(57)【要約】【課題】像振れ補正によって発生する像の光量分布の変化を補正可能とする。【解決手段】光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系と、光学装置の振れを検出する振れセンサ３，４と、露光面における像を光軸と直交する方向に位置調節する調節部５，６を有し、振れセンサ３，４の出力と検出部の出力とに基づいて調節部５，６を制御することで、像振れを光学的に補正する像振れ補正装置と、露光面における像の位置に応じた位置情報を検出する検出手段７，８と、結像光学系の光量分布特性と検出部の出力とに基づいて、像の光量分布を補正するための光量補正データを演算する演算手段１とを具備する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系と、
光学装置の振れを検出する振れセンサと、
前記露光面における像を光軸と直交する方向に位置調節する調節部を含み、前記振れセンサの出力に基づいて前記調節部を制御することで像振れを補正する像振れ補正装置と、
前記露光面における像の位置に応じた位置情報を検出する検出手段と、
前記結像光学系の光量分布特性と前記検出手段の出力とに基づいて、像の光量分布を補正するための光量補正データを演算する演算手段とを具備することを特徴とする像振れ補正が可能な光学装置。
【請求項２】
前記露光面は撮像素子の受光面であり、
該撮像素子の光電変換出力を前記光量補正データで補正する補正手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正が可能な光学装置。
【請求項３】
前記露光面は撮像素子の受光面であり、
前記調節部は、前記撮像素子を結像光学系の光軸と交差する方向に駆動することで前記受光面における像の位置を調節するよう構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正が可能な光学装置。
【請求項４】
前記調節部は、前記結像光学系の一部または全部を該結像光学系の光軸と交差する方向に駆動することで前記受光面における像の位置を調節するよう構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正が可能な光学装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記結像光学系の光量分布に応じた関数を用いて前記光量補正データを演算することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の像振れ補正が可能な光学装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記結像光学系の光軸からの位置と光量とを対応づけた光量分布テーブルを用いて前記光量補正データを演算することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の像振れ補正が可能な光学装置。
【請求項７】
光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系と、
光学装置の振れを検出する振れセンサと、
前記露光面における像を光軸と直交する方向に位置調節する調節部を含み、前記振れセンサの出力に基づいて前記調節部を制御することで、像振れを補正する像振れ補正装置と、
前記露光面における像の位置に応じた位置情報を検出する検出手段と、
前記撮影光学系の光量分布特性および前記検出手段の出力とに基づいて、撮影画像における光量分布を補正するための光量補正データを演算する演算手段とを具備することを特徴とするカメラ用交換レンズ。
【請求項８】
光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系と、
光学装置の振れを検出する振れセンサと、
前記露光面における像を光軸と直交する方向に位置調節する調節部を含み、前記振れセンサの出力に基づいて前記調節部を制御することで、像振れを補正する像振れ補正装置と、
前記結像光学系の光量分布に関する情報をカメラに出力する出力手段とを具備することを特徴とするカメラ用交換レンズ。
【請求項９】
前記結像光学系の光量分布に関する情報は、前記結像光学系の光量分布に応じた関数、または前記結像光学系の光軸からの位置と光量とを対応づけた光量分布テーブルであることを特徴とする請求項８に記載のカメラ用交換レンズ。
【請求項１０】
