JP6218385B2 - 交換レンズ及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、交換レンズ及び撮像装置に関する。

撮像装置に搭載される光学系の小型化は、撮像装置における大きな課題のうちの一つである。特に、ズーム比の大きな所謂望遠高倍率を実現するための光学系は、原理的に大型化し易いため、可能な限りの小型化が望まれている。

望遠での高倍率を比較的小型なレンズで実現するための手法の一つとして、光学ズームと電子ズームとを組み合わせる手法が知られている（例えば特許文献１）。電子ズームは、撮像素子を介して取り込んだ画像データの一部の領域を切り出し、切り出した領域を必要なズーム比に応じて拡大処理する処理である。光学ズームと電子ズームとを組み合わせることによって光学ズームの限界を超えた実用上のズーム比を有する画像データを記録することが可能である。

特開２００２−３１４８７２号公報

特許文献１等の従来の技術における光学系は、焦点距離が変化した場合であってもイメージサークルの大きさが一定となるように設計される。ここで、光学系のイメージサークルとは、光学系によって撮像素子に結像される光学像の結像領域のうち、有効な光学像が形成される結像領域のことである。有効な光学像とは、撮像素子に結像される光学像のうち、記録や表示に用いることが可能な（例えば光量の低下が小さい）光学像のことである。

光学系の焦点距離が変化したとしてもイメージサークルの大きさを一定に保つためには、焦点距離が長い場合であっても有効な光学像を撮像素子上に形成できるように光学系を設計する必要がある。この場合、焦点距離が長い場合であっても十分な範囲の光線を通過可能なように光学系を設計する必要があるのでレンズの径が大型化し易い。このように、イメージサークルの大きさを一定に保つ光学系の設計の場合、光学系の小型化には限界がある。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、従来よりも小型化が可能な交換レンズ及び撮像装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の交換レンズは、撮像素子を有する撮像装置に着脱される交換レンズであって、焦点距離が可変であり、被写体の光学像の有効な結像領域であるイメージサークルの大きさが前記焦点距離によって異なる光学系を具備し、前記光学系は、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値には、相対的に小さいイメージサークルの大きさが対応するよう構成され、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記イメージサークルは前記撮像素子の撮像範囲の一部を含まないように構成されてなることを特徴とする。

また、前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の撮像装置は、第１の態様に記載の交換レンズが着脱される撮像装置であって、前記光学系を介して撮像素子に結像される前記光学像から画像データを得る撮像部と、前記レンズインターフェース部から前記対応関係を示すデータを受けるための装置インターフェース部と、前記装置インターフェース部で受けられた前記対応関係を示すデータに基づいて前記撮像部で得られた画像データのうちの前記イメージサークルに対応した画像データを切り出し、該切り出した画像データに対して前記装置インターフェース部で受けられた前記対応関係を示すデータに基づく倍率の拡大処理を施す画像処理部と、を具備することを特徴とする。

また、前記の目的を達成するために、本発明の第３の態様の撮像装置は、焦点距離が可変であり、被写体の光学像の有効な結像領域であるイメージサークルの大きさが前記焦点距離によって異なる光学系と、前記焦点距離の値と前記イメージサークルの大きさの値との対応関係を示すデータを記憶するデータ記憶部と、前記光学系を介して撮像素子に結像される前記光学像から画像データを得る撮像部と、前記対応関係を示すデータに基づいて前記撮像部で得られた画像データのうちの前記イメージサークルに対応した画像データを切り出し、該切り出した画像データに対して前記対応関係を示すデータに基づく倍率の変更処理を施す画像処理部とを具備し、前記光学系は、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値には、相対的に小さいイメージサークルの大きさが対応するよう構成され、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記イメージサークルは前記撮像部の撮像範囲の一部を含まないように構成されてなることを特徴とする。

また、前記の目的を達成するために、本発明の第４の態様の撮像装置は、焦点距離が可変であり、被写体の光学像の有効な結像領域であるイメージサークルの大きさが前記焦点距離によって異なる光学系であって、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値には相対的に小さいイメージサークルの大きさが対応するよう構成され、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記イメージサークルは撮像素子の撮像範囲の一部を含まないように構成される光学系と、前記光学系を介して撮像素子に結像される前記光学像から画像データを得る撮像部と、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値に対応して相対的に小さいイメージサークルに対応する領域の画像データを切り出し、該切り出した画像データに対して相対的に大きな倍率の変更処理を施す画像処理部とを具備する。

本発明によれば、従来よりも小型化が可能な交換レンズ及び撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る交換レンズを備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラの構成を示す図である。 デジタルカメラのメイン動作を示すフローチャートである。 撮影シーケンスの処理を示すフローチャートである。 切り出し範囲決定処理について示すフローチャートである。 イメージサークルと切り出し範囲との関係を示す図である。 焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値との対応付けデータの一例を説明するための図である。 焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化しないように設計された光学系と焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化するように設計された光学系とを比較して示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る交換レンズを備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラ（以下、単にカメラと言う）の構成を示す図である。図１に示すカメラ１は、交換レンズ１００と、カメラ本体２００と、を有している。交換レンズ１００は、カメラ本体２００に対して着脱されるように構成されている。カメラ本体２００に交換レンズ１００が装着された場合に、交換レンズ１００は、カメラ本体２００と通信自在に接続される。これにより、交換レンズ１００は、カメラ本体２００の制御に従って動作可能な状態となる。

