JP2021097339A - 撮像装置および撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】イメージサークル径が撮像素子の移動範囲に対して余裕がある場合において撮影画像中のぶれの影響を低減可能な撮像装置および撮像システムを提供する。【解決手段】撮像装置は、光学系のイメージサークルの中心および半径を記憶するレンズ装置が通信可能に装着される撮像装置であって、像ぶれ補正のために中心光学系の光軸に対して垂直な成分を含む方向へ移動可能な撮像素子と、中心イメージサークルの半径と、中心撮像素子の最大像高および最大移動量の和との差分が閾値より小さい場合は中心撮像素子を移動させ、中心差分が中心閾値より大きい場合は中心撮像素子を移動させない制御部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ装置が装着される撮像装置に関し、特に防振機能を備える撮像装置に関する。

従来、撮影者の手ぶれに起因する振動に基づいて撮像素子を移動させるセンサシフト防振方式で撮影画像中のぶれの影響を低減する撮像装置が知られている。レンズ交換式の撮像装置では、製造誤差等によってイメージサークルの中心と撮像素子の中心とがずれる場合がある。このような場合、撮像素子の移動量が制限され、撮影画像中のぶれの影響を十分に低減することができない。特許文献１には、交換レンズ装置が記憶するイメージサークルに関する情報と撮像素子に関する情報とを用いてセンサシフト防振方式の初期位置がイメージサークルの中心となるように撮像素子を移動させる撮像装置が開示されている。

特開２０１９−８７９３７号公報

しかしながら、特許文献１の撮像装置では、イメージサークル径が撮像素子の移動範囲に対して余裕がある場合、撮像素子を移動させた方向において防振時の撮像素子の移動量が減少してしまう。

本発明は、イメージサークル径が撮像素子の移動範囲に対して余裕がある場合において撮影画像中のぶれの影響を低減可能な撮像装置および撮像システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、光学系のイメージサークルの中心および半径を記憶するレンズ装置が通信可能に装着される撮像装置であって、像ぶれ補正のために中心光学系の光軸に対して垂直な成分を含む方向へ移動可能な撮像素子と、中心イメージサークルの半径と、中心撮像素子の最大像高および最大移動量の和との差分が閾値より小さい場合は中心撮像素子を移動させ、中心差分が中心閾値より大きい場合は中心撮像素子を移動させない制御部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、イメージサークル径が撮像素子の移動範囲に対して余裕がある場合において撮影画像中のぶれの影響を低減可能な撮像装置および撮像システムを提供することができる。

実施例１の撮像システムの一例であるデジタルカメラシステムの説明図である。 イメージサークルの大きさよりも撮像素子の移動可能な範囲が大きい場合におけるイメージサークルと撮像素子の関係を示す図である。 イメージサークルの大きさよりも撮像素子の移動可能な範囲が小さい場合におけるイメージサークルと撮像素子の関係を示す図である。 実施例１のイメージサークル情報の配列例を示す図である。 実施例１のカメラマイコンが実施する処理を示すフローチャートである。 イメージサークル余裕量を示す図である。 実施例２のカメラマイコンが実施する処理を示すフローチャートである。 比較例のイメージサークル余裕量が閾値を跨ぐ状況を説明する図である。 実施例３のイメージサークル余裕量が閾値を跨ぐ状況を説明する図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施例の撮像システムの一例であるデジタルカメラシステム１０の説明図である。図１（ａ）および図１（ｂ）はそれぞれ、デジタルカメラシステム１０の斜視図およびブロック図である。

デジタルカメラシステム１０は、撮像装置（以下、単にカメラ）１００とカメラ１００に取り外し可能に装着される交換レンズ装置（以下、単に交換レンズ）２００とを有する。カメラ１００と交換レンズ２００は、互いに通信可能に構成されている。

