(57)【要約】【課題】光路長差の異なる位置に配置された複数の撮像面により撮像した被写体画像のコントラストに基づいて撮影レンズの自動ピント調整を行う光路長差方式のＡＦを採用したオートフォーカスシステムにおいて、複数の撮像面を単一平面の撮像面を有する単一の撮像素子により構成することによって、複数の撮像素子を用いた場合のような特性差により生じるピント誤差をなくし、正確にピント合わせを行う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】ＡＦ用撮像素子３２の単一平面の撮像面を仮想的に２つのｃｈＡ撮像面３２Ａと、ｃｈＢ撮像面３２Ｂとに分割し、各撮像面３２Ａ、３２Ｂに入射させる被写体光の光路長に差を設ける。【選択図】      図３
2006003643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズにより結像される被写体画像を光路長が異なる位置に配置されたオートフォーカス用の複数の撮像面により撮像し、該撮像して得られた被写体画像のコントラストに基づいて前記撮影レンズのフォーカスを制御して自動ピント調整を行うオートフォーカスシステムにおいて、
単一の撮像素子に単一平面で構成された撮像面を仮想的に複数の撮像面に分割すると共に、該分割した各撮像面に入射する各被写体光が通過する光路の光路長に差を設けることによって、前記撮像素子の仮想的に分割した複数の撮像面を、前記オートフォーカス用の複数の撮像面とす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】
前記撮像素子は、記録又は再生用の被写体画像を結像する前記撮影レンズの本来の撮影用光路から分岐したオートフォーカス専用の光路に配置することを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
【請求項３】
前記撮像素子の仮想的に分割した複数の撮像面によって撮像して得られた映像信号を同一処理回路によって処理することによって各撮像面で撮像された被写体画像のコントラストを検出することを特徴とする請求項１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、特に光路長差を有する複数の撮像面により撮像した画像のコントラストに基づいて自動ピント調整を行ういわゆる光路長差方式のオートフォーカスを採用したオートフォーカスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放送用テレビカメラなどで好適なオートフォーカス（以下、ＡＦと記す）の方式として光路長差方式のＡＦが提案されている。光路長差方式のＡＦは、光路長に差を持つ複数の撮像面で撮像した各被写体画像のコントラストに基づいてピント状態を検出するもので、一般のコントラスト方式のＡＦのようにピント状態を検出するためにフォーカスを微小振動させるワブリングが不要となるため、迅速なピント合わせが可能になるなどの利点がある。
【０００３】
また、特許文献１では、光路長差方式のＡＦにおいて、複数（２つ）の撮像面を単一の撮像素子で構成するものが提案されている。これによれば、単一の撮像素子において１水平ラインごとに光軸方向に前後する撮像面が形成される。
【特許文献１】特公平０７−０６０２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来、光路長差方式のＡＦを採用する場合に、複数の撮像素子を用いてＡＦ用の複数の撮像面を構成すると、同一種の撮像素子を用いた場合であっても特性が完全に一致せず、条件によっては正確にピント状態を検出することができない場合がある。
【０００５】
また、特許文献１のように単一の撮像素子に光路長が異なる複数の撮像面を形成した場合には、レンズなどの光学的仕様によって光路長差を調整することが困難であり、また、撮像素子の構造によって光路長差が一定の値に固定されてしまうため、光路長差を撮像素子の製造上困難な値まで大きくしたいという場合（例えば１ｍｍ）であってもその手段がなく、撮像素子の製造誤差による光路長差のばらつきを補正することも難しいという問題があった。また、特殊な撮像素子であるため、コストが高くなるという欠点もあった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光路長差方式のＡＦを採用したオートフォーカスシステムにおいて、ＡＦ用の複数の撮像面を通常の撮像素子を用いて構成すると共に、複数の撮像面を個別の撮像素子で構成した場合のような各撮像素子の特性の違いによって生じるピント誤差をなくして高精度のピント合わせを行えるようにし、また、結像光学系の光学的仕様によって容易に各撮像面の光路長差を所望の大きさ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】
