JPH1026725A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】精度よく且つ迅速に合焦を行うことができるオ
ートフォーカス装置を提供する。 【解決手段】撮影光学系１と、山登り式で合焦評価値を
作成する第一合焦評価部２と、像ずれ式で合焦評価値を
作成する第二合焦評価部３と、上記合焦評価値の少なく
とも一方を選択する合焦方法選択装置４と、合焦方法選
択装置４で選択された合焦評価値を基に焦点調節用レン
ズ１１を移動するモータ５、モータ駆動装置６と、ピン
ト外れ記憶装置７とを有する。ピント外れ記憶装置７は
撮像素子２１上の像と予定焦点面３７上の像とのピント
外れ量を記憶する。第二合焦評価値３は撮像素子３３
ａ、３３ｂ上の像の位置のずれを上記記憶したピント外
れ量で補正して、当該補正した像の位置ずれを基に合焦
評価値を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ、主にＴＶ
カメラに用いるオートフォーカス装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、カメラ用のオートフォーカス
装置として２種類のオートフォーカス装置がある。一方
は、一般に山登り方式といわれているもので、主にビデ
オカメラ用のオートフォーカス装置として用いられてい
る。他方は、像ずれ方式といわれているもので、主にス
ティルカメラ用のオートフォーカス装置として用いられ
ている。以下に、両方式のオートフォーカス装置につい
て図面を参照して説明する。

【０００３】先ず、山登り式のオートフォーカス装置に
ついて図６及び図７を参照して説明する。図６は山登り
式のオートフォーカス装置の概略ブロック図、図７は映
像信号の高周波成分のレベルと焦点調節用レンズとの関
係を説明するための図である。

【０００４】山登り式のオートフォーカス装置は、図６
に示すように、焦点調節用レンズ９０１、変倍レンズ９
０２、補正レンズ９０３、絞り９０４、および結像レン
ズ９０５からなる撮影光学系９０と、撮影光学系９０に
よって形成された像を撮像し電気信号に変換する撮像素
子９１と、撮像素子９１からの電気信号に応じた映像信
号を作成する映像信号作成装置９２と、映像信号作成装
置９２からの映像信号に基づいて、撮像素子９１上に形
成された像を合焦させるための情報（合焦評価値）を作
成する合焦評価値作成装置９３と、焦点調節用レンズ９
０１を撮影光学系９０の光軸方向に移動させるモータ９
４と、合焦評価装置９３で得られた合焦評価値を参照し
てモータ９４を駆動するモータ駆動装置９５と、を備え
ている。

【０００５】次に、山登り式のオートフォーカス装置の
動作について説明する。先ず、撮影光学系９０は、撮像
素子９１上に像を形成する。この像は、撮像素子９１に
より電気信号に変換された後、映像信号作成装置９２に
よって映像信号に変換される。この映像信号は、複数の
周波数の正弦波が合成されて形成されたものと見なすこ
とができる。

【０００６】ところで、映像信号の高周波成分のレベル
は、図７に示すように、撮像素子９１上に形成された像
が鮮鋭度を増すほど、即ち焦点調節用レンズが合焦点Ａ
に近づくほど急激に上昇することが知られている。そし
て、一般に撮像素子９１上の像が合焦しているときに、
映像信号の高周波成分のレベルがピークに到達すること
が知られている。また、このレベルの山は周波数が高く
なるほど急峻になる傾向がある。一方、レンズの結像性
能や、映像信号のＳ/Ｎ比は、周波数が高くなるほど悪
くなる。

【０００７】そこで、合焦評価値作成装置９３は、映像
信号作成装置９２によって得られた映像信号から、撮影
光学系９０１の結像性能及び映像信号のＳ／Ｎ比を考慮
して適当な高周波成分を選択し、この周波数成分のレベ
ルを適当なサンプリング間隔で観察することにより合焦
評価値を作成する。たとえば、選択した周波数成分のレ
ベルが上昇しているときは、焦点調節用レンズ９０１が
合焦点に近づく方向に移動しているものと評価する。ま
た、選択した周波数成分のレベルが低下しているとき
は、焦点調節用レンズ９０１が合焦点から離れる方向に
移動しているものと評価する。そして、選択した周波数
成分のレベルがピーク値から所定の範囲内（例えば図７
のΔＶ）にあるときに、撮像素子９１上の像が合焦して
いるものと評価する。

【０００８】次に、モータ駆動装置９５は、合焦評価作
成装置９３から逐次送られてくる合焦評価値を参照し、
焦点調節用レンズ９０１を合焦と判断される位置まで移
動させるべくモータ９４を駆動する。このように、山登
り式のオートフォーカス装置では、焦点調節用レンズ９
０１の移動があたかも高周波成分の山を登るよう行われ
る。これが山登り式という名前で呼ばれている所以であ
る。

【０００９】上記の山登り式のオートフォーカス装置
は、映像信号を用いて合焦の評価を行うので、撮像素子
９１上の像を対応する被写体に精度よく合焦させること
ができる。また、測距専用の素子を設けることなく撮像
素子９１上の像を合焦させるので、コスト的に有利であ
る。このため、主にビデオカメラ用のオートフォーカス
装置として用いられている。

【００１０】次に、像ずれ式のオートフォーカス装置に
ついて図面を参照して説明する。図８、図１０及び図１
２は像ずれ式のオートフォーカス装置の原理を説明する
ための図である。ここで、図８は合焦状態にあるときの
光路を、図１０及び図１２は、合焦していない状態にあ
るときの光路を示している。また、図中において、符号
９６は光束を被写体に共役な像に結像させる結像レン
ズ、符号９７は結像レンズ９６の予定焦点面、符号９８
ａ及び９８ｂは結像レンズ９６の光軸に対して略対象な
位置に配置された、結像レンズ９６により結像した光束
の一部を再び結像させる一対の再結像用レンズである。
また、符号９９ａ及び９９ｂは、結像レンズ９６の光軸
に対して略対象な位置であって、再結像用レンズ９８
ａ、９８ｂの予定焦点面にそれぞれ配置されたラインセ
ンサである。

