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技術 撮像装置および焦点位置調整方法

出願人 三菱電機エンジニアリング株式会社
発明者 菅野哲生
出願日 2012年10月4日 (7年1ヶ月経過) 出願番号 2012-222182
公開日 2014年4月24日 (5年6ヶ月経過) 公開番号 2014-073234
状態 特許登録済
技術分野 内視鏡 内視鏡 孔内観察装置 カメラ本体及び細部(構成部品等) カメラ構造、機構 スタジオ装置
主要キーワード 可視領域光 傾き調整ネジ 赤外領域光 調整バネ 一連処理 外部レンズ 電動機構 撮像装置筐体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年4月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整でき、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法を得る。

解決手段

外部レンズ(1)の位置を第1の光軸(16)方向に移動させることにより、第1の光軸上の焦点位置と、第1の撮像素子(6)の位置とを一致させ、外部レンズの位置を特定し、さらに、特定した外部レンズの位置において、第2の撮像素子(7)を第2の光軸(17)方向に移動させることにより、第2の光軸上の焦点位置と、第2の撮像素子の位置とを一致させ、第2の撮像素子の位置を特定する。

概要

背景

撮像装置の1つとして、異なる波長帯域の光を撮像するために、各波長帯域に対応した複数の撮像素子を備える内視鏡装置がある(例えば、特許文献1参照)。このような撮像装置において、レンズ焦点位置を調整する場合には、撮像素子に対してレンズの位置を移動させるフランジバック調整を一般的に行っている。

概要

各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整でき、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法を得る。外部レンズ(1)の位置を第1の光軸(16)方向に移動させることにより、第1の光軸上の焦点位置と、第1の撮像素子(6)の位置とを一致させ、外部レンズの位置を特定し、さらに、特定した外部レンズの位置において、第2の撮像素子(7)を第2の光軸(17)方向に移動させることにより、第2の光軸上の焦点位置と、第2の撮像素子の位置とを一致させ、第2の撮像素子の位置を特定する。

目的

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整でき、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法を得ることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

異なる波長帯域に対して、第1の波長帯域に対応した第1の撮像素子、および第2の波長帯域に対応した第2の撮像素子と、外部レンズとを備える撮像装置であって、前記外部レンズの位置を前記第1の撮像素子が受光する第1の波長帯域光の第1の光軸方向に移動させることにより、前記第1の光軸上の焦点位置と、前記第1の撮像素子の位置とを一致させ、前記外部レンズの位置を特定する第1の移動機構と、前記第1の移動機構が特定した前記外部レンズの位置において、前記第2の撮像素子を、前記第2の撮像素子が受光する第2の波長帯域光の第2の光軸方向に移動させることにより、前記第2の光軸上の焦点位置と、前記第2の撮像素子の位置とを一致させ、前記第2の撮像素子の位置を特定する第2の移動機構とを備えることを特徴とする撮像装置。

請求項2

請求項1に記載の撮像装置において、前記第2の移動機構は、外部指令に基づき、前記第2の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた複数の測定点における各測定点に、前記第2の撮像素子を順次移動させる電動機構部から構成され、撮像素子が撮像する映像ソースとして、映像信号最大周波数成分を検出することのできる基準パターンが用いられ、前記第2の撮像素子が前記第2の波長帯域光を用いて撮像した前記映像ソースに基づき、前記第2の撮像素子が位置する前記各測定点におけるそれぞれの第2の映像信号を生成する映像生成部と、前記電動機構部に前記外部指令を出し、前記第2の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた前記各測定点に、前記第2の撮像素子を順次移動させ、前記映像生成部が前記各測定点において生成した前記第2の映像信号の最大周波数成分をそれぞれ算出し、前記各測定点に対応して算出したそれぞれの前記第2の映像信号の最大周波数成分の中で、最大値を取る測定点の位置に、前記電動機構部によって、前記第2の撮像素子を移動させる制御部とを備えることを特徴とする撮像装置。

請求項3

請求項2に記載の撮像装置において、前記電動機構部は、モータアクチュエータ、またはピエゾ素子を用いて構成されることを特徴とする撮像装置。

請求項4

請求項2または3に記載の撮像装置において、前記第2の光軸に対して、前記第2の撮像素子を前記第2の光軸方向に移動させる光軸調整ネジと、前記第2の光軸に対して、前記第2の撮像素子の傾きを変える傾き調整ネジと、前記第2の光軸に対して、前記第2の撮像素子を回転させる固定ネジとをさらに備えることを特徴とする撮像装置。

請求項5

請求項2ないし4のいずれか1項に記載の撮像装置において、前記外部指令に基づき、前記第1の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた複数の測定点における各測定点に、前記第1の撮像素子を順次移動させるための第1の撮像素子用電動機構部をさらに備え、前記映像生成部は、前記第1の撮像素子が前記第1の波長帯域光を用いて撮像した前記映像ソースに基づき、前記第1の撮像素子が位置する前記各測定点におけるそれぞれの第1の映像信号を生成し、前記制御部は、前記第1の撮像素子用電動機構部に前記外部指令を出し、前記第1の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた前記各測定点に、前記第1の撮像素子を順次移動させ、前記映像生成部が前記各測定点において生成した前記第1の映像信号の最大周波数成分をそれぞれ算出し、前記各測定点に対応して算出したそれぞれの前記第1の映像信号の最大周波数成分の中で、最大値を取る測定点の位置に、前記第1の撮像素子用電動機構部によって、前記第1の撮像素子を移動させることを特徴とする撮像装置。

