(57)【要約】  【課題】精度よく且つ迅速に合焦を行うことができるオートフォーカス装置及びカメラを提供する。  【解決手段】撮影光学系１と、第一合焦評価値を作成する第一合焦評価部２と、第２合焦評価値を作成する第二合焦評価部３と、第一合焦評価値及び第二合焦評価値の少なくとも一方を選択する合焦方法選択装置４と、合焦方法選択装置４で選択された評価値に基づいて焦点調節用レンズ１１を移動するモータ５及びモータ駆動装置６とを有する。第一合焦評価部２は、撮像素子２１の電気信号から適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルに基づいて第一合焦評価値を作成する。第二合焦評価値３は、撮像素子３３ａ、３３ｂで各々撮像された像の撮像位置のずれに基づいて第二合焦評価値を作成する。【選択図】図１
2005189876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能に設けられた焦点調節用レンズと入力した被写体からの光を分光する光学素子とを少なくとも有する撮影光学系と、
前記光学素子により分光された一方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第一光学系と、前記第一光学系によって得られた像を撮像して電気信号に変換する第一撮像素子と、前記第一撮像素子によって得られた電気信号から適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する第一情報作成手段とを有する第一の合焦評価手段と、
前記光学素子により分光された他方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第二光学系と、前記第二光学系によって結像された像を形成する光束のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させる再結像光学系と、前記再結像光学系によって得られた像を撮像する第二撮像素子と、前記第二撮像素子上の像の位置ずれに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する第二情報作成手段とを有する第二の合焦評価手段と、
前記第一の合焦評価手段からの情報及び前記第二の合焦評価手段からの情報のうち、少なくとも一方を選択する合焦評価選択手段と、
前記合焦評価選択手段で選択された情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、
を具備することを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記合焦評価選択手段は、前記第二の合焦評価手段からの情報を前記第一撮像素子によって撮像された像を大まかに合焦させるときに選択し、前記第一の合焦評価手段からの情報を前記第一撮像素子によって撮像された像を子細に合焦させるときに選択することを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記合焦評価選択手段は、前記第一の合焦評価手段からの情報及び前記第二の合焦評価手段からの情報のうちのいずれか一方が有為でない場合に、他方の情報を選択することを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記合焦評価選択手段は、被写界深度を特定する情報を参照して、前記第一の合焦評価手段からの情報及び前記第二の合焦評価手段からの情報のうちのいずれか一方を選択することを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記撮影光学系は前記光学素子の後方に配置された絞りを有するものであり、
前記被写界深度を特定する情報は、前記絞りの絞り値であることを特徴とする請求項５記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
前記撮影光学系は移動可能に設けられた変倍用レンズを有するものであり、
前記被写界深度を特定する情報は、前記焦点調節用レンズの位置と前記変倍用レンズの位置とのどちらか一方もしくは両方であることを特徴とする請求項４記載のオートフォーカス装置。
【請求項７】
前記被写界深度を特定する情報は、光学アクセサリ装着の有無及び種類であることを特徴とする請求項４記載のオートフォーカス装置。
【請求項８】
前記撮影光学系の像側主点から像面までの距離、前記撮影光学系の物体側主点から前記被写体までの距離及び前記第一撮像素子上における前記被写体の寸法に基づいて、前記被写体の実寸法を算出する被写体寸法算出手段と、
物体の寸法を設定する物体寸法設定手段と、
前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法と前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法とを比較し、この比較した結果に基づいて、前記第一の合焦評価手段及び前記第二の合焦評価手段を制御する合焦対象物制御手段と、
を設けたことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項９】
前記合焦対象物制御手段は、前記被写体寸法算出手段で算出された前記被写体の実寸法が前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法と略同一であるときに、当該被写体に合焦させるように前記第一の合焦評価手段及び前記第二の合焦評価手段を制御することを特徴とする請求項８記載のオートフォーカス装置。
【請求項１０】
前記物体寸法設定手段には、人間の標準的な寸法が設定されていることを特徴とする請求項９記載のオートフォーカス装置。
【請求項１１】
前記合焦対象物制御手段は、前記被写体寸法算出手段で算出された前記被写体の実寸法が前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法と略同一であるときに、当該被写体以外の被写体に合焦させるように前記第一の合焦評価手段及び前記第二の合焦評価手段を制御することを特徴とする請求項８記載のオートフォーカス装置。
【請求項１２】
前記被写体寸法算出手段は、前記複数個の第二撮像素子によって各々撮像された像の位置ずれに基づいて、前記撮影光学系から前記被写体までの距離を算出することを特徴とする請求項８、９、１０又は１１記載のオートフォーカス装置。
【請求項１３】
前記第二の合焦評価手段は、前記複数個の再結像用光学系及び第二撮像素子が、前記第二光学系により結像される像の複数の部分を撮像することができるように配置されたものであり、
前記被写体寸法算出手段は、前記第二光学系により結像された像の複数の部分に各々対応する各被写体の実寸法を算出することができるものであることを特徴とする請求項８、９、１０、１１又は１２記載のオートフォーカス装置。
【請求項１４】
表示媒体に前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法を表示する被写体寸法表示手段を設けたことを特徴とする請求項８、９、１０、１１、１２又は１３記載のオートフォーカス装置。
【請求項１５】
前記第一撮像素子上の領域であって、当該領域上の像を対応する被写体に合焦させるための情報が作成されるフォーカス領域の大きさを設定するフォーカス領域設定手段を設け、
前記第一の合焦判断手段は、前記フォーカス領域設定手段で設定された大きさのフォーカス領域について、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成することを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項１６】
前記フォーカス領域設定手段は、前記第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさが前記第二の合焦評価手段のフォーカス領域より大きくなるように設定することを特徴とする請求項１５記載のオートフォーカス装置。
【請求項１７】
前記フォーカス領域設定手段は、前記第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさが前記第二の合焦評価手段のフォーカス領域より小さくなるように設定することを特徴とする請求項１５記載のオートフォーカス装置。
【請求項１８】
前記第二の合焦評価手段には、予め複数のフォーカス領域が設定されており、
前記フォーカス領域設定手段は、前記第二の合焦評価手段が前記複数のフォーカス領域について各々作成した情報に基づいて、前記複数のフォーカス領域の中から、前記撮影光学系から当該フォーカス領域上の像に対応する被写体までの距離が略同一であって且つ隣り合うフォーカス領域を検出し、これ等のフォーカス領域を合わせた大きさに応じて、前記第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさを設定することを特徴とする請求項１５記載のオートフォーカス装置。
【請求項１９】
前記フォーカス領域の大きさに関する情報を入力するフォーカスサイズ入力手段を有し、
前記フォーカス領域設定手段は、前記フォーカスサイズ入力手段に入力された前記フォーカス領域の大きさに関する情報に基づいて、前記第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさを設定することを特徴とする請求項１５記載のオートフォーカス装置。
【請求項２０】
前記第一撮像素子上の領域であって、当該領域上の像を対応する被写体に合焦させるための情報が作成されるフォーカス領域の位置に関する情報を入力するフォーカス位置入力手段を有し、
前記第一の合焦判断手段及び前記第二の合焦判断手段は、前記フォーカス位置入力手段で入力された位置にあるフォーカス領域について、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成することを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項２１】
前記合焦評価選択手段は、前記フォーカス位置入力手段で入力されたフォーカス領域の位置が前記再結像用光学系によって像を検出できない位置である場合、前記第一の合焦評価手段からの情報のみを選択することを特徴とする請求項２０記載のオートフォーカス装置。
【請求項２２】
前記合焦評価選択手段によって前記第一の合焦評価手段により得られた情報が選択された場合には、前記第一の合焦評価手段のフォーカス領域を識別できる情報を、また前記第二の合焦評価手段により得られた情報が選択された場合には、前記第二の合焦評価手段のフォーカス領域を識別できる情報を、表示媒体に表示するフォーカス領域表示手段を設けたことを特徴とする請求項１５、１６、１７、１８、１９、２０又は２１記載のオートフォーカス装置。
【請求項２３】
前記第一光学系により結像された像と前記第二光学系により結像された像との大きさが異なるように、前記撮影光学系、前記第一光学系及び前記第二光学系を構成したことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項２４】
移動可能に設けられた焦点調節用レンズと被写体からの光を入力して前記被写体に対応する像を結像する結像レンズとを少なくとも有する撮影光学系と、前記撮影光学系によって得られた像を撮像し電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子によって得られた電気信号から適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルに基づいて、前記撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する情報作成手段と、前記情報作成手段で作成された情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、具備するオートフォーカス装置であって、
前記撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離を測定する測距手段と、
前記測距手段で測定した前記撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離、前記撮影光学系の像側主点から像面までの距離及び前記第一撮像素子上における前記被写体の寸法に基づいて、前記被写体の実寸法を算出する被写体寸法算出手段と、
物体の寸法を設定する物体寸法設定手段と、
前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法と前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法とを比較し、この比較した結果に基づいて前記情報作成手段が前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する領域を制御する合焦対象物制御手段と、
