<撮像装置の要部構成>
 図1および図2は、本発明の実施形態に係る� �像装置1の外観構成を示す図である。ここで� ��図1および図2は、それぞれ正面図および背� �図を示している。

 撮像装置1は、例えば一眼レフレックスタ イプのデジタルスチルカメラとして構成され ており、カメラボディ10と、カメラボディ10� �着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ2� ��を備えている。

 図1において、カメラボディ10の正面側に� ��、正面略中央に交換レンズ2が装着されるマ ウント部301と、マウント部301の右横に配置さ れたレンズ交換ボタン302と、把持可能とする ためのグリップ部303と、正面左上部に配置さ れたモード設定ダイアル305と、正面右上部に 配置された制御値設定ダイアル306と、グリッ プ部303の上面に配置されたシャッターボタン 307とが設けられている。

 また、図2において、カメラボディ10の背� ��側には、LCD(Liquid Crystal Display)311と、LCD311� �左方に配置された設定ボタン群312と、LCD311� �右方に配置された十字キー314と、十字キー31 4の中央に配置されたプッシュボタン315とが� �えられている。また、カメラボディ10の背面 側には、LCD311の上方に配設されたEVF(Electronic� �View Finder)316と、EVF316の周囲を囲むアイカッ� ��321と、EVF316の左方に配設されたメインスイ� ��チ317と、EVF316の右方に配設された露出補正� ��タン323およびAEロックボタン324と、EVF316の� �方に配設されたフラッシュ部318および接続� �子部319とが備えられている。

 マウント部301には、装着された交換レン� ��2との電気的接続を行うためコネクタEc(図4� �照)や、機械的接続を行うためのカプラ75(図4 参照)が設けられている。

 レンズ交換ボタン302は、マウント部301に� ��着された交換レンズ2を取り外す際に押下さ れるボタンである。

 グリップ部303は、ユーザが撮影時に撮像� ��置1を把持する部分であり、フィッティング 性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸 が設けられている。なお、グリップ部303の内 部には電池収納室およびカード収納室(不図� �)が設けられている。電池収納室にはカメラ� ��電源として電池69B(図4参照)が収納されてお� ��、カード収納室には撮影画像の画像データ� ��記録するためのメモリカード67(図4参照)が� �脱可能に収納されるようになっている。な� �、グリップ部303には、当該グリップ部303を� �ーザが把持したか否かを検出するためのグ� �ップセンサを設けるようにしても良い。

 モード設定ダイアル305及び制御値設定ダ� ��アル306は、カメラボディ10の上面と略平行� �面内で回転可能な略円盤状の部材からなる� �モード設定ダイアル305は、自動露出(AE)制御� ��ードや自動焦点(AF;オートフォーカス)制御� �ード、或いは1枚の静止画を撮影する静止画� ��影モードや連続撮影を行う連続撮影モード� ��の各種撮影モード、記録済みの画像を再生� ��る再生モード等、撮像装置1に搭載されたモ ードや機能を択一的に選択するためのもので ある。一方、制御値設定ダイアル306は、撮像 装置1に搭載された各種の機能に対する制御� �を設定するためのものである。

 シャッターボタン307は、途中まで押し込� ��だ「半押し状態」の操作と、さらに押し込� ��だ「全押し状態」の操作とが可能とされた� ��下スイッチである。静止画撮影モードにお� ��てシャッターボタン307が半押しされると、� ��写体の静止画を撮影するための準備動作(露 出制御値の設定や焦点検出等の準備動作)が� �行され、シャッターボタン307が全押しされ� �と、撮影動作(撮像素子101(図3参照)を露光し� ��その露光によって得られた画像信号に所定� ��画像処理を施してメモリカード等に記録す� ��一連の動作)が実行される。

 LCD311は、画像表示が可能なカラー液晶パ� ��ルを備えており、撮像素子101(図3参照)によ� ��撮像された画像の表示や記録済みの画像の� ��生表示等を行うとともに、撮像装置1に搭載 される機能やモードの設定画面を表示するも のである。なお、LCD311に代えて、有機ELやプ� ��ズマ表示装置を用いるようにしても良い。

 設定ボタン群312は、撮像装置1に搭載され た各種の機能に対する操作を行うボタンであ る。この設定ボタン群312には、例えばLCD311に 表示されるメニュー画面で選択された内容を 確定するための選択確定スイッチ、選択取り 消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替 えるメニュー表示スイッチ、表示オン/オフ� �イッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる� �

 十字キー314は、円周方向に一定間隔で配� ��された複数の押圧部(図中の三角印の部分)� �備える環状の部材を有し、各押圧部に対応� �て備えられた図示省略の接点(スイッチ)によ り押圧部の押圧操作が検出されるように構成 されている。また、プッシュボタン315は、十 字キー314の中央に配置されている。十字キー 314及びプッシュボタン315は、撮影倍率の変更 (ズームレンズ212(図4参照)のワイド方向やテ� �方向への移動)、LCD311等に再生する記録画像� ��コマ送り、及び撮影条件(絞り値、シャッタ スピード、フラッシュ発光の有無等)の設定� �の指示を入力するためのものである。