【０００７】
前記目的を達成するために、請求項１に記載のオートフォーカスシステムは、撮影レンズにより結像される被写体画像を光路長が異なる位置に配置されたオートフォーカス用の複数の撮像面により撮像し、該撮像して得られた被写体画像のコントラストに基づいて前記撮影レンズのフォーカスを制御して自動ピント調整を行うオートフォーカスシステムにおいて、単一の撮像素子に単一平面で構成された撮像面を仮想的に複数の撮像面に分割すると共に、該分割した各撮像面に入射する各被写体光が通過する光路の光路長に差を設けることによって、前記撮像素子の仮想的に分割した複数の撮像面を、前記オートフォーカス用の複数の撮像面とすることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、単一の撮像素子の単一平面の撮像面を仮想的に分割してＡＦ用の複数の撮像面を構成するため、各撮像面によって撮像された被写体画像の信号は同一特性により処理されて得られたものとなる。従って、複数の撮像面を個別の撮像素子で構成した場合のような各撮像素子の特性の違いによって生じるピント誤差がなく、正確にピント合わせを行うことができ、また、通常の撮像素子を使用するため安価にシステムを構成することができる。また、各撮像面の光路長差は、各撮像面に入射する被写体光の光路長によって調整することができるため、容易に所望の大きさに設定することができる。
【０００９】
請求項２に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載の発明において、前記撮像素子は、記録又は再生用の被写体画像を結像する前記撮影レンズの本来の撮影用光路から分岐したオートフォーカス専用の光路に配置することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載のオートフォーカスシステムは、前記撮像素子の仮想的に分割した複数の撮像面によって撮像して得られた映像信号を同一処理回路によって処理することによって各撮像面で撮像された被写体画像のコントラストを検出することを特徴としている。本発明によれば、処理回路の簡素化と低コスト化を図ることができると共に、アナログ処理回路の場合には同一回路で各撮像面の映像信号を処理することによって回路特性による誤差を無くすことができるため効果的である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、複数の撮像面を個別の撮像素子で構成した場合のような各撮像素子の特性の違いによって生じるピント誤差がなく高精度にピント合わせを行うことができる。また、結像光学系の光学的仕様によって容易に各撮像面の光路長差を所望の大きさにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳説する。
【００１３】
図１は、本発明のオートフォーカスシステムを適用したレンズシステムの構成を示したブロック図である。同図のレンズシステムは、例えば放送用テレビカメラのカメラ本体（カメラヘッド）にマウントによって装着される撮影レンズ（撮影光学系）と、撮影レンズを制御する制御系とから構成されている。尚、撮影レンズと、一部を除く制御系とは一体化されたレンズ装置として構成されている場合や、撮影レンズと制御系とが別体の装置として構成される場合等のようにシステムを構成する装置の形態はどのようなものでもよい。
【００１４】
撮影レンズは、被写体の像をカメラ本体の撮像面に結ぶ撮影光学系であり、撮影レンズには各種固定のレンズ群の他に、光軸方向に移動可能なレンズ群として同図に示すフォーカスレンズ（群）ＦＬやズームレンズ（群）ＺＬが配置されている。フォーカスレンズＦＬが移動すると、ピント位置（被写体距離）が変わり、ズームレンズＺＬが移動すると、像倍率（焦点距離）が変わる。また、撮影レンズには絞り値を変更するために開閉駆動される同図に示す絞りＩが配置されている。
【００１５】
