(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を所定の受光面へと導く光学系と、
それぞれにマイクロレンズが形成された複数の受光素子を前記受光面に配列配置し、当該複数の受光素子からの出力に基づいて前記被写体の画像を取得する撮像手段と、
受光素子に入射する光束の入射方向と当該受光素子からの出力に対するシェーディング補正の補正係数との関係である補正情報を予め記憶する補正情報記憶手段と、
前記受光面に複数の基準位置が設定されており、前記光学系の状態を示す情報に基づいて基準位置に入射する光束の入射方向を取得する入射方向取得手段と、
基準位置への光束の入射方向および前記補正情報に基づいて当該基準位置に関連する受光素子からの出力に対するシェーディング補正を行う補正手段と、
を備え、
前記補正情報が、
前記光学系の所定のレンズ配置において、前記受光面上の位置と当該位置へと入射する光束の入射方向との関係を示す補正用入射角情報と、
前記所定のレンズ配置において前記受光面上の位置に関連づけられた補正係数の集合である補正テーブルと、
を有し、
前記補正手段が、
前記入射角方向取得手段により取得された基準位置に入射する光束の入射方向が、所定レンズ配置において受光面上の光軸中心から当該基準位置へと向かう直線上の如何なる位置に入射する光束の入射方向に相当するのかを、前記補正用入射角情報を参照して求める手段と、
求められた位置の補正係数を前記補正テーブルを参照して求めることで、前記基準位置の補正係数を求める基準位置補正係数特定手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記基準位置補正係数特定手段が、
求められた位置に近接する複数の位置の補正係数を前記補正テーブルを参照して求める手段と、
求められた複数の位置の補正係数を内挿することで前記基準位置の補正係数を求める手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
光束が前記光学系の光軸に漸次近づく場合と漸次離れる場合の２つの補正情報が準備されており、
前記入射方向取得手段により取得される入射方向に基づいて前記２つの補正情報のうちの１つが選択されることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置であって、
前記光学系のレンズ配置および絞りに関する複数の状態における前記受光面上の光軸中心からの距離と入射光束の前記光軸に対する傾きとの関係を示す複数の基本テーブルを記憶する手段、
をさらに備え、
前記入射方向取得手段が、前記複数の基本テーブルを内挿することにより、前記光学系の撮影時の状態における基準位置に入射する光束の入射方向を取得することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置であって、前記光学系の全部または一部が交換可能な交換ユニットとされ、
前記補正手段による補正に利用される値であって交換ユニットの種類に固有のものを当該種類に対応付けて記憶するユニット変数記憶手段、
をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置であって、前記光学系の全部または一部が交換可能な交換ユニットとされ、
前記交換ユニットが、
前記補正手段による補正に利用される値であって前記交換ユニットの種類に固有のものを記憶する手段、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の撮像装置であって、
前記補正手段が、
前記複数の基準位置の補正係数をノイズ成分を与えつつ補間することにより前記複数の受光素子に対応する補正係数を求める手段、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
所定の受光面に配列配置されるとともにそれぞれにマイクロレンズが形成された複数の受光素子を有し、被写体からの光を光学系を介して当該複数の受光素子へと導くことにより当該被写体の画像を取得する撮像装置において、取得される画像のシェーディングを補正するシェーディング補正方法であって、
受光素子に入射する光束の入射方向と当該受光素子からの出力に対するシェーディング補正の補正係数との関係である補正情報を準備する工程と、
前記受光面に複数の基準位置が設定されており、前記光学系の状態を示す情報に基づいて基準位置に入射する光束の入射方向を取得する入射方向取得工程と、
基準位置への光束の入射方向および前記補正情報に基づいて当該基準位置に関連する受光素子からの出力のシェーディング補正を行う補正工程と、
を有し、
前記補正情報が、
前記光学系の所定のレンズ配置において、前記受光面上の位置と当該位置へと入射する光束の入射方向との関係を示す補正用入射角情報と、
前記所定のレンズ配置において前記受光面上の位置に関連づけられた補正係数の集合である補正テーブルと、
を有し、
前記補正工程が、
前記入射角方向取得工程により取得された基準位置に入射する光束の入射方向が、所定レンズ配置において受光面上の光軸中心から当該基準位置へと向かう直線上の如何なる位置に入射する光束の入射方向に相当するのかを、前記補正用入射角情報を参照して求める工程と、
求められた位置の補正係数を前記補正テーブルを参照して求めることで、前記基準位置の補正係数を求める工程と、
を有す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】
この発明は、例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ等のようにマイクロレンズが形成されて配列配置される複数の受光素子を有する撮像装置およびこのような撮像装置におけるシェーディング補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気的信号にて画像を取得するために複数の受光素子を配列配置したデバイスであるＣＣＤ(Charge Coupled Device)が利用されている。さらに近年、ＣＣＤの高解像度化を実現するために個々の受光素子の大きさを縮小し、１つのＣＣＤに多数の受光素子を配列する技術が研究されている。
【０００３】
ここで、受光素子の縮小化はＣＣＤの感度の低下および出力電圧の低下をもたらす。そこで、各受光素子に微小なレンズ（以下、「マイクロレンズ」という。）を積層し、受光部位に光を集光させることによりＣＣＤの感度の低下および出力電圧の低下を防止する技術が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロレンズが形成されたＣＣＤを用いて撮影を行う場合、マイクロレンズの影響を受けて光の入射方向により受光素子からの出力が大きく変化する。一般的には、ＣＣＤの周縁部の受光素子では光が傾斜して入射し、ＣＣＤの中央部の受光素子に比べて周縁部の受光素子からの出力が低下する。その結果、得られる画像の周縁部の輝度が低下するといういわゆるシェーディングが発生する。そこで、このようなシェーディングをなくす技術の開発が求められている。
【０００５】
図３１ないし図３３はこのようなマイクロレンズの影響によるシェーディングの発生の様子を説明するための図である。ただし、光学系のレンズによる周辺光量落ちおよび受光素子の光電変換特性のばらつきはないものとする。図３１はＣＣＤ９００上の光軸中心Ｚに対する左右方向の端点Ｃａ，Ｃｂおよび上下方向の端点Ｃｃ，Ｃｄの位置を示す図である。
【０００６】
図３２中の符号９０１にて示すグラフは、ＣＣＤ９００を用いて均一照明された均一濃度の被写体を撮影した場合の端点Ｃａ，中心Ｚ，端点Ｃｂに沿う直線上に並ぶ受光素子からの出力に応じた画像中の輝度分布を示しており、中心Ｚに対して両端点Ｃａ，Ｃｂにおける輝度が低下する様子を示す。図３３中の符号９０２にて示すグラフは同様の条件で撮影を行った場合の端点Ｃｃ，中心Ｚ，端点Ｃｄに沿う直線上に並ぶ受光素子からの出力に応じた画像中の輝度分布を示し、中心Ｚに対して両端点Ｃｃ，Ｃｄにおける輝度が低下する様子を示す。
【０００７】
このように、マイクロレンズを有するＣＣＤ９００にて撮影を行う場合、画像の周縁部での輝度の低下、すなわちシェーディングが顕著に発生する。
【０００８】
マイクロレンズによるシェーディングの影響を取り除くには各受光素子からの出力の低下量を補正することにより取り除くことができる。例えば、図３２における中心Ｚでの輝度を１とした場合に、端点Ｃａでの輝度がＬａであったとすると、端点Ｃａに位置する受光素子の出力を１／Ｌａ倍することにより端点Ｃａにおける輝度を適正に補正することができる。また、図３３においても端点Ｃｃにおける輝度がＬｃであるとすると、端点Ｃｃに位置する受光素子の出力を１／Ｌｃ倍することにより端点Ｃｃにおける輝度を適正に補正することができる。同様の補正を図３２および図３３に示すグラフ９０１，９０２に基づいて各受光素子に行うことにより両端点Ｃａ，Ｃｂ間および両端点Ｃｃ，Ｃｄ間に並ぶ受光素子からの出力が適正に補正され、図３２および図３３中に符号９０３，９０４にて示すグラフのように均一な輝度特性を得ることができる。
