JP2016157024A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影レンズと撮像素子の間にハーフミラーが侵入した場合であっても、画素に応じでデフォーカス演算の敏感度を補正することにより高精度な焦点検出が可能な撮像装置を提供すること。【解決手段】前記撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光をそれぞれ光電変換して得られる画像信号を出力する焦点検出用画素対（２０１ａ，２０１ｂ）を有する撮像素子（１０７）と、前記撮影レンズと前記撮像素子との間の光路上に進退可能に設けられたハーフミラー（１１７）と、焦点検出用画素対（２０１ａ，２０１ｂ）の相対的な像ずれ量からデフォーカスの敏感度を用いてデフォーカス演算を行う撮像装置において、前記焦点検出画素対は異なる分光感度特性を有し、前記ハーフミラーが前記光路上に侵入状態である場合には、前記焦点検出画素対の分光感度に対応したデフォーカス演算の敏感度に対して補正を実施することを特徴とする。【選択図】図９ａ

Description

本発明は、電子カメラ等の撮像装置に用いる焦点調節装置に関する。

従来、撮影レンズからの光のうちハーフミラーを透過した光をサブミラーで反射し、焦点検出装置に導く構成の一眼レフカメラが知られている。しかし、前記一眼レフカメラは前記焦点検出装置を有するため、大型となってしまうという問題があった。そこで、小型軽量化のために焦点検出機能を兼ね備えた撮像素子を有し、前記焦点検出装置及び前記サブミラーを廃止した撮像装置が知られている。前記撮像装置の焦点検出時において、前記ハーフミラーは、撮影モードにより光路中から退避した退避状態である場合と光路中に侵入した侵入状態である場合が存在する。

特許文献１には、焦点検出素子の機能も兼ねている撮像素子を有する前記撮像装置が開示されている。特許文献１に記載の撮像装置には、光路中にハーフミラーが侵入した際に、該ハーフミラーの侵入による像面移動量を撮影レンズ絞り値等を考慮してデフォーカス量のオフセット量として記憶し、デフォーカス量を補正する技術が開示されている。

特開２０１３−１４０３８０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された撮像装置では、前記ハーフミラーの侵入により各焦点検出用画素に対応する撮影光学系の射出瞳の位置ずれ、瞳距離が変化してしまうことは考慮されていない。

そこで、本発明は、撮影レンズと撮像素子の間にハーフミラーが侵入した場合であっても、瞳変化に伴う敏感度補正により高精度な焦点検出が可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、
撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光をそれぞれ光電変換して得られる画像信号を出力する焦点検出用画素対を有する撮像素子と、前記撮影レンズと前記撮像素子との間の光路上に進退可能に設けられたハーフミラーと、焦点検出用画素対の相対的な像ずれ量からデフォーカスの敏感度を用いてデフォーカス演算を行う撮像装置において、前記焦点検出画素対は異なる分光感度特性を有し、前記ハーフミラーが前記光路上に侵入状態である場合には、前記焦点検出画素対の分光感度に対応したデフォーカス演算の敏感度に対して補正を実施することを特徴とする。

本発明によれば、撮影レンズと撮像素子の間にハーフミラーが侵入した場合であっても、瞳変化に伴う敏感度補正を実現することにより高精度な焦点検出が可能な撮像装置を提供することができる。

撮像装置の構成例を示す図である。 撮像用画素の構造を説明する図である。 瞳分割について説明する概念図である。 シェーディングの発生原理の説明図（Ａ）およびシェーディングを例示する図（Ｂ）である。 ハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図である。図５（Ａ）は、ハーフミラー１１７が侵入状態の場合における光路を示したｙ−ｚ平面の断面図、図５（Ｂ）乃至（Ｄ）は瞳と枠の位置関係を示す図、図５（Ｅ）乃至（Ｇ）は枠内の瞳の拡大図である。 光線の波長が異なる場合において、ハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図である。図６（Ａ）はハーフミラー１１７が侵入状態の場合における光路を示したｙ−ｚ平面の断面図、図６（Ｂ）及び（Ｃ）は瞳と枠の位置関係を示す図、図６（Ｄ）及び（Ｅ）は枠内の瞳の拡大図である。 ｙ方向に瞳分割した場合において、ハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図であり、ハーフミラー１１７が侵入状態の場合における光路を示したｙ−ｚ平面の断面図である。 ｙ方向に瞳分割した場合において、ハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図であり、瞳と枠の全体図である。 ｙ方向に瞳分割した場合において、ハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図であり、図７枠内のＡ像の瞳の拡大図である。 ｙ方向に瞳分割した場合において、ハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図であり、枠内のＢ像の瞳の拡大図である。 撮影光学系の射出瞳と撮像素子までの間の光線の関係を示す図である。 射出瞳面での撮像素子の画素との関係を示す図である。 射出瞳面での撮像素子の画素との関係を示す図である。 射出瞳面での撮像素子の画素との関係を示す図である。 射出瞳面での撮像素子の画素との関係を示す図である。 焦点検出画素対の分光感度の一例を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施形態に係る撮像装置の構成例を示す。なお、被写体側を撮像装置の前方と定義して各部の位置関係を説明する。

