JP2006215284A - オートフォーカスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 光路長差方式のＡＦにおいて、２つのＡＦ用撮像素子のうち、一方のＡＦ用撮像素子を移動可能にし、大ぼけの際に合焦方向の検出が不能な場合にそのＡＦ用撮像素子を移動させて焦点評価値を検出することによって合焦方向を検出し、検出した合焦方向にフォーカスを移動させることによって大ぼけの状態でフォーカスが停止する不具合を防止し、フォーカスを適切に合焦状態に設定することができるオートフォーカスシステムを提供する。
【解決手段】 撮影レンズのフォーカス位置が大ぼけの状態で合焦方向の判断が不能な場合、１対のＡＦ撮像素子２２Ａ、２２Ｂのうち一方のＡＦ用撮像素子２２Ａを移動させ、その映像信号から得られる焦点評価値に基づいて合焦方向を検出する。これよって合焦方向にフォーカスを移動させ、合焦方向の検出が可能となれば通常通りフォーカスを制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明はオートフォーカスシステムに係り、特に光路長差方式のオートフォーカスにより撮影レンズのピント合わせを行うオートフォーカスシステムに関する。

いわゆるコントラスト方式のオートフォーカス（ＡＦ）において、撮影される被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値が最大となるようにフォーカスを制御する方式として、焦点評価値が増加する方向にフォーカスを動かし、焦点評価値が増加しなくなる位置でフォーカスを停止させるいわゆる山登り制御方式が知られている。

この山登り制御方式は一般的に、フォーカスを微小変動させるワブリングによってピント状態が前ピン、後ピン、合焦のいずれの状態かを検出し、それによって合焦の方向（ベストピント方向）、すなわち焦点評価値が増加する方向にフォーカスを動かす方式のため、ワブリングによるフォーカスの変動が画面上で視認できてしまうおそれがあった。また、ワブリングを行う分だけ合焦までに時間を要するという問題があった。

これに対して、例えば特許文献１には、光路長差を有する複数の撮像素子を用いることによりワブリングを行うことなくピント状態を検出できるようにしたオートフォーカスシステムが記載されている。

このオートフォーカスシステムは、撮影レンズに入射した被写体光がハーフミラーなどによって分岐され、分岐された一方の被写体光が記録または再生用の映像信号を取得する本来の撮像素子（本明細書では映像用撮像素子という）の撮像面に入射し、他方の被写体光（本明細書ではＡＦ用被写体光という）がさらに分岐されてＡＦ用の映像信号を取得するための２つの撮像素子（本明細書ではＡＦ用撮像素子という）の撮像面に入射するものである。２つのＡＦ用撮像素子は、それらの撮像面が映像用撮像素子の撮像面よりも等距離分だけ光路長が短くなる位置と長くなる位置とに配置されており、各ＡＦ用撮像素子にて取得された映像信号から求められる２つの焦点評価値の大小関係によってピント状態が検出される。すなわち、各ＡＦ用撮像素子から得られる焦点評価値は、撮影レンズのフォーカス（ピント位置）を現在位置から至近側と無限遠側とにそれぞれ等距離分だけ変位させた場合に映像用撮像素子によって得られる映像信号によって求められる焦点評価値に相当している。したがって、これら焦点評価値を比較した場合にそれぞれが一致していれば合焦と判断され、相違していればどのＡＦ用撮像素子の焦点評価値が大きいかまたは小さいかによって前ピンまたは後ピンと判断される。これにより、フォーカスを至近側と無限遠側とに変位させたときの焦点評価値がフォーカスを実際に動かすことなくＡＦ用撮像素子からの映像信号によって同時に取得されるため、ワブリングを行うことなく迅速にピント状態を検出することができる。
特開２００３−２７０５１７号公報