 EVF316は、液晶パネル310(図3参照)を備えて� ��り、撮像素子101(図3参照)によって撮像され� ��画像の表示や記録済みの画像の再生表示等� ��行う。このEVF316やLCD311において、本撮影(画 像記録用の撮影)前に撮像素子101で順次に生� �される画像信号に基づき動画的態様で被写� �を表示するライブビュー(プレビュー)表示が 行われることにより、ユーザは、実際に撮像 素子101にて撮影される被写体を視認すること が可能となる。

 メインスイッチ317は、左右にスライドす� ��2接点のスライドスイッチからなり、左にセ ットすると撮像装置1の電源がオンされ、右� �セットすると電源がオフされる。

 フラッシュ部318は、ポップアップ式の内� ��フラッシュとして構成されている。一方、� ��部フラッシュ等をカメラボディ10に取り付� �る場合には、接続端子部319を使用して接続� �る。

 アイカップ321は、遮光性を有してEVF316へ� ��外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部� ��である。

 露出補正ボタン323は、露出値(絞り値やシ ャッタースピード)を手動で調整するための� �タンであり、AEロックボタン324は、露出を固 定するためのボタンである。

 交換レンズ2は、被写体からの光(光像)を� ��り込むレンズ窓として機能するとともに、� ��該被写体光をカメラボディ10の内部に配置� �れている撮像素子101に導くための撮影光学� �として機能するものである。この交換レン� �2は、上述のレンズ交換ボタン302を押下操作� ��ることで、カメラボディ10から取り外すこ� �が可能となっている。

 交換レンズ2は、光軸LTに沿って直列的に� ��置された複数のレンズからなるレンズ群21� �備えている(図4参照)。このレンズ群21には、 焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ211 (図4参照)と、変倍を行うためのズームレンズ 212(図4参照)とが含まれており、それぞれ光軸 LT(図3参照)方向に駆動されることで、変倍や� ��点調節が行われる。また、交換レンズ2には 、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿 って回転可能な操作環が備えられており、上 記のズームレンズ212は、マニュアル操作或い はオート操作により、上記操作環の回転方向 及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その 移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)� ��設定されるようになっている。

 <撮像装置1の内部構成>
 次に、撮像装置1の内部構成について説明す る。図3は、撮像装置1の縦断面図である。図3 に示すように、カメラボディ10の内部には、� ��像素子101、EVF316などが備えられている。

 撮像素子101は、カメラボディ10に交換レ� �ズ2が装着された場合の当該交換レンズ2が備 えているレンズ群の光軸LT上において、光軸L Tに対して垂直となる方向に配置されている� �撮像素子101としては、例えばフォトダイオ� �ドを有して構成される複数の画素がマトリ� �ス状に2次元配置されたCMOSカラーエリアセン サ(CMOS型の撮像素子)が用いられる。撮像素子 101は、交換レンズ2を通って受光された被写� �光束に関するR(赤)、G(緑)、B(青)各色成分の� �ナログの電気信号(画像信号)を生成し、R、G� ��B各色の画像信号として出力する。この撮像 素子101の構成については、後で詳述する。

 撮像素子101の光軸方向前方には、シャッ� ��ユニット40が配置されている。このシャッ� �ユニット40は、上下方向に移動する幕体を備 え、その開動作および閉動作により光軸LTに� ��って撮像素子101に導かれる被写体光の光路� ��口動作および光路遮断動作を行うメカニカ� ��フォーカルプレーンシャッタとして構成さ� ��ている。なお、シャッタユニット40は、撮� �素子101が完全電子シャッター可能な撮像素� �である場合には省略可能である。

 EVF316は、液晶パネル310と、接眼レンズ106� ��を備えている。液晶パネル310は、例えば画� ��表示が可能なカラー液晶パネルとして構成� ��れており、撮像素子101により撮像された画� ��の表示が可能である。接眼レンズ106は、液� ��パネル310に表示された被写体像をEVF316の外� ��に導く。このようなEVF316の構成により、ユ� ��ザは、撮像素子101で撮影される被写体を視� ��できることとなる。

 <撮像装置1の電気的構成>
 図4は、撮像装置1の電気的な構成を示すブ� �ック図である。ここで、図1~図3と同一の部� �等については、同一の符号を付している。� �お、説明の便宜上、交換レンズ2の電気的構� ��について先ず説明する。

 交換レンズ2は、上述した撮影光学系を構 成するレンズ群21に加え、レンズ駆動機構24� �、レンズ位置検出部25と、レンズ制御部26と� ��絞り駆動機構27とを備えている。

 レンズ群21では、フォーカスレンズ211及� �ズームレンズ212と、カメラボディ10に備えら れた撮像素子101へ入射される光量を調節する ための絞り23とが、鏡胴内において光軸LT(図3 )方向に保持されており、被写体の光像を取� �込んで撮像素子101に結像させる。AF制御では 、フォーカスレンズ211が交換レンズ2内のAFア クチュエータ71Mにより光軸LT方向に駆動され� ��ことで焦点調節が行われる。

