WO2017056675A1 - 自動焦点装置、レンズ装置及び自動焦点方法 - Google Patents

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和田　哲
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富士フイルム株式会社
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
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    • H04N23/671—Focus control based on electronic image sensor signals in combination with active ranging signals, e.g. using light or sound signals emitted toward objects
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems

Definitions

  • the present invention relates to an autofocus device, a lens device, and an autofocus method.
  • an image pickup system for a camera for example, a television camera
  • a camera for example, a television camera
  • a higher definition image with an increase in the number of pixels of an image sensor and an increase in the size of a display device.
  • AF high-precision and quick autofocus
  • phase difference method As one of the methods for performing auto focus with high accuracy.
  • pupil division is performed using a pair of apertures and lenses decentered with respect to the optical axis, and a focal position is detected by a phase difference method using a primary imaging optical system.
  • a video camera has been proposed in which, when focusing with a visible light video signal is difficult, the infrared light emitting means is operated to illuminate a subject, and the focusing operation is performed with the infrared light video signal (Patent Document). 2). Furthermore, a TTL (through-the-lens) camera that irradiates a subject with autofocus auxiliary light through a photographing lens has been proposed (Patent Document 3).
  • an autofocus device that uses light incident on a photographic lens may not be focused on a dark subject, or the focusing accuracy may be reduced.
  • auxiliary light is emitted from the outside of the photographing lens.
  • the auxiliary light cannot be irradiated at an optimal position on the subject due to a change in parallax or zoom magnification.
  • an auxiliary optical irradiation optical system and an autofocus incident optical system are separately required. Become. For this reason, each optical system is required, and the configuration is complicated accordingly.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and can respond to changes in zoom magnification and subject distance by irradiating auxiliary light to the subject being photographed and reducing the influence on the autofocus optical system. It is an object of the present invention to provide an autofocus device, a lens device, and an autofocus method that can emit auxiliary light.
  • the autofocus device of the present invention includes an autofocus subject light branching unit, an autofocus imaging unit, a focus control unit, and an auxiliary light source.
  • the autofocus subject light branching unit is an optical path for differentiating the autofocus subject light in the wavelength region close to the infrared region of the visible light region on the optical path for guiding the subject light incident on the photographing lens to the image pickup device.
  • Branch to The auto-focus imaging unit subjects the auto-focus subject light branched by the auto-focus subject light branching unit to pupil division by a light-shielding region, images the auto-focus subject light that has undergone pupil division, and obtains subject image information Is acquired as pupil information.
  • the focus control unit controls the focus of the photographing lens to the in-focus position based on the pupil information acquired by the autofocus imaging unit.
  • the auxiliary light source is disposed in the light shielding area, and irradiates the subject with autofocus auxiliary light via the autofocus subject light branching unit and the photographing lens.
  • the auxiliary light source has a first auxiliary light source and a second auxiliary light source that are arranged apart from each other in a direction orthogonal to the optical axis of the autofocus subject light. Then, the first auxiliary light source and the second auxiliary light source are caused to emit light alternately to obtain pupil information that is less affected by reflection due to the autofocus auxiliary light.
  • the first auxiliary light source and the second auxiliary light source are irradiated while shifting the focus position of the autofocus auxiliary light.
  • the auxiliary light source has an illumination optical system that can change an irradiation angle of view by illumination light.
  • the autofocus imaging unit acquires pupil information from an irradiation field angle region illuminated by an auxiliary light source.
  • the photographing lens has a variable stop
  • the auxiliary light source is disposed at a position where the autofocus auxiliary light passes without being blocked by the variable stop (so-called light shielding).
  • the variable aperture is controlled so that the autofocus auxiliary light is not emitted when the auxiliary light source is turned on.
  • the lens device of the present invention has the above-described autofocus device.
  • the automatic focusing method of the present invention includes an optical path branching step, a pupil information acquisition step, a focus control step, and an auxiliary light irradiation step. Then, on the optical path for guiding the subject light incident on the photographing lens to the image pickup device by the autofocus subject light branching unit, the autofocus subject light in the wavelength region close to the infrared region in the visible light region is defined as an optical path. Branch into different light paths.
  • the pupil information acquisition step the autofocus subject light branched by the autofocus subject light branching unit is divided into pupils by a light shielding region by the autofocus imaging unit, and the autofocus subject light that has undergone pupil division is imaged. Obtained subject image information is obtained as pupil information.
  • the focus position of the photographic lens is obtained based on the pupil information acquired by the autofocus imaging unit, and the focus is controlled so as to be the focus position.
  • the auxiliary light irradiation step when the in-focus position cannot be obtained, the auxiliary light for autofocus is supplied to the subject via the autofocus subject light branching unit and the photographing lens by the autofocus auxiliary light source arranged in the light shielding area. Irradiate.
  • an autofocus device, a lens device, and an autofocus method that can be provided can be provided.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the television camera 11.
  • the television camera 11 includes a lens device 12 and a camera body 13.
  • the lens device 12 is detachably attached to the camera body 13 so that the lens device 12 can be replaced.
  • the lens device 12 includes a photographing lens 14 and a control unit 15.
  • the photographing lens 14 includes, for example, a fixed focus lens 21, a movable moving focus lens 22, a zoom lens 23 composed of a variable power system and a correction system, a variable iris (iris) 24, a front relay lens 25, and an autofocus lens.
