JP2003279846A - 撮影レンズのピント状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フォーカス用の被写体光を撮像する１つの撮像
素子を備えた撮影レンズにおいて、撮像素子は、微小量
δ移動させる駆動手段により支持されるとともに、駆動
手段は光軸方向に前後移動させる直動手段により支持さ
れる。輝度信号レベルが所定値以下のときには、直動手
段により２δ以上の距離移動がなされることにより、フ
ォーカス位置が大きくズレた場合であっても、誤動作な
く、迅速に、精度の高いピント状態検出を行うことがで
きる。 【解決手段】フォーカス用の被写体光を撮像する１つの
撮像素子Ａを備えた撮影レンズ１２において、撮像素子
は、微小量δ移動させる駆動手段７０により支持される
とともに、駆動手段は光軸方向に前後移動させる直動手
段７２により支持される。輝度信号レベルが所定値以下
のときには、直動手段７２により２δ以上の距離移動が
なされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮影レンズのピント
状態検出装置に係り、特に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可能な撮影レンズのピン
ト状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光路長の異なる複数の撮像素子を
用いて撮影レンズのピント状態（前ピン、後ピン、合
焦）を検出する方法が提案されている（特開昭５５−７
６３１２号公報、特公平７−６０２１１号公報）。たと
えば、映像用の画像を撮像する撮像素子（映像用撮像素
子）に対して同一撮影範囲の画像を撮像する２つのピン
ト状態検出用撮像素子を、それぞれ映像用撮像素子より
も光路長が長くなる位置と短くなる位置に配置する。

【０００３】そして、これらのピント状態検出用撮像素
子から得られた映像信号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の各撮像面に対する焦点評価
値を求め、比較する。これによって、焦点評価値の大小
関係から映像用撮像素子の撮像面におけるピント状態、
すなわち、前ピン、後ピン、合焦のどの状態にあるかが
検出される。このようなピント状態の検出方法は、オー
トフォーカスのための合焦検出等に適用することができ
る。

【０００４】また、このようなピント状態の検出方法に
いわゆるウォブリング駆動回路を組み合わせた方法も提
案されている（特開平８−５０２２７号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のピント状態の検出方法ではフォーカス位置が大きく
ズレた場合（いわゆる大ボケ状態）には、適正なオート
フォーカスができないという問題があった。すなわち、
上記従来の方法では、焦点評価値にピークが表れず、か
つ、映像用撮像素子の撮像面前後の焦点評価値に差を生
じていない状態では、フォーカス位置をテレ側に移動す
べきか、ワイド側に移動すべきかの指針が得られず、適
正な制御ができなかった。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、フォーカス位置が大きくズレた場合であって
も、誤動作なく、迅速に、精度の高いピント状態検出を
行うことができる撮影レンズ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、本発明は、撮影レンズを通過してカメラ本体の映像
用撮像素子に入射する映像用の被写体光からピント状態
検出用の被写体光を生成し、該生成したピント状態検出
用の被写体光をピント状態検出用撮像素子で撮像してピ
ント状態を検出する撮影レンズのピント状態検出装置に
おいて、前記ピント状態検出用撮像素子は、光軸方向に
微小量δ移動させる駆動手段により支持されるととも
に、該駆動手段は光軸方向に前後移動させる直動手段に
より支持されており、前記ピント状態検出用撮像素子か
ら得られる輝度信号レベルが所定値以下のときには、前
記直動手段により２δ以上の距離移動がなされ、再度前
記ピント状態検出用撮像素子による被写体光の撮像がな
されることを特徴とする撮影レンズのピント状態検出装
置を提供する。

【０００８】本発明によれば、ピント状態検出用撮像素
子を駆動手段により光軸方向に微小量δ移動させる、い
わゆるウォブリングを採用するとともに、輝度信号レベ
ル又はこれより得られた焦点評価値が所定値以下とな
り、合焦が得られなくなったときには、直動手段により
ピント状態検出用撮像素子を大きく移動させる。これに
より、輝度信号又はこれより得られた焦点評価値の傾斜
部分が容易に検出でき、その結果、誤動作なく、迅速
に、精度の高いピント状態検出を行うことができる。

