JP2012145945A - カメラの調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズとイメージセンサとの位置関係やレンズ系の光軸に対するイメージセンサの角度を最適化することのできるデジタルカメラを提供する。
【解決手段】イメージセンサ１１０が搭載されたセンサホルダ１０８及びカメラの光軸（ＯＡ）まわりを回転するように構成された少なくとも１つの調整リング１１２を含むデジタルカメラ１００であって、センサホルダ１０８及び少なくとも１つの調整リング１１２が、少なくとも１つの調整リング１１２がセンサホルダ１０８に対して回転する場合、センサの法線方向が光軸の方向に関して調整されるように、少なくとも１つのカム面１１５を介して相互作用するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、調整可能なイメージセンサを含むカメラに関する。

デジタルカメラ等において、レンズとイメージセンサとの位置関係が最適であることは重要である。レンズ系の最後尾のレンズからセンサの像平面までの距離である後側焦点距離が最適であることは、これに含まれるであろう。この後側焦点距離にわずか０．０１ｍｍの誤差があれば、焦点の合わない画像が得られるであろう。

別の重要な要素としては、レンズ系の光軸に対するイメージセンサの角度がある。イメージセンサは、典型的にはセンサホルダ内に搭載されている。このホルダはプラスチック製とすることができ、又は、通常は、イメージセンサが搭載された回路基板であってもよい。イメージセンサの受光平面は、最適な品質の画像を提供するため、理想的にはレンズ系の光軸に垂直であるべきである。しかしこれを達成することは、例えばカメラシステムの様々な部品に設定された機械公差により、困難である。

図８は、ホルダ８０８内に搭載物質８１６によって搭載されたイメージセンサ８１０を示す。イメージセンサは、イメージセンサの受光平面の法線方向Ｎと光軸ＯＡとの間の角度Ａによって示されるように、光軸と垂直ではない。

従って、本発明の目的は、上記の欠点の少なくともいくつかを克服することである。この目的は請求項１記載のデジタルカメラによって達成される。更に、本発明の実施形態は、従属請求項に示されている。特に、本発明の第一の局面によれば、この目的は、イメージセンサが搭載されたセンサホルダ及びカメラの光軸（ＯＡ）まわりを回転するように構成された少なくとも１つの調整リングを含むデジタルカメラであって、センサホルダ及び少なくとも１つの調整リングが、少なくとも１つの調整リングがセンサホルダに対して回転する場合、センサの法線方向が光軸の方向に関して調整されるように、少なくとも１つのカム面を介して相互作用するように構成されているデジタルカメラ、によって達成される。

別の実施形態によれば、カメラは、互いに関して同心円状に配置された少なくとも２つの調整リングを更に含む。この実施形態により、スペースが節約され、機械的に好ましい構造を得ることができる。

別の実施形態によれば、少なくとも１つのカム面はセンサホルダに含まれている。更に別の実施形態において、少なくとも１つのカム面は調整リングに配置されている。

別の実施形態によれば、調整リングとセンサホルダとの間の相互作用は、少なくとも２つの読み取りヘッドにより生じる。ある実施形態において、少なくとも１つの読み取りヘッドはセンサホルダの前に置かれ、少なくとも１つの読み取りヘッドはセンサホルダの後ろに置かれる。別の実施形態において、少なくとも１つのカム面はセンサホルダの前に配置され、少なくとも１つのカム面はセンサホルダの後ろに配置される。

更なる実施形態において、少なくとも１つのカム面は、少なくとも１つの調整リングの周縁部に配置される。

更に別の実施形態において、第１の調整リング及び第２の調整リングを含み、第１の調整リングは、第２の調整リングとは独立に回転するように構成され、異なる方向に独立して角度のずれを調整する可能性が得られる。