  • An infrared dichroic mirror 26 as a subject light branching unit and a rear relay lens 27 are provided. It should be noted that the configuration of each lens in the drawing is simplified, and there is a lens group composed of a plurality of lenses shown as one lens.
  • the control unit 15 controls the moving focus lens 22, the zoom lens 23, and the variable diaphragm 24.
  • the taking lens 14 forms a subject image for video (for recording and reproduction) on the imaging unit 16 of the camera body 13. Further, the infrared dichroic mirror 26 branches the subject image toward the autofocus imaging unit 31.
  • the camera body 13 includes an imaging unit 16 and an image processing unit 17.
  • the imaging unit 16 converts the subject image formed by the lens device 12 into an electrical signal.
  • the imaging unit 16 includes a color separation optical system 16a and video imaging elements 16b to 16d.
  • the color separation optical system 16a separates the subject image into three colors of red light, green light, and blue light.
  • the image pickup devices 16b to 16d for video are constituted by solid-state image pickup devices such as a CCD (Charge-Coupled Device) or CMOS (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor) type, and convert a three-color image into an electrical signal.
  • the image processing unit 17 performs predetermined processing on the signals output from the image pickup devices 16b to 16d for video and generates video signals of a predetermined format for recording and reproduction. As a result, a color image for recording and reproduction is captured by the imaging unit 16.
  • the infrared dichroic mirror 26 is disposed between the front relay lens 25 and the rear relay lens 27 constituting the relay optical system so as to be inclined at approximately 45 degrees with respect to the optical axis O1.
  • the infrared dichroic mirror 26 reflects light in a wavelength region near the infrared region of the visible wavelength region of the subject light and transmits other subject light.
  • the autofocus subject light is branched by the infrared dichroic mirror 26 from the image subject light guided to the imaging unit 16 of the camera body 13.
  • the optical axis O2 of the autofocus subject light is substantially orthogonal to the optical axis O1 of the image optical system, and is guided to the phase difference type autofocus device 30 by pupil division.
  • the infrared dichroic mirror 26 processes the optical path branching step.
  • the autofocus device 30 includes an infrared dichroic mirror 26, an autofocus imaging unit 31, a focus control unit 32, and an auxiliary light source 33.
  • the autofocus imaging unit 31 includes a pupil division lens 41, a light shielding plate 42, and a focus sensor 43 as an imaging element.
  • the autofocus imaging unit 31 captures the autofocus subject light that has passed through the pupil division lens 41 with the focus sensor 43, and sends this imaging data to the focus control unit 32 as pupil information.
  • the focus control unit 32 has a focus position calculation unit 45.
  • the focus position calculation unit 45 detects a focus shift (defocus amount) based on the pupil information.
  • the focus control unit 32 moves the moving focus lens 22 so that the defocus amount is “0”. Thereby, automatic focus control is performed. Calculation of the phase difference type defocus amount by pupil division and focus control based thereon are well known, and detailed description thereof is omitted.
  • the automatic focus imaging unit 31 and the focal position calculation unit 45 process the pupil information acquisition step. Further, the focus control unit 32 processes the focus control step.
  • the auxiliary light source 33 is arranged in a light shielding region for pupil division, in this embodiment, a light shielding region by the light shielding plate 42.
  • the auxiliary light irradiation step is processed by the auxiliary light source 33.
  • the auxiliary light source 33 is disposed in the center of the light shielding plate 42 between the two pupil division lenses 41.
  • the auxiliary light source 33 is composed of an infrared LED (light-emitting diode).
  • the auxiliary light source 33 emits light in a wavelength region of, for example, about 700 to 1500 nm, and is used as auxiliary light for autofocus.
  • visible light means light in a wavelength region of about 400 nm to 750 nm
  • infrared light means near infrared from 750 nm to 2.5 ⁇ m, and mid infrared from 2.5 ⁇ m to 50 ⁇ m. , 50 ⁇ m or more is defined as the far infrared.
  • the “wavelength region near the infrared region” in the present embodiment a wavelength region included between 650 nm and 750 nm among the above visible wavelength regions is preferably used.
  • the autofocus auxiliary light is irradiated to the subject via the infrared dichroic mirror 26 and the photographing lens 14.
  • the autofocus auxiliary light is turned on when the subject is dark and the focus position cannot be calculated by the focus control unit 32. Further, instead of lighting when the in-focus position cannot be calculated, it may be always lit.
  • the auxiliary light source 33 is disposed in the center of the light shielding plate 42 between the pupil division lenses 41, the auxiliary light can be emitted without hindering the received autofocus subject light. .
  • the auxiliary light is irradiated through the zoom optical system of the photographing lens 14, the auxiliary light can be irradiated at the same angle of view as that of the field of view. Therefore, it is possible to focus on a dark subject even if the zoom magnification or the subject distance changes.
  • FIG. 3 In the second embodiment shown in FIG. 3, four pupil division lenses 51 and two auxiliary light sources 52 are provided on the light shielding plate 50.
  • Four pupil division lenses 51 are arranged concentrically with respect to the light shielding plate 50 at a 90 ° pitch in the circumferential direction.
  • the two auxiliary light sources 52 are arranged apart from each other in the direction of the symmetry line that divides the four pupil division lenses 51 into two.
  • the same auxiliary light source having the same imaging position of the auxiliary light beam is used.
  • the focus position calculation unit 45 alternately emits two auxiliary light sources 52.
