(57)【要約】【課題】撮像光学系の種々な条件下において、各レンズ群の調整が良好に行われ、撮像光学系の種々な使用状態において高い光学性能が得られる撮像装置を得ること。【解決手段】可動レンズ群と光軸に対して偏芯駆動可能な偏芯レンズ群を有する撮像光学系と、該可動レンズ群の位置の検出と駆動を制御する駆動制御手段と、該可動レンズ群と該偏芯レンズ群を駆動制御する制御手段とを有する撮像装置において、該制御手段は該駆動制御手段で得られる該可動レンズ群の位置情報から該偏芯レンズ群を光軸に対して偏芯駆動させて、画質を修正すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動レンズ群と光軸に対して偏芯駆動可能な偏芯レンズ群を有する撮像光学系と、該可動レンズ群の位置の検出と駆動を制御する駆動制御手段と、該可動レンズ群と該偏芯レンズ群を駆動制御する制御手段とを有する撮像装置において、該制御手段は該駆動制御手段で得られる該可動レンズ群の位置情報から該偏芯レンズ群を光軸に対して偏芯駆動させて、画質を修正することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像装置は、画像情報が形成される撮像素子を有し、前記可動レンズ群が移動したときに生ずる画面中心位置又は画面周辺部に入射する光束の中心位置の変化に対応させて該撮像素子から得られる画像情報の切り出し位置を変える画像処理手段を有していることを特徴とする請求項１の撮像装置。
【請求項３】
撮像光学系を含む撮像装置であって、該撮像装置は該撮像装置の姿勢状態を検知する姿勢検知手段と、該撮像光学系の光軸に対して偏芯駆動可能な偏芯レンズ群と、該姿勢状態の量に基づいて該偏芯レンズ群を偏芯させる量を予め記憶した記憶手段と、該姿勢検知手段からの信号に基づいて該記憶手段に記憶したデータを用いて、該偏芯レンズ群を駆動制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
カメラ本体と、該カメラ本体に対して着脱可能な交換レンズを有する撮像装置において、該カメラ本体の画質性能に関する要因データと、該交換レンズの画質性能に関する要因データを用いて該交換レンズの撮像光学系の一部を構成する偏芯レンズ群の位置を調整する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記偏芯レンズ群を偏芯させて前記撮像光学系のザイデルの５収差に属する収差の中の一つ以上の収差を補正、若しくは波面収差を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関し、例えば画質を修正する光学補正手段を有するビデオカメラ、デジタルカメラ、ＴＶカメラ等の撮像装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像装置に用いられる撮像素子は高画素化され、それに伴い得られる画像の高画質化が進んでいる。そして、それに使用される撮像光学系には、高画質化に対応して高性能でかつ、各レンズ群の組立誤差の少ないことが要望されている。各レンズ群の組立誤差の少ない撮像装置を得るには、それらを構成する各レンズ群の部材精度を向上させるだけでは必ずしも十分でない。このため、従来組立後の各レンズ群の誤差を調整し、各レンズ群内及びレンズ群間のバラツキによる画像の劣化を防止するようにした光学部材の組立調整手段を有したレンズ鏡筒が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３２９７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に光学部材（レンズ群）の調整では調整後に各光学部材をＵＶ接着剤を用いてレンズ鏡筒に固定保持している。このときの調整では、光学系の一定の条件、例えば一定の焦点距離、フォーカス位置、及び絞り値等の固定した状態において調整している。このため、この条件下においては良好な画像を得ることが出来る。しかしながら撮像光学系がズームレンズのときはズーム位置、フォーカス位置、絞り値等の設定条件下で、各レンズ群の組立誤差の１つである偏芯に対する各収差への影響度が変化する。この為、一つの条件下で調整し適正であっても、その他の条件ではレンズ群同士の収差の打ち消し条件や比率が異なってきて他の条件下では必ずしも十分でない。