別の実施形態によれば、レンズ系を含むカメラであり、少なくとも１つのカム面がカムプロフィールを有し、カムプロフィールは、レンズ系の光軸内にあるイメージセンサの受光表面の点とレンズ系との間の距離が、少なくとも１つの調整リングの回転の間、一定のままであるように選択される、カメラである。この実施形態により、ずれを調整する間に後側焦点距離が変化しない装置を提供することができる。

更なる実施形態において、光軸方向の少なくとも２つの読み取りヘッドの動作の合計は０である。また、この実施形態により、調整中の後側焦点距離を一定とすることができる。

ある特定の実施形態において、選択されたカム面形は、傾斜して切り落とされた円柱の形状である。

更に、カム面は、調整リング又はセンサホルダの曲線状の壁における溝として実現されてもよい。

更に別の実施形態において、少なくとも１つの調整リングは、センサホルダに関して調整リングをロックするための回転ロック装置を含む。

以下の図面を参照し、本発明の数多くの実施形態を説明する。

デジタルカメラの概略断面図である。 複数のカム面を備えたデジタルカメラの断面図を示す。 複数のカム面を備えたデジタルカメラの断面図を示す。 複数のカム面を備えたデジタルカメラの断面図を示す。 種々のカム面の形状を示す。 種々のカム面の形状を示す。 調整リングの溝を示す。 調整リングの溝を示す。 ３つのカム面を備えた調整リングの平面図を示す。 ２つのカム面を備えた調整リングの平面図を示す。 切断された円柱のカム面形状を有した調整リングの正面図を示す。 切断された円柱のカム面形状を有した調整リングの側面図を示す。 イメージセンサのセンサホルダ内への搭載を断面図で示す。

図８は、センサホルダ８０８内に搭載されたイメージセンサ８１０を示す。光軸ＯＡは、想像線であり、光がレンズ系８０６を通ってこれに沿って伝播する経路を規定する。理想的な状況においては、イメージセンサの受光平面は、レンズ系の光軸ＯＡと完全に垂直、即ち、イメージセンサの受光平面の法線Ｎは前記光軸ＯＡと平行である。しかし、製造上の問題により、図８におけるイメージセンサの受光平面の法線方向Ｎとレンズ系の光軸ＯＡの方向とのずれの角度Ａによって示されるように、このことは、しばしば事実と異なる。

図１は、レンズ搭載手段１０４及びレンズ系１０６を備えたデジタルカメラ１００のハウジング１０２を示す。ハウジング１０２の内部には、イメージセンサ１１０をその内部に搭載するセンサホルダ１０８がある。イメージセンサホルダ１０８には調整リング１１２が接続されている。センサホルダ１０８及び調整リング１１２は、光軸周りに回転することにより、カム面１１５及び読み取りヘッド１１４を介して相互作用するように構成されている。この相互作用は、読み取りヘッドがカム面と接触する点である相互作用点で起きる。

カム面１１５及び読み取りヘッド１１４は、調整リング１１２及びセンサホルダ１０８が互いに回転する時、イメージセンサの受光平面の法線方向Ｎとレンズ系の光軸ＯＡとの間の角度Ａが調整されるように設計されている。従って、この調整によりイメージセンサの傾きが変化する。本発明の目的の１つはこの角度Ａを最小化することである。この調整は、小さな画素を備えるため、イメージセンサの小さなずれでさえ画質にとって不利益となる現在及び将来のマルチメガピクセルセンサを考慮すると特に重要である。

カム面は、調整リング上に配置されても、センサホルダ内に含まれてもよく、対応する読み取りヘッドは、もう一方の調整リング上に配置又はセンサホルダ内に含まれてもよい。

カム面は、イメージセンサの受光平面の傾きが調整リングの回転によって適切に調整可能であることが確保されるように選択された、特定の形状のカムプロフィールを有している。調整リングの回転中、読み取りヘッドは、カム面のカムプロフィールに従う。このカムプロフィールは、調整リングの回転方向とこの動きと垂直な方向の双方に傾斜していてもよい。

