JP4045483B2 - ピント状態検出装置 - Google Patents
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Description
【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、特に光路長に差を設けて配設された複数のピント状態検出用撮像素子で撮像された画像に基づいて撮影レンズのピント状態を検出するピント状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりビデオカメラ等のオートフォーカス（ＡＦ）の方式として山登り方式と呼ばれる合焦検出方式が知られている。この山登り方式は撮像素子から得られる映像信号（輝度信号）のうち、ある範囲（フォーカスエリア）内の映像信号の高域周波数成分を積算して評価値とし、フォーカスレンズを駆動して焦点を移動させながら、この評価値が最大となる点を検出して合焦状態を得ようとするものである。
【０００３】
しかしながら、この山登り方式はフォーカスレンズを駆動させながら評価値が最大となる点を検出しなければならないため、合焦に対する反応速度が遅いという欠点がある。
【０００４】
そこで、このような山登り方式の欠点を解消するために、特開昭５５−７６３１２号公報、特公平７−６０２１１号公報等では、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。この方法は、映像用の画像を撮像する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一対のピント状態検出用撮像素子を配置し、この一対のピント状態検出用撮像素子から得られる映像信号から評価値を求めて比較することにより、その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を検出するものである。この方法によれば、合焦か否かを判断できるだけでなく前ピンか後ピンかも判断できるため、合焦に対する反応速度が速いという利点がある。
【０００５】
また、従来よりビデオカメラ等における合焦検出方式の一つとしてウォブリング法と呼ばれる合焦検出方式が知られている。このウォブリング法は、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というものである。
【０００６】
しかしながら、このウォブリング法は撮像素子等のウォブリングによって画質が低下するという欠点がある。
【０００７】
そこで、このようなウォブリング法の欠点を解消するために、特開平８−５０２２７号公報では、映像用撮像素子に入射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入射させ、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ことにより、ピント状態を検出する方法を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５５−７６３１２号公報や特公平７−６０２１１号公報等に開示された一対のピント状態検出用撮像素子を用いたピント状態の検出方法では、撮影レンズのピント位置が合焦位置から大きく離れている場合、各ピント状態検出用撮像素子から得られる評価値の差がなくなり、ピント状態の検出ができなくなるという欠点がある。
【０００９】
一方、特開平８−５０２２７号公報に開示されたウォブリング法の場合、ウォブリングの振幅を大きくすれば、撮影レンズのピント位置が合焦位置から大きく離れている場合であってもピント状態の検出ができるが、ウォブリングの振幅が大きくなると、合焦検出に時間がかかるという欠点がある。
【００１０】
また、評価値は撮影レンズの絞り値（Ｆナンバー）に応じて変動し、絞り値が大きい場合には一対のピント状態検出用撮像素子の光路長差を広く取ったほうが精度の高い検出が可能になるが、特開昭５５−７６３１２号公報や特公平７−６０２１１号公報等に開示されたピント状態の検出方法では、一対のピント状態検出用撮像素子の光路長差が固定とされているため、絞り値に応じた高精度なピント状態の検出ができないという欠点がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、迅速かつ正確な合焦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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、前記目的を達成するために、撮影レンズを通って映像用撮像素子に入射する映像用被写体光からピント状態検出用被写体光を分離し、該ピント状態検出用被写体光を光分割手段で分割して、前記映像用撮像素子よりも光路長が所定量長くなる位置と短くなる位置とに配置された第１の光路長差を有する一対のピント状態検出用撮像素子に入射させ、該一対のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から被写体像の鮮鋭度を示す評価値を求めて、求めた評価値同士を比較することにより、前記撮影レンズのピント状態を検出するピント状態検出装置において、前記光分割手段に入射されるピント状態検出用被写体光の光軸上に配置され、光軸方向に沿って前後移動されることにより、前記被写体像の結像位置を移動させる結像位置変更レンズと、前記結像位置変更レンズを前記ピント状態検出用被写体光の光軸に沿って前後移動させる移動手段と、を備え、前記第１の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合には、前記映像用撮像素子に入射する映像用被写体光と、前記一対のピント状態検出用撮像素子の各光路長の中間の光路長の位置に入射するピント状態検出用被写体光とが同じピント状態となるように前記結像位置変更レンズを基準位置に移動させ、前記一対のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号からそれぞれ評価値を求め、求めた評価値同士を比較して、前記撮影レンズのピント状態を検出し、前記第１の光路長差と異なる第２の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合には、前記結像位置変更レンズを前記基準位置を基準にして前後等距離移動させ、前方向に移動させたとき、一方のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から評価値を求め、後方向に移動させたとき、他方のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から評価値を求め、求めた評価値同士を比較して、前記撮影レンズの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を提供する。
【００１３】
本発明によれば、結像位置変更レンズを前方向に移動させたときに一方のピント状態検出用撮像素子から得られる評価値と、後方向に移動させたときに他方のピント状態検出用撮像素子から得られる評価値とを比較してピント状態を検出することにより、各ピント状態検出用撮像素子の光路長を変更してピント状態を検出するのと同じ効果が得られる。これにより、絞り値やＡＦ精度等に応じて最適な光路長に設定してピント状態の検出を行うことができ、常に高精度なピント状態の検出を行うことができる。また、一対のピント状態検出用撮像素子を用いてピント状態の検出を行うので、結像位置変更レンズを移動させる場合であっても、その移動量は少ないもので済み、迅速な検出を行うことができる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は前記目的を達成するために、前記結像位置変更レンズは、前記第１の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合と、前記第２の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合とを、前記撮影レンズの絞り値に応じて切り替えることを特徴とする請求項１に記載のピント状態検出装置を提供する。
【００１７】
本発明によれば、一対のピント状態検出用撮像素子の光路長差を絞り値に応じて最適なものに設定することができるので、いかなる状況下においても常に高精度なピント状態の検出を行うことができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は、本発明に係るピント状態検出装置が適用されたテレビカメラシステムの構成図である。同図に示すように、このテレビカメラシステムはカメラ本体１０と撮影レンズ１２とで構成されている。
【００２０】
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（以下「映像用撮像素子」という）や所要の回路等が備えられている。撮影レンズ１２は、このカメラ本体１０のマウント部に着脱自在に装着される。
【００２１】
撮影レンズ１２の光学系には、一般的に知られているように、フォーカスレンズ群１６、ズームレンズ群１８、アイリス２０、リレーレンズ群２２等が配置されている。
【００２２】
リレーレンズ群２２は、前側リレーレンズ２２Ａと後側リレーレンズ２２Ｂとで構成され、その前側リレーレンズ２２Ａと後側リレーレンズ２２Ｂとの間には、ピント状態検出用の被写体光を映像用撮像素子に入射する被写体光から分離するためのハーフミラー２４が配置されている。このハーフミラー２４は、撮影レンズ１２の光軸Ｏに対して略４５度傾斜して設置されており、前側リレーレンズ２２Ａを通過した被写体光を直角に反射して、映像用被写体光から分離する。
【００２３】
ハーフミラー２４を透過した被写体光は、映像用被写体光として撮影レンズ１２の後端側から射出されたのち、カメラ本体１０の撮像部１４に入射される。撮像部１４の構成については省略するが、撮像部１４に入射された被写体光は、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Ｐ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。
【００２４】
一方、ハーフミラー２４で反射された被写体光は、ピント状態検出用被写体光として光軸Ｏに対して垂直な光軸Ｏ´に沿って進行し、結像位置変更レンズ２６を介してピント状態検出部２８に入射する。
【００２５】
ピント状態検出部２８は、ピント状態検出用被写体光を３等分割するビームスプリッタ３０と、そのビームスプリッタ３０で３等分割されたピント状態検出用被写体光が入射される３つのピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃとで構成されている。
【００２６】
ビームスプリッタ３０は、３つのプリズム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって構成されている。上述したようにハーフミラー２４によって映像用被写体光から分離されたピント状態検出用被写体光は光軸Ｏ′に沿って進行し、まず、第１プリズム３０Ａに入射される。そして、この第１プリズム３０Ａのハーフミラー面３０ａで反射光と透過光とに分割される。このうち反射光は第１ピント状態検出用撮像素子Ａに入射され、透過光は第２プリズム３０Ｂに入射される。
【００２７】
第２プリズム３０Ｂに入射された透過光は、第２プリズム３０Ｂのハーフミラー面３０ｂで更に反射光と透過光とに分割される。このうち反射光は第２ピント状態検出用撮像素子Ｂに入射され、透過光は第３プリズム３０Ｃに入射される。そして、第３プリズム３０Ｃに入射された透過光は、その第３プリズム３０Ｃを透過して第３ピント状態検出用撮像素子Ｃに入射される。
【００２８】
以上のようにビームスプリッタ３０は、映像用被写体光から分離されたピント状態検出用被写体光を３等分割し、分割した各ピント状態検出用被写体光をそれぞれピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射させる。なお、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃはカラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態では白黒画像を撮像するＣＣＤであるものとする。
【００２９】
図２は、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射する被写体光の光軸を同一直線上に表したものである。
【００３０】
同図に示すように、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射するピント状態検出用被写体光は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの光路長が最も短く、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの光路長が最も長い。そして、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの光路長は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの光路長の中間の長さとなっている。すなわち、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの撮像面と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの撮像面は、それぞれ第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの撮像面に対して前後等距離の位置に平行に配置されている。
【００３１】
また、この第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの撮像面は、カメラ本体１０のピント面Ｐ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に設けられた映像用撮像素子の撮像面と一致している。すなわち、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃは、映像用撮像素子と光学的に等価な位置に配置されており、その前後等距離の位置に第１ピント状態検出用撮像素子Ａの撮像面と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの撮像面が配置されている。
【００３２】
結像位置変更レンズ２６は、撮影レンズ１２の合焦時にピント状態検出用被写体光が第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの撮像面上に結像するように作用する。
この結像位置変更レンズ２６は、結像位置変更レンズ駆動機構３２によって光軸Ｏ´に沿って前後移動され、これにより、ピント状態検出用被写体光の結像位置を移動させる。すなわち、通常、結像位置変更レンズ２６は「基準位置」に位置しており、この基準位置では、映像用被写体光と光学的に同じ位置にピント状態検出用被写体光を結像させる。したがって、結像位置変更レンズ２６が基準位置に位置している場合、撮影レンズ１２で撮影された被写体像が映像用撮像素子の撮像面上に結像されると、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの撮像面上にも同じ被写体像が結像される。そして、この基準位置から光軸Ｏ´に沿って前後移動されることにより、ピント状態検出用被写体光の結像位置を可変させる。
【００３３】
結像位置変更レンズ駆動機構３２は、図１に示すように、ラック３２Ａ、ピニオン３２Ｂ、結像位置変更モータ３２Ｃ、結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄ、結像位置変更用ポテンショメータ３２Ｅ等で構成されている。結像位置変更レンズ２６を光軸Ｏ´に沿って前後移動自在に保持する保持するレンズ枠２６Ａにはラック３２Ａが連結されており、このラック３２Ａに噛み合わされたピニオン３２Ｂを結像位置変更モータ３２Ｃで駆動することにより、結像位置変更レンズ２６が光軸Ｏ´に沿って前後移動する。
