(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
撮像素子を有し、前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
撮像素子を有し、前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸上で平行移動させることで前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光路長変更部を制御して前記第２の光束の光路長を変更させながら前記第２の撮像部が出力する前記第２の信号のコントラストの評価値を生成し、前記コントラストの評価値が最大となるような光路長をコントラスト評価値最大光路長として検出し、前記コントラスト評価値最大光路長に基づいて前記光学系のフォーカス制御を行うとともに合焦している状態を示す合焦状態情報を出力する制御部と、
前記合焦状態情報が合焦している状態であることを示しているときは、前記第１の信号および前記第２の信号から撮影用の映像信号を生成し、前記合焦状態情報が合焦していない状態であることを示しているときは、前記第２の信号を使用せずに前記第１の信号から撮影用の映像信号を生成する撮影用信号生成部と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記第２の撮像部の前記撮像素子は、前記第１の撮像部の前記撮像素子と光学的に等価な位置から、前記撮像素子面の水平方向に半画素分だけずらした位置に配置されており、
前記撮影用信号生成部は、前記合焦状態情報が合焦している状態であることを示している場合、前記第１の信号のみを処理するときのクロックの２倍の周波数であるクロックにより、前記第１の信号および前記第２の信号から前記撮影用の映像信号を生成する、
請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２の撮像部の前記撮像素子は、前記第１の撮像部の前記撮像素子と光学的に等価な位置に配置されており、
前記撮影用信号生成部は、前記合焦状態情報が合焦している状態であることを示している場合、前記第１の信号および前記第２の信号を加算して前記撮影用の映像信号を生成する、
請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
撮像素子を有し、前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
撮像素子を有し、前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸上で平行移動させることで前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
を備える撮像装置に用いられる撮像方法であって、
前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸上で平行移動させることで前記第２の光束の光路長を変更させながら前記第２の撮像部が出力する前記第２の信号のコントラストの評価値を生成し、前記コントラストの評価値が最大となるような光路長をコントラスト評価値最大光路長として検出し、前記コントラスト評価値最大光路長に基づいて前記光学系のフォーカス制御を行うとともに合焦している状態を示す合焦状態情報を出力する制御ステップと、
前記合焦状態情報が合焦している状態であることを示しているときは、前記第１の信号および前記第２の信号から撮影用の映像信号を生成し、前記合焦状態情報が合焦していない状態であることを示しているときは、前記第２の信号を使用せずに前記第１の信号から撮影用の映像信号を生成する撮影用信号生成ステップと、
を備える撮像方法。
【請求項５】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
撮像素子を有し、前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
撮像素子を有し、前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸上で平行移動させることで前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