 フォーカス駆動制御部71Aは、レンズ制御� ��26を介してメイン制御部62から与えられるAF� ��御信号に基づき、フォーカスレンズ211を合� ��位置に移動させるために必要な、AFアクチ� �エータ71Mに対する駆動制御信号を生成する� �のである。AFアクチュエータ71Mは、ステッピ ングモータ等からなり、レンズ駆動機構24に� ��ンズ駆動力を与える。

 レンズ駆動機構24は、例えばヘリコイド� �び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギ� �等で構成され、AFアクチュエータ71Mからの駆 動力を受けて、フォーカスレンズ211等を光軸 LTと平行な方向に駆動させるものである。な� ��、フォーカスレンズ211の移動方向及び移動� ��は、それぞれAFアクチュエータ71Mの回転方� �及び回転数に従う。

 レンズ位置検出部25は、レンズ群21の移動 範囲内において光軸LT方向に複数個のコード� ��ターンが所定ピッチで形成されたエンコー� ��板と、このエンコード板に摺接しながらレ� ��ズと一体的に移動するエンコーダブラシと� ��備えており、レンズ群21の焦点調節時の移� �量を検出する。なお、レンズ位置検出部25で 検出されたレンズ位置は、例えばパルス数と して出力される。

 レンズ制御部26は、例えば制御プログラ� �等を記憶するROMや状態情報に関するデータ� �記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内� �されたマイクロコンピュータからなってい� �。このレンズ制御部26内のROMには、後述する 交換レンズ2の射出瞳位置の情報が記憶され� �いる。

 また、レンズ制御部26は、コネクタEcを介 してカメラボディ10のメイン制御部62との間� �通信を行う通信機能を有している。これに� �り、例えばレンズ群21の焦点距離、射出瞳位 置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の 状態情報データや、レンズ位置検出部25で検� ��されるフォーカスレンズ211の位置情報をメ� ��ン制御部62に送信できるとともに、メイン� �御部62から例えばフォーカスレンズ211の駆動 量のデータを受信できる。

 絞り駆動機構27は、カプラ75を介して絞り 駆動アクチュエータ76Mからの駆動力を受けて 、絞り23の絞り径を変更するものである。

 続いて、カメラボディ10の電気的構成に� �いて説明する。カメラボディ10には、先に説 明した撮像素子101、シャッタユニット40等の� ��に、AFE(アナログフロントエンド)5、画像処� ��部61、画像メモリ614、メイン制御部62、フラ ッシュ回路63、操作部64、VRAM65(65a、65b)、カー ド・インターフェース(I/F)66、メモリカード67 、通信用インターフェース(I/F)68、電源回路69 、電池69B、シャッタ駆動制御部73A及びシャッ タ駆動アクチュエータ73M、絞り駆動制御部76A 及び絞り駆動アクチュエータ76Mを備えて構成 されている。

 撮像素子101は、先に説明した通りCMOSカラ ーエリアセンサからなり、後述のタイミング 制御回路51により、当該撮像素子101の露光動� ��の開始(及び終了)や、撮像素子101が備える� �画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮� �動作が制御される。

 AFE5は、撮像素子101に対して所定の動作を 行わせるタイミングパルスを与えると共に、 撮像素子101から出力される画像信号(CMOSエリ� ��センサの各画素で受光されたアナログ信号� ��)に所定の信号処理を施し、デジタル信号に 変換して画像処理部61に出力するものである� ��このAFE5は、タイミング制御回路51、信号処� ��部52及びA/D変換部53などを備えて構成されて いる。

 タイミング制御回路51は、メイン制御部62 から出力される基準クロックに基づいて所定 のタイミングパルス(垂直走査パルスφVn、水� ��走査パルスφVm、リセット信号φVr等を発生� �せるパルス)を生成して撮像素子101に出力し� ��撮像素子101の撮像動作を制御する。また、� ��定のタイミングパルスを信号処理部52やA/D� �換部53にそれぞれ出力することにより、信号 処理部52及びA/D変換部53の動作を制御する。

 信号処理部52は、撮像素子101から出力さ� �るアナログの画像信号に所定のアナログ信� �処理を施すものである。この信号処理部52に は、CDS(相関二重サンプリング)回路、AGC(オー トゲインコントロール)回路及びクランプ回� �等が備えられている。A/D変換部53は、信号処 理部52から出力されたアナログのR、G、Bの画� ��信号を、タイミング制御回路51から出力さ� �るタイミングパルスに基づいて、複数のビ� �ト(例えば12ビット)からなるデジタルの画像� ��号に変換するものである。

 画像処理部61は、AFE5から出力される画像� ��ータに所定の信号処理を行って画像ファイ� ��を作成するもので、黒レベル補正回路611、� ��ワイトバランス制御回路612及びガンマ補正� ��路613等を備えて構成されている。なお、画� ��処理部61へ取り込まれた画像データは、撮� �素子101の読み出しに同期して画像メモリ614� �一旦書き込まれ、以後この画像メモリ614に� �き込まれた画像データにアクセスして、画� �処理部61の各ブロックにおいて処理が行われ る。