請求項6

異なる波長帯域に対して、第1の波長帯域に対応した第1の撮像素子、および第2の波長帯域に対応した第2の撮像素子と、外部レンズとを備える撮像装置で実行される焦点位置調整方法であって、前記外部レンズの位置を前記第1の撮像素子が受光する第1の波長帯域光の第1の光軸方向に移動させることにより、前記第1の光軸上の焦点位置と、前記第1の撮像素子の位置とを一致させ、前記外部レンズの位置を特定する第1の焦点位置調整テップと、前記第1の焦点位置調整ステップによって、特定された前記外部レンズの位置において、前記第2の撮像素子を前記第2の撮像素子が受光する第2の波長帯域光の第2の光軸方向に移動させることにより、前記第2の光軸上の焦点位置と、前記第2の撮像素子の位置とを一致させ、前記第2の撮像素子の位置を特定する第2の焦点位置調整ステップを備え、撮像素子が撮像する映像ソースとして、映像信号の最大周波数成分を検出することのできる基準パターンが用いられ、前記第2の焦点位置調整ステップは、前記第2の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた複数の測定点における各測定点に、前記第2の撮像素子を順次移動させる移動ステップと、前記第2の撮像素子が前記第2の波長帯域光を用いて撮像した前記映像ソースに基づき、前記第2の撮像素子が位置するそれぞれの測定点における第2の映像信号を生成する映像生成ステップと、前記移動ステップによって、前記複数の測定点における各測定点に、前記第2の撮像素子を順次移動させ、前記映像生成ステップによって、前記各測定点において生成された前記第2の映像信号の最大周波数成分をそれぞれ算出し、前記各測定点に対応して算出したそれぞれの前記第2の映像信号の最大周波数成分の中で、最大値を取る測定点の位置に、前記移動ステップによって、前記第2の撮像素子を移動させる制御ステップとを有することを特徴とする焦点位置調整方法。

技術分野

0001

本発明は、異なる波長帯域に対して、各波長帯域に対応した複数の撮像素子を備え、レンズ交換後のそれぞれの撮像素子に対する焦点位置のずれを個別に正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法に関するものである。

背景技術

0002

撮像装置の1つとして、異なる波長帯域の光を撮像するために、各波長帯域に対応した複数の撮像素子を備える内視鏡装置がある(例えば、特許文献1参照)。このような撮像装置において、レンズの焦点位置を調整する場合には、撮像素子に対してレンズの位置を移動させるフランジバック調整を一般的に行っている。

先行技術

0003

特許第3962122号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献1に記載の撮像装置において、例えば、レンズを交換した場合には、レンズ個々の色収差の特性の違いから、レンズ交換前後で焦点位置がずれてしまう。そのため、従来においては、フランジバック調整にてレンズの位置を移動させることにより、焦点位置のずれを補正していた。

0005

しかしながら、撮像する光の波長帯域の範囲が広く、かつ、不特定多数のレンズを組み合わせた撮像装置を使用する場合には、フランジバック調整だけでは焦点位置のずれを正確に補正できない。

0006

例えば、異なる波長帯域の範囲が広い光を撮像する一例として、可視領域光および赤外領域光を撮像する場合を挙げると、焦点位置のずれの問題が顕在化する。すなわち、可視領域光を撮像する場合に、フランジバック調整にてレンズの位置を移動させることにより可視領域に対応する撮像素子に対する焦点位置を調整できる。しかしながら、このレンズの位置において、赤外領域光を撮像する場合には、焦点位置が赤外領域に対応する撮像素子に対して必ずしも一致せず、ずれることが生じる。

0007

このように、フランジバック調整によりレンズの位置を移動させるだけでは、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整できないため、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することができなかった。

0008

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整でき、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明における撮像装置は、異なる波長帯域に対して、第1の波長帯域に対応した第1の撮像素子、および第2の波長帯域に対応した第2の撮像素子と、外部レンズとを備える撮像装置であって、外部レンズの位置を第1の撮像素子が受光する第1の波長帯域光の第1の光軸方向に移動させることにより、第1の光軸上の焦点位置と、第1の撮像素子の位置とを一致させ、外部レンズの位置を特定する第1の移動機構と、第1の移動機構が特定した外部レンズの位置において、第2の撮像素子を、第2の撮像素子が受光する第2の波長帯域光の第2の光軸方向に移動させることにより、第2の光軸上の焦点位置と、第2の撮像素子の位置とを一致させ、第2の撮像素子の位置を特定する第2の移動機構とを備えるものである。

