(57)【要約】【課題】２つの撮像面による光路長差方式のオートフォーカスにおいて、まず、光路長差を有する２つの撮像面により得られる映像信号に基づいて、それらの２つの撮像面に対して中間の光路長となる位置で最良結像位置となるようにフォーカス位置を設定する。その後、再生用の本来の画像を撮像する撮像面の位置が最良結像位置となるようにフォーカス位置を補正する。これにより、本来の画像を撮像する撮像面に対して高い精度で合焦させることができると共に、合焦精度を低下させることなく２つの撮像面の光路長差を大きくすることが可能となり、移動している被写体等に対してフォーカスの応答性能を向上させることができるようにしたオートフォーカスシステムを提供する。【解決手段】レンズ装置のＣＰＵ３０は、カメラ本体からの２つの撮像面から得られた映像信号を取得してコントラスト方式によりフォーカスレンズＦＬを制御する。【選択図】      図３
2005062237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系に入射した被写体光を、第１の被写体光と第２の被写体光とに分割する光分割手段と、
再生用の画像を取得するための撮像面であって前記第１の被写体光を撮像する第１の撮像面と、
前記第２の被写体光を撮像する第２の撮像面であって、前記第１の撮像面に対して光路長差を有する位置に配置された第２の撮像面と、
前記第１の撮像面により撮像されて得られた映像信号と、前記第２の撮像面により撮像されて得られた映像信号とに基づいて、前記第１の撮像面までの光路長と前記第２の撮像面までの光路長との中間の光路長の位置が最良結像位置となるように前記撮影光学系のフォーカス位置を制御するフォーカス制御手段と、
前記第１の撮像面の位置が最良結像位置となるように前記フォーカス制御手段により設定されたフォーカス位置を補正するフォーカス補正手段と、を備えたことを特徴とするオートフォーカスシステム。
【請求項２】
前記フォーカス補正手段がフォーカス位置を補正した後において、前記第１の撮像面により得られる映像信号に基づいて該映像信号が示す画像のコントラストの高低を評価する第１の焦点評価値を求めると共に、前記第２の撮像面により得られる映像信号に基づいて該映像信号が示す画像のコントラストの高低を評価する第２の焦点評価値を求め、該求めた第１の焦点評価値と第２の焦点評価値との比が前記フォーカス位置の補正直後の値から所定値以上変化したことを再実行条件として該再実行条件を満たすか否かを判定手段と、
前記判定手段により前記再実行条件が満たされたと判定された場合には、前記フォーカス制御手段によるフォーカス位置の制御を再実行させる再実行指示手段と、を備えた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】
前記判定手段により前記再実行条件が満たされていないと判定された場合には、前記第１の焦点評価値と第２の焦点評価値との比が前記フォーカス位置の補正直後の値となるようにフォーカス位置を制御する第２フォーカス制御手段を備えたことを特徴とする請求項２のオートフォーカスシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオートフォーカスシステムに係り、特にコントラスト方式のオートフォーカスであって、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。
【０００２】
【従来の技術】
放送用テレビカメラでの採用されるオートフォーカス（ＡＦ）としてはコントラスト方式が一般的である。コントラスト方式のＡＦでは、カメラで得られた映像信号から高域周波数成分の信号が抽出され、その抽出された信号に基づいてコントラストの高低を評価する焦点評価値が求められる。そして、その焦点評価値がピーク（極大）となるように例えば山登り方式と呼ばれる方法により撮影レンズのフォーカス（フォーカスレンズ群）が制御される。
【０００３】
また、コントラスト方式のＡＦでは、フォーカスを微小に変動させるワブリングによってピント状態（前ピン、後ピン、又は、合焦）を検出し、フォーカスの動作方向等を決めているが、ワブリングを行うとそれによる焦点変動が画面上で認識されてしまう可能性があり、また、高速で移動する被写体に対して正確にピントを合わせることができない等の特に放送用の撮影では好ましくない欠点があった。
【０００４】
このような欠点を解消する方法として、例えば特許文献１に示されているようなシステムを用いることが考えられる。これによれば、入射する被写体光に対して光路長差を有する２つの撮像面が近接して配置され、各撮像面によって撮像された各画像のコントラスト（焦点評価値）が検出される。これらのコントラストを比較することによってワブリングを行うことなくピント状態が検出され、これに基づいて撮影レンズのフォーカスがベストピントとなるように制御される。
【０００５】