 黒レベル補正回路611は、A/D変換部53によ� �A/D変換されたR、G、Bの各デジタル画像信号� �黒レベルを、基準の黒レベルに補正するも� �である。

 ホワイトバランス制御回路612は、光源に� ��じた白の基準に基づいて、R(赤)、G(緑)、B(� �)の各色成分のデジタル信号のレベル変換(ホ ワイトバランス(WB)調整)を行うものである。� ��なわちホワイトバランス制御回路612は、メ� ��ン制御部62から与えられるWB調整データに基 づき、撮影被写体において輝度や彩度データ 等から本来白色であると推定される部分を特 定し、その部分のR、G、Bそれぞれを色成分の 平均と、G/R比及びG/B比とを求め、これをR、B� ��補正ゲインとしてレベル補正する。

 ガンマ補正回路613は、WB調整された画像� �ータの階調特性を補正するものである。具� �的にはガンマ補正回路613は、画像データの� �ベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補� �用テーブルを用いて非線形変換するととも� �オフセット調整を行う。

 画像メモリ614は、撮影モード時において� ��画像処理部61から出力される画像データを� �時的に記憶するとともに、この画像データ� �対しメイン制御部62により所定の処理を行う ための作業領域として用いられるメモリであ る。また、再生モード時には、メモリカード 67から読み出した画像データを一時的に記憶� ��る。

 メイン制御部62は、例えば制御プログラ� �を記憶するROMや一時的にデータを記憶するRA M等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュ� �タからなり、撮像装置1各部の動作を制御す� ��ものである。

 フラッシュ回路63は、フラッシュ撮影モ� �ドにおいて、フラッシュ部318または接続端� �部319に接続される外部フラッシュの発光量� �、メイン制御部62により設定された発光量に 制御するものである。

 操作部64は、上述のモード設定ダイアル30 5、制御値設定ダイアル306、シャッターボタ� �307、設定ボタン群312、十字キー314、プッシ� �ボタン315、メインスイッチ317等を含み、操� �情報をメイン制御部62に入力するためのもの である。

 VRAM65a、65bは、LCD311およびEVF316の画素数に 対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン 制御部62とLCD311およびEVF316との間のバッファ� ��モリである。カードI/F66は、メモリカード67 とメイン制御部62との間で信号の送受信を可� ��とするためのインターフェースである。メ� ��リカード67は、メイン制御部62で生成された 画像データを保存する記録媒体である。通信 用I/F68は、パーソナルコンピュータやその他� ��外部機器に対する画像データ等の伝送を可� ��とするためのインターフェースである。

 電源回路69は、例えば定電圧回路等から� �り、メイン制御部62等の制御部、撮像素子101 、その他の各種駆動部等、撮像装置1全体を� �動させるための電圧を生成する。なお、撮� �素子101への通電制御は、メイン制御部62から 電源回路69に与えられる制御信号により行わ� ��る。電池69Bは、アルカリ乾電池等の一次電� ��や、ニッケル水素充電池等の二次電池から� ��り、撮像装置1全体に電力を供給する電源で ある。

 シャッタ駆動制御部73Aは、メイン制御部6 2から与えられる制御信号に基づき、シャッ� �駆動アクチュエータ73Mに対する駆動制御信� �を生成するものである。シャッタ駆動アク� �ュエータ73Mは、シャッタユニット40の開閉駆 動を行うアクチュエータである。

 絞り駆動制御部76Aは、メイン制御部62か� �与えられる制御信号に基づき、絞り駆動ア� �チュエータ76Mに対する駆動制御信号を生成� �るものである。絞り駆動アクチュエータ76M� �、カプラ75を介して絞り駆動機構27に駆動力� ��与える。

 また、カメラボディ10は、黒レベル補正� �路611から出力される黒レベル補正済みの画� �データに基づき、撮像素子101を用いたオー� �フォーカス(AF)制御時に必要な演算を行う位� ��差AF演算回路77を備えている。

 この位相差AF演算回路77を利用した撮像装 置1の位相差AF動作について、詳しく説明する 。

 <撮像装置1の位相差AF動作について>
 撮像装置1では、撮像素子101において射出瞳 の異なった部分を透過(通過)した透過光を受� ��することにより位相差AFが可能な構成とな� �ている。この撮像素子101の構成と、撮像素� �101を利用した位相差AFの原理とを、以下で説 明する。

 図5および図6は、撮像素子101の構成を説� �するための図である。

 撮像素子101では、その撮像面101fにおいて マトリックス状に規定された複数のAFエリアE fそれぞれで位相差検出方式の焦点検出が可� �な構成となっている(図5)。

 各AFエリアEfには、フォトダイオード上に R(赤)、G(緑)およびB(青)の各カラーフィルタが 配設されたR画素111、G画素112およびB画素113か らなる通常の画素(以下では「通常画素」と� �いう)110が設けられるとともに、後述する下� ��の遮光マスク12a、12c(平行斜線部)を有して� �相差AFを行うための画素のペア(以下では「AF 画素対」ともいう)11fが設けられている(図6)� �

