(57)【要約】【課題】  デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどの撮像素子と撮影レンズを具えた撮像装置において高い光学性能を達成するための調整方法を実現すること。【解決手段】  撮像装置において、変倍機能を有する撮影レンズと撮像素子を備え、撮影レンズを撮像素子に取り付けた後、第１のズーム位置において撮像素子の傾き調整を行い、第１のズーム位置と異なる第２のズーム位置において撮影レンズの一部を平行偏心または傾き調整を行う調整方法。【選択図】  図１
2006148662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変倍機能を有する撮影レンズと撮像素子を備え、撮影レンズを撮像素子に取り付けた後、第１のズーム位置において撮像素子の傾き調整を行い、第１のズーム位置と異なる第２のズーム位置において撮影レンズの一部を平行偏心または傾き調整を行う事を特徴とする撮像装置の調整方法。
【請求項２】
前記第１のズーム位置における撮影レンズの焦点距離をｆＡ、第２のズーム位置における撮影レンズの焦点距離をｆＢ、撮影レンズの広角端、及び望遠端における焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴとするとき
０．９  ≦  ｆＡ／ｆＷ  ≦  ２．０      （１）
０．７  ≦  ｆＢ／ｆＴ  ≦  １．１      （２）
なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像装置の調整方法。
【請求項３】
前記第２のズーム位置において、撮影レンズの一部を平行偏心させて調整を行う事を特徴とする請求項１記載の撮像装置の調整方法。
【請求項４】
前記第２のズーム位置における調整するレンズの７割像高における平行偏心敏感度をＥ２、第１のズーム位置における調整するレンズの平行偏心敏感度をＥ１とするとき
５   ＜ Ｅ２／Ｅ１  ＜  １０００            （３）
である事を特徴とする請求項３記載の撮像装置の調整方法。
但し平行偏心敏感度Ｅとは、レンズの平行偏心量Δとメリ像面の変化量δＭとの比である。
【請求項５】
前記第２のズーム位置において、撮影レンズの一部を傾き偏心させて調整を行う事を特徴とする請求項１記載の撮像装置の調整方法。
【請求項６】
前記第２のズーム位置における調整するレンズの７割像高における傾き偏心敏感度をＴ２、第１のズーム位置における調整するレンズの傾き偏心敏感度をＴ１とするとき
４   ＜ Ｔ２／Ｔ１  ＜  ２００            （４）
である事を特徴とする請求項５記載の撮像装置の調整方法。
但し傾き偏心敏感度Ｔとは、レンズの傾き量Δ（分）とメリ像面の変化量δＭ（ｍｍ）との比である。
【請求項７】
前記撮影レンズは物体側から正のレンズ群、負のレンズ群を有し、前記第２のズーム位置で調整するレンズは正レンズ群であることを特徴とする請求項１から５記載の撮像装置の調整方法。
【請求項８】
請求項１から７記載の方法で調整されたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に好適な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の光学機器では高画質化のために固体撮像素子の画素数が増加し、一般民生用でも４〜５Ｍピクセルが主流となり、更には８Ｍピクセル程度の製品も出ている。
【０００３】
一方ではコンパクトな高倍ズームレンズに対するニーズも高まっており、デジタルスチルカメラでも１０〜１２倍のズーム比を持つ製品が増えている。
【０００４】
撮像素子の画素数が増えると、レンズの製造誤差や撮像素子の倒れで撮像素子上で像面が倒れてしまうことによる解像力の非対称、所謂「片ボケ」がより顕著になってくる。また撮影レンズを高倍かつ小型化しようとすると、レンズの製造誤差による性能劣化の影響が大きくなってしまう。
【０００５】
これに対して撮像素子をレンズに取り付け後にあおり調整を行う方法が種々提案されている。例えば特開２００２−３７２７３２号公報ではレンズの変倍位置に伴ってあおり量を変化させることを提案している。
【０００６】
一方で撮影レンズで発生する片ボケを撮影レンズの一部を平行偏心または傾き調整することで低減する方法についても種々提案されている。例えば特開２００３−４３２２８号公報ではズームレンズの結像状態を測定し、それによって固定群の傾きを調整することを提案している。
【０００７】
また投影調整などの光学的な方法で調整したレンズを撮像素子にとりつけた後、撮像素子を傾き調整することも行われている。
【特許文献１】特開２００２−３７２７３２号公報
【特許文献２】特開２００３−４３２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に撮影レンズの製造誤差で発生する像面の傾きは撮影レンズの変倍位置によって異なってくる。従ってレンズまたは撮像素子の倒れを調整しただけでは変倍全域に渡って高い光学性能を得るのは難しい。またレンズの製造誤差による像面の変化は一般的にはメリディオナル像面の方がサジタル像面より大きく、撮像素子を調整しただけではメリディオナル像面とサジタル像面の差である非点較差が補正しきれない。