を備える撮像装置に用いられる撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸上で平行移動させることで前記第２の光束の光路長を変更させながら前記第２の撮像部が出力する前記第２の信号のコントラストの評価値を生成し、前記コントラストの評価値が最大となるような光路長をコントラスト評価値最大光路長として検出し、前記コントラスト評価値最大光路長に基づいて前記光学系のフォーカス制御を行うとともに合焦している状態を示す合焦状態情報を出力する制御ステップと、
前記合焦状態情報が合焦している状態であることを示しているときは、前記第１の信号および前記第２の信号から撮影用の映像信号を生成し、前記合焦状態情報が合焦していない状態であることを示しているときは、前記第２の信号を使用せずに前記第１の信号から撮影用の映像信号を生成する撮影用信号生成ステップと、
を備える撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項６】
被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、
前記光学系により集光された前記被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、
撮像素子を有し、前記第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、
撮像素子を有し、前記第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、
前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸上で平行移動させることで前記第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
を備える撮像装置に用いられる集積回路であって、
前記第２の撮像部を前記第２の光束の光軸上で平行移動させることで前記第２の光束の光路長を変更させながら前記第２の撮像部が出力する前記第２の信号のコントラストの評価値を生成し、前記コントラストの評価値が最大となるような光路長をコントラスト評価値最大光路長として検出し、前記コントラスト評価値最大光路長に基づいて前記光学系のフォーカス制御を行うとともに合焦している状態を示す合焦状態情報を出力する制御部と、
前記合焦状態情報が合焦している状態であることを示しているときは、前記第１の信号および前記第２の信号から撮影用の映像信号を生成し、前記合焦状態情報が合焦していない状態であることを示しているときは、前記第２の信号を使用せずに前記第１の信号から撮影用の映像信号を生成する撮影用信号生成部と、
を備える集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカスを自動で合焦させるオートフォーカス機能付撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラ等の撮像装置として、色分離プリズムを用いた多板式のものが用いられている。このような撮像装置は、色分解した光束の他に１つの光束を射出させる分岐光路を有している。そして、このような撮像装置では、該分岐光路の射出面に、該カメラ本体に装着する撮影レンズの合焦信号を得るための撮像素子が設けられており、該射出面に設けた部材を光軸方向に変動させる駆動手段によりオートフォーカス（以下、「ＡＦ」という。）機能を実現させる（例えば、特許文献１参照）。このようなＡＦ機能付き撮像装置では、レンズからの光束を青色、赤色、緑色光の３つの色光に色分解してカラー映像信号を得るための３チャンネルの光路と、さらに緑色光を分離して焦点検出信号を得るための１チャンネルの光路とを有しているので、焦点検出用の撮像素子を光軸上で移動させることで、映像信号には影響のない別の光路で合焦位置を自動調節することが可能になる。一般に、撮像装置において、撮像用の映像信号を用いて合焦位置検出を行う場合、フォーカスレンズを前後に微小に動かす動作であるウォブリングを行うことで、合焦位置検出を行う。この場合、映像信号への影響を最小限にする工夫が必要となるため、合焦位置検出に制約があるが、上記のＡＦ機能付き撮像装置の構成によれば、合焦位置検出における映像信号への影響がないため、合焦位置検出の精度を高めることができる。また、上記のＡＦ機能付き撮像装置の構成を用いることで、合焦位置検出方法として、様々な方法を採用することができる。