尚、特許文献１では１つの撮像素子の撮像面を１水平ラインごとに所定光路長差分だけ光軸方向の前後にずらすことによって光路長差を有する２つの撮像面を１つの撮像素子によって配置できるようにしているが、２つの別体の撮像素子を用いて光路長差を有する２つの撮像面を配置することもできる。この場合には、撮影レンズに入射した被写体光を各撮像素子の撮像面に分割する手段が撮影レンズの光学系内や撮影レンズを通過した後のカメラ本体の光学系内等に配置されることになる。また、特許文献１では、ピント状態を検出するための撮像素子と、表示用又は記録用（以下、再生用という）としての本来の画像（映像）を撮像するための撮像素子とは同一のものであるが、これらは別々の撮像素子とすることもできる。更に、２つの撮像素子を用いて光路長差を有する２つの撮像面を配置する場合には、一方を本来の画像を撮像するための撮像素子とし、他方をピント状態を検出するための専用の撮像素子とすることもできる。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−６０２１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１のように２つの撮像面で撮像された画像のコントラストを比較する場合にそれらのコントラスト（焦点評価値）が一致するようにフォーカスを制御すると、最良結像位置はそれらの２つの撮像面の中間となる。一方、それらの２つの撮像面のうちいずれか一方又は両方の撮像面がピント状態検出用の画像を撮像するための撮像面であるだけでなく、再生用の本来の画像を撮像するための撮像面でもある場合には、２つの撮像面の中間を最良結像位置としたときに本来の画像を撮像するための撮像面でも十分な合焦精度が得られるようにする必要がある。そのため、特許文献１では２つの撮像面を光路長差が焦点深度以下となるように配置している。
【０００８】
しかしながら、２つの撮像面の光路長差を焦点深度以下にすると２つの撮像面の光路長差があまりに小さくなり、被写体の変化に対して十分な応答速度でフォーカスを制御することができないという問題がある。即ち、２つの撮像面から得られる画像のコントラストが一致するようにフォーカスを自動で制御する場合にはそれらのコントラストの差又は比等に応じてフォーカスの動作方向や動作速度を決定することにより、コントラストの差が小さくなる方向に、且つ、コントラストの差が小さくなるほど動作速度が遅くなるようにフォーカスを動作させるという方法が用いられる。
【０００９】
一方、フォーカスの位置を変化させた場合に合焦点付近で現れるコントラストの変化は、被写体が高速で移動している程小さくなる。従って、被写体が高速で移動している程、各撮像面により得られる画像のコントラストの差も生じ難くなる。特に、２つの撮像面の光路長差が小さいほどコントラストの差の生じ難さが顕著となる。
【００１０】
従って、引用文献１のように２つの撮像面の光路長差をあまりにも小さくすると、静止している被写体に対しては良好にフォーカス制御が行われるとしても、高速で移動している被写体に対してはピントが大きくずれている場合でもコントラストの差がほとんど検出されず、被写体の変化に対して十分な応答速度でフォーカスが追従しないという不具合が生じる。
【００１１】
また、近年では、ＨＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）システムが使用されるようになってきており、このようなシステムでは焦点深度も浅く２つの撮像面の光路長差もより小さくする必要があるため上述の問題は顕著となる。
【００１２】
このような問題を解決する方法として、２つの撮像面の光路長差を焦点深度以下に限定することなく大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、２つの撮像面から得られた画像のコントラストが一致して合焦状態と判断したときでも、撮像面での合焦精度が低くベストピントの画像が得られないという問題が生じる。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、移動している被写体に対するオートフォーカスの応答性能を向上させると共に、合焦精度の低下を防止す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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、撮影光学系に入射した被写体光を、第１の被写体光と第２の被写体光とに分割する光分割手段と、再生用の画像を取得するための撮像面であって前記第１の被写体光を撮像する第１の撮像面と、前記第２の被写体光を撮像する第２の撮像面であって、前記第１の撮像面に対して光路長差を有する位置に配置された第２の撮像面と、前記第１の撮像面により撮像されて得られた映像信号と、前記第２の撮像面により撮像されて得られた映像信号とに基づいて、前記第１の撮像面までの光路長と前記第２の撮像面までの光路長との中間の光路長の位置が最良結像位置となるように前記撮影光学系のフォーカス位置を制御するフォーカス制御手段と、前記第１の撮像面の位置が最良結像位置となるように前記フォーカス制御手段により設定されたフォーカス位置を補正するフォーカス補正手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フォーカス補正手段がフォーカス位置を補正した後において、前記第１の撮像面により得られる映像信号に基づいて該映像信号が示す画像のコントラストの高低を評価する第１の焦点評価値を求めると共に、前記第２の撮像面により得られる映像信号に基づいて該映像信号が示す画像のコントラストの高低を評価する第２の焦点評価値を求め、該求めた第１の焦点評価値と第２の焦点評価値との比が前記フォーカス位置の補正直後の値から所定値以上変化したことを再実行条件として該再実行条件を満たすか否かを判定手段と、前記判定手段により前記再実行条件が満たされたと判定された場合には、前記フォーカス制御手段によるフォーカス位置の制御を再実行させる再実行指示手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記判定手段により前記再実行条件が満たされていないと判定された場合には、前記第１の焦点評価値と第２の焦点評価値との比が前記フォーカス位置の補正直後の値となるようにフォーカス位置を制御する第２フォーカス制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１７】
本発明によれば、まず、光路長差を有する２つの撮像面により得られる映像信号に基づいて、それらの２つの撮像面に対して中間の光路長となる位置で最良結像位置となるようにフォーカス位置を設定する。その後、再生用の本来の画像を撮像する撮像面の位置が最良結像位置となるようにフォーカス位置を補正する。従って、２つの撮像面による光路長差方式のオートフォーカスにおいて、本来の画像を撮像する撮像面に対して高い精度で合焦させることができると共に、合焦精度を低下させることなく２つの撮像面の光路長差を大きくすることが可能となり、移動している被写体等に対してフォーカスの応答性能を向上させることができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。
【００１９】
図１に示すテレビカメラは、レンズ交換可能なカメラ本体１０と、カメラ本体１０に装着されるレンズ装置１２とから構成される。尚、レンズ装置１２には、固定及び可動の各種レンズ群やアイリス等の光学部品から構成される撮影レンズ１４（光学系）と、撮影レンズ１４の可動のレンズ（群）やアイリスを電動で制御するための図示しない制御装置（制御系）が含まれる。
【００２０】
カメラ本体１０内には、２つの撮像素子（２次元ＣＣＤ）２０、２２が配置される共に、入射した被写体光を２つの被写体光に分割するハーフミラー等の光分割光学系２４が配置されている。撮影レンズ１４を通過してカメラ本体１０内に入射した被写体光は、光分割光学系２４により２つの被写体光に分割された後、分割された被写体光のうち一方は、撮像素子２０の撮像面に入射し、他方は、撮像素子２２の撮像面に入射するようになっている。
【００２１】
撮像素子２０は再生用の本来の画像（映像）を撮像するために配置された撮像素子であり、この撮像素子２０により光電変換されて図示しない信号処理回路の処理により得られた映像信号は、例えば、外部映像信号出力端子から外部機器に出力される。また、撮像素子２０から得られた映像信号は後述のようにレンズ装置１２にも送られピント状態の検出に使用される。尚、撮像素子２０から得られる映像信号がカラー信号の場合には例えば輝度信号がピント状態の検出に使用される。
【００２２】
一方、撮像素子２２は、ピント状態を検出するために専用に配置された撮像素子であり、この撮像素子２２により光電変換されて得られた映像信号（例えば輝度信号）は、撮像素子２０から得られた映像信号と共にレンズ装置１２に送られピント状態の検出に使用される。
【００２３】
尚、同図においては、１つの撮像素子２０により本来の画像を撮像するいわゆる単板式のカメラを示しているが、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）ごとの３つの撮像素子により本来の画像を撮像するいわゆる３板式のカメラであってもよく、同図に示す撮像素子２０は、光学的に等価な距離にあるＲ、Ｇ、Ｂごとの３つの撮像素子を１つ撮像素子で示したものと解してもよい。その場合には、撮影レンズ１４を通過してカメラ本体に入射した被写体光をＲ、Ｇ、Ｂの光に分光する色分解光学系が同図の光分割光学系２４の位置に配置され、色分解光学系により各色の波長に分光された被写体光がそれぞれの波長に対応する撮像素子の撮像面に入射する構成となる。また、このとき、例えば、色分解光学系にピント状態検出用の被写体光を分岐する手段を設け、これによって分岐した被写体光を撮像素子２２の撮像面に入射させるようにしておく。また、詳細を後述するように本実施の形態におけるピント状態検出には光路長差をもって配置した２つの撮像面から得られた２つの輝度信号が用いられ、３板式の場合にはそのうち１つの輝度信号を、本来の画像を撮像するＲ、Ｇ、Ｂの撮像素子のうちいずれか１つの撮像素子から取得してもよいし、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの撮像素子から得た信号から生成してもよい。また、ピント状態を検出するための専用の撮像素子２２や撮像素子２２の撮像面に被写体光を分岐する手段等は、カメラ本体１０ではなく、レンズ装置１２に配置してもよい。
【００２４】