【００１１】図８に示すように、結像レンズ９６を通過
した光束が予定焦点面９７上で合焦している場合、光束
の一部は、再結像用レンズ９８ａ、９８ｂによりライン
センサ９９ａ、９９ｂ上で再び結像する。ここで、予定
焦点面９７上で合焦している場合、二つのラインセンサ
９９ａ、９９ｂが撮像する像は、図９に示すようにライ
ンセンサ上の略一致する位置に形成される。一方、図１
０に示すように、結像レンズ９６を通過した光束が予定
焦点面９７よりも前で合焦している場合（所謂後ピン状
態）、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂが撮像する像
は、図１１に示すようなずれが生じる。また、図１２に
示すように、結像レンズ９６を通過した光束が予定焦点
面９７よりも後で合焦している場合（所謂前ピン状
態）、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂが撮像する像
は、図１３に示ように、後ピン状態とは逆の方向にずれ
が生じる。

【００１２】したがって、ラインセンサ９９ａ、９９ｂ
で撮像された像のずれの方向及び量を検出することによ
り、予定焦点面９７上で合焦させるために必要な焦点調
節用レンズの移動方向及び移動量を算出することができ
る。このように、像ずれ式のオートフォーカス装置で
は、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂで撮像された像
のずれの方向及び量に基づいて合焦が行なわれる。これ
が像ずれ式という名前で呼ばれている所以である。

【００１３】上記の像ずれ式のオートフォーカス装置
は、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂで撮像された像
のずれの方向及び量に基づいて、合焦に必要な焦点調節
用レンズの移動方向及び移動量を直接算出するので、合
焦を素早く行うことができる。このため、主にスティル
カメラ用のオートフォーカス装置として用いられてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
山登り式のオートフォーカス装置では、合焦評価作成装
置９３から所定のサンプリング間隔で逐次送られてくる
合焦評価値を参照し、焦点調節用レンズ９０１を合焦と
判断される位置まで移動させるので、合焦までに時間が
かかるという問題がある。特に、焦点調節用レンズ９０
１の位置が合焦点から遠く離れている場合（所謂おおぼ
け時）、図７に示すように、映像信号の高周波成分のレ
ベルは焦点調節用レンズ９０１を動かしてもほとんど変
化しなくなるので、高周波成分に含まれるノイズ等を考
慮すると、合焦評価値作成装置９３での評価が難しくな
る。このため、合焦までにかかる時間が極端に長くなる
ことがある。

【００１５】この合焦までに時間がかかるという問題
は、例えば上記の山登り式のオートフォーカス装置をＴ
Ｖカメラに用いる場合、ニュースの取材等において一瞬
の撮影チャンスを取り逃がすおそれがある。

【００１６】この点、上記の像ずれ式のオートフォーカ
ス装置は、上述したように、合焦を素早く行うことがで
きる。しかし、上記の像ずれ式のオートフォーカス装置
をビデオカメラに用いる場合、撮像素子上に像を形成す
る撮像光学系から光束を分岐させて、撮像素子面とは別
の位置に像を結ばせる必要がある。このため、撮像素子
面とは別の位置に形成された像を用いて撮像素子上の像
が合焦しているか否かを評価することになるので、精度
よく合焦させることができないという問題がある。特
に、ビデオカメラ本体に装着するレンズ鏡筒を交換する
場合、レンズ鏡筒の結像レンズをレンズ鏡筒の光軸方向
に移動して、レンズ鏡筒の予定焦点面をビデオカメラ本
体の撮像素子面に合わせるという、所謂トラッキング調
整を行う必要がある。トラッキング調整を行うと、ビデ
オカメラ本体の撮像素子面と、合焦評価のための予定焦
点面９７との光学的位置関係にずれが生じるので、合焦
の精度が低下する。

【００１７】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、精度よく且つ迅速に合焦を行うことができるオ
ートフォーカス装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明のオートフォーカス装置は、移
動可能に設けられた焦点調節用レンズと、前記焦点調節
用レンズに入射した被写体からの光を結像させる結像レ
ンズと、を少なくとも有する撮影光学系と、前記撮影光
学系によって所定平面上に形成された像を前記被写体に
合焦させるための合焦情報を作成する複数の合焦評価手
段と、前記複数の合焦評価手段のうちの少なくとも一つ
で作成された合焦情報の補正値が記憶された記憶手段
と、前記記憶手段に記憶された補正値に対応する合焦情
報を当該補正値で補正する補正手段と、前記複数の合焦
評価手段の中から少なくとも一つの合焦評価手段を選択
する選択手段と、前記選択手段によって選択された合焦
評価手段で作成された合焦情報、または、当該合焦情報
が前記補正手段により補正されている場合は当該補正さ
れた合焦情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動
する移動手段と、を具備することを特徴とするものであ
る。

【００１９】請求項２記載の発明のオートフォーカス装
置は、移動可能に設けられた焦点調節用レンズと、前記
焦点調節用レンズに入射した被写体からの光を分光する
分光素子と、前記分光素子により分光された一方の光を
結像させる第一の結像レンズと、前記分光素子により分
光された他方の光を結像させる第二の結像レンズと、を
少なくとも有する撮影光学系と、前記第一の結像レンズ
によって得られた像を基に、当該像を第一の平面上で前
記被写体に合焦させるための合焦情報を作成する第一の
合焦評価部と、前記第二の結像レンズによって得られた
像を第二の平面上で前記被写体に合焦させるための情報
を検出する情報検出手段と、前記第一の結像レンズによ
って得られた像を前記第一の平面上で前記被写体に合焦
させたときに、前記情報検出手段で検出された情報が補
正値として記憶された記憶手段と、前記情報検出手段で
検出された情報を前記記憶手段に記憶された補正値を基
に補正して、前記第一の結像レンズによって得られた像
を前記第一の平面上で前記被写体に合焦させるための合
焦情報を作成する情報作成手段と、を有する第二の合焦
評価部と、前記第一の合焦評価部及び前記第二の合焦評
価部のうち、少なくとも一方を選択する選択部と、前記
選択部によって選択された合焦評価手段で作成された合
焦情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移
動手段と、を具備することを特徴とするものである。

