JP2008225239A

JP2008225239A - オートフォーカスシステム

Info

Publication number: JP2008225239A
Application number: JP2007065658A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Kanayama; 篤司金山
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-25
Also published as: EP1972981A2; US8106992B2; US20080225159A1

Abstract

【課題】カメラ本体の映像用撮像素子とは別にＡＦ用撮像素子を備えたオートフォーカスシステムにおいて、ＡＦ用撮像素子に結像する被写体像を拡大又は縮小することによって、ＡＦ用撮像素子として任意のサイズのものを使用できるしたため、ＡＦ用撮像素子の入手が容易であり、コストダウンやシステムの小型化が可能となる。
【解決手段】光路長差方式のオートフォーカスシステムの撮影レンズ１０の構成として、カメラ本体１４の映像用撮像素子２６に被写体光を導く本線光路からＡＦ用の被写体光が分岐され、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂに被写体像を結像する。映像用撮像素子２６は、２／３型のＣＣＤであるの対して、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂには入手が容易で安価な１／３型のＣＣＤが使用される。そして、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂのサイズが映像用撮像素子２６のサイズよりも小さいことを考慮して、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂに結像される被写体像も縮小光学系１７により縮小される。
【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、特に光路長差を有する複数の撮像面により撮像された被写体画像のコントラストに基づいて自動でピント合わせを行う光路長差方式のＡＦを採用したオートフォーカスシステムに関する。

放送用又は業務用のテレビカメラにおいて採用されているオートフォーカス（ＡＦ）として、光路長差方式と称するＡＦ方式が知られている（例えば特許文献１参照）。この光路長差方式のＡＦを採用したオートフォーカスシステムでは、例えば、撮影レンズ内にハーフミラー等の光分割光学系が配置され、撮影レンズにおける光路が本線光路とＡＦ用光路に分岐される。本線光路には記録又は再生用の映像を撮影するためのカメラ本体の撮像素子（本明細書では映像用撮像素子という）が配置され、その映像用撮像素子よって記録又は再生用の映像が撮影される。

一方、ＡＦ用光路にはＡＦ用の撮像素子（本明細書ではＡＦ用撮像素子という）の複数の撮像面が光路長差を有して配置される。尚、複数のＡＦ用撮像素子によって複数の撮像面を形成する場合や単一のＡＦ用撮像素子によって複数の撮像面を形成する場合が考えられる。ＡＦ用光路に分岐された被写体光は、ＡＦ用光路に配置された光分割光学系で分割されてＡＦ用撮像素子の各撮像面に入射する。これによって、各撮像面ごとに被写体画像が撮像されＡＦ用撮像素子から各撮像面ごとの映像信号が得られる。このようにして得られた各撮像面ごとの映像信号に基づいて各撮像面で撮像された被写体画像のコントラストが焦点評価値として求められる。そして、それらの焦点評価値を比較することによって映像用撮像素子の撮像面に対する撮影レンズのピント状態（合焦、前ピン、後ピン）が検出され、そのピント状態が合焦となるように撮影レンズのフォーカスが制御される。
特開２００２−３６５５１７号公報

ところで、テレビカメラでは、カメラ本体の撮像素子（映像用撮像素子）として、２／３型ＣＣＤが多く使用されている。一方、上記のような光路長差方式のＡＦを採用した場合に、ＡＦ用撮像素子として映像用撮像素子と同じ大きさのＣＣＤが使用される。その理由は、映像用撮像素子の撮影画面内において、ピント合わせの対象とする範囲（ＡＦエリア）が一定範囲に制限（例えば矩形状の範囲）されると共に、そのＡＦエリアの範囲を任意の位置や大きさに変更できるようにするためである。

しかしながら、２／３型ＣＣＤは、サイズが大きいことや、近年の撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー）は小型化が進んだことから、２／３型の撮像素子の入手が困難になっている等の問題が生じている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、カメラ本体の映像用撮像素子とは別にＡＦ用撮像素子を備えたオートフォーカスシステムにおいて、ＡＦ用撮像素子の入手の容易性、コストダウン、システムの小型化を可能にす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。

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、カメラ本体の映像用撮像素子に被写体像を結像する撮影光学系と、該撮影光学系からオートフォーカス用の被写体光を分割する光分割光学系と、該光分割光学系により分割されたオートフォーカス用の被写体光により結像される被写体像を撮像するＡＦ用撮像素子と、該ＡＦ用撮像素子により撮像された被写体像に基づいて前記撮影光学系が合焦状態となるように該撮影光学系のフォーカスを制御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、前記光分割光学系により分割されたオートフォーカス用の被写体光が通過するＡＦ用光路に、前記ＡＦ用撮像素子に結像される被写体像を拡大又は縮小するための拡大／縮小光学系が配置されたことを特徴としている。

