JP6312799B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像レンズおよび撮像素子の少なくとも一方をシフトさせるＯＩＳ（Optical Image Stabilizer：光学的手振れ補正機構）を備えている、カメラモジュールおよび撮像装置に関する。

従来、デジタルビデオカメラ、およびデジタルスチルカメラ等の撮像装置として、手振れに起因する撮像画像のブレを補正する、ＯＩＳを備えたものが実用化されている。

ＯＩＳは、角速度等によって、手振れによる撮像装置の傾きを検出するジャイロセンサを有している。そして、ＯＩＳは、ジャイロセンサの出力信号に基づいて、撮像レンズの光軸に対する法線方向に、撮像レンズまたは撮像素子をシフトさせる。これにより、ＯＩＳは、撮像素子の受光面と撮像レンズの光軸との相対的なズレに起因する、撮像画像のブレを補正している。

ＯＩＳの機能によって、撮像装置では、手振れに起因する撮像画像のブレを補正して、撮像画像のボケを抑制することができる。

特に、撮像レンズをシフトさせるレンズシフト方式のＯＩＳは、撮像レンズをシフトさせるコンパクトな機構により構成することができるため、広く用いられている。一方、レンズシフト方式のＯＩＳでは、撮像画像の周辺部分に発生するブレを十分に補正することが課題となっている。撮像画像の周辺部分とは、撮像画像の縁およびその近傍である。

上記課題の解決を図る技術として、特許文献１および２に開示されている技術が挙げられる。

特許文献１には、歪曲を補正するための画像処理を撮像画像に施す技術が開示されている。

特許文献２には、手振れの際の、撮像装置の傾きに起因する歪み成分を、撮像レンズのディストーションを最適化することにより抑制する技術が開示されている。

日本国公開特許公報「特開２００６−１２９１７５号公報（２００６年５月１８日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１２−６８５４０号公報（２０１２年４月５日公開）」

特許文献１に開示されている技術では、複雑な画像処理が行われている。このため、特許文献１に開示されている技術では、デジタル補正を実行するために高性能なＩＳＰ（Image Signal Processor：画像信号処理）が必要となる。この結果、特許文献１に開示されている技術では、画像処理用の装置による処理量が増大し、結果、撮像装置の大型化および高コスト化を招くという問題が発生する。

特に、撮像画像が動画像である場合は、撮像装置において、絶えず手振れが生じている状態である。この場合、特許文献１に開示されている技術では、高速に補正を行うために大容量のバッファメモリを搭載したり、回路を常時駆動させるために消費電力の増大に応じて電池を増設したりする必要が生じる。これにより、特許文献１に開示されている技術では、撮像装置の大型化および高コスト化がさらに顕著となる。

特許文献２に開示されている技術では、撮像画像のブレの補正が未だ十分でない。その理由について説明する。

撮像レンズにより形成される像のサイズは、被写体からの主光線が撮像レンズに入射される角度の正接に比例する。これにより、０〜π／２ｒａｄの範囲において、該角度が大きくなる程、被写体の像が大きくなる。このような撮像レンズを用いた補正では、被写体の像の大小に対応した補正を行うことが困難である。特許文献２に開示されている技術では、以上の点が考慮されていないため、撮像画像のブレをさらに良好に補正する余地がある。

また、特許文献２に開示されている技術では、撮像レンズの最大像高領域にマイナスのディストーションが与えられているため、撮像画像の周辺光量比（像中心の光量に対する像周辺の光量の比率）を大きくすることができ、撮像画像の周辺部分のブレを改善することが可能である。一方、撮像レンズの中間像高領域においては、ディストーションがプラスとなっており、この結果、撮像画像の中間部分のブレが大きくなってしまう。撮像画像の中間部分とは、撮像画像の中心部分（撮像画像の中心およびその近傍）と撮像画像の周辺部分との間一帯である。

本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型および低製造コストであり、撮像画像のブレをさらに良好に補正することを可能とする、カメラモジュールおよび撮像装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る撮像装置はカメラモジュールを備えており、当該カメラモジュールは、ｆθレンズである撮像レンズと、上記撮像レンズを通過した光を受光する撮像素子と、被写体からの主光線が上記撮像レンズに入射される角度に応じて、上記撮像レンズおよび上記撮像素子の少なくとも一方を、上記撮像レンズの光軸に対する法線方向にシフトさせる光学的手振れ補正機構とを備えており、上記撮像レンズが形成する像のサイズが上記角度に比例する。

