(57)【要約】【課題】未知の交換レンズに対しても光学補正を行うこと【解決手段】撮像光学系１１１を有する交換レンズ１１０が着脱可能な撮像装置１２０は、撮像光学系の形状を計測するレンズ計測部１２４と、レンズ計測部１２４の計測結果に基づいて、撮像素子１２１から得られるデータを補正するシェーディング補正部１２６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を形成する撮像光学系を有するレンズ装置が着脱可能な撮像装置であって、
前記レンズ装置の前記撮像光学系の形状を計測する計測手段と、
前記被写体像を光電変換する撮像素子と、
前記計測手段の計測結果に基づいて、前記撮像素子から得られるデータを補正する補正手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記計測手段は、前記撮像素子においてケラレとなる前記撮像光学系の枠の半径と前記撮像素子からの距離の情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記計測手段による計測結果に基づいて、前記撮像素子の各像高におけるケラレ形状を算出するケラレ算出手段を更に有し、
前記補正手段は、前記ケラレ算出手段が算出した前記ケラレ形状の情報に基づいて前記データを補正することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記データにシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子は、前記補正手段により補正されたデータに基づいて、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出画素を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子は、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出画素を有し、
前記補正手段は、前記計測手段の計測結果に基づいて、前記焦点検出画素から得られるデフォーカス量を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記計測手段は、前記撮像素子の長辺側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記計測手段は、前記撮像素子で受光する波長ごとに前記計測結果を出力することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記レンズ装置の特性情報を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した前記特性情報に基づいて、前記計測手段が照射する計測光の照射範囲を決定する制御手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
被写体像を形成する撮像光学系を有するレンズ装置が着脱可能な撮像装置であって、
前記撮像光学系は、光軸に垂直な方向に移動して像ぶれを補正する補正レンズを含み、
前記撮像装置は、
前記レンズ装置の前記撮像光学系の形状を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づいて、前記補正レンズの移動を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の撮像装置と、
該撮像装置に着脱可能なレンズ装置と、
を有することを特徴とする撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像面に焦点検出画素を配置して焦点検出する撮像装置では、光軸からの距離が長くなるにつれて撮像光学系によるケラレの影響により、焦点検出画素の特性が変化する。レンズ交換式撮像装置の場合は交換レンズによりケラレの影響が異なる。
【０００３】
特許文献１は、ケラレの影響を検出してコントラスト方式に切り替える方法を提案している。特許文献２は、交換レンズから受信したケラレ情報に基づいて焦点検出画素の信号を補正して焦点検出を行う方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４２６６６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３４１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２の方法を実現するためには、交換レンズの光学設計情報を予め撮像装置内に記憶しておくか、撮像装置が交換レンズから通信により取得する必要がある。前者は撮像装置の記憶容量を消費し、後者は交換レンズが必要な情報を与える通信プロトコルに対応している必要がある。