【０００９】
したがって、均一照明された均一濃度の被写体を撮影した際に各受光素子からの出力が均一となるような補正を他の被写体の撮影時に行うことにより、他の被写体の画像のシェーディングを補正することができる。
【００１０】
ところで、マイクロレンズによるシェーディングの発生はマイクロレンズの形状誤差および位置ずれ、並びに撮影光学系の状態の影響を受ける。すなわち、受光素子に入射する光束の光束中心の方向（３次元ベクトルにて表現可能な方向）に応じて受光素子からの出力は複雑に変化するとともに光学系の絞りの状態によっても複雑に変化する。その結果、ある光学系の状態で均一照明された均一濃度の被写体を撮影して得られるシェーディング補正のための情報は、光学系が同様の状態であるときの撮影画像の補正にしか用いることができない。
【００１１】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光学系の状態の影響を受けて複雑に変化するシェーディングに対して適切に補正を行うことができる撮像装置およびシェーディング補正方法を提供することを目的としている。
【００１２】
なお、マイクロレンズの影響によるシェーディングの度合いは撮影レンズの瞳位置や絞りの状態によって変化する。瞳位置は撮影レンズの焦点距離および繰り出し量により変化し、さらに、撮影レンズの種類によっても異なる。したがって、ズームレンズを使用する場合や一眼レフ方式のように複数のレンズユニットが使用できるカメラにおいては瞳位置と絞りの組合せは膨大な量となり、光学系の全ての状態に対応した補正のための膨大な情報を予め記憶しておくことは現実には不可能である。
【００１３】
そこで、この発明は光学系の状態の影響を受けて複雑に変化するシェーディングを限定された基本情報に基づいて適切に補正することができる撮像装置を提供することも目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の撮像装置は、被写体からの光を所定の受光面へと導く光学系と、それぞれにマイクロレンズが形成された複数の受光素子を前記受光面に配列配置し、当該複数の受光素子からの出力に基づいて前記被写体の画像を取得する撮像手段と、受光素子に入射する光束の入射方向と当該受光素子からの出力に対するシェーディング補正の補正係数との関係である補正情報を予め記憶する補正情報記憶手段と、前記受光面に複数の基準位置が設定されており、前記光学系の状態を示す情報に基づいて基準位置に入射する光束の入射方向を取得する入射方向取得手段と、基準位置への光束の入射方向および前記補正情報に基づいて当該基準位置に関連する受光素子からの出力に対するシェーディング補正を行う補正手段とを備え、前記補正情報が、前記光学系の所定のレンズ配置において、前記受光面上の位置と当該位置へと入射する光束の入射方向との関係を示す補正用入射角情報と、前記所定のレンズ配置において前記受光面上の位置に関連づけられた補正係数の集合である補正テーブルとを有し、前記補正手段が、前記入射角方向取得手段により取得された基準位置に入射する光束の入射方向が、所定レンズ配置において受光面上の光軸中心から当該基準位置へと向かう直線上の如何なる位置に入射する光束の入射方向に相当するのかを、前記補正用入射角情報を参照して求める手段と、求められた位置の補正係数を前記補正テーブルを参照して求めることで、前記基準位置の補正係数を求める基準位置補正係数特定手段とを有する。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記補正手段が、基準位置に対応する前記補正テーブル上の位置に近接する複数の補正係数を内挿することにより、当該基準位置における補正係数を求める手段を有する。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、光束が前記光学系の光軸に漸次近づく場合と漸次離れる場合の２つの補正情報が準備されており、前記入射方向取得手段により取得される入射方向に基づいて前記２つの補正情報のうちの１つが選択される。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置であって、前記光学系のレンズ配置および絞りに関する複数の状態における前記受光面上の光軸中心からの距離と入射光束の前記光軸に対する傾きとの関係を示す複数の基本テーブルを記憶する手段をさらに備え、前記入射方向取得手段が、前記複数の基本テーブルを内挿することにより、前記光学系の撮影時の状態における基準位置に入射する光束の入射方向を取得する。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置であって、前記光学系の全部または一部が交換可能な交換ユニットとされ、前記補正手段による補正に利用される値であって交換ユニットの種類に固有のものを当該種類に対応付けて記憶するユニット変数記憶手段をさらに備える。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置であって、前記光学系の全部または一部が交換可能な交換ユニットとされ、前記交換ユニットが、前記補正手段による補正に利用される値であって前記交換ユニットの種類に固有のものを記憶する手段を有する。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の撮像装置であって、前記補正手段が、前記複数の基準位置の補正係数をノイズ成分を与えつつ補間することにより前記複数の受光素子に対応する補正係数を求める手段を有する。
【００２２】
請求項８の発明は、所定の受光面に配列配置されるとともにそれぞれにマイクロレンズが形成された複数の受光素子を有し、被写体からの光を光学系を介して当該複数の受光素子へと導くことにより当該被写体の画像を取得する撮像装置において、取得される画像のシェーディングを補正するシェーディング補正方法であって、受光素子に入射する光束の入射方向と当該受光素子からの出力に対するシェーディング補正の補正係数との関係である補正情報を準備する工程と、前記受光面に複数の基準位置が設定されており、前記光学系の状態を示す情報に基づいて基準位置に入射する光束の入射方向を取得する入射方向取得工程と、基準位置への光束の入射方向および前記補正情報に基づいて当該基準位置に関連する受光素子からの出力シェーディング補正を行う補正工程とを有し、前記補正情報が、前記光学系の所定のレンズ配置において、前記受光面上の位置と当該位置へと入射する光束の入射方向との関係を示す補正用入射角情報と、前記所定のレンズ配置において前記受光面上の位置に関連づけられた補正係数の集合である補正テーブルとを有し、前記補正工程が、前記入射角方向取得工程により取得された基準位置に入射する光束の入射方向が、所定レンズ配置において受光面上の光軸中心から当該基準位置へと向かう直線上の如何なる位置に入射する光束の入射方向に相当するのかを、前記補正用入射角情報を参照して求める工程と、求められた位置の補正係数を前記補正テーブルを参照して求めることで、前記基準位置の補正係数を求める工程とを有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
＜１．  発明の原理＞
マイクロレンズを有するＣＣＤにて撮影を行う場合、ＣＣＤの各受光素子からの出力はマイクロレンズの影響を受けて複雑に変化する。また、マイクロレンズの形状はＣＣＤの個体ごとに誤差を有しており、マイクロレンズの影響によるシェーディングの発生を一層複雑なものとしている。なお、一般的には１つのＣＣＤ内の各マイクロレンズの形状はある程度均一となるように形成される。
【００２４】
ここで、マイクロレンズの影響によるシェーディングとは、光をＣＣＤへと導く光学系の状態の影響を受けるシェーディングをいい、光学系の状態の影響を受けないシェーディング（例えば、光電変換特性のばらつきに起因する感度ムラ）を除いたものをいう。以下の説明では、「マイクロレンズの影響によるシェーディング」のことを適宜、単に、「シェーディング」という。
【００２５】
図１（ａ）ないし（ｄ）は１つの受光素子１０の構造を示す図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）ないし（ｄ）は縦断面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、１つの受光素子１０は基台１１上に受光部１２を有しており、この受光部１２での受光感度を増すために受光部１２を覆うマイクロレンズ１３が形成される。
【００２６】