ここで、撮像素子２０の撮像面と撮像素子２２の撮像面を同一光軸上に表した図を図２に示す。同図に示すように、一方の撮像素子２０の撮像面２０Ａに入射する被写体光の光路長は、他方の撮像素子２２の撮像面２２Ａに入射する被写体光の光路長よりも短くなるように各撮像素子２０、２２の撮像面が光路長差をもって配置されている。これによって、撮影レンズ１４に入射した被写体光が光路長差を有する２つの撮像面によって撮像されるようになっている。ただし、これらの撮像面２０Ａ、２２Ａの位置は逆の関係であってもよい。また、同図において破線で示す撮像面Ｘは、撮像面２０Ａと撮像面２２Ａの中間に位置し、撮像面２０Ａまでの光路長と撮像面２２Ａまでの光路長とが等しくなる位置、即ち、各撮像面２０Ａ、２２Ａまでの光路長が撮像面２０Ａと撮像面２０Ｂとの光路長差の１／２となる位置に配置された撮像面を示している。この撮像面Ｘは、実際に配置されているものではなく、詳細を後述のように２つの映像信号からピント状態を検出する際に基準となる撮像面の位置を示している。
【００２５】
図３は、上記レンズ装置１２の構成を示したブロック図である。レンズ装置１２における撮影レンズ１４には、可動のレンズ群として、ピント合わせのために光軸方向に駆動されるフォーカスレンズ（群）ＦＬや、像倍率（焦点距離）を変更するために光軸方向に駆動されるズームレンズ（群）ＺＬ等が配置されている。また、絞り値を変更するために開閉駆動されるアイリスＩが配置されている。
これらのフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、アイリスＩは、それぞれフォーカス用モータＦＭ、ズーム用モータＺＭ、アイリス用モータＩＭに連結されており、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭによって駆動されるようになっている。
【００２６】
各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭは、それぞれフォーカス用アンプＦＡ、ズーム用アンプＺＡ、アイリス用アンプＩＡに接続されており、レンズ装置１２に搭載されたＣＰＵ３０からＤ／Ａ変換器３２を介して各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに駆動信号が与えられると、その駆動信号に応じた電圧が各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭに印加され、印加電圧に応じた速度で各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭが駆動されるようになっている。
【００２７】
従って、ＣＰＵ３０は、各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに出力する駆動信号の電圧値によりフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、アイリスＩを所望の動作速度で制御することができるようになっている。また、フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、アイリスＩの現在位置を示す位置情報がそれぞれポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰからＡ／Ｄ変換器３４を介してＣＰＵ３０に与えられるようになっており、ＣＰＵ３０は、それらの現在位置を参照しながら動作速度を制御することにより、フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、アイリスＩの位置も制御することができるようになっている。
【００２８】
一方、レンズ装置１２には、レンズアクセサリー（付属装置）としてフォーカスをマニュアル操作するためのフォーカスデマンド３６やズームをマニュアル操作するためのズームデマンド３８などのレンズコントローラを接続できるようになっている。同図に示すフォーカスデマンド３６はデジタル式のレンズコントローラであり、そのフォーカスデマンド３６をレンズ装置１２に接続すると、フォーカスデマンド３６とレンズ装置１２のＣＰＵ３０との間がＳＣＩ（シリアルコミュニケーションインターフェース）４０、４２により通信接続され、シリアル通信により各種信号がやり取りされるようになっている。これにより、例えば、フォーカスデマンド３６からＣＰＵ３０に対して、所定のフォーカス操作部材（例えばフォーカスリング）のマニュアル操作に基づいてフォーカスの目標位置を示す指令信号が与えられる。マニュアルフォーカスモード時においてＣＰＵ３０は、その指令信号に基づいてフォーカスレンズＦＬの位置を制御し、フォーカスをその指令信号により与えられた目標位置に設定する。
【００２９】
同図に示すズームデマンド３８はアナログ式のレンズコントローラであり、そのズームデマンド３８をレンズ装置１２に接続すると、例えば、ズーム操作部材のマニュアル操作に基づいてズームの目標速度を示す指令信号がＡ／Ｄ変換器３４を介してＣＰＵ３０に与えられる。ＣＰＵ３０は、その指令信号に基づいてズームレンズＺＬの動作速度を制御し、ズームをその指令信号により与えられた目標速度で移動させる。
【００３０】
