JP2006064971A

JP2006064971A - フォーカス駆動装置

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Publication number: JP2006064971A
Application number: JP2004246900A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sasaki; 正佐々木
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09
Also published as: US7428377B2; US20060045509A1; EP1637910A1

Abstract

【課題】クラッチのオン／オフを伴ってＡＦとＭＦとの切替えを行うフォーカス駆動装置において、ピントが大きくずれてＡＦが不能な状態ではクラッチを自動でオフ状態にしてＭＦを有効にし、ＡＦが可能な状態ではクラッチを自動でオン状態にしてＡＦによるフォーカス調整を行うことによって、ＡＦとＭＦの切替操作を行う手間をなくすことができるフォーカス駆動装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ１０は、ワブリングレンズＷＬを微小振動させて焦点評価値をＡＦ処理部１２から取得する。これによって、合焦状態であることが検出された場合、又は、合焦方向が検出された場合にはクラッチＦＣをオン状態にしてフォーカスレンズＦＬをＡＦにより制御する。一方、合焦状態でなく、且つ、合焦方向が検出されない場合にはクラッチＦＣをオフ状態にしてフォーカスレンズＦＬをフォーカス操作リングＦＲの手動操作によって駆動できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明はフォーカス駆動装置に係り、特に手動によるフォーカス調整と、オートフォーカス（ＡＦ）によるフォーカス調整とが可能なフォーカス駆動装置に関する。

主にテレビ放送用のハンディカメラでは、ＥＮＧレンズと呼ばれるハンディタイプのレンズ装置が使用されている。ＥＮＧレンズではレンズ鏡胴の前側にフォーカス操作リングが設けられており、そのフォーカス操作リングを手動で回動動作することによってフォーカス調整を行うことができるようになっている。

また、ＥＮＧレンズのレンズ鏡胴には通常、ドライブユニットと呼ばれる駆動装置が設置されており、そのドライブユニットに搭載されたモータを駆動することによってフォーカス操作リングを電動で回動操作することができ、電動でフォーカス調整を行うこともできるようになっている。従って、ドライブユニット等にオートフォーカス（ＡＦ）機能を搭載することによって、ＡＦ用レンズとしても使用することができる。

ところで、ＡＦ用レンズの場合であっても放送用では特に手動（マニュアルフォーカス（ＭＦ））によるフォーカス調整を行えるようにし、ＡＦとＭＦとを併用できるようにすることが必要である。例えば、特許文献１にはＡＦとＭＦとを所定のスイッチによって切り替えるものが記載されている。一方、プロカメラマンの間では、フォーカスレンズ群に機械的に直結したフォーカス操作リング等の操作部材によってＭＦの操作を行うことに根強い人気がある。上記ＥＮＧレンズでは、フォーカス操作リングとドライブユニットのモータとをクラッチによって連結し、所定のスイッチによってクラッチを切り離すことによって、フォーカス操作リングによりＭＦの操作を行うことができるようになっている。
特開２００３−３３７２７８号公報

