(57)【要約】【課題】画素の像信号が飽和することにより生じる焦点検出の誤差を低減することが可能な撮像装置及びその制御方法を得る。【解決手段】撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子と、副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段と、像信号の大きさが第１上限値を超えた飽和画素からの像信号を判定する飽和判定手段と、撮像光学系の光学情報に基づいて像信号を像高に応じてシェーディング補正し、一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段と、を備え、焦点検出手段は、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない。【選択図】図１
2018072489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子と、
前記副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段と、
前記像信号の大きさが第１上限値を超えた飽和画素からの前記像信号を判定する飽和判定手段と、
前記撮像光学系の光学情報に基づいて前記像信号を像高に応じてシェーディング補正し、一対の前記像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段と、
を備え、
前記焦点検出手段は、前記飽和画素からの前記像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における前記像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記焦点検出手段は、前記像信号に対してシェーディング補正関数を掛け合わせることでシェーディング補正を行い、前記飽和画素からの一対の前記像信号に対しては、前記シェーディング補正関数の値を定数値とする
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記焦点検出手段は、前記飽和画素からの一対の前記像信号の大きさを同一の補正値に揃えてから前記相関演算を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記補正値が前記第１上限値と等しい
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記焦点検出手段は、前記飽和画素におけるシェーディング補正後の一対の前記像信号の大きさの比に応じて、前記補正値を決定する
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記像信号の上限を前記第１上限値に制限するクリップ手段を更に備える
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記焦点検出手段は、前記第１上限値に制限された前記像信号をシェーディング補正し、前記飽和画素からの一対の前記像信号に対しては、シェーディング補正後の前記像信号の上限を第２上限値に制限してから前記相関演算を行う
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第２上限値が前記第１上限値と等しい
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記焦点検出手段は、前記飽和画素におけるシェーディング補正後の一対の前記像信号の大きさの比に応じて、前記第２上限値を決定する
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記信号取得手段は、まず、一対の前記副画素が出力する信号が加算された撮像信号と、一対の前記像信号のうちの像信号Ａとを取得し、次に、前記撮像信号から前記像信号Ａを減算して一対の前記像信号のうちの像信号Ｂを求める
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光学情報は、前記撮像光学系のＦ値及び射出瞳距離のうちの少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記焦点検出手段は、前記光学情報に加え、像高及び射出瞳距離に応じて前記像信号をシェーディング補正する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
前記副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得ステップと、
前記像信号の大きさが第１上限値を超えた飽和画素からの前記像信号を判定する飽和判定ステップと、
