(57)【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分割する光分割手段と、
前記光分割手段により分割された光のうち、映像用の画像を撮像する映像用撮像素子に入射する光とは別の光により、ピント状態検出用の画像を撮像する３つの撮像素子であって、互いに光路長が異なる位置に配置された３つのピント状態検出用撮像素子と、
前記各ピント状態検出用撮像素子から得られる１画面分の輝度信号の高域周波数成分に基づいて画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、 
前記焦点評価値検出手段により前記各ピント状態検出用撮像素子に対応して検出された３つの焦点評価値を、前記撮影レンズのフォーカス位置に関する異なる３点での焦点評価値とし、該３点での焦点評価値に基づいて、前記撮影レンズのフォーカス位置と焦点評価値との関係を示す曲線を所定関数を用いて求め、該曲線により焦点評価値が最大となるフォーカス位置を合焦位置として検出する合焦位置検出手段と、
前記撮影レンズのフォーカス位置が前記合焦位置検出手段により検出された合焦位置となるように前記撮影レンズのフォーカスレンズを制御するフォーカス制御手段と、
前記各ピント状態検出用撮像素子から１画面分の輝度信号を取得し、該取得した３つの輝度信号の中から最も大きな値を有する輝度信号を最大レベルの輝度信号として検出する最大レベル輝度信号検出手段と、
前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号に基づいて該輝度信号が飽和しない適切なレベルとなるゲインを決定し、該決定したゲインを前記各ピント状態検出用撮像素子から出力される輝度信号を生成する際のゲインとして設定するゲイン設定手段と、
を備えたことを特徴とする撮影レンズのオートフォーカス装置。
【請求項２】
撮影レンズに入射した被写体光を分割する光分割手段と、
前記光分割手段により分割された光のうち、映像用の画像を撮像する映像用撮像素子に入射する光とは別の光により、ピント状態検出用の画像を撮像する３つの撮像素子であって、互いに光路長が異なる位置に配置された３つのピント状態検出用撮像素子と、
前記各ピント状態検出用撮像素子から得られる１画面分の輝度信号の高域周波数成分に基づいて画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、 
前記焦点評価値検出手段により前記各ピント状態検出用撮像素子に対応して検出された３つの焦点評価値を、前記撮影レンズのフォーカス位置に関する異なる３点での焦点評価値とし、該３点での焦点評価値に基づいて、前記撮影レンズのフォーカス位置と焦点評価値との関係を示す曲線を所定関数を用いて求め、該曲線により焦点評価値が最大となるフォーカス位置を合焦位置として検出する合焦位置検出手段と、
前記撮影レンズのフォーカス位置が前記合焦位置検出手段により検出された合焦位置となるように前記撮影レンズのフォーカスレンズを制御するフォーカス制御手段と、
前記各ピント状態検出用撮像素子から１画面分の輝度信号を取得し、該取得した３つの輝度信号の中から最も大きな値を有する輝度信号を最大レベルの輝度信号として検出する最大レベル輝度信号検出手段と、
前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号に基づいて該輝度信号が飽和しない適切なレベルとなる電荷蓄積時間を決定し、該決定した電荷蓄積時間を前記各ピント状態検出用撮像素子における電荷蓄積時間として設定する電荷蓄積時間設定手段と、
を備えたことを特徴とする撮影レンズのオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記ゲイン設定手段は、前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号の最大値が所定のしきい値を超えない範囲となる最大のゲインを、前記輝度信号が飽和しない適切なレベルとなるゲインとして決定することを特徴とする請求項１の撮影レンズのオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記ゲイン設定手段は、前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号の最大値が所定のしきい値を超えない範囲となる最長の電荷蓄積時間を、前記輝度信号が飽和しない適切なレベルとなる電荷蓄積時間として決定することを特徴とする請求項２の撮影レンズのオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号の瞬時値が飽和レベルに達したか否かを検出する飽和検出手段を備え、前記焦点評価値検出手段は、前記飽和検出手段により飽和レベルに達した瞬時値に対応する画素を除く範囲の輝度信号の高域周波数成分に基づいて焦点評価値を検出することを特徴とする請求項１、又は、２の撮影レンズのオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮影レンズのオートフォーカス装置に係り、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を行う撮影レンズのオートフォーカス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラなどのオートフォーカスは、コントラスト方式によるものが一般的である。このコントラスト方式は、撮像素子から得られた映像信号（輝度信号）のうちある範囲（フォーカスエリア）内の映像信号の高域周波数成分を積算して焦点評価値とする。そして、その焦点評価値が最大となるようにピント調整を自動で行う。これによって、撮像素子で撮像された画像の鮮鋭度（画像のコントラスト）が最大となる最良ピント（合焦）が得られる。
