(57)【要約】【課題】  映像用撮像素子の撮像面に被写体像を結像させる撮影レンズのオートフォーカスシステムにおいて、被写体光の一部をベストピント方向検出用撮像素子に入射させて、ベストピント方向検出用撮像素子を被写体光の光軸上において前後に移動させ、ベストピント方向を検出することにより、撮影レンズのフォーカスを合焦状態に適切に設定することができるオートフォーカスシステムを提供する。【解決手段】  撮影レンズのフォーカス位置が大ボケ状態であると判断された場合（ステップＳ１２）、赤外光検出用撮像素子Ａを光軸Ｏ１上で前後に動かして（ステップＳ１４）、赤外光検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡに基づいてベストピント方向が判別される（ステップＳ１６）。そして、撮影レンズ１２のフォーカス位置がベストピント方向に動かされ（ステップＳ１８）、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣにより信号が検出されると、ＰＦ動作ルーチンに移行され、合焦位置が検出される（ステップＳ２０）。【選択図】      図５
2006064972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズに入射した被写体光を記録又は再生用の映像信号を取得するための映像用撮像素子に導く本線光路から第１のオートフォーカス用の被写体光を分離する第１の被写体光分離手段と、該第１の被写体光分離手段によって分離された第１のオートフォーカス用の被写体光を光路長が異なる位置に配置された２つの撮像面によって撮像する第１のオートフォーカス用撮像素子と、該第１のオートフォーカス用撮像素子の２つの撮像面によって撮像して得られた映像信号に基づいて被写体像の焦点評価値を算出する第１の焦点評価値算出手段と、前記２つの撮像面から得られた焦点評価値が等しくなるように前記撮影レンズのフォーカスの制御を行うフォーカス制御手段とを備えるオートフォーカスシステムにおいて、
前記第１のオートフォーカス用の被写体光から第２のオートフォーカス用の被写体光を更に分離する第２の被写体光分離手段と、
前記第２のオートフォーカス用の被写体光を撮像する第２のオートフォーカス用撮像素子と、
前記第２のオートフォーカス用撮像素子を前記第２のオートフォーカス用の被写体光の光軸方向に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とするオートフォーカスシステム。
【請求項２】
前記第２のオートフォーカス用撮像素子によって撮像して得られた映像信号に基づいて被写体像の焦点評価値を算出する第２の焦点評価値算出手段と、
前記移動手段による前記第２のオートフォーカス用撮像素子の移動中に前記第２の焦点評価値算出手段から得られる焦点評価値に基づいて、合焦状態となるベストピント方向を検出するベストピント方向検出手段と、
前記フォーカス制御手段によって制御された前記撮影レンズのピント状態が大ボケ状態かどうか判断する第１の判断手段とを更に備え、
前記判断手段により前記撮影レンズのピント状態が大ボケ状態であると判断された場合に、前記フォーカス制御手段は、前記ベストピント方向検出手段によって検出されたベストピント方向に前記撮影レンズのフォーカスを移動させることを特徴とする請求項１記載のオートフォーカスシステム。
【請求項３】
前記第１の判断手段は、前記第１の焦点評価値算出手段によって算出された焦点評価値が所定値以下の場合に、前記撮影レンズのピント状態が大ボケ状態であると判断することを特徴とする請求項２記載のオートフォーカスシステム。
【請求項４】
前記第２の焦点評価値算出手段によって算出された焦点評価値に基づいて、前記撮影レンズのフォーカスがベストピント近傍の状態かどうかを判断する第２の判断手段と、
前記撮影レンズのフォーカスがベストピント近傍で、かつ前記オートフォーカス用撮像素子から得られる焦点評価値が所定値以下の場合に、前記オートフォーカス用撮像素子の感度を上昇させる撮像素子感度調整手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項２又は３記載のオートフォーカスシステム。
【請求項５】
前記第２のオートフォーカス用撮像素子は、赤外光検出用の撮像素子であり、
前記第２の被写体光分離手段は、前記第１のオートフォーカス用の被写体光から赤外光成分を分離し、前記第２のオートフォーカス用撮像素子には前記赤外光が入射されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のオートフォーカスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオートフォーカスシステムに係り、特に撮影レンズのオートフォーカス制御における合焦検出に用いられるオートフォーカスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