レンズシステムの制御系は、ＣＰＵ１０、アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡ、モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭ、フォーカスデマンド１８、ズームデマンド２０、ＡＦ回路３０等から構成されている。ＣＰＵ１０は、システム全体を統括制御しており、ＣＰＵ１０からＤ／Ａ変換器１２を介して各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに駆動信号が出力されると、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭがその駆動信号の値（電圧）に応じた回転速度で駆動される。各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭは、上記撮影レンズのフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩに連結しており、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭの駆動と共に、フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩが駆動される。各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭの出力軸にはそれらの回転位置に応じた電圧信号を出力するポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰが連結されており、各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰからの電圧信号は、フォーカスレンズＦＬの位置、ズームレンズＺＬの位置、絞りＩの位置を示す信号としてＡ／Ｄ変換器１４を介してＣＰＵ１０に与えられる。従って、ＣＰＵ１０から各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに与えられる駆動信号によって撮影レンズのフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの位置又は動作速度が所望の状態に制御される。
【００１６】
フォーカスデマンド１８やズームデマンド２０は、撮影レンズのフォーカス（フォーカスレンズＦＬ）やズーム（ズームレンズＺＬ）の目標となる位置や移動速度をマニュアル操作で指定するマニュアル操作部材を備えたコントローラである。フォーカスデマンド１８は、シリアルコミュニケーションインターフェース（ＳＣＩ）２２、２４を通じてＣＰＵ１０とシリアル通信により接続され、ズームデマンド１４は、Ａ／Ｄ変換器３４を介してＣＰＵ１０と接続されている。
【００１７】
本レンズシステムでは、フォーカス制御をマニュアルフォーカス（ＭＦ）と、オートフォーカス（ＡＦ）のいずれかで行うことが可能であり、ＭＦの制御時においては、フォーカスデマンド１８でのマニュアル操作部材の操作に従ってフォーカス制御が行われる。ＭＦの制御時にフォーカスデマンド１８のマニュアル操作部材を操作すると、例えば、その操作部材の位置に対応したフォーカスの目標位置を指定するフォーカス指令信号がＣＰＵ１０に与えられる。ＣＰＵ１０は、フォーカスの位置がそのフォーカス指令信号により指定された目標位置となるようにアンプＦＡに出力する駆動信号によりモータＦＭを制御してフォーカスレンズＦＬの位置を制御する。尚、一般にＭＦの制御ではフォーカスデマンド１８から与えられる目標位置に従ってフォーカスレンズＦＬの位置制御が行われるが、フォーカスデマンド１８から目標の移動速度が与えられ、それに従ってフォーカスレンズＦＬの速度制御を行うことも可能である。
【００１８】
ズームデマンド２０のマニュアル操作部材を操作した場合には、例えば、その操作部材の位置に対応したズームの目標の移動速度を指定するズーム指令信号がＣＰＵ１０に与えられる。ＣＰＵ１０は、ズームの移動速度がそのズーム指令信号により指定された目標の移動速度となるようにアンプＺＡに出力する駆動信号によりモータＺＭを制御してズームレンズＺＬの移動速度を制御する。尚、一般にズーム制御ではズームデマンド２０から与えられる目標の移動速度に従ってズームレンズＺＬの速度制御が行われるが、ズームデマンド２０から目標位置が与えられ、それに従ってズームレンズＺＬの位置制御を行うことも可能である。
【００１９】
図示しないカメラ本体からは、絞りＩの目標位置を指定するアイリス指令信号がＣＰＵ１０に与えられるようになっており、ＣＰＵ１０は絞りＩの位置（開閉度）がそのアイリス指令信号により指定された目標位置となるようにアンプＩＡに出力する駆動信号によりモータＩＭを制御し絞りＩの位置を制御する。
【００２０】
ＡＦ回路３０は、詳細を後述するように被写体画像のコントラストの高低を示す焦点評価値を検出する回路であり、焦点評価値の情報がＡＦ回路３０からＣＰＵ１０に与えられるようになっている。ＣＰＵ１０は、ＡＦ制御時において、ＡＦ回路３０から得られる焦点評価値の情報に基づいて撮影レンズのピント状態が合焦となるようにアンプＦＡに出力する駆動信号によりモータＦＭを制御してフォーカスレンズＦＬを制御する。尚、本実施の形態のＡＦはいわゆるワンショットＡＦである。ＣＰＵ１０は、所定箇所（レンズ装置やコントローラ等）に設けられた例えば自動復帰型の押しボタンスイッチであるＡＦスイッチＳ１のオン／オフ状態を検出しており、そのＡＦスイッチＳ１が押されてオン状態になるとＡＦ制御の処理（ＡＦ処理）を行い、ＡＦスイッチＳ１が離されてオフ状態になるとＭＦ制御の処理（ＭＦ処理）に切り替える。但し、連続してＡＦ制御実行する連続ＡＦであってもよいし、ワンショットＡＦと連続ＡＦとを選択できるようにしてもよい。
