(57)【要約】  撮像装置（１００）において、光路分離部（２）は、光学系（１）により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する。第１の駆動部（２１）に駆動される第１の撮像部（３）は、第１の光束を電気信号に変換し第１の信号として出力する。第２の駆動部（９）に駆動される第２の撮像部（５）は、第２の光束を電気信号に変換し第２の信号として出力する。第１の信号処理部（４）は、第１の信号の信号処理を行い撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理部（６）は、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成部（８）は、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。オートフォーカス制御部（１１）は、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系（１）のフォーカス制御を行う。【選択図】図１
2008146458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理部と、
前記第２の信号の信号処理を行う第２の信号処理部と、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成部と、
前記第１の撮像部を駆動する第１の駆動部と、
前記第２の撮像部を駆動する第２の駆動部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部と、
を備える、
撮像装置。
【請求項２】
前記第１の駆動部は、前記第１の信号に対するフレームレートであり独立して可変の第１のフレームレートを取得し、前記第１のフレームレートで前記第１の撮像部を駆動し、
前記第２の駆動部は、前記第２の信号に対するフレームレートであり独立して可変の第２のフレームレートを取得し、前記第２のフレームレートで前記第２の駆動部を駆動する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の信号に対するフレームレートである第１のフレームレートを変更するフレームレート変更部をさらに備え、
前記オートフォーカス制御部は、前記第１のフレームレートに基づいて前記第２の信号に対するフレームレートである第２のフレームレートを設定または変更可能であり、前記第２のフレームレートに基づいて前記光学系のフォーカス制御を行う、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の撮像部は、任意の位置を読み出し可能な撮像素子を有する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記オートフォーカス制御部は、前記光路長変更部により、前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸方向の前後に移動させて、前記コントラストの評価値が大きくなる方向を検出することを繰り返すことにより、前記最大コントラスト評価値光路長を検出する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記オートフォーカス制御部は、前記光路長変更部により、前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸方向に逐次移動させて、前記第２の光束の光路長を逐次変更させたときのコントラストの評価値を評価することで、前記最大コントラスト評価値光路長を検出する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記オートフォーカス制御部は、前記第１のフレームレートが低くなった場合に、前記第２のフレームレートも低くする、
請求項３に記載の撮像装置。
【請求項８】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
を備える撮像装置に用いられる撮像方法であって、
前記第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理ステップと、
前記第２の信号の信号処理を行う第２の信号処理ステップと、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成ステップと、
前記第１の撮像部を駆動する駆動ステップと、
前記第２の撮像部を駆動する他の駆動ステップと、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出する検出ステップと、
前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御ステップと、
を備える、
撮像方法。
【請求項９】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
を備える撮像装置に用いられるプログラムであって、
前記第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理ステップと、
前記第２の信号の信号処理を行う第２の信号処理ステップと、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成ステップと、
前記第１の撮像部を駆動する駆動ステップと、
前記第２の撮像部を駆動する他の駆動ステップと、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出する検出ステップと、
前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御ステップと、
を備える、
プログラム。
【請求項１０】
光学系の出力から複数に分離された光のうち、一以上の光を電気信号に変換し、第１の信号として出力する一以上の第１の撮像部と、
前記複数の光のうち前記一以上の光以外の光を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理部と、
前記第２の信号の信号処理を行う第２の信号処理部と、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成部と、
前記第１の撮像部の駆動パルスを生成する第１の駆動部と、
前記第２の撮像部の駆動パルスを生成する第２の駆動部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部と、
を備える、
集積回路。
【請求項１１】
光学系を介して複数に分離された光が複数の撮像部において変換されて生成された複数の電気信号のうち、一以上の電気信号を受信して信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理部と、
前記一以上の電気信号以外の第２の信号を受信し、信号処理を行う第２の信号処理部と、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成部と、
前記第１の撮像部の駆動パルスを生成する第１の駆動部と、
前記第２の撮像部の駆動パルスを生成する第２の駆動部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部と、
を備える、
集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラなどの撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路に関する。詳しくは、本発明は、フォーカスを自動で合焦させるオートフォーカス機能付撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラなどの撮像装置では、オートフォーカス方式として、ウォブリングによるコントラスト最大位置検出方式が一般的に用いられている。コントラスト最大位置検出方式とは、次のような方式である。フォーカスレンズを前後に微小に動かす動作であるウォブリング動作を行う。取得される映像信号のコントラスト（映像信号より形成される映像のコントラスト）を比較する。そして、映像信号のコントラストが最大になる方向に順次フォーカスレンズを移動させる。これにより、映像信号のコントラストが最大になる位置（コントラスト最大位置）を検出し、そのコントラスト最大位置を合焦位置と判定する。
例えば、特開平１０−４５１７号公報は、コントラスト最大位置検出方式を用い、さらに小型軽量化、低価格化を図った焦点調節装置を備えるビデオカメラを記載している。同ビデオカメラは、光学系から入射された光束をＲ、Ｇ、Ｂの３色に分解する色分離プリズムを用いた多板式である。同公報は、色分離プリズムを、エアギャップを必要としない構成とすることで、小型軽量化、低価格化を実現することを開示する。同公報の焦点調節装置は、色分離プリズムがエアギャップを必要としない構成としたため、青色信号と赤色および緑色信号とが鏡像関係となることによる焦点調節動作への影響が発生するという課題を解決している。同焦点調節装置では、鏡像関係でない映像信号を選択して焦点調節に用いることにより、同課題を解決している。
【特許文献１】特開平１０−４５１７号公報
【発明の開示】
【０００３】
（発明が解決しようとする課題）
従来のビデオカメラなどの撮像装置に用いられているコントラスト最大位置検出方式では、ウォブリング動作によって映像信号を取得するごとに、その取得された映像信号のコントラストを比較する。同方式では、映像信号のコントラストが最大になる方向に順次フォーカスレンズを移動させていく必要がある。しかしながら、焦点が完全にボケた状態では、ウォブリング動作によって映像信号のコントラストがほとんど変化しない。したがって、焦点が完全にボケた状態では、合焦方向を判定できないという問題点を有している。
また、従来のコントラスト最大位置検出方式では、合焦状態でオートフォーカス動作が起動されると、合焦位置でウォブリング動作を行う。この場合、本線系、すなわち撮影用の映像信号（以下、「撮影用の映像信号」という。）のピントが合ったり（焦点が合ったり）、少しボケたり（焦点が外れたり）する現象が生じるという問題を有している。
【０００４】
また、従来のコントラスト最大位置検出方式では、撮影用の映像信号を用いてコントラストを検出する。したがって、コントラストを１回検出するのに撮影用の映像信号の１フィールド期間が必要となる。そのため、撮影用の映像信号のフレームレートが低くなってくると、オートフォーカス制御用のコントラスト検出に必要となる絶対的な時間が長くなる。その結果、オートフォーカス応答速度が遅くなる。よって、特に、動きのある被写体などを撮影する場合、良好な映像が得られにくいという問題点を有している。
また、従来のコントラスト最大位置検出方式では、高速なウォブリング動作が必要である。しかし、撮像装置に交換式レンズなどが用いられている場合、フォーカスレンズの動作が遅い。したがって、高速なウォブリング動作を実現することが困難となり、オートフォーカス動作が極端に遅くなるという問題点を有している。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、確実かつ迅速な光学系フォーカス制御を可能にすることを目的とする。
（課題を解決するための手段）
本発明における第１の発明の撮像装置は、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、光路分離部と、第１の撮像部と、第２の撮像部と、第１の信号処理部と、第２の信号処理部と、評価値生成部と、第１の駆動部と、第２の駆動部と、光路長変更部と、オートフォーカス制御部と、を備える撮像装置である。光路分離部は、光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する。第１の撮像部は、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する。第２の撮像部は、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する。第１の信号処理部は、第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理部は、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成部は、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。第１の駆動部は、第１の撮像部を駆動する。第２の駆動部は、第２の撮像部を駆動する。光路長変更部は、第２の光束の光路長を変更する。オートフォーカス制御部は、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【０００６】
この撮像装置では、光路分離部により、光学系により集光された被写体からの光は、少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離される。そして、第１の光束は、撮影用映像信号処理に使用され、第２の光束は、撮影用映像信号処理とは完全に独立した、オートフォーカス用（ＡＦ用）信号処理に使用される。この撮像装置では、オートフォーカス制御部により、コントラストの評価値に基づいて、第２の光束の光路長を変更させるように光路長変更部を制御するとともに、光学系のフォーカス制御が行われる。つまり、オートフォーカス制御部により、光路長変更部が制御され、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長が検出され、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御が行われる。
このように、この撮像装置は、オートフォーカス用の映像信号を生成し、この信号を用いて最大コントラスト評価値光路長を検出するため、検出時の悪影響が撮影用の映像信号に及ばない。
【０００７】
また、この撮像装置は、オートフォーカス用の撮像部の光路長変更部により最大コントラスト評価値光路長を検出した後に、光学系のフォーカス制御を行うため、大ボケ状態からでも確実に制御が可能である。
また、この撮像装置は、合焦状態でオートフォーカス動作が起動されたとしても、本線系、すなわち撮影用の映像信号に全く影響を及ぼすことなく、オートフォーカス検出用の映像信号を用いて合焦状態を探索可能にする。
また、この撮像装置は、オートフォーカス用の映像信号で最大コントラスト評価値光路長を検出した後に、光学系のフォーカス調整を行うため、ウォブリング動作などの高速なレンズ動作ができない、たとえば交換式レンズなどを用いた場合であっても確実にオートフォーカス機能を実現することができる。
【０００８】
なお、「最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行う」とは、例えば、次のようなことを含む。まず、検出された最大コントラスト評価値光路長が、第１の撮像部（撮影用撮像部）に入力される第１の光束の光路長に相当する基準位置と比較される。両光路長の差分から光学系の合焦位置（フォーカス位置）を算出する。そして、算出した合焦位置に基づき光学系が合焦状態となるように、例えば、フォーカス用レンズ（群）を移動させる。これにより、光学系のフォーカス制御を行う。
本発明における第２の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、第１の駆動部は、第１の信号に対するフレームレートであり独立して可変の第１のフレームレートを取得し、第１のフレームレートで前記第１の撮像部を駆動し、第２の駆動部は、第２の信号に対するフレームレートであり独立して可変の第２のフレームレートを取得し、第２のフレームレートで前記第２の駆動部を駆動する。
【０００９】
この撮像装置では、オートフォーカス検出用のフレームレートが独立に制御可能なため、撮影用の映像信号のフレームレートの影響を受けない。よって、オートフォーカスの応答速度を改善でき、あるいは撮像装置の消費電力を節減できる。
本発明における第３の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、第１の信号に対するフレームレートである第１のフレームレートを変更するフレームレート変更部をさらに備える。さらにオートフォーカス制御部は、第１のフレームレートに基づいて第２の信号に対するフレームレートである第２のフレームレートを設定または変更可能であり、第２のフレームレートに基づいて光学系のフォーカス制御を行う。ここで、第１のフレームレートに基づいて第２のフレームレートを設定または変更可能であるとは、第１のフレームレートの変更に合わせて第２フレームレートを設定または変更することを含む。
【００１０】
この撮像装置では、撮影用のフレームレートに応じて自動的にオートフォーカス検出用のフレームレートを設定または変更できる。
本発明における第４の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、第２の撮像部は、任意の位置を読み出し可能な撮像素子を有する。
この撮像装置では、オートフォーカス検出用の撮像素子の読み出し画素数を抑制し、オートフォーカス検出用の撮像素子のフレームレートを高速化することができるため、オートフォーカスの応答速度を早くできるといった作用を有する。