ところで、特許文献１に開示されているような光路長差方式のオートフォーカスシステムにおいては、上記の２つのＡＦ用撮像素子から得られた焦点評価値は、フォーカスが合焦状態から大きくずれた状態、即ち、大ぼけの状態でも一致する。このため、大ぼけの状態では、ピント状態を検出することができず、又は、合焦と誤検出してフォーカスが大ぼけの状態で停止するおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撮影レンズのフォーカスを合焦状態に適切に設定することができるオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係るオートフォーカスシステムは、撮影レンズに入射した被写体光を記録又は再生用の映像信号を取得するための映像用撮像素子の撮像面に入射する本線用の被写体光とオートフォーカス用の被写体光とに分割する光分割手段と、前記光分割手段によって分割された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撮像面によって撮像する第１のオートフォーカス用撮像素子の撮影面によって撮像された被写体画像のコントラストの高さを示す第１焦点評価値と、前記第２のオートフォーカス用撮像素子の撮像面によって撮像された被写体画像のコントラストの高さを示す第２焦点評価値とを算出する焦点評価値算出手段と、前記焦点評価値算出手段によって算出された第１焦点評価値と第２焦点評価値とに基づいて前記撮影レンズのフォーカスを制御し、第１焦点評価値と第２焦点評価値とが一致する合焦位置にフォーカスを設定するフォーカス制御手段とを備えたオートフォーカスシステムにおいて、前記第１のオートフォーカス用撮像素子を光軸に沿って前後移動させる駆動手段と、前記第１のオートフォーカス用撮像素子が基準位置に設定されている際に前記焦点評価値算出手段によって算出された第１焦点評価値と第２焦点評価値とが一致し、かつ、所定値より小さい場合には、前記駆動手段によって前記第１のオートフォーカス用撮像素子を前記基準位置から移動させると共に、前記焦点評価値算出手段によって第１焦点評価値を算出し、該第１焦点評価値に基づいて合焦方向を検出する合焦方向検出手段とを備え、前記フォーカス制御手段は、前記第１のオートフォーカス用撮像素子が前記基準位置に設定されている際に前記焦点評価値算出手段によって算出された第１焦点評価値と第２焦点評価値とが一致し、かつ、前記所定値より小さい場合には、前記撮影レンズのフォーカスを前記合焦方向検出手段によって検出された合焦方向に移動させることを特徴としている。

本発明によれば、第１焦点評価値と第２焦点評価値とが一致し、かつ、所定値より小さくなるような大ぼけの状態の場合に、その状態を合焦状態と誤って判断することがなく、フォーカスが大ぼけの状態で停止する不具合が防止される。

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、前記フォーカス制御手段は、前記撮影レンズのフォーカスを前記合焦方向検出手段によって検出された合焦方向に移動させている際に、前記焦点評価値算出手段によって算出された第１焦点評価値と第２焦点評価値とが不一致となった場合には、第１焦点評価値と第２焦点評価値に基づくフォーカスの制御に移行することを特徴としている。本発明は、オートフォーカス用撮像素子を移動させて検出した合焦方向にフォーカスを移動させることによって大ぼけの状態が解消された場合に、光路長差方式のＡＦでの通常のフォーカス制御に移動するようにしたものである。

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又は２に記載の発明において、前記フォーカス制御における第１焦点評価値と第２焦点評価値に基づくフォーカスの制御は、第１焦点評価値と第２焦点評価値の大小関係から合焦方向を検出し、該検出した合焦方向にフォーカスを移動させる制御であることを特徴としている。本発明は、光路長差方式のＡＦでの通常のフォーカス制御の態様を示したものである。

本発明によれば、撮影レンズのフォーカスが大ぼけの状態で停止することなく合焦状態に適切に設定される。

以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明のオートフォーカスシステムを適用したレンズシステムの構成を示したブロック図である。同図のレンズシステムは、例えば放送用テレビカメラのカメラ本体１４（カメラヘッド）にマウントによって装着される撮影レンズ１０（光学系）と、撮影レンズ１０を制御する制御系１２とから構成されている。尚、撮影レンズ１０と制御系１２とは一部を除いて一体化されたレンズ装置として構成されている場合や、撮影レンズ１０と制御系１２とが別体の装置として構成される場合等のようにシステムを構成する装置の形態はどのようなものでもよい。また、制御系１２には主にフォーカス（オートフォーカス）の制御に関連する構成のみが示されており、その他の制御（ズーム制御や絞り制御）に関する構成については省略している。