【００２１】
ＡＦ回路３０は、ＡＦ用撮像素子３２、Ａ／Ｄ変換器３４、ゲート回路３６、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３８、加算回路４０Ａ、４０Ｂ、ＡＦ用ＣＰＵ４２等から構成される。ＡＦ用撮像素子３２（例えばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ））は、カメラ本体に搭載された撮像素子（例えばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ）とは別に設けられている。カメラ本体の撮像素子は、記録又は再生用の本来の映像を撮影するための撮像素子（以下、映像用撮像素子という）であるのに対し、ＡＦ用撮像素子３２はＡＦ専用に設けられた撮像素子であり、例えば、図２のように構成された撮影レンズの光学系に配置される。
【００２２】
ここで図２を用いて撮影レンズの全体構成の概略と共にＡＦ用撮像素子３２の配置について説明する。撮影レンズ５０の光軸Ｏに沿った撮影用光路には、上記フォーカスレンズ（群）ＦＬ、上記ズームレンズ（群）ＺＬ、上記絞りＩ、前側リレーレンズＲＡ及び後側リレーレンズＲＢからなるリレーレンズ（リレー光学系）等が順に配置されている。撮影レンズ５０に入射した被写体光はこれらのレンズ群を通過してカメラ本体５６に入射する。カメラ本体５６には、撮影レンズ５０から入射した被写体光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の波長に分解する色分解光学系５８と、色分解された各色の被写体光の像を撮像するＲ、Ｇ、Ｂごとの映像用撮像素子が配置されている。尚、同図では、光学的に等価な光路長の位置に配置されたＲ、Ｇ、Ｂの映像用撮像を１つの映像用撮像素子６０で表している。映像用撮像素子６０の撮像面に入射した被写体光は、映像用撮像素子６０によって光電変換されてカメラ本体５６内の所定の信号処理回路によって記録又は再生用の映像信号が生成される。
【００２３】
一方、撮影レンズ５０のリレー光学系の前側リレーレンズＲＡと後側リレーレンズＲＢとの間には、ハーフミラー５２が配置されている。このハーフミラー５２によって、撮影レンズ５０の光路が２つに分岐される。撮影レンズ５０に入射した被写体光のうち、ハーフミラー５２を透過した被写体光は、上述のように光軸Ｏの撮影用光路に沿ってカメラ本体５６へと導かれる。ハーフミラー５２で反射した被写体光は、上記光軸Ｏに略垂直な光軸Ｏ′の光路（ＡＦ用光路）へと導かれる。
【００２４】
ＡＦ用光路には、リレーレンズＲＣ、ＲＤ、ＲＥ、ハーフミラー７０、ミラー７２、７４、光路長補償板７８、８０、直角プリズム８２、ＡＦ用撮像素子３２等が配置されている。ハーフミラー５２で反射してＡＦ用光路へと導かれた被写体光は、リレーレンズＲＣを通過した後、ハーフミラー７０に入射する。ハーフミラー７０に入射した被写体光は、２つの被写体光に分岐され、ハーフミラー７０を透過した被写体光はＡチャンネル（ｃｈＡ）の光路へと導かれ、ハーフミラー７０で反射した被写体光はＢチャンネル（ｃｈＢ）の光路へと導かれる。
【００２５】
ｃｈＡの光路へと導かれた被写体光（ｃｈＡの被写体光）は、リレーレンズＲＤ、光路長補償板７８を通過した後、ミラー７２で反射し、直角プリズム８２へと導かれる。直角プリズム８２の直角を挟む２面８２Ａ、８２Ｂは反射膜が施された反射面となっており、直角プリズム８２へと導かれたｃｈＡの被写体光は、その一方の反射面８２Ａで反射してＡＦ用撮像素子３２に入射する。
【００２６】
一方、ｃｈＢの光路に導かれた被写体光（ｃｈＢの被写体光）は、ミラー７４で反射した後、リレーレンズＲＥを通過し、更に、ミラー７６で反射した後、光路長補償板８０を通過して直角プリズム８２へと導かれる。直角プリズム８２へと導かれたｃｈＢの被写体光は、上記反射面８２Ａと反対側の反射面８２Ｂで反射してＡＦ用撮像素子３２に入射する。尚、ｃｈＡの光路からＡＦ用撮像素子３２に入射する被写体光の光量と、ｃｈＢの光路からＡＦ用撮像素子３２に入射する被写体光の光量とが等価となるようにハーフミラー７０の反射率・透過率等によって調整されている。
【００２７】