焦点評価値が最大となるようにフォーカスを制御する方式として、焦点評価値が増加する方向にフォーカスを動かし、焦点評価値が増加しなくなる位置でフォーカスを停止させるいわゆる山登り制御方式が提案されている。
【０００３】
この山登り制御方式は一般的に、フォーカスを微小変動させるワブリングによってピント状態が前ピン、後ピン、合焦のいずれの状態かを検出し、それによって合焦の方向、すなわち焦点評価値が増加する方向にフォーカスを動かす方式のため、ワブリングによるフォーカスの変動が画面上で視認できてしまうおそれがあった。また、ワブリングを行う分だけ合焦までに時間を要するという問題があった。
【０００４】
これに対して、例えば特許文献１には、光路長差を有する複数の撮像素子を用いることによりワブリングを行うことなくピント状態を検出できるようにしたオートフォーカスシステムが記載されている（特許文献１参照）。
【０００５】
このオートフォーカスシステムは、撮影レンズに入射した被写体光がハーフミラーなどによって分岐され、分岐された一方の被写体光が記録または再生用の映像信号を取得する本来の撮像素子の撮像面に入射し、他方の被写体光（ピント状態検出用被写体光）がさらに分岐されてピント状態検出用の映像信号を取得するための２つのピント状態検出用撮像素子の撮像面に入射するものである。２つのピント状態検出用撮像素子は、それらの撮像面が本来の撮像素子の撮像面よりも等距離分だけ光路長が短くなる位置と長くなる位置とに配置されており、各ピント状態検出用撮像素子にて取得された映像信号から求められる２つの焦点評価値の大小関係によってピント状態が検出される。すなわち、各ピント状態検出用撮像素子から得られる焦点評価値は、撮影レンズのフォーカス（ピント位置）を現在位置から至近側と無限遠側とにそれぞれ等距離分だけ変位させた場合に本来の撮像素子（映像用撮像素子）によって得られる映像信号によって求められる焦点評価値に相当している。したがって、これら焦点評価値を比較した場合にそれぞれが一致していれば合焦と判断され、相違していればどのピント状態検出用撮像素子の焦点評価値が大きいかまたは小さいかによって前ピンまたは後ピンと判断される。これにより、フォーカスを至近側と無限遠側とに変位させたときの焦点評価値がフォーカスを実際に動かすことなくピント状態検出用撮像素子からの映像信号によって同時に取得されるため、ワブリングを行うことなく迅速にピント状態を検出することができる。
【特許文献１】特開２００３−２７０５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示されているようなオートフォーカスシステムにおいては、上記の２つのピント状態検出用撮像素子から得られた焦点評価値は、大ボケ位置でも一致する。このため、例えば、全体にコントラストや輝度が高い画像ではフォーカス位置の全範囲で焦点評価値が高くなるため、オートフォーカス時にフォーカス位置が大ボケ状態で停止してしまうおそれがあった。また、フォーカス位置において焦点評価値が所定値より小さい場合には、合焦検出が行われず、フォーカスがストップしてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撮影レンズのフォーカスを合焦状態に適切に設定することができるオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１に係るオートフォーカスシステムは、撮影レンズに入射した被写体光を記録又は再生用の映像信号を取得するための映像用撮像素子に導く本線光路から第１のオートフォーカス用の被写体光を分離する第１の被写体光分離手段と、該第１の被写体光分離手段によって分離された第１のオートフォーカス用の被写体光を光路長が異なる位置に配置された２つの撮像面によって撮像する第１のオートフォーカス用撮像素子と、該第１のオートフォーカス用撮像素子の２つの撮像面によって撮像して得られた映像信号に基づいて被写体像の焦点評価値を算出する第１の焦点評価値算出手段と、前記２つの撮像面から得られた焦点評価値が等しくなるように前記撮影レンズのフォーカスの制御を行うフォーカス制御手段とを備えるオートフォーカスシステムにおいて、前記第１のオートフォーカス用の被写体光から第２のオートフォーカス用の被写体光を更に分離する第２の被写体光分離手段と、前記第２のオートフォーカス用の被写体光を撮像する第２のオートフォーカス用撮像素子と、前記第２のオートフォーカス用撮像素子を前記第２のオートフォーカス用の被写体光の光軸方向に移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係るオートフォーカスシステムによれば、第２のオートフォーカス用撮像素子を用いることにより、オートフォーカスを確実に行うことができる。
【００１０】
