JP5901246B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子を用いて撮影光学系の焦点状態を検出するデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置に関する。

被写体を撮像して画像を生成するための撮像素子に、マイクロレンズと光電変換部の相対位置をずらした画素を２次元的に多数配置した撮像装置が特許文献１にて開示されている。特許文献１にて開示された撮像装置では、通常の画像を生成するときはマイクロレンズと光電変換部の相対位置ずれ方向が互いに異なる画素の出力を加算することによって画像を生成する。一方、撮影光学系の焦点状態を検出する（焦点検出を行う）ときには、上記相対位置ずれ方向が互いに異なる画素群（以下、焦点検出用画素群という）によって生成される一対の像信号の位相差を求め、該位相差から焦点状態を求める。

ただし、焦点検出用画素群に向かう光束の一部が撮影光学系（レンズ、絞り等の光学素子やこれを保持する鏡筒を含む）によって遮られる、いわゆるケラレが発生している場合がある。この場合、一対の像信号のうち少なくとも一方に、光量の低下による信号レベルの低下や、像信号の歪みや、像信号の強度むら（焦点検出用画素ごとの受光感度のむら：以下、シェーディングという）を生じさせる。このようなケラレによる像信号レベルの低下、像信号の歪みおよびシェーディングは、一対の像信号の一致度を低下させ、良好な焦点検出をできなくする。

そこで、特許文献２にて開示された撮像装置では、メモリに予め格納されたケラレ補正用の像信号補正値を口径比、射出瞳位置およびデフォーカス量によって変更した上で像信号の補正に適用し、該補正後の像信号を用いて焦点検出を行う。また、特許文献３にて開示された撮像装置では、レンズの形状に基づく基準補正データと、撮像素子とレンズとの組込み位置のずれを測定して得られた組込み位置ずれ補正データとを用いてシェーディング補正を行う。

さらに、撮影画面内に多数設けられた焦点検出領域のうち複数の焦点検出領域にて同時に焦点検出を行う場合における演算時間の短縮を図るようにした撮像装置が特許文献４にて開示されている。この撮像装置では、動体撮影モードが選択された場合に、主被写体の位置を認識し、その位置情報に基づいて複数の焦点検出領域を効率的に選択する。具体的には、主被写体の位置を通る水平ラインおよび垂直ライン上の複数の焦点検出領域を選択して焦点検出を行う。

特開平０４−２６７２１１号公報 特開平０５−１２７０７４号公報 特開２００８−０８５６２３号公報 特許第４０１１７３８号公報

特許文献４にて開示されたように複数の焦点検出領域にて同時に焦点検出を行う撮像装置においても、特許文献２、３にて開示されたように焦点検出画素群に向かう光束のケラレに応じて像信号を補正することが望ましい。しかしながら、この場合、撮像装置は、像信号補正値を焦点検出領域ごとに演算する必要がある。また、撮像装置が、撮影光学系を搭載した交換レンズ等の光学装置の着脱が可能である場合には、焦点検出領域ごとに、像信号補正値を演算するために必要な情報を光学装置から通信により取得しなければならない。したがって、演算量や通信回数が増大し、焦点検出に要する時間が長くなる。

本発明は、複数の焦点検出領域にて同時に焦点検出を行う場合においても焦点検出を短時間で行うことができるようにした撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮影光学系の射出瞳のうち第１の方向に異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ光電変換する第１の画素群および第２の画素群を有する撮像素子と、該光束の撮影光学系によるケラレ状態に応じた補正パラメータを演算し、第１の画素群の出力から得られる第１の像信号および第２の画素群の出力から得られる第２の像信号のうち少なくとも一方に対して補正パラメータを用いた補正処理を行う補正演算部と、補正演算部によって少なくとも一方に対して補正処理がなされた第１および第２の像信号の位相差に基づいて、撮影光学系の焦点状態の演算を行う焦点検出演算部とを有する。焦点検出演算部は、撮影画面内に設けられた複数の焦点検出領域のうち選択された第１の焦点検出領域において焦点状態の演算を行うとともに、第１の焦点検出領域に対して第１の方向と直交する第２の方向に異なる位置にある第２の焦点検出領域において焦点状態の演算を行う。そして、補正演算部は、第１の焦点検出領域において、該第１の焦点検出領域に対応するケラレ状態に応じた補正パラメータである第１の補正パラメータを演算して該第１の補正パラメータを用いた補正処理を行い、第２の焦点検出領域において、第１の補正パラメータを用いた補正処理を行うことを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての制御方法は、撮影光学系の射出瞳のうち第１の方向に異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ光電変換する第１の画素群および第２の画素群を有する撮像素子を有する撮像装置に適用される。該制御方法は、該光束の撮影光学系によるケラレ状態に応じた補正パラメータを演算するパラメータ演算ステップと、第１の画素群の出力から得られる第１の像信号および第２の画素群の出力から得られる第２の像信号のうち少なくとも一方に対して補正パラメータを用いた補正処理を行う補正演算ステップと、該補正演算ステップにおいて少なくとも一方に対して補正処理がなされた第１および第２の像信号の位相差に基づいて、撮影光学系の焦点状態の演算を行う焦点検出演算ステップとを有する。焦点検出演算ステップでは、撮影画面内に設けられた複数の焦点検出領域のうち選択された第１の焦点検出領域において焦点状態の演算を行うとともに、第１の焦点検出領域に対して第１の方向と直交する第２の方向に異なる位置にある第２の焦点検出領域において焦点状態の演算を行う。そして、補正演算ステップでは、第１の焦点検出領域において、該第１の焦点検出領域に対応するケラレ状態に応じた補正パラメータである第１の補正パラメータを演算して該第１の補正パラメータを用いた補正処理を行い、第２の焦点検出領域において、第１の補正パラメータを用いた補正処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、第２の焦点検出領域においては、第１の焦点検出領域に対して演算された補正パラメータを用いて像信号の補正処理（像信号レベルの低下、像信号の歪みおよびシェーディングの補正）を行う。このため、第１および第２の焦点検出領域のそれぞれに対して補正パラメータを演算する場合に比べて、これらの焦点検出領域での像信号の補正処理、つまりは補正処理後の像信号を用いた焦点検出に要する演算量を削減することができる。また、撮像装置が光学装置と通信を行う場合には、通信回数を少なくすることができる。これらのことから、複数の焦点検出領域にて同時に焦点検出を行う場合においても焦点検出を短時間で行うことができる。

本発明の実施例１である撮像装置の構成を示すブロック図。 実施例１の撮像装置で用いられる撮像素子に設けられた撮像用画素の構造を示す図。 上記撮像素子に設けられた焦点検出用画素の構造を示す図。 実施例１の撮像装置における瞳分割を示す図。 上記焦点検出用画素の瞳強度分布を示す図。 上記撮像素子の中央に設けられた焦点検出用画素の瞳強度分布を示す図。 上記撮像素子の駆動回路の構成を示す回路図。 上記撮像素子から得られる一対の像信号を示す図。 実施例１の撮像装置の外観を示す図。 実施例１の撮像装置における焦点検出領域の選択を説明する図。 実施例１（および実施例２）の撮像装置の焦点検出処理（最小焦点検出領域の選択時）を示すフローチャート。 実施例１（および実施例２）の撮像装置の焦点検出処理（拡張焦点検出領域の選択時）を示すフローチャート。 本発明の実施例２である撮像装置において射出瞳の像高が高い場合の焦点検出用画素の瞳強度分布を示す図。 実施例２において射出瞳の像高が高く、光束通過領域が図１３よりも狭い場合の焦点検出用画素の瞳強度分布を示す図。 実施例２において、開口径Ｄと瞳距離Ｄｐと絞り値Ｆとの関係を示す図。 実施例２の撮像装置における焦点検出領域の選択を説明する図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