ｃｈＡ、ｃｈＢの光路を通過してＡＦ用撮像素子３２に入射したｃｈＡ、ｃｈＢの被写体光は、各リレーレンズＲＣ、ＲＤ、ＲＥの作用によりＡＦ用撮像素子３２の撮像面に結像するが、図３に示すようにＡＦ用撮像素子の単一平面の撮像面のうち、向かって左側半分の領域３２ＡにｃｈＡの被写体光が結像され、向かって右側半分の領域３２ＢにｃｈＢの被写体光が結像される。このようにＡＦ用撮像素子３２の単一平面の撮像面は、仮想的に２つの撮像面に分割される。尚、ＡＦ用撮像素子の撮像面のうちｃｈＡの被写体光が結像される左側半分の領域をｃｈＡ撮像面３２Ａといい、ｃｈＢの被写体光が結像される右側半分の領域をｃｈＢ撮像面３２Ｂという。
【００２８】
また、ｃｈＡの光路とｃｈＢの光路の経路の長さの違いと、各光路に挿入された光路長補償板７８、８０の厚み等による光路長の調整により、ｃｈＡの被写体光と、ｃｈＢの被写体光とは所定の光路長差でＡＦ用撮像素子のｃｈＡ撮像面３２Ａ、ｃｈＢ撮像面３２Ｂに入射するようになっている。従って、ｃｈＡ撮像面３２ＡとｃｈＢ撮像面３２Ｂとは実質的に光路長が異なる位置に配置された２つの撮像面を構成する。
【００２９】
図４は、カメラ本体５６の映像用撮像素子６０の撮像面６０Ａと、ＡＦ用撮像素子３２のｃｈＡ撮像面３２Ａと、ｃｈＢ撮像面３２Ｂとを同一の光軸上に表した図である。同図に示すように、ＡＦ用撮像素子３２のｃｈＡ撮像面３２Ａに入射する被写体光の光路長は、ｃｈＢ撮像面３２Ｂに入射する被写体光の光路長よりも短くなるようにｃｈＡ、ｃｈＢの光路が設計され、かつ、映像用撮像素子６０の撮像面６０Ａに入射する被写体光の光路長がそれらの光路長の中間の長さとなるように設定されている。すなわち、ｃｈＡ撮像面３２ＡとｃｈＢ撮像面３２Ｂは、それぞれ映像用撮像素子６０の撮像面６０Ａに対して前後等距離ｄの位置となるように配置されている。
【００３０】
このように構成されたＡＦ用光路のＡＦ用撮像素子３２によって、撮影レンズ６０に入射した被写体光を映像用撮像素子６０の撮像面６０Ａに対して前後の等距離の位置にそれぞれ撮像面を配置した場合と等価な映像信号がｃｈＡ撮像面３２Ａ、ｃｈＢ撮像面３２Ｂから得られるようになっている。尚、ＡＦ用撮像素子３２は、一般の撮像素子であって、ｃｈＡ撮像面３２ＡとｃｈＢ撮像面３２Ｂとに分けて別々の映像信号を出力するのではなく、ｃｈＡ撮像面３２ＡとｃｈＢ撮像面３２Ｂの両方を含む一つの撮像面としての映像信号を出力している。また、ＡＦ用撮像素子３２はカラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態ではＡＦ用撮像素子３２から白黒の映像信号（輝度信号）が取得されるものとする。
【００３１】
図１のＡＦ回路３０において、ＡＦ用撮像素子３２からはｃｈＡ撮像面３２ＡとｃｈＢ撮像面３２Ｂを含む撮像面全体により撮像した映像を示す映像信号が出力される。これによって、同一特性の撮像素子により処理されたｃｈＡ撮像面３２ＡとｃｈＢ撮像面３２Ｂの領域の映像信号が得られる。そして、その映像信号は、Ａ／Ｄ変換器３４によりデジタル信号に変換された後、ゲート回路３６に入力される。ゲート回路３６では、撮影範囲（画面）内に設定された所定のＡＦエリア（例えば画面中央の矩形エリア）に対応する範囲内の映像信号が抽出される。ここで、図３に示すようにＡＦエリアは、ｃｈＡ撮像面とｃｈＢ撮像面の各々の撮像面において点線枠３２Ｃ、３２Ｄで示す２つの領域が対応する。これらの領域もＡＦエリア３２Ｃ、３２Ｄという。ゲート回路３６は、１画面を構成する１フィールド分の映像信号のうちそれらの２つのＡＦエリア３２Ｃ、３２Ｄの範囲に対応する映像信号を抽出する。
【００３２】
これによって抽出されたＡＦエリア３２Ｃ、３２Ｄ内の映像信号は続いてハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３８に入力され、ＨＰＦ３８により高域周波数成分の信号のみが抽出される。
【００３３】
ＨＰＦ３８によって抽出された高域周波数成分の信号のうち、ｃｈＡ撮像面３２ＡのＡＦエリア３２Ｃに対応する範囲の信号は加算回路４０Ａによって、ｃｈＢ撮像面３２ＢのＡＦエリア３２Ｄに対応する範囲の信号は加算回路４０Ｂによって１フィールド分ずつ積算され、その積算値が１フィールドごとにＡＦ用ＣＰＵ４２によって読み取られる。
【００３４】
このようにして各加算回路４０Ａ、４０Ｂから得られる積算値は、それぞれｃｈＡ撮像面、ｃｈＢ撮像面で撮像された（ＡＦエリア内の）被写体画像のコントラストの高低を評価する値を示す。本明細書ではこの積算値を焦点評価値といい、また、ｃｈＡ撮像面の範囲の映像信号から得られた焦点評価値をｃｈＡの焦点評価値、ｃｈＢ撮像面の範囲の映像信号から得られた焦点評価値をｃｈＢの焦点評価値というものとする。
【００３５】