【０００３】
また、従来、光路長の異なる複数の撮像素子を用いて撮影レンズのピント状態（前ピン、後ピン、合焦）を検出する方法が提案されている（特開昭５５−７６３１２号公報、特公平７−６０２１１号公報）。例えば、映像用の画像を撮像する撮像素子（映像用撮像素子）に対して同一撮影範囲の画像を撮像する２つのピント状態検出用撮像素子を、それぞれ映像用撮像素子よりも光路長が長くなる位置と短くなる位置に配置する。そして、これらのピント状態検出用撮像素子から得られた映像信号の高域周波数成分に基づいて各ピント状態検出用撮像素子の各撮像面に対する焦点評価値を上述と同様にして求め、比較する。これによって、焦点評価値の大小関係から映像用撮像素子の撮像面におけるピント状態、即ち、前ピン、後ピン、合焦のどの状態にあるかが検出される。このようなピント状態の検出方法は、オートフォーカスのための合焦検出等に適用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−７６３１２号公報
【特許文献２】特公平７−６０２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のようなコントラスト方式におけるピント状態検出においては、高輝度被写体を撮影した際に輝度信号が飽和すると、正確な焦点評価値を得ることができないため、ピント状態を誤検出することになり、オートフォーカスの誤作動を招くことが知られている。特に、上述のように映像用撮像素子以外の撮像素子を用いて撮影レンズのピント状態を検出する場合には、映像用撮像素子のみにＮＤフィルターを使用することが可能となるため、その利点の代わりにピント状態検出用撮像素子から得られる輝度信号が飽和する可能性が更に大きくなる。このため、ピント状態検出用撮像素子の映像信号に飽和が生じないような飽和防止手段を設けることが必要となる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、映像用撮像素子と異なる複数のピント状態検出用撮像素子を用いてピント状態を検出する装置において、高輝度被写体の撮影時におけるピント状態の誤検出を防止することができる撮影レンズのオートフォーカス装置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に記載の発明は、撮影レンズに入射した被写体光を分割する光分割手段と、前記光分割手段により分割された光のうち、映像用の画像を撮像する映像用撮像素子に入射する光とは別の光により、ピント状態検出用の画像を撮像する３つの撮像素子であって、互いに光路長が異なる位置に配置された３つのピント状態検出用撮像素子と、前記各ピント状態検出用撮像素子から得られる１画面分の輝度信号の高域周波数成分に基づいて画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、前記焦点評価値検出手段により前記各ピント状態検出用撮像素子に対応して検出された３つの焦点評価値を、前記撮影レンズのフォーカス位置に関する異なる３点での焦点評価値とし、該３点での焦点評価値に基づいて、前記撮影レンズのフォーカス位置と焦点評価値との関係を示す曲線を所定関数を用いて求め、該曲線により焦点評価値が最大となるフォーカス位置を合焦位置として検出する合焦位置検出手段と、前記撮影レンズのフォーカス位置が前記合焦位置検出手段により検出された合焦位置となるように前記撮影レンズのフォーカスレンズを制御するフォーカス制御手段と、前記各ピント状態検出用撮像素子から１画面分の輝度信号を取得し、該取得した３つの輝度信号の中から最も大きな値を有する輝度信号を最大レベルの輝度信号として検出する最大レベル輝度信号検出手段と、前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号に基づいて該輝度信号が飽和しない適切なレベルとなるゲインを決定し、該決定したゲインを前記各ピント状態検出用撮像素子から出力される輝度信号を生成する際のゲインとして設定するゲイン設定手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、撮影レンズに入射した被写体光を分割する光分割手段と、前記光分割手段により分割された光のうち、映像用の画像を撮像する映像用撮像素子に入射する光とは別の光により、ピント状態検出用の画像を撮像する３つの撮像素子であって、互いに光路長が異なる位置に配置された３つのピント状態検出用撮像素子と、前記各ピント状態検出用撮像素子から