【０００９】また、従来のオートフォーカスの態様で
は、フォーカスレンズを移動させて合焦検出が行われる
例が多かった。これに対し、本発明によれば、ピント状
態検出用撮像素子を駆動手段により光軸方向に移動させ
るので、駆動系がコンパクトになるとともに、迅速な応
答が得られる。

【００１０】また、本発明は、撮影レンズを通過してカ
メラ本体の映像用撮像素子に入射する映像用の被写体光
からピント状態検出用の被写体光を生成し、該生成した
ピント状態検出用の被写体光を互いに光路長がσだけ異
なる位置に配置された複数のピント状態検出用撮像素子
で撮像してピント状態を検出する撮影レンズのピント状
態検出装置において、前記複数のピント状態検出用撮像
素子は、光軸方向に前後移動させる直動手段により支持
されており、前記ピント状態検出用撮像素子のいずれか
又は全てから得られる輝度信号レベルが所定値以下のと
きには、前記直動手段により２σ以上の距離移動がなさ
れ、再度前記複数のピント状態検出用撮像素子による被
写体光の撮像がなされることを特徴とする撮影レンズの
ピント状態検出装置を提供する。

【００１１】本発明によれば、光路長がσだけ異なる位
置に配置された複数のピント状態検出用撮像素子を有す
るので基本的なオートフォーカス機能は備えている。そ
して、輝度信号レベル又はこれより得られた焦点評価値
が所定値以下となり、合焦が得られなくなったときに
は、直動手段によりピント状態検出用撮像素子を複数個
同時に大きく移動させる。これにより、輝度信号又はこ
れより得られた焦点評価値の傾斜部分が容易に検出で
き、その結果、誤動作なく、迅速に、精度の高いピント
状態検出を行うことができる。

【００１２】また、本発明も上記発明と同様に、ピント
状態検出用撮像素子を駆動手段により光軸方向に移動さ
せるので、駆動系がコンパクトになるとともに、迅速な
応答が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る撮影レンズの好ましい実施の形態について詳説す
る。

【００１４】図１は、本発明に係る撮影レンズを使用し
たテレビカメラシステムの構成を示した構成図である。
同図に示されるテレビカメラシステムは、カメラ本体１
０と交換可能な撮影レンズ１２等からなり、カメラ本体
１０には、放映用の映像を撮影し、所定形式の映像信号
を出力又は記録媒体に記録するための撮像素子（映像用
撮像素子）や所要の回路等が内蔵されている。

【００１５】一方、撮影レンズ１２は、カメラ本体１０
の前面側に着脱自在に装着され、撮影レンズ１２の光学
系には、公知のように前端側から固定フォーカスレンズ
Ｆ′、移動可能なフォーカスレンズＦ、変倍系と補正系
とからなるズームレンズＺ、アイリスＩ、前側リレーレ
ンズＲ１と後側リレーレンズＲ２とからなるリレーレン
ズ（リレー光学系）等が配置される。なお、図中の各レ
ンズの構成は簡略化しており、複数のレンズからなるレ
ンズ群を１つのレンズで示したものもある。

【００１６】また、同図に示されるようにリレー光学系
の前側リレーレンズＲ１と後側リレーレンズＲ２との間
の被写体光の光路上には撮影レンズ１２の光軸Ｏに対し
て略４５度に傾斜し、被写体光（光束）を透過光と反射
光に分割する光分割手段であるハーフミラー２４が配置
される。

【００１７】撮影レンズ１２の前端側から入射した被写
体光のうちハーフミラー２４を透過した透過光、すなわ
ち、映像用の被写体光は、撮影レンズ１２の後端側から
射出され、カメラ本体１０の撮像部２０に入射する。撮
像部２０の構成については省略するが、撮像部２０に入
射した被写体光は、たとえば色分解光学系により、赤色
光、緑色光、青色光の３色に分解され、各色ごとの撮像
素子（映像用撮像素子）の撮像面に入射する。これによ
って放映用のカラー映像が撮影される。なお、図中のピ
ント面２２は、各映像用撮像素子の撮像面に対して光学
的に等価な位置を撮影レンズ１２の光軸Ｏ上に示したも
のである。

