JP2004191629A - 焦点検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮影光学系の口径食によって制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、少ない計算量で効率的に補正できるようにする。
【解決手段】撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１の光電変換素子列と、射出瞳の第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２の光電変換素子列とを備える固体撮像素子と、撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量ｔと、焦点検出開口瞳の幅Ｔとの比に基づいて、第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって撮影光学系の焦点状態を検出する演算部とを具備する。
【選択図】 図１０
【解決手段】撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１の光電変換素子列と、射出瞳の第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２の光電変換素子列とを備える固体撮像素子と、撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量ｔと、焦点検出開口瞳の幅Ｔとの比に基づいて、第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって撮影光学系の焦点状態を検出する演算部とを具備する。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光束によって形成される２つの物体像の相対的位置関係より、撮影レンズの結像状態を検出する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラの焦点検出方式にはいくつかの方法があるが、センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元の受光センサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特開昭５８−２４１０５号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図２は同公報で提案している瞳分割方式の焦点検出を行う方法の原理説明図である。
【０００４】
イメージセンサ１０は撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。また、イメージセンサ１０の１画素は２つの光電変換素子１３α、１３βとから構成されており、各光電変換素子の撮影レンズ側に形成されたマイクロレンズ１１によって光電変換素子１３α、１３βは撮影レンズ５の瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。
【０００５】
ここで、光電変換素子１３αは主に撮影レンズ５の瞳の図中上方を透過する光束を受光し、光電変換素子１３βは主に撮影レンズ５の瞳の図中下方を透過する光束を受光する。焦点検出時は、各光電変換素子からの出力をそれぞれ読み出し、さらに複数の画素からの出力より撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束による像信号が生成される。
【０００６】
また、本願出願人は瞳分割方式の焦点検出を行うことが可能な焦点検出装置を特開２００１−１２４９８４号公報（特許文献２）に開示している。同公報の焦点検出装置は、一対の光電変換素子を、二次元に配置したマイクロレンズアレイごとに設け、このマイクロレンズより、光電変換素子を撮影光学系の瞳に投影することで、瞳を分割している。撮影光学系の瞳の異なる部分を通過した２光束の光電変換素子列の出力から得られる第１の像信号と第２の像信号（以下、Ａ像信号、Ｂ像信号と称す）の位相差に基づいて撮影レンズの焦点状態を検出するものである。ここで、位相差とはＡ像信号、Ｂ像信号の相対的な位置関係のことである。
【０００７】
さらに、光電変換素子列の出力から得られるＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランス状態を検出し、焦点検出光学系のＦナンバーを切り替えることで、正確な焦点検出を実現する焦点検出装置が特公平７−６２７３１号公報（特許文献３）に開示されている。この焦点検出装置は、Ｆナンバーが異なる二つの焦点検出部を有する。Ａ像信号、Ｂ像信号の一致度が高い場合には、多くの光束を受光するＦナンバーが小さい焦点検出部で焦点検出を行い、Ａ像信号、Ｂ像信号の一致度が低い場合には、焦点検出光束にケラレが生じにくいＦナンバーが大きい焦点検出部で焦点検出を行う。
【０００８】
また、レンズ情報と撮像面上の位置に基づいて画素信号のゲイン制御を行う画像取り込み装置が特開２０００−３２４５０５号公報（特許文献４）に開示されている。撮像面中心から画素までの距離をＬとしたときに、Ｌの多項式で任意位置における画素のゲイン制御量を算出する。この際、多項式の係数はレンズ射出瞳位置を含むレンズ情報に対応して格納されたデータテーブルに基づいて決定される。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５８−２４１０５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２４９８４号公報
【特許文献３】
特公平７−６２７３１号公報
【特許文献４】
特開２０００−３２４５０５号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平７−６２７３１号公報に開示されている焦点検出装置において、光電変換セルの出力から得られるＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランス状態を検出するためには、一度相関演算処理を行う必要がある。そのため、処理速度の速い計算機を搭載し焦点検出装置がコストアップしてしまうか、もしくは処理速度の速くない計算機を搭載したために高速な焦点検出が実現できないかのどちらかとなるという問題がある。また、焦点検出領域によっては、Ｆナンバーが小さい光束で焦点検出が行えないという問題もある。
【００１０】
特開２０００−３２４５０５号公報に開示されている画像取り込み装置では、撮像面中心から画素までの距離をＬとしたときに、Ｌの多項式で任意位置における画素のゲイン制御量を算出するのである。この技術を先の特開２００１−１２４９８４号公報に開示されている焦点検出装置に適応した場合、すなわち、第１の像信号と第２の像信号それぞれについてＬの多項式でゲイン制御した際には、求めるゲイン制御量をＬの多項式で表そうとすると、多項式の次数が大きくなってしまい、計算量が大きく演算負荷が大きくなる。そのため、処理速度の速い計算機を搭載し焦点検出装置がコストアップしてしまうか、もしくは処理速度の速くない計算機を搭載したために高速な焦点検出が実現できないかのどちらかとなるという問題がある。
【００１１】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮影光学系の口径食によって制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、少ない計算量で効率的に補正できるようにすることである。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、焦点検出領域によって焦点検出に用いる光束のＦナンバーが制限されないようにすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる焦点検出装置は、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１の光電変換素子列と、前記射出瞳の前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２の光電変換素子列とを備える固体撮像素子と、撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて、前記第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって前記撮影光学系の焦点状態を検出する演算手段とを具備することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
なお、本発明は、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１の光電変換素子列と、前記射出瞳の前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２の光電変換素子列とを備える固体撮像素子と、撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて、前記第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって前記撮影光学系の焦点状態を検出する演算部とを具備する焦点検出装置として実施可能である。
【００１６】
また、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を第１の光電変換素子列で光電変換するとともに、前記射出瞳の前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を第２の光電変換素子列で光電変換し、撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて、前記第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出方法として実施可能である。
【００１７】
図１は本発明の実施形態に係わる焦点検出装置を具備するデジタルスチルカメラの構成図、図２は実施形態におけるメージセンサの構成と撮影レンズとの関係を示す図、図１５はデジタルスチルカメラの動作説明フローチャート、図１６は焦点検出サブルーチンの動作フローチャート、図１７は第１の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチンの動作フローチャート、図１８は第２の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチンの動作フローチャートである。
【００１８】
図１において、１はデジタルスチルカメラ本体であり、１０は撮像装置（以下イメージセンサと称す）で、デジタルスチルカメラ１の撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。デジタルスチルカメラ１には、カメラ全体を制御するＣＰＵ２０、イメージセンサ１０を駆動制御するイメージセンサ制御回路２１、イメージセンサ１０にて撮像した画像信号を画像処理する画像処理回路２４、撮像された画像を表示するための液晶表示素子９とそれを駆動する液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子９に表示された被写体像を観察するための接眼レンズ３、イメージセンサ１０にて撮像された画像を記録するメモリ回路２２、画像処理回路２４にて画像処理された画像をカメラ外部に出力するためのインターフェース回路２３、撮影者が撮影された画像を記録するための操作スイッチＳＷ２とを備えて構成されている。
【００１９】
本実施形態の焦点検出装置は、ＣＰＵ２０とイメージセンサ１０から構成されている。
【００２０】
撮影レンズ５はデジタルカメラ１に取り付けられる交換レンズである。撮影レンズ５は、便宜上２枚のレンズ５ａ、５ｂで図示しているが、実際は多数枚のレンズで構成され、ＣＰＵ２０から送られてくるレンズ駆動量に基づいて撮影レンズ駆動機構２６によって合焦状態に調節される。また３０は絞り装置で、絞り駆動機構２７によって所定の絞り値に絞り込まれるようになっている。３１は撮影レンズメモリ回路であり、撮影レンズ固有の情報を記録している。レンズ駆動回路２６、絞り駆動機構２７、撮影レンズメモリ回路３１は、デジタルスチルカメラ１との取り付け部に設けられた通信端子を通して、デジタルスチルカメラ１のＣＰＵ２０と通信可能となっている。
【００２１】
