JP2016152459A - 撮像装置およびその制御方法、プログラム、並びに記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の撮像面の曲率を演算する処理を省略する。【解決手段】撮像装置は、画素が２次元状に配列された撮像素子と、前記撮像素子の撮像面の曲率を可変制御する制御手段と、装着されたレンズの情報を取得する取得手段と、前記レンズの情報および前記制御手段が前記曲率を可変制御するための設定値が曲率ごとに格納されたテーブルに応じて前記撮像面の曲率を決定する決定手段と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。

近年、デジタルカメラの小型化によって、被写体からレンズへ入射する光線の入射角度（以下、光線入射角）が大きくなるという課題がある。この光線入射角は、カメラの光学系のサイズが小さくなることで、より顕著になる傾向にある。

このような課題を解決する手段として、特許文献１では、レンズ収差の影響を軽減するために、撮像面を湾曲させた構造の撮像素子が提案されている。

特許第４６０４３０７号公報

像面湾曲収差はレンズの種類により異なるが、上記特許文献１に記載された構成では、異なる種類のレンズが装着されるレンズ交換可能なカメラに対応することができない。

本発明では、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、像面湾曲収差の異なるレンズが装着された場合に、撮像素子の撮像面の曲率を短い時間で的確に制御できる技術を実現することである。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像装置は、画素が２次元状に配列された撮像素子と、前記撮像素子の撮像面の曲率を可変制御する制御手段と、装着されたレンズの情報を取得する取得手段と、前記レンズの情報および前記制御手段が前記曲率を可変制御するための設定値が曲率ごとに格納されたテーブルに応じて前記撮像面の曲率を決定する決定手段と、を有する。

本発明によれば、像面湾曲収差の異なるレンズが装着された場合に、撮像素子の撮像面の曲率を短時間で的確に制御できるため、カメラの起動時間やレンズ交換時のタイムラグを短縮することが可能となる。

本実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図。 本実施形態の撮像素子の電気的な構成を示す回路図。 本実施形態の撮像素子のカラーフィルタアレイの一部を示す図。 撮像素子と湾曲率制御部の構成を示す断面図。 撮像素子の撮像面の湾曲率の定義を説明する図。 本実施形態の撮像素子の撮像面の湾曲率制御処理に用いられる湾曲率制御テーブルを示す図。 本実施形態による撮像素子の撮像面の湾曲率制御処理を示すフローチャート。 本実施形態による湾曲率制御テーブルの湾曲率ごとの設定値を補正する処理を示すフローチャート。

以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成しても良い。

以下、本発明を、静止画や動画を撮影可能な一眼レフデジタルカメラなどの撮像装置に適用した実施形態について説明する。なお、本発明は、撮像素子の撮像面の湾曲率がレンズの種類に応じて可変な機能を有する他の装置にも適用可能である。

＜装置構成＞
図１を参照して、本発明に係る実施形態の撮像装置の構成および機能の概略について説明する。

図１において、本実施形態の撮像装置１００は、レンズマウント１０２を介して交換レンズ１０１が着脱可能に構成されている。

交換レンズ１０１は、フォーカスレンズやズームレンズ、絞りなどを備える。レンズマウント１０２は、交換レンズ１０１と撮像装置１００とを電気的および機械的に接続する。

レンズ制御部１０３は、レンズマウント１０２を介して交換レンズ１０１と通信し、主制御部１１１による制御信号に基づいて交換レンズ１０１の駆動制御を行うと共に、交換レンズ１０１のレンズ情報を取得する。

シャッター１０４は、撮像素子１０６の撮像面への被写体像光の照射時間を調節するために機械的に駆動されるメカニカルシャッターである。

シャッター制御部１０５は、主制御部１１１による制御信号に基づいてシャッター１０４の駆動制御を行う。

撮像素子１０６は、レンズや絞り、シャッターを含む光学系を介して結像された被写体像を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成される。なお、撮像素子１０６の詳細な構成については、図２および図３を用いて後述する。

湾曲率制御部１２０は、図４で後述するように撮像素子１０６に接続され、主制御部１１１による制御信号に基づいて撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃの可変制御を行う。

タイミングジェネレータ（ＴＧ）１０９は、主制御部１１１による制御信号に基づいて撮像素子１０６を駆動するためのタイミング信号を発生し、撮像素子１０６および信号処理部１０８に出力する。

ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部１０７は、撮像素子１０６から出力されるアナログ信号について、相関２重サンプリング、ゲイン調整、アナログ信号からデジタル信号への変換を行い、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号として、信号処理部１０８に出力する。

信号処理部１０８は、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部１０７から出力されたデジタル信号に対して色変換処理やガンマ補正処理などを行い、圧縮処理を行って画像データを生成する。また、信号処理部１０８は、画像データを画像メモリ１１０や記録媒体１１４へ出力したり、画像メモリ１１０や記録媒体１１４から読み出した画像データに信号処理を施す。さらに、信号処理部１０８は、撮像素子１０６からの信号から合焦状態や露光量等の測光データを検出し、主制御部１１１に出力する機能も有する。

画像メモリ１１０は、信号処理部１０８から出力される画像データを一時的に記憶する。

表示部１１３は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬが用いられ、画像の表示や操作補助のための表示、カメラの状態表示を行う他、撮影時には撮影画面と測距領域を表示する。

外部接続部１１５は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの外部機器との間で通信を行いデータのやり取りを行うためのインターフェースである。

記録媒体接続部１１２は、記録媒体１１４に対するデータの読み出しや書き込みを行うためのインターフェースである。

記録媒体１１４は、信号処理部１０８から出力される画像データ（静止画、動画）を記録する。記録媒体１１４は、撮像装置１００に装着されるメモリカードやハードディスクドライブなどであっても良いし、撮像装置１００に内蔵されたフラッシュメモリやハードディスクドライブであってもよい。なお、後述するメモリ部１１６と記録媒体１１４とを同一の構成としてもよい。

メモリ部１１６には、主制御部１１１のＣＰＵの動作用の定数、プログラム、設定情報等が記録される。ここでいう、プログラムとは、本実施形態にて後述する撮像素子の撮像面の湾曲率の可変制御シーケンスを実行するためのプログラムのことである。

主制御部１１１は、ＣＰＵ、メインメモリ（ＲＡＭ）、入出力回路、タイマー回路などを有し、ＣＰＵがメモリ部１１６に格納されたプログラムをＲＡＭの作業エリアに展開し、実行することにより、装置全体の動作を制御する。なお、メインメモリと画像メモリ１１０とを同一の構成としもよい。

操作部１１７は、撮像装置１００への各種指示を入力するためのユーザ操作を受け付ける操作手段であり、ボタンやスイッチなどの物理的な操作部材や、タッチパネルを通じた入力手段など様々な形態が利用可能である。操作部１１７は、例えば、画像の撮影時や再生時の各種設定を行うメニュースイッチ、交換レンズ１０１のズーム動作を指示するズームレバー、撮影モードや再生モードなどの動作モードの切替スイッチ、シャッタースイッチ、電源スイッチなどを含む。主制御部１１１は、ユーザが操作部１１７を介して入力した指示や設定に基づいて撮像装置１００を制御すると共に、表示部１１３に設定情報や動作状態、画像などを表示する。

温度計１１８は、撮像素子１０６の温度情報Ｔを取得するためのセンサであり、撮像素子１０６からの熱が伝わりやすい場所に配置され、取得した温度情報Ｔを定期的に主制御部１１１へ送出する。歪ゲージ１１９は、撮像素子１０６の撮像面の歪情報を取得するために撮像素子１０６の周辺部分に取り付けられたセンサであり、取得した歪情報εを主制御部１１１へ送出する。

＜撮像素子＞
次に、図２および図３を参照して、本実施形態の撮像素子１０６の詳細な構成について説明する。

図２は、本実施形態の撮像素子１０６の電気的な構成を示す回路図である。なお、図２では説明の簡略化のために、単位画素２０１を４行×４列のみ示しているが、実際には多数の単位画素２０１が２次元状に配置されている。