【０００９】
また光学的に調整したレンズを撮像素子にとりつけて撮像素子を傾き調整した場合、ある変倍位置では周辺の像面が一致するが、他のズーム位置では周辺の像面がずれてくる可能性がある。
【００１０】
特開２００２−３７２７３２号公報の様に変倍に応じて撮像素子の倒れを変化させればその問題は解決されるが、構造的に複雑になってしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は、簡易な構成で低コストかつ変倍全域に渡って高い解像性能を達成する撮像の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明請求項１の調整方法は撮像装置において、変倍機能を有する撮影レンズと撮像素子を備え、撮影レンズを撮像素子に取り付けた後、第１のズーム位置において撮像素子の傾き調整を行い、第１のズーム位置と異なる第２のズーム位置において撮影レンズの一部を平行偏心または傾き調整を行う事を特徴としている。
本発明請求項２の調整方法は、請求項１の撮像装置において前記第１のズーム位置における撮影レンズの焦点距離をｆＡ、第２のズーム位置における撮影レンズの焦点距離をｆＢ、撮影レンズの広角端、及び望遠端における焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴとするとき
０．９  ≦  ｆＡ／ｆＷ  ≦  ２．０      （１）
０．７  ≦  ｆＢ／ｆＴ  ≦  １．１      （２）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１３】
本発明請求項３の調整方法は請求項１記載の撮像装置において、前記第２のズーム位置において、撮影レンズの一部を平行偏心させて調整を行う事を特徴としている。
【００１４】
本発明請求項４の調整方法は請求項３記載の撮像装置において、前記第２のズーム位置における調整するレンズの７割像高における平行偏心敏感度をＥ２、第１のズーム位置における調整するレンズの平行偏心敏感度をＥ１とするとき
５   ＜ Ｅ２／Ｅ１  ＜  １０００            （３）
である事を特徴としている。
【００１５】
但し平行偏心敏感度Ｅとは、レンズの平行偏心量Δとメリ像面の変化量δＭとの比である。
【００１６】
本発明請求項５の調整方法は請求項１記載の撮像装置において、前記第２のズーム位置において、撮影レンズの一部を傾き偏心させて調整を行う事を特徴としている。
【００１７】
本発明請求項６の調整方法は、請求項５記載の撮像装置において前記第２のズーム位置における調整するレンズの７割像高における傾き偏心敏感度をＴ２、第１のズーム位置における調整するレンズの傾き偏心敏感度をＴ１とするとき
４   ＜ Ｔ２／Ｔ１  ＜  ２００            （４）
である事を特徴としている。
【００１８】
但し傾き偏心敏感度Ｔとは、レンズの傾き量Δ（分）とメリ像面の変化量δＭ（ｍｍ）との比である。
【００１９】
本発明請求項７の調整方法は請求項１から５記載の撮像装置において、前記撮影レンズは物体側から正のレンズ群、負のレンズ群を有し、前記第２のズーム位置で調整するレンズは正レンズ群であることを特徴としている。
【００２０】
請求項８の撮像装置は請求項１から７記載の方法で調整されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、撮像装置において変倍機能を有する撮影レンズと撮像素子を備え、撮影レンズを撮像素子に取り付けた後、第１のズーム位置において撮像素子の傾き調整を行い、第１のズーム位置と異なる第２のズーム位置において撮影レンズの一部を平行偏心または傾き調整を行う事で変倍全域に渡って高い周辺解像力を有する撮像装置を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明実施例１の撮像装置の調整方法を説明するためのものである。１は撮影レンズ、２はＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の撮像素子で撮影レンズ１は正の屈折力の第１レンズ群１１、負の屈折力の第2レンズ群１２、正の屈折力の第3レンズ群１３、正の屈折力の第4レンズ群１４で構成されている。
【００２３】
本実施例では、広角端から望遠端への変倍(ズーミング)に際して矢印のように、第２レンズ群を像面側へ移動させると共に、変倍に伴う像面変動を第４レンズ群を移動させて補正している。
【００２４】
撮影レンズ１で撮像素子２上に画像が形成され、それは画像信号に変換され画像処理装置３に信号が送られる。
【００２５】
本発明では図２の様な対角４方向にメリディオナル方向のパターンを有するチャートを調整時に使用するのが望ましい。このチャートの画像より画像処理装置ではＭＴＦのデフォーカス情報の信号が作成される。このＭＴＦデフォーカス信号がモニター４上で表示される。
【００２６】
