(57)【要約】【課題】多数の焦点検出領域において短時間で焦点検出を実行する。【解決手段】複数のマイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイに対して複数の電荷蓄積型光電変換素子を二次元状に配列した受光素子アレイとを有し、光学系を透過した光をマイクロレンズアレイを介して受光素子アレイにより受光して得られる信号を出力する受光手段と、光学系による像面内に設定された複数の焦点検出領域の少なくとも１つに対応する光電変換素子列の出力に基づいて光学系の焦点検出を行う焦点検出手段と、複数の焦点検出領域の内の第１の焦点検出領域に対して焦点検出を行う場合は、複数種類の異なる電荷蓄積時間で順次、受光素子アレイを蓄積制御する制御手段（Ｓ４〜Ｓ９）とを備える。【選択図】図７
2010122356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイに対して複数の電荷蓄積型光電変換素子を二次元状に配列した受光素子アレイとを有し、光学系を透過した光を前記マイクロレンズアレイを介して前記受光素子アレイにより受光して得られる信号を出力する受光手段と、
前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出領域の少なくとも１つに対応する前記光電変換素子列の出力に基づいて前記光学系の焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記複数の焦点検出領域の内の第１の焦点検出領域に対して前記焦点検出を行う場合は、複数種類の異なる電荷蓄積時間で順次、前記受光素子アレイを蓄積制御する制御手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記制御手段は、前記複数の焦点検出領域の内の前記第１の焦点検出領域よりも数が少ない第２の焦点検出領域で焦点検出を行う場合は、前記第２の焦点検出領域に対応する前記光電変換素子列の出力の大きさに応じた電荷蓄積時間で前記受光素子アレイを蓄積制御し、前記焦点検出手段により前記第２の焦点検出領域に対する焦点検出を行うことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記制御手段は、前記第１の焦点検出領域に対して前記焦点検出を行う場合は、前記第２の焦点検出領域のそれぞれに対する焦点検出結果に基づいて、前記第１の焦点検出領域の内の少なくとも１つを選択することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記制御手段は、前記第２の焦点検出領域に対して前記焦点検出を行う場合は、前記第２の焦点検出領域の中から少なくとも１つの焦点検出領域を手動で選択可能とすることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記光を測光する測光手段を備え、
前記制御手段は、前記測光手段による測光結果に基づいて前記複数種類の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
前記光学系による像を撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記撮像手段は前記像を連続的に撮像可能であり、
前記制御手段は、前記像を連続的に撮像する際に、撮像開始から所定期間は前記複数種類の電荷蓄積時間によって前記受光素子アレイを蓄積制御し、前記複数種類の電荷蓄積時間に基づいてその後の撮像時の前記受光素子アレイの電荷蓄積制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の撮像装置において、
