JP2002296493A

JP2002296493A - ピント状態検出装置

Info

Publication number: JP2002296493A
Application number: JP2001100488A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yoshikawa; 和雄吉川
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-09
Also published as: US20020140838A1; US7095443B2

Abstract

(57)【要約】【課題】カメラ本体の色分解光学系においてピント状態
検出用の被写体光を生成し、その被写体光をピント状態
検出用の撮像素子で撮像すると共に、光路長が異なる複
数のピント状態検出用の撮像素子により撮像された画像
に基づいてピント状態を検出することにより、ウォブリ
ング法を用いることなく簡便な構成で迅速なピント状態
検出が可能なピント状態検出装置を提供する。【解決手段】光分解光学系に入射した被写体光のうち、
緑色光は、青色分解プリズムＰＢ、赤色分解プリズムＰ
Ｒを透過して第１の緑色分解プリズムＰＧ１と第２の緑
色分解プリズムＰＧ２の接触面であるハーフミラー面４
２で反射光と透過光に分割される。反射光は、ピント状
態検出用の被写体光として射出され、ピント状態検出用
の撮像素子Ａに入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はピント状態検出装置
に係り、特に色分解光学系により色分解した被写体光を
各色ごとの映像用撮像素子で撮像するテレビカメラ等に
適用されるピント状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、テレビカメラやビデオカメラ等に
おける合焦検出手段として、撮像素子により撮像したビ
デオ信号から高域周波数成分を抽出し、その高域周波数
成分から画像の鮮鋭度（画像のコントラスト）を示す焦
点評価値を求めて焦点評価値の最大（極大）点を検出す
る方法が知られている。

【０００３】また、撮影レンズのフォーカスレンズ又は
撮像素子を周期的に振動（ウォブリング）させ、そのと
きの焦点評価値の変動の様子からピント状態を検出する
ウォブリング法が知られている。

【０００４】このようなウォブリング法に関して、特開
平８−５０２２７号公報では、撮像素子等のウォブリン
グによって画質が低下し、また、迅速なカメラワークが
損なわれる等の欠点を解消するため、次のような発明を
提案している。即ち、撮影レンズからカメラ本体に入射
した被写体光は、通常、色分解光学系によって色分解さ
れ、各色ごとの映像用撮像素子に射出される。その色分
解光学系において、映像用撮像素子に射出される被写体
光の光路とは別の分岐光路を形成し、その分岐光路の被
写体光を映像用撮像素子とは別のピント状態検出用撮像
素子に射出させる。そして、そのピント状態検出用撮像
素子を光軸方向にウォブリングさせるというものであ
る。この発明によれば、ウォブリングを行っても映像用
の画像の画質が低下することはなく、ウォブリングの振
幅を大きくすることが可能なことから迅速な合焦が可能
となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなウォブリング法は、ウォブリング中に時系列で得
られる複数の焦点評価値を比較することによってピント
状態を検出し得るものであるから、特開平８−５０２２
７号公報のようにウォブリングを行うのでは、合焦検出
を迅速に行うことに限界がある。また、撮像素子を振動
させるための特別な駆動手段が必要であるため、構成が
複雑となり装置が大型化しコストも高くなるという問題
がある。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、ウォブリング法を用いることなく簡便な構成で
迅速なピント状態検出が可能なピント状態検出装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、撮影レンズからカメラ本
体に入射した被写体光を波長帯域の異なる複数の色ごと
の被写体光に分解して該各色ごとの被写体光を各色用に
配置された映像用撮像素子に入射させ、前記各色に分解
された被写体光のうち少なくとも１つを分割する光分割
面でピント状態検出用の被写体光を生成する色分解光学
系を有し、前記ピント状態検出用の被写体光が入射する
位置にピント状態検出用撮像素子が配置されることによ
ってピント状態を検出するピント状態検出装置におい
て、前記複数の映像用撮像素子のうち少なくとも１つの
第１映像用撮像素子と前記ピント状態検出用撮像素子と
を光路長が異なる位置に配置し、前記第１映像用撮像素
子と前記ピント状態検出用撮像素子とにより被写体光を
撮像し、前記第１映像用撮像素子と前記ピント状態検出
用撮像素子とから得られる各画像の高域周波数成分に基
づいて前記第１映像用撮像素子と前記ピント状態検出用
撮像素子との焦点評価値を求め、該求めた各焦点評価値
に基づいてピント状態を検出することを特徴としてい
る。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記光分割面によって生成され
たピント状態検出用の被写体光を更に分割する光分割光
学系を備えたことを特徴としている。

【０００９】また、請求項３に記載の発明は、撮影レン
ズからカメラ本体に入射した被写体光を波長帯域の異な
る複数の色ごとの被写体光に分解して該各色ごとの被写
体光を各色用に配置された映像用撮像素子に入射させ、
前記各色に分解された被写体光のうち少なくとも１つを
分割する第１の光分割面でピント状態検出用の被写体光
を生成する色分解光学系を有し、前記ピント状態検出用
の被写体光が入射する位置にピント状態検出用撮像素子
が配置されることによってピント状態を検出するピント
状態検出装置において、前記ピント状態検出用の被写体
光を更に分割する第２の光分割面により生成された各被
写体光が入射する位置であって複数のピント状態検出用
撮像素子を互いに光路長が異なる位置に配置し、各ピン
ト状態検出用撮像素子により被写体光を撮像し、各ピン
ト状態検出用撮像素子から得られる各画像の高域周波数
成分に基づいて各ピント状態検出用撮像素子ごとの焦点
評価値を求め、該求めた各ピント状態検出用撮像素子ご
との焦点評価値に基づいてピント状態を検出することを
特徴としている。