カメラ１００において、撮像素子１０１は、交換レンズ２００が有する撮像光学系２１０により形成された被写体像を撮像（光電変換）する。撮像素子１０１から出力された撮像信号は、画像処理部１０７に入力される。画像処理部１０７は、撮像信号に対して各種画像処理を行って画像データを生成する。画像データは、モニタ（不図示）に表示されたり、記録媒体（不図示）に記録されたりする。データ格納部（記憶部）１０８は、撮像素子１０１に関する情報を格納している。

交換レンズ２００において、撮像光学系２１０は、変倍レンズ２０１、絞り２０２、およびフォーカスレンズ２０３を有する。ズーム制御部２１１、絞り制御部２１２、およびフォーカス制御部２１３はそれぞれ、カメラマイコン１０２からのズーム駆動指令、絞り駆動指令、およびフォーカス駆動指令に応じて変倍レンズ２０１、絞り２０２、およびフォーカスレンズ２０３を駆動する。これにより、変倍（ズーム）、光量調整、および焦点調整（フォーカシング）が行われる。レンズマイコン２１５は、変倍レンズ２０１の位置（ズーム位置）情報、絞り２０２の開口径（絞り値）情報、およびフォーカスレンズ２０３の位置（フォーカス位置）情報をカメラマイコン１０２に送信する。データ格納部２１４は、撮像光学系２１０のズーム範囲（焦点距離の可変範囲）、絞り値の可変範囲、フォーカス範囲（合焦可能な距離範囲）等の光学情報を格納している。また、データ格納部２１４は、撮像光学系２１０が形成するイメージサークルに関する情報（イメージサークル情報）を格納している。なお、本実施例におけるイメージサークルとは、イメージサークルの中心での光量を１としたときに光量が０．１より大きい撮像素子１０１上の結像領域を指す。

撮像素子１０１は、Ｘ方向、およびＹ方向へ移動可能なステージ（不図示）の上に設けられており、図１（ｂ）中の破線で示される撮像光学系２１０の光軸に対して垂直な成分を含む方向へ移動可能である。振動検出部１０５は、撮影者の手ぶれ等に起因する振動をジャイロセンサ等の検出手段で検出し、検出手段により検出された振動検出信号をカメラマイコン１０２に出力する。カメラマイコン１０２は、振動検出信号から像ぶれ補正（防振）のための撮像素子１０１の移動量を演算し、移動量を含む防振信号をセンサ防振制御部１０３に出力する。センサ防振制御部１０３は、ステージを制御し、撮像素子１０１をカメラマイコン１０２から取得した移動量だけ移動させることで、センサシフト防振を行う。防振のための撮像素子１０１の移動量をｘ、撮像光学系２１０の焦点距離をｆ、手振れ角をθとするとき、移動量ｘは以下の式（１）で表される。

ｘ＝ｆ×ｔａｎθ
すなわち、移動量ｘが大きいほど、大きな手振れ角θを補正することができ、防振性能が高いことを意味する。

撮像素子１０１がイメージサークルの外側に逸脱してしまうと、逸脱した領域には被写体像がほとんど投影されないために撮影画像が黒くなり（ケラレという現象が発生し）、撮影画像としての品位が低下する。そのため、撮像素子１０１が防振のために実質的に移動可能な範囲は、イメージサークルの内側に制限される。

図２は、イメージサークル１の大きさよりも撮像素子１０１の（デジタルカメラシステム１０において物理的に）移動可能な範囲５が大きい場合におけるイメージサークル１と撮像素子１０１の関係を示す図である。

図２（ａ）は、イメージサークル１の中心２と撮像素子１０１の中心４とが一致した理想的な状態を示している。この状態では、撮像素子１０１が防振のために移動可能な範囲は、画像品位の観点からイメージサークル１の内側に制限される。そのため、対角方向における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量６は図中矢印で示すものになる。

