(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズにより結像される被写体像の赤外成分をカットする赤外光カットフィルタと、
前記赤外光カットフィルタにより赤外成分をカットされた前記被写体像を電気信号に変換するための複数の異なる色フィルタを有する画素が複数配列された撮像素子と、
前記撮像レンズの射出瞳位置に応じて、前記撮像素子の水平方向における前記画素の位置に応じた第１のシェーディング補正係数及び前記撮像素子の垂直方向における前記画素の位置に応じた第２のシェーディング補正係数を算出する算出手段と、
算出された前記第１及び第２のシェーディング補正係数を記憶する記憶手段と、
記憶された前記第１及び第２のシェーディング補正係数を用いて、前記撮像素子の前記水平方向及び前記垂直方向における前記電気信号のシェーディング補正を行うシェーディング補正手段とを有し、
前記第１及び第２のシェーディング補正係数は、前記赤外光カットフィルタの影響を受ける第１の色フィルタを有する画素に対応した補正係数と、前記赤外光カットフィルタの影響を受けない第２または第３の色フィルタを有する画素に対応した補正係数とを各々が含み、前記赤外光カットフィルタの影響を受ける前記第１の色フィルタを有する画素に対応する補正係数と、前記赤外光カットフィルタの影響を受けない前記第２または第３の色フィルタを有する画素に対応する補正係数とは異なり、前記第２の色フィルタを有する画素に対応する補正係数と、前記第３の色フィルタを有する画素に対応する補正係数は同じであることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記撮像レンズのズーム位置、前記撮像レンズのフォーカス位置、及び、絞り量の少なくとも１つと、前記撮像レンズの射出瞳位置に応じて、前記第１及び第２のシェーディング補正係数を算出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】
撮像レンズにより結像される被写体像の赤外成分をカットする赤外光カットフィルタと、前記赤外光カットフィルタにより赤外成分をカットされた被写体像を電気信号に変換するための複数の異なる色フィルタを有する画素が複数配列された撮像素子を備えた撮像装置のシェーディング補正方法において、
前記撮像レンズの射出瞳位置に応じて、前記撮像素子の水平方向における前記画素の位置に応じた第１のシェーディング補正係数及び前記撮像素子の垂直方向における前記画素の位置に応じた第２のシェーディング補正係数を算出する算出工程と、
算出された前記第１及び第２のシェーディング補正係数を用いて、前記撮像素子の前記水平方向及び前記垂直方向における前記電気信号のシェーディング補正を行うシェーディング補正工程とを有し、
前記第１及び第２のシェーディング補正係数は、前記赤外光カットフィルタの影響を受ける第１の色フィルタを有する画素に対応した補正係数と、前記赤外光カットフィルタの影響を受けない第２または第３の色フィルタを有する画素に対応した補正係数とを各々が含み、前記赤外光カットフィルタの影響を受ける前記第１の色フィルタを有する画素に対応する補正係数と、前記赤外光カットフィルタの影響を受けない前記第２または第３の色フィルタを有する画素に対応する補正係数とは異なり、前記第２の色フィルタを有する画素に対応する補正係数と、前記第３の色フィルタを有する画素に対応する補正係数は同じであることを特徴とするシェーディング補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置及びシェーディング補正方法に関し、特に、撮像素子を備えるとともに、撮像レンズが交換可能である撮像装置、及び該撮像装置に適用されるシェーディング補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来のレンズ交換可能なデジタルスチルカメラの構成の一例を示すブロック図である。
【０００３】
図中、カメラ操作スイッチ４３がメインＳＷ及びレリーズＳＷで構成されており、撮影者によってカメラ操作スイッチ４３が操作されると、全体制御回路４４がカメラ操作スイッチ４３の状態変化を検出し、その他の各回路ブロックヘ電源供給が開始される。
【０００４】
撮影画面範囲内の被写体像は、主撮影光学系３３を通して撮像部３４上に結像され、この撮像部３４が電気信号をＡ／Ｄ変換部３５へ出力する。電気信号は、Ａ／Ｄ変換部３５によって、画素毎に順々に所定のデジタル信号に変換され、プロセス処理回路３６へ送られる。このプロセス処理回路３６では、各画素データを基にＲＧＢの各色信号を生成し、撮影者が撮影前操作を行っている状態では、この生成結果を、メモリ制御部３７を介してビデオメモリ４１に各フレーム毎に定期的に転送する。ビデオメモリ４１に転送されたデータを基に、モニター表示部４２がファインダー表示等を行う。
【０００５】
一方、撮影者がカメラ操作スイツチ４３に対して撮影操作を行った場合には、カメラ操作スイツチ４３の状態変化を検出した全体制御回路４４からの制御信号によって、上記プロセス処理回路３６から出力された１フレーム分の各画素データがフレームメモリ３８内に記憶される。続いて、このフレームメモリ３８内のデータが、メモリ制御部３７及び作業用のワークメモリ３９によって、所定の圧縮フォーマットにデータ圧縮され、その圧縮結果が外部メモリ４０に記憶される。なお、外部メモリ４０は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリからなる。
【０００６】
なお、撮影済みの画像データを画像表示するには、上記外部メモリ４０に圧縮記憶されたデータを、メモリ制御部３７が通常の撮影画素毎のデータに伸張し、その結果をビデオメモリ４１へ転送する。ビデオメモリ４１に転送されたデータを基に、モニター表示部４２がファインダー表示等を行う。
【０００７】
ところ、このような従来のレンズ交換可能なデジタルカメラに用いる撮像素子には、画素毎の光感度を向上させるために、図１１に示すようなマイクロレンズが、撮像素子の感光画素部分毎に設けられている。
【０００８】