【００３４】
なお、結像位置変更モータ３２Ｃは、結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄからの駆動信号に基づき作動し、結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄは、信号処理部３４から出力される制御信号に基づいて結像位置変更モータ３２Ｃを駆動する。また、結像位置変更用ポテンショメータ３２Ｅは、結像位置変更レンズ２６の位置を検出し、その位置データをＡ／Ｄ変換器４４を信号処理部３４に出力する（図３参照）。
【００３５】
各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃで撮像された画像は信号処理部３４に出力され、信号処理部３４は、後述するように、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから取得した映像信号に基づいて撮影レンズ１２のピント状態を検出する。そして、その検出したピント状態に基づいてフォーカスモータ駆動回路３６に制御信号を出力し、撮影レンズ１２のフォーカスをＡＦ制御する。
【００３６】
なお、通常、撮影レンズ１２はマニュアルフォーカス（ＭＦ）によりフォーカスが制御され、ＡＦスイッチ４８がＯＮにされた場合にのみＡＦ制御が行われる。
【００３７】
ここで、ＭＦ時、信号処理部３４は、フォーカスデマンド３８の操作に基づいてフォーカスモータ駆動回路３６に制御信号を出力し、撮影レンズ１２のフォーカスを制御する。このフォーカスデマンド３８は、回動自在に設けられたフォーカスノブ（不図示）の回転操作量に応じてフォーカスレンズ１６の移動位置を指令するフォーカスデマンドデータを信号処理部３４に出力する。信号処理部３４は、図３に示すように、このフォーカスデマンド３８からのフォーカスデマンドデータをＣＰＵ４６に取り込む。ＣＰＵ４６は、取り込んだフォーカスデマンドデータと、フォーカス用ポテンショメータ４２からＡ／Ｄ変換器４４を介して入力されるフォーカスレンズ１６の位置データとに基づいてフォーカスレンズ１６の移動速度を演算し、Ｄ／Ａ変換器６４を介してフォーカスモータ駆動回路３６にフォーカスモータ４０の制御信号を出力する。
【００３８】
また、信号処理部３４は、撮影レンズ１２のズームを操作するズームデマンド５０の操作情報に基づいてズームモータ駆動回路５２に制御信号を出力し、撮影レンズ１２をズーム制御する。このズームデマンド５０は、回動自在に設けられたズームリングの回転方向と回転量に応じてズームレンズ１８の移動速度を指令するズームデマンドデータを信号処理部３４に出力する。信号処理部３４は、このズームデマンドデータをＡ／Ｄ変換器４４を介してＣＰＵ４６に取り込む。ＣＰＵ４６は、取り込んだズームデマンドデータと、ズーム用ポテンショメータ５４からＡ／Ｄ変換器４４を介して入力されるズームレンズ１８の位置データとに基づいてズームレンズ１８の移動量を演算し、Ｄ／Ａ変換器６４を介してズームモータ駆動回路５２にズームモータ５６の制御信号を出力する。
【００３９】
さらに、信号処理部３４のＣＰＵ４６は、アイリス用ポテンショメータ５８からＡ／Ｄ変換器４４を介して入力される絞り値データと、カメラ本体１０から与えられるアイリス制御信号とに基づいてアイリスモータ６２の駆動量を演算し、Ｄ／Ａ変換器６４を介してアイリスモータ制御回路６０にアイリスモータ６２の制御信号を出力する。
【００４０】
次に、信号処理部３４におけるピント状態の検出の処理について説明する。図３に示すように、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃで撮像された被写体の画像は、それぞれ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７０Ａ〜７０Ｃ、Ａ／Ｄ変換器７２Ａ〜７２Ｃ、ゲート回路７４Ａ〜７４Ｃ、加算器７６Ａ〜７６Ｃによって画像の鮮鋭度（画像のコントラスト）を示す評価値ＶA 、ＶB 、ＶC の信号に変換されてＣＰＵ４６に入力される。
【００４１】
ここで、評価値ＶA 〜ＶC を求めるまでの処理を説明すると、本実施の形態におけるピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃは、いずれも白黒画像を撮影するＣＣＤであることから、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから出力されるビデオ信号は、それぞれの画面を構成する各画素の輝度を示す輝度信号である。
【００４２】
各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから出力されたビデオ信号は、まず、ハイパスフィルタ７０Ａ〜７０Ｃに入力されて、その高域周波数成分が抽出される。
ハイパスフィルタ７０Ａ〜７０Ｃで抽出された高域周波数成分の信号は、Ａ／Ｄ変換器７２Ａ〜７２Ｃによってデジタル信号に変換される。そして、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃ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７４Ａ〜７４Ｃによって抽出され、抽出された範囲のデジタル信号の値が加算器７６Ａ〜７６Ｃによって加算される。
これにより、所定のフォーカスエリア内におけるビデオ信号の高域周波数成分の値の総和が求められ、求められた値が値が所定の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評価値ＶA 〜ＶC となる。
【００４３】
なお、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃやゲート回路７４Ａ〜７４Ｃ等の各回路には、図示しない同期信号発生回路から各種同期信号が与えられて各回路の処理の同期が図られている。また、ＣＰＵ４６には、同期信号発生回路からビデオ信号の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。
【００４４】
ＣＰＵ４６は、以上のようにして得られた評価値ＶA 〜ＶC に基づいて、映像用撮像素子の撮像面（ピント面Ｐ）に対する撮影レンズ１２の現在のピント状態を検出する。
【００４５】
次に、このＣＰＵ４６による撮影レンズ１２のピント状態の検出方法について説明する。
【００４６】
図４は横軸に撮影レンズ１２のフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する評価値の様子を示した図である。曲線ＳA 、ＳB 、ＳC は、それぞれピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから得られる評価値をフォーカス位置に対して示したものである。なお、結像位置変更レンズ２６は「基準位置」に位置しているものとする。
【００４７】
ここで、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃは、映像用撮像素子と光学的に同じ位置に配置されていることから、同図において、曲線ＳC の評価値が最大（極大）となる位置Ｆ３が合焦位置となる。
【００４８】
撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆ３に対応する値ＶA3、ＶB3、ＶC3となる。図４に示すように、この場合、各評価値の関係は第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA5と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB3が同値となり、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃから得られる評価値ＶC3が異なる値となる（ＶA3＝ＶB3、ＶA3≠ＶC3、ＶB3≠ＶC3）。したがって、このように第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA3と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB3とが同値で、かつ、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃから得られる評価値ＶC3が、これらの値と異なる場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３に設定された状態であることが分かる。
【００４９】
一方、撮影レンズ１２のフォーカス位置が、合焦位置Ｆ３よりも至近側の位置Ｆ２に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆ２に対応する値ＶA2、ＶB2、ＶC2となる。図４に示すように、この場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA2と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB2の関係は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA2の方が第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB2よりも大きくなる（ＶA2＞ＶB2）。したがって、このように第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA2の方が第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB2よりも大きい場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３よりも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。
【００５０】
また、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３よりも無限遠側の位置Ｆ４に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は、各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆ４に対応する値ＶA4、ＶB4、Ｖc4となる。図４に示すように、この場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA4と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB4の関係は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA4よりも第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB4の方が小さくなる。したがって、このように第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA4の方が第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB4よりも小さい場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３よりも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。
【００５１】
これに対して、撮影レンズ１２のフォーカス位置が、位置Ｆ２よりも更に至近側の位置Ｆ１に設定された場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA1と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB1が同値になるが、この場合、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃから得られる評価値ＶC1も同値になるので（ＶA1＝ＶB1＝ＶC1）、このように各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値ＶA1〜ＶC1が全て同値の場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３から大幅にズレた状態（大きくボケた状態）であることが分かる。
【００５２】
同様に撮影レンズ１２のフォーカス位置が、位置Ｆ４よりも更に無限遠側の位置Ｆ５に設定された場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA5と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB5が同値になるが、この場合、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃから得られる評価値ＶC5も同値になるので（ＶA5＝ＶB5＝ＶC5）、このように各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値ＶA5〜ＶC5が全て同値の場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３から大幅にズレた状態（大きくボケた状態）であることが分かる。
【００５３】
ところで、上記のように各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値ＶA 〜ＶC が全て同値となった場合、フォーカス位置が合焦位置から大幅にズレた状態にあることは検出できるが、どちらの方向にどれだけズレているかの検出は行うことができない。このような場合は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを第３ピント状態検出用撮像素子Ｃに対してより光路長が短くなる位置と長くなる位置に設置し、両者の光路長の差を広げることにより、検出が可能になる。
【００５４】
たとえば、図５に示すように、２つのピント状態検出用撮像素子Ｄ、Ｅを第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂよりも光路長が短くなる位置と長くなる位置とに設置すると、各ピント状態検出用撮像素子Ｄ、Ｅから得られる評価値は、図６に示す曲線ＳD 、ＳE のようになる。
【００５５】
いま、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置よりも大幅に離れた至近側の位置Ｆ６に設定されたとすると、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂから得られる評価値は、各曲線ＳA 〜ＳE の位置Ｆ６に対応する値ＶA6〜ＶE6となる。この場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA6と第２ピント状態検出用撮像素子ＶB6から得られる評価値は共に同値となり、ピント状態を検出することはできないが、ピント状態検出用撮像素子Ｄ、Ｅから得られる評価値ＶD6、ＶE6は、ピント状態検出用撮像素子Ｄから得られる評価値ＶD6の方がピント状態検出用撮像素子Ｅから得られる評価値ＶE6よりも大きくなる。したがって、この評価値ＶD6、ＶE6を比較することにより、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置よりも至近側に設定された状態であることが分かる。
【００５６】
このように、２つのピント状態検出用撮像素子の間隔を広げることにより、フォーカス位置が合焦位置よりも大幅にずれている場合であってもピント状態の検出を行うことができる。