図２（ｂ）は、交換レンズ２００および撮像素子１０１の製造誤差によりイメージサークル１の中心２と撮像素子１０１の中心４とが一致しておらず、撮像素子１０１がイメージサークル１に対して図面右上側にずれた状態を示している。この状態では、撮像素子１０１が防振のために移動可能な範囲は、画像品位の観点からイメージサークル１の内側に制限される。そのため、対角右上方向における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量７、および対角右下方向における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量８は図中矢印で示すものになる。移動量７，８は、図２（ａ）の理想的な状態における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量６よりも小さい。すなわち、図２（ｂ）の状態では、図２（ａ）の理想的な状態に比べて、対角右上方向および対角右下方向における防振性能が悪化している。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態からセンサシフト防振方式の初期位置がイメージサークル１の中心２となるように撮像素子１０１を移動させた状態を示している。この状態では、撮像素子１０１が防振のために移動可能な範囲は、画像品位の観点からイメージサークルの内側に制限される。そのため、対角方向における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量９は図中矢印で示すものになる。移動量９は図２（ａ）の理想的な状態における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量６と同じであり、図２（ｃ）の状態では防振性能を最大限発揮させることができる。

以上説明したように、イメージサークル１の大きさよりも撮像素子１０１の移動可能な範囲５が大きい場合、センサシフト防振方式の初期位置をイメージサークル１の中心２となるように撮像素子１０１を移動させる。これにより、センサシフト防振方式の防振性能を最大限発揮させることができる。

図３は、イメージサークル１の大きさよりも撮像素子１０１の（デジタルカメラシステム１０において物理的に）移動可能な範囲５が小さい場合におけるイメージサークル１と撮像素子１０１の関係を示す図である。

図３（ａ）は、イメージサークル１の中心２と撮像素子１０１の中心４とが一致した理想的な状態を示している。この状態では、対角方向における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量１０は図中矢印で示すものになる。

図３（ｂ）は、交換レンズ２００および撮像素子１０１の製造誤差によりイメージサークル１の中心２と撮像素子１０１の中心４とが一致しておらず、撮像素子１０１がイメージサークル１に対して図面右上側にずれた状態を示している。この状態では、撮像素子１０１が防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量１１は図中矢印で示すものになる。移動量１１は、図３（ａ）の理想的な状態における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量１０と同じになり、防振性能を最大限発揮させることができる。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態からセンサシフト防振方式の初期位置がイメージサークル１の中心２となるように撮像素子１０１を移動させた状態を示している。この状態では、対角左上方向における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量１２、および対角左下方向における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量１３は図中矢印で示すものになる。移動量１２，１３は、図３（ａ）の理想的な状態における防振のために移動可能な撮像素子１０１の移動量１０よりも小さい。すなわち、図３（ｃ）の状態では、図３（ａ）の理想的な状態に比べて、対角左上方向および対角左下方向における防振性能が悪化している。

以上説明したように、イメージサークル１の大きさよりも撮像素子１０１の移動可能な範囲５が小さい場合、センサシフト防振方式の初期位置をイメージサークル１の中心２となるように撮像素子１０１を移動させない。すなわち、センサシフト防振方式の初期位置を変更しない。これにより、センサシフト防振方式の防振性能を最大限発揮させることができる。

交換レンズ２００の製造誤差は、撮像光学系２１０を構成する光学要素の偏芯により光軸が鏡筒マウントの軸からずれることであり、交換レンズごとの偏芯方向によりどちらの方向にも生じ得る。本実施例では、データ格納部２１４は、交換レンズごとに測定されたイメージサークル情報を格納している。イメージサークル情報には、イメージサークルの中心とイメージサークルの半径とが含まれる。イメージサークルの中心とは、光量の絶対値が最も大きい位置である。また、イメージサークルが円形状でない場合、イメージサークルの内接円の半径をイメージサークルの半径としている。

イメージサークルの中心とイメージサークルの半径は、撮像光学系２１０の光学状態（ズーム位置（ズーム状態）、フォーカス位置（フォーカス状態）、および絞り位置（絞り状態：開放絞り、２段絞り、又は最小絞り））に応じて変化する。また、イメージサークルの中心とイメージサークルの半径は、カメラ１００の姿勢状態（正位置、グリップ上縦位置、グリップ下縦位置、又は上向き）に応じて変化する。