請求項２に示すように請求項１に係るオートフォーカスシステムにおいて、前記第２のオートフォーカス用撮像素子によって撮像して得られた映像信号に基づいて被写体像の焦点評価値を算出する第２の焦点評価値算出手段と、前記移動手段による前記第２のオートフォーカス用撮像素子の移動中に前記第２の焦点評価値算出手段から得られる焦点評価値に基づいて、合焦状態となるベストピント方向を検出するベストピント方向検出手段と、前記フォーカス制御手段によって制御された前記撮影レンズのピント状態が大ボケ状態かどうか判断する第１の判断手段とを更に備え、前記判断手段により前記撮影レンズのピント状態が大ボケ状態であると判断された場合に、前記フォーカス制御手段は、前記ベストピント方向検出手段によって検出されたベストピント方向に前記撮影レンズのフォーカスを移動させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係るオートフォーカスシステムによれば、第２のオートフォーカス用撮像素子から得られた焦点評価値に基づいてベストピント方向を検出することができるため、第１のオートフォーカス用撮像素子から得られる焦点評価値に基づいて制御されたフォーカスが合焦（ベストピント）状態であるかどうか確認して、撮影レンズのフォーカスを合焦状態になるように設定することができる。
【００１２】
請求項３に示すように請求項２に係るオートフォーカスシステムにおいて、前記第１の判断手段は、前記第１の焦点評価値算出手段によって算出された焦点評価値が所定値以下の場合に、前記撮影レンズのピント状態が大ボケ状態であると判断することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係るオートフォーカスシステムによれば、第２のオートフォーカス用撮像素子から得られる焦点評価値に基づいて大ボケ状態かどうか判断して、ベストピント方向を検出することで、撮影レンズのフォーカスを合焦状態になるように設定することができる。
【００１４】
請求項４に示すように請求項２又は３に係るオートフォーカスシステムにおいて、前記第２の焦点評価値算出手段によって算出された焦点評価値に基づいて、前記撮影レンズのフォーカスがベストピント近傍の状態かどうかを判断する第２の判断手段と、前記撮影レンズのフォーカスがベストピント近傍で、かつ前記オートフォーカス用撮像素子から得られる焦点評価値が所定値以下の場合に、前記オートフォーカス用撮像素子の感度を上昇させる撮像素子感度調整手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係るオートフォーカスシステムによれば、ベストピントの近傍において、第１のオートフォーカス用撮像素子から得られる焦点評価値が小さい場合にも、第１のオートフォーカス用撮像素子の感度を上昇させることで、合焦位置の検出を精度よく行うことができる。
【００１６】
請求項５に示すように請求項１から４に係るオートフォーカスシステムにおいて、前記第２のオートフォーカス用撮像素子は、赤外光検出用の撮像素子であり、前記第２の被写体光分離手段は、前記第１のオートフォーカス用の被写体光から赤外光成分を分離し、前記第２のオートフォーカス用撮像素子には前記赤外光が入射されることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係るオートフォーカスシステムによれば、ベストピント方向の検出に用いる第２のオートフォーカス用の被写体光として赤外光を用いるため、第１のオートフォーカス用撮像素子に入射する可視光の量が少なくなることがない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、撮影レンズのベストピント方向を検出することにより、オートフォーカスを行う際に、合焦（ベストピント）状態かどうかの確認を行うことができ、大ボケ状態でフォーカスストップしてしまうのを防ぐことができる。また、合焦位置において焦点評価値が小さい場合にも、オートフォーカス用撮像素子の感度を上昇させることで、合焦位置の検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るオートフォーカスシステムが適用されるテレビカメラシステムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、このテレビカメラシステム１は主としてカメラ本体１０と撮影レンズ１２などにて構成されている。
【００２０】
カメラ本体１０には、放映用の映像を撮影して、所定の形式の映像信号を出力または記録媒体に記録するための本来の撮像素子（映像用撮像素子）などが備えられている。撮影レンズ１２は、このカメラ本体１０のマウント部に着脱自在に装着される。
【００２１】
撮影レンズ１２の光学系は、フォーカスレンズ群１４、ズームレンズ群１６、アイリス（絞り）１８、リレーレンズ群２０などの周知の機器などから構成されている。
【００２２】
リレーレンズ群２０は、前側リレーレンズ２０Ａと後側リレーレンズ２０Ｂなどで構成され、その前側リレーレンズ２０Ａと後側リレーレンズ２０Ｂとの間の光軸Ｏ上には、撮影レンズ１２を介して入射する被写体光の本線光路（光軸Ｏ）からオートフォーカス用の被写体光を分離するためのハーフミラー２２が配置されている。このハーフミラー２２は、そのミラー面２２ａが撮影レンズ１２の光軸Ｏに対して略４５度傾斜して設置されており、前側リレーレンズ２０Ａを通過した被写体光を光軸Ｏに対して略直角に反射し、光軸Ｏ１として映像用被写体光から分光する。