交換レンズ１００は、光学系１０２と、レンズ駆動機構１０４と、絞り駆動機構１０６と、ズーム環１０８と、ズーム位置検出部１１０と、レンズ制御部１１２と、レンズマウント接点１１４と、を有している。

光学系１０２は、図示しない被写体からの光線を、撮像素子２０６の撮像面上に結像させるための光学系である。この光学系１０２は、撮影レンズ１０２１と、絞り１０２２と、を有している。
撮影レンズ１０２１は、焦点距離が可変であって、焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさを変化させるように設計された単一又は複数のレンズである。具体的には、本実施形態の例の撮影レンズ１０２１は、図１の一点鎖線で示す光軸方向に沿って駆動されることによってその焦点距離を変化させるように、また焦点距離が相対的に長くなるほどにイメージサークルが小さくなるように設計されている。
絞り１０２２は、開閉自在に構成され、撮影レンズ１０２１を介して撮像素子２０６に入射する光線の量を調整する。

レンズ駆動機構１０４は、モータ及びその駆動回路等を有している。このレンズ駆動機構１０４は、レンズ制御部１１２の制御に従って、撮影レンズ１０２１をその光軸方向（図示一点鎖線方向）に駆動させる。

絞り駆動機構１０６は、絞り１０２２を駆動するための駆動機構を有している。この絞り駆動機構１０６は、レンズ制御部１１２の制御に従って絞り１０２２を駆動させる。

ズーム環１０８は、交換レンズ１００の本体の外周に沿って回転自在に設けられた操作部材である。ズーム位置検出部１１０は、ズーム環１０８の操作量を検出するように構成された例えばエンコーダである。このズーム位置検出部１１０は、ズーム環１０８の操作量を、撮影レンズ１０２１の焦点距離（ズーム位置）の情報としてレンズ制御部１１２に入力する。

レンズ制御部１１２は、レンズマウント接点１１４及び本体マウント接点２２４を介してカメラ本体２００の本体制御部２２２と通信自在に接続される。このレンズ制御部１１２は、本体制御部２２２からの入力やズーム位置検出部１１０からの入力に従ってレンズ駆動機構１０４及び絞り駆動機構１０６を制御する。また、レンズ制御部１１２は、例えばフラッシュメモリであるレンズデータ記憶部１１２１を有している。レンズデータ記憶部１１２１は、光学系１０２の収差特性等のレンズデータを記憶している。また、本実施形態におけるレンズデータ記憶部１１２１は、撮影レンズ１０２１の焦点距離の値とイメージサークルの大きさ（例えば直径）の値との対応付けテーブルデータを記憶している。この対応付けテーブルデータの詳細については後で説明する。

レンズマウント接点１１４は、交換レンズ１００のマウント部に設けられた接点である。このレンズマウント接点１１４は、交換レンズ１００がカメラ本体２００に装着された際に本体マウント接点２２４と電気的に接続され、交換レンズ１００とカメラ本体２００とが通信するためのレンズインターフェース部として機能する。

カメラ本体２００は、シャッタ２０２と、シャッタ駆動機構２０４と、撮像素子２０６と、撮像素子インターフェース（ＩＦ）部２０８と、ＲＡＭ２１０と、ＲＯＭ２１２と、表示素子駆動部２１４と、表示素子２１６と、記録メディア２１８と、操作部２２０と、本体制御部２２２と、本体マウント接点２２４と、を有している。

シャッタ２０２は、撮像素子２０６の撮像面を遮光状態又は露光状態とするように構成されている。このシャッタ２０２により、撮像素子２０６の露光時間が調整される。シャッタ駆動機構２０４は、シャッタ２０２を駆動させるための駆動機構を有し、本体制御部２２２の制御に従ってシャッタ２０２を駆動させる。

撮像素子２０６は、光学系１０２を介して集光された被写体からの光線が結像される撮像面を有している。撮像素子２０６の撮像面は、複数の画素が２次元状に配置されて構成されており、また、撮像面の光入射側には、カラーフィルタが設けられている。このような撮像素子２０６は、撮像面に結像された光線に対応した像（被写体像）を、その光量に応じた電気信号（以下、画像信号という）に変換する。

撮像素子２０６とともに撮像部として機能する撮像素子ＩＦ部２０８は、本体制御部２２２の制御に従って撮像素子２０６を駆動させる。また、撮像素子ＩＦ部２０８は、本体制御部２２２の制御に従って撮像素子２０６で得られた画像信号を読み出し、読み出した画像信号に対してＣＤＳ（相関二重サンプリング）処理やＡＧＣ（自動利得制御）処理等のアナログ処理を施す。さらに、撮像素子ＩＦ部２０８は、アナログ処理した画像信号をデジタル信号（以下、画像データという）に変換する。

ＲＡＭ２１０は、例えばＳＤＲＡＭであり、ワークエリア及び画像エリアを記憶エリアとして有している。
ワークエリアは、カメラ本体２００の各部で発生した各種の演算データを一時記憶しておくためにＲＡＭ２１０に設けられた記憶エリアである。
画像エリアは、撮像素子ＩＦ部２０８で得られた画像データや画像処理中の画像データ等のカメラ本体２００の各部で発生した画像データを一時記憶しておくためにＲＡＭ２１０に設けられた記憶エリアである。