以上の如く構成されたＡＦ回路３０によれば、ｃｈＡ撮像面３２ＡとｃｈＢ撮像面３２Ｂにより撮像された被写体画像のコントラスト（焦点評価値）を検出するまでの各処理回路は、加算回路４０Ａ、４０Ｂを除いてはいずれの撮像面の信号に対しても同一処理回路が使用されている。そのため、各撮像面の信号を別の処理回路で処理する場合に比べて低コストが図れる他に回路特性の相違（バラツキ）による検出誤差が生じないという利点がある。
【００３６】
図１においてＣＰＵ１０は、ＡＦ回路３０のＡＦ用ＣＰＵ４２から上述のようにして検出されたｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値を取得し、それらの焦点評価値に基づいて映像用撮像素子６０に対する撮影レンズのピント状態を検出する。ピント状態の検出は、次のような原理で行われる。図５は、横軸に撮影レンズのフォーカスレンズＦＬの位置（フォーカス位置）、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置と焦点評価値との関係を例示した図である。図中実線で示す曲線Ａ、Ｂは、それぞれＡＦ用撮像素子のｃｈＡ撮像面、ｃｈＢ撮像面により得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をフォーカス位置に対して示している。一方、図中点線で示す曲線Ｃは、映像用撮像素子６０から得られた映像信号により焦点評価値を求めたと仮定した場合の焦点評価値をフォーカス位置に対して示している。
【００３７】
同図において、ピント状態が合焦となるのは、曲線Ｃで示す映像用撮像素子６０の焦点評価値が最大（極大）となるときのフォーカス位置Ｆ０にフォーカスが設定された場合である。もし、撮影レンズのフォーカスがその合焦位置Ｆ０よりも至近側のフォーカス位置Ｆ１に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ１に対応する曲線Ａの値ＶA1となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ１に対応する曲線Ｂの値ＶB1となる。この場合、図から分かるようにｃｈＡの焦点評価値ＶA1の方が、ｃｈＢの焦点評価値ＶB1よりも大きくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値ＶA1の方が、ｃｈＢの焦点評価値ＶB1よりも大きい場合には、フォーカスが合焦位置Ｆ０よりも至近側に設定されている状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。
【００３８】
一方、撮影レンズのフォーカスが合焦位置Ｆ０よりも無限遠側のフォーカス位置Ｆ２に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ２に対応する曲線Ａの値ＶA2となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ２に対応する曲線Ｂの値ＶB2となる。この場合、ｃｈＡの焦点評価値ＶA2の方が、ｃｈＢの焦点評価値ＶB2よりも小さくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値ＶA2の方が、ｃｈＢの焦点評価値ＶB2よりも小さい場合には、フォーカスが合焦位置Ｆ０よりも無限遠側に設定されている状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。
【００３９】
これに対して、撮影レンズのフォーカスがフォーカス位置Ｆ０、即ち、合焦位置に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ０に対応する曲線Ａの値ＶA0となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ０に対応する曲線Ｂの値ＶB0となる。この場合、ｃｈＡの焦点評価値ＶA0とｃｈＢの焦点評価値ＶB0は等しくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値ＶA0とｃｈＢの焦点評価値ＶB0とが等しい場合にはフォーカスが合焦位置Ｆ０に設定されている状態、すなわち、合焦状態であることが分かる。
【００４０】
このようにｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値によって、撮影レンズの現在のピント状態が映像用撮像素子６０に対して前ピン、後ピン、合焦のいずれの状態であるかを検出することができる。
【００４１】