前記撮像光学系の光学情報に基づいて前記像信号を像高に応じてシェーディング補正するステップであって、前記飽和画素からの前記像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における前記像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない補正ステップと、
一対の前記像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項１４】
撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子を備えた撮像装置において、コンピュータを、
前記副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段と、
前記像信号の大きさが第１上限値を超えた飽和画素からの前記像信号を判定する飽和判定手段と、
前記撮像光学系の光学情報に基づいて前記像信号を像高に応じてシェーディング補正する手段であって、前記飽和画素からの前記像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における前記像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない補正手段と、
一対の前記像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段と、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出機能を有する撮像装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
瞳分割された一対の副画素を有する撮像素子を用いて、位相差検出方式による自動焦点検出を行う技術が提案されている。例えば特許文献１には、副画素が出力する信号に基づいて生成される一対の像信号を相関演算して像ずれ量を求めることにより焦点検出を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７１２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位相差検出方式において一対の像信号を相関演算して像ずれ量を求める際には、一対の像信号Ａ、Ｂの信号レベルを揃えるシェーディング補正が行われる。しかし、受光量が大きくて像信号が飽和したような飽和画素においては、シェーディング補正によって像信号Ａと像信号Ｂの信号レベルの比がかえって大きくなってしまうことがある。この結果、相関演算において像信号Ａと像信号Ｂの一致度が低くなり焦点検出に誤差が生じてしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る撮像装置は、撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子と、副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段と、像信号の大きさが第１上限値を超えた飽和画素からの像信号を判定する飽和判定手段と、撮像光学系の光学情報に基づいて像信号を像高に応じてシェーディング補正し、一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段と、を備え、焦点検出手段は、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わないことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る撮像装置の制御方法は、撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得ステップと、像信号の大きさが第１上限値を超えた飽和画素からの像信号を判定する飽和判定ステップと、撮像光学系の光学情報に基づいて像信号を像高に応じてシェーディング補正するステップであって、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない補正ステップと、一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、画素の像信号が飽和することにより生じる焦点検出の誤差を低減することが可能な撮像装置及びその制御方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係る撮像装置における画素の配列及び構造を示す概略図である。
【図３】第１実施形態に係る撮像装置における副画素と瞳部分領域との関係を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る撮像装置における撮像信号Ａ＋Ｂ、像信号Ａ及び像信号Ｂの一例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る撮像装置における像信号のシェーディングを説明するための図である。