ＲＯＭ２１２は、例えばフラッシュメモリであり、本体制御部２２２のＣＰＵ２２２１が種々の処理を実行するためのプログラムコードを記憶している。また、ＲＯＭ２１２は、撮像素子２０６等の動作に必要な制御パラメータ及び本体制御部２２２に画像処理回路２２２４での画像処理に必要な制御パラメータ等の、各種の制御パラメータを記憶している。

表示素子駆動部２１４は、本体制御部２２２から入力された画像データに基づいて表示素子２１６を駆動させ、表示素子２１６に画像を表示させる。表示素子２１６は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、ライブビュー用の画像及び記録メディア２１８に記録された画像等の各種の画像を表示する。

記録メディア２１８は、例えばメモリカードであり、撮影動作によって得られた画像ファイルが記録される。画像ファイルは、画像データに所定のヘッダを付与して構成されるファイルである。ヘッダには、撮影条件を示すデータ等が、タグデータとして記録される。

操作部２２０は、ユーザがカメラ本体２００の各種の操作を行うための複数の操作部材を有して構成されている。操作部材としては、レリーズボタン、メニューボタン、電源ボタン等が含まれる。レリーズボタンは、ユーザがカメラ本体２００に対して静止画撮影開始の指示をするための操作部材である。このレリーズボタンは、半押しされることによって１ｓｔレリーズスイッチがオンして自動露出（ＡＥ）処理及び自動合焦（ＡＦ）処理の指示を本体制御部２２２に対して与え、全押しされることによって２ｎｄレリーズスイッチがオンして撮影（静止画記録）動作の指示を本体制御部２２２に対して与える。メニューボタンは、カメラ本体２００の各種のモードを設定するためのメニュー画面の表示を指示するための操作部材である。ユーザは、メニュー画面上でカメラ本体２００に関する各種の設定を行うことができる。この各種の設定としては、例えば記録メディア２１８に記録する画像データの画素数である記録画素数の設定が含まれる。電源ボタンは、ユーザがカメラ本体２００に対して電源のオン又はオフを指示するための操作部材である。

本体制御部２２２は、カメラ本体２００の動作を制御するための制御回路として、ＣＰＵ２２２１と、ＡＦ制御部２２２２と、ＡＥ制御部２２２３と、画像処理回路２２２４と、メモリ制御回路２２２５と、通信制御部２２２６と、を有している。

ＣＰＵ２２２１は、シャッタ駆動機構２０４、撮像素子ＩＦ部２０８、表示素子駆動部２１４等の本体制御部２２２の外部の各ブロック及びレンズ制御部１１２、並びに本体制御部２２２の各制御回路の動作を制御する制御部である。

ＡＦ制御部２２２２は、ＡＦ処理を制御する。ＡＦ処理は、例えばコントラストＡＦ処理である。具体的には、ＡＦ制御部２２２２は、撮像素子ＩＦ部２０８で得られた画像データの高周波成分を抽出し、この抽出した高周波成分を積算することにより、ＡＦ用の合焦評価値をＡＦエリア毎に取得する。ＣＰＵ２２２１は、この合焦評価値に従って画像データのコントラストを評価しつつ、レンズ制御部１１２を制御して撮影レンズ１０２１を合焦状態とする。

ＡＥ制御部２２２３は、ＡＥ処理を制御する。具体的には、ＡＥ制御部２２２３は、撮像素子ＩＦ部２０８で得られた画像データを用いて被写体輝度を算出する。ＣＰＵ２２２１は、この被写体輝度に従って、露光時の絞り１０２２の開口量（絞り値）、シャッタ２０２の開放時間（シャッタ速度値）、撮像素子２０６の感度等を算出する。

画像処理回路２２２４は、画像データに対する各種の画像処理を行う。この画像処理としては、色補正処理、ガンマ補正処理、圧縮処理等が含まれる。また、画像処理回路２２２４は、圧縮されている画像データに対する伸張処理も施す。さらに、本実施形態における画像処理回路２２２４は、画像処理として電子ズーム処理を行う。電子ズーム処理は、画像データの全体又は一部を切り出して使用し、その画像データを定められた倍率に従って拡大又は縮小する処理である。この倍率変更（拡大又は縮小）の手法は、例えばバイリニア法やバイキュービック法が知られているが、特に限定されるものではない。さらに、画像処理回路２２２４は、電子ズーム処理における拡大の際に超解像処理を行えるものであることがより望ましい。超解像処理とは、画像の局所的な類似性を利用することにより、本来の画像には存在しない周波数成分を含む拡大画像を生成する処理である。超解像処理の詳細についてはここでは説明を省略する。

メモリ制御回路２２２５は、ＣＰＵ２２２１等が、ＲＡＭ２１０、ＲＯＭ２１２、記録メディア２１８にアクセスする際の制御を行う。

通信制御部２２２６は、本体制御部２２２のＣＰＵ２２２１等が、レンズ制御部１１２と通信する際の制御を行う。

本体マウント接点２２４は、カメラ本体２００のマウント部に設けられた接点である。この本体マウント接点２２４は、交換レンズ１００がカメラ本体２００に装着された際にレンズマウント接点１１４と電気的に接続され、交換レンズ１００とカメラ本体２００とが通信するための装置インターフェース部として機能する。