【０００６】
本発明は、未知の交換レンズに対しても光学補正を行うことが可能な撮像装置および撮影システムを提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の撮像装置は、被写体像を形成する撮像光学系を有するレンズ装置が着脱可能な撮像装置であって、前記レンズ装置の前記撮像光学系の形状を計測する計測手段と、前記被写体像を光電変換する撮像素子と、前記計測手段の計測結果に基づいて、前記撮像素子から得られるデータを補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、未知の交換レンズに対しても光学補正を行うことが可能な撮像装置および撮影システムを提供することを例示的な目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のカメラシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像素子の概略断面図、撮像素子の画素配列を示す概略平面図、撮像素子の入射角感度特性を示す図、及び、シェーディングを説明する図である。
【図３】図１に示すカメラシステムの概略断面図である。（実施例１）
【図４】図１に示す撮像装置の動作を説明するためのフローチャートである。（実施例１）
【図５】図１に示すカメラシステムの概略断面図である。（実施例２）
【図６】シェーディングが発生する理由を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係るカメラシステム（撮影システム）のブロック図である。カメラシステムは、交換レンズ（レンズ装置）１１０と、カメラ本体（撮像装置）１２０と、から構成される。カメラ本体１２０に対して交換レンズ１１０は着脱可能に構成されている。カメラ本体１２０は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、テレビカメラなどであり、一眼レフカメラやノンレフレックスカメラ（ミラーレスカメラ）である。
【００１１】
交換レンズ１１０は、被写体像を形成する撮像光学系１１１とレンズマイコン（レンズ制御手段）１１２を有する。撮像光学系（撮影レンズ）１１１は、ズームレンズ、フォーカスレンズ、絞り、補正レンズ等を含む。ズームレンズ（変倍レンズ）は、光軸方向に移動されて焦点距離を変更する。フォーカスレンズは、光軸方向に移動されて焦点調節を行う。絞りは、撮像素子１２１に入射する光量を調節する。補正レンズ（防振光学系）は、光軸と垂直な方向に移動して像ぶれを補正する。レンズマイコン１１２は、交換レンズ１１０の各部を制御すると共にカメラ本体１２０と通信を行い各種の情報を送受信する。
【００１２】
カメラ本体１２０は、撮像素子１２１、焦点検出画素分離部１２２、映像信号処理部１２３、レンズ計測部１２４、ケラレ算出部１２５、シェーディング補正部１２６、焦点検出部１２７、カメラマイコン（カメラ制御手段）１２８を有する。なお、焦点検出画素分離部１２２、映像信号処理部１２３、レンズ計測部１２４、ケラレ算出部１２５、シェーディング補正部１２６、焦点検出部１２７、カメラマイコン（カメラ制御手段）１２８は一体のマイクロコンピュータとして構成されてもよい。
【００１３】
撮像素子１２１は、撮像光学系１１１が形成した光学像（被写体像）を光電変換する撮像画素を有し、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等で構成される。本実施形態の撮像素子１２１は、撮像面で位相差検出方式によって焦点検出を行う機能を有するが、これに限定されるものではない。位相差検出方式では、一対の被写体像の像信号の位相差を検出することによって焦点検出を行う。
【００１４】
撮像面で位相差検出方式によって焦点検出を行う場合、各画素を構成する検出素子は撮像画素と焦点検出画素を兼用してもよいし、焦点検出画素が全画素の一部の画素にのみ設けられていてもよい。前者の構成の場合、例えば、各画素に、それぞれ撮像光学系の異なる瞳領域を通過した光束を受光する２つの副画素を設け、マイクロレンズを用いて瞳分割を行う。焦点検出部１２７が２つの副画素から得られる２つの像信号の位相差量（像ずれ量）を検出し、相関演算を用いて焦点ずれ量（デフォーカス量）を算出することにより、撮像光学系１１１の焦点検出を行う。次いで、カメラマイコン１２８は、レンズマイコン１１２を介して、不図示のフォーカス駆動手段を制御して、焦点状態の検出結果に基づいて、撮影レンズの焦点ずれ量を調節する。本実施形態では、後者の構成を例に説明する。