本発明における第５の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、オートフォーカス制御部は、光路長変更部により、第２の撮像部を第２の光束の光軸方向の前後に移動させて、コントラストの評価値が大きくなる方向を検出することを繰り返すことにより、最大コントラスト評価値光路長を検出する。
【００１１】
この撮像装置では、最大コントラスト評価値を検出するまでの時間を短縮することが可能である。また、オートフォーカス用の映像信号でコントラスト最大の光路長を検出した後に、光学系のフォーカス調整を行うため、ウォブリング動作などの高速なレンズ動作ができない、たとえば交換式レンズなどにおいてもオートフォーカス機能を提供できるといった優れた効果が得られる。
本発明における第６の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、オートフォーカス制御部は、光路長変更部により、第２の撮像部を第２の光束の光軸方向に逐次移動させて、第２の光束の光路長を逐次変更させたときのコントラストの評価値を評価することで、最大コントラスト評価値光路長を検出する。ここで、第２の撮像部を第２の光束の光軸方向に逐次移動させるとは、第２の撮像部を光軸方向の一定の方向に移動させつつ逐次コントラストの評価値を検出し、一定範囲の検出した評価値の中から最大の評価値を最大コントラスト評価値とする。
【００１２】
この撮像装置では、時間はかかるもののより確実に最大コントラスト評価値を検出することが可能となる。
本発明における第７の発明の撮像装置は、第３の発明の撮像装置であって、オートフォーカス制御部は、第１のフレームレートが低くなった場合に、第２のフレームレートを低くする。
この撮像装置では、オートフォーカス検出のための消費電力を抑制するように制御できる。
本発明における第８の発明の撮像方法は、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、同光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、を備える撮像装置に用いられる撮像方法であって、第１の信号処理ステップと、第２の信号処理ステップと、評価値生成ステップと、駆動ステップと、他の駆動ステップと、検出ステップと、オートフォーカス制御ステップと、を備える。第１の信号処理ステップは、第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理ステップは、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成ステップは、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。駆動ステップは、第１の撮像部を駆動する。他の駆動ステップは、第２の撮像部を駆動する。検出ステップは、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出する。オートフォーカス制御ステップは、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【００１３】
本発明における第９の発明のプログラムは、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、同光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、を備える撮像装置に用いられるプログラムであって、第１の信号処理ステップと、第２の信号処理ステップと、評価値生成ステップと、駆動ステップと、他の駆動ステップと、検出ステップと、オートフォーカス制御ステップと、を備える。第１の信号処理ステップは、第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理ステップは、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成ステップは、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。駆動ステップでは、第１の撮像部を駆動する。他の駆動ステップは、第２の撮像部を駆動する。検出ステップは、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出する。オートフォーカス制御ステップは、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【００１４】
本発明における第１０発明の集積回路は、一以上の第１の撮像部と、第２の撮像部と、第１の信号処理部と、第２の信号処理部と、評価値生成部と、第１の駆動部と、第２の駆動部と、光路長変更部と、オートフォーカス制御部と、を備える。第１の撮像部は、光学系の出力から複数に分離された光のうち、一以上の光を電気信号に変換し、第１の信号として出力する。第２の撮像部は、複数の光のうち前記一以上の光以外の光を電気信号に変換し、第２の信号として出力する。第１の信号処理部は、第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理部は、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成部は、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。第１の駆動部は、第１の撮像部の駆動パルスを生成する。第２の駆動部は、第２の撮像部の駆動パルスを生成する。光路長変更部は、第２の光束の光路長を変更する。オートフォーカス制御部は、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【００１５】
本発明における第１１発明の集積回路は、第１の信号処理部と、第２の信号処理部と、評価値生成部と、第１の駆動部と、第２の駆動部と、光路長変更部と、オートフォーカス制御部と、を備える。第１の信号処理部は、光学系を介して複数に分離された光が複数の撮像部において変換されて生成された複数の電気信号のうち、一以上の電気信号を受信して信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理部は、前記一以上の電気信号以外の第２の信号を受信し、信号処理を行う。評価値生成部は、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。第１の駆動部は、第１の撮像部の駆動パルスを生成する。第２の駆動部は、第２の撮像部の駆動パルスを生成する。光路長変更部は、第２の光束の光路長を変更する。オートフォーカス制御部は、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
（発明の効果）
以上のように本発明は、コントラスト最大の光路長を検出する時の悪影響が撮影用の映像信号に及ばせないといった優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１によるオートフォーカス機能付き撮像装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１による光路分離部を説明するための模式図
【図３】本発明の実施の形態１によるＡＦ評価値生成部の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１によるＡＦ評価値生成部の作用の一部を説明するための模式図
【図５】本発明の実施の形態１によるコントラスト評価値が最大になる光路長を探索する様子を説明するための模式図
【図６】本発明の実施の形態２によるオートフォーカス機能付き撮像装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２による異なるフレームレートでの出力信号の様子を説明するための模式図
【図８】本発明の他の形態による光路分離部を説明するための模式図
【符号の説明】
【００１７】
１  光学系
２  光路分離部
３  撮影用撮像部（第１の撮像部）
４  撮影用信号処理部（第１の信号処理部）
５  ＡＦ用撮像部（第２の撮像部）
６  アナログ信号処理部（第２の信号処理部）
７  ＡＤ変換
８  ＡＦ評価値生成部（評価値生成部）
９  ＡＦ用駆動部（第２の駆動部）
１０  ＡＦ用光路長変更部（光路長変更部）
１１  ＡＦ制御部（オートフォーカス制御部）
１２  フレームレート変更信号処理部
１３  撮影用フレームレート変更制御部
１４  適応型ＡＦ制御部（オートフォーカス制御部）
２１  撮影用駆動部（第１の駆動部）
１０１  水平ローパスフィルタ
１０２  第１水平ハイパスフィルタ
１０３  第２水平ハイパスフィルタ
１０４  垂直ハイパスフィルタ
１０５、１０６、１０７  積算部
１０８  加算器
１０９  セレクタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図１から図５を用いて説明する。
（実施の形態１）
＜１．１：撮像装置の構成＞
図１は本発明の実施の形態１によるオートフォーカス機能付き撮像装置１００の構成を示すブロック図である。
図１において、撮像装置１００は、光学系１と、光路分離部２と、第１の撮影部を構成する撮影用撮像部３と、第１の信号処理部を構成する撮影用信号処理部４と、第１の駆動部を構成する撮影用駆動部２１とを有する。撮像装置１００はさらに、第２の撮影部を構成するオートフォーカス用撮像部５（以下、「ＡＦ用撮像部５」という。）と、第２の信号処理部を構成するアナログ信号処理部６と、ＡＤ変換部７と、オートフォーカス評価値生成部８（以下、「ＡＦ評価値生成部８」という。）と、第２の駆動部であるオートフォーカス用撮像部の駆動部９（以下、「ＡＦ用駆動部９」という。）と、オートフォーカス用光路長変更部１０（以下、「ＡＦ用光路長変更部１０」という。）と、オートフォーカス制御部１１（以下、「ＡＦ制御部１１」という。）と、を含む。【００１９】
光学系１は、被写体からの光を集光し、被写体からの光（光束）について焦点距離を調整することができる構成、つまり、フォーカス制御可能な構成を有する。光学系１は、集光した被写体からの光（光束）を、光路分離部２に出力する。光学系１は、複数のレンズから構成されてもよい。光学系１では、フォーカス制御を行うフォーカス制御用レンズ（複数のレンズから構成されるレンズユニットであってもよい。）を設け、フォーカス制御用レンズを移動させることでフォーカス制御を行うようにしてもよい。また、光学系１は、交換式レンズなどにより構成されるものであってもよい。
光路分離部２は、光学系１から出力された光（光束）を受け、光学系１を通った光束を第１の光束である撮影用の光束と第２の光束であるオートフォーカス検出用（以下、「ＡＦ検出用」ということがある。）の光束と、に分離する。そして、光路分離部２は、撮影用の光束を撮影用撮像部３に出力し、オートフォーカス検出用の光束をＡＦ用撮像部５に出力する。ここで、光路分離部２は、光学系１を通った撮影用の光束を、複数の撮影用の光束（例えば、Ｒ用光束、Ｂ用光束およびＧ用光束の３つの光束や、Ｒ用光束、Ｂ用光束、Ｇ１用光束およびＧ２用光束の４つの光束）に分離するようにしてもよい。また、光学系１に入力された光束のうちＡＦ検出用の光束の割合は、任意の割合でよい（例えば、１０％や５０％など）。光路分離部２としては、例えば、図２および図８に示すような、光学プリズム（ビームスプリッタ）を用いることが好ましい。【００２０】
撮影用撮像部３は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子を有し、光学系１から出力された光束を入力とする。撮影用撮像部３は、光学系１より入力された光束を光電変換により電気信号に変換し、変換した電気信号を撮影用信号処理部４に出力する。
撮影用信号処理部４は、撮影用撮像部３からの出力を入力とする。撮影用信号処理部４は、撮影用撮像部３の出力信号に相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理、ガンマ処理などの信号処理を行い、撮影用映像信号を取得する。
撮影用駆動部２１は、撮影用のフレームレート信号を入力とする。撮影用駆動部２１は、このフレームレート信号に応じて駆動パルス信号を出力する。この出力された駆動パルス信号により撮影用撮像部３が駆動される。
ＡＦ用撮像部５は、光路分離部２から出力されたオートフォーカス検出用の光束を入力とする。ＡＦ用撮像部５は、オートフォーカス検出用の光束を電気信号に変換し、アナログ信号処理部６に出力する。ＡＦ用撮像部５は、ＡＦ用光路長変更部１０と接続されている。ＡＦ用撮像部５は、ＡＦ用光路長変更部１０によりオートフォーカス検出用光束の光軸上を平行移動される。また、ＡＦ用撮像部５は、ＡＦ用駆動部９からの駆動パルス信号を入力とし、この駆動パルス信号により駆動される。ＡＦ用撮像部５は、任意の位置を読み出しできる撮像素子を有する。この撮像素子の全領域で取得された電気信号をアナログ信号処理部６に出力するようにしてもよいし、撮像素子の一部の領域で取得された電気信号をアナログ信号処理部６に出力するようにしてもよい。なお、ＡＦ用撮像部５の出力となる電気信号を、撮像素子のどの領域で取得するかについては、ＡＦ用駆動部９からの駆動パルス信号により決定する。【００２１】
アナログ信号処理部６は、ＡＦ用撮像部５からの出力を入力とする。アナログ信号処理部６は、ＡＦ用撮像部５からの出力に対して、相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理などを行い、ＡＤ変換部７に出力する。
ＡＤ変換部７は、アナログ信号処理部６からの信号をディジタル信号に変換し、ＡＦ評価値生成部８に出力する。
ＡＦ評価値生成部８は、ＡＦ制御部１１から出力される選択信号、ＡＦ用駆動部９から出力される評価領域信号、およびＡＤ変換部７から出力されるオートフォーカス検出用の映像信号（以下、「ＡＦ検出用映像信号」という。）を入力とする。ＡＦ評価値生成部８は、後述する評価領域信号および選択信号に基づいて、オートフォーカス検出用の映像信号に高域通過フィルタ処理などを施して信号の高域成分を抽出し、オートフォーカス動作の評価値（コントラストの評価値）を算出する。ＡＦ評価値生成部８は、算出した評価値をＡＦ制御部１１に出力する。【００２２】
ＡＦ用駆動部９は、ＡＦ用撮像部５を駆動するための駆動パルス信号を生成する。
ＡＦ用光路長変更部１０は、小型アクチュエータなどを用いて、ＡＦ用撮像部５をオートフォーカス検出用光束の光軸上を平行移動させる。これにより、ＡＦ用光路長変更部１０は、ＡＦ用撮像部５の光路長を変更する。小型アクチュエータとしては、リニア駆動モータや、ステッピングモータ、圧電素子を利用した圧電超音波リニアアクチュエータとスライド機構などを用いることができる。
ＡＦ制御部１１は、ＡＦ用駆動部９やＡＦ用光路長変更部１０などを制御し、ＡＦ評価値生成部８より得られた評価値（コントラストの評価値）が最大になる光路長を検出する。これにより、ＡＦ制御部１１は、光学系１のフォーカス位置を制御する。
図２は、光路分離部２、撮影用撮像部３、ＡＦ用撮像部５およびＡＦ用光路長変更部１０のより具体的な一例を示す模式図である。【００２３】
図２に示すように、光路分離部２は、４板撮像方式で使用される色分解プリズムを用いて構成されている。３板撮像方式では、色分解プリズムによってＲ（赤）光、Ｇ（緑）光、およびＢ（青）光に分ける。これに対し、本実施の形態における光路分離部２では、ＲＧＢ分光後のＧ光を図２のようにハーフミラーでさらに分割してＧ１（緑１）光とＧ２（緑２）光とを作成する。そして、Ｇ２（緑２）光をオートフォーカス検出用の光束として使用する。残りのＲ（赤）光、Ｇ１（緑１）光、Ｂ（青）光は、撮影用の光束として、通常の３板式撮像方式の信号処理を行う。さらにＧ２（緑２）光用の撮像部であるＡＦ用撮像部５に小型アクチュエータを用いたＡＦ用光路長変更部１０が接続されている。ＡＦ用光路長変更部１０により、ＡＦ用撮像部５が光軸上を移動可能となる。
図３は、ＡＦ評価値生成部８の構成の一例を示すブロック図である。【００２４】
図３において、ＡＦ評価値生成部８は、水平方向のローパスフィルタ１０１と、二つの水平方向のハイパスフィルタ１０２および１０３と、垂直方向のハイパスフィルタ１０４と、積算部１０５〜１０７と、加算器１０８と、セレクタ１０９と、を有する。水平方向のローパスフィルタ１０１は、オートフォーカス検出用の映像信号により形成される映像（２次元映像）の水平方向成分についてのローパスフィルタ（以下、「水平ＬＰＦ」という。）である。二つの水平方向のハイパスフィルタは、オートフォーカス検出用の映像信号により形成される映像（２次元映像）の水平方向成分についてのハイパスフィルタ（以下、それぞれ「第１水平ＨＰＦ」および「第２水平ＨＰＦ」という。）である。垂直方向のハイパスフィルタは、オートフォーカス検出用の映像信号により形成される映像（２次元映像）の垂直方向成分についてのハイパスフィルタ（以下、「垂直ＨＰＦ」という。）である。水平ＬＰＦ１０１と、第１水平ＨＰＦ１０２と、第２水平ＨＰＦ１０３と、垂直ＨＰＦ１０４と、積算部１０５〜１０７とは、演算部１１１を構成する。【００２５】