本実施例におけるイメージサークル情報は、撮像光学系２１０の光学状態、およびカメラ１００の姿勢状態と対応関係を示すデータである。図４は、本実施例のイメージサークル情報の配列例を示す図である。図４では、イメージサークル情報は、撮像光学系２１０の光学状態およびカメラ１００の姿勢状態に対するイメージサークルの中心（Ｘ，Ｙ）、イメージサークルの半径Ｒ、および所定の処理を実施するか否かを切り替えるために使用される閾値Ａからなる。なお、イメージサークルの中心と半径はそれぞれ、撮像光学系２１０のズーム状態、フォーカス状態、および絞り状態、並びにカメラ１００の姿勢状態の少なくとも１つに対応していればよい。

撮像素子１０１の製造誤差は、カメラ１００を構成するメカ要素の寸法公差等により生じるため、カメラごとのメカ要素により異なる。本実施例では、データ格納部１０８は、カメラごとに測定された撮像素子１０１に関する情報を格納している。撮像素子１０１に関する情報には、撮像素子１０１の中心、撮像素子１０１の最大像高、および撮像素子１０１の最大移動量が含まれる。撮像素子１０１の像高とは、光軸に垂直な方向における撮像素子１０１の中心から撮像面の端部までの距離の最大値（撮像面の最大幅の半値）である。撮像素子１０１の最大移動量とは、撮像素子１０１を搭載するステージにより撮像素子１０１が物理的に移動可能な最大移動量である。

以下、図５を参照して、本実施例のカメラマイコン１０２がコンピュータプログラム（制御プログラム）に従って実施する処理について説明する。図５は、本実施例のカメラマイコン１０２が実施する処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１０では、カメラマイコン１０２は、撮像素子１０１に関する情報をデータ格納部１０８から取得する。

ステップＳ１１では、カメラマイコン１０２は、レンズマイコン２１５からデータ格納部２１４に記憶されているイメージサークル情報と撮像光学系２１０の光学状態を取得する。

ステップＳ１２では、カメラマイコン１０２は、姿勢検出部１０４で検出したカメラ１００の姿勢状態を取得する。

ステップＳ１３では、カメラマイコン１０２は、撮像素子１０１に関する情報とイメージサークル情報とを用いてイメージサークル余裕量（差分）Δを算出し、イメージサークル余裕量Δが閾値Ａより大きいかどうかを判断する。イメージサークル余裕量Δは、図６に示されるように、イメージサークルの半径Ｒと、撮像素子１０１の最大像高Ｈおよび撮像素子１０１の最大移動量Ｄの和との差分であり、以下の式（２）で表される。

Δ＝Ｒ−（Ｈ＋Ｄ）
イメージサークル余裕量Δが閾値Ａより大きい場合、ステップＳ１４に進み、イメージサークル余裕量Δが閾値Ａより小さい場合、ステップＳ１５に進む。イメージサークル余裕量Δが閾値Ａと等しい場合、どちらのステップに進むかは任意に設定可能である。

ステップＳ１４では、カメラマイコン１０２は、撮像素子１０１を移動させない。すなわち、センサシフト防振方式の初期位置を変更しない。

ステップＳ１５では、カメラマイコン１０２は、撮像素子１０１の中心がイメージサークルの中心に一致するように撮像素子を移動させる。すなわち、センサシフト防振方式の初期位置をイメージサークルの中心に変更する。

ステップＳ１６では、カメラマイコン１０２は、振動検出部１０５から振動検出信号を取得したかどうかを判断する。振動検出信号を取得した場合、ステップＳ１７に進み、振動検出信号を取得していない場合、ステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１７では、カメラマイコン１０２は、センサ防振制御部１０３を介してセンサ防振制御を行う。