【００２３】
ハーフミラー２２を透過した被写体光は、映像用被写体光として撮影レンズ１２の後端側から射出され、カメラ本体１０の撮像部２４に入射される。撮像部２４の構成については詳細説明を省略するが、撮像部２４に入射された被写体光は、例えば、色分解光学系により赤色光、緑色光、青色光の３色に分解され、各色ごとの映像用撮像素子の撮像面に入射する。これによって放映用のカラー映像などが撮影される。なお、図中の符号Ｐは、映像用撮像素子の撮像面に対する光学的に等価な位置をピント面Ｐとして撮影レンズ１２の光軸Ｏ上に示したものである。
【００２４】
一方、ハーフミラー２２で反射された被写体光は、オートフォーカス用被写体光として光軸Ｏに対して略垂直な光軸Ｏ１に沿って進行し、結像位置変更レンズ２６を介してピント状態検出部３０に入射する。
【００２５】
ピント状態検出部３０は、オートフォーカス用被写体光を分割するビームスプリッタ３２と、そのビームスプリッタ３２で分割されたオートフォーカス用被写体光が入射される３つのベストピント方向検出用撮像素子Ａと、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣと、ベストピント方向検出用撮像素子Ａを駆動する駆動装置３４などによって構成されている。
【００２６】
なお、ベストピント方向検出用撮像素子Ａは、赤外光検出用の撮像素子（ＣＣＤ）である。また、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣは、例えば白黒画像を撮像するＣＣＤや、カラー映像を撮像するＣＣＤである。
【００２７】
ビームスプリッタ３２は、３つのプリズム３２ａ、３２ｂ及び３２ｃによって構成されている。ハーフミラー２２によって上述したように映像用被写体光から分離されたオートフォーカス用被写体光は光軸Ｏ１に沿って進行し、まず、プリズム３２ａに入射される。このプリズム３２ａでは、ハーフミラー面３２ｄで反射光と透過光とに分割され、反射光はオートフォーカス用撮像素子Ｃに入射され（光軸Ｏ２）、透過光はプリズム３２ｂに入射される。そして、プリズム３２ｂでは、ミラー面３２ｅで可視光成分が反射されてオートフォーカス用撮像素子Ｂに入射される（光軸Ｏ３）。一方、ミラー面３２ｅにおいて赤外光成分は透過されて、プリズム３２ｃを介してベストピント方向検出用撮像素子Ａに入射される。
【００２８】
なお、光軸Ｏ２、Ｏ３上の各オートフォーカス用撮像素子Ｃ、Ｂの手前には赤外光をカットするＩＲカットフィルタが配置されており、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣには赤外光は到達しないようになっている。
【００２９】
駆動装置３４は、ベストピント方向検出用撮像素子Ａをベストピント方向検出用被写体光（赤外光）に沿って駆動する。
【００３０】
ここで、ベストピント方向検出用撮像素子Ａの駆動装置３４の詳細を説明する。図２は、駆動装置を示す図である。図２（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は正面図である。
【００３１】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように駆動装置３４は、主として撮影レンズ１２側に設けられた保持枠４０、ベストピント方向検出用撮像素子Ａを支持するフレーム４２、ばね４４、モータ４６、ポテンショメータ４８、雄ねじを周面に備えた回転軸５０などで構成されている。
【００３２】
保持枠４０には光軸Ｏ１と平行に形成された案内溝４０ａ、４０ｂが形成されており、この案内溝４０ａ、４０ｂによってフレーム４２が光軸Ｏ１と平行に摺動自在に支持される。案内溝４０ａ、４０ｂに沿ってフレーム４２を摺動させれば、フレーム４２に支持されたベストピント方向検出用撮像素子Ａを光軸Ｏ１に沿って前後に移動できる（図２（ａ）矢印）。
【００３３】
保持枠４０の案内溝４０ｂの縁部には、フレーム４２に付勢力を与えるばね４４が設けられ、このばね４４によってフレーム４２は図２（ａ）における右方向に向けて常時付勢される。
【００３４】
一方、保持枠４０の前記ばね４４に対向する案内溝４０ｂの縁部には、回転軸５０を回動自在に支持する支持孔５２が形成され、この支持孔５２の内周部には回転軸５０の前記雄ねじと螺合する雌ねじが形成されている。回転軸５０の前端部（図２（ａ）における左側）は前記フレーム４２に当接しており、回転軸５０の回動にともなうねじの送り作用および回転軸５０の直進作用によって、フレーム４２を前記ばね４４の付勢力に抗して同図左方向に付勢する。
【００３５】
回転軸５０の後端部にはギヤ５４が取り付けられ、このギヤ５４にはポテンショメータ４８の回転検出用の入力軸５６に取り付けられたギヤ５８が噛合される。さらにこのギヤ５８は、モータ４６の出力軸６０に取り付けられたギヤ６２と噛合されている。
【００３６】