【００１０】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
又は３に記載の発明において、前記撮影レンズのオート
フォーカス制御における合焦検出に適用されることを特
徴としている。

【００１１】本発明によれば、光路長が異なる複数のピ
ント状態検出用撮像素子を用い、各撮像素子で撮像され
た画像の高域周波数成分に基づく焦点評価値によりピン
ト状態を検出すると共に、ピント状態検出用撮像素子に
入射する必要な被写体光をカメラ本体の色分解光学系に
設けた光分割面（ハーフミラー等）によって得るように
したため、ウォブリング法を用いることなく簡便な構成
で迅速なピント状態検出が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係るピント状態検出装置の好ましい実施の形態について
詳説する。

【００１３】テレビカメラの光学系は、図１に示すよう
にカメラ本体２に装着された撮影レンズ４を被写体光が
通過し、その被写体光が撮影レンズ４からカメラ本体２
内の色分解光学系６に入射するようになっている。色分
解光学系６についての詳細は後述するが、色分解光学系
６に入射した被写体光は、青色、赤色、緑色のそれぞれ
の波長帯域の光に分解されて、それぞれ各色に対応した
映像用の撮像素子（２次元ＣＣＤ）Ｘ_B、Ｘ_R、Ｘ_Gに
入射する。これらの映像用の撮像素子Ｘ_B、Ｘ _R、Ｘ_G
から出力されたビデオ信号によりカラー映像が生成され
る。

【００１４】本発明に係るピント状態検出装置では、こ
のような光分解光学系６においてピント状態検出用の光
束を分岐させる分岐光路が形成されると共に、その分岐
光路を通って射出される被写体光により被写体を撮像す
るピント状態検出用の撮像素子（２次元ＣＣＤ）が配置
される（詳細は後述）。ピント状態検出用の撮像素子
は、複数（少なくとも２つ以上）配置されるが、そのう
ち１つが映像用の撮像素子Ｘ_B、Ｘ_R、Ｘ_G（以下、い
ずれかの映像用の撮像素子を撮像素子Ｘとして表す）で
兼用される場合と、全てが映像用の撮像素子Ｘとは別に
設けられる場合とがある。また、複数のピント状態検出
用の撮像素子は、それぞれの撮像面に入射するまでの被
写体光の光路長が異なるように配置される。このように
光路長の異なる複数のピント状態検出用の撮像素子によ
り撮像された被写体の画像に基づいて以下で詳説するよ
うに迅速かつ正確なピント状態の検出が行われる。

【００１５】まず、本発明に係るピント状態検出装置に
おけるピント状態検出の原理について説明する。図２乃
至図４は、映像用の撮像素子Ｘとは別に設けられたピン
ト状態検出専用の撮像素子と映像用の撮像素子Ｘのそれ
ぞれに入射する被写体光の光軸（各撮像素子の光軸）を
同一直線上で示したもので、ピント状態検出専用の撮像
素子の光学的配置について３つの場合を例示したもので
ある。図２は、ピント状態検出専用の撮像素子Ａを１つ
だけ配置した例である。この例では、撮影レンズ４から
射出された被写体光が映像用の撮像素子Ｘの撮像面に入
射するまでの光路長よりも、ピント状態検出専用の撮像
素子Ａの撮像面に入射するまでの光路長の方が短くなる
位置に撮像素子Ａが配置される（映像用の撮像素子Ｘよ
りもピント状態検出専用の撮像素子Ａの方が光路長が短
い）。また、この場合、各色の映像用の撮像素子Ｘ_B、
Ｘ_R、Ｘ_Gのうち所定の１つの映像用の撮像素子Ｘがピ
ント状態検出用の撮像素子として兼用される。尚、撮像
素子Ｘの撮像面は、カメラ本体２のピント面となるもの
である。このようにピント状態検出専用の撮像素子を１
つだけ配置する場合には、ピント状態の検出は光路長の
異なる２つの撮像素子Ａ、Ｘによって撮像された画像に
基づいて行われる。尚、ピント状態検出専用の撮像素子
Ａは、映像用の撮像素子Ｘよりも光路長が長くなる位置
に配置してもよい。

【００１６】図３は、ピント状態検出専用の撮像素子
Ａ、Ｂを２つ配置した例である。この例では、一方の撮
像素子Ａは、映像用の撮像素子Ｘよりも光路長が短くな
る位置に配置され、他方の撮像素子Ｂは、撮像素子Ｘよ
りも光路長が長くなる位置に配置される。尚、本実施の
形態では、撮像素子Ｘに対する撮像素子Ａと撮像素子Ｂ
のそれぞれの光路長の差は等しいものとする。この場合
には、ピント状態検出用の撮像素子は、それ専用の撮像
素子Ａ、Ｂの２つのみとし、撮像素子Ａ、Ｂにより撮像
された画像に基づいてピント状態を検出することができ
る。一方、所定の１つの映像用の撮像素子Ｘをピント状
態検出用の撮像素子として兼用することによって、ピン
ト状態検出用の撮像素子を撮像素子Ａ、Ｂ、Ｘの３つと
し、これら３つの撮像素子Ａ、Ｂ、Ｘにより撮像された
画像に基づいてピント状態を検出することもできる。

【００１７】図４は、ピント状態検出専用の撮像素子
Ａ、Ｂ、Ｃを３つ配置した例である。この例では、撮像
素子Ａ、Ｂについては図３の場合と同一であり、映像用
の撮像素子Ｘと光学的に一致する位置（撮像素子Ｘに共
役な位置）にピント状態検出専用の撮像素子Ｃが配置さ
れる。この場合には、ピント状態検出用の撮像素子は、
それ専用の撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃの３つであり、３つの撮
像素子Ａ、Ｂ、Ｃにより撮像された画像に基づいてピン
ト状態の検出が行われる。