次に、本実施形態に係るカメラ１の動作について説明する。図２は、カメラ１のメイン動作を示すフローチャートである。カメラ１の電源がオンされると、図２のフローチャートの処理が開始される。このとき、ＣＰＵ２２２１は、ＲＯＭ２１２から必要なプログラムコードを読み込んで図２の動作を制御する。また、図２の動作とは独立した動作として、ズーム位置検出部１１０を介してユーザによるズーム環１０８の操作を検出した場合に、レンズ制御部１１２は、ズーム環１０８の操作量に応じてレンズ駆動機構１０４を制御して撮影レンズ１０２１を駆動させる。

Ｓ１において、ＣＰＵ２２２１は、カメラ本体２００の初期化処理を行う。初期化処理として、ＣＰＵ２２２１は、自身が有するレジスタに設定されるデータ等のリセットを行う。この他、ＣＰＵ２２２１は、ＲＡＭのデータをリセットする等の処理も行う。

Ｓ２において、ＣＰＵ２２２１は、現在、交換レンズ１００が装着されているか否かを判定する。例えば、本体マウント接点２２４を介しての通信を試みたときに、交換レンズ１００からの応答があった場合には、交換レンズ１００が装着されたと判定することができる。この他、機械的なスイッチによって装着を検出するようにしても良い。

Ｓ２において、交換レンズ１００が装着されていないと判定した場合に、ＣＰＵ２２２１は、処理を待機する。Ｓ２において、交換レンズ１００が装着されたと判定した場合に、ＣＰＵ２２２１は、交換レンズ１００との初期通信を行う。この初期通信において、ＣＰＵ２２２１は、レンズ制御部１１２に対してレンズデータの送信を要求する。この送信の要求を受けて、レンズ制御部１１２は、レンズデータ記憶部１１２１からレンズデータを読み出してカメラ本体２００に送出する。カメラ本体２００で受けられたレンズデータは、例えばＲＡＭ２１０のワークエリアに記憶される。

Ｓ４において、ＣＰＵ２２２１は、撮影シーケンスの処理を行う。この撮影シーケンスの処理については後で詳しく説明する。

Ｓ５において、ＣＰＵ２２２１は、カメラ１の電源がオフされたか否かを判定する。Ｓ５において、カメラ１の電源がオフされていないと判定した場合、ＣＰＵ２２２１は、処理をＳ４に戻して撮影シーケンスの処理を継続する。Ｓ５において、カメラ１の電源がオフされたと判定した場合に、ＣＰＵ２２２１は、図２の処理を終了させる。

図３は、撮影シーケンスの処理を示すフローチャートである。撮影シーケンスの処理が開始されると、Ｓ１０１において、ＣＰＵ２２２１は、ライブビュー動作を開始させる。ライブビュー動作として、ＣＰＵ２２２１は、シャッタ駆動機構２０４を制御してシャッタ２０２を開放した後、撮像素子ＩＦ部２０８を制御して撮像素子２０６による撮像を開始させる。その後、ＣＰＵ２２２１は、撮像素子２０６による撮像の結果としてＲＡＭ２１０の画像エリアに記憶された画像データを画像処理回路２２２４に入力して画像処理（色補正処理、ガンマ補正処理等）を施す。続いて、ＣＰＵ２２２１は、ライブビュー表示用の画像処理がされた画像データを表示素子駆動部２１４に入力し、表示素子２１６に画像を表示させる。

Ｓ１０２において、ＣＰＵ２２２１は、ＣＰＵ２２２１は、交換レンズ１００との通信を行う。この通信において、ＣＰＵ２２２１は、レンズ制御部１１２に対して焦点距離（ズーム位置）の送信を要求する。この送信の要求を受けて、レンズ制御部１１２は、ズーム位置検出部１１０で検出されるズーム環１０８の操作量から算出される撮影レンズ１０２１の焦点距離の情報をカメラ本体２００に送出する。カメラ本体２００で受けられた焦点距離の情報は、例えばＲＡＭ２１０のワークエリアに記憶される。

Ｓ１０３において、ＣＰＵ２２２１は、切り出し範囲決定処理を行う。前述したように、本実施形態においては、撮影レンズ１０２１の焦点距離が相対的に長くなるほどにイメージサークルが小さくなる。通常、イメージサークルが小さくなると撮像素子２０６上の有効画素とみなせる領域が小さくなる。有効画素とは、撮像素子２０６の画素のうち、その出力を表示や記録に有効に使用できる画素のことである。本実施形態においては、イメージサークルが小さくなることによる有効画素の減少を、電子ズーム処理を用いることによって補正する。切り出し範囲決定処理は、このような電子ズーム処理のための切り出し範囲を決定する処理である。切り出し範囲決定処理の詳細については後で説明する。