カム面は、調整リングの周縁部上、即ち、図１、図２ａ−ｃ、図３ａ−ｂ、図５、図６及び図７ａ−ｂに示されるような、センサホルダに面する円柱の縁の面上に配置されていてよい。

これに代わり、カム面は、異なる図を示す図４ａ及び図４ｂに示されるように、調整リングの壁における溝として実現されてもよい。これらの溝は、リングの外面又は内面上に配置されてもよい。これに代わり、これらの溝は、調整リングの壁を外面から内面へ貫くように配置されてもよい。

イメージセンサの受光平面の法線方向Ｎとレンズ系の光軸ＯＡ方向との間の角度である角度Ａの調整は、典型的には単一の調整リングを用いることにより単一のステップで実行することができる。カム面の数、カム面のプロフィール形状並びに読み取りヘッドの位置及び数は、調整リング及びセンサホルダが互いに対して回転する時に、最適なずれ角度Ａが見つかり得るものである。ある実施形態において、角度Ａの最小値が求められる。この単一ステップのアプローチの詳細な実施形態は、以下に更に記載する。

これに代わり、この調整は、典型的には独立して回転可能な２つの調整リングを用いて２ステップのアプローチで実行することができる。カム面及び読み取りヘッドは、鉛直方向のセンサの傾きが第１のステップで第１の調整リング及びセンサホルダを互いに回転させることにより調整され、水平方向のセンサの傾きが第２のステップで第２の調整リング及びセンサホルダを互いに回転させることにより調整されるように配置することができる。また、ここで、鉛直及び水平の両方向における最適なずれ角度Ａが求められ、ある実施形態においては角度Ａの最小値である。ここで、センサの鉛直傾き及び水平傾きは別個に調整される。この２ステップのアプローチの詳細な実施形態も以下に更に詳述される。

調整が手動で実行される場合、これにより使用者はよりよく制御し得るため、２ステップのアプローチには利点があり得る。しかし、動力による及び／又は自動化された調整をすると、単一ステップの調整によって、より単純な実行が可能となり得る。

センサ調整の間、後側焦点距離、即ち、光軸内にあるイメージセンサの受光平面上の点とレンズ系の最後尾のレンズの表面との距離が一定に保たれることを確保することが有利である場合もあり得る。これを達成するためには、いずれの時間においても、相互作用点におけるカムプロフィールの導関数の総合計がゼロであるべきである。結果として、光軸方向のセンサホルダ上の相互作用点の動きの合計はゼロである。センサホルダ上のこれらの相互作用点は、読み取りヘッド又はカム面のいずれかがセンサホルダに含まれるかに依存し、いずれであってもよい。

２ステップのアプローチにおいて一定の後側焦点距離を得るためには、２つの読み取りヘッドが１８０度で搭載されているため、カム面のカムプロフィールは、第２の１８０度が第１の部分の反対の導関数を有するように、例えば２つのカムプロフィールが互いに鏡像であるように選択してよい。

また、単一のステップのアプローチにおいて、一定の後側焦点は、カム面のカムプロフィールを注意深く構築することにより達成してもよい。

一定の後側焦点距離である必要がない場合、カム面のプロフィールは自由な形としてよいため、これらのプロフィールにより、最小の努力で必要な範囲の角度の変化が達成される。

単一の調整リングを有した単一のステップの調整を備えた実施形態
図１に示される、ある実施形態は、単一の調整リング１１２を有した単一のステップの調整である。３つのカム面１１５及び対応する３つの読み取りヘッド１１４は、調整リング上又はセンサホルダ１０８上のいずれかに搭載されてもよい。図３ａは、互いに１２０度をなす３つのカム面３０１、３０２、３０３の実施例を示す。対応する読み取りヘッド１１４も１２０度で配置されるであろう。カム面１１５のプロフィールは、典型的には、調整リング１１２及びセンサホルダ１０８が互いに対して回転する時、最適なずれ角度Ａが見出され得るように選択されるであろう。