を設けたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２５】
移動可能に設けられた焦点調節用レンズと入力した被写体からの光を分光する光学素子とを少なくとも有する撮影光学系と、
前記光学素子により分光された一方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第一光学系と、
前記第一光学系によって得られた像を撮像する第一撮像素子と、
前記光学素子により分光された一方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第二光学系と、
前記第二光学系によって結像された像を形成する光束のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させる再結像光学系と、
前記再結像光学系によって得られた像を撮像する第二撮像素子と、
前記第二撮像素子上の像の位置ずれに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する情報作成手段と、
前記情報作成手段で作成された情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、
前記撮影光学系の像側主点から像面までの距離、前記撮影光学系の物体側主点から前記被写体までの距離及び前記第一撮像素子上における前記被写体の寸法に基づいて、前記被写体の実寸法を算出する被写体寸法算出手段と、
物体の寸法を設定する物体寸法設定手段と、
前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法と前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法とを比較し、この比較した結果に基づいて前記情報作成手段が前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する領域を制御する合焦対象物制御手段と、
を設けたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２６】
移動可能に設けられた焦点調節用レンズと入力した被写体からの光を分光する光学素子とを少なくとも有する撮影光学系と、前記光学素子により分光された一方の光を入力して前記被写体に対応する像を結像する第一光学系と、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段とを備えたレンズ鏡筒が装着されるカメラであって、
前記第一光学系によって得られた像を撮像し、電気信号に変換する第一撮像素子と、前記第一撮像素子によって得られた電気信号から適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する第一情報作成手段とを有する第一の合焦評価手段と、
前記光学素子により分光された他方の光を入力して前記被写体に対応する像を結像する第二光学系と、前記第二光学系によって結像された像を形成する光束のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させる再結像光学系と、前記再結像光学系によって得られた像を撮像する第二撮像素子と、前記第二撮像素子上の像の位置ずれに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する第二情報作成手段とを有する第二の合焦評価手段と、
前記第一の合焦評価手段からの情報及び前記第二の合焦評価手段からの情報のうち、少なくとも一方を選択する合焦評価選択手段と、
前記合焦評価選択手段で選択された情報に基づいて、前記移動手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にビデオカメラ、特にＴＶカメラに用いるオートフォーカス装置及びカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カメラ用のオートフォーカス装置として２種類のオートフォーカス装置がある。一方は、一般に山登り方式といわれているもので、主にビデオカメラ用のオートフォーカス装置として用いられている。他方は、像ずれ方式といわれているもので、主にスティルカメラ用のオートフォーカス装置として用いられている。以下に、両方式のオートフォーカス装置について図面を参照して説明する。
【０００３】
先ず、山登り式のオートフォーカス装置について図２０及び図２１を参照して説明する。図２０は山登り式のオートフォーカス装置の概略ブロック図、図２１は映像信号の高周波成分のレベルと焦点調節用レンズとの関係を説明するための図である。
【０００４】
山登り式のオートフォーカス装置は、図２０に示すように、焦点調節用レンズ９０１、変倍レンズ９０２、補正レンズ９０３、絞り９０４、および結像レンズ９０５からなる撮影光学系９０と、撮影光学系９０によって形成された像を撮像し電気信号に変換する撮像素子９１と、撮像素子９１からの電気信号に応じた映像信号を作成する映像信号作成装置９２と、映像信号作成装置９２からの映像信号に基づいて、撮像素子９１上に形成された像を合焦させるための情報（合焦評価値）を作成する合焦評価値作成装置９３と、焦点調節用レンズ９０１を撮影光学系９０の光軸方向に移動させるモータ９４と、合焦評価値作成装置９３で得られた合焦評価値を参照してモータ９４を駆動するモータ駆動装置９５と、を備えている。
【０００５】
次に、山登り式のオートフォーカス装置の動作について説明する。先ず、撮影光学系９０は、撮像素子９１上に像を形成する。この像は、撮像素子９１により電気信号に変換された後、映像信号作成装置９２によって映像信号に変換される。この映像信号は、複数の周波数の正弦波が合成されて形成されたものと見なすことができる。
【０００６】
ところで、映像信号の高周波成分のレベルは、図２１に示すように、撮像素子９１上に形成された像が鮮鋭度を増すほど、即ち焦点調節用レンズが合焦点Ａに近づくほど急激に上昇することが知られている。そして、一般に撮像素子９１上の像が合焦しているときに、映像信号の高周波成分のレベルがピークに到達することが知られている。また、このレベルの山は周波数が高くなるほど急峻になる傾向がある。一方、レンズの結像性能や、映像信号のＳ/Ｎ比は、周波数が高く
なるほど悪くなる。
【０００７】
そこで、合焦評価値作成装置９３は、映像信号作成装置９２によって得られた映像信号から、撮影光学系９０１の結像性能及び映像信号のＳ／Ｎ比を考慮して適当な高周波成分を選択し、この周波数成分のレベルを適当なサンプリング間隔で観察することにより合焦評価値を作成する。たとえば、選択した周波数成分のレベルが上昇しているときは、焦点調節用レンズ９０１が合焦点に近づく方向に移動しているものと評価する。また、選択した周波数成分のレベルが低下しているときは、焦点調節用レンズ９０１が合焦点から離れる方向に移動しているものと評価する。そして、選択した周波数成分のレベルがピーク値から所定の範囲内（例えば図２１のΔＶ）にあるときに、撮像素子９１上の像が合焦しているものと評価する。
【０００８】
次に、モータ駆動装置９５は、合焦評価値作成装置９３から逐次送られてくる合焦評価値を参照し、焦点調節用レンズ９０１を合焦と判断される位置まで移動させるべくモータ９４を駆動する。このように、山登り式のオートフォーカス装置では、焦点調節用レンズ９０１の移動があたかも高周波成分の山を登るよう行われる。これが山登り式という名前で呼ばれている所以である。
【０００９】
上記の山登り式のオートフォーカス装置は、映像信号を用いて合焦の評価を行うので、撮像素子９１上の像を対応する被写体に精度よく合焦させることができる。また、測距専用の素子を設けることなく撮像素子９１上の像を合焦させるので、コスト的に有利である。このため、主にビデオカメラ用のオートフォーカス装置として用いられている。
【００１０】
次に、像ずれ式のオートフォーカス装置について図面を参照して説明する。図２２、図２４及び図２６は像ずれ式のオートフォーカス装置の原理を説明するための図である。ここで、図２２は合焦状態にあるときの光路を、図２４及び図２６は、合焦していない状態にあるときの光路を示している。また、図中において、符号９６は光束を共役な像に結像させる結像光学系、符号９７は結像光学系９６の予定焦点面、符号９８ａ及び９８ｂは結像光学系９６の光軸に対して略対象な位置に配置された、結像光学系９６により結像した光束（像）の一部を再び結像させる再結像用レンズである。また、符号９９ａ及び９９ｂは、結像光学系９６の光軸に対して略対象な位置であって、再結像用レンズ９８ａ、９８ｂの予定焦点面にそれぞれ配置されたラインセンサである。
【００１１】
図２２に示すように、結像光学系１を通過した光束が予定焦点面９７上で合焦している場合、光束の一部は、再結像用レンズ９８ａ、９８ｂによりラインセンサ９９ａ、９９ｂ上で再び結像する。したがって、予定焦点面９７上で合焦している場合、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂが撮像する像は、図２３に示すようにラインセンサ上の略一致する位置に形成される。一方、図２４に示すように、結像光学系１を通過した光束が予定焦点面９７よりも前で合焦している場合（所謂後ピン状態）、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂが撮像する像は、図２５に示すようなずれが生じる。また、図２６に示すように、結像光学系１を通過した光束が予定焦点面９７よりも後で合焦している場合（所謂前ピン状態）、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂが撮像する像は、図２７に示ように、後ピン状態とは逆の方向にずれが生じる。
【００１２】
したがって、ラインセンサ９９ａ、９９ｂで撮像された像のずれの方向及び量を検出することにより、予定焦点面９７上で合焦させるために必要な焦点調節用レンズの移動方向及び移動量を算出することができる。このように、像ずれ式のオートフォーカス装置では、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂで撮像された像のずれの方向及び量に基づいて合焦が行なわれる。これが像ずれ式という名前で呼ばれている所以である。
【００１３】
上記の像ずれ式のオートフォーカス装置は、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂで撮像された像のずれの方向及び量に基づいて、合焦に必要な焦点調節用レンズの移動方向及び移動量を直接算出するので、合焦を素早く行うことができる。このため、主にスティルカメラ用のオートフォーカス装置として用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の山登り式のオートフォーカス装置では、合焦評価値作成装置９３から所定のサンプリング間隔で逐次送られてくる合焦評価値を参照し、焦点調節用レンズ９０１を合焦と判断される位置まで移動させるので、合焦までに時間がかかるという問題がある。特に、焦点調節用レンズ９０１の位置が合焦点から遠く離れている場合（所謂おおぼけ時）、図２１に示すように、映像信号の高周波成分のレベル変化が微少でノイズ等に埋もれてしまったり、レベルのピークを示すものではなくなったりする可能性が高く、合焦評価値作成装置９３での評価が難しくなる。このため、合焦までにかかる時間が極端に長くなることがある。
【００１５】
この合焦までに時間がかかるという問題は、例えば上記の山登り式のオートフォーカス装置をＴＶカメラに用いる場合、ニュースの取材等において一瞬の撮影チャンスを取り逃がすおそれがある。
【００１６】
この点、上記の像ずれ式のオートフォーカス装置は、上述したように、合焦を素早く行うことができる。しかし、上記の像ずれ式のオートフォーカス装置をビデオカメラに用いる場合、撮像素子上に像を形成する撮像光学系から光束を分岐させて、撮像素子面とは別の位置に像を結ばせる必要がある。このため、撮像素子面とは別の位置に形成された像を用いて撮像素子上の像が合焦しているか否かを評価することになるので、精度よく合焦させることができないという問題がある。特に、ＴＶカメラ用のオートフォーカス装置には、高い精度（撮影光学系の光軸方向における像面のずれが数μｍ程度以内）が要求される。上記の像ずれ式のオートフォーカス装置でこの精度を満足させるためには、相当のコストアップを覚悟しなければならない。
【００１７】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、精度よく且つ迅速に合焦を行うことができ、しかも安価なオートフォーカス装置及びカメラを提供することを目的とするものである。
【００１８】
また、本発明は撮影目的物に効率よく合焦させることができるオートフォーカス装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明のオートフォーカス装置は、移動可能に設けられた焦点調節用レンズと入力した被写体からの光を分光する光学素子とを少なくとも有する撮影光学系と、