光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系を有し、像位置の結像光学系の光軸に対する移動情報をカメラに送信可能としたことを特徴とするカメラ用交換レンズ。
【請求項１１】
光束を所定の結像面に結像せしめる結像光学系と、
カメラの振れを検出する振れセンサと、
該振れセンサの出力に基づいて前記結像面における像振れを補正する像振れ補正機構と、
前記振れセンサの出力に基づいて、撮影画像における光量分布を補正するための光量補正データを演算する演算手段とを具備することを特徴とする像振れ補正が可能な光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像振れを補正可能な光学装置およびカメラ用交換レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的像振れ補正が可能なデジタルスチルカメラは、手振れ等に起因するカメラの振動を振れセンサで検出し、その検出結果に基づいて撮影光学系の一部あるいは撮像素子を光軸と直交する方向に駆動することで像振れを補正し、以て良好な撮影画像を得る。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１６５０２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に撮影光学系は、そのイメージサークルの中心から周辺に至るに従って光量が低下するため、写真画像においても周辺部、特に四隅が中央部と比較して暗くなることがある。撮影光学系と結像面（デジタルカメラでは撮像素子の受光面）との位置関係が一定であれば、光量分布は光軸を中心として同心円状、つまり対称となるから、周辺光量が低下してもさほど見苦しい写真とならない。しかし、上述のような像振れ補正を行った場合、露光中に撮影光学系と結像面との位置関係（光軸と直交する方向の位置関係）が変化するため、像振れは補正されるものの光量分布は同心円状とならず、光量ムラが非対称に発生して見苦しい写真となるおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、像振れ補正によって発生する像の光量分布の変化を補正可能な光学装置およびカメラ用交換レンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る像振れ補正が可能な光学装置は、光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系と、光学装置の振れを検出する振れセンサと、露光面における像を光軸と直交する方向に位置調節する調節部を含み、前記振れセンサの出力に基づいて前記調節部を制御することで像振れを補正する像振れ補正装置と、露光面における像の位置に応じた位置情報を検出する検出手段と、結像光学系の光量分布特性と検出手段の出力とに基づいて、像の光量分布を補正するための光量補正データを演算する演算手段とを具備し、これにより上記問題点を解決する。
ここで、上記「露光部材」はフィルムおよび撮像素子を、「露光面」は、フィルム面および撮像素子の受光面をそれぞれ含む。
請求項２の発明は、撮像素子の光電変換出力を前記光量補正データで補正する補正手段とを更に備えるものである。
請求項３の発明は、撮像素子を結像光学系の光軸と交差する方向に駆動することでその受光面における像の位置を調節するよう構成したものである。
請求項４の発明は、結像光学系の一部または全部を結像光学系の光軸と交差する方向に駆動することで受光面における像の位置を調節するようにしたものである。
請求項５の発明は、結像光学系の光量分布に応じた関数を用いて光量補正データを演算するようにしたものである。
請求項６の発明は、結像光学系の光軸からの位置と光量とを対応づけた光量分布テーブルを用いて光量補正データを演算するようにしたものである。
請求項７の発明に係るカメラ用交換レンズは、光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系と、光学装置の振れを検出する振れセンサと、露光面における像を光軸と直交する方向に位置調節する調節部を含み、振れセンサの出力に基づいて調節部を制御することで、像振れを補正する像振れ補正装置と、露光面における像の位置に応じた位置情報を検出する検出手段と、撮影光学系の光量分布特性および検出手段の出力とに基づいて、撮影画像における光量分布を補正するための光量補正データを演算する演算手段とを具備するものである。