【特許文献１】特開平８−５０２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の撮像装置は、レンズからの光束の一部を分離して焦点検出用に使用するため、撮影用の撮像素子に照射される光量が、焦点検出用に使用する分だけ減少してしまう。このため、従来の撮像装置では、撮像装置により取得される映像信号の解像度やＳ／Ｎ比等（映像品質）が低下してしまうという問題点がある。
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、映像信号に影響を与えないＡＦ制御を可能にするとともに、合焦状態での解像度やＳ／Ｎ比等の映像品質の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の発明は、光学系と、光路分離部と、第１の撮像部と、第２の撮像部と、光路長変更部と、制御部と、撮影用信号生成部と、を備える撮像装置である。
光学系は、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能である。光路分離部は、光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する。
第１の撮像部は、撮像素子を有し、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する。第２の撮像部は、撮像素子を有し、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する。光路長変更部は、第２の撮像部を第２の光束の光軸上で平行移動させることで第２の光束の光路長を変更する。制御部は、光路長変更部を制御して第２の光束の光路長を変更させながら第２の撮像部が出力する第２の信号のコントラストの評価値を生成し、コントラストの評価値が最大となるような光路長をコントラスト評価値最大光路長として検出し、コントラスト評価値最大光路長に基づいて光学系のフォーカス制御を行うとともに合焦している状態を示す合焦状態情報を出力する。撮影用信号生成部は、合焦状態情報が合焦している状態であることを示しているときは、第１の信号および第２の信号から撮影用の映像信号を生成し、合焦状態情報が合焦していない状態であることを示しているときは、第２の信号を使用せずに第１の信号から撮影用の映像信号を生成する。
【０００５】
この撮像装置では、ＡＦ動作中は第２の撮像部から得られる第２の信号によりフォーカス位置検出を行うために、フォーカス位置検出時の悪影響が撮影用の映像信号に及ばない上に、ＡＦ動作が完了しフォーカスが合っている状態（合焦状態）では、第２の信号をも用いて撮影用映像信号を生成するため、この撮像装置で取得される映像において解像度やＳ／Ｎ比等の映像品質の低下を防止することができる。
第２の発明は、第１の発明であって、第２の撮像部の撮像素子は、第１の撮像部の撮像素子と光学的に等価な位置から、撮像素子面の水平方向に半画素分だけずらした位置に配置されている。撮影用信号生成部は、合焦状態情報が合焦している状態であることを示している場合、第１の信号のみを処理するときのクロックの２倍の周波数であるクロックにより、第１の信号および第２の信号から撮影用の映像信号を生成する。
【０００６】
この撮像装置では、合焦状態情報が合焦状態であることを示している場合、信号処理部６は、第１の信号および第２の信号（第１の信号に対して位相がずれている信号）を用いて２倍のクロックレートの映像信号として出力するいわゆるデュアルグリーン方式（第１の信号および第２の信号がＧ成分の信号である場合）等の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成することができる。一方、合焦状態情報が合焦状態であることを示していない場合、信号処理部は、通常の信号処理（第１の信号のみを処理するときのクロックを用いた信号処理）撮影用の映像信号を生成する。
