JP6526294B2 - 撮像装置及びレンズ装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びレンズ装置に関し、特に電子カメラや顕微鏡等に利用されるオートフォーカスに関するするものである。

従来から、マイクロレンズ及びその光軸に対して光電変換部の相対位置を偏位させた画素を２次元的に多数配置した撮像素子が焦点検出素子の機能も兼ねている撮像装置が提案されている。これは、撮像装置の焦点検出方法の１つで、撮像素子に形成された焦点検出画素により位相差方式の焦点検出を行う撮像面位相差方式である。

特許文献１では、１つの画素に対して、１つのマイクロレンズと複数に分割された光電変換部が形成されている２次元撮像素子を用いた撮像装置が開示されている。分割された光電変換部は、１つのマイクロレンズを介して撮影レンズの射出瞳の異なる領域を受光するように構成され、瞳分割を行っている。これらの分割された光電変換部（焦点検出画素）で受光したそれぞれの焦点検出信号から像ずれ量を求め、像ずれ量と変換係数からデフォーカス量を算出することで、位相差方式の焦点検出を行うことができる。また、特許文献２では、分割された光電変換部で受光した焦点検出信号を加算することにより撮像信号を生成することが開示されている。

また、特許文献３では、複数の撮像画素からなる２次元撮像素子に、部分的に１対の焦点検出画素が配置された撮像装置が開示されている。１対の焦点検出画素は、開口部を有する遮光層により、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を受光するように構成され、瞳分割を行っている。２次元撮像素子の大部分に配置された撮像画素で撮像信号を取得し、一部に配置された焦点検出画素の焦点検出信号から像ずれ量を求めて、位相差方式の焦点検出を行うことが開示されている。

ところで、撮影時においては、焦点検出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。ケラレの発生は、生成された一対の撮像信号のうち少なくとも一方に、光量の低下による画像信号の強度むら（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撮像信号レベルの低下やシェーディングは、生成された一対の撮像信号の一致度を低下させ、焦点検出の精度を低下させることがある。

そこで、従来から、撮影光学系の異なる射出瞳領域を通過した光束を受光する画素群から得た一対の撮像信号のシェーディングを補正する技術が開示されている。例えば、特許文献４では、撮像素子の像高と歪曲収差量とのプロットを記憶し、その値から近似関数を導出することにより、データの必要量を抑えた歪曲左右差補正を行うことが記載されている。

特開昭５８−０２４１０５号公報 特開２００１−０８３４０７号公報 特開２０００−１５６８２３号公報 特開２００８−２５２５２２号公報

良好な焦点検出を行うためにはシェーディングの補正を高精度に行う必要がある。しかし、高精度にシェーディング補正を行うと、演算規模が大きくなり、演算処理に時間がかかるという課題がある。

また、交換レンズの場合、レンズ絞り値が開放側で、撮像素子の像高が高い場合には、複数のレンズ枠、絞り枠によりレンズ枠ケラレが生じ、レンズ毎に実効絞り値が変化する。そのため、交換レンズの機種によっては、中央像高の基準絞り値に応じて算出された変換係数では精度が十分ではなく、焦点検出性能が低下することがあるという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、焦点検出信号間の像ずれ量からデフォーカス量への換算に必要な変換係数の算出精度を改善し、焦点検出性能を向上することを目的とする。また、演算処理を低減した高精度なシェーディング補正を行うことを目的とする。

上述のような課題を解決するために、本発明の技術的特徴としては、撮像素子に複数配列された撮影光学系の第１瞳部分領域を通過する光束を受光する第１焦点検出画素の受光信号に基づいて第１焦点検出信号を生成し、前記第１瞳部分領域と異なる前記撮影光学系の第２瞳部分領域を通過する光束を受光する第２焦点検出画素の受光信号に基づいて第２焦点検出信号を生成する生成手段と、前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号に基づいて像ずれ量を算出し、前記像ずれ量と変換係数からデフォーカス量を検出する検出手段と、前記撮影光学系の光量情報を取得する取得手段と、前記光量情報、前記撮影光学系の絞り値、及び射出瞳距離に応じて、前記変換係数を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明により、焦点検出信号間の像ずれ量からデフォーカス量への換算に必要な変換係数の算出精度を改善し、焦点検出性能を向上することができる。また、演算処理を低減した高精度なシェーディング補正を行うことができる。