【００１８】一方、ハーフミラー２４で反射した反射
光、すなわち、ピント状態検出用の被写体光は、撮影レ
ンズ１２の光軸Ｏに対して略垂直な光軸Ｏ′に沿ってピ
ント状態検出用の撮像部２６に導かれる。ここで、前側
リレーレンズＲ１と後側リレーレンズＲ２の間では被写
体光は略平行光の状態であり、ハーフミラー２４で反射
した被写体光は、後側リレーレンズＲ２と同様の性格を
有する集光のためのリレーレンズＲ３を通過してピント
状態検出用の撮像部２６に入射する。なお、以下の説明
において光軸Ｏと光軸Ｏ′を特に区別していう場合に
は、光軸Ｏを撮影光学系の光軸Ｏといい、光軸Ｏ′をピ
ント状態検出用光学系の光軸Ｏ′という。

【００１９】撮像部２６は、ピント状態検出用撮像素子
（２次元ＣＣＤ）Ａ、ピント状態検出用撮像素子Ａを光
軸方向に微小量δ移動させる駆動手段７０、駆動手段７
０を光軸方向に前後移動させる直動手段７２から構成さ
れる。上述のようにハーフミラー２４で反射し、光軸
Ｏ′に沿って進行した被写体光は、ピント状態検出用撮
像素子Ａの撮像面に入射する。このピント状態検出用撮
像素子Ａは本実施の形態では白黒画像を撮像するＣＣＤ
である。

【００２０】ピント状態検出用撮像素子Ａの撮像面は、
理想的にはカメラ本体１０のピント面２２と共役の関係
にあり、撮影レンズ１２に入射した被写体光に対する光
路長がカメラ本体１０の映像用撮像素子の撮像面と一致
している位置を原点位置とする。

【００２１】ピント状態検出用撮像素子Ａを光軸方向に
微小量δ移動させる駆動手段７０は、ピント状態検出用
撮像素子Ａを支持するとともに、光軸方向に摺動自在に
直動手段７２に支持されるホルダ７４と、ホルダ７４の
側面に形成されたラックと歯合し、ホルダ７４を光軸方
向に微小量δだけ前後移動させるピニオン７６と、ピニ
オン７６に駆動力を与えるモータ７８とより構成され
る。なお、モータ７８は図示と異なり、直動手段７２上
に固定されている。

【００２２】したがって、モータ７８が駆動されると、
ホルダ７４は光軸方向に±δ／２のストロークだけ前後
移動を繰り返す。

【００２３】駆動手段７０は、図示の構成に限定される
ものではなく、公知の各種手段が採用できる。たとえ
ば、ピエゾ素子、バイモルフ素子等の圧電素子、超音波
モータ、等を使用した構成も採用できる。

【００２４】駆動手段７０を光軸方向に前後移動させる
直動手段７２は、公知の各種手段が採用できるが、たと
えば、直動ステージ、ボールねじ及びステッピングモー
タの組み合わせが採用できる。この駆動手段７０の作動
を制御する撮像部駆動回路７９は、たとえば、ステッピ
ングモータドライバが採用でき、この撮像部駆動回路７
９は信号処理部２８により制御される。

【００２５】以上のように構成された光学系により、撮
影レンズ１２に入射した被写体光が、カメラ本体１０の
ピント面２２と共役の位置の近傍に配置されたピント状
態検出用撮像素子Ａにより撮像される。

【００２６】次に、ピント状態検出に基づくオートフォ
ーカスの制御について概略を説明する。図１に示される
ようにピント状態検出用の撮像部２６のピント状態検出
用撮像素子Ａにより撮像された画像は、信号処理部２８
に取り込まれる。信号処理部２８は、後述のように各ピ
ント状態検出用撮像素子Ａから取得した画像の高域周波
数成分に基づいてカメラ本体１０のピント面２２に対し
て撮影レンズ１２のピント状態が合焦となるフォーカス
レンズＦの位置（フォーカス位置）を求める。

【００２７】そして、そのフォーカス位置へのフォーカ
スレンズＦの移動を指令する制御信号をフォーカスモー
タ駆動回路３０に出力する。フォーカスモータ駆動回路
３０は、図示しないフォーカスモータを駆動し、ギア等
からなる動力伝達機構３２を介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を信号処理部２８によ
って指示されたフォーカス位置に設定する。このような
処理が連続的に行われることによってオートフォーカス
の制御が行われる。

