JP4341082B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラの焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラの自動焦点検出装置に於ける焦点検出方式の１つとして、位相差検出方式のものが知られている。この位相差検出方式は、撮影レンズにより形成される被写体像を瞳分割して１対のイメージセンサーアレイ上に再結像させ、イメージセンサーアレイの出力信号に基づいて各イメージセンサアレイ上に再結像される被写体像の相対的ずれ量を算出して撮影レンズの焦点位置を求めるものである。
【０００３】
上述の位相差検出方式による焦点検出において、焦点検出の可否や、検出された焦点位置の信頼性などは被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに大きく依存している。つまり、各イメージセンサアレイ上に再結像される被写体像の相対的ずれ量を算出するにあたっては、各イメージセンサアレイから出力される信号にめりはりがあると相関が取り易くなる。
【０００４】
従って被写体の有するコントラストを、各イメージセンサーから出力される信号にできるだけ高く反映させることにより焦点検出精度を高めることができる。このため、イメージセンサには駆動制御部が接続され、この駆動制御部により入射光量制御が行われる。
【０００５】
この入射光量制御について説明する。イメージセンサは、駆動制御部により蓄積動作と信号出力動作とを繰り返し行うように制御されるが、このときに蓄積動作に係る時間も制御される。一定照度の光がイメージセンサに入射する状態では、蓄積時間を延ばす程イメージセンサから出力される信号レベルは高まり、信号のめりはりがつく。しかし、入射光量が多すぎればイメージセンサから出力される信号は飽和してしまって信号のめりはりが無くなる。逆に、蓄積時間が短ければ信号レベルは低くなり、信号のめりはりが無くなる。このため、駆動制御部は、イメージセンサに入射する光の照度に応じて蓄積時間を変化させる。具体的には、前回の蓄積時間と、このときの蓄積動作に基づいてイメージセンサから出力される信号とに基づいて、次の蓄積動作に際しての蓄積時間を決定する。これを繰り返し行なって、イメージセンサから出力される信号が焦点検出に適した状態となるように収束させる。これが駆動制御部により行われる入射光量制御である。
【０００６】
ところで、被写体輝度が低い場合には上述の蓄積時間を長くする必要があるが、この蓄積時間があまりにも長いと焦点検出動作が遅くなって使い勝手が低下するので、蓄積時間には制限時間が設けられる。この制限時間を短くすることにより焦点検出動作を早めることができる。しかし、制限時間が短かいと低輝度の被写体に対して精度よく焦点検出を行うことができず、すなわち低輝度側の焦点検出可能な被写体輝度範囲が狭まり、カメラの使い勝手が低下する。
【０００７】
この不具合を解決する一つの方法として、焦点検出動作用の補助光として照明光を照射する方法がある。この照明光の照射は、被写体輝度が低く、撮影距離がさほど遠くない場合に有効で、照明光の照射によって蓄積時間を短くすることができ、イメージセンサからは適度な出力信号を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の照明光を用いる場合であっても焦点検出動作完了までに要する時間が長くなると云う問題点があった。以下、これについて説明する。
【０００９】
上述の入射光量制御に際し、カメラの電源が投入された直後の状態やレリーズ釦が半押しされた直後の状態などのように、「前回の蓄積時間と、このときの蓄積動作に基づいてイメージセンサから出力される信号」が得られない場合がある（以後、これを単に「前回の蓄積結果」と称する）。このような場合、測光素子から出力される被写体の輝度に関する信号、すなわち測光出力に基づいて蓄積時間を決める。この場合、測光出力に基づいて決定される蓄積時間が必ずしも最適なものであるとは限らず、上述した前回の蓄積結果に基づく入射光量制御を繰り返す必要のある場合もある。これは、被写体に輝度の分布が存在するからで、イメージセンサにより焦点検出される被写体上の領域、すなわち焦点検出領域の輝度が、測光出力から求められる被写体輝度とは必ずしも一致しないからである。
【００１０】
同様の理由により、照明光を用いるかどうかについての判定は測光出力に基づいて行うことはせず、先ず１回目の蓄積動作は照明光を用いずに行い、その際の蓄積時間とイメージセンサからの出力信号とに基づいて上記判定を行っていた。これにより、被写体の焦点検出領域に対応する部分の輝度が本当に焦点検出に適さないほど低い場合にのみ照明光が用いられるようになる。
【００１１】
ここで、低輝度下の被写体に対して上述した焦点検出を行う場合を考える。この場合、測光出力に基づいて算出される１回目の蓄積時間は長くなり、蓄積動作が制限時間一杯で行われる場合もある。このときさらに、被写体輝度が低いために制限時間一杯の蓄積動作によってもイメージセンサからは十分な出力が得られない場合もある。
【００１２】