第１レンズ群１０１は撮影レンズ（撮像光学系）を構成するレンズ群のうち、最も前端に位置し、光軸方向に進退可能な状態でレンズ鏡筒に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行うとともに、静止画撮影時には露光調節用シャッタとして機能する。第２レンズ群１０３は、絞り兼用シャッタ１０２と一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作と連動して変倍動作によるズーム機能を有する。第３レンズ群１０５は、光軸方向に進退することで、焦点調節を行うフォーカスレンズ群である。光学的ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。

撮像素子１０７は、例えばＣＭＯＳセンサとその周辺回路で構成される。撮像素子１０７には、横方向にｍ個の画素、縦方向にｎ個の画素をもつ受光ピクセル上にベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタをオンチップで形成した、２次元単板カラーセンサ等が用いられる。後述するように、撮像素子１０７は焦点検出機能を構成する。

レンズＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１１０は、カメラボディに着脱可能な交換式レンズ毎に固有のデータを記憶しており、焦点検出等に必要なレンズ情報を通信により、後述のＣＰＵ（中央演算処理装置）１２１に提供する。レンズ情報の一部として、射出瞳距離の情報がレンズＲＯＭ１１０に記憶されている。

ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１と第２レンズ群１０３を光軸方向に沿って移動させることで、変倍動作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に移動させて焦点調節を行う。

ハーフミラー１１７は、ミラー駆動回路１１８により制御されるミラーアクチュエータ１１９により回動し、光路に対する状態が切り替わる。ハーフミラー１１７が光路中に侵入している状態を侵入状態と呼び図１中実線で表され、退避している状態を退避状態と呼び図１中破線で表わされる。ハーフミラー１１７は侵入状態において、前記撮影レンズを通過した光の一部を反射してその反射光をファインダ光学系１５０に導くとともに、前記撮影レンズを通過した光の一部を透過して、さらに光学的ローパスフィルタ１０６を透過し撮像素子１０７に導く。

ファインダ光学系１５０は、撮像する被写体を光学的に観察するための系である。ハーフミラー１１７の反射光は、ピント板１５１にて拡散され、ペンタダハプリズム１５２によって正立像に変換される。該正立像は、接眼レンズ１５３によって拡大され、ユーザにより観察される。

表示器１３１にはＬＣＤ（液晶表示装置）等を使用し、撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像や撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。本実施形態に係る撮像装置においてユーザは以下の３つに分類される撮影モードを選択可能である。

第一の撮影モードは、被写体を撮影される画像として観察し、かつ、高画質な画像を撮影することを目的とするモードである。前記第一の撮影モードでは、観察時及び撮影時にハーフミラー１１７を退避状態にする。画像処理後の画像は表示器１３１に表示され、ユーザは画像処理後の被写体像を観察できる。また、撮影時にハーフミラー１１７を退避させているため、ハーフミラー１１７を透過することによる色収差等を原因とする画質の劣化がない画像を得ることができる。

第二の撮影モードは、動的被写体を高画質な画像として撮影することを目的とするモードである。前記第二の撮影モードでは、ハーフミラー１１７を観察時には侵入状態に、撮影時には退避状態にする。ユーザはファインダ光学系１５０を用いて観察するため、画像処理等によるタイムラグなしで被写体像の観察が可能であり、動的被写体を観察するのに適している。また、第一の撮影モードと同様の理由により、ハーフミラー１１７の透過による画質の劣化がない画像を得ることができる。

第三の撮影モードは、動画撮影を目的とするモードである。前記第三の撮影モードでは、観察時及び撮影時にハーフミラー１１７を侵入状態にする。ユーザはファインダ光学系１５０を用いることにより画像処理等によるタイムラグなしで被写体像の観察しながら、動画を撮影できる。

いずれの撮影モードにおいても、観察時に焦点検出機能を有する撮像素子１０７に被写体からの光が入射するため、観察時に焦点検出が可能である。つまり、ユーザが選択した撮影モードによって、焦点検出時にハーフミラー１１７は退避状態と侵入状態である場合が存在するため、撮像素子１０７には、ハーフミラー１１７を透過した光が入射する場合とハーフミラー１１７を介さない光が入射する場合がある。

撮像装置本体の種々の制御を司るＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。ＣＰＵ１２１はＲＯＭに記憶された所定のプログラムを読み出して実行することで各部を駆動し、焦点検出、撮影、画像処理、記録等の一連の動作を制御する。また、ＣＰＵ１２１は、後述する補正値算出部（請求項１におけるシェーディング補正値決定手段に該当する。）、焦点検出を行う焦点検出部（請求項１における焦点検出手段に該当する。）の機能を兼ねている。

撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７から取得した画像データのγ（ガンマ）変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。ＪＰＥＧは”Joint Photographic Experts Group”の略号である。

フォーカス駆動回路１２６およびフォーカスアクチュエータ１１４はフォーカス手段を構成する。フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動し、第３レンズ群１０５を光軸方向に沿って移動させることで焦点ずれ量を調節する。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動して絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。フォーカス駆動回路１２６、絞りシャッタ駆動回路１２８、ズーム駆動回路１２９はそれぞれ通信部を介してカメラボディ内の制御部（ＣＰＵ１２１）と接続される。