これにより、この撮像装置では、オートフォーカス制御動作中に撮影用の映像信号の焦点位置が変化してしまうという悪影響がなくなり、かつ、合焦後はオートフォーカス制御用の信号（第２の信号）を撮影用の映像信号に含めることで、撮影用の映像信号の解像度、Ｓ／Ｎ比を良好にすることができる。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明であって、第２の撮像部の撮像素子は、第１の撮像部の撮像素子と光学的に等価な位置に配置されている。撮影用信号生成部は、合焦状態情報が合焦している状態であることを示している場合、第１の信号および第２の信号を加算して撮影用の映像信号を生成する。
この撮像装置では、合焦後はオートフォーカス制御用の信号（第２の信号）を、信号処理部の加算処理により撮影用の映像信号に含めることができるので、撮影用の映像信号の解像度、Ｓ／Ｎ比を良好にすることができる。特に、合焦後の撮影用の映像信号のＳ／Ｎ比を良好に保つことができる。
第４の発明は、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、撮像素子を有し、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、撮像素子を有し、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、第２の撮像部を第２の光束の光軸上で平行移動させることで第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、を備える撮像装置に用いられる撮像方法である。この撮像装置は、制御ステップと、撮影用信号生成ステップと、を備える。
【０００８】
制御ステップでは、第２の撮像部を第２の光束の光軸上で平行移動させることで第２の光束の光路長を変更させながら第２の撮像部が出力する第２の信号のコントラストの評価値を生成し、コントラストの評価値が最大となるような光路長をコントラスト評価値最大光路長として検出し、コントラスト評価値最大光路長に基づいて光学系のフォーカス制御を行うとともに合焦している状態を示す合焦状態情報を出力する。撮影用信号生成ステップでは、合焦状態情報が合焦している状態であることを示しているときは、第１の信号および第２の信号から撮影用の映像信号を生成し、合焦状態情報が合焦していない状態であることを示しているときは、第２の信号を使用せずに第１の信号から撮影用の映像信号を生成する。
これにより、第１の発明と同様の効果を奏する撮像方法を実現することができる。
【０００９】
第５の発明は、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、撮像素子を有し、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、撮像素子を有し、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、第２の撮像部を第２の光束の光軸上で平行移動させることで第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、を備える撮像装置に用いられる撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。撮像方法は、制御ステップと、撮影用信号生成ステップと、を備える。
制御ステップでは、第２の撮像部を第２の光束の光軸上で平行移動させることで第２の光束の光路長を変更させながら第２の撮像部が出力する第２の信号のコントラストの評価値を生成し、コントラストの評価値が最大となるような光路長をコントラスト評価値最大光路長として検出し、コントラスト評価値最大光路長に基づいて光学系のフォーカス制御を行うとともに合焦している状態を示す合焦状態情報を出力する。撮影用信号生成ステップでは、合焦状態情報が合焦している状態であることを示しているときは、第１の信号および第２の信号から撮影用の映像信号を生成し、合焦状態情報が合焦していない状態であることを示しているときは、第２の信号を使用せずに第１の信号から撮影用の映像信号を生成する。
【００１０】
これにより、第１の発明と同様の効果を奏する撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを実現することができる。