図３(a)は片ボケがある状態で図２のチャートから出力される４方向のＭＴＦ信号である。横軸はデフォーカスであり、４方向のピーク位置が異なっている。
従ってフォーカスレンズを調整しても周辺のピント位置が４方向でベストとなる状態が無い。この程度が大きいと周辺で十分な解像力が得られないことになる。
【００２７】
これを撮像素子を傾き調整するまたは撮影レンズの一部を平行偏心させることで図３（ｂ）に示すように像面のピークを揃える事が出来る。
【００２８】
しかし実際の光学系では変倍状態によってレンズの製造誤差による収差の量が異なり、ある１箇所で調整しても変倍全域に渡って高い解像力を得る事が難しい。
【００２９】
本発明では異なる２箇所の変倍位置で、２箇所の異なる部分を調整することでの問題を解決している。
【００３０】
実施例１における調整手順を図４に示す。
【００３１】
４−１）まず撮影レンズ１に撮像素子２を取り付ける。
【００３２】
４−２）第１のズーム位置（今回は広角端近傍）でチャートを撮影してＭＴＦのデフォーカス信号を得る。
【００３３】
４−３）この信号に基づいて撮像素子の傾きを調整して対角４方向のピーク位置がほぼ一致するようにする。
【００３４】
４−４）第２のズーム位置（今回は望遠端近傍）にズームしてチャートを撮影してＭＴＦのデフォーカス信号を得る。
【００３５】
４−５）第１レンズ群を平行偏心調整して対角４方向のピーク位置がほぼ一致するようにする。
【００３６】
４−６）第１のズーム位置に再度ズームして４方向のＭＴＦピーク位置が許容範囲内か確認する。
【００３７】
４−７）許容範囲内ならば調整は終了。調整範囲でなければ４−３）からを繰り返す。
【００３８】
本発明の調整方法において撮像素子の傾きによって発生する片ボケ量は変倍によらず一定である。従って調整するレンズの影響は第１のズーム位置では少なく、第２のズーム位置では大きい事が望ましい。
【００３９】
一般的にレンズ偏心の影響の差が大きいレンズ群では望遠側の方が偏心敏感度が大きい。従って本発明においては、前記第１のズーム位置における撮影レンズの焦点距離をｆＡ、第２のズーム位置における撮影レンズの焦点距離をｆＢ、撮影レンズの広角端、及び望遠端における焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴとするとき
０．９  ≦  ｆＡ／ｆＷ  ≦  ２．０      （１）
０．７  ≦  ｆＢ／ｆＴ  ≦  １．１      （２）
なる条件を満足することが望ましい。
【００４０】
条件式（１）の下限を超えたズーム位置で調整しようとすると、レンズの変倍範囲を実使用状態以上にとらなければならないので、その分レンズ間隔等を開ける必要がありムダが多い。逆に上限を超えたところで調整しようとすると第２の変倍位置とレンズの偏心敏感度の差が小さくなって調整がやりにくくなって良くない。
【００４１】
条件式（２）の上限を超えたズーム位置で調整しようとすると、レンズの変倍範囲を実使用状態以上にとらなければならないので、その分レンズ間隔等を開ける必要がありムダが多い。逆に下限を超えたところで調整しようとすると第１の変倍位置とレンズの偏心敏感度の差が小さくなって調整がやりにくくなってしまう。
【００４２】
本実施例の様な物体側から順に正負構成を有する様な高い変倍比の変倍光学系では第１の調整位置を広角端、第２の調整位置を望遠端にするのが望ましい。
【００４３】
更に本発明において調整を少ない回数で収束されるためには、前記第２のズーム位置における調整するレンズの７割像高における平行偏心敏感度をＥ２、第１のズーム位置における調整するレンズの平行偏心敏感度をＥ１とするとき
５   ＜ Ｅ２／Ｅ１  ＜  １０００            （３）
なる条件を満足するのが望ましい。
【００４４】
但し平行偏心敏感度Ｅとは、レンズの平行偏心量Δとメリ像面の変化との比である。
【００４５】
条件式（３）の下限を超えると敏感度の差が小さすぎるために調整の収束が悪く、調整に時間がかかってしまうので良くない。逆に上限を超えると第２のズーム位置における敏感度が大きすぎて調整が難しくなる。
【００４６】
また本発明においては、レンズを平行偏心調整することでコマ収差が発生してしまうと撮影画像のコントラストが低下してしまう。
【００４７】
本実施例では偏心してもコマ収差の発生が少なく、望遠端で像面変動の偏心敏感度が大きく、広角端で敏感度が小さく影響が少ない第１レンズ群を調整することで調整を短時間で精度良く行うことが可能となる。
【００４８】
（実施例２）
次に実施例２として調整するズーム位置を変えた場合について説明する。光学系のメリディオナル像面湾曲が大きい位置が広角端、望遠端より少しずれた位置に有る場合、広角端または望遠端よりもその位置で調整する方が全変倍範囲でより高い性能が得られる場合がある。
【００４９】
実施例２では第１の調整位置として広角端の約１．４倍、第２の調整位置として望遠端の約０．７５倍の焦点距離の位置で調整している。調整手順は実施例１と同様である。
【００５０】
図５は別の撮影レンズで第１レンズ群を傾き調整する場合を示した図である。
【００５１】