水平ＬＰＦ１０１は、ＡＤ変換部７から出力されるオートフォーカス検出用の映像信号（ＡＦ検出用映像信号）を入力とする。水平ＬＰＦ１０１は、ＡＦ検出用信号に対して、コントラストの評価値を生成するために必要な周波数帯域成分を抽出するためのローパスフィルタである。水平ＬＰＦ１０１は、その出力信号を、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、および垂直ＨＰＦ１０４に出力する。
第１水平ＨＰＦ１０２および第２水平ＨＰＦ１０３は、それぞれ通過させる周波数帯域が異なっている。第１水平ＨＰＦ１０２および第２水平ＨＰＦ１０３は、第１水平ＨＰＦ１０２がより低い周波数帯域を通過させるハイパスフィルタ（低域用）であり、第２水平ＨＰＦ１０３がより高い周波数帯域を通過させるハイパスフィルタ（高域用）である。
積算部１０５〜１０７は、それぞれのハイパスフィルタ１０２〜１０４の出力を積算して、加算器１０８およびセレクタ１０９に出力する。【００２６】
演算部１１１は、水平ＬＰＦ１０１と、第１水平ＨＰＦ１０２と、第２水平ＨＰＦ１０３と、垂直ＨＰＦ１０４と、積算部１０５〜１０７とからなる。演算部１１１には、ＡＦ用駆動部９から評価領域信号が入力される。評価領域信号は、ＡＦ評価値生成部８がオートフォーカスを評価する領域（以下、ＡＦ評価領域という。）を選択するのに用いられる。評価領域信号は、例えば、ＡＦ検出用映像信号を画面の中央部からとる場合、画面の中央部のタイミングを示すパルス信号となる。なお、この評価領域信号は、積算部１０５〜１０７のみに入力されるようにしてもよい。この場合、積算部１０５〜１０７がそれぞれのハイパスフィルタ１０２〜１０４の出力のうちＡＦ評価領域における値を積算して、加算器１０８およびセレクタ１０９に出力する。
加算器１０８は、積算部１０５〜１０７の出力を加算し、加算した結果をセレクタ１０９に出力する。【００２７】
セレクタ１０９は、積算部１０５〜１０７および加算器１０８からの出力を、選択信号に基づいて選択する。セレクタ１０９は、選択した出力信号を、評価値（コントラストの評価値）としてＡＦ制御部１１に出力する。選択信号は、撮像される画像によって最も適した信号を選択するために用いられる。なお、選択信号については後述する。
なお、上記水平ＬＰＦ１０１、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、垂直ＨＰＦ１０４の通過帯域は、例えば、次のようになる。撮像装置１００で扱う映像信号がＳＤＴＶ形式の映像信号の場合、水平ＬＰＦ１０１が０〜２．０ＭＨｚ、第１水平ＨＰＦ１０２が３００ｋＨｚ以上、第２水平ＨＰＦ１０３が１．２ＭＨｚ以上、垂直ＨＰＦ１０４が２０ＴＶ本以上であることが好ましい。また、撮像装置１００で扱う映像信号がＨＤＴＶ形式の映像信号の場合、水平ＬＰＦ１０１が０〜１３．２ＭＨｚ、第１水平ＨＰＦ１０２が２．０ＭＨｚ以上、第２水平ＨＰＦ１０３が６．６ＭＨｚ以上、垂直ＨＰＦ１０４が４５ＴＶ本以上であることが好ましい。【００２８】
＜１．２：撮像装置の動作＞
以上のように構成されたオートフォーカス機能付撮像装置について、図１から図４を用いて動作の様子について詳細に説明する。
光学系１を通った光束は、図２に示される光路分離部２に入力される。光路分離部２により、光学系１より入力された光束は、撮影用のＲ（赤）光、Ｇ１（緑１）光、Ｂ（青）光の各光束と、オートフォーカス検出用のＧ２（緑２）光の光束とに分割される。分割された光束は、それぞれ３つの撮影用撮像部３と１つのＡＦ用撮像部５とによってそれぞれ電気信号に変換される。
撮影用撮像部３の出力は、通常の３板式撮像方式と同様に撮影用信号処理部４で、信号処理される。処理された信号は、その後、本線系、すなわち撮影用の映像信号として出力される。【００２９】
一方、ＡＦ用撮像部５の出力は、通常の信号処理と同様に、相関２重サンプリング、ゲイン制御、ペデスタル制御などのアナログ信号処理が施される。アナログ信号処理された出力は、その後、ＡＤ変換部７にてディジタル信号に変換され、ＡＦ評価値生成部８に入力される。
ＡＦ評価値生成部８は、映像のコントラストを評価する。具体的には、まず、ＡＦ評価値生成部８に入力されたＡＦ検出用の映像信号に対して、水平ＬＰＦ処理が施される。これは、ＡＦ検出用の映像信号のノイズ成分を抑制するために行われる。その後、水平ＬＰＦ処理が施されたＡＦ検出用の信号に対して、複数のハイパスフィルタ処理が実行される。図３の場合、演算部１１１に入力されたＡＦ検出用映像信号は、水平ＬＰＦ１０１を通過する。演算部１１１には上述のようにＡＦ用駆動部９から評価領域信号が入力され、入力されたＡＦ検出用映像信号のうちＡＦ評価領域における信号成分のみ演算される。また、演算部１１１において、ＡＦ検出用映像信号は、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、および垂直ＨＰＦ１０４に、それぞれ、入力される。第１水平ＨＰＦ１０２は、水平方向においてより低域からの信号の高周波成分を抽出する。第２水平ＨＰＦ１０３は、水平方向においてより高域からの映像信号の高周波成分を抽出する。垂直ＨＰＦ１０４は、垂直方向の高周波成分を抽出する。各ハイパスフィルタ１０２〜１０４においてハイパス処理をされた後の信号は、積算部１０５、１０６および１０７にて積算されて出力される。なお、評価領域信号は、積算部１０５〜１０７のみに入力されるようにしてもよい。この場合、積算部１０５〜１０７がそれぞれのハイパスフィルタ１０２〜１０４の出力のうちＡＦ評価領域における値を積算して、加算器１０８およびセレクタ１０９に出力するようにする。【００３０】
積算部１０５、１０６および１０７からの出力は、加算器１０８により加算される。加算された信号は、セレクタ１０９に入力される。つまり、積算部１０５〜１０７のそれぞれの出力と、これらの積算部の出力を加算する加算器１０８の出力とが、セレクタ１０９に入力され、ＡＦ制御部１１からの選択信号に従って、セレクタ１０９の４つの入力のいずれかが選択される。選択された信号は、コントラストの評価値（コントラスト評価値）としてＡＦ制御部１１に出力される。
選択信号は、撮像される画像によって、最も適した信号を選択するために用いられる。例えば、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）と第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）の評価値曲線には、図４に示すような特徴がある。図４に示すように、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）は、ゆるやかな山を描き、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）は、フラットな状態から合焦点付近で、急峻な山を描く。例えば、横しま模様などの絵柄の場合には、第１、第２水平ＨＰＦ１０２，１０３ともに評価値曲線の山がほとんどなくなり、垂直ＨＰＦ１０４では、合焦点で、山ができることになる。ＡＦ用撮像部５を前後に移動させてコントラストが大きくなる方向に移動させることを繰り返して最大コントラスト評価値光路長を検出する場合、例えば、次のようにする。まずは、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）からの出力を選択し、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）の変化がない場合、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）からの出力に基づいてＡＦ用撮像部５を合焦位置付近まで移動させる。その後、最終的に、第２水平ＨＰＦ１０３の出力に基づいて、最大コントラスト評価値光路長を決定するというような制御が考えられる。さらに、第１、第２水平ＨＰＦ１０２，１０３の評価値ともに変化がない場合は、垂直ＨＰＦ１０４の出力を選択するように制御することもできる。また例えば、まずは、第１、第２水平ＨＰＦ１０２，１０３および垂直ＨＰＦ１０４の加算値を用いて、おおまかに制御し、最終的に第２水平ＨＰＦ１０３もしくは、垂直ＨＰＦ１０４の評価値で決定するというような制御を行ってもよい。なお、これらのハイパスフィルタの帯域や、種類、その選択方法については、多様であり、これらに限定されるものではない。【００３１】
ＡＦ制御部１１は、ＡＦ評価値生成部８から出力されるコントラスト評価値を監視しながら、ＡＦ用光路長変更部１０によりＡＦ用撮像部５の光路長（ＡＦ用撮像部５に入力される光束の光路長）を順次変更していく。これにより、ＡＦ制御部１１は、コントラスト評価値が最大になるＡＦ用撮像部５の光路長を検出する。ＡＦ用光路長変更部１０は、リニア駆動モータやステッピングモータ、圧電素子を利用した圧電超音波リニアアクチュエータなどと、光軸に沿ったスライド機構などと、を用いて構成される。ＡＦ用光路長変更部１０は、ＡＦ用撮像部５を光軸上に平行に（図２の双方向矢印Ｄ１が示す方向に）スライドさせる機能を有しており、例えばシリアル通信などで制御される。
また、ＡＦ制御部１１は、撮影用撮像部３のフレームレート信号である撮影用フレームレート信号とは独立したフレームレート信号、すなわちＡＦ用フレームレート信号を、ＡＦ用駆動部９に対し出力する。この出力されたＡＦ用フレームレート信号によりＡＦ用撮像部５が駆動される。なお、このＡＦ用フレームレート信号に応じたＡＦ用撮像部５のフレームレートは、撮像装置１００に設けられたメニューやダイヤルなどのフレームレート変更部（図示省略）により変更される。ＡＦ制御部１１は、ＡＦ評価領域（ＡＦ用撮像部５の撮像素子上のＡＦ検出用に設定された領域）のみを読み出すように、ＡＦ用駆動部９を設定している。ＡＦ用駆動部９は、ＡＦ用撮像部５を駆動するとともに、上述のように、ＡＦ評価値生成部８に評価領域信号を出力してＡＦ評価領域に対応する有効な信号を出力するタイミングを制御する。ＡＦ制御部１１により、コントラスト評価値が最大になるＡＦ用撮像部５の光路長が検出されると、この検出された光路長と、撮影用撮像部３の光路長に相当する、予め決定されている基準値との差分が算出される。その差分値から光学系１のフォーカスの合焦位置を検出することで、光学系１のフォーカス制御が実行される。【００３２】
すなわち、ＡＦ用光路長変更部１０により、ＡＦ用撮像部５の光路長を順次変更しながら、それぞれのコントラスト評価値を取得し、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出する。検出された光路長は、撮影用撮像部３の光路長に相当する基準位置と比較され、その差分から光学系１のフォーカスの合焦位置を算出し、光学系１のフォーカス位置制御が行われる。
＜１．２．１：コントラスト評価値が最大になる光路長の検出方法＞
ＡＦ制御部１１がＡＦ用撮像部５の光路長を順次変更しながら、それぞれのコントラスト評価値を取得し、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出する方法について、図５を用いて説明する。
図５は、コントラスト評価値が最大になる光路長を探索する動作の一例を説明するための模式図である。【００３３】
図５において、横軸はＡＦ用撮像部１０の光路長を示し、縦軸はＡＦ評価値生成部８により算出されるコントラスト評価値を示す。太い矢印は１回ごとの探索の様子を示し、細い曲線はコントラスト評価値曲線を示す。この図を参照しながら、探索開始位置からコントラスト評価値が最大になる点への探索を実施した場合について説明する。ＡＦ用光路長変更部１０により、初めにどちらかの方向に光路長を変更して、ＡＦ評価値生成部により取得されたコントラスト評価値を読み込む。この現位置でのコントラスト評価値と前回位置でのコントラスト評価値と比較する。評価値が減少したら、ＡＦ用光路長変更部１０によりＡＦ用撮像部５を移動させる方向を反転する。図５の場合、１回目は右方向（ＡＦ用撮像部の光路長が大きくなる方向）に光路長を変更しコントラスト評価値がほとんど変化していない。よって、２回目も同じ方向に光路長を変更する。２回目の変更ではコントラスト評価値は増加したため、同方向へ探索を継続する。２回目から６回目の変更では、いずれもコントラスト評価値は増加しているため、コントラスト最大点はさらに右方向にあると判断する。７回目の変更によりコントラスト評価値が減少している。すなわち、コントラスト評価値の最大点を通り越したと判断する。８回目は、ＡＦ用撮像部の光路長を変更する方向を７回目での方向と逆転させる。この時点において、最大点（最大コントラスト評価値光路長となる点）の近傍に位置していると予測できる。次いで、変更量をより少なくして同様の探索を継続する。最後はどちらの方向に変更しても減少するところを最大点（最大コントラスト評価値光路長となる点）として検出する。また、１回目の変更方向が図５の左方向に変更した場合、探索位置が一番端（ＡＦ用光路長変更部１０によりＡＦ用撮像部５を移動させることができる限界となる端）に到達したことを検出する。この時点で、右方向に探索方向を逆転させ、最終的にコントラスト評価値が最大になる点を、確実に検出することができる。【００３４】
ここで注目するべきは、撮像装置１００において、ＡＦ用光路長変更部１０を用いてコントラスト評価値が最大になるポイントを探索する間は、光学系１のフォーカス位置は全く制御（変更）されない。よって、撮影用映像信号は、全く影響を受けない点である。
またさらに、撮像装置１００において、コントラスト評価値が最大になる光路長を探索する場合、撮影用の映像信号には全く影響を与えないため、広い範囲の探索が可能である。よって、大ボケ状態からでもコントラスト評価値の最大ポイントを確実に検出できる点である。
以上のように本実施の形態１による撮像装置１００では、撮影用の映像信号とは独立したオートフォーカス用信号でコントラスト最大の光路長を検出することで光学系１のフォーカス制御を実施する。よって、本実施の形態１による撮像装置１００は、検出時の悪影響が撮影用映像信号に及ばないといった優れた効果を有する。【００３５】
また以上のように本実施の形態１による撮像装置１００では、フォーカス探索動作中においても撮影用の映像信号には全く影響を与えない。よって、本実施の形態１による撮像装置１００は、広い範囲の探索が可能となり、いわゆる大ボケ状態からでも確実に制御が可能であるといった優れた効果を有する。
さらに、撮像装置１００のＡＦ用撮像部５は、撮影用駆動部２１とは別のＡＦ用駆動部９を有する。よって、撮影用撮像部３のフレームレートとは独立にＡＦ用撮像部５のフレームレートを設定することができる。このことにより、次のような効果がある。例えば、撮影用撮像部３のフレームレートが１２Ｐ以下まで下げられたとき、ＡＦ用撮像部５のフレームレートも１２Ｐ以下まで下げられると、撮像者はオートフォーカスの応答性が悪くなったように感じることがある。この場合、ＡＦ用撮像部５のフレームレートのみを一定の高さに保つことによってオートフォーカスの応答性は改善される。一方、撮影用撮像部３のフレームレートが例えば６０Ｐ以上に上げられたとき、ＡＦ用撮像部５のフレームレートも同じように上げられると、必要以上に電力を消費する場合がある。これは、ＡＦ用撮像部５のフレームレートが上げられても、レンズの大きさ、重さ、種類などによってオートフォーカスの応答性の向上は制限される場合があるからである。この場合、ＡＦ用撮像部５のフレームレートのみを抑えることによって、無駄な電力消費を防ぐことができる。本実施の形態１による撮像装置１００は、ＡＦ用撮像部５のフレームレートを独立して変更できることで、状況に応じてオートフォーカスの応答速度を改善でき、あるいは消費電力を節減できる。さらに、撮像装置１００は、任意の位置を読み出し可能な撮像素子を有するＡＦ用撮像部５に用いて必要領域のみを読み出すように制御すれば、より容易にＡＦ用撮像部５のフレームレートを高速化でき、オートフォーカス応答時間を改善することができる。【００３６】
このように、本実施の形態１による撮像装置１００は、ＡＦ用撮像部５のフレームレートが独立に制御可能なため、撮影用撮像部３のフレームレートの影響を受けないといった優れた効果が得られる。すなわち、オートフォーカスの応答時間を改善する場合は、撮影用撮像部３のフレームレートとは別個にＡＦ用撮像部５のフレームレートを高速化すればよい。このことは、特に撮影用の映像信号のフレームレートが可変である撮像装置の場合、低フレームレートでの撮影時には顕著な効果を表す。また、撮影用撮像部３のフレームレートが高速である場合は、消費電力をムダに消費することを防ぐため、ＡＦ用撮像部５のフレームレートのみを低速にすればよい。
本実施の形態１において、光路分離部２は、４板撮像方式で使用される色分解プリズムで説明した。撮影用の光束とＡＦ用の光束とを分離できるものであれば、４板式色分解プリズムである必要はなく、またＡＦ用の光束は、Ｇｃｈである必要もない。【００３７】
また本実施の形態１において、ＡＦ評価値生成部８は、水平ＬＰＦ１０１、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、垂直ＨＰＦ１０４、積算部１０５、１０６、１０７、加算器１０８、およびセレクタ１０９からなる演算部１１１で構成された例で説明した。しかし、ＡＦ評価値生成部８は、映像のコントラストを評価する値が検出できればどのような構成（回路）を有していてもよい。ＡＦ評価値生成部８は、例えば、通過帯域の特性を可変できる１種類の水平ＨＰＦなどにより構成されていてもよい。