また、レンズ装置１２には、マニュアルフォーカスモードとオートフォーカスモードとを切り替えるＡＦスイッチＳ１が設けられている。ＣＰＵ３０は、このＡＦスイッチＳ１がオフの場合には、マニュアルフォーカスモードの処理を実行し、ＡＦスイッチＳ１がオンされた場合には、オートフォーカスモードの処理を実行する。マニュアルフォーカスモードの処理では上述のようにフォーカスデマンド３６からの指令信号に基づいてフォーカスレンズＦＬを制御する。
【００３１】
一方、オートフォーカスモードの処理では、処理回路５０Ａ〜５６Ａ、及び、処理回路５０Ｂ〜５６Ｂにより取得されるピント情報に基づいてフォーカスレンズＦＬを制御し、自動ピント調整を行う。
【００３２】
処理回路５０Ａ〜５６Ａは、カメラ本体１０の撮像素子２０から得られた映像信号（輝度信号）からその画像のコントラストの高低を示す焦点評価値を生成する回路であり、処理回路５０Ｂ〜５６Ｂは、カメラ本体１０の撮像素子２２から得られた映像信号（輝度信号）からその画像のコントラストの高低を示す焦点評価値を生成する回路である。処理回路５０Ａ〜５６Ａと処理回路５０Ｂ〜５６Ｂとは各映像信号に対する処理内容が一致しているため以下、処理回路５０Ａ〜５６Ａについてのみ説明する。
【００３３】
同図に示すようにカメラ本体１０の撮像素子２０により得られた映像信号がカメラ本体１０からレンズ装置１２に与えられると、その映像信号はまずＡ／Ｄ変換器５０Ａによりデジタル信号に変換される。続いてデジタルフィルター５２Ａによって映像信号から高域周波数成分の信号のみが抽出され、その抽出された高域周波数成分の信号から撮影範囲内（画面上）に設定される所定のフォーカス範囲内の信号のみがゲート回路５４Ａにより抽出される。ゲート回路５４Ａにより抽出された信号は、続いて加算回路５６Ａにより１画像分（インターレース方式の映像信号において１フィールド分）ごとに積算される。加算回路５６Ａの積算によって得られた信号は、フォーカス範囲内の被写体に対する合焦の程度（コントラストの高低）を示す値であり、この値は焦点評価値としてＣＰＵ３０に逐次読み取られる。尚、このようにして撮像素子２０からの映像信号により得られる焦点評価値をチャンネル（ｃｈ）Ａの焦点評価値といい、同様に撮像素子２２からの映像信号に対する処理回路５０Ｂ〜５６Ｂの処理により得られる焦点評価値をｃｈＢの焦点評価値という。
【００３４】
以上の図３に示したレンズ装置１２の各処理部の全てを必ずしもレンズ装置１２に配置する必要はなく、カメラ本体１０を含めたシステム全体のいずれかの部分に配置されていればよい。例えば、処理回路５０Ａ〜５６Ａ、５０Ｂ〜５６Ｂをカメラ本体１０に配置するようにしてもよいし、後述のように処理回路５０Ａ〜５６Ａ、５０Ｂ〜５６Ｂから得られた焦点評価値に基づいてフォーカスレンズＦＬの位置を制御するＣＰＵ３０の処理をカメラ本体１０側で行ってもよい。
【００３５】
次に、レンズ装置１２のＣＰＵ３０におけるオートフォーカス（ＡＦ）の処理について説明する。上記のようにしてｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値を取得すると、それらの焦点評価値に基づいて撮影レンズ１４の現在のピント状態を知ることができる。そこでまず、その原理について説明する。図４は、横軸に撮影レンズ１４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、Ｂは、それぞれ撮像素子２０、２２から得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものである。一方、図中点線で示す曲線Ｃは、撮像素子２０と撮像素子２２の各撮像面２０Ａ、２２Ａの中間に撮像面Ｘを配置したと仮定した場合（図２参照）に、その撮像面Ｘから得られる映像信号により焦点評価値を求めたときのグラフを示したものである。
【００３６】
まず、曲線Ｃの焦点評価値が最大（極大）となる位置Ｆ０を合焦位置として、撮像面Ｘに対するピント状態を検出する。撮影レンズ１４のフォーカス位置が同図のＦ１に設定された場合、ｃｈＡの焦点評価値ＶＡ１は、曲線Ａの位置Ｆ１に対応する値となり、ｃｈＢの焦点評価値ＶＢ１は、曲線Ｂの位置Ｆ１に対応する値となる。そして、この場合、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、フォーカス位置が合焦位置（Ｆ０）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。
【００３７】
一方、撮影レンズ１４のフォーカス位置が同図のＦ２に設定された場合、ｃｈＡの焦点評価値ＶＡ２は、曲線Ａの位置Ｆ２に対応する値となり、ｃｈＢの焦点評価値ＶＢ２は、曲線Ｂの位置Ｆ２に対応する値となる。そして、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、フォーカス位置が合焦位置（Ｆ０）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。
【００３８】
これに対して、撮影レンズ１４のフォーカス位置がＦ０、すなわち合焦位置に設定された場合、ｃｈＡの焦点評価値ＶＡ０は、曲線Ａの位置Ｆ０に対応する値となり、ｃｈＢの焦点評価値ＶＢ０は、曲線Ｂの位置Ｆ０に対応する値となる。このとき、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、フォーカス位置が合焦位置（Ｆ０）に設定された合焦状態であることが分かる。