【００２０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記第一の合焦評価部により、前記第一の
結像レンズによって得られた像が前記第一の平面上で前
記被写体に合焦したことを示す合焦情報が作成されたと
きに、前記情報検出部で検出された情報を前記補正値と
して前記記憶手段に記憶する記憶制御手段を有すること
を特徴とするものである。

【００２１】請求項４記載の発明のオートフォーカス装
置は、移動可能に設けられた焦点調節用レンズと、前記
焦点調節用レンズに入射した被写体からの光を分光する
分光素子と、前記分光素子により分光された一方の光を
結像させる第一の結像レンズと、前記分光素子により分
光された他方の光を結像させる第二の結像レンズと、を
少なくとも有する撮影光学系と、前記第一の結像レンズ
によって得られた像を撮像して電気信号に変換する第一
の撮像素子と、前記第一の撮像素子によって得られた電
気信号の中から所定の周波数成分のレベルを検出するレ
ベル検出手段と、前記レベル検出手段で検出した周波数
成分のレベルに基づいて、前記第一の撮像素子上の像を
前記被写体に合焦させるための合焦情報を作成する第一
の情報作成手段と、を有する第一の合焦評価部と、前記
第二の結像レンズによって結像された像を形成する光束
のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像さ
せる再結像光学系と、前記再結像光学系によって得られ
た像を撮像する第二の撮像素子と、前記第二の撮像素子
上での撮像位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、前
記第一の撮像素子上の像を前記被写体に合焦させたとき
に前記位置ずれ検出手段で検出される撮像位置ずれが補
正値として記憶された記憶手段と、前記位置ずれ検出手
段で検出された撮像位置ずれを前記記憶手段に記憶され
た補正値で補正する補正手段と、前記補正手段で補正さ
れた撮像位置ずれに基づいて、前記第一の撮像素子上の
像を前記被写体に合焦させるための合焦情報を作成する
第二の情報作成手段と、を有する第二の合焦評価部と、
前記第一の合焦評価部及び前記第二の合焦評価部のう
ち、少なくとも一方を選択する選択部と、前記選択部に
よって選択された合焦評価手段で作成された合焦情報に
基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段
と、を具備することを特徴とするものである。

【００２２】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、前記第一の合焦評価部により、前記第一の
撮像素子上の像が前記被写体に合焦していることを示す
合焦情報が作成されたときに、前記位置ずれ検出手段で
検出された撮像位置ずれを、前記補正値として前記記憶
手段に記憶させる記憶制御手段を具備することを特徴と
するものである。

【００２３】請求項６記載の発明は、請求項４又は５記
載の発明において、前記選択部は、前記位置ずれ検出手
段で検出された撮像位置ずれが所定値以下の場合は前記
第一の合焦評価部を選択し、前記所定値より大きい場合
は前記第二の合焦評価部を選択するものであることを特
徴とするものである。

【００２４】本発明は、撮影光学系によって所定平面上
に形成された像を被写体に合焦させるための合焦情報を
作成する合焦評価手段を複数設け、これ等の合焦評価手
段の中から少なくとも一つの合焦評価手段を選択手段で
選択し、当該選択した合焦評価手段で作成された合焦情
報を基に焦点調節用レンズを移動している。したがっ
て、本発明によれば、たとえば、合焦評価手段として従
来の技術で説明した山登り式の合焦評価手段と像ずれ式
の合焦評価手段とを設け、先ず、像ずれ式の合焦評価手
段の合焦情報を用いて所定平面上の像を大まかに合焦さ
せ、その後、山登り式の合焦評価手段の合焦情報を用い
て所定平面上の像を子細に合焦させるように選択手段を
設定することにより、精度よく且つ迅速に合焦を行うこ
とができる。

【００２５】また、複数の合焦評価手段のうちの少なく
とも一つで作成された合焦情報の補正値が記憶された記
憶手段と、記憶手段に記憶された補正値に対応する合焦
情報を当該補正値で補正する補正手段とを設けている。
このため、たとえば、複数の合焦評価手段のうちの一つ
として、従来の技術で説明した像ずれ式の合焦評価手段
のように、カメラ本体の撮像面上に像を形成する撮像光
学系から光束を分岐させて、前記撮像面とは別の位置に
像を結ばせ、当該像を用いて前記撮像面上の像が合焦し
ているか否かを評価する方式を用いる場合でも、カメラ
本体の撮像面と、合焦評価のための像が形成される面と
の光学的位置関係のずれを補正値として記憶手段に記憶
し、当該記憶した補正値を用いて対応する合焦評価手段
の合焦情報を補正することにより、当該合焦評価手段を
用いたときの合焦精度が低下するのを防止することがで
きる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００２７】図１は本発明の一実施形態であるオートフ
ォーカス装置の概略ブロック図、図２は図１に示すオー
トフォーカス装置の動作を説明するためのフロー図、図
３は図１に示す第一合焦評価部の動作を説明するための
フロー図、図４は図１に示す第二合焦評価部の動作を説
明するためのフロー図、図５は図１に示すピント外れ記
憶装置の動作を説明するためのフロー図である。

【００２８】本実施形態であるオートフォーカス装置
は、図１に示すように、撮影光学系１と、第一合焦評価
部２と、第二合焦評価部３と、合焦方法選択装置４と、
モータ５と、モータ駆動装置６と、ピント外れ量記憶装
置７と、を備えている。尚、本実施形態のオートフォー
カス装置をビデオカメラ等に用いる場合、レンズ鏡筒側
に撮影光学系１及びモータ５を設け、カメラ本体側にそ
の他の構成要素を設けるのが一般的である。しかし、こ
の構成に限定されるものではない。