撮影レンズ１０には、本線光路の光軸Ｏに沿っ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１０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１４に入射する。カメラ本体１４には、撮影レンズ１０から入射した被写体光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の波長に色分解する色分解光学系２４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２６で表すものとする。映像用撮像素子２６の撮像面に入射した被写体光は、映像用撮像素子２６によって光電変換されてカメラ本体１４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１０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、本線光路の光軸Ｏに対して略４５度に傾斜したハーフミラー１６が配置されている。このハーフミラー１６によって、撮影レンズ１０の本線光路からＡＦ用光路が分岐される。撮影レンズ１０に入射した被写体光のうち、ハーフミラー１６を透過した被写体光は、本線用被写体光としてそのまま光軸Ｏの本線光路を通過してカメラ本体１４へと導かれる。ハーフミラー１６で反射した被写体光は、ＡＦ用被写体光として光軸Ｏに略直交する光軸Ｏ′に沿ったＡＦ用光路へと導かれる。尚、ハーフミラー１６は、必ずしも入射光を透過光と反射光とに等しい光量比で分割するものではなく、所定の光量比で分割する（例えば透過光と反射光とに７：３の光量比で分割する）光分割手段である。

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（群）１８と、ビームスプリッター２０と、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂ（例えばＣＣＤ）が配置されている。

ハーフミラー１６で反射してＡＦ用光路へと導かれたＡＦ用被写体光は、ＡＦ用リレーレンズ１８を通過した後、ビームスプリッター２０に入射する。ビームスプリッター２０に入射した被写体光は、そのハーフミラー面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２２Ａ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２２Ｂの撮像面に入射する。ＡＦ用撮像素子２２Ａは後述の駆動装置３４によって光軸（光軸Ｏ″）に沿って前後移動するようになっているが、ここでは、所定の基準位置に固定されているものとする。

図２は、カメラ本体１４の映像用撮像素子２６とＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂ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２２Ａの撮像面に入射する被写体光の光路長は、他方のＡＦ用撮像素子２２Ｂの撮像面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２６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２２Ａ、２２Ｂの撮像面は、それぞれ映像用撮像素子２６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、光路長差２ｄを有している。

このように撮影レンズ１０に配置された１対のＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂによって、撮影レンズ１０に入射した被写体光を映像用撮像素子２６の撮像面に対して前後の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２２Ａ、２２Ｂ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２２Ａ、２２Ｂから白黒の映像信号（輝度信号）が取得されるものとする。

一方、撮影レンズ１０を制御する制御系１２には、図１に示すように制御部３０、フォーカスレンズＦＬに連結されたモータＦＭ、ポテンショメータＦＰ等が配置されており、制御部３０は、ポテンショメータＦＰによって検出されるフォーカスレンズＦＬの位置情報を参照しながらモータＦＭの回転速度等を制御することによってフォーカスレンズＦＬの位置や動作速度を制御することができるようになっている。尚、ズームレンズＺＬや絞りＩも例えばフォーカスレンズＦＬと同様にモータによって制御されるが、その構成及び説明を省略する。

制御部３０は、フォーカスレンズＦＬの制御に関して、例えばマニュアルフォーカス（ＭＦ）とオートフォーカス（ＡＦ）の制御を切り替えて行っており、ＭＦ時には、例えばカメラマン等によってマニュアル操作されるフォーカスコントローラ（図示せず）からの指令信号に従ってフォーカスレンズＦＬを制御する。一方、ＡＦ時には、後述するＡＦ処理部３２からの焦点評価値情報に基づいてフォーカスレンズＦＬを制御し、被写体に自動でピントを合わせる。

以下、ＡＦ時に動作する制御系１２の構成及び処理について詳説する。ＡＦ時において、制御部３０はＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂによって撮影された被写体画像のコンラストの高さを示す焦点評価値をＡＦ処理部３２から読み込む。図３は、そのＡＦ処理部３２の構成を示したブロック図である。図２で示したように映像用撮像素子２６の撮像面に対して光学的に前後等距離の位置に撮像面が配置された１対のＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２ＢではＡＦ用光路を通過して各撮像面に結像された被写体画像がフィールド周期で電気信号に変換され、映像信号として出力されている。そして、それらの映像信号はＡＦ処理部３２に入力されるようになっている。尚、ＡＦ用撮像素子２２Ａ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２２Ｂから得られる映像信号をｃｈＢの映像信号という。