本発明の実施例１における撮像装置の概略構成図である。 本発明の実施例１における画素配列の概略図である。 本発明の実施例１における画素の概略平面図と概略断面図である。 本発明の実施例１における画素と瞳分割の概略説明図である。 本発明の実施例１における撮像素子と瞳分割の概略説明図である。 本発明の実施例１における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の概略関係図である。 本発明の実施例１における焦点検出処理と撮像処理の流れの概略図である。 本発明の実施例１における検出デフォーカス量の算出処理の流れの概略図である。 本発明の実施例１における露光量算出処理の流れの概略図である。 本発明の実施例１における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の瞳ずれの概略説明図である。 本発明の実施例１におけるデフォーカス変換係数の記憶形式の例である。 本発明の実施例１における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の枠ケラレの概略説明図である。 本発明の実施例１におけるレンズ光量情報の記憶形式の例である。 本発明の実施例１におけるデフォーカス変換係数の改善の例である。 本発明の実施例２におけるシェーディング補正処理の流れの概略図である。 本発明の実施例２におけるシェーディング補正係数の記憶形式の例である。 本発明の実施例２におけるデフォーカス変換係数の記憶形式の例である。

以下、本発明の例示的な実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

＜全体構成＞
図１は本発明における撮像素子を有する撮像装置の一例であるカメラの構成図を示している。同図において、１０１は撮影光学系の先端に配置された第１レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。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なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。１０３は第２レンズ群である。そして前記絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、前記第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。

１０５は第３レンズ群で、光軸方向の進退により、焦点調節を行なう（以下、フォーカスレンズともいう）。１０６は光学的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２次元ＣＭＯＳフォトセンサーと周辺回路からなる撮像素子であり、撮影光学系の結像面に配置される。

１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１ないし第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行なう。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なう。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焦点調節を行なう。

１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。１１６はＡＦ補助光手段で、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、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内のＣＰＵで、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有する。そして、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮像、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。

また、ＣＰＵ１２１には、後述の撮像素子の出力信号を用いた焦点調節で必要となる補正値算出係数が記憶されている。この補正値算出係数は、第３レンズ群１０５の位置に対応したフォーカス状態、第１レンズ群１０１ないし第２レンズ群１０３の位置に対応したズーム状態、撮影光学系のＦ値、撮像素子の設定瞳距離、画素サイズ毎に複数用意されている。焦点調節を行う際は、撮影光学系の焦点調節状態（フォーカス状態、ズーム状態）と絞り値、撮像素子の設定瞳距離、画素サイズの組み合わせに応じて最適な補正値算出係数が選択される。そして、選択された補正値算出係数と撮像素子の像高から補正値が算出される構成となっている。

本実施例１では、補正値算出係数をＣＰＵ１２１に記憶するように構成したが、記憶する手段はこれに限らない。例えば、交換レンズ式の撮像装置においては、撮影光学系を有する交換レンズが、不揮発性メモリを有し、そのメモリに上述の補正値算出係数を記憶してもよい。この場合には、撮影光学系の焦点調節状態に応じて、補正値算出係数を撮像装置に送信すればよい。

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手段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補助光手段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。１２５は画像処理回路で、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行なう。

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を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。１２８は絞りシャッタ駆動回路で、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。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を駆動する。

１３１はＬＣＤ等の表示装置で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の焦点検出領域の枠や合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチ群で、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。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、取得された画像を記録する。

＜撮像素子＞
本実施例１における撮像素子の撮像画素（及び焦点検出画素）の配列の概略図を図２に示す。

図２は、本実施例１の２次元ＣＭＯＳセンサー（撮像素子）の画素（撮像画素）配列を４列×４行の範囲で、焦点検出画素配列を８列×４行の範囲で示したものである。

実施例１において、図２に示した２列×２行の画素群２００は、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下に配置されている。さらに、各画素は２列×１行に配列された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２により構成されている。

図２に示した４列×４行の画素（８列×４行の焦点検出画素）を面上に多数配置し、撮像画像（焦点検出信号）の取得を可能としている。本実施例１では、画素の周期Ｐが４μｍ、画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、焦点検出画素の列方向周期Ｐ_ＡＦが２μｍ、焦点検出画素数Ｎ_ＡＦが横１１１５０列×縦３７２５行＝約４１５０万画素の撮像素子として説明を行う。

図２に示した撮像素子の１つの画素２００Ｇを、撮像素子の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図３（ａ）に示し、図３（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見た断面図を図３（ｂ）に示す。