さらに、上記の撮像装置は、上記カメラモジュールの上記撮像素子の出力信号に対して、ＩＨ＝（ｆ×θｍａｘ／ｔａｎθｍａｘ）×ｔａｎθに基づく画像処理を施す画像処理部を有している。但し、ＩＨは撮像画像のサイズであり、ｆは撮像レンズの焦点距離であり、θｍａｘは撮像装置の対角方向の画角であり、また、θはｆθレンズへの光の入射角度である。

本発明の一態様によれば、小型および低製造コストであり、撮像画像のブレをさらに良好に補正することが可能である。

図１の（ａ）は、従来技術に係る撮像レンズの、入射角度と像のサイズとの関係を示すグラフであり、図１の（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る撮像レンズの、入射角度と像のサイズとの関係を示すグラフであり、図１の（ｃ）は、従来技術に係る撮像レンズと本発明の実施の形態１に係る撮像レンズ（ｆθレンズ）との間で、入射角度と像のサイズとの関係を比較するグラフである。 図２の（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す断面図であり、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）に示す撮像装置におけるＯＩＳ部の機能を簡単に説明する断面図である。 ＯＩＳ部の機能の原理を説明する図であり、図３の（ａ）には補正前を、図３の（ｂ）には補正後を示している。 図４の（ａ）は、従来技術に係る撮像レンズが形成する像を説明する図であり、図４の（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る撮像レンズが形成する像を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置による、格子チャートの撮像結果の一例を示す図である。 図６の（ａ）は、従来技術に係る撮像レンズを構成する各レンズの構成例を示す図であり、図６の（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る撮像レンズを構成する各レンズの構成例を示す図である。 画像処理部による画像処理を説明する図である。 図７に示す各撮像画像のサイズの概念を、図１の（ｃ）に示すグラフに追記したものである。 従来技術に係る撮像レンズを備えた撮像装置と、本発明の実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置とについて、入射角度に対する撮像画像のサイズの特性を比較したグラフである。 従来技術に係る撮像レンズを備えた撮像装置と、本発明の実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置とについて、入射角度に対する、１ｄｅｇの手振れが生じたときのブレの補正後における撮像画像のブレ量の特性を比較したグラフである。 従来技術に係る撮像レンズを備えた撮像装置と、本発明の実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置とについて、入射角度に対するディストーションの特性を比較したグラフである。 下記数式（１）に示す画像処理を施して得られた撮像画像に関する特性を、図９に示すグラフに追記したものである。 従来技術に係る撮像レンズを備えた撮像装置と、本発明の実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置とについて、格子チャートの撮像結果を比較した図である。 本発明の実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置について、画像処理前後の格子チャートの撮像結果を比較した図である。 本発明の実施の形態２に係る撮像装置の構成、およびこの撮像装置におけるＯＩＳ部の機能を簡単に説明する断面図である。

〔発明の要旨〕
小型機器向けのカメラモジュールでは、撮像レンズを撮像素子に対してシフトさせる、レンズシフト方式のＯＩＳが多く用いられている。レンズシフト方式のＯＩＳは、手振れによって生じた被写体の像のシフトをキャンセルし、この像のブレを抑制する。

そして、本発明のカメラモジュールおよび撮像装置は、撮像レンズが形成する像のサイズが、被写体からの主光線が撮像レンズに入射される角度に比例するように構成されている。

これにより、被写体の像の大きさが上記角度に関係なく一定となるため、撮像レンズをシフトさせるのみで、撮像画像のブレを十分に補正することが可能となる。上記角度がπ／２ｒａｄに近い程、本発明の効果はより顕著となる。

上記撮像レンズとして、いわゆるｆθレンズを用いることができる。ｆθレンズとは、ｆθレンズが形成する像のサイズが、ｆθレンズへの光の入射角度θに比例するものであり、ディストーション特性ｄｉｓｔ．は下記のように定義される。

ｄｉｓｔ．＝１００×（θ−ｔａｎθ）／ｔａｎθ （％）
また、撮像レンズのディストーションをマイナスとすれば、撮像画像のサイズは小さくなる。これにより、撮像画像に対する有効像円径のマージンを確保することができるため、より大きな手振れに対し、適切な補正を行うことが可能となる。

［実施の形態１］
〔撮像装置の構成〕
以下、説明の便宜上、先に説明した部材・変数と実質的に同じ機能を有する部材・変数については、一部、同じ符号を付記してその説明を省略している。

図２の（ａ）は、実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す断面図であり、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）に示す撮像装置におけるＯＩＳ部の機能を簡単に説明する断面図である。