このような構成の駆動装置３４によって、モータ４６を駆動させるとフレーム４２によって支持されたベストピント方向検出用撮像素子Ａを光軸Ｏ１に沿って前後に駆動できる。また、ポテンショメータ４８によりギヤ５８の回転が検出され、ポテンショメータ４８による回転検出によってベストピント方向検出用撮像素子Ａの位置が検出される。ベストピント方向検出用撮像素子Ａの位置の検出方法については後述する。
【００３７】
図３は、撮影レンズ１２を示すブロック図である。信号処理部７０は、ベストピント方向検出用撮像素子Ａ、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣで撮像された画像が入力され、この映像信号に基づいて撮影レンズ１２のピント状態を検出するものであり、制御手段として機能する中央演算処理装置（ＣＰＵ）７２のほか、Ａ／Ｄ変換器７４、Ｄ／Ａ変換器７６、フォーカスデマンド７８、ズームデマンド８０などを備えている。
【００３８】
ＣＰＵ７２は、所定のプログラムに従って撮影レンズ１２内のフォーカスレンズ群１４やズームレンズ群１６などの各機器を制御する制御手段として機能するとともに、ベストピント方向検出用撮像素子Ａ、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣの制御手段としても機能する。なお、ＣＰＵ７２は制御用プログラムおよび制御や演算に必要な各種データテーブルなどが格納されたＲＯＭのほか、作業用記憶領域として利用される不図示のＲＡＭなどを備えている。
【００３９】
撮影レンズ１２はマニュアルフォーカス（ＭＦ）またはオートフォーカス（ＡＦ）によりフォーカスが制御される。
【００４０】
ＭＦ時において、フォーカスデマンド７８は撮影レンズ１２の外周に設けられた不図示のフォーカスノブの回転操作量に応じてフォーカスレンズ群の移動位置を指令するフォーカスデマンドデータを、Ａ／Ｄ変換器７４を介してＣＰＵ７２に出力する。ＣＰＵ７２は、フォーカスデマンドデータに基づいてフォーカスモータ８２用の駆動回路８４に制御信号を出力し、撮影レンズ１２のフォーカスレンズ群１４を駆動する。なお、ＣＰＵ７２では取り込んだフォーカスデマンドデータと、フォーカス用のポテンショメータ８６からＡ／Ｄ変換器７４を介して入力されるフォーカスレンズ群１４の位置データとに基づいてフォーカスレンズ群１４の移動速度などが演算される。
【００４１】
一方、ズームデマンド８０は、撮影レンズ１２の外周部に回動自在に設けられたズームリングの回転方向や回転量に応じてズームレンズ群１６の移動速度を指令するズームデマンドデータをＡ／Ｄ変換器７４を介してＣＰＵ７２に出力する。ＣＰＵ７２は、ズームデマンドデータに基づいてズームモータ８８の駆動回路９０に制御信号を出力し、撮影レンズ１２のズームレンズ群１６を駆動する。ＣＰＵ７２では、取り込んだズームデマンドデータと、ポテンショメータ９２からＡ／Ｄ変換器７４を介して入力されるズームレンズ群１６の位置データとに基づいてズームレンズ群１６の移動量などが演算される。
【００４２】
さらに、ＣＰＵ７２は、アイリス１８用のポテンショメータ９４からＡ／Ｄ変換器７４を介して入力される絞り値データと、カメラ本体１０から与えられるアイリス制御信号とに基づいてアイリスモータ９６の駆動量を演算し、Ｄ／Ａ変換器７６を介して駆動回路９８にアイリスモータ９６の制御信号を出力する。
【００４３】
オートフォーカス時には、ベストピント方向検出用撮像素子Ａ、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣで撮像された画像は信号処理部７０のＣＰＵ７２に出力され、ＣＰＵ７２は、ベストピント方向検出用撮像素子Ａ、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣから取得した映像信号に基づいて撮影レンズ１２のピント状態を検出する。そして、その検出したピント状態に基づいてＣＰＵ７２からＤ／Ａ変換器７６を介してフォーカスモータ８２の駆動回路８４に制御信号を出力し、撮影レンズ１２のフォーカスをＡＦ制御する。このＡＦ制御については後述する。
【００４４】
ベストピント方向検出用撮像素子Ａにおける駆動装置３４のモータ４６は、駆動回路１１０からの駆動信号に基づき作動される。この駆動回路１１０は、信号処理部７０のＤ／Ａ変換器７６から出力される制御信号に基づいてモータ４６を駆動する。これにより、ベストピント方向検出用撮像素子Ａが移動制御される。
【００４５】
また、ポテンショメータ４８は入力軸５６（図２参照）の回転をもとにしてベストピント方向検出用撮像素子Ａの位置を検出し、その位置データを信号処理部７０のＡ／Ｄ変換器７４に出力する。
【００４６】