前記焦点検出装置による焦点検出結果に基づいて前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は焦点検出装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用イメージセンサーの制御において、明るさが大きく異なる複数の焦点検出領域で同時に焦点検出を行う必要がある場合には、焦点検出領域ごとの明るさに適した蓄積時間で複数回の電荷蓄積を１回の焦点検出ごとに行うようにした焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３２０３７４２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、焦点検出領域が多くなると、焦点検出演算時間が増大し、焦点検出中の被写体状況の変化が大きくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
(１)  請求項１の発明は、複数のマイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイに対して複数の電荷蓄積型光電変換素子を二次元状に配列した受光素子アレイとを有し、光学系を透過した光をマイクロレンズアレイを介して受光素子アレイにより受光して得られる信号を出力する受光手段と、光学系による像面内に設定された複数の焦点検出領域の少なくとも１つに対応する光電変換素子列の出力に基づいて光学系の焦点検出を行う焦点検出手段と、複数の焦点検出領域の内の第１の焦点検出領域に対して焦点検出を行う場合は、複数種類の異なる電荷蓄積時間で順次、受光素子アレイを蓄積制御する制御手段とを備える。
(２)  請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、制御手段は、複数の焦点検出領域の内の第１の焦点検出領域よりも数が少ない第２の焦点検出領域で焦点検出を行う場合は、第２の焦点検出領域に対応する光電変換素子列の出力の大きさに応じた電荷蓄積時間で受光素子アレイを蓄積制御し、焦点検出手段により第２の焦点検出領域に対する焦点検出を行う。
(３)  請求項３の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、制御手段は、第１の焦点検出領域に対して焦点検出を行う場合は、第２の焦点検出領域のそれぞれに対する焦点検出結果に基づいて、第１の焦点検出領域の内の少なくとも１つを選択する。
(４)  請求項４の発明は、請求項３に記載の焦点検出装置において、制御手段は、第２の焦点検出領域に対して焦点検出を行う場合は、第２の焦点検出領域の中から少なくとも１つの焦点検出領域を手動で選択可能とする。
(５)  請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、光を測光する測光手段を備え、制御手段は、測光手段による測光結果に基づいて複数種類の電荷蓄積時間を決定する。
(６)  請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、光学系による像を撮像する撮像手段とを備える撮像装置である。
(７)  請求項７の発明は、請求項６に記載の撮像装置において、撮像手段は像を連続的に撮像可能であり、制御手段は、像を連続的に撮像する際に、撮像開始から所定期間は複数種類の電荷蓄積時間によって受光素子アレイを蓄積制御し、複数種類の電荷蓄積時間に基づいてその後の撮像時の受光素子アレイの電荷蓄積制御を行う。
(８)  請求項８の発明は、請求項６または請求項７に記載の撮像装置において、焦点検出装置による焦点検出結果に基づいて光学系の焦点調節を行う焦点調節手段を備える。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、焦点検出を行う焦点検出領域が多数あっても、それらの焦点検出領域で短時間で焦点検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は一実施の形態の焦点検出装置を備えたカメラ（撮像装置）の横断面図であり、(ａ)は非撮影時の状態を示し、(ｂ)は撮影露光時の状態を示す。なお、図１において、本願発明の焦点検出装置および撮像装置に直接関係のないカメラの機器、回路および装置の図示と説明を省略する。一実施の形態のカメラではカメラボディ１にレンズ鏡筒２が装着される。レンズ鏡筒２は各種の撮影レンズを有するレンズ鏡筒に交換可能である。