図２の（ａ）および（ｂ）に示す撮像装置１００は、カメラモジュール１０１および画像処理部１０２を備えている。

カメラモジュール１０１は、撮像レンズ１０３、撮像素子１０４、基板１０５、レンズホルダおよびＯＩＳ（光学的手振れ補正機構）１０６、および筐体部１０７を備えている。

撮像レンズ１０３は、被写体２００を結像するものであり、少なくとも１つのレンズを有している。図２の（ａ）では図示および説明の便宜上、３枚のレンズを図示しているが、レンズの枚数は３枚に限定されない。なお、以下では、撮像レンズを構成するレンズの枚数に関係なく、同じ機能を有する撮像レンズに対しては、同じ部材番号を付与している。撮像レンズ１０３の具体的な構成については後述する。

撮像素子１０４は、撮像レンズ１０３を通過した光を受光し、受光した光を光電変換して得られた電気信号を出力するものである。撮像素子１０４は例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）によって構成されている。

基板１０５は、撮像素子１０４および筐体部１０７が搭載されているものである。

レンズホルダおよびＯＩＳ１０６は、レンズホルダ部とＯＩＳ部とを有している。レンズホルダ部は、撮像レンズ１０３が収納されているものである。ＯＩＳ部は、該レンズホルダ部を撮像レンズ１０３の光軸Ｌａに対する法線方向Ｌｎに移動させることによって、法線方向Ｌｎに撮像レンズ１０３をシフトさせるものである（図２の（ｂ）参照）。

筐体部１０７は、基板１０５に搭載されており、撮像素子１０４と、レンズホルダおよびＯＩＳ１０６とを覆っている。また、撮像装置１００の側面を構成する筐体部１０７の部分が、（特許文献２の矩形筒状部２３ａのように）ＯＩＳ部として機能してもよい。

画像処理部１０２は、カメラモジュール１０１が撮像した画像を示す、撮像素子１０４の出力信号（電気信号）に対して画像処理を施すことで、撮像装置１００の撮像画像を生成するものである。画像処理部１０２による画像処理については後述する。

ここで、撮像レンズ１０３は、撮像レンズ１０３が形成する像のサイズが、被写体２００からの主光線が撮像レンズ１０３に入射される角度に比例するように構成されている。

なお、本願明細書において「撮像レンズが形成する像のサイズ」とは、被写体の像のサイズのみならず、撮像レンズに入射された光を撮像レンズが結像して得られた像全体のサイズを意味する。

撮像レンズ１０３の具体例として、いわゆるｆθレンズが挙げられる。ｆθレンズとは、ｆθレンズが形成する像のサイズが、ｆθレンズへの光の入射角度に比例するものである。一般的に、ｆθレンズである撮像レンズ１０３は、マイナスのディストーションを有している。

これにより、被写体２００の像の大きさが上記角度に関係なく一定となるため、撮像レンズ１０３をシフトさせるのみで、撮像画像のブレを十分に補正することが可能となる。上記角度がπ／２ｒａｄに近い程、撮像装置１００特有の効果はより顕著となる。

また、撮像レンズのディストーションを、中間像高領域においてプラスにする必要がないので、撮像画像の中間部分のブレを抑制することもできる。

また、撮像レンズ１０３がマイナスのディストーションを有している場合、撮像画像の周辺光量比を大きくすることができるため、シェーディング補正に起因するノイズを低減するのに好適である。

〔ＯＩＳ部の機能の原理〕
図３の（ａ）および（ｂ）は、ＯＩＳ部の機能の原理を説明する図であり、図３の（ａ）には補正前を、図３の（ｂ）には補正後を示している。

図３の（ａ）および（ｂ）では、説明を簡潔にするため、被写体２００の像の中心を構成する主光線２００ｃに着目する。

主光線２００ｃは、撮像レンズ１０３を通過して、撮像素子１０４の受光面１０４ｒに導かれる。

主光線２００ｃが光軸Ｌａに沿っている場合、主光線２００ｃは受光面１０４ｒの中心１０４ｒｃに導かれ、ＯＩＳ部による補正を行う必要がない。

ここで、手振れが生じた場合、主光線２００ｃが光軸Ｌａに対して傾斜する。この場合、撮像レンズ１０３および受光面１０４ｒの位置が固定であれば、主光線２００ｃは、図３の（ａ）に示すように、中心１０４ｒｃから外れた位置１０４ｒｄに導かれる。主光線２００ｃが位置１０４ｒｄに導かれることが、撮像画像のブレの主要因となる。

そこで、上記の主要因を克服するため、ＯＩＳ部は、図３の（ｂ）に示すように、手振れに起因して光軸Ｌａに対して傾斜した主光線２００ｃを中心１０４ｒｃに導くように、法線方向Ｌｎに撮像レンズ１０３をシフトさせる。これにより、撮像装置１００では、手振れに起因する撮像画像のブレを補正することができる。