図１１は、マイクロレンズの位置と撮像レンズからの入射光角度との関係によって発生するシェーディング（撮影レンズからの入射光の入射角度に依存する空間的な感度不均一性）の発生原理を示した図である。図中、２０はフィールドレンズとしての撮影レンズを、２１はマイクロレンズを、２２は撮像素子の感光部を表している。
【０００９】
マイクロレンズ２１を撮像素子の各画素の感光部２２毎に設けることで、たとえ撮像素子の感光部２２の有効感度領域が狭くなったとしても、周辺の光を感光部２２に有効に集めることが可能となっている。
【００１０】
しかしながら、図１１（ａ）に示すように、撮影レンズ２０を通した光線がほぼ垂直に撮像素子の感光部２２に入射する場合は、ほぼ問題無く入射光線が撮像素子の感光部２２に集まるが、図１１（ｂ）に示すように、撮影レンズ２０を通した光線が斜めに撮像素子に入射する場合は、撮影レンズ２０とマイクロレンズ２１との光学的な関係で、撮影レンズ２０の光軸から離れた領域（撮像素子の周辺部分）の各感光部には、本来の入射光線の一部しか入射しなくなってしまう。
【００１１】
このような光量の低下を一般的にはホワイトシェーディングと呼ぶが、この現象は、撮像素子上の画素位置が撮影レンズ２０の光軸から離れるに従って激しくなる。
【００１２】
この撮影レンズ２０と撮像素子上のマイクロレンズ２１との組み合わせで発生するホワイトシェーディングを補正する方法が、例えば特開平６−１９７２６６号公報に開示されている。この方法では、撮像用のレンズ内に設けられたメモリにシェーディング補正データを予め記憶しておき、撮影時にそれを読み出して、アナログ／デジタル変換回路の基準電圧をこれに基づき作成し、アナログ撮像信号をこの基準電圧に基づきデジタル信号に変換して、シェーディング補正を行なっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来のレンズ交換可能なデジタルカメラに、従来の一眼レフタイプの銀塩フィルムカメラにおける光学システム（例えば交換レンズシステム）を流用する場合は、このレンズ交換可能なデジタルカメラは、こうした流用が不可能なデジタルカメラの撮像素子に比較して、かなり大きなサイズの撮像素子が必要となる。
【００１４】
しかしながら、この大きなサイズの撮像素子では、撮像レンズによっては、撮像素子周辺部への光線の入射角が大きくなってしまうものがある。この場合、マイクロレンズの位置、オンチップ色フィルタの製作ズレ、撮像素子のデバイス構造等に起因して、入射角が大きくなる撮像素子周辺部で感度が低下する感度不均一性（シェーディング）が発生する。これを以下に説明する。
【００１５】
図１１に示したように、最近の固体撮像素子は、感度向上のために入射光をフォトダイオード（撮像素子の感光部２２）へ集光するマイクロレンズ２１を備えているが、入射光の入射角が大きくなると、マイクロレンズ２１で屈折した入射光はフォトダイオードの中心から離れたところへ集光してしまうため、その画素の感度が低下してしまう。
【００１６】
従来、特開平６−１９７２６６号公報に開示されているように、被写体を結像するレンズの特性によって撮像素子周辺部で入射光の入射角が大きくなることを考慮してシェーディング補正を行う撮像装置は存在したが、レンズを交換できる撮像装置システムでは、レンズを交換すると撮像素子へ入射する光線の入射角度特性が大きく変わってしまい、シェーディング補正を好適に行うことができなかった。
【００１７】
また、レンズを交換せず同じレンズを用いているときでも、そのレンズがズームレンズである場合、撮影画角が変わったり、異なる距離の被写体にピントを合わせたりしたときには、撮像レンズの射出瞳位置が変化するために、撮像素子周辺部への入射光の入射角が変わってしまい、シェーディング補正を好適に行うことができなかった。
【００１８】
さらに、図１２は、積層タイプ反射型赤外光カットフィルタによる色シェーディングの発生原理を概念的に表わした図である。図１２（ａ）は反射型赤外光カットフィルタの入射角に依存する分光透過率特性を示し、図１２（ｂ）はオンチップカラーフィルタを備える撮像素子の分光感度特性の一例を示し、図１２（ｃ）は赤フィルタ画素の感度を示す。ここでは、ＲＧＢ原色タイプのオンチップカラーフィルタを持つ撮像素子の例を示している。なお、図１２（ａ）の横軸の波長と図１２（ｂ）の横軸の波長とは同じレベル目盛である。
【００１９】
図１２（ａ）に示すような分光透過率特性を持つ赤外光カットフィルタを通ってきた光が、図１２（ｂ）に示す分光感度特性をもつ撮像素子に入射されたとする。この場合、図１２（ａ）及び（ｂ）から分かるように、青と緑のカラーフィルタの波長領域では、赤外光カットフィルタの分光透過率特性に入射角度依存性は少なく、一方、赤のカラーフィルタの波長領域では、赤外光カットフィルタの分光透過率特性が大きな入射角度依存性を持っている。また、撮像素子から出力される信号の感度特性は、赤外光カットフィルタの分光透過率特性と、撮像素子の分光感度特性の積で表わされる。したがって、入射光の入射角が大きい場合は赤のカラーフィルタを持つ画素の感度が落ちてしまい、図１２（ｃ）に示すように、撮像素子周辺部で赤フィルタを持つ画素の感度だけが低下する色シェーディングが発生する。
【００２０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、撮影レンズが交換可能な撮像装置において、撮影レンズの交換に関わりなく撮像素子平面上の感度不均一性を解消するようにした撮像装置及びシェーディング補正方法を提供することを目的とする。
【００２１】