操作部１３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体１３３は、例えば撮像装置に着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済みの画像データを記録する。

次に撮像素子１０７の構造を説明する。

図２（Ａ）は撮像素子の画素配列を説明する概略図であり、２次元ＣＭＯＳセンサの画素配列を、４行×４列の画素範囲で示す。画素群２１０の配列は２行×２列であり、ベイヤー配列が採用されている。対角方向の２画素には、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素部２１０Ｇが配置され、他の２画素にはＲ（赤）の分光感度を有する画素部２１０Ｒと、Ｂ（青）の分光感度を有する画素部２１０Ｂが配置されている。画素部２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂはそれぞれ、瞳分割用の２つの副画素（請求項１における焦点検出用画素対に該当する。）２０１ａ、２０１ｂを有する。副画素２０１ａは、撮像光学系の第１瞳領域を通過した光束を受光する第１画素であり、第１検出部を構成する。また、副画素２０１ｂは、撮像光学系の第２瞳領域を通過した光束を受光する第２画素であり、第２検出部を構成する。各画素を構成する検出素子は、撮像用素子と焦点検出素子を兼用する。

図２（Ｂ）は図２（Ａ）に例示した撮像素子内の画素部２１０Ｇを拡大した図である。ｘ，ｙ，ｚで示す座標軸について、ｘ−ｙ平面は図２の紙面内に位置し、ｚ軸は紙面に対して垂直な軸とする。副画素２０１ａ、２０１ｂはｘ軸に平行な方向に沿って配置されている。

図２（Ｃ）は図２（Ｂ）に示すａ−ａ線に沿って画素部２１０Ｇを切断した場合の断面図である。ｘ，ｙ，ｚで示す座標軸について、ｘ−ｚ平面は図２の紙面内に位置し、ｙ軸は紙面に対して垂直な軸とする。検出部はｐ型層２００とｎ型層から構成されるフォトダイオードを有し、ｚ軸方向（光軸方向）に所定の距離をおいてマイクロレンズ２０２が配置されている。マイクロレンズ２０２は配線層２０３上に形成される。

本実施形態では、全ての画素部にて瞳分割用の副画素が配置されており、副画素を焦点検出用画素として使用する。なお、瞳分割可能であって焦点検出用画素として使用する検出素子に関しては、全画素ではなく、撮像センサ面上の一部にだけ配置した構成でもよい。

次に、撮像素子１０７の瞳分割状況について説明する。

図３は１つの画素部による瞳分割の様子を示す。下方に示す検出部の図にｘ，ｙ，ｚで示す座標軸について、ｘ−ｚ平面は図３の紙面内に位置し、ｙ軸は紙面に対して垂直な軸とする。検出部はｐ型層３００と、ｎ型層３０１ａ，３０１ｂを備える。ｐ型層３００とｎ型層３０１ａは副画素２０１ａに相当する検出素子を構成し、ｐ型層３００とｎ型層３０１ｂは副画素２０１ｂに相当する検出素子を構成している。ｚ軸上にマイクロレンズ３０３が配置されている。

図３の上部には、射出瞳３０２と、枠（絞り枠やレンズ枠等）３０４を示す。この図にｘ，ｙ，ｚで示す座標軸について、ｘ−ｙ平面は図３の紙面内に位置し、ｚ軸は紙面に対して垂直な軸とする。

１つの画素部には、ｐ型層３００に包含されるｎ型層３０１ａ，３０１ｂがそれぞれ形成されており、２つの副画素がｘ方向に沿って規則的に配置される。２つの副画素はそれぞれ、＋ｘ方向と、−ｘ方向に偏芯しているので、１つのマイクロレンズ３０３を用いて瞳分割を行える。射出瞳３０２には、像信号Ａの瞳３０２ａと、像信号Ｂの瞳３０２ｂを示す。像信号Ａとは、−ｘ方向に偏芯したｎ型層３０１ａに対応する副画素で取得される第１の像信号である。また、像信号Ｂは、＋ｘ方向に偏芯したｎ型層３０１ｂに対応する副画素で取得される第２の像信号である。像信号Ａと像信号Ｂとの相対的な像ずれ量を検出し、両者の相関演算を用いてデフォーカス量を算出することで、撮影レンズの焦点状態を検出できる。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処理が行なわれる。

なお、図３に示す例では、ｘ方向に輝度分布を有する被写体に対応した構成について説明した。同様の構成は、ｙ方向についても適用できるので、ｙ方向に輝度分布を有する被写体にも対応可能である。また、本実施形態では瞳分割を行うため、１画素中に偏芯させた複数の副画素を１次元方向に配置した例を示す。瞳分割方法に関しては、これに限らず、ｘ方向およびｙ方向の２次元平面にて瞳分割用の複数の副画素を配置してもよい。本実施形態では瞳分割を行う１つのマイクロレンズ当たり、複数の副画素を配置した例を示す。瞳分割方法に関しては、これに限らず、１つマイクロレンズ当たり、偏芯させた画素を１つ配置し、偏芯量の異なる複数の画素を用いて焦点検出を行ってもよい。以下、特に断りのない限り、副画素をｘ方向に配置し、ｘ方向に瞳分割を行う例を前提として説明する。