0010

また、本発明における焦点位置調整方法は、異なる波長帯域に対して、第1の波長帯域に対応した第1の撮像素子、および第2の波長帯域に対応した第2の撮像素子と、外部レンズとを備える撮像装置で実行される焦点位置調整方法であって、外部レンズの位置を第1の撮像素子が受光する第1の波長帯域光の第1の光軸方向に移動させることにより、第1の光軸上の焦点位置と、第1の撮像素子の位置とを一致させ、外部レンズの位置を特定する第1の焦点位置調整テップと、第1の焦点位置調整ステップによって、特定された外部レンズの位置において、第2の撮像素子を第2の撮像素子が受光する第2の波長帯域光の第2の光軸方向に移動させることにより、第2の光軸上の焦点位置と、第2の撮像素子の位置とを一致させ、第2の撮像素子の位置を特定する第2の焦点位置調整ステップを備え、撮像素子が撮像する映像ソースとして、映像信号最大周波数成分を検出することのできる基準パターンが用いられ、第2の焦点位置調整ステップは、第2の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた複数の測定点における各測定点に、第2の撮像素子を順次移動させる移動ステップと、第2の撮像素子が第2の波長帯域光を用いて撮像した映像ソースに基づき、第2の撮像素子が位置するそれぞれの測定点における第2の映像信号を生成する映像生成ステップと、移動ステップによって、複数の測定点における各測定点に、第2の撮像素子を順次移動させ、映像生成ステップによって、各測定点において生成された第2の映像信号の最大周波数成分をそれぞれ算出し、各測定点に対応して算出したそれぞれの第2の映像信号の最大周波数成分の中で、最大値を取る測定点の位置に、移動ステップによって、第2の撮像素子を移動させる制御ステップとを有するものである。

発明の効果

0011

本発明における撮像装置および焦点位置調整方法によれば、レンズ交換後における各波長帯域の焦点位置と、各波長帯域に対応する撮像素子の位置とを一致させる移動機構を備えることにより、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整でき、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法を得ることができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施の形態1における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。
本発明の実施の形態1における撮像装置が撮像素子の位置とレンズの焦点位置とを一致させる動作を説明するためのフローチャートである。
本発明の実施の形態2における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。
本発明の実施の形態3における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。
本発明の実施の形態4における撮像装置の断面図である。
本発明の実施の形態4において、図5における第2の撮像素子基板を上からみた断面図である。
レンズに入射する光の波長によって焦点距離が異なることを説明するための説明図である。

実施例

0013

以下、本発明の撮像装置および焦点位置調整方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

0014

実施の形態1.
はじめに、本発明の技術的特徴を明確にするために、従来技術の課題について、図7を参照して、詳細に説明する。図7は、レンズに入射する光の波長によって焦点距離が異なることを説明するための説明図である。

0015

この図7(a)において、様々な波長を含んだ光71がプリズム72に入射すると、図示するように、青色光73(波長:400nm程度)の曲がり方と比較して、赤色光74(波長:700nm程度)の曲がり方が相対的に小さくなることが分かる。これは、ガラス屈折率が入射する光の波長によって異なるためである。

0016

また、レンズ75は、プリズム72の集合体であるため、図7(b)に示したように、青色光73に対する焦点距離73aの方が、赤色光74の光に対する焦点距離74aよりも短くなることが分かる。このように、レンズに入射する光の波長が短波長である程、焦点距離が短くなる。

0017

このような現象を抑制するために、プリズムにおいては、分散の異なる2種類の素材使い、正のプリズム効果、および負のプリズム効果を同時に持たせている。同様に、レンズにおいても、光の波長による屈折率の変化の少ない素材を使用した凸レンズと、変化の大きな素材を使用した凹レンズとを組合せることにより構成している。

0018

そして、このような組合せを行うことによって、レンズに入射する光の波長の違いによる焦点距離の変化を抑えることができる。しかしながら、実際には、色収差を完全にゼロにすることはできない。また、レンズに入射する光に含まれる波長が可視領域(波長:400〜600nm程度)であれば、焦点距離の変化を抑えることができても、例えば、紫外領域から可視領域を含み赤外領域までの広帯域に渡る場合には、その変化を抑えることが非常に困難である。したがって、同種のレンズであっても、光の波長による焦点距離の変化量の度合いが異なるといった個体差が生じているのが現状である。

0019

そのため、撮像装置の外部レンズを交換する場合には、上述したように、外部レンズ個々の色収差の特性の違い(個体差)から、外部レンズ交換前の焦点距離と外部レンズ交換後の焦点距離とが異なっているため、この焦点位置のずれを補正しなければならない。

0020

従来では、このような外部レンズの個体差に起因した焦点位置のずれを補正するために、フランジバック調整を行う。しかしながら、撮像のために、外部レンズに入射する光の波長帯域が広く、かつ、その外部レンズが不特定多数のレンズの組合せで構成されている場合には、焦点位置のずれを正確に補正することが困難であり、調整手段も確立されていなかった。

0021

すなわち、外部レンズに入射する光に含まれる波長が、例えば、可視領域および赤外領域の場合において、外部レンズ交換後に、可視領域光に合わせて、フランジバック調整にて焦点位置のずれを補正したとする。しかしながら、外部レンズの個体差により、補正後のレンズの位置が、赤外領域光の焦点距離に適した位置になるとは限らない。

0022

さらに、具体的に説明すると、例えば、可視領域の光像を可視領域に対応する撮像素子により撮像し、撮像した画像をモニタで確認しながら、外部レンズの位置を調整することにより、光軸上の焦点位置と撮像素子の位置とを一致させることができる。

0023

しかしながら、この状態において、可視領域とは異なる赤外領域の光像を赤外領域に対応する撮像素子により撮像しようとした場合、外部レンズの個体差により、補正後のレンズの位置に応じた光軸上の焦点位置と赤外領域に対応する撮像素子の位置とが必ずしも一致しないために焦点距離が合わず、撮像画像ぼやけてしまう問題が生じていた。