また、撮像素子の特定の色チャンネルで発生する色シェーディングを補正することを可能にした撮像装置及びシェーディング補正方法を提供することを他の目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、撮像レンズにより結像される被写体像の赤外成分をカットする赤外光カットフィルタと、前記赤外光カットフィルタにより赤外成分をカットされた前記被写体像を電気信号に変換するための複数の異なる色フィルタを有する画素が複数配列された撮像素子と、前記撮像レンズの射出瞳位置に応じて、前記撮像素子の水平方向における前記画素の位置に応じた第１のシェーディング補正係数及び前記撮像素子の垂直方向における前記画素の位置に応じた第２のシェーディング補正係数を算出する算出手段と、算出された前記第１及び第２のシェーディング補正係数を記憶する記憶手段と、記憶された前記第１及び第２のシェーディング補正係数を用いて、前記撮像素子の前記水平方向及び前記垂直方向における前記電気信号のシェーディング補正を行うシェーディング補正手段とを有し、前記第１及び第２のシェーディング補正係数は、前記赤外光カットフィルタの影響を受ける第１の色フィルタを有する画素に対応した補正係数と、前記赤外光カットフィルタの影響を受けない第２または第３の色フィルタを有する画素に対応した補正係数とを各々が含み、前記赤外光カットフィルタの影響を受ける前記第１の色フィルタを有する画素に対応する補正係数と、前記赤外光カットフィルタの影響を受けない前記第２または第３の色フィルタを有する画素に対応する補正係数とは異なり、前記第２の色フィルタを有する画素に対応する補正係数と、前記第３の色フィルタを有する画素に対応する補正係数は同じであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項３記載のシェーディング補正方法は、撮像レンズにより結像される被写体像の赤外成分をカットする赤外光カットフィルタと、前記赤外光カットフィルタにより赤外成分をカットされた被写体像を電気信号に変換するための複数の異なる色フィルタを有する画素が複数配列された撮像素子を備えた撮像装置のシェーディング補正方法において、前記撮像レンズの射出瞳位置に応じて、前記撮像素子の水平方向における前記画素の位置に応じた第１のシェーディング補正係数及び前記撮像素子の垂直方向における前記画素の位置に応じた第２のシェーディング補正係数を算出する算出工程と、算出された前記第１及び第２のシェーディング補正係数を用いて、前記撮像素子の前記水平方向及び前記垂直方向における前記電気信号のシェーディング補正を行うシェーディング補正工程とを有し、前記第１及び第２のシェーディング補正係数は、前記赤外光カットフィルタの影響を受ける第１の色フィルタを有する画素に対応した補正係数と、前記赤外光カットフィルタの影響を受けない第２または第３の色フィルタを有する画素に対応した補正係数とを各々が含み、前記赤外光カットフィルタの影響を受ける前記第１の色フィルタを有する画素に対応する補正係数と、前記赤外光カットフィルタの影響を受けない前記第２または第３の色フィルタを有する画素に対応する補正係数とは異なり、前記第２の色フィルタを有する画素に対応する補正係数と、前記第３の色フィルタを有する画素に対応する補正係数は同じであることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る撮像装置（デジタルスチルカメラ）の一実施の形態の構成を示すブロック図である。この撮像装置ではレンズ交換が可能である。
【００３０】
図中１はカメラ全体の制御を司る全体制御ＣＰＵ、２は射出瞳位置検出部、３は交換レンズである。交換レンズ３は射出瞳位置情報を内部に備え、検出部２は、交換レンズ３に備えられたその射出瞳位置情報を検出し、検出値を修正してエンコード情報を作成し、ＣＰＵ１に出力する。
【００３１】
射出瞳位置情報は後述のように、シェーディング補正係数の算出に使用されるが、その算出の前に射出瞳位置情報は、交換レンズ３のズーム位置、フォーカス位置、像高、絞り量の少なくとも１つに応じて修正される。すなわち、射出瞳位置は一般に、撮像レンズと撮像素子との光軸上の距離で表されるが、これはズームやフォーカスの変化に連動して変わる。また、像高（撮像素子平面において着目画素の位置と光軸上の点との距離）が変わることによっても若干変化することが知られている。さらに、絞り量が変わると、撮像素子の着目画素に入射する光の入射角の範囲が変化する。これらの変化はシェーディング補正係数を算出する際の誤差となって現れるので、精度の高いシェーディング補正をするために、交換レンズ３の射出瞳位置情報を、交換レンズ３のズーム位置、フォーカス位置、像高、絞り量の少なくとも１つに応じて修正する。
【００３２】
４は積層型反射タイプの赤外光カットフィルタ、５は撮像素子である。撮像素子５は、例えばＣＣＤ等の電荷転送素子から成り、交換レンズ３を通して被写体像が結像され、その結果蓄積された電荷を電気信号として、画素毎に順々に読み出してＣＤＳ／ＡＧＣ回路６へ出力する。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路６は、撮像素子５内で発生するリセットノイズ等の雑音成分を抑圧し、適当なレベルまで増幅してから、この出力をＡ／Ｄ変換回路７へ出力する。Ａ／Ｄ変換回路７は、上記の電荷量に相当する被写体の輝度データをデジタルデータに変換する。なお、撮像素子５上には、ＲＧＢ等の各色信号を作り出すための光学色フィルタが貼り付けられているので、撮像素子５からの出力信号は各色を順次示す信号となる。
【００３３】
８はドライバであり、撮像素子５の各素子で電荷蓄積を行うために必要な電気エネルギを素子毎に供給する。すなわち、タイミングジェネレータ９から送られるタイミング信号に基づいて、撮像素子５を水平方向及び垂直方向に走査して供給を行う。
【００３４】
タイミングジェネレータ９からは、水平同期信号ＨＤ及び垂直同期信号ＶＤがアドレス発生回路１０へ供給され、アドレス発生回路１０では、それらの同期信号に基づいてアドレス信号を発生する。
【００３５】
１２〜１５は、後述する撮像素子５の感度補正（シェーディング補正）を行うために必要な補正データを記憶するメモリであり、１２は水平方向の第１補正データを記憶しているＨメモリＨ１、１３は水平方向の第２補正データを記憶しているＨメモリＨ２、１４は垂直方向の第１補正データを記憶しているＶメモリＶ１、１５は垂直方向の第２補正データを記憶しているＶメモリＶ２である。
【００３６】
アドレス判別回路１１は、アドレス発生回路１０から出力されたアドレス信号に基づいて所定信号ＨＳＥＬ，ＶＳＥＬを出力する。
【００３７】