１回目の蓄積動作で得られるイメージセンサからの出力が上述のように十分でない場合、２回目以降の蓄積動作に際しては照明光が用いられる。しかし、１回目の蓄積動作はいわば「無駄」となる。このような場合、撮影者がレリーズ釦を操作してから照明光の発光、そして焦点調節の完了までに要する時間がかかり、操作性が低下することは避けられない。
【００１３】
本発明は、低輝度の被写体に対して焦点検出を行う場合であっても、照明光の点灯までに要する時間が長くなることを抑制し、応答性の高い焦点検出装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１に対応付けて本発明を説明する。
（１） 請求項１に記載の発明は、光学系１を介した被写体からの光束を結像する焦点検出光学系２と、焦点検出光学系２により結像された被写体像の光強度に対応した信号を出力する光電変換手段３と、被写体の輝度に基づく第１の蓄積時間で光電変換手段３を蓄積制御するとともに、第１の蓄積時間での光電変換手段３の出力と該出力の目標値との比と、第１の蓄積時間との積である第２の蓄積時間で光電変換手段３を蓄積制御する蓄積制御手段１１と、被写体に向けて照明光を発する発光手段１０が照明光を発することが可能な場合、焦点検出動作が開始されてから繰り返し行われる光電変換手段３の蓄積動作に際し、第１の蓄積時間に対する第１の制限時間を、第２の蓄積時間に対する第２の制限時間よりも短く、かつ被写体に対して照明光を発する発光手段１０を発光させるか否かを判定するための所定の判定時間とほぼ等しい時間に設定する設定手段５と、蓄積制御手段１１によって蓄積制御された光電変換手段３の出力に基づいて、光学系１の焦点調節状態を検出する焦点検出手段５とを備えることを特徴とする。
（２） 請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、第１の蓄積時間と判定時間とに基づいて、発光手段１０を発光させるか否かを判定する判定手段５をさらに有するものである。
（３） 請求項３の発明は、請求項１または２に記載の焦点検出装置において、所定の判定時間は、発光手段１０を発光させるか否かの判定を行う際の判定境界となる所定の明るさの下で、光電変換手段３より焦点検出に適した出力が得られるような蓄積時間を予め求めたものである。
（４） 請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、発光手段１０が照明光を発することが不可能な場合は、第１の蓄積時間を第２の制限時間で制限するようにしたものである。
（５） 請求項５の発明によるカメラは、請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
− 第１の実施の形態 −
− 焦点検出装置の構成 −
本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置３０が組み込まれるカメラ１００の構成を示す図１において、被写界中の複数の焦点検出領域に対応する位置からの光束は対物レンズ１を通り、焦点検出光学系２を通ってイメージセンサ３上に結像される。本実施の形態において、焦点検出光学系２およびイメージセンサ３等で構成される焦点検出ユニット２０は、位相差検出方式のものである。なお、焦点検出ユニット２０の構成およびこの焦点検出ユニット２０による焦点検出の原理については後で説明する。
【００１７】
焦点検出装置３０は、焦点検出ユニット２０、Ａ／Ｄ変換部４、演算部５およびセンサ制御部１１などで構成される。Ａ／Ｄ変換部４は、イメージセンサ３から順次出力される信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換して演算部５に入力する。演算部５は、Ａ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄ変換されたイメージセンサ３の出力信号に基づいて焦点検出演算を行い、デフォーカス量を算出する。
【００１８】
焦点検出装置３０には補助光源ユニット４０、駆動制御部１３、測光回路１２などが接続される。補助光源ユニット４０は、補助光制御部９および補助光源１０を有し、被写体の輝度が低い場合には後述するようにイメージセンサ３の蓄積動作に同期して照明光を発する。この補助光源ユニット４０はカメラ１００に内蔵される。演算部５は、イメージセンサ３の蓄積時間と出力信号とに基づいて補助光源１０の発光の要否を判定し、補助光源１０を発光させると判定すると補助光源ユニット４０の補助光制御部９に制御信号を発する。補助光制御部９は、演算部５から出力される制御信号に応答して補助光源１０を発光させる。センサ制御部１１は、演算部５からの出力に基づいてイメージセンサ３を駆動制御する。レンズ駆動制御部１３は、演算部５から出力される制御信号に基づいてモータ１４を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。測光回路１２は被写体の輝度を測定し、この測定結果に基づく被写体輝度情報を演算部５に出力する。
【００１９】
− 焦点検出ユニットによる焦点検出の動作原理 −
図２を参照し、焦点検出ユニット２０の構成およびこの焦点検出ユニット２０による焦点検出動作の原理について説明する。
【００２０】
焦点検出ユニット２０は、赤外光カットフィルタ７００、視野マスク２００、フィールドレンズ３００、開口マスク４００、再結像レンズ５０１および５０２、そしてイメージセンサ３などで構成される。