0024

ここで、本発明においては、外部レンズを交換した場合に生じる焦点位置のずれを補正するには、複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整するという技術的特徴を有す。具体的には、撮像装置に具備される撮像素子の位置と、撮像素子が受光する光の波長領域によって決まる外部レンズの焦点位置とを一致させる移動機構を備える点を技術的特徴としている。

0025

次に、この技術的特徴である移動機構を備えた撮像素子を有す撮像装置について、図1を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態1における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。この図1における撮像装置は、外部レンズ1、外部レンズマウントアダプタ2、第1の光学フィルタ3、ダイクロイックプリズム4、第2の光学フィルタ5、第1の撮像素子6、第2の撮像素子7、第1の映像生成部8、第2の映像生成部9、映像信号合成部10、制御部11、第1の位置センサ12、第2の位置センサ13、スイッチ14、撮像装置筐体15、および電動機構部20を備える。

0026

なお、本実施の形態1における撮像装置においては、第1の光学フィルタ3および第2の光学フィルタ5を使用しているが、これに限定されない。すなわち、必要に応じて、これらの光学フィルタの除去、新しい光学フィルタの追加を行うことができる。

0027

また、焦点位置調整機能の機構部(第2の移動機構)に相当する電動機構部20は、モータ駆動部21、モータ22、モータ軸23、ギア24、およびラック25を備える。

0028

外部レンズ1を通過する第1の波長帯域の光は、外部レンズ1によって集光される。そして、集光された第1の波長帯域の光は、第1の光軸16の途中位置にある外部レンズマウントアダプタ2、第1の光学フィルタ3、ダイクロイックプリズム4、第2の光学フィルタ5を通過し、第1の撮像素子6の受光面で結像する。そして、第1の撮像素子6は、受光面で結像された光学像電気信号に変換する。

0029

一方、外部レンズ1を通過する第2の波長帯域の光も、同様に、外部レンズ1によって集光される。そして、集光された第2の波長帯域の光は、第2の光軸17の途中位置にある外部レンズマウントアダプタ2、第1の光学フィルタ3を通過し、さらに、ダイクロイックプリズム4によって、90°の方向に反射し、第2の撮像素子7の受光面で結像する。そして、第2の撮像素子7は、受光面で結像された光学像を電気信号に変換する。

0030

第1の映像生成部8は、第1の撮像素子6が変換した電気信号に基づいて、第1の映像信号を生成する。同様に、第2の映像生成部9は、第2の撮像素子7が変換した電気信号に基づいて、第2の映像信号を生成する。

0031

映像信号合成部10は、第1の映像生成部8が生成した第1の映像信号、および第2の映像生成部9が生成した第2の映像信号を合成し、合成映像信号を生成する。

0032

制御部11は、電動機構部20に具備されるモータ駆動部21の動作を制御する。モータ駆動部21は、制御部11の指示に基づき、モータ22のモータ軸23を回転させる。

0033

そして、モータ軸23が回転することにより、モータ軸23に取り付けられたギア24は、モータ軸23の回転方向と同じ方向に回転する。さらに、ギア24が回転することにより、ギア24にかみ合ったラック25が図1紙面上での上下方向に動くため、ラック25に取り付けられた第2の撮像素子7は、上下方向に移動する。これにより、第2の撮像素子7の位置が、可能な限り第2の光軸17上の焦点位置に一致するように調整することが可能となる。

0034

なお、第2の撮像素子7は、図1に示すように、第1の位置センサ12から第2の位置センサ13までの範囲を上下方向に移動可能となっている。そこで、以降では、第2の撮像素子7が位置することのできる最上部(第1の位置センサ12の設置箇所)を最大(MAX)位置、最下部(第2の位置センサ12の設置箇所)を最小(MIN)位置と称す。

0035

スイッチ14は、制御部11の動作を開始させるためのスイッチであり、スイッチをONにすれば、制御部11が焦点位置調整の動作を開始する。

0036

次に、本実施の形態1における撮像装置の動作について、図2のフローチャートを参照して説明する。図2は、本発明の実施の形態1における撮像装置が撮像素子の位置とレンズの焦点位置とを一致させる動作を説明するためのフローチャートである。

0037

なお、図2のフローチャートは、図1の構成に基づいて、第2の撮像素子7の位置調整電動で行う際の一連処理を示している。そして、この一連処理の前段階として、第1の撮像素子6に関する焦点位置の調整が、従来と同様のフランジバック調整機構(第1の移動機構)により行われていることを前提としている。

0038

すなわち、ユーザが外部レンズを交換した場合には、一般的に行われるフランジバック調整として、外部レンズ1または外部レンズマウントアダプタ2にて、映像信号に基づいて、モニタ(図示せず)に表示される画像を目視で確認しながら、第1の光軸16上の焦点位置の手動調整がユーザによって行われる。

0039

次に、第2の光軸17上の焦点位置の調整を行うため、第2の撮像素子7により、基準パターンから構成される映像ソースからの第2の波長帯域の光を撮像する。なお、撮像素子が撮像する映像ソースとしては、映像信号の最大周波数成分を検出することのできる基準パターン(例えば、モノスコチャート)が用いられる。これにより、第2の映像生成部9は、移動する第2の撮像素子7の位置に応じて、モノスコチャートに基づく高周波成分を含む第2の映像信号を生成することができ、かつ、焦点が合った位置において周波数成分が最大となる。