請求項８の発明に係るカメラ用交換レンズは、光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系と、光学装置の振れを検出する振れセンサと、露光面における像を光軸と直交する方向に位置調節する調節部を含み、振れセンサの出力に基づいて調節部を制御することで、像振れを補正する像振れ補正装置と、前記結像光学系の光量分布に関する情報をカメラに出力する出力手段とを具備するものである。
請求項９の発明に係る像振れ補正が可能な光学装置は、光束を所定の結像面に結像せしめる結像光学系と、カメラの振れを検出する振れセンサと、振れセンサの出力に基づいて結像面における像振れを補正する像振れ補正機構と、振れセンサの出力に基づいて、撮影画像における光量分布を補正するための光量補正データを演算する演算手段とを具備するものである。
請求項１０の発明に係るカメラ用交換レンズは、光束を露光部材の露光面に結像せしめる結像光学系を有し、像位置の結像光学系の光軸に対する移動情報をカメラに送信可能としたものである。
請求項１１の発明は、結像光学系の光量分布にに関する情報を、結像光学系の光量分布に応じた関数、または結像光学系の光軸からの位置と光量とを対応づけた光量分布テーブルとしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜図５により本発明をデジタルスチルカメラに適用した場合の一実施の形態を説明する。
図１は本実施形態におけるカメラのブロック図であり、本発明に関わる部分のみ示してある。カメラ動作を制御するＣＰＵ１には、撮像素子としてのＣＣＤ２が接続されている。ＣＣＤ２は、図２に示すように撮影光学系ＯＰを透過した被写体光束が結像される受光部２ａを持ち、受光部２ａには複数の画素（光電変換素子）がマトリクス状に配置される。各画素は、受光量に応じた電気信号を画像信号としてＣＰＵ１に出力し、ＣＰＵ１は入力された画像信号に所定の処理を施し、画像データとしてメモリカード９に記録する。
【０００８】
本実施形態のカメラは、手振れ等に起因する像振れを光学的に補正する機能を備えている。像振れ補正は、ＣＣＤ２をカメラの振れに応じた量だけ撮影光学系の光軸と直交する方向（例えば、図２の矢印方向）に駆動することで行う。このためカメラは、振れ検出器としてのＸ軸／Ｙ軸振れセンサ３，４と、ＣＣＤ駆動用のＸ軸／Ｙ軸アクチュエータ５，６と、ＣＣＤ２の位置を検出するＸ軸／Ｙ軸位置センサ７，８とを有している。ここで、Ｘ軸およびＹ軸は、互いに直交し且つ撮影光軸と直交する軸である。
【０００９】
振れセンサ３，４は、それぞれＸ軸方向およびＹ軸方向のカメラの振れに応じた物理量（例えば、角速度）を計測する。アクチュエータ５，６は、ＣＣＤ２をそれぞれＸ軸／Ｙ軸方向に駆動するもので、これによりＣＣＤ２は光軸と直交するＸＹ面内でいずれの方向にも移動可能となる。位置センサ７，８は、それぞれＣＣＤ２のＸ軸／Ｙ軸方向の位置を検出するもので、両センサ７，８の出力からＣＣＤ２の２次元的な位置を検知できる。
なお、アクチュエータ５，６は電磁アクチュエータでもＤＣモータを用いたものでもよく、その種類は問わない。また位置センサ７，８も光学式のものやその他の方式のものでもよい。
【００１０】
ＣＰＵ１は、例えばレリーズボタンの半押し操作に応答して像振れ補正動作を開始し、ＣＣＤ２による撮像後に停止する。像振れ補正動作とは、振れセンサ３，４および位置センサ７，８の検出出力を入力し、その入力情報に基づいてアクチュエータ５，６を制御するものである。この動作は、例えば１〜３ｍｓ間隔で繰り返し行われる。これによりＣＣＤ２が振れを打ち消す方向に駆動され、結像面（ＣＣＤ受光面）における像の位置が振れに応じて調節される。その結果、カメラの振れに起因する像振れが光学的に補正され、振れのない画像を得ることができる。
【００１１】
図３は撮影光学系ＯＰの光量分布特性を示す図である。図から分かるように、イメージサークル２１の中心（光軸部分）が最も光量が多く、周辺に至るに従って光量は低下する。像振れ補正を行わないときには、露光時間中における撮影光学系ＯＰとＣＣＤ２の受光面との位置関係が一定であるから、ＣＣＤ２の受光面上における光量分布、つまり撮影画面２２における光量分布は図４のように同心円状となる。
【００１２】