１つの受光素子１０において、撮影光学系（以下、単に「光学系」という。）のレンズ配置の変化により図１（ｂ）ないし（ｄ）にて示すように入射する光束の光束中心Ｌの方向（以下、「光束の入射方向」という。）が様々に変化する。これにより、入射する光束が受光部１２に対して様々な位置に集光される。このとき、基台１１上の集光範囲は光束の入射方向によっては受光部１２の上面に全て含まれるとは限らないことから、光束の入射方向により受光素子１０からの出力は複雑に変化する。
【００２７】
図２（ａ）ないし（ｃ）はＣＣＤの個体ごとに様々な形状に形成されたマイクロレンズ１３の例を示す図である。ここで、図２（ａ）または（ｂ）に示すように、図１（ｂ）に示す受光素子１０に比べてマイクロレンズ１３の高さが低かったり高かったりする場合には、入射する光束の集光範囲の大きさが変化する。その結果、光束の入射方向と受光素子１０からの出力との関係は図１（ｂ）に示すものと異なったものとなる。すなわち、受光素子１０からの出力の補正をＣＣＤの個体ごとに行う必要がある。
【００２８】
さらに、ＣＣＤの製造の際の誤差により、マイクロレンズ１３が図２（ｃ）に示すように受光部１２とずれて形成された場合には、入射光束の集光範囲と受光部１２の上面との重なりの度合いは光束の入射方向（３次元ベクトルとして表現可能な入射方向）に大きく依存する。したがって、単に、受光素子１０が配列される面（以下、「受光面」という。）の法線と光束の入射方向とがなす角（すなわち、入射光束の傾き）と受光素子１０からの出力に対する補正係数との関係を準備したのでは、受光素子１０からの出力を適切に補正することができない。なお、補正係数とは、出力を適正な値に補正する際に利用する値をいい、例えば、出力と掛け合わせることにより適正な出力となる係数をいう。
【００２９】
この発明では、マイクロレンズを有する受光素子配列を用いた撮影の際に生じるシェーディングに対して、光束の入射方向と受光素子の出力に対する補正係数との関係を準備しておくことで適切な補正を実現している。
【００３０】
図３はこの発明に係るシェーディング補正方法の基本的流れを示す流れ図である。図３に示すように、この発明では、光束の入射方向と受光素子の出力に対する補正係数との関係が予め準備される（ステップＳ１１）。なお、マイクロレンズ１３を有する受光素子１０の場合、光学系の絞りを変化させると受光部１２の上面と集光範囲との重なりの程度が複雑に変化するが、画像の撮影の際の絞りの状態に対応した補正情報がステップＳ１１にて準備されるものとする。
【００３１】
補正情報が準備されると、出力の補正対象となる受光素子１０への光束の入射方向が求められる（ステップＳ１２）。３次元ベクトルとして表現可能な入射方向は、例えば、光学系のレンズの配置状態および受光素子１０のＣＣＤ上の位置から計算により求めることが可能である。なお、ステップＳ１２における入射方向を求める処理は、入射方向と同等な情報を求める処理であってもよい。
【００３２】
補正情報は光束の入射方向と補正係数との関係を示すものであることから、ステップＳ１２にて求められた入射方向から受光素子１０の出力を補正するための補正係数が求められる（ステップＳ１３）。その後、この補正係数に基づいて受光素子１０からの出力を補正することにより、適正な出力が得られる（ステップＳ１４）。
【００３３】
以上に説明した補正をＣＣＤ上の全ての受光素子１０に対して実質的に行うことにより、ＣＣＤから得られる画像に現れるマイクロレンズの影響によるシェーディングに対して適切な補正が行われる。
【００３４】
＜２．  第１の実施の形態＞
＜2.1  デジタルカメラの全体構成＞
図４はこの発明の第１の実施の形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ１００の外観を示す斜視図である。デジタルカメラ１００はカメラ本体を構成する本体部１０１に交換可能なレンズユニット１０２を取り付けた構成となっている。
【００３５】
本体部１０１内部にはレンズユニット１０２により被写体の像が形成されるＣＣＤ１１１が設けられており、デジタルカメラ１００の操作者がファインダ用窓１１２から所望の被写体を覗きながらシャッタボタン１１３を押すと被写体のデジタル画像がメモリスロット１１４内のメモリカードに記憶される。画像を記憶したメモリカードは操作者が取出ボタン１１５を押すことにより本体部１０１から取り出すことができる。
【００３６】
図５はデジタルカメラ１００の機械的構成を示すブロック図である。レンズユニット１０２内には被写体からの光ＬａをＣＣＤ１１１へと導き、ＣＣＤ１１１上に被写体の像を形成するための撮影用の光学系１２１が格納されており、光学系１２１内の複数のレンズ配置や絞りの状態がドライバ１２２により制御される。
【００３７】
ＣＣＤ１１１、シャッタボタン１１３、メモリスロット１１４およびドライバ１２２は適宜インターフェイスを介する等してバスライン１３０に接続される。バスライン１３０にはさらに各種演算処理を行うＣＰＵ１３１、基本的プログラムを記憶するＲＯＭ１３２、補正に必要な情報を記憶するＲＡＭ１３３、ＣＣＤ１１１からの画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１３４、および、画像のシェーディングを補正するための補正回路１３５が適宜インターフェイスを介する等して接続される。なお、補正回路１３５の機能の全部または一部がＣＰＵ１３１、ＲＯＭ１３２およびＲＡＭ１３３の動作により実現されてもよく、ＣＰＵ１３１、ＲＯＭ１３２およびＲＡＭ１３３により実現される機能の全部または一部がハードウェア的に構築されていてもよい。
【００３８】
操作者がシャッタボタン１１３を押すとＣＣＤ１１１からの信号がＡ／Ｄ変換回路１３４を介してデジタル画像として取り込まれる。そして、この画像はドライバ１２２からの情報やＲＡＭ１３３内の情報に基づいてＣＰＵ１３１や補正回路１３５によりシェーディング補正され、メモリスロット１１４を介してメモリカード１１４ａに記憶される。
【００３９】
図６は図５に示すＣＰＵ１３１、ＲＯＭ１３２、ＲＡＭ１３３および補正回路１３５により行われるシェーディング補正動を機能ごとに分けて示すブロック図である。また、図６には図５に示したレンズユニット１０２、ＣＣＤ１１１およびＡ／Ｄ変換回路１３４も同様に示す。
【００４０】
図６に示すように、デジタルカメラ１００におけるシェーディング補正に係る機能構成は大きく補正部１４０と入射角算出部１５０とに分けられる。
【００４１】
補正部１４０は画像のシェーディング補正等を行うものであり、補正に必要な補正情報の生成も行う。すなわち、図３に示す流れ図のステップＳ１１，Ｓ１３およびＳ１４の処理に相当する処理を行う。入射角算出部１５０は補正の対象となる受光素子に入射する光束の入射方向を求めるものであり、図３に示す流れ図のステップＳ１２に相当する処理を行う。
【００４２】
さらに、補正部１４０は補正テーブル算出部１４１、基準補正係数算出部１４２および補正係数補間部１４３を有する。補正テーブル算出部１４１は実質的に補正情報としての役割を果たす補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５を生成し、ステップＳ１１に相当する処理を行う。なお、これらのテーブルの内容については後述する。基準補正係数算出部１４２は基準となる所定の受光素子に入射する光束の入射方向を入射角算出部１５０から受け取り、補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５を参照して基準補正係数を求め、ステップＳ１３に相当する処理を行う。また、補正係数補間部１４３は求められた基準補正係数を補間することにより全ての受光素子に対応する補正係数を算出する。
【００４３】
入射角算出部１５０はドライバ１２２からの情報を受けて後述する入射角テーブル１５２を生成する入射角テーブル算出部１５１を有する。そして、入射角算出部１５０はこの入射角テーブル１５２を参照して補正の対象となる受光素子への光束の入射方向に相当する情報を求め、ステップＳ１２に相当する処理を行う。
【００４４】
以上、デジタルカメラ１００の機械的構成および機能的構成について説明してきたが、次に、デジタルカメラ１００におけるシェーディング補正の具体的動作について詳説する。
【００４５】
＜2.2  シェーディング補正の動作＞
図７はデジタルカメラ１００におけるシェーディング補正動作の概略を示す流れ図である。デジタルカメラ１００では、ＣＣＤ１１１の受光面を所定の矩形のブロックに予め区分けしておき、各ブロックの中心（以下、「基準位置」という。）に位置する受光素子に対応する補正係数を基準補正係数として求める。その後、基準補正係数を補間することにより、全ての受光素子に対応する補正係数を求める。以下、図７を参照しながらシェーディング補正動作について説明する。
【００４６】
＜2.2.1  補正情報の生成＞
シェーディング補正の準備として、まず、図６に示す補正テーブル算出部１４１が補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５を生成し、図５に示す記憶手段であるＲＡＭ１３３に記憶する（ステップＳ２１）。
【００４７】