（焦点検出装置の構成）
図１には、本発明の実施例１である撮像装置の構成を示している。図１において、１０１は撮影レンズ（撮影光学系）のうち最も被写体側（前側）に配置された第１レンズ群であり、光軸方向に進退可能に保持されている。

１０２は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行ったり、静止画撮影時に露光秒時を制御したりする。１０３は撮影レンズの第２レンズ群である。絞り兼用シャッタ１０２と第２レンズ群１０３は、一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によって変倍（ズーム）を行う。

１０５は撮影レンズの第３レンズ群で、光軸方向への進退により、フォーカシングを行う。１０６は光学ローパスフィルタで、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。１０７はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。該撮像素子は、横方向にｍ個、縦方向にｎ個が配列された受光画素のそれぞれに、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された２次元単板カラーセンサである。

１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒が回動されることで、第１レンズ群１０１と第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動してズーム動作を行わせる。１１２は絞りシャッタアクチュエータで、絞り兼用シャッタ１０２を開閉方向に駆動して光量調節（絞り動作）又は露光秒時制御（シャッタ動作）を行わせる。１１４はフォーカスアクチュエータで、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動してフォーカシング動作を行わせる。

１１５は撮影時に被写体を照明する電子フラッシュであり、光源としてキセノン管やＬＥＤを備えている。１１６はＡＦ補助光部で、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。

１２１はＣＰＵであり、後述する各回路の制御を司るコントローラ（制御手段）として、また撮影レンズの焦点状態を検出する（焦点検出を行う）焦点検出装置として機能する。焦点検出装置としてのＣＰＵ１２１は、補正演算部および焦点検出演算部としての機能を含む。ＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、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含み、ＲＯＭに記憶された所定のコンピュータプログラムに従って各回路の動作を制御する。これにより、ＣＰＵ１２１は、オートフォーカス（焦点検出およびフォーカシング）、撮影、画像処理および画像記録等の一連の処理を実行する。

１２２は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して照明部１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路で、焦点検出動作に同期して、ＡＦ補助光部１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路で、撮像素子１０７の動作を制御するとともに、撮像素子１０７から出力された撮像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。

１２５は画像処理回路で、撮像素子１０７からの撮像信号に対してγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の画像処理を行い、画像（画像信号）を生成する。１２６はフォーカス駆動回路で、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４の駆動を制御して、フォーカシング動作を行わせる。１２８はシャッタ駆動回路で、絞りシャッタアクチュエータ１１２の駆動を制御して、絞り動作又はシャッタ動作を行わせる。１２９はズーム駆動回路で、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１の駆動を制御して、ズーム動作を行わせる。

１３１はＬＣＤ等により構成される表示器であり、撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、焦点状態を示す情報および撮影画像等を表示する。１３２は操作スイッチ群であり、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を含む。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、撮影画像を記録する。

図９には、本実施例の撮像装置の外観（背面）を示している。図９において、２０１は光学ファインダである。２０２は図１に示した表示器１３１に相当する背面液晶モニタである。２０３はレリーズボタンであり、上述したレリーズスイッチを操作するための部材である。２０４はメニュー操作ボタンであり、２０５は焦点検出領域選択ボタンである。

（撮像用画素の構造）
図２には、撮像素子（Ｃ−ＭＯＳセンサ）１０７に多数設けられた撮像用画素（第１の画素群）のうち１組の撮像用画素ユニットの構造を、該１組の撮像用画素ユニットの一部分を拡大した（ａ）平面図と（ｂ）断面図により示している。図２には、撮像素子１０７の中央に配置された撮像用画素ユニットを示している。

本実施例では、図２の（ａ）に示すように、１つの撮像用画素ユニットに２行×２列の４つの画素を含む。そして、これら４つの画素のうち、対角方向に配置された２つの画素をＧ（Ｇｒｅｅｎ）の分光感度を有する撮像用画素（Ｇ画素）とし、他の２つの画素をＲ（Ｒｅｄ）とＢ（Ｂｌｕｅ）の分光感度を有する撮像用画素（Ｒ画素およびＢ画素）とする。このような画素配列は、ベイヤー配列として知られている。そして、このような２行×２列の撮像用画素を多数配置した中に、後述する焦点検出用画素を所定の規則で分散配置する。

図２の（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線での断面を示している。ＭＬは各撮像用画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズであり、ＣＦ_ＲはＲ（Ｒｅｄ）の色分離用のカラーフィルタであり、ＣＦ_ＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤはＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示している。ＣＬはＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮影レンズを模式的に示している。

ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影レンズＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影レンズＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬに対して共役関係にあり、かつ光電変換部ＰＤの有効面積は大面積に設計される。Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素は互いに同一の構造を有する。図２の（ｂ）には、Ｒ画素への入射光束を示しているが、Ｇ画素およびＢ画素への入射光束も同様である。したがって、ＲＧＢの撮像用画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率良く取り込んで、画像信号のＳ／Ｎを向上させる。

（焦点検出用画素の構造）
図３には、撮像素子１０７に規則的に分散配置された複数の焦点検出用画素（第２の画素群）のうち１つの焦点検出用画素ユニットの構造を、該焦点検出用画素ユニットの一部分を拡大した（ａ）平面図と（ｂ）断面図により示している。図３には、撮像素子１０７の中央に配置された焦点検出用画素ユニットを示している。

本実施例では、図３の（ａ）に示すように、１つの焦点検出用画素ユニットに２行×２列の４つの画素を含む。そして、これら４つの画素のうち２つの画素を、撮影レンズＴＬの射出瞳のうちｘ方向において互いに異なる領域を通過した光束を受光する焦点検出用画素に割り当てている。ｘ方向を瞳分割方向ともいい、分割された射出瞳のそれぞれの領域を瞳領域ともいう。

人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、画像信号におけるＧ画素信号が欠損すると、画質劣化を認識し易い。このため、Ｇ画素は輝度情報の主成分をなす。一方、Ｒ画素およびＢ画素は色情報を取得する画素であるが、人間は色情報には鈍感であるため、画像信号においてＲ画素信号もしくはＢ画素信号が多少欠損しても、人間は画質劣化に気づきにくい。

そこで本実施例においては、多数の撮像用画素の中に、焦点検出用画素を含む焦点検出用画素ユニットを分散配置した上で、該焦点検出用画素ユニットのうちＧ画素を撮像用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素に相当する位置に焦点検出用画素を配置している。図３の（ａ）において、焦点検出用画素をＳ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢで示す。