一方、露光中に手振れ補正が行われると、ＣＣＤ２の動きに応じて撮影光学系ＯＰとＣＣＤ受光面との位置関係が光軸と直交する方向に変化し、このため撮影画面２２の光量分布は撮影光学系ＯＰの光量分布と同一とはならなず、例えば図５のように歪んだ分布となる。この場合は光量ムラが光軸を中心として対称とならず、そのままでは見苦しい画像となってしまう。そこで、本実施形態ではＣＣＤ２の各画素の出力に補正を加えることで、画像データが図５のような光量分布となるのを防止する。以下、その詳細について説明する。
【００１３】
まず、イメージサークル２１に対して図３のような光量分布に応じた数値を割り振る。例えば、光軸近傍の円形の領域を光量１（最大値）としたとすると、その周囲の環状の領域は光量０．９５、更にその周囲は光量０．９というように、周辺に至るほど小さい数値が割り振られる。ここで、上記の数値は画面全体が一定の明るさで、かつ中心部を１とした場合の光量比に相当し、図３に示したような光量分布曲線を関数化することで導き出すことができる。
【００１４】
今、ＣＣＤ２が基準となる位置（受光部２ａの中心が撮影光学系ＯＰの光軸と一致する位置）で静止していると仮定すると、各ＣＣＤ２の画素とイメージサークル２１に割り振った光量とが一義的に対応し、このときの各画素に対応する光量を基準光量とする。例えば、ＣＣＤ２の中央部分の幾つかの画素は基準光量１に対応する位置にあり、その周囲の幾つかの画素は基準光量０．９５に対応する位置にあり、更にその周辺の画素は基準光量０．９に対応する位置にある。
【００１５】
像振れ補正のためＣＣＤ２が動くと、撮影光学系ＯＰ（イメージサークル２１）と各画素との位置関係が変化する。変化後の位置関係、すなわち変化後に各画素がいずれの光量に対応する位置に移動したかは、上記位置センサ７，８からの位置信号に基づいて検知できる。また不図示のタイマを用いることで、露光中にＣＣＤ２の各画素がいずれの光量の位置にどれほどの時間滞在していたかを計測できる。更にはその計測結果に基づいて、各画素の露光中における平均光量を算出し、この平均光量に応じた光量補正データを画素の出力に掛け合わせることで、画像データの光量分布を補正することができる。
【００１６】
具体例を挙げると、例えばＣＣＤ２の中心部の画素、つまり基準光量１の画素が、光量１の位置に０．０５秒滞在し、次いで光量０．９５の位置に移動してここに０．０３秒滞在し、更に光量０．９の位置に０．０２秒滞在していたとすると、その間の平均光量は、
（１×０．０５＋０．９５×０．０３＋０．９×０．０２）／
（０．０５＋０．０３＋０．０２）＝０．９６５
となる。同様に中心部から離間した基準光量０．７の画素が、光量０．７の位置に０．０８秒、光量０．６５の位置に０．０１秒、光量０．６の位置に０．０１秒滞在していたとすると、平均光量は、
（０．７×０．０８＋０．６５×０．０１＋０．６×０．０１）／
（０．０８＋０．０１＋０．０１）＝０．６８５
となる。したがって、基準光量１の画素に対しては、その画像信号に１／０．９６５を掛け合わせることで、その画素が中心部に停止し続けていた場合と同等の光量の画像信号が得られ、また基準光量０．７の画素に対しては、その画像信号に０．７／０．６８５を掛け合わせることで、その画素が光量０．７の位置に停止し続けていた場合と同等の光量の画像信号が得られる。
【００１７】
このように、まず各画素に対して露光中の平均光量を演算し、画素の画像信号を「基準光量／平均光量」倍する補正演算を全画素に対して行うことで、画像データの光量分布を撮影光学系ＯＰの光量分布と同等、つまり同心円状の分布に補正できる。この場合、上記「基準光量／平均光量」が光量補正データに相当する。
【００１８】
ＣＰＵ１は、像振れ補正動作を伴う撮影時に限り、上述した画像信号の補正演算を行い、補正後の画像信号に基づいて画像データを形成し、これをメモリーカード９に記録する。
【００１９】
ところで、上記撮影光学系の各領域に割り振る数値は、撮影光学系ＯＰの特性によって異なる。このため撮影レンズを交換可能なカメラでは、装着されるレンズに応じて割り振る数値を変える必要がある。そこで、例えば図３に示したような光量分布曲線を関数として各交換レンズのメモリに予め記憶させておき、レンズがカメラに装着されたときにＣＰＵ１がその関数を読み込み、各画素に割り当てるべき光量比を演算するようにすればよい。一方、レンズが固定的に設けられるカメラでは、上記数値は一定値でよいため、この場合は光量分布に応じた関数をカメラ内のメモリに記憶させておけばよい。
【００２０】
以上の実施形態において、アクチュエータ５，６が調節部を、位置センサ７，８が検出手段を、アクチュエータ５，６，位置センサ７，８およびＣＰＵ１が像振れ補正装置を、ＣＰＵ１が演算手段および補正手段をそれぞれ構成する。