イメージセンサ１０は図２に示すような構成になっている。図２は図１の矢印Ｃ方向から見た図である。イメージセンサ１０は撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。また、イメージセンサ１０の１画素は２つの光電変換素子１３α、１３βとから構成されており、各光電変換素子の撮影レンズ側に形成されたマイクロレンズ１１によって光電変換素子１３α、１３βは撮影レンズ５の瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。
【００２２】
ここで、光電変換素子１３αは主に撮影レンズ５の瞳の図中上方を透過する光束を受光し、光電変換素子１３βは主に撮影レンズ５の瞳の図中下方を透過する光束を受光する。
【００２３】
図３はイメージセンサ１０から見た撮影レンズの瞳４０を示した図である。光電変換素子１３αが受光する光束は撮影レンズの或る瞳領域４１ａを通過し、光電変換素子１３βが受光する光束は瞳領域４１ａとは異なる領域４１ｂを通過する。焦点検出時は、各光電変換素子からの出力をそれぞれ読み出し、さらに複数の画素からの出力より撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束による像信号が生成される。瞳領域４１ａを通過した光束による像信号をＡ像信号とし、瞳領域４１ｂを通過した光束による像信号をＢ像信号とすると、Ａ像信号、Ｂ像信号を用いて焦点検出を行う。つまり本実施形態の焦点検出装置におけるイメージセンサ１０は、撮像機能と焦点検出機能の両者を持ち合わせており、焦点検出を行う画素で撮像も行う。
【００２４】
次に、図１５に従って本実施形態のカメラの動作フローを説明する。
【００２５】
撮影者が、図１には不図示のデジタルスチルカメラ１のメインスイッチをＯＮすると(Ｓ１０２)、ＣＰＵ２０は撮影レンズ５の焦点検出を実行する(Ｓ２０１)。焦点検出Ｓ２０１では、撮影レンズ５のデフォーカス量が算出され、得られたデフォーカス量を用いて撮影レンズの駆動量が算出される。焦点検出Ｓ２０１において算出された撮影レンズの駆動量に基づいて、ＣＰＵ２０は撮影レンズ駆動機構２６にレンズ駆動信号を送り、撮影レンズを駆動して合焦状態に設定する(Ｓ１０３)。レンズ駆動Ｓ１０３が完了すると、カメラ１のＣＰＵ２０はイメージセンサ制御回路２１に撮像信号を送ってイメージセンサ１０にて撮像を行わせる(Ｓ１０４)。イメージセンサ１０にて撮像された画像信号は、イメージセンサ制御回路２１にてＡ／Ｄ変換された後に画像処理回路２４にて画像処理が行われる。画像処理が行われた画像信号はＣＰＵ２０を介して液晶表示素子駆動回路２５に送られ液晶表示素子９に表示される(Ｓ１０５)。撮影者は接眼レンズ３を通して液晶表示素子９に表示された被写体像を観察することが可能となる。さらにＣＰＵ２０は撮像画像を記録するための操作スイッチＳＷ２の状態を確認する(Ｓ１０６)。撮影者が操作スイッチＳＷ２を操作していなければ(Ｓ１０６)、引き続きＣＰＵ２０はメインスイッチの状態を確認する(Ｓ１０２)。
【００２６】
一方、撮影者が被写体を撮影しようとして操作スイッチＳＷ２を押したならば(Ｓ１０６)、ＣＰＵ２０はメージセンサ制御回路２１に撮像信号を送ってイメージセンサ１０にて本撮像を行う（Ｓ１０７）。
【００２７】
イメージセンサ制御回路２１によってＡ／Ｄ変換された画像信号は、画像処理回路２４にて画像処理された後、液晶表示素子駆動回路２５に送られ液晶表示素子９に表示される(Ｓ１０８)。
【００２８】
同時に、ＣＰＵ２０は撮像された画像信号をそのままカメラ１のメモリ回路２２に記憶する(Ｓ１０９)。撮影動作が終了し、撮影者がメインスイッチをＯＦＦすると(Ｓ１０２)カメラの電源が落ちて待機状態となる(Ｓ１１０)。
【００２９】
焦点検出サブルーチン(Ｓ２０１)の動作フローを図１６に示す。
【００３０】
カメラ本体１のＣＰＵ２０は、焦点検出が実行されるとイメージセンサ制御回路２１に焦点検出のための撮像開始信号を送ってイメージセンサ１０にて焦点検出光束の撮像を行わせる(Ｓ２０２)。ＣＰＵ２０は同一色相の出力信号より、撮影レンズ５の瞳領域４０(図３)におけるある領域４１ａを透過した焦点検出光束によりＡ像信号を生成し、同様に撮影レンズ５の瞳領域４０における４１ａとは異なるある領域４１ｂを透過した焦点検出光束によりＢ像信号を生成する。撮影(Ｓ２０２)において生成されるＡ像信号、Ｂ像信号にシェーディング補正を行ない、撮影光学系の口径食によって制限された場合にＡ像信号、Ｂ像信号に生じるアンバランスを補正する(Ｓ３０１)。シェーディング補正(Ｓ３０１)で一致度が向上したＡ像信号、Ｂ像信号を用いて相関演算を行い、二つの像信号のずれ量から撮影レンズ５のデフォーカス量が算出される(Ｓ２０３)。デフォーカス量算出(Ｓ２０３)で算出されたデフォーカス量に基づいて、撮影レンズの駆動量が算出される(Ｓ２０４)。撮影レンズの駆動量が算出されると(Ｓ２０４)、ＣＰＵ２０はメインルーチンへリターンする(Ｓ２０５)。
【００３１】
第１の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチン(Ｓ３０１)の動作フローを図１７に示す。
【００３２】
カメラ本体１のＣＰＵ２０は、シェーディング補正(Ｓ３０１)が実行されると、撮影レンズメモリ回路３１から撮影レンズの固有情報を読み込む(Ｓ３０２)。この撮影レンズ固有情報には、撮影レンズのＦナンバー情報や撮影レンズ射出窓位置、射出窓半径などが含まれている。次にＣＰＵ２０は、焦点検出領域入力手段や、視線入力手段などによって決定された焦点検出領域を読み込む(Ｓ３０３)。レンズ情報読み込み(Ｓ３０２)と焦点検出領域読み込み(Ｓ３０３)で得られたレンズ情報や焦点検出領域に基づいて、撮影光学系の口径食によって制限されるためにＡ像信号、Ｂ像信号に生じる強度比を算出する(Ｓ３０４)。強度比算出(Ｓ３０４)で得られた、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比に基づいて、シェーディングデータを作成する(Ｓ３０６)。このシェーディングデータは、均一輝度被写体に対して焦点検出のための撮像(Ｓ２０２)を行った際に得られるべきＡ像信号、Ｂ像信号である。シェーディング補正(Ｓ３０１)では、均一輝度被写体に対して得られたＡ像信号、Ｂ像信号が、図７上段左に示すように焦点検出領域内の全ての画素においてＡ像信号、Ｂ像信号からの出力が均一になるようにすることが目的である。そこでシェーディング波形作成(Ｓ３０６)で得られたシェーディング波形に基づいて、焦点検出のための撮像(Ｓ２０２)で得られたＡ像信号、Ｂ像信号の補正を行ない(Ｓ３０７)、焦点検出サブルーチンへリターンする(Ｓ３０８)。
【００３３】
デフォーカス量算出(Ｓ２０３)における相関演算処理について説明する。シェーディング補正(Ｓ３０１)後に、図４におけるＡ像信号、Ｂ像信号のような二つの像信号が得られたとすると、生成した二つの像信号の位相差は撮影レンズの結像状態（合焦状態、前ピン状態、後ピン状態）により変化する。撮影レンズが合焦状態においては二つの像信号の位相差は無くなり、前ピン状態と後ピン状態では異なる方向の位相差が生じる。さらにこの二つの像信号の位相差は撮影レンズのデフォーカス量と一定の関係がある。ここでデフォーカス量とは撮影レンズにより被写体像が結像している位置とマイクロレンズ上面との距離である。この二つの像信号の位相差から撮影レンズのデフォーカス量を求め、撮影レンズが合焦状態になるようなレンズ駆動量を算出することで焦点検出を行う。
【００３４】
二つの像信号の位相差は、二つの像信号の相関を取ることで求める。相関の取り方は“ＭＩＮアルゴリズム”と呼ばれるもので、Ａ像信号の出力データをａ[１]〜ａ[ｎ]とし、Ｂ像信号の出力データをｂ[１]〜ｂ[ｎ]とすると、相関量Ｕ0は、
【００３５】
【数１】
となる。ここでｍｉｎ(ａ,ｂ)はａ,ｂの小さい方の値のことである。まずこのＵ0を計算する。次に図４に示すように、Ａ像信号を信号電圧の１ビットシフトしたデータとＢ像信号のデータの相関量Ｕ1を計算する。このＵ1は
【００３６】
【数２】
となる。このように１ビットずつシフトした相関量を次々に計算する。二つの像信号が一致していればこの相関量は最大値をとるので、その最大値をとるシフト量を求め、その前後のデータから相関量の真の最大値を補間して求め、そのシフト量を二つの像信号の位相差とする。この二つの像信号の位相差から撮影レンズのデフォーカス量を求め、撮影レンズが合焦状態になるようなレンズ駆動量を算出することで焦点検出を行う。
【００３７】
次にシェーディング補正サブルーチン(Ｓ３０１)について説明する。
【００３８】
イメージセンサ１０の瞳領域（以下ＡＦ瞳領域４０と称す）が撮影光学系の瞳領域より大きい場合や、焦点検出領域の中心が撮影レンズの光軸とイメージセンサ１０の交点とは異なる場合、焦点検出に用いる光束が撮影光学系の口径食によって制限されてＡ像信号、Ｂ像信号にアンバランスが生じる恐れがある。Ａ像信号、Ｂ像信号のアンバランスがある場合、デフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算における二つの像信号の一致度が低くなり、算出された位相差に誤差が生じる。また、このＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランスが大きくなると相関演算自体が行えない恐れもある。そこで、この焦点検出に用いるＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランスを補正することがシェーディング補正サブルーチン(Ｓ３０１)の目的である。
【００３９】
図５は撮影光学系の口径食によって焦点検出に用いる光束が制限される様子を示している。撮影レンズ５は実際には複数枚のレンズで構成されており、撮影レンズの光軸とイメージセンサ１０の交点以外に位置する画素７３（以下、周辺画素７３と称す）は、複数枚あるレンズのうち最もイメージセンサ１０に近い側にあるレンズのレンズ保持枠と、最も被写体に近い側にあるレンズのレンズ保持枠によって光束が制限される。最もイメージセンサ１０に近い側にあるレンズのレンズ保持枠を撮影レンズの射出窓１(図５、７１)とし、最も被写体に近い側にあるレンズのレンズ保持枠を撮影レンズの射出窓２(図５、７２)として、周辺画素７３が受光する焦点検出用光束が射出窓１と射出窓２によって制限される様子が図５に斜視図で示されている。図５において、撮影レンズの光軸をｘ方向、イメージセンサ１０の長辺方向をｙ方向、そしてイメージセンサ１０の短辺方向をｚ方向と定義する。
【００４０】
投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。周辺画素７３は、投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出される焦点検出開口瞳７６を通過した光束を受光する。周辺画素７３は、図２に示すように２つの光電変換素子１３α、１３βとから構成されており、各光電変換素子の撮影レンズ側に形成されたマイクロレンズ１１によって光電変換素子１３α、１３βは撮影レンズ５の瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。
【００４１】
さらに、周辺画素７３のマイクロレンズ１１は、２つの光電変換素子１３α、１３βに対して光軸方向にシフトした位置に配置することで、光電変換素子１３αが受光する光束が通過する領域７４ａ（以下、Ａ像瞳領域７４ａとする）と光電変換素子１３βが受光する光束が通過する領域７４ｂ（以下、Ｂ像瞳領域７４ｂとする）の境界線が、撮影レンズの光軸を通過するようにしている。そのため、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂは形状が境界線に対して線対称な形状とはならず、面積も異なる。瞳領域の面積は受光する光束の広がりを決めるものであるため、周辺画素７３の光電変換素子１３αと光電変換素子１３βの受光強度は異なってくる。そのため焦点検出領域を、周辺画素７３を含み光電変換素子の分割方向に並ぶ画素列とした場合、焦点検出領域から得られるＡ像信号、Ｂ像信号は強度差をもったものとなってしまう。
【００４２】
Ａ像信号、Ｂ像信号間にこのようなアンバランスがある場合、デフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算における二つの像信号の一致度が低くなり、算出された位相差に誤差が生じる。また、このＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランスが大きくなると相関演算自体が行えない恐れもある。
【００４３】
