JP2020003733A - デフォーカス検出装置及びデフォーカス検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズの開口情報を、開口の形状を表す形状パラメータに基づいて決定し表現することで、精度を下げることなく記憶容量、送信容量削減を可能とする。その結果としてデフォーカス検出装置を提供すること。【解決手段】 撮像光学系と、前記撮像光学系の開口情報を記憶する記憶手段と、前記開口情報を撮像装置に送信する送信手段と、を有するレンズ装置であって、開口情報は、撮像光学系を通過する光束の外縁を規定する開口の形状を表す形状パラメータに基づいて決定されることを特徴とする。【選択図】 図５

Description

本発明は、デフォーカス検出装置及びデフォーカス検出方法に関する。

撮像光学系における射出瞳の一部領域の透過光を用いて、焦点検出を行う撮像装置が提案されている。

特許文献１では、光学系の各開口までの距離を取得し、イメージセンサの測距瞳と交換レンズの射出瞳とが重なる領域の重心の重心距離を算出する。算出された重心距離に基づき、像ズレ量をデフォーカス量に変換する撮像装置が開示されている。

また、特許文献２では、レンズに、結像光束の入射角度範囲を記憶し、ボディに焦点検出用画素の受光感度特性を記憶し、これらに基づいて焦点調節の制御する撮像装置が開示されている。

特開２０１１−０８１３６５号公報 特開２０１６−１１８６９７号公報

レンズの開口形状は、複数のレンズ開口、絞り開口が重なることで、複雑な形状となり、開口形状を高精度に表現するためには、多くの開口情報をカメラ内に保持する必要がある。しかし、多くの開口情報の保持には、膨大な記憶容量が必要となるため、複数の開口情報から代表的な開口情報を決定し保持する必要がある。しかしながら、上記従来技術の構成では、複数の開口情報から代表的な開口情報を決定し保持する方法については開示されていない。

本発明は上記の問題点に鑑み、レンズの開口情報を、開口の形状を表す形状パラメータに基づいて決定し表現することで、精度を下げることなく記憶容量、送信容量削減を可能とする。その結果としてデフォーカス検出装置を提供することを目的とする。

本発明の検出装置は、撮像光学系と、前記撮像光学系の開口情報を記憶する記憶手段と、前記開口情報を撮像装置に送信する送信手段と、を有するレンズ装置であって、前記開口情報は、前記撮像光学系を通過する光束の外縁を規定する開口の形状を表す形状パラメータに基づいて決定されることを特徴とする。

本発明によれば、レンズの開口情報を、開口の形状を表す形状パラメータに基づいて決定し表現することで、精度を下げることなく記憶容量、送信容量削減を可能とする。その結果としてデフォーカス検出装置を提供することができる。

各実施例における撮像装置のブロック図である。 各実施例における撮像素子の概略図である。 実施例１における開口情報取得のフローチャートである。 各実施例における開口情報の概略説明図である。 各実施例における開口情報の算出方法の概略説明図である。 各実施例における開口情報の算出方法の概略説明図である。 各実施例における開口情報を絞りの中心位置からの距離に関する情報で表現した場合の概略関係図である。 各実施例におけるコンバータレンズ装着時の撮像装置のブロック図である。 実施例３における開口情報取得のフローチャートである。 各実施例におけるコンバータレンズユニット装着時の開口情報の概略説明図である。 実施例４における開口情報取得のフローチャートである。 実施例４における第２開口情報算出処理のフローチャートである。 実施例４におけるコンバータレンズの光学情報の概略説明図である。 実施例５における撮像光学系の概略断面模式図である。 実施例５における射出瞳形状の比較図である。

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。

（撮像装置の構成）
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における撮像装置の構成について説明する。図１は、本実施例における撮像装置１０のブロック図である。本実施例における撮像装置は一例として、レンズ交換可能な一眼レフタイプのデジタルカメラである。撮像装置１０は、撮像光学系であるレンズ装置に相当するレンズユニット１００とカメラ本体１２０とを有するカメラシステムである。レンズユニット１００は、図１中の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０と着脱可能に取り付けられる。図中は説明のため省略したが、マウントＭはバヨネット方式でレンズユニット１００とカメラ本体１２０を結合する。そして、レンズユニット１００は、マウントＭに設けられた電源や通信用の複数の接点端子によって、カメラ本体１２０と電気的に接続する。

ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、レンズユニットとカメラ本体とが一体的に構成されたレンズが交換できない撮像装置にも適用可能である。また本実施例は、デジタルカメラに限定されるものではなく、ビデオカメラやカメラ付携帯電話など他の撮像装置にも適用可能である。

レンズユニット１００は、撮像光学系としての第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、および、フォーカスレンズ群（以下、フォーカスレンズと称する場合がある）１０４と、駆動／制御系とを有する。このようにレンズユニット１００は、フォーカスレンズ１０４を含み、被写体像を形成する撮像レンズである。なお、レンズユニット１００には第２レンズ群１０３等を光軸ＯＡと垂直な面内で駆動させることで像ブレを軽減する機能を有する構成としてもよい。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。絞り１０２は、その開口径を調節することで撮像時の光量調節を行い、また静止画撮像時においては露光秒時調節用シャッタとして機能する。絞り１０２および第２レンズ群１０３は、一体的に光軸方向ＯＡに移動可能であり、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向ＯＡに移動可能であり、その位置に応じてレンズユニット１００が合焦する被写体距離（合焦距離）が変化する。フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡにおける位置を制御することにより、レンズユニット１００の合焦距離を調節する焦点調節（以下、フォーカス制御と称する場合がある）が可能である。

駆動／制御系は、ズームアクチュエータ１１１、絞りアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズＭＰＵ１１７、及び、レンズメモリ１１８を有する。ズーム駆動回路１１４は、ズームアクチュエータ１１１を用いて第１レンズ群１０１や第３レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに駆動し、レンズユニット１００の光学系の画角を制御し、ズーム操作を行う。また、ズーム駆動回路１１４は、ズームアクチュエータ１１１を用いて第１レンズ群１０１や第３レンズ群１０３の現在位置（ズームステートＺＳ）を検出する位置検出部としての機能を有する。絞り駆動回路１１５は、絞りアクチュエータ１１２を用いて絞り１０２を駆動し、絞り１０２の開口径や開閉動作を制御する。フォーカス駆動回路１１６は、フォーカスアクチュエータ１１３を用いてフォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに駆動し、レンズユニット１００の光学系の合焦距離を制御し、フォーカス制御を行う。また、フォーカス駆動回路１１６は、フォーカスアクチュエータ１１３を用いてフォーカスレンズ１０４の現在位置（フォーカスステートＦＳ）を検出する位置検出部としての機能を有する。

レンズＭＰＵ１１７は、レンズユニット１００に係る全ての演算、制御を行い、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路１１５、および、フォーカス駆動回路１１６を制御する。レンズＭＰＵ１１７はＣＰＵ等のプロセッサを含み、レンズメモリ１１８に記憶したパラメータや、カメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６等を統括制御する。また、レンズＭＰＵ１１７は、マウントＭを通じてカメラＭＰＵ１２５と接続され、コマンドやデータを通信する。例えば、レンズＭＰＵ１１７はフォーカスレンズ１０４の位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報等を通知する。このレンズ位置情報は、フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡにおける位置、光学系が移動していない状態の射出瞳の光軸方向ＯＡにおける位置および直径、および、射出瞳の光束を制限するレンズ枠の光軸方向ＯＡにおける位置および直径などの情報を含む。また、レンズＭＰＵ１１７は、所定のタイミングでカメラＭＰＵ１２５からの要求を含むコマンドを受け取る。レンズＭＰＵ１１７は当該コマンドの内容を解析し、各構成用の制御を行う。

レンズメモリ１１８は、自動焦点調節（以下、ＡＦ制御と称する場合がある）に必要な開口情報等を含む光学情報を記憶している。レンズＭＰＵ１１７は、所定のタイミングまたはカメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、光学情報をカメラＭＰＵ１２５へ送信する。また、レンズＭＰＵ１１７は、例えば内蔵の不揮発性メモリやレンズメモリ１１８に記憶されているプログラムを実行することにより、各種パラメータの演算やレンズユニット１００の動作を制御する。また、当該演算及び制御はカメラＭＰＵ１２５が行ってもよいし、一部または全部の処理を分担して実行してもよい。また、開口情報についての詳細は後述する。

レンズユニット１００は筒状の本体（以下、鏡筒と称する場合がある）に各構成要素を固定するための複数のレンズ部材を備える。各レンズ部材はフレア等を低減するために鏡筒自体に固定されているものだけではなく、各構成要素の制御に付随して移動するものもある。一例としてフォーカスレンズ１０４を固定するためのレンズ部材（枠）はフォーカスレンズ１０４が光軸方向ＯＡにおける移動に際して連動して移動する。

カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子１２２、および、駆動／制御系を有する。光学的ローパスフィルタ１２１および撮像素子１２２は、レンズユニット１００を介して形成された光学像に相当する被写体像を光電変換し、画像データを出力する撮像部として機能する。本実施例において、撮像素子１２２は、撮像光学系を介して形成された被写体像を光電変換し、画像データとして、撮像信号および焦点検出信号をそれぞれ出力する。

光学的ローパスフィルタ１２１は、撮像画像の偽色やモアレを軽減する光学部材である。撮像素子１２２は、ＣＭＯＳイメージセンサおよびその周辺回路で構成され、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素（ｍ、ｎは２以上の整数）が配置されている。本実施例の撮像素子１２２は、瞳分割機能を有し、各画素から出力された画素信号に基づく画像データを用いた位相差検出方式の焦点検出（以下、位相差ＡＦと称する場合がある）が可能な瞳分割画素を有する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２から出力される画素信号に基づく画像データから、位相差ＡＦ用のデータと、表示、記録、およびコントラストＡＦ（ＴＶＡＦ）用の各種画像データ等とを生成する。

駆動／制御系は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ群（ＳＷ）１２７、メモリ１２８、位相差ＡＦ部１２９およびＴＶＡＦ部１３０を有する。本実施例において位相差ＡＦ部１２９は、撮像面位相差焦点検出部に相当し、ＴＶＡＦ部１３０は、ＴＶＡＦ焦点検出部に相当する。

撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２の動作を制御するとともに、撮像素子１２２から出力された画素信号をＡ／Ｄ変換や各種補正処理を施し、カメラＭＰＵ１２５に送信する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２から出力された画素信号に基づく画像データに対して、γ変換、ホワイトバランス調整処理、色補間処理、圧縮符号化処理など、デジタルカメラで行われる一般的な画像処理を行う。また画像処理回路１２４は、位相差ＡＦ用の信号を生成する。

カメラＭＰＵ１２５はＣＰＵ等のプロセッサを含み、カメラ本体１２０に係る各構成要素を制御するための演算を行う。すなわちカメラＭＰＵ１２５は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作ＳＷ１２７、メモリ１２８、位相差ＡＦ部１２９、および、ＴＶＡＦ部１３０を制御するための演算を行う。カメラＭＰＵ１２５は、マウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続され、レンズＭＰＵ１１７とコマンドやデータを通信する。カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７に対して、レンズ位置の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行し、また、レンズＭＰＵ１１７からレンズユニット１００に固有の光学情報の取得要求などを発行する。

カメラＭＰＵ１２５には、カメラ本体１２０の動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ１２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ１２５ｂ、および、各種のパラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。またカメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納されているプログラムに基づいて、焦点検出処理を実行する。焦点検出処理においては、撮像光学系の互いに異なる瞳領域（瞳部分領域）を通過した光束により形成される光学像を光電変換した対の像信号を用いて、公知の相関演算処理が実行される。

表示器１２６はＬＣＤやビューファインダーなどから構成され、撮像装置１０の撮像モードに関する情報、撮像前のプレビュー画像と撮像後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作ＳＷ１２７は、電源スイッチ、レリーズ（撮像トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮像モード選択スイッチなどで構成される。メモリ１２８（記録手段）は、着脱可能なフラッシュメモリであり、撮像済み画像を記録する。なお、表示器１２６にタッチパネル等を設け、操作ＳＷ１２７として使用してもよい。

位相差ＡＦ部１２９は、撮像素子１２２および画像処理回路１２４から得られる焦点検出用の画像データの像信号に基づいて、位相差検出方式による焦点検出処理を行う。より具体的には、画像処理回路１２４は、撮像光学系の一対の瞳領域を通過する光束で形成される一対の像データを焦点検出信号として生成し、位相差ＡＦ部１２９は、一対の像データのずれ量に基づいて焦点を検出する。このように、本実施例の位相差ＡＦ部１２９は、専用のＡＦセンサを用いず、撮像素子１２２の出力に基づく位相差ＡＦを行う。本実施例において、位相差ＡＦ部１２９は、取得手段１２９ａおよび算出手段１２９ｂを有する。これらの各手段の動作については後述する。なお、位相差ＡＦ部１２９の少なくとも一部の構成（取得手段１２９ａまたは算出手段１２９ｂの一部）を、カメラＭＰＵ１２５等の別の機能ブロックに設けてもよい。

ＴＶＡＦ部１３０は、画像処理回路１２４により生成されるＴＶＡＦ用評価値（画像データのコントラスト情報）に基づいて、コントラスト検出方式の焦点検出処理を行う。コントラスト検出方式の焦点検出処理の際には、フォーカスレンズ１０４を移動して評価値（焦点評価値）がピークとなるフォーカスレンズ位置が合焦位置として検出される。また、ＴＶＡＦ部１３０により検出されたコントラスト値を位相差ＡＦ部１２９の演算も用いてもよい。例えば、コントラスト値を演算結果の信頼性等に用いることが可能である。

このように、本実施例の撮像装置１０は、撮像面位相差ＡＦとＴＶＡＦとを組み合わせて実行可能であり、状況に応じて、これらを選択的に使用し、または、組み合わせて使用することができる。位相差ＡＦ部１２９およびＴＶＡＦ部１３０は、各々の焦点検出結果を用いてフォーカスレンズ１０４の位置を制御するフォーカス制御手段として機能する。

（撮像素子）
まず、図２を参照して、本実施例における撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）１２２の画素配列および画素構造について説明する。図２は、撮像素子１２２の画素（撮像画素）配列を示す図である。撮像素子１２２の画素配列を、４列×４行の範囲で示している。本実施例では、２列×２行の画素群２００は、画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂがベイヤー配列で配置されている。すなわち、画素群２００のうち、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下にそれぞれ配置されている。画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂは、２列×１行に配列された焦点検出画素（第１焦点検出画素）２０１、焦点検出画素（第２焦点検出画素）２０２により構成されている。このため、図３には、焦点検出画素の配列が、８列×４行の範囲で示されている。なお、本実施例の画素はｘ方向に配置された２つの焦点検出画素から構成されているが、これに限られるものではなく、ｙ方向に配置されたものでもよい。また、２つ以上の焦点検出画素で構成してもよいし、いくつかの構成を組み合わせた構成であってもよい。

図３に示されるように、撮像素子１２２は、４列×４行の画素（８列×４行の焦点検出画素）を多数配置して構成されており、撮像信号（焦点検出信号）を出力する。本実施例の撮像素子１２２は、画素の周期Ｐが６μｍ、画素の数Ｎが横６０００列×縦４０００行＝２４００万画素である。また、撮像素子１２２は、焦点検出画素の列方向の周期Ｐ_ＳＵＢが３μｍ、焦点検出画素の数Ｎ_ＳＵＢが横１２０００列×縦４０００行＝４８００万画素である。なお、４Ｋフォーマットの動画等を撮像素子１２２を用いて取得する場合には、横４０００列以上の画素を有することが望ましい。また、これ以上のサイズのフォーマットで画像を取得する場合には当該フォーマットに合わせた画素数であることが望ましい。また、画素の周期Ｐは用いる撮像光学系のイメージサークル、解像度等によって決定されるが、レンズの回折限界に相当する１μｍ程度の周期Ｐまで適用することが可能である。

本実施例の各画素には、フォトダイオードが形成されたシリコン等の半導体の界面である受光面側に入射光を集光するためのマイクロレンズが設けられている。マイクロレンズは、２次元状に複数配列されており、受光面に垂直なｚ軸方向（光軸ＯＡの方向）に所定の距離だけ離れた位置に配置されている。また、画素には、ｘ方向にＮｘ分割（２分割）、ｙ方向にＮｙ分割（１分割）された分割数ＮＬＦ＝Ｎｘ×Ｎｙ（分割数２）の光電変換部が形成されている。それぞれの光電変換部は、焦点検出画素２０１および焦点検出画素２０２に対応する。

それぞれの光電変換部は、シリコン等の半導体基板上に形成され、ｐ型層とｎ型層から成るｐｎ接合のフォトダイオードとして構成される。必要に応じて、ｐ型層とｎ型層との間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造のフォトダイオードとして構成しても良い。マイクロレンズと光電変換部との間には、対応する色のカラーフィルタが設けられている。必要に応じて、画素ごと、または光電変換部ごとにカラーフィルタの分光透過率を変えることができ、またはカラーフィルタは省略してもよい。

画素群２００に入射した光は、マイクロレンズにより集光され、カラーフィルタで分光された後、それぞれの光電変換部で受光される。それぞれの光電変換部においては、受光量に応じて電子とホールとの対が生成され、それらが空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層に蓄積される。一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて、撮像素子１２２の外部へ排出される。光電変換部のｎ型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換される。