図３に示すように、本実施例１の画素２００Ｇでは、各画素の受光側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が形成され、ｘ方向にＮ_Ｈ分割（２分割）、ｙ方向にＮ_Ｖ分割（１分割）された光電変換部３０１と光電変換部３０２が形成される。光電変換部３０１と光電変換部３０２が、それぞれ、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２に対応する。

光電変換部３０１と光電変換部３０２は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードとしても良いし、必要に応じて、イントリンシック層を省略し、ｐｎ接合フォトダイオードとしても良い。

各画素には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１および光電変換部３０２との間に、カラーフィルター３０６が形成される。また、必要に応じて、各副画素毎にカラーフィルターの分光透過率を変えても良いし、カラーフィルターを省略しても良い。

図３に示した画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルター３０６で分光されたのち、光電変換部３０１と光電変換部３０２で受光される。

光電変換部３０１と光電変換部３０２では、受光量に応じて電子とホールが対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層（不図示）に蓄積され、一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて撮像素子外部へ排出される。

光電変換部３０１と光電変換部３０２のｎ型層（不図示）に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換される。

図３に示した本実施例１の画素構造と瞳分割との対応関係を示した概略説明図を図４に示す。図３（ａ）に示した本実施例１の画素構造のａ−ａ断面を＋ｙ側から見た断面図と撮影光学系の射出瞳面を図４に示す。図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図のｘ軸とｙ軸を図３に対して反転させている。

図４で、第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、重心が−ｘ方向に偏心している光電変換部３０１の受光面と、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第１焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、瞳面上で＋Ｘ側に重心が偏心している。

図４で、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、重心が＋ｘ方向に偏心している光電変換部３０２の受光面と、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第２焦点検出画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏心している。

また、図４で、瞳領域５００は、光電変換部３０１と光電変換部３０２（第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２）を全て合わせた際の画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。

撮像面位相差ＡＦでは、撮像素子のマイクロレンズを利用して瞳分割するため回折の影響を受ける。図４で、射出瞳面までの瞳距離が数１０ｍｍであるのに対し、マイクロレンズの直径は数μｍである。そのため、マイクロレンズの絞り値が数万となり、数１０ｍｍレベルの回折ボケが生じる。よって、光電変換部の受光面の像は、明瞭な瞳領域や瞳部分領域とはならずに、瞳強度分布（受光率の入射角分布）となる。

本実施例１の撮像素子と瞳分割との対応関係を示した概略図を図５に示す。第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２の異なる瞳部分領域を通過した光束は、撮像素子の各画素に、それぞれ、異なる角度で入射し、２×１分割された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２で受光される。本実施例１は、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されている例である。必要に応じて、垂直方向に瞳分割を行っても良い。

本実施例１の撮像素子は、第１焦点検出画素と、第２焦点検出画素とを有する撮像画素が複数配列されている。

第１焦点検出画素は、撮影光学系の第１瞳部分領域を通過する光束を受光する。また、第２焦点検出画素は、第１瞳部分領域と異なる撮影光学系の第２瞳部分領域を通過する光束を受光する。また、撮像画素は、撮影光学系の第１瞳部分領域と第２瞳部分領域を合わせた瞳領域を通過する光束を受光する。本実施例１の撮像素子では、それぞれの撮像画素が第１焦点検出画素と第２焦点検出画素から構成されている。

必要に応じて、撮像画素と第１焦点検出画素、第２焦点検出画素を個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素を部分的に配置する構成としても良い。

本実施例１では、撮像素子の各画素の第１焦点検出画素２０１の受光信号を集めて第１焦点信号を生成し、各画素の第２焦点検出画素２０２の受光信号を集めて第２焦点信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子の各画素毎に、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２の信号を加算することで、有効画素数Ｎの解像度の撮像信号（撮像画像）を生成する。

＜デフォーカス量と像ずれ量の関係＞
以下、本実施例１の撮像素子により取得される第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係について説明する。

図６に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の概略関係図を示す。撮像面８００に本実施例１の撮像素子（不図示）が配置され、図４、図５と同様に、撮影光学系の射出瞳が、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２に２分割される。

デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像面までの距離を大きさ｜ｄ｜とし、被写体の結像位置が撮像面より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）として定義される。また、被写体の結像位置が撮像面より被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面（合焦位置）にある合焦状態はｄ＝０である。図５で、被写体８０１は合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、被写体８０２は前ピン状態（ｄ＜０）の例を示している。前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）を合わせて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）とする。