図６(ａ)は図５のｘ方向から見たＡＦ瞳領域を示しており、図６(ｂ)は図５のｚ方向から描いたものである。図６(ａ)において、投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。一点鎖線７５の交点が撮影レンズの光軸である。ＡＦ瞳領域は投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出されて焦点検出開口瞳７６を形成している。周辺画素７３のマイクロレンズ１１は、２つの光電変換素子１３α、１３βに対して光軸方向にシフトした位置に配置されており、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線は撮影レンズの光軸を通過している。そのため、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの面積は異なる。
【００４４】
図６(ｂ)において、７１は射出窓１、７２は射出窓２である。Ｌ７１はイメージセンサ１０から射出窓１(７１)までの距離、Ｌ７２はイメージセンサ１０から射出窓２(７２)までの距離である。Ｄ７１は射出窓１(７１)の直径、Ｄ７２は射出窓２(７２)の直径である。投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。周辺画素７３は、投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出される焦点検出開口瞳７６を通過した光束を受光する。Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線は、ＡＦ瞳位置４０において撮影レンズの光軸を通過するように、周辺画素７３のマイクロレンズ１１は、２つの光電変換素子１３α、１３βに対して光軸方向にシフトした位置に配置されている。
【００４５】
以上のように、焦点検出用の光束は撮影レンズの射出窓により制限され、Ａ像信号、Ｂ像信号にアンバランスが生じる。図７(ａ)はＡＦ瞳領域４０が撮影レンズ５の瞳に対して十分に小さく、焦点検出領域の中心が光軸付近にあり、焦点検出領域の全画素にケラレが生じない場合に、一様輝度の被写体に対して得られるＡ像信号、Ｂ像信号である。焦点検出領域が光軸付近にあるため、撮影レンズの周辺光量落ちの影響もほとんどなく、Ａ像信号、Ｂ像信号はともに或る一定の値となる。そのため、或る被写体を撮像した場合も、得られるＡ像信号、Ｂ像信号は図７(ｄ)に示すように同じ形状となる。
【００４６】
しかしＡＦ瞳領域が撮影レンズの瞳より大きい場合には、光軸上以外の画素は前述のような撮影レンズの射出窓によりケラレが生じる。そのため、焦点検出領域が光軸付近にある場合でも、得られるＡ像信号、Ｂ像信号は図７(ｂ)に示すような傾きを持ったものとなる。Ａ像信号の傾きとＢ像信号の傾きは向きが逆になる。これは光軸上の画素では撮影レンズの射出窓によりケラレが生じず、Ａ像信号とＢ像信号は同じ出力を得るが、光軸上以外の画素は撮影レンズの射出窓によりケラレが生じ、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの面積は異なるものとなり、強度差を生じるためである。光軸から光電変換素子１３αの側（＋ｙ方向）に存在する画素ではＡ像瞳領域の方がＢ像瞳領域に比べて面積が大きくなり、光軸から光電変換素子１３βの側（−ｙ方向）に存在する画素ではＢ像瞳領域の方がＡ像瞳領域に比べて面積が大きくなる。そのため得られるＡ像信号、Ｂ像信号はそれぞれ逆向きの傾きを持ち、光軸上の画素を中心にクロスしたような形になる。そのため図７(ｄ)と同じ被写体を撮像した場合にも、図７（ｅ）に示すように、Ａ像信号は右側画素になるしたがって出力が小さくなり、Ｂ像信号は左側画素になるにしたがって出力が小さくなる。つまりＡ像信号、Ｂ像信号では異なる形状となってしまう。そのためデフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算におけるＡ像信号、Ｂ像信号の一致度が低くなり、算出された位相差に誤差が生じる。
【００４７】
図７(ｃ)は、焦点検出領域の中心が光軸から離れた位置にある場合に、一様輝度の被写体に対して得られるＡ像信号、Ｂ像信号である。そのような焦点検出領域では、焦点検出領域の中心位置付近の画素においても撮影レンズの射出窓によりケラレが生じ、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの面積は異なるものとなり、強度差を生じる。焦点検出領域の中心位置付近の画素が、光軸から光電変換素子１３βの側（−ｙ方向）に存在する場合には、Ｂ像瞳領域の方がＡ像瞳領域に比べて面積が大きくなる。そしてＡ像信号、Ｂ像信号の強度が等しくなる画素は中心以外の画素となる。つまり得られるＡ像信号、Ｂ像信号は傾きをもち、さらに強度差をもったものとなる。そのため図７(ｄ)と同じ被写体を撮像した場合にも、図７(f)に示すように、Ａ像信号は右側画素になるしたがって出力が小さくなり、Ｂ像信号は左側画素になるにしたがって出力が小さくなり、さらにＡ像信号全体の出力自体が小さくなる。つまりＡ像信号、Ｂ像信号では異なる形状となってしまう。そのためデフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算におけるＡ像信号、Ｂ像信号の一致度が低くなり、算出された位相差に誤差が生じる。
【００４８】
そこで、シェーディング補正を行ない、Ａ像信号、Ｂ像信号のアンバランスを補正する。シェーディング補正では撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報を用いて、図７(ｂ)と図７(ｃ)に示すようなＡ像信号、Ｂ像信号の傾きや強度差を補正する。
【００４９】
図８は図７（ｅ）のような波形をシェーディング補正している様子を示している。撮影レンズ射出窓位置、射出窓半径と焦点検出領域情報を用いて、一様輝度の被写体に対して得られると予想されるＡ像信号、Ｂ像信号（シェーディングデータ）を算出する(図８(ａ))。次に図８(ａ)のＡ像信号、Ｂ像信号が或る一定の値になるように、焦点検出領域の各画素にそれぞれ重み付け係数を算出する。ここで、Ａ像信号、Ｂ像信号をそれぞれ直線近似し、Ａ像信号近似直線とＢ像信号近似直線の交点出力値をＱとし、算出されるＡ像信号の出力データをＡｓ[１]〜Ａｓ[ｎ]とし、Ｂ像信号の出力データをＢｓ[１]〜Ｂｓ[ｎ]とすると、Ａ像信号に対する重み付け関数をＰａ[１]〜Ｐａ[ｎ]、Ｂ像信号に対する重み付け関数をＰｂ[１]〜Ｐｂ[ｎ]は以下のように表される。
【００５０】
【数３】
得られた重み付け係数を実際に得られたＡ像信号、Ｂ像信号(図８(ｃ))の各画素にかけて、補正後のＡ像信号、Ｂ像信号(図８(ｄ))を得る。実際に得られたＡ像信号の出力データをＡｒ[１]〜Ａｒ[ｎ]とし、Ｂ像信号の出力データをＢｒ[１]〜Ｂｒ[ｎ]とすると、シェーディング補正後のＡ像信号の出力データＡｐ[１]〜Ａｐ[ｎ]と、Ｂ像信号の出力データＢｐ[１]〜Ｂｐ[ｎ]は以下のように表される。
【００５１】
【数４】
今、均一輝度の被写体に対して得られるＡ像信号、Ｂ像信号のシェーディング補正後のデータをＡｐ0[１]〜Ａｐ0[ｎ]、Ｂｐ0[１]〜Ｂｐ0[ｎ]とすると、式(７)に示すように各画素におけるＡ像信号、Ｂ像信号の出力が等しくなり、強度差が補正されている。
【００５２】
【数５】
図９は図７（ｆ）のような波形をシェーディング補正している様子を示している。図９においても上記と同様な方法によりシェーディング補正を行う。均一輝度の被写体に対して得られるシェーディング補正後のＡ像信号とＢ像信号は等しくなり、強度差が補正されている。
【００５３】
以上のように、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報に基づいてシェーディングデータが得られれば、Ａ像信号、Ｂ像信号間に生じるアンバランスを補正することがきる。それによりデフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算における二つの像信号の一致度が向上し、算出された位相差の精度が上がる。
【００５４】
従来技術では、焦点検出領域が光軸から離れた位置にあり、Ａ像信号、Ｂ像信号間にアンバランスが生じる場合には、焦点検出用光束のＦナンバーを大きくして、撮影光学系の口径食によるケラレの影響を軽減しなければならなかった。つまり焦点検出領域の位置によって焦点検出用光束のＦナンバーが制限されていた。しかし本実施形態では、シェーディングデータに基づいてＡ像信号、Ｂ像信号間に生じるアンバランスを補正することで、Ｆナンバーの制限を回避することが可能となった。
【００５５】
第１の実施形態では、撮影レンズの射出窓情報と焦点検出領域情報を用いて算出されるシェーディングデータＡｓ[１]〜Ａｓ[ｎ]、Ｂｓ[１]〜Ｂｓ[ｎ]は、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒから求められる。焦点検出装置のコストダウンと高速な焦点検出を実現するためには、シェーディングデータの算出は演算負荷の軽いことが求められる。そこで第１の実施形態では、シェーディングデータに用いるＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒの算出を、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から決まるパラメータの１次式で簡易的に求めることを特徴としている。
【００５６】
まずシェーディングデータを算出する際に用いるＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒの算出について説明する。
【００５７】
図１０は図５のｘ方向から見たＡＦ瞳領域４０を示している。一点鎖線７５の交点は撮影レンズの光軸である。投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。ＡＦ瞳領域４０は投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出されて焦点検出開口瞳７６を形成している。
【００５８】
Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線は撮影レンズの光軸を通過しているため、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの面積は異なる。Ａ像信号、Ｂ像信号の強度差はこの面積比によって決まる。そしてこの面積比は、切り出された焦点検出開口瞳７６において、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線がどの辺りに位置するかに、ほぼ一致する。ここで、投影射出窓７１−１の光軸に対するシフト量をＳhift１、投影射出窓７２−１の光軸に対するシフト量をＳhift２とし、焦点検出開口瞳７６の中心の光軸に対するシフト量をtとすると、tは以下のように表される。
【００５９】
【数６】
次に図６(ｂ)に基づいて、投影射出窓７１−１の直径Ｄ７１_１と、投影射出窓７２−１の直径Ｄ７２_１を求める。
【００６０】
【数７】
すると、図１０における焦点検出開口瞳７６の幅Ｔは以下のように表される。
【００６１】
【数８】
式(１０)、(１３)で求められたｔ，Ｔを用いて表されるパラメータｔ／Ｔは、切り出された焦点検出開口瞳７６において、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線がどの辺りに位置するかに、ほぼ一致する。そこで、複数の撮影レンズの射出窓情報と複数の周辺画素７３の位置との組み合わせから得られるｔ／Ｔと、一様輝度の被写体に対して得られる周辺画素７３でのＡ像信号、Ｂ像信号強度比ｒの対数ｒをプロットしていくと、図１１のようになる。横軸はｔ／Ｔ、縦軸はｒである。するとｔ／Ｔとｒは、１次式の関係が成り立っている。
【００６２】
【数９】
つまりｔ／Ｔの１次式で簡易的に強度比ｒの対数ｒの算出が可能であることが分かる。この係数Ｃ１はデジタルスチルカメラ１のメモリ回路２２に格納しておく。ＣＰＵ２０が強度比の対数ｒを算出する際には、メモリ回路２２から読み込んでくる。
【００６３】
従来技術では、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒを、光軸から周辺画素７３までの距離Ｌの多項式で表そうとすると、多項式の次数が大きくなってしまい、計算量が大きく演算負荷が大きくなる。しかし本実施形態では、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から求められるパラメータｔ／Ｔの１次式でＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒが簡易的に求められるため、演算負荷が小さい。そのため処理速度の速くない計算機を搭載しても十分に高速な焦点検出が実現できる。
【００６４】
上記で算出されたＡ像信号、Ｂ像信号強度比ｒから、シェーディングデータを算出する。焦点検出領域の両端と中央の３点の画素においてＡ像信号、Ｂ像信号強度比ｒを算出し、ｒ１２１,ｒ１２２,ｒ１２３とする。Ａ像信号、Ｂ像信号強度比ｒを算出する画素は２つ以上であるなら、いくつでも構わない。