本発明によれば、ＡＦ用撮像素子に結像される被写体像の大きさが拡大／縮小光学系により映像用撮像素子とは独立して調整されるため、ＡＦ用撮像素子として任意のサイズの撮像素子を使用することができる等の効果を有する。

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、前記映像用撮像素子のサイズと前記ＡＦ用撮像素子のサイズが異なると共に、前記拡大／縮小光学系は、前記映像用撮像素子により撮影される被写体像と、前記ＡＦ用撮像素子により撮像される被写体像とが一致するように前記ＡＦ用撮像素子に結像される被写体像を拡大又は縮小することを特徴としている。

本発明は、ＡＦ用撮像素子のサイズが映像用撮像素子のサイズと異なる場合の態様を示したものである。

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ＡＦ用撮像素子は、光路長差を有する位置に配置された複数の撮像面を備えた１又は複数の撮像素子であ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オートフォーカスを採用した場合の態様を示したものである。

本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、カメラ本体の映像用撮像素子とは別にＡＦ用撮像素子を備えたオートフォーカスシステムにおいて、ＡＦ用撮像素子の入手の容易性、コストダウン、システムの小型化を可能にすることができる。

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を実施するための最良の形態について詳説する。

図１は、本発明に係る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、例えば放送用又は業務用の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（撮影光学系）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。

撮影レンズ１０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、ズーム倍率（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の光学系に入射する。カメラ本体１４の光学系には、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（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との間には光分割光学系１６が配置されている。光分割光学系１６は、第１プリズム１６Ａと第２プリズム１６Ｂとから構成されており、第１プリズム１６Ａと第２プリズム１６Ｂとが接合する部分にハーフミラー面１６Ｍが形成されている。このハーフミラー面１６Ｍ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、光分割光学系１６のハーフミラー面１６Ｍ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１４へと導かれる。一方、光分割光学系１６のハーフミラー面１６Ｍ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。尚、ハーフミラー面１６Ｍに入射した入射光に対してハーフミラー面１６Ｍで分割される透過光と反射光の光量比は必ずしも等価（１対１）ではなく、例えばＡＦ用の被写体光となる反射光の光量の方が透過光よりも少ない。

ＡＦ用光路には、縮小光学系１７、リレーレンズ（群）１８、第１プリズム２０Ａ及び第２プリズム２０Ｂからなる光分割光学系２０、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂ等が配置されている。

上記光分割光学系１６で分割されてＡＦ用光路へと導かれた被写体光は、縮小光学系１７及びリレーレンズ１８を通過した後、光分割光学系２０に入射する。尚、縮小光学系１７はリレーレンズ１８を通過して結像される被写体像の大きさを縮小するための光学系であり、詳細は後述する。

光分割光学系２０に入射した被写体光は、第１プリズム２０Ａと第２プリズム２０Ｂとが接合する部分のハーフミラー面２０Ｍで光量が等価な２つの被写体光に分割され、ハーフミラー面２０Ｍ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２０Ｍ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。

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に入射する被写体光の光路長は、他方のＡＦ用撮像素子２２Ｂ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ている。

また、映像用撮像素子２６として、図３（Ａ）に示すようにサイズが２／３型（対角１１ｍｍ）のＣＣＤが使用されているのに対して、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂとして、図３（Ｂ）に示すようにサイズが１／３型（対角６ｍｍ）のＣＣＤが使用されている。ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂのサイズが映像用撮像素子２６のサイズと異なる理由として、１／３型のＣＣＤの方が、映像用撮像素子２６として使用されている２／３型のＣＣＤよりも入手が容易なこと、低価格であること、小型であること等が挙げられる。

一方、このように映像用撮像素子２６のサイズに対してＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂのサイズの方が小さいことに対応して、映像用撮像素子２６の撮像面に結像される被写体像に対してＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂの撮像面に結像される被写体像が上記縮小光学系１７により縮小されるようになっている。即ち、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂのサイズが映像用撮像素子２６のサイズに対して５４．５パーセントの大きさであることに対応して、縮小光学系１７も、ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂでの被写体像を映像用撮像素子２６での被写体像の大きさに対して５４．５パーセントの大きさに縮小する。

このような構成により、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に撮像面を配置した場合に撮影される映像と等価な映像が１対のＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂによって得られる。