なお上述の実施の形態１において、コントラスト評価値が最大になる位置の検出方法は、初めから大きく光路長を変更する方法で説明したが、これに限定されない。例えば、ＡＦ制御部１１は、ＡＦ用光路長変更部１０によってＡＦ用撮像部５を光軸方向に逐次移動させて、第２の光束の光路長を逐次変更させたときのコントラストの評価値を評価することで、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出してもよい。この場合、ＡＦ用撮像部５を光軸方向の一定の方向に移動させつつ逐次コントラストの評価値を検出する。一定範囲の検出した評価値の中から最大の評価値を最大コントラスト評価値とする。このように検出することは、時間はかかるものの、より確実に最大コントラスト評価値を得ることを可能にする。あるいは、従来のウォブリングと組み合わせて探索する方法でもよい。すなわち、ウォブリング動作を繰り返し、いわゆる山登りアルゴリズムによって、コントラスト評価値が最大になる点を検出する方法であってもよく、黄金分割法などを利用しながら光路長を変更する方法であってもよい。コントラスト評価値が最大になる光路長を検出できればどのような方法でもよい。
（実施の形態２）
＜２．１：撮像装置の構成＞
図６は、本発明の実施の形態２によるオートフォーカス機能付き撮像装置２００の構成を示すブロック図である。同撮像装置２００は、前記実施の形態１による撮像装置１００と、次の点おいて異なる。まず、実施の形態２の撮像装置２００は、フレームレート変更部を構成する撮影用フレームレート変更制御部１３およびフレームレート変更信号処理部１２を備える。また、実施の形態２の撮像装置２００は、適応型ＡＦ制御部１４において本線系、すなわち撮影用撮像部３のフレームレートに応じてオＡＦ用撮像部５のフレームレートを変更する。なお、上記実施の形態１の撮像装置１００と同一の構成要素については、同一の符号を付している。【００３８】
撮像装置２００は、光学系１と、光路分離部２と、撮影用撮像部３と、フレームレート変更信号処理部１２と、撮影用駆動部２１と、オートフォーカス用撮像部５（以下、ＡＦ用撮像部５）と、アナログ信号処理部６と、ＡＤ変換部７と、オートフォーカス評価値生成部８（以下、ＡＦ評価値生成部８）と、ＡＦ用駆動部９と、ＡＦ用光路長変更部１０と、適応型ＡＦ制御部１４と、撮影用フレームレート変更制御部１３とを備える。
光学系１は、交換式レンズなどで構成され、フォーカス位置が制御可能な構成を有する。光路分離部２は、光学系１を通った光束を撮影用の光束とオートフォーカス検出用の光束とに分離する。撮影用撮像部３は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子を有し、撮影用の光束を電気信号に変換する。
フレームレート変更信号処理部１２は、上記撮像装置１００の撮影用信号処理部４と同様に、撮影用撮像部３の出力に相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理、ガンマ処理などの信号処理を行う撮影用信号処理部である。フレームレート変更信号処理部１２は、さらに、フレームレート変更に対応した信号処理を行う。【００３９】
撮影用駆動部２１は、撮影用フレームレート変更制御部１３からの撮影用フレームレート信号を入力とする。撮影用駆動部２１は、このフレームレート信号に応じて駆動パルス信号を出力する。この出力された駆動パルス信号により撮影用撮像部３が駆動される。
ＡＦ用撮像部５は、オートフォーカス検出用の光束を電気信号に変換する。アナログ信号処理部６は、相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理などの信号処理を行う。ＡＤ変換部７は、アナログ信号処理部６からの信号をディジタル信号に変換する。
ＡＦ評価値生成部８は、適応型ＡＦ制御部１４から出力される選択信号、ＡＦ用駆動部９から出力される評価領域信号、およびＡＤ変換部７から出力されるオートフォーカス検出用の映像信号（以下、「ＡＦ検出用映像信号」という。）を入力とする。ＡＦ評価値生成部８は、評価領域信号および選択信号に基づいて、オートフォーカス検出用の映像信号に高域通過フィルタ処理などを施して信号の高域成分を抽出し、オートフォーカス動作の評価値（コントラストの評価値）を算出する。ＡＦ評価値生成部８は、適応型ＡＦ制御部１４に出力する。【００４０】
ＡＦ用駆動部９は、ＡＦ用撮像部５を駆動するための駆動パルスを生成する。
ＡＦ用光路長変更部１０は、小型アクチュエータなどを用いて、ＡＦ用撮像部５をオートフォーカス検出用光束の光軸上に平行移動させる。これにより、ＡＦ用光路長変更部１０は、ＡＦ用撮像部５の光路長を変更する。なお、小型アクチュエータとしては、リニア駆動モータや、ステッピングモータ、圧電素子を利用した圧電超音波リニアアクチュエータとスライド機構などとを用いて実現することができる。
適応型ＡＦ制御部１４は、撮影用撮像部３のフレームレートを読み込み、ＡＦ用駆動部９、ＡＦ用光路長変更部１０などを制御する。適応型ＡＦ制御部１４は、ＡＦ評価値生成部８より得られた評価値が最大になる光路長を検出することで、光学系１のフォーカス位置を制御する。撮影用フレームレート変更制御部１３は、撮影用撮像部３のフレームレートを変更する。【００４１】
以上のように構成されたオートフォーカス機能付き撮像装置２００と、実施の形態１との差異は、主に次の点にある。撮影用フレームレート変更制御部１３およびフレームレート変更信号処理部１２により撮影用の映像信号のフレームレートを変更することが可能である。またＡＦ制御部１４では、撮影用フレームレート信号（撮影用の映像信号のフレームレートを決定させる信号）に応じて、ＡＦ用撮像部５のフレームレートを変更することができる。すなわち、撮影用撮像部３のフレームレートが非常に低い場合は、ＡＦ用撮像部５のフレームレートをオートフォーカスの応答に違和感が発生しない程度により低くすることによって、オートフォーカス検出のための消費電力を抑制するように制御できる。
＜２．２：撮像装置の動作＞
次に、フレームレート変更信号処理部１２、撮影用フレームレート変更制御部１３および適応型ＡＦ制御部１４について、その動作を詳細に説明する。なお、他の構成要素については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。【００４２】
例えば、撮像装置２００が、フレームレートの変更が可能で、７２０/６０ｐ（プログレッシブ）形式で、フレームレートが１２ｐの場合と６０ｐの場合とを考える。１２ｐの場合は、１秒間に１２フレームの有効な映像信号が出力され、６０ｐの場合は、１秒間に６０フレームの有効な映像信号が出力される。言い換えると１２ｐでは１/１２秒間撮像部で電荷蓄積されて取得された映像信号を出力し、６０ｐでは１/６０秒間撮像部で電荷蓄積されて取得された映像信号を出力する。
図７に、撮影用撮像部３が、１２ｐおよび６０ｐで動作した時の出力信号の様子を説明するための模式図を示す。
撮影用撮像部３のフレームレートが６０ｐの場合、撮影用撮像部３からは、図７（ａ）に示すように、１/６０秒間電荷蓄積し取得された映像信号を出力する。撮像装置２００に設けられたメニューやダイヤルなどによって、撮影用撮像部３のフレームレートが１２ｐに変更された場合、撮影用フレームレート変更制御部１３は、変更されたフレームレートを読み出す。読み出されたフレームレート信号は、撮影用駆動部２１に入力される。撮影用駆動部２１は、入力されたフレームレート信号に応じて、タイミングパルスを含む駆動パルスを出力する。撮影用駆動部２１はこの駆動パルスにより撮影用撮像部３を駆動させる。この結果、撮影用撮像部３は、図７の（ｂ）に示すように、１／１２秒間電荷蓄積し取得した映像信号を、１/１２秒毎の１/６０秒期間で出力する。出力された信号は、フレームレート変更信号処理部１２に入力される。フレームレート変更信号処理部１２は、１２ｐの映像信号に対しても、ゲイン調整、ペデスタル調整、ガンマ補正などの処理を実施する。フレームレート変更信号処理部１２は、フレームレート変更に対応するために、１２ｐの有効映像信号をメモリなどの記憶部に書き込み、映像信号がない期間にも同じデータを読み出す回路（データ読み出し部）を用いる。これにより、撮影用撮像部３が１２ｐ動作した時でも、フレームレート変更信号処理部１２は、撮影用撮像部３が６０ｐで動作した時と同様の信号を作成し、異なるフレームレートでの信号処理を実行している。【００４３】
撮影用の映像信号のフレームレートを決定する信号は、適応型ＡＦ制御部１４にも入力される。適応型ＡＦ制御部１４は、撮影用撮像部３が１２ｐで動作した時は、６０ｐで動作した時よりもＡＦ検出用のフレームレートを低く設定する。設定されたフレームレート信号は、ＡＦ用撮像部５のフレームレートとしてＡＦ用駆動部９に入力される。そのフレームレートに応じてＡＦ用撮像部５が制御される。
すなわち、前記実施の形態１と異なる重要な効果は、撮影用撮像部３のフレームレートが低い場合に、必要以上に高速なフレームレートでオートフォーカスの検出を実施することを自動的に抑制することにある。これにより、撮像装置全体の消費電力や発生する熱を抑制することが出来ることである。
以上のように本実施の形態の撮像装置２００は、撮影用の映像信号の撮影用撮像部３が低フレームレートで動作している場合に、自動的にオートフォーカス用のフレームレートを低く設定する。これにより、実質的なオートフォーカス応答を保持しながら、撮像装置全体の消費電力を抑制できる優れた効果が得られる。【００４４】
なお、上述の実施の形態２においては、フレームレート変更信号処理部１２について、メモリなどを用いて１２ｐ動作時においても６０ｐ動作時と同様の信号を作成することで、フレームレート変更に対応した信号処理を実現する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限らず、信号処理のクロック自体を可変するなどの他の構成でもよい。
なお、上述の実施の形態２においては、１２ｐと６０ｐの場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。撮影用のフレームレートが可変である場合、撮影用の映像信号のフレームレートが低くなった場合に、オートフォーカス用の映像信号のフレームレートを自動的により低く動作させる制御を実施するものであればどのようなフレームレートであってもよい。
また、上述の実施の形態２においては、撮影用の映像信号のフレームレートが低い場合にオートフォーカス用の映像信号のフレームレートをより低く設定することについて述べた。反対に、撮影用の映像信号のフレームレートに応じてオートフォーカス用の映像信号のフレームレートを自動的に高く設定することも当然に可能である。【００４５】
また、本実施の形態２による撮像装置２００では、任意の位置を読み出し可能な撮像素子を有するＡＦ用撮像部５に用いてもよい。この場合、撮像素子の必要領域のみで電荷蓄積されて取得された信号を読み出すように制御すれば、より容易にオートフォーカス用の映像信号のフレームレートを高速化でき、オートフォーカス応答時間を改善することができる。
（その他実施の形態）
上述の実施の形態１および２においては、光路分離部２として４板の撮像素子を用いる方式を採用しているが、撮像素子の数はこれに限定されない。たとえば、図８に示すように、５板の撮像素子を用いてもよい。
図８の光路分離部２は、ＲＧＢ分光後のＧ光束を図８のようにハーフミラーでさらに分割してＧ１（緑１）光束とＧ２（緑２）光束とを作成する。これらのすべての光束は４枚の撮影用撮像部３においてそれぞれ電気信号に変換される。一方、Ｇ１（緑１）光束は、撮影用撮像部３へ入力される前にさらに分光される。分光された光束は、別の撮像素子、すなわちＡＦ用撮像部５に入力されて、オートフォーカス検出用の映像信号として処理される。【００４６】
この光路分離部２では、従来の４板撮像方式と同様に撮影用の映像信号としてＲ光，Ｇ１光，Ｇ２光，Ｂ光をそれぞれとることができる。これにより、撮影用の映像信号の性能を従来と同じレベルに維持しつつ、本発明の特有の効果である確実かつ迅速なオートフォーカス制御も実現できる。
（その他）
撮像素子は、ＨＤＴＶ対応、ＳＤＴＶ対応のいずれであってもよい。また、映像の性能に関わる撮影用の映像信号を生成するための撮像素子（撮影用撮像部３の撮像素子）をＨＤＴＶ対応とし、映像の性能に関係しないオートフォーカス検出用の映像信号を生成するための撮像素子（ＡＦ用撮像部５の撮像素子）をＳＤＴＶ対応のものとしてもよい。これにより、コストを抑えた撮像装置とすることができる。【００４７】
また、オートフォーカス評価のために用いる領域、すなわちＡＦ評価領域の位置、大きさなど任意である。またＡＦ評価領域は、複数個所を加算したものであっても、複数個所から選択された領域であってもよい。例えば、画面左領域、中央、右領域を別々に検出し、被写体が存在する領域を選択してもよい。被写体が存在する領域を選択する方法としては、ＡＦ評価値が最大である領域を選択してもよいし、ユーザーによるスイッチ操作、顔判定を行うなどしてもよい。
上述した撮像装置は、ＬＳＩなどの半導体装置により一部を１チップ化してもよい。
また、ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。【００４８】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアにより実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。
なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
（本発明の実施形態の効果）
本発明の全ての実施の形態にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、オートフォーカス用の映像信号でコントラスト最大の光路長を検出することでオートフォーカス制御を行うため、光路長検出時、撮影用の映像信号に全く悪影響を与えないといった効果を有する。【００４９】
また本発明の全ての実施の形態にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、オートフォーカス用の映像信号でコントラスト最大の光路長を検出した後に、光学系のフォーカス制御を行うため、ウォブリング動作などの高速なレンズ動作が不可能な撮像装置に対してもオートフォーカス機能を提供可能であるといった効果を有する。
また本発明の全ての実施の形態にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路によれば、オートフォーカス機能を実現する場合に、フォーカス探索動作中において撮影用の映像信号には全く影響を与えないことから、広い範囲の探索が可能となり、いわゆる大ボケ状態からでも確実に制御が可能であるといった効果を有する。
また本発明の実施の形態１にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、オートフォーカス検出用の映像信号のフレームレートが独立に制御可能なため、撮影用の映像信号のフレームレートの影響を受けないといった効果、すなわち、撮影用の映像信号のフレームレートとは無関係にオートフォーカス用の映像信号のフレームレートを高速化することで、応答時間を改善できるといった効果を有する。【００５０】
また本発明の全ての実施の形態にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、任意の位置を読み出し可能な撮像素子をオートフォーカス検出用撮像部に使用することで、オートフォーカス検出用の映像信号のフレームレートをより容易に高速化し、オートフォーカスの応答速度を改善することができるといった効果を有する。
また本発明の実施の形態２にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、撮影用撮像部が低フレームレートで動作中には、自動的にオートフォーカス用の映像信号のフレームレートをより低く設定するため、実質的なオートフォーカス応答を保持しながら、撮像装置全体の消費電力を抑制できるといった効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ビデオカメラなどの撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路に適用できるため、有用である。
【図１】
2008146458.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月28日(2009.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラなどの撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路に関する。詳しくは、本発明は、フォーカスを自動で合焦させるオートフォーカス機能付撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラなどの撮像装置では、オートフォーカス方式として、ウォブリングによるコントラスト最大位置検出方式が一般的に用いられている。コントラスト最大位置検出方式とは、次のような方式である。フォーカスレンズを前後に微小に動かす動作であるウォブリング動作を行う。取得される映像信号のコントラスト（映像信号より形成される映像のコントラスト）を比較する。そして、映像信号のコントラストが最大になる方向に順次フォーカスレンズを移動させる。これにより、映像信号のコントラストが最大になる位置（コントラスト最大位置）を検出し、そのコントラスト最大位置を合焦位置と判定する。