光学系によっては平行偏心よりもレンズ傾きの方が光学性能に大きく影響する場合がある。その様な光学系の場合は平行偏心調整よりも傾き調整を行った方が良い。
【００５２】
（実施例３）
実施例３では第１の調整位置として広角端、第２の調整位置として望遠端で調整を行っている。調整位置間の変倍比を大きく取ることで敏感度の差も大きくすることが出来、調整時間を短縮することが出来る。
【００５３】
調整手順は基本的に前記平行偏心の場合と同様であるが、４−５は
４−５’）第１レンズ群を傾き調整して対角４方向のピーク位置がほぼ一致するようにする。
となる。
【００５４】
更に本発明において調整を少ない回数で収束されるためには、前記第２のズーム位置における調整するレンズの７割像高における傾き偏心敏感度をＴ２、第１のズーム位置における調整するレンズの傾き偏心敏感度をＴ１とするとき
４   ＜ Ｔ２／Ｔ１  ＜  ２００            （４）
なる条件を満足するのが望ましい。
【００５５】
但し傾き偏心敏感度Ｔとは、レンズの傾き量Δ（分）とメリ像面の変化量δＭ（ｍｍ）との比である。
【００５６】
条件式（４）の下限を超えると敏感度の差が小さすぎるために調整の収束が悪く、調整に時間がかかってしまうので良くない。逆に上限を超えると第２のズーム位置における敏感度が大きすぎて調整が難しくなる。
【００５７】
実施例４として他のズーム位置で調整した場合を表１に示す。光学系の性能が厳しい位置で調整することで、更に調整精度を上げることも出来る。
【００５８】
次に本発明の実施例１、２及び３，４の撮影レンズの数値データ及び調整位置を示す。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目と第ｉ＋１番目間のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。又前述の各条件式と実施例の関係を表−１に示す。
【００５９】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ｂ〜Ｆ，Ａ’〜Ｆ’を各々非球面係数としたとき
【００６０】
【数１】
2006148662.tif 000003
なる式で表している。
【００６１】
「ｅ−ｘ」は１０-xを意味している。
【００６２】
ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは画角を示す。
【００６３】
実施例１及び２  撮影レンズデータ
ｆ＝ 4.85 〜 46.99  Ｆｎｏ＝ 2.88 〜 3.6  ２ω＝59.1゜〜 6.7゜
R 1 =   49.088      D 1 =  1.10      N 1 = 1.846660      ν1 = 23.9
R 2 =   23.678      D 2 =  4.00      N 2 = 1.487490      ν2 = 70.2
R 3 = -119.812      D 3 =  0.20
R 4 =   20.459      D 4 =  2.55      N 3 = 1.772499      ν3 = 49.6
R 5 =   63.284      D 5 =  可変
R 6 =   51.006      D 6 =  0.65      N 4 = 1.834807      ν4 = 42.7
R 7 =    5.995      D 7 =  2.63
R 8 =  -21.041      D 8 =  0.60      N 5 = 1.772499      ν5 = 49.6
R 9 =   17.488      D 9 =  0.70
R10 =   13.063      D10 =  1.70      N 6 = 1.922860      ν6 = 18.9
R11 =   69.944      D11 =  可変
R12 =    絞り       D12 =  1.40
R13 =    7.344 (非球面）D13 =  2.40      N 7 = 1.583126      ν7 = 59.4
R14 =  -32.507（非球面）D14 =  1.70
R15 =   10.001      D15 =  0.60      N 8 = 1.846660      ν8 = 23.9
R16 =    5.560      D16 =  可変
R17 =   13.024      D17 =  2.40      N 9 = 1.696797      ν9 = 55.5
R18 =  -13.024      D18 =  0.60      N10 = 1.846660      ν10 = 23.9
R19 =  -51.809      D19 =  可変
R20 =    ∞         D20 =  2.45      N11 = 1.516330      ν11 = 64.1
R21 =    ∞
＼焦点距離   4.85    25.57    46.99
可変間隔＼
D 5           0.80    14.80     18.75
D11           22.39   5.47      1.97