しかしながら、従来のＥＮＧレンズのように所定のスイッチによってクラッチを接続状態（オン）又は切離し状態（オフ）してＡＦとＭＦとを切り替える場合、その切替操作に手間と時間を要し、ＡＦとＭＦとを迅速に切り替えることができないという問題があった。例えば、フォーカス調整をＡＦで行いたい場合にＡＦを実行させても、大ボケの状態であった場合にはＡＦが有効に作動せずフォーカス調整が適切に行われないことがある。そのような場合、カメラマンはクラッチをオンからオフにしてＡＦからＭＦに切り替え、ＭＦによってフォーカス調整を行うことが必要となる。更に最終的なピント合わせを高精度に行いたい場合には、再度、クラッチをオフからオンにしてＭＦからＡＦに切り替えるという操作が必要となる。そのため、クラッチのオン／オフを切り替える操作などに手間と時間を要し、迅速にピント合わせを行うことができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、クラッチのような動力伝達機構の接続状態と切離し状態との切替えを伴ってＡＦとＭＦとの切替えを行うフォーカス駆動装置において、ＡＦの実行時に、ＡＦが有効に作動しないときにはＭＦに自動的に切り替えることによって、操作者がそのＡＦとＭＦとの切替操作に要する手間や時間をなくすことができるフォーカス駆動装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のオートフォーカスシステムは、撮影レンズのフォーカス調整のために光軸方向に前後移動可能に配置されたフォーカスレンズ群と、前記フォーカスレンズ群を駆動するためのモータと、前記モータの動力を前記フォーカスレンズ群に伝達可能にする接続状態と伝達不能にする切離し状態とで切り替えられる動力伝達機構と、撮影光学系を介して撮影される被写体画像のコントラストに基づいて前記モータによって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させるＡＦ手段と、前記フォーカスレンズ群を手動力によって移動させる手動操作手段と、前記ＡＦ手段によって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させることが可能なＡＦ可能状態であるか、又は、前記ＡＦ手段によって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させることが不能なＡＦ不能状態であるかを判定する判定手段と、前記判定手段によってＡＦ可能状態と判定された場合には前記動力伝達機構を前記接続状態に設定することにより、前記ＡＦ手段によって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させ、前記判定手段によってＡＦ不能状態と判定された場合には前記切替手段によって前記動力伝達機構を前記切離し状態に設定することにより、前記手動操作手段によって前記フォーカスレンズ群を移動させるための手動操作力を低減する切替制御手段と、を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ＡＦ可能状態、即ち、ＡＦが有効に作動する状態では、モータの動力をフォーカスレンズ群に伝達する動力伝達機構を接続状態にしてＡＦを実行させ、ＡＦ不能状態、即ち、ＡＦが有効に作動しない状態では、動力伝達機構を切離し状態にして、手動（ＭＦ）によるフォーカス調整を通常の操作力によって行えるようにしている。従って、操作者は、ＡＦが有効に作動するか否かを判断や、それに応じてＡＦとＭＦとを切り替えため操作を行う必要がなく、状況に応じて迅速にＡＦからＭＦの操作に切り替えることができる。また、ＭＦの操作のための操作部材を常に把持していることによってその操作部材の操作感等からＡＦが有効に作動しているか否かの判別も容易に可能であり、ＡＦが有効に作動していないという判断も迅速に行うことができ、ＭＦの操作への移行も迅速に行うことができる。

請求項２に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載の発明において、前記判定手段による判定、及び、該判定に基づく前記切替制御手段による前記動力伝達機構の前記接続状態と前記切離し状態との切替えは繰り返し実行されることを特徴としている。本発明によれば、ＡＦが有効に作動する状態か否の判断はＡＦ時やＭＦ時にも繰り返し行われ、もし、ＭＦ時にＡＦが有効に作動する状態となれば自動的にＡＦに切り替わる。

請求項３に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載の発明において、前記判定手段は、前記撮影光学系のフォーカス位置を変化させたときに生じる前記被写体画像のコントラストの変化に基づいて、合焦位置に移動させるための前記フォーカスレンズの移動方向の検出が可能な場合にはＡＦ可能状態と判定し、合焦位置に移動させるための前記フォーカスレンズの移動方向の検出が不能な場合にはＡＦ不能状態と判定することを特徴としている。本発明は、ＡＦ可能状態か否かの判定内容の一形態を示している。

請求項４に記載のオートフォーカスシステムは、前記ＡＦ手段は、前記撮影光学系に入射して記録又は再生用の被写体画像を撮像する映像用撮像素子の撮像面に入射する被写体光からオートフォーカス用の被写体光を分岐し、該オートフォーカス用の被写体光によって結像される被写体画像を光路長が異なる位置に配置された複数のＡＦ用撮像面によって撮像すると共に、各ＡＦ用撮像面によって撮像された被写体画像のコントラストを比較することによって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させる手段であって、前記判定手段は、前記各ＡＦ用撮像面によって撮像された被写体画像のコントラストを比較に基づいて、合焦位置に移動させるための前記フォーカスレンズの移動方向の検出が可能な場合にはＡＦ可能状態と判定し、合焦位置に移動させるための前記フォーカスレンズの移動方向の検出が不能な場合にはＡＦ不能状態と判定することを特徴としている。本発明は、いわゆる光路長差方式のＡＦにおいてＡＦ可能状態か否かの判定内容の一形態を示している。

本発明に係るフォーカス駆動装置によれば、ＡＦの実行時に、ＡＦが有効に作動しないときにはＭＦに自動的に切り替わり、操作者がそのＡＦとＭＦとの切替操作に要する手間や時間をなくすことができる

以下、添付図面に従って本発明に係るフォーカス駆動装置の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明に係るフォーカス駆動装置の構成を示したブロック図である。同図に示すフォーカス駆動装置は、主にテレビ放送用のハンディカメラ（ＥＮＧカメラ）に使用される撮影レンズ（例えばＥＮＧレンズ）のフォーカス駆動に関する装置であり、撮影レンズのレンズ鏡胴内においてフォーカス調整のために光軸方向に前後移動可能に配置されたフォーカスレンズ（群）ＦＬと、ワブリングのために光軸方向に前後移動可能に配置されたワブリングレンズ（群）ＷＬと、レンズ鏡胴の周部に回動可能に配設されたフォーカス操作リングＦＲと、レンズ鏡胴の側部に設置されたドライブユニット内に配置される各構成部とから構成されている。