得られる１画面分の輝度信号の高域周波数成分に基づいて画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、前記焦点評価値検出手段により前記各ピント状態検出用撮像素子に対応して検出された３つの焦点評価値を、前記撮影レンズのフォーカス位置に関する異なる３点での焦点評価値とし、該３点での焦点評価値に基づいて、前記撮影レンズのフォーカス位置と焦点評価値との関係を示す曲線を所定関数を用いて求め、該曲線により焦点評価値が最大となるフォーカス位置を合焦位置として検出する合焦位置検出手段と、前記撮影レンズのフォーカス位置が前記合焦位置検出手段により検出された合焦位置となるように前記撮影レンズのフォーカスレンズを制御するフォーカス制御手段と、前記各ピント状態検出用撮像素子から１画面分の輝度信号を取得し、該取得した３つの輝度信号の中から最も大きな値を有する輝度信号を最大レベルの輝度信号として検出する最大レベル輝度信号検出手段と、前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号に基づいて該輝度信号が飽和しない適切なレベルとなる電荷蓄積時間を決定し、該決定した電荷蓄積時間を前記各ピント状態検出用撮像素子における電荷蓄積時間として設定する電荷蓄積時間設定手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ゲイン設定手段は、前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号の最大値が所定のしきい値を超えない範囲となる最大のゲインを、前記輝度信号が飽和しない適切なレベルとなるゲインとして決定することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ゲイン設定手段は、前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号の最大値が所定のしきい値を超えない範囲となる最長の電荷蓄積時間を、前記輝度信号が飽和しない適切なレベルとなる電荷蓄積時間として決定することを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記最大レベル輝度信号検出手段により検出された最大レベルの輝度信号の瞬時値が飽和レベルに達したか否かを検出する飽和検出手段を備え、前記焦点評価値検出手段は、前記飽和検出手段により飽和レベルに達した瞬時値に対応する画素を除く範囲の輝度信号の高域周波数成分に基づいて焦点評価値を検出することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、各ピント状態検出用撮像素子から得られた輝度信号のゲイン、又は、各ピント状態検出用撮像素子の電荷蓄積時間を、映像用撮像素子とは無関係に調整し、輝度信号が飽和することを防止するようにしたため、高輝度被写体を撮影した場合でもピント状態の誤検出を防止することができ、また、本発明におけるピント状態検出をオートフォーカスの制御に使用した場合のオートフォーカスの誤動作を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明に係る撮影レンズのオートフォーカス装置によれば、各ピント状態検出用撮像素子から得られた輝度信号のゲイン、又は、各ピント状態検出用撮像素子の電荷蓄積時間を、映像用撮像素子とは無関係に調整し、輝度信号が飽和することを防止するようにしたため、高輝度被写体を撮影した場合でもピント状態の誤検出を防止することができ、また、オートフォーカスの誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、テレビカメラシステムに使用される撮影レンズに適用された本発明に係るピント状態検出装置の構成を示した構成図である。
【図２】図２は、ピント状態検出用の撮像部の構成を示した構成図である。
【図３】図３は、ピント状態検出用の撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃを同一光軸上で示した図である。
【図４】図４は、ピント状態検出の処理を行う信号処理部の構成を示したブロック図である。
【図５】図５は、輝度信号が飽和しないような被写体を撮影しているときの合焦状態での輝度信号及びその高域周波数成分の状態を示した図である。
【図６】図６は、輝度信号が飽和しないような被写体を撮影しているときの非合焦状態での輝度信号及びその高域周波数成分の状態を示した図である。
【図７】図７は、輝度信号が飽和するような高輝度被写体を撮影しているときの合焦状態での輝度信号及びその高域周波数成分の状態を示した図である。
【図８】図８は、輝度信号が飽和するような高輝度被写体を撮影しているときの非合焦状態での輝度信号及びその高域周波数成分の状態を示した図である。
【図９】図９は、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する各ピント状態検出用の撮像素子における焦点評価値の様子を示した図である。