  • the focal position calculation unit 45 acquires pupil information from the pupil division lens 51 that obtains pupil information that is less affected by return light due to reflection or the like of the auxiliary light among the alternately emitted auxiliary light.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
  • the return light 54 due to reflection or the like in the photographing lens 14 by the auxiliary light changes in accordance with the positions of the auxiliary light source 52 and the pupil division lens 51. Therefore, the auxiliary light source 52 and the pupil division lens 51 are associated with each other in advance by an experiment in an actual machine or a simulation at the time of design. First, when the two auxiliary light sources 52 are alternately turned on, the pupil division lens 51 that is less affected by the return light 54 from each auxiliary light source 52 is determined. Next, the determined pupil division lens 51 is associated with the auxiliary light source 52 that is turned on at that time.
  • the two auxiliary light sources 52 are alternately made to emit light, and when one of the auxiliary light sources 52 is made to emit light, the pupil information from the pupil division lens 51 of the associated group is adopted.
  • the other auxiliary light source 52 is turned on, the pupil information from the pupil division lens 51 of the group that is also associated is adopted. In this way, pupil information that is less affected by the return light 54 from the auxiliary light source 52 can be obtained.
  • the example of four pupil division lenses 51 and two auxiliary light sources 52 has been described. However, there may be a plurality of pupil division lenses 51 and auxiliary light sources 52. The influence of the return light 54 by 52 can be reduced.
  • the illustration of individual lenses or mirrors is omitted, and the illustration is simplified as a single photographic lens 14.
  • a plurality of auxiliary light sources 52 are provided, and pupil information in which the influence of the return light 54 due to reflection of auxiliary light or the like is small can be used. Therefore, it is possible to perform the focusing at the time of photographing a dark subject with higher accuracy.
  • irradiation is performed by shifting the imaging position (focus position) on the subject side by the auxiliary light of the first auxiliary light source 61 and the second auxiliary light source 62.
  • the image forming position is changed between the two so that the image forming position on the subject side is relatively close to the other.
  • the auxiliary light from the first auxiliary light source 61 is indicated by a solid line
  • the auxiliary light from the second auxiliary light source 62 is indicated by a broken line.
  • These two auxiliary light sources 61 and 62 are turned on simultaneously.
  • the irradiation state by the two auxiliary light sources 61 and 62 changes depending on the focus position of the photographic lens 14.
  • the two auxiliary lights are combined so that the light intensity at the center of the screen does not drop extremely at the focus position where the imaging position is from a short distance to a long distance. Can be used. According to the third embodiment, it is possible to improve the decrease in the irradiation intensity of the auxiliary light source at the central portion depending on the focus position.
  • the fourth embodiment includes an auxiliary light source 67 having a light source body 66 and an illumination lens 65 that shifts in the optical axis direction.
  • the illumination lens 65 is a single lens
  • the illumination lens 65 itself is shifted.
  • the movable lens is shifted in the optical axis direction.
  • the opening 24 a of the variable aperture 24 is controlled so that the auxiliary light 70 is not lost by the variable aperture 24.
  • the auxiliary light source 33 is disposed at the center of the light shielding plate 42 and the auxiliary light 70 is incident on the variable aperture 24 as parallel light.
  • (A) is a case where the light beam diameter of the auxiliary light 70 incident on the variable stop 24 is smaller than the diameter of the opening 24a
  • (B) is a case where the light beam diameter of the auxiliary light 70 is the same as the diameter of the opening 24a.
  • the auxiliary light 70 by the variable diaphragm 24 is not emitted, but in the case of (C), the auxiliary light 70 is emitted by the variable diaphragm 24. For this reason, a part of the auxiliary light 70 becomes return light and enters the autofocus imaging unit 31 (see FIG. 1), and the accuracy of autofocus decreases.
  • the variable diaphragm 24 is controlled by setting the diameter of the opening 24 a where the auxiliary light 70 is not displaced by the variable diaphragm 24 as the minimum diaphragm.
  • Whether or not scraping occurs is determined by whether or not the diameter of the opening 24a of the variable diaphragm 24 is in the state shown in FIG. Specifically, the minimum diaphragm of the variable diaphragm 24 that causes the squealing is determined by an experiment with an actual machine or a simulation at the design stage. When this state is reached, it is determined that the squealing occurs. In the case of the present embodiment, it is possible to prevent a reduction in autofocus accuracy due to the return light emitted by the variable aperture 24 entering the focus sensor 43 (see FIG. 1). In addition, when bleed occurs, the light flux of the auxiliary light 70 may be stopped so as not to be lost at the minimum stop, or the auxiliary light source 33 may be turned off.
  • the contrast of the subject may be detected by the focus sensor 43 and controlled to a diaphragm position where the contrast becomes high. In this case, it is possible to optimize the effects of the contrast reduction caused by flare generated by the reflected light caused by the shift of the auxiliary light 70 by the variable diaphragm 24 and the contrast improvement by the brightness optimization by the variable diaphragm 24. .
  • FIG. 8 shows a modification in which the auxiliary light source 75 is not located at the center of the light shielding plate 50.
  • the auxiliary light source 75 has a displacement mechanism (not shown) that shifts or tilts the illumination lens 76 in a direction intersecting the illumination optical axis.
  • the irradiation direction and range of the auxiliary light 78 can be changed by the displacement mechanism. Therefore, by changing the irradiation direction and range of the auxiliary light 78, the auxiliary light 78 can be appropriately applied to a dark subject.
  • a light shielding unit 80 is provided to shield the auxiliary light 81 unnecessary for irradiation of the subject.