ドライブユニット内には、フォーカスレンズＦＬを駆動するフォーカス用モータＦＭと、フォーカス用モータＦＭの動力をフォーカスレンズＦＬに伝達する動力伝達機構に組み込まれたクラッチＦＣと、クラッチＦＣを接続状態（オン状態）又は切離し状態（オフ状態）に切り替えるクラッチ用モータＣＭと、ワブリングレンズＷＬを駆動するワブリング用モータＷＭと、フォーカスやクラッチＦＣの制御に関して後述する処理を実行するＣＰＵ１０と、オートフォーカス時におけるピント情報（焦点評価値情報）を検出するＡＦ処理部１２等が配置されている。

フォーカスレンズＦＬは、レンズ鏡胴内で光軸方向に前後移動するようになっており、フォーカスレンズＦＬの位置を調整することによって撮影レンズのフォーカス調整が行われる。クラッチＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４をオフにすると、ＣＰＵ１０の出力ポートからクラッチ用アンプＣＡに出力される制御信号によってクラッチ用モータＣＭが駆動されクラッチＦＣがオフ状態となる。このとき、フォーカス用モータＦＭがフォーカスレンズＦＬから切り離されるため、フォーカス操作リングＦＲを手動により通常の操作力で回動操作することができ、フォーカス操作リングＦＲに機械的に連結されたフォーカスレンズＦＬをその手動力によって動かすことができるようになっている。尚、クラッチＦＣがオフ状態となっている状態をマニュアルフォーカス（ＭＦ）の状態という。

一方、クラッチＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４をオンにすると、ＣＰＵ１０の出力ポートからクラッチ用アンプＣＡに出力される制御信号によってクラッチＦＣがオン状態となり、フォーカス用モータＦＭがフォーカスレンズＦＬに動力伝達可能に連結される。従って、このときＣＰＵ１０の出力ポートからフォーカス用アンプＦＡに出力される制御信号によってフォーカス用モータＦＭが駆動されると、その動力によってフォーカスレンズＦＬが移動するようになっている。また、フォーカスレンズＦＬの位置情報は位置センサＦＰによって検出されＣＰＵ１０に与えられている。

尚、実際の機構としてはフォーカス用モータＦＭは例えばフォーカス操作リングＦＲに連結され、フォーカス用モータＦＭによってフォーカス操作リングＦＲを回動させることによってフォーカスレンズＦＬを駆動する構成となっている。また、クラッチＦＣは、例えばその機構内においてオフ状態で離間している部材間をオン状態で接触させ、その部材間の摩擦力によって動力を伝達するようになっており、クラッチＦＣをオン状態にしている場合であってもその部材間を摩擦力に抗して滑らせてフォーカス操作リングＦＲを手動で回動操作することは可能である。但し、クラッチＦＣがオフ状態の場合に比べるとフォーカス操作リングＦＲを回動させるために必要な操作力が大きくなる。

このようにクラッチＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４をオンに設定しておくと、オートフォーカス（ＡＦ）によるフォーカス調整が可能な状態となる。尚、この状態をＡＦモードという。

ワブリングレンズＷＬは、例えばレンズ鏡胴のリヤ側（絞りの後）に配置され、ＣＰＵ１０の出力ポートからワブリング用アンプＷＡに出力される制御信号によってワブリング用モータＷＭが駆動されると、光軸方向に前後移動するようになっている。ワブリングレンズＷＬは、後述のようにＡＦでの合焦方向の判断等においてフォーカスを微小変動させるために使用される。

次に、ＡＦモードでの処理について以下詳説すると、ドライブユニットには、本レンズ鏡胴が装着されたカメラによって撮影されている映像（被写体画像）の映像信号がカメラから入力されており、その映像信号はＡＦ処理部１２に取り込まれるようになっている。

ＡＦ処理部１２に取り込まれた映像信号は、まずＡ／Ｄ変換器２０によってデジタル信号に変換される。そして、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２によってその映像信号から高域周波数成分の信号が抽出され、その信号がゲート回路２４に入力される。ゲート回路２４では、入力された映像信号（高域周波数成分の信号）のうち、画面内に設定された所定のＡＦエリア（例えば、画面中央部の矩形状のエリア）内の信号のみが抽出され、その抽出された範囲の映像信号が加算回路２６に入力される。加算回路２６は、入力された映像信号を１画面分（１フィールド分）ずつ積算する。その積算値は、カメラで撮影されているＡＦエリア内の被写体画像のコントラストの大きさを示し、本明細書では焦点評価値というものとする。