Ｓ１０４において、ＣＰＵ２２２１は、１ｓｔレリーズスイッチがオンされたかを判定する。Ｓ１０４において、１ｓｔレリーズスイッチがオンされていないと判定した場合に、ＣＰＵ２２２１は、処理をＳ１１２に移行させる。Ｓ１０４において、１ｓｔレリーズスイッチがオンされたと判定した場合に、Ｓ１０５において、ＣＰＵ２２２１は、ＡＥ処理及びＡＦ処理を行う。

Ｓ１０６において、ＣＰＵ２２２１は、２ｎｄレリーズスイッチがオンされたかを判定する。Ｓ１０６において、２ｎｄレリーズスイッチがオンされていないと判定した場合に、ＣＰＵ２２２１は、処理をＳ１１２に移行させる。

Ｓ１０６において、２ｎｄレリーズスイッチがオンされたと判定した場合に、Ｓ１０７において、ＣＰＵ２２２１は、静止画記録用の撮像処理を行う。この際、ＣＰＵ２２２１は、シャッタ駆動機構２０４を制御して、シャッタ２０２を閉じる。その後、ＣＰＵ２２２１は、レンズ制御部１１２を制御することによって、絞り１０２２をＡＥ処理時に算出した絞り値まで絞り込む。続いて、ＣＰＵ２２２１は、シャッタ駆動機構２０４を制御して、シャッタ２０２をＡＥ処理時に算出した開放時間だけ開放しつつ、撮像素子２０６による撮像（露光）を行う。これにより、ＲＡＭ２１０の画像エリアに画像データが記憶される。

Ｓ１０８において、ＣＰＵ２２２１は、画像データの切り出し処理があるか否かを判定する。詳しくは後で説明するが、本実施形態の例では、焦点距離が最も短い場合（ワイド端相当の焦点距離）以外は画像データの切り出し処理があるものとする。

Ｓ１０８において、画像データの切り出し処理がないと判定した場合に、ＣＰＵ２２２１は、処理をＳ１１１に移行させる。Ｓ１０８において、画像データの切り出し処理があると判定した場合に、Ｓ１０９において、ＣＰＵ２２２１は、画像処理回路２２２４に画像データの切り出し処理を実行させる。これを受けて画像処理回路２２２４は、ＲＡＭ２１０の画像エリアに記憶されている画像データのうち、Ｓ１０３で決定された切り出し範囲の画像データを切り出す。Ｓ１０９の処理を経て切り出された画像データは、ＲＡＭ２１０の画像エリアに記憶される。

Ｓ１１０において、画像処理回路２２２４は、切り出した画像データに対して電子ズーム処理を施す。電子ズーム処理の詳細は後で説明する。

Ｓ１１１において、ＣＰＵ２２２１は、画像データの記録処理を行う。その後、ＣＰＵ２２２１は、図３の処理を終了させる。Ｓ１１１の具体的な処理として、ＣＰＵ２２２１は、ＲＡＭ２１０の画像エリアに記憶されている画像データに対する画像処理を画像処理回路２２２４に実行させる。これを受けて、画像処理回路２２２４は、ＲＡＭ２１０の画像エリアに記憶されている画像データ（電子ズーム処理がされている場合には電子ズーム後の画像データ）を取得し、取得した画像データに対する画像処理（色補正処理、ガンマ補正処理、圧縮処理等）を施す。その後、ＣＰＵ２２２１は、画像処理回路２２２４において処理された画像データにヘッダを付与して画像ファイルを生成し、生成した画像ファイルを記録メディア２１８に記録する。

Ｓ１１２において、ＣＰＵ２２２１は、撮像素子２０６によるライブビュー更新用の撮像処理を行う。これにより、ＲＡＭ２１０の画像エリアに画像データが記憶される。

Ｓ１１３において、ＣＰＵ２２２１は、画像データの切り出し処理があるか否かを判定する。Ｓ１１３の判定もＳ１０８と同様にして行われる。

Ｓ１１３において、画像データの切り出し処理がないと判定した場合に、ＣＰＵ２２２１は、処理をＳ１１６に移行させる。Ｓ１１３において、画像データの切り出し処理があると判定した場合に、Ｓ１１４において、ＣＰＵ２２２１は、画像処理回路２２２４に画像データの切り出し処理を実行させる。これを受けて画像処理回路２２２４は、ＲＡＭ２１０の画像エリアに記憶されている画像データのうち、Ｓ１０３で決定された切り出し範囲の画像データを切り出す。Ｓ１１４の処理を経て切り出された画像データは、ＲＡＭ２１０の画像エリアに記憶される。

Ｓ１１５において、画像処理回路２２２４は、切り出した画像データに対して電子ズーム処理を施す。電子ズーム処理の詳細は後で説明する。

Ｓ１１６において、ＣＰＵ２２２１は、ライブビューを更新する。その後、ＣＰＵ２２２１は、処理をＳ１０２に戻す。Ｓ１１６の具体的な処理として、ＣＰＵ２２２１は、Ｓ１１２で取得した画像データ又はＳ１１５で電子ズーム処理された画像データを画像処理回路２２２４に入力して画像処理（色補正処理、ガンマ補正処理等）を施す。続いて、ＣＰＵ２２２１は、ライブビュー表示用の画像処理がされた画像データを表示素子駆動部２１４に入力し、表示素子２１６に画像を表示させる。

