專利名稱：成像裝置和成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像裝置和成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，在普遍的單透鏡反射式數(shù)字相機(jī)中，一種諸如石英低通濾光器和玻璃ND(中性密度)濾光器之類的濾光器被夾置在透鏡裝置與相機(jī)主體之間的接觸部分中。即，對于數(shù)字相機(jī)而言，在透鏡裝置與相機(jī)主體之間的接觸部分中插入了厚度約為3mm至約4mm的玻璃物質(zhì)。另一方面，對于膠片相機(jī)而言，在透鏡裝置與相機(jī)主體之間的接觸部分中并未插入物質(zhì)，即空氣。應(yīng)認(rèn)為，透鏡裝置與相機(jī)主體之間的接觸部分的厚度為O。因此，膠片相機(jī) 與數(shù)碼相機(jī)大不相同。總體而言，電影相機(jī)中所使用的許多透鏡裝置被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)。在用于膠片相機(jī)的透鏡裝置中，對像差進(jìn)行校正，使得在未將玻璃濾光器插入該相機(jī)中的條件下使該相機(jī)對焦。另一方面，近來，數(shù)字電影相機(jī)越來越普及。在這樣的形勢下，用于膠片相機(jī)的透鏡裝置經(jīng)常被安裝在其中插入了濾光器的數(shù)字電影相機(jī)上。在此情況下，球面像差根據(jù)包 含在相機(jī)的濾光器發(fā)生變化。結(jié)果，最好的圖像是在不同于該透鏡原始焦點(diǎn)位置的位置中獲得的，并且焦點(diǎn)位置發(fā)生了偏離。至于由包含在相機(jī)中的濾光器所引起的球面像差變化，應(yīng)理解該焦點(diǎn)位置可由AF(自動對焦)系統(tǒng)(例如，參見日本專利申請公報(bào)No. 2007-243934)通過與所變化的像差相對應(yīng)的數(shù)量來校正。

發(fā)明內(nèi)容
但是，對于諸如電影相機(jī)之類的專用相機(jī)而言，極少數(shù)人通過觀察取景器來使該相機(jī)對焦。通常，相機(jī)到主題之間的距離利用卷尺和類似物來測量，并且焦點(diǎn)位置通過設(shè)定透鏡的距離標(biāo)尺來手動調(diào)節(jié)。在不具備AF功能的電影相機(jī)中，當(dāng)在數(shù)字相機(jī)(數(shù)字電影相機(jī))中使用被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)的透鏡裝置時(shí)，很難自動校正由球面像差變化所引起的焦點(diǎn)位置的偏差。因此，本發(fā)明提出了能夠使用透鏡側(cè)信息來校正球面像差的新型的、改進(jìn)的成像裝置和成像系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種成像裝置，該成像裝置包括成像元件；通信單元，該通信單元接收來自透鏡裝置的透鏡側(cè)信息；自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)該成像元件的位置；以及相機(jī)控制器，該相機(jī)控制器基于該透鏡側(cè)信息來控制該成像元件的位置，其中該成像元件的位置通過該自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)球面像差變化來調(diào)節(jié)。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括透鏡裝置，該透鏡裝置包括透鏡組；以及成像裝置，該成像裝置可拆卸地貼附到該透鏡裝置。該透鏡裝置包括發(fā)送透鏡側(cè)信息的通信單元，并且該成像裝置包括成像元件；通信單元，該通信單元接收來自透鏡裝置的透鏡側(cè)信息；自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)該成像元件的位置；以及相機(jī)控制器，該相機(jī)控制器基于該透鏡側(cè)信息來控制該成像元件的位置，其中該成像元件的位置通過該自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)球面像差變化來調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，能夠提供通過使用透鏡側(cè)信息來校正球面像差變化的成像裝置和成像系統(tǒng)。


圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)的硬件的概要構(gòu)造圖；圖2是根據(jù)實(shí)施例的成像系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造圖；以及圖3是用于解釋根據(jù)實(shí)施例的球面像差量的計(jì)算方法的視圖。
具體實(shí)施例方式下面，將參考附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。注意，在本說明書和附圖中，大致具有相同功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性元件用相同的符號表示，并且忽略了對這些結(jié)構(gòu)性元件的重復(fù)描述。按照以下次序進(jìn)行描述。I.成像系統(tǒng)的硬件構(gòu)造I. I.透鏡裝置I. 2 成像裝置2.成像系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造圖2. I.透鏡裝置2. 2.成像裝置3.對球面像差變化的自動校正3. I.對透鏡側(cè)球面像差變化的法蘭焦距調(diào)節(jié)(成像元件的移動距離的計(jì)算)3.2.對由透鏡組延伸所引起的球面像差變化的法蘭焦距調(diào)節(jié)3.3.對由裝置中的構(gòu)件所引起的球面像差變化的法蘭焦距調(diào)節(jié)3.4.對由溫度改變所引起的球面像差變化的法蘭焦距調(diào)節(jié)〈I.成像系統(tǒng)的硬件構(gòu)造〉將參考圖I來概要地描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)的硬件構(gòu)造。