次に、図４を参照して、シェーディングの発生原理とシェーディングを説明する。まずは簡単のためにハーフミラー１１７が退避状態である場合について説明する。図４はシェーディングの発生原理と発生するシェーディングを説明するための図である。図４において、４０１ａは画像信号Ａの瞳強度分布、４０１ｂは画像信号Ｂの瞳強度分布、４０２は絞り枠、４０３は各像高の画素を示す。また、４０４ａは図４（Ａ）の状態における画像信号Ａのシェーディング、４０４ｂは図４（Ａ）の状態における画像信号Ｂのシェーディングをそれぞれ示している。

図４（Ａ）のような場合、像高が−ｘ１の画素４０３は絞り枠４０２を通して瞳座標上の＋ｘ２の場所の瞳を見ることになる。そのため、図４（Ａ）の瞳強度分布４０１ａと瞳強度分布４０１ｂを見れば分かるように画像信号Ａと画像信号Ｂの感度を比較した場合、画像信号Ｂの方の感度が良いことが分かる。逆に、像高が＋ｘ１の撮像素子４０３では絞り枠４０２を通して瞳座標上の−ｘ２の場所の瞳を見ることになるため、画像信号Ａと画像信号Ｂの感度を比較した場合、画像信号Ａの方が感度が良くなる。

上記のような理由のため、図４（Ａ）のような状態におけるシェーディングは図４（Ｂ）のようになる。シェーディングは図４（Ａ）を見れば分かるように、絞り枠４０２の位置や大きさに応じて変化する性質があるため、像高、射出瞳距離または絞り値が変わるとシェーディングも変化する。

図４（Ｂ）から分かるように、シェーディングは像高に応じて連続的に変化する値であるため、像高をパラメータとする関数として表現できる。すなわち、シェーディングの補正値は、像高の関数として数式表現が可能である。前述したように、シェーディングは像高によって変化する上に、絞り値及び射出瞳距離の組合せによって変化する。本実施形態では、補正値算出部により予め条件（像高、射出瞳距離及び絞り値情報の組合せ）毎にシェーディングの補正値を算出し、その近似関数を求めておく（式（１）、式（２）参照）。近似関数の係数値のみを所定の記憶部に格納すれば演算量を低減できる。

式（１）にて、Ｓ０Ａ、Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａ、Ｓ３Ａ、Ｓ４Ａ、Ｓ５Ａは、Ａ像用のシェーディングの補正値ＳＡ（ｘ）を算出するための近似関数の係数である。また、式（２）にて、Ｓ０Ｂ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ｂ、Ｓ３Ｂ、Ｓ４Ｂ、Ｓ５Ｂは、Ｂ像用のシェーディングの補正値ＳＢ（ｘ）を算出するための近似関数の係数である。Ａ像及びＢ像用の前記係数を総称して補正値算出係数と呼ぶ。なお、本実施形態では、撮像素子の構造において、ＳＡ（ｘ）およびＳＢ（ｘ）は、ｙ方向（ｘ軸と直交する方向）において、原点に関して略対称形になるため偶関数で表現され、ｙの奇数次の項は存在しない。

以上のように、ハーフミラー１１７が退避状態のとき補正値算出係数は、像高、射出瞳距離及び絞り値の組合せによって決定される。

次に、ハーフミラー１１７の侵入状態における補正値算出係数の決定方法を説明する。光路へのハーフミラー１１７の侵入によるシェーディングへの影響について図５乃至図７を用いて説明する。なお、図５乃至図７はいずれも概念図であり、現象の説明のために寸法関係は無視して示されている。

図５はハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図である。図５（Ａ）は、ハーフミラー１１７が侵入状態の場合における光路を示したｙ−ｚ平面の断面図である。

図５（Ａ）には射出瞳距離の異なる３種の撮影レンズの枠面が示されており、射出瞳距離の小さい順にＳ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２、Ｓ_Ｆ３と呼び、枠面Ｓ_Ｆ２は瞳面Ｓ_Ｐと一致している。ここで、Ａ像の瞳及びＢ像の瞳は紙面奥行き方向に並んでおり、瞳面Ｓ_Ｐにおいて後述するＡ像の瞳中心Ｃ_ＰＡ及びＢ像の瞳中心Ｃ_ＰＢは、図５（Ａ）において重なっているため、一つの瞳中心Ｃ_Ｐとして表す。また、枠中心Ｃ_Ｆ１、Ｃ_Ｆ２、Ｃ_Ｆ３は後述する枠の重心である。周辺画素５０２と枠中心Ｃ_Ｆ１を結ぶ光線Ｌ_Ｆ１はハーフミラー１１７により屈折するため、枠中心Ｃ_Ｆ１はｙ方向に枠ずれ量ｄ_Ｆ１だけずれ、光線Ｌ_Ｆ１はＬ’_Ｆ１となる。ハーフミラー１１７によりずれた枠中心をＣ’_Ｆ１と呼ぶ。同様に、光線Ｌ_Ｆ２、Ｌ_Ｆ３及びＬ_Ｐそれぞれに対応する枠中心Ｃ_Ｆ２、Ｃ_Ｆ３及び瞳中心Ｃ_Ｐは、枠中心Ｃ’_Ｆ２、Ｃ’_Ｆ３及び瞳中心Ｃ’_Ｐにずれ、光線はそれぞれＬ’_Ｆ２、Ｌ’_Ｆ３及びＬ’_Ｐとなる。そのときのずれ量を枠ずれ量ｄ_Ｆ２、ｄ_Ｆ３及び瞳ずれ量ｄ_Ｐとする。ここで、瞳中心Ｃ_Ｐと枠中心Ｃ_Ｆ２は一致しているため、瞳ずれ量ｄ_Ｐと枠ずれ量ｄ_Ｆ２は等しく、瞳中心Ｃ’_Ｐと枠中心Ｃ’_Ｆ２も一致する。光線Ｌ’_Ｆ１、Ｌ’_Ｆ２、Ｌ’_Ｆ３及びＬ’_Ｐのハーフミラー１１７への入射角をθ_Ｆ１、θ_Ｆ２、θ_Ｆ３及びθ_Ｐとすると、θ_Ｆ１＜θ_Ｆ２＝θ_Ｐ＜θ_Ｆ３が成り立つ。入射角が大きいほど、入射角と屈折角の差も大きくなるため、ｄ_Ｆ１＜ｄ_Ｆ２＝ｄ_Ｐ＜ｄ_Ｆ３が成立する。