【図６】第１実施形態に係る撮像装置におけるクリップ処理を説明するための図である。
【図７】第１実施形態に係る撮像装置におけるシェーディング補正を説明するための図である。
【図８】第２実施形態に係る撮像装置におけるクリップ処理を説明するための図である。
【図９】第２実施形態に係る撮像装置におけるシェーディング補正を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同じ機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。
【００１０】
（第１実施形態）
［撮像装置の構成］
図１から図７を参照しながら第１実施形態に係る撮像装置について説明する。図１は、撮像装置の構成を示す概略図である。図１には、撮像装置をレンズ交換式のスチルカメラに適用した場合の例を示しているが、本実施形態は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。本実施形態の撮像装置は、例えばレンズ固定式のビデオカメラであってもよい。
【００１１】
第１レンズ群１０１は、撮影レンズ等の撮像光学系の被写体の側に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞りシャッタ１０２は、その開口径を変えることで、撮像素子１０７に照射される被写体からの光量を調節する。また絞りシャッタ１０２は、静止画撮影時には露光時間を調節するシャッタとしての機能も兼ねる。第２レンズ群１０３は、絞りシャッタ１０２と一体となって光軸方向に進退動作し、第１レンズ群１０１の進退動作と連動して変倍作用（ズーム機能）をなす。第３レンズ群１０５は、撮像光学系の撮像素子１０７の側に配置され、光軸方向に進退動作して焦点を調節する。ローパスフィルタ１０６は、撮像素子１０７に照射される光の短波長成分を除去して画像の偽色やモアレを低減する。
【００１２】
撮像素子１０７は、ＣＭＯＳセンサと周辺回路からなり、撮像光学系の結像面に配置される。撮像素子１０７としては、例えば、行列状に配置された画素の光電変換部上にベイヤー配列のカラー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が用いられる。レンズＲＯＭ１１０は、焦点調整等に必要な光学情報を記憶する。光学情報としては、例えばＦ値や射出瞳距離が含まれる。カメラ本体側のＣＰＵ１２１は、交換レンズ側と通信することで、レンズＲＯＭ１１０に記憶された光学情報を取得する。
【００１３】
ズームアクチュエータ１１１は、例えば不図示のカム筒を回動させることにより、第１レンズ群１０１又は第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動して変倍動作を行なう。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞りシャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影時の露光時間を制御する。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。
【００１４】
照明手段１１５は、撮影時の被写体照明用電子フラッシュであって、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よい。ＡＦ補助光手段１１６は、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体に投影し、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。
【００１５】
ＣＰＵ１２１は、不図示の演算部、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し、カメラ本体及び撮像光学系の制御を司る。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行して、焦点調節、撮影、画像処理、記録等の一連の処理を実行する。
【００１６】
電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作と同期して照明手段１１５の点灯を制御する。補助光源駆動回路１２３は、撮影動作と同期してＡＦ補助光手段１１６の点灯を制御する。撮像素子駆動回路１２４は、ＣＰＵ１２１により制御され、撮像素子１０７を制御する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７の画素が出力する信号に基づいて撮像信号を取得するとともに、撮像信号から得られる画像に対し、γ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等を行う。
【００１７】
