制限部材１０２を駆動する。これにより、無意味に大きな移動範囲での光束制限部材１０２の駆動を行わず、無駄な電力消費を抑えることができる。

ステップ４０５では、レンズマイクロコンピュータ１１６は、補正レンズ１０５の移動に伴って、光束制限部材１０２をその最大移動範囲内で移動させる。これにより、図２Ｃに示したように、周辺部の明るさバランスが良好な出力画像を得ることができる。

（変形例２）
上記（４）の制御を行う場合は、図４のステップ４０３において、レンズマイクロコンピュータ１１６は、カメラマイクロコンピュータ１１８から、カメラ１２１において設定されている、画像切り出し領域等の画像取得範囲の位置を示す情報を取得する。そして、カメラ側の画像取得範囲の位置と、交換レンズ装置１２０内に設けられたメモリに記憶された、光束制限部材１０２の移動範囲を小さくしても影響が少ないことが確認されている規定画像取得位置とを比較する。

そして、カメラ側の画像取得範囲の位置が規定画像取得位置よりも撮像素子１０７の中央側である場合は、ステップ４０４に進んで、光束制限部材１０２の移動範囲をカメラ側の画像取得範囲の位置に適した小さな範囲に設定する。これにより、無意味に大きな移動範囲での光束制限部材１０２の駆動を行わず、無駄な電力消費を抑えることができる。

また、カメラ側の画像取得範囲の位置が規定画像取得位置よりも撮像素子１０７の周辺側である場合は、ステップ４０５に進み、防振動作に伴って、光束制限部材１０２をその最大移動範囲内で移動させ、周辺部の明るさバランスが良好な出力画像を得る。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

例えば、上記各実施例では、光束制限部材を絞り（絞り羽根）とは別に設けたが、絞りを光軸直交方向に移動させることができるようして光束制限部材と兼用してもよい。

また、上記各実施例では、補正レンズを移動させて像振れ（光学像の振れ）を抑制する場合について説明したが、撮像素子（防振要素）を移動させることで像振れ（取得画像の振れ）を抑制するようにしてもよい。さらに、上記各実施例では、補正レンズを光軸直交方向に移動させる場合について説明したが、移動方向は光軸直交方向に限らず、また防振要素としていわゆる可変頂角プリズムを使用してもよい。

本発明の実施例１，２であるレンズ交換型撮像システムの構成を示すブロック図。 補正レンズが中立位置にある状態での撮像系の光軸直交断面を示す図。 補正レンズが移動した状態での撮像系の光軸直交断面を示す図。 補正レンズと光束制限部材が移動した状態での撮像系の光軸直交断面を示す図。 実施例１の制御内容を示すフローチャート。 実施例２の制御内容を示すフローチャート。

符号の説明

１０２ 光束制限部材
１０４ 絞り
１０７ 撮像素子
１２０ 交換レンズ装置
１２１ カメラ

Claims (5)

1. 該光学機器の振れに応じて撮像系内の防振要素を移動させることにより像振れを抑制する防振手段と、
   前記撮像系内の光束の一部に対して遮光又は減光作用を有する光束制限部材と、
   該光束制限部材を移動させる駆動手段と、
   前記防振機構の動作に伴って前記駆動手段を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、撮像面での画像取得範囲に応じて、前記駆動手段の制御を変更することを特徴とする光学機器。
2. 前記制御手段は、前記画像取得範囲が第１の範囲である場合は前記防振手段の動作に伴って前記光束制限部材を移動させ、前記画像取得範囲が前記第１の範囲よりも小さい第２の範囲である場合は前記光束制限部材を停止させるよう前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記制御手段は、前記画像取得範囲が第１の範囲である場合に対して、前記画像取得範囲が前記第１の範囲よりも小さい第２の範囲である場合は、前記光束制限部材の移動範囲を小さくす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１に記載の光学機器。
4. 前記制御手段は、前記画像取得範囲が第１の範囲である場合は前記防振手段の動作に伴って前記光束制限部材を移動させ、前記画像取得範囲が前記第１の範囲よりも前記撮像面の中央側に位置する第２の範囲である場合は前記光束制限部材を停止させるよう前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
5. 前記制御手段は、前記画像取得範囲が第１の範囲である場合に対して、前記画像取得範囲が前記第１の範囲よりも前記撮像面の中央側に位置する第２の範囲である場合は、前記光束制限部材の移動範囲を小さくす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１に記載の光学機器。