【００６５】
Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒを算出した画素において、それぞれＡ像信号出力とＢ像信号出力を算出する。Ａ像信号、Ｂ像信号強度比ｒを算出した画素におけるＡ像信号出力をＡｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３とし、Ｂ像信号出力をＢｄ１２１,Ｂｄ１２２,Ｂｄ１２３とすると、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒから、下記のように求められる。
【００６６】
【数１０】
これら(Ａｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３)と(Ｂｄ１２１,Ｂｄ１２２,Ｂｄ１２３)を図１２に示すようにそれぞれ直線近似することで、Ａ像信号シェーディングデータＡｓ[１]〜Ａｓ[ｎ]とＢ像信号シェーディングデータＢｓ[１]〜Ｂｓ[ｎ]を得る。
【００６７】
従来技術では、焦点検出領域が光軸から離れた位置にあり、Ａ像信号、Ｂ像信号間にアンバランスが生じる場合には、焦点検出用光束のＦナンバーを大きくして、撮影光学系の口径食によるケラレの影響を軽減しなければならなかった。つまり焦点検出領域の位置によって焦点検出用光束のＦナンバーが制限されていた。しかし本実施形態では、上述のシェーディングデータに基づいてＡ像信号、Ｂ像信号間に生じるアンバランスを補正することで、Ｆナンバーの制限を回避することが可能となった。
【００６８】
第２の実施形態では、第１の実施形態において算出されるシェーディングデータをさらに精度良く求める方法を提案する。
【００６９】
第２の実施形態では、シェーディングデータＡｓ[１]〜Ａｓ[ｎ]、Ｂｓ[１]〜Ｂｓ[ｎ]は、撮影レンズの射出窓情報と焦点検出領域情報を用いて算出されるＡ像信号、Ｂ像信号の強度比と、Ａ像信号、Ｂ像信号の焦点検出領域内における強度分布の、２つのパラメータから求められる。焦点検出装置のコストダウンと高速な焦点検出を実現するためには、シェーディングデータの算出は演算負荷の軽いことが求められる。そこで第２の実施形態では、シェーディングデータに用いるＡ像信号、Ｂ像信号の強度比と強度分布の算出を、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から決まるパラメータの１次式で簡易的に求めることを特徴としている。
【００７０】
第２の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチン(Ｓ３０１)の動作フローを図１８に示す。カメラ本体１のＣＰＵ２０は、シェーディング補正(Ｓ３０１)が実行されると、撮影レンズメモリ回路３１から撮影レンズの固有情報を読み込む(Ｓ３０２)。この撮影レンズ固有情報には、撮影レンズのＦナンバー情報や撮影レンズ射出窓位置、射出窓半径などが含まれている。次にＣＰＵ２０は、焦点検出領域入力手段や、視線入力手段などによって決定された焦点検出領域を読み込む(Ｓ３０３)。レンズ情報読み込み(Ｓ３０２)と焦点検出領域読み込み(Ｓ３０３)で得られたレンズ情報や焦点検出領域に基づいて、撮影光学系の口径食によって制限されるためにＡ像信号、Ｂ像信号に生じる強度比を算出する(Ｓ３０４)。さらにレンズ情報読み込み(Ｓ３０２)と焦点検出領域読み込み(Ｓ３０３)で得られたレンズ情報や焦点検出領域に基づいて、撮影光学系の口径食によって制限されるために焦点検出領域内の画素間でＡ像信号、Ｂ像信号に生じる強度変化、つまり強度分布を算出する(Ｓ３０５)。強度分布算出（Ｓ３０５）では、Ａ像信号、Ｂ像信号のうち、どちらか一方の強度分布だけを算出する(Ｓ３０５)。強度比算出(Ｓ３０４)と強度分布算出(Ｓ３０５)で得られた、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比と強度分布に基づいて、シェーディングデータを作成する(Ｓ３０６)。このシェーディングデータは、均一輝度被写体に対して焦点検出のための撮像(Ｓ２０２)を行った際に得られるべきＡ像信号、Ｂ像信号である。シェーディング補正(Ｓ３０１)では、均一輝度被写体に対して得られたＡ像信号、Ｂ像信号が、図７(ａ)に示すように焦点検出領域内の全ての画素においてＡ像信号、Ｂ像信号からの出力が均一になるようにすることが目的である。そこでシェーディング波形作成(Ｓ３０６)で得られたシェーディング波形に基づいて、焦点検出のための撮像(Ｓ２０２)で得られたＡ像信号、Ｂ像信号の補正を行ない(Ｓ３０７)、焦点検出サブルーチンへリターンする(Ｓ３０８)。
【００７１】
Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比算出は、第１の実施形態と同様の手法で求められる。図１０に示すように、焦点検出開口瞳７６の中心の光軸に対するシフト量をｔとし、焦点検出開口瞳７６の幅をＴとしたときに、この撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から求められるパラメータｔ／Ｔの１次式でＡ像信号、Ｂ像信号の強度比が簡易的に求められる。
【００７２】
【数１１】
この係数Ｃ１はデジタルスチルカメラ１のメモリ回路２２に格納しておく。ＣＰＵ２０が強度比の対数ｒを算出する際には、メモリ回路２２から読み込んでくる。
【００７３】
従来技術では、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比を、光軸から周辺画素７３までの距離Ｌの多項式で表そうとすると、多項式の次数が大きくなってしまい、計算量が大きく演算負荷が大きくなる。しかし本実施形態では、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から求められるパラメータｔ／Ｔの１次式でＡ像信号、Ｂ像信号の強度比が簡易的に求められるため、演算負荷が小さい。そのため処理速度の速くない計算機を搭載しても十分に高速な焦点検出が実現できる。
【００７４】
次にシェーディングデータを算出する際に用いるＡ像信号、Ｂ像信号の強度分布算出について説明する。Ａ像信号、Ｂ像信号の強度分布算出では、Ａ像信号とＢ像信号どちらか一方の強度分布を求める。求める強度分布はＡ像信号とＢ像信号、どちらでも構わない。ここでは、Ａ像信号の強度分布を求めていくことにする。
【００７５】
図１３は図５のｘ方向から見たＡＦ瞳領域４０を示している。一点鎖線７５の交点は撮影レンズの光軸である。投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。ＡＦ瞳領域は投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出されて焦点検出開口瞳７６を形成している。
【００７６】
Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線は撮影レンズの光軸を通過している。Ａ像信号の強度分布はＡ像瞳領域７４ａの面積に比例する。このＡ像瞳領域７４ａの面積は、Ａ像瞳領域７４ａの幅Ｔａにほぼ比例する。Ｔａは以下のように表される。
【００７７】
【数１２】
そこで、複数の撮影レンズの射出窓情報と複数の周辺画素７３の位置との組み合わせから得られるＴａと、一様輝度の被写体に対して得られる周辺画素７３のＡ像信号出力Ａｒをプロットしていくと、図１４のようになる。横軸はＴａ、縦軸はＡ像信号出力Ａｒである。するとＴａとＡｒは、１次式の関係が成り立っている。
【００７８】
【数１３】
つまりＴａの１次式で簡易的にＡ像信号出力Ａｒの算出が可能であることが分かる。この係数Ｃ２はデジタルスチルカメラ１のメモリ回路２２に格納しておく。ＣＰＵ２０がＡ像信号出力Ａｒを算出する際には、メモリ回路２２から読み込んでくる。
【００７９】
図１２は、上記Ｔａから算出されたＡ像信号出力を用いて、Ａ像信号強度分布を算出する過程を示している。ここで、図１２に示すように、焦点検出領域の両端と中央の３点の画素においてＡ像信号出力を算出し、Ａｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３とする。Ａ像信号出力を算出する画素は２つ以上であるなら、いくつでも構わない。これらＡｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３をＡ像信号の強度分布とする。
【００８０】
従来技術では、Ａ像信号の強度分布を、光軸から周辺画素７３までの距離Ｌの多項式で表そうとすると、多項式の次数が大きくなってしまい、計算量が大きく演算負荷が大きくなる。しかし本実施形態では、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から求められるパラメータＴａの１次式でＡ像信号の強度分布が簡易的に求められるため、演算負荷が小さい。そのため処理速度の速くない計算機を搭載しても十分に高速な焦点検出が実現できる。
【００８１】
以上述べてきたＡ像信号、Ｂ像信号強度比とＡ像信号の強度分布から、シェーディングデータを算出する。Ａ像信号強度分布を算出した画素において、それぞれＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒを算出し、ｒ１２１,ｒ１２２,ｒ１２３とする。算出方法は、先に述べたように撮影レンズ射出窓情報と周辺画素７３の位置からパラメータｔ／Ｔを算出し、式(１４)に基づいてＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒを求める。Ａ像信号強度分布を算出した画素におけるＢ像信号出力Ｂｄ１２１,Ｂｄ１２２,Ｂｄ１２３は、Ａ像信号強度分布Ａｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３とＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒから、下記のように求められる。
【００８２】
【数１４】
これら(Ａｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３)と(Ｂｄ１２１,Ｂｄ１２２,Ｂｄ１２３)を図１２に示すようにそれぞれ直線近似することで、Ａ像信号シェーディングデータＡｓ[１]〜Ａｓ[ｎ]とＢ像信号シェーディングデータＢｓ[１]〜Ｂｓ[ｎ]を得る。
【００８３】
従来技術では、焦点検出領域が光軸から離れた位置にあり、Ａ像信号、Ｂ像信号間にアンバランスが生じる場合には、焦点検出用光束のＦナンバーを大きくして、撮影光学系の口径食によるケラレの影響を軽減しなければならなかった。つまり焦点検出領域の位置によって焦点検出用光束のＦナンバーが制限されていた。しかし本実施形態では、シェーディングデータに基づいてＡ像信号、Ｂ像信号間に生じるアンバランスを補正することで、Ｆナンバーの制限を回避することが可能となった。
【００８４】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１光電変換素子列と前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２光電変換素子列よりなる固体撮像素子を有し、前記第１光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２光電変換素子列からの像信号である第２の像信号とで相関演算を行うことによって撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置において、焦点検出瞳領域が前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて前記第１光電変換素子と第２光電変換素子からの信号に生じる強度差を補正することで、次の効果が得られる。
（１）撮影光学系の口径食によって焦点検出用光束が制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、少ない計算量で効率的に補正することが可能となる。
（２）焦点検出領域によって焦点検出に用いる光束のＦナンバーが制限されることがなくなる。
【００８５】
また前記焦点検出装置において、所定の焦点検出領域内の少なくとも二つの焦点検出画素における強度差に基づいて、焦点検出領域内の全ての画素における前記第１光電変換素子と第２光電変換素子からの信号に生じる強度差を補正することで、次の効果が得られる。
（３）撮影光学系の口径食によって焦点検出用光束が制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、さらに少ない計算量で効率的に補正することが可能となる。
【００８６】
【他の実施形態】