前記光学素子により分光された一方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第一光学系と、前記第一光学系によって得られた像を撮像して電気信号に変換する第一撮像素子と、前記第一撮像素子によって得られた電気信号から適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する第一情報作成手段とを有する第一の合焦評価手段と、
前記光学素子により分光された他方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第二光学系と、前記第二光学系によって結像された像を形成する光束のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させる再結像光学系と、前記再結像光学系によって得られた像を撮像する第二撮像素子と、前記第二撮像素子上の像の位置ずれに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する第二情報作成手段とを有する第二の合焦評価手段と、
前記第一の合焦評価手段からの情報及び前記第二の合焦評価手段からの情報のうち、少なくとも一方を選択する合焦評価選択手段と、
前記合焦評価選択手段で選択された情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、
を具備することを特徴とするものである。
【００２０】
ここで、合焦評価選択手段は、第二の合焦評価手段からの情報を第一撮像素子によって撮像された像を大まかに合焦させるときに選択し、第一の合焦評価手段からの情報を第一撮像素子によって撮像された像を子細に合焦させるときに選択することが好ましい。
【００２１】
また、合焦評価選択手段は、第一の合焦評価手段からの情報及び第二の合焦評価手段からの情報のうちのいずれか一方が有為でない場合に、他方の情報を選択するようにしてもよい。ここで、有為でないとは、その評価値では第一撮像素子上の像を合焦させることができない場合をいう。これは、従来の技術でも述べたように、山登り式と像ずれ式とでは、その原理が全く異なるため、被写体によっては合焦点を検出することができない場合があるためである。
【００２２】
さらに、合焦評価選択手段は、被写界深度を特定する情報を参照して、前記第一の合焦評価手段からの情報及び前記第二の合焦評価手段からの情報のうちのいずれか一方を選択するようにしてもよい。ここで、被写界深度を特定する情報とは、例えば、撮影光学系の絞り値、撮影光学系の焦点調節用レンズ及び変倍用レンズの位置、光学アクセサリの有無及び種類等が該当する。
【００２３】
本発明のオートフォーカス装置において、撮影光学系の像側主点から像面までの距離、撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離及び第一撮像素子上における被写体の寸法に基づいて、被写体の実寸法を算出する被写体寸法算出手段と、物体の寸法を設定する物体寸法設定手段と、前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法と前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法とを比較し、この比較した結果に基づいて、前記第一の合焦評価手段及び前記第二の合焦評価手段を制御する合焦対象物制御手段とを設けてもよい。
【００２４】
撮影光学系の像側主点から像面までの距離をｂ、撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離をａ、第一撮像素子上における被写体の寸法をｙ、被写体の実寸法をＹ、とすると、Ｙは次式で表せられる。
【００２５】
Ｙ＝ａｙ／ｂ
ここで、撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離ａは、第二の合焦評価手段において、複数個の第二撮像素子により各々撮像された像の撮像位置のずれに基づき算出することができる。また、第一撮像素子上における被写体の寸法ｙは、第一撮像素子からの電気信号に画像処理等を施すことにより求めることができる。
【００２６】
尚、合焦対象物制御手段は、被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定手段で設定された物体の寸法と略同一であるときに、当該被写体に合焦させるように第一の合焦評価手段及び第二の合焦評価手段を制御するか、または、当該被写体以外の被写体に合焦させるように第一の合焦評価手段及び第二の合焦評価手段を制御することが好ましい。
【００２７】
また、第二の合焦評価手段において、前記複数個の再結像用光学系及び第二撮像素子が前記第二光学系により結像される像の複数の部分を撮像できるように配置されている場合、被写体寸法算出手段は、第二光学系により結像された像の複数の部分に各々対応する各被写体の実寸法を算出することができるものであることが好ましい。
【００２８】
さらに、被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法は、モニタ、ファインダー等の表示媒体に表示させたり、または、ビデオテープ等の記憶媒体に映像信号と共に記憶させることが好ましい。
【００２９】
本発明のオートフォーカス装置にフォーカス領域の大きさを設定するフォーカス領域設定手段を設け、第一の合焦判断手段に、このフォーカス領域設定手段で設定された大きさのフォーカス領域について、第一撮像素子上の像を被写体に合焦させるための情報を作成させてもよい。ここで、フォーカス領域とは、第一撮像素子上の領域であって、被写体に合焦させるための情報が作成される領域のことである。
【００３０】
尚、フォーカス領域設定手段は、第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさが第二の合焦評価手段のフォーカス領域より小さくなるように設定することが好ましい。また、第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさが第二の合焦評価手段のフォーカス領域より大きくなるように設定してもよい。
【００３１】
また、第二の合焦評価手段に予め複数のフォーカス領域が設定されている場合、フォーカス領域設定手段は、第二の合焦評価手段がこの複数のフォーカス領域について各々作成した情報に基づき、この複数のフォーカス領域の中から、撮影光学系から当該フォーカス領域上の像に対応する被写体までの距離が略同一であって且つ隣り合うフォーカス領域を検出し、これ等のフォーカス領域を合わせた大きさに応じて、第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさを設定することが好ましい。
【００３２】
また、フォーカス領域の大きさに関する情報を入力するフォーカスサイズ入力手段を設け、フォーカス領域設定手段に、フォーカスサイズ入力手段に入力されたフォーカス領域の大きさに関する情報に基づいて、第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさを設定させてもよい。
【００３３】
本発明のオートフォーカス装置にフォーカス領域の位置に関する情報を入力するフォーカス位置入力手段を設け、第一の合焦判断手段及び第二の合焦判断手段に、フォーカス位置入力手段で入力された位置にあるフォーカス領域について、第一撮像素子上の像を被写体に合焦させるための情報を作成させてもよい。
【００３４】
尚、フォーカス位置入力手段で入力されたフォーカス領域の位置が第二の合焦評価手段の再結像用光学系によって像を検出できない位置である場合、合焦評価選択手段に第一の合焦評価手段からの情報のみを選択させることが好ましい。
【００３５】
また、合焦評価選択手段によって第一の合焦評価手段により得られた情報が選択された場合には、第一の合焦評価手段のフォーカス領域を識別できる情報を、また第二の合焦評価手段により得られた情報が選択された場合には、第二の合焦評価手段のフォーカス領域を識別できる情報を、モニタ、ファインダー等の表示媒体に表示することが好ましい。
【００３６】
本発明の他のオートフォーカス装置は、移動可能に設けられた焦点調節用レンズと被写体からの光を入力して前記被写体に対応する像を結像する結像レンズとを少なくとも有する撮影光学系と、前記撮影光学系によって得られた像を撮像し電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子によって得られた電気信号から適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルに基づいて、前記撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する情報作成手段と、前記情報作成手段で作成された情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、を具備するオートフォーカス装置であって、
前記撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離を測定する測距手段と、前記測距手段で測定した前記撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離、前記撮影光学系の像側主点から像面までの距離及び前記第一撮像素子上における前記被写体の寸法に基づいて、前記被写体の実寸法を算出する被写体寸法算出手段と、物体の寸法を設定する物体寸法設定手段と、
前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法と前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法とを比較し、この比較した結果に基づいて前記情報作成手段が前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する領域を制御する合焦対象物  
【００３７】
本発明の更に他のオートフォーカス装置は、移動可能に設けられた焦点調節用レンズと入力した被写体からの光を分光する光学素子とを少なくとも有する撮影光学系と、前記光学素子により分光された一方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第一光学系と、前記第一光学系によって得られた像を撮像する第一撮像素子と、前記光学素子により分光された一方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第二光学系と、前記第二光学系によって結像された像を形成する光束のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させる再結像光学系と、前記再結像光学系によって得られた像を撮像する第二撮像素子と、前記第二撮像素子上の像の位置ずれに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する情報作成手段と、前記情報作成手段で作成された情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、前記撮影光学系の像側主点から像面までの距離、前記撮影光学系の物体側主点から前記被写体までの距離及び前記第一撮像素子上における前記被写体の寸法に基づいて、前記被写体の実寸法を算出する被写体寸法算出手段と、物体の寸法を設定する物体寸法設定手段と、前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法と前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法とを比較し、この比較した結果に基づいて前記情報作成手段が前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する領域を制御する合焦対象物制御手段と、を設けたことを特徴とするものである。
【００３８】
本発明のカメラは、移動可能に設けられた焦点調節用レンズと入力した被写体からの光を分光する光学素子とを少なくとも有する撮影光学系と、前記光学素子により分光された一方の光を入力して前記被写体に対応する像を結像する第一光学系と、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段とを備えたレンズ鏡筒が装着されるカメラであって、
前記第一光学系によって得られた像を撮像し、電気信号に変換する第一撮像素子と、前記第一撮像素子によって得られた電気信号から適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する第一情報作成手段とを有する第一の合焦評価手段と、