〔撮像レンズが形成する像の対比〕
図４の（ａ）は、従来技術に係る撮像レンズが形成する像を説明する図であり、図４の（ｂ）は、実施の形態１に係る撮像レンズが形成する像を説明する図である。

図４の（ａ）に示す撮像レンズ１０８は、撮像レンズ１０８が形成する像のサイズが、被写体２００からの主光線が撮像レンズ１０８に入射される角度の正接に比例するものである。

主光線２００ｃが撮像レンズ１０８の光軸Ｌａ´に沿っている場合、主光線２００ｃは受光面１０４ｒの中心１０４ｒｃに導かれる。

一方、主光線２００ｃが撮像レンズ１０８に入射される角度がα傾く手振れが生じた場合、主光線２００ｃは受光面１０４ｒの位置１０４ｒｅに導かれる。

ここで、中心１０４ｒｃから位置１０４ｒｅへの変位量は、「ｆ´×ｔａｎα」と表すことができる。ここで、ｆ´とは、撮像レンズの中心から撮像素子の受光面までの距離である。つまり、手振れに起因して、主光線２００ｃが撮像レンズ１０８に入射される角度がα傾くと、主光線２００ｃが導かれる位置が「ｆ´×ｔａｎα」シフトする。

また、主光線２００ｃが撮像レンズ１０８の光軸Ｌａ´に沿っている場合、被写体２００の像の縁を構成する主光線２００ｅは、受光面１０４ｒの位置１０４ｒｆに導かれる。

一方、主光線２００ｃが撮像レンズ１０８に入射される角度がα傾く手振れが生じた場合、主光線２００ｅも同様の傾きを呈し、主光線２００ｅは受光面１０４ｒの位置１０４ｒｇに導かれる。

ここで、位置１０４ｒｆから位置１０４ｒｇへの変位量は、「ｆ´×｛ｔａｎ（α＋β）−ｔａｎβ｝」と表すことができる。ここで、βとは、主光線２００ｃと主光線２００ｅとがなす角度である。つまり、手振れに起因して、主光線２００ｃが撮像レンズ１０８に入射される角度がα傾くと、主光線２００ｅが導かれる位置が「ｆ´×｛ｔａｎ（α＋β）−ｔａｎβ｝」シフトする。

以上のことから、上記の手振れが生じた場合、被写体２００の像の中心と縁とでシフト量が異なるということが分かる。これは言い換えれば、角度αの値に依存して、被写体２００の像の大きさが変化するということである。より具体的には、角度αが大きくなる程、被写体２００の像は大きくなる。

一方、図４の（ｂ）に示す撮像レンズ１０３は、撮像レンズ１０３が形成する像のサイズが、被写体２００からの主光線が撮像レンズ１０３に入射される角度に比例するものである。

主光線２００ｃが撮像レンズ１０３の光軸Ｌａに沿っている場合、主光線２００ｃは中心１０４ｒｃに導かれる。

一方、主光線２００ｃが撮像レンズ１０３に入射される角度がα傾く手振れが生じた場合、主光線２００ｃは受光面１０４ｒの位置１０４ｒｈに導かれる。

ここで、中心１０４ｒｃから位置１０４ｒｈへの変位量は、「Ａ×ｆ´×α」と表すことができる。ここで、Ａとは、所定の比例係数である。換言すれば、該変位量は、ｆ´×αに比例する。つまり、手振れに起因して、主光線２００ｃが撮像レンズ１０３に入射される角度がα傾くと、主光線２００ｃが導かれる位置が「Ａ×ｆ´×α」シフトする。

また、主光線２００ｃが撮像レンズ１０３の光軸Ｌａに沿っている場合、主光線２００ｅは受光面１０４ｒの位置１０４ｒｉに導かれる。

一方、主光線２００ｃが撮像レンズ１０３に入射される角度がα傾く手振れが生じた場合、主光線２００ｅも同様の傾きを呈し、主光線２００ｅは受光面１０４ｒの位置１０４ｒｊに導かれる。

ここで、位置１０４ｒｉから位置１０４ｒｊへの変位量は、「Ａ×ｆ´×（α＋β）−Ａ×ｆ´×β」と表すことができる。但し、これを整理すると「Ａ×ｆ´×α」となり、中心１０４ｒｃから位置１０４ｒｈへの変位量と等しくなる。つまり、手振れに起因して、主光線２００ｃが撮像レンズ１０３に入射される角度がα傾くと、主光線２００ｅが導かれる位置が「Ａ×ｆ´×α」シフトする。