ＡＦ処理部３２は、ｃｈＡの映像信号を処理するためのＡ／Ｄ変換器５０Ａ、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５２Ａ、ゲート回路５４Ａ、加算回路５６Ａと、ｃｈＢの映像信号を処理するためのＡ／Ｄ変換器５０Ｂ、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５２Ｂ、ゲート回路５４Ｂ、加算回路５６Ｂとから構成されている。ｃｈＡの映像信号を処理するための各回路５０Ａ〜５６Ａと、ｃｈＢの映像信号を処理するための各回路５０Ｂ〜５６Ｂとでは同一の処理が施されるため、ｃｈＡの映像信号に対する各回路５０Ａ〜５６Ａの処理のみを説明すると、ＡＦ処理部３２に入力されたｃｈＡの映像信号は、まず、Ａ／Ｄ変換器５０Ａによりデジタル信号に変換される。次に、その映像信号は、ＨＰＦ５２Ａによって高域周波数成分の信号のみが抽出される。その高域周波数成分の映像信号は続いてゲート回路５４Ａに入力され、撮影範囲（画面）内に設定された所定のＡＦエリア（例えば画面中央の矩形エリア）に対応する範囲内の映像信号のみが抽出される。そして、ゲート回路５４Ａによって抽出されたＡＦエリア内の映像信号は加算回路５６Ａに入力され、１フィールド分（１画面分）ずつ積算される。

このようにして各加算回路５６Ａ、５６Ｂで得られる積算値は、それぞれＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂで撮像された被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値であり、それぞれ、制御部３０に読み込まれる。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。

制御部３０は、ＡＦ処理部３２から取得したｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいて映像用撮像素子２６に対する撮影レンズ１０のピント状態を検出する。ピント状態の検出は、次のような原理で行われる。図４は、横軸に撮影レンズのフォーカスレンズＦＬの位置（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と焦点評価値との関係を例示した図である。図中実線で示す曲線Ａ、Ｂは、それぞれｃｈＡ、ｃｈＢの映像信号から得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をフォーカス位置に対して示している。一方、図中点線で示す曲線Ｃは、映像用撮像素子２６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フォーカス位置に対して示している。

同図において、ピント状態が合焦となるのは、曲線Ｃで示す映像用撮像素子２６の焦点評価値が最大（極大）となるときのフォーカス位置Ｆ０にフォーカスが設定された場合である。もし、撮影レンズ１０のフォーカスがその合焦位置Ｆ０よりも至近側のフォーカス位置Ｆ１に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ１に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ１となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ１に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ１となる。この場合、図から分かるようにｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ１の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ１よりも大きくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ１の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ１よりも大きい場合には、フォーカスが合焦位置Ｆ０よりも至近側に設定されている状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。

一方、撮影レンズ１０のフォーカスが合焦位置Ｆ０よりも無限遠側のフォーカス位置Ｆ２に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ２に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ２となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ２に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ２となる。この場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ２の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ２よりも小さくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ２の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ２よりも小さい場合には、フォーカスが合焦位置Ｆ０よりも無限遠側に設定されている状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。

これに対して、撮影レンズ１０のフォーカスがフォーカス位置Ｆ０、即ち、合焦位置に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ０に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ０となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ０に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ０となる。この場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ０とｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ０は等しくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ０とｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ０とが等しい場合にはフォーカスが合焦位置Ｆ０に設定されている状態、すなわち、合焦状態であることが分かる。

制御部３０は、このようにｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値によって撮影レンズ１０の現在のピント状態が映像用撮像素子２６に対して前ピン、後ピン、合焦のいずれの状態であるかを検出しながらフォーカスレンズＦＬを制御する。例えば、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値から検出したピント状態が前ピンの場合には合焦方向（ベストピント方向）である無限遠方向にフォーカスレンズＦＬを移動させ、ピント状態が後ピンの場合にはベストピント方向である至近方向にフォーカスレンズＦＬを移動させる。そして、ピント状態が合焦（ベストピント状態）の場合には、フォーカスレンズＦＬを停止させる。これによって、撮影レンズ１０のピント状態が合焦状態となる位置にフォーカスレンズＦＬが移動して停止する。尚、フォーカスレンズＦＬを移動させる際の速度もｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の比や差などに基づいて制御される。このようにｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の大小関係に従ってフォーカスを制御し合焦させるＡＦの方式を光路長差方式と称している。また、ピント状態の検出とベストピント方向（合焦のためのフォーカスの移動方向）の検出とは実質的に同意義であり、ピント状態の検出（認識）は実際の処理上では必ずしも必要ではなく、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値から直接ベストピント方向を検出することができる。