【００２１】
領域１００は対物レンズ１（図１）の射出瞳である。また、領域１０１、１０２は、開口マスク４００に穿設される開口部４０１、４０２をフィールドレンズ３００によって領域１００上に逆投影した像の存する領域である。なお、赤外光カットフィルタ７００の位置は視野マスク２００の右側でも左側でも構わない。
【００２２】
領域１０１、１０２を介して入射した光束は、フィルム等価面６００上で焦点を結んだ後、赤外光カットフィルタ７００、視野マスク２００、フィールドレンズ３００、開口部４０１、４０２及び再結像レンズ５０１、５０２を通りイメージセンサアレイ３ａ、３ｂ上に再結像する。
【００２３】
これらイメージセンサアレイ３ａ、３ｂ上に結像した一対の被写体像は、対物レンズ１がフイルム等価面６００よりも前（被写体側）に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに近づき、逆にフイルム等価面６００よりも後に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに遠ざかる。そして、イメージセンサアレイ３ａ、３ｂ上に結像した被写体像が所定の間隔となるときに被写体の鮮鋭像はフイルム等価面６００上に位置する。従ってこの一対の被写体像をイメージセンサアレイ３ａ、３ｂで光電変換して電気信号に換え、これらの信号を演算処理して一対の被写体像の相対距離を求めることにより対物レンズ１の焦点調節状態、つまり対物レンズ１により鮮鋭な像が形成される位置が、フイルム等価面６００に対してどの方向にどれだけ離れているか、つまりズレ量が求められる。以下、本明細書中ではこのズレ量を「デフォーカス量」と称する。図３において焦点検出領域は、イメージセンサアレイ３ａ、３ｂが再結像レンズ５０１、５０２によって逆投影されて、フイルム等価面６００の近傍で重なった部分に相当する。
【００２４】
次に、イメージセンサアレイ３ａ、３ｂより出力されるデフォーカス量を求める演算処理方法について述べる。イメージセンサアレイ３ａ、３ｂは、それぞれ複数の光電変換素子から成っており、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、複数のデータ列ａ１、ａ２、…、ａｎ、ｂ１、ｂ２、…、ｂｎを出力する。そしてそれぞれのデータ列を相対的に所定のデータ分Ｌずつシフトしながら相関演算を行う。具体的には相関量Ｃ（Ｌ）を式（１）で算出する。
【数１】

【００２５】
ここでＬは上述のごとくデータ列のシフト量に当たる整数であり、初項ｋと最終項ｒはシフト量Ｌに依存して変化させてもよい。こうして得られた相関量Ｃ（Ｌ）の中で極小値となる相関量を与えるシフト量に、図２に示すフィールドレンズ３００および再結像レンズ５０１、５０２からなる光学系の諸元数値や、イメージセンサアレイ３ａ、３ｂの光電変換素子のピッチ幅などによって定まる定数を掛けたものがデフォーカス量となる。しかしながら相関量Ｃ（Ｌ）は、図３（ｃ）の白丸で示されるように離散的な値であり、検出可能なデフォーカス量の最小単位はイメージセンサアレイ３ａ、３ｂの光電変換素子のピッチ幅によって制限されてしまう。
【００２６】
そこで離散的な相関量Ｃ（Ｌ）より補間演算を行うことにより新たに極小値Ｃ_exを算出し、綿密な焦点検出を行う方法が提案されている。（特開昭６０−３７５１３号公報参照）。これは図３（ｃ）を部分的に拡大した図４に示すように極小値である相関量Ｃ₀とその両側のシフト量での相関量Ｃ₁、Ｃ_-1によって算出する方法で、極小値Ｃ_exを与えるシフト量Ｆｍとデフォーカス量ＤＦは次式により求められる。
【数２】
Ｆｍ ＝Ｌ＋ＤＬ／Ｅ … 式（２）
ＤＦ＝Ｋｆ＊Ｆｍ … 式（３）
Ｅ＝ＭＡＸ｛（Ｃ₁−Ｃ₀）、（Ｃ_-1−Ｃ₀）｝ … 式（４）
ＤＬ＝（Ｃ_-1−Ｃ₁）／２ … 式（５）
Ｃ_ex＝Ｃ₀−｜ＤＬ｜ … 式（６）
ここでＭＡＸ｛Ｃａ、Ｃｂ｝は、ＣａとＣｂの内の大きい方を選択することを意味し、Ｋｆは図２に示す光学系３００、５０１、および５０２、そしてイメージセンサアレイ３ａ、３ｂの光電変換素子のピッチ幅によって定まる定数である。
【００２７】
こうして得られたデフォーカス量ＤＦが真にデフォーカス量を示しているのか、それともノイズ等による相関量の揺らぎによるものなのかを判定する必要があり、次の条件を満たした時にデフォーカス量は信頼ありとする。
【数３】
Ｅ＞Ｅ１ … 式（７）
且つ
Ｃｅｘ／Ｅ＜Ｇ１ … 式（８）
ここでＥ１、Ｇ１は所定値である。
【００２８】
Ｅは被写体のコントラストに依存する値であり、値が大きいほどコントラストが高く信頼性が高いことになり、Ｃｅｘ／Ｅは像の一致度に主に依存し、０に近い程信頼性が高いことになる。そして信頼性ありと判定されるとデフォーカス量ＤＦに基づいて対物レンズ１を駆動する。
【００２９】
− イメージセンサ３から出力される信号の調節 −
以上のような焦点調節状態の検出ができるか否か、あるいは得られた検出結果の信頼性などは被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに大きく依存している。従って被写体の有するコントラストをイメージセンサ３からの出力に最適に反映させる必要がある。
【００３０】