【００２８】続いて、信号処理部２８の構成及びピント
状態検出の処理について説明する。図２は、信号処理部
２８の構成を示したブロック図である。同図に示される
ようにピント状態検出用のピント状態検出用撮像素子Ａ
で撮像された被写体の画像は所定形式のビデオ信号とし
て出力され、ハイパスフィルタ５０、Ａ／Ｄ変換器５
２、ゲート回路５４、及び、加算器５６によって画像の
鮮鋭度（画像のコントラスト）を示す焦点評価値の信号
に変換されてＣＰＵ８２に入力される。

【００２９】焦点評価値を求めるまでの処理を説明す
る。本実施の形態におけるピント状態検出用撮像素子Ａ
は白黒画像を撮影するＣＣＤであることからピント状態
検出用撮像素子Ａから出力されるビデオ信号は画面を構
成する各画素の輝度を示す輝度信号として出力される。
ピント状態検出用撮像素子Ａから出力された輝度信号
は、まず、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５０に入力さ
れ、その輝度信号の高域周波数成分が抽出される。ＨＰ
Ｆ５０で抽出された高域周波数成分の信号はＡ／Ｄ変換
器５２によってデジタル信号に変換される。

【００３０】そして、ピント状態検出用撮像素子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（たとえば、
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５４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５６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輝度信号
の高域周波数成分の値の総和が求められる。加算器５６
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である。

【００３１】なお、同図に示される同期信号発生回路８
０から各種同期信号がピント状態検出用撮像素子Ａやゲ
ート回路５４の回路に与えられており、各回路の処理の
同期が図られている。また、同期信号発生回路８０から
ＣＰＵ８２には、ビデオ信号の１フィールドごとの垂直
同期信号（Ｖ信号）が与えられている。

【００３２】ＣＰＵ８２は、上述のようにピント状態検
出用撮像素子Ａから得られた焦点評価値に基づいて、カ
メラ本体１０のピント面２２に対する撮影レンズ１２の
現在のピント状態を検出する。

【００３３】ピント状態検出用撮像素子Ａは、既述のよ
うに、ある光軸上の点αを中心に±δ／２のストローク
だけ前後移動を繰り返している。この前後移動の両端の
点をβ、γとする。ピント状態検出用撮像素子Ａの前後
移動に同期して複数の箇所で焦点評価値の評価が行える
が、一例として、α、β、γの３点で焦点評価値の評価
を行った例を示す。

【００３４】図３は、横軸に撮影レンズ１２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。図中実線で示される曲線ａは、αがカメラ
本体１０のピント面２２と共役の位置にある状態のピン
ト状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値をフォ
ーカス位置に対して示したものであり、図中点線で示さ
れる曲線ｂ、ｃは、それぞれβ、γにおいて得られる焦
点評価値をフォーカス位置に対して示したものである。

【００３５】同図において、曲線ａ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１２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、α、β、γそ
れぞれにおいてピント状態検出用撮像素子Ａから得られ
る焦点評価値は、曲線ａ、ｂ、ｃによりフォーカス位置
Ｆ１に対応する値である。このとき、少なくともβにお
いてピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価
値の方がαにおいて得られる焦点評価値よりも大きいこ
とから、合焦位置であるフォーカス位置Ｆ３よりフォー
カス位置が至近側に設定された状態、すなわち、前ピン
の状態であることが分かる。

【００３６】一方、撮影レンズ１２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と、α、β、γ
それぞれにおいてピント状態検出用撮像素子Ａから得ら
れる焦点評価値は、曲線ａ、ｂ、ｃによりフォーカス位
置Ｆ２に対応する値である。このとき、少なくともγに
おいて得られる焦点評価値の方がαにおいて得られる焦
点評価値よりも大きいことから、合焦位置であるフォー
カス位置Ｆ３よりフォーカス位置が無限遠側に設定され
た状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。

【００３７】撮影レンズ１２のフォーカス位置が図中Ｆ
３の合焦位置に設定されているとすると、α、β、γそ
れぞれにおいてピント状態検出用撮像素子Ａから得られ
る焦点評価値は、曲線ａ、ｂ、ｃによりフォーカス位置
Ｆ３に対応する値である。このとき、βにおいて得られ
る焦点評価値とγにおいて得られる焦点評価値とが等し
いことから、フォーカス位置がフォーカス位置Ｆ３に設
定された状態、すなわち、合焦の状態であることが分か
る。