次に、ＡＦ時において、フォーカス（フォーカスレンズＦＬ）が大ぼけの状態で停止する不具合を防止する構成及び処理について説明する。図４のようにフォーカスがフォーカス位置Ｆ３やＦ４に設定されている場合、即ち、フォーカスが合焦位置Ｆ０から大きくずれた大ぼけの位置に設定されている場合、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致する。この場合、焦点評価値の大きさが合焦位置での焦点評価値に比べると明らかに小さい値となるため、合焦状態でないことは判断できるが、前ピンとも後ピンとも判断することができないためピント状態を判断することができない。従って、ベストピント方向を判断することもできない状態となるためフォーカスレンズＦＬを移動させることができない。仮に、フォーカスレンズＦＬを適当な方向に移動させてピント状態の検出が可能な位置まで移動させるようにした場合、その方向がベストピント方向であればその後、光路長差方式の通常の処理によりｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてフォーカスレンズＦＬを合焦位置に移動させることができ、違和感無くピント合わせが行われる。しかしながら、最初にフォーカスレンズＦＬをベストピント方向と反対方向に移動させた場合には、その移動方向ではピント状態の検出が不能であることを判断した後、フォーカスレンズＦＬの移動方向を反転させることが必要となるため、フォーカスの動作に違和感が生じ、その動作が映像用撮像素子２６で撮影される映像上でも視認されてしまう不具合が生じる。

そこで、本実施の形態では、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致し、かつ、それらの焦点評価値の大きさが合焦状態でないと判断できる所定値Ｖｓより小さい値の場合には、ＡＦ用撮像素子２２Ａ（の撮像面）を動かしてベストピント方向を検出し、その方向にフォーカスレンズＦＬを移動させて光路長差方式における通常の処理によりピント状態の検出が可能な位置までフォーカスレンズＦＬを移動させることによって大ぼけの状態でフォーカスレンズＦＬが停止する不具合を防止するようにしている。ＡＦ用撮像素子２２Ａを移動させる場合には、映像用撮像素子２６で撮影される映像には何ら影響を及ぼすことが無いため、仮にＡＦ用撮像素子２２Ａの最初の移動方向がベストピント方向でなくても撮像素子２６で撮影される映像には違和感が生じることがない。

ＡＦ用撮像素子２２Ａは、図１において、駆動装置３４によって光軸Ｏ″（撮像面に垂直な軸）に沿って前後方向に駆動されるようになっており、図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれその駆動装置３４の側面図と正面図である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように駆動装置３４は、主として撮影レンズ１０の鏡胴に設置された保持枠６０、ＡＦ用撮像素子２２Ａを支持するフレーム６２、ばね６４、モータ６６、ポテンショメータ６８、雄ねじを周面に備えた回転軸７０などで構成されている。

保持枠６０には光軸Ｏ″と平行に形成された案内溝６０ａ、６０ｂが形成されており、この案内溝６０ａ、６０ｂによってフレーム６２が光軸Ｏ″と平行に摺動自在に支持される。案内溝６０ａ、６０ｂに沿ってフレーム６２を摺動させれば、フレーム６２に支持されたＡＦ用撮像素子２２Ａを光軸Ｏ″に沿って前後に移動できる（図５（ａ）矢印）。

保持枠６０の案内溝６０ｂの縁部には、フレーム６２に付勢力を与えるばね６４が設けられ、このばね６４によってフレーム６２は図５（ａ）における右方向に向けて常時付勢される。