以上のことから、上記の手振れが生じた場合、被写体２００の像の中心と縁とでシフト量が同じということが分かる。これは言い換えれば、角度αの値に関係なく、被写体２００の像の大きさは一定ということである。

図４の（ａ）に示す例では、手振れに起因して、被写体２００の像の大きさが変化するが、撮像レンズ１０８をシフトさせるだけでは、この変化に対応できないので、撮像画像のブレの補正が不十分となる。

一方、図４の（ｂ）に示す例では、手振れが生じても、被写体２００の像の大きさが一定であるので、撮像レンズ１０３をシフトさせるだけで、撮像画像のブレの補正を十分に行うことができる。

〔撮像レンズの構成の詳細〕
図５は、実施の形態１に係る撮像装置による、格子チャートの撮像結果の一例を示す図である。なお、この格子チャートのアスペクト比は０．７５である。

撮像レンズ１０３がマイナスのディストーションとなっている場合、格子チャートの撮像結果は、図５に示すように樽型となる。

図１の（ａ）は、従来技術に係る撮像レンズの、入射角度と像のサイズとの関係を示すグラフである。図１の（ｂ）は、実施の形態１に係る撮像レンズの、入射角度と像のサイズとの関係を示すグラフである。図１の（ｃ）は、従来技術に係る撮像レンズと実施の形態１に係る撮像レンズ（ｆθレンズ）との間で、入射角度と像のサイズとの関係を比較するグラフである。

なお、図１の（ａ）〜（ｃ）では、対応する撮像レンズの光軸に沿っている際の、撮像レンズへの光の入射角度を原点に設定している。

図１の（ａ）によれば、撮像レンズ１０８が形成する像のサイズｙは、撮像レンズ１０８への光の入射角度θの正接（ｔａｎθ）に比例している。なお、ｆは、撮像レンズの焦点距離である。

一方、図１の（ｂ）によれば、撮像レンズ１０３が形成する像のサイズｙは、撮像レンズ１０３への光の入射角度θに比例している。

さらに、図１の（ｃ）によれば、撮像レンズ１０３がｆθレンズである場合と、撮像レンズ１０８とを比較すると、入射角度θが大きくなる程、像のサイズｙの差が顕著になっていることが分かる。

図６の（ａ）は、従来技術に係る撮像レンズを構成する各レンズの構成例を示す図であり、図６の（ｂ）は、実施の形態１に係る撮像レンズを構成する各レンズの構成例を示す図である。

図示の便宜上、図６の（ａ）では、撮像レンズ１０８を構成する各レンズのうち最も被写体２００の側に位置するレンズＬ１１の、被写体２００の側に向けた面Ｓ１１と、これら各レンズのうち最も撮像素子１０４の側に位置するレンズＬ１２とのみを図示している。すなわち、レンズＬ１１とレンズＬ１２との間に、他のレンズが介在していてもよい。

レンズＬ１１の、被写体２００の側に向けた面Ｓ１１が凸形状である。

レンズＬ１２の、被写体２００の側に向けた面Ｓ１３の中央部分が凸形状であり、中央部分を取り囲む周囲部分が凹形状である。

レンズＬ１２の、撮像素子１０４の側に向けた面Ｓ１４の中央部分が凹形状であり、中央部分を取り囲む周囲部分が凸形状である。

一方、図示の便宜上、図６の（ｂ）では、撮像レンズ１０３を構成する各レンズのうち最も被写体２００の側に位置するレンズＬ１の、被写体２００の側に向けた面Ｓ１と、これら各レンズのうち最も撮像素子１０４の側に位置するレンズＬ２とのみを図示している。すなわち、レンズＬ１とレンズＬ２との間に、他のレンズが介在していてもよい。

レンズＬ１の、被写体２００の側に向けた面Ｓ１が凸形状である。

レンズＬ２の、被写体２００の側に向けた面Ｓ３が凹形状である。

レンズＬ２の、撮像素子１０４の側に向けた面Ｓ４の中央部分ｃ４が凹形状であり、中央部分ｃ４を取り囲む周囲部分ｐ４が凸形状である。

上記の構成によれば、撮像レンズ１０３の周囲部分を通過する光線を、より急峻に、光軸Ｌａ方向に曲げることができるため、マイナスのディストーションとなっている撮像レンズ１０３を簡単に実現することができる。

勿論、撮像レンズ１０３を構成するレンズの枚数は２枚に限定されず、３枚以上であってもよいし、１枚であってもよい。撮像レンズ１０３が３枚以上のレンズからなる場合、レンズＬ１とレンズＬ２との間に設けられた他のレンズにより、各種収差を補正すれば、撮像レンズ１０３の低背化を実現することが可能となる。