【００３８】このように、α、β、γそれぞれにおいて
ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値に
基づいて、撮影レンズ１２の現在のフォーカス位置にお
けるピント状態が前ピン、後ピン、合焦のいずれかを検
出することができる。一方、このようなピント状態の判
定方法においては、β、γにおいて得られる焦点評価値
のみで足り、αにおいて得られる焦点評価値は不要であ
る。そこで、本実施の形態では、３つのα、β、γそれ
ぞれにおいてピント状態検出用撮像素子Ａから得られる
焦点評価値を有効に利用し、合焦となるフォーカス位置
を以下のように直接的に検出する。

【００３９】上記図３おいて、α、β、γにおいてピン
ト状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値につい
ての曲線ａ、ｂ、ｃ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ピント状態検出用撮像素子Ａ
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
ピント状態検出用撮像素子Ａの焦点評価値とみなすこと
ができる。

【００４０】たとえば、図４に示される光路長αにおけ
るピント状態検出用撮像素子Ａの焦点評価値の曲線ａ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、ピント状態検出用撮像素子Ａから
得られる焦点評価値は、曲線ａ上の点Ｐ_A の値を示す。
一方、βにおけるピント状態検出用撮像素子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ａ上の点Ｐ_B の値を示し、γにおけるピント
状態検出用撮像素子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ａ上の点Ｐ_C の
値を示す。

【００４１】なお、フォーカス位置Ｆ４とフォーカス位
置Ｆ５との差、すなわち、βにおけるピント状態検出用
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、たとえば、図３において、曲線ｂの最大点のフォー
カス位置と曲線ａと最大点のフォーカス位置との差に等
しく、また、フォーカス位置Ｆ４とフォーカス位置Ｆ６
との差、すなわち、γにおけるピント状態検出用撮像素
子Ａから得られた焦点評価値についてのシフト量は、図
３において、曲線ｃの最大点のフォーカス位置と曲線ａ
と最大点のフォーカス位置との差に等しい。

【００４２】一方、曲線ａは所定関数（たとえば２次曲
線）で近似することができる。従って、α、β、γにお
いてピント状態検出用撮像素子Ａから得られた３点
Ｐ_A 、Ｐ _B 、Ｐ_C における焦点評価値から曲線ａを具体
的に特定することができ、その曲線ａ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。

【００４３】このようにして図１のＣＰＵ８２は、α、
β、γにおいてピント状態検出用撮像素子Ａ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
出すると、そのフォーカス位置となるように、フォーカ
スモータ駆動回路３０に制御信号を送信し、フォーカス
レンズＦを移動させる。これにより、オートフォーカス
の制御が行われる。

【００４４】以上の説明は、ピント状態検出用撮像素子
Ａの前後移動で検出がなされ、適正にオートフォーカス
がなされた場合の態様である。次に、このような態様で
適正にオートフォーカスがなされない場合において、本
発明が適用される態様について説明する。

【００４５】図５は、図４と同様のピント状態検出用撮
像素子Ａの焦点評価値の曲線であり、（ａ）は適正にオ
ートフォーカスがなされない状態を示している。同図に
おいて、フォーカスがＦｈより無限遠側では焦点評価値
の曲線形状は略フラットであり、ピント状態検出用撮像
素子Ａの前後移動範囲ｈ１ではいずれの方向にオートフ
ォーカスの制御を行えば判断ができない状態にある。

【００４６】同様に、フォーカスがＦｉより至近側では
焦点評価値の曲線形状は略フラットであり、ピント状態
検出用撮像素子Ａの前後移動範囲ｉ１ではいずれの方向
にオートフォーカスの制御を行えば判断ができない状態
にある。

【００４７】本発明では、このような場合、ＣＰＵ８２
からの指令により、直動手段７２によりピント状態検出
用の撮像部２６が２δ以上の距離移動され、再度ピント
状態検出用撮像素子Ａによる被写体光の撮像がなされ
る。このようにすれば、同図（ｂ）のフォーカス位置に
おいて、ピント状態検出用撮像素子Ａの前後移動範囲ｈ
１又はｉ１がＦｈ又はＦｉより内側に移動しオートフォ
ーカスの制御が可能となる。そして、最終的には、既述
のように、適正なオートフォーカスが同図（ｃ）に示さ
れるようになされる。