【０００５】
ズームレンズにおいてアフォーカル固定レンズ群の平行偏芯によって、ワイド（広角端）時に解像力に影響を及ぼすレンズ群との収差の打ち消し合いを利用して調整している。そしてテレ（望遠端）時には像面（片ボケ）に影響を及ぼすレンズ群との収差の打ち消し合いを利用して調整を行ったとする。この場合、ワイドとテレの各ズーム位置で調整用のレンズ群のベストな偏芯位置に違いが生じることがある。このため一定の調整時以外の条件下、例えばズーム全域において高画質の像を得ることが難しい。
【０００６】
この他、光学系が多段の沈胴レンズ鏡筒の様な場合は、そのレンズユニットの上向き・下向き・タテ位置・ヨコ位置等の姿勢によっても、各レンズ群の偏芯状態が変化する。この為、各姿勢位置において高画質を得ることが難しい。この他、レンズ交換可能な撮像装置の場合は、上記以外にも、カメラごとのマウントに対する取付け誤差やフランジバック位置誤差によるフォーカス位置等も異なってくる。このため交換レンズ単体での調整だけでは高画質の像を得ることが困難になってくる。
【０００７】
本発明は、撮像光学系の種々な条件下において、各レンズ群の調整が良好に行われ、撮像光学系の種々な使用状態において高い光学性能が得られる撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、可動レンズ群と光軸に対して偏芯駆動可能な偏芯レンズ群を有する撮像光学系と、該可動レンズ群の位置の検出と駆動を制御する駆動制御手段と、該可動レンズ群と該偏芯レンズ群を駆動制御する制御手段とを有する撮像装置において、該制御手段は該駆動制御手段で得られる該可動レンズ群の位置情報から該偏芯レンズ群を光軸に対して偏芯駆動させて、画質を修正することを特徴としている。
【０００９】
この他、本発明の撮像装置は、撮像光学系を含む撮像装置であって、該撮像装置は該撮像装置の姿勢状態を検知する姿勢検知手段と、該撮像光学系の光軸に対して偏芯駆動可能な偏芯レンズ群と、該姿勢状態の量に基づいて該偏芯レンズ群を偏芯させる量を予め記憶した記憶手段と、該姿勢検知手段からの信号に基づいて該記憶手段に記憶したデータを用いて、該偏芯レンズ群を駆動制御する制御手段とを有することを特徴としている。
【００１０】
この他、本発明の撮像装置は、カメラ本体と、該カメラ本体に対して着脱可能な交換レンズを有する撮像装置において、該カメラ本体の画質性能に関する要因データと、該交換レンズの画質性能に関する要因データを用いて該交換レンズの撮像光学系の一部を構成する偏芯レンズ群の位置を調整する制御手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像光学系の種々な条件下において、各レンズ群の調整が良好に行われ、撮像光学系の種々な使用状態において高い光学性能が得られる撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１における各レンズ群の動きを示した撮像装置のブロック図
【図２】本発明の各実施例における各レンズ群の収差への影響度を表す説明図
【図３】本発明の実施例２における各レンズ群状態と撮像装置のブロック図
【図４】本発明の実施例３における各レンズ群状態と撮像装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の撮像装置を参考のため、後述する各部材の符番を付して説明すると次のとおりである。本発明の撮像装置の一部を構成する撮像光学系は、可動レンズ群１２と光軸0２に対して偏芯駆動可能な偏芯レンズ群１３を有する。可動レンズ群１２と偏芯レンズ群１３を駆動制御する制御手段１６は駆動制御手段１５で得られる可動レンズ群１２の位置情報から偏芯レンズ群１３を光軸0２に対して偏芯駆動させて、画質を修正している。例えば画質の劣化を改善している。
【００１４】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係るズームレンズ（撮像光学系）の各レンズ群の動きを示したブロック図である。図１（Ａ）はズームポジション１を、図１（Ｂ）はズームポジション２を示している。例えばズームポジション１は、ワイド（広角端）を示し、ズームポジション２はテレ状態（望遠端）を示す。
