JPWO2014041845A1 - 撮像装置及び信号処理方法 - Google Patents

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Abstract

撮像素子５は、撮像用画素セル５１と位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌとを備える。デフォーカス量算出部１９は、撮像素子５からの撮像画像信号に含まれる撮像用画素セル５１の出力信号、位相差検出用画素セル５１Ｒの出力信号、及び位相差検出用画素セル５１Ｌの出力信号を用いて、近接する位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌの感度差を補正するための補正データを生成し、ＡＦ指示があると、位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌの出力信号を上記補正データを用いて補正し、補正後の出力信号にしたがってデフォーカス量を算出する。

Description

本発明は、撮像装置及び信号処理方法に関する。
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子の高解像度化に伴い、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、スマートフォン等の携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ，携帯情報端末）等の撮影機能を有する情報機器の需要が急増している。なお、以上のような撮像機能を有する情報機器を撮像装置と称する。
これら撮像装置では、主要な被写体に焦点を合わせる合焦制御方法として、コントラストＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ、自動合焦）方式や位相差ＡＦ方式が採用されている。位相差ＡＦ方式は、コントラストＡＦ方式に比べて合焦位置の 検出を高速，高精度に行うことができるため、様々な撮像装置で多く採用されている。
例えば、特許文献１には、撮像素子の画素セルの一部を位相差検出用の画素セルとし、位相差検出用の画素セルから読み出した信号を用いて位相差ＡＦを行う撮像装置が開示されている。
特許文献１の撮像装置は、レンズ情報、測距点情報、及び最新のデフォーカス情報から、一対の位相差検出用の画素セルの一方で撮像して得られる被写体像Ａ像と、一対の位相差検出用の画素セルの他方で撮像して得られる被写体像Ｂ像のシェーディングを予測し、Ａ像Ｂ像の光量比を調節するシェーディング補正を行うことで、位相差ＡＦの精度を向上させている。
また、位相差ＡＦに関する技術ではないが、シェーディング補正に関する技術として、特許文献２には、ライブビュー画像を用いてシェーディング補正係数を算出するレンズ交換式の撮像装置が開示されている。
日本国特開２０１０−２８６８２６号公報 日本国特開２００９−１５９０９３号公報
特許文献１のように、レンズ情報を用いて位相差のある一対の画像のシェーディング補正を行う方法では、レンズ情報を内蔵していないレンズには対応することができない。
特許文献２によれば、ライブビュー画像を用いてシェーディング補正係数を算出するため、どのようなレンズに対しても、シェーディング補正を正確に行うことができる。しかし、特許文献２に記載の技術は、位相差検出用の画素セルを持たない撮像素子を用いることが前提である。このため、位相差のある一対の画像のシェーディング補正を行う技術には適用できない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、位相差のある一対の画像のシェーディング補正を精度良く行うことのできる撮像装置及び信号処理方法を提供することを目的とする。
本発明の撮像装置は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置であって、上記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素セル、上記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素セル、及び上記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素セルを含む撮像素子と、上記撮像素子により被写体を撮像して得られる撮像画像信号に含まれる上記撮像用画素セルの出力信号、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号、及び上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号を用いて、上記第一の位相差検出用画素セルと上記第二の位相差検出用画素セルの感度差を補正するための補正データを生成する補正データ生成部と、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号の少なくとも一方を上記補正データにしたがって補正する信号補正部とを備え、上記補正データ生成部は、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号とその第一の位相差検出用画素セルに近接する上記撮像用画素セルの出力信号との比、及び、その第一の位相差検出用画素セルに近接する上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号とその第二の位相差検出用画素セルに近接する上記撮像用画素セルの出力信号との比を算出し、上記２つの比に基づいて上記補正データを生成するものである。
本発明の信号処理方法は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置における信号処理方法であって、上記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素セル、上記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素セル、及び上記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素セルを含む撮像素子により被写体を撮像し、その撮像により得られる撮像画像信号に含まれる上記撮像用画素セルの出力信号、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号、及び上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号を用いて、上記第一の位相差検出用画素セルと上記第二の位相差検出用画素セルの感度差を補正するための補正データを生成する補正データ生成ステップと、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号の少なくとも一方を上記補正データにしたがって補正する信号補正ステップとを備え、上記補正データ生成ステップでは、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号とその第一の位相差検出用画素セルに近接する上記撮像用画素セルの出力信号との比、及び、その第一の位相差検出用画素セルに近接する上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号とその第二の位相差検出用画素セルに近接する上記撮像用画素セルの出力信号との比を算出し、上記２つの比に基づいて上記補正データを生成するものである。
本発明によれば、位相差のある一対の画像のシェーディング補正を精度良く行うことのできる撮像装置及び信号処理方法を提供することができる。
本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例としてのデジタルカメラの概略構成を示す図 図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の構成を示す平面模式図 固体撮像素子５における行方向Ｘの位置での位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌの感度比を示す図 図３に示す位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌの感度比を揃えた状態を示す図 図１に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート 図１に示すデジタルカメラの動作の変形例を説明するためのフローチャート 図５のステップＳ４〜Ｓ６までの処理の変形例を示すフローチャート 図７のステップＳ４４を説明するための図 図７に示すフローチャートの変形例を示す図 被写体のエッジが固体撮像素子にかかっているときの状態を示す図 図２に示す固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ａを示す図 図２に示す固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｂを示す図