図５（Ｂ）乃至（Ｇ）は、各枠面Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２、Ｓ_Ｆ３における瞳と枠の位置関係を示す図である。図５（Ｂ）乃至（Ｄ）は瞳と枠の全体図であり、図５（Ｅ）乃至（Ｇ）は、ハーフミラー１１７が侵入状態のときの枠内のＡ像の瞳の拡大図である。図５（Ｂ）乃至（Ｄ）中、ハーフミラー１１７が退避状態のときのＡ像の瞳を５１２_ＰＡ（瞳中心Ｃ_ＰＡ）、Ｂ像の瞳を５１２_ＰＢ（瞳中心Ｃ_ＰＢ）と表し、ハーフミラー１１７が侵入状態のときのＡ像の瞳を５１２’_ＰＡ（瞳中心Ｃ’_ＰＡ）、Ｂ像の瞳を５１２’_ＰＢ（瞳中心Ｃ’_ＰＢ）と表す。また、枠面Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２、Ｓ_Ｆ３それぞれにおいて、ハーフミラー１１７が退避状態のときの枠を５２２_Ｆ１、５２２_Ｆ２、５２２_Ｆ３（枠中心Ｃ_Ｆ１、Ｃ_Ｆ２、Ｃ_Ｆ３）と表す。ハーフミラー１１７が侵入状態のときの枠を５２２’_Ｆ１、５２２’_Ｆ２、５２２’_Ｆ３（枠中心Ｃ’_Ｆ１、Ｃ’_Ｆ２、Ｃ’_Ｆ３）と表す。Ｓ_Ｆ１において、５２２’_Ｆ１は図５（Ｂ）に示すように、ｄ_Ｆだけずれるので、シェーディングは図５（Ｅ）となる。同様にＳ_Ｆ２において図５（Ｆ）、Ｓ_Ｆ３において図５（Ｇ）となる。以上のように、射出瞳距離が互いに異なる３つの図ではシェーディングも異なることがわかる。

以上により、ハーフミラー１１７が侵入すると、シェーディングも変化し、その変化量は射出瞳距離により異なる。なお、その変化量は像高が高くなるにつれて、大きくなる。

次に、光線の波長の違いによりシェーディングが変化する理由を図６を用いて説明する。図６は光線の波長が異なる場合において、ハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図である。図６（Ａ）はハーフミラー１１７が侵入状態の場合における光路を示したｙ−ｚ平面の断面図である。一例として、枠面Ｓ_Ｆ４が瞳面Ｓ_Ｐよりも撮像素子１０７に近い位置にある場合について説明する。

ハーフミラー退避時における瞳中心はＣ_Ｐであり、枠中心はＣ_Ｆ４である。光線Ｌ’_ＰＲ、Ｌ’_ＰＢはそれぞれ赤色、青色の波長の光線であり、ハーフミラー侵入状態におけるそれぞれ瞳中心Ｃ’_ＰＲ、Ｃ’_ＰＢと周辺画素５０２を通る。光線Ｌ’_Ｆ４Ｒ、Ｌ’_Ｆ４ＢはそれぞれＬ’_ＰＲ、Ｌ’_ＰＢと同波長の赤色、青色の光線であり、ハーフミラー侵入状態におけるそれぞれ枠面Ｓ_Ｆ４の枠中心Ｃ’_Ｆ４Ｒ、Ｃ’_Ｆ４Ｂと周辺画素５０２を通る。ここで、ハーフミラー等の光学部材の屈折率は波長により変化する。瞳中心Ｃ’_ＰＲの瞳ずれ量ｄ_ＰＲと瞳中心Ｃ’_ＰＢの瞳ずれ量ｄ_ＰＢ、枠中心Ｃ’_Ｆ４Ｒの枠ずれ量ｄ_Ｆ４Ｒと枠中心Ｃ’_Ｆ４Ｂの枠ずれ量ｄ_Ｆ４Ｂは、ｄ_ＰＲ＜ｄ_ＰＢ、ｄ_Ｆ４Ｒ＜ｄ_Ｆ４Ｂとなる。それぞれの波長の違いによるずれ量の差ｄ_ＰＢ−ｄ_ＰＲとｄ_Ｆ４Ｂ−ｄ_Ｆ４Ｒを比較すると、ｄ_ＰＢ−ｄ_ＰＲ＞ｄ_Ｆ４Ｂ−ｄ_Ｆ４Ｒが成立する。したがって、青色光線における瞳と枠のずれ量差Δｄ_Ｆ４Ｂ＝ｄ_ＰＢ−ｄ_Ｆ４Ｂと赤色光線における瞳と枠のずれ量差Δｄ_Ｆ４Ｒ＝ｄ_ＰＲ−ｄ_Ｆ４ＲにはΔｄ_Ｆ４Ｂ＞Δｄ_Ｆ４Ｒが成立する。