ＣＰＵ１０はこのようにしてＡＦ処理部１２で得られる焦点評価値をピント情報として取得しながらＡＦモードの処理を実行する。

ＣＰＵ１０におけるＡＦモードの処理を図２のフローチャートを用いて説明する。ＣＰＵ１０は、電源がオンされ、クラッチＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４がオンされている場合、以下のＡＦモード時の処理を実行する。尚、クラッチＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４がオンされている場合にＡＦモード以外のモードを選択できるようにすることも可能であり、その場合には、クラッチＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４がオンされ、且つ、所定のスイッチによってＡＦモードが選択された場合にＡＦモードの処理を実行する。ＡＦモード時においてＣＰＵ１０は、まず、所要の初期設定を行った後（ステップＳ１０）、フォーカス以外の処理を実行する（ステップＳ１２）。尚、ＣＰＵ１０は、フォーカス以外にズームやアイリス等の制御も行っている。

続いて、ＣＰＵ１０は、ワブリングを実行する（ステップＳ１４）。即ち、ワブリング用モータＷＭを駆動し、ワブリングレンズＷＬを基準位置に対して前後に微小振動させ、フォーカスを至近側と無限遠側に微小振動させる。そして、ワブリングレンズＷＬを振動させている間に基準位置に対して至近側に変位させた位置（至近側位置）と無限遠側に変位させた位置（無限遠側位置）での焦点評価値をＡＦ処理部１２から取得する。

次にＣＰＵ１０は、至近側位置と無限遠側位置での焦点評価値に基づいてＡＦが有効に作動するＡＦ可能状態か否かを判定する（ステップＳ１６）。即ち、至近側位置と無限遠側位置での焦点評価値を比較し、合焦状態であるか、又は、合焦方向の検出が可能な状態であるかを判定する。例えば、至近側位置の焦点評価値と無限遠側位置の焦点評価値との差が０とみなせる程の大きさで、且つ、いずれの焦点評価値も所定のしきい値以下（合焦状態のときと明らかに相違するレベル）の場合には、ＡＦ可能状態でない（ＡＦ不能状態）と判定し、それ以外のときにはＡＦ可能状態と判定する。

ここで、図３は、一定の被写体を撮影しながらフォーカスレンズＦＬを至近端から無限遠端まで移動させたと仮定した場合に各フォーカスレンズ位置において得られる焦点評価値のグラフの一例を示した図である。同図に示すように焦点評価値のグラフは焦点評価値が最大となる合焦点付近において山型の分布を示し、フォーカスレンズ位置が合焦点から大きく離れると、焦点評価値が殆ど変化せず且つ小さい値となる。

上記ワブリングを行った場合に、至近側位置の焦点評価値と無限遠側位置の焦点評価値との差が０とみなせる程度の大きさの場合には、フォーカスレンズ位置（ワブリングの始動位置）が合焦点の位置か、又は、合焦点から大きく離れた位置のいずれかにあることが分かる。そして、それらの焦点評価値のいずれもが小さい値、即ち、所定のしきい値以下の値の場合には、合焦点から大きく離れた位置であり、合焦点の方向を判別することができない状態、即ち、ＡＦ不能状態と判定される。

一方、至近側位置の焦点評価値と無限遠側位置の焦点評価値との差が０とみなせる程度の大きさの場合に、それらの焦点評価値のいずれもが上記しきい値より大きい値の場合には、ワブリングの始動位置は合焦点の位置であり、ＡＦ可能状態と判定される。また、至近側位置の焦点評価値と無限遠側位置の焦点評価値との差が０とみなせる程度の差より大きい場合には、フォーカスレンズ位置が山型分布の傾斜範囲にあることが分かる。この場合、至近側位置の焦点評価値と無限遠側位置の焦点評価値の大小関係から合焦点の方向（合焦方向）を知ることができ、ＡＦ可能状態と判定される。

ＣＰＵ１０は、図２のステップＳ１６の判定においてＹＥＳと判定した場合には、続いて、上記ワブリングによって検出した焦点評価値に基づいて合焦か否かを判定する（ステップＳ１８）。ＮＯと判定した場合にはクラッチＦＣをオン状態にし（ステップＳ２０）、上記ワブリングによって検出した焦点評価値に基づいてフォーカスレンズＦＬを合焦方向に所定量又は所定速度で移動させる（ステップＳ２２）。そして、ステップＳ１４に戻る。

