JP6270601B2

JP6270601B2 - 撮像装置およびその制御方法、撮像システム

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Description

本発明は、光路内に進退可能なハーフミラーを有する撮像装置に関する。

特許文献１では、焦点検出素子の機能も兼ねている撮像素子を有する撮像装置が開示されている。特許文献１に記載の撮像装置は、光路中にハーフミラーが進入した際に、該ハーフミラーの進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、ハーフミラーの進入により各焦点検出画素に対応する瞳の位置がずれ、シェーディングが変化してしまうことについては考慮されていない。

そこで、本発明は、上記課題を鑑み、焦点検出に有利な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、光路に進退可能に設けられたハーフミラーと、撮像素子と、前記撮像素子から出力される信号をシェーディング補正する補正手段と、を有し、前記補正手段は、前記ハーフミラーの状態が前記光路から退避している退避状態にあるときは、第１のシェーディング補正値を用いて前記信号を補正し、前記ハーフミラーの状態が前記光路に進入している進入状態にあるときは、前記第１のシェーディング補正値とは異なる第２のシェーディング補正値を用いて前記信号を補正する、ことを特徴とする。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、焦点検出に有利な撮像装置を提供することができる。

本発明の実施例にかかる撮像装置の構成例を示す図である。撮像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。図４（Ａ）は、シェーディングの発生原理の説明図であり、図４（Ｂ）は、シェーディングを例示する図である。ハーフミラー１１７の進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が進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の進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が進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の進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が進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。

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。図１では、レンズ交換型の撮像装置（撮像システム）を例に説明するが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、レンズ一体型の撮像装置であってもよい。なお、被写体側を撮像装置の前方と定義し、像側を撮像装置の後方と定義して各部の位置関係を説明する。

図１では、撮像装置（本体）と、該撮像装置（本体）に着脱可能な撮影レンズと、が接続された状態を示している。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（被写体側）に位置し、光軸方向に進退可能な状態で不図示の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、撮像画素および焦点検出画素として機能する画素を複数備えている。このように、撮像素子１０７は焦点検出機能を備えている。

レンズＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１１０は、撮像装置本体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、光路に対し進退可能に設けられ、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が光路中に進入している状態を進入状態と呼び図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は進入状態において、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、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。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。第二の撮影モードでは、ハーフミラー１１７を観察時には進入状態に、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。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を進入状態にする。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は退避状態と進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ＣＰＵ（制御部）１２１は、不図示である、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、撮像素子１０７から出力される信号（画像データ）をシェーディング補正するシェーディング補正手段としての機能を有する。本発明におけるシェーディング補正手段は、ハーフミラー１１７の状態に応じて、撮像素子１０７から出力される信号を異なるシェーディング補正値で補正することを特徴とする。このシェーディング補正の詳細な内容に関しては後述する。また、ＣＰＵ１２１は、該シェーディング補正後の信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段としての機能を有する。なお、シェーディング補正手段は、後述する補正値算出部（シェーディング補正値決定手段）の機能も兼ねている。

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、レンズＲＯＭ１１０、ズーム駆動回路１２９は、それぞれ通信部１３０ａ−１３０ｄを介して撮像装置本体内の制御部（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、他の対角方向の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（焦点検出画素対）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１瞳領域とは異なる第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。このように、本発明の撮像素子は、光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して一対の信号を出力することが可能な画素を有する。各画素を構成する検出素子は、撮像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、副画素を焦点検出画素として使用する。なお、瞳分割可能であって焦点検出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発生する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、４０３ａ、４０３ｏ、４０３ｂ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４０３ｂ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の画素４０３ａ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（記憶手段）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。これにより、像高、射出瞳距離、および、絞り値に基づく第１のシェーディング補正値が算出可能となる。