【００１５】
０１は画像情報が形成される撮像素子である。０２はズームレンズの光軸を示す。ここで、光軸とは、一般的に光学系の中心線的な概念で、複数のレンズ面の曲率中心を通る線である。実際の光学系ではレンズの個々の偏芯が存在する為に、架空概念と成る。たとえば、ズーミングに際してズーム中心のズレが起こらない撮像中心線で有ったり（バリエータの偏芯に依存）する。又、撮像素子の画面中心からのＦナンバー光束の主光線で有ったり（絞りの偏芯に依存）する。又、撮像素子上の４つの周辺部に入射する光束の中心線のバランスがとれている点であったり（上下光束のカット部の偏芯に依存）する。ここでは説明便宜上、光軸を撮像素子０１の画面中心に垂直な直線とする撮像面中心線とする。
【００１６】
レンズ鏡筒１０１はカメラ本体１０２に着脱可能に（交換可能）に装着されている。１１は１群前玉レンズ群（１群）でありレンズ鏡筒１０１に偏芯無く取り付けられている。１２は２群バリエータレンズ群（２群、可動レンズ群）で図面上では、例として上方向に平行偏芯して取り付けられている場合を示している。１５は２群１２の光軸方向の駆動制御と光軸方向の位置検知を行う駆動制御手段である。１３は３群アフォーカルレンズ群（３群、偏芯レンズ群）である。１８は３群１３の駆動制御と位置検知を行う駆動制御手段である。３群１３は駆動制御手段１８によって平行偏芯方向に収差補正のため微動可能な状態に制御されている。これは、像ぶれと画質の低下を軽減するためシフト防振機構等によるメカアクチュエータ機構にて実現している。
【００１７】
１４は４群であり、フォーカス作用をする。４群１４は図面では例として下方向に平行偏芯している場合を示している。１７は４群１４の駆動制御と位置検知を行う駆動制御手段である。１６は各レンズ群１２、１３、１４を駆動制御する為の制御回路部（制御手段）で、２群１２又は４群１４の位置情報による３群１３の補正位置の記憶手段を含んでいる。２０は画像処理手段であり、可動レンズ群１２が移動したときに生ずる画面中心位置又は画面周辺部に入射する光束の中心位置の変化に対応させて撮像素子０１から得られる画像情報の切り出し位置を変えている。
【００１８】
図１（Ａ）のズームポジション１（広角端）においては、リアフォーカスレンズ群（４群）１４より発生する収差の影響が大きい。例えば画面中心の解像度に対する影響が大きい。そこで駆動制御手段１７により４群１４の平行偏芯（図では下方向）を検知する。そして駆動制御手段１７による４群１７の位置検知情報より、制御回路１６は３群１３に関する記憶手段に予め記憶している補正情報に下づき、３群１３を４群１４と同じく下方向に平行偏芯駆動制御させるように駆動制御手段１８を制御する。これにより、４群１４が平行偏芯したことにより発生する収差を打ち消している。
【００１９】
図１（Ｂ）のズームポジション２（望遠端）においては、バリエータレンズ群（２群）１４より発生する収差の影響が大きい。例えば像面の倒れに対する影響が大きい。そこで駆動制御手段１５により２群１２の平行偏芯（図では上方向）を検知する。そして駆動制御手段１５による２群１２の位置検知情報より、制御回路１６は３群１３に関する記憶手段に予め記憶している補正情報に下づき、３群１３を２群１２と同様の上方向に平行偏芯駆動制御させるように駆動制御手段１８を制御する。これにより、２群１２が平行偏芯したことにより発生する収差を打ち消している。
【００２０】
次に本実施例の各レンズ群の平行偏芯に関する各レンズ群の収差に対する影響度を説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）は各レンズ群の収差への影響度を表すグラフである。図２（Ａ）は図１（Ａ）のズームポジションに相当し、図２（Ｂ）は図１（Ｂ）のズームポジション２に相当し、各々各レンズ群の同一方向へ偏芯したときの収差への影響度を各々表している。尚、このグラフは例として示したものであり、撮像光学系の種類によって異なる。グラフの上向き、下向きの方向は、互いに収差を打ち消すことを表し、グラフの高さは収差への影響度の値を示している。
【００２１】
図２において、２１ａ、２１ｂは１群１１、２２ａ、２２ｂは２群１２、２３ａ、２３ｂは３群１３、２４ａ、２４ｂは４群１４の収差影響度をそれぞれ表している。グラフの上下への量は規定量レンズ群が偏芯した時の収差への影響度の値を示し、上下への方向は収差の出る方向を示し、各レンズ群間の上下方向の出方と量で収差を打ち消すことが出来ることを表している。