【図１０】図１０は、３つのピント状態検出用撮像素子によるピント状態検出の処理の説明に使用した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に従って本発明に係る撮影レンズのオートフォーカス装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１５】
図１は、例えばテレビカメラシステムに使用される撮影レンズに適用された本発明に係るピント状態検出装置の構成を示した構成図である。同図に示すテレビカメラシステムは、カメラ本体１０と交換可能な撮影レンズ１２等からなり、カメラ本体１０には、放映用の映像を撮影し、所定形式の映像信号を出力又は記録媒体に記録するための撮像素子（映像用撮像素子）や所要の回路等が内蔵されている。一方、撮影レンズ１２は、カメラ本体１０の前面側に着脱自在に装着され、撮影レンズ１２の光学系には、公知のように前端側から固定フォーカスレンズＦ′、移動可能なフォーカスレンズＦ、変倍系と補正系とからなるズームレンズＺ、アイリスＩ、前側リレーレンズＲ１と後側リレーレンズＲ２とからなるリレーレンズ（リレー光学系）等が配置される。尚、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。
【００１６】
また、同図に示すようにリレー光学系の前側リレーレンズＲ１と後側リレーレンズＲ２との間の被写体光の光路上には撮影レンズ１２の光軸Ｏに対して略４５度に傾斜し、被写体光（光束）を透過光と反射光に分割するハーフミラー２４が配置される。
【００１７】
撮影レンズ１２の前端側から入射した被写体光のうちハーフミラー２４を透過した透過光、即ち、映像用の被写体光は、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２０に入射する。撮像部２０の構成については省略するが、撮像部２０に入射した被写体光は、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、各色ごとの撮像素子（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が撮影される。尚、図中のピント面２２は、各映像用撮像素子の撮像面に対して光学的に等価な位置を撮影レンズ１２の光軸Ｏ上に示したものである。
【００１８】
一方、ハーフミラー２４で反射した反射光、即ち、ピント状態検出用の被写体光は、撮影レンズ１２の光軸Ｏに対して略垂直な光軸Ｏ′に沿ってピント状態検出用の撮像部２６に導かれる。ここで、前側リレーレンズＲ１と後側リレーレンズＲ２の間では被写体光は略平行光の状態であり、ハーフミラー２４で反射した被写体光は、後側リレーレンズＲ２と同様の性格を有する集光のためのリレーレンズＲ３を通過してピント状態検出用の撮像部２６に入射する。
【００１９】
図２は、撮像部２６の構成を示した構成図である。同図に示すように撮像部２６は、光分割光学系を構成する３つのプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３とピント状態検出用の３つの撮像素子（２次元ＣＣＤ）Ａ、Ｂ、Ｃから構成される。上述のようにハーフミラー２４で反射し、光軸Ｏ′に沿って進行した被写体光は、まず、第１プリズムＰ１に入射し、第１プリズムＰ１のハーフミラー面４０で反射光と透過光に分割される。このうち反射光は、撮像素子Ｃの撮像面に入射する。一方、透過光は、次いで第２プリズムＰ２に入射し、第２プリズムＰ２のハーフミラー面４２で更に反射光と透過光に分割される。このうち反射光は撮像素子Ｂに入射される。一方、透過光は第３プリズムＰ３を通過して撮像素子Ａに入射する。尚、撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに入射する被写体光の光量が等しくなるように第１プリズムＰ１のハーフミラー面４０及び第２プリズムＰ２のハーフミラー面４２で被写体光が分割される。また、これらのピント状態検出用の撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃは本実施の形態では白黒画像を撮像するＣＣＤである。
【００２０】
撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射する被写体光の光軸（各撮像素子の光軸）を同一直線上で示すと、図３に示すように、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに入射するまでの被写体光に対して撮像素子Ｂの光路長が最も短く、撮像素子Ｃの光路長が最も長くなっており、撮像素子Ａの光路長は撮像素子Ｂと撮像素子Ｃの光路長の中間の長さとなっている。即ち、撮像素子Ａの撮像面に対して前後の等距離の位置に撮像素子Ｂと撮像素子Ｃの撮像面が平行に配置される。また、撮像素子Ａの撮像面は、カメラ本体１０のピント面２２（図１参照）と共役の関係にあり、撮影レンズ１２に入射した被写体光に対する光路長がカメラ本体１０の映像用撮像素子の撮像面と一致している。尚、被写体光を撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに分割する光分割光学系は、上述のようなプリズムＰ１〜Ｐ３を使用した構成に限らない。