図２において、単位画素２０１は、フォトダイオード（ＰＤ）２０２、転送スイッチ２０３、フローティングディフュージョン（ＦＤ）２０４、ソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプ２０５、選択スイッチ２０６、リセットスイッチ２０７を備える。ＰＤ２０２に入射した光が電荷に変換される。ＰＤ２０２で発生した電荷は転送スイッチ２０３をオンすることによりＦＤ２０４に転送され、一時的に蓄積される。ＦＤ２０４、増幅ＭＯＳアンプ２０５、及び増幅ＭＯＳアンプ２０５の負荷となる定電流源２０９によりフローティングディフュージョンアンプが構成され、選択スイッチ２０６をオンすることで選択された画素の信号電荷は電圧に変換され、信号出力線２０８を介して読み出し回路２１３に出力される。さらに、水平走査回路２１４により駆動される選択部２１０によって出力する信号が選択され、出力アンプ２１１を介して画素信号が出力される。ＦＤ２０４に蓄積された電荷は、リセットスイッチ２０７をオンすることにより除去される。また、垂直走査回路２１２は、転送スイッチ２０３、選択スイッチ２０６、リセットスイッチ２０７の各々をオンオフ制御するための転送信号φＴＸ、選択信号φＳＥＬ、リセット信号φＲＥＳを出力する。

図３は、図２に示す撮像素子１０６に用いられるカラーフィルタアレイの一部を例示している。

図３において、第１の色フィルタを赤（Ｒ）、第２の色フィルタを緑（Ｇ）、第３の色フィルタを緑（Ｇ）、第４の色フィルタを青（Ｂ）とした場合を示している。この色フィルタアレイの配列は、原色の色フィルタ配列の中でも、特にベイヤ配列と呼ばれるもので、高い解像度と優れた色再現性を備えた色フィルタ配列である。

＜湾曲率制御部＞
次に、図４を参照して、本実施形態の湾曲率制御部１２０の構成について説明する。

図４は、撮像素子１０６と湾曲率制御部１２０を含む断面図である。

図４において、撮像素子１０６は、湾曲部４０２を有する撮像チップ４０１と、平坦部４０４および開口部４０５を有する台座４０３、底板４０６、吸引部４０７を備える。撮像チップ４０１は、台座４０３の表面側の開口部４０５に支持され、底板４０６は、台座４０３の裏面側の開口部を閉塞するように設けられ、吸引部４０７は、底板４０６における開口部４０５に対応する位置に設けられている。

撮像チップ４０１は、中央部分に複数の単位画素２０１が２次元状に配列された撮像領域（撮像面）を有し、周辺部分に図２の各回路部２０９〜２１５を有している。撮像チップ４０１の中央部分は、開口部４０５側に凸となるように円弧状に３次元に湾曲されて湾曲部４０２を形成し、湾曲部４０２の周縁の平坦部を、接着層を介して台座４０３の平坦部４０４に固定することで台座４０３に支持される。

底板４０６には、湾曲率制御部１２０の吸引部４０７が取り付けられている。吸引部４０７は、底板４０６により気密状態とされた開口部４０５の内部のガスを吸引し、開口部４０５の内部の気圧（負圧）を制御することにより湾曲部４０２の湾曲率Ｃが可変に構成されている。吸引部４０７の吸引量は湾曲率制御部１２０の設定値Ｄによって制御され、この設定値Ｄによって湾曲部４０２の湾曲率Ｃ（撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃ）が決定される。

なお、湾曲率制御部１２０は、開口部４０５の内部の気圧を制御する方式以外に、撮像チップ４０１の裏面側に磁性膜を形成し、マグネットや電磁コイルで発生する磁力を制御することにより湾曲率を可変とする方式などが適用可能である。

＜湾曲率制御テーブル＞
図５および図６を参照して、撮像素子１０６の撮像面の湾曲率制御に用いられる湾曲率制御テーブルについて説明する。

図５は、撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃの定義を説明する図であり、湾曲部４０２が平面な状態、もしくは湾曲部４０２の歪量が最小の状態を基準位置とし、∠ＰＱＲの角度を湾曲率（または曲率）Ｃとする。湾曲部４０２が基準位置（平坦な状態）では湾曲率Ｃ＝０である。

図６は、撮像素子１０６の撮像面の湾曲率制御に用いる湾曲率Ｃと設定値Ｄとを関連付けた湾曲率制御テーブルを例示している。撮像素子１０６に対して予め実験などを行って湾曲率Ｃごとに適正な設定値Ｄが求められる。そして、本実施形態の撮像装置１００は、撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃごとに求められた設定値Ｄが関連付けられた図６のような湾曲率制御テーブルがメモリ部１１６に格納されている。図６の例では、湾曲率Ｃがゼロ、すなわち、湾曲率Ｃ＝０の基準位置をポジション０とし、そのときの設定値Ｄ＝０であることを示している。また、各湾曲率に対応する湾曲位置をポジション１〜４とし、ポジション１以降の設定値Ｄは、ポジション０の設定値Ｄ＝０からの差分として保持される。