【００２９】撮影光学系１は、焦点調節用レンズ１１、
変倍レンズ１２、補正レンズ１３、および結像レンズ１
４の４群で構成されている。この構成はＴＶカメラ用の
レンズ鏡筒として一般的なものである。本実施形態で用
いる撮影光学系１では、補正レンズ１３と結像レンズ１
４との間に、光線分割のための分光素子（例えばビーム
スプリッタ）１５と絞り１６とが挿入されている。尚、
本実施形態では、撮影光学系１の開口絞りの開口量にか
かわらず、第二合焦評価部３に光線を送ることができる
ようにするために、分光素子１５を絞り１６の前に配置
している。

【００３０】第一合焦評価部２は、所謂山登り式を用い
て合焦の評価を行うものである。第一合焦評価部２は、
撮影光学系１の結像レンズ１４によって形成された像を
撮像し、電気信号に変換する撮像素子２１と、撮像素子
２１からの電気信号に応じた映像信号を作成する映像信
号作成装置２２と、映像信号作成装置２２からの映像信
号を基に撮像素子２１上の像を合焦させるための合焦情
報（以下、第一合焦評価値ともいう）を作成する合焦評
価値作成装置２３とを備えている。合焦評価値作成装置
２３は、映像信号作成装置２２で作成された映像信号の
中から選択した適当な周波数成分のレベルを検出するレ
ベル検出部２３ａと、レベル検出部２３ａで検出したレ
ベルを調べて第一合焦評価値を作成する評価値作成部２
３ｂとを有する。尚、撮像素子２１から出力される電気
信号は、図１に示すように、ビデオカメラの映像信号を
作成するのにも用いられる。

【００３１】第二合焦評価部３は、所謂像ずれ式を用い
て合焦の評価を行うものである。第二合焦評価部３は、
撮影光学系１の分光素子１５によって分光された光線を
所定の方向に反射させるミラー３１と、ミラー３１を介
して入射した被写体からの光を共役な像に結像させる結
像レンズ３２と、結像レンズ３２により結像した光束の
一部を再び結像させる再結像用レンズ３３ａ、３３ｂ
と、再結像用レンズ３３ａ、３３ｂによって形成された
像をそれぞれ撮像し、電気信号に変換するラインセンサ
３４ａ、３４ｂと、画像処理装置３５と、合焦評価値作
成装置３６と、を備えている。

【００３２】再結像レンズ３３ａ、３３ｂは、結像レン
ズ３２の光軸に対して略対象な位置に配置されている。
すなわち、再結像レンズ３３ａ、３３ｂは、結像レンズ
３２によって結像された像を形成する光束のうち、焦点
調節用レンズ１１、変倍レンズ１２、補正レンズ１３、
および結像レンズ３２からなる光学系の瞳の異なる場所
を通過する光束を各々再結像させるように配置されてい
る。ラインセンサ３４ａ、３４ｂは、結像レンズ３２の
光軸に対して略対象な位置であって、対応する再結像用
レンズ３３ａ、３３ｂの予定焦点面上に配置されてい
る。画像処理装置３５は、ラインセンサ３４ａ、３４ｂ
からそれぞれ送られてきた電気信号に基づいて画像処理
を行う。合焦評価値作成装置３６は、画像処理装置３５
から送られてきた信号を基に撮像素子２１上の像を合焦
させるための情報（以下、第二合焦評価値ともいう）を
作成する。合焦評価値作成装置３６は、画像処理装置３
５からの信号を基に、撮像素子３４ａ上の像と撮像素子
３４ｂ上の像との撮像位置ずれ（ずれ方向及びずれ量）
を検出する位置ずれ検出部３６ａと、位置ずれ検出部３
６ａで検出した撮像位置ずれを後述するピント外れ量記
憶装置７に記憶した補正値で補正する補正部３６ｂと、
補正部３６ｂで補正された撮像位置ずれを基に第二合焦
評価値を作成する評価値作成部３６ｃとを有する。

【００３３】ピント外れ記憶装置７は、予定焦点面３７
上の像と合焦評価部２の撮像素子２１上の像とのピント
外れ量を補正値として記憶する。尚、ピント外れ記憶装
置７の記憶媒体として不揮発性メモリを用いれば、本実
施形態装置の電源をオフにした後、再びオンするような
場合でも、ピント外れ量が保持されるので、位置ずれ検
出部３６ａで検出した像の位置ずれを当該ピント外れ量
で直ちに補正することができる。

【００３４】合焦方法選択装置４は、第一合焦評価部２
で作成された第一合焦評価値及び第二合焦評価部３で作
成された第二合焦評価値の少なくとも一方を選択する。
本実施形態では、先ず第二合焦評価値を参照して、焦点
ずれ量若しくは合焦に必要な焦点調節用レンズ１１の移
動量がしきい値より大きいときは第二合焦評価値を選択
し、小さいときは第一合焦評価値を選択するように設定
している。尚、このしきい値は、外部入力等により、撮
影者等が任意に設定することができるものであってもよ
い。

【００３５】モータ駆動装置６は、合焦方法選択装置４
で選択された合焦評価値にもとづいて、モータ５を駆動
する。モータ５は、モータ駆動装置６からの指令に基づ
き、焦点調節用レンズ１１を撮影光学系１の光軸方向に
おいて前後に移動させる。

【００３６】尚、合焦評価作成装置２３、３６、合焦方
法選択装置４、およびピント外れ量記憶装置７は、例え
ばＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）等によ
り、一体的に構成される。