また、面Ｓ４の中央部分ｃ４が凹形状であることは必須でない。

〔画像処理部〕
図７は、画像処理部による画像処理を説明する図である。

画像処理部１０２は、歪曲をデジタル補正するものである。

撮像レンズ１０３がマイナスのディストーションとなっている場合、撮像装置１００の撮像画像は、撮像レンズ１０３のディストーションを考慮しない場合に比べて小さくなり、かつ樽型となる。

例えば、図７によれば、撮像レンズ１０３がｆθレンズである場合、画像処理前における撮像装置１００の撮像画像１０９は、撮像レンズ１０８を備えた従来技術に係る撮像装置の撮像画像１１０より小さく、かつ樽型となっている。

画像処理部１０２は、例えば下記数式（１）に基づいて、撮像画像１０９に対して画像処理を施す。典型的には、画像処理部１０２は、撮像素子１０４の出力信号（電気信号）に対して、画像処理を施す。

ＩＨ＝（ｆ×θ_ｍａｘ／ｔａｎθ_ｍａｘ）×ｔａｎθ ・・・（１）
なお、ＩＨとは、撮像画像のサイズである。また、θ_ｍａｘとは、撮像装置１００の対角方向の画角である。

図８は、図７に示す各撮像画像のサイズの概念を、図１の（ｃ）に示すグラフに追記したものである。

図８において、撮像レンズ１０３の入射角度と像のサイズとの関係を示す細い実線を撮像画像１０９のサイズと考えることができ、撮像レンズ１０８の同関係を示す太い実線を撮像画像１１０のサイズと考えることができる。すると、撮像画像１０９を画像処理して得られた撮像画像１１１のサイズは、図８に示す点線によって表すことができる。

図８によれば、数式（１）に示す画像処理によって、撮像画像１０９は、撮像画像１１１へと小さくされていることが分かる。

画像処理部１０２は、例えば数式（１）程度の簡単な画像処理を行う装置によって実現することができる。このため、画像処理部１０２は一定の歪み補正処理を行うだけでよく、画像処理部１０２に対する負担は小さい。従って、小型および低コストの撮像装置１００を実現することができる。

また、数式（１）に示す画像処理によれば、撮像画像の中心部分の解像力を維持しつつ、撮像画像の周辺部分の解像力の向上を図ることができる。

さらに、数式（１）に示す画像処理によれば、撮像画像のサイズを小さくすることができる。このため、撮像画像のデータ量が小さくなる。また、撮像画像に対する有効像円径のマージンを確保することができるため、より大きな手振れに対し、適切な補正を行うことが可能となる。

〔実施例〕
１３メガピクセル仕様の撮像レンズ１０８を備えた撮像装置と、同仕様の撮像装置１００との各種特性を比較した。

適用した仕様は下記のとおりである。

・１３メガピクセル
・画素ピッチ：１．１２μｍ
・最大画角：７２ｄｅｇ
・最大像サイズ（像の中心から撮像素子の対角までの像のサイズ）：２．９３３５ｍｍ
・焦点距離：４．０３８ｍｍ
・手振れ補正角度：１ｄｅｇ（撮像レンズの光軸に対して−１または＋１ｄｅｇ）
以下、撮像レンズ１０８を備えた撮像装置に関する特性を「ＩＨ＝ｆ・ｔａｎθ」とし、撮像装置１００に関する特性を「ＩＨ＝ｆ・θ」としている。

図９は、従来技術に係る撮像レンズを備えた撮像装置と、実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置とについて、入射角度（横軸）に対する撮像画像のサイズ（縦軸）の特性を比較したグラフである。

図９によれば、「ＩＨ＝ｆ・ｔａｎθ」は、撮像画像のサイズＩＨが、入射角度θに対して、ｔａｎθの曲線を描きながら大きくなっている一方、「ＩＨ＝ｆ・θ」は、撮像画像のサイズＩＨが、入射角度θに対してリニアに変化している。

図１０は、従来技術に係る撮像レンズを備えた撮像装置と、実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置とについて、入射角度（横軸）に対する、１ｄｅｇの手振れが生じたときのブレの補正後における撮像画像のブレ量（縦軸）の特性を比較したグラフである。

図１０によれば、「ＩＨ＝ｆ・ｔａｎθ」では、入射角度θが大きい程ブレ量が大きくなり、入射角度θが３５ｄｅｇの場合、ブレ量は３５μｍを超えている。このように、「ＩＨ＝ｆ・ｔａｎθ」では、撮像画像の周辺部分において、数十μｍ（数十ピクセル）オーダーのブレが残る。一方、図１０によれば、「ＩＨ＝ｆ・θ」では、入射角度θに関係なく、ブレ量が非常に小さい。