【００３９】
このように、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値により、撮影レンズ１４の現在のピント状態が撮像面Ｘ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。尚、ここで検出するピント状態は、再生用の画像を撮像する撮像素子２０の撮像面２０Ａに対するピント状態ではない。例えば、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいて上述のようにピント状態を検出し、合焦状態と判断した場合にそのときの最良結像位置は、撮像素子２０の撮像面２０Ａと撮像素子２２の撮像面２２Ａとの中間にある撮像面Ｘの位置となる。
【００４０】
続いて、レンズ装置１２のＣＰＵ３０におけるＡＦの処理の概要を説明する。
ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致していない場合、ＣＰＵ３０は、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてフォーカスレンズＦＬの位置を制御し、フォーカスレンズＦＬをまず撮像面Ｘに対して合焦状態となる位置に移動させる。即ち、撮像面Ｘに対して前ピンであると判断される状態の場合には、フォーカスレンズＦＬを無限遠方向に移動させ、後ピンであると判断される状態の場合には、フォーカスレンズＦＬを至近方向に移動させる。そして、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致して撮像面Ｘに対して合焦であると判断される状態となった場合には、フォーカスレンズＦＬをその位置で停止させる。これによって撮影レンズ１４のフォーカスが撮像面Ｘに対して合焦状態となる。このようにしてフォーカスレンズＦＬを合焦位置に設定した後、合焦状態、即ち、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が一致している状態が規定時間以上継続しない場合には、上記処理を繰り返す。これによって例えば被写体が移動している場合などに合焦位置が変動する場合にはそれに追従してフォーカスレンズＦＬが移動する。
【００４１】
ここで、フォーカスレンズＦＬを合焦位置に移動させる際の具体的な制御方法の一例を説明しておく。カメラ本体１０から逐次得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をＡＦＶ＿Ａ、ＡＦＶ＿Ｂとすると、ＣＰＵ３０は、まず、これらの比ＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂを求める。図４で説明したことから分かるように、焦点評価値の比ＡＦＶが１の場合には撮像面Ｘに対して合焦状態にあり、もし、この焦点評価値の比ＡＦＶの値が１より大きい場合には、撮像面Ｘに対してピント状態が前ピンの状態にある。この場合には、フォーカスレンズＦＬの移動方向を無限遠側に設定する。また、このときのフォーカスレンズＦＬの移動速度を例えば、Ｃ・（ＡＦＶ−１）に設定する。尚、係数Ｃは定数である。そして、このように設定した動作を実行させるための指示（駆動信号）を図３に示したフォーカス用アンプＦＡに出力する。
これによって、フォーカスレンズＦＬがＡＦＶ＝１となる方向に向かってＡＦＶが大きいほど高速で移動し、ＡＦＶが１に近づくと減速してＡＦＶ＝１となる合焦位置で停止する。
【００４２】
一方、焦点評価値の比ＡＦＶの値が１より小さい場合には、撮像面Ｘに対してピント状態が後ピンの状態にある。この場合には、フォーカスレンズＦＬの移動方向を至近側に設定する。また、このときのフォーカスレンズＦＬの移動速度を例えば、Ｃ・（１／ＡＦＶ−１）に設定する。これによって、フォーカスレンズＦＬが１／ＡＦＶ＝１（ＡＦＶ＝１）となる方向に向かって１／ＡＦＶが大きいほど高速で移動し、１／ＡＦＶが１に近づくと減速して１／ＡＦＶ＝１となる合焦位置で停止する。
【００４３】
ところで、このようにｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の比又は差等をパラメータとしてフォーカスレンズＦＬの移動速度を調整しながら合焦位置に停止させるようにした場合に、撮像素子２０の撮像面２０Ａと撮像素子２２の撮像面２２Ａとの光路長差が小さいと、高速で移動している被写体に対してフォーカスレンズＦＬが十分な応答速度で追従しないという問題が生じる。図５は、撮像面２０Ａと撮像面２２Ａの光路長差を例えば撮影レンズ１４の焦点深度以下となるように小さくした場合において、被写体が高速で移動しているときの焦点評価値のグラフを示した図である。一方、図６は、本実施の形態の場合であって図５における撮像面２０Ａと撮像面２２Ａの光路長差よりも大きい場合において、被写体が高速で移動しているときの焦点評価値のグラフを示した図である。これらの図に示すように被写体が高速で移動している場合にはコントラストが低くなり焦点評価値のピーク点付近での傾斜も緩やかになる。そのため、図５のグラフから分かるように、撮像面２０Ａと撮像面２２Ａの光路長差があまりに小さいと、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に差が生じ難くなり、例えば、フォーカスレンズＦＬが合焦位置から至近側に大きくずれていても、上記Ｃ・（ＡＦＶ−１）等の式により求められるフォーカスレンズＦＬの移動速度も極めて遅くなる。仮に係数Ｃの値を大きな値に設定しておけばフォーカスレンズＦＬの移動速度を全般的に高速化することができるが、移動している被写体が停止した場合や始めから被写体が静止している場合等にはフォーカスレンズＦＬの移動速度が速すぎるために合焦位置での停止動作が不安定になるという問題が生じる。従って、高速で移動している被写体に対して十分な速度でフォーカスレンズＦＬを追従させることができない。
