JP4599116B2

JP4599116B2 - オートフォーカスシステム

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Publication number: JP4599116B2
Application number: JP2004246898A
Authority: JP
Inventors: 康示桑木野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: EP1637912A3; US7570299B2; EP1637912A2; US20060044454A1; JP2006064969A

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。

放送用のテレビカメラ等のビデオカメラで好適なオートフォーカス（ＡＦ）として、光路長差方式と称するＡＦ方式が提案されている（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、撮影レンズに入射した被写体光の一部が本線光路から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信号を取得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によって記録又は再生用の映像信号が取得される。

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、上述のように本線光路からＡＦ用光路を分岐するためにハーフミラー等の光分割光学系を配置した場合や、ＡＦ用光路を曲げるためにミラー等を配置した場合に、それらの光学系の偏光作用によってＡＦ用光路に分岐された被写体光が偏光している場合がある。一般に、金属以外の物質の表面が反射面となっている場合に、その反射面に斜め方向から光が入射すると、入射面に平行なｐ偏光成分の多くは反射されずに透過又は吸収されるため、反射面で反射される光の多くは入射面に垂直なｓ偏光となる。また、光学系に偏光作用が少ないとしても撮影レンズに入射する被写体光自体が偏光している場合もある。

一方、ＡＦ用撮像素子の各撮像面に入射する被写体光の光量は、各撮像面で撮像した被写体画像の焦点評価値を比較する関係から予め決められた一定の光量比（通常は等価）になることが必要である。

しかしながら、ＡＦ用光路に導かれた被写体光をＡＦ用撮像素子の各撮像面に分割する光分割光学系としてハーフミラーやプリズムを使用した場合、一般的には、無偏光の入射光に対して一定の光量比でその入射光を分割する特性をもつため、上述のように偏光した被写体光が入射すると、ＡＦ用撮像素子の各撮像面に入射する被写体光の光量が予定した光量比とならず、ＡＦによるピント合わせが適切に行われないという問題が生じる場合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＡＦ用撮影素子の複数の撮像面に入射する被写体光の光量が、それらの各撮像面に分割する前の被写体光が偏光しているか否かにかかわらず一定の光量比となるようにし、オートフォーカスによるピント合わせを精度良く行えるようにした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、撮影レンズのピント調整を自動で行うオートフォーカス用としての被写体画像を撮像するＡＦ用撮像手段の撮像面であって、光路長が異なる位置に配置された複数の撮像面と、前記撮影レンズに入射した被写体光を前記複数の撮像面に導く光路の一部であって、前記各撮像面に入射する全ての被写体光が通過する共通光路と、前記共通光路によって導かれた被写体光を前記複数の撮像面の各々に入射する被写体光として分割する光分割手段と、前記複数の撮像面により得られた被写体画像のコントラストに基づいて前記撮影レンズのフォーカスを制御して被写体に合焦させ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、前記共通光路の所定位置に配置されると共に、該所定位置に導かれた被写体光が偏光している場合に該被写体光を直線偏光又は部分偏光ではない光に変換して前記光分割手段に入射させる変換手段を備え、前記変換手段は、前記光分割手段の直前に配置された１／４波長板であり、該１／４波長板のｆａｓｔ軸及びｓｌｏｗ軸が、前記共通光路の光軸に直交するとともに前記光分割手段のハーフミラー面に平行な方向、及びこの方向と前記光軸の方向の両方に直交する方向、に対していずれかの回転方向に４５度又は１３５度の角度をなすように配置され、前記複数の撮像面の各々に入射する被写体光の光量が等価となるようにしたことを特徴としている。本発明によれば、ＡＦ用撮像手段の複数の撮像面に被写体光を分割する前に被写体光を直線偏光又は部分偏光ではない光に変換するようにしたため、各撮像面に入射する被写体光の光量が予め決められた一定の光量比となるように被写体光を光分割手段によって分割することができる。

また、直線偏光している被写体光が、１／４波長板によって円偏光に変換され、また偏光した光をランダム偏光に変換する光学素子によってランダム偏光に変換されるため、被写体光の偏光性をなくすことができる。