【００１８】尚、ピント状態検出用の撮像素子は、ピン
ト状態検出用として兼用される映像用の撮像素子Ｘも含
めて２つ以上であれば３つより多くてもよく、映像用の
撮像素子Ｘの撮像面（カメラ本体２の予定されたピント
面）に共役の位置を挟んで光路長が長くなる位置と短く
なる位置にそれぞれ少なくとも１つのピント状態検出用
の撮像素子が配置されれば十分である。また、４つ以上
のピント状態検出用の撮像素子によりピント状態を検出
する場合には、例えば３つの場合のピント状態検出の処
理（後述）と同様に行うことができるため説明を省略す
る。

【００１９】次に、以上のように配置されるピント状態
検出用の各撮像素子に対して構成される信号処理回路を
図５に示す。尚、図５には、複数のピント状態検出用の
撮像素子のうち、所定の１つの撮像素子（例えば上記撮
像素子Ａ）に対して構成される信号処理回路のみを示
す。また、同図の信号処理回路は、従来、画像の鮮鋭度
（画像のコントラスト）を示す焦点評価値を求める信号
処理回路として公知であるため簡単に説明する。

【００２０】例えば、ピント状態検出専用の撮像素子Ａ
によって撮像された画像は、撮像素子Ａからビデオ信号
として出力され、そのビデオ信号は、まず、ハイパスフ
ィルタ（ＨＰＦ）１０に入力され、そのビデオ信号の高
域周波数成分が抽出される。次いで、ＨＰＦ１０で抽出
された高域周波数成分の信号はＡ／Ｄ変換器１２によっ
てデジタル信号に変換される。そして、撮像素子Ａによ
り撮像された画像の１画面分（１フィールド分）のデジ
タル信号のうち所定のフォーカスエリア内（例えば、画
面中央部分）の画素に対応するデジタル信号のみがゲー
ト回路１４によって抽出された後、その抽出された範囲
のデジタル信号の値が加算器１６によって加算される。
これにより、フォーカスエリア内におけるビデオ信号
（画像）の高域周波数成分の値の総和が求められる。加
算器１６によって得られた値は、フォーカスエリア内に
おける画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値を示す。

【００２１】このようにピント状態検出用の各撮像素子
から得られた焦点評価値は、ＣＰＵ１８に与えられ、Ｃ
ＰＵ１８は、各撮像素子から得られた焦点評価値に基づ
いて、カメラ本体２のピント面に対する撮影レンズ４の
現在のピント状態を判定する（後述）。そして、本発明
に係るピント状態検出装置の用途として、本ピント状態
検出装置をオートフォーカスにおける合焦検出手段に適
用する場合においては、ＣＰＵ１８は、ピント状態を検
出しながら、フォーカス駆動回路２０に制御信号を出力
してフォーカスレンズＦを移動させ、フォーカスレンズ
Ｆの位置（フォーカス位置）が合焦位置となるように制
御する。

【００２２】続いて、ＣＰＵ１８におけるピント状態の
判定方法について説明する。まず、２つのピント状態検
出用の撮像素子を使用してピント状態を判定する方法に
ついて、図３の場合、即ち、ピント状態検出用の撮像素
子としてピント状態検出専用の撮像素子Ａ、Ｂを使用す
る場合を例に説明する。図６は、横軸に撮影レンズ４の
フォーカス位置、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体
を撮影した際のフォーカス位置に対する焦点評価値の様
子を示した図である。図中実線で示す曲線ｘは、映像用
の撮像素子Ｘから得られたビデオ信号に基づいて焦点評
価値を取得したと仮定した場合におけるフォーカス位置
に対するその焦点評価値を示し、図中点線で示す曲線
ａ、ｂは、それぞれピント状態検出専用の撮像素子Ａ、
Ｂから得られた焦点評価値を示している。尚、各撮像素
子に入射する被写体光の光量は等しいものとする。

【００２３】同図において、曲線ｘの焦点評価値が最大
（極大）となるフォーカス位置Ｆ３が合焦位置である
が、今、撮影レンズ４のフォーカス位置が図中Ｆ１の位
置に設定されているとする。このとき、撮像素子Ａから
得られる焦点評価値は、曲線ａによりフォーカス位置Ｆ
１に対応する値であり、撮像素子Ｂから得られる焦点評
価値は、曲線ｂによりフォーカス位置Ｆ１に対応する値
であるから、撮像素子Ａから得られる焦点評価値の方が
撮像素子Ｂから得られる焦点評価値よりも大きいことが
分かる。即ち、撮影レンズ４のフォーカス位置が合焦位
置であるフォーカス位置Ｆ３より至近側に設定されてい
る場合、撮像素子Ａから得られる焦点評価値の方が撮像
素子Ｂから得られる焦点評価値よりも大きく、この状態
では、撮影レンズ４のピントは前ピンの状態にある。

【００２４】一方、撮影レンズ４のフォーカス位置が図
中Ｆ２の位置に設定されているとする。この場合には、
撮像素子Ｂから得られる焦点評価値の方が撮像素子Ａか
ら得られる焦点評価値よりも大きいことが分かる。即
ち、撮影レンズ４のフォーカス位置が合焦位置であるフ
ォーカス位置Ｆ３より無限遠側に設定されている場合、
撮像素子Ｂから得られる焦点評価値の方が撮像素子Ａか
ら得られる焦点評価値よりも大きく、この状態では、撮
影レンズ４のピントは後ピンの状態にある。

【００２５】撮影レンズ４のフォーカス位置が図中Ｆ３
の合焦位置に設定されている場合、即ち、撮影レンズ４
のピントが合焦の状態にある場合には、撮像素子Ａと撮
像素子Ｂのそれぞれから得られる焦点評価値は等しいこ
とが分かる。