一方、保持枠６０の前記ばね６４に対向する案内溝６０ｂの縁部には、回転軸７０を回動自在に支持する支持孔７２が形成され、この支持孔７２の内周部には回転軸７０の前記雄ねじと螺合する雌ねじが形成されている。回転軸７０の前端部（図５（ａ）における左側）は前記フレーム６２に当接しており、回転軸７０の回動にともなうねじの送り作用および回転軸７０の直進作用によって、フレーム６２を前記ばね６４の付勢力に抗して同図左方向に付勢する。

回転軸７０の後端部にはギヤ７４が取り付けられ、このギヤ７４にはポテンショメータ６８の回転検出用の入力軸７６に取り付けられたギヤ７８が噛合される。さらにこのギヤ７８は、モータ６６の出力軸８０に取り付けられたギヤ８２と噛合されている。

このような構成の駆動装置３４によれば、図１の制御部３０は、モータ６６を駆動することによってフレーム６２によって支持されたＡＦ用撮像素子２２Ａを光軸Ｏ″に沿って前後に駆動できる。また、ポテンショメータ６８によりギヤ７８の回転位置をＡＦ用撮像素子２２Ａの位置として検出することによってＡＦ用撮像素子２２Ａを所望の位置に設定することができる。

次に、フォーカスレンズＦＬが大ぼけの状態で停止する不具合を防止するＡＦ時の制御部３０の処理について図６のフローチャートを用いて説明する。ＡＦの処理を開始すると制御部３０は、まず、ＡＦ処理部３２からｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値を読み込む（ステップＳ１０）。そして、それらのｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致し、かつ、所定値Ｖｓより小さいか否かを判定する（ステップＳ１２）。即ち、大ぼけの状態か否かを判定する。ＮＯと判定した場合には、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値によりピント状態（ベストピント方向）の検出が可能な状態であり、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてステップＳ２６からステップＳ３２までの光路長差方式における通常のＡＦの処理を実行する。尚、ステップＳ２６からステップＳ３２の処理は、光路長差方式におけるＡＦの処理の一例を示したもので、他の処理態様であってもよい。

制御部３０は、まず、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致したか否かを判定する（ステップＳ２６）。即ち、合焦状態か否かを判定する。ＮＯと判定した場合には、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてベストピント方向にフォーカスレンズＦＬを移動させる（ステップＳ２８）。尚、単にｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値により検出されるベストピント方向にフォーカスレンズＦＬを移動させるだけでなく、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の比や差等からフォーカスレンズＦＬの移動速度等の制御等も行う。続いて、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をＡＦ処理部３２から読み込み（ステップＳ３０）、ステップＳ２６の判定処理に戻る。ステップＳ２６からステップＳ３０の処理を繰り返し、ステップＳ２６においてＹＥＳ、即ち、合焦状態と判定した場合にはフォーカスレンズＦＬの移動を停止させる（ステップＳ３２）。これによって撮影レンズ１０のフォーカスが合焦状態、即ち、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致し、かつ、所定値Ｖｓ以上の値となるフォーカス位置に設定される。

一方、ステップＳ１２においてＹＥＳ、即ち、ピント状態（ベストピント方向）の判断が不能な状態と判定した場合には、ＡＦ用撮像素子２２Ａを基準位置（図２のように映像用撮像素子２６の撮像面に対して前後等距離ｄの位置にＡＦ用撮像素子２２Ａの撮像面とＡＦ用撮像素子２２Ｂの撮像面とが配置されるような位置）に対して前後に移動させて、その移動の間、ｃｈＡの焦点評価値をＡＦ処理部３２から読み込む（ステップＳ１４）。例えば、初めにＡＦ用撮像素子２２Ａを無限遠側（フォーカスを無限遠側に移動させた場合に相当するｃｈＡの焦点評価値を得る方向であって、ＡＦ用撮像素子２２Ｂの撮像面との光路量差を広げる方向）に基準位置から所定移動量分の位置まで移動させながら所定時間間隔でｃｈＡの焦点評価値を読み込む。次に、ＡＦ用撮像素子２２Ａの移動方向を反転させて至近側（フォーカスを至近側に移動させた場合に相当するｃｈＡの焦点評価値を得る方向であって、ＡＦ用撮像素子２２Ｂの撮像面との光路長差を狭める方向）に基準位置から所定移動量分の位置まで移動させながら所定時間間隔でｃｈＡの焦点評価値を読み込む。