１６、１７はセレクタであり、メモリ１２〜１５から送られる各出力信号の中から、アドレス判別回路１１から送られる所定信号ＨＳＥＬ，ＶＳＥＬに基づいてそれぞれ選択を行い、水平方向及び垂直方向の補正データを出力するものである。
【００３８】
１８は乗算回路ＭＵＬ１であり、Ａ／Ｄ変換回路７から出力される画素毎の輝度データと、セレクタ１６を介して得られる水平方向の補正データとの乗算を行うものである。１９は乗算回路ＭＵＬ２であり、乗算回路（ＭＵＬ１）１８の出力と、セレクタ１７を介して得られる垂直方向の補正データとの乗算を行うものである。
【００３９】
この乗算回路（ＭＵＬ２）１９から出力された感度補正（シェーディング補正）が施された画素毎の輝度データは、通常、プロセス処理回路（図示せず）へ送られ、ここでダークレベル補正やγ変換、色補間処理が行われ、その結果がメモリ（図示せず）に記憶されるようになっている。
【００４０】
図２は、色補間処理について示す図である。図２（ａ）は撮像素子５の画素配列を示し、図２（ｂ）はＧ（グリーン）の補間フィルタを示し、図２（ｃ）はＲ（レッド）／Ｂ（ブルー）の補間フィルタを示し、図２（ｄ）は補間処理後の画素配列を示す。ここで使用している撮像素子の色フィルタ配列は一般的なベイヤー配列であり、図２（ｂ）に示すようなＧの市松、図２（ｃ）に示すようなＲ／Ｂの線順次の配列となっている。
【００４１】
単板の撮像素子の場合、全ての画素にＲＧＢの情報があるわけではないので、例えば図２（ｂ）や図２（ｃ）に示した３×３のマトリックス行列を使用した補間演算にて、撮像素子上の全画素ポイントにおけるＲＧＢ色情報を作り出すのが一般的である。これを以下に具体的に説明する。
【００４２】
例えば図２（ａ）に示す画素ａのＧ補間後信号を生成するには、点線ａ１で囲んだ画素ａ及びその周囲８画素の各輝度データに、Ｇ補間フィルタの係数をそれぞれ掛け合わせ合算することによって求める。図２（ｂ）に示すＧ補間フィルタにおいて、点線ａ１内のＧ（グリーン）の画素に対応する係数は、画素ａの位置で１であり、４隅の各画素の位置で０である。したがって、画素ａの輝度データがそのままＧ補間後信号となる。
【００４３】
また、例えば図２（ａ）に示す画素ｂのＧ補間後信号を生成するには、点線ｂ１で囲んだ画素ｂ及びその周囲８画素の各輝度データに、Ｇ補間フィルタの係数をそれぞれ掛け合わせ合算することによって求める。この場合、図２（ｂ）に示すＧ補間フィルタにおいて、点線ｂ１内のＧ（グリーン）の画素に対応する係数は、画素ｂの上下左右の各位置で０．２５である。したがって、画素ｂのＧ補間後信号は、上下左右の各位置における係数を乗算後の合算値となる。言い換えれば、上下左右の各位置における各輝度データの平均値となる。
【００４４】
同様の方法により、Ｒ（レッド）／Ｂ（ブルー）についても、Ｇ補間フィルタとは係数が異なるＲ／Ｂ補間フィルタを使用して、全画素に対するＲ／Ｂ補間後信号を決定する。
【００４５】
このようにして、最終的には図２（ｄ）に示すような全画素に対するＲＧＢ補間後信号が生成される。
【００４６】
次に、図１に示した撮像装置において行われる感度補正（シェーディング補正）処理を、図３及び図４を参照して説明する。
【００４７】
図３は、撮影レンズと撮像素子デバイス構造との組み合わせで発生するシェーディングを補正するシェーディング補正係数を示す図である。
【００４８】
すなわち、射出瞳位置が撮像素子に比較的近く、撮像素子周辺部で感度が大きく低下している場合は、シェーディング補正係数を、図３（ａ）のように像高の高いところ（撮像素子周辺部）で大きくなるようにして、撮像素子の出力信号を増幅するようにする。反対に射出瞳位置が遠く、撮像素子周辺部で感度はあまり低下しない場合は、シェーディング補正係数を、図３（ｂ）のように像高の高いところ（撮像素子周辺部）で僅か大きくなるようにして、撮像素子の出力信号を若干増幅するようにする。具体的には、図１に示す射出瞳位置検出部２が交換レンズ３に備えられた射出瞳位置情報を読み出し、上記のようにズーム位置、フォーカス位置等に応じて修正を加えて全体制御ＣＰＵ１へ送り、全体制御ＣＰＵ１が、修正された射出瞳位置情報に応じてシェーディング補正係数を算出する。
【００４９】
なおこのとき、像高にシェーディング補正係数を厳密に対応させようとすると、撮像素子を中心とした同心円状にシェーディング補正係数を対応させなければならず、ハードウェア処理が難しくなる。そこで、本実施の形態では、図４に示すようなシェーディング補正係数を設定する。
【００５０】
図４は、本実施の形態におけるシェーディング補正係数を示す図である。（ａ）は撮像素子の平面を示し、（ｂ）は水平方向のシェーディング補正係数成分を示し、（ｃ）は垂直方向のシェーディング補正係数成分を示す。
【００５１】
すなわち、水平方向においては、感度が低くなっている撮像素子左右の周辺部分に対して感度を上げるようにシェーディング補正係数を設定し、垂直方向においては、感度が低くなっている撮像素子上下の周辺部分に対して感度を上げるようにシェーディング補正係数を設定し、水平方向、垂直方向のシェーディング補正係数を画像平面上で掛け合わせたときに、擬似的に同心円状になるように設定する。この疑似同心円状の補正は、感度が、後述の図６に示すように、撮像素子へ入射する光の入射角に対して十分になだらかに変化し、かつ変化量が少ないならば、同心円状に補正する場合に比べ、十分に満足できる精度となる。
【００５２】
次に、図５〜図７を参照して、シェーディング補正係数を撮像素子平面上で水平方向及び垂直方向の成分に分ける方法を説明する。
【００５３】
図５は、撮像レンズから撮像素子までの間の光の通路を示す図である。図中２０は撮影レンズ、２３は絞りである。θは光の入射角、ｄは撮像素子５上に入射された光の光軸中心からの距離、つまり像高、ｐは撮影レンズ２０と撮像素子５との光軸上の距離、つまり射出瞳位置である。
【００５４】
図６は入射角θに対する感度を示すグラフ、図７は像高ｄの撮像素子５平面上でのＸ，Ｙ成分を示す図である。
【００５５】
ここで、像高ｄ（入射角θ）に対する感度が図６で表わされるものとし、このシェーディング特性は、感度をｙ、入射角をθとすると、下記の関数で近似できるものとする。
【００５６】
ｙ＝Ａｔａｎ2θ＋Ｂｔａｎθ＋Ｃ    …（１）