【００２１】
以上のように構成された光学系により、撮影レンズ１２に入射した被写体光が、カメラ本体１０のピント面２２と共役の位置の近傍に配置された光路長の異なる３つのピント状態検出用の撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃにより撮像される。
【００２２】
次に、ピント状態検出に基づくオートフォーカスの制御について概略を説明すると、図１に示すようにピント状態検出用の撮像部２６の３つの撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃにより撮像された画像は、信号処理部２８に取り込まれる。信号処理部２８は、後述のように各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから取得した画像の高域周波数成分に基づいてカメラ本体１０のピント面２２に対して撮影レンズ１２のピント状態が合焦となるフォーカスレンズＦの位置（フォーカス位置）を求める。そして、そのフォーカス位置へのフォーカスレンズＦの移動を指令する制御信号をフォーカスモータ駆動回路３０に出力する。フォーカスモータ駆動回路３０は、図示しないフォーカスモータを駆動し、ギア等からなる動力伝達機構３２を介してフォーカスレンズＦを移動させ、フォーカスレンズＦを信号処理部２８によって指示されたフォーカス位置に設定する。このような処理が連続的に行われることによってオートフォーカスの制御が行われる。
【００２３】
続いて、信号処理部２８の構成及びピント状態検出の処理について説明する。図４は、信号処理部２８の構成を示したブロック図である。同図に示すようにピント状態検出用の各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃで撮像された被写体の画像は所定形式のビデオ信号として出力され、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに対して同様に構成されたハイパスフィルタ５０、６０、７０、Ａ／Ｄ変換器５２、６２、７２、ゲート回路５４、６４、７４、及び、加算器５６、６６、７６によって画像の鮮鋭度（画像のコントラスト）を示す焦点評価値の信号に変換されてＣＰＵ８６に入力される。焦点評価値を求めるまでの処理を撮像素子Ａに対して設けられた回路で説明すると、本実施の形態における撮像素子Ａは白黒画像を撮影するＣＣＤであることから撮像素子Ａから出力されるビデオ信号は画面を構成する各画素の輝度を示す輝度信号として出力される。撮像素子Ａから出力された輝度信号は、まず、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５０に入力され、その輝度信号の高域周波数成分が抽出される。ＨＰＦ５０で抽出された高域周波数成分の信号はＡ／Ｄ変換器５２によってデジタル信号に変換される。そして、撮像素子Ａ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５４によって抽出された後、その抽出された範囲のデジタル信号の値が加算器５６によって加算される。これにより、フォーカスエリア内における輝度信号の高域周波数成分の値の総和が求められる。加算器５６によって得られた値は、フォーカスエリア内における画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値である。
【００２４】
また、信号処理部２８には、同図のように各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃからの輝度信号が飽和するのを防止等するための最大レベル検出回路８０、オートゲインコントロール（ＡＧＣ）回路８２、飽和検出回路８４が設置される。ここで、輝度信号が飽和する場合の不具合について説明すると、図５及び図６は、輝度信号が飽和しないような被写体を撮影しているときの輝度信号及びその高域周波数成分の状態を示した図であり、図７及び図８は、輝度信号が飽和するような高輝度被写体を撮影しているときの輝度信号及びその高域周波数成分の状態を示した図である。図５（Ａ）、図６（Ａ）に示すように画面内にピント状態検出対象の被写体がある場合、その被写体がある撮像素子（例えば撮像素子Ａ）に対して合焦状態となっているときには、その撮像素子から出力される輝度信号は、図５（Ｂ）のように被写体の輪郭部分において鋭く変化する。そして、その高域周波数成分  （の絶対値）は、図５（Ｃ）のように高い値を示す。これに対して非合焦状態となっているときには、輝度信号は、図６（Ｂ）のように被写体の輪郭部分において合焦状態のときよりも緩やかに変化し、その高域周波数成分は、図６（Ｃ）のように低い値を示す。従って、この場合に得られる焦点評価値は合焦状態において最大値を示すため適切である。
【００２５】