図６（Ｂ）乃至（Ｅ）は赤色光線、青色光線が入射した場合における瞳と枠の位置関係を示す図である。図６（Ｂ）及び（Ｃ）は瞳と枠の全体図であり、図６（Ｄ）及び（Ｅ）はハーフミラー侵入状態の枠内のＡ像の瞳の拡大図である。図６（Ｂ）中、赤色光線において、ハーフミラー１１７が侵入状態のときのＡ像の瞳を５１２’_ＰＲＡ（瞳中心Ｃ’_ＰＲＡ）、Ｂ像の瞳を５１２’_ＰＲＢ（瞳中心Ｃ’_ＰＲＢ）と表し、枠を５２２’_Ｆ４Ｒ（枠中心Ｃ’_Ｆ４Ｒ）と表す。同様に図６（Ｃ）中、青色光線において、ハーフミラー１１７が侵入状態のときのＡ像の瞳を５１２’_ＰＢＡ（瞳中心Ｃ’_ＰＢＡ）、Ｂ像の瞳を５１２’_ＰＢＢ（瞳中心Ｃ’_ＰＢＢ）と表し、枠を５２２’_Ｆ４Ｂ（枠中心Ｃ’_Ｆ４Ｂ）と表す。前述したように、赤色光線、青色光線それぞれの瞳と枠のずれ量差には、Δｄ_Ｆ４Ｂ＞Δｄ_Ｆ４Ｒが成立する。そのため、図６（Ｄ）に示す赤色波長のシェーディングと図６（Ｄ）に示す青色波長のシェーディングは互いに異なる。以上により、同じ射出瞳距離及び同じ像高であっても、波長の違いによりハーフミラー１１７の侵入によるシェーディングの変化量は異なる。

よって、本実施形態に係る撮像装置においては、各画素の分光感度特性に応じて補正値算出係数を決定する必要がある。

以上説明したように、シェーディングは像高、射出瞳距離、絞り値または焦点検出画素の分光感度特性により変化する。そのため、ハーフミラー１１７の侵入状態における補正値算出係数は、像高、射出瞳距離、絞り値及び焦点検出画素の分光感度特性の組合せによって決定される。

以上では、ｘ方向に瞳分割を行う場合について説明した。次に、図７を用いてｙ方向に瞳分割を行う場合におけるハーフミラー１１７の侵入よる瞳と枠のずれについて説明する。図７はｙ方向に瞳分割した場合において、ハーフミラー１１７の侵入による周辺画素に対応する枠及び瞳のずれを示す概念図であり、図７（Ａ）はハーフミラー１１７が侵入状態の場合における光路を示したｙ−ｚ平面の概念図である。一例として、枠面Ｓ_Ｆ５が瞳面Ｓ_Ｐと一致している場合について説明する。ハーフミラー１１７が退避状態の場合のＡ像の瞳中心Ｃ_Ｐ２Ａ、Ｂ像の瞳中心Ｃ_Ｐ２Ｂ及び枠中心Ｃ_Ｆ５は、ハーフミラー１１７の侵入により、それぞれ瞳中心Ｃ’_Ｐ２Ａ、瞳中心Ｃ’_Ｐ２Ｂ及び枠中心Ｃ’_Ｆ５にずれる。ｙ方向に瞳分割を行う場合、Ａ像、Ｂ像の瞳のｙ方向の位置が異なるため、それぞれの瞳中心Ｃ_Ｐ２Ａ、Ｃ_Ｐ２Ｂ及び枠中心Ｃ_Ｆ５から射出された光線のハーフミラー１１７への入射角は互いに異なる。そのため、Ａ像の瞳ずれ量ｄ_Ｐ２Ａと、Ｂ像の瞳ずれ量ｄ_Ｐ２Ｂ及びｄ_Ｆ５も互いに異なる。