【０００７】
カメラボディ１はメインミラー１１、サブミラー１２、シャッター１３、撮像素子１４、焦点検出装置１５、制御装置１６、ペンタプリズム１７、接眼レンズ２８、接点１９などを備えている。撮像素子１４はＣＣＤやＣＭＯＳなどから構成され、撮影レンズにより結像された被写体像を電気信号に変換して出力する。シャッター１３の被写体側には、光学的ローパスフィルターと赤外線カットフィルターを合わせた光学部材２７が設置されている。焦点検出装置１５は撮影レンズの焦点調節状態を検出する。この焦点調節装置１５については詳細を後述する。制御装置１６は不図示のマイクロコンピューター、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバーターなどから構成され、カメラの各種演算やシーケンス制御などを行う。
【０００８】
レンズ鏡筒２は、撮影レンズ２１（２１ａ〜２１ｅ）、絞り２２、レンズ駆動制御装置２３などを備えている。レンズ駆動制御装置２３は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、レンズ駆動用モーター、絞り駆動用モーターなどから構成され、撮影レンズ２１の焦点調節や絞り２２の開口調節などを行う。なお、カメラボディ１の制御装置１６とレンズ鏡筒２のレンズ駆動制御装置２３は交換レンズマウント部(不図示)に設けられた接点１９を介して各種情報の授受を行う。
【０００９】
非撮影時には、図１(ａ)に示すようにメインミラー１１とサブミラー１２が撮影光路中に置かれ、撮影レンズ２１を透過した被写体光の一部はメインミラー１１、ペンタプリズム１７、接眼レンズ２８を介して撮影者の目へ導かれ、撮影者に被写体像が視認される。また、被写体光の残りの一部はメインミラー１１、サブミラー１２を介して焦点検出装置１５へ導かれ、焦点検出装置１５により撮影レンズ２１の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量が検出される。
【００１０】
撮影露光時には、図１(ｂ)に示すようにメインミラー１１とサブミラー１２が撮影光路中から退避し、撮影レンズ２１を透過した被写体光は撮影素子１４へ導かれ、撮像素子１４により被写体像の撮像が行われる。撮像素子１４から出力された被写体像信号は不図示の信号処理回路で処理された後、メモリカードなどの記録媒体へ記録される。
【００１１】
図２は、一実施の形態の焦点検出装置に組み込まれている焦点検出光学系の構成を示す。撮影レンズ２１は、撮像素子１４（図１参照）の受光面１４ａに被写体像を結像する。撮影レンズ２１を透過した被写体からの光束（焦点検出用光束）はサブミラー１２（図１参照）の反射面１２ａで反射され、撮像素子受光面１４ａと共役な予定焦点面１５ａへ導かれ、予定焦点面１５ａにおいて被写体像が結像される。なお、この予定焦点面１５ａにおいて被写体像のピントが合うように、撮影レンズ２１の焦点調節が行われる。
【００１２】
像高の高い部分の焦点検出用光束を用いて焦点検出を行う場合には、光路中、具体的には予定焦点面１５ａの近傍から後述するマイクロレンズアレイ５２の間にフィールドレンズ５１を挿入し、像高の高い部分の光線を光軸方向から曲げるようにしてもよい。以下では、フィールドレンズ５１を無視して説明する。
【００１３】
焦点検出装置１５は、マイクロレンズアレイ５２と受光素子アレイ５３がカバーガラス５４で蓋をしたパッケージ５５の中に封入されている。図３はマイクロレンズアレイ５２と受光素子アレイ５３を拡大した斜視図である。なお、実際にはマイクロレンズアレイ５２と受光素子アレイ５３がほぼ密着しているが、図３では説明を解りやすくするためにそれらを分離して示す。マイクロレンズアレイ５２は、カメラの予定焦点面１５ａの近傍に配置される。
【００１４】