一方、ステップＳ１８においてＹＥＳ、即ち、合焦と判定した場合には、ステップＳ１２に戻る。

上記ステップＳ１６においてＮＯ、即ち、ＡＦ不能状態と判定した場合、ＣＰＵ１０は、クラッチＦＣをオフ状態にし、ＭＦの状態に切り替える（ステップＳ２４）。これによって、操作者はＡＦによるフォーカス調整が不能の場合に、フォーカス操作リングＦＲを手動で操作してフォーカス調整を行うことができる。ステップＳ２４の後、ＣＰＵ１０はステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２からの処理を繰り返し実行する。

ここで、ステップＳ２４においてクラッチＦＣがオフ状態になっている場合でもステップＳ１４においてワブリングが行われる。もし、操作者によるフォーカス操作リングＦＲの操作によってＡＦ可能状態となり、ステップＳ１６においてＹＥＳと判定された場合には、その後、クラッチＦＣがオン状態に切り替えられ、ＡＦによってフォーカスレンズＦＬが合焦点に移動する。一方、ＡＦ不能状態の場合にはクラッチＦＣがオフ状態のままＭＦの状態が継続される。

以上のＡＦモードの処理によれば、大ボケの状態のようにＡＦが有効に作動しないような状況ではクラッチＦＣが自動でオフされるため、操作者は、フォーカス操作リングＦＲの操作感が軽くなったときにＡＦによるフォーカス調整が不能な状態であることを認識することができる。また、そのとき、クラッチＦＣをオフ状態に切り替える操作を行うことなくフォーカス操作リングＦＲを手動操作してＭＦでフォーカス調整を行うことができる。更に、フォーカス操作リングＦＲを手動操作によって合焦点付近までフォーカスレンズＦＬを移動させると、自動的にクラッチＦＣがオン状態に切り替わり、ＡＦによってフォーカス調整が行われるようになる。

尚、クラッチＦＣがオン状態でＡＦが有効に作動している場合であっても、クラッチＦＣがオフ状態のときよりも大きな操作力によってフォーカス操作リングＦＲを強制的に手動で回動させることが可能であり、例えば、その手動操作によって、ＡＦで合わせられた合焦点と異なる位置にフォーカスレンズＦＬを移動させて停止させておくことや、合焦点が複数ある場合に、ＡＦで合わせられた合焦点と異なる合焦点にフォーカスレンズＦＬを誘導することができる。

以上の実施の形態において、強制ＭＦボタンを設け、ＡＦ可能状態でクラッチＦＣがオン状態となっている場合であってもその強制ＭＦボタンを押している間、クラッチＦＣがオフ状態となるようにし、通常の操作力によってフォーカス操作リングＦＲを回動操作できるようにしてもよい。また、クラッチＦＣのクラッチトルクを調整してクラッチＦＣがオン状態であってもフォーカス操作リングＦＲを容易に手動で回動操作できるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、撮影レンズがワブリングレンズＷＬを備えている場合について説明したが、撮影レンズがワブリングレンズＷＬを備えていない場合であってもフォーカスレンズＦＬを微小振動させることによってワブリングを行うことが可能であり、上記実施の形態と同様にＡＦモードの処理を行うことができる。その場合、ステップＳ１６においてＡＦ不能状態と判定されてクラッチＦＣがオフ状態となっているときに、その後、ＡＦ可能状態となったか否かを判定するためにステップＳ１４でワブリングを行うときにはクラッチＦＣを一旦オン状態に切り替えることが必要である。

また、ステップＳ１６においてＡＦ不能状態と判定され、クラッチＦＣがオフ状態となっている場合に、その後、ＡＦ可能状態となったか否かの判定は、ワブリングを行うのではなく、ＭＦの操作によってフォーカスレンズＦＬが移動している際に焦点評価値を取得し、その焦点評価値に基づいて判定するようにしてもよい。これによれば、上述のように撮影レンズがワブリングレンズＷＬを備えていない場合にワブリングを行うためにクラッチＦＣをオン状態にすることが不要となる利点がある。

次に、本発明を光路長差方式のＡＦを行うフォーカス駆動装置に適用した場合の実施の形態について説明する。図４は、光路長差方式のＡＦにおいて使用される撮影レンズ（光学系）の構成を示した図である。

撮影レンズ１１０には、光軸Ｏに沿った本線光路においてフォーカスレンズ（群）ＦＬ、ズームレンズ（群）ＺＬ、絞りＩ、前側リレーレンズ（群）ＲＡ及び後側リレーレンズ（群）ＲＢからなるリレーレンズ（リレー光学系）等が順に配置されている。フォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬは光軸方向に移動可能なレンズ群であり、フォーカスレンズＦＬが移動するとピント位置（被写体距離）が変化し、ズームレンズＺＬが移動すると、像倍率（焦点距離）が変化するようになっている。絞りＩは開閉動作し、絞りＩの開閉度によって像の明るさが変化する。