図３の（ｂ）は、（ａ）中のＢ−Ｂ線での断面を示している。マイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、図２の（ｂ）に示した撮像用画素に設けられたマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤと同じ構造を有する。

本実施例では、焦点検出用画素からの信号は画像生成には用いられない。このため、焦点検出用画素には、撮像用画素に設けられた色分離用のカラーフィルタの代わりに、透明膜ＣＦ_Ｗ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、焦点検出用画素によって瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部は、マイクロレンズＭＬの中心線に対してｘ方向にずれている。具体的には、図３の（ｂ）において、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡでは、開口部ＯＰ_ＨＡがマイクロレンズＭＬの中心線に対して−ｘ方向にずれており、光電変換部ＰＤは撮影レンズＴＬの左側の瞳領域ＥＰ_ＨＡを通過した光束を受光する。一方、焦点検出用画素Ｓ_ＨＢでは、開口部ＯＰ_ＨＢがマイクロレンズＭＬの中心線に対して＋ｘ方向にずれており、光電変換部ＰＤは撮影レンズＴＬの右側の瞳領域ＥＰ_ＨＢを通過した光束を受光する。

以下の説明においては、ｘ方向に規則的に配列された複数の焦点検出用画素Ｓ_ＨＡを焦点検出用画素群Ｓ_ＨＡともいい、該焦点検出用画素群Ｓ_ＨＡにより取得された像信号（第１の像信号）を像信号ＩｍｇＡともいう。また、ｘ方向に規則的に配列された複数の焦点検出用画素Ｓ_ＨＢを焦点検出用画素群Ｓ_ＨＢともいい、該焦点検出用画素群Ｓ_ＨＢにより取得された像信号（第２の像信号）を像信号ＩｍｇＢともいう。像信号ＩｍｇＡと像信号ＩｍｇＢに対する相関演算を行って求めたこれら像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの相対的なずれ量、すなわち位相差を用いて、撮影レンズの焦点状態としてのデフォーカス量を算出することができる。これを、位相差検出方式の焦点検出という。そして、算出されたデフォーカス量に応じて第３レンズ群１０３を移動させることで、合焦状態を得ることができる。

（焦点検出画素による瞳分割）
図４には、本実施例における焦点検出画素による撮影レンズの瞳分割を概念的に示している。ＴＬは撮影レンズであり、１０７は撮像素子である。ＯＢＪは被写体であり、ＩＭＧは像信号である。撮像用画素は、図２に示したように、撮影レンズＴＬの射出瞳ＥＰの全域を通過した光束を受光する。一方、焦点検出用画素は、図３に示したように、ｘ方向に瞳分割を行う瞳分割機能を有する。具体的には、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡは＋ｘ方向側の瞳領域ＥＰ_ＨＡを通過した光束Ｌ_ＨＡを受光する。また、焦点検出用画素Ｓ_ＨＢは−ｘ方向側の瞳領域ＥＰ_ＨＢを通過した光束Ｌ_ＨＢを受光する。そして、これらの焦点検出用画素を、撮像素子１０７の全域にわたって分散配置することで、撮像画面内の全域にて焦点検出を可能としている。

なお、ここでは、ｘ方向に輝度分布を有した被写体に対する焦点検出を行うための構成について説明したが、同様の構成を、ｙ方向にも適用することでｙ方向に輝度分布を有する被写体に対する焦点検出も行うことができる。

（ケラレが生じていない場合の瞳強度分布と線像分布関数）
光束の射出瞳面内での強度分布を、以下の説明では、瞳強度分布という。図５には、撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレが生じていない理想的な場合の焦点検出用画素の瞳強度分布とその瞳強度分布から得られる線像分布関数とを示している。

図５の（ａ）は焦点検出用画素Ｓ_ＨＡの瞳強度分布を、（ｂ）は焦点検出用画素Ｓ_ＨＢの瞳強度分布を示している。図５の（ａ），（ｂ）におけるｘ軸とｙ軸はそれぞれ、図４におけるｘ軸とｙ軸に対応している。また、図５の（ａ），（ｂ）では、外側から内側に向かって強度が高くなっている。

図３の（ａ）では、説明のために、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡに対応する瞳領域ＥＰ_ＨＡと焦点検出用画素Ｓ_ＨＢに対応する瞳領域ＥＰ_ＨＢとを分離して示した。しかし、実際には、図５の（ａ），（ｂ）に示すように、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢに入射した光束は、開口部ＯＰ_ＨＡ，ＯＰ_ＨＢによる回折によって広がり、瞳領域ＥＰ_ＨＡ，ＥＰ_ＨＢはそれらの一部が重なり合う。

図５の（ｃ）には、両焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢに対応する線像分布関数ＬＳＦ_Ａ，ＬＳＦ_Ｂを示している。この図は、図５の（ａ）と（ｂ）に示した瞳強度分布をｙ方向に射影したものである。横軸はｘ軸を示し、縦軸は線像分布関数の強度を示す。原点Ｏは、撮影レンズの光軸位置に対応する。

ある点光源からの光が、光学系の射出瞳を通過して結像面上に形成する点像の強度分布、いわゆる点像分布関数は、該光学系が無収差である場合には、射出瞳の形状を有する瞳強度分布が結像面上に縮小投影されていると考えられる。そして、線像分布関数は、点像分布関数の射影であるので、ここでも瞳強度分布の射影を線像分布関数としている。

図５の（ｃ）に示すように、撮像素子１０７の中央に配置された焦点検出用画素では、線像分布関数ＬＳＦ_Ａ，ＬＳＦ_Ｂは光軸に対して対称となる。すなわち、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢの光電変換部ＰＤに形成される像の形状が互いに一致する。また、線像分布関数ＬＳＦ_Ａ，ＬＳＦ_Ｂはそれぞれのｘ軸方向の重心位置に関して、ｘ軸方向に対称な形を有する。

（ケラレが生じた場合の瞳強度分布と線像分布関数）
図６には、撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレが生じている場合の焦点検出用画素の瞳強度分布とその瞳強度分布から得られる線像分布関数とを示している。ここにいう「撮影レンズ（撮影光学系）」には、図１に示した第１〜第３レンズ群１０１，１０３，１０５、絞り兼用シャッタ１０２およびローパスフィルタ１０６等の光学素子だけでなく、これらを保持する鏡筒等の保持部材やその他の遮光に関係する部材も含む。

図６の（ａ）は焦点検出用画素Ｓ_ＨＡの瞳強度分布を、（ｂ）は焦点検出用画素Ｓ_ＨＢの瞳強度分布を示している。図６の（ａ），（ｂ）におけるｘ軸とｙ軸もそれぞれ、図４におけるｘ軸とｙ軸に対応している。また、図６の（ａ），（ｂ）でも、外側から内側に向かって強度が高くなっている。そして、図６の（ａ），（ｂ）に示した焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢの瞳強度分布のうちＡｒｅａ１で示した領域を通過した光束のみが、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢにて受光される。つまり、領域Ａｒｅａ１外の光束は、撮影レンズによるケラレにより焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢにて受光されない。