図３では図示を省略しているが、マイクロレンズとマイクロレンズとの間、およびレンズ基板の側面には、マイクロレンズ間のクロストークを防ぐための遮光隔壁が設けられている。この遮光隔壁は、機械加工やエッチングによりマイクロレンズに格子状の深い溝を形成し、その溝の中に遮光性樹脂を充填して形成される。
【００１５】
受光素子アレイ５３はマイクロレンズアレイ５２のごく近傍に配置され、各マイクロレンズごとに複数の光電変換素子（以下、受光素子という）が二次元状に配列される。この一実施の形態では各マイクロレンズごとに横５個×縦５個の受光素子を配列した受光素子アレイ５３を用いた例を示すが、マイクロレンズごとの受光素子の個数はこの一実施の形態に限定されず、また、マイクロレンズごとに受光素子を配列せず、単に複数の受光素子を二次元状に配列してもよい。
【００１６】
図４および図５は一実施の形態による焦点検出方法を説明するための図であり、図３に示すマイクロレンズアレイ５２と受光素子アレイ５３のＸＺ断面を示す。一つのマイクロレンズとそのマイクロレンズに対応する受光素子列をこの明細書では便宜上、画素と呼ぶことにする。図４および図５に示す例では、マイクロレンズとそのマイクロレンズに対応して配置される５個の受光素子が一つの画素である。この一実施の形態の焦点検出装置では、各画素の受光素子列の各マイクロレンズによる像が、各マイクロレンズの頂点よりも被写体側に結像する構成になっており、この結像面が予定焦点面１５ａと一致するようにマイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）５２と受光素子アレイ５３を配置する。
【００１７】
この一実施の形態の焦点検出装置は、撮影レンズ２１の瞳面の異なる領域を通過した被写体光による対の像の、検出面近傍における位置ずれに基づいてデフォーカス量を得るものであり、位相差検出方式の焦点検出装置である。
【００１８】
まず、第１の焦点検出演算方法では、隣接する画素、または所定間隔の画素の受光素子列で検出した像どうしのずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。例えば図４において、二つの隣接する画素のＡ列とＢ列の二つの受光素子列上の像のずれ量、つまり予定焦点面１５ａ上のＡ’とＢ’で表す“受光素子列ＡとＢの逆投影像”の位置に撮影レンズ２１により結像される被写体像のずれ量によりデフォーカス量を演算する。
【００１９】
第２の焦点検出演算方法では、隣接して配列される複数の画素において、各画素の受光素子列の端からｎ番目の受光素子出力を連ねて生成する像と、(ｎ＋ｍ)番目の受光素子出力を連ねて生成する像とのずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。例えば図４において、各画素の受光素子列の左から２番目の受光素子ｃの出力を連ねて受光素子列Ｃとした像と、左から４番目の受光素子ｄの出力を連ねて受光素子列Ｄとした像とのずれ量、つまり予定焦点面１６上のＣ’とＤ’で表す“受光素子列ＣとＤの逆投影像”の位置に撮影レンズ２３により結像される被写体像のずれ量により、デフォーカス量を演算する。
【００２０】
なお、第２の焦点検出演算方法の変形例として、図５に示すように、左から１番目と２番目の受光素子出力の加算値を連ねて受光素子列Ｃとした像と、左から４番目と５番目の受光素子出力の加算値を連ねて受光素子列Ｄとした像とのずれ量、つまり予定焦点面１６上のＣ’とＤ’で表す“受光素子列ＣとＤの逆投影像”の位置に撮影レンズ２３により結像される被写体像のずれ量により、デフォーカス量を演算してもよい。
【００２１】
図６は、一実施の形態の焦点検出装置１５（図１参照）の詳細な構成を示すブロック図である。二次元受光素子アレイ５３（図３参照）の出力はＡ／Ｄコンバーター５４によりデジタル信号に変換され、いったんメモリ５５に記憶される。マイクロコンピューター５６はソフトウエア形態により合成信号列作成部５６ａ、像ズレ演算部５６ｂおよびフォーカス量算出部５６ｃを備え、メモリ５５から受光素子アレイ５３の出力データを読み出し、合成信号列作成部５６ａにより第１信号列{ａ(i)}＝ａ(1)，ａ(2)，ａ(3)，・・・と、第２信号列{ｂ(i)}＝ｂ(1)，ｂ(2)，ｂ(3)，・・・を作成する。
