(57)【要約】    【課題】  撮影して得られた画像データを後処理することなく、撮影レンズの像面湾曲の収差を補正可能とする。    【解決手段】  ＣＣＤなどの画像センサ１１の背面と、剛性を有していて実質的に固定されている、カメラ内の面１８とが、圧電素子などによって構成される複数の接続物１７により結合されている。接続物１７のそれぞれは、処理回路１２によって伸長・縮退の制御がなされる。個々の接続物１７を独立して伸長、縮退させることにより、画像センサ１１が撓み、撮影レンズの製造誤差や残存収差により生ずる像面湾曲の収差を軽減することが可能となる。    【選択図】    図２
2006074768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルカメラ（１０）であって、
可撓性を有する画像センサ（１１）と、
前記可撓性を有する画像センサの変形可能な背面と、実質的に固定された表面（１８）との間を結合する、複数の変形可能な接続物（１７）と
を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項２】
デジタルカメラ（１０）であって、
前記複数の変形可能な接続物に結合する処理回路（１２）をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
【請求項３】
デジタルカメラ（１０）であって、
前記処理回路上で実行され、前記センサの平坦度を変えるために前記複数の接続物を選択的に変形させる変形アルゴリズムを実施するファームウェア（１３）をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ。
【請求項４】
デジタルカメラ（１０）であって、
前記複数の接続物（１７）は、圧電素子（１７）であることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
【請求項５】
デジタルカメラ（１０）であって、
前記複数の接続物（１７）は、前記処理回路（１２）によってデジタル制御されることを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ。
【請求項６】
デジタルカメラ（１０）であって、
前記画像センサ（１１）は、電荷結合素子であることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
【請求項７】
デジタルカメラ（１０）で使用するための撮像装置であって、
可撓性を有する画像センサ（１１）と、
前記可撓性を有する画像センサの変形可能な背面と、実質的に固定された表面（１８）との間を結合する、複数の変形可能な接続物（１７）と
を有することを特徴とするデジタルカメラで使用するための撮像装置。
【請求項８】
前記複数の変形可能な接続物に結合する処理回路（１２）をさらに有することを特徴とする請求項７に記載のデジタルカメラで使用するための撮像装置。
【請求項９】
前記処理回路上で実行され、前記センサの平坦度を変えるために前記複数の接続物を選択的に変形させる変形アルゴリズムを実施するファームウェア（１３）をさらに有することを特徴とする請求項８に記載のデジタルカメラで使用するための撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の接続物（１７）は、圧電素子（１７）であることを特徴とする請求項７に記載のデジタルカメラで使用するための撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の接続物（１７）は、前記処理回路（１２）によってデジタル制御されることを特徴とする請求項８に記載のデジタルカメラで使用するための撮像装置。
【請求項１２】
前記画像センサ（１１）は、電荷結合素子であることを特徴とする請求項７に記載のデジタルカメラで使用するための撮像装置。
【請求項１３】
撮像装置に適用される方法であって、
前記撮像装置に可撓性を有する画像センサを備えることと、
前記可撓性を有する画像センサを選択的に撓ませることによって、センサの変形を補正することと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記可撓性を有する画像センサを選択的に撓ませることは、前記可撓性を有する画像センサに結合される複数の変形可能な接続物を変形させることを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記可撓性を有する画像センサを選択的に撓ませることは、前記可撓性を有する画像センサに結合される複数の変形可能な圧電素子を変形させることを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラで使用するための画像センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタルカメラによって撮影される画像に存在する収差は、通常、低価格のデジタルカメラにおいては補正されない。別法として、こうした収差は、記録後に後処理されて除去される場合があり、この後処理は、一部のより高価なデジタルカメラにおいて行われる。
【０００３】
キヤノンおよびニコンのデジタルカメラは、カメラの揺れを調整するためにレンズ素子を移動させる。たとえば、これは、キヤノンの画像安定化シリーズカメラおよびニコンのＶＲシリーズカメラで行われる。しかしながら、たとえば、製造公差がやはり一定の収差を生じさせる。
【０００４】
ミノルタ（現コニカミノルタ）のＤｉＭａｇｅ  ＡＩ（登録商標）カメラは、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサを移動させる画像安定化機構を有する。この機構は、ｘ軸およびｙ軸に沿ってセンサ全体を移動させるものであり、任意の画素内での移動を使用しない。さらに、米国特許出願第２００２／００２８０７１号（Claus  Molgaard）は、加速度計を使用して、カメラの移動を発見することができる方法を述べる。その出願は、カメラの移動が記録されるか、または警報を誘発する方法を説明し、パラグラフ００２１にて、画像処理または物理的にセンサを移動させることによって実施される場合がある補正を参照する。