【００１５】
図２（ａ）は、撮像素子１２１の概略断面図である。撮像素子１２１は、撮像画素１３０と焦点検出画素１３１を有する。撮像画素１３０は、マイクロレンズ１３２、カラーフィルター１３３、配線層１３４、光電変換部１３５を有する。焦点検出画素１３１は、マイクロレンズ１３２、カラーフィルター１３３、配線層１３４、光電変換部１３５、配線層を延長して形成された遮光部１３６を有する。
【００１６】
マイクロレンズ１３２は瞳分割を行い、カラーフィルター１３３は所定の波長の光のみ透過する（分光感度を有する）が、ここでは透明フィルターとなっており、白黒の撮像素子である。配線層１３４は、光電変換部１３５による電気信号を出力する。焦点検出画素１３１には、右側が遮光部１３６によって遮光され、左側が開口したＡ像用焦点検出画素１３１Ａと左側が遮光部によって遮光され、右側が開口したＢ像用焦点検出画素１３１Ｂがあり、これにより、瞳を２分割する。遮光部１３６は、入射光の一部を遮光し、遮光部１３６によって遮られなかった光が光電変換部１３５で光電変換される。
【００１７】
図２（ｂ）は、撮像素子１２１の撮像面における画素配列を示す概略平面図であり、撮像画素１３０、焦点検出画素１３１Ａ、Ｂが配列されている。焦点検出画素１３１Ａ、Ｂから得られるＡ像とＢ像の位相差を検出することによって焦点検出を行う。なお、焦点検出画素１３１Ａ、Ｂのラインには撮像画素が存在しないため、周囲の撮像画素から信号を補間する。
【００１８】
図２（ｃ）は、撮像画素１３０及び焦点検出画素１３１の瞳強度を示すグラフである。横軸は入射光の入射角、縦軸は感度を示している。２０１は撮像画素１３０の特性を示している。入射角垂直を０°として０°が最も感度が高く、入射角が傾くにつれ感度が低下する。２０２は、焦点検出画素１３１Ａの特性、２０３は、焦点検出画素１３１Ｂの特性を示しており、開口位置に応じてピーク位置が０°からずれている。このように感度中心が左右に分かれ、瞳分離が行われる。感度のピーク位置は、焦点検出画素１３１Ａ、Ｂのそれぞれの入射光束が射出瞳を通過した領域における重心位置に対応し、重心位置の間隔は「基線長」と呼ばれる。
【００１９】
以下、図６を参照して、シェーディングが発生する理由について説明する。図６（ａ）は、撮像光学系１１１の一例を示す断面図であり、この撮像光学系１１１は前レンズ６０１、絞り６０２、後レンズ６０３を有する。前レンズ６０１の枠を前枠、後レンズ６０３の枠を後枠とし、光軸ＯＡを二点鎖線で示す。
【００２０】
図６（ｂ）は、撮像面６０４における光軸上の位置ｘから見た前レンズ６０１、絞り６０２、後レンズ６０３の枠の重なりと撮像面６０４の光軸から離れた位置ｙから見た前レンズ６０１、絞り６０２、後レンズ６０３の枠の重なりを示す平面図である。位置ｘからみると光量を制限しているものは絞り６０２だけであるが、位置ｙから見ると前枠７０１と後枠７０３によっても光量が制限されていることが分かる。
【００２１】
図６（ｃ）は、位置ｙにおける光が届く範囲と撮像素子１２１の焦点検出画素１３１Ａ、Ｂを重ねたものであり、斜線部の形状のことをケラレ形状という。焦点検出画素１３１Ａ、Ｂでは光が届く範囲が大きく異なることがわかる。また、図２（ｃ）に示すように、焦点検出画素１３１Ａ、Ｂでは、感度中心のずれからケラレの影響が異なる。Ａ像とＢ像でシェーディング特性の違いにより出力レベルが大きくなると正しく位相差を求めることが困難になる。そこで、シェーディング特性の補正を行うために、レンズ形状の計測を行う。なお、シェーディングとは、光軸中心から離れる（像高が高くなる）につれて光量が落ちる現象であり、瞳分離された像においては像高が高くなると図２（ｃ）に示す関係が崩れる。
【００２２】
図２（ｄ）は、像高とシェーディング像の関係を示すグラフである。横軸が像高、縦軸が光量を示している。２１２はＡ像のシェーディング像、２１３はＢ像のシェーディング像である。シェーディング像２１２、２１３は、互いに特性が異なり、光軸中心から離れるにつれて光量が減少する。シェーディング像２１２、２１３の形状が分かれば、正しいシェーディング補正を行うことができる。シェーディング像を計算するには、像高に応じたケラレ形状と、図２（ｃ）に示す画素における入射角と感度の関係が必要である。像高に応じたケラレ形状は、撮像面から撮影レンズを見たときにケラレの原因となる枠の直径と撮像面からの距離が必要である。本実施例は、これらを計測するレンズ計測部１２４を設けている。なお、図２（ｃ）に示す関係の情報は、カメラマイコン１２８に設けられている不図示のＲＯＭなどの記憶手段に予め記憶されている。