例えば図５（ａ）のようなパターンがイメージセンサ３で捉えられた場合、このイメージセンサ３からは図５（ｃ）のような信号が出力されるのが望ましい。なお、図５において、Ｖ_satは光電変換素子の飽和電圧を示す。
【００３１】
図５（ｃ）に示される理想状態に対し、蓄積時間が短いと図５（ｂ）のようにコントラストが低くなってしまう。逆に蓄積時間が長いと図５（ｄ）のように本来あるべきコントラストがなくなってしまうこともある。そのため、イメージセンサ３から出力される信号が適当な大きさ、すなわち後述する焦点検出演算に適した大きさとなるように制御する必要がある。このために行われるのが蓄積時間の制御である。この蓄積時間の制御は、前回の蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサから出力される信号のレベルに基づいて次回の蓄積動作における出力のピーク値等が適当な値になるような蓄積時間を算出して制御を行うものである。これにより、イメージセンサ３より出力される信号からコントラストが得られるようにする。
【００３２】
例えばイメージセンサ３から図５（ｂ）のような出力が得られ、その時の蓄積時間がＴｂ、ピーク出力（イメージセンサ３から出力される信号のうちのピーク値）がＶｂであったとする。この場合、次回の蓄積動作によってイメージセンサ３から図５（ｃ）に示されるような出力を得るには蓄積時間Ｔｃを以下の式で求めればよい。
【数４】
Ｔｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）×Ｔｂ … 式（９）
【００３３】
式（９）において、Ｖｃは次回の蓄積動作における目標ピーク出力値である。この目標ピーク出力値Ｖｃは、カメラの組立／調整工程においてイメージセンサ３で飽和状態を作り出し、その時のイメージセンサ３からの出力をＶ_satとして、以下の式よりＶｃを算出してカメラ内部に記憶する。
【数５】
Ｖｃ＝Ａ×Ｖ_sat … 式（１０）
ここでＡは１未満の正の実数であり、このＡの大きさでイメージセンサ３から出力される信号のレベルが決定する。つまり、このＡが小さいとイメージセンサ３から出力される信号のコントラストが常に低くなってしまい、逆に大きいと被写体の明るさが少し明るく変化しただけでイメージセンサ３から出力される信号はすぐに飽和してしまう。
【００３４】
以下、本明細書中では式（９）に基づいて次回の蓄積動作における蓄積時間を定めることを以後「ＡＧＣ処理をする」（Automatic Gain Control）と称する。また、目標ピーク出力値Ｖｃを「ＡＧＣ目標値」と称する。
【００３５】
ここで演算部５によるＡＧＣ可否判定動作について説明する。演算部５は、Ａ／Ｄ変換部４を介してイメージセンサ３から入力した信号の中からピーク値を求める。そして、このピーク値に基づき、イメージセンサ３の出力がＡＧＣのかかった状態にあるか否かを判定する。ここで「ＡＧＣがかかっている」とは、上述のピーク値が以下の式を満足することを意味する。
【数６】
｜Ｖ_peak−Ｖｃ｜＜Ｂ … 式（１１）
ここでＶ_peakは上述のピーク値、Ｖｃはイメージセンサ３のＡＧＣ目標値、Ｂは許容値である。
【００３６】
なお、ＡＧＣ可否判定動作に際して演算部５は、イメージセンサ３から出力される信号のピーク値ではなく、平均値に基づいて判断してもよい。
【００３７】
− 焦点検出手順 −
焦点検出プログラムのフローチャートを示す図６と、この焦点検出プログラム実行にともなうイメージセンサ３での蓄積動作のタイミングを示す図７とを図１とともに参照し、演算部５で実行される焦点検出プログラムについて説明する。図６のフローチャートに示される焦点検出プログラムは、不図示のレリーズ釦を撮影者が半押しすることにより演算部５で実行が開始される。
【００３８】
ステップＳ７０１において演算部５は、測光回路１２およびイメージセンサ３のＩＣの初期化を行う（図７の「初期化」のタイミングに相当）。ステップＳ７０２において演算部５は、測光回路１２で測定された被写体輝度測定結果、すなわち測光結果を入力する（図７の「測光１」のタイミングに相当）。なお、測光回路１２は、図７で「測光１」、「測光２」、「測光３」と示すように所定のタイミングで測光動作を繰り返す。ステップＳ７０３において演算部５は、ステップＳ７０２で測光回路１２より入力した測光結果に基づいて１回目の蓄積動作の蓄積時間Ｔを以下に説明するように算出する。これは、１回目の蓄積動作に際しては前回の蓄積動作の結果に基づいてＡＧＣ処理を行うことができないからである。蓄積時間Ｔの算出方法は以下のとおりである。
【００３９】
演算部５に接続されるメモリ（不図示）には、ある被写界輝度に対して最適な蓄積時間が、たとえば、ＢＶ０の被写体輝度に対する蓄積時間が５０ｍｓ、というように記憶されている。このように記憶されている被写体輝度と蓄積時間との関係と、測光回路１２より入力した測光結果とに基づいて演算部５は蓄積時間Ｔを以下の式（１２）で算出する。
【数７】
Ｔ＝５０×２^0-BV （ｍｓｅｃ．） … 式（１２）
ここで、ＢＶは測光回路１２より出力される測光結果（ＢＶ値）を示す。たとえば、測光回路１２より出力される測光結果ＢＶが−１であれば、
【数８】
Ｔ＝５０×２⁰⁺¹＝１００（ｍｓｅｃ．） … 式（１３）
となる。
【００４０】