補正用入射角テーブル１４４とは、光学系１２１のレンズ配置や絞りの状態が所定の状態であるときに、図８に示すようにＣＣＤ１１１の受光面と光学系１２１の光軸１２１ａとの交点（以下、「光軸中心」という。）１２１ｂから補正の対象となる受光素子１１１ａまでの距離Ｒｃと、入射光束の光束中心Ｌｃと光軸１２１ａとのなす角θ（光軸１２１ａに対する光束の傾きを表すいわゆる「軸外光の主光線角度」であり、θ＞０のときに光束中心Ｌｃが光軸１２１ａから漸次離れるものとする。）との関係を示すテーブルである。また、補正テーブル１４５とは、光学系１２１が同様の所定の状態であるときの受光素子１１１ａの２次元座標にて表される位置と補正係数との関係を示すテーブルである。
【００４８】
なお、以下の説明における距離ＲｃはＣＣＤ１１１上の実際の距離を表しており、また、補正テーブル１４５中に２次元配列される補正係数の各格納位置にはＣＣＤ１１１上の受光素子配列に基づく座標が対応付けられる。したがって、補正用入射角テーブル１４４と補正テーブル１４５とを対応付ける際には実際の距離と座標との間の変換処理が行われる。
【００４９】
ここで、光束中心Ｌｃは光学系１２１の光軸１２１ａを含む１つの面に沿う方向を向くことから、距離Ｒｃと角θとの関係を示す情報は受光素子１１１ａが配列される受光面上の位置とこの位置へ入射する光束の入射方向（３次元ベクトルとして表現可能な入射方向）との関係を実質的に表す情報である。また、補正テーブル１４５により受光面上の位置と補正係数とが関係付けられていることから、補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５は受光素子１１１ａに入射する光束の入射方向と補正係数との関係を表す情報であり、これらの情報は図３中のステップＳ１１における補正情報に相当する。
【００５０】
図９は図７中のステップＳ２１の動作の詳細を示す流れ図である。また、図１０は補正用入射角テーブル１４４を生成する様子を示す図であり、図１１は補正テーブル１４５を生成する様子を示す図である。
【００５１】
図１０（ａ）および（ｂ）に示すように補正用入射角テーブル１４４は予めＲＡＭ１３３に記憶されている４つの基本入射角テーブル１６１（図１０中、符号「１６１ａ」、「１６１ｂ」、「１６１ｃ」、「１６１ｄ」を付す。）から２種類（符号「１４４ａ」、「１４４ｂ」を付す。）生成される。また、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように補正テーブル１４５も４つの基本補正テーブル１６２（図１１中、符号「１６２ａ」、「１６２ｂ」、「１６２ｃ」、「１６２ｄ」を付す。）から２種類（符号「１４５ａ」、「１４５ｂ」を付す。）生成される。
【００５２】
２種類の補正用入射角テーブル１４４および２種類の補正テーブル１４５は１つのブロック内の基準補正係数を求める際にいずれか１種類のみが利用される。このように２種類準備される理由については後述する。
【００５３】
４つの基本入射角テーブル１６１は、光軸中心１２１ｂから受光素子１１１ａまでの距離Ｒｃと、光軸１２１ａと光束中心Ｌｃとがなす角θとの関係を光学系１２１の４つの状態に関して示すテーブルであり、４つの状態としては、カメラレンズである光学系１２１の瞳の位置が最も近くなるズーム位置（以下、「瞳近」という。）であって絞りが最も絞られた状態（以下、Ｆナンバーを用いて「Ｆ２２」という。）、瞳近であって絞りが最も開放された状態（以下、Ｆナンバーを用いて「Ｆ６．７」という。）、瞳の位置が最も遠くなるズーム位置（以下、「瞳遠」という。）であってＦ２２の状態、および、瞳遠であってＦ６．７の状態が採用される。なお、これらの基本入射角テーブル１６１は、光学系１２１の仕様に基づく理論的計算により予め算出されてＲＡＭ１３３に記憶される。
【００５４】
補正用入射角テーブル１４４を求めるに際し、まず、レンズユニット１０２のドライバ１２２から撮影時の絞りの状態を示す値（以下、具体例として「Ｆ１１」とする。）が取得される（図９：ステップＳ３１）。そして、図１０（ａ）に示すように、補正テーブル算出部１４１は瞳近であってＦ２２の状態に対応する基本入射角テーブル１６１ａおよび瞳近であってＦ６．７の状態に対応する基本入射角テーブル１６１ｂを内挿することにより、瞳近であってＦ１１の状態に対応する補正用入射角テーブル１４４ａを生成する（ステップＳ３２）。すなわち、各距離ＲｃにおけるＦ２２とＦ６．７とに対応するθの値をＦ１１を基準として内挿する。
【００５５】
続いて同様の処理により、図１０（ｂ）に示すように、瞳遠であってＦ２２の状態に対応する基本入射角テーブル１６１ｃおよび瞳遠であってＦ６．７の状態に対応する基本入射角テーブル１６１ｄを内挿することにより、瞳遠であってＦ１１の状態に対応する補正用入射角テーブル１４４ｂを生成する（ステップＳ３３）。
【００５６】
以上の処理により、瞳近と瞳遠とのそれぞれについて撮影時の絞りの状態に対応する２つの補正用入射角テーブル１４４ａ，１４４ｂが生成される。なお、後述する基準補正係数を求める際に角θから距離Ｒｃを求める処理を行うことから、距離Ｒｃの増加に対して角θの変化が単調ではない場合には角θの算出を中断し、距離Ｒｃと角θとを強制的に１対１に対応させる。
【００５７】
補正用入射角テーブル１４４の生成が完了すると、次に、４つの基本補正テーブル１６２から２つの補正テーブル１４５が生成される。４つの基本補正テーブル１６２は４つの基本入射角テーブル１６１に対応しており、それぞれ光学系１２１が瞳近であってＦ２２の状態、瞳近であってＦ６．７の状態、瞳遠であってＦ２２の状態、および、瞳遠であってＦ６．７の状態に対応している。なお、これらの基本補正テーブル１６２はこれらの状態にて均一照明された均一濃度の被写体を撮影し、この画像がＣＣＤの感度ムラを考慮した上で均一の輝度となる補正係数の２次元配列として予め求められてＲＡＭ１３３に記憶されている。このような作業はデジタルカメラ１００の組立時等に行われる。
【００５８】
そして、図１１（ａ）に示すように、撮影時の絞りの状態であるＦ１１を基準に、瞳近であってＦ２２の状態に対応する基本補正テーブル１６２ａおよび瞳近であってＦ６．７の状態に対応する基本補正テーブル１６２ｂの各補正係数を内挿することにより、瞳近であってＦ１１の状態に対応する補正テーブル１４５ａを生成する（ステップＳ３４）。また、図１１（ｂ）に示すように、瞳遠であってＦ２２の状態に対応する基本補正テーブル１６２ｃおよび瞳遠であってＦ６．７の状態に対応する基本補正テーブル１６２ｄの各補正係数を内挿することにより、瞳遠であってＦ１１の状態に対応する補正テーブル１４５ｂを生成する（ステップＳ３５）。なお、上記ステップＳ３２ないしＳ３５の処理は任意の順序で行われてよい。
【００５９】
以上の処理により、瞳近と瞳遠とのそれぞれについて撮影時の絞りの状態における２つの補正テーブル１４５ａ，１４５ｂが２つの補正用入射角テーブル１４４ａ，１４４ｂに対応して生成される。
【００６０】
このデジタルカメラ１００では補正情報として補正用入射角テーブル１４４と補正テーブル１４５との組合せを２種類準備する。そして、ＣＣＤ１１１上の各ブロックにおける基準補正係数を求める際にはこれらの組合せの一方のみを利用する。これは、特殊な光学系にも対応することを目的としている。
【００６１】
図１２は瞳近の状態と瞳遠の状態とにおいて光学系１２１の光軸１２１ａと入射光束の光束中心Ｌｃとがなす角θが、ＣＣＤ１１１の受光面の光軸中１２１ｂ心から隅の方へと遠ざかるにつれて変化する様子を示す図である。グラフ２０１は瞳近の状態において図１３（ａ）に示すように光束中心Ｌｃが光軸１２１ａから漸次遠ざかる場合を示し、グラフ２０２は瞳遠の状態において図１３（ｂ）に示すように光束中心Ｌｃが光軸１２１ａに漸次近づく場合を示す。また、グラフ２０３は瞳近と瞳遠との間の状態における角θの変化の様子を示す。
【００６２】
図１２に示すように、このデジタルカメラ１００では瞳近の状態と瞳遠の状態とでは光軸中心から離れるに従って角θの変化の様子が大きく異なる。したがって、ブロックの基準補正係数を求める際にブロックの中心である基準位置に入射する光束の光束中心Ｌｃが光軸１２１ａから漸次離れる場合には瞳近の状態に関する補正用入射角テーブル１４４ａおよび補正テーブル１４５ａを利用し、光束中心Ｌｃが光軸１２１ａに漸次近づく場合には瞳遠の状態に関する補正用入射角テーブル１４４ｂおよび補正テーブル１４５ｂを利用する。以上の理由により、デジタルカメラ１００では２種類の補正情報を準備してこれらを使い分けてより適切なシェーディング補正を実現している。
【００６３】
なお、一般のカメラレンズでは、図１３（ａ）にて示すように受光素子に入射する光束の光束中心Ｌｃは漸次光軸１２１ａから離れるため、準備する補正情報は瞳近の状態の補正用入射角テーブル１４４ａおよび補正テーブル１４５ａのみでよい。
【００６４】
＜2.2.2  入射方向の算出＞