成像系統(tǒng)10包括透鏡裝置100和成像裝置200。在圖I中，在忽略了其它硬件元素的闡述的同時(shí)，概要地闡明了描述本實(shí)施例的成像系統(tǒng)10所需要的硬件構(gòu)造。[I. I 透鏡裝置]將描述透鏡裝置100的硬件構(gòu)造。透鏡裝置100包括其中包含了諸如多個(gè)透鏡和光圈(diaphragm)之類的光學(xué)系統(tǒng)的底架105。底架105是圓柱形部件，并且對焦環(huán)110和光圈環(huán)115安裝在底架105的外周上。對焦環(huán)110通過攝影師的操控而旋轉(zhuǎn)，從而使成像系統(tǒng)10對焦。光圈環(huán)115通過攝影師的操控而旋轉(zhuǎn)，從而設(shè)定光圈值。底架105的內(nèi)置透鏡微計(jì)算機(jī)(微處理器)120(與圖2中的透鏡控制器相對應(yīng))自動控制透鏡裝置100的整個(gè)操作。內(nèi)置透鏡微計(jì)算機(jī)120被連接到對焦編碼器125和光圈編碼器130。對焦編碼器125監(jiān)控對焦環(huán)110的旋轉(zhuǎn)，并且將監(jiān)控結(jié)果輸出到內(nèi)置透鏡微計(jì)算機(jī)120。光圈編碼器130監(jiān)控光圈環(huán)115的旋轉(zhuǎn)，并且將監(jiān)控結(jié)果輸出到內(nèi)置透鏡微計(jì)算機(jī)120。內(nèi)置透鏡微計(jì)算機(jī)120通過透鏡裝置100金額成像裝置200的通信觸點(diǎn)A連接到包含在成像裝置200中的內(nèi)置相機(jī)微計(jì)算機(jī)205。因此，透鏡裝置100和成像裝置200能夠彼此發(fā)送并接收信息。
[I. 2.成像裝置]下面將描述成像裝置200的硬件構(gòu)造。成像裝置200包括內(nèi)置相機(jī)微計(jì)算機(jī)205、成像元件230、法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250。內(nèi)置相機(jī)微計(jì)算機(jī)205被連接到電源295，并且被供給了來自電源295的電力。內(nèi)置相機(jī)微計(jì)算機(jī)205自動控制成像裝置200的整個(gè)操作。成像元件230包括用于拍攝圖像的多個(gè)光接收元件。成像元件230由CMOS (補(bǔ)償型金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器或CCD(電荷耦合設(shè)備)等構(gòu)成。內(nèi)置相機(jī)微計(jì)算機(jī)205控制法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250。法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250具有當(dāng)法蘭表面到焦點(diǎn)之間的距離隨球面像差變化發(fā)生變化時(shí)來調(diào)節(jié)成像元件230在光軸方向上的位置的功能。因此，焦點(diǎn)位置的偏離能夠被校正以拍攝清晰的主題圖像。例如，當(dāng)將成像元件230調(diào)節(jié)為使得當(dāng)光圈打開時(shí)其向后移動時(shí)，則能夠校正焦點(diǎn)位置的偏離來拍攝清晰的主題圖像。對于電影相機(jī)而言，必須以10_6(幾微米)的量級高精度地調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置的偏離。法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250包括法蘭焦距調(diào)節(jié)馬達(dá)215、齒輪220a和220b以及螺桿225。當(dāng)內(nèi)置相機(jī)微計(jì)算機(jī)205向法蘭焦距調(diào)節(jié)馬達(dá)215發(fā)送控制信號時(shí)，法蘭焦距調(diào)節(jié)馬達(dá)215驅(qū)動齒輪220a和220b旋轉(zhuǎn)。齒輪220a和220b的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成螺桿225的平移運(yùn)動，從而使成像元件230在光軸方向上移動期望的距離。因此，調(diào)節(jié)法蘭焦距來校正焦點(diǎn)位置的偏離?！? 成像系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造圖〉將參考圖2來描述根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的透鏡裝置100和成像裝置200的內(nèi)部構(gòu)造。[2. I.透鏡裝置]將描述透鏡裝置100的內(nèi)部構(gòu)造。如圖2左側(cè)所示，透鏡裝置100包括光學(xué)系統(tǒng)L、透鏡控制器120、對焦編碼器125、光圈編碼器130、透鏡馬達(dá)133、光圈馬達(dá)140、透鏡存儲器145、通信單兀150、濾光器檢測器155和溫度測量單兀160。光學(xué)系統(tǒng)L包括透鏡組110a、光圈115a和濾光器135,并且配置在光軸0上。透鏡組IlOa可在光軸方向上移動。盡管透鏡組IlOa在圖2中僅被示為一個(gè)透鏡，但是透鏡組IlOa包括諸如聚焦透鏡和變焦透鏡之類的多個(gè)透鏡。光圈115a隨光圈值變窄。例如，濾光器135是石英低通濾光器或玻璃ND濾光器，并且濾光器135以可更換的方式安裝。透鏡控制器120是充當(dāng)控制設(shè)備的微處理器，并且透鏡控制器120控制著透鏡裝置100的整個(gè)操作。例如，透鏡控制器120將驅(qū)動信號輸出到透鏡馬達(dá)133以使透鏡組IlOa前后移動。因此，控制器120可以通過延伸透鏡來控制透鏡的變焦等。透鏡控制器120將驅(qū)動信號輸出到光圈馬達(dá)140以在拍攝過程中根據(jù)主題光照來控制光圈115a。如上所述，對焦編碼器125和光圈編碼器130監(jiān)控透鏡組IlOa和光圈115a的狀態(tài)，并且將監(jiān)控結(jié)果輸出到透鏡控制器120。