【００３７】次に、本実施形態のオートフォーカス装置
の動作について説明する。

【００３８】先ず、本実施形態のオートフォーカス装置
全体を通しての動作について図２を参照して説明する。

【００３９】先ず、撮影光学系１に被写体からの光が入
射されると、第一合焦評価部２は、撮影光学系１中の結
像レンズ１４を介して得られた光に基づき、第一合焦評
価値を作成する。また、第二合焦評価部３は、撮影光学
系１中の分光素子１５で分光された光に基づき、第二合
焦評価値を作成する（ステップ２０１）。

【００４０】次に、合焦方法選択装置４は、第一合焦評
価値が合焦している旨を示すものであるか否か判定する
（ステップ２０２）。第一合焦評価値が合焦している旨
を示すものである場合は図２に示すフローを終了させ、
合焦している旨を示すものでない場合はステップ２０３
へ移行する。

【００４１】ステップ２０３では、合焦方法選択装置４
が、第二合焦評価値を参照して、焦点ずれ量若しくは合
焦のために必要な焦点調節用レンズ１１の移動量がしき
い値以下であるか否かを判定する。合焦に必要な焦点調
節用レンズ１１の移動量がしきい値以下の場合は、第一
合焦評価部２で作成した第一合焦評価値を選択する（ス
テップ２０４）。一方、しきい値より大きい場合は、第
二合焦評価部３で選択した第二合焦評価値を選択する
（ステップ２０５）。

【００４２】次に、モータ駆動装置６は、合焦方法選択
装置４で選択された合焦評価値に基づいて、モータ５を
駆動する（ステップ２０６）。合焦方法選択装置４で第
二合焦評価値が選択された場合、モータ駆動装置６は、
焦点駆動用レンズ１１を選択された第二合焦評価値が示
す移動方向及び移動量だけ移動させるように、モータ５
を駆動する。また、合焦方法選択装置４で第一合焦評価
値が選択された場合、焦点調節用レンズ１１が合焦点に
近づく方向に移動していると評価するものであるときは
モータ５の回転方向をそのまま維持するように駆動す
る。また、焦点調節用レンズ１１が合焦点から遠ざかる
方向に移動していると評価するものであるときはモータ
５の回転方向を反転させるように駆動する。

【００４３】図２に示すフローは、第一合焦評価値の内
容が合焦しているものと評価されるまで繰り返し行われ
る。これにより、撮像素子２１上の像を合焦させる。

【００４４】次に、本実施形態の第一合焦評価部２の動
作について図３を参照して説明する。

【００４５】先ず、映像信号作成装置２２は、撮影光学
系１により撮像素子２１上に形成された像を映像信号に
変換する（ステップ３０１）。映像信号は、従来の技術
で述べたように、複数の周波数の正弦波が合成されて形
成されたものと見なすことができる。そして、映像信号
の高周波成分のレベルは、図７に示すように、撮像素子
２１上に形成された像が鮮鋭度を増すほど、即ち焦点調
節用レンズ１１が合焦点Ａに近づくほど急激に上昇し、
撮像素子２１上の像が合焦しているときにピークに到達
することが知られている。そこで、合焦評価値作成装置
２３は、レベル検出手段２３ａにより、映像信号作成装
置２２の映像信号から撮影光学系１の結像性能及び映像
信号のＳ／Ｎ比を考慮して選択された適当な高周波成分
のレベルを所定サンプリング間隔で検出し（ステップ３
０２）、評価値作成部２３ｂにより、検出したレベルの
変化を観察することにより第一合焦評価値を作成してい
る（ステップ３０３）。たとえば、選択した周波数成分
のレベルが上昇しているときは、焦点調節用レンズ１１
が合焦点に近づく方向に移動しているものと評価する。
また、選択した周波数成分のレベルが低下しているとき
は、焦点調節用レンズ１１が合焦点から離れる方向に移
動しているものと評価する。そして、選択した周波数成
分のレベルがピーク値から所定の範囲内（例えば図７の
ΔＶ）にあるときに、撮像素子２１上の像が合焦してい
るものと評価する。

【００４６】尚、図３に示すフローは、映像信号作成装
置２２での処理速度等を考慮して、所定時間毎に繰り返
し行われる。

【００４７】次に、本実施形態の第二合焦評価部３の動
作について図４を参照して説明する。

【００４８】先ず、位置ずれ検出部３６ａは、画像処理
装置３５から送られてきた信号を基に、ラインセンサ３
４ａ、３４ｂで撮像された像のずれ方向及び量を検出す
る（ステップ４０１）。従来の技術で述べたように、結
像レンズ３２を通過した光束が予定焦点面３７上で合焦
している場合、光束の一部は、再結像用レンズ３３ａ、
３３ｂによりラインセンサ３４ａ、３４ｂ上で再び結像
する。したがって、予定焦点面３７上で合焦している場
合、二つのラインセンサ３３ａ、３３ｂが撮像する像
は、ラインセンサ上の略一致する位置に形成される。一
方、結像レンズ３２を通過した光束が予定焦点面３７よ
りも前で合焦している場合（所謂後ピン状態）、二つの
ラインセンサ３４ａ、３４ｂが撮像する像にずれが生じ
る。また、結像レンズ３２を通過した光束が予定焦点面
３７よりも後で合焦している場合（所謂前ピン状態）、
二つのラインセンサ３４ａ、３４ｂが撮像する像に、後
ピン状態とは逆の方向のずれが生じる。したがって、ラ
インセンサ３４ａ、３４ｂで撮像された像のずれ方向及
び量を基に、予定焦点面３７上の像が合焦点からどの程
度離れているかを評価を行うことができる。

【００４９】次に、補正部３６ｂは、位置ずれ検出部３
６ａで検出した像の位置ずれをピント外れ記憶装置７に
記憶した補正値で補正する（ステップ４０２）。尚、位
置ずれ検出部３６ａで検出した像の位置ずれをピント外
れ記憶装置７に記憶した補正値で補正するのは、以下の
理由によるものである。