前記光学素子により分光された他方の光を入力して前記被写体に対応する像を結像する第二光学系と、前記第二光学系によって結像された像を形成する光束のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させる再結像光学系と、前記再結像光学系によって得られた像を撮像する第二撮像素子と、前記第二撮像素子上の像の位置ずれに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する第二情報作成手段とを有する第二の合焦評価手段と、
前記第一の合焦評価手段からの情報及び前記第二の合焦評価手段からの情報のうち、少なくとも一方を選択する合焦評価選択手段と、
前記合焦評価選択手段で選択された情報に基づいて、前記移動手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするものである。
【００３９】
ここで、第一の合焦評価手段とは、所謂山登り式を用いて第一撮像素子上の像の評価を行うものである。従来の技術で述べたように、撮像素子によって得られた電気信号の高周波成分のレベルは、撮像素子上に形成された像が鮮鋭度を増すほど、即ち焦点調節用レンズが合焦点に近づくほど急激に上昇し、撮像素子上の像が合焦しているときにピークに到達することが知られている。そこで、第一の合焦評価手段では、第一撮像素子によって得られた電気信号から、撮影光学系の結像性能及び電気信号のＳ／Ｎ比を考慮して適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルを適当なサンプリング間隔で観察することにより、第一撮像素子上の像を合焦させるための情報（合焦評価値）を作成している。たとえば、選択した周波数成分のレベルが上昇しているときは、焦点調節用レンズが合焦点に近づく方向に移動しているものと評価する。また、選択した周波数成分のレベルが低下しているときは、焦点調節用レンズが合焦点から離れる方向に移動しているものと評価する。そして、選択した周波数成分のレベルがピーク値から所定の範囲内にあるときに、第一撮像素子上の像が合焦しているものと評価する。
【００４０】
また、第二の合焦評価手段とは、所謂像ずれ式を用いて第一撮像素子上の像の評価を行うものである。撮影光学系で分光された光束は、第二光学系により結像した後、複数個の再結像用光学系を通過して対応する第二撮像素子上にそれぞれ像を形成する。ここで、各第二撮像素子は、第一撮像素子上の像が合焦しているときに、撮像された像の出力信号が互いに一致するように配置することが好ましい。第二情報作成手段は、各第二撮像素子で撮像された像のずれの方向及び量を検出することにより、第一撮像素子上の像を合焦させるための情報（合焦評価値）を作成する。
【００４１】
本発明のオートフォーカス装置では、第一の合焦評価手段において、所謂山登り式を用いて合焦評価値を作成し、第二の合焦評価手段において、所謂像ずれ式を用いて合焦評価値を作成している。そして、合焦評価選択手段により、第一の合焦評価手段で作成された合焦評価値及び第二の合焦評価手段で作成された合焦評価値の少なくとも一方を選択し、この選択された合焦評価値に基づいて、焦点調節用レンズを移動している。
【００４２】
したがって、先ず第二の合焦評価手段の合焦評価値を用いて第一撮像素子上の像を大まかに合焦させ、その後、第一の合焦評価手段の合焦評価値を用いて第一撮像素子上の像を子細に合焦させるように合焦評価選択手段を設定することにより、精度よく且つ迅速に合焦を行うことができる。また、像ずれ式を用いる第二の合焦評価手段には、高い精度が要求されないので、コストアップを抑制することができる。
【００４３】
また、第一合焦評価値及び第二合焦評価値のうちのいずれか一方が有為でない場合に、他方の評価値を選択するように合焦評価選択手段を設定することにより、被写体により確実に合焦させることができる。
【００４４】
さらに、被写界深度を参照して第一合焦評価値及び第二合焦評価値のうちの少なくとも一方を選択するように合焦評価選択手段を設定することにより、第一の合焦評価手段での合焦精度が第二の合焦評価手段での合焦精度よりも劣る場合に、第二の合焦評価手段からの情報を選択することができる。
【００４５】
また、本発明のオートフォーカス装置に、前記構成の被写体寸法算出手段と物体寸法設定手段と合焦対象物制御手段とを設けた場合、たとえば、被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定手段で設定された撮影目的物の寸法と一致するときにのみ当該被写体に合焦させることにより、合焦範囲をさらに限定することが可能となる。また、小さな領域における評価値の作成を第一の合焦評価手段で行わせることで、第二の合焦評価手段には、小さな領域での評価値作成が必ずしも必要でなくなり、第二の合焦評価手段の分解能を下げることができる。これにより、第二の合焦評価手段のコストを抑制することができる。
【００４６】
また、本発明のオートフォーカス装置に、前記構成のフォーカス領域設定手段を設けた場合、例えば第一の合焦評価手段のフォーカス領域を第二の合焦評価手段のフォーカス領域よりも小さくなるように設定することにより、第二の合焦評価手段における撮像位置ずれの検出感度を下げることができる。これにより、第二撮像素子の分解能を大きくすることができるので、第二合焦評価手段のコストを抑制することができる。
【００４７】
また、本発明のその他のオートフォーカス装置では、前記の構成により、たとえば、被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定手段で設定された撮影目的物の寸法と一致するときにのみ当該被写体に合焦させることにより、撮影領域の中から特定の被写体（例えば人間）にのみ合焦させることができる。
【発明の効果】
【００４８】
以上説明したように、本発明のオートフォーカス装置は、第一の合焦評価手段において、所謂山登り式を用いて合焦評価値を作成し、第二の合焦評価手段において、所謂像ずれ式を用いて合焦評価値を作成している。そして、合焦評価選択手段により、第一の合焦評価手段で作成された合焦評価値及び第二の合焦評価手段で作成された合焦評価値の少なくとも一方を選択し、この選択された合焦評価値に基づいて、焦点調節用レンズを移動している。
【００４９】
したがって、本発明のオートフォーカス装置によれば、先ず第二の合焦評価手段の合焦評価値を用いて第一撮像素子上の像を大まかに合焦させ、その後、第一の合焦評価手段の合焦評価値を用いて第一撮像素子上の像を子細に合焦させることにより、精度よく且つ迅速に合焦を行うことができる。
【００５０】
また、本発明のオートフォーカス装置によれば、第一合焦評価値及び第二合焦評価値のうちのいずれか一方が有為でない場合に、他方の評価値を選択することにより、被写体により確実に合焦させることができる。
【００５１】
さらに、本発明のオートフォーカス装置によれば、被写界深度を参照して第一合焦評価値及び第二合焦評価値のうちの少なくとも一方を選択することにより、第一の合焦評価手段での合焦精度が第二の合焦評価手段での合焦精度よりも劣る場合に、第二の合焦評価手段からの情報を選択するように合焦評価選択手段を設定することができ、これにより、より精度よく且つ迅速に合焦を行うことができる。
【００５２】
また、本発明のオートフォーカス装置に、前記構成の被写体寸法算出手段と物体寸法設定手段と合焦対象物制御手段とを設けた場合、例えば被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定手段で設定された撮影目的物の寸法と一致するときにのみ当該被写体に合焦させることにより、撮影領域の中から特定の被写体（例えば人間）にのみ合焦させることができる。
【００５３】
また、本発明のオートフォーカス装置に、前記構成のフォーカス領域設定手段を設けた場合、例えば第一の合焦評価手段のフォーカス領域を第二の合焦評価手段のフォーカス領域よりも小さくなるように設定することにより、第二の合焦評価手段における撮像位置ずれの検出感度を下げることができる。これにより、第二撮像素子の分解能を大きくすることができるので、第二合焦評価手段のコストを抑制することができる。
【００５４】
また、本発明のその他のオートフォーカス装置では、前記の構成により、たとえば、被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定手段で設定された撮影目的物の寸法と一致するときにのみ当該被写体に合焦させることにより、撮影領域の中から特定の被写体（例えば人間）にのみ合焦させることができる。
【００５５】
また、本発明のカメラによれば、前記の構成により、本発明のオートフォーカス装置と同様の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下に、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
【００５７】
図１は本発明の第一実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
【００５８】
本実施形態であるオートフォーカス装置は、図１に示すように、撮影光学系１と、第一合焦評価部２と、第二合焦評価部３と、合焦方法選択装置４と、モータ５と、モータ駆動装置６と、を備えている。
【００５９】
撮影光学系１は、焦点調節用レンズ１１、変倍レンズ１２、補正レンズ１３、および結像レンズ１４の４群で構成されている。この構成はＴＶカメラ用のズームレンズとして一般的なものである。本実施形態で用いる撮影光学系１では、補正レンズ１３と結像レンズ１４との間に、光線分割のための光学素子（例えばビームスプリッタ）１５と絞り１６とが挿入されている。尚、本実施形態では、撮影光学系１の開口絞りの開口量にかかわらず、第二合焦評価部３に光線を送ることができるようにするために、光学素子１５を絞り１６の前に配置している。
【００６０】
第一合焦評価部２は、所謂山登り式を用いて合焦の評価を行うものである。第一合焦評価部２は、撮影光学系１の結像レンズ１４によって形成された像を撮像し、電気信号に変換する撮像素子２１と、撮像素子２１からの電気信号に応じた映像信号を作成する映像信号作成装置２２と、映像信号作成装置２２からの映像信号に基づいて、撮像素子２１上に形成された像を合焦させるための情報（第一合焦評価値）を作成する合焦評価値作成装置２３と、を有する。尚、撮像素子２１から出力される電気信号は、図１に示すように、ビデオカメラの映像信号を作成するのにも用いられる。
【００６１】
次に、合焦評価値作成装置２３で作成される第一合焦評価値について説明する。従来の技術で述べたように、映像信号は複数の周波数の正弦波が合成されて形成されたものと見なすことができる。そして、映像信号の高周波成分のレベルは、図２１に示すように、撮像素子２１上に形成された像が鮮鋭度を増すほど、即ち焦点調節用レンズ１１が合焦点Ａに近づくほど急激に上昇し、撮像素子２１上の像が合焦しているときにピークに到達することが知られている。そこで、合焦評価値作成装置２３は、映像信号作成装置２２によって得られた映像信号から、撮影光学系１の結像性能及び映像信号のＳ／Ｎ比を考慮して適当な高周波成分を選択し、この周波数成分のレベルを所定のサンプリング間隔で観察することにより合焦評価値を作成している。たとえば、選択した周波数成分のレベルが上昇しているときは、焦点調節用レンズ１１が合焦点に近づく方向に移動しているものと評価する。また、選択した周波数成分のレベルが低下しているときは、焦点調節用レンズ１１が合焦点から離れる方向に移動しているものと評価する。そして、選択した周波数成分のレベルがピーク値から所定の範囲内（例えば図２１のΔＶ）にあるときに、撮像素子２１上の像が合焦しているものと評価する。
【００６２】
第二合焦評価部３は、所謂像ずれ式を用いて合焦の評価を行うものである。第二合焦評価部３は、撮影光学系１の光学素子１５によって分光された光線を所定の方向に反射させるミラー３１と、ミラー３１を介して入射した光束を共役な像に結像させる結像レンズ３２と、結像レンズ３２により結像した光束の一部を再び結像させる再結像用レンズ３３ａ、３３ｂと、再結像用レンズ３３ａ、３３ｂによって形成された像をそれぞれ撮像し、電気信号に変換するラインセンサ３４ａ、３４ｂと、画像処理装置３５と、合焦評価選択装置３６と、を有する。
【００６３】
結像レンズ３２は、撮像素子２１上の像が合焦しているときに、ミラー３１を介して入射した光束を予定焦点面３７上で結像させるように配置されている。再結像レンズ３３ａ、３３ｂは、結像レンズ３２の光軸に対して略対象な位置に配置されている。すなわち、再結像レンズ３３ａ、３３ｂは、結像レンズ３２によって結像された像を形成する光束のうち、焦点調節用レンズ１１、変倍レンズ１２、補正レンズ１３、および結像レンズ３２からなる光学系の瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させるように配置されている。ラインセンサ３４ａ、３４ｂは、結像レンズ３２の光軸に対して略対象な位置であって、対応する再結像用レンズ３３ａ、３３ｂの予定焦点面上に配置されている。画像処理装置３５は、ラインセンサ３４ａ、３４ｂからそれぞれ送られてきた電気信号に基づいて画像処理を行う。合焦評価値作成装置３６は、画像処理装置３５から送られてきた信号に基づいて、撮像素子２１上に形成された像を合焦させるための情報（第二合焦評価値）を作成する。