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例としてのデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図１に示すデジタルカメラの撮像系は、撮像光学系としてのレンズ装置（撮影レンズ１と絞り２とを含む）と、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子５とを備えている。図１の例では固体撮像素子５をＣＭＯＳ型としているがＣＣＤ型のものを用いてもよい。
撮影レンズ１及び絞り２を含むレンズ装置は、カメラ本体に着脱可能となっており、別のものに交換することができる。
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御する。また、システム制御部１１は、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１に含まれるフォーカスレンズの位置を調整したり、撮影レンズ１に含まれるズームレンズの位置の調整を行ったりする。更に、システム制御部１１は、絞り駆動部９を介して絞り２の開口量を制御することにより、露光量の調整を行う。
また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像画像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備える。アナログ信号処理部６及びＡ／Ｄ変換回路７は、システム制御部１１によって制御される。アナログ信号処理部６及びＡ／Ｄ変換回路７は固体撮像素子５に内蔵されることもある。
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、Ａ／Ｄ変換回路７から出力される撮像画像信号に対し、補間演算、ガンマ補正演算、及びＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って撮影画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された撮影画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、デフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された表示部２３が接続される表示制御部２２とを備えている。メモリ制御部１５、デジタル信号処理部１７、圧縮伸張処理部１８、デフォーカス量算出部１９、外部メモリ制御部２０、及び表示制御部２２は、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
図２は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の構成を示す平面模式図である。
固体撮像素子５は、行方向Ｘ及びこれに直交する列方向Ｙに二次元状に配列された多数の画素セル５１（図中の各正方形のブロック）を備えている。図２では全ての画素セル５１は図示していないが、実際には、数百万〜１千数万個程度の画素セル５１が二次元状に配列される。固体撮像素子５により撮像を行うと、この多数の画素セル５１の各々から出力信号が得られる。この多数の出力信号の集合を本明細書では撮像画像信号という。
各画素セル５１は、フォトダイオード等の光電変換部と、この光電変換部上方に形成されたカラーフィルタと、光電変換部に蓄積された信号電荷に応じた信号を出力する信号出力回路とを含む。
信号出力回路は、良く知られているＭＯＳ回路であり、例えば、光電変換部に蓄積された電荷が転送される電荷蓄積部と、光電変換部の電荷を電荷蓄積部に転送するための転送トランジスタと、電荷蓄積部の電位をリセットするリセットトランジスタと、電荷蓄積部の電位に応じた信号を出力する出力トランジスタと、出力トランジスタから出力信号線に信号を選択的に出力させるための行選択トランジスタとを含んで構成される。
図２では、赤色光を透過するカラーフィルタを含む画素セル５１には“Ｒ”の文字を付し、緑色光を透過するカラーフィルタを含む画素セル５１には“Ｇ”の文字を付し、青色光を透過するカラーフィルタを含む画素セル５１には“Ｂ”の文字を付している。
多数の画素セル５１は、行方向Ｘに並ぶ複数の画素セル５１からなる画素セル行を、列方向Ｙに複数個並べた配列となっている。そして、奇数行の画素セル行と偶数行の画素セル行は、各画素セル行の画素セル５１の配列ピッチの略１／２、行方向Ｘにずれている。
奇数行の画素セル行の各画素セル５１に含まれるカラーフィルタの配列は全体としてベイヤ配列となっている。また、偶数行の画素セル行の各画素セル５１に含まれるカラーフィルタの配列も全体としてベイヤ配列となっている。奇数行にある画素セル５１と、この画素セル５１に対して右下に隣接する、この画素セル５１と同色光を検出する画素セル５１とがペア画素を構成する。
このような画素セル配列の固体撮像素子５によれば、ペア画素を構成する２つの画素セル５１の出力信号を加算することでカメラの高感度化を図ったり、ペア画素を構成する２つの画素セル５１の露光時間を変え、かつ、この２つの画素セル５１の出力信号を加算することでカメラの広ダイナミックレンジ化を図ったりすることができる。
固体撮像素子５では、多数の画素セル５１のうちの一部が位相差検出用画素セルとなっている。
位相差検出用画素セルは、複数の位相差検出用画素セル５１Ｒと複数の位相差検出用画素セル５１Ｌとを含む。
複数の位相差検出用画素セル５１Ｒは、撮影レンズ１の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束の一方（例えば瞳領域の右半分を通過した光束）を受光し受光量に応じた信号を出力する。つまり、固体撮像素子５に設けられた複数の位相差検出用画素セル５１Ｒは、撮影レンズ１の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束の一方によって形成される像を撮像するものとなる。
複数の位相差検出用画素セル５１Ｌは、上記一対の光束の他方（例えば瞳領域の左半分を通過した光束）を受光し受光量に応じた信号を出力する。つまり、固体撮像素子５に設けられた複数の位相差検出用画素セル５１Ｌは、撮影レンズ１の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束の他方によって形成される像を撮像するものとなる。
なお、位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌ以外の複数の画素セル５１（以下、撮像用画素セルという）は、撮影レンズ１の瞳領域のほぼ全ての部分を通過した光束によって形成される像を撮像するものとなる。
画素セル５１の光電変換部上方には、遮光膜が設けられ、この遮光膜には、光電変換部の受光面積を規定する開口が形成されている。
撮像用画素セル５１の開口（図２において符号ａで示す）の中心は、撮像用画素セル５１の光電変換部の中心（正方形のブロックの中心）と一致している。なお、図２では、図を簡略化するために、撮像用画素セル５１については一部のみに開口ａを図示している。
これに対し、位相差検出用画素セル５１Ｒの開口（図２において符号ｃで示す）の中心は、位相差検出用画素セル５１Ｒの光電変換部の中心に対し右側に偏心している。
位相差検出用画素セル５１Ｌの開口（図２において符号ｂで示す）の中心は、位相差検出用画素セル５１Ｌの光電変換部の中心に対して左側に偏心している。
固体撮像素子５では、緑色のカラーフィルタが搭載される画素セル５１の一部が位相差検出用画素セル５１Ｒ又は位相差検出用画素セル５１Ｌとなっている。勿論、他の色のカラーフィルタが搭載される画素セルを位相差検出用画素セルとしてもよい。
位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌは、それぞれ、画素セル５１が配置される領域において離散的及び周期的に配置されている。
位相差検出用画素セル５１Ｒは、図２の例では、偶数行の画素セル行の一部（図２の例では、３画素セル行おきに並ぶ４つの画素セル行）において、行方向Ｘに３つの画素セルおきに配置されている。