0040

なお、第2の撮像素子7の各ステップ(各位置)における第2の映像信号に基づいて、制御部11が以下のような動作を行うことにより、第2の光軸17上の焦点位置を見つけることができる。すなわち、図2の右上に示したグラフのように、各ステップの撮像素子の位置における映像信号の最大周波数成分をプロットすると、最もピントが合うことにより得られる最大値(ピーク値)を求めることができる。そして、この最大値を取る位置が第2の光軸17上の焦点位置に相当する。

0041

したがって、制御部11は、第2の撮像素子7の各ステップにおいて、第2の映像生成部9により生成された第2の映像信号における信号周波数成分の最大周波数成分を求める。そして、制御部11は、各ステップにおける最大周波数成分の中で、最大値をとる位置が第2の光軸17上の焦点位置と判断する。

0042

なお、制御部11は、スイッチ14がONとなった入力に基づき、図2に示したフローチャートにしたがって、以下のような動作を開始することとなる。また、この動作は、レンズ交換時に限らず、ユーザの選択に応じて、どのタイミングで行ってもよい。

0043

まず、制御部11は、ステップS201にて、第2の撮像素子7を最小位置に移動させるようにモータ駆動部21に対して指示する。次に、制御部11は、ステップS202にて、第2の撮像素子7を最大位置の方向へ1ステップ移動させるようにモータ駆動部21に対して指示する。

0044

なお、最小位置から最大位置までの所定の範囲内に設けられる複数のステップ(測定点)に対して、1ステップあたりの移動幅ステップ幅)が小さいほど、より高精度に焦点位置を見つけることができ、必要とされる精度レベルに応じてあらかじめ規定しておけばよい。また、第2の撮像素子7が所定の範囲を1ステップずつ移動していく場合において、ステップ幅が常に一定である必要はなく、移動途中でステップ幅を変更するように規定してもよい。すなわち、焦点が合う位置を特定するために、複数の位置に第2の撮像素子7を移動させることができればよい。

0045

次に、制御部11は、ステップS203にて、第2の映像生成部9が生成した第2の撮像素子7の現在の位置(ステップS202で移動した位置)における第2の映像信号について、最大周波数成分(信号周波数成分の最大値)を算出する。なお、以降では、この最大周波数成分を算出周波数成分と称す。

0046

次に、制御部11は、ステップS204にて、ステップS203で算出した算出周波数成分と、自身に具備される記憶部(図示せず)に記憶している周波数成分(以降では、記憶周波数成分と称す)とを比較して、算出周波数成分の方が大きいか否かを判断する。

0047

なお、第1回目の処理の場合においては、記憶部には、初期値として0が記憶されているので、算出周波数成分の方が大きいと判断して、以降のステップ処理を実行する。また、記憶部として、例えば、不揮発性メモリといったものが用いられるが、特に限定されるものではない。

0048

制御部11は、ステップS204で算出周波数成分が記憶周波数成分より大きいと判断すれば、ステップS205にて、算出周波数成分とその値が得られた第2の撮像素子7の位置とを関連付けて記憶部に記憶し直し、この値を記憶周波数成分とする。一方、制御部11は、ステップS204で算出周波数成分が記憶周波数成分以下であると判断すれば、ステップS206に進む。このような場合には、記憶周波数成分に変更がなく、そのままの状態である。

0049

次に、制御部11は、ステップS206にて、第2の撮像素子7が最大位置まで到達したか否かを判断する。制御部11は、最大位置まで到達していないと判断すれば、再び、ステップS202以降の処理を実行する。一方、制御部11は、最大位置まで到達していると判断すれば、ステップS207にて、記憶部に記憶されている記憶周波数成分が0であるか否かを判断する。

0050

すなわち、記憶周波数成分が初期値である0のままであれば、制御部11は、第2の撮像素子7の各ステップにおける最大周波数成分を正常に算出できていないことになるので、ステップS207では、このような算出が正常に行われたかを確認していることになる。

0051

制御部11は、ステップS207にて、記憶周波数成分が0でないと判断すれば、ステップS208にて、モニタに正常完了メッセージを表示し、第2の撮像素子7を記憶周波数成分に対応する位置、すなわち、各ステップにおける最大周波数成分の中で、最大値をとる位置に移動させ、一連の処理を終了する。

0052

一方、制御部11は、ステップS207にて、記憶周波数成分が0であると判断すれば、ステップS209にて、モニタ上にエラーメッセージを表示し、第2の撮像素子7を最小位置に移動させ、一連の処理を終了する。

0053

これにより、本実施の形態1における撮像装置において、第1の波長帯域の光に対応する第1の撮像素子6および第2の波長帯域の光に対応する第2の撮像素子のそれぞれの位置とレンズの焦点位置とがずれた場合においても、焦点位置のずれを正確に補正することができる。

0054

以上のように、本発明の実施の形態1によれば、異なる波長帯域に対応する撮像素子が複数ある場合において、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整する機構を備えることで、レンズ交換前後の焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置を得ることができる。

0055

具体的には、フランジバック調整を行って焦点位置を合わせ込んだ撮像素子以外の撮像素子に関して焦点位置の調整を行う際には、該当する撮像素子を移動させながら、モノスコチャートのような基準となる映像ソースに基づく映像信号を複数の位置で取得し、それぞれの位置で取得した映像信号の最大周波数成分が最大値となる位置を特定することで、正確な焦点位置を特定することができる。さらに、特定した焦点位置に撮像素子を移動させることができる。

