(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交換レンズと、中間アクセサリと、カメラ本体とを含むカメラシステムであって、
前記交換レンズは、
前記交換レンズの撮影系のズーム情報とフォーカス情報とを検知するレンズ状態検知手段と、
装着された前記中間アクセサリを含む全系の光学系のズーム情報とフォーカス情報とに基づいたレンズ状態に対応する走査線の形状データを記憶し、前記レンズ状態に対応する走査線の形状データに基づいて、前記中間アクセサリに装着されたカメラ本体に設けられた固体撮像素子からの電気信号を画素信号として所定行数分を記憶するラインメモリから前記画素信号を読み出すためのアドレス情報を生成するアドレス発生回路と、を有し、
前記カメラ本体は、
前記交換レンズ及び中間アクセサリにより形成されるパターン像を電気信号に変換する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子からの前記電気信号を画素信号として所定行数分を記憶するラインメモリと、
前記アドレス発生回路からのアドレス情報に基づいて前記ラインメモリから画素信号を読み出し、前記画素信号を読み出す際に、前記走査線上の画素の位置と前記画素信号の画素の位置とが一致しない場合、前記ラインメモリで記憶された画素信号を用いて前記走査線上の画素の位置の値を算出して補正することで前記パターン像を補正する補間回路と、を有することを特徴とするカメラシステム。
【請求項２】
前記ラインメモリのサイズは、前記記憶された走査線の形状データのうち最も歪曲した走査線の画素の値が全て算出可能なように設定されることを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
【請求項３】
前記カメラシステムからの最終出力信号がビデオ信号であり、
前記ラインメモリはタイミング調整用のバッファメモリを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラシステムに関し、ビデオカメラやスチルカメラそしてデジタルカメラ等の固体撮像素子を用いた光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤなどの固体撮像素子より得た画像データを電気的に補正し、デジタル信号として出力する固体撮像カメラが特開平２−２５２３７５号公報に開示されている。
【０００３】
同公報では撮像レンズと固体撮像素子とを備え、撮像レンズによって生じた像の幾何学的歪み（ディストーション）を、固体撮像素子の画素データを像の幾何学的変形に基づき読出すことにより補正するよう構成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平２-２５２３７５号公報で提案されている固体撮像カメラは撮影レンズが固体撮像装置にあらかじめ用意された単一レンズの場合を想定している。この為撮影レンズとして着脱自在な交換レンズを対象とし、複数の交換レンズから任意の交換レンズを選択した場合や、更に交換レンズと撮像素子の中間にアクセサリ等を装着する場合、歪曲収差の情報をどのように検知するかについては開示されていなかった。
【０００５】
本発明は、交換レンズの種類や交換レンズと撮像素子の中間に装着するアクセサリの有無及びその種類に関わらず撮影系で得られるパターン像の歪曲収差を補正し、良好なる画像を得ることができるカメラシステムの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のカメラシステムは、交換レンズと、中間アクセサリと、カメラ本体とを含むカメラシステムであって、
前記交換レンズは、
前記交換レンズの撮影系のズーム情報とフォーカス情報とを検知するレンズ状態検知手段と、
装着された前記中間アクセサリを含む全系の光学系のズーム情報とフォーカス情報とに基づいたレンズ状態に対応する走査線の形状データを記憶し、前記レンズ状態に対応する走査線の形状データに基づいて、前記中間アクセサリに装着されたカメラ本体に設けられた固体撮像素子からの電気信号を画素信号として所定行数分を記憶するラインメモリから前記画素信号を読み出すためのアドレス情報を生成するアドレス発生回路と、を有し、
前記カメラ本体は、
前記交換レンズ及び中間アクセサリにより形成されるパターン像を電気信号に変換する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子からの前記電気信号を画素信号として所定行数分を記憶するラインメモリと、