例えば、特開平１０−４５１７号公報は、コントラスト最大位置検出方式を用い、さらに小型軽量化、低価格化を図った焦点調節装置を備えるビデオカメラを記載している。同ビデオカメラは、光学系から入射された光束をＲ、Ｇ、Ｂの３色に分解する色分離プリズムを用いた多板式である。同公報は、色分離プリズムを、エアギャップを必要としない構成とすることで、小型軽量化、低価格化を実現することを開示する。同公報の焦点調節装置は、色分離プリズムがエアギャップを必要としない構成としたため、青色信号と赤色および緑色信号とが鏡像関係となることによる焦点調節動作への影響が発生するという課題を解決している。同焦点調節装置では、鏡像関係でない映像信号を選択して焦点調節に用いることにより、同課題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のビデオカメラなどの撮像装置に用いられているコントラスト最大位置検出方式では、ウォブリング動作によって映像信号を取得するごとに、その取得された映像信号のコントラストを比較する。同方式では、映像信号のコントラストが最大になる方向に順次フォーカスレンズを移動させていく必要がある。しかしながら、焦点が完全にボケた状態では、ウォブリング動作によって映像信号のコントラストがほとんど変化しない。したがって、焦点が完全にボケた状態では、合焦方向を判定できないという問題点を有している。
また、従来のコントラスト最大位置検出方式では、合焦状態でオートフォーカス動作が起動されると、合焦位置でウォブリング動作を行う。この場合、本線系、すなわち撮影用の映像信号（以下、「撮影用の映像信号」という。）のピントが合ったり（焦点が合ったり）、少しボケたり（焦点が外れたり）する現象が生じるという問題を有している。
【０００５】
また、従来のコントラスト最大位置検出方式では、撮影用の映像信号を用いてコントラストを検出する。したがって、コントラストを１回検出するのに撮影用の映像信号の１フィールド期間が必要となる。そのため、撮影用の映像信号のフレームレートが低くなってくると、オートフォーカス制御用のコントラスト検出に必要となる絶対的な時間が長くなる。その結果、オートフォーカス応答速度が遅くなる。よって、特に、動きのある被写体などを撮影する場合、良好な映像が得られにくいという問題点を有している。
また、従来のコントラスト最大位置検出方式では、高速なウォブリング動作が必要である。しかし、撮像装置に交換式レンズなどが用いられている場合、フォーカスレンズの動作が遅い。したがって、高速なウォブリング動作を実現することが困難となり、オートフォーカス動作が極端に遅くなるという問題点を有している。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、確実かつ迅速な光学系フォーカス制御を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における第１の発明の撮像装置は、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、光路分離部と、第１の撮像部と、第２の撮像部と、第１の信号処理部と、第２の信号処理部と、評価値生成部と、第１の駆動部と、第２の駆動部と、光路長変更部と、オートフォーカス制御部と、を備える撮像装置である。光路分離部は、光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する。第１の撮像部は、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する。第２の撮像部は、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する。第１の信号処理部は、第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理部は、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成部は、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。第１の駆動部は、第１の撮像部を駆動する。第２の駆動部は、第２の撮像部を駆動する。光路長変更部は、第２の光束の光路長を変更する。オートフォーカス制御部は、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【０００８】
この撮像装置では、光路分離部により、光学系により集光された被写体からの光は、少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離される。そして、第１の光束は、撮影用映像信号処理に使用され、第２の光束は、撮影用映像信号処理とは完全に独立した、オートフォーカス用（ＡＦ用）信号処理に使用される。この撮像装置では、オートフォーカス制御部により、コントラストの評価値に基づいて、第２の光束の光路長を変更させるように光路長変更部を制御するとともに、光学系のフォーカス制御が行われる。つまり、オートフォーカス制御部により、光路長変更部が制御され、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長が検出され、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御が行われる。
このように、この撮像装置は、オートフォーカス用の映像信号を生成し、この信号を用いて最大コントラスト評価値光路長を検出するため、検出時の悪影響が撮影用の映像信号に及ばない。
【０００９】
また、この撮像装置は、オートフォーカス用の撮像部の光路長変更部により最大コントラスト評価値光路長を検出した後に、光学系のフォーカス制御を行うため、大ボケ状態からでも確実に制御が可能である。
また、この撮像装置は、合焦状態でオートフォーカス動作が起動されたとしても、本線系、すなわち撮影用の映像信号に全く影響を及ぼすことなく、オートフォーカス検出用の映像信号を用いて合焦状態を探索可能にする。
また、この撮像装置は、オートフォーカス用の映像信号で最大コントラスト評価値光路長を検出した後に、光学系のフォーカス調整を行うため、ウォブリング動作などの高速なレンズ動作ができない、たとえば交換式レンズなどを用いた場合であっても確実にオートフォーカス機能を実現することができる。
【００１０】
なお、「最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行う」とは、例えば、次のようなことを含む。まず、検出された最大コントラスト評価値光路長が、第１の撮像部（撮影用撮像部）に入力される第１の光束の光路長に相当する基準位置と比較される。両光路長の差分から光学系の合焦位置（フォーカス位置）を算出する。そして、算出した合焦位置に基づき光学系が合焦状態となるように、例えば、フォーカス用レンズ（群）を移動させる。これにより、光学系のフォーカス制御を行う。
本発明における第２の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、第１の駆動部は、第１の信号に対するフレームレートであり独立して可変の第１のフレームレートを取得し、第１のフレームレートで前記第１の撮像部を駆動し、第２の駆動部は、第２の信号に対するフレームレートであり独立して可変の第２のフレームレートを取得し、第２のフレームレートで前記第２の駆動部を駆動する。
【００１１】
この撮像装置では、オートフォーカス検出用のフレームレートが独立に制御可能なため、撮影用の映像信号のフレームレートの影響を受けない。よって、オートフォーカスの応答速度を改善でき、あるいは撮像装置の消費電力を節減できる。
本発明における第３の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、第１の信号に対するフレームレートである第１のフレームレートを変更するフレームレート変更部をさらに備える。さらにオートフォーカス制御部は、第１のフレームレートに基づいて第２の信号に対するフレームレートである第２のフレームレートを設定または変更可能であり、第２のフレームレートに基づいて光学系のフォーカス制御を行う。ここで、第１のフレームレートに基づいて第２のフレームレートを設定または変更可能であるとは、第１のフレームレートの変更に合わせて第２フレームレートを設定または変更することを含む。
【００１２】
この撮像装置では、撮影用のフレームレートに応じて自動的にオートフォーカス検出用のフレームレートを設定または変更できる。
本発明における第４の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、第２の撮像部は、任意の位置を読み出し可能な撮像素子を有する。
この撮像装置では、オートフォーカス検出用の撮像素子の読み出し画素数を抑制し、オートフォーカス検出用の撮像素子のフレームレートを高速化することができるため、オートフォーカスの応答速度を早くできるといった作用を有する。
本発明における第５の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、オートフォーカス制御部は、光路長変更部により、第２の撮像部を第２の光束の光軸方向の前後に移動させて、コントラストの評価値が大きくなる方向を検出することを繰り返すことにより、最大コントラスト評価値光路長を検出する。
【００１３】
この撮像装置では、最大コントラスト評価値を検出するまでの時間を短縮することが可能である。また、オートフォーカス用の映像信号でコントラスト最大の光路長を検出した後に、光学系のフォーカス調整を行うため、ウォブリング動作などの高速なレンズ動作ができない、たとえば交換式レンズなどにおいてもオートフォーカス機能を提供できるといった優れた効果が得られる。
本発明における第６の発明の撮像装置は、第１の発明の撮像装置であって、オートフォーカス制御部は、光路長変更部により、第２の撮像部を第２の光束の光軸方向に逐次移動させて、第２の光束の光路長を逐次変更させたときのコントラストの評価値を評価することで、最大コントラスト評価値光路長を検出する。ここで、第２の撮像部を第２の光束の光軸方向に逐次移動させるとは、第２の撮像部を光軸方向の一定の方向に移動させつつ逐次コントラストの評価値を検出し、一定範囲の検出した評価値の中から最大の評価値を最大コントラスト評価値とする。
【００１４】
この撮像装置では、時間はかかるものの、より確実に最大コントラスト評価値を検出することが可能となる。
本発明における第７の発明の撮像装置は、第３の発明の撮像装置であって、オートフォーカス制御部は、第１のフレームレートが低くなった場合に、第２のフレームレートを低くする。
この撮像装置では、オートフォーカス検出のための消費電力を抑制するように制御できる。
本発明における第８の発明の撮像方法は、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、同光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、を備える撮像装置に用いられる撮像方法であって、第１の信号処理ステップと、第２の信号処理ステップと、評価値生成ステップと、駆動ステップと、他の駆動ステップと、検出ステップと、オートフォーカス制御ステップと、を備える。第１の信号処理ステップは、第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理ステップは、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成ステップは、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。駆動ステップは、第１の撮像部を駆動する。他の駆動ステップは、第２の撮像部を駆動する。検出ステップは、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出する。オートフォーカス制御ステップは、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【００１５】
本発明における第９の発明のプログラムは、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、同光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、を備える撮像装置に用いられるプログラムであって、第１の信号処理ステップと、第２の信号処理ステップと、評価値生成ステップと、駆動ステップと、他の駆動ステップと、検出ステップと、オートフォーカス制御ステップと、を備える。第１の信号処理ステップは、第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理ステップは、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成ステップは、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。駆動ステップでは、第１の撮像部を駆動する。他の駆動ステップは、第２の撮像部を駆動する。検出ステップは、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出する。オートフォーカス制御ステップは、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【００１６】
本発明における第１０発明の集積回路は、一以上の第１の撮像部と、第２の撮像部と、第１の信号処理部と、第２の信号処理部と、評価値生成部と、第１の駆動部と、第２の駆動部と、光路長変更部と、オートフォーカス制御部と、を備える。第１の撮像部は、光学系の出力から複数に分離された光のうち、一以上の光を電気信号に変換し、第１の信号として出力する。第２の撮像部は、複数の光のうち前記一以上の光以外の光を電気信号に変換し、第２の信号として出力する。第１の信号処理部は、第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理部は、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成部は、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。第１の駆動部は、第１の撮像部の駆動パルスを生成する。第２の駆動部は、第２の撮像部の駆動パルスを生成する。光路長変更部は、第２の光束の光路長を変更する。オートフォーカス制御部は、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【００１７】
本発明における第１１発明の集積回路は、第１の信号処理部と、第２の信号処理部と、評価値生成部と、第１の駆動部と、第２の駆動部と、光路長変更部と、オートフォーカス制御部と、を備える。第１の信号処理部は、光学系を介して複数に分離された光が複数の撮像部において変換されて生成された複数の電気信号のうち、一以上の電気信号を受信して信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理部は、前記一以上の電気信号以外の第２の信号を受信し、信号処理を行う。評価値生成部は、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。第１の駆動部は、第１の撮像部の駆動パルスを生成する。第２の駆動部は、第２の撮像部の駆動パルスを生成する。光路長変更部は、第２の光束の光路長を変更する。オートフォーカス制御部は、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系のフォーカス制御を行う。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明は、コントラスト最大の光路長を検出する時の悪影響が撮影用の映像信号に及ばせないといった優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１によるオートフォーカス機能付き撮像装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１による光路分離部を説明するための模式図
【図３】本発明の実施の形態１によるＡＦ評価値生成部の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１によるＡＦ評価値生成部の作用の一部を説明するための模式図
【図５】本発明の実施の形態１によるコントラスト評価値が最大になる光路長を探索する様子を説明するための模式図
【図６】本発明の実施の形態２によるオートフォーカス機能付き撮像装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２による異なるフレームレートでの出力信号の様子を説明するための模式図
【図８】本発明の他の形態による光路分離部を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図１から図５を用いて説明する。