図７（Ｂ）乃至（Ｄ）は、瞳と枠の位置関係を示す図である。図７（Ｂ）は瞳と枠の全体図、図７（Ｃ）は枠内のＡ像の瞳の拡大図、図７（Ｄ）は枠内のＢ像の瞳の拡大図である。図７（Ｃ）及び（Ｄ）において、左図はハーフミラー１１７が退避状態、右図はハーフミラー１１７が侵入状態の瞳を表す。図７（Ｂ）において、Ａ像の瞳５１３_Ｐ２Ａ（瞳中心Ｃ_Ｐ２Ａ）、Ｂ像の瞳５１３_Ｐ２Ｂ（瞳中心Ｃ_Ｐ２Ｂ）及び枠５２３_Ｆ５（枠中心Ｃ_Ｆ５）は、ハーフミラー１１７の侵入により、それぞれ瞳５１３’_Ｐ２Ａ（瞳中心Ｃ’_Ｐ２Ａ）、Ｂ像の瞳５１３’_Ｐ２Ｂ（瞳中心Ｃ’_Ｐ２Ｂ）及び枠５２３’_Ｆ５（枠中心Ｃ’_Ｆ５）にずれる。図７（Ｃ）及び（Ｄ）に着目すると、Ａ像及びＢ像のいずれもハーフミラー１１７の侵入によりシェーディングは変化していることがわかる。また、枠に対するＡ像の瞳とＢ像の瞳の移動量は互いに異なるため、シェーディングの変化量も異なるといえる。

以上のように本実施例によれば、ハーフミラー１１７が光路中に侵入した場合であっても、像高、射出瞳距離、絞り値及び焦点検出画素の分光感度特性の組合せにより補正値を算出することで、高精度なシェーディング補正が可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。なお、上記の実施例では、シェーディング補正値決定手段として式（１）及び式（２）を用いて算出する方法を示した。しかし、本発明はこれに限定されず、撮像装置が像高、射出瞳距離情報及び絞り値情報等に対応する補正値を記憶することにより、算出を伴わずにシェーディング補正値を決定することも可能である。

次に、図８、図９、図１０を用いて、デフォーカス演算に用いる敏感度の補正について説明する。図８、図９においては、撮影光学系の射出瞳と焦点検出画素対の投影関係を示している。

図８は撮影光学系の射出瞳と撮像素子までの間の光線の関係を示しており、６０１は、本撮像装置の撮像素子１０７の撮像面を示しており、６０２は、撮像光学系の射出瞳面を示している。６１０は、ミラーアッフ状態での射出瞳６０２と撮像面６０１の投影関係を示す光軸でおり、６１１から６１３はミラーダウン状態での射出瞳６０２と撮像面６０１の投影関係を示す光軸である。本実施例では、光軸６１１は赤色近傍の分光感度を持つ画素の関係を示しており、光軸６１２は緑色近傍の分光感度を持つ画素の関係を示しており、光軸６１３は青色近傍の分光感度を持つ画素の関係を示している。

ここで、光軸６１０に対して、光軸６１１、光軸６１２、光軸６１３は、それぞれ、Ｐｂ、Ｐｇ、Ｐｒずれた状態となっている。

図９は射出瞳面での撮像素子の画素との関係を示しており、撮影画面の横方向に瞳分割されている場合について示している。

図９において、３０５は、枠３０４で決まるミラーアップ状態の開口を示しており、３０６は、枠３０４で決まるミラーダウン状態の開口を示している。

図９ａは撮像装置がミラーアップ状態に設定されている場合の射出瞳と焦点検出画素対の関係を示している。この場合には、撮影光学系と焦点検出画素対の間にはミラーが存在していないため、図に示す撮影光軸上の画素については、射出瞳の中心と焦点検出画素対の中心が一致しており、枠３０４で決まるミラーアップ状態の開口３０５により決まる焦点検出画素対の基線長がＢＬｕになっている。また、撮像光学系の射出瞳と焦点検出画素対の距離はＰＯｕとなっており、デフォーカス演算の敏感度係数はＫｕで表される値をとる。

図９ｂ、図９ｃ、図９ｄは撮像装置がミラーダウン状態に設定されている場合の射出瞳と焦点検出画素対の関係を示している。本実施例の焦点検出画素対は、赤色、緑色、青色の感度を持った画素から構成されている場合を示している。図９ｂ、図９ｃ、図９ｄについては、すべて撮像光学系と焦点検出画素対の間には、ハーフミラー１１７が配置されている状態を示しており、撮像光学系の射出瞳と焦点検出画素対の間にハーフミラー１１７が挿入されることにより、射出瞳と焦点検出画素対の位置関係の変化量が焦点検出画素対の分光感度に応じて異なることとなる。

図９ｂは焦点検出画素対の分光感度が赤色近傍を検出する様に構成されている場合を示している。この場合、撮像光学系の射出瞳と焦点検出画素対の位置は、中心がＰｒずれた状態となっており、枠３０４で決まるミラーダウン状態の開口３０６により決まる焦点検出画素対の基線長がＢＬｒになっている。また、撮像光学系の射出瞳と焦点検出画素対の距離は、ミラーアップ状態と比較して短縮されたＰＯｒに変化しており、デフォーカス演算の敏感度係数はＫｒで表される値をとる。

図９ｃは焦点検出画素対の分光感度が緑色近傍を検出する様に構成されている場合を示している。この場合、撮像光学系の射出瞳と焦点検出画素対の位置は、中心がＰｇずれた状態となっており、枠３０４で決まるミラーダウン状態の開口３０６により決まる焦点検出画素対の基線長がＢＬｇになっている。また、撮像光学系の射出瞳と焦点検出画素対の距離は、ミラーアップ状態と比較して短縮されたＰＯｇに変化しており、デフォーカス演算の敏感度係数はＫｇで表される値をとる。