【００２２】
ここで、上述した第１の焦点検出方法の場合は、信号列{ａ(i)}、{ｂ(i)}は図４に示す隣接する画素Ａ、Ｂの各受光素子アレイの受光素子出力の並びである。また、上述した第２の焦点検出方法の場合は、信号列{ａ(i)}、{ｂ(i)}は図４に示す受光素子列ＣとＤの出力の並びである。
【００２３】
こうして得られた第１信号列{ａ(i)}と第２信号列{ｂ(i)}に基づいて、公知の方法により像ズレ演算を行い、デフォーカス量を算出する。２つの信号列{ａ(i)}、{ｂ(i)}からデフォーカス量を算出する方法はよく知られており、まず第１信号列{ａ(i)}と第２信号列{ｂ(i)}（ｉ＝１，２，３，・・・）から対応する一対の像の相関量Ｃ(N)を求める。
Ｃ(N)＝Σ｜ａ(i)−ｂ(ｊ)｜  ・・・（１）
（１）式において、シフト数ＮはＮ＝ｊ−ｉであり、Σはｉ＝ｐＬ〜ｑＬの総和演算を表す。      
【００２４】
（１）式により離散的に求められた相関量Ｃ(N)から次のようにしてシフト量を求める。ここで、相関量Ｃ(N)の中でシフト量Ｎ＝Ｎ０のときに極小値を与える相関量をＣ０とし、シフト量（Ｎ０−１）における相関量をＣｒ、シフト量（Ｎ０＋１）における相関量をＣｆとする。相関量Ｃｒ、Ｃ０、Ｃｆの並びから精密なシフト量Ｎａを求める。
ＤＬ＝０．５・（Ｃｒ−Ｃｆ）  ・・・（２），
Ｅ＝ＭＡＸ{Ｃｆ−Ｃ０、Ｃｒ−Ｃ０）  ・・・（３），
Ｎａ＝Ｎ０＋ＤＬ／Ｅ  ・・・（４）
次に、シフト量Ｎａに、焦点検出面の位置に応じた補正量（定数CONST）を加え、焦点検出面上での像ズレ量Δｎ＝Ｎａ＋CONSTを算出する。さらに、像ズレ量Δｎに検出開角に依存した定数Ｋｆを乗じ、デフォーカス量Ｄｆを算出する。
Ｄｆ＝Ｋｆ・Δｎ  ・・・（５）
【００２５】
上述した焦点検出手順によって、撮影画面内の所望の焦点検出領域に対応する画素列から出力される信号列を用い、その焦点検出領域にある被写体像に対する焦点検出を行うことができる。
【００２６】
この一実施の形態では、上述した焦点検出手順の内、各焦点検出領域における電荷蓄積動作を次のようにして行う。すなわち、予め設定した長、中、短の３種類の蓄積時間で順次受光素子アレイ５３上のすべての焦点検出領域の電荷蓄積動作を行い、その都度、必要な焦点検出領域で焦点検出演算を行って演算結果をメモリに記憶する。なお、以下ではこの動作を“順次蓄積”動作という。
【００２７】
一実施の形態の焦点検出演算では、従来周知の方法により焦点検出結果の信頼性判定を行う。蓄積時間が被写体光の強さに対して短すぎたり長すぎたりした場合は、演算過程で信号列の相関が良好にとれないので、これにより信頼性なしと判定される。この信頼性判定結果を焦点検出結果の一部としてメモリに記憶する。
【００２８】
それぞれ必要な焦点検出領域において、上述した長、中、短の３種類の電荷蓄積時間で得られた焦点検出結果の中で十分に信頼性があると判定された焦点検出結果を採用することによって、明るさの差が大きい被写体が混在する画面に対しても多数の焦点検出領域それぞれにおいて信頼性のある焦点検出結果を得ることができる。
【００２９】
この一実施の形態のカメラでは、「焦点検出領域自動選択モード」または「焦点検出領域手動選択モード」を撮影者が操作部材を操作して選択することができる。焦点検出領域自動選択モードが設定されると、制御装置１６は、上述した３種類の電荷蓄積時間による順次蓄積動作を行う。焦点検出領域自動選択モードは、撮影画面の全体または広域から焦点を合わせるべき対象、すなわち主要被写体をカメラが自動的に推定して焦点を合わせるモードである。主要被写体を推定する際に、各焦点検出領域の焦点検出結果を用いる。例えば最至近の被写体を主要被写体とみなすなど、種々のアルゴリズムが周知である。もちろん測光センサーのデータや撮像画像からの特徴点抽出結果など、焦点検出以外の検出結果も考慮することができる。
【００３０】
図３に示す受光素子アレイ５３では、説明の便宜上小数の画素しか図示していないが、実際は多数の画素を配列しており、したがって、一実施の形態の焦点検出装置は従来に比べて桁違いに多くの焦点検出領域を設定することができる。それらの中から、主要被写体が存在すると推定される焦点検出領域おいて焦点検出演算を行う。