【００５７】
しかしながら、本実施の形態の第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂは一定位置に固定されているため、設置間隔（光路長の差）を広げることはできない。
【００５８】
そこで、次のように結像位置変更レンズ２６でピント状態検出用被写体光の結像位置をずらすことで擬似的にピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの間隔を広げる（光路長の差を広げる）。具体的には次のように行う。
【００５９】
図７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素子Ａ、Ｂ、Ｃの評価値の様子を示した図である。同図において、実線でした曲線ＳA 〜ＳC が、それぞれピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃの評価値をフォーカス位置に対して示したものである。
【００６０】
いま、撮影レンズ１２のフォーカス位置が位置Ｆにあるものとすると、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は、各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆに対応する値ＶA 、ＶB 、Ｖc となる。
【００６１】
ここで、第１ピント状態検出用撮像素子Ａを光路長がＸだけ短くなる位置に移動させ、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを同じく光路長がＸだけ長くなる位置に移動させたと仮定する（以下、光路長がＸだけ短くなる位置に移動させた第１ピント状態検出用撮像素子Ａを第１ピント状態検出用撮像素子Ａ−とし、光路長がＸだけ長くなる位置に移動させた第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ＋とする。）。このとき各ピント状態検出用撮像素子Ａ−、Ｂ＋から得られる評価値は、図７に破線で示した曲線ＳA-、ＳB+のようになる。この場合、撮影レンズ１２のフォーカス位置が位置Ｆにあるとすると、ピント状態検出用撮像素子Ａ−、Ｂ＋から得られる評価値は、それぞれ各曲線ＳA-、ＳB+の位置Ｆに対応する値ＶA-、ＶB+となる。
【００６２】
このようにピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂを移動させたときとの評価値と同じ評価値をピント状態検出用被写体光の結像位置をずらすことで取得する。
【００６３】
図７に示すように、まず、結像位置変更レンズ２６を移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を位置Ｆから距離Ｘだけ至近側に近づけた位置Ｆ−Ｘに移動させる。そして、この位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値を取得する（第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値は取得しない）。
このとき、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値は、曲線ＳB の位置Ｆ−Ｘに対応する値ＶBXとなる。この値は第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを光路長がＸだけ長くなる位置に移動させたときに得られる評価値ＶB+（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ＋から得られる評価値ＶB+）と同値になる（ＶBX＝ＶB+）。
【００６４】
次に、結像位置変更レンズ２６を逆方向に移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を位置ｆから距離Ｘだけ無限遠側に遠ざけた位置Ｆ＋Ｘに移動させる。そして、この位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値を取得する（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値は取得しない）。このとき、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値は曲線ＳA の位置Ｆ＋Ｘに対応する値ＶAXとなり、この値は第１ピント状態検出用撮像素子Ａを光路長がＸだけ短くなる位置に移動させたときに得られる評価値（第１ピント状態検出用撮像素子Ａ−から得られる評価値ＶA-）と同値になる（ＶAX＝ＶA-）。
【００６５】
このように、ピント状態検出用被写体光の結像位置を前後等距離移動させ、各位置で片方ずつの評価値を取得することにより、あたかもピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を広げて評価値を取得したのと同じ効果を得ることができる。
【００６６】
上記の例は、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を広げる場合の例であるが、逆に狭めることもできる。この場合は次のように各評価値を取得する。
【００６７】
図８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素子Ａ、Ｂ、Ｃの評価値の様子を示した図である。同図において、実線でした曲線ＳA 〜ＳC が、それぞれピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃの評価値をフォーカス位置に対して示したものである。
【００６８】
いま、撮影レンズ１２のフォーカス位置が位置Ｆにあるものとすると、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は、各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆに対応する値ＶA 、ＶB 、Ｖc となる。
【００６９】
ここで、第１ピント状態検出用撮像素子Ａを光路長がＸだけ長くなる位置に移動させ、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを同じく光路長がＸだけ短くなる位置に移動させたと仮定する（以下、光路長がＸだけ長くなる位置に移動させた第１ピント状態検出用撮像素子Ａを第１ピント状態検出用撮像素子Ａ＋とし、光路長がＸだけ短くなる位置に移動させた第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ−とする。）。このとき、各ピント状態検出用撮像素子Ａ＋、Ｂ−から得られる評価値は、図８に破線で示した曲線ＳA+、ＳB-のようになる。この場合、撮影レンズ１２のフォーカス位置が位置Ｆにあるとすると、ピント状態検出用撮像素子Ａ＋、Ｂ−から得られる評価値は、それぞれ各曲線ＳA+、ＳB-の位置Ｆに対応する値ＶA+、ＶB-となる。
【００７０】
まず、結像位置変更レンズ２６を移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を位置Ｆから距離Ｘだけ至近側に近づけた位置Ｆ−Ｘに移動させる。そして、この位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値を取得する（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値は取得しない）。このとき、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値は曲線ＳA の位置Ｆ−Ｘに対応する値ＶAXとなり、この値は第１ピント状態検出用撮像素子Ａを光路長がＸだけ長くなる位置に移動させたときに得られる評価値（第１ピント状態検出用撮像素子Ａ＋から得られる評価値ＶA+）と同値になる（ＶAX＝ＶA+）。
【００７１】
次に、結像位置変更レンズ２６を逆方向に移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を位置Ｆから距離Ｘだけ無限遠側に遠ざけた位置Ｆ＋Ｘに移動させる。そして、この位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値を取得する（第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値は取得しない）。このとき、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値は曲線ＳB の位置Ｆ＋Ｘに対応する値ＶBXとなる。この値は第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを光路長がＸだけ短くなる位置に移動させたときに得られる評価値ＶB-（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ−から得られる評価値ＶB-）と同値になる（ＶBX＝ＶB-）。
【００７２】
このように、ピント状態検出用被写体光の結像位置を前後等距離移動させ、各位置で片側ずつの評価値を取得することにより、あたかもピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を狭めて評価値を取得したのと同じ効果を得ることができる。
【００７３】
なお、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を狭めると、より多くの評価値情報を得られるため、より高精度なピント状態の検出が可能になる。
【００７４】
一方、撮影レンズ１２の絞り値が大きくなると、評価値のピーク位置が下がり、全体としてなだらかな曲線になることから、このような場合は逆にピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を広げた方が高精度なピント状態の検出が可能になる。
【００７５】
しがたって、絞り値に応じてピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を変えることが好ましい。以下、この絞り値に応じたフォーカス制御の処理手順を図９に示すフローチャートに従って説明する。
【００７６】
図９に示すように、まず、ＣＰＵ４６は所要の初期設定を行った後（ステップＳ１０）、カメラ本体１０から与えられるアイリス制御信号に基づいて撮影レンズ１２のアイリス２０を制御したり、ズームデマンド５０からのズームデマンドデータに基づいて撮影レンズ１２をズーム制御したり、ＡＦ以外の所要の処理を行う（ステップＳ１２）。
【００７７】
次に、ＣＰＵ４６はＡＦスイッチ４８のＯＮ・ＯＦＦを確認する（ステップＳ１４）。そして、ＡＦスイッチ４８がＯＮになっている場合に以下のＡＦ制御を実施する。
【００７８】
まず、ＣＰＵ４６は、アイリス用ポテンショメータ５８から撮影レンズ１２の現在の絞り値データを取り込む（ステップＳ１６）。そして、その取り込んだ絞り値データに基づいて最適な光路長差（ピント状態検出用撮像素子Ａとピント状態検出用撮像素子Ｂの光路長の差）を算出する（ステップＳ１８）。
【００７９】
次に、ＣＰＵ４６は、算出した最適光路長差と現在の光路長差を比較する（ステップＳ２０）。この比較の結果、現在の光路長差で十分と判断した場合は、光路長の変更は行わず、通常どおり第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂとから得られる評価値とに基づいてピント状態を検出する。
【００８０】
すなわち、まず第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA を取り込み（ステップＳ２２）、次いで、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB を取り込む（ステップＳ２４）。そして、その取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を比較し（ステップＳ２６）、合焦状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。
【００８１】
ここで、合焦状態にあるか否かを判定は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB との差ΔＶA-B （ΔＶA-B ＝ＶA −ＶB ）を求め、その差がゼロか否かにより判定する。そして、評価値の差ΔＶA-B がゼロの場合は合焦と判定され、ゼロでない場合は合焦状態にないと判定される。
【００８２】
この判定の結果、合焦と判定された場合は、フォーカス制御は行わず、ＡＦ制御を終了する。以下、再びＡＦスイッチ４８が押されるまでマニュアルでフォーカスが制御される。
【００８３】
一方、合焦状態にないと判定された場合は、フォーカス制御を実行する。すなわち、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB とに基づいてピントのズレ方向を求め（ステップＳ３０）、その評価値の差ΔＶA-B を制御量（移動量又は移動速度）としてフォーカスレンズ群１６を移動させる。たとえば、ピントのズレ方向が無限遠方向であるならば、評価値の差ΔＶA-B を制御量としてフォーカスレンズ群１６を至近側に移動させ（ステップＳ３２）、ピントのズレ方向が至近方向であるならば、評価値の差ΔＶA-B を制御量としてフォーカスレンズ群１６を無限遠側に移動させる（ステップＳ３４）。そして、合焦するまで、すなわち第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB との差ΔＶA-B がゼロになるまで上記の処理を繰り返す。
【００８４】
これにより、撮影レンズ１２のピントが被写体に合わせられ、撮像部１４の映像用撮像素子の撮像面上に被写体像が結像する。
【００８５】
一方、上記ステップ２０において、現在の光路長差では不十分と判断されると、ＣＰＵ４６は、その現在の光路長差と求めた最適光路長差とを比較し、現在の光路長差が最適光路長差よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３６）。
【００８６】
この判定の結果、現在の光路長差が最適光路長差よりも小さいと判断すると（第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの間隔が最適な間隔よりも狭い場合）、ＣＰＵ４６は、最適光路長差となるように、ピント状態検出用被写体光の結像位置を無限遠側に所定量移動させる（ステップＳ３８）。すなわち、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置から所定量移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を無限遠側に所定量移動させる。
【００８７】
そして、移動させた位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａに撮像された映像信号に基づく第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取り込む（ステップＳ４０）。なお、このとき第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB は取り込まない。
【００８８】
第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA が取り込まれると、ＣＰＵ４６は、ピント状態検出用被写体光の結像位置を至近側に同量移動させる（ステップＳ４２）。すなわち、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置から逆方向同量移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を至近側に同量移動させる。