第６の発明は、被写体からの光を集光し、フォーカス制御可能な光学系と、光学系により集光された被写体からの光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離する光路分離部と、撮像素子を有し、第１の光束を電気信号に変換し、第１の信号として出力する第１の撮像部と、撮像素子を有し、第２の光束を電気信号に変換し、第２の信号として出力する第２の撮像部と、第２の撮像部を第２の光束の光軸上で平行移動させることで第２の光束の光路長を変更する光路長変更部と、を備える撮像装置に用いられる集積回路である。この集積回路は、制御部と、撮影用信号生成部と、を備える。
制御部は、第２の撮像部を第２の光束の光軸上で平行移動させることで第２の光束の光路長を変更させながら第２の撮像部が出力する第２の信号のコントラストの評価値を生成し、コントラストの評価値が最大となるような光路長をコントラスト評価値最大光路長として検出し、コントラスト評価値最大光路長に基づいて光学系のフォーカス制御を行うとともに合焦している状態を示す合焦状態情報を出力する。撮影用信号生成部は、合焦状態情報が合焦している状態であることを示しているときは、第１の信号および第２の信号から撮影用の映像信号を生成し、合焦状態情報が合焦していない状態であることを示しているときは、第２の信号を使用せずに第１の信号から撮影用の映像信号を生成する。
【００１１】
これにより、第１の発明と同様の効果を奏する集積回路を実現することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、映像信号に影響を与えないＡＦ制御を実現することができ、さらに、合焦状態での解像度やＳ／Ｎ比等の映像品質の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図１から図６を用いて説明する。
［第１実施形態］
＜１．１：撮像装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態によるＡＦ機能付き撮像装置１００の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、ＡＦ機能付き撮像装置１００は、光学系１と、光路分離部２と、撮影用撮像部３と、アナログ信号処理部４と、ＡＤ変換部５と、撮影用信号生成部１５と、ＡＦ用撮像部７と、制御部１４と、ＡＦ用光路長変更部１１と、を備える。
光学系１は、被写体からの光を集光し、被写体からの光（光束）について焦点距離（フォーカス位置）を調整することができる。つまり、光学系１は、フォーカス制御可能な構成を有している。そして、光学系１では、制御部１４から出力されるフォーカス位置制御信号によりフォーカス制御が実行される。光学系１は、集光した被写体からの光（光束）を光路分離部２に出力する。光学系１は、複数のレンズから構成されてもよく、フォーカス制御を行うフォーカス制御用レンズ（複数のレンズから構成されるレンズユニットであってもよい。）を設けた構成であってもよい。また、光学系１において、フォーカス制御用レンズを移動させることでフォーカス制御を行うようにしてもよい。さらに、光学系１は、交換式レンズ等により構成されるものであってもよい。
【００１４】
光路分離部２は、光学系１から出力された光束を受け、受けた光束を、撮影用光束とＡＦ用光束とに分離する。つまり、光路分離部２は、光学系１から出力された光束を、第１の光束である撮影用のＲ（赤）光、Ｇ１（緑１）光およびＢ（青）光の各光束と、第２の光束であるＡＦ検出用のＧ２（緑２）光の光束とに分離する。そして、光路分離部２は、撮影用の光束を第１の撮像部である撮影用撮像部３に出力し、ＡＦ検出用の光束を第２の撮像部であるＡＦ用撮像部７に出力する。
撮影用撮像部３は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子を有し、光路分離部２から出力された撮影用の各光束を入力とする。撮影用撮像部３は、撮影用の各光束を光電変換により電気信号に変換し、変換した電気信号をＲ、Ｇ１およびＢの各チャンネルのアナログ映像信号としてアナログ信号処理部４に出力する。
【００１５】