【００３１】
予め設定した３種類の電荷蓄積時間は、製造出荷時に不揮発性メモリに記憶させる。もちろん、電荷蓄積時間の種類はこの一実施の形態の３種類に限定されず、２種類あるいは４種類以上あってもよい。例えば、分割測光センサーを設置し、レリーズボタンが半押しされたときに、測光センサーの出力を入力し、分割された測光領域ごとの測光センサーの出力分布がすべて第１の所定値より明るい場合は、長、中、短の３種類の蓄積時間の中から「長」を除外し、「中」と「短」の２種類の蓄積時間、あるいは「中」と「短」の中間の蓄積時間を新たに加えた３種類の電荷蓄積時間により蓄積動作を実行する。また、分割された測光領域ごとの測光センサーの出力分布がすべて第２の所定値より暗い場合は、長、中、短の３種類の蓄積時間の中から「短」を除外し、「長」と「中」の２種類の蓄積時間、あるいは「長」と「中」の中間の蓄積時間を新たに加えた３種類の電荷蓄積時間により蓄積動作を実行する。
【００３２】
なお、何種類かの電荷蓄積時間のセットを複数セット設定して製造時にメモリに記録し、カメラの電源オンから焦点検出動作が起動されるまでの間の焦点検出装置の受光素子アレイ５３、測光センサー、撮像素子１４などの出力に基づいて、所定のアルゴリズムにしたがっていずれかの蓄積時間セットを選択するようにしてもよい。
【００３３】
一方、焦点検出領域手動選択モードが設定されたときは、制御装置１６は、手動で選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサー上の画素列出力に応じて、その部分の輝度分布が良好に検出できるように蓄積時間を制御する。
【００３４】
図７および図８は、一実施の形態の焦点検出動作を示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。シャッターボタン(不図示)が半押しされると、制御装置１６は図７および図８に示す焦点検出動作を開始する。ステップ１において焦点検出領域選択モードの設定状態をチェックする。ステップ２で焦点検出領域自動選択モードが設定されているか否かを判別し、自動選択モードが設定されているときはステップ３へ進み、手動選択モードが設定されているときはステップ２１へ進む。
【００３５】
焦点検出領域自動選択モードが設定されているときは、ステップ３において、上述したように予めメモリ(不図示)に記憶されている電荷蓄積時間のセットの中から測光センサーの出力に応じていずれかのセットを選択し、設定する。なお、この一実施の形態では長、中、短の３種類の電荷蓄積時間が複数セット記憶されているとする。ステップ４で蓄積時間セットの中の１番目の蓄積時間で受光素子アレイ５３の電荷蓄積を行い、続くステップ５では受光素子アレイ５３上のすべての焦点検出領域に対応する画素列出力に基づいて上述した焦点検出演算と信頼性判定を行い、焦点検出結果と信頼性判定結果をバッファーメモリに記憶する。
【００３６】
次に、ステップ６で蓄積時間セットの中の２番目の蓄積時間で受光素子アレイ５３の電荷蓄積を行い、続くステップ７では受光素子アレイ５３上のすべての焦点検出領域に対応する画素列出力に基づいて上述した焦点検出演算と信頼性判定を行い、焦点検出結果と信頼性判定結果をバッファーメモリに記憶する。さらに、ステップ８で蓄積時間セットの中の３番目の蓄積時間で受光素子アレイ５３の電荷蓄積を行い、続くステップ９では受光素子アレイ５３上のすべての焦点検出領域に対応する画素列出力に基づいて上述した焦点検出演算と信頼性判定を行い、焦点検出結果と信頼性判定結果をバッファーメモリに記憶する。
【００３７】
図８のステップ１０において、バッファーメモリからすべての焦点検出領域の焦点検出結果を読み出し、それらに基づいて上述したように主要被写体が存在すると推定される焦点検出領域を選択する。ステップ１１では、選択領域において撮影レンズ２１が合焦状態にあるか否かを判別し、合焦していれば焦点検出動作を終了する。選択した焦点検出領域において撮影レンズ２１が合焦状態にない場合にはステップ１２へ進み、選択領域の焦点検出結果に基づいて撮影レンズ２１を駆動し、焦点調節を行う。