一方、図７（Ａ）、図８（Ａ）に示すように、画面内にピント状態検出対象の高輝度被写体がある場合、その被写体の輪郭部分における輝度信号は、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）のように合焦状態のときと非合焦状態のときとでその変化の様子がほとんど変わらず、図７（Ｃ）、図８（Ｃ）のように輝度信号の高域周波数成分の大きさもほとんど差異がない。むしろ非合焦状態のときの方が像の面積が大きくなるため高域周波数成分が大きくなる場合がある。このような場合、合焦状態のときに焦点評価値が最大とならないため適切ではない。
【００２６】
そこで、本発明では、上記最大レベル検出回路８０、オートゲインコントロール（ＡＧＣ）回路８２、飽和検出回路８４により次のような処理を行う。まず、最大レベル検出回路８０は、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから出力された輝度信号を取得し、どの撮像素子から出力された輝度信号が最大レベルかを検出する。例えば、各撮像素子から出力された１画面分の輝度信号を取得し、各輝度信号ごとに最大値を検出する。そして、その各輝度信号ごとの最大値のなかで最も大きな最大値を示した輝度信号を最大レベルの輝度信号とする。この最大レベル検出回路８０によって検出された最大レベルの輝度信号は次いでＡＧＣ回路８２に入力される。ＡＧＣ回路８２は、入力された輝度信号に基づいて、輝度信号の適切なゲインを求め、そのゲインとなるように各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃにおいて輝度信号を生成する際のゲインを設定する。ここで適切なゲインとして、例えば、最大レベル検出回路８０から入力された１画面分の輝度信号のうちの最大値が所定のしきい値を超えない（例えば飽和とならない）範囲で、最大のゲインを設定する。これによって、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから出力される輝度信号の飽和が防止される。
【００２７】
また、このようなオートゲインコントール機能を用いても輝度信号の飽和が検出される場合があり得るため、飽和検出回路８４は、最大レベル検出回路８０からＡＧＣ回路８２に出力される輝度信号の瞬時値レベルを監視し、ある瞬時値において飽和レベルに達した場合には、その瞬時値を示す画素については、焦点評価値の算出対象から除外する。即ち、飽和検出回路８４は、輝度信号の瞬時値が飽和レベルに達した画素の範囲を各ゲート回路５４、６４、７４に指定し、各ゲート回路５４、６４、７４でその範囲内の信号を抽出しないようにする。これによって、輝度信号の瞬時値が飽和レベルに達した画素の範囲に対しては、輝度信号の高域周波数成分の値が加算器５６、６６、７６において加算されることなく、焦点評価値が求められることになる。
【００２８】
尚、上記構成では、輝度信号が飽和するのを防止するために輝度信号のゲインを調整するようにしたが、これに限らず、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃの電荷蓄積時間の調整、いわゆる電子シャッターの機能により、輝度信号のレベルを適切に調整することもできる。例えば、図４において、ＡＧＣ回路８２の代わりに電子シャッター制御回路を設置する。そして、上述と同様に最大レベル検出回路８０から出力された輝度信号に基づいて、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃの適切な電荷蓄積時間を求め、その電荷蓄積時間となるように各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃの電荷蓄積時間を設定する。適切な電荷蓄積時間は、上記ゲインの調整の場合と同様に、例えば、最大レベル検出回路８０から入力された１画面分の輝度信号のうちの最大値が所定のしきい値を超えない（例えば飽和とならない）範囲で、最長の蓄積時間を設定する。これによって、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから出力される輝度信号の飽和が防止される。
【００２９】
また、上述のオートゲインコントロールの機能や電子シャッターの機能等は、映像用の撮像素子に対するオートゲインコントロールの機能や電子シャッターの機能等の処理とは全く無関係に実行されるもので、ピント状態検出用の撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃに対する輝度信号のゲインや電荷蓄積時間が、映像用の撮像素子に対する輝度信号のゲインや電荷蓄積時間と異なるという状況は当然あり得る。
【００３０】
上述のようにして各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから得られた焦点評価値に基づいて、ＣＰＵ８６は、カメラ本体１０のピント面２２に対する撮影レンズ１２の現在のピント状態を検出する。図９は、横軸に撮影レンズ１２のフォーカス位置、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に対する焦点評価値の様子を示した図である。図中実線で示す曲線ａは、カメラ本体１０のピント面２２と共役の位置にある撮像素子Ａから得られる焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものであり、図中点線で示す曲線ｂ、ｃは、それぞれ撮像素子Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものである。