＜撮像素子の撮像面の湾曲率の可変制御＞
次に、図７を参照して、本実施形態の撮像装置１００による撮像素子１０６の撮像面の湾曲率の可変制御シーケンスについて説明する。

なお、図７に示す処理は、撮像装置１００の電源がオンされると開始され、主制御部１１１と湾曲率制御部１２０が協働して実現される。なお、主制御部のＣＰＵは、メモリ部１１６から読み出したプログラムをメインメモリに展開して実行することで、図７の処理を実現する。後述する図８に示す処理についても同様である。

ステップＳ７０１では、主制御部１１１は、ユーザの電源オン操作などに応じて撮像装置１００を起動する。

ステップＳ７０２では、主制御部１１１は、レンズ制御部１０３を介して交換レンズ１０１のレンズ情報を取得する。

ステップＳ７０３では、主制御部１１１は、ステップＳ７０２でレンズ情報を取得できたか否かを判定し、取得できた場合はステップＳ７０４に進み、取得できない場合はステップＳ７０５に進む。

ステップＳ７０４では、主制御部１１１は、湾曲率制御部１２０の設定値Ｄをレンズ情報に応じて図６に示した湾曲率制御テーブルから取得する。

ステップＳ７０３で交換レンズの破損などによりレンズ情報を取得できない場合には、ステップＳ７０５において、主制御部１１１は、湾曲率制御部１２０の設定値Ｄを図６の湾曲率制御テーブルのポジション０から取得する。

ステップＳ７０６では、主制御部１１１は、ステップＳ７０４またはＳ７０５で決定した設定値Ｄを湾曲率制御部１２０に設定することで撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃを変更する。

なお、ステップＳ７０２で取得されるレンズ情報には、交換レンズ１０１の種類を示す識別情報（レンズＩＤ）が含まれ、主制御部１１１は、このレンズＩＤによって撮像装置１００に装着された交換レンズ１０１の種類から収差情報などを判定できる。例えば、焦点距離５０ｍｍ／Ｆ１．８のレンズＩＤは０ｘ０００１Ｆなどと定義されている。

また、交換レンズ１０１が撮像装置１００から取り外された場合や、交換レンズ１０１の手振れ補正機能が有効に設定された場合には、湾曲率制御テーブルのポジション０から設定値Ｄを取得する。なお、手振れ補正機能は、撮影者の手振れなどに起因する撮像装置１００のブレ量に応じて、交換レンズ１０１の光軸と直交する平面内でレンズを移動させることにより、装置の手振れによる画像ブレの影響を抑制する撮像機能である。

また、交換レンズ１０１が取り外された状態で撮像装置１００が起動された場合、撮像素子１０６の湾曲率Ｃはポジション０の基準位置（平坦な状態）となり、交換レンズ１０１が撮像装置１００に装着された時点でレンズ情報を取得し、交換レンズ１０１のレンズ情報に応じたポジションに対応する撮像素子１０６の湾曲率Ｃが設定される。

なお、撮像素子１０６の撮像面の周辺のボケ具合に応じて、湾曲率制御テーブルのポジジョンＮや湾曲率Ｃをユーザが任意に選択可能に構成してもよい。

上述した撮像素子の撮像面の湾曲率制御によれば、撮像素子１０６の撮像面の湾曲率を演算することなく、レンズ情報に応じたポジションＮの湾曲率Ｃに変更できるため、撮像装置１００の起動時間やレンズ交換時のタイムラグを短縮することが可能となる。

＜設定値の補正方法＞
次に、図８を参照して、撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃの個体ごとのばらつきに応じて、湾曲率制御テーブルの湾曲率ごとの設定値を補正する方法について説明する。

撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃは個体ごとにばらつきがあるため、例えば、ポジション０の湾曲率Ｃ＝０にするための設定値Ｄが、撮像素子１０６のある個体ではＤ＝０であるが、別の個体ではＤ＝１０となるようにばらつくことがある。この撮像素子の撮像面の湾曲率の個体ごとのばらつきを補正するために、工場出荷時に基準となるレンズを用いて湾曲率制御テーブルのポジションＮごとに湾曲率Ｃにするための設定値が調整される。

図８のフローチャートは、撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃの個体ごとのばらつきに応じて湾曲率制御テーブルの湾曲率ごとの設定値を補正する処理を示している。

ステップＳ８０１では、撮像装置１００に基準となる交換レンズが装着される。

ステップＳ８０２では、主制御部１１１は、全てのポジションでの設定値の補正が終了したか判定し、全てのポジションについて、設定値の補正が終了している場合は本処理を終了し、終了していない場合はステップＳＳ８０３へ進む。

ステップＳ８０３では、主制御部１１１は、ポジションＮの調整シーケンスを開始する。

ステップＳ８０４では、主制御部１１１は、湾曲率制御部１２０の設定値Ｄに１を加算する。

ステップＳ８０５では、主制御部１１１は、湾曲率制御部１２０に、ステップＳ８０４で更新された設定値Ｄを設定する。

ステップＳ８０６では、主制御部１１１は解像度チャートを撮影する。

ステップＳ８０７では、主制御部１１１は、周辺の解像度が各ポジションＮの基準値以内であるか否かを判定し、基準値に収まっていない場合にはステップＳ８０４に戻り、収まっている場合にはステップＳ８０８に進む。

ステップＳ８０８では、主制御部１１１は、湾曲率制御テーブルのポジションＮの設定値Ｄを更新し、ステップＳ８０２に戻る。

なお、図８では、ステップＳ８０６で解像度チャートを撮影してポジションにおける設定値Ｄの調整を行ったが、一様な光の光源を設定し、周辺の光量落ち具合や色収差具合を基準値に収めるように各ポジションＮにおける設定値Ｄを調整することも可能である。

上述した湾曲率制御テーブルの補正方法によれば、撮像素子１０６の撮像面の湾曲率Ｃの個体ごとのばらつきに応じて湾曲率ごとに設定値を補正することが可能となり、湾曲率の精度を確保することが可能となる。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００…撮像装置、１０１…交換レンズ、１０２…レンズマウント、１０３…レンズ制御部、１０６…撮像素子、１０８…信号処理部、１１１…主制御部、１２０…湾曲率制御部

Claims (10)

1. 画素が２次元状に配列された撮像素子と、
   前記撮像素子の撮像面の曲率を可変制御する制御手段と、
   装着されたレンズの情報を取得する取得手段と、
   前記レンズの情報および前記制御手段が前記曲率を可変制御するための設定値が曲率ごとに格納された曲率制御テーブルに応じて前記撮像面の曲率を決定する決定手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記レンズの情報は、レンズの種類を示す識別情報を含み、
   前記取得手段は、前記撮像装置が起動された場合、もしくは、前記レンズが交換された場合に、レンズの識別情報を取得し、
   前記決定手段は、前記レンズの識別情報および前記曲率制御テーブルに応じて前記撮像素子の撮像面の曲率を決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記曲率制御テーブルは、曲率がゼロの状態での設定値を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記曲率制御テーブルに格納された曲率に応じた設定値は、前記曲率がゼロのときの値を基準として、当該基準の値からの差分として保持されることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記レンズの情報が取得できない場合または手振れ補正機能が有効な場合には、前記決定手段は、前記曲率がゼロのときの設定値に決定することを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
6. 前記曲率制御テーブルに格納された曲率に応じた設定値をユーザにより選択可能としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子の撮像面の曲率の個体ごとのばらつきに応じて、前記曲率制御テーブルに格納された曲率ごとに設定値が補正されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 画素が２次元状に配列された撮像素子と、前記撮像素子の撮像面の曲率を可変制御する制御手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
   装着されたレンズの情報を取得するステップと、
   前記レンズの情報および前記制御手段が前記曲率を可変制御するための設定値が曲率ごとに格納された曲率制御テーブルに応じて前記撮像面の曲率を決定するステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。
9. コンピュータを、請求項１ないし７のいずれか１項に記載された撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。
10. コンピュータを、請求項１ないし７のいずれか１項に記載された撮像装置の各手段として機能させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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