次に、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣを用いてピント状態の検出処理を行う方法（ＰＦ（プレシジョンフォーカス）動作ルーチン）について、図３及び図４を参照して説明する。まず、各オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣにより撮像された被写体の画像は、それぞれ所定形式のビデオ信号として信号処理部７０に出力され、信号処理部７０のハイパスフィルタ１２０ｂ及び１２０ｃに入力されて、その高域周波数成分が抽出される。ハイパスフィルタ１２０ｂ及び１２０ｃで抽出された高域周波数成分の信号は、Ａ／Ｄ変換器１２２ｂ及び１２２ｃによってデジタル信号に変換される。そして、各オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣにより撮像された画像の１画面分（１フィールド分）のデジタル信号のうち所定のフォーカスエリア内（例えば画面中央部分）の画素に対応するデジタル信号のみがゲート回路１２４ｂ及び１２４ｃによって抽出され、抽出された範囲のデジタル信号の値が加算器１２６ｂ及び１２６ｃによって加算される。これにより、所定のフォーカスエリア内におけるビデオ信号の高域周波数成分の値の総和が求められ、求められた値が所定のフォーカスエリア内における画像の鮮鋭度すなわち画像のコントラストの高低を示す焦点評価値ＶＢ及びＶＣとなる。
【００４７】
そして、焦点評価値（ＶＢ及びＶＣ）の信号がＣＰＵ７２に入力される。例えば、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣとして白黒画像を撮影するＣＣＤを用いた場合には、各オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣから信号処理部７０に出力されるビデオ信号は、それぞれの画面を構成する各画素の輝度を示す輝度信号となる。
【００４８】
なお、各オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣやゲート回路１２４ｂ及び１２４ｃなどの各回路には、図示しない同期信号発生回路から各種同期信号が与えられて各回路の処理の同期が図られている。また、ＣＰＵ７２には、同期信号発生回路からビデオ信号の１フィールドごとの垂直同期信号（Ｖ信号）が与えられている。
【００４９】
ＣＰＵ７２は、このように得られた焦点評価値ＶＢ及びＶＣに基づいて、映像用撮像素子の撮像面（図１に示すピント面Ｐ）に対する撮影レンズ１２の現在のピント状態を検出する。
【００５０】
なお、図３の符号１２８ｂ及び１２８ｃは、必要に応じてそれぞれオートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣから出力されるビデオ信号を増幅するための増幅器である。増幅器１２８ｂ及び１２８ｃについては後述する（図６及び図７参照）。
【００５１】
図４は、焦点評価値を模式的に示すグラフである。図４において、横軸は撮影レンズ１２のフォーカス位置であり、縦軸は焦点評価値である。図中実線で示す曲線ＳＢ及びＳＣはそれぞれオートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣから得られる焦点評価値であり、図中破線で示す曲線ＳＰは映像用撮像素子（Ｐ）から得られる焦点評価値である。曲線ＳＰにて示す焦点評価値が最大（極大）となる位置Ｆ１が映像用撮像素子（Ｐ）の合焦位置である。
【００５２】
撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１に設定された場合、各オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣから得られる焦点評価値は、各曲線ＳＢ、ＳＣの位置Ｆ１に対応する値ＶＢ１、ＶＣ１となる。この場合、各焦点評価値の関係はオートフォーカス用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ１とオートフォーカス用撮像素子Ｃから得られる焦点評価値ＶＣ１とが同値となり、かつ映像用撮像素子Ｐにおける焦点評価値ＶＰ１が異なる値となる（ＶＢ１＝ＶＣ１≠ＶＰ１）。したがって、このようにオートフォーカス用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ１とオートフォーカス用撮像素子Ｃから得られる焦点評価値ＶＣ１とが同値で、かつ、映像用撮像素子Ｐにおける焦点評価値ＶＰ１がこれら焦点評価値ＶＢ１及びＶＣ１と異なる場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１に設定された状態であることが分かる。
【００５３】