  • the light shielding unit 80 may be a fixed type or a movable type in which the light shielding region can be changed.
  • the auxiliary light 81 can be irradiated to the subject even if the irradiation direction of the auxiliary light 81 by the auxiliary light source 82 is not strict. In addition, it is possible to reduce the influence on the focus detection caused by unnecessary reflection.
  • FIG. 10 shows Modification 3 in the case where the spot diameter of the auxiliary light is changed in the embodiment.
  • pupil information is obtained from pixels in the irradiation field angle region 86 (the area is smaller than that of the light receiving region 85) corresponding to the spot diameter of the auxiliary light in the light receiving region 85 of the pupil division lens.
  • the number of target pixels of the pupil information can be reduced by the amount of the area of the irradiation angle of view region 86, and the focus position calculation unit 45 can be increased in speed and power.
  • the auxiliary light source 52 is provided on the light shielding plate 50, but it may be provided in a light shielding region by pupil division, and may be provided at a position other than the light shielding plate 50.
  • the plurality of pupil division lenses 51 are provided on the light shielding plate 50, but the light shielding plate 50 may be provided separately for each pupil division lens 51.
  • the focus sensor 43 may also be provided for each pupil division lens or each pupil division group according to the number of divisions and the arrangement state of the pupil division lens 51.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and modification examples, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
  • the above-described embodiment and modification examples can be appropriately combined.

Abstract

本発明は、ズーム倍率や被写体距離の変化に対応して、撮影している被写体に補助光を照射することができ、且つ自動焦点光学系への影響を減らして補助光を照射することができる自動焦点装置、レンズ装置及び自動焦点方法を提供する。赤外ダイクロイックミラー（２６）により、撮影レンズ（１４）に入射した被写体光を撮像部（１６）に導く光路上から、自動焦点用被写体光を分岐する。自動焦点用被写体光を遮光板（４２）に配置した瞳分割レンズ（４１）により瞳分割する。瞳分割レンズを経た自動焦点用被写体光をフォーカスセンサ（４３）で撮像し、瞳情報として取得する。焦点制御部（３２）により瞳情報に基づいて撮影レンズの焦点を合焦位置に制御する。遮光板に配された補助光源（３３）により、撮影レンズを介して被写体に自動焦点用補助光を照射する。

Description

自動焦点装置、レンズ装置及び自動焦点方法
　本発明は、自動焦点装置、レンズ装置及び自動焦点方法に関する。
　近年、カメラ、例えばテレビカメラ用の撮像システムには、撮像素子の高画素化、及び表示機器の大型化に伴い、より高精細な映像が求められる。特に、焦点合わせにおいては、カメラに搭載されるビューファインダの制約によって、求められる高精細映像を実現するのが非常に困難になっている。そこで、高精度かつ迅速に自動焦点（ＡＦ：autofocusオートフォーカス）ができることが要望されている。
　自動焦点を高精度に行う方式の一つとして、位相差方式がある。例えば、特許文献１では、光軸に対し偏心させた対の絞りとレンズを用いて瞳分割を行い、１次結像光学系による位相差方式により焦点位置を検出している。