なお、本実施例においてマイクロレンズは撮像素子１２２における光学系に相当する。当該光学系は複数のマイクロレンズを含む構成としてもよいし、導波路等の屈折率の異なる材料を用いた構成としてもよい。また、撮像素子１２２はマイクロレンズを有する面と反対の面に回路等を備える裏面照射型のイメージセンサでもよく、更に撮像素子駆動回路１２３および画像処理回路１２４等の一部の回路を備える積層型のイメージセンサであってもよい。また、半導体基板としてシリコン以外の材料を用いてもよいし、例えば有機材料を光電変換材料として用いてもよい。

（開口情報取得フロー）
以下、本実施例１におけるデフォーカス検出及び開口情報取得のフローについて図３の各図を用いて説明する。本実施例１の開口情報は、レンズメモリ１１８に記憶され、カメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、レンズＭＰＵ１１７が開口情報をカメラＭＰＵ１２５へ送信する。本実施形態では、開口情報をレンズメモリ１１８に記憶している場合を例に説明するが、開口情報をメモリ１２８に記憶して取得してもよい。また、カメラＭＰＵ１２５が備える所定の通信手段によって外部装置より取得してもよい。

図３（ａ）を参照して、カメラＭＰＵ１２５により実行される本実施例の焦点検出方法について説明する。図３（ａ）は、本実施例の焦点検出方法を示すフローチャートである。本実施例の焦点検出方法は、ソフトウエアおよびハードウエア上で動作するコンピュータプログラムとしての焦点検出プログラムにしたがって実行される。焦点検出プログラムは、例えば、カメラ本体１２０内のメモリ１２８に記録されていてもよいし、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。また、本実施例ではカメラＭＰＵ１２５が焦点検出方法を実行するが、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や専用の装置が焦点検出装置として本実施例のデフォーカス検出方法を実行してもよい。また、本実施例の焦点検出プログラムに対応する回路を設け、回路を動作させることで本実施例の焦点検出方法を実行してもよい。

図３（ａ）のステップＳ１０１では、カメラＭＰＵ１２５は、焦点検出位置設定手段として動作し、焦点検出を行う撮像素子１２２上の焦点検出位置の像高座標（ｘ_ＡＦ、ｙ_ＡＦ）を設定する。次に、像高座標（ｘ_ＡＦ、ｙ_ＡＦ）から、式（１）により、焦点検出位置の像高ｒ_ＡＦを計算する。そして、処理をステップＳ１０２に進める。なお、本実施例ではその説明は省略するが手振れ補正等による光軸位置のシフト量を考慮して像高座標を設定するようしてもよい。

図３（ａ）のステップＳ１０２では、カメラＭＰＵ１２５は、撮像光学系の光学条件に応じた開口情報を取得する。特に、焦点検出位置の像高座標（ｘ_ＡＦ、ｙ_ＡＦ）と、撮像光学系（交換レンズ）のフォーカスステートＦＳ、ズームステートＺＳ等の光学条件に応じた開口情報を取得する。そして、処理をステップＳ１０３に進める。本ステップＳ１０２における開口情報の取得ついては、図３（ｂ）を用いて後で詳細に説明する。

図３（ａ）のステップＳ１０３では、カメラＭＰＵ１２５は撮像素子駆動回路１２３を制御して撮像素子１２２の各画素の焦点検出画素２０１、焦点検出画素２０２で受光された画素信号を取得する。もしくは、予め本実施例の撮像素子１２２により撮像され、記録媒体等に保存されている画素信号を用いても良い。ステップＳ１０３では、次に、カメラＭＰＵ１２５は、画素信号に基づいて、撮像光学系の異なる瞳部分領域に応じた第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を生成する。すなわち、同一の瞳部分領域に相当する画素からの信号に基づいてそれぞれの焦点検出信号を生成する。より詳細には、撮像素子１２２により撮像された画素信号をＬＦとする。また、ＬＦの各画素信号内での列方向ｉ_Ｓ（１≦ｉ_Ｓ≦Ｎｘ）番目、行方向ｊ_Ｓ（１≦ｊ_Ｓ≦Ｎｙ）番目の焦点検出画素信号を、ｋ＝Ｎｘ（ｊ_Ｓ−１）＋ｉ_Ｓ（１≦ｋ≦Ｎ_ＬＦ）として、第ｋ焦点検出画素信号とする。撮像光学系の第ｋの瞳領域に対応した、列方向ｉ番目、行方向ｊ番目の第ｋ焦点検出信号Ｉ_ｋ（ｊ、ｉ）を、以下の式（２）により生成する。

本実施例は、Ｎｘ＝２、Ｎｙ＝１、Ｎ_ＬＦ＝２のｘ方向２分割で、ｋ＝１、ｋ＝２の例である。図２に例示した画素配列に対応した画素信号から、画素毎に、ｘ方向２分割された第１焦点検出画素２０１の信号を選択する。よって、撮像光学系の瞳部分領域に対応した、画素数Ｎ（＝水平画素数Ｎ_Ｈ×垂直画素数Ｎ_Ｖ）の解像度を有するベイヤー配列のＲＧＢ信号である第１焦点検出信号と第２焦点検出信号Ｉ_２（ｊ、ｉ）を生成する。

ステップＳ１０３では、次に、ベイヤー配列のＲＧＢ信号である第ｋ焦点検出信号Ｉ_ｋ（ｋ＝１、２）から、位置（ｊ，ｉ）ごとに、各色ＲＧＢの色重心を一致させて、第ｋ焦点検出輝度信号Ｙ_ｋ（ｋ＝１、２）を、以下の式（３）により生成する。必要に応じて、焦点検出精度を向上するために、第ｋ焦点検出輝度信号Ｙｋに、シェーディング（光量）補正処理等を行っても良い。

ステップＳ１０３では、次に、第ｋ焦点検出輝度信号Ｙ_ｋ（ｋ＝１、２）に対して、瞳分割方向（列方向）に、１次元バンドパスフィルタ処理を行い、略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号ｄＹＡを生成する。また、第２焦点検出輝度信号Ｙ_２に対して、瞳分割方向（列方向）に、１次元バンドパスフィルタ処理を行い、略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第２焦点検出信号ｄＹＢを生成する。１次元バンドパスフィルタとしては、例えば、１次微分型フィルタ［１、５、８、８、８、８、５、１、−１、−５、−８、−８、−８、−８、−５、−１］などを用いることができる。必要に応じて、１次元バンドパスフィルタの通過帯域を調整することが好ましい。例えば、高周波のノイズ成分を低減するために単純に加算する処理を行ってもよい。そして、処理をステップＳ１０４に進める。

図３（ａ）のステップＳ１０４では、カメラＭＰＵ１２５は、像ズレ量検出手段として、焦点検出信号に基づいて、検出像ずれ量を算出する。焦点検出位置（ｊ_ＡＦ、ｉ_ＡＦ）を中心として、行方向ｊ_２（−ｎ_２≦ｊ_２≦ｎ_２）番目、瞳分割方向である列方向ｉ_２（−ｍ_２≦ｉ_２≦ｍ_２）番目の略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号をｄＹＡ（ｊ_ＡＦ＋ｊ_２、ｉ_ＡＦ＋ｉ_２）とする。さらに、第２焦点検出信号をｄＹＢ（ｊ_ＡＦ＋ｊ_２、ｉ_ＡＦ＋ｉ_２）とする。シフト量をｓ（−ｎ_ｓ≦ｓ≦ｎ_ｓ）として、各位置（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ）での相関量ＣＯＲ_ＥＶＥＮ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）を、式（４Ａ）により算出し、相関量ＣＯＲ_ＯＤＤ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）を、式（４Ｂ）により算出する。

相関量ＣＯＲ_ＯＤＤ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）は、相関量ＣＯＲ_ＥＶＥＮ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）に対して、略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号ｄＹＡと第２焦点検出信号ｄＹＢのシフト量を半位相−１シフトずらした相関量である。

図３（ａ）のステップＳ１０４では、次に、相関量ＣＯＲ_ＥＶＥＮ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）と相関量ＣＯＲ_ＯＤＤ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）から、それぞれ、サブピクセル演算により、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して平均値を算出する。そして、焦点検出位置（ｊ_ＡＦ、ｉ_ＡＦ）における検出像ずれ量ｑ_ｄｅｔを算出する。そして、処理をステップＳ１０５に進める。

図３（ａ）のステップＳ１０５では、カメラＭＰＵ１２５は、変換係数取得手段として、検出像ずれ量ｑ_ｄｅｔから、デフォーカス量ｄ_ｄｅｔへ変換するための変換係数Ｋを算出する。ステップＳ１０５の変換係数Ｋの算出について、ステップＳ１０２で取得した開口情報を用いる。より詳細には、開口情報に対応するパラメータをメモリ１２８等に記憶しておき、当該パラメータを用いて変換係数Ｋを算出する。また、変換係数Ｋ自体を開口情報に対応したテーブルとしてメモリ１２８に記憶させておいてもよい。なお、本実施例において各ステップの処理は、カメラＭＰＵ１２５が行う例を示すが、外部のＰＣ等によって変換係数Ｋの算出工程の一部を行い、メモリ等にその結果を保持する構成としてもよい。算出工程の一部を事前に行うことで、カメラＭＰＵ１２５の演算負荷を低減することができる。そして、処理をステップＳ１０６に進める。