以上説明したように、本実施例の構成によれば、イメージサークル径が撮像素子の移動範囲に対して余裕がある場合において撮影画像中のぶれの影響を低減可能である。

実施例１のデジタルカメラシステム１０では、交換レンズ２００をカメラ１００に装着する度にセンサシフト防振方式の初期位置を決定する必要がある。本実施例では、ユーザビリティの観点からセンサシフト防振方式の初期位置を決定するまでの時間を実施例１に比べて低減する。

本実施例のデジタルカメラシステム１０の基本的な構成および処理は実施例１のデジタルカメラシステム１０と実質的に同じである。実施例１では交換レンズ２００はイメージサークルに関する情報を記憶し、カメラ１００は撮像素子１０１に関する情報を記憶するが、本実施例では交換レンズ２００およびカメラ１００はそれぞれ、上記情報に加えて各製品の型番情報を記憶する。

以下、図７を参照して、本実施例のカメラマイコン１０２がコンピュータプログラム（制御プログラム）に従って実施する処理について説明する。図７は、本実施例のカメラマイコン１０２が実施する処理を示すフローチャートである。

ステップＳ２０では、カメラマイコン１０２は、カメラ１００の型番情報をデータ格納部１０８から取得する。

ステップＳ２１では、カメラマイコン１０２は、レンズマイコン２１５からデータ格納部２１４に記憶されている交換レンズ２００の型番情報を取得する。

ステップＳ２２では、カメラマイコン１０２は、カメラ１００および交換レンズ２００の型番情報を用いて交換レンズ２００が３５ｍｍフルサイズ対応レンズであり、かつセンササイズがＡＰＳ−Ｃサイズであるかどうかを判断する。交換レンズ２００が３５ｍｍフルサイズ対応レンズである場合、イメージサークルの半径が２１．６ｍｍより大きいことが確定する。また、センササイズがＡＰＳ−Ｃサイズである場合、撮像素子１０１の最大像高Ｈが１４．７ｍｍ程度と確定する。そのため、イメージサークル余裕量は、撮像素子１０１の最大移動量を考慮しても、ある値以上になることが確定する。交換レンズ２００が３５ｍｍフルサイズ対応レンズであり、かつセンササイズがＡＰＳ−Ｃサイズである場合、ステップＳ２３に進み、そうでない場合、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２３では、カメラマイコン１０２は、撮像素子１０１の中心をイメージサークルの中心に移動させない。すなわち、センサシフト防振方式の初期位置を変更しない。

ステップＳ２４からステップＳ３１までの処理はそれぞれ、図５のステップＳ１０からステップＳ１７までの処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、本実施例の構成によれば、実施例１の効果に加え、型番情報を用いてセンサシフト防振方式の初期位置を決定するため、交換レンズ２００をカメラ１００に装着し、センサシフト防振方式の初期位置を決定するまでの時間を低減可能である。

本実施例のデジタルカメラシステム１０の基本的な構成および処理は実施例１，２のデジタルカメラシステム１０と実質的に同じである。実施例１，２では交換レンズ２００が記憶するイメージサークルに関する情報とカメラ１００が記憶する撮像素子１０１に関する情報とに基づいてセンサシフト防振方式の初期位置を２つの位置に設定するが、本実施例では３つの位置に設定する。

図８は、比較例のユーザがカメラ１００を操作中（例えばズーム操作等により交換レンズ２００の光学状態が変わる操作をした場合）に、イメージサークル余裕量Δが閾値Ａを跨ぐ状況を説明する図である。状態１は、撮像素子１０１を移動させていない状態である。状態２は、センサシフト防振方式の初期位置がイメージサークル１の中心２となるように撮像素子１０１を移動させた状態である。図８（ａ）では、タイミングＴ１で状態２から状態１に遷移し、タイミングＴ２で状態１から状態２に遷移する。そのため、タイミングＴ１，Ｔ２で撮像素子１０１が移動し、被写体像が乱れてしまう可能性がある。本実施例では、状態１と状態２の間に別の状態（中間状態）を設けておき、被写体像が乱れる可能性がある場合、状態を切り替える際に中間状態を経由させる。本実施例では、イメージサークル１の中心２と撮像素子１０１の中心４との距離が所定値以上である場合に、被写体像が乱れる可能性があると判断される。