（実施の形態１）
＜１．１：撮像装置の構成＞
図１は本発明の実施の形態１によるオートフォーカス機能付き撮像装置１００の構成を示すブロック図である。
図１において、撮像装置１００は、光学系１と、光路分離部２と、第１の撮影部を構成する撮影用撮像部３と、第１の信号処理部を構成する撮影用信号処理部４と、第１の駆動部を構成する撮影用駆動部２１とを有する。撮像装置１００はさらに、第２の撮影部を構成するオートフォーカス用撮像部５（以下、「ＡＦ用撮像部５」という。）と、第２の信号処理部を構成するアナログ信号処理部６と、ＡＤ変換部７と、オートフォーカス評価値生成部８（以下、「ＡＦ評価値生成部８」という。）と、第２の駆動部であるオートフォーカス用撮像部の駆動部９（以下、「ＡＦ用駆動部９」という。）と、オートフォーカス用光路長変更部１０（以下、「ＡＦ用光路長変更部１０」という。）と、オートフォーカス制御部１１（以下、「ＡＦ制御部１１」という。）と、を含む。
【００２１】
光学系１は、被写体からの光を集光し、被写体からの光（光束）について焦点距離を調整することができる構成、つまり、フォーカス制御可能な構成を有する。光学系１は、集光した被写体からの光（光束）を、光路分離部２に出力する。光学系１は、複数のレンズから構成されてもよい。光学系１では、フォーカス制御を行うフォーカス制御用レンズ（複数のレンズから構成されるレンズユニットであってもよい。）を設け、フォーカス制御用レンズを移動させることでフォーカス制御を行うようにしてもよい。また、光学系１は、交換式レンズなどにより構成されるものであってもよい。
光路分離部２は、光学系１から出力された光（光束）を受け、光学系１を通った光束を第１の光束である撮影用の光束と第２の光束であるオートフォーカス検出用（以下、「ＡＦ検出用」ということがある。）の光束と、に分離する。そして、光路分離部２は、撮影用の光束を撮影用撮像部３に出力し、オートフォーカス検出用の光束をＡＦ用撮像部５に出力する。ここで、光路分離部２は、光学系１を通った撮影用の光束を、複数の撮影用の光束（例えば、Ｒ用光束、Ｂ用光束およびＧ用光束の３つの光束や、Ｒ用光束、Ｂ用光束、Ｇ１用光束およびＧ２用光束の４つの光束）に分離するようにしてもよい。また、光学系１に入力された光束のうちＡＦ検出用の光束の割合は、任意の割合でよい（例えば、１０％や５０％など）。光路分離部２としては、例えば、図２および図８に示すような、光学プリズム（ビームスプリッタ）を用いることが好ましい。
【００２２】
撮影用撮像部３は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子を有し、光学系１から出力された光束を入力とする。撮影用撮像部３は、光学系１より入力された光束を光電変換により電気信号に変換し、変換した電気信号を撮影用信号処理部４に出力する。
撮影用信号処理部４は、撮影用撮像部３からの出力を入力とする。撮影用信号処理部４は、撮影用撮像部３の出力信号に相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理、ガンマ処理などの信号処理を行い、撮影用映像信号を取得する。
撮影用駆動部２１は、撮影用のフレームレート信号を入力とする。撮影用駆動部２１は、このフレームレート信号に応じて駆動パルス信号を出力する。この出力された駆動パルス信号により撮影用撮像部３が駆動される。
ＡＦ用撮像部５は、光路分離部２から出力されたオートフォーカス検出用の光束を入力とする。ＡＦ用撮像部５は、オートフォーカス検出用の光束を電気信号に変換し、アナログ信号処理部６に出力する。ＡＦ用撮像部５は、ＡＦ用光路長変更部１０と接続されている。ＡＦ用撮像部５は、ＡＦ用光路長変更部１０によりオートフォーカス検出用光束の光軸上を平行移動される。また、ＡＦ用撮像部５は、ＡＦ用駆動部９からの駆動パルス信号を入力とし、この駆動パルス信号により駆動される。ＡＦ用撮像部５は、任意の位置を読み出しできる撮像素子を有する。この撮像素子の全領域で取得された電気信号をアナログ信号処理部６に出力するようにしてもよいし、撮像素子の一部の領域で取得された電気信号をアナログ信号処理部６に出力するようにしてもよい。なお、ＡＦ用撮像部５の出力となる電気信号を、撮像素子のどの領域で取得するかについては、ＡＦ用駆動部９からの駆動パルス信号により決定する。
【００２３】
アナログ信号処理部６は、ＡＦ用撮像部５からの出力を入力とする。アナログ信号処理部６は、ＡＦ用撮像部５からの出力に対して、相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理などを行い、ＡＤ変換部７に出力する。
ＡＤ変換部７は、アナログ信号処理部６からの信号をディジタル信号に変換し、ＡＦ評価値生成部８に出力する。
ＡＦ評価値生成部８は、ＡＦ制御部１１から出力される選択信号、ＡＦ用駆動部９から出力される評価領域信号、およびＡＤ変換部７から出力されるオートフォーカス検出用の映像信号（以下、「ＡＦ検出用映像信号」という。）を入力とする。ＡＦ評価値生成部８は、後述する評価領域信号および選択信号に基づいて、オートフォーカス検出用の映像信号に高域通過フィルタ処理などを施して信号の高域成分を抽出し、オートフォーカス動作の評価値（コントラストの評価値）を算出する。ＡＦ評価値生成部８は、算出した評価値をＡＦ制御部１１に出力する。
【００２４】
ＡＦ用駆動部９は、ＡＦ用撮像部５を駆動するための駆動パルス信号を生成する。
ＡＦ用光路長変更部１０は、小型アクチュエータなどを用いて、ＡＦ用撮像部５をオートフォーカス検出用光束の光軸上を平行移動させる。これにより、ＡＦ用光路長変更部１０は、ＡＦ用撮像部５の光路長を変更する。小型アクチュエータとしては、リニア駆動モータや、ステッピングモータ、圧電素子を利用した圧電超音波リニアアクチュエータとスライド機構などを用いることができる。
ＡＦ制御部１１は、ＡＦ用駆動部９やＡＦ用光路長変更部１０などを制御し、ＡＦ評価値生成部８より得られた評価値（コントラストの評価値）が最大になる光路長を検出する。これにより、ＡＦ制御部１１は、光学系１のフォーカス位置を制御する。
図２は、光路分離部２、撮影用撮像部３、ＡＦ用撮像部５およびＡＦ用光路長変更部１０のより具体的な一例を示す模式図である。
【００２５】
図２に示すように、光路分離部２は、４板撮像方式で使用される色分解プリズムを用いて構成されている。３板撮像方式では、色分解プリズムによってＲ（赤）光、Ｇ（緑）光、およびＢ（青）光に分ける。これに対し、本実施の形態における光路分離部２では、ＲＧＢ分光後のＧ光を図２のようにハーフミラーでさらに分割してＧ１（緑１）光とＧ２（緑２）光とを作成する。そして、Ｇ２（緑２）光をオートフォーカス検出用の光束として使用する。残りのＲ（赤）光、Ｇ１（緑１）光、Ｂ（青）光は、撮影用の光束として、通常の３板式撮像方式の信号処理を行う。さらにＧ２（緑２）光用の撮像部であるＡＦ用撮像部５に小型アクチュエータを用いたＡＦ用光路長変更部１０が接続されている。ＡＦ用光路長変更部１０により、ＡＦ用撮像部５が光軸上を移動可能となる。
図３は、ＡＦ評価値生成部８の構成の一例を示すブロック図である。
【００２６】
図３において、ＡＦ評価値生成部８は、水平方向のローパスフィルタ１０１と、二つの水平方向のハイパスフィルタ１０２および１０３と、垂直方向のハイパスフィルタ１０４と、積算部１０５〜１０７と、加算器１０８と、セレクタ１０９と、を有する。水平方向のローパスフィルタ１０１は、オートフォーカス検出用の映像信号により形成される映像（２次元映像）の水平方向成分についてのローパスフィルタ（以下、「水平ＬＰＦ」という。）である。二つの水平方向のハイパスフィルタは、オートフォーカス検出用の映像信号により形成される映像（２次元映像）の水平方向成分についてのハイパスフィルタ（以下、それぞれ「第１水平ＨＰＦ」および「第２水平ＨＰＦ」という。）である。垂直方向のハイパスフィルタは、オートフォーカス検出用の映像信号により形成される映像（２次元映像）の垂直方向成分についてのハイパスフィルタ（以下、「垂直ＨＰＦ」という。）である。水平ＬＰＦ１０１と、第１水平ＨＰＦ１０２と、第２水平ＨＰＦ１０３と、垂直ＨＰＦ１０４と、積算部１０５〜１０７とは、演算部１１１を構成する。
【００２７】
水平ＬＰＦ１０１は、ＡＤ変換部７から出力されるオートフォーカス検出用の映像信号（ＡＦ検出用映像信号）を入力とする。水平ＬＰＦ１０１は、ＡＦ検出用信号に対して、コントラストの評価値を生成するために必要な周波数帯域成分を抽出するためのローパスフィルタである。水平ＬＰＦ１０１は、その出力信号を、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、および垂直ＨＰＦ１０４に出力する。
第１水平ＨＰＦ１０２および第２水平ＨＰＦ１０３は、それぞれ通過させる周波数帯域が異なっている。第１水平ＨＰＦ１０２および第２水平ＨＰＦ１０３は、第１水平ＨＰＦ１０２がより低い周波数帯域を通過させるハイパスフィルタ（低域用）であり、第２水平ＨＰＦ１０３がより高い周波数帯域を通過させるハイパスフィルタ（高域用）である。
積算部１０５〜１０７は、それぞれのハイパスフィルタ１０２〜１０４の出力を積算して、加算器１０８およびセレクタ１０９に出力する。
【００２８】
演算部１１１は、水平ＬＰＦ１０１と、第１水平ＨＰＦ１０２と、第２水平ＨＰＦ１０３と、垂直ＨＰＦ１０４と、積算部１０５〜１０７とからなる。演算部１１１には、ＡＦ用駆動部９から評価領域信号が入力される。評価領域信号は、ＡＦ評価値生成部８がオートフォーカスを評価する領域（以下、ＡＦ評価領域という。）を選択するのに用いられる。評価領域信号は、例えば、ＡＦ検出用映像信号を画面の中央部からとる場合、画面の中央部のタイミングを示すパルス信号となる。なお、この評価領域信号は、積算部１０５〜１０７のみに入力されるようにしてもよい。この場合、積算部１０５〜１０７がそれぞれのハイパスフィルタ１０２〜１０４の出力のうちＡＦ評価領域における値を積算して、加算器１０８およびセレクタ１０９に出力する。
加算器１０８は、積算部１０５〜１０７の出力を加算し、加算した結果をセレクタ１０９に出力する。
【００２９】
セレクタ１０９は、積算部１０５〜１０７および加算器１０８からの出力を、選択信号に基づいて選択する。セレクタ１０９は、選択した出力信号を、評価値（コントラストの評価値）としてＡＦ制御部１１に出力する。選択信号は、撮像される画像によって最も適した信号を選択するために用いられる。なお、選択信号については後述する。
なお、上記水平ＬＰＦ１０１、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、垂直ＨＰＦ１０４の通過帯域は、例えば、次のようになる。撮像装置１００で扱う映像信号がＳＤＴＶ形式の映像信号の場合、水平ＬＰＦ１０１が０〜２．０ＭＨｚ、第１水平ＨＰＦ１０２が３００ｋＨｚ以上、第２水平ＨＰＦ１０３が１．２ＭＨｚ以上、垂直ＨＰＦ１０４が２０ＴＶ本以上であることが好ましい。また、撮像装置１００で扱う映像信号がＨＤＴＶ形式の映像信号の場合、水平ＬＰＦ１０１が０〜１３．２ＭＨｚ、第１水平ＨＰＦ１０２が２．０ＭＨｚ以上、第２水平ＨＰＦ１０３が６．６ＭＨｚ以上、垂直ＨＰＦ１０４が４５ＴＶ本以上であることが好ましい。
【００３０】
＜１．２：撮像装置の動作＞
以上のように構成されたオートフォーカス機能付撮像装置について、図１から図４を用いて動作の様子について詳細に説明する。
光学系１を通った光束は、図２に示される光路分離部２に入力される。光路分離部２により、光学系１より入力された光束は、撮影用のＲ（赤）光、Ｇ１（緑１）光、Ｂ（青）光の各光束と、オートフォーカス検出用のＧ２（緑２）光の光束とに分割される。分割された光束は、それぞれ３つの撮影用撮像部３と１つのＡＦ用撮像部５とによってそれぞれ電気信号に変換される。
撮影用撮像部３の出力は、通常の３板式撮像方式と同様に撮影用信号処理部４で、信号処理される。処理された信号は、その後、本線系、すなわち撮影用の映像信号として出力される。
【００３１】
一方、ＡＦ用撮像部５の出力は、通常の信号処理と同様に、相関２重サンプリング、ゲイン制御、ペデスタル制御などのアナログ信号処理が施される。アナログ信号処理された出力は、その後、ＡＤ変換部７にてディジタル信号に変換され、ＡＦ評価値生成部８に入力される。
ＡＦ評価値生成部８は、映像のコントラストを評価する。具体的には、まず、ＡＦ評価値生成部８に入力されたＡＦ検出用の映像信号に対して、水平ＬＰＦ処理が施される。これは、ＡＦ検出用の映像信号のノイズ成分を抑制するために行われる。その後、水平ＬＰＦ処理が施されたＡＦ検出用の信号に対して、複数のハイパスフィルタ処理が実行される。図３の場合、演算部１１１に入力されたＡＦ検出用映像信号は、水平ＬＰＦ１０１を通過する。演算部１１１には上述のようにＡＦ用駆動部９から評価領域信号が入力され、入力されたＡＦ検出用映像信号のうちＡＦ評価領域における信号成分のみ演算される。また、演算部１１１において、ＡＦ検出用映像信号は、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、および垂直ＨＰＦ１０４に、それぞれ、入力される。第１水平ＨＰＦ１０２は、水平方向においてより低域からの信号の高周波成分を抽出する。第２水平ＨＰＦ１０３は、水平方向においてより高域からの映像信号の高周波成分を抽出する。垂直ＨＰＦ１０４は、垂直方向の高周波成分を抽出する。各ハイパスフィルタ１０２〜１０４においてハイパス処理をされた後の信号は、積算部１０５、１０６および１０７にて積算されて出力される。なお、評価領域信号は、積算部１０５〜１０７のみに入力されるようにしてもよい。この場合、積算部１０５〜１０７がそれぞれのハイパスフィルタ１０２〜１０４の出力のうちＡＦ評価領域における値を積算して、加算器１０８およびセレクタ１０９に出力するようにする。
【００３２】
積算部１０５、１０６および１０７からの出力は、加算器１０８により加算される。加算された信号は、セレクタ１０９に入力される。つまり、積算部１０５〜１０７のそれぞれの出力と、これらの積算部の出力を加算する加算器１０８の出力とが、セレクタ１０９に入力され、ＡＦ制御部１１からの選択信号に従って、セレクタ１０９の４つの入力のいずれかが選択される。選択された信号は、コントラストの評価値（コントラスト評価値）としてＡＦ制御部１１に出力される。
選択信号は、撮像される画像によって、最も適した信号を選択するために用いられる。例えば、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）と第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）の評価値曲線には、図４に示すような特徴がある。図４に示すように、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）は、ゆるやかな山を描き、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）は、フラットな状態から合焦点付近で、急峻な山を描く。例えば、横しま模様などの絵柄の場合には、第１、第２水平ＨＰＦ１０２，１０３ともに評価値曲線の山がほとんどなくなり、垂直ＨＰＦ１０４では、合焦点で、山ができることになる。ＡＦ用撮像部５を前後に移動させてコントラストが大きくなる方向に移動させることを繰り返して最大コントラスト評価値光路長を検出する場合、例えば、次のようにする。まずは、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）からの出力を選択し、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）の変化がない場合、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）からの出力に基づいてＡＦ用撮像部５を合焦位置付近まで移動させる。その後、最終的に、第２水平ＨＰＦ１０３の出力に基づいて、最大コントラスト評価値光路長を決定するというような制御が考えられる。さらに、第１、第２水平ＨＰＦ１０２，１０３の評価値ともに変化がない場合は、垂直ＨＰＦ１０４の出力を選択するように制御することもできる。また例えば、まずは、第１、第２水平ＨＰＦ１０２，１０３および垂直ＨＰＦ１０４の加算値を用いて、おおまかに制御し、最終的に第２水平ＨＰＦ１０３もしくは、垂直ＨＰＦ１０４の評価値で決定するというような制御を行ってもよい。なお、これらのハイパスフィルタの帯域や、種類、その選択方法については、多様であり、これらに限定されるものではない。
【００３３】
ＡＦ制御部１１は、ＡＦ評価値生成部８から出力されるコントラスト評価値を監視しながら、ＡＦ用光路長変更部１０によりＡＦ用撮像部５の光路長（ＡＦ用撮像部５に入力される光束の光路長）を順次変更していく。これにより、ＡＦ制御部１１は、コントラスト評価値が最大になるＡＦ用撮像部５の光路長を検出する。ＡＦ用光路長変更部１０は、リニア駆動モータやステッピングモータ、圧電素子を利用した圧電超音波リニアアクチュエータなどと、光軸に沿ったスライド機構などと、を用いて構成される。ＡＦ用光路長変更部１０は、ＡＦ用撮像部５を光軸上に平行に（図２の双方向矢印Ｄ１が示す方向に）スライドさせる機能を有しており、例えばシリアル通信などで制御される。