 そして、AFエリアEfには、通常画素110の水 平ラインとしてG画素112とR画素111とが水平方� ��に交互に配置されたGrラインL1と、B画素113� �G画素112とが水平方向に交互に配置されたGb� �インL2とが形成されている。このGrラインL1� �GbラインL2とが垂直方向に交互に配置される� ��とによりベイヤー配列が構成される。

 また、AFエリアEfには、AF画素対11fが水平� ��向に繰り返し配列されたAFライン(焦点検出� ��素列)Lfが垂直方向に周期的に形成されてい� ��。

 次に、AF画素対11fの構成について説明す� �。

 図7は、AF画素対11fの構成を説明するため� ��縦断面図である。なお、図7に示すAF画素対1 1fは、撮像面101fの中央付近に位置するAFエリ� ��Ef(例えば図5に示すAFエリアEfo)に設けられて いるものである。

 AF画素対11fは、交換レンズ2に関する射出� ��の左側部分Qaからの光束Taと右側部分Qbから� ��光束Tbとを分離させるための開口部OPa~OPb、O Pc~OPdの位置が鏡面対象となっている2枚の遮� �マスク(遮光板)12a~12b、12c~12dを有した一対の� ��素11a、11bからなっており、AF画素対11fが水� �方向に沿って2以上配列されることでAFライ� �Lfが形成される。

 より詳細には、画素(以下では「第1AF画素 」ともいう)11aでは、光電変換部(フォトダイ� ��ード)PDに対して右側に偏った長方形状(スリ ット状)の開口部OPaが下段の遮光マスク12aに� �成されるとともに、光電変換部PDに対して左 側に偏ったスリット状の開口部OPbが上段の遮 光マスク12bに設けられている。そして、各開 口部OPa、OPbにより遮光マスク12aおよび遮光マ スク12bからなる遮光部121の光透過部分が構成 されるとともに、この光透過部分により射出 瞳において左側部分Qaが規定される。一方、� ��素(以下では「第2AF画素」ともいう)11bでは� �光電変換部PDに対して左側に偏ったスリット 状の開口部OPcが下段の遮光マスク12cに形成さ れるとともに、光電変換部PDに対して右側に� ��ったスリット状の開口部OPdが上段の遮光マ� ��ク12dに設けられている。そして、各開口部O Pc、OPdにより遮光マスク12cおよび遮光マスク1 2dからなる遮光部122の光透過部分が構成され� ��とともに、この光透過部分により射出瞳に� ��ける右側部分Qbが規定される。このような� �1AF画素11aおよび第2AF画素11bは、図6のようにA FラインLfで交互に配置される。

 以上のような構成のAF画素対11fにより、� �出瞳における瞳分割、つまり射出瞳の左側� �分Qaからの光束TaがマイクロレンズML、カラ� �フィルタFRおよび各遮光マスク12a、12bの開口 部(光透過部分)OPa、OPbを通過して第1AF画素11a� ��光電変換部PDで受光されるとともに、射出� �の右側部分Qbからの光束TbがマイクロレンズM L、カラーフィルタFRおよび各遮光マスク12c、 12dの開口部(光透過部分)OPc、OPdを通過して第2 AF画素11bの光電変換部PDで受光されることと� �る。換言すれば、AF画素対11fでは、交換レン ズ2の射出瞳において互いに逆方向となる左� �向および右方向に偏った左側部分(第1の部分 領域)Qaおよび右側部分(第2の部分領域)Qbを通� ��した被写体の光束Ta、Tbが受光される。

 以下では、第1AF画素11aにおいて得られる� ��光データを「A系列のデータ」と呼び、第2AF 画素11bにおいて得られる受光データを「B系� �のデータ」と呼ぶこととし、例えば、ある1� ��のAFラインLf(図6)に配置されたAF画素対11fの� ��から得られるA系列のデータとB系列のデー� �とを表した図8~図12を参照して位相差AFの原� �を説明する。

 図8は、焦点面が撮像素子101の撮像面101f� �ら200μm近側にデフォーカスしている場合の� �ミュレーション結果を示す図であり、図9は� ��焦点面が撮像面101fから100μm近側にデフォー カスしている場合のシミュレーション結果を 示す図である。また、図10は、焦点面が撮像� ��101fに一致している合焦状態のシミュレーシ ョン結果を示す図である。さらに、図11は、� ��点面が撮像面101fから100μm遠側にデフォーカ スしている場合のシミュレーション結果を示 す図であり、図12は、焦点面が撮像面101fから 200μm遠側にデフォーカスしている場合のシミ ュレーション結果を示す図である。ここで、 図8~図12においては、横軸がAFラインLf方向に� ��する第1AF画素11a、第2AF画素11bの画素位置を� ��し、縦軸が第1AF画素11aおよび第2AF画素11bそ� ��ぞれの光電変換部PDからの出力を示してい� �。また、図8~図12では、グラフGa1~Ga5(実線で� �示)がA系列のデータを表し、グラフGb1~Gb5(破� ��で図示)がB系列のデータを表している。