　また、可視光映像信号による合焦が困難な場合に、赤外光放射手段を動作させて被写体を照明し、赤外光映像信号により合焦動作を行うビデオカメラが提案されている（特許文献２）。更に、撮影レンズを通して自動焦点用補助光を被写体に向けて照射するＴＴＬ（through the lens）カメラが提案されている（特許文献３）。
特開２０１１－１０２９５２号公報 特開平１０－１３７３０号公報 特開平１１－１６７１３７号公報
　特許文献１に記載のように、撮影レンズに入射する光を利用する自動焦点装置では、暗い被写体では焦点が合わなかったり、合焦精度が低下したりする。このため、特許文献２のように、撮影レンズの外部から補助光を発光することが行われている。しかし、単に補助光を撮影レンズの外部から照射しても、視差やズーム倍率の変化によって被写体に対し最適な位置に補助光を照射することができない。また、特許文献３に記載のように、撮影レンズを介して補助光を被写体に向けて照射する場合には、補助光の照射用光学系と、自動焦点用の入射用光学系が別途必要になる。このため、それぞれの光学系を必要として構成がその分だけ複雑になってしまう。
　本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ズーム倍率や被写体距離の変化に対応して、撮影している被写体に補助光を照射することができ、且つ自動焦点光学系への影響を減らして補助光を照射することができる自動焦点装置、レンズ装置及び自動焦点方法を提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成するために、本発明の自動焦点装置は、自動焦点用被写体光分岐部、自動焦点用撮像部、焦点制御部、及び補助光源を備える。自動焦点用被写体光分岐部は、撮影レンズに入射した被写体光を映像用撮像素子に導く光路上において、可視光領域のうち赤外領域に近い波長領域の自動焦点用被写体光を光路と異なる光路に分岐する。自動焦点用撮像部は、自動焦点用被写体光分岐部により分岐された自動焦点用被写体光を遮光領域により瞳分割し、瞳分割を経た自動焦点用被写体光を撮像し、得られる被写体の画像情報を瞳情報として取得する。焦点制御部は、自動焦点用撮像部により取得された瞳情報に基づいて撮影レンズの焦点を合焦位置に制御する。補助光源は、遮光領域に配され、自動焦点用被写体光分岐部及び撮影レンズを介して被写体に自動焦点用補助光を照射する。
　補助光源は、自動焦点用被写体光の光軸に直交する方向に離間して配される第１補助光源及び第２補助光源を有することが好ましい。そして、第１補助光源及び第２補助光源を交互に発光させ、自動焦点用補助光による反射の影響が少ない瞳情報を取得する。
　第１補助光源及び第２補助光源は、自動焦点用補助光の焦点位置をずらして照射することが好ましい。また、補助光源は、照明光による照射画角が変更可能な照明光学系を有することが好ましい。
　自動焦点用撮像部は、補助光源により照明された照射画角領域から瞳情報を取得することが好ましい。
　撮影レンズは可変絞りを有し、自動焦点用補助光が可変絞りによりけられる（いわゆる、遮光される）ことなく通過する位置に補助光源が配置されることが好ましい。また、自動焦点用補助光が可変絞りの変化によりけられる状態において補助光源を消灯することが好ましい。更に、補助光源が点灯している状態において自動焦点用補助光をけることがない絞りに可変絞りが制御されることが好ましい。
　本発明のレンズ装置は、上記の自動焦点装置を有する。
　本発明の自動焦点方法では、光路分岐ステップ、瞳情報取得ステップ、焦点制御ステップ、及び補助光照射ステップを有する。では、自動焦点用被写体光分岐部により、撮影レンズに入射した被写体光を映像用撮像素子に導く光路上において、可視光領域のうち赤外領域に近い波長領域の自動焦点用被写体光を光路と異なる光路に分岐する。瞳情報取得ステップでは、自動焦点用撮像部により、自動焦点用被写体光分岐部により分岐された自動焦点用被写体光を遮光領域により瞳分割し、瞳分割を経た自動焦点用被写体光を撮像し、得られる被写体の画像情報を瞳情報として取得する。焦点制御ステップでは、自動焦点用撮像部により取得された瞳情報に基づいて撮影レンズの合焦位置を求め、合焦位置となるように焦点を制御する。補助光照射ステップでは、合焦位置が求まらない場合に、遮光領域に配される自動焦点用補助光源により、自動焦点用被写体光分岐部及び撮影レンズを介して被写体に自動焦点用補助光を照射する。
　本発明によればズーム倍率または被写体距離の変化に対応して、撮影している被写体に補助光を照射することができ、且つ自動焦点光学系への影響を減らして補助光を照射することができる自動焦点装置、レンズ装置及び自動焦点方法を提供することができる。
本発明の自動焦点装置及びレンズ装置を有するテレビカメラを示す概略図である。 第１実施形態の瞳分割レンズ及び補助光源を有する遮光板を示す平面図である。 第２実施形態の瞳分割レンズ及び補助光源を有する遮光板を示す平面図である。 補助光による撮影レンズ内での反射等による戻り光の瞳分割レンズへの影響を説明する概略図である。 結像位置が異なる第１補助光源及び第２補助光源を有する第３実施形態を説明する概略図である。 光軸方向にシフトする照明レンズを有する補助光源を備えた第４実施形態を説明する概略図である。 可変絞りの開口を制御して補助光のけられを無くす第５実施形態を説明する概略図である。 補助光源が遮光板の中央にない場合の変形例１を示す概略図である。 補助光源が遮光板の中央にない場合の変形例２を示す概略図である。 補助光のスポット径に対応する照射画角領域の画素から瞳情報を得る変形例３を示す概略図である。
　［第１実施形態］
　図１は、テレビカメラ１１の概略構成を示している。テレビカメラ１１は、レンズ装置１２とカメラ本体１３とから構成されている。レンズ装置１２はカメラ本体１３に着脱可能に取り付けられ、レンズ装置１２の交換が可能になっている。