次に、切り出し範囲決定処理及び電子ズーム処理について説明する。

図４は、切り出し範囲決定処理について示すフローチャートである。切り出し範囲決定処理が開始されると、ＣＰＵ２２２１は、Ｓ２０１において、ＣＰＵ２２２１は、レンズ通信の結果としてＲＡＭ２１０に記憶されている焦点距離（ズーム位置）の情報を取得する。

Ｓ２０２において、ＣＰＵ２２２１は、レンズ通信によって取得したテーブルデータを参照して焦点距離に応じたイメージサークルの大きさのデータを取得する。

図５は、本実施形態におけるイメージサークルと切り出し範囲との関係を示す図である。前述したように、本実施形態においては、焦点距離の変化に応じてイメージサークルの大きさが変化する。イメージサークルが変化するということは、撮像素子２０６中の有効画素とみなせる領域（以下、有効画素領域と言う）の大きさが変化することを意味する。例えば、ワイド端相当の焦点距離ｆ_Ｗのときのイメージサークルが図５のＩＣ_Ｗとであるとすると、イメージサークルＩＣ_Ｗに対応した有効画素領域は、イメージサークルＩＣ_Ｗに内接する範囲Ｉ_Ｗ（例えば、撮像素子２０６の全画素範囲と一致）内の領域である。したがって、範囲Ｉ_Ｗ内の画像データを切り出せば、切り出した画像データを有効画素の画像データとみなして扱うことができる。これに対し、ワイド端相当の焦点距離ｆ_Ｗよりも長焦点距離である焦点距離ｆのときのイメージサークルは、イメージサークルＩＣ_Ｗよりも小さいイメージサークルＩＣ_ｆとなる。したがって、イメージサークルＩＣ_ｆに対応した有効画素領域は、イメージサークルＩＣ_Ｗに対応した有効画素領域よりも小さい範囲Ｉ_ｆ内の領域となる。したがって、範囲Ｉ_ｆ内の画像データを切り出せば、切り出した画像データを有効画素の画像データとみなして扱うことができる。このように、本実施形態では、イメージサークルの大きさ（例えば直径）に応じて切り出すべき画像データの範囲が異なるので、焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値とを対応付けたデータを交換レンズ１００に記憶させておく。

図６は、焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値との対応付けデータの一例を説明するための図である。ここで、図６の横軸で示すｆは、焦点距離である。また、図６の縦軸で示すｍは、イメージサークルの大きさ（例えば直径）の値に対応している。ただし、ｍは、ワイド端相当の焦点距離ｆ_Ｗのときの値が基準値（図６では１）となるように規格化したものである。以下、ｍをサークル径倍率と言う。

図６は、焦点距離ｆに対してサークル径倍率ｍの値が１からｍ_Ｔまで直線的に変化するように撮影レンズ１０２１を設計した場合の例である。この直線式は、以下の（式１）で表わされる。

図６のｍ_Ｔの値は、テレ端相当の焦点距離ｆ_Ｔのときのサークル径倍率であって、撮影レンズ１０２１の設計によって適宜決定されるものである。例えば、ｍ_Ｔの値が０.７であれば、イメージサークルの大きさ（面積）は、１倍から１/２倍までの間で変化する。

図６で示した直線状の点の座標値（ｆ，ｍ）を、焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値との対応付けテーブルデータとしてレンズデータ記憶部１１２１に記憶させる。ここで、サークル径倍率ｍの値は、撮影レンズ１０２１が取り得る全ての焦点距離の値に対応したものを記憶させておくようにしても良いし、一部の焦点距離の値に対応したものを記憶させておくようにしても良い。一部のみを記憶させた場合には、直線補間によって必要な焦点距離の値に対応したサークル径倍率ｍを算出して良い。さらには、図６の直線を表す式を記憶させるようにしても良い。

ここで、図６は、焦点距離ｆに対してサークル径倍率ｍを直線状に変化させるように撮影レンズ１０２１を設計した例を示している。しかしながら、必ずしも焦点距離ｆに対してサークル径倍率ｍを直線状に変化させるように撮影レンズ１０２１を設計する必要はなく、曲線状に変化させるように撮影レンズ１０２１を設計しても良い。また、ある一定の焦点距離まではサークル径倍率ｍ＝１を維持できるようにしても撮影レンズ１０２１を設計しても良い。これは、撮像素子２０６の全画素範囲に対してワイド端相当のイメージサークルＩＣ_Ｗの大きさを十分大きくするように撮影レンズ１０２１を設計した場合に対応する。

Ｓ２０３において、ＣＰＵ２２２１は、取得したイメージサークルの直径のデータに応じて切り出し範囲を決定する。

切り出し範囲は、サークル径倍率ｍ_ｎ（添え字ｎは焦点距離を示す）に応じて決定する。例えば、撮像素子２０６の撮像中心と撮影レンズ１０２１の光軸とが一致していると仮定した場合、撮像中心を対角中心として水平画素数Ｐｈ_ｎ及び垂直画素数Ｐｖ_ｎを有する矩形範囲を切り出し範囲とする。ここで、Ｐｈ_ｎ及びＰｖ_ｎはそれぞれ以下の（式２）によって定義される。なお、（式２）のＰｈ０及びＰｖ０は、記録画素数である。