【０００５】
出願人は、収差を調整するために撓むセンサを有するデジタルカメラのあらゆる実施形態を知らない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、像面湾曲の収差を、撮影レンズや記録後の後処理によらずに撮像素子によって補正することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、センサの収差およびレンズの歪を補正するために撓む、薄く、可撓性のある画像センサを備える、デジタルカメラ即ち画像取り込み装置として具現化されるシステムを有する。本発明を実施する時に、薄く変形可能な、すなわち、可撓性のある画像センサが使用され、センサの背面側の（圧電）接続物のアレイによって、センサの小さな変形（歪変形）が生じる。これらの接続物は、センサの平坦度に小さな変動が起こるように、デジタル制御を使用して、押されかつ引っ張られる。これによって、像面の平坦度およびレンズが有する他の収差の補正が可能になる。本発明の変形例では、全体的なレベルで調整することができ、結果としてセンサは、ほぼ平坦である必要がなく、たとえば凹凸を補正するのに、傾斜するか、あるいは、凹形状または凸形状に変形するようにしてもよい。
【０００８】
本発明は、大型望遠鏡で使用される、ミラーの微小な変形を行う技法と同様の技法を実施する。一定の収差を補正するだけでなく、大気や温度および他の変化に対しても動的に補正するのに変形能力が使用される。本発明に関する違いは、カメラなどの、画像および映像取り込み装置が、カタジオプトリック望遠鏡で使用されるようなミラーを用いるのではなく、代わりに、レンズとデジタルセンサを使用することである。
【０００９】
本発明の実施形態の種々の特徴および利点は、添付図面と共に行われる以下の詳細な説明を参照すると、より容易に理解されることができる。ここで、同じ参照数字は同じ構造上の要素を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図面を参照すると、図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の原理に従って実施される例示的なデジタルカメラ１０の、それぞれ、前面図および背面図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すデジタルカメラ１０は、本発明を組み込むことができる装置の例であるが、制限することを意味しない。
【００１１】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、例示的なデジタルカメラ１０は、ハンドグリップ部２０および本体部３０を備える。ハンドグリップ部２０は、ロックラッチ２２を有する電源ボタン２１またはスイッチ２１、レコードボタン２３、ストラップ接続部２４、および、電池２７を収容する電池室２６を含む。電池は、デジタルカメラ１０の底面４７に隣接する開口を通して電池室２６内に挿入されてもよい。
【００１２】
図１Ａに示すように、本体部３０の後面３１は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３２（画像ディスプレイ３２またはビューファインダ３２）、後部マイクロフォン３３、複数の矢印ボタン３４ａを含むジョイスティックパッド３４、ズーム制御ダイアル３５、カメラ１０の機能を設定し、ユーザインタフェース５０（概略的に示す）を実施する複数のボタン３６、および、画像をコンピュータにダウンロードするか、または、カメラ１０を、たとえば、テレビ画面（ＴＶ）に接続するためのビデオ出力ポート３７を備える。図１Ｂに示すように、レンズ４１またはズームレンズ４１は、デジタルカメラ１０の前面４２から延び、レンズマウント４１ａ（概略的に示す）を使用して本体部３０に取り付けられる。前部マイクロフォン４４は、デジタルカメラ１０の前面４２上に配設される。フラッシュユニット４５は、デジタルカメラ１０の上面４６に隣接して配設される。
【００１３】
本発明による画像センサ１１は、たとえば、本体部３０内に収容される処理回路１２（破線を使用して示す）に結合する。処理回路１２の例示的な一実施形態は、マイクロコントローラ（μＣ）１２または中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２を備える。μＣ１２またはＣＰＵ１２は、通常、たとえば、フラッシュメモリ１４などの不揮発性（ＮＶ）記憶デバイス１４、および、たとえば、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）１５などの高速（揮発性）記憶デバイス１５に結合する。
【００１４】
本発明の原理に従う、例示的な可撓性画像センサ１１の詳細を示す図２を参照すると、複数の接続物１７は、画像センサ１１の後面と、剛性を有していて実質的に固定されている、カメラ１０の面１８とを結合する。接続物１７は、処理回路１２によってデジタル制御されることができる、たとえば、圧電素子１７またはアクチュエータ１７を備えてもよい。しかしながら、接続物１７は、このタスク専用の別の処理回路１２ａ（マイクロコントローラ１２ａまたは中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２ａ）によってデジタル制御されてもよいことが理解されるべきである。接続物１７、または圧電素子１７は、それぞれの接続物１７を伸張または縮退するためのデジタル制御信号が印加されることを可能にするように、適切な処理回路１２、１２ａに結合し、それにより、センサ１１の平坦度に小さな変動をもたらすことが可能となる。
【００１５】