このようにしてＡＦ用撮像素子２２Ａを移動させている間に取得したｃｈＡの焦点評価値に基づいてベストピント方向を判断する（ステップＳ１６）。即ち、ＡＦ用撮像素子２２Ａを基準位置に対して至近側と無限遠に移動させている間に取得したｃｈＡの焦点評価値が増加した方向、又は、ピーク点を検出した方向をベストピント方向とする。

尚、ステップＳ１４及びステップＳ１６の処理において、ＡＦ用撮像素子２２Ａを最初に移動させる方向は無限遠側と至近側のいずれでもよく、また、ＡＦ用撮像素子２２Ａの移動中にｃｈＡの焦点評価値を逐次読み込みながらその方向がベストピント方向か否かの判断を同時に行っても良い。その際、ベストピント方向であると判断した時点でＡＦ用撮像素子２２Ａの移動を終了してもよい。特に、ＡＦ用撮像素子２２Ａを最初の移動方向に移動させている際にその方向がベストピント方向であると判断した場合には、その方向への移動を終了するだけでなく、移動方向を反転させてＡＦ用撮像素子２２Ａを移動させることを行わないようにしてもよいし、逆に、最初の移動方向がベストピント方向でないと判断した場合に反対方向がベストピント方向であると判断し、移動方向を反転させてＡＦ用撮像素子２２Ａを移動させることを行わないようにしてもよい。

以上のようにしてベストピント方向を判断すると、次に制御部３０は、ＡＦ用撮像素子２２Ａを基準位置に戻す（ステップＳ１８）。そして、フォーカスレンズＦＬをベストピント方向に移動させる。続いてその移動の間、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をＡＦ処理部３２から取得する（ステップＳ２２）。そして、そのｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致し、かつ、所定値Ｖｓより小さいか否かを判定する（ステップＳ２４）。即ち、大ぼけの状態か否かを判定する。ＹＥＳと判定される間、ステップＳ２２とステップＳ２４の処理を繰り返す。一方、ステップＳ２４においてＮＯ、即ち、ピント状態の検出が可能な状態となったと判定された場合には、光路長差方式における通常のＡＦの処理に移行し、上述したようにステップＳ２６からステップＳ３２までの処理（説明を省略する）を実行する。

以上、上記実施の形態では、ＡＦ用撮像素子２２Ａを移動させて検出したベストピント方向にフォーカスレンズＦＬを移動させている際に、ステップＳ２４の判定によりｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が不一致となった場合に光路長差方式における通常のＡＦの処理（ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づくフォーカス制御）に移行するようにしたが、必ずしも通常のＡＦの処理に移行することなく、そのままフォーカスレンズＦＬを移動させてｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいて合焦状態となったか否かの判断のみを行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、光路長差方式のＡＦにおいて大ぼけの場合のベストピント方向を検出するためにＡＦ用撮像素子２２Ａを移動させるようにしたが、ＡＦ用撮像素子２２Ａを移動可能にしたことによって光路長差方式のＡＦと通常のコントラスト方式のＡＦとを選択できるようにすることもできる。即ち、コントラスト方式のＡＦが選択された場合、ＡＦ用撮像素子２２Ａの撮像面を映像用撮像素子２６の撮像面と同一の光路長となる位置（映像用撮像素子２６と同一画像を撮像する位置）に設定すると共にその位置（基準位置）で得られるｃｈＡの焦点評価値が最大（極大）となるようにフォーカスを制御するものとし、ＡＦ用撮像素子２２Ａを基準位置に対して前後に微小量移動（ワブリング）させた際に得られたｃｈＡの焦点評価値の変化からフォーカスの移動方向であるベストピント方向を検出することによってフォーカスを合焦位置に移動させることができる。また、光路長差方式のＡＦ時における大ぼけの状態の場合に限らず、また、通常のコントラスト方式のＡＦでのワブリングに限らず、フォーカスの移動方向（ベストピント方向）を決める目的としてＡＦ用撮像素子２２Ａを移動可能にしたことを利用することができる。