前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち、第１瞳部分領域５０１（第２瞳部分領域５０２）を通過した光束は、一度、集光した後、光束の重心位置Ｇ１（Ｇ２）を中心として幅Γ１（Γ２）に広がり、撮像面８００でボケた像となる。ボケた像は、撮像素子に配列された各画素を構成する第１焦点検出画素２０１（第２焦点検出画素２０２）により受光され、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）が生成される。よって、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）は、撮像面８００上の重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体８０２が幅Γ１（Γ２）にボケた被写体像として記録される。被写体像のボケ幅Γ１（Γ２）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。同様に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ量ｐ（＝光束の重心位置の差Ｇ１−Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となるが、同様である。

したがって、本実施例１では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号、もしくは、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する。

＜焦点検出＞
以下、本実施例１における位相差方式の焦点検出について説明する。

本実施例１の位相差方式の焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量を計算し、相関（信号の一致度）が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する関係性から、像ずれ量を変換係数により検出デフォーカス量に変換して焦点検出を行う。

図７に、本実施例１の第１焦点検出処理の流れの概略図を示す。なお、図７の動作は、撮像素子１０７、画像処理回路１２５とＣＰＵ１２１によって実行される。

ステップＳ０１０で、撮像素子の有効画素領域の中から、焦点調節を行う像高（Ｘ，Ｙ）を中心とする焦点検出領域を設定する。

ステップＳ０２０で、焦点検出領域の第１焦点検出画素の受光信号から第１焦点検出信号を生成し、焦点検出領域の第２焦点検出画素の受光信号から第２焦点検出信号を生成する。

ステップＳ０３０で、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、それぞれ、信号データ量を抑制するために列方向に３画素加算処理を行い、さらに、ＲＧＢ信号を輝度信号にするためにベイヤー（ＲＧＢ）加算処理を行う。これら２つの加算処理を合わせて画素加算処理とする。

ステップＳ０４０では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、それぞれ、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。

以下、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の瞳ずれによる像ずれ量から検出デフォーカス量への換算に必要な変換係数の変化と、シェーディングについて説明する。図１０に、基線長ＢＬ０、ＢＬ１、ＢＬ２、撮像素子の周辺像高における第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２、および撮影光学系の射出瞳４００の関係を示す。

図１０（ａ）は、撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子の設定瞳距離Ｄｓが同じ場合である。この場合は、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２により、撮影光学系の射出瞳４００が、概ね、均等に瞳分割される。射出瞳４００内部における、それぞれ第１瞳部分領域５０１の重心と第２瞳部分領域５０２の重心との間隔である基線長をＢＬ０で示す。この時、像ずれ量から検出デフォーカス量への換算に必要な変換係数Ｋ０は、Ｋ０＝Ｄｓ／ＢＬ０で求められる。

これに対して、図１０（ｂ）に示した撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより短い場合、撮像素子の周辺像高では、撮影光学系の射出瞳と撮像素子の入射瞳の瞳ずれを生じ、撮影光学系の射出瞳４００が、不均一に瞳分割されてしまう。したがって、基線長は片側に偏ったＢＬ１となり、それに伴い、変換係数Ｋ１＝Ｄｓ／ＢＬ１と変化する。

同様に、図１０（ｃ）に示した撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより長い場合、撮像素子の周辺像高では、撮影光学系の射出瞳と撮像素子の入射瞳の瞳ずれを生じ、撮影光学系の射出瞳４００が、不均一に瞳分割されてしまう。したがって、基線長は、図１０（ｂ）と反対側に偏ったＢＬ２となり、それに伴い、変換係数Ｋ２＝Ｄｓ／ＢＬ２と変化する。

また、周辺像高で瞳分割が不均一になるのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の強度も不均一になり、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のいずれか一方の強度が大きくなり、他方の強度が小さくなるシェーディングが生じる。

さらに、撮影光学系の絞り値が変わると、図１０の射出瞳４００の大きさが変化するため、絞り値に応じても変換係数とシェーディングが変化することがわかる。

したがって、像ずれ量から検出デフォーカス量への変換係数、および、シェーディングは撮影光学系の絞り値と射出瞳距離、撮像素子の瞳強度分布（光学特性）、および像高に応じて変化することがわかる。