【００４８】ＣＰＵ８２からの指令により、直動手段７
２が移動される方向、移動される距離については、撮影
レンズ１２の特性、過去のオートフォーカス例の傾向、
撮影レンズ１２の機種、等に応じて任意に選択できる。

【００４９】次に、添付図面に従って本発明に係る撮影
レンズの他の実施の形態について詳説する。図６は、本
発明に係る撮影レンズを使用したテレビカメラシステム
の構成を示した構成図である。なお、図１と同一・類似
の部材については同様の符号を附し、その説明を省略す
る。

【００５０】図７は、撮像部１２６の構成を示した構成
図である。同図に示されるように撮像部１２６は、光分
割光学系を構成する２つのプリズムＰ１、Ｐ２とピント
状態検出用の２つの撮像素子（２次元ＣＣＤ）Ａ、Ｂか
ら構成される。既述のようにハーフミラー２４で反射
し、光軸Ｏ′に沿って進行した被写体光は、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４０で反射光と透過光に分割される。このうち反射
光は、ピント状態検出用撮像素子Ｂの撮像面に入射す
る。

【００５１】一方、透過光は、第２プリズムＰ２に入射
し、ピント状態検出用撮像素子Ａに入射する。なお、ピ
ント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂのそれぞれに入射する被
写体光の光量が等しくなるように第１プリズムＰ１のハ
ーフミラー面４０で被写体光が分割される。また、これ
らのピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂは本実施の形態で
は白黒画像を撮像するＣＣＤである。

【００５２】ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ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
示すと、図８に示されるように、各ピント状態検出用撮
像素子Ａに入射するまでの被写体光に対してピント状態
検出用撮像素子Ｂの光路長が短くなっている。すなわ
ち、ピント状態検出用撮像素子Ａの撮像面に対して所定
距離σの位置にピント状態検出用撮像素子Ｂの撮像面が
平行に配置される。

【００５３】また、ピント状態検出用撮像素子Ａの撮像
面は、理想的にはカメラ本体１０のピント面２２（図１
参照）と共役の関係にあり、撮影レンズ１２に入射した
被写体光に対する光路長がカメラ本体１０の映像用撮像
素子の撮像面と一致している。なお、被写体光をピント
状態検出用撮像素子Ａ、Ｂに分割する光分割光学系は、
上述のようなプリズムＰ１、Ｐ２を使用した構成に限ら
れない。

【００５４】以上のように構成された光学系により、撮
影レンズ１２に入射した被写体光が、カメラ本体１０の
ピント面２２と共役の位置の近傍に配置された光路長の
異なる２つのピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂにより撮
像される。

【００５５】なお、撮像部１２６において、３つのピン
ト状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃを設け、それぞれの間
隔を前記実施態様のα、β、γの位置に対応させること
により、前記実施態様と同様の作用を奏させることはで
きるが、本実施態様においては、２つのピント状態検出
用撮像素子Ａ、Ｂを設け、同様の作用を奏させる構成を
採用している。

【００５６】次に、ピント状態検出に基づくオートフォ
ーカスの制御について概略を説明すると、図６に示され
るようにピント状態検出用の撮像部１２６の２つのピン
ト状態検出用撮像素子Ａ、Ｂにより撮像された画像は、
信号処理部１２８に取り込まれる。信号処理部１２８
は、後述のように各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂか
ら取得した画像の高域周波数成分に基づいてカメラ本体
１０のピント面２２に対して撮影レンズ１２のピント状
態が合焦となるフォーカスレンズＦの位置（フォーカス
位置）を求める。

【００５７】そして、そのフォーカス位置へのフォーカ
スレンズＦの移動を指令する制御信号をフォーカスモー
タ駆動回路３０に出力する。フォーカスモータ駆動回路
３０は、図示しないフォーカスモータを駆動し、ギア等
からなる動力伝達機構３２を介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を信号処理部１２８に
よって指示されたフォーカス位置に設定する。このよう
な処理が連続的に行われることによってオートフォーカ
スの制御が行われる。

【００５８】信号処理部１２８は、図２に示さる信号処
理部２８と略同様の構成となっており、信号処理部２８
のピント状態検出用撮像素子Ａに対応した構成と同一の
回路がピント状態検出用撮像素子Ｂに対応して設けられ
ている。