【００２３】
焦点検出画素分離部１２２は、撮像画素と焦点検出画素を分離し、焦点検出画素部分の撮像画素信号を周囲の画素情報から補間して出力する。焦点検出画素分離部１２２の撮像画素出力は、映像信号処理部１２３に転送される。レンズ計測部（計測手段）１２４は、撮像光学系１１１の形状（レンズ形状）を計測する。レンズ計測部１２４の詳細については後述する。
【００２４】
ケラレ算出部（ケラレ算出手段）１２５は、レンズ計測部１２４が計測したレンズ形状からケラレ形状を算出する。シェーディング補正部（補正手段）１２６は、ケラレ算出部１２５が算出したケラレ形状に基づいてシェーディング形状を算出し、シェーディング形状に基づいて焦点検出画素分離部１２２の焦点検出画素出力に対して補正（シェーディング補正）を行う。焦点検出部（焦点検出手段）１２７は、シェーディング補正された焦点検出画素の出力に基づいて焦点検出を行う。カメラマイコン１２８は、カメラ本体１２０の各部の制御と交換レンズ１１０のレンズマイコン１１２と通信を行い、様々な制御を行うカメラ制御手段であり、マイクロコンピュータから構成される。例えば、カメラマイコン１２８は、焦点検出部１２７の出力に従い、交換レンズ１１０のレンズマイコン１１２に対して撮像光学系１１１を駆動する命令を発行する自動焦点調節（ＡＦ）を行う。
【実施例１】
【００２５】
図３（ａ）は、実施例１のカメラシステムの断面図である。一点鎖線で示すＯＡは光軸を表している。実施例１のレンズ計測部１２４は、２次元（２Ｄ）ラインレーザースキャナーであり、受光面からレーザー光を物体に照射し、物体からの反射光がラインセンサーのどこに投影されるかで物体の形状を計測する。
【００２６】
図３（ｂ）は、２Ｄラインレーザースキャナーによって撮像光学系１１１の内側の形状を計測した結果の形状１１３を示す図である。レンズ計測部１２４から見て影になっている部分の形状は計測できず、また、ラインセンサーなので１本の形状しか計測できない。レーザー照射は手前側から照射し、撮像光学系１１１の前枠を超えたことを検出するとレーザー照射を止める。レンズマイコン１１２との通信により、カメラマイコン１２８が交換レンズ１１０の特性情報（識別情報、機能を表す情報、種類を表す情報を含む）を取得した場合、撮像光学系１１１の外にレーザー光（計測光）が出ないように照射範囲を制御（決定）する。この場合、カメラマイコン１２８は、交換レンズ１１０の特性情報を取得する取得手段として機能する。
【００２７】
図４は、カメラマイコン１２８が実行する撮影方法のフローチャートであり、「Ｓ」はステップ（工程）を表す。図４に示すフローチャートは、コンピュータに各ステップの動作を実行させるためのプログラムとして具現化が可能である。
【００２８】
まず、Ｓ４０２において、カメラマイコン１２８は、レンズ計測部１２４に、撮像光学系１１１の形状を計測させる。なお、レンズマイコン１１２が撮像光学系１１１の形状を含む光学情報をカメラマイコン１２８に送信しない場合にＳ４０２を行ってもよい。
【００２９】
レンズ計測部１２４からのレーザー光は光軸中心を通る。撮像光学系１１１の内部は、光軸までの距離が半径となる円になっていると考えられるため、ケラレの構成要素となりうる主要枠１１４の半径および撮像素子１２１からの距離を求めることができる。レンズ計測部１２４は、主要枠１１４の半径と距離の情報を出力する。ケラレ算出部１２５は、レンズ計測部１２４の出力（計測結果）である主要枠１１４の半径と距離の情報に基づいて、撮像素子１２１の各像高におけるケラレ形状（遮光形状）を算出する。
【００３０】
次に、カメラマイコン１２８は、Ｓ４０４において、撮像素子１２１を露光し、Ｓ４０６において、撮像素子１２１からデータを読み出す。
【００３１】
次に、Ｓ４０８において、カメラマイコン１２８は、読み出した焦点検出画素にシェーディング補正を行い、焦点検出を行うようにケラレ算出部１２５、シェーディング補正部１２６、及び焦点検出部１２７を制御する。即ち、シェーディング補正部１２６では、ケラレ算出部１２５が算出したケラレ形状の情報とカメラマイコン１２８の記憶手段に記憶されている焦点検出画素の入射角と感度の関係の情報からケラレていない部分の感度を積算して、画素の感度を算出する。そして、シェーディング補正部１２６は、各像高の感度を計算し、図２（ｄ）に示すようなシェーディングカーブを求める。シェーディング補正部１２６は、求めたシェーディングカーブを正規化するゲインカーブを求め、焦点検出画素分離部１２２の出力である焦点検出画素信号に補正をかけ、補正後の信号を焦点検出部１２７へ出力する。焦点検出部１２７は、シェーディング補正された焦点検出画素の出力に基づいて焦点検出を行う。