【００５０】予定焦点面３７と第一合焦評価部２の撮像
素子２１との光学的位置が一致している場合、即ち予定
焦点面３７上の像が合焦したときに撮像素子２１上の像
が合焦する場合は、位置ずれ検出部３６ａで検出した像
のずれ方向及び量を基に、直接、撮像素子２１上の像が
合焦しているか否かの評価を行うことができる。しかし
ながら、予定焦点面３７と撮像素子２１との光学的位置
がずれている場合、例えばトラッキング調整により、予
定焦点面３７と撮像素子２１との光学的位置にずれが生
じた場合は、予定焦点面３７上の像が合焦したときに撮
像素子２１上の像が合焦しなくなるので、位置ずれ検出
部３６ａで検出した像のずれ方向及び量を基に直接撮像
素子２１上の像が合焦しているか否かの評価を行うと、
合焦の精度が低下する。そこで、補正部３６ｂにより、
位置ずれ検出部３６ａで検出した像の位置ずれをピント
外れ記憶装置７に記憶した補正値で補正するようにして
いる。

【００５１】次に、評価値作成部３６ｃは、補正部３６
ｂで補正された位置ずれ方向及び量を基に、撮像素子２
１上の像を合焦させるために必要な焦点調節用レンズ１
１の移動方向及び移動量を示す第二合焦評価値を作成す
る（ステップ４０３）。

【００５２】尚、図４に示すフローは、画像処理装置３
５での処理速度等を考慮して、所定時間毎に繰り返し行
われる。

【００５３】次に、本実施形態のピント外れ記憶装置７
の動作を図５を参照して説明する。

【００５４】先ず、ステップ５０１において、合焦評価
作成装置２３で作成された第一合焦評価値が、撮像素子
２１上の像が合焦した旨を示すものであるか否か判断す
る。第一合焦評価値がその旨を示すものである場合はス
テップ５０２に移行し、その旨を示すものでない場合
は、第一合焦評価値がその旨を示すようになるまで待
つ。ステップ５０２では、位置ずれ検出部３６ａにより
検出したラインセンサ３４ａ、３４ｂで撮像された像の
ずれ方向及び量、すなわち、予定焦点面３７上の像と合
焦評価部２の撮像素子２１上の像とのピント外れ量を補
正値として記憶する。

【００５５】尚、図５に示すフローは、使用者等の指令
に応じて行われるようにしてもよい。たとえば、所定の
ボタン、スライドスイッチ等に使用者の指令が入力され
たときに、図５に示すフローを行うようにしてもよい。
これにより、レベル検出部２３ａ及び位置ずれ検出部３
６ａでの検出精度を十分確保できるような撮影条件のと
きに、使用者等が所定のボタン、スライドスイッチ等を
ＯＮにすることにより、予定焦点面３７上の像と合焦評
価部２の撮像素子２１上の像とのピント外れ量を精度よ
く検出することができる。また、図５に示すフローは、
本実施形態装置が動作している間、繰り返し行われるよ
うにしてもよい。これにより、複数の補正値を得て、そ
の複数の補正値から、予定焦点面３７上の像と合焦評価
部２の撮像素子２１上の像とのピント外れ量を推定する
ことにより、補正値の精度を上げることができる。ま
た、使用者等がトラッキング調整等を行って、予定焦点
面３７上の像と合焦評価部２の撮像素子２１上の像との
ピント外れ量が変化したときでも、新たなピント外れ量
を自動的に記憶することができる。

【００５６】本実施形態では、第一合焦評価部２が所謂
山登り式を用いて第一合焦評価値を作成し、第二合焦評
価部３が所謂像ずれ式を用いて第二合焦評価値を作成す
る。また、合焦方法選択装置４は、第二合焦評価部３で
作成された第二合焦評価値がしきい値より大きいときは
第二合焦評価値を選択し、しきい値以下のときは第一合
焦評価値を選択する。そして、モータ駆動装置６は、合
焦方法選択装置４で選択された合焦評価値に基づいて、
焦点調節用レンズ１１を移動すべくモータ５を駆動す
る。これにより、先ず第二合焦評価値を用いて撮像素子
２１上の像を大まかに合焦させ、その後、第一合焦評価
値を用いて撮像素子２１上の像を子細に合焦させてい
る。したがって、本実施形態によれば、撮像素子２１上
の像を精度よく且つ迅速に合焦を行うことができる。ま
た、像ずれ式を用いる第二合焦評価部３には、高い精度
が要求されないので、コストアップを抑制することがで
きる。

【００５７】また、本実施形態では、ピント外れ記憶装
置７に予定焦点面３７上の像と合焦評価部２の撮像素子
２１上の像とのピント外れ量を補正値として記憶し、位
置ずれ検出部３６ａで検出した撮像位置ずれを当該補正
値で補正して、この補正した像の撮像位置ずれを基に、
第二合焦評価値を作成している。このため、例えばトラ
ッキング調整により、予定焦点面３７と撮像素子２１と
の光学的位置にずれが生じて、予定焦点面３７上の像が
合焦したときに撮像素子２１上の像が合焦しなくなる場
合でも、第二合焦評価値の合焦精度が低下するのを防止
することができる。

【００５８】尚、本実施形態では、最終的には第一合焦
評価値を用いて撮像素子２１上の像を合焦させているの
で、第二合焦評価値の合焦精度が低下しても、撮像素子
２１上の像の最終的な合焦精度は変わらない。しかしな
がら、第二合焦評価値の合焦精度が低下すると、その
分、第一合焦評価部２で作成した第一合焦評価値を用い
ての合焦動作時間が長くなるので、結果的に、撮像素子
２１上の像の合焦に要する時間が長くなる。この点、本
実施形態によれば、上述したように、第二合焦評価値の
合焦精度が低下するのを防止することができるので、ト
ラッキング調整等により、予定焦点面３７と撮像素子２
１との光学的位置にずれが生じた場合でも、撮像素子２
１上の像を精度よく且つ迅速に合焦を行うことができ
る。