一方、ＡＦ用撮像部７は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子を有し、光路分離部２から出力されたＡＦ検出用の光束を入力とする。ＡＦ用撮像部７は、ＡＦ検出用の光束を電気信号に変換し、Ｇ２チャンネルのアナログ映像信号としてアナログ信号処理部４に出力する。ＡＦ用撮像部７は、ＡＦ検出用光束の光軸上を平行移動可能となるように、ＡＦ用光路長変更部１１と接続されている。さらに、ＡＦ用撮像部７の撮像素子は、撮影用撮像部３のうちＧ１（緑１）光用撮像素子の貼り付け位置に対し、光学的に等価な位置から水平方向（撮像素子面の水平方向）に半画素分（撮像素子を構成する画素の半画素分）だけずらした位置に固定されているものとする。すなわち、いわゆる４板型の撮像装置におけるＲ、Ｇ１およびＢチャンネルの撮像素子が撮影用撮像部３であり、Ｇ２チャンネルの撮像素子を光軸方向に平行移動可能に構成したものがＡＦ用撮像部７であるとする。なお、ＡＦ用撮像部７の撮像素子は、撮影用撮像部３のうちＧ１（緑１）光用撮像素子の貼り付け位置に対し、撮像素子面の垂直方向あるいは斜め方向に半画素分だけずらした位置に固定するようにしてもよい。
【００１６】
アナログ信号処理部４は、撮影用撮像部３およびＡＦ用撮像部７から出力される各チャンネルのアナログ映像信号を入力とし、チャンネルごとに、入力されたアナログ映像信号に対して相関２重サンプリング処理、ゲイン制御処理、ペデスタル制御処理等を行う。そして、アナログ信号処理部４は、チャンネルごとに、上記処理がなされたアナログ映像信号をＡＤ変換部５に出力する。
ＡＤ変換部５は、アナログ信号処理部４からの各信号をディジタル信号に変換する。ＡＤ変換部５は、変換後のディジタル信号のうち、ＲおよびＢチャンネルのディジタル信号（以下、各々「Ｒ信号」、「Ｂ信号」という。）を信号処理部６に出力する。また、ＡＤ変換部５は、Ｇ１チャンネルのディジタル信号（以下、「Ｇ１信号」という。）を、撮影用信号生成部１５の信号処理部６および撮影用補助信号生成部８に出力する。また、ＡＤ変換部５は、Ｇ２チャンネルのディジタル信号（以下、「Ｇ２信号」という。）を、撮影用信号生成部１５の撮影用補助信号生成部８および制御部１４のＡＦ評価値生成部９に出力する。
【００１７】
制御部１４は、ＡＦ評価値生成部９と、ＡＦ制御部１０とを有する。
ＡＦ評価値生成部９は、ＡＤ変換部５から出力されるＡＦ検出用映像信号であるＧ２信号を入力とし、Ｇ２信号からコントラスト評価値を取得し、取得したコントラスト評価値をＡＦ制御部１０に出力する。コントラスト評価値とは、制御部１４のＡＦ制御部１０によりＡＦ用撮像部７を移動させることにより被写体からＡＦ用撮像部７までの光路長を変化させた場合に、ＡＦ評価値生成部９により算出される様々な光路長に対するＡＦ動作のための評価値である。また、ＡＦ評価値生成部９には、必要に応じて選択信号がＡＦ制御部１０から入力される。この選択信号は、ＡＦ評価値生成部９がどのようなタイプのコントラスト評価値を出力するかを決定するための信号である。
ＡＦ制御部１０は、ＡＦ評価値生成部９から出力されるコントラスト評価値を入力とし、コントラスト評価値に基づいて最大のコントラスト評価値が得られる光路長である、最大コントラスト評価値光路長を求める。そして、ＡＦ制御部１０は、この最大コントラスト評価値光路長に基づいて、光学系１のフォーカス位置制御を行う。このために、ＡＦ制御部１０は、フォーカス位置制御信号を光学系１に出力する。また、ＡＦ制御部１０は、光学系１が合焦状態である場合には、合焦状態情報として「合焦している」ことを示す合焦信号を撮影用信号生成部１５に出力し、合焦状態にない場合には、合焦状態情報として「合焦していない」ことを示す非合焦信号を撮影用信号生成部１５に出力する。また、ＡＦ制御部１０は、ＡＦ用撮像部７を移動させることにより被写体からＡＦ用撮像部７までの光路長を変化させるためのＡＦ用撮像部位置制御信号をＡＦ用光路長変更部１１に出力する。さらに、ＡＦ制御部１０は、必要に応じて、選択信号をＡＦ評価値生成部９に出力する。
【００１８】
撮影用信号生成部１５は、Ｒ、Ｇ１、Ｇ２およびＢ信号を入力とし、制御部１４からの合焦状態情報に基づいて、撮影用の映像信号を生成する。撮影用信号生成部１５は、図１に示すように、信号処理部６と、撮影用補助信号生成部８とを有する。
撮影用補助信号生成部８は、ＡＦ制御部１０から出力される合焦状態情報と、ＡＤ変換部５から出力されるＧ１信号およびＧ２信号と、を入力とする。