また、上記実施の形態では、ＡＦ用撮像素子２２Ａを移動可能にしたが、ＡＦ用撮像素子２２Ａの代わりにＡＦ用撮像素子２２Ｂを移動可能にしてもよい。

図１は、本発明のオートフォーカスシステムを適用したレンズシステムの構成を示したブロック図である。 図２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３は、ＡＦ処理部の構成を示したブロック図である。 図４は、フォーカス位置を変えて得られるｃｈＡのｃｈＢの焦点評価値を例示した図である。 図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ＡＦ用撮像素子を駆動する駆動装置の一実施の形態の構成を示した側面図及び正面図である。 図６は、フォーカスレンズが大ぼけの位置で停止する不具合を防止したＡＦ時の制御部の処理手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１０…撮影レンズ、１２…制御系、１４…カメラ本体、１６…ハーフミラー、１８…ＡＦ用リレーレンズ、２０…ビームスプリッター、２２Ａ、２２Ｂ…ＡＦ用撮像素子、２６…映像用撮像素子、３０…制御部、３２…ＡＦ処理部、３４…駆動装置、５０Ａ、５０Ｂ…Ａ／Ｄ変換器、５２Ａ、５２Ｂ…ハイパスフィルタ、５４Ａ、５４Ｂ…ゲート回路、５６Ａ、５６Ｂ…加算回路、６０…保持枠、６２…フレーム、６４…ばね、７０…回転軸、ＦＬ…フォーカスレンズ（群）、ＦＭ、６６…モータ、ＦＰ、６８…ポテンショメータ

Claims (3)

1. 撮影レンズに入射した被写体光を記録又は再生用の映像信号を取得するための映像用撮像素子の撮像面に入射する本線用の被写体光とオートフォーカス用の被写体光とに分割する光分割手段と、前記光分割手段によって分割された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撮像面によって撮像する第１のオートフォーカス用撮像素子の撮影面によって撮像された被写体画像のコントラストの高さを示す第１焦点評価値と、前記第２のオートフォーカス用撮像素子の撮像面によって撮像された被写体画像のコントラストの高さを示す第２焦点評価値とを算出する焦点評価値算出手段と、前記焦点評価値算出手段によって算出された第１焦点評価値と第２焦点評価値とに基づいて前記撮影レンズのフォーカスを制御し、第１焦点評価値と第２焦点評価値とが一致する合焦位置にフォーカスを設定するフォーカス制御手段とを備えたオートフォーカスシステムにおいて、
   前記第１のオートフォーカス用撮像素子を光軸に沿って前後移動させる駆動手段と、
   前記第１のオートフォーカス用撮像素子が基準位置に設定されている際に前記焦点評価値算出手段によって算出された第１焦点評価値と第２焦点評価値とが一致し、かつ、所定値より小さい場合には、前記駆動手段によって前記第１のオートフォーカス用撮像素子を前記基準位置から移動させると共に、前記焦点評価値算出手段によって第１焦点評価値を算出し、該第１焦点評価値に基づいて合焦方向を検出する合焦方向検出手段とを備え、
   前記フォーカス制御手段は、前記第１のオートフォーカス用撮像素子が前記基準位置に設定されている際に前記焦点評価値算出手段によって算出された第１焦点評価値と第２焦点評価値とが一致し、かつ、前記所定値より小さい場合には、前記撮影レンズのフォーカスを前記合焦方向検出手段によって検出された合焦方向に移動させることを特徴とするオートフォーカスシステム。
2. 前記フォーカス制御手段は、前記撮影レンズのフォーカスを前記合焦方向検出手段によって検出された合焦方向に移動させている際に、前記焦点評価値算出手段によって算出された第１焦点評価値と第２焦点評価値とが不一致となった場合には、第１焦点評価値と第２焦点評価値に基づくフォーカスの制御に移行することを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
3. 前記フォーカス制御における第１焦点評価値と第２焦点評価値に基づくフォーカスの制御は、第１焦点評価値と第２焦点評価値の大小関係から合焦方向を検出し、該検出した合焦方向にフォーカスを移動させる制御であることを特徴とする請求項１又は２のオートフォーカスシステム。

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