【００５９】さらに、本実施形態では、ラインセンサ３
４ａ、３４ｂ上に像ずれ検出用の像を形成する光学系の
焦点距離は、焦点調節用レンズ１１、変倍レンズ１２、
補正レンズ１３及び結像レンズ３２の合成焦点距離であ
る。一方、撮像素子２１上に映像信号用の像を形成する
光学系の焦点距離は、焦点調節用レンズ１１、変倍レン
ズ１２、補正レンズ１３及び結像レンズ１４の合成焦点
距離である。したがって、結像レンズ１４及び結像レン
ズ３２の構成を変えることにより、像ずれ検出用の像を
形成する光学系と映像信号用の像を形成する光学系との
焦点距離を変える、すなわち各々の光学系が形成する像
の大きさを変えることができる。たとえば、像ずれ検出
用の像を形成する光学系の焦点距離を長くして、像ずれ
検出用の像が大きくなるように結像レンズ３２を構成す
ることにより、この像に対するラインセンサ３４ａ、３
４ｂの画素ピッチが相対的に細かくなるので、細かい被
写体にまで合焦させることができる。また、たとえば、
像ずれ検出用の像を形成する光学系の焦点距離を短くし
て、像ずれ検出用の像が小さくなるように結像レンズ３
２を構成することにより、この像のラインセンサ３４
ａ、３４ｂに対する大きさが相対的に小さくなるので、
検出可能な像ずれ量が大きくなる。これにより、焦点調
節用レンズの位置が合焦点から遠く離れている場合（所
謂おおぼけ時）でも、合焦点を素早く検出することがで
きる。また、装置を小型にすることができる。

【００６０】本発明は、上記の実施形態に限定されるも
のではなく、その要旨の範囲内で様々な変形が可能であ
る。たとえば、上記の実施形態では、ピント外れ記憶装
置７として、第一合焦評価部２で撮像素子２１上の像が
合焦した旨を示す第一合焦評価値が作成された際に、位
置ずれ検出部３６ａで検出したラインセンサ３４ａ、３
４ｂ上の像の位置ずれを、予定焦点面３７上の像と合焦
評価部２の撮像素子２１上の像とのピント外れ量として
記憶するものについて説明したが、本発明はこれに限定
されるものではない。たとえば、本実施形態が適用され
たカメラを製造した際に検出したピント外れ量や設計時
に予測されるピント外れ量を、予めＲＯＭ等に書き込む
ようにしてもよい。

【００６１】また、上記の実施形態では、山登り式の第
一合焦評価部と、像ずれ式の第二合焦評価部とを設け、
第二合焦評価部で作成される第二合焦評価値に補正値を
用いたものについて説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。本発明は、撮影光学系によって所定
平面上に形成された像を被写体に合焦させるための合焦
評価値を作成する複数の合焦評価部と、これ等の合焦評
価部のうちの少なくとも一つで作成された合焦評価値の
補正値が記憶された記憶部と、記憶部に記憶された補正
値に対応する合焦評価値を当該補正値で補正する補正部
と、を具備するものであればよい。

【００６２】さらに、上記の実施形態のオートフォーカ
ス装置は、ビデオカメラだけでなく、電子スチルカメラ
等、その他のカメラにも用いることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
たとえば、合焦評価手段として山登り式の合焦評価手段
と像ずれ式の合焦評価手段とを設け、先ず、像ずれ式の
合焦評価手段の合焦情報を用いて所定平面上の像を大ま
かに合焦させ、その後、山登り式の合焦評価手段の合焦
情報を用いて所定平面上の像を子細に合焦させるように
選択手段を設定することにより、精度よく且つ迅速に合
焦を行うことができる。

【００６４】また、複数の合焦評価手段のうちの一つと
して、像ずれ式の合焦評価手段のような、カメラ本体の
撮像面上に像を形成する撮像光学系から光束を分岐させ
て、前記撮像面とは別の位置に像を結ばせ、当該像を用
いて前記撮像面上の像が合焦しているか否かを評価する
方式を用いる場合でも、カメラ本体の撮像面と、合焦評
価のための像が形成される面との光学的位置関係のずれ
を補正値として記憶手段に記憶し、当該記憶した補正値
を用いて対応する合焦評価手段の合焦情報を補正するこ
とにより、当該合焦評価手段を用いたときの合焦精度が
低下するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるオートフォーカス装
置の概略ブロック図である。