合焦状態情報として合焦信号が入力されている場合、撮影用補助信号生成部８は、Ｇ１信号およびＧ２信号から撮影用補助信号を生成し、生成した撮影用補助信号を信号処理部に出力する。一方、合焦状態情報として非合焦信号が入力されている場合、撮影用補助信号生成部８は、ゼロ信号（無信号を含む。）もしくはＧ１信号を、撮影用補助信号として信号処理部６に出力する。
【００１９】
信号処理部６は、ＡＦ制御部１０から出力される合焦状態情報と、ＡＤ変換部５から出力されるＲ信号、Ｂ信号およびＧ１信号と、撮影用補助信号生成部８から出力される撮影用補助信号と、を入力とする。
合焦状態情報として合焦信号が入力されている場合（合焦状態情報が合焦状態であることを示している場合）、信号処理部６は、Ｇ１およびＧ２信号を用いて２倍のクロックレートの映像信号として出力するいわゆるデュアルグリーン方式の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。一方、合焦状態情報として非合焦信号が入力されている場合、信号処理部６は、Ｒ、Ｇ１およびＢ信号より３板方式の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。
上記構成により、ＡＦ機能付き撮像装置１００では、ＡＦ動作中に撮影用の映像信号の焦点位置が変化してしまうという悪影響がなくなり、かつ、合焦後はＧ２信号を撮影用の映像信号に含めることで、撮影用の映像信号の解像度、Ｓ／Ｎ比を良好にすることができる。
【００２０】
≪細部の説明≫
続いて、本実施形態の撮像装置１００の細部について説明する。
まず、撮像装置１００の光学系１から各撮像部までの構成について説明する。
図２は、光路分離部２、撮影用撮像部３、ＡＦ用撮像部７およびＡＦ用光路長変更部１１のより具体的な構成の一例を示す模式図である。光路分離部２としては、図２に示すような光学プリズム（ビームスプリッタ）を用いる。
図２に示すように、光路分離部２は、４板撮像方式で使用される色分解プリズムを用いて構成されている。すなわち、３板撮像方式では、入射した光を色分解プリズムによってＲ（赤）光、Ｇ（緑）光、およびＢ（青）光に分離するのに対して、本実施形態における光路分離部２では、ＲＧＢ分光後のＧ光をハーフミラーでさらに分割してＧ１（緑１）光とＧ２（緑２）光とに分離する。つまり、光路分離部２は、Ｇ２（緑２）光をＡＦ検出用の光束として出力し、残りのＲ（赤）光、Ｇ１（緑１）光およびＢ（青）光を撮影用の光束として出力する。ＲＧＢ分光後のＧ光に対するＧ２（緑２）光の割合は任意でよい（例えば、２５％や５０％など）。ここでは、Ｇ２（緑２）光の光束の割合は、Ｇ光の５０％とする。すなわち、Ｇ用光束を半分ずつに分割し、Ｇ１（緑１）光およびＧ２（緑２）光に分離する。
【００２１】
さらに、Ｇ２（緑２）光用の撮像部７（ＡＦ用撮像部７）は、図２に示すように、小型アクチュエータを用いたＡＦ用光路長変更部１１に接続されている。ＡＦ用光路長変更部１１は、ＡＦ用撮像部７を、その撮像面を光軸と垂直に保ちながら、光軸上を平行に移動させる。
ＡＦ用光路長変更部１１によってＡＦ用撮像部７が移動可能な範囲のうち、略中央部の位置をＡＦ用撮像部７の基準位置とする。ＡＦ用撮像部７が基準位置にあるとき、被写体からＡＦ用撮像部７までの光路長が被写体から撮影用撮像部３までの光路長と一致するものとする。なお、基準位置は、必ずしも中央部の位置でなくともよい。
次に、制御部１４の細部について説明する。
ＡＦ制御部１０は、いわゆる山登りアルゴリズムによりコントラスト評価値が最大となる光路長を探索する。ＡＦ制御部１０は、ＡＦ評価値生成部９から出力されるコントラスト評価値を監視しながら、ＡＦ用光路長変更部１１によりＡＦ用撮像部７の光路長（ＡＦ用撮像部７に入力される光束の光路長）を順次変更していく。また、必要に応じてＡＦ評価値生成部９に対して選択信号を出力する。選択信号は、ＡＦ評価値生成部９がどのようなタイプのコントラスト評価値を出力するかを決定するための信号である。ＡＦ評価値生成部９は、この選択信号により、映像信号からどのような特徴を抽出するかを決定する。選択信号についての詳細は１．２にて後述する。ＡＦ制御部１０は、コントラスト評価値が最大になるＡＦ用撮像部７の光路長（最大コントラスト評価値光路長）を検出する。また、ＡＦ制御部１０は、撮像装置１００が合焦状態であるのか否かを示す合焦状態情報を撮影用信号生成部１５に出力する。
【００２２】