本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、単体の機器から成る装置に適用しても良いしＬＡＮなどのネットワークを介して処理が行われるシステムに適用しても良い。
【００８７】
また、各実施形態の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００８８】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００８９】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した手順に対応するプログラムコードが格納されることになる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮影光学系の口径食によって制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、少ない計算量で効率的に補正することができる。
【００９１】
また、焦点検出領域によって焦点検出に用いる光束のＦナンバーが制限されないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わるカメラとレンズの構成を示す図である。
【図２】イメージセンサの構成と撮影レンズとの関係を示す図である。
【図３】撮影レンズの瞳を示す図である。
【図４】相関演算処理の説明図である。
【図５】撮影レンズの射出窓によって焦点検出開口瞳が形成されている状態を示す斜視図である。
【図６】撮影レンズの射出窓によって焦点検出開口瞳が形成されている状態を示す図である。
【図７】一様輝度被写体のＡ像信号、Ｂ像信号（(ａ)光軸上、(ｂ)光軸上、(ｃ)軸外）と一般的な被写体のＡ像信号、Ｂ像信号（(ａ)光軸上、(ｂ)光軸上、(ｃ)軸外）を示す図である。
【図８】シェーディング補正（光軸上）を行っている状態を示す図である。
【図９】シェーディング補正（光軸外）を行っている状態を示す図である。
【図１０】強度比ｒ算出のためのパラメータｔ／Ｔを示す図である。
【図１１】パラ−メータｔ／Ｔと強度比の対数ｒの関係を示す図である。
【図１２】Ａ像信号強度分布とＢ像信号強度分布からシェーディングデータを算出している状態を示す図である。
【図１３】Ａ像信号出力Ａｒ算出のためのパラメータＴａを示す図である。
【図１４】パラメータＴａとＡ像信号出力Ａｒの関係を示す図である。
【図１５】カメラの動作説明フローチャートである。
【図１６】焦点検出サブルーチンの動作説明フローチャートである。
【図１７】第１の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチンの動作説明フローチャートである。
【図１８】第２の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチンの動作説明フローチャートである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光束によって形成される２つの物体像の相対的位置関係より、撮影レンズの結像状態を検出する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラの焦点検出方式にはいくつかの方法があるが、センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元の受光センサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特開昭５８−２４１０５号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図２は同公報で提案している瞳分割方式の焦点検出を行う方法の原理説明図である。
【０００４】
イメージセンサ１０は撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。また、イメージセンサ１０の１画素は２つの光電変換素子１３α、１３βとから構成されており、各光電変換素子の撮影レンズ側に形成されたマイクロレンズ１１によって光電変換素子１３α、１３βは撮影レンズ５の瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。
【０００５】
ここで、光電変換素子１３αは主に撮影レンズ５の瞳の図中上方を透過する光束を受光し、光電変換素子１３βは主に撮影レンズ５の瞳の図中下方を透過する光束を受光する。焦点検出時は、各光電変換素子からの出力をそれぞれ読み出し、さらに複数の画素からの出力より撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束による像信号が生成される。
【０００６】
また、本願出願人は瞳分割方式の焦点検出を行うことが可能な焦点検出装置を特開２００１−１２４９８４号公報（特許文献２）に開示している。同公報の焦点検出装置は、一対の光電変換素子を、二次元に配置したマイクロレンズアレイごとに設け、このマイクロレンズより、光電変換素子を撮影光学系の瞳に投影することで、瞳を分割している。撮影光学系の瞳の異なる部分を通過した２光束の光電変換素子列の出力から得られる第１の像信号と第２の像信号（以下、Ａ像信号、Ｂ像信号と称す）の位相差に基づいて撮影レンズの焦点状態を検出するものである。ここで、位相差とはＡ像信号、Ｂ像信号の相対的な位置関係のことである。
【０００７】
さらに、光電変換素子列の出力から得られるＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランス状態を検出し、焦点検出光学系のＦナンバーを切り替えることで、正確な焦点検出を実現する焦点検出装置が特公平７−６２７３１号公報（特許文献３）に開示されている。この焦点検出装置は、Ｆナンバーが異なる二つの焦点検出部を有する。Ａ像信号、Ｂ像信号の一致度が高い場合には、多くの光束を受光するＦナンバーが小さい焦点検出部で焦点検出を行い、Ａ像信号、Ｂ像信号の一致度が低い場合には、焦点検出光束にケラレが生じにくいＦナンバーが大きい焦点検出部で焦点検出を行う。
【０００８】
また、レンズ情報と撮像面上の位置に基づいて画素信号のゲイン制御を行う画像取り込み装置が特開２０００−３２４５０５号公報（特許文献４）に開示されている。撮像面中心から画素までの距離をＬとしたときに、Ｌの多項式で任意位置における画素のゲイン制御量を算出する。この際、多項式の係数はレンズ射出瞳位置を含むレンズ情報に対応して格納されたデータテーブルに基づいて決定される。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５８−２４１０５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２４９８４号公報
【特許文献３】
特公平７−６２７３１号公報
【特許文献４】
特開２０００−３２４５０５号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平７−６２７３１号公報に開示されている焦点検出装置において、光電変換セルの出力から得られるＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランス状態を検出するためには、一度相関演算処理を行う必要がある。そのため、処理速度の速い計算機を搭載し焦点検出装置がコストアップしてしまうか、もしくは処理速度の速くない計算機を搭載したために高速な焦点検出が実現できないかのどちらかとなるという問題がある。また、焦点検出領域によっては、Ｆナンバーが小さい光束で焦点検出が行えないという問題もある。
【００１０】
特開２０００−３２４５０５号公報に開示されている画像取り込み装置では、撮像面中心から画素までの距離をＬとしたときに、Ｌの多項式で任意位置における画素のゲイン制御量を算出するのである。この技術を先の特開２００１−１２４９８４号公報に開示されている焦点検出装置に適応した場合、すなわち、第１の像信号と第２の像信号それぞれについてＬの多項式でゲイン制御した際には、求めるゲイン制御量をＬの多項式で表そうとすると、多項式の次数が大きくなってしまい、計算量が大きく演算負荷が大きくなる。そのため、処理速度の速い計算機を搭載し焦点検出装置がコストアップしてしまうか、もしくは処理速度の速くない計算機を搭載したために高速な焦点検出が実現できないかのどちらかとなるという問題がある。
【００１１】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮影光学系の口径食によって制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、少ない計算量で効率的に補正できるようにすることである。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、焦点検出領域によって焦点検出に用いる光束のＦナンバーが制限されないようにすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる焦点検出装置は、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１の光電変換素子列と、前記射出瞳の前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２の光電変換素子列とを備える固体撮像素子と、撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて、前記第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって前記撮影光学系の焦点状態を検出する演算手段とを具備することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
なお、本発明は、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１の光電変換素子列と、前記射出瞳の前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２の光電変換素子列とを備える固体撮像素子と、撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて、前記第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって前記撮影光学系の焦点状態を検出する演算部とを具備する焦点検出装置として実施可能である。
【００１６】
また、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を第１の光電変換素子列で光電変換するとともに、前記射出瞳の前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を第２の光電変換素子列で光電変換し、撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて、前記第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出方法として実施可能である。
【００１７】
図１は本発明の実施形態に係わる焦点検出装置を具備するデジタルスチルカメラの構成図、図２は実施形態におけるメージセンサの構成と撮影レンズとの関係を示す図、図１５はデジタルスチルカメラの動作説明フローチャート、図１６は焦点検出サブルーチンの動作フローチャート、図１７は第１の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチンの動作フローチャート、図１８は第２の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチンの動作フローチャートである。
【００１８】
図１において、１はデジタルスチルカメラ本体であり、１０は撮像装置（以下イメージセンサと称す）で、デジタルスチルカメラ１の撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。デジタルスチルカメラ１には、カメラ全体を制御するＣＰＵ２０、イメージセンサ１０を駆動制御するイメージセンサ制御回路２１、イメージセンサ１０にて撮像した画像信号を画像処理する画像処理回路２４、撮像された画像を表示するための液晶表示素子９とそれを駆動する液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子９に表示された被写体像を観察するための接眼レンズ３、イメージセンサ１０にて撮像された画像を記録するメモリ回路２２、画像処理回路２４にて画像処理された画像をカメラ外部に出力するためのインターフェース回路２３、撮影者が撮影された画像を記録するための操作スイッチＳＷ２とを備えて構成されている。
【００１９】