【００８９】
そして、移動させた位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂに撮像された映像信号に基づく第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を取り込む（ステップＳ４４）。なお、このとき第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA は取り込まない。
【００９０】
第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB が取り込まれると、ＣＰＵ４６は、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置に復帰させる（ステップＳ４６）。
【００９１】
この後、ＣＰＵ４６は、取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB とに基づいてピント状態を検出する。すなわち、取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を比較し（ステップＳ２６）、合焦状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。そして、その判定結果に基づきフォーカス制御が行われ、合焦するまで上記処理が繰り返される。
【００９２】
一方、上記ステップ３６で現在の光路長差が最適光路長差よりも大きいと判断されると（第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの間隔が最適な間隔よりも広い場合）、ＣＰＵ４６は、最適光路長差となるように、ピント状態検出用被写体光の結像位置を至近遠側に所定量移動させる（ステップＳ４８）。すなわち、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置から所定量移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を至近側に所定量移動させる。
【００９３】
そして、移動させた位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａに撮像された映像信号に基づく第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取り込む（ステップＳ５０）。なお、このとき第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB は取り込まない。
【００９４】
第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA が取り込まれると、ＣＰＵ４６は、ピント状態検出用被写体光の結像位置を無限遠側に同量移動させる（ステップＳ５２）。すなわち、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置から逆方向同量移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を無限遠側に同量移動させる。
【００９５】
そして、移動させた位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂに撮像された映像信号に基づく第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を取り込む（ステップＳ４４）。なお、このとき第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA は取り込まない。
【００９６】
第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB が取り込まれると、ＣＰＵ４６は、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置に復帰させる（ステップＳ４６）。
【００９７】
この後、ＣＰＵ４６は、取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB とに基づいてピント状態を検出する。すなわち、取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を比較し（ステップＳ２６）、合焦状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。そして、その判定結果に基づきフォーカス制御が行われ、合焦するまで上記処理が繰り返される。
【００９８】
このように、絞り値に応じてピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を変えることにより、評価値曲線の形状に応じた光路長差に設定することができるので、常に高精度なピント状態の検出を行うことができる。
【００９９】
また、一対のピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂを用いてピント状態の検出を行うので、結像位置変更レンズ２６を移動させる場合であっても、その移動量は少ないもので済み、迅速なピント状態の検出を行うことができる。
【０１００】
なお、上記の処理手順では、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値とに基づいてピント状態の検出を行っているが、上述したように第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの評価値を用いて検出するようにしてもよい。
【０１０１】
また、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃを用いる場合は、たとえば、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃの評価値を比較し、同値の場合（ピントが大きくずれている場合）は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの光路長差を広げて検出を行なうようにする。これにより、ピントが大きくずれている場合であっても正確に合焦させることができる。
【０１０２】
また、少なくとも一対のピント状態検出用撮像素子（第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ）を設置すればよく、更に一対のピント状態検出用撮像素子を設置するようにしてもよい。
【０１０３】
図１０は、本発明に係るピント状態検出装置が適用されたテレビカメラシステムの第２の実施の形態の構成図である。なお、上述した第１の実施の形態のテレビカメラシステムと同じ構成要素には同じ符号が付されている。
【０１０４】
図１０に示すように、本実施の形態のテレビカメラシステムでは、ピント状態検出部２８が光軸Ｏ´に沿って前後移動自在に設けられている。ピント状態検出部２８は、一つのユニットとして構成されており、このユニット全体が図示しない駆動手段に駆動されて光軸Ｏ´に沿って前後移動する。なお、ハーフミラー２４で分離されたピント状態検出用被写体光は、一定位置に固定されたリレーレンズ２７を介してピント状態検出部２８に入射される。
【０１０５】
以上のように構成された第２の実施の形態のテレビカメラシステムでは、次のようにピント状態の検出を行なう。
【０１０６】
すなわち、撮影レンズ１２の絞り値が大きく、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂとの光路長の差を広げた方が高精度な検出ができる場合は、まず、ユニット全体を至近側（ハーフミラー２４に近づく方向）に所定量移動させ、その位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取得する（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB は取得しない）。そして、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取得した後は、ユニット全体を無限遠側（ハーフミラー２４から離れる方向）に同量移動させ、その位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を取得する（第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA は取得しない）。そして、取得した第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB に基づいてピント状態を検出する。
【０１０７】
また、絞り値が小さく、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂとの光路長の差を狭めた方が高精度な検出ができる場合は、まず、ユニット全体を無限遠側（ハーフミラー２４から離れる方向）に所定量移動させ、その位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取得する（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB は取得しない）。そして、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取得した後は、ユニット全体を至近側（ハーフミラー２４から離れる方向）に同量移動させ、その位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を取得する（第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA は取得しない）。そして、取得した第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB に基づいてピント状態を検出する。
【０１０８】
なお、光路長差を変更する場合は、上記の実施の形態と同様に絞り値から最適光路長差を求め、その最適光路長差となるように光路長差を変更することが好ましい。
【０１０９】
このように、ピント状態検出部２８をユニット化し、このユニット全体をピント状態検出用被写体光の光軸Ｏ´に沿って前後等距離移動させ、各位置で片側ずつの評価値を取得することにより、あたかもピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を広げて評価値を取得したのと同じ効果を得ることができる。
【０１１０】
なお、上述した実施の形態では、本発明をテレビカメラシステムに適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限らず、ビデオカメラや静止画を撮影するスチルカメラにも適用することができる。
【０１１１】
また、上記実施の形態では、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの他に第３ピント状態検出用撮像素子Ｃを設置するようにしているが、少なくとも一対のピント状態検出用撮像素子（第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ）を設置すればよく、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃは設置しなくてもよい。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絞り値やＡＦ精度等に応じて最適な光路長に設定してピント状態の検出を行うことができ、常に高精度なピント状態の検出を行うことができる。また、一対のピント状態検出用撮像素子を用いてピント状態の検出を行うので、結像位置変更レンズを移動させる場合であっても、その移動量は少ないもので済み、迅速な検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明に係るオートフォーカスシステムが適用されたテレビカメラシステムの構成図
【図２】ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射するピント状態検出用被写体光の光軸を同一直線上に表示した図
【図３】信号処理部の構成を示すブロック図
【図４】横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ評価値の様子を示した図
【図５】ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに入射するピント状態検出用被写体光の光軸を同一直線上に表示した図
【図６】横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ評価値の様子を示した図
【図７】横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ−、Ｂ＋の評価値の様子を示した図
【図８】横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ＋、Ｂ−の評価値の様子を示した図
【図９】フォーカス制御の処理手順の他の実施の形態を示すフローチャート
【図１０】発明に係るオートフォーカスシステムが適用されたテレビカメラシステムの第２の実施の形態の構成図
【符号の説明】
１０…カメラ本体、１２…撮影レンズ、１４…撮像部、１６…フォーカスレンズ群、１８…ズームレンズ群、２０…アイリス、２２…リレーレンズ群、２２Ａ…前側リレーレンズ、２２Ｂ…後側リレーレンズ、２４…ハーフミラー、２６…結像位置変更レンズ、２６Ａ…レンズ枠、２８…ピント状態検出部、３０…ビームスプリッタ、３０Ａ…第１プリズム、３０Ｂ…第２プリズム、３０Ｃ…第３プリズム、３２…結像位置変更レンズ駆動機構、３２Ａ…ラック、３２Ｂ…ピニオン、３２Ｃ…結像位置変更モータ、３２Ｄ…結像位置変更モータ駆動回路、３２Ｅ…結像位置変更用ポテンショメータ、３４…信号処理部、３６…フォーカスモータ駆動回路、３８…フォーカスデマンド、４０…フォーカスモータ、４２…フォーカス用ポテンショメータ、４４…Ａ／Ｄ変換器、４６…ＣＰＵ、４８…ＡＦスイッチ、５０…ズームデマンド、５２…ズームモータ駆動回路、５４…ズーム用ポテンショメータ、５６…ズームモータ、５８…アイリス用ポテンショメータ、６０…アイリスモータ制御回路、６２…アイリスモータ、６４…Ｄ／Ａ変換器、７０Ａ〜７０Ｃ…ハイパスフィルタ、７２Ａ〜７２Ｃ…Ａ／Ｄ変換器、７４Ａ〜７４Ｃ…ゲート回路、７６Ａ〜７６Ｃ…加算器、Ａ…第１ピント状態検出用撮像素子、Ｂ…第２ピント状態検出用撮像素子、Ｃ…第３ピント状態検出用撮像素子、Ｐ…ピント面
【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、特に光路長に差を設けて配設された複数のピント状態検出用撮像素子で撮像された画像に基づいて撮影レンズのピント状態を検出するピント状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりビデオカメラ等のオートフォーカス（ＡＦ）の方式として山登り方式と呼ばれる合焦検出方式が知られている。この山登り方式は撮像素子から得られる映像信号（輝度信号）のうち、ある範囲（フォーカスエリア）内の映像信号の高域周波数成分を積算して評価値とし、フォーカスレンズを駆動して焦点を移動させながら、この評価値が最大となる点を検出して合焦状態を得ようとするものである。
【０００３】
しかしながら、この山登り方式はフォーカスレンズを駆動させながら評価値が最大となる点を検出しなければならないため、合焦に対する反応速度が遅いという欠点がある。
【０００４】