濾光器檢測器155檢測安裝在光學(xué)系統(tǒng)L上的濾光器。溫度測量單元160基于貼附到光學(xué)系統(tǒng)L的溫度傳感器160a的檢測值來測量光學(xué)系統(tǒng)L處的溫度。只要溫度傳感器160a能夠測量透鏡裝置100處的溫度，則溫度傳感器160a可以貼附到任何位置。透鏡裝置上的各種信息被存儲在透鏡存儲器145中。存儲在透鏡存儲器145中的信息的示例包括F值(T值)、濾光器信息、透鏡中的商品信息、溫度信息、各種校正數(shù)值和球面像差信息。這些數(shù)值隨透鏡組的移動、光圈控制、濾光器更換、溫度改變和透鏡中的構(gòu)件更換等被更新到所需的最新信息。透鏡控制器120通過位于后述成像裝置200 —側(cè)上的通信單元210使透鏡裝置 100 —側(cè)上的通信單元150與成像裝置200中的相機(jī)控制器205進(jìn)行通信。例如，透鏡控制器120通過通信單元150和通信單元210將存儲在透鏡存儲器145中的各種透鏡側(cè)信息發(fā)送到相機(jī)控制器205。[2. 2.成像裝置]將描述成像裝置200的內(nèi)部構(gòu)造。如圖2右側(cè)所示，成像裝置200包括相機(jī)控制器205、通信單元210、成像元件230、脈沖生成器235、信號處理器240、圖像顯示器245、法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250、法蘭焦距調(diào)節(jié)馬達(dá)215、圖像存儲器255、開關(guān)單元260、顯示設(shè)備265、相機(jī)存儲器275、位置檢測器280、溫度測量單元285、貼附/拆卸檢測器290和電源295。當(dāng)成像系統(tǒng)10處于非拍攝狀態(tài)時(shí)，透過透鏡裝置100的透鏡組IlOa和光圈115a的光通量朝向成像元件230傳播。在曝光期間，成像元件230的各個(gè)像素根據(jù)光量對透鏡裝置100所形成的主題光學(xué)圖像執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，并且積累所得到的電荷。所積累的電荷被輸送到信號處理器240。信號處理器240生成圖像數(shù)據(jù)，并且通過圖像顯示器245在顯示設(shè)備265上顯示該圖像數(shù)據(jù)。因此，攝影師能夠通過顯示設(shè)備265觀測到主題圖像。當(dāng)非拍攝狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕臄z狀態(tài)時(shí)，脈沖生成器235將掃描時(shí)鐘(水平驅(qū)動脈沖)和預(yù)定的控制脈沖供給成像元件230。脈沖生成器235也將時(shí)鐘信號輸出到信號處理器240。信號處理器240通過對從成像元件230讀取的信號執(zhí)行雙重相關(guān)采樣處理(OTS)、增益(AG)處理和預(yù)定的處理(諸如色彩處理和Y校正)來生成圖像數(shù)據(jù)。所生成的圖像數(shù)據(jù)在顯示設(shè)備265上被顯示為拍攝圖像的同時(shí)，被記錄在圖像存儲器255中。開關(guān)單元260包括控制電源295打開/關(guān)閉的開關(guān)、被操控來設(shè)定拍攝條件等的開關(guān)和被操控來使拍攝預(yù)備操作和拍攝操作開始的開關(guān)。通信單元210接收來自透鏡裝置100的透鏡側(cè)信息。透鏡側(cè)信息可包括F值、T值和內(nèi)置透鏡濾光器信息和球面像差信息的至少一者。透鏡側(cè)信息可包括由透鏡組IlOa的延伸所引起的球面像差變化信息(球面像差信息)。透鏡側(cè)信息可包括由貼附到透鏡裝置100的溫度傳感器160a所檢測到的溫度信息、各種校正數(shù)值和透鏡中的構(gòu)件信息。相機(jī)控制器205是充當(dāng)運(yùn)算處理單元和控制設(shè)備的微處理器，并且相機(jī)控制器205根據(jù)各種程序控制著成像裝置的整個(gè)操作。例如，如上所述，相機(jī)控制器205控制著法蘭焦距調(diào)節(jié)。也就是說，相機(jī)控制器205將驅(qū)動信號輸出到法蘭焦距調(diào)節(jié)馬達(dá)215以操作法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250。
通過使用透鏡側(cè)信息，法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250相對于球面像差變化來控制成像元件230的位置。法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250包括在基準(zhǔn)溫度下確定從法蘭表面到成像表面的空氣轉(zhuǎn)換光路長度中的絕對位置的機(jī)構(gòu)，和能夠測量相對位置以便確定距基準(zhǔn)面的移動距離的機(jī)構(gòu)。因此，成像元件230能夠前后移動與球面像差變化值相對應(yīng)的距離，并且能夠校正焦點(diǎn)位置的偏離。法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250是能夠相對于球面像差變化通過使用透鏡側(cè)信息來自動地校正成像元件230的位置的自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的示例。由成像裝置200的各個(gè)單元所檢測到的檢測值和由成像裝置200的各個(gè)單元所測量到的測量值均被存儲在相機(jī)存儲器275中。存儲在相機(jī)存儲器275中的信息的示例包括濾光器信息、商品信息、位置信息、溫度信息和球面像差信息。從透鏡側(cè)接收的F值等信息可被存儲在相機(jī)存儲器275中。這些數(shù)值隨從透鏡側(cè)接收信息的定時(shí)、成像裝置200中的溫度改變和構(gòu)件更換等被更新到所需的最新信息。位置檢測器280檢測成像元件的位置。溫度測量單元285基于貼附到成像裝置200內(nèi)側(cè)的溫度傳感器285a的檢測值來測量成像裝置200中的溫度。只要溫度傳感器285a能 夠測量成像裝置200處的溫度，則溫度傳感器285a可以貼附到任何位置。