【００５９】なお、同図に示される同期信号発生回路８
０から各種同期信号がピント状態検出用撮像素子Ａ、
Ｂ、やゲート回路５４、６４等の各回路に与えられてお
り、各回路の処理の同期が図られている。また、同期信
号発生回路８０からＣＰＵ８２には、ビデオ信号の１フ
ィールドごとの垂直同期信号（Ｖ信号）が与えられてい
る。

【００６０】ＣＰＵ８２は、上述のように各ピント状態
検出用撮像素子Ａ、Ｂから得られた焦点評価値に基づい
て、カメラ本体１０のピント面２２に対する撮影レンズ
１２の現在のピント状態を検出する。

【００６１】前記実施の形態では、カメラ本体１０のピ
ント面２２に共役の位置αに配置されたピント状態検出
用撮像素子Ａに対して撮像面が光学的に等距離となる前
後の位置β、γにピント状態検出用撮像素子Ａを移動さ
せた場合について説明したが、光路長が異なるようにピ
ント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂが配置され、かつ、カメ
ラ本体１０のピント面２２に共役な位置に対して光路長
が長くなる位置と短くなる位置のそれぞれにピント状態
検出用撮像素子Ａ、Ｂが配置されていれば十分である。

【００６２】すなわち、２つのピント状態検出用撮像素
子Ａ、Ｂのみをカメラ本体１０のピント面２２に共役な
位置の前後に配置することによって、ピント状態が前ピ
ン、後ピン、又は、合焦のいずれの状態かを検出し、そ
の検出結果に基づいてオートフォーカスの制御を行うよ
うにすることができる。

【００６３】図１０、図１１は、以上の記載を説明する
もので、横軸に撮影レンズ１２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。
このうち、図１０は前記図３に対応し、図１１は前記図
４に対応する。

【００６４】なお、光路長の異なる４つ以上のピント状
態検出用撮像素子を用い、カメラ本体１０のピント面２
２に共役な位置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つのピント状態検出用
撮像素子を配置するようにして合焦位置をより精度良く
検出できるようにしてもよい。

【００６５】以上の説明は、ピント状態検出用撮像素子
Ａ、Ｂで検出がなされ、適正にオートフォーカスがなさ
れた場合の態様である。

【００６６】次に、このような態様で適正にオートフォ
ーカスがなされない場合において、本発明が適用される
態様について説明する。図１２は、図１１と同様の焦点
評価値の曲線であり、（ａ）は適正にオートフォーカス
がなされない状態を示している。同図において、フォー
カスがＦｈより無限遠側では焦点評価値の曲線形状は略
フラットであり、ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢに
よる焦点評価値では、いずれの方向にオートフォーカス
の制御を行えば判断ができない状態にある。

【００６７】同様に、フォーカスがＦｉより至近側では
焦点評価値の曲線形状は略フラットであり、ピント状態
検出用撮像素子Ａ及びＢによる焦点評価値では、いずれ
の方向にオートフォーカスの制御を行っても判断ができ
ない状態にある。

【００６８】本発明では、このような場合、ＣＰＵ８２
からの指令により、直動手段７２によりピント状態検出
用の撮像部２６が２σ以上の距離移動され、再度ピント
状態検出用撮像素子Ａによる被写体光の撮像がなされ
る。このようにすれば、同図（ｂ）のフォーカス位置に
おいて、ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢによる焦点
評価値Ｐ_A 、Ｐ_B のいずれか又は双方がＦｈ又はＦｉよ
り内側に移動しオートフォーカスの制御が可能となる。

【００６９】ＣＰＵ８２からの指令により、直動手段７
２が移動される方向、移動される距離については、撮影
レンズ１２の特性、過去のオートフォーカス例の傾向、
撮影レンズ１２の機種、等に応じて任意に選択できる。

【００７０】上記実施の形態では、検出したピント状態
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、例えば、ピント状態の表示
等に使用することもできる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、ピント状態検出用撮像素子を駆動手段に
より光軸方向に微小量δ移動させる、いわゆるウォブリ
ングを採用するとともに、輝度信号レベルが所定値以下
となり、合焦が得られなくなったときには、直動手段に
よりピント状態検出用撮像素子を大きく移動させる。こ
れにより、輝度信号レベルの傾斜部分が容易に検出で
き、その結果、誤動作なく、迅速に、精度の高いピント
状態検出を行うことができる。