【００２６】以上のことから、図５に示したＣＰＵ１８
は、撮像素子Ａから得られた焦点評価値と撮像素子Ｂか
ら得られた焦点評価値とを比較し、撮像素子Ａから得ら
れた焦点評価値の方が撮像素子Ｂから得られた焦点評価
値よりも大きい場合には、撮影レンズ４のピントは前ピ
ンの状態と判断する。逆に、撮像素子Ｂから得られた焦
点評価値の方が撮像素子Ａから得られた焦点評価値より
も大きい場合には、撮影レンズ４のピントは、後ピンの
状態と判断する。一方、撮像素子Ａから得られた焦点評
価値と撮像素子Ｂから得られた焦点評価値が等しい場合
には、撮影レンズのピントは、合焦の状態と判断する。
このようにピント状態を判定することによって、ウォブ
リングを行うことなく迅速かつ正確にピント状態を検出
することができ、また、オートフォーカスにおいて、ピ
ント状態が合焦であるか否かの判断や合焦のためにフォ
ーカス位置をどの方向に移動させるべきかの判断等も瞬
時に行うことができる。

【００２７】尚、図２の場合、即ち、ピント状態検出用
の撮像素子としてピント状態検出専用の撮像素子Ａと映
像用の撮像素子Ｘを使用する場合においても、上述と同
様にピント状態の判定を行うことができるが、撮像素子
Ａと撮像素子Ｘのそれぞれから得られた焦点評価値が等
しいときに合焦と判定すると、正確には、撮像素子Ａの
撮像面と撮像素子Ｘの撮像面の中間位置に対して合焦が
得られることになる。しかしながら、撮像素子Ａの撮像
面と撮像素子Ｘの撮像面との距離を短くすれば、上述の
ように合焦を判断する場合であっても、撮像素子Ｘの撮
像面を焦点深度の範囲内とすることができるため不具合
はない。

【００２８】次に、３つのピント状態検出用の撮像素子
によりピント状態を判定する方法について、図３の場
合、即ち、ピント状態検出用の撮像素子としてピント状
態検出専用の撮像素子Ａ、Ｂと映像用の撮像素子Ｘを使
用する場合、又は、図４の場合、即ち、ピント状態検出
用の撮像素子としてピント状態検出専用の撮像素子Ａ、
Ｂ、Ｃを使用する場合を例に説明する。この場合には、
２つのピント状態検出用の撮像素子によりピント状態を
判定する場合と異なり、図６に示した曲線ｘの焦点評価
値がピント状態検出用として使用される映像用の撮像素
子Ｘ（図３の場合）又はピント状態検出専用の撮像素子
Ｃ（図４の場合）により実際に得られることになる。そ
して、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｘ（又はＣ）から得られる焦
点評価値についての曲線ａ、ｂ、ｘは、略同一形状とな
ることから、あるフォーカス位置において撮像素子Ａ、
Ｂから得られる焦点評価値は、そのフォーカス位置から
所定のシフト量分だけ変位させたフォーカス位置におけ
る撮像素子Ｘ（又はＣ）の焦点評価値とみなすことがで
きる。例えば、図７に示す撮像素子Ｘ（又はＣ）の焦点
評価値の曲線ｘにおいて、フォーカス位置が図中Ｆ４に
設定されているものとする。このとき、撮像素子Ｘ（又
はＣ）から得られる焦点評価値は、曲線ｘ上の点Ｐ_Xの
値を示す。一方、撮像素子Ａから得られる焦点評価値
は、フォーカス位置Ｆ４よりも無限遠側に所定シフト量
分だけ変位させたフォーカス位置Ｆ５における曲線ｘ上
の点Ｐ_Aの値を示し、撮像素子Ｂから得られる焦点評価
値は、フォーカス位置Ｆ４よりも至近側に所定シフト量
分だけ変位させたフォーカス位置Ｆ６における曲線ｘ上
の点Ｐ_Bの値を示す。尚、フォーカス位置Ｆ４とフォー
カス位置Ｆ５との差、即ち、撮像素子Ａから得られた焦
点評価値についてのシフト量は、例えば、図６におい
て、曲線ａの最大点のフォーカス位置と曲線ｘの最大点
のフォーカス位置の差に等しく、また、フォーカス位置
Ｆ４とフォーカス位置Ｆ６との差、即ち、撮像素子Ｂか
ら得られた焦点評価値についてのシフト量は、図６にお
いて、曲線ｂの最大点のフォーカス位置と曲線ｘの最大
点のフォーカス位置の差に等しい。

【００２９】一方、曲線ｘは所定関数（例えば２次曲
線）で近似することができる。従って、各撮像素子Ａ、
Ｂ、Ｘ（又はＣ）から得られた３点Ｐ_A、Ｐ_B、Ｐ_Xに
おける焦点評価値から曲線ｘを具体的に特定することが
でき、その曲線ｘにおいて焦点評価値が最大となる合焦
位置Ｆ３を求めることができる。

【００３０】このように、３つのピント状態検出用の撮
像素子Ａ、Ｂ、Ｘ（又はＣ）から得られた焦点評価値に
基づいて合焦となるフォーカス位置を検出することによ
って、図５に示したＣＰＵ１８は、ウォブリングを行う
ことなく、現在のピント状態が前ピン、後ピン、合焦の
いずれであるかを迅速かつ正確に判定することができる
と共に、オートフォーカスの制御においては、フォーカ
ス駆動回路２０に合焦位置を直接指示して迅速にフォー
カスレンズＦを合焦位置に移動させることができる。