ｔａｎθ＝ｄ／ｐ                    …（２）
なお、Ａ，Ｂ，Ｃは定数であり、前述のように、ｄは像高、ｐは射出瞳位置（距離）である。
【００５７】
ここで図７に示すように、撮像素子５上の平面上において、Ｘ軸に対して角度θ′の傾きを持つ像高ｄを、撮像素子５平面上でＸ成分ｄｃｏｓθ′とＹ成分ｄｓｉｎθ′とに分割した場合、上記式（２）と同様な下記式が得られる。
【００５８】
ｔａｎθx＝（ｄｃｏｓθ′）／ｐ        …（３）
ｔａｎθy＝（ｄｓｉｎθ′）／ｐ        …（４）
なおθx，θyは、入射角θの撮像素子５上の平面上におけるＸ成分及びＹ成分である。
【００５９】
これらのｔａｎθx，ｔａｎθyを用いると、感度ｙは下記式のように表せる。
【００６０】
ｙ＝（Ａｔａｎ2θx＋Ｂｔａｎθx＋Ｃ）（Ａｔａｎ2θy＋Ｂｔａｎθy＋Ｃ）
…（５）
この上記式（５）は上記式（１）と精度良く一致する。
【００６１】
そこで、上記式（５）を参照して、水平方向及び垂直方向の各補正式を下記式とし、
（Ａｔａｎ2θx＋Ｂｔａｎθx＋Ｃ）-1      …（６）
（Ａｔａｎ2θy＋Ｂｔａｎθy＋Ｃ）-1      …（７）
上記補正式（６），（７）を、撮像素子の各画素からの輝度データに乗算することにより、水平方向のシェーディング補正後データＨ（ｉ）及び垂直方向のシェーディング補正後データＶ（ｊ）を算出する。
【００６２】
上記補正式（６），（７）に基づき、各画素毎に水平方向及び垂直方向のシェーディング補正係数を算出し、これらを、図１に示す全体制御ＣＰＵ１からＨメモリ（Ｈ１）１２及びＶメモリ（Ｖ１）１４において、各画素位置に対応したアドレス位置にそれぞれ格納する。
【００６３】
かくして、撮影レンズ２０とマイクロレンズ２１との光学的な関係で生じるシェーディングについては、色フィルタの性能等に関係なく、撮像素子５の１画面分の出力に対して、水平方向、垂直方向にそれぞれ１つずつのシェーディング補正係数で補正する。すなわち、図１に示す構成において、Ａ／Ｄ変換回路７から出力された画素毎の輝度データに対して、乗算回路（ＭＵＬ１）１８が、画素位置に対応した水平方向のシェーディング補正係数を乗算することにより、まず水平方向の補正を行い、次に乗算回路（ＭＵＬ２）１９が、画素位置に対応した垂直方向のシェーディング補正係数を乗算することにより、垂直方向の補正を行う。これにより、撮像素子５の１画面分の出力に対して、シェーディング補正を行なうことができる。
【００６４】
以上のように、レンズ交換可能な撮像装置において、撮像レンズに射出瞳位置情報を備え、撮像時には撮像装置本体が撮像レンズの射出瞳情報を用いてシェーディング補正係数を算出し、シェーディング補正を行う。これによって、撮像レンズを交換しても、シェーディング補正を好適に実行することができる。
【００６５】
なお、撮影レンズと撮像素子デバイス構造との組み合わせで発生するシェーディングは、撮像素子に入射する光線の入射角に依存しているため、撮像素子の注目画素において、その画素に入射する入射光の入射角がわかれば、シェーディング補正量が算出できる。すなわち、注目画素における像高と、撮像レンズの射出瞳位置がわかれば、入射角が計算でき、シェーディング補正量が算出できることになる。このとき、射出瞳位置を交換レンズ内に備え、像高を撮像装置本体で計算することにより、どの交換レンズと、どの撮像装置本体とを組み合わせても、撮像レンズと撮像素子の光学特性の組み合わせに起因するシェーディングを好適に補正できる。
【００６６】
また、シェーディング補正係数を算出する基になる撮像レンズの射出瞳位置情報を、ズーム位置、フォーカス位置、像高、絞り量の少なくとも１つにより修正するようにする。これにより、シェーディング補正の精度を向上させることができる。
【００６７】
次に、撮像素子５のデバイス構造と撮像レンズ２０（交換レンズ３）の光学条件で発生する色シェーディングを防止する方法を、以下に説明する。
【００６８】
図５に示すように、撮像素子５の前面に積層タイプ反射型の赤外光カットフィルタ４を使用し、撮像素子５が、図１２（ｂ）に示すようなＲＧＢ原色ベイヤーフィルタを備えている場合、図１２（ａ）で示した赤外光カットフィルタの分光透過率特性の入射角依存性により、赤フィルタを持つ画素の感度が大きな入射角依存性を持つ。そのため、図１２（ｃ）のように赤色チャンネルのみに大きくシェーディングが発生し、その他のチャンネルで発生するシェーディングは赤色チャンネルと比べて僅かである。
【００６９】
赤外光カットフィルタ４と交換レンズ３との光学的な組み合わせで生じるこうした色シェーディングは、交換レンズ３の射出瞳位置が撮像素子５に近いほど赤外カットフィルタ４の周辺部への入射光の入射角が大きくなるため、色シェーディング量が大きくなる。
【００７０】
図８は、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの配列と、配列に応じた各シェーディング補正係数とを示す図である。（ａ）はＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの配列を示し、（ｂ）はＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの第１行に対応するシェーディング補正係数Ｈ１（ｉ），Ｈ２（ｉ）を示し、（ｃ）はＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの第２行に対応するシェーディング補正係数Ｈ１（ｉ），Ｈ２（ｉ）を示し、（ｄ）はＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの第１列に対応するシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ），Ｖ２（ｊ）を示し、（ｅ）はＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの第２列に対応するシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ），Ｖ２（ｊ）を示す。