本実施形態の焦点検出装置は、ＣＰＵ２０とイメージセンサ１０から構成されている。
【００２０】
撮影レンズ５はデジタルカメラ１に取り付けられる交換レンズである。撮影レンズ５は、便宜上２枚のレンズ５ａ、５ｂで図示しているが、実際は多数枚のレンズで構成され、ＣＰＵ２０から送られてくるレンズ駆動量に基づいて撮影レンズ駆動機構２６によって合焦状態に調節される。また３０は絞り装置で、絞り駆動機構２７によって所定の絞り値に絞り込まれるようになっている。３１は撮影レンズメモリ回路であり、撮影レンズ固有の情報を記録している。レンズ駆動回路２６、絞り駆動機構２７、撮影レンズメモリ回路３１は、デジタルスチルカメラ１との取り付け部に設けられた通信端子を通して、デジタルスチルカメラ１のＣＰＵ２０と通信可能となっている。
【００２１】
イメージセンサ１０は図２に示すような構成になっている。図２は図１の矢印Ｃ方向から見た図である。イメージセンサ１０は撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。また、イメージセンサ１０の１画素は２つの光電変換素子１３α、１３βとから構成されており、各光電変換素子の撮影レンズ側に形成されたマイクロレンズ１１によって光電変換素子１３α、１３βは撮影レンズ５の瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。
【００２２】
ここで、光電変換素子１３αは主に撮影レンズ５の瞳の図中上方を透過する光束を受光し、光電変換素子１３βは主に撮影レンズ５の瞳の図中下方を透過する光束を受光する。
【００２３】
図３はイメージセンサ１０から見た撮影レンズの瞳４０を示した図である。光電変換素子１３αが受光する光束は撮影レンズの或る瞳領域４１ａを通過し、光電変換素子１３βが受光する光束は瞳領域４１ａとは異なる領域４１ｂを通過する。焦点検出時は、各光電変換素子からの出力をそれぞれ読み出し、さらに複数の画素からの出力より撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束による像信号が生成される。瞳領域４１ａを通過した光束による像信号をＡ像信号とし、瞳領域４１ｂを通過した光束による像信号をＢ像信号とすると、Ａ像信号、Ｂ像信号を用いて焦点検出を行う。つまり本実施形態の焦点検出装置におけるイメージセンサ１０は、撮像機能と焦点検出機能の両者を持ち合わせており、焦点検出を行う画素で撮像も行う。
【００２４】
次に、図１５に従って本実施形態のカメラの動作フローを説明する。
【００２５】
撮影者が、図１には不図示のデジタルスチルカメラ１のメインスイッチをＯＮすると(Ｓ１０２)、ＣＰＵ２０は撮影レンズ５の焦点検出を実行する(Ｓ２０１)。焦点検出Ｓ２０１では、撮影レンズ５のデフォーカス量が算出され、得られたデフォーカス量を用いて撮影レンズの駆動量が算出される。焦点検出Ｓ２０１において算出された撮影レンズの駆動量に基づいて、ＣＰＵ２０は撮影レンズ駆動機構２６にレンズ駆動信号を送り、撮影レンズを駆動して合焦状態に設定する(Ｓ１０３)。レンズ駆動Ｓ１０３が完了すると、カメラ１のＣＰＵ２０はイメージセンサ制御回路２１に撮像信号を送ってイメージセンサ１０にて撮像を行わせる(Ｓ１０４)。イメージセンサ１０にて撮像された画像信号は、イメージセンサ制御回路２１にてＡ／Ｄ変換された後に画像処理回路２４にて画像処理が行われる。画像処理が行われた画像信号はＣＰＵ２０を介して液晶表示素子駆動回路２５に送られ液晶表示素子９に表示される(Ｓ１０５)。撮影者は接眼レンズ３を通して液晶表示素子９に表示された被写体像を観察することが可能となる。さらにＣＰＵ２０は撮像画像を記録するための操作スイッチＳＷ２の状態を確認する(Ｓ１０６)。撮影者が操作スイッチＳＷ２を操作していなければ(Ｓ１０６)、引き続きＣＰＵ２０はメインスイッチの状態を確認する(Ｓ１０２)。
【００２６】
一方、撮影者が被写体を撮影しようとして操作スイッチＳＷ２を押したならば(Ｓ１０６)、ＣＰＵ２０はメージセンサ制御回路２１に撮像信号を送ってイメージセンサ１０にて本撮像を行う（Ｓ１０７）。
【００２７】
イメージセンサ制御回路２１によってＡ／Ｄ変換された画像信号は、画像処理回路２４にて画像処理された後、液晶表示素子駆動回路２５に送られ液晶表示素子９に表示される(Ｓ１０８)。
【００２８】
同時に、ＣＰＵ２０は撮像された画像信号をそのままカメラ１のメモリ回路２２に記憶する(Ｓ１０９)。撮影動作が終了し、撮影者がメインスイッチをＯＦＦすると(Ｓ１０２)カメラの電源が落ちて待機状態となる(Ｓ１１０)。
【００２９】
焦点検出サブルーチン(Ｓ２０１)の動作フローを図１６に示す。
【００３０】
カメラ本体１のＣＰＵ２０は、焦点検出が実行されるとイメージセンサ制御回路２１に焦点検出のための撮像開始信号を送ってイメージセンサ１０にて焦点検出光束の撮像を行わせる(Ｓ２０２)。ＣＰＵ２０は同一色相の出力信号より、撮影レンズ５の瞳領域４０(図３)におけるある領域４１ａを透過した焦点検出光束によりＡ像信号を生成し、同様に撮影レンズ５の瞳領域４０における４１ａとは異なるある領域４１ｂを透過した焦点検出光束によりＢ像信号を生成する。撮影(Ｓ２０２)において生成されるＡ像信号、Ｂ像信号にシェーディング補正を行ない、撮影光学系の口径食によって制限された場合にＡ像信号、Ｂ像信号に生じるアンバランスを補正する(Ｓ３０１)。シェーディング補正(Ｓ３０１)で一致度が向上したＡ像信号、Ｂ像信号を用いて相関演算を行い、二つの像信号のずれ量から撮影レンズ５のデフォーカス量が算出される(Ｓ２０３)。デフォーカス量算出(Ｓ２０３)で算出されたデフォーカス量に基づいて、撮影レンズの駆動量が算出される(Ｓ２０４)。撮影レンズの駆動量が算出されると(Ｓ２０４)、ＣＰＵ２０はメインルーチンへリターンする(Ｓ２０５)。
【００３１】
第１の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチン(Ｓ３０１)の動作フローを図１７に示す。
【００３２】
カメラ本体１のＣＰＵ２０は、シェーディング補正(Ｓ３０１)が実行されると、撮影レンズメモリ回路３１から撮影レンズの固有情報を読み込む(Ｓ３０２)。この撮影レンズ固有情報には、撮影レンズのＦナンバー情報や撮影レンズ射出窓位置、射出窓半径などが含まれている。次にＣＰＵ２０は、焦点検出領域入力手段や、視線入力手段などによって決定された焦点検出領域を読み込む(Ｓ３０３)。レンズ情報読み込み(Ｓ３０２)と焦点検出領域読み込み(Ｓ３０３)で得られたレンズ情報や焦点検出領域に基づいて、撮影光学系の口径食によって制限されるためにＡ像信号、Ｂ像信号に生じる強度比を算出する(Ｓ３０４)。強度比算出(Ｓ３０４)で得られた、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比に基づいて、シェーディングデータを作成する(Ｓ３０６)。このシェーディングデータは、均一輝度被写体に対して焦点検出のための撮像(Ｓ２０２)を行った際に得られるべきＡ像信号、Ｂ像信号である。シェーディング補正(Ｓ３０１)では、均一輝度被写体に対して得られたＡ像信号、Ｂ像信号が、図７上段左に示すように焦点検出領域内の全ての画素においてＡ像信号、Ｂ像信号からの出力が均一になるようにすることが目的である。そこでシェーディング波形作成(Ｓ３０６)で得られたシェーディング波形に基づいて、焦点検出のための撮像(Ｓ２０２)で得られたＡ像信号、Ｂ像信号の補正を行ない(Ｓ３０７)、焦点検出サブルーチンへリターンする(Ｓ３０８)。
【００３３】
デフォーカス量算出(Ｓ２０３)における相関演算処理について説明する。シェーディング補正(Ｓ３０１)後に、図４におけるＡ像信号、Ｂ像信号のような二つの像信号が得られたとすると、生成した二つの像信号の位相差は撮影レンズの結像状態（合焦状態、前ピン状態、後ピン状態）により変化する。撮影レンズが合焦状態においては二つの像信号の位相差は無くなり、前ピン状態と後ピン状態では異なる方向の位相差が生じる。さらにこの二つの像信号の位相差は撮影レンズのデフォーカス量と一定の関係がある。ここでデフォーカス量とは撮影レンズにより被写体像が結像している位置とマイクロレンズ上面との距離である。この二つの像信号の位相差から撮影レンズのデフォーカス量を求め、撮影レンズが合焦状態になるようなレンズ駆動量を算出することで焦点検出を行う。
【００３４】
二つの像信号の位相差は、二つの像信号の相関を取ることで求める。相関の取り方は“ＭＩＮアルゴリズム”と呼ばれるもので、Ａ像信号の出力データをａ[１]〜ａ[ｎ]とし、Ｂ像信号の出力データをｂ[１]〜ｂ[ｎ]とすると、相関量Ｕ0は、
【００３５】
【数１】
【００３６】
【数２】
【００３７】
次にシェーディング補正サブルーチン(Ｓ３０１)について説明する。
【００３８】
イメージセンサ１０の瞳領域（以下ＡＦ瞳領域４０と称す）が撮影光学系の瞳領域より大きい場合や、焦点検出領域の中心が撮影レンズの光軸とイメージセンサ１０の交点とは異なる場合、焦点検出に用いる光束が撮影光学系の口径食によって制限されてＡ像信号、Ｂ像信号にアンバランスが生じる恐れがある。Ａ像信号、Ｂ像信号のアンバランスがある場合、デフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算における二つの像信号の一致度が低くなり、算出された位相差に誤差が生じる。また、このＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランスが大きくなると相関演算自体が行えない恐れもある。そこで、この焦点検出に用いるＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランスを補正することがシェーディング補正サブルーチン(Ｓ３０１)の目的である。
【００３９】
図５は撮影光学系の口径食によって焦点検出に用いる光束が制限される様子を示している。撮影レンズ５は実際には複数枚のレンズで構成されており、撮影レンズの光軸とイメージセンサ１０の交点以外に位置する画素７３（以下、周辺画素７３と称す）は、複数枚あるレンズのうち最もイメージセンサ１０に近い側にあるレンズのレンズ保持枠と、最も被写体に近い側にあるレンズのレンズ保持枠によって光束が制限される。最もイメージセンサ１０に近い側にあるレンズのレンズ保持枠を撮影レンズの射出窓１(図５、７１)とし、最も被写体に近い側にあるレンズのレンズ保持枠を撮影レンズの射出窓２(図５、７２)として、周辺画素７３が受光する焦点検出用光束が射出窓１と射出窓２によって制限される様子が図５に斜視図で示されている。図５において、撮影レンズの光軸をｘ方向、イメージセンサ１０の長辺方向をｙ方向、そしてイメージセンサ１０の短辺方向をｚ方向と定義する。
【００４０】
投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。周辺画素７３は、投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出される焦点検出開口瞳７６を通過した光束を受光する。周辺画素７３は、図２に示すように２つの光電変換素子１３α、１３βとから構成されており、各光電変換素子の撮影レンズ側に形成されたマイクロレンズ１１によって光電変換素子１３α、１３βは撮影レンズ５の瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。
【００４１】
さらに、周辺画素７３のマイクロレンズ１１は、２つの光電変換素子１３α、１３βに対して光軸方向にシフトした位置に配置することで、光電変換素子１３αが受光する光束が通過する領域７４ａ（以下、Ａ像瞳領域７４ａとする）と光電変換素子１３βが受光する光束が通過する領域７４ｂ（以下、Ｂ像瞳領域７４ｂとする）の境界線が、撮影レンズの光軸を通過するようにしている。そのため、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂは形状が境界線に対して線対称な形状とはならず、面積も異なる。瞳領域の面積は受光する光束の広がりを決めるものであるため、周辺画素７３の光電変換素子１３αと光電変換素子１３βの受光強度は異なってくる。そのため焦点検出領域を、周辺画素７３を含み光電変換素子の分割方向に並ぶ画素列とした場合、焦点検出領域から得られるＡ像信号、Ｂ像信号は強度差をもったものとなってしまう。
【００４２】
Ａ像信号、Ｂ像信号間にこのようなアンバランスがある場合、デフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算における二つの像信号の一致度が低くなり、算出された位相差に誤差が生じる。また、このＡ像信号、Ｂ像信号のアンバランスが大きくなると相関演算自体が行えない恐れもある。
【００４３】