【００３１】尚、上記説明では、図３の場合において映
像用の撮像素子Ｘに対して撮像面が光学的に等距離とな
る前後の位置に撮像素子Ａと撮像素子Ｂを配置したが、
３つのピント状態検出用の撮像素子によりピント状態を
検出する場合には、光路長が異なるように各撮像素子
Ａ、Ｂ、Ｘが配置され、かつ、撮像素子Ｘに対して光路
長が長くなる位置と短くなる位置のそれぞれに少なくと
も１つのいずれかの撮像素子Ａ、Ｂが配置されていれば
十分である。即ち、上述のように、あるフォーカス位置
において撮像素子Ａ、Ｂから得られる焦点評価値を、そ
のフォーカス位置から所定シフト量分だけ変位させたフ
ォーカス位置における撮像素子Ｘ（Ｃ）の焦点評価値と
みなす場合に、そのシフト量を各撮像素子Ａ、Ｂの撮像
素子Ｘに対する距離に基づいて設定すればよい。また、
図４の場合においては、映像用の撮像素子Ｘの撮像面に
共役の位置にピント状態検出用の撮像素子Ｃの撮像面を
配置するようにしたが、必ずしもそのようにする必要は
ない。

【００３２】次に、図２乃至図４の如く、映像用の撮像
素子Ｘ（撮像素子Ｘ_B、Ｘ_R、Ｘ_G）に対してピント状
態検出用の撮像素子を配置する場合の色分解光学系６の
構成について、幾つかの形態を説明する。図８は、図１
に示した色分解光学系６を拡大して示した第１の実施の
形態の構成図であり、色分解光学系６内にピント状態検
出専用の分岐光路を１つ設けると共に、図２の如くピン
ト状態検出専用の撮像素子Ａを１つ配置した場合を示し
た図である。同図に示す色分解光学系６は、青色分解プ
リズムＰＢ、赤色分解プリズムＰＲ、第１の緑色分解プ
リズムＰＧ１、第２の緑色分解プリズムＰＧ２とから構
成される。同図において、撮影レンズ４を通過した被写
体光は、まず、青色分解プリズムＰＢに入射する。青色
分解プリズムＰＢの一部の面３０には青色反射ダイクロ
イック膜が設けられており、青色分解プリズムＰＢに入
射した被写体光のうち、青色成分の光（青色光）は面３
０で反射し、それ以外の色成分の光は面３０を透過す
る。面３０で反射した青色光は、青色分解プリズムＰＢ
の面３２で全反射した後、射出面３４から射出され、青
色に対応した映像用の撮像素子Ｘ_Bの撮像面に入射す
る。一方、上記面３０を透過した被写体光は、次いで、
赤色分解プリズムＰＲに入射する。赤色分解プリズムＰ
Ｒの一部の面３６には赤色反射ダイクロイック膜が設け
られており、赤色分解プリズムＰＲに入射した被写体光
のうち、赤色成分の光（赤色光）は面３６で反射し、そ
れ以外の色成分（緑色成分）の光（緑色光）は面３６を
透過する。面３６で反射した赤色光は、赤色分解プリズ
ムＰＲの面３８で全反射した後、射出面４０から射出さ
れ、赤色に対応した映像用の撮像素子Ｘ_Rの撮像面に入
射する。一方、上記面３６を透過した緑色光は、第１の
緑色分解プリズムＰＧ１に入射する。第１の緑色分解プ
リズムＰＧ１と第２の緑色分解プリズムＰＧ２との接着
面はハーフミラー面（光分割面）４２となっており、第
１の緑色分解プリズムＰＧ１に入射した緑色光は、この
ハーフミラー面４２で反射光と透過光に分割される。反
射光の光路は、ピント状態検出用の分岐光路となるもの
で、その光路を通過する反射光は、ピント状態検出用の
被写体光として第１の緑色分解プリズムＰＧ１の射出面
４４から射出され、ピント状態検出用に配置された撮像
素子Ａの撮像面に入射する。一方、透過光は、第２の緑
色分解プリズムＰＧ２を通過して射出面４６から射出さ
れ、緑色に対応した映像用の撮像素子Ｘ_Gに入射する。

【００３３】尚、図９は、図８と類似の形態の色分解光
学系６の構成を示したもので、図８において第１の緑色
分解プリズムＰＧ１と第２の緑色分解プリズムＰＧ２と
の間のハーフミラー面４２で図中側方に反射させた緑色
光を紙面垂直方向に反射させるようにしたものである。
図９（Ａ）の平面図に対して図９（Ｂ）は色分解光学系
６を側方から示している。図９の構成では、図８におけ
る第１の緑色分解プリズムＰＧ１と第２の緑色分解プリ
ズムＰＧ２の代わりに第１の緑色分解プリズムＰＧ１′
と第２の緑色分解プリズムＰＧ２′が用いられる。そし
て、第１の緑色分解プリズムＰＧ１′と第２の緑色分解
プリズムＰＧ２′の接着面におけるハーフミラー面（光
分割面）４２′によって緑色光が反射光と透過光に分割
され、そのうちピント状態検出用の被写体光となる反射
光が図９（Ａ）における紙面垂直方向に反射される。ま
た、その反射される方向に合わせてピント状態検出用の
撮像素子Ａも図８とは異なった位置に配置される。

【００３４】このように緑色光をピント状態検出用の被
写体光として分割した場合に、映像用の撮像素子Ｘをピ
ント状態検出用として兼用するときには、緑色に対応し
た撮像素子Ｘ_Gをピント状態検出用として兼用するのが
望ましいが、他の色に対応した映像用の撮像素子をピン
ト状態検出用として兼用してもよい（以下の形態におい
ても同様）。