一方、撮影レンズ１２のフォーカス位置が、上記合焦位置Ｆ１よりも至近側の位置Ｆ２に設定された場合、各オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣにより得られる焦点評価値は各曲線ＳＢ、ＳＣの位置Ｆ２に対応する値ＶＢ２、ＶＣ２となる。この場合、オートフォーカス用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ２とオートフォーカス用撮像素子Ｃから得られる焦点評価値ＶＣ２の関係は、オートフォーカス用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ２がオートフォーカス用撮像素子Ｃから得られる焦点評価値ＶＣ２よりも大きくなる（ＶＢ２＞ＶＣ２）。このようにオートフォーカス用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ２がオートフォーカス用撮像素子Ｃから得られる焦点評価値ＶＣ２よりも大きい場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１よりも至近側に設定された状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。
【００５４】
同様に、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１よりも無限遠側の位置Ｆ３に設定された場合、各オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣにより得られる焦点評価値は、各曲線ＳＢ、ＳＣの位置Ｆ３に対応する値ＶＢ３、ＶＣ３となる。この場合、オートフォーカス用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ３とオートフォーカス用撮像素子Ｃから得られる焦点評価値ＶＣ３の関係は、オートフォーカス用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ３がオートフォーカス用撮像素子Ｃから得られる焦点評価値ＶＣ３よりも小さくなる（ＶＢ３＜ＶＣ３）。このようにオートフォーカス用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ３がオートフォーカス用撮像素子Ｃから得られる焦点評価値ＶＣ３よりも小さい場合は、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１よりも無限遠側に設定された状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。
【００５５】
上述のように、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣから得られる焦点評価値（それぞれＶＢ及びＶＣ）に基づいてピント状態の検出処理を行って撮影レンズ１２のフォーカス位置を調整することにより、ＡＦ制御を行うことができる。
【００５６】
次に、本発明のピント状態の検出処理方法について説明する。図５は、本発明の一実施形態に係るピント状態の検出処理方法を示すフローチャートである。
【００５７】
まず、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣから焦点評価値ＶＢ及びＶＣが取り込まれ（ステップＳ１０）、この焦点評価値ＶＢ及びＶＣに基づいて、上述のようにピント状態の検出処理、及びＡＦ制御（ＰＦ動作ルーチン）が行われる。ステップＳ１０においては、撮影レンズ１２のフォーカス位置が焦点評価値ＶＢ及びＶＣが互いに等しい位置（例えば、図４のＦ１やＦ４等）に設定される。
【００５８】
次に、大ボケ状態でフォーカスストップしているかどうかが判断される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２においては、例えば、撮影レンズ１２のフォーカス位置が図４のＦ４に設定された場合のように、焦点評価値ＶＢ４及びＶＣ４が互いに等しく、かつＶＢ４及びＶＣ４が所定値（オフセット値Ｖｏｆｆ）以下である場合に、大ボケ状態と判断される。
【００５９】
ステップＳ１２において、大ボケ状態ではないと判断された場合には、撮影レンズ１２が合焦位置Ｆ１に設定されたと判断され、ＡＦ制御が終了される。
【００６０】
一方、ステップＳ１２において、大ボケ状態であると判断された場合、ベストピント方向検出用撮像素子Ａを光軸Ｏ１上で前後に動かして（ステップＳ１４）、ベストピント方向検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡに基づいてベストピント方向（ステップＳ１０のフォーカス位置から合焦位置Ｆ１への向き）が検出される（ステップＳ１６）。なお、焦点評価値ＶＡの算出方法については、上記のＶＢ及びＶＣと同様であるため説明を省略する。
【００６１】
図６は、ベストピント方向の検出方法を説明するためのグラフである。図中破線で示す曲線ＳＡは、ベストピント方向検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値である。なお、図６中の他の符号については、図４と同様であるため説明を省略する。
【００６２】
ベストピント方向検出用撮像素子Ａを光軸Ｏ１上で前後に動かすことは、ベストピント方向検出用撮像素子Ａに対して撮影レンズ１２のフォーカス位置を移動させることと等価であるため、以下では図６に示す焦点評価値曲線ＳＡの位置を固定して説明する。撮影レンズ１２のフォーカス位置が大ボケ状態の位置（Ｆ４）でフォーカスストップしているとすると、ベストピント方向検出用撮像素子Ａを光軸Ｏ１上で前後に動かす（ステップＳ１４）。これにより、焦点評価値曲線ＳＡの立ち上がり部分（焦点評価値が増加する部分）が検出される。焦点評価値曲線ＳＡの増加する方向がベストピント方向である。