前記アドレス発生回路からのアドレス情報に基づいて前記ラインメモリから画素信号を読み出し、前記画素信号を読み出す際に、前記走査線上の画素の位置と前記画素信号の画素の位置とが一致しない場合、前記ラインメモリで記憶された画素信号を用いて前記走査線上の画素の位置の値を算出して補正することで前記パターン像を補正する補間回路と、を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記ラインメモリのサイズは、前記記憶された走査線の形状データのうち最も歪曲した走査線の画素の値が全て算出可能なように設定されることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記カメラシステムからの最終出力信号がビデオ信号であり、
前記ラインメモリはタイミング調整用のバッファメモリを有することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１におけるカメラシステム（撮像装置）の概略構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１において、１は交換レンズ（レンズ本体）、２はカメラ本体、３は交換レンズ１とカメラ本体２の中間に装置された中間アクセサリである。
交換レンズ１はカメラ本体２及び中間アクセサリ３に着脱可能となっている。中間アクセサリ３はカメラ本体２及び交換レンズ１に着脱可能となっている。
【００１４】
１ａは交換レンズ１に収納されている撮影系であり、フォーカスレンズ１１やバリエータレンズ１２を備えている。１４はレンズ状態検知手段であり撮影系１ａのフォーカス情報や、ズーム情報を検知している。１５は中間アクセサリ検知手段であり、中間アクセサリ３のレンズ本体１又はカメラ本体２への装着を検知している。１６はアドレス発生回路（歪曲収差記憶手段）であり、撮影系１ａのフォーカス状態、ズーム状態における歪曲収差、そして中間アクセサリの装着状態により撮影系と中間アクセサリの合成された光学系（全系）ＺＬの歪曲収差（歪曲収差情報）が変化するのでそれらの状態におけるアドレス（情報）発生を行い、後述するカメラ本体２のラインメモリ１０９からの読み出しのためのアドレスを発生させる。１７はレンズ情報伝達手段であり、アドレス発生回路１６からの情報をカメラ本体２に伝達している。カメラ本体２はＣＣＤなどの固体撮像素子２１、交換レンズ１からのズーム情報、フォーカス情報、中間アクセサリ有無情報を受け取るカメラ情報伝達手段２２、そして後述の画像の歪曲を補正する等、各種動作の制御を行う画像制御回路２３を備えている。
【００１５】
中間アクセサリ３は中間光学系３１を備え交換レンズ１の撮影系１ａとの合成された光学系（全系）ＺＬを形成し、撮影系１ａの焦点距離等を長い方又は短い方へ変化させる作用をしている。３２はアクセサリ情報伝達手段であり、交換レンズ１に中間アクセサリ３が装着されていること（装着情報）を伝達している。
【００１６】
図２は本発明に係る撮像光学系を示す概略模式図である。図２において１２１は物体面であり、１２２は物体である。１２３は撮像カメラの撮像レンズ（撮影系１ａ又は光学系ＺＬに相当）である。１２４は像面であり、１２５はパターン像（像）である。物体面１２１の物体１２２は、撮像レンズ１２３によって像面１２４上に結像され、像１２５となる。ＣＣＤ等の固体撮像素子２１は像１２５を光電変換する為に像面１２４上に置かれる。撮像レンズ１２３は、ディストーションが通常の許容値よりも大きく設定されており、このため像１２５は物体１２２に比べて歪んだものになっている。
【００１７】
図３は撮影系１ａ又は光学系ＺＬによって形成した固体撮像素子２１面上のパターン像の歪曲収差をカメラ本体２の各回路で補正するときの各種動作の制御を行う画像制御回路２３を中心としたブロック図である。
【００１８】
図３において、１０１は図１で示した固体撮像素子２１を構成する光電変換部、１０２は撮影系１ａ又は光学系ＺＬで得られる像パターンの一例であり、光電変換部１０１上に形成される。１０３は固体撮像素子２１の蓄積部、１０４は電荷パターンである。
【００１９】
１０５はシフトレジスタである。光電変換部１０１、蓄積部１０３そしてシフトレジスタ１０５は固体撮像素子２１の一要素を形成している。１０６はアンプ、１０７はサンプルアンドホールド回路、１０８はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器である。１０９はラインメモリであり、固体撮像素子２１からの出力を数行分記憶する容量を有する。
【００２０】
２２は前述の交換レンズ１の現在の状態に応じたアドレス発生回路１６からの情報を受け取る情報伝達手段であり、ラインメモリ１０９からの読み出しのための情報として使用する。１１２は補間回路である。
【００２１】
１１３はビデオ信号処理回路、１１４は同期信号付加回路、１１５は出力ビデオ信号である。
【００２２】
また、以上の素子回路の動作はタイミング制御回路によって制御されているが、制御回路、制御信号などは簡略化のため図示を省略してある。
【００２３】
固体撮像素子２１の光電変換部１０１上には交換レンズ１の撮影系１ａ又は光学系ＺＬによって形成された像パターン１０２が生じている。
【００２４】