 図8~図12においてA系列のグラフGa1~Ga5で示� ��れる各A系列の像列とB系列のグラフGb1~Gb5で� ��される各B系列の像列とを比較すると、デフ ォーカス量が大きいほど、A系列の像列とB系� ��の像列との間に生じるAFラインLf(水平方向)� ��向のシフト量(ずれ量)が増大していること� �分かる。

 このような一対の像列(A系列およびB系列の� ��列)におけるシフト量と、デフォーカス量と の関係をグラフ化すると、図13に示すグラフG cのように表される。この図13においては、横 軸がA系列の像列の重心位置に対するB系列の� ��列の重心位置の差(画素ピッチ)を示し、縦� �がデフォーカス量(μm)を示している。なお、 各像列の重心位置X _g は、例えば次のような演算式(1)により求めら れる。

 ただし、上式(1)において、X ₁ ~X _n は、例えばAFラインLfにおける左端からの画� �位置を表し、Y ₁ ~Y _n は、各位置X ₁ ~X _n の第1AF画素11a、第2AF画素11bからの出力値を表 している。

 図13に示すグラフGcのように一対の像列にお ける重心位置の差とデフォーカス量との関係 は、比例関係となっている。この関係につい て、デフォーカス量をDF(μm)とし重心位置の� �をC(μm)として数式で表現すると、次の式(2)� �ようになる。

 ここで、上式(2)の係数kは、図13のグラフG cに関する傾きGk(破線で図示)を表しており、� ��場試験等によって事前に取得できるもので� ��る。

 以上より、AF画素対11fから得られるA系列� ��データとB系列のデータとに関する重心位置 の差(位相差)を位相差AF演算回路77で求めた後 に、上式(2)を利用してデフォーカス量を算出 し、算出されたデフォーカス量に相当する駆 動量をフォーカスレンズ211に与えることで、 検出された焦点位置にフォーカスレンズ211を 移動させるオートフォーカス(AF)制御が可能� �なる。なお、上記のデフォーカス量とフォ� �カスレンズ211の駆動量との関係は、カメラ� �ディ10に装着されている交換レンズ2の設計� �より一意に定まるものである。

 以上のような撮像素子(位相差検出機能付 き撮像素子)101を備えた撮像装置1では、カメ� ��ボディ10に装着される交換レンズ2の射出瞳� ��置に応じた測距制御を行って精度の良い位� ��差AFを実現しているが、この測距制御につ� �て以下で詳しく説明する。

 <交換レンズ2の射出瞳位置に応じた測距� �御>
 図14は、交換レンズ2の射出瞳位置に応じて� ��じる瞳分割のアンバランスを説明するため� ��図である。この図14においては、横軸が撮� �面101fに対する射出瞳の位置を示しており、� ��軸が交換レンズ2の光軸、つまり撮像面101f� �中心からの距離(像高)を示している。なお、 図14では、像高α[mm]の位置に配置された画素� ��関するマイクロレンズMLの入射瞳(OCL入射瞳) の範囲を角度θで示している。

 撮像素子101では、撮像面101fの中央部から 離れた位置のAFエリアEf(例えば図5に示すAFエ� ��アEfa)に設けられた像高α[mm]のAF画素対にお� ��ても、撮像面101fからの距離Hm(例えば80~90mm� �度)にある標準的な射出瞳位置Pmで適切な瞳� �割を行えるように構成されている。具体的� �は、図15に示す概念図のようにAFエリアEfa内� ��AF画素対11gでは、例えば右側の画素11gbにお� ��る下段の遮光マスク13cの左端を光電変換部P Dの中心Coから距離Eaだけ右側に設定すること� ��より、撮像面101fからの距離Hmに形成される� ��径Roの射出瞳を2等分した左側部分Qcおよび� �側部分Qdを通過する各光束Tc、Tdが各光電変� �部PDで受光可能となっている。これにより、 図14に示すように像高α[mm]の位置に配置され� ��AF画素対11gでは、撮像面101fの垂線に対して� ��め方向に伸びる瞳分割ラインDmが設定され� �ため、撮像面101fから距離Hm離れた位置(以下� ��は「中位置」ともいう)Pmの射出瞳において� ��分割を等しく行えることとなる。

 一方、交換レンズ2においては、その射出 瞳位置が上述した位置Pmから大きく相違する� ��のも存在する。例えば図14に示すように撮� �面101fから比較的遠い距離Haの位置(以下では� ��遠位置」ともいう)Paに射出瞳が形成される� ��換レンズや、撮像面101fから比較的近い距離 Hbの位置(以下では「近位置」ともいう)Pbに射 出瞳が形成される交換レンズにおいて、瞳分 割ラインDmによる画一的な射出瞳の分割が行� ��れたのでは、分割される各領域の大きさに� ��ンバランスが生じてしまう。これでは、AF� �素対でバランス良くA系列およびB系列の画素 信号を生成できないため、精度の良い測距(� �点検出)が困難となる。