　レンズ装置１２は、撮影レンズ１４及び制御部１５を有する。撮影レンズ１４は、例えば被写体側から固定フォーカスレンズ２１、移動可能な移動フォーカスレンズ２２、変倍系と補正系とからなるズームレンズ２３、可変絞り（アイリス）２４、前側リレーレンズ２５、自動焦点用被写体光分岐部としての赤外ダイクロイックミラー２６、及び、後側リレーレンズ２７を有する。なお、図中の各レンズの構成は簡略化しており、複数のレンズから成るレンズ群を１つのレンズで示したものもある。
　制御部１５は、移動フォーカスレンズ２２、ズームレンズ２３及び可変絞り２４を制御する。撮影レンズ１４は、カメラ本体１３の撮像部１６に映像用（記録及び再生用）の被写体像を結像する。また、赤外ダイクロイックミラー２６により、被写体像を自動焦点用撮像部３１に向けて分岐する。
　カメラ本体１３は、撮像部１６及び画像処理部１７を有する。撮像部１６は、レンズ装置１２により結像された被写体像を電気信号に変換する。撮像部１６は、色分解光学系１６ａ、映像用撮像素子１６ｂ～１６ｄを有する。色分解光学系１６ａは、被写体像を赤色光、緑色光、青色光の３色に分解する。映像用撮像素子１６ｂ～１６ｄは例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型等の固体撮像素子により構成されており、三色画像を電気信号に変換する。画像処理部１７は、映像用撮像素子１６ｂ～１６ｄから出力された信号に所定の処理を施し、記録及び再生用の所定方式の映像信号を生成する。これによって記録及び再生用のカラー映像が撮像部１６により撮影される。
　赤外ダイクロイックミラー２６は、リレー光学系を構成する前側リレーレンズ２５と後側リレーレンズ２７との間において、光軸Ｏ１に対して略４５度に傾斜して配置されている。赤外ダイクロイックミラー２６は、被写体光の可視波長領域のうち赤外領域近くの波長領域の光を反射し、それ以外の被写体光を透過する。これにより、カメラ本体１３の撮像部１６に導かれる映像用被写体光から、赤外ダイクロイックミラー２６により自動焦点用被写体光が分岐される。自動焦点用被写体光の光軸Ｏ２は、映像用光学系の光軸Ｏ１と略直交して、瞳分割による位相差方式の自動焦点装置３０に導かれる。この赤外ダイクロイックミラー２６により、光路分岐ステップが処理される。
　自動焦点装置３０は、赤外ダイクロイックミラー２６、自動焦点用撮像部３１、焦点制御部３２、及び補助光源３３を備える。
　自動焦点用撮像部３１は、瞳分割レンズ４１と遮光板４２と撮像素子としてのフォーカスセンサ４３とを備えている。自動焦点用撮像部３１は、瞳分割レンズ４１を通過した自動焦点用被写体光をフォーカスセンサ４３において撮像し、この撮像データを瞳情報として焦点制御部３２に送る。
　焦点制御部３２は、焦点位置算出部４５を有する。焦点位置算出部４５は、瞳情報に基づき焦点のずれ（デフォーカス量）を検出する。焦点制御部３２は、デフォーカス量を「０」とするように、移動フォーカスレンズ２２を移動する。これにより、自動焦点制御が行われる。瞳分割による位相差方式のデフォーカス量の算出、及びこれに基づく焦点制御は周知であり、詳細な説明は省略する。自動焦点用撮像部３１及び焦点位置算出部４５により、瞳情報取得ステップが処理される。また、焦点制御部３２により焦点制御ステップが処理される。
　補助光源３３は、瞳分割のための遮光領域、本実施形態では、遮光板４２による遮光領域に配されている。この補助光源３３により補助光照射ステップが処理される。図２に示すように、補助光源３３は、２つの瞳分割レンズ４１の間で遮光板４２の中央に配されている。補助光源３３は赤外ＬＥＤ（light emitting diode）から構成されている。この補助光源３３は、例えば７００～１５００ｎｍ程度までの波長領域の光を発光し、自動焦点用補助光として用いられる。なお、一般的に可視光とは、概ね４００ｎｍから７５０ｎｍ程度の波長領域の光をいい、赤外光とは、７５０ｎｍから２．５μｍまでを近赤外、２．５μｍから５０μｍまでを中赤外、５０μｍ以上を遠赤外と定義されている。本実施形態にいう「赤外領域近くの波長領域」とは、上記の可視波長領域のうち、６５０ｎｍ～７５０ｎｍの間に含まれる波長領域が好ましく用いられる。
　自動焦点用補助光は、赤外ダイクロイックミラー２６及び撮影レンズ１４を介して被写体に照射される。自動焦点用補助光は、被写体が暗く焦点制御部３２により合焦位置が算出不可能なときに点灯される。また、合焦位置が算出不可能なときに点灯する代わりに、常時点灯してもよい。
　本実施形態では、瞳分割レンズ４１の間で、遮光板４２の中央に補助光源３３が配されているので、受光する自動焦点用被写体光を阻害することなく、補助光を照射することができる。しかも、赤外ダイクロイックミラー２６及び撮影レンズ１４を介して補助光を被写体に照射することができ、撮影レンズ１４のズーム倍率または被写体距離によることなく、常に撮影している被写体に対し補助光を照射することができる。このように、撮影する被写体に対し補助光の視差がないため、被写体距離の影響を受けることがない。また、撮影レンズ１４のズーム光学系を通して補助光を照射するため、撮影している画角と同一画角で補助光を照射することができる。従って、ズーム倍率や被写体距離が変化しても暗い被写体に対し焦点を合わせることができる。
　［第２実施形態］