また、ＡＦ制御部１１は、撮影用撮像部３のフレームレート信号である撮影用フレームレート信号とは独立したフレームレート信号、すなわちＡＦ用フレームレート信号を、ＡＦ用駆動部９に対し出力する。この出力されたＡＦ用フレームレート信号によりＡＦ用撮像部５が駆動される。なお、このＡＦ用フレームレート信号に応じたＡＦ用撮像部５のフレームレートは、撮像装置１００に設けられたメニューやダイヤルなどのフレームレート変更部（図示省略）により変更される。ＡＦ制御部１１は、ＡＦ評価領域（ＡＦ用撮像部５の撮像素子上のＡＦ検出用に設定された領域）のみを読み出すように、ＡＦ用駆動部９を設定している。ＡＦ用駆動部９は、ＡＦ用撮像部５を駆動するとともに、上述のように、ＡＦ評価値生成部８に評価領域信号を出力してＡＦ評価領域に対応する有効な信号を出力するタイミングを制御する。ＡＦ制御部１１により、コントラスト評価値が最大になるＡＦ用撮像部５の光路長が検出されると、この検出された光路長と、撮影用撮像部３の光路長に相当する、予め決定されている基準値との差分が算出される。その差分値から光学系１のフォーカスの合焦位置を検出することで、光学系１のフォーカス制御が実行される。
【００３４】
すなわち、ＡＦ用光路長変更部１０により、ＡＦ用撮像部５の光路長を順次変更しながら、それぞれのコントラスト評価値を取得し、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出する。検出された光路長は、撮影用撮像部３の光路長に相当する基準位置と比較され、その差分から光学系１のフォーカスの合焦位置を算出し、光学系１のフォーカス位置制御が行われる。
＜１．２．１：コントラスト評価値が最大になる光路長の検出方法＞
ＡＦ制御部１１がＡＦ用撮像部５の光路長を順次変更しながら、それぞれのコントラスト評価値を取得し、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出する方法について、図５を用いて説明する。
図５は、コントラスト評価値が最大になる光路長を探索する動作の一例を説明するための模式図である。
【００３５】
図５において、横軸はＡＦ用撮像部１０の光路長を示し、縦軸はＡＦ評価値生成部８により算出されるコントラスト評価値を示す。太い矢印は１回ごとの探索の様子を示し、細い曲線はコントラスト評価値曲線を示す。この図を参照しながら、探索開始位置からコントラスト評価値が最大になる点への探索を実施した場合について説明する。ＡＦ用光路長変更部１０により、初めにどちらかの方向に光路長を変更して、ＡＦ評価値生成部により取得されたコントラスト評価値を読み込む。この現位置でのコントラスト評価値と前回位置でのコントラスト評価値と比較する。評価値が減少したら、ＡＦ用光路長変更部１０によりＡＦ用撮像部５を移動させる方向を反転する。図５の場合、１回目は右方向（ＡＦ用撮像部の光路長が大きくなる方向）に光路長を変更しコントラスト評価値がほとんど変化していない。よって、２回目も同じ方向に光路長を変更する。２回目の変更ではコントラスト評価値は増加したため、同方向へ探索を継続する。２回目から６回目の変更では、いずれもコントラスト評価値は増加しているため、コントラスト最大点はさらに右方向にあると判断する。７回目の変更によりコントラスト評価値が減少している。すなわち、コントラスト評価値の最大点を通り越したと判断する。８回目は、ＡＦ用撮像部の光路長を変更する方向を７回目での方向と逆転させる。この時点において、最大点（最大コントラスト評価値光路長となる点）の近傍に位置していると予測できる。次いで、変更量をより少なくして同様の探索を継続する。最後はどちらの方向に変更しても減少するところを最大点（最大コントラスト評価値光路長となる点）として検出する。また、１回目の変更方向が図５の左方向に変更した場合、探索位置が一番端（ＡＦ用光路長変更部１０によりＡＦ用撮像部５を移動させることができる限界となる端）に到達したことを検出する。この時点で、右方向に探索方向を逆転させ、最終的にコントラスト評価値が最大になる点を、確実に検出することができる。
【００３６】
ここで注目するべきは、撮像装置１００において、ＡＦ用光路長変更部１０を用いてコントラスト評価値が最大になるポイントを探索する間は、光学系１のフォーカス位置は全く制御（変更）されない。よって、撮影用映像信号は、全く影響を受けない点である。
またさらに、撮像装置１００において、コントラスト評価値が最大になる光路長を探索する場合、撮影用の映像信号には全く影響を与えないため、広い範囲の探索が可能である。よって、大ボケ状態からでもコントラスト評価値の最大ポイントを確実に検出できる点である。
以上のように本実施の形態１による撮像装置１００では、撮影用の映像信号とは独立したオートフォーカス用信号でコントラスト最大の光路長を検出することで光学系１のフォーカス制御を実施する。よって、本実施の形態１による撮像装置１００は、検出時の悪影響が撮影用映像信号に及ばないといった優れた効果を有する。
【００３７】
また以上のように本実施の形態１による撮像装置１００では、フォーカス探索動作中においても撮影用の映像信号には全く影響を与えない。よって、本実施の形態１による撮像装置１００は、広い範囲の探索が可能となり、いわゆる大ボケ状態からでも確実に制御が可能であるといった優れた効果を有する。
さらに、撮像装置１００のＡＦ用撮像部５は、撮影用駆動部２１とは別のＡＦ用駆動部９を有する。よって、撮影用撮像部３のフレームレートとは独立にＡＦ用撮像部５のフレームレートを設定することができる。このことにより、次のような効果がある。例えば、撮影用撮像部３のフレームレートが１２Ｐ以下まで下げられたとき、ＡＦ用撮像部５のフレームレートも１２Ｐ以下まで下げられると、撮像者はオートフォーカスの応答性が悪くなったように感じることがある。この場合、ＡＦ用撮像部５のフレームレートのみを一定の高さに保つことによってオートフォーカスの応答性は改善される。一方、撮影用撮像部３のフレームレートが例えば６０Ｐ以上に上げられたとき、ＡＦ用撮像部５のフレームレートも同じように上げられると、必要以上に電力を消費する場合がある。これは、ＡＦ用撮像部５のフレームレートが上げられても、レンズの大きさ、重さ、種類などによってオートフォーカスの応答性の向上は制限される場合があるからである。この場合、ＡＦ用撮像部５のフレームレートのみを抑えることによって、無駄な電力消費を防ぐことができる。本実施の形態１による撮像装置１００は、ＡＦ用撮像部５のフレームレートを独立して変更できることで、状況に応じてオートフォーカスの応答速度を改善でき、あるいは消費電力を節減できる。さらに、撮像装置１００は、任意の位置を読み出し可能な撮像素子を有するＡＦ用撮像部５に用いて必要領域のみを読み出すように制御すれば、より容易にＡＦ用撮像部５のフレームレートを高速化でき、オートフォーカス応答時間を改善することができる。
【００３８】
このように、本実施の形態１による撮像装置１００は、ＡＦ用撮像部５のフレームレートが独立に制御可能なため、撮影用撮像部３のフレームレートの影響を受けないといった優れた効果が得られる。すなわち、オートフォーカスの応答時間を改善する場合は、撮影用撮像部３のフレームレートとは別個にＡＦ用撮像部５のフレームレートを高速化すればよい。このことは、特に撮影用の映像信号のフレームレートが可変である撮像装置の場合、低フレームレートでの撮影時には顕著な効果を表す。また、撮影用撮像部３のフレームレートが高速である場合は、消費電力をムダに消費することを防ぐため、ＡＦ用撮像部５のフレームレートのみを低速にすればよい。
本実施の形態１において、光路分離部２は、４板撮像方式で使用される色分解プリズムで説明した。撮影用の光束とＡＦ用の光束とを分離できるものであれば、４板式色分解プリズムである必要はなく、またＡＦ用の光束は、Ｇｃｈである必要もない。
【００３９】
また本実施の形態１において、ＡＦ評価値生成部８は、水平ＬＰＦ１０１、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、垂直ＨＰＦ１０４、積算部１０５、１０６、１０７、加算器１０８、およびセレクタ１０９からなる演算部１１１で構成された例で説明した。しかし、ＡＦ評価値生成部８は、映像のコントラストを評価する値が検出できればどのような構成（回路）を有していてもよい。ＡＦ評価値生成部８は、例えば、通過帯域の特性を可変できる１種類の水平ＨＰＦなどにより構成されていてもよい。
なお上述の実施の形態１において、コントラスト評価値が最大になる位置の検出方法は、初めから大きく光路長を変更する方法で説明したが、これに限定されない。例えば、ＡＦ制御部１１は、ＡＦ用光路長変更部１０によってＡＦ用撮像部５を光軸方向に逐次移動させて、第２の光束の光路長を逐次変更させたときのコントラストの評価値を評価することで、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出してもよい。この場合、ＡＦ用撮像部５を光軸方向の一定の方向に移動させつつ逐次コントラストの評価値を検出する。一定範囲の検出した評価値の中から最大の評価値を最大コントラスト評価値とする。このように検出することは、時間はかかるものの、より確実に最大コントラスト評価値を得ることを可能にする。あるいは、従来のウォブリングと組み合わせて探索する方法でもよい。すなわち、ウォブリング動作を繰り返し、いわゆる山登りアルゴリズムによって、コントラスト評価値が最大になる点を検出する方法であってもよく、黄金分割法などを利用しながら光路長を変更する方法であってもよい。コントラスト評価値が最大になる光路長を検出できればどのような方法でもよい。
（実施の形態２）
＜２．１：撮像装置の構成＞
図６は、本発明の実施の形態２によるオートフォーカス機能付き撮像装置２００の構成を示すブロック図である。同撮像装置２００は、前記実施の形態１による撮像装置１００と、次の点おいて異なる。まず、実施の形態２の撮像装置２００は、フレームレート変更部を構成する撮影用フレームレート変更制御部１３およびフレームレート変更信号処理部１２を備える。また、実施の形態２の撮像装置２００は、適応型ＡＦ制御部１４において、本線系すなわち撮影用撮像部３のフレームレートに応じてオＡＦ用撮像部５のフレームレートを変更する。なお、上記実施の形態１の撮像装置１００と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
【００４０】
撮像装置２００は、光学系１と、光路分離部２と、撮影用撮像部３と、フレームレート変更信号処理部１２と、撮影用駆動部２１と、オートフォーカス用撮像部５（以下、ＡＦ用撮像部５）と、アナログ信号処理部６と、ＡＤ変換部７と、オートフォーカス評価値生成部８（以下、ＡＦ評価値生成部８）と、ＡＦ用駆動部９と、ＡＦ用光路長変更部１０と、適応型ＡＦ制御部１４と、撮影用フレームレート変更制御部１３とを備える。
光学系１は、交換式レンズなどで構成され、フォーカス位置が制御可能な構成を有する。光路分離部２は、光学系１を通った光束を撮影用の光束とオートフォーカス検出用の光束とに分離する。撮影用撮像部３は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子を有し、撮影用の光束を電気信号に変換する。
フレームレート変更信号処理部１２は、上記撮像装置１００の撮影用信号処理部４と同様に、撮影用撮像部３の出力に相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理、ガンマ処理などの信号処理を行う撮影用信号処理部である。フレームレート変更信号処理部１２は、さらに、フレームレート変更に対応した信号処理を行う。
【００４１】
撮影用駆動部２１は、撮影用フレームレート変更制御部１３からの撮影用フレームレート信号を入力とする。撮影用駆動部２１は、このフレームレート信号に応じて駆動パルス信号を出力する。この出力された駆動パルス信号により撮影用撮像部３が駆動される。
ＡＦ用撮像部５は、オートフォーカス検出用の光束を電気信号に変換する。アナログ信号処理部６は、相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理などの信号処理を行う。ＡＤ変換部７は、アナログ信号処理部６からの信号をディジタル信号に変換する。
ＡＦ評価値生成部８は、適応型ＡＦ制御部１４から出力される選択信号、ＡＦ用駆動部９から出力される評価領域信号、およびＡＤ変換部７から出力されるオートフォーカス検出用の映像信号（以下、「ＡＦ検出用映像信号」という。）を入力とする。ＡＦ評価値生成部８は、評価領域信号および選択信号に基づいて、オートフォーカス検出用の映像信号に高域通過フィルタ処理などを施して信号の高域成分を抽出し、オートフォーカス動作の評価値（コントラストの評価値）を算出する。ＡＦ評価値生成部８は、適応型ＡＦ制御部１４に出力する。
【００４２】
ＡＦ用駆動部９は、ＡＦ用撮像部５を駆動するための駆動パルスを生成する。
ＡＦ用光路長変更部１０は、小型アクチュエータなどを用いて、ＡＦ用撮像部５をオートフォーカス検出用光束の光軸上に平行移動させる。これにより、ＡＦ用光路長変更部１０は、ＡＦ用撮像部５の光路長を変更する。なお、小型アクチュエータとしては、リニア駆動モータや、ステッピングモータ、圧電素子を利用した圧電超音波リニアアクチュエータとスライド機構などとを用いて実現することができる。
適応型ＡＦ制御部１４は、撮影用撮像部３のフレームレートを読み込み、ＡＦ用駆動部９、ＡＦ用光路長変更部１０などを制御する。適応型ＡＦ制御部１４は、ＡＦ評価値生成部８より得られた評価値が最大になる光路長を検出することで、光学系１のフォーカス位置を制御する。撮影用フレームレート変更制御部１３は、撮影用撮像部３のフレームレートを変更する。
【００４３】
以上のように構成されたオートフォーカス機能付き撮像装置２００と、実施の形態１との差異は、主に次の点にある。撮影用フレームレート変更制御部１３およびフレームレート変更信号処理部１２により撮影用の映像信号のフレームレートを変更することが可能である。またＡＦ制御部１４では、撮影用フレームレート信号（撮影用の映像信号のフレームレートを決定させる信号）に応じて、ＡＦ用撮像部５のフレームレートを変更することができる。すなわち、撮影用撮像部３のフレームレートが非常に低い場合は、ＡＦ用撮像部５のフレームレートをオートフォーカスの応答に違和感が発生しない程度により低くすることによって、オートフォーカス検出のための消費電力を抑制するように制御できる。
＜２．２：撮像装置の動作＞
次に、フレームレート変更信号処理部１２、撮影用フレームレート変更制御部１３および適応型ＡＦ制御部１４について、その動作を詳細に説明する。なお、他の構成要素については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
例えば、撮像装置２００が、フレームレートの変更が可能で、７２０/６０ｐ（プログレッシブ）形式で、フレームレートが１２ｐの場合と６０ｐの場合とを考える。１２ｐの場合は、１秒間に１２フレームの有効な映像信号が出力され、６０ｐの場合は、１秒間に６０フレームの有効な映像信号が出力される。言い換えると１２ｐでは１/１２秒間撮像部で電荷蓄積されて取得された映像信号を出力し、６０ｐでは１/６０秒間撮像部で電荷蓄積されて取得された映像信号を出力する。
図７に、撮影用撮像部３が、１２ｐおよび６０ｐで動作した時の出力信号の様子を説明するための模式図を示す。
撮影用撮像部３のフレームレートが６０ｐの場合、撮影用撮像部３からは、図７（ａ）に示すように、１/６０秒間電荷蓄積し取得された映像信号を出力する。撮像装置２００に設けられたメニューやダイヤルなどによって、撮影用撮像部３のフレームレートが１２ｐに変更された場合、撮影用フレームレート変更制御部１３は、変更されたフレームレートを読み出す。読み出されたフレームレート信号は、撮影用駆動部２１に入力される。撮影用駆動部２１は、入力されたフレームレート信号に応じて、タイミングパルスを含む駆動パルスを出力する。撮影用駆動部２１はこの駆動パルスにより撮影用撮像部３を駆動させる。この結果、撮影用撮像部３は、図７の（ｂ）に示すように、１／１２秒間電荷蓄積し取得した映像信号を、１/１２秒毎の１/６０秒期間で出力する。出力された信号は、フレームレート変更信号処理部１２に入力される。フレームレート変更信号処理部１２は、１２ｐの映像信号に対しても、ゲイン調整、ペデスタル調整、ガンマ補正などの処理を実施する。フレームレート変更信号処理部１２は、フレームレート変更に対応するために、１２ｐの有効映像信号をメモリなどの記憶部に書き込み、映像信号がない期間にも同じデータを読み出す回路（データ読み出し部）を用いる。これにより、撮影用撮像部３が１２ｐ動作した時でも、フレームレート変更信号処理部１２は、撮影用撮像部３が６０ｐで動作した時と同様の信号を作成し、異なるフレームレートでの信号処理を実行している。
【００４５】
撮影用の映像信号のフレームレートを決定する信号は、適応型ＡＦ制御部１４にも入力される。適応型ＡＦ制御部１４は、撮影用撮像部３が１２ｐで動作した時は、６０ｐで動作した時よりもＡＦ検出用のフレームレートを低く設定する。設定されたフレームレート信号は、ＡＦ用撮像部５のフレームレートとしてＡＦ用駆動部９に入力される。そのフレームレートに応じてＡＦ用撮像部５が制御される。
すなわち、前記実施の形態１と異なる重要な効果は、撮影用撮像部３のフレームレートが低い場合に、必要以上に高速なフレームレートでオートフォーカスの検出を実施することを自動的に抑制することにある。これにより、撮像装置全体の消費電力や発生する熱を抑制することが出来ることである。