【００６３】
そして、撮影レンズ１２のフォーカス位置がステップＳ１６において検出されたベストピント方向に動かされる（ステップＳ１８）。そして、焦点評価値曲線ＳＢ又はＳＣの立ち上がり部分が検出されると、ＰＦ動作ルーチンに移行される（ステップＳ２０）。これにより、撮影レンズ１２のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１に設定される。
【００６４】
本実施形態によれば、大ボケ状態でフォーカスストップしてしまうのを防ぐことができる。また、ベストピント方向の検出に赤外光を使用するため、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣに入射する可視光の光量が少なくなることがない。
【００６５】
なお、上述の実施形態においては、合焦位置Ｆ１において焦点評価値ＶＢ及びＶＣの値が小さく、ＰＦ動作ルーチンによるＡＦ制御が行われない場合がある。図７は合焦位置Ｆ１において焦点評価値ＶＢ及びＶＣの値が小さい場合を示すグラフであり、図８は焦点評価値ＶＢ及びＶＣの値が小さい場合のピント状態の検出処理方法を示すフローチャートである。なお、図７に示す符号は、上述の図４と同様であるため説明を省略する。
【００６６】
まず、上記のステップＳ１８において検出されたベストピント方向に、撮影レンズ１２のフォーカス位置が動かされる（ステップＳ３０）。そして、ベストピント方向検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡに基づいて合焦（ベストピント）位置Ｆ１の近傍であると判断されると（ステップＳ３２）、ステップＳ３２における撮影レンズ１２のフォーカス位置において、オートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣから得られる焦点評価値ＶＢ及びＶＣが閾値以上であるかどうか判断される（ステップＳ３４）。ステップＳ３２においては、例えば、ベストピント方向検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値曲線ＳＡのピークを捜すことにより、合焦位置Ｆ１の近傍であるかどうか判断される。
【００６７】
ステップＳ３４において焦点評価値ＶＢ及びＶＣが閾値以上である場合、ＰＦ動作ルーチンにより合焦位置Ｆ１が検出される（ステップＳ３６）。一方、図７に示すように、ステップＳ３４において焦点評価値ＶＢ及びＶＣが閾値未満である場合（例えば、焦点評価値ＶＢ及びＶＣがノイズに埋もれて見えない場合等）、図３に示す増幅器１２８ｂ及び１２８ｃによりオートフォーカス用撮像素子Ｂ及びＣからのビデオ信号が増幅されることにより、焦点評価値ＶＢ及びＶＣの値が大きくなり（ステップＳ３８）、ＰＦ動作ルーチンに移行される（ステップＳ３６）。これにより、合焦位置Ｆ１において焦点評価値ＶＢ及びＶＣの値が小さい場合にも、ＰＦ動作ルーチンによりピント状態の検出及びＡＦ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係るオートフォーカスシステムが適用されるテレビカメラシステムの構成を示すブロック図
【図２】駆動装置を示す図
【図３】撮影レンズ１２を示すブロック図
【図４】焦点評価値を模式的に示すグラフ
【図５】本発明の一実施形態に係るピント状態の検出処理方法を示すフローチャート
【図６】ベストピント方向の検出方法を説明するためのグラフ
【図７】合焦位置Ｆ１において焦点評価値ＶＢ及びＶＣの値が小さい場合を示すグラフ
【図８】焦点評価値ＶＢ及びＶＣの値が小さい場合のピント状態の検出処理方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００６９】
１…テレビカメラシステム、１０…カメラ本体、１２…撮影レンズ、１４…フォーカスレンズ群、１６…ズームレンズ群、１８…アイリス、２０…リレーレンズ群、２２…ハーフミラー、３０…ピント状態検出部、３２…ビームスプリッタ、３４…駆動装置、４６…モータ、４８…ポテンショメータ、７２…ＣＰＵ、１２８ｂ、１２８ｃ…増幅器、Ａ…ベストピント方向検出用撮像素子（ＣＣＤ）、Ｂ、Ｃ…オートフォーカス用撮像素子（ＣＣＤ）、Ｏ、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３…光軸、Ｐ…映像用撮像素子（ＣＣＤ）のピント面（撮像面）
【図１】
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【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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