【００２２】
図２（Ａ）より、４群１４の偏芯量とその収差影響度２４ａから、収差発生量の補正の為に、３群１３を４群１４と同じ方向にかつ収差影響度２３ａの値から３群１３の偏芯量を算出して収差を打ち消し補正することが出来る。同じく、図２（Ｂ）のグラフから、ズームポジション２では、２群１２の収差影響度２２ｂが大きく影響をしており、大きな収差を発生させている。
【００２３】
図１（Ｂ）からすると、２群１２と４群１４は光軸0２に対して逆方向に偏芯している。そこで４群１４の持っている偏芯量の収差への影響度２４ｂと、２群１２の偏芯量の収差への収差影響度２４ｂとは互いに打ち消す方向に働いていることが分かる。そこで図１（Ｂ）で示す３群１３は２群１２と４群１４と打ち消し合った収差の残りの収差分を補正するように偏芯させる。本実施例では３群１３を２群１２と同じ方向に２群１２の偏芯量よりは少なく偏芯駆動制御させる。これによれば、収差を打ち消すことが出来る。
またここで、１群の収差影響度は大きいが、前述の様に１群前玉レンズ群（１群）はレンズ鏡筒１０１に偏芯無く取り付けられている為、収差の発生は無い。
【００２４】
実際の３群１３の駆動制御量は、コリメータもしくはカメラ画像等を用いて複数のズームポジションでの光学的な測定を行う。そして、３群１３を駆動させ画像確認を行い、問題の無い範囲（規格値等）に入った時点の３群１３の駆動位置をズームポジションと共に制御回路１６内の記憶手段に記憶する。また、実際の使用時には、駆動制御手段１５からのズームポジションに対する３群１３の駆動位置を制御回路１６内の記憶手段から呼び出す。そして複数のズームポジションの間においては補間処理を行い駆動制御を行うことで、ズームの広い範囲で収差の補正された高画質を得ることが出来る。
【００２５】
上記では一例を示したが、フォーカス位置により収差が変動する場合も同様である。例えば絞り値によって収差量が変化する場合も、予め制御回路（制御手段）１６内の記憶手段にそれらの各条件の情報によって、補正制御を行うことで、収差補正を行なうことが出来る。又、実際の偏芯補正の量は、１／３インチの撮像素子を用いた、ＨＤ用の撮像レンズの場合、その補正量は通常、５０μｍ以下程度の微小な量を数μｍの精度で駆動補正することができるが本実施例は、それに限られたものでは無い。
【００２６】
［実施例２］
本発明の実施例２を説明する。実施例２は、カメラの使用姿勢によって、撮像光学系（撮像レンズ）に偏芯が発生し、画質に影響を及ぼす場合の、画質の低下を防止した実施例である。図３は沈胴方式の撮影レンズを用いた光学機器（撮像装置）の要部ブロック図である。図３は重力によって撮影時に撮影レンズの一部のレンズ群が下向き前方向に傾いた状態を示している。沈胴式の撮影レンズでは、多くの場合レンズ群の鏡筒部分はカム環の３本の溝に、３個のカムピンによって勘合されている。
【００２７】
各レンズ群は、カム環の回転によって駆動されることや、製造上の理由により、カム環の溝とカムピンの間には数十ミクロンのガタが存在する場合がある。したがって、撮影レンズの小型化の為に沈胴構造をとると、可動のレンズ鏡筒の後ろ端（像側端）にカムピンを配置することに成る。この為、水平状態においても重力の影響で前下向きに可動のレンズ鏡筒が傾くことがある。したがって、仮に横位置での撮影状態で、収差補正レンズを調整後、接着固定しても、タテ位置での撮影時には、９０度違う方向に可動のレンズ鏡筒が傾く為に、調整効果が充分とは言えない場合がある。
【００２８】
図３において、３１は１群鏡筒で１群レンズ群（１群、可動レンズ群）３１ａを保持している。３１ｂは１群３１ａの光軸を示している。３２は２群鏡筒で２群レンズ群（２群、偏芯レンズ群）３２ａを保持している。３２ｂは２群３２ａの光軸を示している。２群レンズ群３２ａは、２群３２ａの光軸３２ｂに垂直な面方向に可動可能である。３２ｄは駆動及び位置検出を行う駆動制御手段であり、カメラの姿勢変化によって生じた収差を補正するように２群３２ａの位置を駆動制御して収差を補正している。３３はカメラ本体固定部であり、フォーカスレンズ群（３群）３３ａと撮像素子部３４を有している。フォーカスレンズ群３３ａは駆動制御手段３３ｃによって位置が検出され駆動制御されている。３６はズーム駆動モータであり、カム環を回転駆動させている。３７は２群３２ａの光軸上の位置を検出するズーム位置検出部である。３５は、レンズ系全体を制御する制御回路（制御手段）であり、姿勢検知手段３８からの情報を含む複数の情報を用いて補正用の２群３２ａを駆動制御している。