図１３のステップＳ１０６では、カメラＭＰＵ１２５は、検出像ずれ量ｑ_ｄｅｔに変換係数Ｋを乗算し、デフォーカス量ｄ_ｄｅｔを算出する。なお、デフォーカス量ｄ_ｄｅｔの算出は撮像素子１２２から出力される画素信号に対して実施する例を示したが、これに限られずメモリ１２８または外部のＰＣ等に記憶された画素信号に対して実行する場合であってもよい。

図３（ｂ）に、本実施例１の図３（ａ）のステップＳ１０２の開口情報取得のフローチャートを示す。なお、図３（ｂ）の動作は、レンズＭＰＵ１１７、レンズメモリ１１８、カメラＭＰＵ１２５によって実行される。開口情報の取得はカメラ本体１２０の起動時に行うことが好ましいが、所定の周期で定期的に実行してもよいし、フォーカスステートＦＳまたはズームステートＺＳが変化した場合、焦点検出領域が設定された場合、撮像動作時などに実行してもよい。

まず図３（ｂ）のステップＳ２０１において、レンズＭＰＵ１１７は、ズーム駆動回路１１４より現在のズームステートＺＳを、フォーカス駆動回路１１６より現在のフォーカスステートＦＳを取得する。そして、処理をステップＳ２０２に進める。なお、本動作においてズームステートＺＳ及びフォーカスステートＦＳは定期的にレンズメモリ１１８等に記憶しておき、当該記憶された情報を取得するようにしてもよい。

続いて、図３（ｂ）のステップＳ２０２において、レンズＭＰＵ１１７は、レンズメモリ１１８より、ステップＳ２０１で取得したズームステートＺＳ、フォーカスステートＦＳに応じた開口情報を取得する。レンズメモリ１１８には、ズーム範囲を複数に分割したズームステートＺＳ毎、フォーカス範囲を複数に分割したフォーカスステートＦＳ毎、像高範囲を複数に分割した像高毎に開口情報をテーブルとして記憶している。そして、レンズＭＰＵ１１７は、取得した現在のズームステートＺＳ、フォーカスステートＦＳに対応する開口情報を、レンズＭＰＵ１１７が近傍ステートの開口情報から線形補間することにより算出し決定する。そして、処理をステップＳ２０３に進める。なお、像高に関しては、後述するカメラＭＰＵ１２５にて算出し取得されるが、撮像面上での座標位置としてもよい。また、本実施例では、現在のステートの開口情報を、線形補間にて算出することで取得したが、最近傍ステートの開口情報を、現在のステートの開口情報として取得してもよいし、線形補間以外の算出方法を用いて取得してもよい。

続いて、図３（ｂ）のステップＳ２０３において、レンズＭＰＵ１１７は、ステップＳ２０２で取得した開口情報をカメラＭＰＵ１２５に送信する。ステップＳ２０３で送信される開口情報は、複数像高に対応する開口情報である。そして、処理をステップＳ２０４に進める。なお、送信する開口情報はカメラＭＰＵ１２５から指定された像高における開口情報のみを送信してもよいし、全像高の開口情報を送信するようにしてもよい。また、送信する範囲を適宜切り替えるようにしてもよい。

続いて、図３（ｂ）のステップＳ２０４において、カメラＭＰＵ１２５は位相差ＡＦ部１２９を制御し、撮像素子１２２の有効画素領域の中から焦点調節を行う対象となる焦点検出領域を設定する。そして、処理をステップＳ２０５に進める。ここでは、位相差ＡＦ部が焦点検出領域を設定する例を用いて説明したが、ＴＶＡＦ部１３０が撮像素子１２２の有効画素領域の中から焦点調節を行う対象となる焦点検出領域を設定してもよい。また、焦点検出領域の設定については、ユーザー等が操作ＳＷ１２７を操作して行ってもよいし、画像処理回路１２４などによって有効画素領域内の特定の人物の顔などの被写体を検出して行ってもよい。

続いて、図３（ｂ）のステップＳ２０５において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ２０４にて設定した焦点検出領域の像高に基づいて、ステップＳ２０３で取得した開口情報から、設定された像高の開口情報を取得する。ステップＳ２０３で取得した開口情報は、複数の像高の開口情報であるため、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で設定された焦点検出領域の像高における開口情報を、カメラＭＰＵ１２５が近傍像高の開口情報から線形補間することにより算出し取得する。本実施例では、設定された焦点検出領域の像高の開口情報を、線形補間にて算出することで取得したが、最近像高の開口情報を、設定された像高の開口情報として取得してもよい。

本実施例では、開口情報をデフォーカス量の算出または撮像光学系の焦点検出に用いることを想定して説明した。だが、露出調整や、様々な画像処理等に用いてもよく、その場合にも本実施例と同様に、処理を実施したい像高に対する開口情報を、ステップＳ２０４で設定し、それに対応した開口情報をステップＳ２０５で取得する。

（開口情報）
次に、図４を参照して、開口情報に関して説明する。図４は、撮像光学系を通過する光束の外縁を規定する開口の形状の説明図である。撮像光学系から集光する光を撮像素子１２２の受光面で受光する様子を示している。なお、当該受光面をｚ方向の原点とし、撮像光学系の光軸ＯＡはｚ軸と略一致し、光の入射方向と逆方向を正とする。また、受光面はｚ軸と直交するｘｙ平面内に存在し、その原点は光軸ＯＡと略一致する。図４（ａ）は、中央像高（光軸ＯＡ近傍）での下線側の光束を規定するレンズ部材３０１と、上線側の光束を規定するレンズ部材３０２と、開口形状３１１の関係を示す。図４（ｂ）は、周辺像高での下線側の光束を規定するレンズ部材３０３と、上線側の光束を規定するレンズ部材３０４と、開口形状３１２の関係を示す。なお、開口形状は複数の部材の結果をセンサ入射瞳に投影した際の瞳形状である。なお、開口形状としてはセンサ入射瞳を基準とするのではなく、撮像光学系の射出瞳を基準としてもよいし、決められた所定のｚ軸上の位置を基準としてもよい。

ここで、撮像素子１２２のセンサ入射瞳について説明する。本実施例の撮像素子１２２では、２次元の平面上の各像高座標に位置する画素毎に、マイクロレンズは像高座標に応じて、撮像素子の中心方向へ連続的にシフトされて配置されている。つまり、各マイクロレンズは像高が高くになるにつれ、光電変換部に対して光軸ＯＡ側へ偏心するように配置されている。なお、撮像素子１２２の中心と撮像光学系の光軸ＯＡは、撮像光学系または撮像素子を駆動することで手振れ等によるブレの影響を低減する機構によって変化するが略一致する。これにより、撮像素子１２２から距離Ｄｓだけ離れた位置の瞳面において、撮像素子１２２の各像高座標に配置された各画素の第１焦点検出画素２０１の受光領域に対応する第１瞳強度分布が、概ね、一致するように構成される。同様に、第２焦点検出画素２０２の受光領域に対応する第２瞳強度分布が、概ね、一致するように構成されている。つまり、撮像素子１２２から距離Ｄｓだけ離れた位置の瞳面において、撮像素子１２２の全ての画素の第１瞳強度分布と第２瞳強度分布が、概ね、一致するように構成されている。以下、第１瞳強度分布及び第２瞳強度分布を、撮像素子１２２の「センサ入射瞳」と呼び、距離Ｄｓを、撮像素子１２２の「入射瞳距離」と呼ぶ。なお、全ての画素を単一の入射瞳距離を有する構成とする必要はなく、例えば像高８割までの画素の入射瞳距離を略一致させる構成としてもよいし、あえて行ごとまたは検出領域ごとに異なる入射瞳距離を有するように画素を構成してもよい。

図４（ａ）は、ステップＳ２０４で設定する焦点検出領域が中央像高（（ｘ、ｙ）＝（０、０））に設定されたときの状態である。図４（ａ）の中央像高の場合、同一ｘｙ平面内に配置されたレンズ部材３０１とレンズ部材３０２によって開口形状は規定され、入射瞳距離Ｄｓにおいてその形状は円形となる。

図４（ｂ）は、ステップＳ２０４で設定する焦点検出領域が周辺像高（（ｘ、ｙ）＝（−１０、０））に設定されたときの状態である。図４（ｂ）の周辺像高の場合、開口形状は、レンズ部材３０１とレンズ部材３０２では規定されず、レンズ部材３０３とレンズ部材３０４により規定され、入射瞳距離Ｄｓにおいてその形状は円形ではなくなる。図４（ｂ）では、２つのレンズ部材で開口が規定される例を示したが、複数のレンズ部材で開口が規定される場合もあり、その場合には、開口形状はより複雑な形状となる。