図７のステップＳ０４０では、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（撮影光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じて、第１焦点検出信号の第１シェーディング補正係数と、第２焦点検出信号の第２シェーディング補正係数を、それぞれ生成する。第１シェーディング補正係数を第１焦点検出信号に乗算し、第２シェーディング補正係数を第２焦点検出信号に乗算して、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のシェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。

位相差方式の第１焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関（信号の一致度）を基に、検出デフォーカス量の検出を行う。瞳ずれによるシェーディングが生じると第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関（信号の一致度）が低下する場合がある。よって、位相差方式の焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関（信号の一致度）を改善し、焦点検出性能を良好とするために、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行うことが望ましい。

撮像素子の設定瞳距離が同じで、撮影光学系の射出瞳距離が変化する場合の例で瞳ずれの説明を行ったが、逆に、撮影光学系の射出瞳距離が同じで、撮像素子の設定瞳距離が変化する場合も同様である。撮像面位相差方式の焦点検出では、この撮像素子の設定瞳距離の変化に伴い、焦点検出画素（第１焦点検出画素、第２焦点検出画素）が受光する光束と、撮像画素が受光する光束も変化する。

図７のステップＳ０５０では、相関（信号の一致度）を良くして焦点検出精度を向上するために、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、特定の通過周波数帯域を有するバンドパスフィルター処理を行う。バンドパスフィルターの例としては、ＤＣ成分をカットしてエッジ抽出を行う｛１、４、４、４、０、−４、−４、−４、−１｝などの差分型フィルターや、高周波ノイズ成分を抑制する｛１、２、１｝などの加算型フィルターがある。

次に、図７のステップＳ０６０では、フィルター処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせるシフト処理を行い、信号の一致度を表す相関量を算出する。

フィルター処理後のｋ番目の第１焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷとする。シフト処理によるシフト量をｓ、シフト量ｓのシフト範囲をΓとして、相関量ＣＯＲは、式（１）により算出される。

シフト量ｓのシフト処理により、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ−ｓ番目の第２焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ）を対応させ減算し、シフト減算信号を生成する。生成されたシフト減算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域に対応する範囲Ｗ内で番号ｋの和を取り、相関量ＣＯＲ（ｓ）を算出する。必要に応じて、各行毎に算出された相関量を、各シフト量毎に、複数行に渡って加算しても良い。

ステップＳ１００では、相関量から、サブピクセル演算により、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して像ずれ量ｐとする。像ずれ量ｐに、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（撮影光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた変換係数Ｋをかけて、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）を検出する。

本実施例１では、位相差方式の焦点検出手段により、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号から相関量を算出し、相関量から検出デフォーカス量を検出する。

以下に、図７ステップ１００で説明した検出デフォーカス量を算出する処理ついての詳細を説明する。図８に、検出デフォーカス量を算出する処理ついての詳細を示す。

ステップＳ１１０では、相関量から、サブピクセル演算により、像ずれ量ｐを算出する。

ステップＳ１２０では、焦点検出領域の像高（Ｘ，Ｙ）にける相関シフト方向（本実施例１では瞳分割方向である水平方向の像高成分）Ｘを取得する。
ステップＳ１３０では、焦点検出領域の像高の相関シフト方向Ｘの絶対値｜Ｘ｜に対応した光量情報Ｖ（Ｘ）を取得する。

図１３に焦点検出領域の像高に応じて記憶された露光調整に用いる光量情報（レンズ枠ケラレによる光量低下量情報）を示す。焦点検出に用いる場合の光量情報Ｖ（Ｘ）の算出方法としては、焦点検出領域のＸ方向（相関シフト方向）の像高の絶対値｜Ｘ｜を用い（式２）、図１３のように像高で離散的に記憶された光量情報Ｖの中から、最も近い像高Ｈを選択する。もしくは、精度良く光量情報Ｖを算出する場合には像高の近い２点の光量情報を補間して光量情報を算出する。

ステップＳ１４０では、撮影条件の絞り値Ｆと、ステップＳ１３０で算出した光量情報Ｖ（Ｘ）を用いて式（３）により実効絞り値Ｆｅｆｆ（有効絞りともいう）を算出する。

図１２に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のレンズ枠ケラレの概略を示す。図１２を用いて、撮像素子の中央像高における基準絞り値を光量情報Ｖを用いて補正し、実効絞り値を算出する理由を説明する。

図１２（ａ）に、単一円形枠によるレンズ枠ケラレの場合における撮像素子の周辺像高における第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２、および撮影光学系の射出瞳４００の関係を示す。図１２（ａ）の単一のレンズ枠ケラレの場合、基線長はＢＬ１の長さとなる。