フォーカス駆動回路１２６は、ＣＰＵ１２１により制御され、フォーカスアクチュエータ１１４を駆動して撮像光学系の焦点を調節する。絞りシャッタ駆動回路１２８は、ＣＰＵ１２１により制御され、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動して撮像光学系の絞りを調節する。ズーム駆動回路１２９は、ＣＰＵ１２１により制御され、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動して撮像光学系のズームを調節する。
【００１８】
表示器１３１は、ＬＣＤ等の表示装置であって、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、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。操作スイッチ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を有して構成される。記憶媒体１３３は、フラッシュメモリ等の着脱可能な記憶媒体であり、撮影済み画像が記録される。
【００１９】
［撮像素子の構造］
図２は、撮像装置における画素２１０の配列及び構造を示す概略図である。図２（ａ）には４列×４行の画素２１０を示しているが、実際の撮像素子１０７はより多くの列及び行の画素２１０を有している。図２（ａ）では、異なるカラーフィルタを有する２列×２行の画素２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂからなる画素群が構成されている。例えばベイヤー配列の画素群では、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２１０Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２１０Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２１０Ｂが右下に配置される。
【００２０】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す画素２１０の平面図を示している。また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示す画素２１０のａ−ａ´線に沿った断面図を示している。図２に示す本実施形態の画素２１０は、一対の副画素２１０ａ、２１０ｂに分割されている。副画素２１０ａ、２１０ｂは、光学系の互いに異なる瞳部分領域を通過した光束を、同一のマイクロレンズ２０２を介して受光し、異なる視点情報を有する一対の像信号を出力する。なお、副画素２１０ａ、２１０ｂの分割方向や分割数は、図２に示す構成に限定されず適宜変更が可能である。
【００２１】
画素２１０の上方（＋Ｚ側）には、光軸に沿って入射した光を集光するためのマイクロレンズ２０２が形成されている。また、マイクロレンズ２０２と光電変換部２０１ａ及び２０１ｂとの間には、カラーフィルタ２０３が形成されている。必要に応じて、副画素毎にカラーフィルタ２０３の分光透過率を変えてもよいし、カラーフィルタ２０３を省略してもよい。
【００２２】
光電変換部２０１ａ、２０１ｂの受光面では、電子とホールが受光量に応じて対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層に蓄積される。一方、ホールは不図示の定電圧源に接続されたｐ型層を介して、画素２１０の外部へ排出される。光電変換部２０１ａ、２０１ｂのｎ型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して浮遊拡散部（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）へ転送され、不図示の読み出し回路によって読み出される。光電変換部２０１ａ、２０１ｂ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であってもよいし、イントリンシック層が省略されたｐｎ接合フォトダイオードであってもよい。
【００２３】
なお、撮像素子１０７の全ての画素２１０が、副画素２１０ａ、２１０ｂに分割されている必要はなく、撮像素子１０７の一部の領域の画素２１０のみが副画素２１０ａ、２１０ｂに分割されていてもよい。また、一対の副画素２１０ａ、２１０ｂが同一のマイクロレンズ２０２を共有する代わりに、１マイクロレンズあたり偏芯させた画素を１つ配置し、偏芯の異なる一対の画素を用いて瞳分割して焦点検出を行ってもよい。
【００２４】
［撮像素子の瞳分割の概念］
図３は、撮像装置における副画素２１０ａ、２１０ｂと瞳部分領域３０２ａ、３０２ｂとの関係を示す図である。図３下には、図２（ｃ）と同様の画素２１０の断面図を示している。また、図３上には、撮像光学系の射出瞳面を示している。
【００２５】