【００３８】
ステップ１３でレンズ駆動量が所定値以下か否かを判別する。レンズ駆動量が所定値より大きい場合は、レンズ駆動前は焦点調節状態が“大ボケ”の状態にあったとみなし、ステップ４へ戻って焦点検出領域の自動選択処理からやり直す。一方、レンズ駆動量が所定値以下の場合はステップ１４へ進み、選択した焦点検出領域の中で信頼性が最も高い検出結果をもたらした電荷蓄積時間で蓄積動作をやり直す。ステップ１５で選択焦点検出領域に対応する画素列出力に基づいて焦点検出演算を行い、続くステップ１６で選択領域において合焦しているか否かを判別する。合焦している場合はこの焦点検出動作を終了し、合焦していない場合はステップ１２へ戻って上述した処理を繰り返す。
【００３９】
一方、焦点検出領域手動選択モードが設定されているときは、ステップ２１で、電荷蓄積時間に初期値を設定する。続くステップ２２で、決定された蓄積時間により電荷蓄積制御を行う。ステップ２３で手動選択領域において焦点検出を行い、続くステップ２４で合焦しているか否かを判別する。合焦している場合はこの焦点検出動作を終了する。合焦していない場合はステップ２５へ進み、手動選択領域の焦点検出結果に基づいて撮影レンズ２１のレンズ駆動を行う。ステップ２６では手動選択領域の被写体像信号出力の大きさに応じて電荷蓄積時間を決定し、ステップ２２へ戻って上述した処理を繰り返す。
【００４０】
《発明の他の実施の形態》
図９は、他の実施の形態の焦点検出装置を備えた動画兼用カメラ（撮像装置）の構成を示す横断面図である。この実施の形態のカメラではカメラボディ２１１にレンズ鏡筒２１２が装着される。レンズ鏡筒２１２は各種の撮影レンズ２１３を有するレンズ鏡筒に交換可能である。
【００４１】
撮影レンズ２１３を透過した被写体からの光は半透過性ペリクルミラー２１４により分岐される。半透過性ペリクルミラー２１４による反射光は光学的ローパスフィルターおよび赤外線カットフィルター２１６を介して撮像素子２１７へ導かれ、その受光面に被写体像が結像される。このカメラにはファインダーが設けられず、撮像素子２１７により撮像した画像をカメラ背面のＬＣＤモニター２１８に表示する。一方、半透過性ペリクルミラー２１４を透過した被写体からの光は焦点検出装置２１５へ導かれ、焦点検出装置２１５により撮影レンズ２１３の焦点検出が行われる。
【００４２】
シャッターボタンのレリーズ操作が行われると、撮像素子２１７により静止画または動画を撮影しながら、焦点検出装置２１５により焦点検出が行われる。焦点検出装置２１５は、上述した一実施の形態の焦点検出装置１５と同様な構成であるが、マイクロレンズアレイ５２のレンズ数を増やして画面を広げ、撮影画面のほぼ全域をカバーしている。この焦点検出装置２１５では、上述した一実施の形態と同様に、複数の電荷蓄積時間を有し、それぞれの蓄積時間で電荷蓄積を行ってはその都度、焦点検出演算と信頼性判定を行う（順次蓄積動作）。そして、焦点検出結果と信頼性判定結果に基づいて主要被写体が存在する焦点検出領域を推定する。
【００４３】
複数の電荷蓄積時間は、製造時に設定し不揮発性メモリに記憶させている。複数種類の電荷蓄積時間のセットを複数設定し、カメラの電源オンからレリーズされるまでの間の焦点検出装置２１５の受光素子アレイ、測光センサー、撮像素子２１７などの出力に基づいて、所定のプログラムによりいずれかの電荷蓄積時間セットを選択するようにしてもよい。
【００４４】