位相差検出用画素セル５１Ｌは、図２の例では、奇数行の画素セル行の一部（位相差検出用画素セル５１Ｒを含む画素セル行の隣にある画素セル行）において、行方向Ｘに、位相差検出用画素セル５１Ｒと同じ周期で配置されている。
このような構成により、遮光膜の開口ｂを通って画素セル５１Ｌに受光される光は、図２の紙面上方に設けられる撮影レンズ１の被写体から見て左側からの光、すなわち被写体を右眼で見た方向から来た光が主となり、遮光膜の開口ｃを通って画素セル５１Ｒに受光される光は、撮影レンズ１の被写体から見て右側からの光、すなわち被写体を左眼で見た方向から来た光が主となる。
即ち、全ての位相差検出用画素セル５１Ｒによって、被写体を左眼で見た撮像画像信号を得ることができ、全ての位相差検出用画素セル５１Ｌによって、被写体を右眼で見た撮像画像信号を得ることができる。このため、両者を組み合わせることで、被写体の立体画像データを生成したり、両者を相関演算することで位相差情報を生成したりすることが可能になる。
なお、位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌは、遮光膜の開口を逆方向に偏心させることで、撮影レンズ１の瞳領域の異なる部分を通過した光束をそれぞれ受光できるようにして位相差情報を得られるようにしている。しかし、位相差情報を得るための構造はこれに限らず、よく知られているものを採用することができる。
固体撮像素子５は、更に、垂直走査回路５２と水平走査回路５３を備える。
垂直走査回路５２は、各画素セル５１に含まれる信号出力回路の転送トランジスタ、リセットトランジスタ、及び行選択トランジスタのオンオフ制御を行う。
水平走査回路５３は、列方向Ｙに並ぶ画素セル５１からなる画素セル列毎に設けられる出力信号線に接続され、画素セル行にある各画素セル５１から出力信号線に出力された出力信号を順次、固体撮像素子５外部に出力する。
垂直走査回路５２及び水平走査回路５３は、図１に示した撮像素子駆動部１０の指示にしたがって動作する。撮像素子駆動部１０は、画素セル行毎に露光期間を一定時間ずらす、所謂ローリングシャッタ方式で固体撮像素子５を駆動する。
図１に示すデフォーカス量算出部１９は、位相差検出用画素セル５１Ｌ及び位相差検出用画素セル５１Ｒから読み出される出力信号群を用いて、上記一対の光束によって形成される２つの像の相対的な位置ずれ量である位相差量を算出し、この位相差量に基づいて、撮影レンズ１の焦点調節状態、ここでは合焦状態から離れている量とその方向、すなわちデフォーカス量を算出する。
図１に示すシステム制御部１１は、デフォーカス量算出部１９によって算出されたデフォーカス量に基づいて、撮像レンズ１に含まれるフォーカスレンズを合焦位置に移動させて、撮像レンズ１の合焦状態を制御する。このように、システム制御部１１は、合焦制御部としての機能を果たす。
位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌは、開口が逆方向に偏心しているものである。このため、この開口の偏心方向（図２の行方向Ｘ）における位置がほぼ同じであっても、位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌには感度差が発生する。
図３は、固体撮像素子５における行方向Ｘの位置での位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌの感度比を示す図である。符号５１Ｒで示した直線が位相差検出用画素セル５１Ｒの感度比を示し、符号５１Ｌで示した直線が位相差検出用画素セル５１Ｌの感度比を示している。
感度比とは、近接する位相差検出用画素セルと撮像用画素セル（ただし位相差検出用画素セルと同色光を検出するもの）の各々の出力信号の比を意味する。本明細書において、近接する２つの画素セルとは、実質的に同じ被写体部分からの光を受光していると見なすことのできる程度に近接している２つの画素セルのことを言う。
また、感度比は、位相差検出用画素セルの出力信号レベルをＡとし、撮像用画素セルの出力信号レベルをＢとしたとき、Ａ／Ｂ、又は、Ｂ／Ａで示される数値である。
位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌは列方向Ｙにも周期的に配置されている。このため、図３に示すデータは、行方向Ｘにおける位置が同じ位相差検出用画素セル５１Ｒ（５１Ｌ）についての感度比のデータの平均をとったものとしている。
複数の位相差検出用画素セル５１Ｒの出力信号と、複数の位相差検出用画素セル５１Ｌの出力信号は、それぞれ、それ単独では、被写体によって行方向Ｘでの位置毎にレベルが異なるため、シェーディング形状がどのようになっているかは分からない。しかし、図３に示すように、位相差検出用画素セルとこれに近接する撮像用画素セルの出力信号との比である感度比を求めれば、位相差検出用画素セルの感度分布（シェーディング形状）を知ることができる。
なお、固体撮像素子５では、位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌの行方向Ｘにおける位置が厳密には同じではないが、図３では、近接する位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌは、行方向Ｘにおける位置が同じものとして扱っている。
位相差検出用画素セル５１Ｌは、開口ｂが図２において左側に偏心している。このため、図２において、固体撮像素子５の左側端部にある位相差検出用画素セル５１Ｌの開口ｂには、固体撮像素子５の中心部と比較して光が入りやすくなる。一方、固体撮像素子５の右側端部にある位相差検出用画素セル５１Ｌの開口ｂには、固体撮像素子５の中心部と比較して光が入り難くなる。
また、位相差検出用画素セル５１Ｒは、開口ｃが位相差検出用画素セル５１Ｌと行方向Ｘにおいて逆方向に偏心しているため、その感度比の特性は位相差検出用画素セル５１Ｌと逆になる。
したがって、図３に示したように、位相差検出用画素セル５１Ｌの感度比は、固体撮像素子５の左端部から右端部に向かうほど低くなる。また、位相差検出用画素セル５１Ｒの感度比は、固体撮像素子５の左端部から右端部に向かうほど高くなる。
なお、位相差検出用画素セル５１Ｌの感度比と位相差検出用画素セル５１Ｒの感度比は、固体撮像素子５の中央部分ではほぼ同じになる。
このように、位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌに感度差があると、複数の位相差検出用画素セル５１Ｒから得られる出力信号群と、複数の位相差検出用画素セル５１Ｌから得られる出力信号群との相関演算の結果が誤差を含むことになる。このため、位相差検出用画素セル５１Ｒによって撮像される像と、位相差検出用画素セル５１Ｌによって撮像される像との間の位相差量の算出を正確に行うことができない。
そこで、本実施形態のデジタルカメラでは、デフォーカス量算出部１９が、位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌの感度差をなくすべく、位相差検出用画素セル５１Ｒの出力信号と位相差検出用画素セル５１Ｌの出力信号を補正データにしたがって補正する信号補正部としての機能を果たし、補正後の出力信号を用いて位相差量を算出する位相差量算出部としての機能を果たす。
デフォーカス量算出部１９は、固体撮像素子５によって撮像して得られる撮像画像信号のうち、各位相差検出用画素セル５１Ｒ（５１Ｌ）の出力信号と、この各位相差検出用画素セル５１Ｒ（５１Ｌ）に近接する撮像用画素セル５１の出力信号とを用いて、上記補正データを生成する補正データ生成部、生成した補正データを記録媒体に記録する記録制御部としての機能を果たす。
例えば、デフォーカス量算出部１９は、撮像画像信号を用いて、位相差検出用画素セル５１Ｒの感度比と位相差検出用画素セル５１Ｌの感度比を行方向Ｘの位置毎に算出して図３に示すデータを生成する。そして、デフォーカス量算出部１９は、図４に示すように、位相差検出用画素セル５１Ｒの感度比と位相差検出用画素セル５１Ｌの感度比が、それぞれ、どの位置でも同じ値になるような、位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌの出力信号に乗じる係数を、上記補正データとして生成する。
あるいは、デフォーカス量算出部１９は、図３に示す位相差検出用画素セル５１Ｒの感度比のグラフに、位相差検出用画素セル５１Ｌの感度比のグラフを一致させるために必要な、位相差検出用画素セル５１Ｌの出力信号に乗じるべき係数を、上記補正データとして生成する。
又は、デフォーカス量算出部１９は、図３に示す位相差検出用画素セル５１Ｌの感度比のグラフに、位相差検出用画素セル５１Ｒの感度比のグラフを一致させるために必要な、位相差検出用画素セル５１Ｒの出力信号に乗じるべき係数を、上記補正データとして生成する。