尚、ｃｈＡ撮像面とｃｈＢ撮像面とを個別の２つの撮像素子によって構成した場合、それらの特性に差（例えばゲイン誤差）があると、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値は、それぞれ図６の曲線Ａ、Ｂに示すような値となる。これによればｃｈＡ撮像面とｃｈＢ撮像面に入射する被写体光の光量が等しい場合であっても曲線Ａ、Ｂの全体としての大きさが相違する。そのため、上述のようにｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致するフォーカス位置を合焦位置と判断すると、同図の例ではフォーカス位置Ｆ０′が合焦位置と判断され、真の合焦位置Ｆ０に対してピント誤差が生じ、合焦精度が低下する不具合が生じる。本実施の形態のように単一の撮像素子によりｃｈＡ撮像面とｃｈＢ撮像面を構成することによってこのような不具合がなく、撮像素子間の特性差を補正する必要なく高い合焦精度を得ることができる。
【００４２】
図１においてＣＰＵ１０は、ＡＦ用ＣＰＵ４２からｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値を逐次取得しながら、上述のようにピント状態を検出してピント状態が合焦となるようにフォーカスレンズＦＬを制御する。例えば、検出したピント状態が前ピンの場合にはフォーカスレンズＦＬを無限遠方向に移動させ、ピント状態が後ピンの場合にはフォーカスレンズＦＬを至近方向に移動させる。そして、検出したピント状態が合焦の場合には、フォーカスレンズＦＬを停止させる。これによって、撮影レンズのピント状態が合焦となる位置にフォーカスレンズＦＬが移動して停止する。
【００４３】
尚、実際のＣＰＵ１０の処理においては、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてピント状態そのものを検出することは行っておらず、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の差や比等によって実質的に検出されるピント状態に応じたフォーカスの合焦方向（合焦のための移動方向）が検出される。また、単に合焦方向だけでなく、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の差や比等に基づいてピントずれの程度に応じたフォーカスの移動速度も決定される。
【００４４】
次に、ＣＰＵ１０の具体的な処理手順について図７、図８のフローチャートを用いて説明する。図７のフローチャートに示すように、ＣＰＵ１０は、電源投入などによる動作開始後、まず所要の初期設定を行った後（ステップＳ１０）、上述のようにカメラ本体５６から与えられるアイリス指令信号やズームデマンド２０から与えられるズーム指令信号に基づくアイリス制御、ズーム制御を実行する（ステップＳ１２、Ｓ１４）。
【００４５】
続いてＣＰＵ１０は、ＡＦスイッチＳ１がオンされたか否かを判定する（ステップＳ１６）。ＹＥＳと判定した場合には、AF STARTフラグをオンにし（ステップＳ１８）、ＮＯと判定した場合にはAF STARTフラグを変更することなく、次のステップのフォーカス制御を実行する（ステップＳ２０）。後述するフォーカス制御の処理が終了すると、上記ステップＳ１２の処理に戻り、ステップＳ１２からの処理を繰り返し実行する。
【００４６】
図８のフローチャートに示すように上記ステップＳ１２のフォーカス制御においてＣＰＵ１０は、AF STARTフラグがオンされているか否かを判定する（ステップＳ３０）。ここで、ＮＯと判定した場合にはＭＦ処理（上記ＭＦ制御の処理）を実行し、ＹＥＳと判定した場合にはＡＦ処理（上記ＡＦ制御の処理）を実行する。
【００４７】
ステップＳ３０でＮＯと判定した場合のＭＦ処理では、まず、ポテンショメータＦＰから現在のフォーカス位置を示すフォーカス位置データF_POSIを取得する（ステップＳ３２）。続いて、フォーカスデマンド１８からフォーカスの目標位置を示すフォーカスデマンドデータF_CTRLを取得する（ステップＳ３４）。そして、それらの差（F_POSI−F_CTRL）をフォーカスの移動速度（モータＦＭの回転速度）を示すフォーカス速度制御データF_SPEEDとして設定する。即ち、F_SPEED＝F_POSI−F_CTRLとする（ステップＳ３６）。
【００４８】
続いてＣＰＵ１０はそのF_SPEEDの値の駆動信号をＤ／Ａ変換器１２を介してアンプＦＡに出力することによってモータＦＭを駆動してフォーカスレンズＦＬをその速度で移動させる（ステップＳ５２）。
【００４９】
ステップＳ３０においてＹＥＳと判定した場合のＡＦ処理では、まず、ＡＦ回路３０からｃｈＡの焦点評価値AFV_Aを取得すると共に、ｃｈＢの焦点評価値AFV_Bを取得する（ステップＳ３８、Ｓ４０）。そして、それらの差の値ΔAFV＝（AFV_A−AFV_B）を求める（ステップＳ４２）。尚、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の差の値ΔAFVが正か負か、又は、０かによって上述のようにピント状態が検出されると共にそれに応じたフォーカスの移動方向（合焦方向）や移動速度が求められる。