本実施形態に示した固体撮像素子２１はフレーム転送形である。すなわち、光電変換部１０１で光電変換された像パターン１０２は蓄積部１０３へ電荷パターン（電気信号）１０４として転送される。電荷パターン１０４はシフトレジスタ１０５を用いて１行ずつ読み出される。
【００２５】
図４は像パターン１０２の一部と固体撮像素子（ＣＣＤ）の画素の関係を示す概略模式図である。
【００２６】
図４において、１３１はＣＣＤの画素、１３２1、１３２2、１３２3はそれぞれ第１、第２、第３の走査線である。
【００２７】
第１〜第３の走査線１３２1〜１３２3は最初の３本の走査線を示しており、本来直線であるべきものであるが像パターン１０２のディストーションのために曲線になっている。すなわち、これらの曲線の形状は撮影レンズ１２３、の物体面１２１においた水平線が像面１２４に結像したときのディストーションによって生じる歪曲した形状そのものである。
【００２８】
電荷パターン１０４の読み出しは１行ずつ、また１行の中では、１画素ずつ順次行われる。画素１３１の中では、右下の画素が最初に読み出され、次に左隣の画素が読み出され、順次１行分がまず読まれる。
【００２９】
続いて１つ上の行の画素信号が最も右の画素から読み出されて行く。３行目以降も同様である。
【００３０】
図１及び図３において、シフトレジスタ１０５から読み出された固体撮像素子２１からの画素信号は、アンプ１０６で増幅されてからサンプルアンドホールド回路１０７に送られホールドされる。さらに、サンプルアンドホールド回路１０７の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１０８でデジタル化され、ラインメモリ１０９に送られ、ここで記憶される。ラインメモリ１０９には、読み出しを開始する前に固体撮像素子２１の数行分の信号が蓄えられる。これは、歪曲した走査線に従って画素信号を読み出すためで、この走査線は画素数行分に跨っているからである。アドレス発生回路１６内にはＲＯＭ（読み出し専用メモリ）が内蔵されており、レンズ状態に対応した走査線の形状データが記憶されている。走査線の形状データは走査線を直接サンプリングした形でも良いし、また適当な関数近似を行い、その係数という形でも良い。これらのレンズ状態に対応する走査線の形状データは、交換レンズの設計値あるいは実測により得られる。交換レンズ１に内蔵されたアドレス発生回路１６は、前記ＲＯＭ内のデータとレンズ状態に応じて読み出し、これよりカメラ本体２のラインメモリ１０９内の画素信号を読み出すためのアドレスを生成する。固体撮像素子２１で得られる画素の位置は一般に一致しないために、歪曲した走査線上の画素の位置は補間処理が必要となる。従って、ラインメモリ１０９からは数画素分のデータが読み出され補間回路１１２に送られ、ここで走査線上の一つの画素の値が算出される。
【００３１】
図５に、図３のラインメモリ１０９の画素と走査線の関係図を示す。
【００３２】
図５において、１４１はラインメモリ１０９の画素であり、固体撮像素子２１の画素１３１と１対１に対応している。１４２は最も歪曲した走査線である。すなわち、走査線の中で最も多くのラインメモリ１０９の画素の行に跨るものである。
【００３３】
１４３は最も歪曲した走査線１４２の次の走査線である。１４４、１４５はそれぞれ最も歪曲した走査線１４２及び次の走査線１４３の画素である。
【００３４】
黒丸で表した最も歪曲した走査線１４２の画素１４４及び次の走査線１４３の画素１４５の位置で画素データの値を算出する必要がある。
【００３５】
１４６はラインメモリ１０９のサイズを示す。ラインメモリ１０９のサイズ１４６は最も歪曲した走査線１４２の画素１４４の値がすべて算出できるようなＣＣＤの画素１３１のデータを記憶できる容量である。すなわち、最も歪曲した走査線１４２が跨るＣＣＤの画素１３１の行数に必要であれば補間処理で必要となる周辺の行を加えた行数がラインメモリ１０９のサイズ１４６となる。
【００３６】
最も歪曲した走査線１４２上の画素１４４の値の算出は、ラインメモリ１０９がラインメモリ１０９のサイズ１４６だけの容量があれば、ラインメモリ１０９の画素１４１より完全に算出できる。次に、次の走査線１４３上の画素１４５の値を算出するときは、ラインメモリ１０９内より最下行の画素データを棄て、ラインメモリ１０９には未だ記憶されていない次の行、例えば、図５では一番上の行の画素データを読み込む。ラインメモリ１０９のサイズ１４６は、どの走査線に対しても捜査線上のすべての画素の値を算出するのに十分なラインメモリ１０９の画素データ１４１を記憶できることが保証されているから、次の走査線１４３上の画素１４５についても全ての値が算出される。
【００３７】
他の走査線に対してもまったく同様に画素の値を算出して行く。走査線の形状によっては画素の値の計算に際して新たな画素データを読み込む必要がない場合もあれば、２行以上の画素データを読み込まねばならない場合もある。これらはアドレス発生回路１６よりの信号を受けてタイミング制御回路が調整する。固体撮像カメラの最終出力信号がビデオ信号の場合には、一定時間毎に一行ずつの画素データを出力しなければならないから、場合によってはタイミング調整用にラインメモリ１０９にさらにバッファメモリを持たせる事があり得る。