次に、ハーフミラー１１７の進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の進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の進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が進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（ｘ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の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が進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）と表す。また、ハーフミラー１１７が進入状態のときの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が進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（Ｄ）に示すように、ｄ_Ｆ１だけずれるので、シェーディングは図５（Ｇ）となる。同様にＳ_Ｆ２において図５（Ｆ）、Ｓ_Ｆ３において図５（Ｅ）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が進入すると、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の進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が進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、ハーフミラー進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はそれぞれ光線Ｌ’_ＰＲ、Ｌ’_ＰＢと同波長の赤色、青色の光線であり、ハーフミラー進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、ハーフミラー進入状態の枠内の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が進入状態のときの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。また、枠面Ｓ_Ｆ４において、ハーフミラー１１７が退避状態のときの枠を５２２_Ｆ４（枠中心Ｃ_Ｆ４）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が進入状態のときの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（Ｅ）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の進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の進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。これにより、像高、射出瞳距離、絞り値、および、焦点検出画素の分光感度特性に基づく第２のシェーディング補正値が算出可能となる。

このように、本発明では、ハーフミラーの状態（退避状態または進入状態）に応じて、補正値算出係数が異なる。よって、ハーフミラーの状態に応じて、シェーディングの補正値（第１のシェーディング補正値および第２のシェーディング補正値）も異なる。本発明のシェーディング補正手段として機能するＣＰＵ１２１は、ハーフミラーの状態が光路から退避している退避状態にあるときは、第１のシェーディング補正値を用いて信号を補正する。また、ハーフミラーの状態が光路に進入している進入状態にあるときは、第１のシェーディング補正値とは異なる第２のシェーディング補正値を用いて信号を補正する。

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の進入に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の進入による周辺画素５０３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が進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の進入により、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が進入状態の瞳を表す。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の進入により、ｙ方向にずれる。つまり、図７（Ｂ）に示すように、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の進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が光路中に進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。これにより、撮影レンズと撮像素子の間にハーフミラーが進入した場合であっても、高精度なシェーディング補正を実現することにより高精度な焦点検出が可能である。したがって、本実施例によれば、焦点検出に有利な撮像装置を提供することができる。

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。

本発明は、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置に好適に利用できる。

１０７撮像素子
１１７ハーフミラー
１２１ＣＰＵ

Claims

光路に進退可能に設けられたハーフミラーと、
撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号をシェーディング補正する補正手段と、を有し、
前記補正手段は、
前記ハーフミラーの状態が前記光路から退避している退避状態にあるときは、第１のシェーディング補正値を用いて前記信号を補正し、
前記ハーフミラーの状態が前記光路に進入している進入状態にあるときは、前記第１のシェーディング補正値とは異なる第２のシェーディング補正値を用いて前記信号を補正する、ことを特徴とする撮像装置。
前記補正手段は、前記ハーフミラーが前記進入状態にあるときは、前記撮像素子の画素の分光感度特性に基づく前記第２のシェーディング補正値を用いて前記信号を補正する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１のシェーディング補正値は、像高、射出瞳距離、および、絞り値に基づく値であり、
前記第２のシェーディング補正値は、像高、射出瞳距離、絞り値、および、前記撮像素子の画素の分光感度特性に基づく値である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
前記撮像素子は、光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して一対の信号を出力することが可能な画素を有す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。
前記補正手段により補正された信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段を有することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記シェーディング補正値を算出するための近似関数の係数を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置に着脱可能な撮影レンズと、を有することを特徴とする撮像システム。
光路に進退可能に設けられたハーフミラーを駆動する駆動ステップと、
撮像素子から出力される信号をシェーディング補正する補正ステップと、を有し、
前記補正ステップは、
前記ハーフミラーの状態が前記光路から退避している退避状態にあるときは、第１のシェーディング補正値を用いて前記信号を補正し、
前記ハーフミラーの状態が前記光路に進入している進入状態にあるときは、前記第１のシェーディング補正値とは異なる第２のシェーディング補正値を用いて前記信号を補正する、ことを特徴とする撮像装置の制御方法。