次に、図５〜図７を参照して、開口情報の算出方法に関して説明する。図５は、開口情報の算出方法の概略説明図であり、図５（ａ）は、図４（ｂ）の開口形状３１２を開口情報として太線で表現しており、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、開口情報算出時に用いる評価値（形状パラメータ）を表している。なお、当該算出制御は、カメラＭＰＵ１２５またはレンズＭＰＵ１１７が、図３に示した制御フローの中で行ってもよいし、事前に算出を行った結果のみをレンズメモリ１１８等に記憶させておいてもよい。

本実施例では、レンズメモリ１１８等に記憶させる開口情報として、開口形状を２つの円の位置と大きさで表現する。各円の位置と大きさは、各レンズ部材の形状（半径及び位置）をレンズの入射瞳面に投影した場合の形状に相当する。図５（ａ）では、開口形状３１２を、開口情報４１１（位置ｃ１、半径ｒ１）と、開口情報４１２（位置ｃ２、半径ｒ２）で表現している。開口情報４１１は、開口形状３１２の点４０１から右回りに点４０２までの領域でフィッティングすることで算出しており、開口情報４１２は、開口形状３１２の点４０１から左回りに点４０２までの領域でフィッティングすることで算出している。言い換えれば、中心と半径の異なる二つの円弧を用いて開口形状３１２を求める。なお、本実施例においてフィッティングに際して回転角θを定義する中心は光軸ＯＡを用いるが、これに限定されない。

点４０１、点４０２は、所定位置からの開口形状３１２までの距離の２次微分の離散点である。図５（ｂ）は、横軸が図５（ａ）に示す回転角θ、縦軸が図５（ａ）の（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）から開口形状３１２までの距離ｒを示している。図５（ｃ）は、横軸が図５（ａ）に示す回転角θ、縦軸が距離ｒを回転角θに関して２回微分した値を示している。図５（ｃ）の離散点４０１、４０２が図５（ａ）の点４０１、点４０２と対応しており、この離散点によって、開口情報算出時のフィッティング範囲を決定している。所定位置からの距離変化が不連続となる点は、距離変化の２次微分の離散点として現れるため、この離散点を用いることで、開口形状を１つの開口情報として表現する領域毎に分離することができる。つまり、２つの円弧を２次微分の離散点を基準としてつなげることにより、複雑な形状である開口形状を、位置と半径のパラメータによって精度よく表現することが可能となる。

続いて、図６を用いて、複数のレンズ部材で開口が規定され、開口形状がより複雑な形状となる場合の開口情報算出方法に関して説明する。

図４（ｂ）の複数のレンズ部材で開口が規定された開口形状３１３を開口情報として表現した様子を表しており、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、開口情報算出時に用いる評価値（形状パラメータ）を表している。

本実施例では、開口情報として、開口形状を２つの円の位置と大きさで表現する。図６（ａ）では、開口形状３１３を、開口情報５１１（位置ｃ１、半径ｒ１）と、開口情報５１２（位置ｃ２、半径ｒ２）で表現した例を示している。開口情報５１１は、開口形状３１３の点５０１から右回りに点５０４までの領域でフィッティングすることで算出しており、開口情報５１２は、開口形状３１３の点５０２から左回りに点５０３までの領域でフィッティングすることで算出している。

点５０１〜点５０４は、所定位置からの開口形状３１３までの距離の２次微分の離散点である。図６（ｂ）は、横軸が図６（ａ）に示す回転角θ、縦軸が図６（ａ）の（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）から開口形状３１３までの距離ｒを示している。図６（ｃ）は、横軸が図６（ａ）に示す回転角θ、縦軸が距離ｒを回転角θに関して２回微分した値を示している。図６（ｃ）の離散点５０１〜５０４が図６（ａ）の点５０１〜点５０４と対応しており、この離散点によって、開口情報算出時のフィッティング範囲を決定している。

本実施例においては、開口形状の上線、下線の精度を優先し、開口形状３１３の点５０１から右回りに点５０４までの領域と、点５０２から左回りに点５０３までの領域でフィッティングしている。つまり、点５０１と点５０２の間と点５０３と点５０４の間については開口情報５１１（位置ｃ１、半径ｒ１）と、開口情報５１２（位置ｃ２、半径ｒ２）では正確に表現できていない。しかし、本実施例の撮像素子１２２はｘ方向に複数の光電変換部が形成された画素を有するため、ｘ方向の開口形状がデフォーカス検出精度に影響を及ぼすこととなる。そのため、開口形状自体は複雑な形状となっているが、デフォーカス検出に影響を及ぼす範囲で適切なパラメータを用いることで、単純な形状にモデル化が可能となる。

本実施例では、上線、下線の精度を優先したが、離散点の中で、変化の不連続度が大きくなる、２次微分値の大きい離散点から円のフィッティング範囲を決定してもよい。また、本実施例では、フィッティングを領域で行ったが、離散点にて決定した領域内の数点からフィッティングして算出してもよい。また、本実施例では、所定位置からの距離の２次微分の離散点に基づいてフィッティング範囲を設定したが、開口形状の曲率半径の変化点に基づいてフィッティング範囲を設定し、開口情報を算出してもよい。また、本実施例では、所定位置からの距離の２次微分の離散点に基づいてフィッティングしたが、各Ｙ座標での幅（上線側と下線側のＸの差分）に関して、開口形状と開口情報の差が最小となるように、開口情報を算出してもよい。また、開口形状の面積と開口情報の面積（開口情報５１１と開口情報５１２の共通部分の面積）の差分が最小となるように、開口情報を算出してもよい。

また、本実施例では、２つの開口情報をパラメータとして、求めるべき開口形状を関数化して表現したが、３つ以上の開口情報で開口形状を表現してもよい。その場合には、レンズメモリ１１８の記憶容量が増加するが、開口情報による開口形状の表現精度を向上することができる。また、開口情報として各点（４０１、４０２、５０１乃至５０４）の位置やθもパラメータとして用いてもよい。

また、本実施例では、レンズメモリ１１８に開口情報を記憶しておき、取得したが、メモリ１２８に記憶しておき取得してもよい。また、開口形状をネットワーク上に記憶しておき、本実施例で説明した算出方法で開口情報を計算し、レンズユニット１００またはカメラ本体１２０と通信することで取得してもよい。

以上の構成により、開口情報の精度を下げることなく簡易な構成で開口形状を表現することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例は、開口情報の表現方法に関して実施例１とは異なる。本実施例における他の構成および動作は、実施例１と同様であるため、それらの説明は省略する。実施例１では、開口情報を、円の位置（ｃ１、ｃ２）と大きさ（ｒ１、ｒ２）で表現し保持していたが、本実施例では、開口情報を、撮像光学系の絞り１０２の中心位置からの距離に関する情報として保持する場合について説明する。

図７は、開口形状３１２に関して、絞り１０２の中心位置からの距離に関する情報として開口情報を表現した様子を示している。図７のｃ３が絞り１０２の中心位置であり、ａ１、ａ２が絞り１０２の中心位置からの距離（開口情報）を表している。ａ１、ａ２は、ｃ１、ｒ１とｃ３、ｃ２、ｒ２とｃ３から以下式（５Ａ）及び（５Ｂ）にて算出することができる。このように、ｃ１、ｒ１、ｃ２、ｒ２をａ１、ａ２として記憶することで、レンズメモリ１１８への記憶容量を削減することができる。
ａ１＝ｒ１−（ｃ１−ｃ３）・・・（５Ａ）
ａ２＝ｒ２＋（ｃ２−ｃ３）・・・（５Ｂ）

本実施例では、ａ１、ａ２は、ｃ１、ｒ１とｃ３、ｃ２、ｒ２とｃ３から算出したが、開口情報とｃ３から直接算出してもよい。また、本実施例では、レンズメモリ１１８に開口情報を記憶しておき、取得したが、メモリ１２８に記憶しておき取得してもよい。また、開口形状をネットワーク上に記憶しておき、本実施例で説明した算出方法で開口情報を計算し、レンズユニット１００またはカメラ本体１２０と通信することで取得してもよい。また、絞り１０２の中心位置Ｃ３は略光軸ＯＡと一致するため、ゼロとして省略することも可能である。なお、本実施例おいて絞り１０２を基準とする例を説明したが、撮像光学系の射出瞳または撮像素子１２２のセンサ入射瞳を基準として各パラメータを設定してもよい。

以上の構成により、開口情報の精度を下げることなく簡易な構成で開口形状を表現することが可能となる。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。本実施例は、実施例１で説明したカメラに、コンバータレンズユニットが装着された場合の開口情報の取得方法について説明する。