そこで、このような山登り方式の欠点を解消するために、特開昭５５−７６３１２号公報、特公平７−６０２１１号公報等では、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。この方法は、映像用の画像を撮像する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一対のピント状態検出用撮像素子を配置し、この一対のピント状態検出用撮像素子から得られる映像信号から評価値を求めて比較することにより、その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を検出するものである。この方法によれば、合焦か否かを判断できるだけでなく前ピンか後ピンかも判断できるため、合焦に対する反応速度が速いという利点がある。
【０００５】
また、従来よりビデオカメラ等における合焦検出方式の一つとしてウォブリング法と呼ばれる合焦検出方式が知られている。このウォブリング法は、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というものである。
【０００６】
しかしながら、このウォブリング法は撮像素子等のウォブリングによって画質が低下するという欠点がある。
【０００７】
そこで、このようなウォブリング法の欠点を解消するために、特開平８−５０２２７号公報では、映像用撮像素子に入射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入射させ、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ことにより、ピント状態を検出する方法を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５５−７６３１２号公報や特公平７−６０２１１号公報等に開示された一対のピント状態検出用撮像素子を用いたピント状態の検出方法では、撮影レンズのピント位置が合焦位置から大きく離れている場合、各ピント状態検出用撮像素子から得られる評価値の差がなくなり、ピント状態の検出ができなくなるという欠点がある。
【０００９】
一方、特開平８−５０２２７号公報に開示されたウォブリング法の場合、ウォブリングの振幅を大きくすれば、撮影レンズのピント位置が合焦位置から大きく離れている場合であってもピント状態の検出ができるが、ウォブリングの振幅が大きくなると、合焦検出に時間がかかるという欠点がある。
【００１０】
また、評価値は撮影レンズの絞り値（Ｆナンバー）に応じて変動し、絞り値が大きい場合には一対のピント状態検出用撮像素子の光路長差を広く取ったほうが精度の高い検出が可能になるが、特開昭５５−７６３１２号公報や特公平７−６０２１１号公報等に開示されたピント状態の検出方法では、一対のピント状態検出用撮像素子の光路長差が固定とされているため、絞り値に応じた高精度なピント状態の検出ができないという欠点がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、迅速かつ正確な合焦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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、前記目的を達成するために、撮影レンズを通って映像用撮像素子に入射する映像用被写体光からピント状態検出用被写体光を分離し、該ピント状態検出用被写体光を光分割手段で分割して、前記映像用撮像素子よりも光路長が所定量長くなる位置と短くなる位置とに配置された第１の光路長差を有する一対のピント状態検出用撮像素子に入射させ、該一対のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から被写体像の鮮鋭度を示す評価値を求めて、求めた評価値同士を比較することにより、前記撮影レンズのピント状態を検出するピント状態検出装置において、前記光分割手段に入射されるピント状態検出用被写体光の光軸上に配置され、光軸方向に沿って前後移動されることにより、前記被写体像の結像位置を移動させる結像位置変更レンズと、前記結像位置変更レンズを前記ピント状態検出用被写体光の光軸に沿って前後移動させる移動手段と、を備え、前記第１の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合には、前記映像用撮像素子に入射する映像用被写体光と、前記一対のピント状態検出用撮像素子の各光路長の中間の光路長の位置に入射するピント状態検出用被写体光とが同じピント状態となるように前記結像位置変更レンズを基準位置に移動させ、前記一対のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号からそれぞれ評価値を求め、求めた評価値同士を比較して、前記撮影レンズのピント状態を検出し、前記第１の光路長差と異なる第２の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合には、前記結像位置変更レンズを前記基準位置を基準にして前後等距離移動させ、前方向に移動させたとき、一方のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から評価値を求め、後方向に移動させたとき、他方のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から評価値を求め、求めた評価値同士を比較して、前記撮影レンズの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を提供する。
【００１３】
本発明によれば、結像位置変更レンズを前方向に移動させたときに一方のピント状態検出用撮像素子から得られる評価値と、後方向に移動させたときに他方のピント状態検出用撮像素子から得られる評価値とを比較してピント状態を検出することにより、各ピント状態検出用撮像素子の光路長を変更してピント状態を検出するのと同じ効果が得られる。これにより、絞り値やＡＦ精度等に応じて最適な光路長に設定してピント状態の検出を行うことができ、常に高精度なピント状態の検出を行うことができる。また、一対のピント状態検出用撮像素子を用いてピント状態の検出を行うので、結像位置変更レンズを移動させる場合であっても、その移動量は少ないもので済み、迅速な検出を行うことができる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は前記目的を達成するために、前記結像位置変更レンズは、前記第１の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合と、前記第２の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合とを、前記撮影レンズの絞り値に応じて切り替えることを特徴とする請求項１に記載のピント状態検出装置を提供する。
【００１７】
本発明によれば、一対のピント状態検出用撮像素子の光路長差を絞り値に応じて最適なものに設定することができるので、いかなる状況下においても常に高精度なピント状態の検出を行うことができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は、本発明に係るピント状態検出装置が適用されたテレビカメラシステムの構成図である。同図に示すように、このテレビカメラシステムはカメラ本体１０と撮影レンズ１２とで構成されている。
【００２０】
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（以下「映像用撮像素子」という）や所要の回路等が備えられている。撮影レンズ１２は、このカメラ本体１０のマウント部に着脱自在に装着される。
【００２１】
撮影レンズ１２の光学系には、一般的に知られているように、フォーカスレンズ群１６、ズームレンズ群１８、アイリス２０、リレーレンズ群２２等が配置されている。
【００２２】
リレーレンズ群２２は、前側リレーレンズ２２Ａと後側リレーレンズ２２Ｂとで構成され、その前側リレーレンズ２２Ａと後側リレーレンズ２２Ｂとの間には、ピント状態検出用の被写体光を映像用撮像素子に入射する被写体光から分離するためのハーフミラー２４が配置されている。このハーフミラー２４は、撮影レンズ１２の光軸Ｏに対して略４５度傾斜して設置されており、前側リレーレンズ２２Ａを通過した被写体光を直角に反射して、映像用被写体光から分離する。
【００２３】
ハーフミラー２４を透過した被写体光は、映像用被写体光として撮影レンズ１２の後端側から射出されたのち、カメラ本体１０の撮像部１４に入射される。撮像部１４の構成については省略するが、撮像部１４に入射された被写体光は、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Ｐ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。
【００２４】
一方、ハーフミラー２４で反射された被写体光は、ピント状態検出用被写体光として光軸Ｏに対して垂直な光軸Ｏ´に沿って進行し、結像位置変更レンズ２６を介してピント状態検出部２８に入射する。
【００２５】
ピント状態検出部２８は、ピント状態検出用被写体光を３等分割するビームスプリッタ３０と、そのビームスプリッタ３０で３等分割されたピント状態検出用被写体光が入射される３つのピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃとで構成されている。
【００２６】
ビームスプリッタ３０は、３つのプリズム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって構成されている。上述したようにハーフミラー２４によって映像用被写体光から分離されたピント状態検出用被写体光は光軸Ｏ′に沿って進行し、まず、第１プリズム３０Ａに入射される。そして、この第１プリズム３０Ａのハーフミラー面３０ａで反射光と透過光とに分割される。このうち反射光は第１ピント状態検出用撮像素子Ａに入射され、透過光は第２プリズム３０Ｂに入射される。
【００２７】
第２プリズム３０Ｂに入射された透過光は、第２プリズム３０Ｂのハーフミラー面３０ｂで更に反射光と透過光とに分割される。このうち反射光は第２ピント状態検出用撮像素子Ｂに入射され、透過光は第３プリズム３０Ｃに入射される。そして、第３プリズム３０Ｃに入射された透過光は、その第３プリズム３０Ｃを透過して第３ピント状態検出用撮像素子Ｃに入射される。
【００２８】
以上のようにビームスプリッタ３０は、映像用被写体光から分離されたピント状態検出用被写体光を３等分割し、分割した各ピント状態検出用被写体光をそれぞれピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射させる。なお、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃはカラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態では白黒画像を撮像するＣＣＤであるものとする。
【００２９】
図２は、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射する被写体光の光軸を同一直線上に表したものである。
【００３０】
同図に示すように、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射するピント状態検出用被写体光は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの光路長が最も短く、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの光路長が最も長い。そして、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの光路長は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの光路長の中間の長さとなっている。すなわち、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの撮像面と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの撮像面は、それぞれ第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの撮像面に対して前後等距離の位置に平行に配置されている。
【００３１】
また、この第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの撮像面は、カメラ本体１０のピント面Ｐ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に設けられた映像用撮像素子の撮像面と一致している。すなわち、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃは、映像用撮像素子と光学的に等価な位置に配置されており、その前後等距離の位置に第１ピント状態検出用撮像素子Ａの撮像面と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの撮像面が配置されている。
【００３２】
結像位置変更レンズ２６は、撮影レンズ１２の合焦時にピント状態検出用被写体光が第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの撮像面上に結像するように作用する。
この結像位置変更レンズ２６は、結像位置変更レンズ駆動機構３２によって光軸Ｏ´に沿って前後移動され、これにより、ピント状態検出用被写体光の結像位置を移動させる。すなわち、通常、結像位置変更レンズ２６は「基準位置」に位置しており、この基準位置では、映像用被写体光と光学的に同じ位置にピント状態検出用被写体光を結像させる。したがって、結像位置変更レンズ２６が基準位置に位置している場合、撮影レンズ１２で撮影された被写体像が映像用撮像素子の撮像面上に結像されると、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの撮像面上にも同じ被写体像が結像される。そして、この基準位置から光軸Ｏ´に沿って前後移動されることにより、ピント状態検出用被写体光の結像位置を可変させる。
【００３３】
結像位置変更レンズ駆動機構３２は、図１に示すように、ラック３２Ａ、ピニオン３２Ｂ、結像位置変更モータ３２Ｃ、結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄ、結像位置変更用ポテンショメータ３２Ｅ等で構成されている。結像位置変更レンズ２６を光軸Ｏ´に沿って前後移動自在に保持する保持するレンズ枠２６Ａにはラック３２Ａが連結されており、このラック３２Ａに噛み合わされたピニオン３２Ｂを結像位置変更モータ３２Ｃで駆動することにより、結像位置変更レンズ２６が光軸Ｏ´に沿って前後移動する。
【００３４】
なお、結像位置変更モータ３２Ｃは、結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄからの駆動信号に基づき作動し、結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄは、信号処理部３４から出力される制御信号に基づいて結像位置変更モータ３２Ｃを駆動する。また、結像位置変更用ポテンショメータ３２Ｅは、結像位置変更レンズ２６の位置を検出し、その位置データをＡ／Ｄ変換器４４を信号処理部３４に出力する（図３参照）。
【００３５】
各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃで撮像された画像は信号処理部３４に出力され、信号処理部３４は、後述するように、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから取得した映像信号に基づいて撮影レンズ１２のピント状態を検出する。そして、その検出したピント状態に基づいてフォーカスモータ駆動回路３６に制御信号を出力し、撮影レンズ１２のフォーカスをＡＦ制御する。