図７に示すステップＳ２１が完了すると、次に、図６に示す入射角テーブル算出部１５１が入射角テーブル１５２を生成する（ステップＳ２２）。入射角テーブル１５２とは、撮影時のズーム位置および絞りの状態においてＣＣＤ１１１の光軸中心１２１ｂから受光素子１１１ａまでの距離Ｒｃと、この受光素子１１１ａに入射する光束の光束中心Ｌｃと光軸１２１ａとがなす角θとの関係を示すテーブルである。
【００６５】
図１４は入射角テーブル１５２を生成する処理の流れを示す流れ図である。入射角テーブル１５２は既述の４つの基本入射角テーブル１６１を内挿することにより生成されるが、内挿の条件を取得するために、まず、入射角テーブル算出部１５１がレンズユニット１０２からレンズユニットの種類を取得し（ステップＳ４１）、さらに、レンズユニット１０２から撮影時のズーム位置および撮影時の絞りの状態を示す値（この例の場合、Ｆ１１）を取得する（ステップＳ４２）。
【００６６】
次に、入射角テーブル算出部１５１は取得したレンズユニットの種類からレンズユニットテーブル１６３を参照してユニット標準角θｕを取得する（ステップＳ４３）。ユニット標準角θｕとは絞りが最も絞られた状態（具体的には、Ｆ２２）にてＣＣＤ１１１上の光軸中心１２１ｂから所定距離だけ離れた位置に入射する光束の光束中心Ｌｃが光軸１２１ａとなす角を示す値であり、光学系１２１の種類およびズーム位置に応じて光束全体がどれだけの程度で漸次広がりつつ（あるいは、漸次収束しつつ）ＣＣＤ１１１へと導かれるのかを示す指標値である。なお、絞りが最も絞られた状態にてユニット標準角θｕが規定されるのは、光学系１２１のレンズの外周や光学部品の縁による影響を受けることなく指標となる角を規定することができるからである。
【００６７】
図１５はレンズユニットテーブル１６３の具体例を示す図である。レンズユニットテーブル１６３のユニット番号は交換可能なレンズユニット１０２の種類を示す番号である。ズーム位置は２桁の１６進数にて表されており、情報量を低減するために１桁目が０の場合だけがレンズユニットテーブル１６３に記録されている。そして、各行にはユニット番号に対応するレンズユニット１０２ついて、各ズーム位置のユニット標準角θｕが格納される。
【００６８】
例えば、撮影時にレンズユニット１０２からユニット番号が「０２」であり、ズーム位置が「３０」に設定されているとの情報が取得されると、入射角テーブル算出部１５１が現在のユニット標準角θｕを「−１．０」であると特定する。なお、図１５では他の欄のユニット標準角θｕの値の記載を省略している。
【００６９】
ユニット標準角θｕを取得すると、次に、図１６に示すように既述の４つの基本入射角テーブル１６１のうち、絞りの状態がＦ２２である２つの基本入射角テーブル１６１ａ，１６１ｃをユニット標準角θｕに基づいて内挿し、撮影時のズーム位置であってＦ２２の状態に対応する入射角テーブル１６１ｅを一時的に生成する（ステップＳ４４）。具体的には、ユニット標準角θｕは光軸中心１２１ｂから所定の距離Ｒｃ（この例の場合、Ｒｃ＝３．０）に位置する受光素子１１１ａに入射する光束の光軸１２１ａに対する傾きを表すことから、この距離Ｒｃ（＝３．０）における角θの値が取得したユニット標準角θｕ（＝−１．０）となるように両基本入射角テーブル１６１ａ，１６１ｃのそれぞれの角θを内挿する。
【００７０】
同様の内挿比により、絞りの状態がＦ６．７である２つの基本入射角テーブル１６１ｂ，１６１ｄを内挿し、撮影時のズーム位置であってＦ６．７の状態に対応する入射角テーブル１６１ｆを一時的に生成する（ステップＳ４５）。
【００７１】
さらに、生成した２つの一時的な入射角テーブル１６１ｅ，１６１ｆを絞りの状態に関して内挿し、撮影時のズーム位置であってＦ１１の状態に対応する最終的な入射角テーブル１５２を生成する（ステップＳ４６）。これにより、撮影時の光学系１２１の状態における光軸中心１２１ｂからの距離Ｒｃと距離Ｒｃの位置に入射する光束の光束中心Ｌｃと光軸１２１ａとがなす角θとの関係が求められる。
【００７２】
なお、入射角テーブル１５２を生成するにあたり、ズーム位置の２つの状態（すなわち、瞳近、瞳遠）に関する基本入射角テーブル１６１のみならずそれぞれのズーム位置について絞りの２つの状態に関する計４つの基本入射角テーブル１６１を予め準備しているが、これは、光学系１２１が複数枚のレンズを有する場合に、あるいは、光学系１２１の機構上の制約を受けることにより、絞りの状態に応じて光束中心Ｌｃの傾きが変化することを考慮するためである。
【００７３】
＜2.2.3  補正係数の算出およびシェーディング補正＞
図７に示すステップＳ２２の処理が完了すると、次に、入射角算出部１５０がＣＣＤ１１１上の予め区分けされている複数のブロックのうちの１つに注目し、このブロックの中心を基準位置として特定するとともに、基準位置へ入射する光束（すなわち、光束中心Ｌｃ）の傾きを求める（ステップＳ２３）。
【００７４】
図１７はステップＳ２３の処理の流れを示す流れ図である。また、図１８はＣＣＤ１１１上の１つのブロック３００を例示する図である。
【００７５】
ステップＳ２３では、まず、ＣＣＤ１１１上の光軸中心１２１ｂの座標を（０，０）とし、注目するブロック３００の中心の座標（Ｘｓ，Ｙｓ）を基準位置３１０として求める（ステップＳ５１）。そして、光軸中心１２１ｂから基準位置３１０までの実際の距離（すなわち、光軸１２１ａから基準位置３１０までの距離）を基準距離Ｒｓとして求める（ステップＳ５２）。例えば、基準位置３１０の座標が（−２００，４００）であり、ＣＣＤ１１１の各受光素子の縦横の幅（すなわち、画素ピッチ）が６．２５［μｍ］である場合には、基準距離Ｒｓは２．８［ｍｍ］となる。
【００７６】
基準距離Ｒｓが求められると、次に、入射角算出部１５０が入射角テーブル１５２を参照して基準距離Ｒｓに位置する受光素子に入射する光束の光束中心Ｌｃが光軸１２１ａとなす角を基準入射角θｓとして求める（ステップＳ５３）。具体的には、図１６に示す入射角テーブル１５２における距離Ｒｃに関して２．５と３．０との間で内挿を行い、距離Ｒｃが基準距離Ｒｓ（＝２．８［ｍｍ］）であるときの角θ（＝−１．１［゜］）を基準入射角θｓとして求める。
【００７７】
なお、図８を用いて説明したように、光束中心Ｌｃは光軸１２１ａを含む１つの面に沿う方向を向くことから、基準入射角θｓを求めることにより基準位置３１０に入射する光束の入射方向（３次元ベクトルにて表現可能な入射方向）を特定することができる。すなわち、基準入射角θｓを求める処理は実質的には基準位置３１０に位置する受光素子への光束の入射方向を求めることに相当し、図３中のステップＳ１２に相当する処理といえる。
【００７８】
図７中のステップＳ２３により基準入射角θｓが求められると、この基準入射角θｓが図６に示す入射角算出部１５０から補正部１４０の基準補正係数算出部１４２へと送られ、補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５を参照して基準位置３１０における補正係数が基準補正係数として求められる（ステップＳ２４）。図１９はステップＳ２４の内容を示す流れ図である。
【００７９】
まず、基準入射角θｓを受け取った基準補正係数算出部１４２は、基準入射角θｓの符号を確認し（ステップＳ６１）、基準入射角θｓが正（または、０）である場合には瞳近の状態に関する補正用入射角テーブル１４４ａおよび補正テーブル１４５ａを選択する（ステップＳ６２）。一方、基準入射角θｓが負の場合には瞳遠の状態に関する補正用入射角テーブル１４４ｂおよび補正テーブル１４５ｂを選択する（ステップＳ６３）。
【００８０】
次に、選択された補正用入射角テーブル（以下、単に「補正用入射角テーブル１４４」という。）および選択された補正テーブル（以下、単に「補正テーブル１４５」という。）を参照して基準補正係数が求められる（ステップＳ６４〜Ｓ６６）。
【００８１】
図２０は基準補正係数を求める方法（ステップＳ６４〜Ｓ６６）の原理を説明するための図であり、図２０（ａ）は撮影時の光学系１２１の状態における光束中心ＬｃのＣＣＤ１１１への広がりの様子を示し、図２０（ｂ）は瞳近であって撮影時の絞りの状態（すなわち、補正用入射角テーブル１４４ａおよび補正テーブル１４５ａに対応する状態）における光束中心ＬｃのＣＣＤ１１１への広がりの様子を示し、図２０（ｃ）はＣＣＤ１１１を光軸１２１ａに沿う方向から見たときの様子を示す図である。
【００８２】
図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、撮影時の光束中心Ｌｃの広がりの度合いは瞳が最も近づくズーム位置の場合の光束中心Ｌｃの広がりの度合いよりも小さい。ここで、図２０（ｃ）にて示すように、光軸中心１２１ｂから基準位置３１０へと向かう半直線上のある位置３２０において、図２０（ｂ）に示すように入射する光束の光束中心Ｌｃが光軸１２１ａに対して基準入射角θｓだけ傾く場合には、この位置３２０に対応する補正係数を補正テーブル１４５から求め、これを基準位置３１０に対応する基準補正係数とすることができる。位置３２０では基準位置３１０と同方向から光束が入射するからである。なお、撮影時に光束中心Ｌｃが光軸１２１ａに漸次近接する場合には、図２０（ｂ）は瞳遠であって撮影時の絞りの状態（すなわち、補正用入射角テーブル１４４ｂおよび補正テーブル１４５ｂに対応する状態）における図となる。