0056

なお、本実施の形態1では、具体的に説明するために、制御部11が第2の撮像素子7のみを電動機構部20により焦点位置に移動させる場合について例示したが、第1の撮像素子6に対応する電動機構部20をさらに備え、制御部11が同様の動作を行うことにより、第1の撮像素子6についても電動機構部20により焦点位置に移動させるようにしてもよい。

0057

また、本実施の形態1では、2種類の波長帯域のそれぞれに対応する撮像素子を2個備える撮像装置について例示したが、3個以上の撮像素子を撮像装置に備えてもよい。

0058

また、撮像装置に3個以上の撮像素子を備える場合において、製作コストと撮像装置内のスペースに応じて、3個以上ある撮像素子の内、それぞれの撮像素子に対して、電動機構部20を備えてもよいし、フランジバック調整を行って焦点位置を合わせ込んだ撮像素子以外の残りの撮像素子に対して、電動機構部20を新たに備えてもよい。これにより、制御部11が、同様に、新たに備えた電動機構部20に撮像素子を焦点位置に移動させることによって、それぞれの撮像素子に対する焦点位置を個別に調整することができる。

0059

また、複数ある撮像素子のそれぞれの特性は、同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。

0060

また、複数ある撮像素子のそれぞれに対応する波長帯域については、特に指定されるものではなく、どのような波長帯域であってもよい。

0061

また、焦点位置を調整するために、撮像素子自体を移動させるのではなく、例えば、撮像装置の内部に新たにレンズを追加し、レンズ自体を移動させるようにしてもよい。

0062

実施の形態2.
先の実施の形態1では、第2の撮像素子7を移動させるための電動機構部20を備えた撮像装置について説明した。これに対して、本実施の形態2では、先の実施の形態1における電動機構部20とは異なる構成の電動機構部30を備えた撮像装置について説明する。

0063

図3は、本発明の実施の形態2における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。この図3における撮像装置は、先の図1における撮像装置を構成する各機能部において、電動機構部20の代わりに電動機構部30を備える。

0064

なお、電動機構部20以外の機能部については、同一であるため、説明を省略する。また、本実施の形態2における撮像装置の第2の撮像素子7を移動させる動作についても、先の実施の形態1における撮像装置の動作と同様であるため、説明を省略する。

0065

次に、電動機構部20の代わりに具備される電動機構部30について説明する。この図3における電動機構部30は、アクチュエータ駆動部31およびアクチュエータ32を備える。

0066

制御部11は、先の実施の形態1と同様に、電動機構部30に具備されるアクチュエータ駆動部31の動作を制御する。また、図示するように、アクチュエータ32には、第2の撮像素子7が据え付けられている。

0067

そして、アクチュエータ駆動部31は、制御部11の指示に基づき、アクチュエータ32を上下方向に移動させることにより、第2の撮像素子7が上下方向に移動する。このように、本実施の形態2においては、印加される電圧に比例して、アクチュエータ32が直線運動を行うという特性を利用することにより、アクチュエータ32を上下方向に移動させている。

0068

以上のように、本発明の実施の形態2によれば、撮像装置は、第2の撮像素子7を移動させるための電動機構部として、モータから構成される電動機構部の代わりにアクチュエータから構成される電動機構部を備える。これにより、先の実施の形態1と同様の効果を得ることができるとともに、さらに小型化をすることができ、撮像装置内に占める電動機構部のスペースがより小さくなる。

0069

実施の形態3.
先の実施の形態1、2では、第2の撮像素子7を移動させるための電動機構部20、30を備えた撮像装置について説明した。これに対して、本発明の実施の形態3では、先の実施の形態1、2における電動機構部20、30とは異なる構成の電動機構部40を備えた撮像装置について説明する。

0070

図4は、本発明の実施の形態3における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。この図4における撮像装置は、先の図1図3における撮像装置を構成する各機能部において、電動機構部20、30の代わりに電動機構部40を備える。

0071

なお、電動機構部20、30以外の機能部については、同一であるため、説明を省略する。また、本実施の形態3における撮像装置の第2の撮像素子7を移動させる動作についても、先の実施の形態1、2における撮像装置の動作と同様であるため、説明を省略する。

0072

次に、電動機構部20、30の代わりに具備される電動機構部40について説明する。この図4における電動機構部40は、ピエゾ素子駆動部41およびピエゾ素子42を備える。

0073

制御部11は、先の実施の形態1と同様に、電動機構部40に具備されるピエゾ素子駆動部41の動作を制御する。また、図示するように、ピエゾ素子42には、第2の撮像素子が据え付けられている。

0074

そして、ピエゾ素子駆動部41は、制御部11の指示に基づき、ピエゾ素子42を上下方向に移動させることにより、第2の撮像素子7が上下方向に移動する。このように、本実施の形態3においては、印加される電圧に比例して、ピエゾ素子42が直線運動を行うという特性を利用することにより、ピエゾ素子42を上下方向に移動させている。

0075

以上のように、本発明の実施の形態3によれば、撮像装置は、第2の撮像素子7を移動させるための電動機構部として、モータから構成される電動機構部、あるいはアクチュエータから構成される電動機構部の代わりにピエゾ素子から構成される電動機構部を備える。これにより、先の実施の形態1、2と同様の効果を得ることができるとともに、さらに小型化、省電力化をすることができ、撮像装置内に占める電動機構部のスペースがより小さくなり、撮像装置の消費電力量がより小さくなる。