瞳領域３００は、画素２１０によって受光可能な瞳領域を表している。また、瞳部分領域３０２ａ、３０２ｂは、それぞれ副画素２１０ａ、２１０ｂによって受光可能な瞳領域を表している。瞳部分領域３０２ａは、瞳面において＋Ｘ側に重心が偏心しており、マイクロレンズ２０２によって、重心が−Ｘ方向に偏心した光電変換部２０１ａの受光面と共役関係になっている。同様に、瞳部分領域３０２ｂは、瞳面において−Ｘ側に重心が偏心しており、マイクロレンズ２０２によって、重心が＋Ｘ方向に偏心した光電変換部２０１ｂの受光面と共役関係になっている。
【００２６】
瞳領域３０３は、枠（レンズ枠や絞り枠の総称）によるケラレを考慮した瞳領域である。瞳領域３０３の大きさ、位置及び形状は、絞りシャッタ１０２の絞り値、射出瞳から受光面３０４までの距離等により定まる射出瞳距離、及び撮像素子１０７の像高の組み合わせにより変化する。副画素２１０ａは、瞳部分領域３０２ａを通過した光を受光するとともに、受光量に応じた像信号Ａを出力する。また、副画素２１０ｂは、瞳部分領域３０２ｂを通過した光を受光するとともに、受光量に応じた像信号Ｂを出力する。
【００２７】
像信号Ａ及び像信号Ｂは、撮像画像を生成するための撮像信号Ａ＋Ｂとして利用される他に、焦点を検出するための位相差信号としても利用される。具体的には、画像処理回路１２５又はＣＰＵ１２１により実行される焦点検出部は、Ｘ方向に一定間隔で配列した複数の副画素２１０ａから、像信号ＡのＸ方向の分布を取得する。同様に、Ｘ方向に一定間隔で配列した複数の副画素２１０ｂから、像信号ＢのＸ方向の分布を取得する。そして、像信号ＡのＸ方向の分布と像信号ＢのＸ方向の分布の像ずれ量からデフォーカス量を算出する。
【００２８】
その後、焦点検出部は、デフォーカス量に基づいてフォーカス駆動回路１２６を制御し、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。なお、像信号Ａ、ＢのＸ方向における像ずれ量を算出する代わりに、同様の手法を用いて、像信号Ａ、ＢのＹ方向における像ずれ量を算出してデフォーカス量を算出するようにしてもよい。また、図３には、画素２１０の副画素２１０ａ、２１０ｂがＸ方向に分割された例を示したが、画素２１０はＹ方向に分割されてもよいし、Ｘ方向及びＹ方向の両方に分割されていてもよい。あるいは、分割方向が異なるこれらの画素２１０が混在してもよい。
【００２９】
図４は、撮像装置における撮像信号Ａ＋Ｂ、像信号Ａ及び像信号Ｂの一例を示す図である。図４には、像信号Ａを点線で示し、像信号Ｂを破線で示している。また、像信号Ａと像信号Ｂとを加算して得られる撮像信号Ａ＋Ｂを実線で示している。図４の横軸は、行列状に配置された画素２１０の行番号又は列番号を示し、図４の縦軸は、各画素２１０における各信号の相対的な大きさを任意単位で示している。
【００３０】
図４に示す３つの信号のうち独立な信号は２つである。すなわち、３つの信号のうちの２つが取得されれば、残る１つは演算により生成できる。実際上は、まず、撮像画像を生成するための撮像信号Ａ＋Ｂが優先して取得される。次に、像信号Ａ及び像信号Ｂのうちの例えば像信号Ａが取得される。像信号Ｂは、撮像信号Ａ＋Ｂから像信号Ａを減算して取得される。その後、像信号Ａと像信号Ｂとの像ずれ量からデフォーカス量を算出して焦点検出が行われる。
【００３１】
［シェーディング］
図５は、撮像装置における像信号のシェーディングを説明するための図である。レンズや絞り等の光学素子、又はこれらを保持する鏡筒を含む撮影光学系の状態によっては、被写体からの光束が遮られるいわゆるケラレが発生することがある。ケラレは、副画素２１０ａ、２１０ｂの少なくとも一方の受光感度にムラを生じさせ、副画素２１０ａ、２１０ｂで受光可能な光量が像高Ｘに応じて変化するいわゆるシェーディングを発生させる。シェーディングの影響によって、同一の像高Ｘにおける像信号Ａと像信号Ｂの信号レベルが互いに異なると、像信号Ａと像信号Ｂとの像ずれ量を算出する相関演算を行う際に、像信号Ａと像信号Ｂの一致度が低下して、焦点検出の精度が低下してしまう。
【００３２】
図５（ａ）には、副画素２１０ａの入射角受光特性６０１ａと、副画素２１０ｂの入射角受光特性６０１ｂを示している。例えば像高−Ｘ１に配置された画素２１０は、射出瞳枠６０２を通して瞳座標＋Ｘ２の瞳面を見ることになる。ここで、瞳座標＋Ｘ２においては、副画素２１０ｂの入射角受光特性６０１ｂの方が、副画素２１０ａの入射角受光特性６０１ａよりも大きい。すなわち、副画素２１０ａから取得される像信号Ａの信号レベルよりも、副画素２１０ｂから取得される像信号Ｂの信号レベルの方が相対的に大きくなる。
【００３３】
一方、像高＋Ｘ１に配置された画素２１０は、射出瞳枠６０２を通して瞳座標−Ｘ２の瞳面を見ることになる。ここで、瞳座標−Ｘ２においては、副画素２１０ａの入射角受光特性６０１ａの方が、副画素２１０ｂの入射角受光特性６０１ｂよりも大きい。すなわち、副画素２１０ｂから取得される像信号Ｂの信号レベルよりも、副画素２１０ａから取得される像信号Ａの信号レベルの方が相対的に大きくなる。
【００３４】