【００８３】
以上のことから、基準補正係数を求める際には、まず、図２０（ｂ）に示す位置３２０と光軸中心１２１ｂとの距離を補正用距離Ｒｍとして求める（ステップＳ６４）。例えば、基準入射角θｓが−１．１［゜］である場合には、補正用入射角テーブル１４４ｂが参照され、θが−１．１［゜］となるときの距離Ｒｃ（＝１．０［ｍｍ］）が補正用距離Ｒｍとして求められる。
【００８４】
次に、位置（以下、「補正用位置」という。）３２０の座標を基準位置３１０の座標に、
【００８５】
【数１】
0003733771.tif 000002
【００８６】
を乗じて求める（ステップＳ６５）。例えば、基準距離Ｒｓが２．８［ｍｍ］、補正用距離Ｒｍが１．０［ｍｍ］、基準位置３１０の座標（Ｘｓ，Ｙｓ）が（−２００，４００）である場合には補正用位置３２０の座標（Ｘｍ，Ｙｍ）は（−７１，１４２）と求められる。
【００８７】
補正テーブル１４５の各補正係数は、この補正係数が用いられるべき受光素子の座標に関連づけられている。図２１は補正テーブル１４５に記憶されている補正係数と座標との関係の例の一部を図示したものである。図２１に示すように、補正テーブル１４５では全ての座標位置（縦方向、横方向に１ずつ離れた全ての座標位置）と補正係数が対応付けられている訳ではなく、適宜間隔をおいた位置と補正係数とが関連づけられている。これは近接する画素間ではシェーディングの度合いが大きく変化しないことを利用して補正テーブル１４５の情報量を削減することによるコスト削減を目的としている。例えば、均一照明された均一濃度の被写体を撮影して基本補正テーブル１６２を生成する際に適宜間引き処理、あるいは、代表する座標位置の補正係数を周囲の補正係数の平均値とする処理等を行うことで基本補正テーブル１６２の生成時点で情報量の削減が図られている。
【００８８】
したがって、求められた補正用位置３２０の座標は必ずしも補正係数に関連づけられた座標と一致するとは限らない。そこで、補正用位置３２０が求められると、この補正用位置３２０に近接する４つの座標に関連づけられた補正係数を補正テーブル１４５から読み出し、これらの４つの補正係数を座標に関して内挿し、補正用位置３２０における補正係数を基準位置３１０に対応する基準補正係数として求める（ステップＳ６６）。図２１に示す４つの補正係数の例の場合、座標（−７１，１４２）の補正用位置３２０の補正係数が１．０６として求められる。
【００８９】
以上に説明した基準入射角θｓの算出（図７：ステップＳ２３）および基準補正係数の算出（ステップＳ２４）を全てのブロックについて繰り返し行うことにより、全ブロックの基準補正係数が求められる（ステップＳ２５）。
【００９０】
全てのブロックの基準補正係数が求められると、基準位置に位置する受光素子以外の受光素子に対する補正係数が補正係数補間部１４３による補間処理により求められる。なお、１つのブロック内の受光素子からの出力は基準補正係数により一律に補正されてもよいが、ブロック間の境界を目立たなくさせてより適切な補正を行うためにこのデジタルカメラ１００では各受光素子に対応する補正係数を周囲の基準位置の基準補正係数を線形補間して求めるようにしている。
【００９１】
図２２は補正係数を求める対象となる受光素子の位置３３０について、周囲の基準位置３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄの基準補正係数に基づいて補正係数を求める処理を説明するための図である。補正係数を求めるに際し、まず、対象となる受光素子の位置３３０と各基準位置３１０ａないし３１０ｄとを対角線上の頂点として有する矩形の面積が求められる。これにより、図２２中に示す矩形３１０ａ，３１１ａ，３３０，３１１ｄ、矩形３１０ｂ，３１１ｂ，３３０，３１１ａ、矩形３１０ｃ，３１１ｃ，３３０，３１１ｂ、矩形３１０ｄ，３１１ｄ，３３０，３１１ｃのそれぞれの面積がＡａ，Ａｂ，Ａｃ，Ａｄとして求められるものとする。
【００９２】
次に、基準位置３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ,３１０ｄの基準補正係数がそれぞれＫａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄであるものとして、
【００９３】
【数２】
0003733771.tif 000003
【００９４】
にて示される演算を行って位置３３０に位置する受光素子に対する補正係数を求める。この処理により、各補正係数の値が位置３３０に対して反対側に位置する矩形の面積の割合に応じて加算されて位置３３０における補正係数が求められることとなる。
【００９５】
以上の補間処理を全ての受光素子に関して行うことにより、マイクロレンズの影響によるシェーディングを補正するための補正係数が全受光素子について求められる（ステップＳ２６）。
【００９６】
さらに、予め求められている各受光素子の光電変換特性のばらつき（光学系１２１の状態変化に依存しないばらつきであり、いわゆる、感度ムラをいう。）を補正するための補正係数がステップＳ２６にて求められた補正係数に乗算され、マイクロレンズによるシェーディングおよび光電変換特性のばらつきの双方を考慮した最終的な補正係数が求められる（ステップＳ２７）。例えば、マイクロレンズによるシェーディングに対する補正係数が１．３であり、光電変換特性のばらつきに対する補正係数が１．２の場合には最終的な補正係数は１．５６となる。なお、光電変換特性のばらつきを補正するための補正係数は、予めＣＣＤ１１１に均一な平行光線を照射し、このとき各受光素子からの出力が同一となる係数として求められＲＡＭ１３３に記憶される。
【００９７】
最終的な補正係数が求められると、各受光素子からの出力である画像中の各画素の画素値に補正係数が乗算され、マイクロレンズによるシェーディングおよび光電変換特性のばらつきについて補正された画像が得られる（ステップＳ２８）。その後、さらに必要な処理が画像に適宜施され、図５に示すメモリスロット１１４を介してメモリカード１１４ａに記憶される。
【００９８】
また、撮影ごとに図７に示した処理が行われ、撮影ごとに異なる光学系１２１の種類および状態に応じて適切な補正が行われる。
【００９９】
以上、この発明の第１の実施の形態であるデジタルカメラ１００の構成およびシェーディング補正等の動作について説明してきたが、デジタルカメラ１００では受光素子への光束の入射方向と補正係数との関係を表す情報として補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５を予め記憶しているので、受光素子への光束の入射方向により複雑に変化するマイクロレンズの影響によるシェーディングを適切に補正することができる。
【０１００】
また、所定のレンズ配置（例えば、瞳近や瞳遠）における受光素子の位置と補正係数との関係を補正テーブル１４５として記憶し、また、このレンズ配置にて各受光素子へと入射する光束の光束中心が光軸１２１ａとなす角、すなわち、受光素子の位置と入射光束の入射方向との関係を示す情報を補正用入射角テーブル１４４として記憶することから、ズーム位置（すなわち、レンズ配置）の変化により複雑に変化するシェーディングをこれらのテーブルを用いて補正することができる。その結果、少ない記憶容量にて任意のズーム位置における適切な補正を行うことができる。
【０１０１】
また、補正テーブル１４５は均一照明される均一濃度の被写体を実際に撮影することにより求められるので、ＣＣＤ１１１の個体差の影響を受けないシェーディング補正が実現される。なお、光電変換特性のばらつきの補正も実際の撮影を通じて補正係数が求められるので、光電変換特性のばらつきについてもＣＣＤ１１１の個体差の影響を受けない補正が実現され、過補正および補正不足が防止される。
【０１０２】
また、デジタルカメラ１００ではＣＣＤ１１１の受光面を複数のブロックに区分けし、これらのブロックにおける基準位置の補正係数を基準補正係数として求め、基準補正係数を補間して全ての受光素子に対する補正係数を求めている。これにより、補正情報に基づく補正係数の算出処理の負担を軽減し、補正係数の迅速な算出を実現している。
【０１０３】
また、受光素子に入射する光束の光束中心が光学系１２１の光軸に漸次近接する場合と漸次離れる場合とのそれぞれについて２種類の補正情報を適宜使い分けるので、より適切な補正を実現している。
【０１０４】
また、光学系１２１においてレンズ配置および絞りの状態が互いに異なる場合の４つの基本入射角テーブル１６１を内挿することにより入射角テーブル１５２を求めるので、撮影時の光学系１２１のレンズ配置および絞りの状態での基準位置に入射する光束の入射方向を容易に求めることができる。
【０１０５】