図６の（ｃ）には、両焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢに対応する線像分布関数ＬＳＦ_Ａ′，ＬＳＦ_Ｂ′を示している。この図も、図６の（ａ）と（ｂ）に示した瞳強度分布をｙ方向に射影したものであり、横軸はｘ軸を示し、縦軸は線像分布関数の強度を示す。原点Ｏは、撮影レンズの光軸位置に対応する。

図６の（ｃ）に示すように、撮像素子１０７の中央に配置された焦点検出用画素では、線像分布関数ＬＳＦ_Ａ′，ＬＳＦ_Ｂ′は光軸に対して対称となる。しかし、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢの瞳強度分布は、領域Ａｒｅａ１による通過光束の制限（つまりはケラレ）によって一部がカットされる。このため、線像分布関数ＬＳＦ_Ａ′，ＬＳＦ_Ｂ′のそれぞれは、ｘ軸方向の重心位置を中心に関してｘ軸方向に非対称な形となっている。したがって、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢの光電変換部ＰＤに形成される像の形状の一致度が低下する。

（焦点検出のための構成）
図７には、図１に示した撮像素子１０７と撮像素子駆動回路１２４のうち、焦点検出に関する構成を示している。この図では、Ａ／Ｄ変換部を省略している。

撮像素子１０７は、図３に示した焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢにそれぞれ相当する焦点検出用画素９０１ａ，９０１ｂを含む焦点検出用画素ユニット９０１を複数有する。また、撮像素子１０７は、撮影レンズにより形成された被写体像を光電変換する撮像用画素を複数含む。

撮像素子駆動回路１２４は、合成部９０２と連結部９０３とを含む。また、撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像面に、それぞれが複数の焦点検出用画素ユニット９０１を含むようにセクション（領域）ＣＳＴを複数設けている。撮像素子駆動回路１２４は、セクションＣＳＴの大きさ、配置、数等を適宜変更することができる。

合成部９０２は、撮像素子１０７に設けられた各セクションＣＳＴにおいて、複数の焦点検出用画素９０１ａからの出力信号を合成して１画素の出力信号に相当する第１の合成信号を得る処理を行う。また、合成部９０２は、各セクションＣＳＴにおいて、複数の焦点検出用画素９０１ｂからの出力信号を合成して１画素の出力信号に相当する第２の合成信号を得る処理を行う。

連結部９０３は、複数のセクションＣＳＴで得られた第１の合成信号を連結して第１の連結信号を得る処理と、複数のセクションＣＳＴで得られた第２の合成信号を連結して第２の連結信号を得る処理とを行う。このようにして、セクションＣＳＴごとに焦点検出用画素９０１ａ，９０１ｂの出力信号から生成された第１の合成信号および第２の合成信号がそれぞれ、複数のセクションＣＳＴにわたって連結された第１の連結信号および第２の連結信号が得られる。第１の連結信号が像信号ＩｍｇＡに相当し、第２の連結信号が像信号ＩｍｇＢに相当する。

ＣＰＵ１２１は、第１の連結信号と第２の連結信号の位相差を算出し、該位相差に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を演算する。このように、本実施例では、各セクションＣＳＴ内に配置された焦点検出用画素の出力信号を合成するため、焦点検出用画素の１つ１つの出力（すなわち、受光輝度）が小さい場合であっても、被写体の輝度分布を十分に検出することができる。

（像信号の補正処理）
図８には、図７に示した焦点検出用画素ユニット９０１、合成部９０２および連結部９０３によって生成されてＣＰＵ１２１に送られる一対の像信号（ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢ）４３０ａ，４３０ｂを示している。図８において、横軸は連結部９０３により信号が連結された焦点検出用画素が並ぶ方向を示しており、縦軸は像信号の強度を示している。像信号４３０ａは焦点検出用画素９０１ａに対応し、像信号４３０ｂは焦点検出用画素９０１ｂに対応する。

図８は、撮影レンズがデフォーカス状態にあり、像信号４３０ａが左側に、像信号４３０ｂが右側にずれた状態を示している。これらの像信号４３０ａ，４３０ｂのずれ量（位相差）とずれ方向を相関演算によって算出することにより、撮影レンズのデフォーカス量とデフォーカス方向を求めることができる。

本実施例では、図６にて説明したように撮影レンズによる光束のケラレによって各焦点検出用画素の線像分布関数がその重心位置に関して非対称な形となるので、各焦点検出用画素により得られる像信号にも非対称性が生じる。すなわち、一対の像信号のうち少なくとも一方に、光量の低下による信号レベルの低下や像信号の歪みを生じさせる。この結果、一対の像信号の一致度が低下してしまう。

位相差検出方式の焦点検出においては、一対の像信号の一致度が低下した場合、位相差を正確に算出することができず、デフォーカス量の演算精度、つまりは合焦精度が低下する。

そこで、本実施例では、得られた像信号の光量（信号レベル）や歪みを補正するための補正パラメータである光量補正値や歪み補正値を演算し、該補正値を用いて像信号に対して補正処理を行う。これにより、一対の像信号の一致度を向上させ、位相差を正確に算出することができるようにする。

（補正処理を含む焦点検出処理）
本実施例の撮像装置では、図９に示した焦点検出領域選択ボタン２０５の操作又はＣＰＵ１２１の処理によって、撮影画面内の全域にわたって設けられた多数の焦点検出領域のうち実際に焦点検出を行う焦点検出領域の位置が選択される。また、焦点検出領域選択ボタン２０５の操作により、実際に焦点検出を行う焦点検出領域を最小単位領域（１つの焦点検出領域）とするか拡張領域（複数の焦点検出領域）とするかを選択できる。

最小単位領域が選択されると、図１０の（ａ）に示すように、実際に焦点検出を行う焦点検出領域として、焦点検出領域選択ボタン２０５の操作又はＣＰＵ１２１による位置選択に応じた１つの焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが設定される。最小単位領域にて焦点検出が行われるモードを、最小単位領域焦点検出モードという。

一方、拡張領域が選択されると、図１０の（ｂ）に示すように、実際に焦点検出を行う焦点検出領域として、上記位置選択に応じた１つの焦点検出領域ＡＦｍａｉｎとこれに隣接する（その周囲に配置された）複数（２以上）の焦点検出領域ＡＦｓｕｂが設定される。すなわち、本実施例では、主として焦点検出を行う焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに加えて、これに対して所定の近接範囲（ここでは、隣接する範囲又は周囲）に配置された焦点検出領域ＡＦｓｕｂを従として焦点検出を行う焦点検出領域として設定される。拡張領域が選択されたときの焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが第１の焦点検出領域に相当し、焦点検出領域ＡＦｓｕｂが第２の焦点検出領域に相当する。拡張領域にて焦点検出が行われるモードを、拡張領域焦点検出モードという。

本実施例では、拡張領域焦点検出モードにおいて、焦点検出領域ＡＦｓｕｂで得られた像信号に対して用いる補正パラメータとして、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎで得られた像信号に対して用いる補正パラメータを兼用する。

次に、本実施例において、ＣＰＵ１２１により行われる、補正処理を含む焦点検出処理（撮像装置の制御方法）について、図１１および図１２に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、コンピュータとしてのＣＰＵ１２１が、焦点検出プログラムとしてのコンピュータプログラムに従って実行する。