【００３８】
図６に、補間回路１１２による補間処理の説明図を示す。
【００３９】
図６において、１５１は走査線、１５２1、１５２2はそれぞれ走査線の画素である。また、１５３1、１５３2、・・・、１５３6はラインメモリ１０９の画素である。走査線１５１に対して画素の値を算出する場合、走査線の画素１５２1、１５２2の位置はラインメモリ１０９の画素１５３1〜１５３6位置と異なるので、補間値として値を計算する必要がある。最も簡単にはラインメモリ１０９の画素１５３1〜１５３6の中から最近傍画素の値を走査線の画素１５２1、１５２2の値として与える。
【００４０】
すなわち、走査線の画素１５２1、１５２2の値はそれぞれラインメモリ１０９画素１５３4、１５３2の値とする。この処理の場合には、アドレス発生回路１６で適当にアドレスを決めることにより、ラインメモリ１０９からの読み出しの際に補間処理が行われ、特別な補間回路１１２は不要とすることができる。他の近似方法は、隣接するラインメモリ１０９の４画素から線形近似で補間値を算出する方法である。
【００４１】
すなわち、走査線の画素１５２1、１５２2の値の計算は、それぞれラインメモリ１０９の画素１５３1、１５３2、１５３4、１５３5及び１５３2、１５３3、１５３5、１５３6の４画素ずつを補間回路１１２に送って、それらより線形近似を用いて行う。
【００４２】
図３において、補間回路１１２の出力はビデオ信号処理回路１１３に送られ、ＮＴＳＣ信号、ハイビジョン信号の定められたフォーマットの信号に変換される。同期信号付加回路１１４から同期信号がビデオ信号処理回路１１３に供給され、最終的な出力ビデオ信号１１５が形成される。ビデオ信号処理回路１１３よりの出力ビデオ信号１１５は、全体のシステムの構成に応じてモニタに表示され、次段の処理回路に送られる。
【００４３】
図７は、ディストーション補正処理を示す説明図である。
【００４４】
図７において、１６１は物体例である。１６２はその像（パターン像）であり、交換レンズ１によって得られたものである。固体撮像素子２１上の電荷パターン１０４もこれと同じ形状をしている。１６３は、出力ビデオ信号１１５による像である。図７において３つの図形の相互の縮尺の関係は実際とは異なるように誇張して描いてある。物体１６１に対して、像１６２は撮影レンズ１２３のディストーションのため歪む。しかし、既述のように収差補正を電気的に行うので、出力ビデオ信号による像１６３の元の物体１６１と相似な画像が得られることを示している。
【００４５】
なお、以上の実施形態の説明においては、固体撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを考えたがＭＯＳ形のイメージセンサであっても良い。また、不揮発性の読み出しが可能なタイプのイメージセンサの場合には同じ画素の信号を何度も読み出し補間処理に用いることができるのでラインメモリを不要にする構成をとることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば交換レンズの種類や交換レンズと撮像素子の中間に装着するアクセサリの有無及びその種類に関わらず撮影系で得られるパターン像の歪曲収差を補正し、良好なる画像を得ることができるカメラシステムを達成することができる。
【００４７】
この他本発明によれば、交換レンズや中間アクセサリで発生した収差によって生じた幾何学的変形を、交換レンズの状態に応じた幾何学的変形に沿って画素信号を読み、補間することによって収差が補正できるように構成したため、収差が良好に補正され画質の優れたカメラシステムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を示す概略構成ブロック図
【図２】  撮影系の要部概略図
【図３】  本発明に係る画像制御回路のブロック図
【図４】  像とＣＣＤの画素の関係を示す概略模式図
【図５】  ラインメモリ内の画素と走査線の関係図
【図６】  本発明に係る補間処理の説明図
【図７】  本発明に係るディストーション補正処理説明図
【符号の説明】
１  交換レンズ
２  カメラ本体
３  中間アクセサリ
１４  レンズ状態検知手段
１６  アドレス発生回路
２１  固体撮像素子
１５  中間アクセサリ検知手段
１７  レンズ情報伝達手段
１ａ  撮影系
ＺＬ  光学系
２２  カメラ情報伝達手段
２３  画像制御回路
３２  アクセサリ情報伝達手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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