ステップＳ７０４において演算部５は、ステップＳ７０３で算出された蓄積時間Ｔが制限時間ＴＬ１よりも長いか否かを判定し、肯定されるとステップＳ７０５に分岐してＴ＝ＴＬ１としてステップＳ７０６に進む一方、否定されると何もせずにステップＳ７０６に進む。この初回蓄積時間Ｔに対して設けられる制限時間ＴＬ１は、後述する２回目以降の蓄積時間Ｔに対して設けられる制限時間ＴＬ２よりも短く設定される。
【００４１】
ステップＳ７０６において演算部５は、レリーズボタンが半押し状態にあるかどうかを判定し、否定されるとリターンする一方、半押し状態にあると判定されるとステップＳ７０７に進む。ステップＳ７０７において演算部５は、上述のようにして求めた蓄積時間Ｔでイメージセンサ３が蓄積動作を行うようセンサ制御部１１に制御信号を発する。これに応答してイメージセンサ３は蓄積動作を開始する（図７の「蓄積１」のタイミングに相当）。
【００４２】
ステップＳ７０８において演算部５は、先に説明した焦点検出演算を行い、デフォーカス量を算出する。ステップＳ７０９において演算部５は、ステップＳ７０８で算出されたデフォーカス量は信頼性があり、焦点検出が可能かどうかを式（７）および式（８）に基づいて判定する。ステップＳ７０９での判定が肯定されると演算部５はステップＳ７１０に分岐する一方、否定されるとステップＳ７１３に分岐する。なお、ステップＳ７１０〜Ｓ７１２の処理については後で説明する。
【００４３】
ステップＳ７１３において演算部５は、上述の式（９）に基づいて次回蓄積時の蓄積時間Ｔを算出する。すなわちこの処理が上述したＡＧＣ処理に相当する。ステップＳ７１４において演算部５は、ステップＳ７１３における蓄積時間Ｔの算出結果が制限時間ＴＬ２よりも長いか否かを判定し、肯定されるとステップＳ７１５に分岐してＴ＝ＴＬ２としてステップＳ７１６に進む一方、否定されると何もせずにステップＳ７１６に進む。
【００４４】
ステップＳ７１６において演算部５は、補助光源１０が消灯状態に設定されているか否かを判定し、否定されるとステップＳ７０６に戻る。ここで、「消灯状態に設定されている」とは、ステップＳ７０７で行われるイメージセンサ３の蓄積動作に連動して補助光源１０は発光させないように設定されていることを意味する。
【００４５】
ステップＳ７１６での判定が肯定されると演算部５はステップＳ７１７に進み、蓄積時間Ｔが判定時間ＴＬ３よりも長いか否かを判定する。演算部５は、ステップＳ７１７での判定が否定されるとステップＳ７０６に戻る一方、肯定されるとステップＳ７１８に進む。ここで判定時間ＴＬ３は、イメージセンサの蓄積動作に連動して補助光源１０を発光させた方が好ましい結果が得られると判定される程度の被写体輝度であるかどうかを判定するための判定基準である。ステップＳ７１８において演算部５は、補助光源１０を点灯状態に設定、すなわちステップＳ７０７において行われるイメージセンサ３の蓄積動作に連動して補助光源１０を点灯させるように設定し、ステップＳ７０６に戻る。
【００４６】
ステップＳ７０９での判定が肯定された場合の分岐先であるステップＳ７１０以降の演算部５の動作について説明する。ステップＳ７１０において演算部５は、ステップＳ７０８での焦点検出演算結果に基づき、対物レンズ１を駆動する。ステップＳ７１１において演算部５は、レリーズボタンが全押し状態にあるか否かを判定し、肯定されるとステップＳ７１２に進む一方、否定されるとステップＳ７１３に分岐する。演算部５は、ステップＳ７１２おいてシャッタ開閉等、一連の撮影動作に関連する動作の制御を行い、リターンする。
【００４７】
撮影者によってレリーズボタンが半押しされると、演算部５は以上に説明したように焦点検出および対物レンズ１の駆動を繰り返し行い、レリーズボタンの半押し状態が解除されるか、あるいは全押しされるまでの間、図７の「蓄積１」、「蓄積２」、…を繰り返す。
【００４８】
以上の焦点検出プログラムについてさらに説明する。演算部５は、測光回路１２より入力した測光結果に基づいて初回蓄積時間Ｔを算出する（ステップＳ７０１〜７０３）。そして、被写体輝度が低いために、算出された初回蓄積時間Ｔが所定の制限時間ＴＬ１よりも長くなると判定した場合には初回蓄積時間ＴをＴＬ１に制限する（ステップＳ７０４〜Ｓ７０５）。以上ようにして求められた蓄積時間Ｔに基づき、蓄積動作および焦点検出演算を行い、焦点検出可能であると判定されれば対物レンズ１の駆動を行う（ステップＳ７０６〜Ｓ７１０）。そして、焦点検出が不可能であった場合、あるいは対物レンズ１の駆動後にレリーズ釦が全押しされていない場合には次の蓄積動作時の蓄積時間を算出する（ステップＳ７１３）。この蓄積時間が制限時間ＴＬ２よりも長い場合には蓄積時間をＴＬ２とし（ステップＳ７１４〜Ｓ７１５）、補助光源１０が「消灯状態」に設定されているかどうかを判定する（ステップＳ７１６）。もし「消灯状態」に設定されていれば「点灯状態」に設定するかどうかの判定を行い（ステップＳ７１７〜Ｓ７１８）、ステップＳ７０６に戻って焦点検出動作を繰り返す。なお、図６のフローチャート中では補助光の消灯制御について特に触れてていないが、ステップＳ７０６での判定が否定されてリターンする際や、ステップＳ７１２のレリーズ処理を終えてリターンする際に、必要に応じて適宜消灯制御を行えばよい。
【００４９】