さらに、デジタルカメラ１００では補正係数の算出に際してレンズユニット１０２の種類に固有の情報をレンズユニットテーブル１６３として記憶することにより、レンズユニット１０２の交換に対しても適切に対応することができる。
【０１０６】
＜３．  第２の実施の形態＞
図２３はこの発明の第２の実施の形態であるデジタルカメラ１００ａの外観を示す斜視図である。デジタルカメラ１００ａは第１の実施の形態に係るデジタルカメラ１００とほぼ同様の構成であり、図１５に示したレンズユニットテーブル１６３に関する部分についてのみ異なる。図２３では図４に示したデジタルカメラ１００と同様の構成については同様の符号を付している。
【０１０７】
第１の実施の形態では、交換可能なレンズユニット１０２の種類に応じた固有の値であって補正係数を求める際に利用されるものをレンズユニットテーブル１６３として本体部１０１内に記憶しておくようになっているが、第２の実施の形態に係るデジタルカメラ１００ａでは、レンズユニット１０２内部にレンズユニット１０２固有の情報を記憶する。
【０１０８】
具体的には、図１５に示すレンズユニットテーブル１６３のうち、レンズユニットの種類に対応する部分（図１５のレンズユニットテーブル１６３の１行分）をレンズユニット１０２内の回路基板１２３上に配置されたメモリ１２４に記憶する。
【０１０９】
このように、レンズユニット１０２固有の情報をレンズユニット１０２に持たせることにより、本体部１０１ではレンズユニットテーブル１６３を記憶する必要がなくなり、本体部１０１に設けられるメモリの記憶容量を低減することができる。
【０１１０】
また、本体部１０１とは別にレンズユニット１０２が後発的に開発された場合であっても、本体部１０１の設計変更やメモリの書き換えを行うことなく適切にシェーディング補正を行うことができる。
【０１１１】
＜４．  第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態として、第１の実施の形態において説明した補正係数補間部１４３による基準補正係数の補間処理（図７：ステップＳ２６）の他の例を説明する。
【０１１２】
図２４に示す縦横に配列された各矩形領域はＣＣＤ１１１上の受光素子の配列を模式的に表したものであり、各矩形領域は１つの受光素子に対応している。また、符号３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄを付す４つの矩形領域は基準位置３１０を表しており、これら４つの矩形領域内に記入された数値は基準補正係数を示す。なお、便宜上、実際の補正係数を１００倍して記入している。
【０１１３】
図２４に示すように、基準補正係数が縦方向に同一である場合には、これら４つの基準補正係数を線形補間（例えば、図２２および数２を用いて説明した補間）を行い、４つの基準位置３１０ａないし３１０ｄにより規定される領域３１２（図２４中、太線にて囲む４×４個の矩形領域）の各補正係数を求めると補正係数の値が縦方向に同一となる。図２５は図２４と同様に基準補正係数が縦方向に同一であり、左右方向で１だけ異なる場合の補間例を示す図である。なお、これらの図において補正係数の値に応じて領域３１２内の各矩形領域に平行斜線を付している。
【０１１４】
図２４および図２５に示すように、単に基準補正係数を線形的に補間するのみであると、基準補正係数が縦方向あるいは横方向等に揃ってしまう可能性がある。これにより、シェーディング補正により画像に縞模様が現れる。このような縞模様は画像の品質を低下させる原因となる。そこで、第３の実施の形態では補間処理の際に人為的にノイズ成分を付与することにより、補正後の画像を観察者の目に違和感のないものとしている。
【０１１５】
図２６（ａ）ないし（ｄ）はノイズ成分を与えた補間に用いられるテーブルを示し、図２６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のテーブルはそれぞれ基準位置３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄに対応付けられる。また、各テーブル中の数値の位置は４つの基準位置３１０ａないし３１０ｄの位置に対応している。
【０１１６】
図２７は図２６（ａ）ないし（ｄ）に示すテーブルを用いて基準補正係数を補間して補正係数を求めた結果を示す図である。例えば、図２７の領域３１２における左から３番目、上から２番目の矩形領域の補正係数を求める際には、左上の基準位置３１０ａの基準補正係数「１３７」に図２６（ａ）に示すテーブル中の左から３番目、上から２番目の数値「０．０９」を乗じ、同様に、右上の基準位置３１０ｂの基準補正係数「１３３」に図２６（ｂ）に示すテーブル中の同位置の数値「０．２１」を乗じ、右下の基準位置３１０ｃの基準補正係数「１３３」に図２６（ｃ）に示すテーブル中の同位置の数値「０．４９」を乗じ、左下の基準位置３１０ｄの基準補正係数「１３７」に図２６（ｄ）に示すテーブル中の同位置の数値「０．２１」を乗じ、これらの値の和をこの位置における補正係数「１３４」として求める。
【０１１７】
同様の手法により補正係数を求めた他の例を図２８に示す。また、図２９に例示すように基準位置３１０および基準補正係数が存在し、これらの基準位置３１０により規定される８×８個の矩形領域（図２９中、符号３１３にて示す平行斜線にて縁取りされた領域）の補正係数を求めた場合において、求められた補正係数の値を高さとして立体的に表現したものを図３０に示す。
【０１１８】
図２６（ａ）ないし（ｄ）のテーブルは、通常の線形補間に用いる係数から若干異なった値を格納している。したがって、これらのテーブルを用いて補間を行った結果である図２７および図２８では、基準補正係数が縦方向に同一であるにもかかわらず領域３１２内の補正係数は縦方向に揃わない。図３０に示す補間結果においても同様である。すなわち、補間の際に人為的にノイズ成分を付与することにより、補間による縞模様の発生を防止することができ、観察者に違和感のない画像を得ることができる。
【０１１９】
＜５．  変形例＞
以上この発明に係る実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【０１２０】
例えば、上記実施の形態では、基準位置３１０をブロックの中心としているが、基準位置３１０はブロックの中心に限定されるものではない。また、画素数が多くないとき、高精度に補正したいとき、あるいは、補正時間に余裕があるときは１つの受光素子に１つの基準位置３１０が対応付けられるものとして、全受光素子に対して図７に示すステップＳ２３およびＳ２４を繰り返し行ってもよい。この場合、補間処理（ステップＳ２６）は不要となる。すなわち、基準位置３１０は任意に設定されてよく、基準位置３１０に関連する受光素子に対する補正係数が求められればよい。
【０１２１】
また、画像に対する補正は、Ａ／Ｄ変換回路１３４から１画素の情報が取得されるごとに行われてもよく、画像全体の情報が取得されてから一括して行われてもよい。
【０１２２】
また、上記実施の形態では補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５を補正情報として利用しているが、補正情報は受光素子に入射する光束の入射方向と出力に対する補正係数との関係を実質的に表すものであればどのようなものであってもよい。
【０１２３】
また、上記実施の形態では、光学系１２１のズーム位置および絞りの状態から受光素子への光束の入射方向を求めているが、光学系１２１からの他の情報を利用して受光素子への光束の入射方向を求めてもよい。
【０１２４】
また、上記実施の形態では、絞りに対して補正係数が線形に変化するという前提に基づいて２つの基本補正テーブル１６２から１つの補正テーブル１４５を求めているが、より厳密な補正テーブル１４５を求めるために３以上の基本補正テーブル１６２から、あるいは、非線形な内挿を行って１つの補正テーブル１４５を求めるようにしてもよい。
【０１２５】
同様に、上記実施の形態では、ズーム位置および絞りに対して角θが線形に変化するという前提に基づいて４つの基本入射角テーブル１６１から１つの入射角テーブル１５２および２つの補正用入射角テーブル１４４を求めているが、さらに多くの基本入射角テーブル１６１から、あるいは、非線形な内挿を行って入射角テーブル１５２や補正用入射角テーブル１４４を求めるようにしてもよい。
【０１２６】
また、上記実施の形態では、瞳近の場合と瞳遠の場合とに分けて２種類の補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５を生成しているが、既述のように、通常のカメラレンズでは、基準入射角θｓが正となることから１種類の補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５が生成されてもよい。逆に、基準入射角θｓの範囲に応じて３種類以上の補正用入射角テーブル１４４および補正テーブル１４５が使い分けられてもよい。