【００７１】
ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタは、図８（ａ）のような配列になっているので、例えば第１行の水平ラインでは、Ｇ，Ｒが交互に並び、左端から数えて奇数番号に位置する画素（Ｇ）の出力感度と偶数番号に位置する画素（Ｒ）の出力感度とは異なる。すなわち、Ｒフィルタを持つ画素の出力は、Ｇフィルタを持つ画素の出力に比べ、周辺部で大幅に低下する。そのため、図８（ｂ）に示すようなシェーディング補正係数Ｈ１（ｉ），Ｈ２（ｉ）を設定する。シェーディング補正係数Ｈ１（ｉ）は、Ｒフィルタを持つ画素の出力に適用される補正係数であり、図１のＨメモリ（Ｈ１）１２に格納され、一方、シェーディング補正係数Ｈ２（ｉ）は、Ｇフィルタを持つ画素の出力に適用される補正係数であり、図１のＨメモリ（Ｈ２）１３に格納される。
【００７２】
ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの第２行の水平ラインでは、Ｂ，Ｇが交互に並ぶので、左端から数えて奇数番号に位置する画素（Ｂ）の出力感度と偶数番号に位置する画素（Ｇ）の出力感度とは、ほとんど同じである。そのため、図８（ｃ）に示すような同一のシェーディング補正係数Ｈ１（ｉ），Ｈ２（ｉ）を設定する。シェーディング補正係数Ｈ１（ｉ）は、Ｂフィルタを持つ画素の出力に適用される補正係数であり、図１のＨメモリ（Ｈ１）１２に格納され、一方、シェーディング補正係数Ｈ２（ｉ）は、Ｇフィルタを持つ画素の出力に適用される補正係数であり、図１のＨメモリ（Ｈ２）１３に格納される。
【００７３】
次に、例えばＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの第１列の垂直ラインでは、Ｇ，Ｂが交互に並ぶので、上端から数えて奇数番号に位置する画素（Ｇ）の出力感度と偶数番号に位置する画素（Ｂ）の出力感度とは、ほとんど同じである。そのため、図８（ｄ）に示すような同一のシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ），Ｖ２（ｊ）を設定する。シェーディング補正係数Ｖ１（ｊ）は、Ｇフィルタを持つ画素の出力に適用される補正係数であり、図１のＶメモリ（Ｖ１）１４に格納され、一方、シェーディング補正係数Ｖ２（ｊ）は、Ｂフィルタを持つ画素の出力に適用される補正係数であり、図１のＶメモリ（Ｖ２）１５に格納される。
【００７４】
一方、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの第２列の垂直ラインでは、Ｒ，Ｇが交互に並び、上端から数えて奇数番号に位置する画素（Ｇ）の出力感度と偶数番号に位置する画素（Ｇ）の出力感度とは異なる。すなわち、Ｒフィルタを持つ画素の出力は、Ｇフィルタを持つ画素の出力に比べ、周辺部で大幅に低下する。そのため、図８（ｅ）に示すようなシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ），Ｖ２（ｊ）を設定する。シェーディング補正係数Ｖ１（ｊ）は、Ｒフィルタを持つ画素の出力に適用される補正係数であり、図１のＶメモリ（Ｖ１）１４に格納され、一方、シェーディング補正係数Ｖ２（ｊ）は、Ｇフィルタを持つ画素の出力に適用される補正係数であり、図１のＶメモリ（Ｖ２）１５に格納される。
【００７５】
以上のようにシェーディング補正係数を設定格納して、撮像素子５からの画素毎の輝度データに対して、対象画素の位置の２次元的なアドレスを基に、対応するシェーディング補正係数を読み出して、乗算するようにする。これを、図９を参照して説明する。
【００７６】
図９は、アドレス判別回路１１で行われる所定信号ＨＳＥＬ，ＶＳＥＬの出力処理の手順を示すフローチャートである。
【００７７】
まずステップＳ１で、アドレス発生回路１０から送られた対象画像の２次元アドレスのうち、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの垂直（列）方向のアドレスが偶数であるか否かを判別する。また、ステップＳ２及びＳ７で、アドレス発生回路１０から送られた対象画像の２次元アドレスのうち、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの水平（行）方向のアドレスが偶数であるか否かを判別する。
【００７８】
こうした判別の結果、対象画像の２次元アドレスのうち、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの垂直（列）方向のアドレスが奇数（即ち２次元の撮像素子配列でいう奇数行目）であり、且つ水平（行）方向のアドレスが奇数（即ち２次元の撮像素子配列でいう奇数列目）であるならば、ステップＳ３に進み、アドレス判別回路１１は所定信号ＨＳＥＬをＬレベル（０レベル）とする。その結果、セレクタ１６はＨメモリ（Ｈ１）１２の出力であるシェーディング補正係数Ｈ１（ｉ）を乗算回路（ＭＵＬ１）１８へ送る。
【００７９】
次にステップＳ４で、アドレス判別回路１１は所定信号ＶＳＥＬをＬレベル（０レベル）とする。その結果、セレクタ１７はＶメモリ（Ｖ１）１４の出力であるシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ）を乗算回路（ＭＵＬ２）１９へ送る。
【００８０】
この状態を、図８を参照して説明する。
【００８１】
すなわち、対象画素が図８（ａ）に示す左上のＧの画素２２であるとした場合、乗算回路（ＭＵＬ１）１８は、図８（ｂ）で実線で示したシェーディング補正係数Ｈ１（ｉ）（Ｈ方向の左側が水平方向の下位アドレスに相当し、Ｈ方向の右側が水平方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行い、一方、乗算回路（ＭＵＬ２）１９は、図８（ｄ）で実線で示したシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ）の特性（Ｖ方向の上側が垂直方向の下位アドレスに相当し、Ｖ方向の下側が垂直方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行う。