まず、図１１のフローチャートを用いて、最小単位領域焦点検出モードでの焦点検出処理について説明する。

ステップＳ００１では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域選択ボタン２０５の操作又はＣＰＵ１２１の処理によって選択された焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対応する焦点検出用画素からの出力を用いて一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢを生成する。

ステップＳ００２では、ＣＰＵ１２１は、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して、光量補正および歪み補正を行うための補正パラメータ（光量補正値、歪み補正値）を演算する。

具体的には、まずＣＰＵ１２１は、撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレ状態を確認するために必要なレンズ情報を撮影レンズから取得する。ここにいうレンズ情報とは、各レンズ群のサイズ、光軸方向位置および収差に関する情報や、絞り兼用シャッタ１０２の開口径等を含む。また、レンズ情報は、言い換えれば、撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレ状態に関する情報である。

なお、「レンズ情報を撮影レンズから取得する」とは、撮影レンズの着脱が可能なレンズ交換型の撮像装置においては、装着された光学装置としての撮影レンズとの通信により該レンズ情報を取得することを意味する。また、レンズ一体型の撮像装置においては、レンズ情報を予め記憶したレンズ情報メモリやレンズ位置を検出する検出器からレンズ情報を読み取ることを意味する。

ＣＰＵ１２１は、こうして取得したレンズ情報と各焦点検出用画素についてＣＰＵ１２１内のＲＯＭに保管されている瞳強度分布とを合わせ用いて、ステップＳ００１で生成した像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢのケラレ状態を予測する。そして、ＣＰＵ１２１は、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して、その信号レベルを補正するための補正パラメータである光量補正値を演算する。

続いて、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ００１で生成した像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの位相差を算出し、該位相差に基づいて暫定デフォーカス量を算出する。さらに、ＣＰＵ１２１は、暫定デフォーカス量とレンズ情報と瞳強度分布とを用いて、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの歪みを補正する補正パラメータである歪み補正値を演算する。このようにして、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎでの撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレ状態に応じた、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ用の補正パラメータが演算される。

次に、ステップＳ００３では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ００２にて演算した補正パラメータを用いて、ステップＳ００１で生成された一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して補正処理を行う。

具体的には、まずＣＰＵ１２１は、像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して光量補正値を用いた補正処理を行い、光量補正像信号ＩｍｇＡ′，ＩｍｇＢ′を生成（算出）する。さらに、ＣＰＵ１２１は、光量補正像信号ＩｍｇＡ′，ＩｍｇＢ′に対して歪み補正値を用いた補正処理を行い、歪み補正像信号ＩｍｇＡ″，ＩｍｇＢ″を生成（算出）する。

次に、ステップＳ００４では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ００３にて生成した歪み補正像信号ＩｍｇＡ″，ＩｍｇＢ″に対して相関演算を行い、これらの位相差を算出する。そして、該位相差に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を算出する。こうして、焦点検出処理を終了する。

ＣＰＵ１２１は、算出したデフォーカス量から、合焦状態を得るための第３レンズ群１０５の移動量を算出し、該移動量が得られるようにフォーカスアクチュエータ１１４を駆動する。こうして、オートフォーカスが終了する。

次に、図１２のフローチャートを用いて、拡張領域焦点検出モードが選択された場合の焦点検出処理について説明する。

ステップＳ１０１では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域選択ボタン２０５の操作又はＣＰＵ１２１の処理によって焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが選択されると、これに隣接する複数の焦点検出領域ＡＦｓｕｂを選択する。選択する焦点検出領域ＡＦｓｕｂの数は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎの位置によって変化する。例えば、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが撮影画面の中央付近に位置する場合には、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎの周囲において焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに隣接する焦点検出領域ＡＦｓｕｂは８つとなる。また、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが撮影画面内の長辺端又は短辺端に位置する場合には、焦点検出領域ＡＦｓｕｂは５つとなる。さらに、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが撮影画面の角部に位置する場合には、焦点検出領域ＡＦｓｕｂは３つとなる。

ステップＳ１０２では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ，ＡＦｓｕｂのうち１つの焦点検出領域に対応する焦点検出用画素からの出力を用いて一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢを生成する。

ステップＳ１０３では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０２にて像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢを生成した焦点検出領域が、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎか焦点検出領域ＡＦｓｕｂかを判定する。

焦点検出領域ＡＦｍａｉｎであると判定した場合は、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０４（パラメータ演算ステップ）に進む。ステップＳ１０４では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎにて得られた一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して光量補正および歪み補正を行うための補正パラメータ（光量補正値、歪み補正値）を演算する。補正パラメータの演算方法は、図１１のステップＳ００２にて説明した方法と同じである。

すなわち、まずＣＰＵ１２１は、撮影レンズによる光束のケラレ状態を確認するために必要なレンズ情報を撮影レンズから取得する。次に、ＣＰＵ１２１は、レンズ情報と各焦点算出用画素についてＣＰＵ１２１内のＲＯＭに保管されている瞳強度分布とを合わせ用いて、ステップＳ１０２で生成した像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢのケラレ状態を予測する。そして、ＣＰＵ１２１は、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して、その信号レベルを補正するための補正パラメータである光量補正値を演算する。

続いて、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０２で生成した像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの位相差を算出し、該位相差に基づいて暫定デフォーカス量を算出する。さらに、ＣＰＵ１２１は、暫定デフォーカス量とレンズ情報と瞳強度分布とを用いて、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの歪みを補正する補正パラメータである歪み補正値を演算する。このようにして、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎでの撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレ状態に応じた、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ用の補正パラメータ（第１の補正パラメータ）が演算される。

一方、ステップＳ１０３において焦点検出領域ＡＦｓｕｂであると判定した場合は、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０５に進む。ここでは、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０４にて演算された、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに用いられる補正パラメータ（光量補正値、歪み補正値）を取得する。すなわち、焦点検出領域ＡＦｓｕｂに対応する補正パラメータを演算することなく、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対応する補正パラメータを焦点検出領域ＡＦｓｕｂに対応する補正パラメータとして兼用する。これは、焦点検出領域ＡＦｓｕｂが焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに隣接する焦点検出領域であり、一般に、焦点検出領域ＡＦｓｕｂと焦点検出領域ＡＦｍａｉｎとで撮影レンズによるケラレ状態の差が小さいためである。

ステップＳ１０６では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０４で演算された又はステップＳ１０５で取得された補正パラメータを用いて、ステップＳ１０２で生成された一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して補正処理を行う。具体的には、図１１のステップＳ００３にて説明した補正処理と同じ処理を行って、光量補正像信号ＩｍｇＡ′，ＩｍｇＢ′を生成（算出）した後、さらに歪み補正像信号ＩｍｇＡ″，ＩｍｇＢ″を生成（算出）する。

次に、ステップＳ１０７では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０６にて生成した歪み補正像信号ＩｍｇＡ″，ＩｍｇＢ″に対して相関演算を行い、これらの位相差を算出する。そして、該位相差に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を算出する。

続いて、ステップＳ１０８では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎおよび複数の焦点検出領域ＡＦｓｕｂの全てにおいて焦点検出が終了したか否かを判定する。まだ全ての焦点検出領域での焦点検出が終了していない場合は、ステップＳ１０２に戻り、まだ終了していない焦点検出領域での焦点検出を行う。全ての焦点検出領域での焦点検出が終了した場合は、焦点算出処理を終了する。

ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎおよび焦点検出領域ＡＦｓｕｂにて算出したデフォーカス量から、合焦状態を得るための第３レンズ群１０５の移動量を算出し、該移動量が得られるようにフォーカスアクチュエータ１１４を駆動する。こうして、オートフォーカスが終了する。

以下、本発明の実施例２について説明する。実施例１では、撮影レンズによる光束のケラレに起因した像信号のレベル（光量）低下や歪みを補正するために、補正パラメータとして光量補正値や歪み補正値を用いて補正処理を行う場合について説明した。これに対して、本実施例では、撮影レンズによる光束のケラレに起因した像信号のシェーディングを補正するために、補正パラメータとしてシェーディング補正値を用いて補正処理を行う場合について説明する。

なお、本実施例における撮像装置の内部および外部の構成は、図１の内部の構成および図９に示した外部の構成と同じである。

（シェーディング補正値の算出）
図１３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図６に示した領域Ａｒｅａ１が＋ｘ方向に像高が高い位置に移動した場合、つまり射出瞳の像高が高い場合の焦点検出用画素Ｓ_ＨＡおよび焦点検出用画素Ｓ_ＨＢ（図３（ａ）参照）の瞳強度分布を示している。これらの図において、外側から内側に向かって強度が高くなっている。そして、図１３（ａ），（ｂ）に示した焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢの瞳強度分布のうち領域Ａｒｅａ１を通過した光束のみが焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢにより受光される。つまり、領域Ａｒｅａ１外の光束は、撮影レンズによるケラレにより焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢにて受光されない。

図１３（ｃ）には、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢに対応する線像分布関数ＬＳＦ_Ａ″，ＬＳＦ_Ｂ″を示している。この図は、図１３（ａ）と（ｂ）に示した瞳強度分布をｙ方向に射影したものであり、横軸はｘ軸を示し、縦軸は線像分布関数の強度を示す。

図１４（ａ），（ｂ）もそれぞれ、図６に示した領域Ａｒｅａ１が＋ｘ方向に像高が高い位置に移動した場合の焦点検出用画素Ｓ_ＨＡおよび焦点検出用画素Ｓ_ＨＢ（図３（ａ）参照）の瞳強度分布を示している。ただし、図１４（ａ），（ｂ）は、領域Ａｒｅａ１が図１３（ａ），（ｂ）よりも狭まった場合の瞳強度分布を示している。これらの図でも、外側から内側に向かって強度が高くなっている。そして、図１４（ａ），（ｂ）に示した焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢの瞳強度分布のうち領域Ａｒｅａ１を通過した光束のみが焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢにより受光される。つまり、領域Ａｒｅａ１外の光束は、撮影レンズによるケラレにより焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢにて受光されない。

図１４（ｃ）には、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢに対応する線像分布関数ＬＳＦ_Ａ″′，ＬＳＦ_Ｂ″′を示している。この図は、図１４（ａ）と（ｂ）に示した瞳強度分布をｙ方向に射影したものであり、横軸はｘ軸を示し、縦軸は線像分布関数の強度を示す。図１５に示した式からも分かるように、射出瞳距離Ｄｐが短くなると、開口径（絞り枠）Ｄが小さくなるため、領域Ａｒｅａ１は狭まる。図１５の式において、ＦはＦナンバー（絞り値）である。

図６、図１３および図１４から分かるように、線像は、射出瞳（絞り枠）の大きさ、射出瞳距離および像高に応じて変化するため、それに応じてシェーディングも異なる。このため、補正パラメータであるシェーディング補正値もその変化に応じて算出する必要がある。

瞳強度分布のデータをレンズ情報を考慮して切り出し、該切り出された瞳強度分布のデータから各焦点検出用画素に対するシェーディング補正値を算出することができる。本実施例では、様々な種類の撮影レンズに対応するために、図１５に示した絞り値Ｆと射出瞳距離Ｄｐとから算出されるモデル化された絞り枠Ｄの情報を用いて、各像高におけるシェーディング補正値を算出する。なお、必要に応じて、個別のレンズ情報を厳密に考慮し、瞳強度分布を切り出す枠データを算出してシェーディング補正値を算出してもよい。

前述したように、シェーディング補正値は像高によって異なる。しかし、ある程度の数の代表点について全像高のシェーディング補正値をメモリに記憶させるだけでも、データ量としては膨大になってしまう。また、データ量を優先して像高のサンプリング数を極端に削って記憶させると、焦点検出精度が低下するおそれがある。

データ量の削減と良好な焦点検出精度との両立を図るため、本実施例では、予め焦点検出に用いる全焦点検出領域におけるシェーディング補正値を算出し、以下の式（１）で定義したＸ，Ｙ（Ｘ，Ｙは焦点検出領域の座標）の２次元の３次多項近似式にて近似を行う。メモリには、各項の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを記憶させる。

なお、式（１）においてＹに関して奇数次の項が無いのは、瞳強度分布はＹ方向に対して対称形状を有するためである。これにより、メモリに保存すべきデータ量の削減もできる。

シェーディング係数は、絞り値と射出瞳距離とに応じて異なるため、式（１）の各項の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを絞り値と射出瞳距離の組み合せの数だけ算出し、像高、射出瞳距離および絞り値に対応したシェーディング補正値テーブルを作成する。その際、射出瞳距離に関しては、必要な範囲（例えば、５０ｍｍから３００ｍｍ）で基準点を何点か決め、実際の射出瞳距離に最も近い基準点の値を持ってきても良いし、基準点の値から補間して精度良く射出瞳距離を算出しても良い。

（補正処理を含む焦点検出処理）
次に、本実施例における焦点検出処理について説明する。本実施例でも、実施例１と同様に、図９に示した焦点検出領域選択ボタン２０５の操作又はＣＰＵ１２１の処理によって、撮影画面内の全域にわたって設けられた多数の焦点検出領域のうち実際に焦点検出を行う焦点検出領域の位置が選択される。また、焦点検出領域選択ボタン２０５の操作により、実際に焦点検出を行う焦点検出領域を最小単位領域（１つの焦点検出領域）とするか拡張領域（複数の焦点検出領域）とするかを選択できる。

最小単位領域が選択されると、図１６（ａ）に示すように、撮像画面内に複数配置された焦点検出領域のうち、焦点検出領域選択ボタン２０５の操作に応じて、又はＣＰＵ１２１の処理によって選択された１つの焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが実際に焦点検出を行う焦点検出領域として設定される。一方、拡張領域が選択されると、図１６（ｂ）に示すように、選択された任意の１つの焦点検出領域ＡＦｍａｉｎと、これに隣接する（その周囲に配置された）複数（２以上）の焦点検出領域ＡＦｓｕｂが実際に焦点検出を行う焦点検出領域として設定される。焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが第１の焦点検出領域に相当し、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対して所定の近接範囲（隣接する範囲又は周囲）に配置された複数の焦点検出領域ＡＦｓｕｂが第２の焦点検出領域に相当する。図１６（ｂ）では、例として、撮影画面の中央の焦点検出領域ＡＦｍａｉｎと、その周囲の８つの焦点検出領域ＡＦｓｕｂが選択されている。実施例１と同様に、最小単位領域にて焦点検出が行われるモードを最小単位領域焦点検出モードといい、拡張領域にて焦点検出が行われるモードを拡張領域焦点検出モードという。