【００３１】
同図において、曲線ａの焦点評価値が最大（極大）となるフォーカス位置Ｆ３が合焦位置であるが、今、撮影レンズ１２のフォーカス位置が図中Ｆ１の位置に設定されているとする。このとき、撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれから得られる焦点評価値は、曲線ａ、ｂ、ｃによりフォーカス位置Ｆ１に対応する値である。このとき、少なくとも撮像素子Ｂから得られる焦点評価値の方が撮像素子Ｃから得られる焦点評価値よりも大きいことから、合焦位置であるフォーカス位置Ｆ３よりフォーカス位置が至近側に設定された状態、即ち、前ピンの状態であることが分かる。
【００３２】
一方、撮影レンズ１２のフォーカス位置が図中Ｆ２の位置に設定されているとすると、撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれから得られる焦点評価値は、曲線ａ、ｂ、ｃによりフォーカス位置Ｆ２に対応する値である。このとき、少なくとも撮像素子Ｃから得られる焦点評価値の方が撮像素子Ｂから得られる焦点評価値よりも大きいことから、合焦位置であるフォーカス位置Ｆ３よりフォーカス位置が無限遠側に設定された状態、即ち、後ピンの状態であることが分かる。
【００３３】
撮影レンズ１２のフォーカス位置が図中Ｆ３の合焦位置に設定されているとすると、撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれから得られる焦点評価値は、曲線ａ、ｂ、ｃによりフォーカス位置Ｆ３に対応する値である。このとき、撮像素子Ｂから得られる焦点評価値と撮像素子Ｃから得られる焦点評価値とが等しいことから、フォーカス位置がフォーカス位置Ｆ３に設定された状態、即ち、合焦の状態であることが分かる。
【００３４】
このように、撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれから得られる焦点評価値に基づいて、撮影レンズ１２の現在のフォーカス位置におけるピント状態が前ピン、後ピン、合焦のいずれかを検出することができる。一方、このようなピント状態の判定方法においては、撮像素子Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値のみで足り、撮像素子Ａから得られる焦点評価値は不要である。そこで、３つの撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値を有効に利用し、合焦となるフォーカス位置を以下のように直接的に検出することも可能である。
【００３５】
上記図９において、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値についての曲線ａ、ｂ、ｃは、略同一形状となることから、あるフォーカス位置において撮像素子Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値は、そのフォーカス位置から所定のシフト量分だけ変位させたフォーカス位置における撮像素子Ａの焦点評価値とみなすことができる。例えば、図１０に示す撮像素子Ａの焦点評価値の曲線ａにおいて、フォーカス位置が図中Ｆ４に設定されているものとする。このとき、撮像素子Ａから得られる焦点評価値は、曲線ａ上の点ＰA の値を示す。一方、撮像素子Ｂから得られる焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ４よりも無限遠側に所定シフト量分だけ変位させたフォーカス位置Ｆ５における曲線ａ上の点ＰB の値を示し、撮像素子Ｃから得られる焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ４よりも至近側に所定シフト量分だけ変位させたフォーカス位置Ｆ６における曲線ａ上の点ＰC の値を示す。尚、フォーカス位置Ｆ４とフォーカス位置Ｆ５との差、即ち、撮像素子Ｂから得られた焦点評価値についてのシフト量は、例えば、図９において、曲線ｂの最大点のフォーカス位置と曲線ａと最大点のフォーカス位置の差に等しく、また、フォーカス位置Ｆ４とフォーカス位置Ｆ６との差、即ち、撮像素子Ｃから得られた焦点評価値についてのシフト量は、図９において、曲線ｃの最大点のフォーカス位置と曲線ａと最大点のフォーカス位置の差に等しい。
【００３６】
一方、曲線ａは所定関数（例えば２次曲線）で近似することができる。従って、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから得られた３点ＰA 、ＰB 、ＰC における焦点評価値から曲線ａを具体的に特定することができ、その曲線ａにおいて焦点評価値が最大となる合焦位置Ｆ３を求めることができる。
【００３７】
このようにして図４のＣＰＵ８６は、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから得られた焦点評価値に基づいて合焦となるフォーカス位置を検出すると、そのフォーカス位置となるように、フォーカスモータ駆動回路３０に制御信号を送信し、フォーカスレンズＦを移動させる。これにより、オートフォーカスの制御が行われる。