しかしながら、レンズ絞り値が開放側で、撮像素子の像高が高い場合、複数のレンズ枠、絞り枠によるレンズ枠ケラレが生じる。

図１２（ｂ）に、複数のレンズ枠、絞り枠によるレンズ枠ケラレの場合における撮像素子の周辺像高における第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２、撮影光学系の射出瞳４００、４０１の関係を示す。図１２（ｂ）の複数のレンズ枠、絞り枠によるレンズ枠ケラレの場合、基線長はＢＬ３の長さとなる。複数（２つ）のレンズ枠によりケラレているため、図１２（ａ）の基線長ＢＬ１よりも短い。複数のレンズ枠、絞り枠によりケラレるため、概ね、実効絞り値は中央像高における基準絞り値より暗くなり、基線長は短くなる傾向となる。

図１３に示した光量情報を用い、基準絞り値から実効絞り値が算出される理由を説明する。絞り値の違いは光量の違いとして表れる。図１３に示した光量情報は、各レンズ毎で異なる露光調整用に記憶されたレンズ枠ケラレによる光量低下量情報であるため、中央像高を基準として、各像高の光量の変化量（低下量）が分かる。そのため、基準絞り値に光量の変化量の逆数をかけることで実効絞り値を算出することができる。

ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０で算出した実効絞り値Ｆｅｆｆと、撮影光学系の射出瞳距離ＰＯをもとに、図１１のように絞り値と射出瞳距離の組合せによってテーブルに記憶された変換係数Ｋ（Ｘ，Ｙ）を選択する。変換係数は焦点検出領域の像高応じても変化する。像高の違いによる変換係数の変化に対しては、本実施例１では焦点検出領域を複数に像高分割して、分割された領域毎に図１１に示したテーブルを記憶することで対応している。

ステップＳ１６０では、検出デフォーカス量Ｄｅｆを式（５）にて算出する。

以上が図７のステップ１００の詳細である。

ステップＳ０７０では、検出デフォーカス量Ｄｅｆの絶対値が所定値１より大きい場合は、ステップＳ０８０に進む。ステップＳ０８０で、検出デフォーカス量Ｄｅｆに応じてレンズ駆動を行い、再び、ステップＳ０１０に進む。

ステップＳ０７０では、検出デフォーカス量Ｄｅｆの絶対値が所定値１以下の場合は、撮影光学系の最良合焦位置近傍と判定して、焦点調節動作を終了する。

ステップＳ２００では、撮影画像の露光量を算出する。露光量の算出方法に関しては図１３を用いて説明する。

図１３を用い、撮像用の光量情報Ｖの算出方法を説明する。周辺像高での周辺光量落ちは画面中心を頂点として同心円状に落ちていくため、像高Ｈは焦点検出領域の像高が（Ｘ，Ｙ）の場合、式（６）にて算出される。

式（６）で算出された像高Ｈを用いて光量情報を算出する方法としては、焦点検出時の場合と同様に、最も近い像高Ｈの光量情報Ｖを選択しても良いし、像高の近い２点の光量情報を用いて補間演算を行い、光量情報Ｖを算出しても良い。

露光調整時に、図１３に示した光量情報が必要な理由を説明する。被写体が像高の高い位置にあり、周辺光量落ちを考慮せずに被写体に露光を合わせた場合、光量が落ちた場所で明るさを調整してしまうため中央部分が白飛びしてしまう。この周辺光量落ちはレンズ毎で異なるため、通常レンズ毎で固有の光量情報を持っている。

図９は、ステップＳ２００の詳細を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２１０では、像高（Ｘ、Ｙ）毎に測光量Ｌを取得する。ステップＳ２２０では、像高の大きさＲ＝｜（Ｘ、Ｙ）｜に応じて、光量情報Ｖ（Ｒ）を算出する。ステップＳ２３０では、補正後の測光量Ｌ／Ｖ（Ｒ）を算出する。ステップＳ２４０では、補正後の測光量に応じて、露光量を算出する。

図７のステップＳ０９０では、ステップＳ２００で算出された露光量をもとに、撮影し、画像取得を行う。

図１４に、変換係数を高精度に算出することで、焦点検出精度が向上する様子を示す。図１４中の破線は基準絞り値を用いた場合の焦点検出結果、太い実践は実効絞り値を用いた場合の焦点検出結果、細い実践は設定デフォーカス量と検出デフォーカス量が一致した場合の理想直線である。