【００４４】
これに対して図６のグラフから分かるように、本実施の形態のように撮像面２０Ａと撮像面２２Ａの光路長差を大きくすれば、被写体が高速で移動している場合であってもｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の差が十分な大きさとなり、高速で移動する被写体に対して十分な速度でフォーカスレンズＦＬを追従させることができる。
【００４５】
一方、撮像面２０Ａと撮像面２２Ａの光路長差を小さくし、焦点深度以下に制限することは、上述のように撮像面Ｘに対して合焦状態となるようにフォーカスレンズＦＬの位置を制御することによって本来の画像を撮像する撮像面２０Ａに対しても合焦状態が得られるという点で利点がある。本実施の形態のようにフォーカスレンズＦＬの応答性能を良くするために撮像面２０Ａと撮像面２２Ａの光路長差を大きくした場合には、撮像面Ｘに対して合焦状態となるようにフォーカスレンズＦＬを制御しても本来の画像を撮像する撮像素子２０の撮像面２０Ａに対して合焦状態とならない。しかしながら、高速で移動している被写体のコントラストは低いため、被写体が高速で移動している場合には撮像素子２０の撮像面２０Ａに対して合焦状態となっていなくても再生した映像上での違和感はほとんどない。これに対して静止している被写体に対しては、撮像素子２０の撮像面２０Ａに対して合焦状態にする必要があるが、この点について次に説明する制御により解消される。
【００４６】
上述のようにフォーカスレンズＦＬを撮像面Ｘに対して合焦状態となる合焦位置に設定した場合において、その後、フォーカスレンズＦＬを動かすことなくその合焦状態が規定時間以上継続したときには、被写体が静止していると判断することができる。この場合、ＣＰＵ３０は、フォーカスレンズＦＬを動かして最良結像位置を撮像面Ｘから撮像素子２０の撮像面２０Ａまで変位させる。即ち、撮像素子２０の撮像面２０Ａと撮像素子２２の撮像面２２Ａとの光路長差の２分の１に相当する量だけフォーカスレンズＦＬを至近方向に移動させる。これによって、被写体が静止している場合、又は、移動していた被写体が停止した場合等に高い合焦精度が必要になると、本来の画像を撮像する撮像素子２０の撮像面２０Ａに対して合焦状態となるようにフォーカスレンズＦＬの位置が補正される。従って、上述のようにフォーカスレンズＦＬの応答性能を良くするために撮像素子２０の撮像面２０Ａと撮像素子２２の撮像面２２Ａの光路長差を大きくした場合に、撮像面Ｘに対して合焦状態となるようにフォーカスレンズＦＬを制御しただけでは撮像面２０Ａに対して合焦状態とならない不具合が解消される。
【００４７】
次に、ＣＰＵ３０の具体的な処理手順を図７のフローチャートを用いて説明する。まず、ＣＰＵ３０は、パラメータＣＯＵＮＴを０に設定する（ステップＳ１０）。次にｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂを取得する（ステップＳ１２、１４）。そして、ｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂの比を求め、その値をＡＦＶとする（ステップＳ１６）。即ち、ＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂとする。
【００４８】
続いて、ＣＰＵ３０は、ＡＦＶ＝１の条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ１８）。即ち、ｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂとが一致するか否かを判定し、撮像面Ｘに対して合焦状態か否かを判定する。ＮＯと判定した場合には、ＡＦＶ＜１の条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０）。
ＹＥＳと判定した場合には撮像面Ｘに対して後ピンの状態にあることからフォーカスレンズＦＬを至近方向に移動させる（ステップＳ２２）。一方、ＮＯと判定した場合には撮像面Ｘに対して前ピンの状態にあることからフォーカスレンズＦＬを無限遠方向に移動させる（ステップＳ２４）。ステップＳ２２又はステップＳ２４の処理の後、ステップＳ１０に戻り、上記処理を繰り返す。
【００４９】