【００６４】
次に、合焦評価値作成装置３６で作成される第二合焦評価値について説明する。従来の技術で述べたように、結像レンズ３２を通過した光束が予定焦点面３７上で合焦している場合、光束の一部は、再結像用レンズ３３ａ、３３ｂによりラインセンサ３４ａ、３４ｂ上で再び結像する。したがって、予定焦点面３７上で合焦している場合、二つのラインセンサ３３ａ、３３ｂが撮像する像は、ラインセンサ上の略一致する位置に形成される。一方、結像レンズ３２を通過した光束が予定焦点面３７よりも前で合焦している場合（所謂後ピン状態）、二つのラインセンサ３４ａ、３４ｂが撮像する像にずれが生じる。また、結像レンズ３２を通過した光束が予定焦点面３７よりも後で合焦している場合（所謂前ピン状態）、二つのラインセンサ３４ａ、３４ｂが撮像する像に、後ピン状態とは逆の方向のずれが生じる。そこで、合焦評価値作成装置３６は、ラインセンサ３４ａ、３４ｂで撮像された像のずれの方向及び量を検出し、これ等の情報に基づいて、予定焦点面３７上で合焦させるために必要な焦点調節用レンズ１１の移動方向及び移動量又はデフォーカス量及びデフォーカス方向（第二合焦評価値）を作成している。尚、第二合焦評価値は、画像処理装置３５での処理速度等を考慮して、所定時間毎に作成される。
【００６５】
合焦方法選択装置４は、第一合焦評価部２で作成された第一合焦評価値及び第二合焦評価部３で作成された第二合焦評価値の少なくとも一方を選択する。本実施形態では、先ず第二合焦評価値を参照し、合焦に必要な焦点調節用レンズ１１の移動量がしきい値より大きいときは、第二合焦評価値を選択し、小さいときは第一合焦評価値を選択するように設定している。尚、このしきい値は、外部入力等により、撮影者等が任意に設定することができるものであることが好ましい。
【００６６】
モータ駆動装置６は、合焦方法選択装置４で選択された合焦評価値にもとづいて、モータ５を駆動する。モータ５は、モータ駆動装置６からの指令に基づき、焦点調節用レンズ１１を撮影光学系１の光軸方向において前後に移動させる。
【００６７】
尚、合焦評価値作成装置２３、３６及び合焦方法選択装置４は、例えばＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）等により、一体的に構成される。
【００６８】
次に、本実施形態のオートフォーカス装置の動作について説明する。
【００６９】
先ず、撮影光学系１に被写体からの光が入射されると、第一合焦評価部２は、撮影光学系１中の結像レンズ１４を介して得られた光に基づき、第一合焦評価値を作成する。また、第二合焦評価部３は、撮影光学系１中の光学素子１５で分光された光に基づき、第二合焦評価値を作成する。
【００７０】
次に、合焦方法選択装置３は、第二合焦評価値を参照し、合焦に必要な焦点調節用レンズ１１の移動量もしくはデフォーカス量がしきい値より大きいか否かの判定を行う。そして、合焦に必要な焦点調節用レンズ１１の移動量もしくはデフォーカス量がしきい値より大きい場合は、第二合焦評価値を選択し、小さい場合は第一合焦評価値を選択する。
【００７１】
次に、モータ駆動装置６は、合焦方法選択装置４で選択された合焦評価値に基づいて、モータ５を駆動する。たとえば、合焦方法選択装置４で第二合焦評価値が選択された場合、モータ駆動装置６は、焦点駆動用レンズ１１を選択された第二合焦評価値が示す移動方向及び移動量だけ移動させるように、モータ５を駆動する。また、たとえば、合焦方法選択装置４で第一合焦評価値が選択された場合、焦点調節用レンズ１１が合焦点に近づく方向に移動していると評価するものであるときは、モータ５の回転方向をそのまま維持するように駆動する。また、焦点調節用レンズ１１が合焦点から遠ざかる方向に移動していると評価するものであるときは、モータ５の回転方向を反転させるように駆動する。
【００７２】
モータ駆動装置６は、合焦方法選択装置４で第一合焦評価値が選択され、最終的に、第一合焦評価値の内容が合焦しているものと評価されるまでモータ５を駆動する。これにより、撮像素子２１上の像を合焦させる。
【００７３】
本発明の第一実施形態では、第一合焦評価部２が所謂山登り式を用いて第一合焦評価値を作成し、第二合焦評価部３が所謂像ずれ式を用いて第二合焦評価値を作成する。また、合焦方法選択装置４は、第二合焦評価部３で作成された第二合焦評価値がしきい値より大きいときは第二合焦評価値を選択し、しきい値より小さいときは第一合焦評価値を選択する。そして、モータ駆動装置６は、合焦方法選択装置４で選択された合焦評価値に基づいて、焦点調節用レンズ１１を移動すべくモータ５を駆動する。これにより、先ず第二合焦評価値を用いて撮像素子２１上の像を大まかに合焦させ、その後、第一合焦評価値を用いて撮像素子２１上の像を子細に合焦させている。したがって、本発明の第一実施形態によれば、撮像素子２１上の像を精度よく且つ迅速に合焦を行うことができる。また、像ずれ式を用いる第二合焦評価部３には、高い精度が要求されないので、コストアップを抑制することができる。
【００７４】
また、本発明の第一実施形態では、第二合焦評価部３においてラインセンサ３３４ａ、３４ｂ上に像ずれ検出用の像を形成する光学系の焦点距離は、焦点調節用レンズ１１、変倍レンズ１２、補正レンズ１３及び結像レンズ３２の合成焦点距離である。一方、撮像素子２１上に映像信号用の像を形成する光学系の焦点距離は、焦点調節用レンズ１１、変倍レンズ１２、補正レンズ１３及び結像レンズ１４の合成焦点距離である。したがって、結像レンズ１４及び結像レンズ３２の構成を変えることにより、像ずれ検出用の像を形成する光学系と映像信号用の像を形成する光学系との焦点距離を変える、すなわち各々の光学系が形成する像の大きさを変えることができる。たとえば、像ずれ検出用の像を形成する光学系の焦点距離を長くして、像ずれ検出用の像が大きくなるように結像レンズ３２を構成することにより、この像に対するラインセンサ３４ａ、３４ｂの画素ピッチが相対的に細かくなるので、細かい被写体にまで合焦することができる。また、たとえば、像ずれ検出用の像を形成する光学系の焦点距離を短くして、像ずれ検出用の像が小さくなるように結像レンズ３２を構成することにより、この像のラインセンサ３４ａ、３４ｂに対する大きさが相対的に小さくなるので、検出可能な像ずれ量が大きくなる。これにより、焦点調節用レンズの位置が合焦点から遠く離れている場合（所謂おおぼけ時）でも、合焦点を素早く検出することができる。また、装置を小型にすることができる。
【００７５】
ところで、一般に市販されているスティルカメラ等で用いられている像ずれ式のオートフォーカス装置では、撮影光学系により形成される像のうち中央近傍の像を用いて像ずれを検出している。したがって、これ等の像ずれ式のオートフォーカス装置では、撮影光学系によって撮影される領域（以下、撮影領域ともいう）の中央付近のみしか合焦させることができない。これは、カメラ本体の大きさやコスト等の問題により、像ずれ検出に用いる再結像用レンズ、ラインセンサ等のサイズが限られてくるためである。これに対し、ビデオカメラで用いられている山登り式のオートフォーカス装置では、撮像素子上の像を用いて合焦を行うので、比較的容易にフォーカスエリアを変更することができる。ここで、フォーカスエリアとは、撮影領域のうち合焦のための情報が作成される領域のことである。本実施形態では、撮像素子２１上の領域であって、当該領域上の像を対応する被写体に合焦させるための情報が作成される領域がフォーカスエリアに該当する。したがって、第二合焦評価部３に一般的な像ずれ式のオートフォーカス装置を用いる場合、図２に示すように、フォーカスエリアの位置を選択するフォーカスエリア選択装置７０を設けることが好ましい。そして、合焦方法選択装置４において、フォーカスエリア選択装置７０でフォーカスエリアに撮影領域の中央が選択されたときにのみ、本実施形態で述べた要領で第一合焦評価値及び第二合焦評価値の少なくとも一方を選択させ、フォーカスエリア選択装置７０でフォーカスエリアに撮影領域の中央以外が選択されたときには、第一合焦評価値のみ選択させることが好ましい。これにより、第一撮像素子２１上の像うち、撮影領域内の複数領域にある被写体に対応する像を合焦させることができる。
【００７６】
また、近年、像ずれ式のオートフォーカス装置でも、撮影領域内の複数部分でフォーカスエリアを設定できるものが開発されている。例えば、特開平６−３０８３７９に開示されていいるマルチエリア焦点検出装置が該当する。これ等の装置では、従来の技術で述べた図２２に示す像ずれ式のオートフォーカス装置において、再結像用レンズ及びラインセンサを４個以上（但し偶数個）設け、結像光学系により形成された像から複数部分の像をラインセンサ上に取り出し、各々の像のずれを検出するものである。第二合焦評価部３にこれ等のオートフォーカス装置を用いれば、撮影領域内の複数部分について、当該部分にある被写体に対応する像を合焦させるのに山登り式と像ずれ式の併用が可能となる。
【００７７】
尚、本発明の第一実施形態では、合焦方法選択装置４として、第二合焦評価部３で作成された第二合焦評価値がしきい値より小さいときに第一合焦評価値を選択し、しきい値より大きいときに第二合焦評価値を選択するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。合焦方法選択装置は、例えば第一合焦評価値及び第二合焦評価値のうちのいずれか一方が有為でない場合に、他方の評価値を選択するようにしてもよい。ここで、有為でないとは、その評価値では撮像素子２１上の像を合焦させることができない場合をいう。これは、従来の技術でも述べたように、山登り式と像ずれ式とでは、その原理が全く異なるため、被写体によっては合焦点を検出することができない場合があるためである。
【００７８】
山登り式を採用する第一合焦評価部２では、映像信号の高周波成分のレベルを参照して合焦点を検出するので、例えば被写体が暗い場合、映像信号のＳ／Ｎ比が悪くなり、高精度の合焦ができなくなる。また、被写体が移動している場合、いつまでたっても高周波成分のレベルのピークを検出することができないことがある。このような場合、合焦方法選択装置は、第一合焦評価値が有為でないと判断し、第二合焦評価値を選択する。一方、像ずれ式を採用する第二合焦評価部３では、ラインセンサ３４ａ、３４ｂで各々撮像された像のずれ方向及びずれ量に基づいて合焦点を検出するので、例えば被写体が縞模様等である場合、像ずれ量が複数検出されてしまうことがある。このような場合、合焦方法選択装置は、第二合焦評価値が有為でないと判断し、第一合焦評価値を選択する。このように、第一合焦評価値及び第二合焦評価値のうちのいずれか一方が有為でない場合に、他方の評価値を選択することにより、被写体に確実に合焦させることができる。
【００７９】
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照して説明する。
【００８０】
図３は本発明の第二実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。尚、本発明の第二実施形態において、図１に示す第一実施形態と同一の機能を有するものには、同一の符号又は対応する符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００８１】
図３に示す第二実施形態のオートフォーカス装置が図１に示す第一実施形態と異なる点は、合焦方法選択装置４に代えて合焦方法選択装置４ａを用いたこと、および、撮影光学系１の絞り１６の絞り値を検出する絞り値検出装置８０を設けたことである。その他の構成は、第一実施形態のものと基本的に同様である。
【００８２】
合焦方法選択装置４ａが第一実施形態で用いた合焦方法選択装置４と異なる点は、絞り値検出装置８０から送られてきた絞り値が所定のしきい値以下のときは、第二合焦評価値から求めた合焦に必要な焦点調節用レンズ１１の移動量が、しきい値より大きいか否かにかかわらず、第二合焦評価値を選択することである。以下に、合焦方法の選択に絞り値を参照することとした理由について述べる。撮影光学系１の絞り１６を絞り込むと、被写界深度が深くなり、これに伴い撮像素子２１によって得られた映像信号における高周波成分のレベルの山が緩やかになる。このことは、図２１において、合焦と判断されるレベル範囲ΔＶに対する焦点調節用レンズ１１の位置の範囲Δｄが大きくなることを意味する。一方、第二合焦評価部３に用いる光束は絞り１６を通過しないので、第二合焦評価値から求めた合焦に必要な焦点調節用レンズ１１の移動量は、絞りの影響を受けない。したがって、絞り値（絞り込みの程度）によっては、山登り式を採用する第一合焦評価部２での合焦精度が像ずれ式を採用する第二合焦評価部３での合焦精度よりも劣る場合が考えられる。そこで、本実施形態の合焦方法選択装置４ａでは、絞り値が所定のしきい値以下のときは、第二合焦評価値から求めた合焦に必要な焦点調節用レンズ１１の移動量にかかわらず、第二合焦評価値を選択するようにしている。その他については、第一実施形態で用いた合焦方法選択装置４と同様である。