《発明の実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態のカメラにおいて、予め記憶させておいた複数種類の電荷蓄積時間の複数のセットの中からいずれかを選択する際に、静止画連写と動画撮影時に最初の所定駒撮影の間に取得した撮像素子や焦点検出装置の受光素子アレイの出力に基づいていずれかの蓄積時間セットを選択し、以後の駒の撮影に適用するようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した一実施の形態のカメラでは、焦点検出領域自動選択モード設定時に、多数の焦点検出領域の焦点検出結果を主要被写体に撮影レンズの焦点を合わせるために用いたが、他の用途に用いてもよい。例えば、一眼レフカメラにおいて公知のスーパーインポーズ技術によりファインダー内に選択領域を表示するようにしてもよい。さらに、焦点調節の結果、合焦した焦点検出領域の表示色もしくは表示形態を他の領域と異なるように表示してもよい。例えば、焦点検出領域として選択されたときは領域を表す枠線を一瞬だけ表示し、合焦したときはそれより長い時間、枠線を表示する。
【００４６】
静止画連写と動画撮影の場合に、撮影後、「ピントが合っている」などの特定の条件に当てはまる部分、または駒を抽出利用するために、付属情報を連写記録および動画記録に付加して記録することが知られている。この応用として、その駒ごとにあるいは所定の時間ごとに、どこの焦点検出領域が選択されたか、およびまたは、どこの焦点検出領域に焦点があっているかを、付加情報として記録し、後の抽出処理に利用してもよい。
【００４７】
上述した一実施の形態とその変形例では、焦点検出領域自動選択モード設定時に、受光素子アレイを複数の電荷蓄積時間で順次蓄積動作する例を示した。これに対し、焦点検出領域の表示に関するモード設定の違いに応じて上述した順次蓄積動作を行うか、被写体輝度に合わせて蓄積時間を調整する動作を行うかを切り換えるようにしてもよい。一眼レフカメラにおいて、スーパーインポーズ技術を用いてファインダー内に焦点検出領域を表示する際に、主要被写体が存在するとして選択された焦点検出領域に対してのみ焦点が合ったことを表示する第１表示モードと、焦点調節を行った結果、焦点が合った焦点検出領域をすべて表示する第２表示モードとを、操作部材により撮影者が予め選択可能とする。制御装置は、第２表示モードが選択された場合は、すべての焦点検出領域において焦点検出を行う必要があるため、上述した一実施の形態とその変形例で行った複数の電荷蓄積時間による蓄積動作、すなわち順次蓄積動作を行う。一方、第１表示モードが選択された場合は、選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサー上の画素列出力に応じて、その領域の輝度分布が良好に検出できるように電荷蓄積時間を制御する。
【００４８】
なお、上述した実施の形態とそれらの変形例において、実施の形態どうし、または実施の形態と変形例とのあらゆる組み合わせが可能である。
【００４９】
上述した実施の形態とその変形例によれば、焦点検出を行う焦点検出領域が多数あっても、それらの焦点検出領域で短時間で焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一実施の形態の焦点検出装置を備えたカメラ（撮像装置）の横断面図
【図２】一実施の形態の焦点検出光学系の構成を示す図
【図３】マイクロレンズアレイと受光素子アレイの拡大図
【図４】一実施の形態の焦点検出方法を説明するための図
【図５】一実施の形態の他の焦点検出方法を説明するための図
【図６】一実施の形態の焦点検出装置の詳細な構成を示すブロック図
【図７】一実施の形態の焦点検出動作を示すフローチャート
【図８】図７に続く、一実施の形態の焦点検出動作を示すフローチャート
【図９】他の実施の形態の焦点検出装置を備えた動画兼用カメラ（撮像装置）の構成を示す横断面
【符号の説明】
【００５１】
１、２１１；カメラボディ、２、２１２；レンズ鏡筒、１４、２１７；撮像素子、１５、２１５；焦点検出装置、１６；制御装置、２１、２１３；撮影レンズ、５２；マイクロレンズアレイ、５３；受光素子アレイ、５５；メモリ、５６；マイクロコンピューター、５６ａ；合成信号列作成部、５６ｂ；像ずれ演算部、５６ｃ；デフォーカス量算出部
【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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