光量情報を用いて実効絞り値を算出し、変換係数を算出するため、基線長は短くなる。変換係数は基線長の逆数のため変換係数自体は大きくなる。そのため、基準絞り値を用いて焦点検出を行った場合と比較して、実効絞り値を用いて変換係数を行った場合の方が検出デフォーカス量が大きくなる方向に改善される。

像ずれ量から検出デフォーカス量への変換係数は、通常、撮像装置に固有な撮像素子の光学特性と、交換レンズに固有なレンズ情報（フォーカス位置、ズーム位置、絞り値、レンズ枠、絞り枠など）の膨大な組み合わせ毎に、個別に算出することが必要な値である。

本実施例１では、まず、交換レンズに固有なレンズ情報を、交換レンズの機種毎に固有の複数のレンズ枠ケラレによる光量情報と、交換レンズ間で共有化できるレンズの絞り値と射出瞳距離の情報とに分割を行う。交換レンズに固有の光量情報は、交換レンズの機種毎に個別に各交換レンズに保持をする。一方、交換レンズ間で共有化できるレンズの絞り値と射出瞳距離の情報と、撮像装置に固有な撮像素子の光学特性に応じて、像ずれ量から検出デフォーカス量への変換係数を算出して、撮像装置側に保持をする。これにより、交換レンズ側の光量情報と、撮像装置側の変換係数とを、それぞれ、独立性を保って保持することが可能となる。また、両者の情報を組み合わせて利用することにより、各交換レンズと各撮像装置の組み合わせに適した変換係数を、高精度に算出することができる。

以上の構成により、交換レンズの機種毎に、焦点検出信号間の像ずれ量からデフォーカス量への換算に必要な変換係数の算出精度を改善し、焦点検出性能を向上することが可能となる。

＜焦点検出＞
以下に、図７のステップ０４０で説明したシェーディング補正処理に、光量情報を用いて算出する場合ついての詳細を説明する。図１５に、シェーディング補正処理ついての詳細を示す。

ステップＳ０４１では、焦点検出領域の像高（Ｘ，Ｙ）にける相関シフト方向（本実施例１では瞳分割方向である水平方向の像高成分）Ｘを取得する。

ステップＳ０４２では、焦点検出領域の像高の相関シフト方向Ｘの絶対値｜Ｘ｜に対応した光量情報Ｖ（Ｘ）を図８ステップＳ１３０同様に取得する。

ステップＳ０４３では、撮影条件の絞り値Ｆと、ステップＳ０４１で算出した光量情報Ｖ（Ｘ）を用いて式（３）により実効絞り値Ｆｅｆｆを算出する。

図１６に、像高により変化するシェーディング補正値を算出するために、像高関数の各次数の係数を絞り値と射出瞳距離に応じて記憶されたシェーディング補正係数のテーブルを示す。

ステップＳ０４４では、ステップＳ０４３で算出された実効絞り値と撮影レンズの射出瞳距離を用いてシェーディング補正係数Ｓ１０〜Ｓ２４を選択する。

ステップＳ０４５では、ステップＳ０４４で選択されたシェーディング補正係数を用いて、第１焦点検出信号の第１シェーディング補正値Ｓ１（Ｘ，Ｙ）と，第２焦点検出信号の第２シェーディング補正値Ｓ２（Ｘ，Ｙ）を式（７）、（８）にて算出する。

ステップＳ０４６では、ステップＳ０４５で算出したシェーディング補正値Ｓ１（Ｘ，Ｙ）、Ｓ２（Ｘ，Ｙ）をもちいてシェーディング補正を行う。

実施例１では、デフォーカスの変換係数は、図１３に示すように像高毎に固定値で記憶される場合を示した。本実施例２では、演算量が増加する代わりに、メモリの記憶容量を減らすために、図１７のようにシェーディング補正係数同様像高の係数を記憶しておき、式（９）のように像高の関数としてデフォーカスの変換係数を算出する。

ステップＳ１５０でステップＳ１４０で算出した実効絞り値Ｆｅｆｆと、撮影光学系の射出瞳距離ＰＯをもとに、絞り値と射出瞳距離の組合せによってテーブルに記憶された変換係数Ｋ（Ｘ，Ｙ）を選択する。

上記以外は、実施例１と同様である。以上の構成により、交換レンズの機種毎に、焦点検出信号間の像ずれ量からデフォーカス量への換算に必要な変換係数の算出精度を改善し、焦点検出性能を向上することが可能となる。