貼附/拆卸檢測器290檢測透鏡裝置100的貼附/拆卸，并且將檢測結(jié)果通知給相機(jī)控制器205?！? 對球面像差變化的自動校正〉將描述相對于球面像差變化通過使用透鏡側(cè)信息來自動校正成像元件230的位置的法蘭焦距調(diào)節(jié)。[3. I.對透鏡側(cè)球面像差變化的法蘭焦距調(diào)節(jié)]如圖3上側(cè)所示,近軸光線(paraxial ray)通過透鏡匯聚到光軸上的一點(diǎn)是理想的。因?yàn)榻S光線中的原始光線的厚度很小，所以很難使球面像差在近軸光線中產(chǎn)生傾斜。在膠片相機(jī)中，在透鏡裝置100與成像裝置200之間的接觸部分A中并未夾置物質(zhì)，即空氣。因此，在將被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)的透鏡裝置100安裝在膠片相機(jī)上的情況下，在透鏡裝置100與成像裝置200之間的接觸部分A中并未插入物質(zhì)。如圖3下側(cè)所示，球面像差保持直線，并且使成像系統(tǒng)10對焦。在該點(diǎn)處，球面像差沒有發(fā)生變化，并且沒有必要使法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250進(jìn)行校正。但是，在將被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)的透鏡裝置100安裝在數(shù)字相機(jī)上的情況下，在透鏡裝置100與成像裝置200之間的接觸部分A中插有玻璃。因此，如圖3下側(cè)所示，球面像差向后傾斜。因?yàn)榍蛎嫦癫顣S光線厚度的增加進(jìn)一步向后傾斜，所以可以通過降低光線的厚度來校正球面像差。在該點(diǎn)處，必須使法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250來校正成像元件230的位置。經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)打開光圈時(shí)，在相對于圖3下側(cè)的F值光線具有70%寬度(高度)的光線(70%寬度光線)匯聚在焦點(diǎn)附近以使成像系統(tǒng)對焦的同時(shí)，拍攝了最清晰的主題圖像。當(dāng)光圈變窄時(shí)，所變窄光量的約70%提供了對焦的指示。因此，必須使法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250前后移動成像元件230以使成像系統(tǒng)10對焦，使得相對于球面像差變化獲得F值光線的70%寬度光線。在法蘭焦距調(diào)節(jié)之前，相機(jī)控制器205通過通信單元210和通信單元150接收存儲在透鏡存儲器145中的F值和T值。法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250通過使用所接收到的透鏡側(cè)信息來自動地校正成像元件230的位置。
通過使用透鏡側(cè)信息，相機(jī)控制器205根據(jù)球面像差變化來計(jì)算成像元件230的移動距離。計(jì)算所需的各種常數(shù)和用于計(jì)算像差變化的程序均被存儲在相機(jī)存儲器275中。相機(jī)控制器205執(zhí)行各種數(shù)據(jù)和程序以通過使用透鏡側(cè)信息來計(jì)算成像元件230的移
動距離。將詳細(xì)描述通過相機(jī)控制器205的移 動距離的計(jì)算。在用于膠片相機(jī)的透鏡的情況下，當(dāng)對由透鏡裝置100的球面像差的傾斜所引起的像面運(yùn)動(field movement)進(jìn)行校正時(shí)，在成像裝置200 —側(cè)，法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250由與F值相對應(yīng)的像面移動距離引動，從而對焦點(diǎn)位置進(jìn)行校正。因此，F(xiàn)值或T是應(yīng)該被獲取來作為來自透鏡側(cè)的透鏡側(cè)信息的最小信息。另一方面，在用于數(shù)字相機(jī)的透鏡的情況下，通過由數(shù)字相機(jī)上的玻璃與假定位于透鏡側(cè)上的玻璃之間的厚度差所引起的對焦偏離量進(jìn)行校正。因此，濾光器種類信息，其包括假定位于透鏡側(cè)上的玻璃厚度信息，是必須被獲取來作為來自透鏡側(cè)的透鏡側(cè)信息的最小信息。(成像元件的移動距離的計(jì)算)經(jīng)討論，使用了被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)的電影透鏡(不考慮后置玻璃)。AD是成像元件230的移動量，以校正其中最好像面的位置隨球面像差變化運(yùn)動的現(xiàn)象(見圖3)。將參考圖3來描述用于計(jì)算成像元件230的移動距離AD的方法。在電影透鏡中，透鏡的亮度經(jīng)常通過T值來表示。T值與F值之間的關(guān)系表示如下。T值=F值/透過率經(jīng)討論，攝影師將透鏡設(shè)定為任意的T值。反正弦用SIN'l表示，反正切用TAN'l表示。假定Tn為透鏡的T值，F(xiàn)n為透鏡的F值，Tk(單位是％)為透鏡的透過率，t為所包含玻璃(圖3中的平板玻璃)的厚度，并且N為所包含玻璃的折射率。像面移動距離AD(mm)可通過下列計(jì)算來獲得。Tn = F + TkX100，并且因此 F = TnX Tk+100因?yàn)镕值通過((透鏡的焦距)+ (光線寬度))來計(jì)算，所以光線入射角可以表示為F值的函數(shù)。假定透鏡的球面像差被充分校正，則像面中由光通量寬度的約70%位置處的光通量所界定的分辨率是最好的。當(dāng)70%寬度的光線入射到平板玻璃時(shí)，由光軸所形成的角度DEGa通過下列等式來計(jì)算。DEGa = TAN~1(1+FX0. 7 + 2)光線在此處透過平板玻璃傳播的角度DEGb通過使用該平板玻璃的折射率通過下列等式來計(jì)算。DEGb = SIN~ I (I+NX SIN(DEGa))由從平板玻璃射出的光軸所形成的角度恢復(fù)到原始角度DEGa。假定Ah是其中在入射到平板玻璃時(shí)發(fā)生折射并且透過該平板玻璃后表面的光線與其中入射到平板玻璃的光線的延長線透過該平板玻璃后表面的光線之間的高度差，Ah通過下列等式來計(jì)算。Ah= (TAN (DEGa) -TAN (DEGb)) X t因此，如下獲得成像元件230的移動距離AD。