撮影レンズ１１０に入射してこれらの本線光路の光学系を通過した被写体光はカメラ本体１１４に入射する。カメラ本体１１４には、撮影レンズ１１０から入射した被写体光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の波長に分解する色分解光学系１２４と、色分解された各色の被写体光の像を撮像するＲ、Ｇ、Ｂごとの映像用撮像素子（例えばＣＣＤ）が配置されている。尚、光学的に等価な光路長の位置に配置されたＲ、Ｇ、Ｂの映像用撮像素子を同図に示すように１つの映像用撮像素子１２６で表すものとする。映像用撮像素子１２６の撮像面に入射した被写体光は、映像用撮像素子１２６によって光電変換されてカメラ本体１１４内の所定の信号処理回路によって記録又は再生用の映像信号が生成される。

一方、撮影レンズ１１０のリレー光学系の前側リレーレンズＲＡと後側リレーレンズＲＢとの間には、ハーフミラー１１６が配置されている。このハーフミラー１１６によって、撮影レンズ１１０の本線光路からＡＦ用光路が分岐される。撮影レンズ１１０に入射した被写体光のうち、ハーフミラー１１６を透過した被写体光は、本線用の被写体光としてそのまま光軸Ｏに沿った本線光路を通過してカメラ本体１１４へと導かれる。ハーフミラー１１６で反射した被写体光は、ＡＦ用の被写体光として上記光軸Ｏに略垂直な光軸Ｏ′に沿ったＡＦ用光路へと導かれる。

ＡＦ用光路には、上記後側リレーレンズＲＢと同等のＡＦ用リレーレンズ１１８と、２つのプリズム１２０Ａ、１２０Ｂから構成される光分割光学系１２０と、ＡＦ用撮像素子１２２Ａ、１２２Ｂが配置されている。ハーフミラー１１６で反射してＡＦ用光路へと導かれた被写体光は、ＡＦ用リレーレンズ１１８を通過した後、光分割光学系１２０に入射する。光分割光学系１２０に入射した被写体光は、第１プリズム１２０Ａと第２プリズム１２０Ｂとが接合する部分のハーフミラー面Ｍで光量が等価な２つの被写体光に分岐される。ハーフミラー面Ｍで反射した被写体光は、一方のＡＦ用撮像素子１２２Ａの撮像面に入射し、ハーフミラー面Ｍを透過した被写体光は他方のＡＦ用撮像素子１２２Ｂの撮像面に入射する。

図５は、カメラ本体１１６の映像用撮像素子１２６とＡＦ用撮像素子１２２Ａ、１２２Ｂとを同一の光軸上に表した図である。同図に示すように、一方のＡＦ用撮像素子１２２Ａに入射する被写体光の光路長は、他方のＡＦ用撮像素子１２２Ｂに入射する被写体光の光路長よりも短く設定され、映像用撮像素子１２６の撮像面に入射する被写体光の光路長は、その中間の長さとなるように設定されている。すなわち、１対のＡＦ用撮像素子１２２Ａ、１２２Ｂ（の撮像面）は、それぞれ映像用撮像素子１２６の撮像面に対して前後等距離ｄの位置となるように配置されている。

このように撮影レンズ１１０に配置された１対のＡＦ用撮像素子１２２Ａ、１２２Ｂによって、撮影レンズ１１０に入射した被写体光を映像用撮像素子１２６の撮像面に対して前後等距離の位置の撮像面で撮像した場合と等価な映像信号が得られるようになっている。尚、ＡＦ用撮像素子１２２Ａ、１２２Ｂはカラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態ではＡＦ用撮像素子１２２Ａ、１２２Ｂから白黒の映像信号（輝度信号）が取得されるものとする。

撮影レンズ１１０のフォーカスレンズＦＬは、図１に示したフォーカス駆動装置と同様に構成されたフォーカス駆動装置によって制御されるようになっており、そのフォーカス制御装置を図６に示す。尚、図６において図１の構成部と同一又は類似の構成部には同一符号を付しその説明を省略する。

同図においてＡＦ処理部１２には、上記ＡＦ用撮像素子１２２Ａ、１２２Ｂによって得られた各々の映像信号が入力される。尚、ＡＦ用撮像素子１２２Ａから得られる映像信号をｃｈＡの映像信号といい、ＡＦ用撮像素子１２２Ｂから得られる映像信号をｃｈＢの映像信号という。