図１１は、従来技術に係る撮像レンズを備えた撮像装置と、実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置とについて、入射角度（横軸）に対するディストーション（縦軸）の特性を比較したグラフである。

図１１によれば、「ＩＨ＝ｆ・ｔａｎθ」では、入射角度θに関係なく、ディストーションが０となっているのが理想的である。一方、図１１によれば、「ＩＨ＝ｆ・θ」では、撮像レンズ１０３がマイナスのディストーションとなっていることがグラフに表れている。

図１２は、上記数式（１）に示す画像処理を施して得られた撮像画像に関する特性を、図９に示すグラフに追記したものである。

図１２において、画像処理後の撮像画像に関する特性を「ＩＨ＝（ｆ・θｍａｘ／ｔａｎθｍａｘ）・ｔａｎθ」としている。

図１３は、従来技術に係る撮像レンズを備えた撮像装置と、実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置とについて、格子チャートの撮像結果を比較した図である。

図１３によれば、「ＩＨ＝ｆ・θ」に係る格子チャートの撮像画像は、「ＩＨ＝ｆ・ｔａｎθ」に係る格子チャートの撮像画像に対して小さくなり、かつ樽型となる。

図１４は、実施の形態１に係る撮像レンズを備えた撮像装置について、画像処理前後の格子チャートの撮像結果を比較した図である。

図１４によれば、数式（１）に示す画像処理によって、「ＩＨ＝ｆ・θ」に係る格子チャートの撮像画像は、「ＩＨ＝（ｆ・θｍａｘ／ｔａｎθｍａｘ）・ｔａｎθ」に係る格子チャートの撮像画像へと小さくされていることが分かる。

なお、撮像レンズ１０３を備えた撮像装置１００およびカメラモジュール１０１が、本発明の範疇に含まれる。撮像装置１００の一例としては、デジタルビデオカメラ、およびデジタルスチルカメラ等の撮像装置が挙げられる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、ＯＩＳ部が、撮像レンズ１０３をシフトさせる例について説明を行ったが、撮像素子１０４をシフトさせてもよいし、撮像レンズ１０３および撮像素子１０４の両方をシフトさせてもよい。

図１５は、実施の形態２に係る撮像装置の構成、およびこの撮像装置におけるＯＩＳ部の機能を簡単に説明する断面図である。

図１５に示す撮像装置３００は、図２の（ａ）および（ｂ）に示す撮像装置１００と下記の点が異なる。

すなわち、撮像装置３００は、レンズホルダおよびＯＩＳ１０６のかわりに、レンズホルダおよびＯＩＳ３０６を備えている。

レンズホルダおよびＯＩＳ３０６は、レンズホルダ部とＯＩＳ部とを有している。レンズホルダおよびＯＩＳ３０６のレンズホルダ部は、レンズホルダおよびＯＩＳ１０６のレンズホルダ部と同じものである。レンズホルダおよびＯＩＳ３０６のＯＩＳ部は、例えば基板１０５を撮像レンズ１０３の光軸Ｌａに対する法線方向ＩＬｎに移動させることによって、法線方向ＩＬｎに撮像素子１０４をシフトさせるものである。

法線方向ＩＬｎの方向は、法線方向Ｌｎの方向と正反対である。この場合、撮像素子１０４を法線方向ＩＬｎにシフトさせることは、撮像レンズ１０３を法線方向Ｌｎにシフトさせることと同義である。

以上のように、撮像レンズ１０３のかわりに撮像素子１０４をシフトさせても、さらには撮像レンズ１０３のシフトと撮像素子１０４のシフトとを組み合わせても、撮像装置１００と同等の効果を奏する。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るカメラモジュールは、撮像レンズと、上記撮像レンズを通過した光を受光する撮像素子と、被写体からの主光線が上記撮像レンズに入射される角度に応じて、上記撮像レンズおよび上記撮像素子の少なくとも一方を、上記撮像レンズの光軸に対する法線方向にシフトさせる光学的手振れ補正機構（レンズホルダおよびＯＩＳ１０６）とを備えており、上記撮像レンズが形成する像のサイズが上記角度に比例する。