AD= A h + TAN (DEGa) - (t_t + N)如上所述，相機(jī)控制器205計(jì)算對70%寬度光線中球面像差量的成像元件230的移動距離AD。在用于膠片相機(jī)的透鏡中，驅(qū)動法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250使成像元件230移動了移動距離AD，這使得能夠根據(jù)球面像差變化量來校正像面位置。在用于數(shù)字相機(jī)的透鏡中，將假定位于透鏡側(cè)上的濾光器的差值信息輸入到上面的等式中，以計(jì)算球面像差的變化量，使得通過差值來進(jìn)行校正。在沒有從透鏡側(cè)獲得濾光器信息的情況下，用于數(shù)字相機(jī)的透鏡被視作用于膠片相機(jī)的透鏡以將該透鏡厚度設(shè)定為0，并且可以計(jì)算移動距離AD。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的成像裝置200，可以通過從透鏡側(cè)獲取透鏡側(cè)信息而在相機(jī)側(cè)上實(shí)施法蘭焦距對透鏡側(cè)球面像差變化的自動調(diào)節(jié)。在用于膠片相機(jī)的透鏡中，盡管過去將拍攝距離信息和F值存儲在透鏡側(cè)上的存儲器中，但是不能在相機(jī)側(cè)上通過使用在透鏡側(cè)上所獲取的信息來調(diào)節(jié)法蘭焦距。在本實(shí)施例中，利用設(shè)置在相機(jī)側(cè)上的法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250來調(diào)節(jié)法蘭焦距，并且本實(shí)施例的調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)之一在于，甚至可以通過使用被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)的透鏡來 拍攝清晰的主題圖像。也就是說，根據(jù)本實(shí)施例的成像裝置200，即使使用了被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)的透鏡裝置100，也可以基于被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)的透鏡數(shù)值來在成像裝置200—側(cè)上調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置。因此，可以在沒有對通過檢查透鏡是否是被設(shè)計(jì)為用于膠片相機(jī)的透鏡或被設(shè)計(jì)為用于數(shù)字相機(jī)的透鏡來進(jìn)行手動調(diào)節(jié)感覺到厭煩的情況下，立刻為攝影師設(shè)置良好的拍攝環(huán)境。例如，在使用了用于膠片相機(jī)的透鏡的情況下，其中該膠片相機(jī)在該相機(jī)中未插入玻璃的情況下被設(shè)計(jì)，該相機(jī)中的法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250使成像元件230移動了偏離量，其中最好的像面因相機(jī)中的濾光器所生成的球面像差發(fā)生了移動。因此，可以根據(jù)聚焦平面獲取最佳圖像。在使用了用于數(shù)字相機(jī)的透鏡的情況下，法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250使成像元件230移動了由假定在設(shè)計(jì)過程中位于透鏡側(cè)上的插入玻璃與實(shí)際所使用的相機(jī)中的玻璃之間的厚度差所生成的球面像差變化量。因此，可以根據(jù)聚焦平面獲得最佳圖像。在使像面位置校正了玻璃厚度差的情況下，在成像系統(tǒng)10中，可以在不考慮球面像差校正的情況下只通過校正光路長度來進(jìn)行合適的校正，這能夠使得校正量降低。[3. 2.對由透鏡組延伸所引起的球面像差變化的法蘭焦距調(diào)節(jié)]在不僅考慮了 [I]上述透鏡側(cè)球面像差變化，而且還考慮了 [2]由透鏡組延伸所引起的球面像差變化的情況下將對相機(jī)側(cè)上的法蘭焦距調(diào)節(jié)進(jìn)行描述。在短距離拍攝期間，球面像差量也隨透鏡組IlOa的延伸發(fā)生變化?？傮w而言，當(dāng)拍攝距離對透鏡的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)發(fā)生改變時(shí)，球面像差量隨之變化。因此，可以通過位于相機(jī)側(cè)上的法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250對由透鏡組延伸所引起的球面像差變化進(jìn)行校正。相機(jī)控制器205對由透鏡組延伸所引起的球面像差變化通過使用球面像差變化信息(球面像差信息)來校正成像元件230的位置。因此，必須使相機(jī)控制器205從透鏡裝置100中獲取球面像差信息。因?yàn)樯厦鎸τ糜谟?jì)算成像元件230的移動距離AD的方法進(jìn)行了描述，所起忽略了其描述。假定ADl是根據(jù)[I]透鏡側(cè)球面像差變化的成像元件230的移動距離，并且AD2是根據(jù)[2]由透鏡組IlOa的延伸所引起的球面像差變化的成像元件230的移動距離，則成像元件230的最終移動距離AD為ADl+AD2。在利用透鏡組IlOa中的變焦透鏡執(zhí)行變焦的情況下，球面像差也會發(fā)生變化。在此情況下，從透鏡裝置100 —側(cè)獲得由變焦所引起的球面像差信息，并且通過使用該球面像差信息來計(jì)算成像元件230的移動距離，并且可以調(diào)節(jié)法蘭焦距。在透鏡裝置100具有適度性能的情況下，有時(shí)，球面像差通過相機(jī)側(cè)法蘭焦距調(diào)節(jié)會變得惡化。在這樣的情況下，可以利用相機(jī)側(cè)法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250來自動地調(diào)節(jié)成像元件230的位置。