【００３５】ここで、図８（又は図９）の色分解光学系
６の構成において、図３のようにピント状態検出専用の
撮像素子Ａ、Ｂを２つ配置することも可能である。例え
ば、図８（又は図９）においてハーフミラー４２（４
２′）により分岐されたピント状態検出用の分岐光路に
図１０のような光分割光学系（ハーフミラー５０）を配
置する。そして、色分解光学系６の第１の緑色分解プリ
ズムＰＧ１（ＰＧ１′）から射出されたピント状態検出
用の被写体光（緑色光）をそのハーフミラー５０によっ
て透過光と反射光に分割し、例えば透過光を撮像素子Ａ
に入射させ、反射光を撮像素子Ｂに入射させる。

【００３６】更に、図８（又は図９）の色分解光学系６
の構成において、図４のようにピント状態検出専用の撮
像素子Ａ、Ｂ、Ｃを３つ配置することも可能である。例
えば、図８（又は図９）においてハーフミラー４２（４
２′）により分岐されたピント状態検出用の分岐光路に
図１１のような光分割光学系５２を配置する。光分割光
学系５２は３つのプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３から構成さ
れており、色分解光学系６の第１の緑色分解プリズムＰ
Ｇ１（ＰＧ１′）から射出されたピント状態検出用の被
写体光（緑色光）は、まず、第１プリズムＰ１に入射
し、第１プリズムＰ１のハーフミラー面５４で反射光と
透過光に分割される。このうち反射光は、ピント状態検
出用の撮像素子Ａの撮像面に入射する。一方、透過光
は、次いで第２プリズムＰ２に入射し、第２プリズムＰ
２のハーフミラー面５６で更に反射光と透過光に分割さ
れる。このうち反射光はピント状態検出用の撮像素子Ｂ
に入射される。一方、透過光は第３プリズムＰ３を通過
して撮像素子Ｃに入射する。

【００３７】図１２は、色分解光学系６の第２の実施の
形態を示した構成図であり、色分解光学系６内にピント
状態検出専用の分岐光路を１つ設けると共に、図２の如
くピント状態検出専用の撮像素子Ａを１つ配置する場合
を示した図である。同図に示す色分解光学系６は、青色
分解プリズムＰＢ、赤色分解プリズムＰＲ、第１の緑色
分解プリズムＰＧ３、及び、第２の緑色分解プリズムＰ
Ｇ４から構成される。尚、青色分解プリズムＰＢと赤色
分解プリズムＰＲについては、図８と同様に構成され、
青色と赤色に対応した映像用の撮像素子Ｘ_B、Ｘ_Rも図
８と同様に配置されるためこれらの説明は省略する。同
図に示すように青色分解プリズムＰＢ及び赤色分解プリ
ズムＰＲを通過した緑色光は、第１の緑色分解プリズム
ＰＧ３に入射する。第１の緑色分解プリズムＰＧ３と第
２の緑色分解プリズムＰＧ４との接着面はハーフミラー
面（光分割面）６０となっており、第１の緑色分解プリ
ズムＰＧ３に入射した緑色光は、このハーフミラー面６
０で反射光と透過光に分割される。反射光は、第１の緑
色分解プリズムＰＧ３の面６２で全反射された後、射出
面６４から射出され、緑色に対応した映像用の撮像素子
Ｘ_Gに入射する。一方、透過光の光路は、ピント状態検
出用の分岐光路となるもので、その透過光は、ピント状
態検出用の被写体光として第２の緑色分解プリズムＰＧ
４を通過して射出面６６から射出され、ピント状態検出
用に配置された撮像素子Ａの撮像面に入射する。

【００３８】尚、図１２の色分解光学系６の構成におい
て、ピント状態検出用の分岐光路に上述の図１０又は図
１１に示した光分割光学系を配置することによって図３
のようにピント状態検出専用の撮像素子Ａ、Ｂを２つ配
置することも可能であるし、また、図４のようにピント
状態検出専用の撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃを３つ配置すること
も可能である。

【００３９】図１３は、色分解光学系６の第３の実施の
形態を示した構成図であり、色分解光学系６内にピント
状態検出専用の分岐光路を２つ設けると共に、図３の如
くピント状態検出専用の撮像素子Ａ、Ｂを２つ配置する
場合を示した図である。同図に示す色分解光学系６は、
青色分解プリズムＰＢ、赤色分解プリズムＰＲ、第１の
緑色分解プリズムＰＧ３、第２の緑色分解プリズムＰＧ
５、及び、第３の緑色分解プリズムＰＧ６から構成され
る。尚、青色分解プリズムＰＢ、赤色分解プリズムＰ
Ｒ、第１の緑色分解プリズムＰＧ３については、図１２
と同様に構成され、青色、赤色、緑色に対応した映像用
の撮像素子Ｘ_B、Ｘ_R、Ｘ_Gも図８と同様に配置される
ためこれらの説明は省略する。同図において、第１の緑
色分解プリズムＰＧ３のハーフミラー面６０を透過した
緑色光は、ピント状態検出用の被写体光として第２の緑
色分解プリズムＰＧ５に入射する。第２の緑色分解プリ
ズムＰＧ５と第３の緑色分解プリズムＰＧ６との接着面
はハーフミラー面（光分割面）６８となっており、第２
の緑色分解プリズムＰＧ５に入射した緑色光は、このハ
ーフミラー面６８で反射光と透過光に分割される。即
ち、ピント状態検出用の分岐光路が２つ形成され、ピン
ト状態検出用の２つの被写体光が生成される。反射光
は、第２の緑色分解プリズムＰＧ５の射出面７０から射
出され、ピント状態検出用に配置された撮像素子Ｂの撮
像面に入射する。一方、透過光は、第３の緑色分解プリ
ズムＰＧ６の射出面７２から射出され、ピント状態検出
用に配置された撮像素子Ａの撮像面に入射する。