D16           5.70    4.46      7.63
D19           1.80    5.96      2.35
D21           1.80    1.80      1.80
非球面係数
R13 ｋ=-2.38804e-1 Ｂ=-2.05837e-4 Ｃ=1.94452e-5 Ｄ=5.72948e-7 
Ｅ=-4.60936e-8 
A'=-1.11616e-4 B'=-6.28188e-5 C'=-5.21968e-6
R14  Ｂ=-1.76475e-04 Ｃ=9.19251e-06 Ｄ=-1.35464e-06
A'=6.1177e-5  B'=1.4356e-5
実施例３及び４  撮影レンズデータ
ｆ＝ 6.18 〜 71.60  Ｆｎｏ＝ 2.88 〜 3.72  ２ω＝59.8゜〜 5.6゜
R 1 =   61.271      D 1 =  1.40      N 1 = 1.846660      ν 1 = 23.9
R 2 =   35.239      D 2 =  4.15      N 2 = 1.496999      ν 2 = 81.5
R 3 = -727.318      D 3 =  0.20
R 4 =   32.370      D 4 =  2.96      N 3 = 1.772499      ν 3 = 49.6
R 5 =   87.455      D 5 =  可変
R 6 =   41.747      D 6 =  0.90      N 4 = 1.834000      ν 4 = 37.2
R 7 =    8.157      D 7 =  4.28
R 8 =  -31.353      D 8 =  0.65      N 5 = 1.603112      ν 5 = 60.6
R 9 =   20.990      D 9 =  0.80
R10 =   15.447      D10 =  2.00      N 6 = 1.922860      ν 6 = 18.9
R11 =   40.804      D11 =  可変
R12 =    絞り       D12 =  9.20
R13 =   10.310（非球面）D13 =  2.70  N 7 = 1.583126      ν 7 = 59.4
R14 = -113.723      D14 =  2.30
R15 =   13.851      D15 =  0.70      N 8 = 1.846660      ν 8 = 23.9
R16 =    8.337      D16 =  0.80
R17 =   30.907      D17 =  1.60      N 9 = 1.487490      ν 9 = 70.2
R18 =   87.748      D18 =  1.16
R19 =    ∞         D19 =  可変
R20 =   21.290      D20 =  2.40      N10 = 1.696797      ν10 = 55.5
R21 =  -17.369      D21 =  0.60      N11 = 1.846660      ν11 = 23.9
R22 =  -53.522      D22 =  可変
R23 =    ∞         D23 =  2.20      N12 = 1.516330      ν12 = 64.1
R24 =    ∞
＼焦点距離   6.18    33.44    71.60
可変間隔＼
D 5           0.80    24.62     32.13
D11           26.12    7.57     2.33
D19           4.75    4.27     10.19
D22           2.30    7.06     0.73
非球面係数
R13 ｋ=4.61172e-2 Ｂ=3.98419e-5 Ｃ=2.78470e-5 Ｄ=9.74510e-8 Ｅ=2.20007e-9 
A'=-9.39953e-5 B'=-9.24552e-5 C'=-3.75811e-6
【００６４】
【表１】
2006148662.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施例１の構成を説明するための図
【図２】本発明の実施例で使用するチャートパターンを示す図
【図３】（ａ）片ぼけが有る場合のMTFデフォーカス曲線、（ｂ）調整して片ぼけが無くなった場合のMTFデフォーカス曲線
【図４】本発明の調整手順を説明するためのフローチャート
【図５】本発明の実施例２の構成を説明するための図
【符号の説明】
【００６６】
１  撮影レンズ
２  撮像素子
３  画像処理装置
４  モニター
１１  第１レンズ群
１２  第２レンズ群
１３  第３レンズ群
１４  第４レンズ群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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