　図３に示す第２実施形態では、遮光板５０に４個の瞳分割レンズ５１と、２個の補助光源５２を設けている。瞳分割レンズ５１は、遮光板５０に対し、同心円上で円周方向に９０°ピッチで４個配されている。２個の補助光源５２は、４個の瞳分割レンズ５１を２個に分ける対称線方向に離間して配されている。２個の補助光源５２は補助光線の結像位置が同じである同一補助光源が用いられる。暗い被写体の撮影の際に、焦点位置算出部４５によって、２個の補助光源５２が交互に発光される。焦点位置算出部４５は、交互に発光させた補助光のうち、補助光による反射等による戻り光の影響が少ない瞳情報が得られる瞳分割レンズ５１から瞳情報を取得する。なお、以下の各実施形態や変形例において、第１実施形態と同一構成部材には同一符号を付して重複した説明を省略している。
　図４に示すように、補助光による撮影レンズ１４内において反射等による戻り光５４は、補助光源５２と瞳分割レンズ５１との位置に応じて、変化する。そこで、予め実機における実験または設計時のシミュレーションにより、補助光源５２と瞳分割レンズ５１とを対応付けておく。先ず、２個の補助光源５２を交互に点灯したときに、それぞれの補助光源５２による戻り光５４の影響が少ない方の瞳分割レンズ５１を決定する。次に、決定した瞳分割レンズ５１とそのとき点灯した補助光源５２とを対応付ける。被写体が暗い場合には、２個の補助光源５２を交互に発光させ、一方の補助光源５２を発光させたときに、対応付けされたグループの瞳分割レンズ５１からの瞳情報を採用する。また、他方の補助光源５２を点灯させたときには同じく対応付けされたグループの瞳分割レンズ５１からの瞳情報を採用する。このようにして、補助光源５２からの戻り光５４による影響が小さい瞳情報を得ることができる。
　なお、第２実施形態では４個の瞳分割レンズ５１と２個の補助光源５２との例で説明したが、瞳分割レンズ５１及び補助光源５２は複数あればよく、上記と同様にして補助光源５２による戻り光５４の影響を少なくすることができる。また、第２実施形態以降の説明では、個々のレンズまたはミラーの図示を省略し、一つの撮影レンズ１４として図示を簡略化している。
　本実施形態では、複数の補助光源５２を設けて、補助光の反射等による戻り光５４の影響が小さい瞳情報を利用することができる。従って、暗い被写体の撮影時の合焦をより一層精度良く行うことができる。
　［第３実施形態］
　図５に示すように、第３実施形態では、第１補助光源６１と第２補助光源６２の補助光による被写体側の結像位置(焦点位置)をずらして照射する。例えば、一方は他方に対し相対的に被写体側の結像位置が近くなるように、両者で結像位置を変えている。これにより、第１補助光源６１からの補助光は実線で示すようになり、第２補助光源６２からの補助光は破線で示すようになる。これら二つの補助光源６１、６２は同時に点灯される。撮影レンズ１４のフォーカス位置によって、二つの補助光源６１，６２による照射状態は変化する。しかし、二つの補助光源６１，６２を発光させることにより、結像位置が近距離から遠距離のフォーカス位置において画面中心部分の光強度が極端に落ちることがないように二つの補助光を組み合わせて用いることができる。第３実施形態によれば、フォーカス位置によって中心部分の補助光源の照射強度の低下を改善することができる。
　［第４実施形態］
　図６に示すように、第４実施形態では、光源本体６６と光軸方向にシフトする照明レンズ６５とを有する補助光源６７を備えている。照明レンズ６５は、単体レンズの場合には照明レンズ６５そのものが、複数レンズの場合には可動レンズが光軸方向にシフトする。これにより、補助光によって被写体への照射範囲である照射画角が変更され、補助光のスポットの大きさが変更可能になる。従って、補助光を暗い被写体に対して適切に照射することができる。
　［第５実施形態］
　図７に示すように、第５実施形態では、可変絞り２４による補助光７０のけられを無くすように、可変絞り２４の開口２４ａを制御している。第１実施形態と同様に、補助光源３３が遮光板４２の中心に配置されて、可変絞り２４に補助光７０が並行光として入射する場合を示している。（Ａ）は可変絞り２４に入射する補助光７０の光束径が開口２４ａの直径より小さい場合であり、（Ｂ）は補助光７０の光束径が開口２４ａの直径と同じ場合であり、（Ｃ）は補助光７０の光束径が開口２４ａの直径よりも大きい場合である。
　（Ａ）、（Ｂ）の場合は、可変絞り２４による補助光７０がけられることは無いが、（Ｃ）の場合は補助光７０が可変絞り２４によりけられる。このため、補助光７０の一部が戻り光となって、自動焦点用撮像部３１（図１参照）に入り、自動焦点の精度が低下する。これを防止するため、第５実施形態では、補助光源３３（図１参照）が点灯している場合には、可変絞り２４による補助光７０がけられない範囲に開口２４ａを開く。すなわち補助光７０が可変絞り２４によりけられることがない開口２４ａの直径を最小絞りとして、可変絞り２４を制御する。
　けられが発生するか否かは、可変絞り２４の開口２４ａの直径が図７（Ｃ）の状態にあるか否かで決定する。具体的には、実機における実験や、設計段階におけるシミュレーションにより、けられが発生する可変絞り２４の最小絞りを決めておき、この状態になったときに、けられが発生すると判定する。本実施形態の場合は、可変絞り２４によりけられた戻り光がフォーカスセンサ４３（図１参照）に入射することによる自動焦点の精度の低下を防止することができる。なお、けられが発生する場合に補助光７０の光束を絞り、最小絞り時にけられなくしたり、補助光源３３を消灯したりしてもよい。
　また、可変絞り２４を制御する場合に、フォーカスセンサ４３により被写体のコントラストを検出し、コントラストが高くなる絞り位置に制御してもよい。この場合には、可変絞り２４による補助光７０のけられによる反射光で発生するフレアによるコントラスト低下と、可変絞り２４による明るさの最適化でのコントラスト向上との効果を最適化することができる。
　［変形例１］
　図８は、補助光源７５が遮光板５０の中央にない場合の変形例を示している。補助光源７５は、照明レンズ７６を照明光軸に対して交差方向にシフト又は傾斜させる変位機構（図示省略）を有している。変位機構によって補助光７８の照射方向や範囲を変更することができる。従って、補助光７８の照射方向や範囲を変更することにより、補助光７８を暗い被写体に対して適切に照射することができる。