 そこで、本実施形態の撮像装置1では、図 16に示すように射出瞳が遠位置Paとなる交換� �ンズ2がカメラボディ10に装着された場合に� �、その射出瞳位置に対応した瞳分割ラインDa が規定されるAF画素対11jを用いて測距するこ� ��とする。具体的には、図17に示す概念図の� �うにAF画素対11jでは、例えば右側の画素11jb� �おける下段の遮光マスク13cの左端を光電変� �部PDの中心Coから距離Eb(ここでEb<Ea)だけ右� ��に設定し、2枚の遮光マスク13a、13bからなる 遮光部131と2枚の遮光マスク13c、13dからなる� �光部132とにおける光透過部分の構成を上記� �AF画素対11gに対して異ならせることにより、 撮像面101fからの距離Haに形成される射出瞳を 2等分した左側部分Qeおよび右側部分Qfを通過� ��る各光束Te、Tfが各光電変換部PDで受光可能� ��なっている。これにより、図16に示すよう� �像高α[mm]の位置に配置されたAF画素対11jでは 、瞳分割ラインDmより傾きが緩やかな瞳分割� ��インDaが設定されるため、遠位置Paの射出瞳 において瞳分割を等しく行えることとなる。

 また、本実施形態の撮像装置1では、図16� ��示すように射出瞳が近位置Pbとなる交換レ� �ズ2がカメラボディ10に装着された場合には� �その射出瞳位置に対応した瞳分割ラインDbが 規定されるAF画素対11kを用いて測距するよう� ��する。具体的には、図18に示す概念図のよ� �にAF画素対11kでは、例えば右側の画素11kbに� �ける下段の遮光マスク13cの左端を光電変換� �PDの中心Coから距離Ec(ここでEc>Ea)だけ右側� ��設定するとともに、左側の画素11kaにおける 下段の遮光マスク13aの右端を光電変換部PDの� ��心Coから距離Edだけ右側に設定し、遮光部131 、132における光透過部分の構成を上記のAF画� ��対11gに対して異ならせることにより、撮像� ��101fからの距離Hbに形成される射出瞳を2等分 した左側部分Qgおよび右側部分Qhを通過する� �光束Tg、Thが各光電変換部PDで受光可能とな� �ている。これにより、図16に示すように像高 α[mm]の位置に配置されたAF画素対11kでは、瞳� ��割ラインDmより傾きが急な瞳分割ラインDbが 設定されるため、近位置Pbの射出瞳において� ��分割を等しく行えることとなる。

 以上のような構成を有するAF画素対11g、11 j、11kについては、撮像面101fの中心部から離� ��た位置のAFエリアEfa(図5)において、例えば� �19に示すように遠位置Paの射出瞳に対応するA F画素対11jが水平方向に配列された瞳遠用のAF ラインLj、中位置Pmの射出瞳に対応するAF画素 対11gが水平方向に配列された瞳中用のAFライ� ��Lg、および近位置Pbの射出瞳に対応するAF画� ��対11kが水平方向に配列された瞳近用のAFラ� �ンLkを通常画素110の水平ライン4本を挟んで� �直方向に周期的に設け、交換レンズ2の射出� ��位置に応じて各AFラインLg、Lj、Lkを使い分� �る測距制御を行うようにする。具体的には� �図16のように閾値として撮像面101fからの距� �Ps(例えば110mm)および距離Pt(例えば60mm)を設定 し、距離Ps以上となる射出瞳位置の交換レン� ��2が装着された場合には瞳遠用のAFラインLj� �選択するとともに、距離Pt以下となる射出瞳 位置の交換レンズ2が装着された場合には瞳� �用のAFラインLkを選択する一方、距離Ptと距� �Psとの間にある射出瞳位置の交換レンズ2が� �着された場合には瞳中用のAFラインLgを選択� ��、選択されたAFラインによる測距を行う。

 すなわち、AFエリアEfaに設けられるAFライ ンLg、Lj、Lkは、遮光部131、132における光透過 領域の配置を異ならせ射出瞳に対するニラミ 角を変えた3種類の画素対11g、11j、11kを有し� �3種類の画素対11g、11j、11kそれぞれでは、瞳� ��割に係る左側の部分領域と右側の部分領域� ��の面積が同等となる射出瞳の撮像素子101(の 撮像面101f)に対する位置Pm、Pa、Pb(図16)が異な っているため、交換レンズ2の交換によって� �出瞳位置が変化しても、その射出瞳位置に� �じたAF画素対を3種類の画素対11g、11j、11kか� �選択することにより、バランス良く瞳分割� �き、位相差検出方式の焦点検出を精度良く� �えることとなる。

 次に、射出瞳位置に応じて瞳中用のAFラ� �ンLg、瞳遠用のAFラインLjおよび瞳近用のAFラ インLkの使い分けを行う撮像装置1の具体的な 動作について説明する。