読み取りヘッドにつき３６０度のカム面を用い、これによって、調整リング及びセンサホルダが互いに対して回転する時により高い解像度でより高い伝動を達成されるために、幾つかのカム面が、調整リング又はセンサホルダのいずれかの上に同心円状に異なる半径で搭載されてよい。ここでも、読み取りヘッドは調整リング又はセンサホルダのいずれかの上に搭載される。

より高い伝動を備えた実施形態は、調整が手動で行われる場合は有利であろう。しかし、動力による及び自動化された調整であれば、伝動の重要性が低く、おそらくかなり短いカム面を備えた以前の実施形態が選択されてよい。

図５は、これら３６０度のカム面形状を有した一つの実施形態を示す。この実施形態において、単一の調整リングは、異なる半径でそれぞれ３６０度をカバーする３つのカム面５０１、５０２及び５０３を有している。この装置は、典型的には１２０度をなして搭載された読み取りヘッドホルダ５０５、５０７及び５０９を有している。読み取りヘッドホルダは、読み取りヘッドがそれぞれ１つのカム面を読むことができるように、対応するカム面と同じ半径距離で搭載された対応する読み取りヘッドをそれぞれ１つ有している。以前の実施形態として、調整は、調整リング及びセンサホルダを互いに関して回転させることにより単一のステップで行われる。

２つの調整リングを有した２つのステップの調整を備えた実施形態
図２ａ、２ｂ及び２ｃに示された更なる実施形態は、２つの調整リング２１２を含み、水平方向のセンサの傾きは第１の調整リング及びセンサホルダを互いに関して回転させることによって調整され、鉛直方向のセンサの傾きは第２の調整リングをセンサホルダに関して回転させることによって調整される。

図２ａにおいて、２つのステップの調整操作は、連続的に機能を果たし、第１の調整リングはセンサホルダと直接相互作用し、第２の調整リングは第１の調整リングと相互作用し、これによりセンサホルダが調整される。

図２ｂにおいて、第１の調整リングは、センサホルダの前に置かれ、第２の調整リングは、センサホルダの後ろに置かれる。双方の調整リングは、センサホルダの直接的な調整を行う。この実施例において、読み取りヘッド２１４はセンサホルダ２０８上に搭載され、それ故、カム面２１５は調整リング上に搭載される。

他方、図２ｃにおいては、読み取りヘッド２１４は調整リング上に搭載され、カム面２１５はセンサホルダに搭載される。

図３ｂは２つの１８０度カム面３０４及び３０５を有した調整リングの例を示す。それらの選択されたプロフィールは、反対の導関数を有し、第１のプロフィールは第２のプロフィールの鏡像である。ここで、１８０度をなして搭載された２つの読み取りヘッドにより、一定の後側焦点距離が達成される。

２つのステップのアプローチの更なる実施形態は、傾斜して切り落とされた円柱の形状のカムプロフィールを有している。図７ａ及び７ｂは、傾斜して切り落とされた場合の円柱の異なる図を示し、好ましいカムプロフィール形状を与えている。これは事実上、反対の導関数を有する２つの１８０度部分を備えた３６０度の連続カムプロフィールを与える。１８０度をなして置かれた２つの読み取りヘッドにより、一定の後側焦点距離に調整することが達成されるであろう。同様の３６０度の連続カムプロフィールが、第１の調整リングが記載されたカムプロフィール形状を用いてセンサホルダと相互作用する時、センサの鉛直調整にいったん用いられ、第２の調整リングがセンサホルダと相互作用する時、センサの水平調整にふたたび用いられる。鉛直及び水平調整は、２つのカム面を搭載し、それらのそれぞれ２つの読み取りヘッドを互いの間に９０度傾けることにより達成することができる。