以下、図９を参照して、本実施例のセンサ防振制御部１０３が実施する処理について説明する。図９は、本実施例のユーザがカメラ１００を操作中（例えばズーム操作等の交換レンズ２００の光学状態が変わる操作をした場合）に、イメージサークル余裕量Δが閾値Ａを跨ぐ状況を説明する図である。

状態１は、撮像素子１０１を移動させていない状態である。状態２は、センサシフト防振方式の初期位置がイメージサークル１の中心２となるように撮像素子１０１を移動させた状態である。状態３は、センサシフト防振方式の初期位置が、撮像素子１０１が状態１から状態２に遷移する際の撮像素子１０１の中心の軌跡の中間位置となるように撮像素子１０１を移動させた状態を示す。図９（ａ）では、タイミングＴ１で状態２から状態３に遷移し、タイミングＴ２で状態３から状態１に遷移する。また、タイミングＴ３で状態１から状態３に遷移し、タイミングＴ４で状態３から状態２に遷移する。

なお、本実施例では状態３において撮像素子１０１の中心を撮像素子１０１が状態１から状態２に遷移する際の軌跡の中間位置に一致させているが、元の撮像素子１０１の中心４とイメージサークル１の中心２とを結ぶ線上の位置に一致させてもよい。

以上説明したように、本実施例の構成によれば、実施例１の効果に加え、状態１と状態２の間に別の状態（中間状態）を設けておき、その中間状態を経由して切り替えることで、被写体像の乱れを防止することができる。

なお、本実施例では、状態を切り替える際に中間状態を経由する場合について説明したが、撮像素子１０１の単位時間当たりの移動量を所定値以下に設定することでも同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ 撮像装置
１０１ 撮像素子
１０２ カメラマイコン（制御部）
２００ 交換レンズ装置（レンズ装置）
２１０ 撮像光学系（光学系）

Claims (8)

1. 光学系のイメージサークルの中心および半径を記憶するレンズ装置が通信可能に装着される撮像装置であって、
   像ぶれ補正のために前記光学系の光軸に対して垂直な成分を含む方向へ移動可能な撮像素子と、
   前記イメージサークルの半径と、前記撮像素子の最大像高および最大移動量の和との差分が閾値より小さい場合は前記撮像素子を移動させ、前記差分が前記閾値より大きい場合は前記撮像素子を移動させない制御部とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御部は、前記差分が前記閾値より小さい場合、前記撮像素子の中心が前記イメージサークルの中心に一致するように前記撮像素子を移動させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御部は、前記差分が前記閾値より小さく、かつ前記イメージサークルの中心と前記撮像素子の中心との距離が所定値以上である場合、前記撮像素子の中心が前記撮像素子の中心と前記イメージサークルの中心とを結ぶ線上の位置に一致するように前記撮像素子を移動させた後、前記撮像素子の中心が前記イメージサークルの中心に一致するように前記撮像素子を移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子の単位時間当たりの移動量は、所定値以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像装置。
5. 前記制御部は、前記レンズ装置の型番情報、および前記撮像装置の型番情報を用いて、前記撮像素子を移動させるかどうかを決定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子の中心、最大像高、および最大移動量を記憶する記憶部を更に有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像装置。
7. 前記イメージサークルの中心および半径はそれぞれ、前記光学系のズーム状態、フォーカス状態、および絞り状態、並びに前記撮像装置の姿勢状態のうち少なくとも１つに対応していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
8. 光学系のイメージサークルの中心および半径を記憶するレンズ装置と、
   請求項１乃至７の何れか一項に記載の撮像装置とを有することを特徴とする撮像システム。
   

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