ステップＳ１８においてＹＥＳ、即ち、撮像面Ｘに対して合焦状態となっていると判定した場合には、パラメータＣＯＵＮＴの値を１増加させる（ステップＳ２６）。即ち、ＣＯＵＮＴ＝ＣＯＵＮＴ＋１とする。そして、所定値ｎ（整数）に対してＣＯＵＮＴ＜ｎの条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２８）。ＹＥＳと判定した場合にはステップＳ１２に戻る。もし、ステップＳ１８においてｎ回連続してＹＥＳと判定されると、ステップＳ２８においてＮＯと判定される。即ち、撮像面Ｘに対して合焦状態となる位置にフォーカスレンズＦＬを設定してからｎ回連続してステップＳ１８でＹＥＳと判定するのに要する所定時間の間、合焦状態が維持された場合には、ステップＳ２８においてＮＯと判定される。この判定処理によって被写体が静止しているか否かが判断される。
【００５０】
ステップＳ２８でＮＯと判定すると、ＣＰＵ３０は、撮像素子２０の撮像面２０Ａと撮像素子２２の撮像面２２Ａの光路長差の１／２に相当する分だけ至近方向へのフォーカスレンズＦＬの移動を指示する（ステップＳ３０）。そして、移動が終了したか否かを判定する（ステップＳ３２）。フォーカスレンズＦＬが撮像面２０Ａに対して合焦状態となる位置まで移動すると、ステップＳ３２でＹＥＳと判定され、フォーカスレンズＦＬがその位置で停止する。
【００５１】
ステップＳ３２でＹＥＳと判定した場合、ＣＰＵ３０は、ｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂを取得する（ステップＳ３４、３６）。そして、焦点評価値の比ＡＦＶＲ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂを求め、その比ＡＦＶＲを記憶する（ステップＳ３８）。
【００５２】
続いて、ＣＰＵ３０は、ｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂを取得し（ステップＳ４０、４２）、その比ＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂを求める（ステップＳ４４）。そして、ステップＳ４４で求めた焦点評価値の比ＡＦＶとステップＳ３８で求めた焦点評価値の比ＡＦＶＲとが一致しているか否かを判定する（ステップＳ４６）。これによって、被写体に変化がないか否かを検出する。ＹＥＳと判定した場合、即ち、被写体に変化がないと判定した場合には、ステップＳ４０からの処理を繰り返す。一方、ＮＯと判定した場合、即ち、被写体に変化が生じた場合には、ステップＳ１０に戻り、最初の処理から再度実行する。
【００５３】
尚、上記フローチャートの処理では、ステップＳ３８で求めたＡＦＶＲの値に対してステップＳ４４で求めたＡＦＶの値が変化した場合に、ステップＳ１０からの処理、即ち、撮像面Ｘに対して合焦状態となるようにフォーカスレンズＦＬの位置を制御する処理が行われるが、ＡＦＶＲの値に対してＡＦＶの値が所定値以上変化した場合にステップ１０からの処理を行うようにしてもよい。また、ＡＦＶＲの値に対するＡＦＶの値の変化量が所定値より小さい場合には、ステップＳ１０からの処理を行うのではなく、ＡＦＶの値を検出しながらフォーカスレンズＦＬを移動させ、ＡＦＶの値がＡＦＶＲの値に一致するようにフォーカスレンズＦＬの位置を制御してもよい。
【００５４】
以上、上記実施の形態では、テレビカメラシステムに本発明を適用する場合について説明したが、本発明はこれに限らず民生用のムービカメラ等のオートフォーカス機能が搭載されたシステムで適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、本来の画像を撮像する撮像面に対して高い精度で合焦させることができると共に、合焦精度を低下させることなく２つの撮像面の光路長差を大きくすることが可能となり、移動している被写体等に対してフォーカスの応答性能を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が適用されるテレビカメラシステムの全体構成を示した図である。
【図２】図２は、ピント状態検出用の映像信号を取得するために配置された２つの撮像素子の撮像面を同一光軸上に表した図である。
【図３】図３は、レンズ装置の内部構成を示したブロック図である。
【図４】図４は、ピント状態の検出原理の説明に用いた説明図である。
【図５】図５は、２つの撮像面の光路長差が小さい場合の焦点評価値のグラフを示した図である。
【図６】図６は、２つの撮像面の光路長差が図５に比べて大きい場合の焦点評価値のグラフを示した図である。
【図７】図７は、レンズ装置のＣＰＵの処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…カメラ本体、１２…レンズ装置、１４…撮影レンズ、２０、２２…撮像素子、２４…光分割光学系、２０Ａ、２２Ａ…撮像面、ＦＬ…フォーカスレンズ（群）、ＦＭ…フォーカス用モータ、ＦＡ…フォーカス用アンプ、３０…ＣＰＵ、ＦＰ…ポテンショメータ、５０Ａ、５０Ｂ…Ａ／Ｄ変換器、５２Ａ、５２Ｂ…デジタルフィルター、５４Ａ、５４Ｂ…ゲート回路、５６Ａ、５６Ｂ…加算回路
【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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