図８は、本実施例に係る撮像装置の一例としてデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図である。図１のブロック図に示す構成との違いは、コンバータレンズユニット６００がレンズユニット１００とカメラ本体１２０の間に追加された点である。なお、図１と同様の構成には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。なお、本実施例においてコンバータレンズユニット６００は、レンズユニット１００とカメラ本体１２０の間に搭載される例を示すが、これに限られるものではない。例えば、レンズユニット１００の前側にコンバータレンズユニット６００を搭載する構成としてもよいし、複数個のコンバータレンズユニット６００を搭載する構成でもよい。また、コンバータレンズユニット６００はレンズユニット１００内に含まれ、レンズユニット１００に設けられた操作部材を操作することで光路内に挿抜可能な構成としてもよい。

コンバータレンズユニット６００は、コンバータレンズ６０１とコンバータメモリ６０２を含み、被写体の光学像を形成するレンズユニット１００の焦点距離を変更する撮像レンズである。なお、以下の説明では、コンバータレンズユニット６００と区別するために、レンズユニット１００を「マスターレンズ１００」と称する。コンバータレンズユニット６００が装着されると、第１レンズ群、第２レンズ群とコンバータレンズ６０１により、ズーム機能を実現する。コンバータメモリ６０２には、自動焦点調節に必要な光学情報が予め記憶されている。カメラＭＰＵ１２５は、例えば内蔵する不揮発性メモリやレンズメモリ１１８、コンバータメモリ６０２に記憶されているプログラムを実行することで、マスターレンズ１００の動作を制御する。

レンズユニット１００とカメラ本体１２０は実施例１と同様にマウントＭを介して通信を行うことが可能である。具体的にはコンバータレンズユニット６００がカメラ本体１２０と接続するマウントＭと、レンズユニット１００がコンバータレンズユニット６００と接続するマウントＭ２にはそれぞれ対応する電気接点がある。そのため、カメラ本体１２０はコンバータレンズユニット６００がない場合と同様の通信方式によりレンズユニット１００と通信することが可能となる。なお、当該通信を制御するためにコンバータレンズユニット６００に専用のＣＰＵ等を設ける構成としてもよし。これによりコンバータレンズユニット６００はカメラＭＰＵ１２５を介することなくレンズＭＰＵ１１７と通信することも可能となる。

（開口情報取得フロー）
以下、本実施例３における開口情報取得のフローについて説明する。本実施例３の開口情報は、レンズメモリ１１８に記憶され、カメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、レンズＭＰＵ１１７が開口情報をカメラＭＰＵ１２５へ送信する。本実施形態では、開口情報をレンズメモリ１１８に記憶している場合を例に説明するが、開口情報をメモリ１２８やコンバータメモリ６０２に記憶して取得してもよい。また、第１開口情報はレンズメモリ１１８に、第２開口情報はコンバータメモリ６０２にそれぞれ記憶して取得してもよい。

図９に、本実施例３の開口情報取得のフローチャートを示す。なお、図９の動作は、レンズＭＰＵ１１７、レンズメモリ１１８、カメラＭＰＵ１２５によって実行される。

まず図９のステップＳ８０１において、レンズＭＰＵ１１７は、ズーム駆動回路１１４より現在のズームステートＺＳを、フォーカス駆動回路１１６より現在のフォーカスステートＦＳを取得する。そして、処理をステップＳ８０２に進める。

続いて、ステップＳ８０２において、レンズＭＰＵ１１７は、コンバータレンズユニット６００の装着判定を行う。ここで、装着判定はマウントＭ２を介してコンバータレンズユニット６００と通信を行うことで行うが、マウントＭ２に設けた端子等の電圧を確認することで、装着の有無を判定可能としてもよい。また、カメラＭＰＵ１２５がレンズＭＰＵ１１７に通信によって通知してもよい。また、カメラ本体１２０に設けられた操作ＳＷ１２７によるユーザーの操作によって、装着の有無を判定してもよい。ここで、コンバータレンズユニット６００が装着されていない場合、処理をステップＳ８０３に進め、コンバータレンズユニット６００が装着されている場合には、処理をステップＳ８０５へ進める。

続いて、コンバータレンズユニット６００が装着されていない場合について説明する。ステップＳ８０３において、レンズＭＰＵ１１７は、レンズメモリ１１８より、ステップＳ８０１で取得したズームステートＺＳ、フォーカスステートＦＳに応じた第１開口情報を取得する。そして処理をステップＳ８０４に進める。本ステップは図３（ｂ）のステップＳ２０２に相当する。

ここで、第１開口情報は、レンズメモリ１１８に記憶されたマスターレンズ１００に関する開口情報である。レンズメモリ１１８には、ズーム範囲を複数に分割したズームステートＺＳ毎、フォーカス範囲を複数に分割したフォーカスステートＦＳ毎、像高範囲を複数に分割した像高毎に第１開口情報を記憶している。そのためステップＳ８０３では、現在のズームステートＺＳ、フォーカスステートＦＳにおける開口情報を、レンズＭＰＵ１１７が近傍ステートの開口情報から線形補間することにより算出し取得する。像高に関しては、後述するカメラＭＰＵ１２５にて算出し取得される。本実施例では、現在のステートの開口情報を、線形補間にて算出することで取得したが、最近傍ステートの開口情報を、現在のステートの開口情報として取得してもよい。開口情報の詳細に関しては実施例１での説明と同様のため割愛する。

ステップＳ８０４において、図３（ｂ）のステップＳ２０３と同様にレンズＭＰＵ１１７は、ステップＳ８０３で取得した第１開口情報をカメラＭＰＵ１２５に送信する。そして、処理をステップＳ８０７に進める。ステップＳ８０４で送信される第１開口情報は、複数像高の開口情報を含む。

次に、コンバータレンズユニット６００が装着されている場合の処理について説明する。図９のステップＳ８０５において、レンズＭＰＵ１１７は、レンズメモリ１１８より、ステップＳ８０１で取得したズームステートＺＳ、フォーカスステートＦＳに応じた第２開口情報を取得する。第２開口情報は、レンズメモリ１１８に記憶されたマスターレンズ１００にコンバータレンズユニット６００が装着された状態の開口情報である。

レンズメモリ１１８には、ズーム範囲を複数に分割したズームステートＺＳ毎、フォーカス範囲を複数に分割したフォーカスステートＦＳ毎、像高範囲を複数に分割した像高毎に第２開口情報を記憶している。そのためステップＳ８０５では、現在のズームステートＺＳ、フォーカスステートＦＳにおける開口情報を、レンズＭＰＵ１１７が近傍ステートの開口情報から線形補間することにより算出し取得する。像高に関しては、後述するカメラＭＰＵ１２５にて算出し取得される。

図１０に、マスターレンズ１００にコンバータレンズユニット６００が装着された状態の開口形状および開口情報の概略説明図を示す。図１０の９００は、マスターレンズ１００にコンバータレンズユニット６００が装着された状態の開口形状を表しており、マスターレンズ１００のみの開口形状は図５に示した開口形状３１２と対応している。開口情報９１１は位置ｃ１’、半径ｒ１’で表現され、開口情報９１２は位置ｃ２’、半径ｒ２’で表現される。マスターレンズ１００にコンバータレンズユニット６００が装着された状態の開口情報は、マスターレンズ１００のみの開口情報４１１、４１２とは、位置と大きさが異なっている。

続いて、図９のステップＳ８０６において、レンズＭＰＵ１１７は、ステップＳ８０５で取得した第２開口情報をカメラＭＰＵ１２５に送信する。そして、処理をステップＳ８０７に進める。ステップＳ８０５で送信される第２開口情報は、複数像高の開口情報である。

本実施例において、レンズメモリ１１８はズーム範囲を複数に分割したズームステートＺＳ毎、フォーカス範囲を複数に分割したフォーカスステートＦＳ毎、像高範囲を複数に分割した像高毎に第１開口情報と第２開口情報を記憶している。そして、レンズＭＰＵ１１７は図９におけるステップＳ８０２の判定に応じていずれかを送信するかを判定する。なお、第２開口情報は必ずしもレンズメモリ１１８に記憶させておく必要はなく、例えば第１開口情報から演算により求めるようにしてもよい。例えば、コンバータレンズユニット６００が装着された場合にはステップＳ８０１で取得したズームステートＺＳ、フォーカスステートＦＳを、コンバータレンズユニット６００の光学特性を考慮して第１開口情報を変換して求めるようにしてもよい。また、マスターレンズ１００における第１開口情報に対して所定の係数を乗算する等の変換式を用いて求めるようにしてもよい。