図５（ｂ）には、像高Ｘに配置された副画素２１０ａによって受光される像信号ＡのＸ方向のシェーディングを示している。また、同様に像高Ｘに配置された副画素２１０ｂによって受光される像信号ＢのＸ方向のシェーディングを示している。像信号Ａ、Ｂのシェーディングは、それぞれ、像高Ｘの副画素２１０ａ、２１０ｂが射出瞳枠６０２を通して受光可能な光量を、対応する瞳部分領域３０２ａ、３０２ｂの範囲で積分することによって求められる。このようにして求められた像信号Ａ、Ｂのシェーディングは、図５（ｂ）に示すように、像高Ｘに応じて連続的に変化する関数として近似的に扱うことができる。
【００３５】
［シェーディング補正］
シェーディング補正は、このような副画素２１０ａ、２１０ｂの受光感度のムラに起因して生じるシェーディングを補正する。シェーディングと同様に、シェーディング補正も像高Ｘに応じて連続的に変化する関数として扱うことができる。
【００３６】
ここで、像信号Ａ、Ｂのシェーディングは、像高Ｘの他にも、射出瞳枠６０２の位置や大きさに応じて変化することに注意する必要がある。例えば、射出瞳から受光面までの距離等により定まる射出瞳距離が小さくなると、同じ像高＋Ｘ１から見える瞳面での−Ｘ２は、より中心から遠ざかることになる。また、絞り値が小さくなると、副画素２１０ａ、２１０ｂが射出瞳枠６０２を通して見る瞳部分領域３０２ａ、３０２ｂの面積が小さくなるため、瞳部分領域３０２ａの積分範囲が小さくなり、像信号Ａと像信号Ｂとの比が大きくなる。逆に、絞り値が大きくなると、像信号Ａと像信号Ｂとの比が小さくなる。
【００３７】
したがって、例えばレンズ交換式のカメラ等でシェーディング補正を行う場合は、像高Ｘの他にも、撮像光学系の射出瞳枠６０２の位置や大きさに合わせたシェーディング補正値を、予め記憶しておく必要がある。このため、ＣＰＵ１２１のＲＯＭやＲＡＭの容量が膨大となってしまう。あるいは、シェーディング補正値を予め記憶する代わりに、入射角受光特性６０１ａ、６０１ｂと射出瞳枠６０２との関係からシェーディング補正値を算出することも可能であるが、今度はシェーディング補正の演算量が膨大となってしまう。
【００３８】
そこで、本実施形態では、代表的な撮像光学系のＦ値や射出瞳距離等の光学情報に応じたシェーディング補正値を予め算出しておき、その近似関数の係数を記憶しておく。例えば、像信号Ａ、Ｂに対するシェーディング補正関数を、予め記憶した補正係数ＳＡ０、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ０、ＳＢ１、ＳＢ２を用いて、それぞれ下式（１）、（２）のように、像高Ｘの２次までの多項式により近似する。
ＳＡ（Ｘ）＝ＳＡ０＋ＳＡ１・Ｘ＋ＳＡ２・Ｘ２    …（１）
ＳＢ（Ｘ）＝ＳＢ０＋ＳＢ１・Ｘ＋ＳＢ２・Ｘ２    …（２）
【００３９】
補正関数ＳＡ（Ｘ）、ＳＢ（Ｘ）を、それぞれ、像信号Ａ、Ｂに対して掛け合わせることで、シェーディング補正後の信号レベルが揃った像信号Ａ、Ｂを得ることができる。これにより、像信号Ａと像信号Ｂとの像ずれ量が算出しやすくなり、焦点検出の精度が向上する。特に、本実施形態では、補正係数ＳＡ０、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ０、ＳＢ１、ＳＢ２を、予め光学情報毎に算出してテーブルとして規定しておくことで、ＲＯＭやＲＡＭの容量、又は画像処理回路１２５やＣＰＵ１２１における演算量を低減することができる。
【００４０】
［飽和時のシェーディング補正］
次に、画像処理回路１２５又はＣＰＵ１２１が行う、撮像信号又は像信号が飽和した場合のクリップ処理及びシェーディング補正について説明する。画素２１０が出力する信号を読み出す際の、例えば信号電荷の蓄積過程や増幅過程においては、扱える信号の大きさの上限値が存在する。このため、画素２１０の受光量が大きいときは、像信号Ａ、Ｂや撮像信号Ａ＋Ｂの大きさがこの上限値に制限されてしまう。
【００４１】
特に、撮像信号Ａ＋Ｂから像信号Ａを減算して像信号Ｂを求める場合には、撮像信号Ａ＋Ｂがまず上限値に達する。このとき、撮像信号Ａ＋Ｂから像信号Ａを減算して求められる像信号Ｂの値は、像信号Ａの大きさが撮像信号Ａ＋Ｂの半値を超えていると、実際よりも過小となってしまう。この結果、受光量の大きい画素における像信号Ｂの値が、受光量の小さい画素における像信号Ｂの値の分布に対して反転し、相関演算を行う際に像信号Ａと像信号Ｂの一致度が低くなってしまう。ここで、相関演算とは、焦点検出を行う際に、像信号Ａと像信号Ｂの一致度に基づいて像信号Ａと像信号Ｂとの像ずれ量を求める演算のことをいう。
【００４２】
そこで、像信号Ａ、Ｂの大きさが撮像信号Ａ＋Ｂの上限値の半値を超えている場合（以下、「飽和」という）は、像信号の大きさを撮像信号Ａ＋Ｂの上限値の半値（以下、「第１上限値」という）に制限するクリップ処理を行う。図６は、撮像装置におけるクリップ処理を説明するための図である。図６では、受光量が大きい像高Ｘ＝１５付近の飽和画素において、像信号Ａ及び像信号Ｂの両方が飽和して、同一の第１上限値（＝８００）にクリップされている。飽和画素以外においては、シェーディングの影響によって、像信号Ａの信号レベルが像信号Ｂの信号レベルの約２倍となっている。