【０１２７】
また、上記実施の形態では、レンズユニット１０２に光学系１２１が設けられるものとして説明したが、光学系１２１の一部のみがレンズユニット１０２に設けられ、他の部分が本体部１０１に設けられてもよい。
【０１２８】
また、上記実施の形態では、図２６（ａ）ないし（ｄ）に示すテーブルを用いてノイズ成分を与えた基準補正係数の補間を行っているが、これらのテーブルの数値およびテーブルの大きさは一例にすぎず、適宜決定されてよい。
【０１２９】
また、上記実施の形態では、ステップＳ２１において補正情報が生成されてからステップＳ２２において入射角テーブル１５２が生成されると説明したが、これらのステップは並行に行われてもよく、逆順に行われてもよい。
【０１３０】
また、上記実施の形態ではデジタルカメラが１つのＣＣＤ１１１を有するが、複数のＣＣＤにより画像を取得し、これらの画像を継ぎ合わせて１つの画像を生成するデジタルカメラにもこの発明は利用可能である。この場合、ユニット標準角θｕに対応する位置（ＣＣＤの中心からの距離）をＣＣＤの隅とすることにより、画像の継ぎ合わせ位置を目立たなくすることができる。なお、複数のＣＣＤを用いる場合には、基本補正テーブル１６２の個数はＣＣＤの個数の４倍となる。
【０１３１】
さらに、この発明はデジタルカメラにおけるシェーディング補正に限定されるものではなく、ビデオカメラ等の各種撮像装置に利用可能である。また、２次元的な画像のシェーディング補正に限定されるものではなく、１次元画像のシェーディング補正にも利用可能である。
【０１３２】
【発明の効果】
請求項１ないし８に記載の発明では、マイクロレンズが形成された複数の受光素子を用いて画像を取得する際に、光学系の状態の変化により複雑に変化するシェーディングを適切に補正することができる。
【０１３３】
また、これら請求項１ないし８に記載の発明では、補正用入射角情報および補正テーブルにより、補正情報の量を低減することができる。
【０１３４】
また、請求項２に記載の発明では、補正テーブルに格納される補正係数の数を削減できるので、補正情報の量を低減することができる。
【０１３５】
また、請求項３に記載の発明では、２つの補正情報のうちの１つを選択して用いるので、補正をより適切に行うことができる。
【０１３６】
また、請求項４に記載の発明では、複数の基本テーブルの内挿を行うことにより、基準位置に入射する光束の入射方向を容易に取得することができる。
【０１３７】
また、請求項５に記載の発明では、交換ユニットの種類に応じて適切に補正を行うことができる。
【０１３８】
また、請求項６に記載の発明では、撮像装置本体とは別に開発される交換ユニットに容易に対応することができる。
【０１３９】
また、請求項７に記載の発明では、基準位置の補正係数の補間による画像中の縞模様の発生を防止することができ、観察者に違和感のない画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はマイクロレンズを有する受光素子の平面図であり、（ｂ）ないし（ｄ）は縦断面図である。
【図２】（ａ）ないし（ｃ）は様々な形状のマイクロレンズを有する受光素子の縦断面図である。
【図３】この発明におけるシェーディング補正の処理の流れの概要を示す流れ図である。
【図４】この発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの外観を示す斜視図である。
【図５】図４に示すデジタルカメラの機械的構成を示すブロック図である。
【図６】図４に示すデジタルカメラの機能面からの構成を示すブロック図である。
【図７】図４に示すデジタルカメラにおけるシェーディング補正の処理の流れを示す流れ図である。
【図８】ＣＣＤ上の光軸中心からの距離と入射光束の光束中心の傾きとの関係を示す斜視図である。
【図９】補正用入射角テーブルおよび補正テーブルを生成する処理の流れを示す流れ図である。
【図１０】補正用入射角テーブルを生成する様子を示す図である。
【図１１】補正テーブルを生成する様子を示す図である。
【図１２】瞳近の状態と瞳遠の状態における光軸中心からの距離と入射光束の傾きとの関係を示す図である。
【図１３】（ａ）は瞳近の状態におけるＣＣＤ上の各位置への光束の入射の様子を示す図であり、（ｂ）は瞳遠の状態におけるＣＣＤ上の各位置への光束の入射の様子を示す図である。
【図１４】入射角テーブルを生成する処理の流れを示す流れ図である。
【図１５】レンズユニットテーブルの例を示す図である。
【図１６】入射角テーブルを生成する様子を示す図である。
【図１７】基準位置に入射する光束の傾きを求める処理の流れを示す流れ図である。
【図１８】ＣＣＤ上のブロックと基準位置とを示す図である。
【図１９】基準補正係数を求める処理の流れを示す流れ図である。
【図２０】（ａ）は撮影時に基準位置に入射する光束の様子を示す図であり、（ｂ）は瞳近の状態において補正用位置に入射する光束の様子を示す図であり、（ｃ）は基準位置と補正用位置との関係を示す図である。
【図２１】補正テーブル内の補正係数に関連づけられた位置と補正用位置とを示す図である。
【図２２】４つの基準位置の基準補正係数を補間して補正係数を求める際の処理を説明するための図である。
【図２３】この発明の第２の実施の形態に係るデジタルカメラの外観を示す斜視図である。
【図２４】基準補正係数を線形補間した例を示す図である。
【図２５】基準補正係数を線形補間した他の例を示す図である。
【図２６】（ａ）ないし（ｄ）は４つの基準補正係数をノイズ成分を与えながら補間する際に用いられるテーブルを示す図である。
【図２７】基準補正係数をノイズ成分を与えながら補間した例を示す図である。
【図２８】基準補正係数をノイズ成分を与えながら補間した他の例を示す図である。
【図２９】基準位置と補間される領域とを示す図である。
【図３０】基準補正係数をノイズ成分を与えながら補間したさらに他の例を示す立体図である。
【図３１】ＣＣＤの受光面を示す図である。
【図３２】図３１中のＣａ−Ｚ−Ｃｂ間の受光素子からの出力に基づく輝度分布を示す図である。
【図３３】図３１中のＣｃ−Ｚ−Ｃｄ間の受光素子からの出力に基づく輝度分布を示す図である。
【符号の説明】
１０  受光素子
１３  マイクロレンズ
１００，１００ａ  デジタルカメラ
１０２  レンズユニット
１１１  ＣＣＤ
１２１  光学系
１２４  メモリ
１３１  ＣＰＵ
１３２  ＲＯＭ
１３３  ＲＡＭ
１３４  Ａ／Ｄ変換回路
１３５  補正回路
１４０  補正部
１４２  基準補正係数算出部
１４３  補正係数補間部
１４４ａ，１４４ｂ  補正用入射角テーブル
１４５ａ，１４５ｂ  補正テーブル
１５２  入射角算出部
１６１ａ〜１６１ｄ  基本入射角テーブル
１６３  レンズユニットテーブル
３１０  基準位置
Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２７  ステップ
【図１】
0003733771.tif 000004
【図２】
0003733771.tif 000005
【図３】
0003733771.tif 000006
【図４】
0003733771.tif 000007
【図５】
0003733771.tif 000008
【図６】
0003733771.tif 000009
【図７】
0003733771.tif 000010
【図８】
0003733771.tif 000011
【図９】
0003733771.tif 000012
【図１０】
0003733771.tif 000013
【図１１】
0003733771.tif 000014
【図１２】
0003733771.tif 000015
【図１３】
0003733771.tif 000016
【図１４】
0003733771.tif 000017
【図１５】
0003733771.tif 000018
【図１６】
0003733771.tif 000019
【図１７】
0003733771.tif 000020
【図１８】
0003733771.tif 000021
【図１９】
0003733771.tif 000022
【図２０】
0003733771.tif 000023
【図２１】
0003733771.tif 000024
【図２２】
0003733771.tif 000025
【図２３】
0003733771.tif 000026
【図２４】
0003733771.tif 000027
【図２５】
0003733771.tif 000028
【図２６】
0003733771.tif 000029
【図２７】
0003733771.tif 000030
【図２８】
0003733771.tif 000031
【図２９】
0003733771.tif 000032
【図３０】
0003733771.tif 000033
【図３１】
0003733771.tif 000034
【図３２】
0003733771.tif 000035
【図３３】
0003733771.tif 000036