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。

図１において撮影レンズ１０のフォーカスレンズＦＬは制御系１２によって電動で制御されるようになっている。フォーカスレンズＦＬにはモータＦＭ及びポテンショメータＦＰが連結されており、モータＦＭの回転速度等を制御系１２の制御部３０によって制御すると共に、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の位置情報を制御部３０に与えることによって、フォーカスレンズＦＬの位置や動作速度等を制御部３０が制御する構成となっている。尚、ズームレンズＺＬや絞りＩ等の可動の光学部材の制御も制御部３０によって同様に制御されるが説明を省略する。

制御部３０によるフォーカスレンズＦＬの制御（フォーカス制御）には、例えば、マニュアルフォーカス（ＭＦ）モードとオートフォーカス（ＡＦ）モードとがあり、図示しないスイッチによっていずれかのモードが選択できるようになっている。ＭＦモードの場合、制御部３０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モードの場合、制御部３０は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。

ＡＦモードの制御について詳説すると、ＡＦモードでは制御部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低を示す焦点評価値をＡＦ処理部３２から取得する。図４は、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ＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂの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〜５０６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低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５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フォーカスレンズＦＬを無限遠方向に移動させ、ピント状態が後ピンの場合にはフォーカスレンズＦＬを至近方向に移動させる。そして、ピント状態が合焦の場合には、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。

以上、上記実施の形態では、映像用撮像素子２６のサイズよりもＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂのサイズの方が小さい場合について説明したが、映像用撮像素子２６のサイズよりもＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂのサイズの方が大きい場合も考えられ、その場合には図１に示したＡＦ用光路の縮小光学系１７の代わりにＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂの撮像面に結像する被写体像を拡大する拡大光学系を配置し、映像用撮像素子２６により撮影される映像と同等の画角の映像がＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂにより撮影されるようにすればよい。

また、上記実施の形態では、２つのＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂが配置される場合について説明したが、ＡＦ用撮像素子が１つ又は３つ以上配置される場合においても本発明を適用できる。ＡＦ用撮像素子が１つの場合には、光路長差方式のＡＦではなく、一般的なコントラスト方式のＡＦが適用される。また、光路長差を有する位置に配置される複数の撮像面を１つのＡＦ用撮像素子に形成することも可能であり、必ずしも光路長差を有する位置に配置される撮像面の数とＡＦ用撮像素子の数は一致しない。

また、映像用撮像素子２６のサイズとＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂのサイズとが異なる場合に限らず一致している場合であっても、ＡＦ用光路において被写体像の大きさを変更可能にズーム光学系を配置すると有益である。例えば、ＡＦモードにおいてピント合わせの対象範囲、即ち、ＡＦエリアを撮影画角の範囲内の一部の範囲に限定する場合に、そのＡＦエリアの範囲の被写体像を光学的に拡大し、その拡大した被写体像をＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂにより撮像することによって精度の高いＡＦが可能となる。

このようなズーム光学系を配置する場合に、図１において縮小光学系１７の代わりに光軸Ｏ′方向に移動可能なズーム光学系を配置し、そのズーム光学系の位置を制御することによってＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂの撮像面に結像される被写体像の大きさ、即ち、ＡＦ用光路の焦点距離を変更できるようにすればよい。

図６は、図１のＡＦ用光路に上記のようなズーム光学系を配置した場合の制御部３０での処理内容を例示したフローチャートである。まず、所要の初期設定を行った後（ステップＳ１０）、ＡＦエリア情報を取得する（ステップＳ１２）。本処理の実施の形態では、ＡＦエリアの大きさや縦横比の設定を操作者が所定の操作部材の操作によって変更できる場合を想定しており、そのＡＦエリアの設定に関する情報を取得する。

次に、エリアサイズが４（Ｈ）：３（Ｖ）の縦横比か否かを判定する（ステップＳ１４）。尚、ＡＦ用撮像素子のサイズも４（Ｈ）：３（Ｖ）の縦横比とする。

ステップＳ１４においてＹＥＳと判定した場合、例えば、図６（Ａ）のように映像用撮像素子の撮影画角内に４：３のＡＦエリアが設定された場合には、ステップＳ１２において取得したＡＦエリア情報に基づいてＡＦ用光路側のズーム比を計算する（ステップＳ１６）。即ち、図６（Ａ）のＡＦ用撮像素子に示すようにＡＦ用撮像素子の撮影画角全体を、映像用撮像素子におけるＡＦエリアの画角に一致させるためのズーム比を計算する。