【００３６】
なお、通常、撮影レンズ１２はマニュアルフォーカス（ＭＦ）によりフォーカスが制御され、ＡＦスイッチ４８がＯＮにされた場合にのみＡＦ制御が行われる。
【００３７】
ここで、ＭＦ時、信号処理部３４は、フォーカスデマンド３８の操作に基づいてフォーカスモータ駆動回路３６に制御信号を出力し、撮影レンズ１２のフォーカスを制御する。このフォーカスデマンド３８は、回動自在に設けられたフォーカスノブ（不図示）の回転操作量に応じてフォーカスレンズ１６の移動位置を指令するフォーカスデマンドデータを信号処理部３４に出力する。信号処理部３４は、図３に示すように、このフォーカスデマンド３８からのフォーカスデマンドデータをＣＰＵ４６に取り込む。ＣＰＵ４６は、取り込んだフォーカスデマンドデータと、フォーカス用ポテンショメータ４２からＡ／Ｄ変換器４４を介して入力されるフォーカスレンズ１６の位置データとに基づいてフォーカスレンズ１６の移動速度を演算し、Ｄ／Ａ変換器６４を介してフォーカスモータ駆動回路３６にフォーカスモータ４０の制御信号を出力する。
【００３８】
また、信号処理部３４は、撮影レンズ１２のズームを操作するズームデマンド５０の操作情報に基づいてズームモータ駆動回路５２に制御信号を出力し、撮影レンズ１２をズーム制御する。このズームデマンド５０は、回動自在に設けられたズームリングの回転方向と回転量に応じてズームレンズ１８の移動速度を指令するズームデマンドデータを信号処理部３４に出力する。信号処理部３４は、このズームデマンドデータをＡ／Ｄ変換器４４を介してＣＰＵ４６に取り込む。ＣＰＵ４６は、取り込んだズームデマンドデータと、ズーム用ポテンショメータ５４からＡ／Ｄ変換器４４を介して入力されるズームレンズ１８の位置データとに基づいてズームレンズ１８の移動量を演算し、Ｄ／Ａ変換器６４を介してズームモータ駆動回路５２にズームモータ５６の制御信号を出力する。
【００３９】
さらに、信号処理部３４のＣＰＵ４６は、アイリス用ポテンショメータ５８からＡ／Ｄ変換器４４を介して入力される絞り値データと、カメラ本体１０から与えられるアイリス制御信号とに基づいてアイリスモータ６２の駆動量を演算し、Ｄ／Ａ変換器６４を介してアイリスモータ制御回路６０にアイリスモータ６２の制御信号を出力する。
【００４０】
次に、信号処理部３４におけるピント状態の検出の処理について説明する。図３に示すように、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃで撮像された被写体の画像は、それぞれ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７０Ａ〜７０Ｃ、Ａ／Ｄ変換器７２Ａ〜７２Ｃ、ゲート回路７４Ａ〜７４Ｃ、加算器７６Ａ〜７６Ｃによって画像の鮮鋭度（画像のコントラスト）を示す評価値ＶA 、ＶB 、ＶC の信号に変換されてＣＰＵ４６に入力される。
【００４１】
ここで、評価値ＶA 〜ＶC を求めるまでの処理を説明すると、本実施の形態におけるピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃは、いずれも白黒画像を撮影するＣＣＤであることから、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから出力されるビデオ信号は、それぞれの画面を構成する各画素の輝度を示す輝度信号である。
【００４２】
各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから出力されたビデオ信号は、まず、ハイパスフィルタ７０Ａ〜７０Ｃに入力されて、その高域周波数成分が抽出される。
ハイパスフィルタ７０Ａ〜７０Ｃで抽出された高域周波数成分の信号は、Ａ／Ｄ変換器７２Ａ〜７２Ｃによってデジタル信号に変換される。そして、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃ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７４Ａ〜７４Ｃによって抽出され、抽出された範囲のデジタル信号の値が加算器７６Ａ〜７６Ｃによって加算される。
これにより、所定のフォーカスエリア内におけるビデオ信号の高域周波数成分の値の総和が求められ、求められた値が値が所定の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評価値ＶA 〜ＶC となる。
【００４３】
なお、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃやゲート回路７４Ａ〜７４Ｃ等の各回路には、図示しない同期信号発生回路から各種同期信号が与えられて各回路の処理の同期が図られている。また、ＣＰＵ４６には、同期信号発生回路からビデオ信号の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。
【００４４】
ＣＰＵ４６は、以上のようにして得られた評価値ＶA 〜ＶC に基づいて、映像用撮像素子の撮像面（ピント面Ｐ）に対する撮影レンズ１２の現在のピント状態を検出する。
【００４５】
次に、このＣＰＵ４６による撮影レンズ１２のピント状態の検出方法について説明する。
【００４６】
図４は横軸に撮影レンズ１２のフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する評価値の様子を示した図である。曲線ＳA 、ＳB 、ＳC は、それぞれピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから得られる評価値をフォーカス位置に対して示したものである。なお、結像位置変更レンズ２６は「基準位置」に位置しているものとする。
【００４７】
ここで、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃは、映像用撮像素子と光学的に同じ位置に配置されていることから、同図において、曲線ＳC の評価値が最大（極大）となる位置Ｆ３が合焦位置となる。
【００４８】
撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆ３に対応する値ＶA3、ＶB3、ＶC3となる。図４に示すように、この場合、各評価値の関係は第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA5と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB3が同値となり、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃから得られる評価値ＶC3が異なる値となる（ＶA3＝ＶB3、ＶA3≠ＶC3、ＶB3≠ＶC3）。したがって、このように第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA3と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB3とが同値で、かつ、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃから得られる評価値ＶC3が、これらの値と異なる場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３に設定された状態であることが分かる。
【００４９】
一方、撮影レンズ１２のフォーカス位置が、合焦位置Ｆ３よりも至近側の位置Ｆ２に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆ２に対応する値ＶA2、ＶB2、ＶC2となる。図４に示すように、この場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA2と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB2の関係は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA2の方が第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB2よりも大きくなる（ＶA2＞ＶB2）。したがって、このように第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA2の方が第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB2よりも大きい場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３よりも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。
【００５０】
また、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３よりも無限遠側の位置Ｆ４に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は、各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆ４に対応する値ＶA4、ＶB4、Ｖc4となる。図４に示すように、この場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA4と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB4の関係は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA4よりも第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB4の方が小さくなる。したがって、このように第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA4の方が第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB4よりも小さい場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３よりも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。
【００５１】
これに対して、撮影レンズ１２のフォーカス位置が、位置Ｆ２よりも更に至近側の位置Ｆ１に設定された場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA1と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB1が同値になるが、この場合、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃから得られる評価値ＶC1も同値になるので（ＶA1＝ＶB1＝ＶC1）、このように各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値ＶA1〜ＶC1が全て同値の場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３から大幅にズレた状態（大きくボケた状態）であることが分かる。
【００５２】
同様に撮影レンズ１２のフォーカス位置が、位置Ｆ４よりも更に無限遠側の位置Ｆ５に設定された場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA5と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB5が同値になるが、この場合、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃから得られる評価値ＶC5も同値になるので（ＶA5＝ＶB5＝ＶC5）、このように各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値ＶA5〜ＶC5が全て同値の場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ３から大幅にズレた状態（大きくボケた状態）であることが分かる。
【００５３】
ところで、上記のように各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値ＶA 〜ＶC が全て同値となった場合、フォーカス位置が合焦位置から大幅にズレた状態にあることは検出できるが、どちらの方向にどれだけズレているかの検出は行うことができない。このような場合は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを第３ピント状態検出用撮像素子Ｃに対してより光路長が短くなる位置と長くなる位置に設置し、両者の光路長の差を広げることにより、検出が可能になる。
【００５４】
たとえば、図５に示すように、２つのピント状態検出用撮像素子Ｄ、Ｅを第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂよりも光路長が短くなる位置と長くなる位置とに設置すると、各ピント状態検出用撮像素子Ｄ、Ｅから得られる評価値は、図６に示す曲線ＳD 、ＳE のようになる。
【００５５】
いま、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置よりも大幅に離れた至近側の位置Ｆ６に設定されたとすると、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂから得られる評価値は、各曲線ＳA 〜ＳE の位置Ｆ６に対応する値ＶA6〜ＶE6となる。この場合、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA6と第２ピント状態検出用撮像素子ＶB6から得られる評価値は共に同値となり、ピント状態を検出することはできないが、ピント状態検出用撮像素子Ｄ、Ｅから得られる評価値ＶD6、ＶE6は、ピント状態検出用撮像素子Ｄから得られる評価値ＶD6の方がピント状態検出用撮像素子Ｅから得られる評価値ＶE6よりも大きくなる。したがって、この評価値ＶD6、ＶE6を比較することにより、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置よりも至近側に設定された状態であることが分かる。
【００５６】
このように、２つのピント状態検出用撮像素子の間隔を広げることにより、フォーカス位置が合焦位置よりも大幅にずれている場合であってもピント状態の検出を行うことができる。
【００５７】
しかしながら、本実施の形態の第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂは一定位置に固定されているため、設置間隔（光路長の差）を広げることはできない。
【００５８】
そこで、次のように結像位置変更レンズ２６でピント状態検出用被写体光の結像位置をずらすことで擬似的にピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの間隔を広げる（光路長の差を広げる）。具体的には次のように行う。
【００５９】
図７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素子Ａ、Ｂ、Ｃの評価値の様子を示した図である。同図において、実線でした曲線ＳA 〜ＳC が、それぞれピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃの評価値をフォーカス位置に対して示したものである。
【００６０】
いま、撮影レンズ１２のフォーカス位置が位置Ｆにあるものとすると、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は、各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆに対応する値ＶA 、ＶB 、Ｖc となる。