【図２】図１に示すオートフォーカス装置の動作を説明
するためのフロー図である。

【図３】図１に示す第一合焦評価部の動作を説明するた
めのフロー図である。

【図４】図１に示す第二合焦評価部の動作を説明するた
めのフロー図である。

【図５】図１に示すピント外れ記憶装置の動作を説明す
るためのフロー図である。

【図６】山登り式のオートフォーカス装置の概略ブロッ
ク図である。

【図７】映像信号の高周波成分のレベルと焦点調節用レ
ンズとの関係を説明するための図である。

【図８】像ずれ式のオートフォーカス装置の原理を説明
するための図であり、合焦状態にあるときの光路を示す
図である。

【図９】図８において、二つのラインセンサ９９ａ、９
９ｂが撮像する像の位置を説明するための図である。

【図１０】像ずれ式のオートフォーカス装置の原理を説
明するための図であり、合焦していない状態にあるとき
の光路を示す図である。

【図１１】図１０において、二つのラインセンサ９９
ａ、９９ｂが撮像する像の位置を説明するための図であ
る。

【図１２】像ずれ式のオートフォーカス装置の原理を説
明するための図であり、合焦していない状態にあるとき
の光路を示す図である。

【図１３】図１２において、二つのラインセンサ９９
ａ、９９ｂが撮像する像の位置を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ 撮影光学系 ２ 第一合焦評価部 ３ 第二合焦評価部 ４ 合焦方法選択装置 ５ モータ ６ モータ駆動装置 ７ ピント外れ記憶装置 １１ 焦点調節用レンズ １２ 変倍レンズ １３ 補正レンズ １４、３２ 結像レンズ １５ 分光素子 １６ 絞り ２１ 撮像素子 ２２ 映像信号作成装置 ２３、３６ 合焦評価作成装置 ２３ａ レベル検出部 ２３ｂ 評価値作成部 ３１ ミラー ３３ａ、３３ｂ 再結像用レンズ ３４ａ、３４ｂ ラインセンサ ３５ 画像処理装置 ３６ａ 位置ずれ検出部 ３６ｂ 補正部 ３６ｃ 評価値作成部 ３７ 予定焦点面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動可能に設けられた焦点調節用レンズ
   と、前記焦点調節用レンズに入射した被写体からの光を
   結像させる結像レンズと、を少なくとも有する撮影光学
   系と、 前記撮影光学系によって所定平面上に形成された像を前
   記被写体に合焦させるための合焦情報を作成する複数の
   合焦評価手段と、 前記複数の合焦評価手段のうちの少なくとも一つで作成
   された合焦情報の補正値が記憶された記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された補正値に対応する合焦情報を
   当該補正値で補正する補正手段と、 前記複数の合焦評価手段の中から少なくとも一つの合焦
   評価手段を選択する選択手段と、 前記選択手段によって選択された合焦評価手段で作成さ
   れた合焦情報、または、当該合焦情報が前記補正手段に
   より補正されている場合は当該補正された合焦情報に基
   づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、 を具備することを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 【請求項２】移動可能に設けられた焦点調節用レンズ
   と、前記焦点調節用レンズに入射した被写体からの光を
   分光する分光素子と、前記分光素子により分光された一
   方の光を結像させる第一の結像レンズと、前記分光素子
   により分光された他方の光を結像させる第二の結像レン
   ズと、を少なくとも有する撮影光学系と、 前記第一の結像レンズによって得られた像を基に、当該
   像を第一の平面上で前記被写体に合焦させるための合焦
   情報を作成する第一の合焦評価部と、 前記第二の結像レンズによって得られた像を第二の平面
   上で前記被写体に合焦させるための情報を検出する情報
   検出手段と、前記第一の結像レンズによって得られた像
   を前記第一の平面上で前記被写体に合焦させたときに、
   前記情報検出手段で検出された情報が補正値として記憶
   された記憶手段と、前記情報検出手段で検出された情報
   を前記記憶手段に記憶された補正値を基に補正して、前
   記第一の結像レンズによって得られた像を前記第一の平
   面上で前記被写体に合焦させるための合焦情報を作成す
   る情報作成手段と、を有する第二の合焦評価部と、 前記第一の合焦評価部及び前記第二の合焦評価部のう
   ち、少なくとも一方を選択する選択部と、 前記選択部によって選択された合焦評価手段で作成され
   た合焦情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動す
   る移動手段と、 を具備することを特徴とするオートフォーカス装置。
3. 【請求項３】前記第一の合焦評価部により、前記第一の
   結像レンズによって得られた像が前記第一の平面上で前
   記被写体に合焦したことを示す合焦情報が作成されたと
   きに、前記情報検出部で検出された情報を前記補正値と
   して前記記憶手段に記憶する記憶制御手段を有すること
   を特徴とする請求項２記載のオートフォーカス装置。
4. 【請求項４】移動可能に設けられた焦点調節用レンズ
   と、前記焦点調節用レンズに入射した被写体からの光を
   分光する分光素子と、前記分光素子により分光された一
   方の光を結像させる第一の結像レンズと、前記分光素子
   により分光された他方の光を結像させる第二の結像レン
   ズと、を少なくとも有する撮影光学系と、 前記第一の結像レンズによって得られた像を撮像して電
   気信号に変換する第一の撮像素子と、前記第一の撮像素
   子によって得られた電気信号の中から適当な周波数成分
   のレベルを検出するレベル検出手段と、前記レベル検出
   手段で検出した周波数成分のレベルに基づいて、前記第
   一の撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための合
   焦情報を作成する第一の情報作成手段と、を有する第一
   の合焦評価部と、 前記第二の結像レンズによって結像された像を形成する
   光束のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結
   像させる再結像光学系と、前記再結像光学系によって得
   られた像を撮像する第二の撮像素子と、前記第二の撮像
   素子上での撮像位置ずれを検出する位置ずれ検出手段
   と、前記第一の撮像素子上の像を前記被写体に合焦させ
   たときに前記位置ずれ検出手段で検出される撮像位置ず
   れが補正値として記憶された記憶手段と、前記位置ずれ
   検出手段で検出された撮像位置ずれを前記記憶手段に記
   憶された補正値で補正する補正手段と、前記補正手段で
   補正された撮像位置ずれに基づいて、前記第一の撮像素
   子上の像を前記被写体に合焦させるための合焦情報を作
   成する第二の情報作成手段と、を有する第二の合焦評価
   部と、 前記第一の合焦評価部及び前記第二の合焦評価部のう
   ち、少なくとも一方を選択する選択部と、 前記選択部によって選択された合焦評価手段で作成され
   た合焦情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動す
   る移動手段と、 を具備することを特徴とするオートフォーカス装置。
5. 【請求項５】 前記第一の合焦評価部により、前記第一
   の撮像素子上の像が前記被写体に合焦していることを示
   す合焦情報が作成されたときに、前記位置ずれ検出手段
   で検出された撮像位置ずれを、前記補正値として前記記
   憶手段に記憶させる記憶制御手段を具備することを特徴
   とする請求項４記載のオートフォーカス装置。
6. 【請求項６】 前記選択部は、前記位置ずれ検出手段で
   検出された撮像位置ずれが所定値以下の場合は前記第一
   の合焦評価部を選択し、前記所定値より大きい場合は前
   記第二の合焦評価部を選択するものであることを特徴と
   する請求項３、４又は５記載のオートフォーカス装置。