【００２９】
ここで複数の情報とは、例えばズーム位置検出部３７からの情報、駆動制御部３３ｃからのフォーカス位置情報、絞り値検出部３２ｄからの絞り情報である。この他、収差補正用の偏芯レンズ３２ａの駆動補正量を予め制御回路３５内の記憶手段に予め記憶した補正基準値とから計算した補正量等である。これらの情報より収差補正用の偏芯レンズ３２ａの補正駆動制御を行っている。姿勢検知手段３８で検知出来る姿勢は、レンズ鏡筒の上向き、下向き以外にも、カメラのタテ位置、横位置の検知若しくは各方向の姿勢・傾き等である。偏芯調整には平行偏芯と傾き偏芯による補正方法のうち少なくとも一方が適用できる。画質の性能の補正とは、ザイデルの５収差に属する収差の中の一つ以上の収差、若しくは波面収差を補正することである。
【００３０】
これは他の実施例においても同様である。予め収差補正用の偏芯レンズ３２ａの駆動補正量を記憶した補正基準値は、工場出荷時に測定若しくは設計的に求めた数値を制御回路３５内の記憶手段に、光学機器（撮像装置）の使用状態ごとに複数条件の記憶を行い、その間の条件では補間処理にて求めている。本実施例では撮像装置の姿勢状態を検知する姿勢検知手段で得られた姿勢状態の量に基づいて制御手段３５は、予め記憶手段に記憶したデータを用いて、偏芯レンズ群を駆動制御している。これにより沈胴方式のレンズ鏡筒を用いたときの画質の劣化を軽減している。
【００３１】
［実施例３］
本発明の実施例３を説明する。本実施例はカメラ本体に交換レンズを着脱可能に装着したときに双方より生ずる収差変動を補正している。図４は実施例３の交換レンズシステムの要部ブロック図で有る。４１は交換レンズ部で、内部に収差補正用の偏芯レンズ群４１ａを有している。４２は交換レンズ部４１の性能に関する状態を記憶した記憶手段である。４５はカメラ本体で、撮像素子部４３を有している。またカメラ本体４５内にはカメラの撮像部の結像性能に関する情報が記憶された記憶手段４６が設けられている。
【００３２】
上記の形態で、交換レンズ部４１をカメラ本体４５に取り付けを行なうと、マウントの接点を通じて通信を行い、記憶手段４２からの情報が、カメラ本体部４５の制御系ブロック（制御手段）４７に入力される。同じく、制御系ブロック４７にカメラ本体４５の記憶手段４６からカメラ本体４５側の情報が入力される。制御系ブロック４７は交換レンズ部４１側とカメラ本体４５側の両方の情報に下づき、交換レンズ部４１側に通信を戻し、偏芯レンズ群４１ａの移動に関する駆動命令を駆動制御手段４８に入力する。駆動制御手段４８は、このときの信号に下づいてレンズ群４１ａの平行偏芯駆動を行い、交換レンズを交換したときに生ずる収差の補正を行う。
【００３３】
以上のように本実施例では制御系ブロック（制御手段）４７はカメラ本体４６の画質性能に関する要因データと交換レンズ４１の画質性能に関する要因データを用いて交換レンズ内の撮像光学系の一部を構成する偏芯レンズ群４１ａの位置を調整している。これによってカメラ本体４５に種々な交換レンズを装着したときの双方の要因データによる画質の劣化を軽減している。また、本提案の実施例では、撮像素子が固定されている例を示したが、他の可動レンズ群と同様に光軸方向に可動した場合においても、そのポジションごとの偏芯量に対応した偏芯レンズ群での偏芯補正を行なうことで適応できる。
【符号の説明】
【００３４】
１１：１群、１２：２群、１３：３群、１４：４群、１６：制御回路（制御手段）、１５・１７・１８・４８・３２ｄ・３３ｃ：駆動制御手段、３１：１群鏡筒、３２：２群鏡筒、３３・１０２：カメラ本体、３４：撮像素子部、３５・４７：制御回路（制御手段）、３６：ズーム駆動部、３７：ズーム位置情報検出部、３８：姿勢検知手段、１０１：レンズ鏡筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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