ＡＦ処理部１２には図１のＡＦ処理部１２に示したＡ／Ｄ変換器２０、ＨＰＦ２２、ゲート回路２４、及び、加算回路２６と一致した処理を行うＡ／Ｄ変換器２０Ａ、２０Ｂ、ＨＰＦ２２Ａ、２２Ｂ、ゲート回路２４Ａ、２４Ｂ、及び、加算回路２６Ａ、２６ＢがｃｈＡの映像信号とｃｈＢの映像信号のそれぞれに対して設けられている。これによって、ｃｈＡの映像信号とｃｈＢの映像信号のそれぞれから焦点評価値が得られる。尚、ｃｈＡの映像信号から得られた焦点評価値をｃｈＡの焦点評価値といい、ｃｈＢの映像信号から得られた焦点評価値をｃｈＢの焦点評価値という。

ＣＰＵ１０はこれらのｃｈＡの焦点評価値とｃｈＢの焦点評価値をＡＦ処理部１２から取得しながらＡＦモードの処理を実行する。

ＣＰＵ１０におけるＡＦモードの処理を図７のフローチャートを用いて説明する。ＣＰＵ１０は、電源がンされ、クラッチＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４がオンされている場合、以下のＡＦモード時の処理を実行する。まず、所要の初期設定を行った後（ステップＳ５０）、フォーカス以外の処理を実行する（ステップＳ５２）。

続いて、ＣＰＵ１０は、ＡＦ処理部１２からｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値を取得し（ステップＳ５４）、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてＡＦ可能状態か否かを判定する（ステップＳ５６）。

ここで、図８は、一定の被写体を撮影しながらフォーカスレンズを至近端から無限遠端まで移動ささせたときに各フォーカスレンズ位置において得られるｃｈＡの焦点評価値とｃｈＢの焦点評価値のグラフの一例を示した図である。同図において、実線で示す曲線Ａ、Ｂは、それぞれｃｈＡ、ｃｈＢの焦点評価値を示し、図中点線で示す曲線Ｃは、映像用撮像素子１２６から得られた映像信号により焦点評価値を求めたと仮定した場合の焦点評価値を示している。

これによれば、曲線Ｃの焦点評価値が最大（極大）となる点が合焦点であり、そのときｃｈＡの焦点評価値とｃｈＢの焦点評価値が一致する。従って、ｃｈＡの焦点評価値とｃｈＢの焦点評価値が一致していれば合焦と判断される。

一方、ｃｈＡの焦点評価値の方がｃｈＢの焦点評価値より大きい場合には、フォーカスレンズ位置が合焦点よりも至近側に設定されている状態であり、合焦方向は無限遠方向と判断される。

逆にｃｈＢの焦点評価値の方がｃｈＡの焦点評価値より大きい場合には、フォーカスレンズ位置が合焦点よりも無限遠側に設定されている状態であり、合焦方向は至近方向と判断される。

これに対して、ｃｈＡの焦点評価値とｃｈＢの焦点評価値との差が０とみなせる大きさで、且つ、いずれの焦点評価値も所定のしきい値より小さい場合には、合焦点ではなくフォーカスレンズ位置が合焦点から大きく離れていると判断することができる。その場合、合焦方向の検出は不能となり、ＡＦ不能状態と判定される。これ以外の場合、即ち、フォーカスレンズＦＬが合焦点にある場合又は合焦方向の検出が可能な場合にはＡＦ可能状態と判定される。

ＣＰＵ１０は、上記ステップＳ５６においてＹＥＳ、即ち、ＡＦ可能状態と判定した場合には、続いて、合焦か否かを判定する（ステップＳ５８）。ＮＯと判定した場合には、クラッチＦＣをオン状態にし（ステップＳ６０）、上記ステップＳ５４において取得したｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてフォーカスレンズＦＬを合焦方向に所定量又は所定速度で移動させる（ステップＳ６２）。そして、ステップＳ５４に戻る。ステップＳ５８においてＹＥＳ、即ち、合焦と判定した場合には、ステップＳ５２に戻る。

一方、ステップＳ５６においてＮＯ、即ち、ＡＦ不能状態と判定した場合には、クラッチＦＣをオフ状態にし、ＭＦの状態に切り替える（ステップＳ６４）。これによって、操作者はＡＦによるフォーカス調整が不能の場合に、フォーカス操作リングＦＲを手動で操作してフォーカス調整を行うことができる。ステップＳ６４の後、ＣＰＵ１０は、ステップＳ５２に戻り、ステップＳ５２からの処理を繰り返し実行する。

以上、上記実施の形態では、ＭＦの操作をレンズ鏡胴に設けられたフォーカス操作リングＦＲで行う場合について説明したが、他の形態の操作部材によってＭＦの操作を行う場合についても本発明を適用できる。