0076

なお、実施の形態1〜3においては、撮像装置に具備される電動機構部を構成する部材について、具体的に説明するために、モータ、アクチュエータ、またはピエゾ素子を例示したが、これに限定されない。すなわち、本発明の技術的特徴は、撮像装置に具備される撮像素子自体を電動機構部によって焦点位置に個別に移動させることであり、電動機構部を構成する部材は、本発明の本質的部分ではないため、特に限定されるものではない。

0077

実施の形態4.
先の実施の形態1〜3では、撮像素子を電動機構部により移動させることによって、撮像素子に対する焦点位置を個別調整できる撮像装置について説明した。これに対して、本実施の形態4では、ユーザ自身が撮像素子を移動させることによって、撮像素子に対する焦点位置を手動で個別調整できるネジを備えた撮像装置について説明する。

0078

まず、本実施の形態4における撮像装置に具備されるネジについて、図5および図6を参照して説明する。図5は、本発明の実施の形態4における撮像装置の断面図である。図6は、本発明の実施の形態4において、図5における第2の撮像素子基板51を上からみた断面図である。なお、図5における第1の撮像素子6および第2の撮像素子7の位置関係は、先の図1図3図4を紙面上に対して180°回転させた場合の位置関係と同じである。

0079

本実施の形態4における図5に示した撮像装置は、先の図1における撮像装置を構成する部品の内、撮像装置筐体15、ダイクロイックプリズム4、第1の撮像素子6および第2の撮像素子7、第2の撮像素子7を実装した第2の撮像素子基板51、およびレンズ取り付け部55が図示されている。また、撮像装置は、光軸調整ネジ52、傾き調整ネジ53、および調整バネ54を備える。

0080

光軸調整ネジ52は、第2の撮像素子基板51を光軸(先の図1における第2の光軸17に相当)方向(図5の紙面上での上下方向)に移動させて位置を調整するために用いられる。傾き調整ネジ53は、第2の光軸17に対する第2の撮像素子基板51の傾き(図5の紙面上での左右方向の傾き)を調整するために用いられる。調整バネ54は、第2の撮像素子基板51の位置調整および傾き調整をする場合に、調整した第2の撮像素子基板51のバランスを保持するために用いられる。

0081

さらに、撮像装置は、第1の撮像素子6の光軸(先の図1における第1の光軸16に相当)方向において、レンズ取り付け部55に取り付けられる外部レンズ1の位置を調整するためのフランジバック調整固定ネジ56a、56bを備える。また、撮像装置は、図6に示すように、第2の撮像素子基板51の位置を固定するための4つの固定ネジ61a、61b、61c、61dを備える。4つの固定ネジ61a、61b、61c、61dは、第2の光軸17に対する第2の撮像素子基板の回転を調整するために用いられる。

0082

次に、前述したそれぞれのネジの機能およびユーザによる操作について、詳細に説明する。図5に示すように、レンズ取り付け部55は、撮像装置筐体15に対して、円筒上に覆う形で上下にネジ穴がある。そして、上下のネジ穴に対して、それぞれフランジバック調整固定ネジ56aおよびフランジバック調整固定ネジ56bを回転させることにより、外部レンズ1の取り付け、取り外しを行うことができる。また、フランジバック調整固定ネジ56a、56bをそれぞれのネジ穴にねじこむことにより、外部レンズ1を固定することができる。

0083

まず、外部レンズ1を交換する場合には、先の図1における第1の光軸16上の焦点位置の手動調整を行う。すなわち、レンズ取り付け部55に外部レンズ1を取り付けた後、モノスコチャートなど焦点位置を確認しやすい映像ソースを第1の波長帯域の光で撮像する。そして、映像ソースに基づいて、モニタに表示される画像を目視で確認しながら、レンズ取り付け部55に取り付けた外部レンズ1を回転させることにより、外部レンズ1の位置を調整し、第1の撮像素子6に対する焦点位置を合わせる。

0084

第1の撮像素子6に対する焦点位置を合わせることができれば、2個のフランジバック調整固定ネジ56a、56bをそれぞれのネジ穴にねじこむ。これにより、外部レンズ1の位置が固定され、先の図1と同様に、第1の光軸16上の焦点位置の手動調整を行うことができる。なお、外部レンズ1は、図5には図示していない。

0085

次に、先の図1における第2の光軸17上の焦点位置の手動調整を行う。すなわち、第1の光軸16上の焦点位置の手動調整と同様に、モノスコチャートなど焦点位置を確認しやすい映像ソースを第2の波長帯域の光で撮像する。そして、映像ソースに基づいて、モニタに表示される画像を目視で確認しながら、光軸調整ネジ52を回転させることにより、第2の撮像素子基板51を上下方向に移動させながら、第2の撮像素子7に対する焦点位置を合わせる。

0086

第2の撮像素子7に対する焦点位置を合わせることができれば、光軸調整ネジ52を回転させるのを止め、第2の撮像素子基板51の位置を仮固定するために、4つの固定ネジ61a、61b、61c、61dを第2の撮像素子基板51の側面にねじこむ。これら4つの固定ネジ61a、61b、61c、61dは、図示するように、第2の撮像素子基板51の左右の側面に対して、2本ずつ対称にねじこまれている。