【００６１】
ここで、第１ピント状態検出用撮像素子Ａを光路長がＸだけ短くなる位置に移動させ、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを同じく光路長がＸだけ長くなる位置に移動させたと仮定する（以下、光路長がＸだけ短くなる位置に移動させた第１ピント状態検出用撮像素子Ａを第１ピント状態検出用撮像素子Ａ−とし、光路長がＸだけ長くなる位置に移動させた第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ＋とする。）。このとき各ピント状態検出用撮像素子Ａ−、Ｂ＋から得られる評価値は、図７に破線で示した曲線ＳA-、ＳB+のようになる。この場合、撮影レンズ１２のフォーカス位置が位置Ｆにあるとすると、ピント状態検出用撮像素子Ａ−、Ｂ＋から得られる評価値は、それぞれ各曲線ＳA-、ＳB+の位置Ｆに対応する値ＶA-、ＶB+となる。
【００６２】
このようにピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂを移動させたときとの評価値と同じ評価値をピント状態検出用被写体光の結像位置をずらすことで取得する。
【００６３】
図７に示すように、まず、結像位置変更レンズ２６を移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を位置Ｆから距離Ｘだけ至近側に近づけた位置Ｆ−Ｘに移動させる。そして、この位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値を取得する（第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値は取得しない）。
このとき、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値は、曲線ＳB の位置Ｆ−Ｘに対応する値ＶBXとなる。この値は第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを光路長がＸだけ長くなる位置に移動させたときに得られる評価値ＶB+（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ＋から得られる評価値ＶB+）と同値になる（ＶBX＝ＶB+）。
【００６４】
次に、結像位置変更レンズ２６を逆方向に移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を位置ｆから距離Ｘだけ無限遠側に遠ざけた位置Ｆ＋Ｘに移動させる。そして、この位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値を取得する（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値は取得しない）。このとき、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値は曲線ＳA の位置Ｆ＋Ｘに対応する値ＶAXとなり、この値は第１ピント状態検出用撮像素子Ａを光路長がＸだけ短くなる位置に移動させたときに得られる評価値（第１ピント状態検出用撮像素子Ａ−から得られる評価値ＶA-）と同値になる（ＶAX＝ＶA-）。
【００６５】
このように、ピント状態検出用被写体光の結像位置を前後等距離移動させ、各位置で片方ずつの評価値を取得することにより、あたかもピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を広げて評価値を取得したのと同じ効果を得ることができる。
【００６６】
上記の例は、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を広げる場合の例であるが、逆に狭めることもできる。この場合は次のように各評価値を取得する。
【００６７】
図８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素子Ａ、Ｂ、Ｃの評価値の様子を示した図である。同図において、実線でした曲線ＳA 〜ＳC が、それぞれピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃの評価値をフォーカス位置に対して示したものである。
【００６８】
いま、撮影レンズ１２のフォーカス位置が位置Ｆにあるものとすると、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃから得られる評価値は、各曲線ＳA 〜ＳC の位置Ｆに対応する値ＶA 、ＶB 、Ｖc となる。
【００６９】
ここで、第１ピント状態検出用撮像素子Ａを光路長がＸだけ長くなる位置に移動させ、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを同じく光路長がＸだけ短くなる位置に移動させたと仮定する（以下、光路長がＸだけ長くなる位置に移動させた第１ピント状態検出用撮像素子Ａを第１ピント状態検出用撮像素子Ａ＋とし、光路長がＸだけ短くなる位置に移動させた第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ−とする。）。このとき、各ピント状態検出用撮像素子Ａ＋、Ｂ−から得られる評価値は、図８に破線で示した曲線ＳA+、ＳB-のようになる。この場合、撮影レンズ１２のフォーカス位置が位置Ｆにあるとすると、ピント状態検出用撮像素子Ａ＋、Ｂ−から得られる評価値は、それぞれ各曲線ＳA+、ＳB-の位置Ｆに対応する値ＶA+、ＶB-となる。
【００７０】
まず、結像位置変更レンズ２６を移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を位置Ｆから距離Ｘだけ至近側に近づけた位置Ｆ−Ｘに移動させる。そして、この位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値を取得する（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値は取得しない）。このとき、第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値は曲線ＳA の位置Ｆ−Ｘに対応する値ＶAXとなり、この値は第１ピント状態検出用撮像素子Ａを光路長がＸだけ長くなる位置に移動させたときに得られる評価値（第１ピント状態検出用撮像素子Ａ＋から得られる評価値ＶA+）と同値になる（ＶAX＝ＶA+）。
【００７１】
次に、結像位置変更レンズ２６を逆方向に移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を位置Ｆから距離Ｘだけ無限遠側に遠ざけた位置Ｆ＋Ｘに移動させる。そして、この位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値を取得する（第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値は取得しない）。このとき、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値は曲線ＳB の位置Ｆ＋Ｘに対応する値ＶBXとなる。この値は第２ピント状態検出用撮像素子Ｂを光路長がＸだけ短くなる位置に移動させたときに得られる評価値ＶB-（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ−から得られる評価値ＶB-）と同値になる（ＶBX＝ＶB-）。
【００７２】
このように、ピント状態検出用被写体光の結像位置を前後等距離移動させ、各位置で片側ずつの評価値を取得することにより、あたかもピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を狭めて評価値を取得したのと同じ効果を得ることができる。
【００７３】
なお、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を狭めると、より多くの評価値情報を得られるため、より高精度なピント状態の検出が可能になる。
【００７４】
一方、撮影レンズ１２の絞り値が大きくなると、評価値のピーク位置が下がり、全体としてなだらかな曲線になることから、このような場合は逆にピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を広げた方が高精度なピント状態の検出が可能になる。
【００７５】
しがたって、絞り値に応じてピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を変えることが好ましい。以下、この絞り値に応じたフォーカス制御の処理手順を図９に示すフローチャートに従って説明する。
【００７６】
図９に示すように、まず、ＣＰＵ４６は所要の初期設定を行った後（ステップＳ１０）、カメラ本体１０から与えられるアイリス制御信号に基づいて撮影レンズ１２のアイリス２０を制御したり、ズームデマンド５０からのズームデマンドデータに基づいて撮影レンズ１２をズーム制御したり、ＡＦ以外の所要の処理を行う（ステップＳ１２）。
【００７７】
次に、ＣＰＵ４６はＡＦスイッチ４８のＯＮ・ＯＦＦを確認する（ステップＳ１４）。そして、ＡＦスイッチ４８がＯＮになっている場合に以下のＡＦ制御を実施する。
【００７８】
まず、ＣＰＵ４６は、アイリス用ポテンショメータ５８から撮影レンズ１２の現在の絞り値データを取り込む（ステップＳ１６）。そして、その取り込んだ絞り値データに基づいて最適な光路長差（ピント状態検出用撮像素子Ａとピント状態検出用撮像素子Ｂの光路長の差）を算出する（ステップＳ１８）。
【００７９】
次に、ＣＰＵ４６は、算出した最適光路長差と現在の光路長差を比較する（ステップＳ２０）。この比較の結果、現在の光路長差で十分と判断した場合は、光路長の変更は行わず、通常どおり第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂとから得られる評価値とに基づいてピント状態を検出する。
【００８０】
すなわち、まず第１ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる評価値ＶA を取り込み（ステップＳ２２）、次いで、第２ピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる評価値ＶB を取り込む（ステップＳ２４）。そして、その取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を比較し（ステップＳ２６）、合焦状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。
【００８１】
ここで、合焦状態にあるか否かを判定は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB との差ΔＶA-B （ΔＶA-B ＝ＶA −ＶB ）を求め、その差がゼロか否かにより判定する。そして、評価値の差ΔＶA-B がゼロの場合は合焦と判定され、ゼロでない場合は合焦状態にないと判定される。
【００８２】
この判定の結果、合焦と判定された場合は、フォーカス制御は行わず、ＡＦ制御を終了する。以下、再びＡＦスイッチ４８が押されるまでマニュアルでフォーカスが制御される。
【００８３】
一方、合焦状態にないと判定された場合は、フォーカス制御を実行する。すなわち、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB とに基づいてピントのズレ方向を求め（ステップＳ３０）、その評価値の差ΔＶA-B を制御量（移動量又は移動速度）としてフォーカスレンズ群１６を移動させる。たとえば、ピントのズレ方向が無限遠方向であるならば、評価値の差ΔＶA-B を制御量としてフォーカスレンズ群１６を至近側に移動させ（ステップＳ３２）、ピントのズレ方向が至近方向であるならば、評価値の差ΔＶA-B を制御量としてフォーカスレンズ群１６を無限遠側に移動させる（ステップＳ３４）。そして、合焦するまで、すなわち第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB との差ΔＶA-B がゼロになるまで上記の処理を繰り返す。
【００８４】
これにより、撮影レンズ１２のピントが被写体に合わせられ、撮像部１４の映像用撮像素子の撮像面上に被写体像が結像する。
【００８５】
一方、上記ステップ２０において、現在の光路長差では不十分と判断されると、ＣＰＵ４６は、その現在の光路長差と求めた最適光路長差とを比較し、現在の光路長差が最適光路長差よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３６）。
【００８６】
この判定の結果、現在の光路長差が最適光路長差よりも小さいと判断すると（第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの間隔が最適な間隔よりも狭い場合）、ＣＰＵ４６は、最適光路長差となるように、ピント状態検出用被写体光の結像位置を無限遠側に所定量移動させる（ステップＳ３８）。すなわち、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置から所定量移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を無限遠側に所定量移動させる。
【００８７】
そして、移動させた位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａに撮像された映像信号に基づく第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取り込む（ステップＳ４０）。なお、このとき第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB は取り込まない。
【００８８】
第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA が取り込まれると、ＣＰＵ４６は、ピント状態検出用被写体光の結像位置を至近側に同量移動させる（ステップＳ４２）。すなわち、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置から逆方向同量移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を至近側に同量移動させる。
【００８９】
そして、移動させた位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂに撮像された映像信号に基づく第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を取り込む（ステップＳ４４）。なお、このとき第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA は取り込まない。
【００９０】
第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB が取り込まれると、ＣＰＵ４６は、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置に復帰させる（ステップＳ４６）。
【００９１】
この後、ＣＰＵ４６は、取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB とに基づいてピント状態を検出する。すなわち、取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を比較し（ステップＳ２６）、合焦状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。そして、その判定結果に基づきフォーカス制御が行われ、合焦するまで上記処理が繰り返される。