このように構成されたデジタルカメラの動作について説明する。
図５は、図１に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャートである。
撮影モードに設定されると、システム制御部１１は、ライブビュー画像を表示部２３に表示するための撮像（動画撮像）を固体撮像素子５により開始する。この撮像が開始されると、固体撮像素子５から出力された撮像画像信号がデジタル信号処理部１７により処理され、処理後の撮像画像データに基づく画像が表示部２３に表示される。これにより、表示部２３に表示される画像によって、撮像中の被写体をリアルタイムに確認することができる。
一方、デフォーカス量算出部１９は、撮影モードに設定されると、システム制御部１１から、カメラ本体に装着されているレンズ装置を識別するための識別情報であるレンズＩＤを取得する（ステップＳ１）。
続いて、デフォーカス量算出部１９は、レンズ装置の光学条件の情報をシステム制御部１１から取得する（ステップＳ２）。この光学条件は、固体撮像素子５に入射する光線の角度を決めるパラメータに関する情報であり、撮像時の絞りＦ値及び焦点距離等の情報を含む。
次に、デフォーカス量算出部１９は、ステップＳ１において取得したレンズＩＤ及びステップＳ２において取得した光学条件の組み合わせに対応する補正データがメインメモリ１６に記憶されていれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ７に処理を移行し、補正データがメインメモリ１６に記憶されていなければ（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ４に処理を移行する。
ステップＳ４において、デフォーカス量算出部１９は、固体撮像素子５から出力された撮像画像信号を取得する。そして、デフォーカス量算出部１９は、取得した撮像画像信号を用いて、図３に示したデータを生成し、このデータから補正データを生成する（ステップＳ５）。
次に、デフォーカス量算出部１９は、生成した補正データと、ステップＳ１で取得したレンズＩＤと、ステップＳ２で取得した光学条件の情報とを関連付けてメインメモリ１６に記憶する（ステップＳ６）。
ステップＳ６の後、デフォーカス量算出部１９は、レンズ装置の光学条件に変更があった場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）はステップＳ２に処理を戻し、レンズ装置の光学条件に変更がない場合（ステップＳ７：ＮＯ）は、ステップＳ８に処理を移行する。
デフォーカス量算出部１９は、ステップＳ８において、位相差ＡＦを行う指示がシステム制御部１１に対してなされたか否かを判定し、ＡＦ指示がなされた場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）にステップＳ９に処理を移行し、ＡＦ指示がなされていない場合（ステップＳ８：ＮＯ）にはステップＳ７に処理を戻す。
ステップＳ９において、デフォーカス量算出部１９は、ＡＦ指示に応じて固体撮像素子５により撮像して得られた撮像画像信号と、当該撮像時の光学条件の情報と、現在装着されているレンズ装置のレンズＩＤとをシステム制御部１１から取得する。
続いて、デフォーカス量算出部１９は、ステップＳ９において取得したレンズＩＤと光学条件の組み合わせに対応する補正データをメインメモリ１６から読み出し、これを用いて、ステップＳ９において取得した撮像画像信号に含まれる位相差検出用画素セルの出力信号を補正する（ステップＳ１０）。
次に、デフォーカス量算出部１９は、補正後の位相差検出用画素セルの出力信号を用いて相関演算を行い、位相差検出用画素セル５１Ｒによって撮像される像と、位相差検出用画素セル５１Ｌによって撮像される像との間の位相差量を算出し、この位相差量に基づいてデフォーカス量を算出する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１の後は、システム制御部１１が、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズを合焦位置に移動させる合焦制御を行い（ステップＳ１２）、その後は、撮像待機状態となる。
なお、撮影モード中の任意のタイミングでレンズ装置が交換された場合は、その時点で、ステップＳ１以降の処理が行われる。また、撮像待機状態において、光学条件の変更があった場合には、その時点でステップＳ２以降の処理が行われる。
以上のように、図１に示すデジタルカメラによれば、固体撮像素子５により撮像して得られる撮像画像信号を用いて、位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌの感度差を補正するための補正データを生成することができる。このため、デジタルカメラに装着可能なあらゆるレンズ装置に対応して補正データを予め生成してカメラ本体に記憶しておく必要がなくなり、カメラの調整工数の削減が可能となる。
また、レンズＩＤ以外の詳細な情報を取得できないようなレンズ装置であっても、そのレンズ装置を装着して撮影モードに設定するだけで、補正データを生成して記憶しておくことができる。このため、どのようなレンズ装置が装着された場合でも、位相差ＡＦを精度良く行なうことが可能となる。
なお、図５の説明では、生成した補正データをレンズＩＤと光学条件に関連付けて記憶しておき、以降は、この記憶した補正データを用いて位相差検出用画素セルの感度比を補正するものとしたが、これに限らない。
例えば、ＡＦ指示が行われる度に、デフォーカス量算出部１９が、撮像画像信号から補正データを生成し、この補正データを用いて位相差検出用画素セルの出力信号を補正し、補正後の信号を用いて位相差量を算出してもよい。このようにすることで、メモリ容量を削減することができる。
また、あるレンズＩＤ及び光学条件に対応する補正データをメインメモリ１６に記憶した後でも、このレンズＩＤ及び光学条件に対応する補正データを定期的に生成しなおすことが好ましい。こうすることで、レンズ装置の長期間の使用により、レンズ装置の性能や固体撮像素子５の性能に若干の差が生じた場合でも、その状況に合った正しい補正データを生成することができる。
また、図１に示すデジタルカメラによれば、撮像用画素セル５１と、位相差検出用画素セル５１Ｒと、位相差検出用画素セル５１Ｌとの３種類の画素セルを有する固体撮像素子５を用いているため、図３に示すようなシェーディングに対応するデータを１回の撮像によって生成することができる。したがって、補正データを生成するのに要する時間を短縮することができ、上述したように、ＡＦ指示が行われる度に補正データを生成する形態では特に有利となる。
また、以上の説明では、デフォーカス量算出部１９が生成した補正データを、レンズ装置の識別情報と対応付けて、デジタルカメラのメインメモリ１６に記録する構成とした。しかし、デフォーカス量算出部１９が生成した補正データを、デジタルカメラの識別情報と対応付けて、レンズ装置内の記録媒体に記録する構成としてもよい。
図６は、デフォーカス量算出部１９が生成した補正データをレンズ装置内の記録媒体に記録する場合のデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャートである。図６において図５に示した処理と同じものには同一符号を付して説明を省略する。
デフォーカス量算出部１９は、撮影モードに設定されると、ステップＳ２においてレンズ装置の光学条件の情報をシステム制御部１１から取得する。
次に、デフォーカス量算出部１９は、メインメモリ１６に記憶されているデジタルカメラのカメラＩＤ及びステップＳ２において取得した光学条件の組み合わせに対応する補正データがレンズ装置内のメモリに記憶されていれば（ステップＳ３Ａ：ＹＥＳ）、ステップＳ７に処理を移行し、補正データがレンズ装置内のメモリに記憶されていなければ（ステップＳ３Ａ：ＮＯ）、ステップＳ４に処理を移行する。
ステップＳ４及びステップＳ５の後、デフォーカス量算出部１９は、ステップＳ５で生成した補正データと、カメラＩＤと、ステップＳ２で取得した光学条件の情報とを関連付けて、これらを、システム制御部１１を経由してレンズ装置内のメモリに記憶する（ステップＳ６Ａ）。
ステップＳ８：ＹＥＳのとき、デフォーカス量算出部１９は、ＡＦ指示に応じて固体撮像素子５により撮像して得られた撮像画像信号と、当該撮像時の光学条件の情報とをシステム制御部１１から取得し、当該光学条件の情報に対応する補正データを、レンズ装置内のメモリからシステム制御部１１を経由して取得する（ステップＳ９Ａ）。
その後は、デフォーカス量算出部１９が、取得した補正データにしたがって補正をし（ステップＳ１０）、ステップＳ１１，１２の処理が行われる。