図６(ａ)は図５のｘ方向から見たＡＦ瞳領域を示しており、図６(ｂ)は図５のｚ方向から描いたものである。図６(ａ)において、投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。一点鎖線７５の交点が撮影レンズの光軸である。ＡＦ瞳領域は投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出されて焦点検出開口瞳７６を形成している。周辺画素７３のマイクロレンズ１１は、２つの光電変換素子１３α、１３βに対して光軸方向にシフトした位置に配置されており、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線は撮影レンズの光軸を通過している。そのため、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの面積は異なる。
【００４４】
図６(ｂ)において、７１は射出窓１、７２は射出窓２である。Ｌ７１はイメージセンサ１０から射出窓１(７１)までの距離、Ｌ７２はイメージセンサ１０から射出窓２(７２)までの距離である。Ｄ７１は射出窓１(７１)の直径、Ｄ７２は射出窓２(７２)の直径である。投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。周辺画素７３は、投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出される焦点検出開口瞳７６を通過した光束を受光する。Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線は、ＡＦ瞳位置４０において撮影レンズの光軸を通過するように、周辺画素７３のマイクロレンズ１１は、２つの光電変換素子１３α、１３βに対して光軸方向にシフトした位置に配置されている。
【００４５】
以上のように、焦点検出用の光束は撮影レンズの射出窓により制限され、Ａ像信号、Ｂ像信号にアンバランスが生じる。図７(ａ)はＡＦ瞳領域４０が撮影レンズ５の瞳に対して十分に小さく、焦点検出領域の中心が光軸付近にあり、焦点検出領域の全画素にケラレが生じない場合に、一様輝度の被写体に対して得られるＡ像信号、Ｂ像信号である。焦点検出領域が光軸付近にあるため、撮影レンズの周辺光量落ちの影響もほとんどなく、Ａ像信号、Ｂ像信号はともに或る一定の値となる。そのため、或る被写体を撮像した場合も、得られるＡ像信号、Ｂ像信号は図７(ｄ)に示すように同じ形状となる。
【００４６】
しかしＡＦ瞳領域が撮影レンズの瞳より大きい場合には、光軸上以外の画素は前述のような撮影レンズの射出窓によりケラレが生じる。そのため、焦点検出領域が光軸付近にある場合でも、得られるＡ像信号、Ｂ像信号は図７(ｂ)に示すような傾きを持ったものとなる。Ａ像信号の傾きとＢ像信号の傾きは向きが逆になる。これは光軸上の画素では撮影レンズの射出窓によりケラレが生じず、Ａ像信号とＢ像信号は同じ出力を得るが、光軸上以外の画素は撮影レンズの射出窓によりケラレが生じ、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの面積は異なるものとなり、強度差を生じるためである。光軸から光電変換素子１３αの側（＋ｙ方向）に存在する画素ではＡ像瞳領域の方がＢ像瞳領域に比べて面積が大きくなり、光軸から光電変換素子１３βの側（−ｙ方向）に存在する画素ではＢ像瞳領域の方がＡ像瞳領域に比べて面積が大きくなる。そのため得られるＡ像信号、Ｂ像信号はそれぞれ逆向きの傾きを持ち、光軸上の画素を中心にクロスしたような形になる。そのため図７(ｄ)と同じ被写体を撮像した場合にも、図７（ｅ）に示すように、Ａ像信号は右側画素になるしたがって出力が小さくなり、Ｂ像信号は左側画素になるにしたがって出力が小さくなる。つまりＡ像信号、Ｂ像信号では異なる形状となってしまう。そのためデフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算におけるＡ像信号、Ｂ像信号の一致度が低くなり、算出された位相差に誤差が生じる。
【００４７】
図７(ｃ)は、焦点検出領域の中心が光軸から離れた位置にある場合に、一様輝度の被写体に対して得られるＡ像信号、Ｂ像信号である。そのような焦点検出領域では、焦点検出領域の中心位置付近の画素においても撮影レンズの射出窓によりケラレが生じ、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの面積は異なるものとなり、強度差を生じる。焦点検出領域の中心位置付近の画素が、光軸から光電変換素子１３βの側（−ｙ方向）に存在する場合には、Ｂ像瞳領域の方がＡ像瞳領域に比べて面積が大きくなる。そしてＡ像信号、Ｂ像信号の強度が等しくなる画素は中心以外の画素となる。つまり得られるＡ像信号、Ｂ像信号は傾きをもち、さらに強度差をもったものとなる。そのため図７(ｄ)と同じ被写体を撮像した場合にも、図７(f)に示すように、Ａ像信号は右側画素になるしたがって出力が小さくなり、Ｂ像信号は左側画素になるにしたがって出力が小さくなり、さらにＡ像信号全体の出力自体が小さくなる。つまりＡ像信号、Ｂ像信号では異なる形状となってしまう。そのためデフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算におけるＡ像信号、Ｂ像信号の一致度が低くなり、算出された位相差に誤差が生じる。
【００４８】
そこで、シェーディング補正を行ない、Ａ像信号、Ｂ像信号のアンバランスを補正する。シェーディング補正では撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報を用いて、図７(ｂ)と図７(ｃ)に示すようなＡ像信号、Ｂ像信号の傾きや強度差を補正する。
【００４９】
図８は図７（ｅ）のような波形をシェーディング補正している様子を示している。撮影レンズ射出窓位置、射出窓半径と焦点検出領域情報を用いて、一様輝度の被写体に対して得られると予想されるＡ像信号、Ｂ像信号（シェーディングデータ）を算出する(図８(ａ))。次に図８(ａ)のＡ像信号、Ｂ像信号が或る一定の値になるように、焦点検出領域の各画素にそれぞれ重み付け係数を算出する。ここで、Ａ像信号、Ｂ像信号をそれぞれ直線近似し、Ａ像信号近似直線とＢ像信号近似直線の交点出力値をＱとし、算出されるＡ像信号の出力データをＡｓ[１]〜Ａｓ[ｎ]とし、Ｂ像信号の出力データをＢｓ[１]〜Ｂｓ[ｎ]とすると、Ａ像信号に対する重み付け関数をＰａ[１]〜Ｐａ[ｎ]、Ｂ像信号に対する重み付け関数をＰｂ[１]〜Ｐｂ[ｎ]は以下のように表される。
【００５０】
【数３】
【００５１】
【数４】
【００５２】
【数５】
【００５３】
以上のように、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報に基づいてシェーディングデータが得られれば、Ａ像信号、Ｂ像信号間に生じるアンバランスを補正することがきる。それによりデフォーカス量算出(Ｓ２０３)において行われる相関演算における二つの像信号の一致度が向上し、算出された位相差の精度が上がる。
【００５４】
従来技術では、焦点検出領域が光軸から離れた位置にあり、Ａ像信号、Ｂ像信号間にアンバランスが生じる場合には、焦点検出用光束のＦナンバーを大きくして、撮影光学系の口径食によるケラレの影響を軽減しなければならなかった。つまり焦点検出領域の位置によって焦点検出用光束のＦナンバーが制限されていた。しかし本実施形態では、シェーディングデータに基づいてＡ像信号、Ｂ像信号間に生じるアンバランスを補正することで、Ｆナンバーの制限を回避することが可能となった。
【００５５】
第１の実施形態では、撮影レンズの射出窓情報と焦点検出領域情報を用いて算出されるシェーディングデータＡｓ[１]〜Ａｓ[ｎ]、Ｂｓ[１]〜Ｂｓ[ｎ]は、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒから求められる。焦点検出装置のコストダウンと高速な焦点検出を実現するためには、シェーディングデータの算出は演算負荷の軽いことが求められる。そこで第１の実施形態では、シェーディングデータに用いるＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒの算出を、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から決まるパラメータの１次式で簡易的に求めることを特徴としている。
【００５６】
まずシェーディングデータを算出する際に用いるＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒの算出について説明する。
【００５７】
図１０は図５のｘ方向から見たＡＦ瞳領域４０を示している。一点鎖線７５の交点は撮影レンズの光軸である。投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。ＡＦ瞳領域４０は投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出されて焦点検出開口瞳７６を形成している。
【００５８】
Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線は撮影レンズの光軸を通過しているため、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの面積は異なる。Ａ像信号、Ｂ像信号の強度差はこの面積比によって決まる。そしてこの面積比は、切り出された焦点検出開口瞳７６において、Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線がどの辺りに位置するかに、ほぼ一致する。ここで、投影射出窓７１−１の光軸に対するシフト量をＳhift１、投影射出窓７２−１の光軸に対するシフト量をＳhift２とし、焦点検出開口瞳７６の中心の光軸に対するシフト量をtとすると、tは以下のように表される。
【００５９】
【数６】
【００６０】
【数７】
【００６１】
【数８】
【００６２】
【数９】
【００６３】
従来技術では、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒを、光軸から周辺画素７３までの距離Ｌの多項式で表そうとすると、多項式の次数が大きくなってしまい、計算量が大きく演算負荷が大きくなる。しかし本実施形態では、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から求められるパラメータｔ／Ｔの１次式でＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒが簡易的に求められるため、演算負荷が小さい。そのため処理速度の速くない計算機を搭載しても十分に高速な焦点検出が実現できる。
【００６４】
上記で算出されたＡ像信号、Ｂ像信号強度比ｒから、シェーディングデータを算出する。焦点検出領域の両端と中央の３点の画素においてＡ像信号、Ｂ像信号強度比ｒを算出し、ｒ１２１,ｒ１２２,ｒ１２３とする。Ａ像信号、Ｂ像信号強度比ｒを算出する画素は２つ以上であるなら、いくつでも構わない。
【００６５】
Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒを算出した画素において、それぞれＡ像信号出力とＢ像信号出力を算出する。Ａ像信号、Ｂ像信号強度比ｒを算出した画素におけるＡ像信号出力をＡｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３とし、Ｂ像信号出力をＢｄ１２１,Ｂｄ１２２,Ｂｄ１２３とすると、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒから、下記のように求められる。
【００６６】
【数１０】
【００６７】
従来技術では、焦点検出領域が光軸から離れた位置にあり、Ａ像信号、Ｂ像信号間にアンバランスが生じる場合には、焦点検出用光束のＦナンバーを大きくして、撮影光学系の口径食によるケラレの影響を軽減しなければならなかった。つまり焦点検出領域の位置によって焦点検出用光束のＦナンバーが制限されていた。しかし本実施形態では、上述のシェーディングデータに基づいてＡ像信号、Ｂ像信号間に生じるアンバランスを補正することで、Ｆナンバーの制限を回避することが可能となった。
【００６８】
第２の実施形態では、第１の実施形態において算出されるシェーディングデータをさらに精度良く求める方法を提案する。
【００６９】
第２の実施形態では、シェーディングデータＡｓ[１]〜Ａｓ[ｎ]、Ｂｓ[１]〜Ｂｓ[ｎ]は、撮影レンズの射出窓情報と焦点検出領域情報を用いて算出されるＡ像信号、Ｂ像信号の強度比と、Ａ像信号、Ｂ像信号の焦点検出領域内における強度分布の、２つのパラメータから求められる。焦点検出装置のコストダウンと高速な焦点検出を実現するためには、シェーディングデータの算出は演算負荷の軽いことが求められる。そこで第２の実施形態では、シェーディングデータに用いるＡ像信号、Ｂ像信号の強度比と強度分布の算出を、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から決まるパラメータの１次式で簡易的に求めることを特徴としている。