Ｐｈ_ｎ＝Ｐｈ０・ｍ_ｎ
Ｐｖ_ｎ＝Ｐｖ０・ｍ_ｎ （式２）
（式２）に従って切り出しを行うことにより、イメージサークルが小さくなった場合であっても有効画素に対応した画像データを記録や表示に利用することができる。なお、図６の例の場合、焦点距離ｆがワイド端相当である場合には、ｍ_Ｗ＝１である。この場合、電子ズーム処理のための切り出しを行う必要はない。

次に、電子ズーム処理について説明する。（式２）からも分かるように、イメージサークルが小さくなると有効画素領域が小さくなる。したがって、切り出し後の画像データの画素数を記録画素数に合わせるために、切り出し後の画像データの水平・垂直を１/ｍ_ｎ倍に拡大する電子ズーム処理を行う。この電子ズーム処理がＳ１１０及びＳ１１５の処理である。ここで、電子ズーム処理の際には、超解像処理を併せて行うことが望ましい。特に、焦点距離が長い場合には、電子ズーム処理に用いることができる画素の数が相対的に少なくなるので、超解像処理を用いることが有効である。
上記は記録画素数を焦点距離ｆがワイド端相当の場合の有効画素数に合わせた場合の例であるが、実際の記録画素数はこれに限られるものではない。通例、一台のカメラでもモード切替により様々な記録画素数を選択できるようになっていることが多い。したがって、記録画素数が小さい場合には、電子ズーム処理は、拡大処理だけに限られずに縮小処理をも含み得る。また、記録画素数によっては、電子ズーム処理は、縮小処理だけを行う場合もあり得る。その際の拡大処理又は縮小処理は、直接行われても良いし、一旦拡大処理を行って切り出し後の画像データの画素数を揃えた後で、一律の縮小処理を行うようにしても良い。

また、一般に、記録画素数は、表示素子２１６の画素数よりも多いので、ライブビュー動作の際には、電子ズーム処理を行って画像データを拡大した後、表示素子２１６の画素数に合わせて縮小処理を施す。また、Ｐｈ０及びＰｖ０の値を記録時とライブビュー時とで異ならせるようにしても良い。

以上説明したように本実施形態によれば、焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化する光学系を用いることにより、可変焦点の光学系の小型化を図ることが可能である。以下にこの理由を説明する。

図７は、焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化しないように設計された光学系３０２と焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化するように設計された光学系１０２とを比較して示した図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、光学系３０２を示す。図７（ａ）は焦点距離がワイド端相当の状態であり、図７（ｂ）は焦点距離がテレ端相当の状態である。また、図７（ｃ）及び図７（ｄ）は、光学系１０２を示す。図７（ｃ）は焦点距離がワイド端相当の状態であり、図７（ｄ）は焦点距離がテレ端相当の状態である。光学系３０２及び１０２の何れも５群のレンズＧ１〜Ｇ５による構成例を示している。この５群のレンズＧ１〜Ｇ５の光路中に絞り３０２２及び１０２２を配置している。ここで、光学系を構成するレンズ群の数は一例である。

光学系３０２と光学系１０２は、主に第１群レンズＧ１を被写体側（図面左側）に繰り出すことによって焦点距離を長くすることが可能である。その他のレンズ群は、主に収差の補正や焦点の補正に用いられる。

ここで、焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化しないように光学系を設計するためには、ワイド端相当位置で撮像素子２０６に結像される光線よりも広い範囲からの光線をテレ端相当位置で結像させる必要がある。図７（ｂ）の例では、図７（ａ）と同じ像高を維持するためには、第１群レンズＧ１の領域Ａからも光線を通過させる必要がある。したがって、第１群レンズＧ１の径を少なくともｄ１以上とする必要がある。

一方、焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化するように光学系を設計する場合、図７（ｄ）に示すように、第１群レンズＧ１の繰り出し量を図７（ｂ）の例よりも小さくすることができるので、結果として、光学系１０２を収納する鏡筒の長さを短くすることができる。また、第１群レンズＧ１の領域Ａから光線を通過させる必要がなくなるので、第１群レンズＧ１の径をｄ１よりも短いｄ２とすることも可能である。このようにして光学系の小型化を図ることが可能である。

また、本実施形態では、焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値との対応関係を示すデータを交換レンズ１００に記憶させるようにしている。これにより、イメージサークルの大きさが変化しても有効画素領域から画像データを切り出すことが可能である。さらに、切り出した画像データを、焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値との対応関係を示すデータに応じて決定される倍率で電子ズーム処理（拡大処理）するようにしている。これにより、焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化しないように設計された光学系と高倍率ズームを実現しつつ、焦点距離の変化に伴ってイメージサークルの大きさが変化しないように設計された光学系と同等の画質の記録画像や表示画像を生成することが可能である。さらに、超解像処理の性能や撮像素子２０６の高画素化によって電子ズーム処理の性能を向上させることにより、より高画質の記録画像や表示画像を生成することも可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、図３の撮影シーケンスでは、一定間隔で行われるレンズ通信の際に焦点距離（ズーム位置）の情報を取得するようにしている。これに対し、ズーム環１０８が操作される毎にレンズ通信を行って焦点距離（ズーム位置）を取得し、焦点距離を取得する毎に画像データの切り出しを行うようにしても良い。