この場合も、撮影モード中の任意のタイミングでレンズ装置が交換された場合は、その時点で、ステップＳ２以降の処理が行われる。
次に、図１に示すデジタルカメラにおける補正データの生成方法の変形例を説明する。この変形例では、デフォーカス量算出部１９が、１回の撮像で得られた撮像画像信号を用いて補正データを生成するのではなく、複数回の撮像で得られた複数の撮像画像信号を用いて補正データを生成する。
図７は、図５のステップＳ４〜Ｓ５までの処理の変形例を示すフローチャートである。この変形例は図６においても適用可能である。
撮影モードに設定されると、ライブビュー画像表示のために固体撮像素子５により連続した撮像（動画撮像）が開始され、各撮像によって得られる撮像画像信号がメインメモリ１６に記憶されていく。
図５のステップＳ３又は図６のステップＳ３Ａの後、ステップＳ４１において、デフォーカス量算出部１９は、図５，６のステップＳ２の以降の任意の時刻Ｔ（ｎ）で得られたライブビュー画像表示用の撮像画像信号Ｇ（ｎ）をメインメモリ１６から取得し、内部メモリに記憶する。
次に、デフォーカス量算出部１９は、内部メモリに記憶した撮像画像信号の数が２つ以上になっていれば（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、ステップＳ４３の処理を行い、内部メモリに記憶した撮像画像信号の数が２つ未満であれば（ステップＳ４２：ＮＯ）、上記Ｔ（ｎ）の“ｎ”を“ｎ＋１”に変更して、ステップＳ４１の処理を行う。なお、時刻Ｔ（ｎ）は、“ｎ”の数字が大きいほど、時刻が新しいことを示す。
デフォーカス量算出部１９は、内部メモリに２つ以上の撮像画像信号が記憶されると、ステップＳ４３において、撮像画像信号Ｇ（ｎ）と撮像画像信号Ｇ（ｎ＋１）を比較し、双方に基づく被写体像同士に大きな差があるかどうかを判定する。
具体的には、デフォーカス量算出部１９は、撮像画像信号Ｇ（ｎ）と撮像画像信号Ｇ（ｎ＋１）のそれぞれの同一座標にある信号同士の差分を算出し、その差分が予め決められた閾値を超えていれば、撮像画像信号Ｇ（ｎ＋１）は、撮像画像信号Ｇ（ｎ）に対して被写体に大きな変化があると判定する。
一方、デフォーカス量算出部１９は、上記差分が予め決められた閾値以下であれば、撮像画像信号Ｇ（ｎ）と撮像画像信号Ｇ（ｎ＋１）の間で被写体に大きな変化がないと判定する。
ステップＳ４３の判定がＹＥＳのとき、デフォーカス量算出部１９は内部メモリに記憶した撮像画像信号Ｇ（ｎ＋１）を消去し（ステップＳ４４）、その後、ステップＳ４５の処理を行う。
例えば、図８に示すように、撮像画像信号Ｇ（１）〜Ｇ（４）があり、撮像画像信号（３）にだけ太陽の光Ｈが写りこんでいた場合、デフォーカス量算出部１９は、撮像画像信号Ｇ（３）については内部メモリから消去する。
ステップＳ４３の判定がＮＯのとき、デフォーカス量算出部１９はステップＳ４４の処理を行わずにステップＳ４５の処理を行う。
ステップＳ４５において、デフォーカス量算出部１９は、内部メモリに記憶した撮像画像信号の数が予め決められた数（この数をＭとする）に達しているかどうかを判定する。デフォーカス量算出部１９は、ステップＳ４５の判定がＹＥＳの場合にステップＳ４７の処理を行い、ステップＳ４５の判定がＮＯの場合に“ｎ”を“ｎ＋１”に変更して、ステップＳ４１の処理を行う。
ステップＳ４７において、デフォーカス量算出部１９は、内部メモリに記憶しているＭ個の撮像画像信号の同一座標にある出力信号の平均値を算出する処理を全ての座標について行う（ステップＳ４７）。つまり、Ｍ個の撮像画像信号を平均化して１つの撮像画像信号を生成する。
その後、デフォーカス量算出部１９は、ステップＳ４７の結果得られた平均化後の１つの撮像画像信号を用いて、前述したのと同様に、補正データを生成する（ステップＳ４８）。
以上のように、この変形例では、デフォーカス量算出部１９が、複数の撮像画像信号を平均化して得た撮像画像信号を用いて補正データを生成する。複数の撮像画像信号を平均化することにより、各出力信号に含まれるランダムノイズを減らすことができる。このため、平均化後の撮像画像信号のＳ／Ｎ比を向上させることができ、生成される補正データの信頼性を高いものにすることができる。
なお、複数の撮像画像信号を平均することによるノイズ低減効果は、Ｅｖ値に換算すると以下の式で表される。
Ｅｖ＝（１／２）＊ｌｏｇ２Ｍ
Ｍは平均化する撮像画像信号の数
例えば、Ｍ＝２であれば、平均化前の各撮像画像信号の撮像時のＥｖ値を０．５上げたときと同等のノイズ性能が得られることを意味する。
上述した平均化に必要な撮像画像信号の数Ｍは、図３に示した感度比のデータを正確に求めるために必要とされるノイズ性能と、平均化前の撮像画像信号を取得する際の撮像時のＩＳＯ感度とによって決めることができる。
例えば、必要とされるノイズ性能をＩＳＯ１００相当とし、撮像時のＩＳＯ感度がＩＳＯ８００である場合を考える。この場合、ＩＳＯ８００とＩＳＯ１００とではＥｖ値換算で“３”の差がある。Ｅｖ＝３を上記式に代入するとＭ＝６４となる。このため、ステップＳ４５で判定する撮像画像信号の必要数が６４に達した時点で、撮像画像信号の取得を終了すれば、信頼性の高い補正データを得ることができる。
なお、信頼性の高い補正データを得るために必要とされるノイズ性能は、固体撮像素子５のノイズ性能によって変わる。このため、必要とされるノイズ性能はデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の性能に応じた値を決めておけばよい。
なお、図７は、撮像画像信号の平均化を行うのを前提としたフローチャートである。しかし、撮影条件（被写体明るさ）やノイズ性能によっては、平均化が不要となる場合もある。このため、図５のステップＳ３：ＮＯ（又は図６のステップＳ３Ａ：ＮＯ）の後に、デフォーカス量算出部１９が、平均化が必要かどうかを判定し、平均化が必要と判定したとき（例えば、必要とされるノイズ性能をＩＳＯ１００相当とし、撮像時のＩＳＯ感度がＩＳＯ２００より大きい場合）には、上記Ｍを設定した上で図７のステップＳ４１以降の処理を行い、平均化が不要と判定したとき（例えば、必要とされるノイズ性能をＩＳＯ１００相当とし、撮像時のＩＳＯ感度がＩＳＯ１００である場合）には、図５のステップＳ４以降の処理を行うようにすることが好ましい。
上述してきたように、図７に示す変形例では、補正データの生成のために、Ｍ個の撮像画像信号が必要である。一般的に、ライブビュー画像表示のための動画撮像におけるフレームレート（単位時間当たりに出力される撮像画像信号（フレーム）の数）は固定である。
例えば、フレームレートが１秒間に３０フレームである場合、上記Ｍが６０であれば、補正データを生成するまでに少なくとも２秒必要になる。これに対し、フレームレートを上げれば、補正データを生成するまでの時間を短縮することができる。
そこで、図７の変形例においては、デフォーカス量算出部１９がフレームレートを上げることをシステム制御部１１に指示し、システム制御部１１によってフレームレートを上げる制御がなされてから、ステップＳ４１以降の処理を行うことが好ましい。
図９は、図７に示すフローチャートの変形例を示す図である。図９において図７と同じ処理には同一符号を付して説明を省略する。
まず、デフォーカス量算出部１９は、ライブビュー画像表示用の各撮像における露光時間（シャッタスピード）の情報をシステム制御部１１から取得し、シャッタスピードが閾値ＴＨよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５０）。
シャッタスピードが閾値ＴＨよりも小さい場合（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、デフォーカス量算出部１９はフレームレートを上げる（例えば、ライブビュー画像表示のための動画撮像中のフレームレートのデフォルト値の２倍にする）ことをシステム制御部１１に指示し（ステップＳ５１）、その後、ステップＳ４１以降の処理を行う。
一方、シャッタスピードが閾値ＴＨ以上の場合（ステップＳ５０：ＮＯ）、デフォーカス量算出部１９は、ステップＳ５１の処理を行わずに、ステップＳ４１以降の処理を行なう。
ステップＳ５１においてフレームレートを上げる指示を受けたシステム制御部１１は、フレームレートをデフォルト値の２倍にする。このようにすることで、撮像画像信号の数がＭに達するまでの時間を、フレームレートがデフォルト値のまま固定の場合と比較して半分にすることができる。
このように、この変形例においては、システム制御部１１が、Ｍ個の撮像画像信号を得るための撮像が行われる間のフレームレートを、動画撮像中のデフォルトのフレームレートより上げる制御を、動画撮像時に設定されている各フレームの露光時間に応じて行うフレームレート制御部として機能する。