また、変換手段は、光分割手段の直前に配置することが望ましい。但し、変換手段と光分割手段との間に、被写体光を偏光する要素がなければこれに限らない。

本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、ＡＦ用撮影素子の複数の撮像面に入射する被写体光の光量が、常に一定の光量比となるため、オートフォーカスによるピント合わせが精度良く行われるようになる。

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。

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、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１６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、上記後側リレーレンズＲＢと同等のリレーレンズ（群）１８、１／４波長板２８、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、リレーレンズ１８を通過した後、詳細を後述する１／４波長板２８を介して光分割光学系２０に入射する。

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。

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。

撮影レンズ１０のフォーカスレンズＦＬは図１の制御系１２によって電動で制御される。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３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。

次に、図１において、撮影レンズ１０のＡＦ用光路に配置された１／４波長板２８の作用について説明する。１／４波長板２８は、一般に直線偏光を円偏光、又は、円偏光を直線偏光に変換する際に使用される位相差板であり、本発明では、光分割光学系１６からＡＦ用光路に分岐された被写体光が偏光している場合、即ち、ＡＦ用光路に分岐された被写体光の振動方向（電場の振動方向）が一方向のみの直線偏光の場合、又は、特定方向に振動する光の強度が他の方向に振動する光よりも強い部分偏光の場合に、その被写体光を無偏光の光（直線偏光又は部分偏光でない光）に変換するために配置されている。

ＡＦ用光路に分岐された被写体光が偏光する場合として、光分割光学系１６が偏光作用を有する場合や、図１の撮影レンズ１０の構成では設けられていないが、ＡＦ用光路中に被写体光の光路を曲げるミラーなどが設けられ、そのミラーが偏光作用を有する場合等がある。また、これらの偏光作用が少ない場合であっても、被写体が漆塗りの家具や光沢のある漆器や磁器のような場合に撮影レンズ１０に入射する被写体光が偏光している場合も考えられる。

一方、光分割光学系２０は、入射する被写体光が無偏光の場合に、その無偏光の被写体光をＡＦ用撮像素子２２Ａに反射する反射光とＡＦ用撮像素子２２Ｂに透過する透過光とに光量が等価（光量比が１対１）となるように分割する特性を有している。そのため、偏光している被写体光が光分割光学系２０に入射した場合には、光分割光学系２０で分割される反射光と透過光との光量が相違するおそれがある。もし、光分割光学系２０で分割される反射光と透過光との光量が相違する場合、上述のＡＦ処理部３２により得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の大きさに差異が生じているときに、その差異がピント状態（非合焦）によるものだけでなくではなく、ＡＦ用撮像素子２２Ａの撮像面に入射する被写体光の光量と、ＡＦ用撮像素子２２Ｂの撮像面に入射する被写体光の光量との差異によっても生じていることになる。この場合、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致し、合焦と判断される場合であっても実際には合焦していないことになり合焦精度が低下する。

そこで、光分割光学系１６によってＡＦ用光路に分岐された被写体光が光分割光学系２０に入射する前（光分割光学系２０の直前）に１／４波長板２８を配置し、１／４波長板２８によって光分割光学系２０に入射する被写体光を無偏光の光に変換することによって、光分割光学系２０によって分割される反射光と透過光の光量が確実に等価となるようにしている。これによって、被写体光が偏光することによる合焦精度の低下が防止される。

また、図５に１／４波長板２８と光分割光学系２０を拡大して示すと、ＡＦ用光路の光軸Ｏ′をＺ軸とし、直交座標のＸ軸を光分割光学系２０のハーフミラー面２０Ｍに平行な方向であって、光軸Ｏ′（Ｚ軸）に直交する方向（図１での紙面に垂直な方向）とし、Ｙ軸を、Ｘ軸及びＺ軸に直交する方向、即ち、図１での紙面に平行な方向であって、光軸Ｏ′に直交する方向とする。このとき、Ｘ軸方向のみに振動する光（電場の振動面がＸ軸とＺ軸を含む面に平行な光）の偏光が光分割光学系２０のハーフミラー面２０Ｍに対してｓ偏光となり、Ｙ軸方向のみに振動する光（電場の振動面がＹ軸とＺ軸を含む面に平行な光）がｐ偏光となる。