【００８２】
また、上記の判別の結果、対象画像の２次元アドレスのうち、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの垂直（列）方向のアドレスが奇数（即ち２次元の撮像素子配列でいう奇数行目）であり、且つ水平（行）方向のアドレスが偶数（即ち２次元の撮像素子配列でいう偶数列目）であるならば、ステップＳ５に進み、アドレス判別回路１１は所定信号ＨＳＥＬをＨレベル（１レベル）とする。その結果、セレクタ１６はＨメモリ（Ｈ２）１３の出力であるシェーディング補正係数Ｈ２（ｉ）を乗算回路（ＭＵＬ１）１８へ送る。
【００８３】
次にステップＳ６で、アドレス判別回路１１は所定信号ＶＳＥＬをＬレベル（０レベル）とする。その結果、セレクタ１７はＶメモリ（Ｖ１）１４の出力であるシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ）を乗算回路（ＭＵＬ２）１９へ送る。
【００８４】
例えば、対象画素が図８（ａ）に示すＲの画素２３であるとした場合、乗算回路（ＭＵＬ１）１８は、図８（ｂ）で破線で示したシェーディング補正係数Ｈ２（ｉ）（Ｈ方向の左側が水平方向の下位アドレスに相当し、Ｈ方向の右側が水平方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行い、一方、乗算回路（ＭＵＬ２）１９は、図８（ｅ）で実線で示したシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ）の特性（Ｖ方向の上側が垂直方向の下位アドレスに相当し、Ｖ方向の下側が垂直方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行う。
【００８５】
また、上記の判別の結果、対象画像の２次元アドレスのうち、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの垂直（列）方向のアドレスが奇数（即ち２次元の撮像素子配列でいう奇数行目）であり、且つ水平（行）方向のアドレスが偶数（即ち２次元の撮像素子配列でいう偶数列目）であるならば、ステップＳ５に進み、アドレス判別回路１１は所定信号ＨＳＥＬをＨレベル（１レベル）とする。その結果、セレクタ１６はＨメモリ（Ｈ２）１３の出力であるシェーディング補正係数Ｈ２（ｉ）を乗算回路（ＭＵＬ１）１８へ送る。
【００８６】
次にステップＳ６で、アドレス判別回路１１は所定信号ＶＳＥＬをＬレベル（０レベル）とする。その結果、セレクタ１７はＶメモリ（Ｖ１）１４の出力であるシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ）を乗算回路（ＭＵＬ２）１９へ送る。
【００８７】
例えば、対象画素が図８（ａ）に示すＲの画素２３であるとした場合、乗算回路（ＭＵＬ１）１８は、図８（ｂ）で破線で示したシェーディング補正係数Ｈ２（ｉ）（Ｈ方向の左側が水平方向の下位アドレスに相当し、Ｈ方向の右側が水平方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行い、一方、乗算回路（ＭＵＬ２）１９は、図８（ｅ）で実線で示したシェーディング補正係数Ｖ１（ｊ）の特性（Ｖ方向の上側が垂直方向の下位アドレスに相当し、Ｖ方向の下側が垂直方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行う。
【００８８】
また、上記の判別の結果、対象画像の２次元アドレスのうち、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの垂直（列）方向のアドレスが偶数（即ち２次元の撮像素子配列でいう偶数行目）であり、且つ水平（行）方向のアドレスが奇数（即ち２次元の撮像素子配列でいう奇数列目）であるならば、ステップＳ８に進み、アドレス判別回路１１は所定信号ＨＳＥＬをＬレベル（０レベル）とする。その結果、セレクタ１６はＨメモリ（Ｈ１）１２の出力であるシェーディング補正係数Ｈ１（ｉ）を乗算回路（ＭＵＬ１）１８へ送る。
【００８９】
次にステップＳ９で、アドレス判別回路１１は所定信号ＶＳＥＬをＨレベル（１レベル）とする。その結果、セレクタ１７はＶメモリ（Ｖ２）１５の出力であるシェーディング補正係数Ｖ２（ｊ）を乗算回路（ＭＵＬ２）１９へ送る。
【００９０】
例えば、対象画素が図８（ａ）に示すＢの画素２４であるとした場合、乗算回路（ＭＵＬ１）１８は、図８（ｃ）で実線で示したシェーディング補正係数Ｈ１（ｉ）（Ｈ方向の左側が水平方向の下位アドレスに相当し、Ｈ方向の右側が水平方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行い、一方、乗算回路（ＭＵＬ２）１９は、図８（ｄ）で実線で示したシェーディング補正係数Ｖ２（ｊ）の特性（Ｖ方向の上側が垂直方向の下位アドレスに相当し、Ｖ方向の下側が垂直方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行う。
【００９１】
また、上記の判別の結果、対象画像の２次元アドレスのうち、ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの垂直（列）方向のアドレスが偶数（即ち２次元の撮像素子配列でいう偶数行目）であり、且つ水平（行）方向のアドレスが偶数（即ち２次元の撮像素子配列でいう偶数列目）であるならば、ステップＳ１０に進み、アドレス判別回路１１は所定信号ＨＳＥＬをＨレベル（１レベル）とする。その結果、セレクタ１６はＨメモリ（Ｈ２）１３の出力であるシェーディング補正係数Ｈ２（ｉ）を乗算回路（ＭＵＬ１）１８へ送る。
【００９２】
次にステップＳ１１で、アドレス判別回路１１は所定信号ＶＳＥＬをＨレベル（１レベル）とする。その結果、セレクタ１７はＶメモリ（Ｖ２）１５の出力であるシェーディング補正係数Ｖ２（ｊ）を乗算回路（ＭＵＬ２）１９へ送る。
【００９３】