なお、フレームレートを上げるということは、１つの撮像画像信号の取得に必要な時間（以下、フレーム取得時間という）が短くなることを意味する。フレーム取得時間は、例えば、フレームレートが３０フレーム／秒であれば、１／３０秒となる。
一方で、シャッタスピードは、フレーム取得時間よりも大きくすることはできない。このため、本変形例では、ステップＳ５０において、シャッタスピードに応じて、ステップＳ５１の処理を行うか否かを決定している。
具体的には、ステップＳ５１でフレームレートを上げた場合におけるフレーム取得時間を閾値ＴＨとして設定している。
例えば、デフォルトのフレームレートが３０フレーム／秒であり、ステップＳ５１において設定されるフレームレートが６０フレーム／秒であると仮定する。この場合、閾値ＴＨは１／６０秒となる。
つまり、ライブビュー画像表示用の各撮像におけるシャッタスピードが例えば１／４０秒の場合には、ステップＳ５１の処理は行われない。一方、ライブビュー画像表示用の各撮像におけるシャッタスピードが１／１００秒の場合には、ステップＳ５１の処理が行われることになる。
ステップＳ４１以降の処理が開始され、ステップＳ４５において、撮像画像信号の数がＭに達すると（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、デフォーカス量算出部１９は、フレームレートがデフォルト値よりも大きくなっている場合は（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、フレームレートをデフォルト値に戻す指示をシステム制御部１１に行い、その後、ステップＳ４７以降の処理を行う。この指示にしたがって、システム制御部１１はフレームレートをデフォルト値に戻す制御を行う。
一方、フレームレートがデフォルト値のままの場合（ステップＳ５２：ＮＯ）、デフォーカス量算出部１９は、ステップＳ５３の処理を行わずに、ステップＳ４７以降の処理を行う。
以上のように、図８の変形例によれば、複数の撮像画像信号を用いて補正データを生成する場合における補正データ生成までの時間を短縮することができる。
ここまでの説明で、デフォーカス量算出部１９は、図５のステップＳ５、図７のステップＳ４８、及び図９のステップＳ４８において、撮像画像信号を用いて図３に示す感度比のデータを生成し、このデータをもとに補正データを生成している。
この感度比のデータは、高輝度被写体を撮像していて、位相差検出用画素セルとこれに近接する撮像用画素セルの各々の出力信号が飽和していた場合には正確な値を得ることができない。
また、図１０に示すように、固体撮像素子５において破線で囲った部分に被写体のエッジ部（周辺よりも輝度が閾値以上高い又は低い被写体部分）が結像されていた場合、位相差検出用画素セル５１Ｌとこれに近接する（例えば左上にある）撮像用画素セル５１の各々の出力信号の比や、位相差検出用画素セル５１Ｒとこれに近接する（例えば右下にある）撮像用画素セル５１の各々の出力信号の比は正確な値とはならない。
そこで、デフォーカス量算出部１９は、図３に示す感度比のデータを生成するにあたり、出力信号が飽和レベルに達している画素セルについては、感度比の演算対象からは除外する。また、デフォーカス量算出部１９は、撮像画像信号を用いてその撮像画像信号から被写体のエッジ部を検出し、エッジ部があった場合には、このエッジ部が結像されている画素セルについては、感度比の演算対象からは除外する。デフォーカス量算出部１９は、エッジ部を検出するエッジ検出部としての機能を果たす。
エッジ部の検出は、撮像画像信号において、近接する同色成分の出力信号同士を比較することで行う。例えば、図１０において太線で囲った２つの撮像用画素セル５１の各々の出力信号同士の差分は大きくなるため、この２つの撮像用画素セル５１のどちらかにエッジ部が重なっていることを検出することができる。行方向Ｘ，列方向Ｙ，図１０の左下から右上に向かう斜め４５°方向，図１０の左上から右下に向かう斜め４５°方向のそれぞれにおいて、近接する同色の２つの画素セルの出力信号を比較することで、撮像画像信号においてどの出力信号がエッジ部に対応するものなのかを検出することができる。
このように、出力信号が飽和レベルに達している画素セル、エッジ部がかかっている画素セルについては、感度比の演算対象からは除外することで、補正データの信頼性を向上させることができる。
また、図５のステップＳ５、図７のステップＳ４８、及び図９のステップＳ４８において、補正データの生成に用いる感度比として、連続して得られた複数の撮像画像信号のそれぞれから求めた感度比の平均値を用いるようにしてもよい。
このように、感度比のデータについても、複数回の撮像分の平均値として算出することで、輝度シェーディング形状をより正確に検出できるようになり、補正データの信頼性を向上させることができる。
ここまでは、画素セル５１がいわゆるハニカム配列されたものを例にしたが、画素セル５１が正方格子状に配列された固体撮像素子にも本発明は適用可能である。
図１１は、図２に示す固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ａを示す図である。
固体撮像素子５ａは、行方向Ｘと列方向Ｙに正方格子状に配列された多数の画素セル５１Ａと、垂直走査回路５２と、水平走査回路５３とを備える。画素セル５１Ａの構成は画素セル５１と同じであり、カラーフィルタの配列はベイヤ配列となっている。
多数の画素セル５１Ａは、遮光膜の開口ａが偏心していない通常の画素セル５１Ａと、偏心した開口ｄ，ｅを有する位相差検出用画素セルとを含む。開口ｄを有する画素セル５１Ａが位相差検出用画素セル５１Ｌに対応し、開口ｅを有する画素セル５１Ａが位相差検出用画素セル５１Ｒに対応している。
このような構成の固体撮像素子５ａでも、上述してきた方法で補正データを生成することで、正確なデフォーカス量を算出することができる。
また、図２及び図１１では、近接する位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌとで行方向Ｘの位置が１画素セル分ずれているが、図１２に示す固体撮像素子５ｂのように、近接する位相差検出用画素セル５１Ｒと位相差検出用画素セル５１Ｌの行方向Ｘの位置を同じにした構成としてもよい。
本明細書では撮像装置としてデジタルカメラを例にしたが、レンズ装置を装着できる撮像装置であれば本発明を適用可能である。例えば、カメラ付のスマートフォンにレンズ装置を装着する場合でも本実施形態の技術を適用することができる。
また、本明細書では、レンズ装置を交換可能な撮像装置を例にしたが、レンズ装置がカメラ本体に固定されたレンズ一体型の撮像装置であっても、上述した方法で補正データを生成して、位相差ＡＦの精度を向上させることは可能である。
レンズ装置が固定の場合でも、撮像時の環境によっては、図３に示す感度比のデータが変化する場合が有り得る。
例えば、撮像光学系に含まれるレンズとして樹脂を用いた場合、高い気温下における撮像では、レンズが変形して、固体撮像素子への入射光線角度が設計からずれる可能性がある。このような場合でも、上述したように、固体撮像素子により撮像して得られる撮像画像信号を用いて補正データを生成することで、撮像環境に合った補正データを得ることができ、位相差ＡＦの精度を向上させることができる。
図１のデジタルカメラには、位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌを、それぞれ単体で十分な解像度の画像を撮像できる程度の数設けておき、位相差検出用画素セル５１Ｒで撮像した画像と、位相差検出用画素セル５１Ｌで撮像した画像とで立体画像を生成する立体撮像機能を持たせることもできる。
この場合も、上述した方法で補正データを生成し、位相差検出用画素セル５１Ｒの出力信号と位相差検出用画素セル５１Ｌの出力信号を補正データにしたがって補正してから立体画像を生成する処理を行う。このようにすることで、シェーディング特性を揃えた２つの画像により立体画像を生成することができ、立体画像の品質を向上させることが可能である。
ここまでは、固体撮像素子５，５ａ，５ｂが複数色のカラーフィルタを搭載してカラー撮像を行うものとしたが、固体撮像素子５，５ａ，５ｂは、カラーフィルタを緑色の単色にするか又は省略して、モノクロ撮像用の撮像素子としてもよい。
また、図３に示した感度比のデータは、列方向Ｙにおける位置の異なる複数の位相差検出用画素セルの各々の感度比の平均をとったものとしたが、位相差検出用画素セル５１Ｒ，５１Ｌを含む画素セルの行毎に感度比のデータを生成し、この行毎に補正データを生成し、感度比を補正するようにしてもよい。
以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。