上記制限時間ＴＬ１は、上述したように２回目以降の蓄積動作に対して設けられる制限時間ＴＬ２よりも短く設定される。これは、被写体輝度が相当低い場合に、たとえ制限時間一杯の時間ＴＬ２で蓄積動作を行って算出したデフォーカス量が信頼性ありと判定される可能性が低いからである。すなわち、被写体輝度が低い場合には１回目の蓄積動作および焦点検出演算で信頼性のあるデフォーカス量が得られる可能性は低いので、１回目の蓄積動作に設定される制限時間ＴＬ１を短くする。これについて図７を参照して説明する。図７中のイメージセンサの蓄積動作に係るタイミングチャートにおいて破線で示すように、従来の技術に係る焦点検出装置では制限時間ＴＬ２で１回目の蓄積動作を行うので２回目の蓄積動作開始タイミング（補助光源１０の発光タイミング）はｔ２となる。これに対し、本発明の実施の形態に適用される焦点検出装置によれば２回目の蓄積動作タイミングをｔ１へと早めることができ、より早く焦点調節を完了させることが可能となる。
【００５０】
制限時間ＴＬ１を制限時間ＴＬ２よりも短くすることについてさらに説明すると、被写体輝度が相当低い場合、この制限時間ＴＬ１はできるだけ短くした方が焦点調節完了までの時間短縮のために有利である。つまり、被写体輝度が相当低いために１回目の蓄積動作結果に基づいて焦点検出が可能となる確率が低いと予想される場合には、１回目の蓄積動作は早々に打ち切ってしまって２回目以降の蓄積動作で補助光源１０を用いる方が効率的である。しかし、被写体輝度はさまざまであり、制限時間ＴＬ１をあまり短くすると補助光源１０を用いないでも精度よく焦点検出検出可能な状況にもかかわらず、１回目の蓄積動作を打ち切ってしまうことになる。すると、１回目の蓄積動作の結果に基づいて焦点検出が可能となる確率を下げることになり、効率的でない。
【００５１】
ところで、演算部５はステップＳ７１７において、ステップＳ７１３で算出された次回蓄積時の蓄積時間Ｔが判定時間ＴＬ３よりも長いか否かの判定を行う。つまり、被写体の焦点検出範囲の輝度がある程度暗いか否かを判定する。この判定時間ＴＬ３は、焦点検出精度や焦点調節完了までに要する時間を勘案し、補助光源１０を用いた方がより好ましい結果が得られるような被写体輝度に対応して決められている。そこで、制限時間ＴＬ１は上述の判定時間ＴＬ３とほぼ等しくすることが望ましい。つまり、ステップＳ７０３で算出された１回目の蓄積時間Ｔが判定時間ＴＬ３よりも長くなければ、被写体の焦点検出範囲の輝度は「補助光源１０を使わなくても高精度の焦点検出が可能な程の高さ」にあることが予想される。そこで制限時間ＴＬ１を判定時間ＴＬ３に等しくすることにより、１回目の蓄積動作で焦点検出が可能となる確率を増し、焦点調節完了までに要する時間の期待値を短縮することが可能となる。
【００５２】
− 第２の実施の形態 −
本発明の第２の実施の形態において、図８に示されるように補助光源ユニット４０Ａはカメラ１００Ａに内蔵されず、たとえばエレクトロニック・フラッシュユニット（以下、これを「フラッシュユニット」と称する）に内蔵されてカメラ１００Ａに挿脱可能に取り付けられる。なお、図８において、上記以外の構成要素は第１の実施の形態に係る焦点検出装置３０が組み込まれるカメラ１００の構成を示す図１のものと同じであり、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
演算部５で実行される焦点検出プログラムについて図９を参照して説明する。上述のように、本実施の形態において補助光源ユニット４０Ａは、カメラ１００Ａに対して挿脱可能に装着されるものである。そのため、本実施の形態において演算部５で実行される焦点検出プログラム（図９）は、補助光源ユニット４０Ａの装着の有無を判定するステップを有する点が第１の実施の形態の演算部５で実行される焦点検出プログラム（図６）と異なる。その他のステップについては図６に示す焦点検出プログラムと同様である。
【００５４】
ステップＳ９０１において演算部５は、測光回路１２およびイメージセンサ３のＩＣの初期化を行う。ステップＳ９０２において演算部５は、測光回路１２より測光結果を入力する。ステップＳ９０３において演算部５は、ステップＳ９０２で測光回路１２より入力した測光結果に基づいて１回目の蓄積動作の蓄積時間Ｔを算出する。なお、この蓄積時間Ｔの算出方法は、第１の実施の形態で説明したものと同様であるのでその説明は省略する。
【００５５】
ステップＳ９０４において演算部５は、カメラ１００Ａに補助光源ユニット４０Ａが装着されているか否かを判定し、肯定されるとステップＳ９０５に進む一方、否定されるとステップＳ９１５に分岐する。
【００５６】
ステップＳ９０５において演算部５は、ステップＳ９０３で算出された蓄積時間Ｔが制限時間ＴＬ１よりも長いか否かを判定し、肯定されるとステップＳ９０６に分岐してＴ＝ＴＬ１としてステップＳ９０７に進む一方、否定されると何もせずにステップＳ９０７に進む。この初回蓄積時間Ｔに対して設けられる制限時間ＴＬ１は、後述する２回目以降の蓄積時間Ｔに対して設けられる制限時間ＴＬ２よりも短く設定される。
【００５７】
ステップＳ９０７において演算部５は、レリーズボタンが半押し状態にあるかどうかを判定し、否定されるとリターンする一方、半押し状態に状態にあると判定されるとステップＳ９０８に進む。ステップＳ９０８において演算部５は、上述のように求めた蓄積時間Ｔでイメージセンサ３が蓄積動作を行うようセンサ制御部１１に制御信号を発する。これに応答してイメージセンサ３は蓄積動作を開始する。