【００８３】
本発明の第二実施形態では、合焦方法選択にあたって、撮影光学系１の絞り値を参照することとしたので、絞り１６が絞り込まれて山登り式を採用する第一合焦評価部２での合焦精度が像ずれ式を採用する第二合焦評価部３での合焦精度よりも劣る場合は第二合焦評価値を選択することができる。これにより、合焦精度及び合焦速度において最適な合焦方法を選択することができる。
【００８４】
尚、第二実施形態では、合焦方法選択にあたって撮影光学系１の絞り値を参照するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被写界深度に影響を与える他の要因についても参照するようにしてもよい。
【００８５】
図４は、第二実施形態の変形例を示す図である。図４に示すオートフォーカス装置では、絞り１６の絞り値に加えて焦点調節用レンズ１１の位置及び変倍レンズ１２の位置も参照している。これは、焦点調節用レンズ１１の位置及び変倍レンズ１２の位置によって被写界深度即ち結像性能が大きく変化するような光学系があることを考慮したものである。合焦方法選択装置４ｂは、絞り値検出装置８０から送られてくる絞り１６の絞り値、変倍レンズ位置検出装置８１から送られてくる変倍レンズ１２の位置、および焦点調節用レンズ位置検出装置８２から送られてくる焦点調節用レンズ１１の位置を参照し、これ等の値に応じた結像性能を結像性能記憶装置８３から読み出す。そして、読み出した結像性能から、山登り式を採用する第一合焦評価部２での合焦精度が像ずれ式を採用する第二合焦評価部３での合焦精度よりも劣ると判断した場合には、第二合焦評価値から求めた合焦に必要な焦点調節用レンズ１１の移動量にかかわらず、第二合焦評価値を選択する。
【００８６】
図５は、第二実施形態の他の変形例を示す図である。図５に示すオートフォーカス装置では、図４に示す第二実施形態の変形例において、更に装着されている光学アクセサリの種類をも参照するようにしている。ここで、光学アクセサリとは、撮影光学系１に装着されるテレコンバータやワイドコンバータ等のコンバータ類、ワイドアタッチメントやフィッシュアイアタッチメント等のアタッチメント類、フィルタ、クローズアップレンズ類、およびエクステンダー等をいう。これ等の光学アタッチメントが装着された場合でも、その種類によって被写界深度即ち結像性能が大きく変化することがある。そこで、合焦方法選択装置４ｃは、絞り１６の絞り値、変倍レンズ１２の位置、および焦点調節用レンズ１１の位置に加えて、光学アクセサリ装着状態検出装置８４から送られてくる光学アクセサリの有無及び種類をも参照し、これ等の値に応じた結像性能を結像性能記憶装置８３ａから読み出している。そして、図４に示すオートフォーカス装置の合焦方法選択装置４ｂと同様の方法で、評価値を選択している。尚、光学アクセサリの種類の判断は、光学アクセサリに識別情報を持たせることにより可能である。
【００８７】
次に、本発明の第三実施形態について図面を参照して説明する。
【００８８】
図６は本発明の第三実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図、図７は撮影光学系の焦点距離、撮影光学系から被写体までの距離及び撮像素子上における被写体の寸法と、被写体の実寸法との関係を説明するための図、図８は本実施形態に用いる物体設定寸法装置の一例を示す図である。尚、本発明の第三実施形態において、図１に示す第一実施形態と同一の機能を有するものには、同一の符号又は対応する符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００８９】
図６に示す第三実施形態のオートフォーカス装置が図１に示す第一実施形態と異なる点は、物体寸法設定装置７１と、被写体寸法算出装置７２と、合焦対象物制御装置７３と、焦点調節用レンズ１１の位置を検出する焦点調節用レンズエンコーダ７４と、変倍レンズ１２の位置を検出する変倍レンズ用エンコーダ７５と、を設けたことである。その他の構成は、第一実施形態のものと基本的に同様である。
【００９０】
物体寸法設定装置７１は、撮影者等の入力により、合焦させるべき物体（合焦対象物）の寸法（例えば縦×横のサイズ）を設定する。図８に示す例では、回転式の可変抵抗器からなるツマミ７１ａの印７１ｂを目盛り７１ｃの任意の値に合わせることにより、この値を合焦対象物の寸法に設定している。ここで、目盛り７１ｃの値は、合焦対象物の横方向のサイズを表している。物体寸法設定装置７１は、ツマミ７１ａの抵抗値、すなわちツマミ７１ａの印７１ｂが指す目盛り７１ｃの値に応じた信号を合焦対象物制御装置７３に出力する。尚、図８において、回転式可変抵抗器からなるツマミ７１ａの代わりに、スライド式の可変抵抗器や他段階のスイッチ、またはエンコーダ等を用いてもよい。また、撮影者が自ら設定した合焦対象物の寸法を把握できるようにするために、この寸法をビデオカメラのファインダー上に表示したり、または、記録画像に記録させたりしてもよい。
【００９１】
被写体寸法算出装置７２は、撮影光学系１の像側主点から像面までの距離、撮影光学系１の物体側主点から被写体までの距離及び撮像素子２１上における被写体の寸法に基づいて、被写体の実寸法を算出する。図７において、撮影光学系１の像側主点Ｈ′から像面までの距離をｂ１、ｂ２、撮影光学系１の物体側主点Ｈから被写体Ｚ１、Ｚ２までの距離をそれぞれａ１、ａ２、撮像素子２１上における被写体Ｚ１、Ｚ２の寸法をそれぞれｙ１、ｙ２、被写体Ｚ１、Ｚ２の実寸法をそれぞれＹ１
、Ｙ２とすると、Ｙ１、Ｙ２は次式で表せられる。
【００９２】
Ｙ１＝ａ１×ｙ１÷ｂ１
Ｙ２＝ａ２×ｙ２÷ｂ２
本実施形態の撮影光学系１では、変倍レンズ用エンコーダ７５によって検出された変倍レンズ１２の位置情報の基づいて、撮影光学系１の像側主点Ｈ′から像面までの距離ｂ１、ｂ２を求めている。
【００９３】
また、撮影光学系１から被写体Ｚ１、Ｚ２までの距離ａ１、ａ２は、第二合焦評価部３において、ラインセンサ３３ａ、３３ｂにより各々撮像された像の撮像位置のずれ方向及びずれ量（第二合焦評価値）と、焦点調節用レンズエンコーダ７４によって検出された焦点調節用レンズ１１の位置情報とに基づいて算出している。尚、撮像素子２１上の被写体が合焦に近い状態にあれば、焦点調節用レンズ１１の位置に基づいて撮影光学系１の物体側主点から被写体までの距離を求めることができる。しかし、本実施形態では、像ずれ式で作成した第二合焦評価値と焦点調節用レンズ１１の位置情報とを用いることにより、撮像素子２１上の被写体が合焦していない状態でも、撮影光学系１から被写体までの距離を求めることができるようにしている。
【００９４】
さらに、撮像素子２１上における被写体Ｚ１、Ｚ２の寸法は、撮像素子２１の画像データに適当な画像処理を施すことによって求めることができる。たとえば、画像データの色信号による被写体の切り出しや画像の２値化、または輪郭検出等の処理を施すことにより、撮像素子２１上の被写体Ｚ１、Ｚ２の寸法を求めることができる。また、撮像素子２１上の被写体が合焦に近い状態にあれば、映像信号作成装置２２で作成された映像信号のコントラストの変化が大きい部分を被写体の周辺部であると認識させることにより、撮像素子２１上の被写体の寸法を求めることができる。
【００９５】
合焦対象物制御装置７３は、被写体寸法算出装置７２で算出された被写体の実寸法と、物体寸法設定装置７１で設定された物体の寸法とを比較する。そして、両者が略同一である場合には、当該被写体に合焦させるように第一合焦評価部２及び第二合焦評価部３を制御する。すなわち、当該被写体について第一合焦評価値及び第二合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部２及び第二合焦評価部３を制御する。一方、両者が略同一でない場合には、撮像素子２１上の像のうち当該被写体以外の被写体に合焦させるように第一合焦評価部２及び第二合焦評価部３を制御する。すなわち、当該被写体以外の被写体について第一合焦評価値及び第二合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部２及び第二合焦評価部３を制御する。尚、この合焦対象物制御装置７３は、例えばＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）等により、合焦評価値作成装置２３、３６や合焦方法選択装置４と共に一体的に構成される。
【００９６】
次に、本実施形態の動作について説明する。
【００９７】
物体寸法設定装置７１は、合焦対象物の寸法を設定し、この寸法に関する情報を合焦対象物制御装置７３へ送る。一方、被写体寸法演算装置７２は、第一合焦評価部２及び第二合焦評価部３で作成された第一合焦評価値及び第二合焦評価値の対象となる被写体の実寸法を算出し、この寸法に関する情報を合焦対象物制御装置７３へ送る。
【００９８】
合焦対象物制御装置７３は、被写体寸法算出装置７２で算出された被写体の実寸法と物体寸法設定装置７１で設定された物体の寸法とを比較する。そして、両者が略同一である場合には、当該被写体は合焦対象物であると判断し、当該対象物について引き続き第一合焦評価値及び第二合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部２及び第二合焦評価部３を制御する。一方、両者が略同一でない場合には、当該被写体は合焦対象物ではないと判断し、当該被写体以外の被写体について第一合焦評価値及び第二合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部２及び第二合焦評価部３を制御する。そして、撮像素子２１上の像から合焦対象物を見つけ出すまで上記の比較を繰り返し行う。尚、本実施形態のその他の動作は、第一実施形態のものと基本的に同様である。
【００９９】
本発明の第三実施形態では、被写体寸法算出装置７２で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定装置７１により設定された寸法と略一致するときにのみ当該被写体に合焦させている。これにより、合焦対象物の寸法と略同一の物にのみオートフォーカス動作させることができ、したがって、予定外の被写体や被写体前を横切るような物体に合焦するのを防ぐことができる。
【０１００】
また、撮影者が合焦対象物の寸法を設定することができる物体寸法設定手段７１を用いることにより、撮影者は撮影時の状況に応じて合焦対象物の寸法を変えることができる。
【０１０１】
尚、本実施形態では、被写体の水平方向の寸法を用いて合焦対象物の判定を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明において、合焦判定物の判定を垂直方向や斜め方向の寸法を用いて行うことは可能であり、この場合、更に撮影対象物の範囲を広げることができる。
【０１０２】
また、第三実施形態では、物体寸法測定装置７１として、撮影者が合焦対象物の寸法を入力することができるようにしたものについて説明している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば一般的に合焦させる可能性の高いもの（人間、車等）を記号、文字等の図形で表し、撮影者にこれ等の図形の中からいずれか一つを任意選択させることにより、合焦対象物の寸法を設定するようにしてもよい。たとえば、人間が選択された場合には、合焦対象物の寸法を人間の標準的な横幅として考えられる５０ｃｍに設定する。この場合、人間、金網、車等を表す図形は、ビデオカメラのファインダー上に表示し、それをファインダー上に設置されたタッチパネルやファインダーとは別の位置に設けられたスイッチで選択できるようにしてもよい。
【０１０３】
さらに、第三実施形態では、合焦対象物制御装置７３として、被写体寸法算出装置７２で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定装置７１で設定された寸法と略同一の場合にのみ、当該被写体を合焦させるようにしたものについて説明している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、被写体寸法算出装置７２で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定装置７１で設定された寸法と略同一の場合には、当該被写体に合焦させないようにしてもよい。これにより、特定の被写体（例えば金網等）に合焦させないようにすることができる。また、たとえば、撮影者が物体寸法設定装置で設定された寸法に合焦させるか否かを選択できるようにし、選択された内容に基づいて、当該被写体に合焦させるか否かを判断するようにしてもよい。この場合、物体寸法測定装置は、図９に示すように、合焦対象物と非合焦対象物（合焦させてはならない物体）とを選択することができるものであることが好ましい。図９に示す例では、回転式の可変抵抗器７１ｄの印７１ｅを合焦目盛り７１ｆ又は非合焦目盛り７１ｇの任意の値に合わせることにより、この値を合焦対象物又は非合焦対象物の寸法に設定している。ここで、目盛り７１ｆ、７１ｇの値は被写体の横方向のサイズを表している。この物体寸法設定装置は、可変抵抗器７１ｄの抵抗値、すなわち可変抵抗器７１ｄの印７１ｅが指す目盛り種類（合焦目盛り７１ｆであるか又は非合焦目盛り７１ｇであるか）及び目盛りの値に応じた信号を合焦対象物制御装置に出力する。