図１は、本発明に係るフォーカス駆動装置の構成を示したブロック図である。図２は、ＣＰＵにおけるＡＦモードの処理手順を示したフローチャートである。図３は、一定の被写体を撮影しながらフォーカスレンズを至近端から無限遠端まで移動させたと仮定した場合に各フォーカスレンズ位置において得られる焦点評価値のグラフの一例を示した図である。図４は、光路長差方式のＡＦにおいて使用される撮影レンズ（光学系）の構成を示した図である。図５は、カメラ本体の映像用撮像素子とＡＦ用撮像素子とを同一の光軸上に表した図である。図６は、図４のフォーカスレンズを制御するフォーカス駆動装置の構成を示したブロック図である。図７は、光路長差方式のＡＦにおけるＣＰＵでのＡＦモードの処理手順を示したフローチャートである。図８は、一定の被写体を撮影しながらフォーカスレンズを至近端から無限遠端まで移動ささせたときに各フォーカスレンズ位置において得られるｃｈＡの焦点評価値とｃｈＢの焦点評価値のグラフの一例を示した図である。

符号の説明

１０…ＣＰＵ、１２…ＡＦ処理部、１４…クラッチＯＮ／ＯＦＦスイッチ、２０…Ａ／Ｄ変換器、２２…ハイパスフィルタ、２４…ゲート回路、２６…加算回路、１１０…撮影レンズ、１１４…カメラ本体、１２２Ａ、１２２Ｂ…ＡＦ用撮像素子、１２６…映像用撮像素子、ＦＬ…フォーカスレンズ、ＦＲ…フォーカス操作リング、ＦＭ…フォーカス用モータ、ＦＣ…クラッチ、ＣＭ…クラッチ用モータ、ＷＬ…ワブリングレンズ、ＷＭ…ワブリング用モータ

Claims

撮影レンズのフォーカス調整のために光軸方向に前後移動可能に配置されたフォーカスレンズ群と、
前記フォーカスレンズ群を駆動するためのモータと、
前記モータの動力を前記フォーカスレンズ群に伝達可能にする接続状態と伝達不能にする切離し状態とで切り替えられる動力伝達機構と、
撮影光学系を介して撮影される被写体画像のコントラストに基づいて前記モータによって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させるＡＦ手段と、
前記フォーカスレンズ群を手動力によって移動させる手動操作手段と、
前記ＡＦ手段によって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させることが可能なＡＦ可能状態であるか、又は、前記ＡＦ手段によって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させることが不能なＡＦ不能状態であるかを判定する判定手段と、
前記判定手段によってＡＦ可能状態と判定された場合には前記動力伝達機構を前記接続状態に設定することにより、前記ＡＦ手段によって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させ、前記判定手段によってＡＦ不能状態と判定された場合には前記切替手段によって前記動力伝達機構を前記切離し状態に設定することにより、前記手動操作手段によって前記フォーカスレンズ群を移動させるための手動操作力を低減する切替制御手段と、
を備えたことを特徴とするフォーカス駆動装置。
前記判定手段による判定、及び、該判定に基づく前記切替制御手段による前記動力伝達機構の前記接続状態と前記切離し状態との切替えは繰り返し実行されることを特徴とする請求項１のフォーカス駆動装置。
前記判定手段は、前記撮影光学系のフォーカス位置を変化させたときに生じる前記被写体画像のコントラストの変化に基づいて、合焦位置に移動させるための前記フォーカスレンズの移動方向の検出が可能な場合にはＡＦ可能状態と判定し、合焦位置に移動させるための前記フォーカスレンズの移動方向の検出が不能な場合にはＡＦ不能状態と判定することを特徴とする請求項１のフォーカス駆動装置。
前記ＡＦ手段は、前記撮影光学系に入射して記録又は再生用の被写体画像を撮像する映像用撮像素子の撮像面に入射する被写体光からオートフォーカス用の被写体光を分岐し、該オートフォーカス用の被写体光によって結像される被写体画像を光路長が異なる位置に配置された複数のＡＦ用撮像面によって撮像すると共に、各ＡＦ用撮像面によって撮像された被写体画像のコントラストを比較することによって前記フォーカスレンズ群を合焦位置に移動させる手段であって、前記判定手段は、前記各ＡＦ用撮像面によって撮像された被写体画像のコントラストを比較に基づいて、合焦位置に移動させるための前記フォーカスレンズの移動方向の検出が可能な場合にはＡＦ可能状態と判定し、合焦位置に移動させるための前記フォーカスレンズの移動方向の検出が不能な場合にはＡＦ不能状態と判定することを特徴とする請求項１のフォーカス駆動装置。