続いて、ステップＳ８０７において、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子１２２の有効画素領域の中から焦点調節を行う対象となる焦点検出領域を設定する。そして、ステップＳ８０８において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ８０７にて設定した焦点検出領域の像高に基づいて、ステップＳ８０４またはステップＳ８０６で取得した第１開口情報または第２開口情報から、設定された像高の開口情報を取得する。これらステップＳ８０７およびステップＳ８０８の制御は図３（ｂ）のステップＳ２０４およびステップＳ２０５の夫々に対応するため、その詳細は省略する。

本実施例では、開口情報を焦点検出に用いることを想定して説明したが、露出調整や、画像処理等に用いてもよい。その場合にも本実施例と同様に、処理を実施したい像高に対する開口情報を、ステップＳ８０７で設定し、それに対応した開口情報をステップＳ８０８で取得する。

本実施形態では、開口情報をレンズメモリ１１８（記憶手段）に記憶している場合を例に説明したが、開口情報をメモリ１２８やコンバータメモリ６０２に記憶して取得してもよい。また、第１開口情報はレンズメモリ１１８に、第２開口情報はコンバータメモリ６０２にそれぞれ記憶してもよい。また、第１開口形状、第２開口形状をネットワーク上に記憶しておき、実施例１で説明した算出方法で開口情報を計算し、レンズまたはカメラと通信することで取得してもよい。本実施例では、開口情報を焦点検出に用いることを想定して説明したが、露出調整や、画像処理等に用いてもよく、その場合にも本実施例と同様に、処理を実施したい像高に対する開口情報を取得するようにしてもよい。

以上の構成により、コンバータレンズユニットが装着された場合でも、開口情報の精度を下げることなく簡易な構成で開口形状を表現することが可能となる。

また、本実施例においてコンバータレンズユニット６００はズーム機能を実現するための光学系を備える構成として説明したが、レンズユニット１００の光学条件を異ならせる構成であれば、本実施例の発明を適用することが可能である。例えば、フランジバックを調整するマウントアダプタ、光学フィルタを挿抜可能とするアダプタ等を装着する場合においても、本発明は好適である。

次に、本発明の第４の実施例について説明する。本実施例は、開口情報取得フローが実施例３で説明した開口情報取得フローと異なる。具体的には、実施例３では、あらかじめレンズメモリ１１８に記憶された第２開口情報を取得していたが、本実施例では、第１開口情報から第２開口情報を換算して算出し取得する点である。本実施例における他の構成および動作は、実施例３と同様であるため、それらの説明は省略する。

（開口情報取得フロー）
以下、本実施例４における開口情報取得のフローについて説明する。本実施例４の開口情報は、レンズメモリ１１８（記憶手段）に記憶され、カメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、レンズＭＰＵ１１７（送信手段）が開口情報をカメラＭＰＵ１２５へ送信する。本実施形態では、開口情報をレンズメモリ１１８（記憶手段）に記憶している場合を例に説明するが、開口情報をメモリ１２８やコンバータメモリ６０２に記憶して取得してもよい。

図１１に、本実施例４の開口情報取得のフローチャートを示す。なお、図１１の動作は、レンズＭＰＵ１１７、レンズメモリ１１８、カメラＭＰＵ１２５によって実行される。

まず図１１のステップＳ１００１乃至ステップＳ１００４の処理においては、図９のステップＳ８０１乃至ステップＳ８０４に対応するため、その説明は省略する。また、ステップＳ１００７およびステップＳ１００８の処理においては、図９のステップＳ８０７およびステップＳ８０８に対応するため、その説明は省略する。

ここでは、ステップＳ１００３でコンバータレンズユニット６００が装着されていると判定された場合の処理について説明する。図１１のステップＳ１００５において、レンズＭＰＵ１１７は、第２開口情報を算出する。そして、処理をステップＳ１００６に進める。第２開口情報算出処理に関しては後述する。

続いて、図１１のステップＳ１００６において、レンズＭＰＵ１１７は、ステップＳ１００５で算出した第２開口情報をカメラＭＰＵ１２５に送信する。ステップＳ１００６で送信される第２開口情報は、複数像高の開口情報である。

本実施例では、開口情報を焦点検出に用いることを想定して説明したが、露出調整や、画像処理等に用いてもよい。その場合にも本実施例と同様に、処理を実施したい像高に対する開口情報を、ステップＳ１００７で設定し、それに対応した開口情報をステップＳ１００８で取得する。

（第２開口情報算出処理）
以下、図１１のステップＳ１００５における第２開口情報算出処理のフローの詳細について説明する。

図１２に、本実施例４の第２開口情報算出処理のフローチャートを示す。なお、図１２の動作は、レンズＭＰＵ１１７、レンズメモリ１１８、コンバータメモリ６０２によって実行される。

まず、図１２のステップＳ１１０１において、レンズＭＰＵ１１７は、コンバータメモリ６０２よりコンバータレンズ６０１の光学情報を取得する。そして、処理をステップＳ１１０２に進める。なお、光学情報は、コンバータレンズ６０１の倍率Ｔ、後側主点位置Ｐ１、前側主点位置Ｐ２、焦点距離ｆ、コンバータレンズユニット６００の物理長ｄなどを含む。さらに、コンバータレンズ６０１のＩＤ情報、調整値情報、ファームヴァージョン等の情報を取得してもよい。

続いて、図１２のステップＳ１１０２では、ステップＳ１１０１で取得されたコンバータレンズ６０１の撮像倍率Ｔに基づき、像高情報の修正を行う。そして、処理をステップＳ１１０３に進める。これは、コンバータレンズユニット６００の装着前後で、撮像面上の同じ像高が、マスターレンズ１００の異なる領域を通過した光束を受光するようになるためである。まず、コンバータレンズユニット６００の装着による、マスターレンズ１００から見た像高の移動率を示す像高倍率Ｔ１を設定する。ここで、像高倍率Ｔ１は、Ｔ１＝Ｔとしても良いし、Ｔ１＝Ｔ×Ｃｏ１として、コンバータレンズ６０１の撮像倍率Ｔに所定倍率Ｃｏ１を乗じた値としても良い。その場合、Ｃｏ１は、設計情報として定義された撮像倍率Ｔから、製造誤差を考慮して予め求められた値とすることが好ましい。また、コンバータメモリ６０２または、レンズメモリ１１８またはＲＡＭ１２５ｂに、撮像倍率Ｔまたはコンバータレンズ６０１の特性に応じた像高の移動率を予め記憶しておき、読み出した情報を像高倍率Ｔ１としても良い。

ステップＳ１１０３の動作では、ステップＳ１００２で取得した、マスターレンズ１００の開口情報である第１開口情報から、マスターレンズ１００にコンバータレンズユニット６００が装着された状態の開口情報である第２開口情報を算出する。そのため、マスターレンズ１００の像高情報（ｘ，ｙ）を、像高倍率Ｔ１倍した像高情報とする必要がある。例えば、コンバータレンズユニット６００装着前に、撮像面上における像高（ｘ，ｙ）に入射していた光は、コンバータレンズユニット６００を装着すると、撮像面上で入射する像高がシフトする。コンバータレンズユニット６００を装着した場合に、光が入射する像高を（ｘｔ，ｙｔ）とすると、装着前の像高（ｘ，ｙ）との関係は
（ｘｔ，ｘｔ）＝（ｘ×Ｔ１，ｙ×Ｔ１）・・・（６）
となる。そのため、マスターレンズ１００の像高情報（ｘ，ｙ）を、コンバータレンズユニット６００を装着した場合の像高情報（ｘｔ，ｙｔ）へ修正しておく必要がある。

続いて、図１２のステップＳ１１０３では、ステップＳ１００２で取得された第１開口情報から、第２開口情報を算出する。この際に、ステップＳ１１０１で取得されたコンバータレンズ６０１の後側主点位置Ｐ１、前側主点位置Ｐ２、焦点距離ｆ、コンバータレンズユニット６００の物理長ｄとを用いる。

図１３は、コンバータレンズ６０１と、後側主点位置Ｐ１、前側主点位置Ｐ２、焦点距離ｆ、コンバータレンズユニット６００の物理長ｄの関係を示している。さらに、第１開口情報４１２のＹ方向位置ｃ１、Ｚ方向位置Ｚ１、算出後の第２開口情報のＹ方向位置ｃ１’、Ｚ方向位置Ｚ１’の関係を示している。前側主点からマスターレンズ１００の開口情報のＺ方向位置までをａ、後ろ側主点からコンバータレンズユニット６００を装着した場合の開口情報のＺ方向位置までをｂとすると、ａ、ｂは、式（６Ａ）、式（６Ｂ）となる。
ａ＝ｄ＋Ｚ１−Ｐ２・・・（６Ａ）
ｂ＝Ｐ１−Ｚ１’ ・・・（６Ｂ）

式（６Ａ）、式（６Ｂ）を式（７Ａ）のレンズ公式に代入することで、第２開口情報のＺ方向位置Ｚ１’を算出すると式（７Ｂ）となる。本実施例では、ｆ＞０として扱い、コンバータレンズ６０１が凹レンズであることを考慮した式（７Ａ）を用いて計算している。