【００５８】
ステップＳ９０９において演算部５は、第１の実施の形態で説明した焦点検出演算を行い、デフォーカス量を算出する。ステップＳ９１０において演算部５は、ステップＳ９０９で算出されたデフォーカス量は信頼性があり、焦点検出が可能かどうかを式（７）および式（８）に基づいて判定する。ステップＳ９１０での判定が肯定されると演算部５は、ステップＳ９１１に分岐する一方、否定されるとステップＳ９１４に分岐する。なお、ステップＳ９１１〜Ｓ９１３の処理については後で説明する。
【００５９】
ステップＳ９１４において演算部５は、式（９）に基づいて次回蓄積時の蓄積時間Ｔを算出する。すなわちＡＧＣ処理を行う。ステップＳ９１５において演算部５は、ステップＳ９１４における蓄積時間Ｔの算出結果が制限時間ＴＬ２よりも長いか否かを判定し、肯定されるとステップＳ９１６に分岐してＴ＝ＴＬ２としてステップＳ９１７に進む一方、否定されると何もせずにステップＳ９１７に進む。
【００６０】
ステップＳ９１７において演算部５は、カメラ１００Ａに補助光源ユニット４０Ａが装着されているか否かを判定し、肯定されるとステップＳ９１８に進む一方、否定されるとステップＳ９０７に戻る。
【００６１】
ステップＳ９１８において演算部５は、補助光源１０が消灯状態に設定されているか否かを判定し、否定されるとステップＳ９０７に戻る。ステップＳ９１８での判定が肯定されると演算部５はステップＳ９１９に進み、蓄積時間Ｔが判定時間ＴＬ３よりも長いか否かを判定する。演算部５は、ステップＳ９１９での判定が否定されるとステップＳ９０７に戻る一方、肯定されるとステップＳ９２０に進む。ここで判定時間ＴＬ３は、第１の実施の形態で説明したのと同様にイメージセンサの蓄積動作に連動して補助光源１０を発光させた方が好ましい結果が得られると判定される程度の被写体輝度であるかどうかを判定するための判定基準である。ステップＳ９２０において演算部５は、補助光源１０を点灯状態に設定、すなわちステップＳ９０８において行われるイメージセンサ３の蓄積動作に連動して補助光源１０を点灯させるように設定し、ステップＳ９０７に戻る。
【００６２】
ステップＳ９１０での判定が肯定された場合の分岐先であるステップＳ９１１以降の演算部５の動作について説明する。ステップＳ９１１において演算部５は、ステップＳ９０９での焦点検出演算結果に基づき、対物レンズ１を駆動する。ステップＳ９１２において演算部５は、レリーズボタンが全押し状態にあるか否かを判定し、肯定されるとステップＳ９１３に進み、否定されるとステップＳ９１４に分岐する。演算部５は、ステップＳ９１３おいてシャッタ開閉等、一連の撮影動作に関連する動作の制御を行い、リターンする。
【００６３】
図９に示す焦点検出プログラムについてさらに説明する。演算部５は、測光回路回路１２より入力した測光結果に基づいて初回蓄積時間Ｔを算出する（ステップＳ９０１〜９０３）。次に演算部５は、補助光源ユニット４０Ａが装着されているか否かを判定し（ステップＳ９０４）、肯定されると、第１の実施の形態と同様の処理を行う。すなわち演算部５は、初回の蓄積時間Ｔが制限時間ＴＬ１よりも長い場合には蓄積時間ＴをＴＬ１として蓄積動作を行う（ステップＳ９０８）。一方、補助光源ユニット４０Ａが装着されていないと判定された場合、演算部５はステップＳ９１５に分岐して蓄積時間Ｔが制限時間ＴＬ２よりも長いか否かを判定し、肯定されると蓄積時間Ｔを制限時間ＴＬ２とする（ステップＳ９１５〜Ｓ９１６）。演算部５はさらにステップＳ９１７で補助光源ユニット４０Ａがカメラ１００Ａに装着されているか否かを判定し、否定された場合にはステップＳ９１７〜Ｓ９２０の処理は行わず、ステップＳ９０７に戻る。
【００６４】
つまり、補助光源ユニット４０Ａが装着されていない場合、換言すれば補助光源１０が発光可能でない場合には、初回の蓄積時間に設定する制限時間を２回目以降の蓄積時間に設定する制限時間よりも短くすることの意味がない。意味がないばかりか、逆に被写体輝度が低い場合に、焦点調節完了までに要する時間が延びてしまうこともある。そのため、本実施の形態において演算部５は、補助光源ユニット４０Ａの装着の有無を判定し、装着されていると判定されれば第１の実施の形態で説明したのと同様の手順で焦点調節に係る処理を行う一方、装着されていないと判定されれば初回および２回目以降の蓄積時間に対して同じ制限時間を設ける。このため、被写体輝度がある程度暗い状況で、補助光源ユニット４０Ａが装着されている場合には初回の蓄積時間を短縮でき、焦点調節完了までに要する時間を短縮することが可能であるとともに、補助光源ユニット４０Ａが装着されていない場合に焦点調節完了までに要する時間が不所望に延びてしまうこともない。
【００６５】
以上の実施の形態において、補助光源ユニット４０Ａはフラッシュユニットに内蔵される例について説明したが、カメラ１００Ａに挿脱可能に装着可能な他のアタッチメントに内蔵されるものであってもよい。あるいは、補助光源ユニット４０Ａ単体がカメラ１００Ａに挿脱可能に装着されるものであってもよい。また、補助光源としてフラッシュユニットの放電管を兼用し、この放電管より光を出射させるものであってもよい。