 <撮像装置1の動作>
 図20は、撮像装置1の基本的な動作を示すフ� ��ーチャートである。なお、この撮像装置1の 動作については、メイン制御部62で実行され� ��。

 メインスイッチ317へのユーザ操作で撮像� ��置1の電源がオンにされると、交換レンズ2� �射出瞳位置が撮像面101fから60mm以下であるか を判定する(ステップST1)。具体的には、レン� ��制御部26内のROMに記憶されている交換レン� �2の射出瞳位置の情報をカメラボディ10のメ� �ン制御部62で取得し、射出瞳位置が60mm以下� �否かが判断される。ここで、射出瞳位置が60 mm以下である場合には、ステップST3に進み、6 0mm以下でない場合にはステップST2に進む。

 ステップST2では、交換レンズ2の射出瞳位 置が撮像面101fから60~110mmの範囲内にあるかを 判定する。ここで、射出瞳位置が60~110mmの範� ��内にある場合には、ステップST4に進み、射� ��瞳位置が110mm以上の場合にはステップST4に� �む。

 ステップST3では、図18に示すAF画素対11kが 配設された瞳近用のAFラインLkを選択する。

 ステップST4では、図15に示すAF画素対11gが 配設された瞳中用のAFラインLmを選択する。

 ステップST5では、図17に示すAF画素対11jが 配設された瞳遠用のAFラインLjを選択する。

 ステップST6では、シャッターボタン307が� ��ーザによって半押しされたかを判定する。� ��こで、半押しされた場合には、ステップST7� ��進み、半押しされていない場合には、ステ� ��プST1に戻る。

 ステップST7では、ステップST3~ST5で選択さ れたAFラインを用いて測距を行う。すなわち� ��撮像素子101に対する射出瞳位置に応じて3種 類の画素対11g、11j、11kから1種類の画素対を� �択し、この1種類の画素対で生成される画素� ��号に基づき位相差検出方式の焦点検出が行� ��れる。これにより、交換レンズ毎に異なる� ��出瞳位置に対応した良好な焦点検出が可能� ��なる。

 ステップST8では、シャッターボタン307が� ��ーザによって全押しされたかを判定する。� ��こで、全押しされた場合には、ステップST10 に進み、全押しされていない場合には、ステ ップST9に進む。

 ステップST9では、シャッターボタン307が� ��ーザによって半押しされているかを判定す� ��。ここで、半押しされている場合には、ス� ��ップST8に進み、半押しされていない場合に� ��、ステップST1に戻る。

 ステップST10では、撮影を行う。すなわち 、撮像素子101で記録用の撮影画像データを生 成する本撮影の動作が行われる。

 以上で説明した撮像装置1には、図16に示� ��各位置Pm、Pa、Pbの射出瞳を2等分できるAF画� ��対11g、11j、11kを備えた撮像素子101が設けら� ��ているため、交換レンズ2が交換されること により射出瞳の位置が変化しても位相差検出 方式の焦点検出を精度良く行える。

 <変形例>
 ・上記の実施形態におけるAF画素対につい� �は、図7に示すAF画素対11fのように2枚の遮光� ��スク12a、12bを備えた画素11aと2枚の遮光マス ク12c、12dを備えた画素11bとで構成されるのは 必須でなく、図21に示すAF画素対11faのように� ��口部OPeが形成される1枚の遮光マスク12eを備 えた画素11cと開口部OPfが形成される1枚の遮� �マスク12fを備えた画素11dとで構成されても� �い。

 このように1枚の遮光マスクを備えた2つ� �画素11c、11dからなるAF画素対11faにおいても� �撮像面101fの中央付近から外れた位置に規定� ��れるAFエリアEfa(図5)などに配設される場合� �は、AF画素対11g(図15)のように図16に示す瞳分 割ラインDmが設定される瞳中用のAF画素対と� �AF画素対11j(図17)のように図16に示す瞳分割ラ インDaが設定される瞳遠用のAF画素対と、AF画 素対11k(図18)のように図16に示す瞳分割ライン Dbが設定される瞳近用のAF画素対とを備える� �うにする。そして、上述のように交換レン� �の射出瞳位置に応じて瞳近用、瞳中用およ� �瞳遠用のAF画素対を選択すれば、焦点検出を 精度良く行えることとなる。

 ・上記の実施形態においては、射出瞳を2 つの半円に瞳分割するのは必須でなく、分割 される箇所でオーバーラップが生じるように 瞳分割を行っても良い。

 ・上記の実施形態においては、3種類のAF� ��素対11g、11j、11kを交換レンズ毎に使い分け� ��のは必須でなく、ズームレンズのズーム状� ��に応じて使い分けるようにしても良い。す� ��わち、交換レンズ2のズーム倍率によって変 化する射出瞳位置に応じて、瞳中用、瞳遠用 および瞳近用のAF画素対11g、11j、11kを使い分� ��ても良い。

 ・上記実施形態の撮像素子においては、3 種類(瞳中用、瞳遠用および瞳近用)のAF画素� �を備えるのは必須でなく、2種類や4種類以上 のAF画素対を備えても良い。