0087

ここで、4つの固定ネジ61a、61b、61c、61dは、第2の撮像素子7の位置精度を確保する役割を果たす。すなわち、第2の撮像素子7が撮像した画像をモニタで確認しながら、第2の撮像素子基板51の左右の側面に対して、2本ずつ均等にネジ止めすることにより、モニタ上の画像のずれ(第2の光軸17に対する回転方向のずれ)を最小限に抑えることができる。

0088

例えば、従来では、第1の撮像素子6が撮像する画像と第2の撮像素子が撮像する画像とを重ねた(合成した)場合において、重ねた位置が一致せずに、ずれている場合があった。このような場合には、これらの画像を合成した合成画像において、位置ずれによって合成画像の一部が2重に見えるなどの非常に見づらい画像となっていた。

0089

しかしながら、本実施の形態4においては、合成画像の位置ずれを調整するために、第1の撮像素子6が撮像する画像と第2の撮像素子7が撮像する画像との位置が一致するように、4つの固定ネジ61a、61b、61c、61dを回転させる。そして、第2の光軸17に対して、第2の撮像素子基板51の回転方向を調整することにより、合成画像の位置ずれを調整する(画像のずれを補正する)ことができる。

0090

次に、傾き調整ネジ53により、傾き調整を行う。第2の撮像素子基板51の位置が仮固定されている状態であり、第2の撮像素子7が撮像した画像をモニタで焦点位置の均一性を確認しながら、第2の光軸17と第2の撮像素子7の受光面とが垂直か否かを確認する。

0091

そして、第2の光軸17と第2の撮像素子7の受光面とが垂直でない場合には、第2の撮像素子基板51の傾きを補正するために、傾き調整ネジ53を回転させることにより、第2の光軸17と第2の撮像素子7の受光面とが垂直になるように調整する。

0092

最後に、傾き調整ネジ53により第2の撮像素子7の傾きを調整した後、4つの固定ネジ61a、61b、61c、61dをねじこむことで、仮固定していた第2の撮像素子基板51の位置を固定する。これにより、第2の撮像素子7の位置が固定され、第2の光軸17上の焦点位置の調整を行うことができる。

0093

以上のように、本発明の実施の形態4によれば、撮像装置に具備される光学調整ネジ、傾き調整ネジ、フランジバック調整固定ネジおよび4つの固定ネジによって、撮像素子の光軸に対する上下方向、回転方向、および傾き方向の移動を行うことができる。これにより、レンズ交換前後の焦点位置のずれを正確に補正することができ、さらに、撮像素子の構造的なずれを最小限に抑えることのできる撮像装置を得ることができる。

0094

なお、本実施の形態4において例示した第2の撮像素子基板51を固定する固定ネジ61a、61b、61c、61dにおいて、固定する位置および本数は、これに限らない。すなわち、4方向のうち3方向を固定し、1方向から2本以上のネジで細かく調整・固定してもよい。さらに、第2の撮像素子基板51の固定精度を求める場合には、固定ネジを増やしてもよい。

0095

また、調整バネ54として、例えば、コイルバネ板バネ等を用いればよい。さらに、調整バネ54は、なくてもよく、このような場合には、第2の撮像素子基板51の上下方向の移動を光軸調整ネジ52のみで実現してもよい。

0096

また、傾き調整ネジ53も1箇所でなく複数の箇所に設けてもよく、傾き調整ネジ53を使わずバネなどを使用してもよい。

0097

また、本実施の形態4における撮像装置は、先の実施の形態1〜3における撮像装置に具備される電動機構部20、30、40を備えてもよい。このような場合には、本実施の形態4における撮像装置に具備されるネジによって、第2の撮像素子7に対する焦点位置の手動調整を行い、さらに、電動機構部によって、より精度の高い第2の撮像素子7に対する焦点位置の自動調整を行えるように、これらの手動調整、自動調整を合わせて使用すればよい。

0098

また、実施の形態4における撮像装置に具備される光学調整ネジ52、傾き調整ネジ53、フランジバック調整固定ネジ56a、56bおよび4つの固定ネジ61a、61b、61c、61dについて、ユーザがこれらのネジを調整する場合について例示したが、例えば、アクチュエータなどでこれらのネジの調整を制御してもよい。

0099

1外部レンズ、2 外部レンズマウントアダプタ、3 第1の光学フィルタ、4ダイクロイックプリズム、5 第2の光学フィルタ、6 第1の撮像素子、7 第2の撮像素子、8 第1の映像生成部、9 第2の映像生成部、10映像信号合成部、11 制御部、12 第1の位置センサ、13 第2の位置センサ、14 スイッチ、15撮像装置筐体、16 第1の光軸、17 第2の光軸、20、30、40電動機構部、21モータ駆動部、22モータ、23モータ軸、24ギア、25 ラック、31アクチュエータ駆動部、32アクチュエータ、41ピエゾ素子駆動部、42 ピエゾ素子、51 第2の撮像素子基板、52光軸調整ネジ、53傾き調整ネジ、54調整バネ、55レンズ取り付け部、56a、56bフランジバック調整固定ネジ、61a、61b、61c、61d 固定ネジ、71 光、72プリズム、73青色光、74赤色光、73a、74a焦点距離、75 レンズ。

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