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的成像裝置200，通過獲取由來自透鏡側(cè)的延 伸所引起的球面像差信息，可以基于由透鏡組延伸所引起的球面像差變化來實(shí)施法蘭焦距的自動調(diào)節(jié)。因此，可以獲得最佳圖像。尤其，在通過卷尺等來側(cè)量拍攝距離使電影相機(jī)對焦的情況下，在手動對焦之后實(shí)施本實(shí)施例的法蘭焦距調(diào)節(jié)，這能夠高精度地調(diào)節(jié)對焦。[3. 3.對由裝置中的構(gòu)件所引起的球面像差變化的法蘭焦距調(diào)節(jié)]在不僅考慮了 [I]透鏡側(cè)球面像差變化和[2]由透鏡組延伸所引起的球面像差變化，而且還考慮了 [3]由組裝在裝置中的構(gòu)件更換所引起的球面像差變化的情況下將對相機(jī)側(cè)上的法蘭焦距調(diào)節(jié)進(jìn)行描述。球面像差也會隨例如，組裝在裝置中的構(gòu)件更換發(fā)生變化。可以利用相機(jī)側(cè)法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250來校正由構(gòu)件更換等所引起的球面像差變化。成像裝置200 —側(cè)上的構(gòu)件信息被存儲在相機(jī)存儲器275中。在組裝過程中可以將包含在成像裝置200中的構(gòu)件信息存儲在相機(jī)存儲器275中。在濾光器檢測器155檢測到構(gòu)件之一發(fā)生更換的情況下，可以將更換后構(gòu)件的構(gòu)件信息存儲在相機(jī)存儲器275中。構(gòu)件信息可包括組裝在相機(jī)中的幾種濾光器的厚度信息、諸如與構(gòu)件有關(guān)的折射率之類的物理性能信息和能夠確定相機(jī)中使用了哪種濾光器的信息。相機(jī)控制器205可根據(jù)成像裝置200的開始使用、包含在成像裝置200中的構(gòu)件的更換和成像裝置200的設(shè)定模式的切換來進(jìn)行校正。設(shè)定模式的切換的示例包括切換分辨率的設(shè)定的情況，在切換的同時(shí)在相機(jī)中使用了諸如具有幾個(gè)階段密度的ND濾光器之類的厚度發(fā)生變化的構(gòu)件的情況，以及切換低通濾光器的情況?？梢曰谟衫纾M裝在透鏡裝置100中的構(gòu)件更換所引起的球面像差變化來在相機(jī)側(cè)上進(jìn)行法蘭焦距調(diào)節(jié)。在此情況下，透鏡裝置100—側(cè)上構(gòu)件的透鏡側(cè)信息被存儲為透鏡存儲器145中的構(gòu)件信息。例如，可以將在組裝過程中包含在透鏡裝置100中的構(gòu)件信息存儲為透鏡存儲器145中的構(gòu)件信息之一。在ND濾光器135被更換的情況下，濾光器檢測器155可以將更換后的濾光器的種類信息存儲在透鏡存儲器145中，作為構(gòu)件信息之一。相機(jī)控制器205可以接收透鏡側(cè)信息，以根據(jù)透鏡裝置100的更換、包含在透鏡裝置100中的構(gòu)件的更換、和透鏡裝置100的設(shè)定模式的切換進(jìn)行校正。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的成像裝置200，可以基于由例如，組裝在裝置中的構(gòu)件更換所引起的球面像差變化來在相機(jī)側(cè)上進(jìn)行法蘭焦距調(diào)節(jié)。因此，在由濾光器厚度或折射率之差所產(chǎn)生的像面移動過程中，即使具有不同厚度的構(gòu)件發(fā)生了切換，也可以消除焦點(diǎn)位置的改變。例如，圖3下側(cè)示出了通過插入平板玻璃而移動的近軸像面。根據(jù)本實(shí)施例的成像裝置200，可以消除近軸像面的焦點(diǎn)位置的改變。即使在切換的同時(shí)使用了具有不同厚度的構(gòu)件，也可以在切換相機(jī)構(gòu)件的同時(shí)獲得最佳圖像。因此，可以提高設(shè)計(jì)相機(jī)過程中的自由度?？梢栽诳紤]由基于組裝在相機(jī)側(cè)或透鏡側(cè)上的構(gòu)件信息的理想球面像差與實(shí)際構(gòu)件的形成變化之間的差值所引起的球面像差變化的情況下來調(diào)節(jié)法蘭焦距。因此，可以設(shè)定相機(jī)構(gòu)件的形成精度使其稍微低于那些現(xiàn)有構(gòu)件的形成精度，并且能夠降低生產(chǎn)成本。因?yàn)橹T如視頻照相機(jī)之類的高性能相機(jī)具有很高的調(diào)節(jié)精度(幾微米的數(shù)量級)，所以本實(shí)施例的成像裝置200尤其有用。[3. 4.對由溫度改變所引起的球面像差變化的法蘭焦距調(diào)節(jié)]在除了考慮上述[I]透鏡側(cè)球面像差變化、[2]由透鏡組延伸所引起的球面像差變化、[3]由例如組裝在裝置中的構(gòu)件更換所引起的球面像差變化之外，還在考慮[4]由裝置中的溫度改變所引起的球面像差變化的情況下將對相機(jī)側(cè)上的法蘭焦距調(diào)節(jié)進(jìn)行描述。有時(shí)，透鏡裝置100和成像裝置200處的溫度會發(fā)生約30°C的變化。因溫度改變而發(fā)生的各個(gè)構(gòu)件的熱膨脹和熱收縮會使焦點(diǎn)位置略微發(fā)生改變?？梢岳孟鄼C(jī)側(cè)法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250來校正由溫度改變所引起的球面像差變化。在根據(jù)透鏡裝置100 —側(cè)上的溫度改變來調(diào)節(jié)法蘭焦距的情況下，必須接收來自 透鏡裝置100 —側(cè)的溫度信息。透鏡側(cè)溫度信息由貼附到透鏡裝置100的溫度傳感器160a檢測，由溫度測量單元160測量，并且被存儲在透鏡存儲器145中。透鏡側(cè)通信單元150發(fā)送溫度信息，并且通信單元210接收溫度信息。能夠?qū)囟茸兓D(zhuǎn)換成球面像差變化的轉(zhuǎn)換表格被事先存儲在相機(jī)存儲器275中。通過使用該轉(zhuǎn)換表格，相機(jī)控制器205根據(jù)溫度改變計(jì)算成像元件230的移動距離。