　［変形例２］
　図９は、変形例１の照明レンズ７６を変位機構でシフト又は傾斜させる代わりに、遮光部８０を設けて、被写体の照射に不要な補助光８１を遮光する。遮光部８０は固定式であっても、又は遮光領域が変更可能な可動式であってもよい。変形例２の場合には、補助光源８２による補助光８１の照射方向が厳密でなくとも、被写体に補助光８１を照射することができる。また、不要な反射によるフォーカス検出への影響を軽減することができる。
　［変形例３］
　図１０は、上記実施形態において、補助光のスポット径を変更する場合の変形例３を示している。変形例３では、瞳分割レンズにおける受光領域８５において、補助光のスポット径に対応する照射画角領域８６（受光領域８５よりも面積が小さい）の画素から瞳情報を得ている。この場合には、照射画角領域８６の面積が小さい分だけ瞳情報の対象画素数を減らすことができ、焦点位置算出部４５における高速化や低電力化を図ることができる。
　なお、上記各実施形態では、遮光板５０に補助光源５２を設けているが、瞳分割による遮光領域内に配置されていれば良く、遮光板５０以外の位置に設けてもよい。また、上記実施形態では、遮光板５０に複数の瞳分割レンズ５１を設けているが、遮光板５０は瞳分割レンズ５１毎に分割して設けてもよい。また、フォーカスセンサ４３も瞳分割レンズ５１の分割数や配置状態に応じて、瞳分割レンズ毎や瞳分割グループ毎に設けてもよい。
　本発明は、上記実施形態や変形例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、上記実施形態や変形例を適宜組み合わせることも可能である。
１１　テレビカメラ
１２　レンズ装置
１３　カメラ本体
１４　撮影レンズ
２４　可変絞り
２４ａ開口
２６　赤外ダイクロイックミラー
３０　自動焦点装置
３１　自動焦点用撮像部
３２　焦点制御部
３３，５２，６１，６２，６７，７５，８２　補助光源
４１，５１，　瞳分割レンズ
４２，５０　遮光板
４３　フォーカスセンサ
４５　焦点位置算出部
５４　戻り光
６５，７６　照明レンズ
６６　光源本体
７０，７８，８１　補助光
８０　遮光部
Ｏ１　光軸
Ｏ２　光軸

Claims (10)

  1. 　撮影レンズに入射した被写体光を映像用撮像素子に導く光路上において、可視光領域のうち赤外領域に近い波長領域の自動焦点用被写体光を前記光路と異なる光路に分岐する自動焦点用被写体光分岐部と、
    　前記自動焦点用被写体光分岐部により分岐された自動焦点用被写体光を遮光領域により瞳分割し、前記瞳分割を経た自動焦点用被写体光を撮像し、得られる被写体の画像情報を瞳情報として取得する自動焦点用撮像部と、
    　前記自動焦点用撮像部により取得された瞳情報に基づいて前記撮影レンズの焦点を合焦位置に制御する焦点制御部と、
    　前記遮光領域に配され、前記自動焦点用被写体光分岐部及び前記撮影レンズを介して被写体に自動焦点用補助光を照射する補助光源と
    を備える自動焦点装置。
  2. 　前記補助光源は、前記自動焦点用被写体光の光軸に直交する方向に離間して配される第１補助光源及び第２補助光源を有し、前記第１補助光源及び第２補助光源を交互に発光させて前記自動焦点用補助光による反射の影響が少ない瞳情報を取得する請求項１記載の自動焦点装置。
  3. 　前記補助光源は、前記自動焦点用被写体光の光軸に直交する方向に離間して配される第１補助光源及び第２補助光源を有し、前記第１補助光源及び前記第２補助光源からの前記自動焦点用補助光の焦点位置をずらして照射する請求項１又は２記載の自動焦点装置。
  4. 　前記補助光源は、照明光による照射画角が変更可能な照明光学系を有する請求項１から３いずれか１項記載の自動焦点装置。
  5. 　前記自動焦点用撮像部は、前記補助光源により照明された照射画角領域から前記瞳情報を取得する請求項１から４いずれか１項記載の自動焦点装置。
  6. 　前記撮影レンズは可変絞りを有し、前記自動焦点用補助光が前記可変絞りによりけられることなく通過する位置に前記補助光源が配置される請求項１から５いずれか１項記載の自動焦点装置。
  7. 　前記撮影レンズは可変絞りを有し、前記自動焦点用補助光が前記可変絞りの変化によりけられる状態において補助光源を消灯する請求項１から６いずれか１項記載の自動焦点装置。
  8. 　前記撮影レンズは可変絞りを有し、前記補助光源が点灯している状態において前記自動焦点用補助光をけることがない絞りに前記可変絞りが制御される請求項１から６いずれか１項記載の自動焦点装置。
  9. 　請求項１から８いずれか１項記載の自動焦点装置を有するレンズ装置。
  10. 　自動焦点用被写体光分岐部により、撮影レンズに入射した被写体光を映像用撮像素子に導く光路上において、可視光領域のうち赤外領域に近い波長領域の自動焦点用被写体光を前記光路と異なる光路に分岐するステップと、
    　自動焦点用撮像部により、前記自動焦点用被写体光分岐部により分岐された自動焦点用被写体光を遮光領域により瞳分割し、前記瞳分割を経た自動焦点用被写体光を撮像し、得られる被写体の画像情報を瞳情報として取得するステップと、
    　前記自動焦点用撮像部により取得された瞳情報に基づいて前記撮影レンズの合焦位置を求め、前記合焦位置となるように焦点を制御するステップと、
    　前記合焦位置が求まらない場合に、前記遮光領域に配される自動焦点用補助光源により、前記自動焦点用被写体光分岐部及び前記撮影レンズを介して被写体に自動焦点用補助光を照射するステップと
    を有する自動焦点方法。
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