また、図３のＳ１０１のライブビュー動作の時点で画像データの切り出しを行うようにしても良い。

また、撮影レンズ１０２１の焦点距離の値とイメージサークルの大きさ（例えば直径）の値との対応関係を交換レンズ１００の設計段階で固定化しておけば、焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値との対応付けデータを例えばカメラ本体２００のＲＯＭ２１２に記憶させておくこともできる。この場合、撮影レンズ１０２１の焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値との対応関係が既知の交換レンズ１００がカメラ本体２００に装着された場合に、図３で示した画像データの切り出しを実行する。

さらに、焦点距離の値とイメージサークルの大きさの値との対応付けデータを例えばカメラ本体２００のＲＯＭ２１２に記憶させる場合には、光学系１０２をカメラ本体２００内に設けた、レンズ一体型の撮像装置に対しても本実施形態の技術を適用することが可能である。この場合の撮像装置は、デジタルカメラである必要はなく、携帯電話機等の各種の携帯端末を含む。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

１…デジタルカメラ（カメラ）、１００…交換レンズ、１０２…光学系、１０２１…撮影レンズ、１０２２…絞り、１０４…レンズ駆動機構、１０６…絞り駆動機構、１０８…ズーム環、１１０…ズーム位置検出部、１１２…レンズ制御部、１１２１…レンズデータ記憶部、１１４…レンズマウント接点、２００…カメラ本体、２０２…シャッタ、２０４…シャッタ駆動機構、２０６…撮像素子、２０８…撮像素子インターフェース（ＩＦ）部、２１０…ＲＡＭ、２１２…ＲＯＭ、２１４…表示素子駆動部、２１６…表示素子、２１８…記録メディア、２２０…操作部、２２２…本体制御部、２２２１…ＣＰＵ、２２２２…ＡＦ制御部、２２２３…ＡＥ制御部、２２２４…画像処理回路、２２２５…メモリ制御回路、２２２６…通信制御部、２２４…本体マウント接点

Claims (7)

1. 撮像素子を有する撮像装置に着脱される交換レンズであって、
   焦点距離が可変であり、被写体の光学像の有効な結像領域であるイメージサークルの大きさが前記焦点距離によって異なる光学系を具備し、
   前記光学系は、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値には、相対的に小さいイメージサークルの大きさが対応するよう構成され、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記イメージサークルは前記撮像素子の撮像範囲の一部を含まないように構成されてなることを特徴とする交換レンズ。
2. 前記焦点距離の値と前記イメージサークルの大きさの値との対応関係を示すデータを記憶するレンズデータ記憶部と、
   前記対応関係を示すデータを、前記撮像装置に送るためのレンズインターフェース部と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の交換レンズ。
3. 請求項２に記載の交換レンズが着脱される撮像装置であって、
   前記光学系を介して撮像素子に結像される前記光学像から画像データを得る撮像部と、
   前記レンズインターフェース部から前記対応関係を示すデータを受けるための装置インターフェース部と、
   前記装置インターフェース部で受けられた前記対応関係を示すデータに基づいて前記撮像部で得られた画像データのうちの前記イメージサークルに対応した画像データを切り出し、該切り出した画像データに対して前記装置インターフェース部で受けられた前記対応関係を示すデータに基づく倍率の変更処理を施す画像処理部と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
4. 焦点距離が可変であり、被写体の光学像の有効な結像領域であるイメージサークルの大きさが前記焦点距離によって異なる光学系と、
   前記焦点距離の値と前記イメージサークルの大きさの値との対応関係を示すデータを記憶するデータ記憶部と、
   前記光学系を介して撮像素子に結像される前記光学像から画像データを得る撮像部と、
   前記対応関係を示すデータに基づいて前記撮像部で得られた画像データのうちの前記イメージサークルに対応した画像データを切り出し、該切り出した画像データに対して前記対応関係を示すデータに基づく倍率の変更処理を施す画像処理部と、
   を具備し、
   前記光学系は、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値には、相対的に小さいイメージサークルの大きさが対応するよう構成され、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記イメージサークルは前記撮像部の撮像範囲の一部を含まないように構成されてなることを特徴とする撮像装置。
5. 前記画像処理部は、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値に対応して相対的に小さいイメージサークルに対応する領域の画像データを切り出し、該切り出した画像データに対して相対的に大きな倍率の変更処理を施すことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 焦点距離が可変であり、被写体の光学像の有効な結像領域であるイメージサークルの大きさが前記焦点距離によって異なる光学系であって、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値には相対的に小さいイメージサークルの大きさが対応するよう構成され、前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記イメージサークルは撮像素子の撮像範囲の一部を含まないように構成される光学系と、
   前記光学系を介して撮像素子に結像される前記光学像から画像データを得る撮像部と、
   前記焦点距離の可変な範囲のうちで前記焦点距離の最大値を含む範囲にて、前記焦点距離の相対的に大きな値に対応して相対的に小さいイメージサークルに対応する領域の画像データを切り出し、該切り出した画像データに対して相対的に大きな倍率の変更処理を施す画像処理部と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
7. 前記画像処理部は、前記切り出した画像データの画素数を前記焦点距離の値によらずに所定の画素数とするように前記変更処理を施すことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。

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