法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250根據(jù)所計(jì)算的移動距離使成像元件230發(fā)生移動。在根據(jù)成像裝置200 —側(cè)上的溫度改變來調(diào)節(jié)法蘭焦距的情況下，相機(jī)側(cè)溫度信息由貼附到成像裝置200的溫度傳感器285a檢測，由溫度測量單元285測量，并且被存儲在相機(jī)存儲器275中。相機(jī)控制器205使用存儲在相機(jī)存儲器275中的溫度信息。通過使用轉(zhuǎn)換表格，相機(jī)控制器205根據(jù)由溫度測量單元285所測量的溫度改變來計(jì)算成像元件230的移動距離。法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250根據(jù)所計(jì)算的移動距離使成像元件230發(fā)生移動。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的成像裝置200，相對于由溫度所引起的球面像差變化，基于透鏡側(cè)溫度信息和相機(jī)側(cè)溫度信息來校正成像元件230的位置。因此，可以調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置。因此，即使在拍攝過程中環(huán)境發(fā)生了很大的改變，也可以使透鏡的距離標(biāo)尺與實(shí)際拍攝距離精確配對，并且可以基于該距離標(biāo)尺來調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置。近來，為了很好地抑制由溫度改變所引起的球面像差變化，具有小熱膨脹系數(shù)的材料被用作相機(jī)構(gòu)件。上述具有小熱膨脹系數(shù)的材料非常昂貴，并且總體來說，成了增加成像裝置200成本的因素。另一方面，根據(jù)本實(shí)施例的成像裝置200，可根據(jù)溫度變化而造成的球面像差的變化來校正成像元件230的位置。因此，降低了對具有小熱膨脹系數(shù)的材料的使用需求，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件成本的降低，并且能夠減少生成成本?？梢詫ν哥R裝置100的溫度改變或成像裝置200的溫度改變的兩者或一者進(jìn)行校正。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍及其等同范圍的前提下，取決于設(shè)計(jì)要求及其他因素，可以進(jìn)行各種改變、組合、子組合以及替換。例如，本發(fā)明的自動校正機(jī)構(gòu)不但包括對球面像差變化調(diào)節(jié)法蘭焦距的機(jī)構(gòu)，而且還包括調(diào)節(jié)反焦距(back-focus distance)的機(jī)構(gòu)。法蘭焦距是指從法蘭表面(成像裝置200與透鏡裝置100之間的接觸表面)到焦點(diǎn)之間的距離，并且反焦距是指從透鏡組中的最后一個(gè)透鏡到焦點(diǎn)之間的距離。即使使用了反焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其與法蘭焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)250類似，也可以通過使用透鏡側(cè)信息來自動調(diào)節(jié)相對于球面像差變化的成像元件230的位置。在本實(shí)施例中，鑒于下面因素在相機(jī)側(cè)上對法蘭焦距進(jìn)行了調(diào)節(jié)。[I]透鏡側(cè)球面像差變化[2]由透鏡組延伸所引起的球面像差變化[3]由組裝在裝置中的構(gòu)件更換所引起的球面像差變化[4]由裝置中的溫度改變所弓I起的球面像差變化即使在對變化[I]、[2]、[3]和[4]單獨(dú)執(zhí)行調(diào)節(jié)的情況下和即使在變化[I]、[2]、和[4]的任何組合執(zhí)行調(diào)節(jié)的情況下，本發(fā)明的成像系統(tǒng)也會保持對變化[I]至[4]的 調(diào)節(jié)。另外，本技術(shù)也可以如下構(gòu)造。(I)一種成像裝置，所述成像裝置包括成像元件；通信單元，所述通信單元接收來自透鏡裝置的透鏡側(cè)信息；自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述成像元件的位置；以及相機(jī)控制器，所述相機(jī)控制器基于所述透鏡側(cè)信息來控制所述成像元件的位置，其中所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)球面像差變化來調(diào)節(jié)。(2)根據(jù)(I)的成像裝置，其中所述通信單元接收F值、T值、濾光器種類信息和球面像差信息的至少一者，作為所述透鏡側(cè)信息。(3)根據(jù)⑴或⑵的成像裝置，其中所述通信單元接收由包含在所述透鏡裝置中的透鏡的延伸所引起的球面像差信息，并且所述相機(jī)控制器基于所述球面像差信息相對于由所述透鏡的所述延伸所引起的球面像差變化來控制所述成像元件的位置，所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。(4)根據(jù)⑴至(3)任一項(xiàng)的成像裝置，還包括存儲器，在所述存儲器中存儲了被組裝在所述成像裝置中的構(gòu)件的信息，其中所述相機(jī)控制器基于所述構(gòu)件信息相對于由所述構(gòu)件的調(diào)節(jié)所引起的球面像差變化來控制所述成像元件的位置，所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。(5)根據(jù)權(quán)利要求⑷所述的成像裝置，其中所述相機(jī)控制器使所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在更換組裝在所述成像裝置中的所述構(gòu)件或切換所述成像裝置的設(shè)定模式的過程中調(diào)節(jié)所述成像元件的位置。(6)