【００３２】
次に、Ｓ４１０において、カメラマイコン１２８は、焦点検出結果に基づいて撮像光学系１１１のフォーカスレンズを駆動する。Ｓ４１２において、不図示のレリーズボタンが押されるとＳ４１４に、押されていなければＳ４１６に進む。Ｓ４１４では、カメラマイコン１２８は、静止画を撮影し、Ｓ４１６では、不図示の電源スイッチがＯＦＦになっていれば処理を終了し、そうでなければＳ４０２に戻る。これにより、焦点検出画素１３１のシェーディング補正を行うことができる。また、レンズに装着したフィルター枠やレンズフードによるケラレも反映して補正が行える。
【００３３】
レンズ計測部１２４からのレーザー光は、撮像素子１２１の感度と同じ白色のレーザー光であるため、撮像光学系１１１を通して得られる立体形状は撮像素子１２１から見える射出瞳と形状が一致する。ＲＧＢカラーの撮像素子１２１を用いる場合はレンズ計測部のレーザーをＲＧＢの３種類照射して、それぞれの色のケラレ形状を別々に算出し、それぞれシェーディング補正を行えばよい。なぜなら、撮像素子側からレーザー照射により得られる形状は、レンズの屈折率の影響により実際の形状と異なる形状が計測され、屈折率は光の波長ごとに特性が微妙に異なるからである。波長ごとにケラレ形状を計算することによって、より正確な補正が可能となる。
【００３４】
また、ＲＧＢおよびＩＲ（赤外）で形状を算出し、ＩＲに対するＲＧＢの差を記憶し、以後ＩＲのみで絞りやフォーカシングレンズの変化により変化する形状変化を計測し、ＲＧＢの形状を推測する。実施例１では、形状計測と撮像素子１２１の露光のタイミングを別々に行っていたが、撮像素子１２１が露光中にも形状計測を続行することができる。
【００３５】
実施例１では、焦点検出画素のシェーディング補正を行ったが、撮像画素のシェーディング補正にも有効である。また、実施例１は、シェーディングを補正したが、焦点検出画素の基線長を算出してもよい。基線長は焦点検出画素の感度のピークを与える重心位置の距離によって求まるため、シェーディング補正と同様に、ケラレ形状と入射角と感度の関係が分かれば算出可能である。基線長と、デフォーカスに対するＡ像、Ｂ像の像ズレ量は比例関係にある。そこで、シェーディング補正部１２６は、レンズ計測部１２４による計測結果から求めた基線長に基づいて、焦点検出部１２７の検出結果に基づくデフォーカス量を補正してもよい。
【００３６】
実施例１では、レーザースキャナーによりレンズの形状計測を行ったが、投射したレーザー光が対象まで往復するのにかかる時間から、距離を計測するＴＯＦ（Ｔｉｍｅｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサーを用いても同様の効果がある。２Ｄラインレーザースキャナーは撮像素子１２１の上部に配置されているが、撮像素子１２１の長辺側に配置することが望ましい。
【実施例２】
【００３７】
図５は、実施例２のカメラシステムの断面図であり、２つのレンズ計測部１２４Ａ、Ｂが設けられている。実施例２のレンズ計測部１２４Ａ、Ｂは、三次元（３Ｄ）レーザースキャナーである。実施例１では、光軸中心に対して同心円状の形状を想定しているが、実施例２では、２つの三次元形状計測により、同心円状ではない形状に対しても補正が可能となっている。蛇腹機構１１５により、あおり撮影が可能なレンズとなっている。実施例２では、このような交換レンズ１１０において生ずるシェーディングを正確に補正することができる。また、防振光学系により生ずる光学特性も正確に把握できるため、より大きな防振制御を行うことも可能となる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、レンズ装置が装着可能な撮像装置、レンズ装置と撮像装置からなる撮像システムの用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１１０…交換レンズ（レンズ装置）、１１１…撮像光学系、１２０…カメラ本体（撮像装置）、１２１…撮像素子、１２４…レンズ計測部（計測手段）、１２６…シェーディング補正部（補正手段）、１２８…カメラマイコン（カメラ制御手段）
【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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