ＡＦ用光路に導かれた被写体光がｓ偏光、又は、ｐ偏光の場合において、又は、ＡＦ用光路に導かれた被写体光をｓ偏光成分とｐ偏光成分に分けた場合にいずれか一方の偏光成分の強度が強い場合において、そのまま光分割光学系２０のハーフミラー面２０Ｍで被写体光を分割すると反射光と透過光の光量が等価にならない。そこで、上述のように１／４波長板２８が光分割光学系２０の前に配置されるが、例えば、同図に示すように１／４波長板２８のｆａｓｔ軸とｓｌｏｗ軸がＸ軸とＹ軸に対していずれかの回転方向に４５度（又は１３５度）の角度をなすように１／４波長板２８を配置すると、ｓ偏光やｐ偏光のようにＸ軸方向やＹ軸方向に振動する光が円偏光に変換され、ｓ偏光成分とｐ偏光成分の光強度が均等になるためより好適である。

以上、上記実施の形態では、ＡＦ用として専用に設けたＡＦ用撮像素子２２Ａ、２２Ｂの２つの撮像面に光分割光学系２０により被写体光を分割する場合について説明したが、ＡＦ用の被写体画像を撮像する撮像面（ＡＦ用の映像信号を取得するための撮像面）の数が２つより多く、それの撮像面に被写体光を分割する場合や、映像用撮像素子２６のＡＦ用撮像素子の１つとして兼用する場合等においても本発明を適用することができる。即ち、ＡＦ用の被写体画像を撮像する複数の撮像面に光分割光学系によって被写体光を分割するよりも前の光路上の位置であって、少なくともその位置から光分割光学系までの間で偏光が生じることがないような位置に１／４波長板を配置すれば、各撮像面に目的の光量比で被写体光を分割することができる。尚、例えば、図１において、映像用撮像素子２６によって取得される映像信号をＡＦ用に使用することも可能であり、その場合には光分割光学系１６の前に１／４波長板を配置する。

また、上記実施の形態では、ＡＦ用の被写体画像を撮像する各撮像面に等価な光量の被写体光を入射させるようにした場合について説明したが、ＡＦ用の被写体画像を撮像する各撮像面に入射させる被写体光の光量は必ずしも等価でなくても予め決められた一定の光量比であればそれを考慮した処理によって適切にＡＦによるピント合わせを行うことができる。その場合においても上記実施の形態と同様に１／４波長板を配置することによって各撮像面に入射させる被写体光の光量を予め決められた一定の光量比とすることができ、偏光による合焦精度の低下を防止することができる。

また、上記実施の形態では１／４波長板２８によって偏光した被写体光を無偏光の光に変換するようにしたが、１／４波長板２８の代わりに偏光した光をランダム偏光に変換する光学素子を配置するようにしてもよい。

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、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、ＡＦ処理部の構成を示したブロック図である。図４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５は、ＡＦ用光路における１／４波長板と光分割光学系を拡大して示した図である。

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、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、２８…１／４波長板、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

撮影レンズのピント調整を自動で行うオートフォーカス用としての被写体画像を撮像するＡＦ用撮像手段の撮像面であって、光路長が異なる位置に配置された複数の撮像面と、前記撮影レンズに入射した被写体光を前記複数の撮像面に導く光路の一部であって、前記各撮像面に入射する全ての被写体光が通過する共通光路と、前記共通光路によって導かれた被写体光を前記複数の撮像面の各々に入射する被写体光として分割する光分割手段と、前記複数の撮像面により得られた被写体画像のコントラストに基づいて前記撮影レンズのフォーカスを制御して被写体に合焦させ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、
前記共通光路の所定位置に配置されると共に、該所定位置に導かれた被写体光が偏光している場合に該被写体光を直線偏光又は部分偏光ではない光に変換して前記光分割手段に入射させる変換手段を備え、
前記変換手段は、前記光分割手段の直前に配置された１／４波長板であり、該１／４波長板のｆａｓｔ軸及びｓｌｏｗ軸が、前記共通光路の光軸に直交するとともに前記光分割手段のハーフミラー面に平行な方向、及びこの方向と前記光軸の方向の両方に直交する方向、に対していずれかの回転方向に４５度又は１３５度の角度をなすように配置され、
前記複数の撮像面の各々に入射する被写体光の光量が等価となるようにしたことを特徴とするオートフォーカスシステム。