そして、ステップＳ１６で算出したズーム比に基づいてＡＦ用光路のズーム制御データを算出し（ステップＳ１８）、そのズーム制御データによりステップＳ１６で算出したズーム比となるようにＡＦ用光路のズーム光学系を制御する（ステップＳ２０）。この処理の後、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１４においてＮＯと判定した場合、次に、ＡＦエリアのエリアサイズの縦横比（Ｈ／Ｖ）が１．３３未満か否かを判定する（ステップＳ２２）。ＹＥＳと判定した場合、例えば、図６（Ｂ）のように映像用撮像素子の撮影画角内に縦方向に長いＡＦエリアが設定された場合には、ＡＦエリアの縦方向の長さを基準（固定）にして縦横比（Ｈ：Ｖ）が４：３になるような横方向の長さを算出する（ステップＳ２４）。即ち、ＡＦエリアを含み、縦横比が４：３となる最小のエリアを求める。そして、求めた４：３のエリアをＡＦエリアとみなして、ステップＳ１４においてＹＥＳと判定した場合と同様にステップＳ１６からの処理を行う。これによって、図６（Ｂ）のＡＦ用撮像素子に示すようにＡＦ用撮像素子の撮影画角全体が、ＡＦエリアとみなした映像用撮像素子での４：３のエリアの画角に一致するようにズーム光学系が設定される。

ステップＳ２２においてＮＯと判定した場合、例えば、図６（Ｃ）のように映像用撮像素子の撮影画角内に横方向に長いＡＦエリアが設定された場合には、ＡＦエリアの横方向の長さを基準（固定）にして縦横比（Ｈ：Ｖ）が４：３になるような縦方向の長さを算出する（ステップＳ２６）。即ち、ＡＦエリアを含み、縦横比が４：３となる最小のエリアを求める。そして、求めた４：３のエリアをＡＦエリアとみなして、ステップＳ１４においてＹＥＳ判定した場合と同様にステップＳ１６からの処理を行う。これによって、図６（Ｃ）のＡＦ用撮像素子に示すようにＡＦ用撮像素子の撮影画角全体が、ＡＦエリアとみなした映像用撮像素子での４：３のエリアの画角に一致するようにズーム光学系が設定される。

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。図２は、ＡＦ用撮像素子の光路長差の説明に用いた図である。図３は、映像用撮像素子のサイズとＡＦ用撮像素子のサイズを示した図である。図４は、ＡＦ処理部の構成を示したブロック図である。図５は、撮影レンズのフォーカス位置と１対のＡＦ用撮像素子により得られた焦点評価値との関係を例示した図である。図６は、ＡＦ用光路にズーム光学系を配置した場合における実施の形態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…光分割光学系、１７…縮小光学系、２０…光分割光学系、２２Ａ、２２Ｂ…ＡＦ用撮像素子、２４…色分解光学系、２６…映像用撮像素子、３０…制御部、３２…ＡＦ処理部、５０Ａ、５０Ｂ…Ａ／Ｄ変換器、５２Ａ、５２Ｂ…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、５４Ａ、５４Ｂ…ゲート回路、５６Ａ、５６Ｂ…加算回路、ＦＬ…フォーカスレンズ（群）、ＺＬ…ズームレンズ（群）、Ｉ…絞り、ＲＡ…前側リレーレンズ（群）、ＲＢ…後側リレーレンズ（群）、ＦＭ…モータ、ＦＰ…ポテンショメータ

Claims

カメラ本体の映像用撮像素子に被写体像を結像する撮影光学系と、該撮影光学系からオートフォーカス用の被写体光を分割する光分割光学系と、該光分割光学系により分割されたオートフォーカス用の被写体光により結像される被写体像を撮像するＡＦ用撮像素子と、該ＡＦ用撮像素子により撮像された被写体像に基づいて前記撮影光学系が合焦状態となるように該撮影光学系のフォーカスを制御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、
前記光分割光学系により分割されたオートフォーカス用の被写体光が通過するＡＦ用光路に、前記ＡＦ用撮像素子に結像される被写体像を拡大又は縮小するための拡大／縮小光学系が配置されたことを特徴とするオートフォーカスシステム。
前記映像用撮像素子のサイズと前記ＡＦ用撮像素子のサイズが異なると共に、前記拡大／縮小光学系は、前記映像用撮像素子により撮影される被写体像と、前記ＡＦ用撮像素子により撮像される被写体像とが一致するように前記ＡＦ用撮像素子に結像される被写体像を拡大又は縮小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。
前記ＡＦ用撮像素子は、光路長差を有する位置に配置された複数の撮像面を備えた１又は複数の撮像素子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。