上記の構成によれば、被写体の像の大きさが上記角度に関係なく一定となるため、撮像レンズをシフトさせるのみで、撮像画像のブレを十分に補正することが可能となる。

従って、小型および低製造コストであり、撮像画像のブレをさらに良好に補正することが可能である。

また、撮像レンズのディストーションを、中間像高領域においてプラスにする必要がないので、撮像画像の中間部分のブレを抑制することもできる。

本発明の態様２に係るカメラモジュールは、上記態様１において、上記撮像レンズのディストーションがマイナスとなっている。

上記の構成によれば、撮像画像の周辺光量比を大きくすることができるため、シェーディング補正に起因するノイズを低減するのに好適である。

本発明の態様３に係るカメラモジュールは、上記態様１または２において、上記撮像レンズは、ｆθレンズである。

上記の構成によれば、本発明の各態様に係る撮像レンズを簡単に実現することができる。

本発明の態様４に係るカメラモジュールは、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記撮像レンズは、少なくとも１つのレンズを有しており、上記レンズのうち１つは、上記被写体の側に向けた面が凹形状であり、上記撮像素子の側に向けた面の中央部分が凹形状であると共に、上記中央部分を取り囲む周囲部分が凸形状である。

上記の構成によれば、撮像レンズの周囲部分を通過する光線を、より急峻に、撮像レンズの光軸方向に曲げることができるため、マイナスのディストーションとなっている撮像レンズを簡単に実現することができる。

本発明の態様５に係る撮像装置は、上記態様１から４のいずれかのカメラモジュールを備えている。

上記の構成によれば、上記態様１から４のいずれかのカメラモジュールと同様の効果を奏する撮像装置を実現することができる。

本発明の態様６に係る撮像装置は、上記態様５において、上記カメラモジュールの上記撮像素子の出力信号に対して画像処理を施す画像処理部を有している。

上記の構成によれば、撮像画像の中心部分の解像力を維持しつつ、撮像画像の周辺部分の解像力の向上を図ることができる。なお、上記の構成によれば、画像処理部は、簡単な画像処理を行う装置によって実現することができる。このため、画像処理部は一定の歪み補正処理を行うだけでよく、画像処理部に対する負担は小さい。

本発明の態様７に係る撮像装置は、上記態様６において、上記画像処理部は、上記カメラモジュールの対角方向の画角および上記角度に基づいて、上記撮像装置の撮像画像のサイズを縮小する。

上記の構成によれば、撮像画像のサイズを小さくすることができる。このため、撮像画像のデータ量が小さくなる。また、撮像画像に対する有効像円径のマージンを確保することができるため、より大きな手振れに対し、適切な補正を行うことが可能となる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、撮像レンズおよび撮像素子の少なくとも一方をシフトさせるＯＩＳを備えている、カメラモジュールおよび撮像装置に利用することができる。撮像装置の一例としては、デジタルビデオカメラ、およびデジタルスチルカメラ等の撮像装置が挙げられる。

１００ 撮像装置
１０１ カメラモジュール
１０２ 画像処理部
１０３ 撮像レンズ
１０４ 撮像素子
１０６ レンズホルダおよびＯＩＳ
１０９ 撮像画像
１１０ 撮像画像
１１１ 撮像画像
２００ 被写体
２００ｃ 主光線
２００ｅ 主光線
Ｌ１ レンズ
Ｌ２ レンズ
Ｌａ 光軸
Ｌｎ 法線方向
ｃ４ 中央部分
ｐ４ 周囲部分

Claims (4)

1. カメラモジュールと、画像処理部とを有する撮像装置であって、
   上記カメラモジュールは、
   ｆθレンズである撮像レンズと、
   上記撮像レンズを通過した光を受光する撮像素子と、
   被写体からの主光線が上記撮像レンズに入射される角度に応じて、上記撮像レンズおよび上記撮像素子の少なくとも一方を、上記撮像レンズの光軸に対する法線方向にシフトさせる光学的手振れ補正機構と、を備えており、
   上記撮像レンズが形成する像のサイズが上記角度に比例し、
   上記画像処理部は、
   上記カメラモジュールの上記撮像素子の出力信号に対して、ＩＨ＝（ｆ×θｍａｘ／ｔａｎθｍａｘ）×ｔａｎθに基づく画像処理を施すこと
   を特徴とする撮像装置。
   但し、ＩＨは撮像画像のサイズであり、ｆは撮像レンズの焦点距離であり、θｍａｘは撮像装置の対角方向の画角であり、また、θはｆθレンズへの光の入射角度である。
2. 上記撮像レンズのディストーションがマイナスとなっていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記撮像レンズは、少なくとも１つのレンズを有しており、
   上記レンズのうち１つは、
   上記被写体の側に向けた面が凹形状であり、
   上記撮像素子の側に向けた面の中央部分が凹形状であると共に、上記中央部分を取り囲む周囲部分が凸形状である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. 上記画像処理部は、上記カメラモジュールの対角方向の画角および上記角度に基づいて、上記撮像装置の撮像画像のサイズを縮小することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の撮像装置。

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