２ステップのアプローチにおいても、読み取りヘッドにつき３６０度のカム面を有し、より高い解像度を通してより高い伝動を与える実施形態を用いることができる。これは、必要な２つの調整リングの第１のみが示された図６に示される。この実施形態において、異なる半径を有した２つの３６０度のカム面６０１及び６０２が調整リング又はセンサホルダ上のいずれかに搭載される。この装置は、この実施形態において典型的には１８０度で別個に搭載された読み取りヘッドホルダ６０５及び６０７を含む。読み取りヘッドホルダ６０５及び６０７はそれぞれ、対応するカム面と同様の半径距離で配置された読み取りヘッドを有している。これにより、読み取りヘッドはそれぞれ１つのカム面を読み取ってよい。

上記すべての実施形態及び更なる実施形態のいずれについても、以下が適用される：
イメージセンサの受光平面の法線方向の調整には、カメラの使用の前後のキャリブレーション並びに使用中の動的調整及び補償が含まれてよい。

上記のようなずれ角度Ａを最小化する他に、提示された装置は、あらゆる所望の角度にイメージセンサを意図して傾けるために用いてもよい。これはレンズ系の光軸と垂直でない特定の平面に焦点を当てるために用いることができる。例としてフェンスモニタが挙げられるであろう。

読み取りヘッド、調整リング及びカム面間の傾きの角度は、実施形態で示唆したものと異なってよい。より低い動力が用いられ得るモータ駆動による調整において、９０度離して置かれた３つの読み取りヘッドを備えた実施形態を実施してもよい。また、従って、それぞれの対応するカム曲線は、調整リングの９０度以下をカバーしてよい。調整リングの数は、対応する読み取りヘッドの数と共に、４以上、例えば４であってよい。

選択されたカム面の長さは、典型的には必要な動力に依存し、完全な３６０度の円、１８０度の半円又は前述のものをカバーしてよく、カム面はこれより長くても短くてもよい。

言及された水平の傾き及び鉛直の傾きの調整は、いずれの角度においてでもよく、必ずしも互いに垂直でなくても、また、レンズ系の光軸と垂直でなくてもよい。また、水平及び鉛直は、用語が重力場に関して定義されるような厳密な科学的なものというよりもむしろ、慣用的なものと解釈してよい。この意味で、これらの用語はカメラハウジングと関連してよく、従って、カメラがどのように搭載され置かれるかとは独立していてよい。

調整リングは同様の直径であってよく、その中心が光軸と同じ一般的方向の軸に沿って順に配置されてよく、及び／又は、調整リングは異なる直径であってよく、同心円状に、互いにその内部にそして同一の中心を有して置かれてよい。

ある実施形態において、調整中にセンサの鉛直及び水平位置を保つことを可能とするため、カム面のリングの中心はセンサ表面の平面に置かれる。

別の実施形態において、調整中にセンサの鉛直及び水平位置を保つことを可能とするため、調整リングとセンサホルダとの間の相互作用平面は、イメージセンサの受光表面の平面と同じ平面に位置させるべきである。これを達成する一つの方法は、読み取りヘッドをセンサホルダに位置させ、カム面を調整リング上に搭載することである。

記載されている本発明は、位置、角度、音響、磁気、熱及び圧力センサのような他の各種センサにも適用してよい。

図１及び図２ａ−ｃは回転ロック装置１１８、２１８を示す。これは、調整リング１１２、２１２の一部であってよく、又はある実施形態においては、センサホルダ１０８、２０８又はカム面のいずれのホルダ２１６の一部であってもよい。この回転ロック装置１１８、２１８は、調整リング１１２、２１２及びセンサホルダ１０８、２０８又はいずれのホルダ２１６をもロックし、これによりセンサ１１０、２１０の調整が固定される。ロック装置の例は、１又は数個のプラスチックばねであってよく、これは回転する調整リングを係合し、プラスチックばねに圧力がかけれらていない時ロックされ、プラスチックばねに圧力がかけられている時は自由に回転する。調整リングは、典型的には歯車型のスリットを有していてよく、ここでプラスチックばねが開放されると捕捉され、これによりリングの回転がロックされる。図２に示すように、２ステップのアプローチにおいて、別個のロック装置２１８を実施してもよい。