図９ｄは焦点検出画素対の分光感度が青色近傍を検出する様に構成されている場合を示している。この場合、撮像光学系の射出瞳と焦点検出画素対の位置は、中心がＰｂずれた状態となっており、枠３０４で決まるミラーダウン状態の開口３０６により決まる焦点検出画素対の基線長がＢＬｂになっている。また、撮像光学系の射出瞳と焦点検出画素対の距離は、ミラーアップ状態と比較して短縮されたＰＯｂに変化しており、デフォーカス演算の敏感度係数はＫｂで表される値をとる。

上記図９ａから図９ｄで示した値については、
射出瞳と焦点検出画素対の位置の中心ずれ
Ｐｒ＜Ｐｇ＜Ｐｂ
射出瞳と焦点検出画素対の距離
ＰＯｒ＜ＰＯｇ＜ＰＯｂ
開口により決まる焦点検出画素対の基線長
ＢＬｕ＜ＢＬｒ＜ＢＬｇ＜ＢＬｂ
となり、焦点検出画素対と射出瞳の距離の変化、及び、投影位置関係の変化から、結果としてデフォーカス演算の敏感度係数もミラーの状態、及び、焦点検出画素対の分光感度により、
Ｋｕ＜Ｋｆ＜Ｋｇ＜Ｋｂ
となる。

そして、上記デフォーカス演算の敏感度係数を用いて撮像光学系のデフォーカス量を演算する際に、ミラーアップ状態では敏感度係数Ｋｕを使用することに対して、ミラーダウン状態では、各画素の分光感度の条件に応じてＫｆ、Ｋｇ、Ｋｂの値を用いることで、ミラーダウンの条件下でも、デフォーカス演算の誤差をなくすことが出来る。

上記デフォーカス量の演算について、特定の分光感度を持つ画素のみを使用する場合、例えば、分光感度が緑色近傍を検出する焦点検出画素対を使用する場合には、ミラーダウン状態において、緑色の分光感度に対応する敏感度係数Ｋｇを使用してデフォーカス量の演算を行うことになる。
焦点検出用画素対（２０１ａ，２０１ｂ）の相対的な像ずれ量をＰｒ、求めるデフォーカス量をＤｆとすると、
Ｄｆ＝Ｋｇ×Ｐｒ
の様に求めることが出来る。

また、複数の分光感度を持つ画素を使用する場合には、ミラーダウン状態において、各画素に対応した敏感度係数を使用してデフォーカス量の演算を行うこととなる。
この場合、各分光感度の焦点検出用画素対（２０１ａ，２０１ｂ）の相対的な像ずれ量をＰｒｒ、Ｐｒｇ、Ｐｒｂとして、各分光感度の重みづけ係数を、Ａｒ、Ａｇ、Ａｂとすると
Ｄｆ＝Ａｒ×Ｋｒ×Ｐｒｒ＋Ａｇ×Ｋｇ＋Ｐｒｇ＋Ａｂ×Ｋｂ＋Ｐｒｂ
のように認めることが出来る。

上記例は、各分光感度の画素で算出したデフォーカス量から、最終のデフォーカス量を算出した場合を示したが、各画素の像ズレ量を補正したのち、デフォーカス演算を行っても良いことは言うまでもなく、各画素の分光感度にに応じて、ハーブミラー１１７の挿入による補正を焦点検出画素対の分光感度に応じて実施出来れば、上記説明の方式には限るものではない。

図１０は焦点検出画素対の分光感度の一例を示す図である。図１０では、焦点検出画素対の分光感度が赤色近傍が５４０ｎｍから６４０ｎｍ、緑色近傍が、４７０ｎｍから５７０ｎｍ、青色近傍が、４１０ｎｍから５１０ｎｍの感度を持っている例を示しているか、一例であり、図１０に示した特性に限るものではない。

本実施例においては、赤色、緑色、青色の分光感度を持つ焦点検出画素対を用いて検出する場合について一例を示したが、赤外領域に分光感度を持つ焦点検出画素対を持ちいても良いし、可視光域すべてに分光感度を持つ焦点検出画素対を用いてもよく、上記例示した分光感度の焦点検出画素対に限るわけではない。

１０７ 撮像素子、１１７ ハーフミラー、２０１ａ，２０１ｂ 副画素、
３０５ ミラーアップ状態の開口、３０６ ミラーダウン状態の開口、
Ｋｕ，Ｋｆ，Ｋｇ，Ｋｂ 敏感度係数

Claims (1)

1. 撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光をそれぞれ光電変換して得られる画像信号を出力する焦点検出用画素対（２０１ａ，２０１ｂ）を有する撮像素子（１０７）と、
   前記撮影レンズと前記撮像素子との間の光路上に進退可能に設けられたハーフミラー（１１７）と、焦点検出用画素対（２０１ａ，２０１ｂ）の相対的な像ずれ量からデフォーカスの敏感度を用いてデフォーカス演算を行う撮像装置において、
   前記焦点検出画素対は異なる分光感度特性を有し、前記ハーフミラーが前記光路上に侵入状態である場合には、前記焦点検出画素対の分光感度に対応したデフォーカス演算の敏感度に対して補正を実施することを特徴とする撮像装置。