開示された撮像装置は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置であって、上記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素セル、上記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素セル、及び上記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素セルを含む撮像素子と、上記撮像素子により被写体を撮像して得られる撮像画像信号に含まれる上記撮像用画素セルの出力信号、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号、及び上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号を用いて、上記第一の位相差検出用画素セルと上記第二の位相差検出用画素セルの感度差を補正するための補正データを生成する補正データ生成部と、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号の少なくとも一方を上記補正データにしたがって補正する信号補正部とを備え、上記補正データ生成部は、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号とその第一の位相差検出用画素セルに近接する上記撮像用画素セルの出力信号との比、及び、その第一の位相差検出用画素セルに近接する上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号とその第二の位相差検出用画素セルに近接する上記撮像用画素セルの出力信号との比を算出し、上記２つの比に基づいて上記補正データを生成するものである。
開示された撮像装置は、上記補正データ生成部が、上記２つの比を同じにするために必要な上記第一の位相差検出用画素セル及び上記第二の位相差検出用画素セルの少なくとも一方の出力信号に乗じる係数を上記補正データとして算出するものである。
開示された撮像装置は、上記補正データ生成部が、上記補正データの生成に用いる上記撮像用画素セルの出力信号、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号、及び上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号の各々として、上記撮像素子により被写体を複数回撮像して得られる出力信号の平均値を用いるものである。
開示された撮像装置は、上記補正データ生成部が、上記撮像素子により連続して撮像が行われる動画撮像中に上記補正データの生成を行い、上記複数回の撮像が行われるときの第一のフレームレートを、上記動画撮像中の第二のフレームレートより上げる制御を、上記動画撮像時に設定されている各フレームの露光時間に応じて行うフレームレート制御部を備えるものである。
開示された撮像装置は、上記フレームレート制御部が、上記露光時間が閾値よりも小さい場合に上記第一のフレームレートを上記第二のフレームレートよりも上げる制御を行い、上記露光時間が閾値以上の場合に上記第一のフレームレートを上記第二のフレームレートと同じにする制御を行うものである。
開示された撮像装置は、上記補正データ生成部が、上記平均値の演算対象とする出力信号の数を、その出力信号を得る際の撮像時に設定されたＩＳＯ感度に基づいて決めるものである。
開示された撮像装置は、上記補正データ生成部が、上記撮像素子により被写体を複数回撮像して得られる同一の画素セルの出力信号のうち、他の出力信号との差分が閾値を超える出力信号を含む上記撮像画像信号を除外して、上記平均値を算出するものである。
開示された撮像措置は、上記補正データ生成部が、上記補正データの生成に用いる上記比として、上記撮像素子により被写体を複数回撮像して得られる出力信号の各々から求めた比の平均値を用いるものである。
開示された撮像装置は、上記撮像画像信号に基づいて上記撮像画像信号における被写体のエッジ部を検出するエッジ検出部を備え、上記補正データ生成部は、上記補正データの生成に用いる出力信号として、上記エッジ部にかかる画素セルの出力信号を除外するものである。
開示された撮像装置は、上記補正データ生成部が、上記補正データの生成に用いる出力信号として、飽和レベルに達しているものを除外するものである。
開示された撮像装置は、上記補正データ生成部が、上記撮像光学系の光学条件又は上記撮像光学系が変更された場合に上記補正データを生成するものである。
開示された撮像装置は、上記補正データ生成部によって生成された補正データを、その補正データを求める際に装着されていた上記撮像光学系の識別情報と関連付けて記録媒体に記録する記録制御部を備え、上記記録媒体に上記補正データが記録されている撮像光学系が装着された場合に、上記信号補正部は、上記記録媒体に記録されている補正データにしたがって上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と上記第二の位相差検出用画素セルの少なくとも一方の出力信号を補正するものである。
開示された撮像措置は、上記補正データ生成部によって生成された補正データを、その補正データを求める際に装着されていた上記撮像光学系に設けられた記録媒体に、上記撮像装置の識別情報と対応付けて記録する記録制御部を備え、上記撮像装置の識別情報に対応する上記補正データが記録媒体に記録されている撮像光学系が装着された場合に、上記信号補正部は、上記記録媒体に記録されている補正データにしたがって上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と上記第二の位相差検出用画素セルの少なくとも一方の出力信号を補正するものである。
開示された撮像装置は、上記信号補正部による補正後の出力信号を用いて上記一対の像の相対的な位置ずれ量である位相差量を算出する位相差量算出部と、上記位相差量に基づいて上記撮像光学系の合焦状態を制御する合焦制御部と、を備えるものである。
開示された信号処理方法は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置における信号処理方法であって、上記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素セル、上記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素セル、及び上記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素セルを含む撮像素子により被写体を撮像し、その撮像により得られる撮像画像信号に含まれる上記撮像用画素セルの出力信号、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号、及び上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号を用いて、上記第一の位相差検出用画素セルと上記第二の位相差検出用画素セルの感度差を補正するための補正データを生成する補正データ生成ステップと、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号の少なくとも一方を上記補正データにしたがって補正する信号補正ステップとを備え、上記補正データ生成ステップでは、上記第一の位相差検出用画素セルの出力信号とその第一の位相差検出用画素セルに近接する上記撮像用画素セルの出力信号との比、及び、その第一の位相差検出用画素セルに近接する上記第二の位相差検出用画素セルの出力信号とその第二の位相差検出用画素セルに近接する上記撮像用画素セルの出力信号との比を算出し、上記２つの比に基づいて上記補正データを生成するものである。
本発明によれば、位相差のある一対の画像のシェーディング補正を精度良く行うことのできる撮像装置及び信号処理方法を提供することができる。
以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本出願は、２０１２年９月１２日出願の日本特許出願（特願２０１２−２００４７５）、２０１３年４月３０日出願の日本特許出願（特願２０１３−０９５３８８）に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。
５ 固体撮像素子
１９ デフォーカス量算出部
５１ 画素セル
５１Ｒ，５１Ｌ 位相差検出用画素セル

Claims (15)

  1. 撮像光学系を着脱可能な撮像装置であって、