これに代わり、そしてカメラの使用前の初期キャリブレーションの場合は特に、粘着物、例えば接着剤又は他のいずれかの固定方法により、調整位置を永続的にロックしてもよい。

イメージセンサが最適な角度にキャリブレートされる時、典型的には角度Ａが最小値に達した時を規定するために、異なるタイプの計算及び／又は検出方法を用いてもよい。このような方法として以下が挙げられる：
− レーザーを用いた相互反射計算
− 画像処理
− センサ表面の機械による外観検査

Claims (14)

1. イメージセンサ（１１０、２１０）が搭載されたセンサホルダ（１０８、２０８）及び
   カメラの光軸（ＯＡ）まわりを回転するように構成された少なくとも１つの調整リング（１１２、２１２）
   を含むデジタルカメラ（１００、２００）であって、
   センサホルダ（１０８、２０８）及び少なくとも１つの調整リング（１１２，２１２）が、少なくとも１つの調整リング（１１２、２１２）がセンサホルダ（１０８、２０８）に対して回転する場合、センサの法線方向が光軸の方向に関して調整されるように、少なくとも１つのカム面（１１５、２１５）を介して相互作用するように構成されているデジタルカメラ（１００、２００）。
2. 互いに関して同心円状に配置された少なくとも２つの調整リングを更に含む、請求項１記載のカメラ。
3. 少なくとも１つのカム面（２１５）がセンサホルダに含まれている、請求項１又は２に記載のカメラ。
4. 少なくとも１つのカム面（１１５、２１５）は調整リング（２１２）に配置されている、請求項１〜３に記載のカメラ。
5. 調整リングとセンサホルダとの間の相互作用は、少なくとも２つの読み取りヘッド（１１４、２１４）により生じる、請求項１〜４に記載のカメラ。
6. 少なくとも１つの読み取りヘッド（２１４）はセンサホルダの前（２２０）に置かれ、少なくとも１つの読み取りヘッド（２１４）はセンサホルダ（２０８）の後ろ（２３０）に置かれる、請求項５記載のカメラ。
7. 少なくとも１つのカム面（２１５）はセンサホルダ（２０８）の前（２２０）に配置され、少なくとも１つのカム面（２１５）はセンサホルダ（２０８）の後ろ（２３０）に配置される、請求項１〜６に記載のカメラ。
8. 少なくとも１つのカム面（２１５）は、少なくとも１つの調整リング（１１２、２１２）の周縁部に配置される、請求項１〜７に記載のカメラ。
9. 第１の調整リング及び第２の調整リングを含み、第１の調整リングは、第２の調整リングとは独立に回転するように構成される、請求項２〜８に記載のカメラ。
10. レンズ系（１０４，２０４）を含むカメラであり、少なくとも１つのカム面がカムプロフィールを有し、カムプロフィールは、レンズ系の光軸内にあるイメージセンサの受光表面の点とレンズ系との間の距離が、少なくとも１つの調整リングの回転の間、一定のままであるように選択される、請求項１〜９に記載のカメラ。
11. 光軸方向の少なくとも２つの読み取りヘッド（２１４）の動作の合計は０である、請求項５〜１０に記載のカメラ。
12. 選択されたカム面形は、傾斜して切り落とされた円柱の形状である、請求項１０〜１１に記載のカメラ。
13. カム面は、調整リング又はセンサホルダの曲線状の壁における溝（４００）である、請求項１〜１２に記載のカメラ。
14. 少なくとも１つの調整リング（２１２）は、センサホルダ（２０８）に関して調整リング（２１２）をロックするための回転ロック装置（２１８）を含む、請求項１〜１３に記載のカメラ。

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