例えば、対象画素が図８（ａ）に示すＧの画素２５であるとした場合、乗算回路（ＭＵＬ１）１８は、図８（ｃ）で実線で示したシェーディング補正係数Ｈ２（ｉ）（Ｈ方向の左側が水平方向の下位アドレスに相当し、Ｈ方向の右側が水平方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行い、一方、乗算回路（ＭＵＬ２）１９は、図８（ｅ）で破線で示したシェーディング補正係数Ｖ２（ｊ）の特性（Ｖ方向の上側が垂直方向の下位アドレスに相当し、Ｖ方向の下側が垂直方向の上位アドレスに相当）を用いて輝度データに対する乗算補正を行う。
【００９４】
以上のように、アドレス判別回路１１は、対象画素の２次元的なアドレスを逐次判別し、水平・垂直それぞれのアドレスが奇数であるか偶数であるかによって、シェーディング補正係数のテーブルを切換える。これによって、図１２（ｃ）に示したような交換レンズ３と赤外光カットフィルタ４との光学的な組み合わせで生じる色シェーディングを防止することができる。なお、ここでは、赤色シェーディングを防止することを説明したが、特に赤色に限定されるものではなく、他の色の色シェーディングにも本発明は適用できる。
【００９５】
また、本実施の形態では水平・垂直方向にそれぞれ２種類のシェーディング補正係数を用意したが、各Ｒ／Ｇ／Ｂ毎に別々のシェーディング補正係数を用意するようにしてもよい。さらに、色フィルタに補色系を用いた場合には、各方向にシェーディング補正係数を４種類持つことも可能である。
【００９６】
また、前述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、本発明が達成されることは言うまでもない。
【００９７】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が、前述の各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体が本発明を構成することになる。
【００９８】
プログラムコードを供給するための記憶媒体として、例えば、フロッピィディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【００９９】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ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各実施の形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは言うまでもない。
【０１００】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、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後、そのプログラムコードの指示に基づき、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各実施の形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは言うまでもない。
【０１０１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、撮影レンズが交換可能な撮像装置において、撮影レンズの交換に関わりなく撮像素子平面上の感度不均一性を解消することができ、また、撮像素子の特定の色チャンネルで発生する色シェーディングを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像装置（デジタルスチルカメラ）の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】色補間処理について示す図である。
【図３】撮影レンズと撮像素子デバイス構造との組み合わせで発生するシェーディングを補正するシェーディング補正係数を示す図である。
【図４】本実施の形態におけるシェーディング補正係数を示す図である。（ａ）は撮像素子の平面を示し、（ｂ）は水平方向のシェーディング補正係数成分を示し、（ｃ）は垂直方向のシェーディング補正係数成分を示す。
【図５】撮像レンズから撮像素子までの間の光の通路を示す図である。
【図６】入射角θに対する感度を示すグラフである。
【図７】像高ｄの撮像素子平面上でのＸ，Ｙ成分を示す図である。
【図８】ＲＧＢ原色ベイヤーフィルタの配列と、配列に応じた各シェーディング補正係数とを示す図である。
【図９】アドレス判別回路で行われる所定信号ＨＳＥＬ，ＶＳＥＬの出力処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】従来のレンズ交換可能なデジタルスチルカメラの構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】マイクロレンズの位置と撮像レンズからの入射光角度との関係によって発生するシェーディングの発生原理を示した図である。
【図１２】積層タイプ反射型赤外光カットフィルタによる色シェーディングの発生原理を概念的に表わした図である。
【符号の説明】
１  全体制御ＣＰＵ（算出手段、修正手段）
２  射出瞳位置検出部（取出手段）
３  交換レンズ（撮像レンズ）
４  赤外光カットフィルタ
５  撮像素子
６  ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
７  Ａ／Ｄ変換回路
８  ドライバ
９  タイミングジェネレータ
１０  アドレス発生回路（記憶手段、補正手段）
１１  アドレス判別回路（補正手段）
１２  ＨメモリＨ１（記憶手段）
１３  ＨメモリＨ２（記憶手段）
１４  ＶメモリＶ１（記憶手段）
１５  ＶメモリＶ２（記憶手段）
１６  セレクタ（補正手段）
１７  セレクタ（補正手段）
１８  乗算回路ＭＵＬ１（補正手段）
１９  乗算回路ＭＵＬ２（補正手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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