本実施例でも、拡張領域焦点検出モードにおいて、焦点検出領域ＡＦｓｕｂにて得られた像信号に対して用いる補正パラメータ（シェーディング補正値、歪み補正値）として、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎにて得られた像信号に対して用いる補正パラメータを兼用する。

次に、本実施例において、ＣＰＵ１２１により行われる、補正処理を含む焦点検出処理（撮像装置の制御方法）について、実施例１でも使用した図１１および図１２に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、コンピュータとしてのＣＰＵ１２１が、焦点検出プログラムとしてのコンピュータプログラムに従って実行する。

まず、図１１のフローチャートを用いて、最小単位領域焦点検出モードでの焦点検出処理について説明する。ステップＳ００１では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域選択ボタン２０５の操作又はＣＰＵ１２１の処理によって選択された焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対応する焦点検出用画素からの出力を用いて一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢを生成する。

ステップＳ００２では、ＣＰＵ１２１は、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対してシェーディング補正を行うための補正パラメータ（第１の補正パラメータ）であるシェーディング補正値および歪み補正値を演算する。

具体的には、まずＣＰＵ１２１は、撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレ状態を確認するために必要なレンズ情報を撮影レンズから取得する。レンズ情報（すなわちケラレ状態に関する情報）の内容および「レンズ情報を撮影レンズから取得する」の定義はそれぞれ、実施例１で説明した通りのものである。

ＣＰＵ１２１は、取得したレンズ情報と各焦点検出用画素についてＣＰＵ１２１のＲＯＭに保管されている瞳強度分布とを合わせ用いて、ステップＳ００１で生成した一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢのケラレ状態を予測する。そして、ＣＰＵ１２１は、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して、そのシェーディングを補正するためのシェーディング補正値を算出する。

また、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ００１で生成した像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの位相差を算出し、該位相差に基づいて暫定デフォーカス量を算出する。さらに、ＣＰＵ１２１は、暫定デフォーカス量とレンズ情報と瞳強度分布とを用いて、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの歪みを補正するための歪み補正値を演算する。このようにして、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎでの撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレ状態に応じた、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ用の補正パラメータが演算される。

次に、ステップＳ００３では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ００２にて演算した補正パラメータを用いて、ステップＳ００１で生成された一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して補正処理を行う。

具体的には、まずＣＰＵ１２１は、像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対してシェーディング補正値を用いたシェーディング補正を行い、シェーディング補正像信号ＩｍｇＡ′，ＩｍｇＢ′を生成（算出）する。さらに、ＣＰＵ１２１は、シェーディング補正像信号ＩｍｇＡ′，ＩｍｇＢ′に対して歪み補正値を用いた歪み補正を行い、歪み補正像信号ＩｍｇＡ″，ＩｍｇＢ″を生成（算出）する。

次に、ステップＳ００４では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ００３にて生成した歪み補正像信号ＩｍｇＡ″，ＩｍｇＢ″に対して相関演算を行い、これらの位相差を算出する。そして、該位相差に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を算出する。こうして、一連の焦点検出処理を終了する。

ＣＰＵ１２１は、算出したデフォーカス量から、合焦状態を得るための第３レンズ群１０５の移動量を算出し、該移動量が得られるようにフォーカスアクチュエータ１１４を駆動する。こうして、オートフォーカスが終了する。

次に、図１２のフローチャートを用いて、拡張領域焦点検出モードでの焦点検出処理について説明する。

ステップＳ１０１では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域選択ボタン２０５の操作又はＣＰＵ１２１の処理によって焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが選択されると、その周囲の複数の焦点検出領域ＡＦｓｕｂを選択する。選択する焦点検出領域ＡＦｓｕｂの数は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎの位置によって変化する。例えば、図１６（ｂ）に示すように焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが撮影画面の中央付近に位置する場合には、焦点検出領域ＡＦｓｕｂは８つとなる。図１６（ｃ）に示すように焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが撮影画面の端に位置する場合には、焦点検出領域ＡＦｓｕｂは５つとなる。図１６（ｄ）に示すように焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが撮影画面の角部に位置する場合には、焦点検出領域ＡＦｓｕｂは３つとなる。ただし、焦点検出画素ＡＦｓｕｂの選択方法はこれらに限らず、例えば図１６（ｅ）に示すように焦点検出領域ＡＦｍａｉｎの上下においてのみ複数の焦点検出画素ＡＦｓｕｂを選択するようにしてもよい。

ステップＳ１０２では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ，ＡＦｓｕｂのうち１つの焦点検出領域に対応する焦点検出用画素からの出力を用いて一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢを生成する。

ステップＳ１０３では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０２で像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢが生成された焦点検出領域が焦点検出領域ＡＦｍａｉｎか焦点検出領域ＡＦｓｕｂかを判定する。焦点検出領域ＡＦｍａｉｎであると判定した場合には、ステップＳ１０４（パラメータ演算ステップ）に進む。ステップＳ１０４では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎにて得られた一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対してシェーディング補正および歪み補正を行うための補正パラメータ（シェーディング補正値および歪み補正値）を演算する。補正パラメータの演算方法は、図１１のステップＳ００２にて説明したものと同じである。

すなわち、まずＣＰＵ１２１は、撮影レンズによる光束のケラレ状態を確認するために必要なレンズ情報を撮影レンズから取得する。次にＣＰＵ１２１は、レンズ情報と各焦点検出用画素についてＣＰＵ１２１のＲＯＭに保管されている瞳強度分布とを合わせ用いて、ステップＳ１０２で生成した一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢのケラレ状態を予測する。そして、ＣＰＵ１２１は、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して、そのシェーディングを補正するための補正パラメータであるシェーディング補正値を算出する。

続いて、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０２で生成した像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの位相差を算出し、該位相差に基づいて暫定デフォーカス量を算出する。さらに、ＣＰＵ１２１は、暫定デフォーカス量とレンズ情報と瞳強度分布とを用いて、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの歪みを補正する補正パラメータである歪み補正値を演算する。このようにして、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎでの撮影レンズ（撮影光学系）による光束のケラレ状態に応じた、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ用の補正パラメータが演算される。

一方、ステップＳ１０３において焦点検出領域ＡＦｓｕｂであると判定した場合は、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０５に進む。ここでは、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０４にて演算した、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ用の補正パラメータ（シェーディング補正値および歪み補正値）を取得する。すなわち、焦点検出領域ＡＦｓｕｂに対応する補正パラメータを演算することなく、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対応する補正パラメータを焦点検出領域ＡＦｓｕｂ用の補正パラメータとして兼用する。これは、焦点検出領域ＡＦｓｕｂが焦点検出領域ＡＦｍａｉｎの隣接する焦点検出領域であり、一般に、焦点検出領域ＡＦｓｕｂと焦点検出領域ＡＦｍａｉｎとで撮影レンズによるケラレ状態の差が小さいためである。