    前記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素セル、前記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素セル、及び前記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素セルを含む撮像素子と、
    前記撮像素子により被写体を撮像して得られる撮像画像信号に含まれる前記撮像用画素セルの出力信号、前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号、及び前記第二の位相差検出用画素セルの出力信号を用いて、前記第一の位相差検出用画素セルと前記第二の位相差検出用画素セルの感度差を補正するための補正データを生成する補正データ生成部と、
    前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と前記第二の位相差検出用画素セルの出力信号の少なくとも一方を前記補正データにしたがって補正する信号補正部とを備え、
    前記補正データ生成部は、前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と当該第一の位相差検出用画素セルに近接する前記撮像用画素セルの出力信号との比、及び、当該第一の位相差検出用画素セルに近接する前記第二の位相差検出用画素セルの出力信号と当該第二の位相差検出用画素セルに近接する前記撮像用画素セルの出力信号との比を算出し、前記２つの比に基づいて前記補正データを生成する撮像装置。
  2. 請求項１記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部は、前記２つの比を同じにするために必要な前記第一の位相差検出用画素セル及び前記第二の位相差検出用画素セルの少なくとも一方の出力信号に乗じる係数を前記補正データとして算出する撮像装置。
  3. 請求項１又は２記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部は、前記補正データの生成に用いる前記撮像用画素セルの出力信号、前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号、及び前記第二の位相差検出用画素セルの出力信号の各々として、前記撮像素子により被写体を複数回撮像して得られる出力信号の平均値を用いる撮像装置。
  4. 請求項３記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部は、前記撮像素子により連続して撮像が行われる動画撮像中に前記補正データの生成を行い、
    前記複数回の撮像が行われるときの第一のフレームレートを、前記動画撮像中の第二のフレームレートより上げる制御を、前記動画撮像時に設定されている各フレームの露光時間に応じて行うフレームレート制御部を備える撮像装置。
  5. 請求項４記載の撮像装置であって、
    前記フレームレート制御部は、前記露光時間が閾値よりも小さい場合に前記第一のフレームレートを前記第二のフレームレートよりも上げる制御を行い、前記露光時間が閾値以上の場合に前記第一のフレームレートを前記第二のフレームレートのままにする制御を行う撮像装置。
  6. 請求項３〜５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部は、前記平均値の演算対象とする出力信号の数を、当該出力信号を得る際の撮像時に設定されたＩＳＯ感度に基づいて決める撮像装置。
  7. 請求項３〜６のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部は、前記撮像素子により被写体を複数回撮像して得られる同一の画素セルの出力信号のうち、他の出力信号との差分が閾値を超える出力信号を含む前記撮像画像信号を除外して、前記平均値を算出する撮像装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部は、前記補正データの生成に用いる前記比として、前記撮像素子により被写体を複数回撮像して得られる出力信号の各々から求めた比の平均値を用いる撮像装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記撮像画像信号に基づいて前記撮像画像信号における被写体のエッジ部を検出するエッジ検出部を備え、
    前記補正データ生成部は、前記補正データの生成に用いる出力信号として、前記エッジ部にかかる画素セルの出力信号を除外する撮像装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部は、前記補正データの生成に用いる出力信号として、飽和レベルに達しているものを除外する撮像装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部は、前記撮像光学系の光学条件又は前記撮像光学系が変更された場合に前記補正データを生成する撮像装置。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部によって生成された補正データを、当該補正データを求める際に装着されていた前記撮像光学系の識別情報と関連付けて記録媒体に記録する記録制御部を備え、
    前記記録媒体に前記補正データが記録されている撮像光学系が装着された場合に、前記信号補正部は、前記記録媒体に記録されている補正データにしたがって前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と前記第二の位相差検出用画素セルの少なくとも一方の出力信号を補正する撮像装置。
  13. 請求項１〜１１のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記補正データ生成部によって生成された補正データを、当該補正データを求める際に装着されていた前記撮像光学系に設けられた記録媒体に、前記撮像装置の識別情報と対応付けて記録する記録制御部を備え、
    前記撮像装置の識別情報に対応する前記補正データが記録媒体に記録されている撮像光学系が装着された場合に、前記信号補正部は、前記記録媒体に記録されている補正データにしたがって前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と前記第二の位相差検出用画素セルの少なくとも一方の出力信号を補正する撮像装置。
  14. 請求項１〜１３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    前記信号補正部による補正後の出力信号を用いて前記一対の像の相対的な位置ずれ量である位相差量を算出する位相差量算出部と、
    前記位相差量に基づいて前記撮像光学系の合焦状態を制御する合焦制御部と、を備える撮像装置。
  15. 撮像光学系を着脱可能な撮像装置における信号処理方法であって、
    前記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素セル、前記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素セル、及び前記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素セルを含む撮像素子により被写体を撮像し、その撮像により得られる撮像画像信号に含まれる前記撮像用画素セルの出力信号、前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号、及び前記第二の位相差検出用画素セルの出力信号を用いて、前記第一の位相差検出用画素セルと前記第二の位相差検出用画素セルの感度差を補正するための補正データを生成する補正データ生成ステップと、
    前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と前記第二の位相差検出用画素セルの出力信号の少なくとも一方を前記補正データにしたがって補正する信号補正ステップとを備え、
    前記補正データ生成ステップでは、前記第一の位相差検出用画素セルの出力信号と当該第一の位相差検出用画素セルに近接する前記撮像用画素セルの出力信号との比、及び、当該第一の位相差検出用画素セルに近接する前記第二の位相差検出用画素セルの出力信号と当該第二の位相差検出用画素セルに近接する前記撮像用画素セルの出力信号との比を算出し、前記２つの比に基づいて前記補正データを生成する信号処理方法。
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