図７〜９および１５に示した各処理は、上述のように各処理の機能を実現する為のプログラムを不図示のメモリから読み出してＣＰＵ１２１などが実行することによりその機能を実現させるものである。

しかし、本発明は上述した構成に限定されるものではなく、図７〜９および１５に示した各処理の全部または一部の機能を専用のハードウェアにより実現してもよい。また、上述したメモリは、コンピュータ読み取り、書き込み可能な記録媒体より構成されてもよい。例えば、光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリや、ＣＤ−ＲＯＭ等の読み出しのみが可能な記録媒体、ＲＡＭ以外の揮発性のメモリ、あるいはこれらの組合せにより構成された記録媒体である。

また、図７〜９および１５に示した各処理の機能を実現する為のプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各処理を行っても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。具体的には、記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボ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き込まれた場合も含む。この場合、書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボ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。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発メモリ（ＲＡＭ）も含む。このように、一定時間プログラムを保持しているものも「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」に含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現する為のものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

また、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等のプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体およびプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。

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。

１０１ 第１レンズ群
１０２ 絞り兼用シャッタ
１０３ 第２レンズ群
１０５ 第３レンズ群
１０６ 光学的ローパスフィルタ
１０７ 撮像素子
１２１ ＣＰＵ
１２６ フォーカス駆動回路
１２８ 絞りシャッタ駆動回路
１２９ ズーム駆動回路

Claims (13)

1. 撮像素子に複数配列された撮影光学系の第１瞳部分領域を通過する光束を受光する第１焦点検出画素の受光信号に基づいて第１焦点検出信号を生成し、前記第１瞳部分領域と異なる前記撮影光学系の第２瞳部分領域を通過する光束を受光する第２焦点検出画素の受光信号に基づいて第２焦点検出信号を生成する生成手段と、
   前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号に基づいて像ずれ量を算出し、前記像ずれ量と変換係数からデフォーカス量を検出する検出手段と、
   前記撮影光学系の光量情報を取得する取得手段と、
   前記光量情報、前記撮影光学系の絞り値、及び射出瞳距離に応じて、前記変換係数を算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とする検出装置。
2. 前記光量情報は前記像ずれ量を算出するための前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号を取得した前記撮像素子の像高に応じた情報であることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記取得手段は前記像高に応じて離散的な光量情報を補間して前記像高に応じた光量情報を取得することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
4. 前記算出手段は、前記光量情報と前記撮影光学系の絞り値から、前記像高に応じた有効絞り値を算出する有効絞り値算出手段を含み、
   前記算出手段は、前記像高に応じた有効絞り値を用いて前記変換係数を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の検出装置。
5. 前記光量情報は前記撮影光学系複数のレンズ枠ケラレによるケラレ情報を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置と、
   交換可能な撮影光学系と、
   前記撮影光学系からの光を受光する撮像素子と、
   前記でフォーカス量に基づいて前記撮影光学系の焦点を調整する調整手段と、を備える撮像装置。
7. 前記光量情報は前記交換可能な撮影光学系の固有の情報と、前記交換可能な撮影光学系に共通の情報とを含むことと特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記第１瞳部分領域と第２瞳部分領域は前記撮影光学系の射出瞳を所定の方向に分割し、
   前記光量情報は前記所定の方向に対応していることを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
9. 前記撮影光学系の絞り値を制御する絞り制御手段をさらに備え、
   前記前記算出手段は、絞り値が開放側で前記像高が高い場合に前記前記光量情報に応じて、前記変換係数を算出することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. カメラボディに備え付けられた撮像素子の受光信号における像ずれ量に基づいて、焦点調整可能なレンズユニットを含むレンズ装置であって、
    前記像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数の算出に用いる光量情報を保持するメモリと、
    前記カメラボディにおいて、デフォーカス量を算出するために前記光量情報を送信する送信手段と、
    を備えることを特徴とするレンズ装置。
11. 前記光量情報は前記像ずれ量を算出するための受光信号を取得した前記撮像素子の像高に応じた情報であることを特徴とする請求項１０に記載のレンズ装置。
12. 前記光量情報は前記像高に応じて離散的であることを特徴とする請求項１１に記載のレンズ装置。
13. 前記光量情報は前記撮影光学系複数のレンズ枠ケラレによるケラレ情報を含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の検出装置。