【００６６】
以上の発明の実施の形態と請求項との対応において、フィールドレンズ３００および再結像レンズ５０１、５０２が焦点検出光学系を、イメージセンサ３が光電変換手段を、補助光源１０が発光手段を、制限時間ＴＬ１が第１の制限時間を、制限時間ＴＬ２が第２の制限時間を、演算部５による図６のステップＳ７１７〜Ｓ７１８の処理または演算部５による図９のステップＳ９１９〜Ｓ９２０の処理が判定手段をそれぞれ構成する。
【００６７】
【発明の効果】
以上に説明したように、
本願発明によれば、被写体に向けて照明光を発することの可能な場合に、第１の蓄積時間に対する第１の制限時間を、第２の蓄積時間に対する第２の制限時間よりも短く、かつ発光手段を発光させるか否かを判定するための所定の判定時間とほぼ等しい時間に設定することにより、第１の蓄積時間による蓄積動作に基づいて焦点検出が可能となる確率を増し、焦点調節完了までに要する時間の期待値を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る焦点調節装置が組み込まれるカメラの構成を説明する図である。
【図２】焦点検出ユニットの光学系およびイメージセンサを示す図である。
【図３】 一対のイメージセンサアレイから出力される信号に対して相関演算を行う様子を説明する図であり、（ａ）および（ｂ）がイメージセンサからの出力信号の一例を示し、（ｃ）が相関量の変化を示す。
【図４】 相関演算によりデフォーカス量を求める様子を説明する図である。
【図５】イメージセンサから出力される信号を説明する図であり、（ａ）が被写体の焦点検出領域のコントラストパターンを示し、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）が蓄積時間に応じてイメージセンサより出力される信号の変化する様子を示す。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置の演算部で実行される焦点検出プログラムを説明するフローチャートである。
【図７】図６に示す焦点検出プログラムの実行にともない、イメージセンサの蓄積動作および補助光源の点灯制御が行われる様子を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る焦点調節装置が組み込まれるカメラの構成を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る焦点検出装置の演算部で実行される焦点検出プログラムを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ 対物レンズ
２ 焦点検出光学系
３ イメージセンサ
３ａ、３ｂ イメージセンサアレイ
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 演算部
９ 補助光制御部
１０ 補助光源
１１ センサ制御部
１２ 測光回路
１３ 駆動制御部
１４ モータ
２０ 焦点検出ユニット
３０ 焦点検出装置
４０、４０Ａ 補助光源ユニット
１００、１００Ａ カメラ

Claims (5)

1. 光学系を介した被写体からの光束を結像する焦点検出光学系と、
   前記焦点検出光学系により結像された被写体像の光強度に対応した信号を出力する光電変換手段と、
   前記被写体の輝度に基づく第１の蓄積時間で前記光電変換手段を蓄積制御するとともに、前記第１の蓄積時間での前記光電変換手段の出力と該出力の目標値との比と、前記第１の蓄積時間との積である第２の蓄積時間で前記光電変換手段を蓄積制御する蓄積制御手段と、
   被写体に向けて照明光を発する発光手段が前記照明光を発することが可能な場合、焦点検出動作が開始されてから繰り返し行われる前記光電変換手段の蓄積動作に際し、前記第１の蓄積時間に対する第１の制限時間を、第２の蓄積時間に対する第２の制限時間よりも短く、かつ前記被写体に対して照明光を発する発光手段を発光させるか否かを判定するための所定の判定時間とほぼ等しい時間に設定する設定手段と、
   前記蓄積制御手段によって蓄積制御された前記光電変換手段の出力に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記第１の蓄積時間と前記判定時間とに基づいて、前記発光手段を発光させるか否かを判定する判定手段をさらに有することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
   前記所定の判定時間は、前記発光手段を発光させるか否かの判定を行う際の判定境界となる所定の明るさの下で、前記光電変換手段より焦点検出に適した出力が得られるような蓄積時間を予め求めたものであることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記設定手段は、前記発光手段が前記照明光を発することが不可能な場合は、前記第１の蓄積時間を前記第２の制限時間で制限することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とするカメラ。

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