【０１０４】
また、第三実施形態では、焦点調節用レンズ１１や変倍レンズ１２の位置データを取得するために、レンズ位置をエンコーダ７４、７５により測定したものについて説明したが、それぞれのレンズの駆動源としてステッピングモータを使用してオープンルーフ制御を行えば、エンコーダがなくともレンズ位置を常に把握することができる。
【０１０５】
また、第一実施形態で説明したように、像ずれ式のオートフォーカス装置でも、撮影領域内の複数部分にフォーカスエリアを設定できるものが開発されている。本実施形態の第二合焦評価部３にこれ等のオートフォーカス装置を用いれば、撮影領域内の複数部分において、当該部分にある被写体に対応する像の合焦について山登り式と像ずれ式の併用が可能となり、また、被写体の実寸法を測定することが可能となる。これにより、例えば図１０に示すように、撮影領域上に略同一寸法の被写体Ｙ３、Ｙ４が写っている場合、撮影者にフォーカスエリアを選択（例えば撮影領域の中央部）させることにより、いずれか一方の被写体に合焦させることができる。
【０１０６】
尚、本実施形態において、合焦方法選択装置４及び第一評価部２の合焦評価値作成装置２３を省略し、第一評価部２の映像信号作成装置２２からの映像信号を専ら撮像素子２１上における被写体の寸法を測定するのに用いるようにしてもよい。この場合、撮像素子２１上の像は、第二合焦評価部３で作成された第二合焦評価値に基づいて、対応する被写体への合焦が行われる。
【０１０７】
次に、本発明の第四実施形態について図面を参照して説明する。
【０１０８】
図１１は本発明の第四実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図、図１２は第一合焦評価部のフォーカスエリアと第二合焦評価部のフォーカスエリアとを説明するための図、図１３は本実施形態に用いるフォーカスエリア入力装置の一例を示す図、図１４はフォーカスエリア設定装置の動作を説明するための図である。尚、本発明の第四実施形態において、図１に示す第一実施形態と同一の機能を有するものには、同一の符号又は対応する符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【０１０９】
図１１に示す第四実施形態のオートフォーカス装置が図１に示す第一実施形態と異なる点は、フォーカスエリアサイズ入力装置７６と、フォーカスエリア設定装置７７と、フォーカスエリア表示装置７８と、を設けたことである。その他の構成は、第一実施形態のものと基本的に同様である。
【０１１０】
山登り式を用いる第一合焦評価部２は、撮像素子２１によって得られる映像信号に基づいて、第一合焦評価値を作成している。このため、図１２に示すように、撮影光学系１によって撮影された撮影領域２１ａの任意の範囲、例えばエリア１１２ａやエリア１１２ｂに対応する撮像素子２１上の映像信号を取り出して、この映像信号に基づき第一合焦評価値を作成することができる。すなわち、第一合焦評価部２は、フォーカスエリアを任意に可変することができる。一方、像ずれ式を用いる第二合焦評価部３のフォーカスエリアは、結像レンズ３２、再結像用レンズ３３ａ、３３ｂ及びラインセンサ３４ａ、３４ｂのサイズにより、所定の領域に定まる。したがって、第二合焦評価部３のフォーカスエリアは可変することができない。本実施形態のオートフォーカス装置では、図１２に示すように、撮影領域２１ａの中央付近１１１が第二合焦評価部３のフォーカスエリアとなるように設定している。また、画像処理装置３５において所定の画像処理を施すことにより、フォーカスエリア１１１を更に複数の単位エリア１１１ａ〜１１１ｉに分割し、この単位エリア１１１ａ〜１１１ｉ毎に像ずれを検出している。
【０１１１】
フォーカスエリアサイズ入力装置７６は、撮影者等が第一合焦評価部２のフォーカスエリアに関する情報を入力するためのものである。図１３に示す例では、回転式の可変抵抗器からなるツマミ７６ａの印７６ｂを目盛り７６ｃの任意の位置に合わせることにより、フォーカスエリアのサイズを指定している。たとえば、印７６ｂを目盛り７６ｃの「標準」に合わせると、第一合焦評価部２のフォーカスエリアが第二合焦評価部３のフォーカスエリアと略同じサイズになる。また、印７６ｂを目盛り７６ｃの「標準」の位置より「エリア小」の側に設定すると、第一合焦評価部２のフォーカスエリアが第二合焦評価部３のフォーカスエリアよりも小さくなる。さらに、印７６ｂを目盛り７６ｃの「標準」の位置より「エリア大」の側に設定すると、第一合焦評価部２のフォーカスエリアが第二合焦評価部３のフォーカスエリアよりも大きくなる。尚、フォーカスエリアの大小の比率は、目盛り７６ｃの「標準」の位置を基準にして、ツマミ７６ａを回した量に対応して変化するように構成してある。また、印７６ｂを「ＡＵＴＯ」７６ｄに合わせると、被写体の大きさに合わせて第一合焦評価部２のフォーカスエリアを変化させる。
【０１１２】
フォーカスエリアサイズ入力装置７６は、ツマミ７６ａの抵抗値、すなわちツマミ７６ａの印７６ｂが指す位置に応じた信号をフォーカスエリア設定装置７７に出力する。尚、図１３において、回転式可変抵抗器からなるツマミ７１ａの代わりに、スライド式の可変抵抗器からなるツマミや他段階のスイッチ、またはエンコーダ等を用いてもよい。また、ビデオカメラのファインダー７９上に操作部を表示し、それをファインダー７９上に設置されたタッチパネル又はファインダー７９とは別の位置に設けられたスイッチで選択できるようにしてもよい。さらに、「ＡＵＴＯ」のスイッチを別に設けたり、ツマミを押し込むことで「ＡＵＴＯ」の機能がオン・オフするようにしてもよい。
【０１１３】
フォーカスエリア設定装置７７は、フォーカスエリアサイズ入力装置７６から送られてきた信号に基づき、第一合焦評価部２のフォーカスエリアを設定する。たとえば、フォーカスエリアサイズ入力装置７６に「標準」が入力された場合、図１４に示すように、第一合焦評価部２のフォーカスエリアを第二合焦評価部３のフォーカスエリア１１１と略同じ位置であって略同じ大きさになるように設定する。また、フォーカスエリアサイズ入力装置７６に「エリア大」が入力された場合、第一合焦評価部２のフォーカスエリアを第二合焦評価部３のフォーカスエリア１１１と略同じ位置であってこのフォーカスエリア１１１よりも大きいエリア１１３ｂとなるように設定する。さらに、フォーカスエリアサイズ入力装置７６に「エリア小」が入力されたときは、第一合焦評価部２のフォーカスエリアを第二合焦評価部３のフォーカスエリア１１１と略同じ位置であってこのフォーカスエリア１１１よりも小さいエリア１１３ａとなるように設定する。
【０１１４】
また、フォーカスエリアサイズ入力装置７６に「ＡＵＴＯ」が入力されたときは、以下の要領で第一合焦評価部２のフォーカスエリアを設定する。先ず、フォーカスエリア設定装置７７は、図１５に示すように、第二合焦評価部３のフォーカスエリア１１１の単位エリア１１１ａ〜１１１ｉ毎に検出された像ずれ量に基づいて、各単位エリア１１１ａ〜１１１ｉ内に撮影されている被写体毎に、撮影光学系１から被写体までの距離を求める。次に、フォーカスエリア設定装置７７は、単位エリア１１１ａ〜１１１ｉの中から、撮影光学系１から被写体までの距離が略同一であって且つ隣り合う単位エリアを検出する。撮影光学系１から被写体までの距離が略同一であって且つ隣り合う単位エリアには、同じ被写体が撮像されているものと考えられるので、これ等の単位エリアによって囲まれる領域が被写体の大きさであると判断することができる。次に、フォーカスエリア設定装置７７は、検出した単位エリアを含むエリアを第一合焦評価部２のフォーカスエリアに設定する。たとえば、図１５において、単位エリア１１１ｃ、１１１ｄが検出された場合には、エリア１１４ａを第一合焦評価部２のフォーカスエリアに設定する。また、単位エリア１１１ｃ〜１１１eが検出された場合には、エリア
１１４ｂを第一合焦評価部２のフォーカスエリアに設定する。
【０１１５】
また、フォーカスエリア設定装置７７は、設定したフォーカスエリアに基づいて第一合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部２に指令を出す。このフォーカスエリア設定装置７７は、例えばＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）等により、合焦評価値作成装置２３、３６や合焦方法選択装置４と共に一体的に構成される。
【０１１６】
フォーカスエリア表示装置７８は、合焦方法選択装置４が第一合焦評価値を選
択した場合には、第一合焦評価部２のフォーカスエリアを、また、第二合焦評価値を選択した場合には、第二合焦評価部３のフォーカスエリアを、ビデオカメラのファインダー７９に表示する。尚、ファインダー７９の代わりに、または、ファインダー７９と共にモニタ画面等に表示してもよい。
【０１１７】
本発明の第四実施形態では、第一合焦評価部２のフォーカスエリアのサイズを第二合焦評価部３のフォーカスエリアのサイズに対して可変することができる。このため、山登り式及び像ずれ式の利点を生かしたフォーカスエリアを設定することができる。
【０１１８】
たとえば、第一合焦評価部２のフォーカスエリアを第二合焦評価部３のフォーカスエリアよりも小さくなるように設定したときには、第二合焦評価部３では検出不可能であった細かい被写体に合焦させることができる。また、細かい被写体への対応を第一評価部２に負担させることにより、第二合焦評価部３のラインセンサ３４ａ、３４ｂの分解能を大きくして精度を下げることができる。これにより、コストの上昇を抑制することができる。
【０１１９】
また、本発明の第四実施形態では、第一合焦評価部２のフォーカスエリア及び第二合焦評価部３のフォーカスエリアのうち、合焦方法選択装置４で選択されている方のフォーカスエリアをファインダー７９に表示させているので、撮影者はフォーカスエリアを常に確認することができる。
【０１２０】
尚、本発明の第四実施形態では、フォーカスエリアサイズ入力装置７６として、マニュアル調節とオート制御の両方を入力することができるものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、図１６に示すように、マニュアル調節を省いた「標準」と「ＡＵＴＯ」の２種類のみ切り替えスイッチにしたり、逆に「ＡＵＴＯ」の設定を省いてマニュアルのみのツマミとしてもよい。また、図１７にしめすように、「標準」、「大」、「小」、「ＡＵＴＯ」の４種類の切り替えスイッチとしてもよい。
【０１２１】
また、第一実施形態で説明したように、像ずれ式のオートフォーカス装置でも、撮影領域内の複数部分をフォーカスエリアに設定できるものが開発されている。本実施形態の第二合焦評価部３にこれ等のオートフォーカス装置を用いれば、図１８に示すように、像ずれ式でも撮影領域２１ａ内の複数エリア１１５でフォーカスエリアを設定することができる。このため、フォーカスエリアサイズ入力装置７６を「ＡＵＴＯ」に設定することにより、各々のフォーカスエリア１１５での像ずれ量に基づいて、各フォーカスエリア１１５内に撮像されている被写体毎に撮影光学系１から被写体までの距離を求めることができる。このため、被写体の大きさを判定することができるので、第一合焦評価部２のフォーカスエリアを被写体の大きさに対応するように設定することができる。
【０１２２】
尚、上記の第一実施形態乃至第四本実施形態のオートフォーカス装置をビデオカメラ等に用いる場合、レンズ鏡筒側に撮影光学系１及びモータ５を設け、カメラ本体側にその他の構成要素を設けるのが一般的である。しかし、この構成に限定されるものではない。
【０１２３】
次に、本発明の第五実施形態について図面を参照して説明する。
【０１２４】
図１９は本発明の第五実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。尚、本発明の第五実施形態において、図１に示す第一実施形態又は図６に示す第三実施形態と同一の機能を有するものには、同一の符号又は対応する符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【０１２５】
本実施形態であるオートフォーカス装置は、図１９に示すように、撮影光学系１ａと、第一合焦評価部２と、モータ５と、モータ駆動装置６と、物体寸法設定装置７１と、被写体寸法算出装置７２と、合焦対象物制御装置７３と、焦点調節用レンズエンコーダ７４と、変倍レンズ用エンコーダ７５と、測距装置８６と、を備えている。ここで、第一合焦評価部２、モータ５及びモータ駆動装置６は、第一実施形態で用いたものと同様である。また、物体寸法設定装置７１、被写体寸法算出装置７２、合焦対象物制御装置７３、焦点調節用レンズエンコーダ７４及び変倍レンズ用エンコーダ７５は、第三実施形態で用いたものと同様である。
【０１２６】