根據(jù)⑴至(5)任一項(xiàng)的成像裝置，其中所述通信單元接收由貼附到所述透鏡裝置的溫度傳感器所檢測到的溫度信息，并且所述相機(jī)控制器基于所述溫度信息相對于由所述溫度所引起的球面像差變化來控制所述成像元件的位置，所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。(7)根據(jù)權(quán)利要求(I)至(6)任一項(xiàng)所述的成像裝置，其中所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括相對于所述球面像差變化來自動調(diào)節(jié)法蘭焦距和反焦距的一者的機(jī)構(gòu)。(8) —種成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括透鏡裝置，所述透鏡裝置包括透鏡組；以及成像裝置，所述成像裝置可拆卸地貼附到所述透鏡裝置，其中所述透鏡裝置包括發(fā)送透鏡側(cè)信息的通信單元，并且所述成像裝置包括成像元件；通信單元，所述通信單元接收來自透鏡裝置的透鏡側(cè)信息；自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述成像元件的位置；以及相機(jī)控制器，所述相機(jī)控制器基于所述透鏡側(cè)信息來控制所述成像元件的位置，其中所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)球面像差變化來調(diào)節(jié)。本發(fā)明包含于2011年4月8日向日本特許廳遞交的日本在先專利申請JP2011-086281涉及的主題，在此通過弓I用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
權(quán)利要求
1.一種成像裝置，所述成像裝置包括 成像元件； 通信單元，所述通信單元接收來自透鏡裝置的透鏡側(cè)信息； 自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述成像元件的位置；以及相機(jī)控制器，所述相機(jī)控制器基于所述透鏡側(cè)信息來控制所述成像元件的位置，其中所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)球面像差變化來調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成像裝置， 其中所述通信單元接收F值、T值、濾光器種類信息和球面像差信息的至少一者，作為所述透鏡側(cè)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成像裝置， 其中所述通信單元接收由包含在所述透鏡裝置中的透鏡的延伸所引起的球面像差信息，并且 所述相機(jī)控制器針對由所述透鏡的所述延伸所引起的球面像差變化基于所述球面像差信息來控制所述成像元件的位置，所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成像裝置，還包括 存儲器，在所述存儲器中存儲了被組裝在所述成像裝置中的構(gòu)件的信息， 其中所述相機(jī)控制器針對由所述構(gòu)件的調(diào)節(jié)所引起的球面像差變化基于所述構(gòu)件信息來控制所述成像元件的位置，所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像裝置， 其中所述相機(jī)控制器使所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在更換組裝在所述成像裝置中的所述構(gòu)件或切換所述成像裝置的設(shè)定模式的過程中調(diào)節(jié)所述成像元件的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成像裝置， 其中所述通信單元接收由貼附到所述透鏡裝置的溫度傳感器所檢測到的溫度信息，并且 所述相機(jī)控制器針對由所述溫度所引起的球面像差變化基于所述溫度信息來控制所述成像元件的位置，所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成像裝置， 其中所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括相對于所述球面像差變化來自動調(diào)節(jié)法蘭焦距和反焦距的一者的機(jī)構(gòu)。
8.一種成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括 透鏡裝置，所述透鏡裝置包括透鏡組；以及 成像裝置，所述成像裝置可拆卸地貼附到所述透鏡裝置， 其中所述透鏡裝置包括發(fā)送透鏡側(cè)信息的通信單元，并且 所述成像裝置包括 成像元件； 通信單元，所述通信單元接收來自透鏡裝置的透鏡側(cè)信息； 自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述成像元件的位置；以及相機(jī)控制器，所述相機(jī)控制器基于所述透鏡側(cè)信息來控制所述成像元件的位置，其中所述成像元件的位置通過所述自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)球面像差變化來調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及成像裝置和成像系統(tǒng)，該成像裝置包括成像元件；通信單元，其接收來自透鏡裝置的透鏡側(cè)信息；自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其調(diào)節(jié)該成像元件的位置；以及相機(jī)控制器，其基于該透鏡側(cè)信息來控制該成像元件的位置，其中該成像元件的位置通過該自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)球面像差變化來調(diào)節(jié)。
文檔編號G03B17/14GK102739960SQ20121010143
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者菊地雅仁 申請人:索尼公司