【００３８】
以上、上記実施の形態では、カメラ本体１０のピント面２２に共役の位置に配置されたピント状態検出用の撮像素子Ａに対して撮像面が光学的に等距離となる前後の位置に撮像素子Ｂと撮像素子Ｃを配置したが、光路長が異なるように各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃが配置され、かつ、カメラ本体１０のピント面２２に共役な位置に対して光路長が長くなる位置と短くなる位置のそれぞれに少なくとも１つのいずれかの撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃが配置されていれば十分である。即ち、上述のように、あるフォーカス位置において撮像素子Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値を、そのフォーカス位置から所定シフト量分だけ変位させたフォーカス位置における撮像素子Ａの焦点評価値とみなす場合に、そのシフト量を各撮像素子Ｂ、Ｃの撮像素子Ａに対する距離に基づいて設定すればよい。また、そのシフト量を求める方法として、例えば、固定された被写体を撮影しながらフォーカス位置を変化させ、各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値が最大となるフォーカス位置を検出する。そして、撮像素子Ａから得られた焦点評価値が最大となったフォーカス位置に対して、各撮像素子Ｂ、Ｃから得られた焦点評価値が最大となった各フォーカス位置の変位量を検出し、その変位量を上記シフト量とする。
【００３９】
また、上記実施の形態では、カメラ本体１０のピント面２２に共役の位置にピント状態検出用の撮像素子Ａの撮像面を配置するようにしたが、必ずしもそのようにする必要はない。即ち、撮像素子Ａから得られる焦点評価値が最大となるフォーカス位置に対して、各撮像素子Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値が最大となる各フォーカス位置の変位量を検出する上述の方法と同様にして、カメラ本体１０のピント面２２において合焦が得られるフォーカス位置に対して、撮像素子Ａから得られる焦点評価値が最大となるフォーカス位置の変位量を検出し、その変位量を撮像素子Ａから得られた焦点評価値についてのシフト量とする。即ち、撮像素子Ａから得られる焦点評価値を、そのシフト量分だけ実際のフォーカス位置から変位させたフォーカス位置での焦点評価値とみなす。尚、撮像素子Ｂ、Ｃから得られる焦点評価値のシフト量についても同様に検出する。これによって、あるフォーカス位置において得られた各撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃの焦点評価値に基づいてカメラ本体１０のピント面２２に対する焦点評価値の曲線を求めることができ、その曲線によって合焦となるフォーカス位置を求めることができる。
【００４０】
また、上記実施の形態では、撮像部２６においてピント状態検出用の３つの撮像素子Ａ、Ｂ、Ｃを配置するようにしたが、２つのピント状態検出用の撮像素子Ｂ、Ｃのみをカメラ本体１０のピント面２２に共役な位置の前後に配置することによって、ピント状態が前ピン、後ピン、又は、合焦のいずれの状態かを検出し、その検出結果に基づいてオートフォーカスの制御を行うようにしてもよい。逆に光路長の異なる４つ以上のピント状態検出用の撮像素子を用い、カメラ本体１０のピント面２２に共役な位置に対して光路長が長くなる位置と短くなる位置のそれぞれに少なくとも１つの撮像素子を配置するようにして合焦位置をより精度良く検出できるようにしてもよい。
【００４１】
また、上記実施の形態では、本発明に係るピント状態検出装置によるピント状態の検出をオートフォーカスに適用した場合について説明したが、これに限らず他の用途、例えば、ピント状態の表示等に使用することもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…カメラ本体、１２…撮影レンズ、Ｆ…フォーカスレンズ、Ｒ１…前側リレーレンズ、Ｒ２…後側リレーレンズ、Ｒ３…リレーレンズ、２４…ハーフミラー、２６…撮像部、Ａ、Ｂ、Ｃ…撮像素子、２８…信号処理部、３０…フォーカスモータ駆動回路、５０、６０、７０…ハイパスフィルタ、５４、６４、７４…ゲート回路、５６、６６、７６…加算器、８０…最大レベル検出回路、８２…オートゲインコントロール回路、８４…飽和検出回路、８６…ＣＰＵ
【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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【図９】
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【図１０】
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