【００７０】
第２の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチン(Ｓ３０１)の動作フローを図１８に示す。カメラ本体１のＣＰＵ２０は、シェーディング補正(Ｓ３０１)が実行されると、撮影レンズメモリ回路３１から撮影レンズの固有情報を読み込む(Ｓ３０２)。この撮影レンズ固有情報には、撮影レンズのＦナンバー情報や撮影レンズ射出窓位置、射出窓半径などが含まれている。次にＣＰＵ２０は、焦点検出領域入力手段や、視線入力手段などによって決定された焦点検出領域を読み込む(Ｓ３０３)。レンズ情報読み込み(Ｓ３０２)と焦点検出領域読み込み(Ｓ３０３)で得られたレンズ情報や焦点検出領域に基づいて、撮影光学系の口径食によって制限されるためにＡ像信号、Ｂ像信号に生じる強度比を算出する(Ｓ３０４)。さらにレンズ情報読み込み(Ｓ３０２)と焦点検出領域読み込み(Ｓ３０３)で得られたレンズ情報や焦点検出領域に基づいて、撮影光学系の口径食によって制限されるために焦点検出領域内の画素間でＡ像信号、Ｂ像信号に生じる強度変化、つまり強度分布を算出する(Ｓ３０５)。強度分布算出（Ｓ３０５）では、Ａ像信号、Ｂ像信号のうち、どちらか一方の強度分布だけを算出する(Ｓ３０５)。強度比算出(Ｓ３０４)と強度分布算出(Ｓ３０５)で得られた、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比と強度分布に基づいて、シェーディングデータを作成する(Ｓ３０６)。このシェーディングデータは、均一輝度被写体に対して焦点検出のための撮像(Ｓ２０２)を行った際に得られるべきＡ像信号、Ｂ像信号である。シェーディング補正(Ｓ３０１)では、均一輝度被写体に対して得られたＡ像信号、Ｂ像信号が、図７(ａ)に示すように焦点検出領域内の全ての画素においてＡ像信号、Ｂ像信号からの出力が均一になるようにすることが目的である。そこでシェーディング波形作成(Ｓ３０６)で得られたシェーディング波形に基づいて、焦点検出のための撮像(Ｓ２０２)で得られたＡ像信号、Ｂ像信号の補正を行ない(Ｓ３０７)、焦点検出サブルーチンへリターンする(Ｓ３０８)。
【００７１】
Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比算出は、第１の実施形態と同様の手法で求められる。図１０に示すように、焦点検出開口瞳７６の中心の光軸に対するシフト量をｔとし、焦点検出開口瞳７６の幅をＴとしたときに、この撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から求められるパラメータｔ／Ｔの１次式でＡ像信号、Ｂ像信号の強度比が簡易的に求められる。
【００７２】
【数１１】
【００７３】
従来技術では、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比を、光軸から周辺画素７３までの距離Ｌの多項式で表そうとすると、多項式の次数が大きくなってしまい、計算量が大きく演算負荷が大きくなる。しかし本実施形態では、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から求められるパラメータｔ／Ｔの１次式でＡ像信号、Ｂ像信号の強度比が簡易的に求められるため、演算負荷が小さい。そのため処理速度の速くない計算機を搭載しても十分に高速な焦点検出が実現できる。
【００７４】
次にシェーディングデータを算出する際に用いるＡ像信号、Ｂ像信号の強度分布算出について説明する。Ａ像信号、Ｂ像信号の強度分布算出では、Ａ像信号とＢ像信号どちらか一方の強度分布を求める。求める強度分布はＡ像信号とＢ像信号、どちらでも構わない。ここでは、Ａ像信号の強度分布を求めていくことにする。
【００７５】
図１３は図５のｘ方向から見たＡＦ瞳領域４０を示している。一点鎖線７５の交点は撮影レンズの光軸である。投影射出窓７１−１は、射出窓１を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。投影射出窓７２−１は、射出窓２を周辺画素７３からＡＦ瞳領域４０に投影したものである。ＡＦ瞳領域は投影射出窓７１−１と投影射出窓７２−１によって切り出されて焦点検出開口瞳７６を形成している。
【００７６】
Ａ像瞳領域７４ａとＢ像瞳領域７４ｂの境界線は撮影レンズの光軸を通過している。Ａ像信号の強度分布はＡ像瞳領域７４ａの面積に比例する。このＡ像瞳領域７４ａの面積は、Ａ像瞳領域７４ａの幅Ｔａにほぼ比例する。Ｔａは以下のように表される。
【００７７】
【数１２】
【００７８】
【数１３】
【００７９】
図１２は、上記Ｔａから算出されたＡ像信号出力を用いて、Ａ像信号強度分布を算出する過程を示している。ここで、図１２に示すように、焦点検出領域の両端と中央の３点の画素においてＡ像信号出力を算出し、Ａｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３とする。Ａ像信号出力を算出する画素は２つ以上であるなら、いくつでも構わない。これらＡｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３をＡ像信号の強度分布とする。
【００８０】
従来技術では、Ａ像信号の強度分布を、光軸から周辺画素７３までの距離Ｌの多項式で表そうとすると、多項式の次数が大きくなってしまい、計算量が大きく演算負荷が大きくなる。しかし本実施形態では、撮影レンズ射出窓情報と焦点検出領域情報から求められるパラメータＴａの１次式でＡ像信号の強度分布が簡易的に求められるため、演算負荷が小さい。そのため処理速度の速くない計算機を搭載しても十分に高速な焦点検出が実現できる。
【００８１】
以上述べてきたＡ像信号、Ｂ像信号強度比とＡ像信号の強度分布から、シェーディングデータを算出する。Ａ像信号強度分布を算出した画素において、それぞれＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒを算出し、ｒ１２１,ｒ１２２,ｒ１２３とする。算出方法は、先に述べたように撮影レンズ射出窓情報と周辺画素７３の位置からパラメータｔ／Ｔを算出し、式(１４)に基づいてＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒを求める。Ａ像信号強度分布を算出した画素におけるＢ像信号出力Ｂｄ１２１,Ｂｄ１２２,Ｂｄ１２３は、Ａ像信号強度分布Ａｄ１２１,Ａｄ１２２,Ａｄ１２３とＡ像信号、Ｂ像信号の強度比ｒから、下記のように求められる。
【００８２】
【数１４】
【００８３】
従来技術では、焦点検出領域が光軸から離れた位置にあり、Ａ像信号、Ｂ像信号間にアンバランスが生じる場合には、焦点検出用光束のＦナンバーを大きくして、撮影光学系の口径食によるケラレの影響を軽減しなければならなかった。つまり焦点検出領域の位置によって焦点検出用光束のＦナンバーが制限されていた。しかし本実施形態では、シェーディングデータに基づいてＡ像信号、Ｂ像信号間に生じるアンバランスを補正することで、Ｆナンバーの制限を回避することが可能となった。
【００８４】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１光電変換素子列と前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２光電変換素子列よりなる固体撮像素子を有し、前記第１光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２光電変換素子列からの像信号である第２の像信号とで相関演算を行うことによって撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置において、焦点検出瞳領域が前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて前記第１光電変換素子と第２光電変換素子からの信号に生じる強度差を補正することで、次の効果が得られる。
（１）撮影光学系の口径食によって焦点検出用光束が制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、少ない計算量で効率的に補正することが可能となる。
（２）焦点検出領域によって焦点検出に用いる光束のＦナンバーが制限されることがなくなる。
【００８５】
また前記焦点検出装置において、所定の焦点検出領域内の少なくとも二つの焦点検出画素における強度差に基づいて、焦点検出領域内の全ての画素における前記第１光電変換素子と第２光電変換素子からの信号に生じる強度差を補正することで、次の効果が得られる。
（３）撮影光学系の口径食によって焦点検出用光束が制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、さらに少ない計算量で効率的に補正することが可能となる。
【００８６】
【他の実施形態】
本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、単体の機器から成る装置に適用しても良いしＬＡＮなどのネットワークを介して処理が行われるシステムに適用しても良い。
【００８７】
また、各実施形態の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００８８】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００８９】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した手順に対応するプログラムコードが格納されることになる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮影光学系の口径食によって制限された場合に、第１の像信号と第２の像信号との間に生じるアンバランスを、少ない計算量で効率的に補正することができる。
【００９１】
また、焦点検出領域によって焦点検出に用いる光束のＦナンバーが制限されないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わるカメラとレンズの構成を示す図である。
【図２】イメージセンサの構成と撮影レンズとの関係を示す図である。
【図３】撮影レンズの瞳を示す図である。
【図４】相関演算処理の説明図である。
【図５】撮影レンズの射出窓によって焦点検出開口瞳が形成されている状態を示す斜視図である。
【図６】撮影レンズの射出窓によって焦点検出開口瞳が形成されている状態を示す図である。
【図７】一様輝度被写体のＡ像信号、Ｂ像信号（(ａ)光軸上、(ｂ)光軸上、(ｃ)軸外）と一般的な被写体のＡ像信号、Ｂ像信号（(ａ)光軸上、(ｂ)光軸上、(ｃ)軸外）を示す図である。
【図８】シェーディング補正（光軸上）を行っている状態を示す図である。
【図９】シェーディング補正（光軸外）を行っている状態を示す図である。
【図１０】強度比ｒ算出のためのパラメータｔ／Ｔを示す図である。
【図１１】パラ−メータｔ／Ｔと強度比の対数ｒの関係を示す図である。
【図１２】Ａ像信号強度分布とＢ像信号強度分布からシェーディングデータを算出している状態を示す図である。
【図１３】Ａ像信号出力Ａｒ算出のためのパラメータＴａを示す図である。
【図１４】パラメータＴａとＡ像信号出力Ａｒの関係を示す図である。
【図１５】カメラの動作説明フローチャートである。
【図１６】焦点検出サブルーチンの動作説明フローチャートである。
【図１７】第１の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチンの動作説明フローチャートである。
【図１８】第２の実施形態におけるシェーディング補正サブルーチンの動作説明フローチャートである。
Claims (1)
- 撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過する第１の光束を光電変換する第１の光電変換素子列と、前記射出瞳の前記第１の領域とは異なる第２の領域を通過する第２の光束を光電変換する第２の光電変換素子列とを備える固体撮像素子と、
撮像画面中の焦点検出領域の位置に応じて、前記撮影光学系の射出窓によって制限されて形成される焦点検出開口瞳の光軸に対するシフト量と、前記焦点検出開口瞳の幅との比に基づいて、前記第１の光電変換素子列からの像信号である第１の像信号と、前記第２の光電変換素子列からの像信号である第２の像信号について相関演算を行うことによって前記撮影光学系の焦点状態を検出する演算手段とを具備することを特徴とする焦点検出装置。
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