また、ａ、ｂと倍率の関係から、第２開口情報のＹ方向位置ｃ１’を算出すると式（８）となる。

本実施例では、ａ、ｂと倍率の関係からｃ１’を算出したが、コンバータレンズ６０１の倍率Ｔを用いて、ｃ１’を算出してもよい。また、本実施例では、コンバータレンズの倍率Ｔをコンバータレンズ６０１の光学情報として記憶し取得することで像高修正を行ったが、コンバータレンズ６０１の倍率Ｔを記憶せずに、ａ、ｂの関係から算出した倍率から像高修正を行ってもよい。

また、本実施例では、コンバータレンズ６０１の光学情報として、コンバータレンズ６０１の後側主点位置Ｐ１、前側主点位置Ｐ２を記憶し取得することで、ｃ１’、Ｚ１’を算出した。しかし、主点間隔を０として、Ｐ１＝Ｐ２として計算の簡略化、記憶容量の削減を行ってもよい。

本実施例では、第１開口情報をレンズメモリ１１８（記憶手段）に記憶している場合を例に説明したが、第１開口情報をメモリ１２８やコンバータメモリ６０２に記憶して取得してもよい。また、本実施例では、第２開口情報をレンズＭＰＵ１１７で算出したが、第１開口情報とコンバータレンズの光学情報をカメラに送信し、カメラＭＰＵ１２５で算出してもよい。また、本実施例では、コンバータレンズ６０１の光学情報をコンバータメモリ６０２に記憶して取得下が、メモリ１２８に記憶し、コンバータレンズユニット６００の装着時に、取得してもよい。また、第１開口形状をネットワーク上に記憶しておき、実施例１で説明した算出方法で第１開口情報を計算し、レンズまたはカメラと通信することで取得してもよい。

以上の構成により、コンバータレンズユニット６００が装着された場合でも、開口情報の精度を下げることなく、装着状態に応じて簡易な構成で開口形状を表現することが可能となる。また、コンバータレンズユニット６００の光学情報とマスターレンズの開口情報から、コンバータレンズユニット６００が装着された場合の開口情報を算出することで、開口情報の精度を下げることなく記憶容量を削減することが可能となる。

次に、本発明の第５の実施例について説明する。実施例１においては、絞り開放において、レンズ部材が光束を制限することによる開口情報に関する説明を行った。一方で、レンズユニット１００において、絞り１０２を絞った場合には透過光束は絞りによってのみ制限されることとなる。本実施例においては、レンズ部材による光束制限を受けない程度に絞りを絞った場合の撮像光学系を考える。本実施例においては、レンズユニット１００における絞り形状に関する情報を記憶し、カメラ本体１２０に送信することを特徴とする。

図１４は、本実施例におけるレンズユニット１００とカメラ本体１２０との関係を示す概略断面図である。図中に示す曲線を含む図形はレンズの断面を示し、一点鎖線で示した線分は絞り位置ＳＰを示している。また、撮像素子１２２における中央像高をＨｇｔ１、高像高をＨｇｔ２とし、Ｈｇｔ１，Ｈｇｔ２それぞれに結像する光線図を実線にて示す。どちらの光線図も絞り位置ＳＰにおいては絞りと同じ開口形状の光束が通過する。具体的には、絞り形状が円形であれば像高に係らず円形の開口形状となる。しかしながら、撮像素子１２２側から絞りを透過する光束を見た場合の絞り形状（射出瞳形状）が、像高により異なって見えることがある。特に、絞りよりも撮像素子１２２側に配置される光学部材（レンズ）の倍率が大きい場合に顕著に発生する。特に、レンズユニット１００を小型化・短小化するニーズに対応するには各レンズの倍率を高める必要がある。この様な場合には、撮像素子１２２から見た射出瞳形状の変化が顕著となる。

図１５には、図１４における破線Ａ−Ｂでの射出瞳形状を示す。説明の簡略化のため、中央像高Ｈｇｔ１の射出瞳形状で規格化を行い、さらに光束中心をそろえて図示している。実線で示した円が中央像高Ｈｇｔ１での射出瞳形状で、点線で示した楕円が高像高Ｈｇｔ２での射出瞳形状である。図１５に示す通り、中央像高Ｈｇｔ１における射出瞳形状は絞り形状と同様に円形となる。一方、高像高Ｈｇｔ２における射出瞳形状は楕円形状となる。

本実施例において、レンズメモリ１１８が記憶する光学情報には、射出瞳形状に関する情報として、光軸中心からの距離（像高または座標）に対する射出瞳形状変化を含む。

光軸中心からの距離に対する射出瞳形状変化の一例として、射出瞳の大きさが挙げられる。図１５に示す中央像高Ｈｇｔ１における射出瞳の大きさを基準として、距離に対する射出瞳の面積を規格化した値を射出瞳形状に関する情報としてもよい。より具体的に、光軸中心からの距離ｒに対して、射出瞳の面積変化の一例を表１に示す。

また、光軸中心からの距離に対する射出瞳形状の変化の他の例として、半径方向、円周方向の少なくとも１つの光軸中心からの距離に対する射出瞳形状変化に関する情報であることも好適である。ここで、半径方向の射出瞳形状の変化とは、半径方向の射出瞳の径に相当する。また、円周方向の射出瞳形状の変化とは、円周方向の射出瞳の径に相当する。中央像高Ｈｇｔ１における射出瞳の半径方向の径もしくは円周方向の径で規格化を行うことで、光軸中心からの距離に対する射出瞳形状の径の変化を表現できる。また、楕円形状を前提とすれば、光軸中心からの距離に対する半径方向、円周方向の径の変化情報を有すれば、光束通過領域を見積もることが可能となる。なお、図１５に示すように、半径方向の径の変化のみ見られる場合は、半径方向の径の変化のみ情報として有すればよい。

本実施例を用いることで、精度の高い射出瞳形状を表現可能であり、本実施例を用いた撮像光学系と撮像装置を組み合わせた場合に、高精度な焦点検出が可能となる。なお、本実施例ではレンズユニット１００の射出瞳形状に関する情報を、レンズユニットが有することを特徴としたが、カメラ本体１２０に射出瞳形状に関する情報を記憶してもよい。レンズユニット１００のＩＤとカメラ本体１２０に射出瞳形状に関する情報を対応させることで、レンズユニット１００の射出瞳形状に関する情報をカメラ本体１２０で運用可能となる。

１００ レンズユニット
１１７ レンズＭＰＵ
１２０ カメラ本体
１２２ 撮像素子
１２５ カメラＭＰＵ

Claims (8)

1. 撮像光学系と、
   前記撮像光学系の開口情報を記憶する記憶手段と、
   前記開口情報を撮像装置に送信する送信手段と、
   を有するレンズ装置であって、
   前記開口情報は、前記撮像光学系を通過する光束の外縁を規定する開口の形状を表す形状パラメータに基づいて決定されることを特徴とするレンズ装置。
2. 前記形状パラメータは、前記開口の幅、面積、曲率半径の変化点、所定位置からの距離の２次微分の離散点の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記開口情報は、中心位置と大きさに関する情報であることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 前記開口情報は、前記撮像光学系の絞りの中心位置からの距離に関する情報であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 前記送信手段は、前記撮像光学系の状態に応じて、前記開口情報を撮像装置に送信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 撮像光学系と、
   前記撮像光学系と撮像装置の間に着脱可能なユニットと、
   前記撮像光学系の第１開口情報と、前記ユニットが装着された前記撮像光学系の第２開口情報とを記憶する記憶手段と、
   前記第１開口情報、前記第２開口情報の少なくとも１つを前記撮像装置に送信する送信手段と、
   を有するレンズ装置であって、
   前記送信手段は、前記ユニットの装着状態に応じて、前記第１開口情報、前記第２開口情報の少なくとも１つを送信することを特徴とするレンズ装置。
7. 撮像光学系と、
   前記撮像光学系と撮像装置の間に着脱可能なユニットと、
   前記撮像光学系の第１開口情報を記憶する記憶手段と、
   前記ユニットが装着された前記撮像光学系の第２開口情報を算出する算出手段と、
   前記第１開口情報、前記第２開口情報の少なくとも１つを前記撮像装置に送信する送信手段と、
   を有するレンズ装置であって、
   前記ユニットの装着状態に応じて、
   前記算出手段は、前記第１開口情報と、前記ユニットの光学情報とから、前記第２開口情報を算出し、
   前記送信手段は、前記第１開口情報、前記第２開口情報の少なくとも１つを送信することを特徴とするレンズ装置。
8. 撮像光学系の開口情報を算出する算出方法であって、
   前記開口情報は、前記撮像光学系を通過する光束の外縁を規定する開口の形状を表す形状パラメータに基づいて算出されることを特徴とする算出方法。

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