【００９２】
一方、上記ステップ３６で現在の光路長差が最適光路長差よりも大きいと判断されると（第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの間隔が最適な間隔よりも広い場合）、ＣＰＵ４６は、最適光路長差となるように、ピント状態検出用被写体光の結像位置を至近遠側に所定量移動させる（ステップＳ４８）。すなわち、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置から所定量移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を至近側に所定量移動させる。
【００９３】
そして、移動させた位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａに撮像された映像信号に基づく第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取り込む（ステップＳ５０）。なお、このとき第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB は取り込まない。
【００９４】
第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA が取り込まれると、ＣＰＵ４６は、ピント状態検出用被写体光の結像位置を無限遠側に同量移動させる（ステップＳ５２）。すなわち、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置から逆方向同量移動させ、ピント状態検出用被写体光の結像位置を無限遠側に同量移動させる。
【００９５】
そして、移動させた位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂに撮像された映像信号に基づく第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を取り込む（ステップＳ４４）。なお、このとき第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA は取り込まない。
【００９６】
第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB が取り込まれると、ＣＰＵ４６は、Ｄ／Ａ変換器６４を介して結像位置変更モータ駆動回路３２Ｄに制御信号を出力し、結像位置変更モータ３２Ｃを駆動して結像位置変更レンズ２６を基準位置に復帰させる（ステップＳ４６）。
【００９７】
この後、ＣＰＵ４６は、取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB とに基づいてピント状態を検出する。すなわち、取り込んだ第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を比較し（ステップＳ２６）、合焦状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。そして、その判定結果に基づきフォーカス制御が行われ、合焦するまで上記処理が繰り返される。
【００９８】
このように、絞り値に応じてピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を変えることにより、評価値曲線の形状に応じた光路長差に設定することができるので、常に高精度なピント状態の検出を行うことができる。
【００９９】
また、一対のピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂを用いてピント状態の検出を行うので、結像位置変更レンズ２６を移動させる場合であっても、その移動量は少ないもので済み、迅速なピント状態の検出を行うことができる。
【０１００】
なお、上記の処理手順では、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値とに基づいてピント状態の検出を行っているが、上述したように第３ピント状態検出用撮像素子Ｃの評価値を用いて検出するようにしてもよい。
【０１０１】
また、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃを用いる場合は、たとえば、各ピント状態検出用撮像素子Ａ〜Ｃの評価値を比較し、同値の場合（ピントが大きくずれている場合）は、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの光路長差を広げて検出を行なうようにする。これにより、ピントが大きくずれている場合であっても正確に合焦させることができる。
【０１０２】
また、少なくとも一対のピント状態検出用撮像素子（第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ）を設置すればよく、更に一対のピント状態検出用撮像素子を設置するようにしてもよい。
【０１０３】
図１０は、本発明に係るピント状態検出装置が適用されたテレビカメラシステムの第２の実施の形態の構成図である。なお、上述した第１の実施の形態のテレビカメラシステムと同じ構成要素には同じ符号が付されている。
【０１０４】
図１０に示すように、本実施の形態のテレビカメラシステムでは、ピント状態検出部２８が光軸Ｏ´に沿って前後移動自在に設けられている。ピント状態検出部２８は、一つのユニットとして構成されており、このユニット全体が図示しない駆動手段に駆動されて光軸Ｏ´に沿って前後移動する。なお、ハーフミラー２４で分離されたピント状態検出用被写体光は、一定位置に固定されたリレーレンズ２７を介してピント状態検出部２８に入射される。
【０１０５】
以上のように構成された第２の実施の形態のテレビカメラシステムでは、次のようにピント状態の検出を行なう。
【０１０６】
すなわち、撮影レンズ１２の絞り値が大きく、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂとの光路長の差を広げた方が高精度な検出ができる場合は、まず、ユニット全体を至近側（ハーフミラー２４に近づく方向）に所定量移動させ、その位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取得する（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB は取得しない）。そして、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取得した後は、ユニット全体を無限遠側（ハーフミラー２４から離れる方向）に同量移動させ、その位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を取得する（第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA は取得しない）。そして、取得した第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB に基づいてピント状態を検出する。
【０１０７】
また、絞り値が小さく、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂとの光路長の差を狭めた方が高精度な検出ができる場合は、まず、ユニット全体を無限遠側（ハーフミラー２４から離れる方向）に所定量移動させ、その位置で第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取得する（第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB は取得しない）。そして、第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA を取得した後は、ユニット全体を至近側（ハーフミラー２４から離れる方向）に同量移動させ、その位置で第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB を取得する（第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA は取得しない）。そして、取得した第１ピント状態検出用撮像素子Ａの評価値ＶA と第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの評価値ＶB に基づいてピント状態を検出する。
【０１０８】
なお、光路長差を変更する場合は、上記の実施の形態と同様に絞り値から最適光路長差を求め、その最適光路長差となるように光路長差を変更することが好ましい。
【０１０９】
このように、ピント状態検出部２８をユニット化し、このユニット全体をピント状態検出用被写体光の光軸Ｏ´に沿って前後等距離移動させ、各位置で片側ずつの評価値を取得することにより、あたかもピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの光路長差を広げて評価値を取得したのと同じ効果を得ることができる。
【０１１０】
なお、上述した実施の形態では、本発明をテレビカメラシステムに適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限らず、ビデオカメラや静止画を撮影するスチルカメラにも適用することができる。
【０１１１】
また、上記実施の形態では、第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂの他に第３ピント状態検出用撮像素子Ｃを設置するようにしているが、少なくとも一対のピント状態検出用撮像素子（第１ピント状態検出用撮像素子Ａと第２ピント状態検出用撮像素子Ｂ）を設置すればよく、第３ピント状態検出用撮像素子Ｃは設置しなくてもよい。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絞り値やＡＦ精度等に応じて最適な光路長に設定してピント状態の検出を行うことができ、常に高精度なピント状態の検出を行うことができる。また、一対のピント状態検出用撮像素子を用いてピント状態の検出を行うので、結像位置変更レンズを移動させる場合であっても、その移動量は少ないもので済み、迅速な検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明に係るオートフォーカスシステムが適用されたテレビカメラシステムの構成図
【図２】ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射するピント状態検出用被写体光の光軸を同一直線上に表示した図
【図３】信号処理部の構成を示すブロック図
【図４】横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ評価値の様子を示した図
【図５】ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに入射するピント状態検出用被写体光の光軸を同一直線上に表示した図
【図６】横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ評価値の様子を示した図
【図７】横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ−、Ｂ＋の評価値の様子を示した図
【図８】横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ＋、Ｂ−の評価値の様子を示した図
【図９】フォーカス制御の処理手順の他の実施の形態を示すフローチャート
【図１０】発明に係るオートフォーカスシステムが適用されたテレビカメラシステムの第２の実施の形態の構成図
【符号の説明】
１０…カメラ本体、１２…撮影レンズ、１４…撮像部、１６…フォーカスレンズ群、１８…ズームレンズ群、２０…アイリス、２２…リレーレンズ群、２２Ａ…前側リレーレンズ、２２Ｂ…後側リレーレンズ、２４…ハーフミラー、２６…結像位置変更レンズ、２６Ａ…レンズ枠、２８…ピント状態検出部、３０…ビームスプリッタ、３０Ａ…第１プリズム、３０Ｂ…第２プリズム、３０Ｃ…第３プリズム、３２…結像位置変更レンズ駆動機構、３２Ａ…ラック、３２Ｂ…ピニオン、３２Ｃ…結像位置変更モータ、３２Ｄ…結像位置変更モータ駆動回路、３２Ｅ…結像位置変更用ポテンショメータ、３４…信号処理部、３６…フォーカスモータ駆動回路、３８…フォーカスデマンド、４０…フォーカスモータ、４２…フォーカス用ポテンショメータ、４４…Ａ／Ｄ変換器、４６…ＣＰＵ、４８…ＡＦスイッチ、５０…ズームデマンド、５２…ズームモータ駆動回路、５４…ズーム用ポテンショメータ、５６…ズームモータ、５８…アイリス用ポテンショメータ、６０…アイリスモータ制御回路、６２…アイリスモータ、６４…Ｄ／Ａ変換器、７０Ａ〜７０Ｃ…ハイパスフィルタ、７２Ａ〜７２Ｃ…Ａ／Ｄ変換器、７４Ａ〜７４Ｃ…ゲート回路、７６Ａ〜７６Ｃ…加算器、Ａ…第１ピント状態検出用撮像素子、Ｂ…第２ピント状態検出用撮像素子、Ｃ…第３ピント状態検出用撮像素子、Ｐ…ピント面
Claims (2)
- 撮影レンズを通って映像用撮像素子に入射する映像用被写体光からピント状態検出用被写体光を分離し、該ピント状態検出用被写体光を光分割手段で分割して、前記映像用撮像素子よりも光路長が所定量長くなる位置と短くなる位置とに配置された第１の光路長差を有する一対のピント状態検出用撮像素子に入射させ、該一対のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から被写体像の鮮鋭度を示す評価値を求めて、求めた評価値同士を比較することにより、前記撮影レンズのピント状態を検出するピント状態検出装置において、
前記光分割手段に入射されるピント状態検出用被写体光の光軸上に配置され、光軸方向に沿って前後移動されることにより、前記被写体像の結像位置を移動させる結像位置変更レンズと、
前記結像位置変更レンズを前記ピント状態検出用被写体光の光軸に沿って前後移動させる移動手段と、を備え、
前記第１の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合には、前記映像用撮像素子に入射する映像用被写体光と、前記一対のピント状態検出用撮像素子の各光路長の中間の光路長の位置に入射するピント状態検出用被写体光とが同じピント状態となるように前記結像位置変更レンズを基準位置に移動させ、前記一対のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号からそれぞれ評価値を求め、求めた評価値同士を比較して、前記撮影レンズのピント状態を検出し、
前記第１の光路長差と異なる第２の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合には、前記結像位置変更レンズを前記基準位置を基準にして前後等距離移動させ、前方向に移動させたとき、一方のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から評価値を求め、後方向に移動させたとき、他方のピント状態検出用撮像素子で撮像された映像信号から評価値を求め、求めた評価値同士を比較して、前記撮影レンズの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。 - 前記結像位置変更レンズは、前記第１の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合と、前記第２の光路長差を有するピント状態検出用被写体光に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出する場合とを、前記撮影レンズの絞り値に応じて切り替えることを特徴とする請求項１に記載のピント状態検出装置。
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