以上のように本実施の形態の撮像装置２００は、撮影用の映像信号の撮影用撮像部３が低フレームレートで動作している場合に、自動的にオートフォーカス用のフレームレートを低く設定する。これにより、実質的なオートフォーカス応答を保持しながら、撮像装置全体の消費電力を抑制できる優れた効果が得られる。
【００４６】
なお、上述の実施の形態２においては、フレームレート変更信号処理部１２について、メモリなどを用いて１２ｐ動作時においても６０ｐ動作時と同様の信号を作成することで、フレームレート変更に対応した信号処理を実現する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限らず、信号処理のクロック自体を可変するなどの他の構成でもよい。
なお、上述の実施の形態２においては、１２ｐと６０ｐの場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。撮影用のフレームレートが可変である場合、撮影用の映像信号のフレームレートが低くなった場合に、オートフォーカス用の映像信号のフレームレートを自動的により低く動作させる制御を実施するものであればどのようなフレームレートであってもよい。
また、上述の実施の形態２においては、撮影用の映像信号のフレームレートが低い場合にオートフォーカス用の映像信号のフレームレートをより低く設定することについて述べた。反対に、撮影用の映像信号のフレームレートに応じてオートフォーカス用の映像信号のフレームレートを自動的に高く設定することも当然に可能である。
【００４７】
また、本実施の形態２による撮像装置２００では、任意の位置を読み出し可能な撮像素子を有するＡＦ用撮像部５に用いてもよい。この場合、撮像素子の必要領域のみで電荷蓄積されて取得された信号を読み出すように制御すれば、より容易にオートフォーカス用の映像信号のフレームレートを高速化でき、オートフォーカス応答時間を改善することができる。
（その他実施の形態）
上述の実施の形態１および２においては、光路分離部２として４板の撮像素子を用いる方式を採用しているが、撮像素子の数はこれに限定されない。たとえば、図８に示すように、５板の撮像素子を用いてもよい。
図８の光路分離部２は、ＲＧＢ分光後のＧ光束を図８のようにハーフミラーでさらに分割してＧ１（緑１）光束とＧ２（緑２）光束とを作成する。これらのすべての光束は４枚の撮影用撮像部３においてそれぞれ電気信号に変換される。一方、Ｇ１（緑１）光束は、撮影用撮像部３へ入力される前にさらに分光される。分光された光束は、別の撮像素子、すなわちＡＦ用撮像部５に入力されて、オートフォーカス検出用の映像信号として処理される。
【００４８】
この光路分離部２では、従来の４板撮像方式と同様に撮影用の映像信号としてＲ光，Ｇ１光，Ｇ２光，Ｂ光をそれぞれとることができる。これにより、撮影用の映像信号の性能を従来と同じレベルに維持しつつ、本発明の特有の効果である確実かつ迅速なオートフォーカス制御も実現できる。
（その他）
撮像素子は、ＨＤＴＶ対応、ＳＤＴＶ対応のいずれであってもよい。また、映像の性能に関わる撮影用の映像信号を生成するための撮像素子（撮影用撮像部３の撮像素子）をＨＤＴＶ対応とし、映像の性能に関係しないオートフォーカス検出用の映像信号を生成するための撮像素子（ＡＦ用撮像部５の撮像素子）をＳＤＴＶ対応のものとしてもよい。これにより、コストを抑えた撮像装置とすることができる。
【００４９】
また、オートフォーカス評価のために用いる領域、すなわちＡＦ評価領域の位置、大きさなど任意である。またＡＦ評価領域は、複数個所を加算したものであっても、複数個所から選択された領域であってもよい。例えば、画面左領域、中央、右領域を別々に検出し、被写体が存在する領域を選択してもよい。被写体が存在する領域を選択する方法としては、ＡＦ評価値が最大である領域を選択してもよいし、ユーザーによるスイッチ操作、顔判定を行うなどしてもよい。
上述した撮像装置は、ＬＳＩなどの半導体装置により一部を１チップ化してもよい。
また、ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【００５０】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアにより実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。
なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
（本発明の実施形態の効果）
本発明の全ての実施の形態にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、オートフォーカス用の映像信号でコントラスト最大の光路長を検出することでオートフォーカス制御を行うため、光路長検出時、撮影用の映像信号に全く悪影響を与えないといった効果を有する。
【００５１】
また本発明の全ての実施の形態にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、オートフォーカス用の映像信号でコントラスト最大の光路長を検出した後に、光学系のフォーカス制御を行うため、ウォブリング動作などの高速なレンズ動作が不可能な撮像装置に対してもオートフォーカス機能を提供可能であるといった効果を有する。
また本発明の全ての実施の形態にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路によれば、オートフォーカス機能を実現する場合に、フォーカス探索動作中において撮影用の映像信号には全く影響を与えないことから、広い範囲の探索が可能となり、いわゆる大ボケ状態からでも確実に制御が可能であるといった効果を有する。
また本発明の実施の形態１にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、オートフォーカス検出用の映像信号のフレームレートが独立に制御可能なため、撮影用の映像信号のフレームレートの影響を受けないといった効果、すなわち、撮影用の映像信号のフレームレートとは無関係にオートフォーカス用の映像信号のフレームレートを高速化することで、応答時間を改善できるといった効果を有する。
【００５２】
また本発明の全ての実施の形態にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、任意の位置を読み出し可能な撮像素子をオートフォーカス検出用撮像部に使用することで、オートフォーカス検出用の映像信号のフレームレートをより容易に高速化し、オートフォーカスの応答速度を改善することができるといった効果を有する。
また本発明の実施の形態２にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、オートフォーカス機能を実現する場合に、撮影用撮像部が低フレームレートで動作中には、自動的にオートフォーカス用の映像信号のフレームレートをより低く設定するため、実質的なオートフォーカス応答を保持しながら、撮像装置全体の消費電力を抑制できるといった効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、ビデオカメラなどの撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路に適用できるため、有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１  光学系
２  光路分離部
３  撮影用撮像部（第１の撮像部）
４  撮影用信号処理部（第１の信号処理部）
５  ＡＦ用撮像部（第２の撮像部）
６  アナログ信号処理部（第２の信号処理部）
７  ＡＤ変換
８  ＡＦ評価値生成部（評価値生成部）
９  ＡＦ用駆動部（第２の駆動部）
１０  ＡＦ用光路長変更部（光路長変更部）
１１  ＡＦ制御部（オートフォーカス制御部）
１２  フレームレート変更信号処理部
１３  撮影用フレームレート変更制御部
１４  適応型ＡＦ制御部（オートフォーカス制御部）
２１  撮影用駆動部（第１の駆動部）
１０１  水平ローパスフィルタ
１０２  第１水平ハイパスフィルタ
１０３  第２水平ハイパスフィルタ
１０４  垂直ハイパスフィルタ
１０５、１０６、１０７  積算部
１０８  加算器
１０９  セレクタ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理部と、
前記第２の信号の信号処理を行う第２の信号処理部と、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成部と、
前記第１の撮像部を駆動する第１の駆動部と、
前記第２の撮像部を駆動する第２の駆動部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部と、
を備える、
撮像装置。
【請求項２】
前記第１の駆動部は、前記第１の信号に対するフレームレートであり独立して可変の第１のフレームレートを取得し、前記第１のフレームレートで前記第１の撮像部を駆動し、
前記第２の駆動部は、前記第２の信号に対するフレームレートであり独立して可変の第２のフレームレートを取得し、前記第２のフレームレートで前記第２の駆動部を駆動する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の信号に対するフレームレートである第１のフレームレートを変更するフレームレート変更部をさらに備え、
前記オートフォーカス制御部は、前記第１のフレームレートに基づいて前記第２の信号に対するフレームレートである第２のフレームレートを設定または変更可能であり、前記第２のフレームレートに基づいて前記光学系のフォーカス制御を行う、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の撮像部は、任意の位置を読み出し可能な撮像素子を有する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記オートフォーカス制御部は、前記光路長変更部により、前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸方向の前後に移動させて、前記コントラストの評価値が大きくなる方向を検出することを繰り返すことにより、前記最大コントラスト評価値光路長を検出する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記オートフォーカス制御部は、前記光路長変更部により、前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸方向に逐次移動させて、前記第２の光束の光路長を逐次変更させたときのコントラストの評価値を評価することで、前記最大コントラスト評価値光路長を検出する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記オートフォーカス制御部は、前記第１のフレームレートが低くなった場合に、前記第２のフレームレートも低くする、
請求項３に記載の撮像装置。
【請求項８】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
を備える撮像装置に用いられる撮像方法であって、
前記第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理ステップと、
前記第２の信号の信号処理を行う第２の信号処理ステップと、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成ステップと、
前記第１の撮像部を駆動する駆動ステップと、
前記第２の撮像部を駆動する他の駆動ステップと、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出する検出ステップと、
前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御ステップと、
を備える、
撮像方法。
【請求項９】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
を備える撮像装置に用いられるプログラムであって、
前記第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理ステップと、
前記第２の信号の信号処理を行う第２の信号処理ステップと、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成ステップと、
前記第１の撮像部を駆動する駆動ステップと、
前記第２の撮像部を駆動する他の駆動ステップと、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出する検出ステップと、
前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御ステップと、
を備える、
プログラム。
【請求項１０】
光学系の出力から複数に分離された光のうち、一以上の光を電気信号に変換し、第１の信号として出力する一以上の第１の撮像部と、
前記複数の光のうち前記一以上の光以外の光を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第１の信号の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理部と、
前記第２の信号の信号処理を行う第２の信号処理部と、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成部と、
前記第１の撮像部の駆動パルスを生成する第１の駆動部と、
前記第２の撮像部の駆動パルスを生成する第２の駆動部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部と、
を備える、
集積回路。
【請求項１１】
光学系を介して複数に分離された光が複数の撮像部において変換されて生成された複数の電気信号のうち、一以上の電気信号を受信して信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する第１の信号処理部と、
前記一以上の電気信号以外の第２の信号を受信し、信号処理を行う第２の信号処理部と、
前記第２の信号のコントラストの評価値を生成する評価値生成部と、
前記第１の撮像部の駆動パルスを生成する第１の駆動部と、
前記第２の撮像部の駆動パルスを生成する第２の駆動部と、
前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光路長変更部を制御し、前記第２の信号の前記コントラストの評価値が最大になる前記第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、前記最大コントラスト評価値光路長に基づいて、前記光学系のフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部と、
を備える、
集積回路。
【手続補正３】
【補正対象書類名】要約書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【要約】
撮像装置１００において、光路分離部２は、光学系１により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する。第１の駆動部２１に駆動される第１の撮像部３は、第１の光束を電気信号に変換し第１の信号として出力する。第２の駆動部９に駆動される第２の撮像部５は、第２の光束を電気信号に変換し第２の信号として出力する。第１の信号処理部４は、第１の信号の信号処理を行い撮影用の映像信号を生成する。第２の信号処理部６は、第２の信号の信号処理を行う。評価値生成部８は、第２の信号のコントラストの評価値を生成する。オートフォーカス制御部１１は、光路長変更部を制御し、第２の信号のコントラストの評価値が最大になる第２の光束の光路長である最大コントラスト評価値光路長を検出し、最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系１のフォーカス制御を行う。
【選択図】図１
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008146458.tif 000011
【図２】
2008146458.tif 000012
【図３】
2008146458.tif 000013
【図４】
2008146458.tif 000014
【図５】
2008146458.tif 000015
【図６】
2008146458.tif 000016
【図７】
2008146458.tif 000017
【図８】
2008146458.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月12日(2010.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2008146458.tif 000019
2008146458.tif 000020
2008146458.tif 000021
2008146458.tif 000022