撮影光学計１ａが第一実施形態で用いた撮影光学系１と異なる点は、光線分割のための光学素子１５が取り除いてあることである。その他は撮影光学系１と同様である。測距装置８６は、撮影光学系１ａから第一合焦評価部２が作成した第一合焦評価値に対応する被写体までの距離を測定する。測距方法としては、赤外線を用いる方法等が考えられる。
【０１２７】
本発明の第五実施形態では、撮影光学系１ａから被写体までの距離を測定する測距装置８６を設けたことにより、山登り式のみを用いて合焦を行うオートフォーカス装置においても、被写体の実寸法を測定することができる。また、測距装置８６は、被写体の寸法を算出するための精度で十分であり、高精度に測定する必要はない。これにより、物体寸法設定装置７１で設定された寸法と略同一の物にのみオートフォーカス動作させたり、または、物体寸法設定装置７１で設定された寸法以外のものにのみ、オートフォーカス動作させることができる。したがって、予定外の被写体や被写体前を横切るような物体に合焦するのを防ぐことができる。
【０１２８】
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形が可能である。また、上記の各実施形態のオートフォーカス装置は、ビデオカメラだけでなく、電子スチルカメラ等、その他のカメラにも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の第一実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
【図２】本発明の第一実施形態の変形例を示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
【図４】本発明の第二実施形態の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態の他の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第三実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
【図７】撮影光学系の焦点距離、撮影光学系から被写体までの距離及び撮像素子上における被写体の寸法と、被写体の実寸法との関係を説明するための図である。
【図８】第三実施形態に用いる物体設定寸法装置の一例を示す図である。
【図９】第三実施形態に用いる物体設定寸法装置の一例を示す図である。
【図１０】第二合焦評価部の測距部分を複数点設けた場合を説明するための図である。
【図１１】本発明の第四実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
【図１２】第一合焦評価部のフォーカスエリアと第二合焦評価部のフォーカスエリアとを説明するための図である。
【図１３】第四実施形態に用いるフォーカスエリア入力装置の一例を示す図である。
【図１４】フォーカスエリア設定装置の動作を説明するための図である。
【図１５】フォーカスエリア設定装置の動作を説明するための図である。
【図１６】第四実施形態に用いるフォーカスエリア入力装置の一例を示す図である。
【図１７】第四実施形態に用いるフォーカスエリア入力装置の一例を示す図である。
【図１８】第二合焦評価部のフォーカスエリアを複数点設けた場合を説明するための図である。
【図１９】本発明の第五実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
【図２０】山登り式のオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
【図２１】映像信号の高周波成分のレベルと焦点調節用レンズとの関係を説明するための図である。
【図２２】像ずれ式のオートフォーカス装置の原理を説明するための図であり、合焦状態にあるときの光路を示す図である。
【図２３】図２２において、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂが撮像する像の位置を説明するための図である。
【図２４】像ずれ式のオートフォーカス装置の原理を説明するための図であり、合焦していない状態にあるときの光路を示す図である。
【図２５】図２４において、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂが撮像する像の位置を説明するための図である。
【図２６】像ずれ式のオートフォーカス装置の原理を説明するための図であり、合焦していない状態にあるときの光路を示す図である。
【図２７】図２６において、二つのラインセンサ９９ａ、９９ｂが撮像する像の位置を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１  撮影光学系
２  第一合焦評価部
３  第二合焦評価部
４、４ａ、４ｂ、４c  合焦方法選択装置
５  モータ
６  モータ駆動装置
１１  焦点調節用レンズ
１２  変倍レンズ
１３  補正レンズ
１４、３２  結像レンズ
１５  光学素子
１６  絞り
２１  撮像素子
２２  映像信号作成装置
２３、３６  合焦評価値作成装置
３１  ミラー
３３ａ、３３ｂ  再結像用レンズ
３４ａ、３４ｂ  ラインセンサ
３５  画像処理装置
３７  予定焦点面
７０  測距部分選択装置
７１  物体寸法設定装置
７１ａ、７１ｄ、７６ａ  ツマミ
７１ｂ、７１ｅ、７６ｂ  印
７１ｃ、７１ｆ、７１ｇ、７６ｃ  目盛り
７２  物体寸法算出装置
７３  合焦対象物制御装置
７４  焦点調節用レンズエンコーダ
７５  変倍レンズ用エンコーダ
７６  フォーカスエリアサイズ入力装置
７７  フォーカスエリア設定装置
７８  フォーカスエリア表示装置
７９  ファインダー
８０  絞り値検出装置
８１  焦点調節用レンズ位置検出装置
８２  変倍レンズ位置検出装置
８３、８３ａ  結像性能選択装置
８４  光学アクセサリ装着状態検出装置
８６  測距装置
【図１】
2005189876.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】
2005189876.tif 000009
【図８】
2005189876.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005189876.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月14日(2005.2.14)
【手続補正１】
【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】
撮影光学系を介した被写体像を撮像する撮像素子の出力に基づいて、該被写体像を合焦させるための情報を作成する第一の合焦評価手段と、
前記撮像光学系を介した被写体光束のうち前記撮像光学系の瞳の異なる場所を通過する光束に基づいて、前記被写体光束による像を合焦させるための情報を作成する第二の合焦評価手段と、
前記撮像素子上に設定された領域であって、当該領域上の被写体像を合焦させるための情報が作成されるフォーカス領域の大きさを設定するフォーカス領域設定手段とを有し、
前記第一の合焦判断手段は、前記フォーカス領域設定手段で設定された大きさのフォーカス領域について、前記被写体像を合焦させるための情報を作成すること
を特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記フォーカス領域設定手段は、前記第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさが前記第二の合焦評価手段のフォーカス領域より大きくなるように設定すること
を特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記フォーカス領域設定手段は、前記第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさが前記第二の合焦評価手段のフォーカス領域より小さくなるように設定すること
を特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記第二の合焦評価手段には、前記被写体光束による像を合焦させるための情報を作成する複数のフォーカス領域が設定されており、
前記フォーカス領域設定手段は、前記第二の合焦評価手段が前記複数のフォーカス領域のそれぞれについて作成した情報に基づいて、前記複数のフォーカス領域の中から被写体までの距離が略同一であって且つ隣り合うフォーカス領域を選択し、これ等のフォーカス領域を合わせた大きさに応じて、前記第一の合焦評価手段のフォーカス領域の大きさを設定すること
を特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
撮影光学系を介した被写体像を撮像する撮像素子の出力に基づいて、該被写体像を合焦させるための情報を作成する第一の合焦評価手段と、
前記撮像光学系を介した被写体光束のうち前記撮像光学系の瞳の異なる場所を通過する光束に基づいて、前記被写体光束による像を合焦させるための情報を作成する第二の合焦評価手段と、
前記撮像素子上に設定された領域であって、当該領域上の被写体像を合焦させるための情報が作成されるフォーカス領域の位置に関する情報を入力するフォーカス位置入力手段とを有し、
前記第一の合焦判断手段及び前記第二の合焦判断手段は、前記フォーカス位置入力手段で入力された位置にあるフォーカス領域について、前記撮像素子上の像を合焦させるための情報を作成すること
を特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項６】
移動可能に設けられた焦点調節用レンズと被写体からの光を入力して前記被写体に対応する像を結像する結像レンズとを少なくとも有する撮影光学系と、前記撮影光学系によって得られた像を撮像し電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子によって得られた電気信号から適当な周波数成分を選択し、この周波数成分のレベルに基づいて、前記撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する情報作成手段と、前記情報作成手段で作成された情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、具備するオートフォーカス装置であって、
前記撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離を測定する測距手段と、
前記測距手段で測定した前記撮影光学系の物体側主点から被写体までの距離、前記撮影光学系の像側主点から像面までの距離及び前記第一撮像素子上における前記被写体の寸法に基づいて、前記被写体の実寸法を算出する被写体寸法算出手段と、
物体の寸法を設定する物体寸法設定手段と、
前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法と前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法とを比較し、この比較した結果に基づいて前記情報作成手段が前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する領域を制御する合焦対象物制御手段と、を有すること
を特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項７】
移動可能に設けられた焦点調節用レンズと入力した被写体からの光を分光する光学素子とを少なくとも有する撮影光学系と、
前記光学素子により分光された一方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第一光学系と、
前記第一光学系によって得られた像を撮像する第一撮像素子と、
前記光学素子により分光された一方の光を入力し、前記被写体に対応する像を結像する第二光学系と、
前記第二光学系によって結像された像を形成する光束のうち、瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させる再結像光学系と、
前記再結像光学系によって得られた像を撮像する第二撮像素子と、
前記第二撮像素子上の像の位置ずれに基づいて、前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する情報作成手段と、
前記情報作成手段で作成された情報に基づいて、前記焦点調節用レンズを移動する移動手段と、
前記撮影光学系の像側主点から像面までの距離、前記撮影光学系の物体側主点から前記被写体までの距離及び前記第一撮像素子上における前記被写体の寸法に基づいて、前記被写体の実寸法を算出する被写体寸法算出手段と、
物体の寸法を設定する物体寸法設定手段と、
前記被写体寸法算出手段で算出された被写体の実寸法と前記物体寸法設定手段で設定された物体の寸法とを比較し、この比較した結果に基づいて前記情報作成手段が前記第一撮像素子上の像を前記被写体に合焦させるための情報を作成する領域を制御する合焦対象物制御手段と、を有すること
を特徴とするオートフォーカス装置。