【００４３】
図７は、撮像装置におけるシェーディング補正を説明するための図である。図７（ａ）は、図６に示すクリップ処理された像信号Ａ、Ｂに対して、従来のシェーディング補正を行った結果を示している。図７（ａ）では、相関演算を行うために、像信号Ａと像信号Ｂにそれぞれゲインをかけて、一対の像信号Ａ、Ｂの信号レベルを揃えている。この結果、像高Ｘ＝１５付近以外においては、像信号Ａ、Ｂの信号レベルが揃っている。しかし、像高Ｘ＝１５付近の飽和画素においては、像信号Ａ及び像信号Ｂをクリップ処理したために、シェーディング補正によって像信号Ａと像信号Ｂとの信号レベルの比がかえって大きくなってしまっている。このまま相関演算を行うと、飽和画素における像信号Ａと像信号Ｂの一致度が低くなって焦点検出に誤差が生じてしまう。
【００４４】
ここで、本実施形態では、画像処理回路１２５又はＣＰＵ１２１は像ずれ量の算出にあたって、所定数連続して並んだ像信号を処理するよう組まれたハードウェアを用いている。このため、相関演算を行う際に、Ｘ方向の像信号列に対して、飽和画素からの像信号だけを除外する処理を行うためには別途前段に回路を設けたり、後段で正規化処理を行う必要があったりと、難しい。そこで、飽和画素へのシェーディング補正を行う段階で対処し、後段の焦点検出への影響を低減する。もちろん、像ずれ量をソフトウェアで処理する実施形態であっても、本実施形態のような対処法は取り得るため、特に限定されない。
【００４５】
［飽和画素に対するシェーディング補正］
そこで、本実施形態では、ＣＰＵ１２１が、像信号Ａ、Ｂのいずれかが飽和している飽和画素に対しては、非飽和画素に対するシェーディング補正を弱めに掛ける、あるいはシェーディング補正とは異なる処理を行う。例えば図７（ｂ）では、飽和画素に対しては、像信号Ａと像信号Ｂにそれぞれゲインをかけて、一対の像信号Ａ、Ｂの大きさを同一の補正値に揃えている。この補正値は、予め定めた定数値としてもよいし、図６に示すクリップ処理における第１上限値（＝８００）と等しくしてもよい。あるいは、シェーディング補正後の飽和画素における一対の像信号Ａ、Ｂの大きさの比に応じて決定してもよい。またあるいは、飽和画素に対してはシェーディング補正を含む処理を行わないようにしてもよい。シェーディング補正を行わない場合は、上式（１）及び（２）において、ＳＡ（Ｘ＝１５付近）とＳＢ（Ｘ＝１５付近）とを、同一の定数値とする。図７（ｂ）では、ＳＡ（Ｘ＝１５付近）及びＳＢ（Ｘ＝１５付近）を、定数値＝１とした。
【００４６】
これにより、飽和画素においてシェーディング補正後の像信号Ａ、Ｂの信号レベルが一致する、あるいは信号レベルの差が出にくくなるので、相関演算において像信号Ａと像信号Ｂの一致度が低くなることにより生じる焦点検出の誤差を低減することができる。特に、本実施形態では、飽和画素を含めた形で相関演算が行われるため、例えば飽和画素を除外して相関演算を行う場合と比較して、飽和画素が多くなって相関演算に利用可能な画素数が減少してしまうことを抑制できる。
【００４７】
以上のように、本実施形態の撮像装置は、副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段（画像処理回路）と、像信号の大きさが第１上限値を超えた飽和画素からの像信号を判定する飽和判定手段（画像処理回路）を備えている。また、撮像光学系の光学情報に基づいて像信号を像高に応じてシェーディング補正し、一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段（画像処理回路、ＣＰＵ）を備えている。そして、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わないようにしている。このような構成により、画素の像信号が飽和することにより生じる焦点検出の誤差を低減することが可能な撮像装置及びその制御方法を得ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、必ずしもシェーディング補正前にクリップ処理が行われる必要はない。本実施形態では、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりも補正を弱めに掛ける、或いは補正を行わないことで、クリップ処理の有無に関わらず上述の優れた効果を得ることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、図８及び図９を参照しながら第２実施形態の撮像装置について説明する。第１実施形態では、像信号Ａ及び像信号Ｂの両方が飽和している場合について説明した。しかし、像高やレンズの射出瞳距離、Ｆ値の条件によっては、像信号Ａの受光量と像信号Ｂの受光量とに大きな差異が生ずることがあり、像信号Ａは飽和するが像信号Ｂは飽和しないといった場合が生じ得る。