【００５０】
続いてＣＰＵ１０は、上記差の値ΔAFVが０か否かを判定する（ステップＳ４４）。もし、ＮＯと判定した場合には、フォーカスの移動速度を示すフォーカス速度制御データF_SPEEDを上記差の値ΔAFVとする。即ち、F_SPEED＝ΔAFVとする（ステップＳ４６）。そして、そのF_SPEEDの値の駆動信号をＤ／Ａ変換器１２を介してアンプＦＡに出力することによってモータＦＭを駆動してフォーカスレンズＦＬをその速度で移動させる（ステップＳ５２）。本フロチャートで示すフォーカス制御の処理は繰り返し実行されると共にピント状態が合焦となるまではAF STARTフラグがオンに維持されるため、ステップＳ３０においてＹＥＳ、ステップＳ４４においてＮＯと判定される。従って、このステップＳ５２の処理によってピント状態が合焦となる位置までフォーカスレンズＦＬが移動する。
【００５１】
一方、ステップＳ４４においてＹＥＳと判定した場合には、ピント状態が合焦であることを示しており、ＣＰＵ１０はAF STARTフラグをオフにする（ステップＳ４８）。尚、本実施の形態におけるＡＦは、ＡＦスイッチＳ１が一度押されて離されると、ピント状態が合焦となるまでＡＦ処理を実行して合焦となるとＭＦ処理に移行するいわゆるワンショットＡＦの例を示している。
【００５２】
次にＣＰＵ１０は、上記フォーカスデマンドデータF_CTRLを上記フォーカス位置データF_POSIに変更する（ステップＳ５０）。即ち、ＭＦ処理に移行した際に、フォーカスデマンドデータF_CTRLとフォーカス位置データF_POSIとが相違することによってフォーカスデマンドの操作なくフォーカスが移動する不具合を防止する。
【００５３】
続いてフォーカス速度制御データF_SPEEDの値の駆動信号をＤ／Ａ変換器１２を介してアンプＦＡに出力するステップＳ５２の処理を行うが、このときのフォーカス速度制御データF_SPEEDは０であるため、この処理によってフォーカスは動作しない。
【００５４】
以上の処理が終了すると図７のステップＳ２０のフォーカス制御の処理が終了し、ステップＳ１２からの処理を繰り返し実行する。
【００５５】
以上、上記実施の形態では、ＡＦ用撮像素子３２を撮影レンズ５０の撮影用光路から分岐したＡＦ用光路に配置するようにしたが、ＡＦ用撮像素子３２は、カメラ本体５６内で分岐した光路に配置するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態で説明したレンズシステム（オートフォーカスシステム）は放送用テレビカメラ以外にも映画撮影用、民生用等のビデオカメラやその他のカメラにおいて適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明のオートフォーカスシステムを適用したレンズシステムの構成を示したブロック図である。
【図２】図２は、撮影レンズの構成を示した図である。
【図３】図３は、ＡＦ用撮像素子の撮像面におけるｃｈＡ撮像面と、ｃｈＢ撮像面の領域を示した図である。
【図４】図４は、ＡＦ用撮像素子のｃｈＡ撮像面、ｃｈＢ撮像面の光路長差の説明に用いた図である。
【図５】図５は、撮影レンズのフォーカス位置と、ｃｈＡ撮像面とｃｈＢ撮像面により得られた焦点評価値との関係を例示した図である。
【図６】図６は、従来の構成での撮影レンズのフォーカス位置と、ｃｈＡ撮像面とｃｈＢ撮像面により得られた焦点評価値との関係を例示した図である。
【図７】図７は、ＣＰＵのメインの処理手順を示したフローチャートである。
【図８】図８は、図７のステップＳ２０におけるフォーカス制御の処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
ＦＬ…フォーカスレンズ、ＺＬ…ズームレンズ、Ｉ…絞り、ＦＡ、ＺＡ、ＩＡ…アンプ、ＦＭ、ＺＭ、ＩＭ…モータ、ＦＰ、ＺＰ、ＩＰ…ポテンショメータ、１０…ＣＰＵ、１８…フォーカスデマンド、２０…ズームデマンド、３０…ＡＦ回路、３２…ＡＦ用撮像素子、３４…Ａ／Ｄ変換器、３６…ゲート回路、３８…ハイパスフィルタ、４０Ａ、４０Ｂ…加算回路、４２…ＡＦ用ＣＰＵ、５０…撮影レンズ、５２…ハーフミラー、５４…光分割光学系、５６…カメラ本体、５８…色分解光学系、６０…映像用撮像素子、７０…ハーフミラー、７２、７４…ミラー、７８、８０…光路長補償板、８２…直角プリズム、ＲＣ、ＲＤ、ＲＥ…リレーレンズ、Ｓ１…ＡＦスイッチ
【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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