【００４０】尚、図１４は、図１３と類似の形態の色分
解光学系６の構成を示したもので、図１３において第２
の緑色分解プリズムＰＧ５と第３の緑色分解プリズムＰ
Ｇ６と間のハーフミラー面６８で図中側方に反射させた
緑色光を紙面垂直方向に反射させるようにしたものであ
る。図１４（Ａ）の平面図に対して図１４（Ｂ）は色分
解光学系６を側方から示している。図１４の構成では、
図１３における第２の緑色分解プリズムＰＧ５と第３の
緑色分解プリズムＰＧ６の代わりに第２の緑色分解プリ
ズムＰＧ５′と第３の緑色分解プリズムＰＧ６′が用い
られる。そして、第２の緑色分解プリズムＰＧ５′と第
３の緑色分解プリズムＰＧ６′の接着面におけるハーフ
ミラー面６８′によって緑色光が図１４（Ａ）における
紙面垂直方向に反射される。また、その反射される方向
に合わせてピント状態検出用の撮像素子Ｂも図１３とは
異なった位置に配置される。

【００４１】尚、図１３、図１４の色分解光学系６の構
成において、ピント状態検出用の分岐光路に上述の図１
０又は図１１に示した光分割光学系を配置することによ
ってピント状態検出専用の撮像素子を更に増やして配置
することが可能である。

【００４２】図１５は、色分解光学系６の第４の実施の
形態を示した構成図であり、色分解光学系６内にピント
状態検出専用の分岐光路を２つ設けると共に、図３の如
くピント状態検出専用の撮像素子Ａ、Ｂを２つ配置する
場合を示した図である。同図に示す色分解光学系６は、
第１の分割プリズムＰＷ１、第２の分割プリズムＰＷ
２、青色分割プリズムＰＢ′、赤色分割プリズムＰ
Ｒ′、及び、緑色分割プリズムＰＧ′から構成される。
同図において、撮影レンズ４を通過した被写体光は、ま
ず、第１の分割プリズムＰＷ１に入射する。第１の分割
プリズムＰＷ１と青色分割プリズムＰＢ′との接着面は
ハーフミラー面（光分割面）８０となっており、第１の
分割プリズムＰＷ１に入射した被写体光は、このハーフ
ミラー面８０で反射光と透過光に分割される。ハーフミ
ラー面８０で反射した被写体光の光路は、ピント状態検
出用の分割光路となるもので、この被写体光は、ピント
状態検出用の被写体光として第１の分割プリズムＰＷ１
の面８２で全反射した後、分割プリズムＰＷ１と第２の
分割プリズムＰＷ２と接着面におけるハーフミラー面
（光分割面）８４によって更に反射光と透過光に分割さ
れる。即ち、２つのピント状態検出用の分割光路が形成
され、２つのピント状態検出用の被写体光が生成され
る。反射光は、第１の分割プリズムＰＷ１の射出面８６
から射出され、ピント状態検出用に配置された撮像素子
Ａに入射する。一方、透過光は、第２の分割プリズムＰ
Ｗ２を通過して射出面８８から射出され、ピント状態検
出用に配置された撮像素子Ｂに入射する。

【００４３】一方、上記ハーフミラー面８０を透過した
被写体光は、青色分解プリズムＰＢ′に入射する。青色
分解プリズムＰＢ′の一部の面９０には青色反射ダイク
ロイック膜が設けられており、入射した被写体光のう
ち、青色成分の光（青色光）は面９０で反射し、それ以
外の色成分の光は面９０を透過する。面９０で反射した
青色光は、青色分解プリズムＰＢ′の面９２で全反射し
た後、射出面９４から射出され、青色に対応した映像用
の撮像素子Ｘ_Bの撮像面に入射する。一方、上記面９０
を透過した被写体光は、次いで、赤色分解プリズムＰ
Ｒ′に入射する。赤色分解プリズムＰＲ′の一部の面９
６には赤色反射ダイクロイック膜が設けられており、赤
色分解ブリズムＰＲ′に入射した被写体光のうち、赤色
成分の光（赤色光）は面９６で反射し、それ以外の色成
分（緑色成分）の光（緑色光）は面９６を透過する。面
９６で反射した赤色光は、赤色分解プリズムＰＲ′の面
９８で全反射した後、射出面１００から射出され、赤色
に対応した映像用の撮像素子Ｘ _Rの撮像面に入射する。
一方、面９６を透過した緑色光は、緑色分解プリズムＰ
Ｇ′を通過して射出面１０２から射出され、緑色に対応
した映像用の撮像素子Ｘ _Gに入射する。

【００４４】尚、図１５の色分解光学系６の構成におい
て、ピント状態検出用の分岐光路に上述の図１０又は図
１１に示した光分割光学系を配置することによってピン
ト状態検出専用の撮像素子を更に増やすことが可能であ
る。

【００４５】以上説明したように色分解光学系６に光分
割面を配置することによってピント状態検出用の分岐光
路を設け、ピント状態検出用の被写体光を生成するよう
にしているが、上述の形態は、一例であって、色分解光
学系６のどの光路に光分割面を配置してもよし、また、
光分割面をいくつ配置してもよい。

【００４６】また、各ピント状態検出用の撮像素子には
できるだけ等しい光量の被写体光が入射するように、被
写体光を光分割面で分割する光量の割合を決めることが
好ましいが、各撮像素子から出力されるビデオ信号のゲ
インを調整することによって各撮像素子に入射する光量
の差を補うことも可能である。