【００５０】
図８は、撮像装置におけるクリップ処理を説明するための図である。図８では、受光量が大きい像高Ｘ＝１５付近の飽和画素において、像信号Ａは飽和して第１上限値（＝８００）にクリップされているが、像信号Ｂは飽和していない。飽和画素以外においては、シェーディングの影響によって、像信号Ａの信号レベルが像信号Ｂの信号レベルの約４倍となっている。
【００５１】
図９は、撮像装置におけるシェーディング補正を説明するための図である。図９（ａ）は、図８に示す像信号Ａ、Ｂに対して、従来のシェーディング補正を行った結果を示している。図９（ａ）では、相関演算を行うために、像信号Ａと像信号Ｂにそれぞれゲインをかけて、一対の像信号Ａ、Ｂの信号レベルを揃えている。この結果、像高Ｘ＝１５付近以外においては、像信号Ａ、Ｂの信号レベルが揃っている。しかし、像高Ｘ＝１５付近の飽和画素においては、像信号Ａをクリップ処理したために、シェーディング補正によって像信号Ａと像信号Ｂとの信号レベルの比がかえって大きくなってしまっている。このまま相関演算を行うと、飽和画素における像信号Ａと像信号Ｂの一致度が低くなって焦点検出に誤差が生じてしまう。
【００５２】
第１実施形態のように、像信号Ａの信号レベルと像信号Ｂの信号レベルの比（例えば図６では約２倍）があまり大きくならない場合は、像信号Ａが飽和すると撮像信号Ａ＋Ｂも飽和することが多い。この場合、像信号Ａ及び像信号Ｂの両方とも同一の第１上限値（＝８００）にクリップされる。しかし、本実施形態のように、像信号Ａの信号レベルと像信号Ｂの信号レベルの比（例えば図８では約４倍）が大きくなる場合は、例えば像信号Ａのみが飽和する場合がある。このとき、飽和していない撮像信号Ａ＋Ｂから飽和した像信号Ａを減算して求められる像信号Ｂの値は不定となる。すなわち、第１実施形態のように、必ずしも像信号Ａと像信号Ｂが同じ値となるわけではない。
【００５３】
そこで、本実施形態では、像信号Ａと像信号Ｂのうちの一方のみが飽和している場合は、シェーディング補正後の像信号Ａ及び像信号Ｂの両方の上限を第２上限値に制限する第２のクリップ処理を行う。図９（ｂ）では、飽和画素におけるシェーディング補正後の像信号Ａ、Ｂに対して、図８と同様の第２のクリップ処理を行っている。この際の像信号の大きさを制限する第２上限値は、予め定めた定数値としてもよいし、シェーディング補正後の飽和画素における一対の像信号Ａ、Ｂの大きさの比に応じて決定してもよい。図９（ｂ）では、この第２上限値を、図８に示すクリップ処理における第１上限値（＝８００）と等しくした。
【００５４】
これにより、飽和画素において像信号Ａ、Ｂの信号レベルが大きく異なることがなくなるので、相関演算において像信号Ａと像信号Ｂの一致度が低くなることにより生じる焦点検出の誤差を低減することができる。特に、本実施形態では、飽和画素を含めた形で相関演算が行われるため、例えば飽和画素を除外して相関演算を行う場合と比較して、飽和画素が多くなって相関演算に利用可能な画素数が減少してしまうことを抑制できる。
【００５５】
以上のように、本実施形態の撮像装置は、像信号の大きさが第１上限値を超えた飽和画素を判定する飽和判定手段（画像処理回路）と、像信号の上限を第１上限値に制限するクリップ手段（画像処理回路）と、を備えている。また、撮像光学系の光学情報に基づいて、第１上限値に制限された像信号をシェーディング補正するとともに、シェーディング補正後の一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段（画像処理回路、ＣＰＵ）を備えている。そして、飽和画素におけるシェーディング補正後の像信号の上限を第２上限値に制限してから相関演算を行うようにしている。このような構成により、画素の像信号が飽和することにより生じる焦点検出の誤差を低減することが可能な撮像装置及びその制御方法を得ることができる。
【００５６】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態に記載の撮像装置の構成は一例を示したものであり、本発明を適用可能な撮像装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００５７】
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００５８】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０７                ：撮像素子
１２１                ：ＣＰＵ
１２５                ：画像処理回路
２１０                ：画素
２１０ａ、２１０ｂ    ：副画素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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