【００７２】また、従来のオートフォーカスの態様で
は、フォーカスレンズを移動させて合焦検出が行われる
例が多かった。これに対し、本発明によれば、ピント状
態検出用撮像素子を駆動手段により光軸方向に移動させ
るので、駆動系がコンパクトになるとともに、迅速な応
答が得られる。

【００７３】請求項２に記載の発明によれば、光路長が
σ異なる位置に配置された複数のピント状態検出用撮像
素子を有するので基本的なオートフォーカス機能は備え
ている。そして、輝度信号レベルが所定値以下となり、
合焦が得られなくなったときには、直動手段によりピン
ト状態検出用撮像素子を複数個同時に大きく移動させ
る。これにより、輝度信号レベルの傾斜部分が容易に検
出でき、その結果、誤動作なく、迅速に、精度の高いピ
ント状態検出を行うことができる。

【００７４】また、本発明も請求項１に記載の発明と同
様に、ピント状態検出用撮像素子を駆動手段により光軸
方向に移動させるので、駆動系がコンパクトになるとと
もに、迅速な応答が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮影レンズを使用したテレビカメ
ラシステムの一つの構成を示した構成図である。

【図２】ピント状態検出の処理を行う信号処理部の構成
を示したブロック図である。

【図３】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４】ピント状態検出用撮像素子によるピント状態検
出の処理の説明に使用した説明図である。

【図５】ピント状態検出用撮像素子によるピント状態検
出の処理の説明に使用した説明図である。

【図６】本発明に係る撮影レンズを使用したテレビカメ
ラシステムの他の構成を示した構成図である。

【図７】ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの概略平面図
である。

【図８】ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂを同一光軸上
で示した図である。

【図９】ピント状態検出の処理を行う信号処理部の構成
を示したブロック図である。

【図１０】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１１】２つのピント状態検出用撮像素子によるピン
ト状態検出の処理の説明に使用した説明図である。

【図１２】ピント状態検出用撮像素子によるピント状態
検出の処理の説明に使用した説明図である。

【符号の説明】

１０…カメラ本体、１２…撮影レンズ、Ｆ…フォーカス
レンズ、Ｒ１…前側リレーレンズ、Ｒ２…後側リレーレ
ンズ、Ｒ３…リレーレンズ、２４…ハーフミラー（光分
割手段）、２６…撮像部、Ａ、Ｂ…ピント状態検出用撮
像素子、２８…信号処理部、７０…駆動手段、７２…直
動手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズを通過してカメラ本体の映像
   用撮像素子に入射する映像用の被写体光からピント状態
   検出用の被写体光を生成し、該生成したピント状態検出
   用の被写体光をピント状態検出用撮像素子で撮像してピ
   ント状態を検出する撮影レンズのピント状態検出装置に
   おいて、 前記ピント状態検出用撮像素子は、光軸方向に微小量δ
   移動させる駆動手段により支持されるとともに、該駆動
   手段は光軸方向に前後移動させる直動手段により支持さ
   れており、 前記ピント状態検出用撮像素子から得られる輝度信号レ
   ベルが所定値以下のときには、前記直動手段により２δ
   以上の距離移動がなされ、再度前記ピント状態検出用撮
   像素子による被写体光の撮像がなされることを特徴とす
   る撮影レンズのピント状態検出装置。
2. 【請求項２】 撮影レンズを通過してカメラ本体の映像
   用撮像素子に入射する映像用の被写体光からピント状態
   検出用の被写体光を生成し、該生成したピント状態検出
   用の被写体光を互いに光路長がσだけ異なる位置に配置
   された複数のピント状態検出用撮像素子で撮像してピン
   ト状態を検出する撮影レンズのピント状態検出装置にお
   いて、 前記複数のピント状態検出用撮像素子は、光軸方向に前
   後移動させる直動手段により支持されており、 前記ピント状態検出用撮像素子のいずれか又は全てから
   得られる輝度信号レベルが所定値以下のときには、前記
   直動手段により２σ以上の距離移動がなされ、再度前記
   複数のピント状態検出用撮像素子による被写体光の撮像
   がなされることを特徴とする撮影レンズのピント状態検
   出装置。