【００４７】また、上記実施の形態では、本発明に係る
ピント状態検出装置によるピント状態の検出をオートフ
ォーカスに適用した場合について説明したが、これに限
らず他の用途に使用することもできる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るピント
状態検出装置によれば、光路長が異なる複数のピント状
態検出用撮像素子を用い、各撮像素子で撮像された画像
の高域周波数成分に基づく焦点評価値によりピント状態
を検出すると共に、ピント状態検出用撮像素子に入射す
る必要な被写体光をカメラ本体の色分解光学系に設けた
光分割面（ハーフミラー等）によって得るようにしたた
め、ウォブリング法を用いることなく簡便な構成で迅速
なピント状態検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、テレビカメラのカメラ本体の色分解光
学系を示した図である。

【図２】図２は、ピント状態検出用の撮像素子の光学的
配置について例示した図である。

【図３】図３は、ピント状態検出用の撮像素子の光学的
配置について例示した図である。

【図４】図４は、ピント状態検出用の撮像素子の光学的
配置について例示した図である。

【図５】図５は、本発明に係るピント状態検出装置にお
ける信号処理回路の構成を示したブロック図である。

【図６】図６は、ある被写体を撮影した際のフォーカス
位置に対する各ピント状態検出用の撮像素子における焦
点評価値の様子を示した図である。

【図７】図７は、３つのピント状態検出用の撮像素子に
よりピント状態を検出する方法の説明に使用した説明図
である。

【図８】図８は、色分解光学系の第１の実施の形態を示
した構成図である。

【図９】図９は、図８と類似の形態の色分解光学系を示
した構成図である。

【図１０】図１０は、ピント状態検出用の被写体光を２
つに分割する光分割光学系の一例を示した構成図であ
る。

【図１１】図１１は、ピント状態検出用の被写体光を３
つに分割する光分割光学系の一例を示した構成図であ
る。

【図１２】図１２は、色分解光学系の第２の実施の形態
を示した構成図である。

【図１３】図１３は、色分解光学系の第３の実施の形態
を示した構成図である。

【図１４】図１４は、図１３と類似の形態の色分解光学
系を示した構成図である。

【図１５】図１５は、色分解光学系の第４の実施の形態
を示した構成図である。

【符号の説明】

２…カメラ本体、４…撮影レンズ、６…色分解光学系、
１０…ハイパスフィルタ、１２…Ａ／Ｄ変換器、１４…
ゲート回路、１６…加算器、１８…ＣＰＵ、２０…フォ
−カス駆動回路、Ａ、Ｂ、Ｃ…ピント状態検出用の撮像
素子、Ｘ、Ｘ_B、Ｘ_R、Ｘ_G…映像用の撮像素子、ＰＢ
…青色分解プリズム、ＰＲ…赤色分解プリズム、ＰＧ１
…第１の緑色分解プリズム、ＰＧ２…第２の緑色分解プ
リズム、４２…ハーフミラー面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｅ５Ｃ０６５ 9/09 ＫＧ０３Ｂ 3/00 ＡＦターム(参考） 2H011 AA03 BA38 BB01 2H042 CA06 CA08 CA14 CA17 2H051 AA08 BA53 CA04 CA10 CB14 CB22 CB29 2H083 AA02 AA26 AA28 AA52 5C022 AB28 AB29 AC42 AC54 AC78 5C065 AA01 BB48 CC02 CC03 DD02 DD19 EE01 EE06 GG03 GG18 GG21 GG32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズからカメラ本体に入射した被
写体光を波長帯域の異なる複数の色ごとの被写体光に分
解して該各色ごとの被写体光を各色用に配置された映像
用撮像素子に入射させ、前記各色に分解された被写体光
のうち少なくとも１つを分割する光分割面でピント状態
検出用の被写体光を生成する色分解光学系を有し、前記
ピント状態検出用の被写体光が入射する位置にピント状
態検出用撮像素子が配置されることによってピント状態
を検出するピント状態検出装置において、前記複数の映像用撮像素子のうち少なくとも１つの第１
映像用撮像素子と前記ピント状態検出用撮像素子とを光
路長が異なる位置に配置し、前記第１映像用撮像素子と
前記ピント状態検出用撮像素子とにより被写体光を撮像
し、前記第１映像用撮像素子と前記ピント状態検出用撮
像素子とから得られる各画像の高域周波数成分に基づい
て前記第１映像用撮像素子と前記ピント状態検出用撮像
素子との焦点評価値を求め、該求めた各焦点評価値に基
づいてピント状態を検出することを特徴とするピント状
態検出装置。
【請求項２】前記光分割面によって生成されたピント
状態検出用の被写体光を更に分割する光分割光学系を備
えたことを特徴とする請求項１のピント状態検出装置。
【請求項３】撮影レンズからカメラ本体に入射した被
写体光を波長帯域の異なる複数の色ごとの被写体光に分
解して該各色ごとの被写体光を各色用に配置された映像
用撮像素子に入射させ、前記各色に分解された被写体光
のうち少なくとも１つを分割する第１の光分割面でピン
ト状態検出用の被写体光を生成する色分解光学系を有
し、前記ピント状態検出用の被写体光が入射する位置に
ピント状態検出用撮像素子が配置されることによってピ
ント状態を検出するピント状態検出装置において、前記ピント状態検出用の被写体光を更に分割する第２の
光分割面により生成された各被写体光が入射する位置で
あって複数のピント状態検出用撮像素子を互いに光路長
が異なる位置に配置し、各ピント状態検出用撮像素子に
より被写体光を撮像し、各ピント状態検出用撮像素子か
ら得られる各画像の高域周波数成分に基づいて各ピント
状態検出用撮像素子ごとの焦点評価値を求め、該求めた
各ピント状態検出用撮像素子ごとの焦点評価値に基づい
てピント状態を検出することを特徴とするピント状態検
出装置。
【請求項４】前記撮影レンズのオートフォーカス制御
における合焦検出に適用されることを特徴とする請求項
１又は３のピント状態検出装置。