デジタルカメラ１０の処理回路１２、１２ａ（マイクロコントローラ（μＣ）１２、１２ａまたはＣＰＵ１２、１２ａ）は、本発明の原理に従う１つまたは複数のアルゴリズム１３を含むファームウェア１３を埋め込む。ファームウェア１３またはアルゴリズム１３は、画像センサ１１の平坦度を変えるために、接続物１７または圧電素子１７の移動または変形を制御するように働く。
【００１６】
これによって、像面の平坦度およびある種のレンズ収差の補正が可能になる。別法として、画像センサ１１は、全体的に調整することができ、それにより画像センサ１１はほぼ平坦である必要がなくなり、さらに、光学収差を補正するのに、傾斜させるか、あるいは、凹形状または凸形状に変形させてもよい。そのため、センサ１１は、ほぼ平坦である必要がなく、たとえば、傾斜させるか、あるいは、凹形状または凸形状に変形させてもよい。
【００１７】
図２に示すように、画像センサ１１の背面には、複数の（圧電）接続物１７が接続されている。接続物１７は、処理回路１２、１２ａに電気的に接続され、それによって、ファームウェア１３またはアルゴリズム１３を使用して、接続物１７のそれぞれの相対長を制御することができる。これは、次に、接続物１７がセンサ１１の前部または後部のいずれかの方へ向かって駆動される部分の付近でセンサ１１を移動させ、画像センサ１１を変形させる。こうして、接続物１７は、画像センサ１１の歪変形をもたらす。
【００１８】
たとえば、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの、比較的薄い画像センサ１１が、デジタルカメラなどの画像取り込み装置で使用される。画像センサ１１は、十分に薄く、その結果、画像センサ１１の背面側の接続物１７の小さなアレイが、平坦度の小さな変動を提供するために、センサ１１を容易に撓ませる可能性がある。これらの制御された変動は、伝播遅延などの収差、および、光がレンズ４１を通して取り込まれる進路から生じる屈折角を補正する。
【００１９】
本技法は、レンズ４１によって引き起こされる収差の補正を可能にするだけでなく、画像センサ１１、カメラ本体（本体部３０）、またはレンズマウント４１ａの製造プロセスにおける不整合も補正することができる。
【００２０】
レンズマウントは、レンズがカメラ１０の本体に取り付けられる場所であり、通常、公差が厳密なエリアである、すなわち、製造寸法が精密であるべきであり、このマウントからフィルム／センサまでの距離が非常に正確に維持されるべきであることを意味する。正しい距離を算出する方法が存在する限り、センサの一部の移動を可能にすることによって、これらの公差を緩くすることが可能になる（または、存在するいかなるばらつきをも微調整することが可能になる）。
【００２１】
たとえば、（カメラ等の）画像取り込み装置に、画像センサ１１がわずかに不均一に取り付けられている場合、これは、通常、製品が排除（リジェクト）されることになるであろう。撓むことができるセンサ１１を使用して、処理回路１２、１２ａ内のファームウェア１３を使用して、デフォルトセンサ位置が設定され、この製造上の欠陥が補正されてもよく、正味の結果として、デバイスが、レンズ収差を十分に補正することができない（レンズ収差を補正することのできる量が減じられる）ということになるだけである。接続物１７を適切に制御して、センサ全体がわずかに前後に移動することが可能になることによって、レンズ距離（フランジバック）の公差が緩和されるか、または、得られる性能が改善される場合がある。
【００２２】
同様に、レンズ設定を使用して、得られる画像を変えることによって、樽型および糸巻き型のディストーションが生じる。典型的なズームレンズ４１は、広角位置で樽型のディストーションを、望遠位置で糸巻き型歪のディストーションを生じさせるであろう。接続物１７を適切に制御して、画像センサ１１において補正用歪を生成することによって、最終的にこの歪の一部が除去されるという結果になる。
【００２３】
最後に、本発明は、たとえば、天文写真センサなどの高性能機器で使用される可能性がある。通常、光学経路内にミラーを含む高性能機器では、歪を補正するためにミラーを変更（修正）しなければならない。本発明を使用することによって、ミラーを変更しなくても済む可能性があり、あるいは、ミラーおよびセンサは、（ミラーサイズと比較したセンササイズにより）より高速な補正を可能にするために連携して動作する可能性があり、あるいは、適応デバイスを１つだけ用いることによって達成可能な補正と比較してより多くの補正が達成される可能性がある。
【００２４】
本発明は、デジタルカメラ１０などの撮影装置が、補正するための後処理に頼る代わりに、収差を物理的に補正することを可能にする。本発明はまた、製造業者が、撮像装置及びレンズの双方を製造する時の欠陥についての公差をより広くすることを可能にする。
【００２５】
以上のように、変形可能画像センサを有する改良されたデジタルカメラが開示された。先に述べた実施形態は、本発明の原理を適用した形態を示す多くの特定の実施形態の一部を示すに過ぎないことが理解されるべきである。明らかに、多くの、また、他の配置構成が、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって容易に考案される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明の原理による可撓性画像センサを用いる例示的なデジタルカメラの背面図である。
【図１Ｂ】本発明の原理による可撓性画像センサを用いる例示的なデジタルカメラの前面図である。
【図２】本発明による例示的な可撓性画像センサの詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    デジタルカメラ
１１    画像センサ
１２    処理回路
１３    ファームウェア
１７    接続物
１８    面
４１    レンズ（ズームレンズ）
【図１Ａ】
2006074768.tif 000003
【図１Ｂ】
2006074768.tif 000004
【図２】
2006074768.tif 000005