ステップＳ１０６では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０４で演算した又はステップＳ１０５で取得した補正パラメータを用いて、ステップＳ１０２で生成した一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢに対して補正処理を行う。具体的には、図１１のステップＳ００３にて説明した補正処理と同じ処理を行って、シェーディング補正像信号ＩｍｇＡ′，ＩｍｇＢ′を生成（算出）した後、さらに歪み補正像信号ＩｍｇＡ″，ＩｍｇＢ″を生成（算出）する。

次に、ステップＳ１０７では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０６で生成した歪み補正像信号ＩｍｇＡ″，ＩｍｇＢ″に対して相関演算を行い、これらの位相差を算出する。そして、該位相差に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を算出する。

続いてステップＳ１０８では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎおよび複数の焦点検出領域ＡＦｓｕｂの全てにおいて焦点検出が終了したか否かを判定する。まだ全ての焦点検出領域での焦点検出が終了していない場合はステップＳ１０２に戻り、まだ焦点検出が終了していない焦点検出領域での焦点検出を行う。全ての焦点検出領域について焦点検出が終了した場合は、焦点検出処理を終了する。

ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎおよび焦点検出領域ＡＦｓｕｂにて算出したデフォーカス量から、合焦状態を得るための第３レンズ群１０５の移動量を算出し、該移動量が得られるようにフォーカスアクチュエータ１１４を駆動する。こうして、オートフォーカスが終了する。

このように、上記各実施例では、拡張領域焦点検出モードが選択された場合において、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対して所定の近接範囲に位置する複数の焦点検出領域ＡＦｓｕｂに対して、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対して演算された補正パラメータを兼用する。これにより、複数の焦点検出領域ＡＦｓｕｂに対する補正パラメータの演算を省略することができ、演算量を削減することができる。また、レンズ交換型の撮像装置においては、複数の焦点検出領域ＡＦｓｕｂに対する補正パラメータの演算のためにレンズ情報を撮影レンズ（光学装置）から通信により取得する必要がないので、通信回数を削減することができる。これにより、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎと焦点検出領域ＡＦｓｕｂとで同時に焦点検出を行う場合における焦点検出に要する時間を短縮することができる。

なお、上記各実施例では、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ，ＡＦｓｕｂで撮影レンズによるケラレ状態の差が小さいことを前提として、焦点検出領域ＡＦｓｕｂに対して、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対して演算された補正パラメータを兼用する場合について説明した。しかし、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ，ＡＦｓｕｂで撮影レンズによるケラレ状態の差が大きい場合には、補正パラメータを兼用することはできない。

このため、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎ，ＡＦｓｕｂでケラレ状態の差を判定し、該差が所定値より小さい場合には補正パラメータを兼用するが、該差が所定値より大きい場合には焦点検出領域ＡＦｓｕｂ専用の補正パラメータを演算するようにしてもよい。すなわち、撮影レンズによるケラレ状態に応じて、焦点検出領域ＡＦｓｕｂに対して、焦点検出領域ＡＦｍａｉｎに対して演算された補正パラメータを用いて補正処理を行うか否かを選択するようにしてもよい。

また、上記各実施例では、一対の像信号ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢの両方に対して補正処理を行う場合について説明したが、良好な相関演算の結果（高い像信号の一致度）が得られれば、少なくとも一方の像信号に対して補正処理を行えばよい。

また、上記各実施例では、最小単位領域終点検出モードおよび拡張領域焦点検出モードにおいて選択される焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが１つである場合について説明したが、複数の焦点検出領域ＡＦｍａｉｎが選択されるようにしてもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

焦点検出精度が高く、高速で焦点検出を行える撮像装置を提供できる。

１０７ 撮像素子
１２１ ＣＰＵ
ＴＬ 撮影レンズ
ＥＰ 射出瞳
Ｓ_ＨＡ，Ｓ_ＨＢ 焦点検出用画素
ＡＦｍａｉｎ，ＡＦｓｕｂ 焦点検出領域
ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢ 像信号

Claims (5)

1. 撮影光学系の射出瞳のうち第１の方向に異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ光電変換する第１の画素群および第２の画素群を有する撮像素子と、
   前記光束の前記撮影光学系によるケラレ状態に応じた補正パラメータを演算し、前記第１の画素群の出力から得られる第１の像信号および前記第２の画素群の出力から得られる第２の像信号のうち少なくとも一方に対して前記補正パラメータを用いた補正処理を行う補正演算部と、
   前記補正演算部によって少なくとも一方に対して前記補正処理がなされた前記第１および第２の像信号の位相差に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態の演算を行う焦点検出演算部とを有し、
   前記焦点検出演算部は、撮影画面内に設けられた複数の焦点検出領域のうち選択された第１の焦点検出領域において前記焦点状態の演算を行うとともに、前記第１の焦点検出領域に対して前記第１の方向と直交する第２の方向に異なる位置にある第２の焦点検出領域において前記焦点状態の演算を行い、
   前記補正演算部は、
   前記第１の焦点検出領域において、該第１の焦点検出領域に対応する前記ケラレ状態に応じた前記補正パラメータである第１の補正パラメータを演算して該第１の補正パラメータを用いた前記補正処理を行い、
   前記第２の焦点検出領域において、前記第１の補正パラメータを用いた前記補正処理を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正演算部は、前記ケラレ状態に応じて、前記第２の焦点検出領域において前記第１の補正パラメータを用いた前記補正処理を行うか否かを選択することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 該撮像装置は、前記撮影光学系を含む光学装置の着脱が可能であるとともに、装着された前記光学装置との通信が可能であり、
   前記補正演算部は、前記光学装置から前記ケラレ状態に関する情報を通信により取得して前記補正パラメータを演算することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記補正パラメータは、前記ケラレ状態に応じて前記第１および第２の像信号のうち少なくとも一方に生じる信号レベルの低下、歪みおよびシェーディングのうちいずれかを補正するために用いられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 撮影光学系の射出瞳のうち第１の方向に異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ光電変換する第１の画素群および第２の画素群を有する撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記光束の前記撮影光学系によるケラレ状態に応じた補正パラメータを演算するパラメータ演算ステップと、
   前記第１の画素群の出力から得られる第１の像信号および前記第２の画素群の出力から得られる第２の像信号のうち少なくとも一方に対して前記補正パラメータを用いた補正処理を行う補正演算ステップと、
   該補正演算ステップにおいて少なくとも一方に対して前記補正処理がなされた前記第１および第２の像信号の位相差に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態の演算を行う焦点検出演算ステップとを有し、
   前記焦点検出演算ステップでは、撮影画面内に設けられた複数の焦点検出領域のうち選択された第１の焦点検出領域において前記焦点状態の演算を行うとともに、前記第１の焦点検出領域に対して前記第１の方向と直交する第２の方向に異なる位置にある第２の焦点検出領域において前記焦点状態の演算を行い、
   前記補正演算ステップでは、
   前記第１の焦点検出領域において、該第１の焦点検出領域に対応する前記ケラレ状態に応じた前記補正パラメータである第１の補正パラメータを演算して該第１の補正パラメータを用いた前記補正処理を行い、
   前記第２の焦点検出領域において、前記第１の補正パラメータを用いた前記補正処理を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。