【００２１】
なお以上では、撮影光学系ＯＰの持つ光量分布となるように画像信号を補正した例を示したが、上記「基準光量／平均光量」に代えて例えば「ａ／平均光量」（ａは一定値）を光量補正データとすれば、画面全体を均一の、つまり光量ムラのない光量分布に補正できる。
【００２２】
また撮影光学系の光量分布特性として図３に示すような光量分布曲線を関数化して用いたが、これをより簡易的な関数（例えば、一次関数）に近似して用いてもよい。あるいは関数に代えて、光量分布特性に応じた基準光量をイメージサークルの各領域に対応づけたテーブルを予め格納しておき、そのテーブルから基準光量を求めるようにしてもよい。さらに光量分布特性は撮影光学系の焦点距離や絞り値によっても変化するので、これらの情報をも加味して補正演算を行うようにしてもよい。
【００２３】
また光量補正データで画像信号を補正するようにしたが、光量補正データを演算するに留め、補正は行わなくてもよい。この場合は、例えば演算した光量補正データを画像データに対応づけて別途記録しておき、後に画像をパーソナルコンピュータ等で確認する際に、好みに応じてその光量補正データで画像データを補正するようにすればよい。
【００２４】
さらにＣＣＤを動かして像振れ補正を行うようにしたが、ＣＣＤは固定で撮影光学系の一部または全部を動かすものでもよい。これによっても結像面における像を光軸と直交する方向に位置調節でき、上述と同様の像振れ補正結果が得られる。またデジタルスチルカメラにて説明したが、銀塩フィルムを扱うカメラでもよい。この場合も撮影画像をフィルムスキャナ等でデジタルデータに変換することを前提とすれば、上記光量補正データをフィルムの各駒に対応して記憶しておくことで、画像を鑑賞する際に光量分布を補正できる。
【００２５】
さらに位置センサ７，８の出力を用いて光量補正データを演算するようにしたが、位置センサ７，８の出力は振れセンサ３，４の出力に基づく像振れ補正の結果であるから、振れセンサ３，４の出力を用いて光量補正データを演算することも可能である。また光量補正データの演算やそのデータによる補正はレンズ側で行ってもよく、このような機能を有するカメラ用交換レンズにも本発明を適用できる。あるいは、交換レンズは単に光量分布に関する情報（例えば上記関数やテーブル）を出力するだけでもよい。あるいは、カメラ側に複数の光量分布に応じた関数あるいはテーブルを格納しておき、交換レンズからの情報でカメラがいずれかを選択するようにしてもよい。この場合、交換レンズが送る情報は、単に自身の光量分布を識別させるための情報（例えば１桁または２桁の数値）でよい。さらに光学的像振れ補正が可能な他の光学装置にも本発明を適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、露光面における像の位置に応じた位置情報と結像光学系の光量分布特性とに基づいて像の光量分布を補正するための光量補正データを演算するようにしたので、この光量補正データを用いて画像の補正を行うことにより、振れ補正動作に伴う画像の光量分布の乱れを補正して良好な画像を得ることができる。
請求項１１の発明は、上記位置情報に代えて振れセンサの出力を用いるようにしたものであり、これによっても上述と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるデジタルスチルカメラの制御系を示すブロック図。
【図２】撮影光学系とＣＣＤとの位置関係を示す模式図。
【図３】撮影光学系の光量分布を示す図。
【図４】像振れ補正を行わないときの画面上の光量分布を示す図。
【図５】像振れ補正を行ったときの同光量分布の一例を示す図。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
２  ＣＣＤ
３，４  振れセンサ
５，６  像振れ補正用のアクチュエータ
７，８  位置センサ
２１  イメージサークル
２２  撮影画面
ＯＰ  撮影光学系
【図１】
2005062242.tif 000003
【図２】
2005062242.tif 000004
【図３】
2005062242.tif 000005
【図４】
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【図５】
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