ＡＦ用光路長変更部１１は、リニア駆動モータやステッピングモータ、圧電素子を利用した圧電超音波リニアアクチュエータなどと光軸に沿ったスライド機構などとを用いて構成され、ＡＦ用撮像部７を光軸上で平行に（図２の双方向矢印Ｄ１が示す方向に）スライドさせる機能を有している。そして、ＡＦ用光路長変更部１１は、例えばシリアル通信などで制御される。
ＡＦ用撮像部７は、ＡＦ動作開始時には基準位置に位置している。ＡＦ用光路長変更部１１は、ＡＦ動作時にはＡＦ用撮像部７を所定量ずつ移動させる。ＡＦ評価値生成部９は、その都度コントラスト評価値を生成する。ＡＦ制御部１０は、得られたコントラスト評価値から、現在の光路長で合焦したかどうか、すなわち最大コントラスト評価値光路長が得られたかどうかの検出を行い、非合焦状態であれば、ＡＦ用光路長変更部１１を通じてＡＦ用撮像部７を移動させ、ＡＦ動作を継続させる。
【００２３】
また、ＡＦ制御部１０は、合焦状態となる光路長、すなわち最大コントラスト評価値光路長を検出した場合、この検出した光路長と、撮影用撮像部３の光路長に相当する、予め決定されている基準値との差分を算出し、その差分値から光学系１のフォーカスの合焦位置を算出する。そして、ＡＦ制御部１０は、算出した合焦位置に光学系１のフォーカス位置を合わせるためのフォーカス位置制御信号を光学系１に出力することで、光学系１のフォーカス制御が実行される。つまり、ＡＦ用撮像部７の光路長が、撮影用撮像部３に入力される光束の光路長と等しくなるようなＡＦ用撮像部７の位置が基準位置であるから、検出された最大コントラスト評価値光路長に対応するＡＦ用撮像部７の位置と基準位置とを比較し、その差分から光学系１の合焦位置（フォーカス位置）を算出し、算出した合焦位置に基づき光学系１が合焦状態となるように、例えば、フォーカス用レンズ（群）を移動させることで、光学系１のフォーカス制御が実行される。
【００２４】
すなわち、撮像装置１００では、ＡＦ用光路長変更部１１により、ＡＦ用撮像部７の光路長を順次変更しながら、それぞれのコントラスト評価値を取得し、最大コントラスト評価値光路長を検出する。検出された光路長は、撮影用撮像部３の光路長に相当する基準位置と比較され、その差分から光学系１のフォーカスの合焦位置が算出され、光学系１のフォーカス位置制御が行われる。そして最後に、制御部１４は、ＡＦ用光路長変更部１１に対し、ＡＦ用撮像部７を基準位置に移動させ、次のＡＦ動作に備える。
上述のように、撮像装置１００では、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出して、光学系１のフォーカス位置制御が実施された場合には、ＡＦ用撮像部の光路長も基準位置に戻され、フォーカスが合っている状態となる。フォーカスが合っている状態から、例えば被写体が動いた、もしくは撮像装置１００を動かしたなどの結果、再びフォーカスが合っていない状態になった場合には、コントラスト評価値が変化する。ＡＦ制御部１０は、コントラスト評価値を常時監視し、フォーカスが合っている状態でのコントラスト評価値に対する変動量が所定のしきい値を超えた場合、フォーカスが合っていない状態になったと判断し、再び合焦状態情報を非合焦信号に設定する。そして、撮像装置１００では、上述のＡＦ動作が繰り返し実行される。
【００２５】
次に、撮影用信号生成部１５の細部について説明する。
撮影用補助信号生成部８には、ＡＤ変換部５からのＧ１およびＧ２信号、ならびにＡＦ制御部１０からの合焦状態情報が入力されている。撮影用補助信号生成部８は、ＡＦ制御部１０からの合焦状態情報により、Ｇ１およびＧ２信号から撮影用補助信号を生成する。より具体的には、合焦状態情報が合焦信号である場合には、Ｇ２信号を撮影用補助信号として出力し、合焦状態情報が非合焦信号である場合には、ゼロ（無信号を含む。）もしくはＧ１信号を撮影用補助信号として出力する。
信号処理部６は、合焦状態情報が、合焦信号である場合には、ＡＤ変換部５からのＲ、Ｇ１およびＢ信号に、撮影用補助信号（すなわちＧ２信号）も加えて撮影用の映像信号を生成する。一方、合焦状態情報が非合焦信号である場合には、信号処理部６は、撮影用補助信号を用いずに、ＡＤ変換部５からのＲ、Ｇ１およびＢ信号のみで撮影用の映像信号を生成する。
【００２６】
すなわち、合焦状態情報が合焦信号である場合には、撮影用補助信号生成部８からＡＦ用の信号（Ｇ２信号）が出力され、信号処理部６は、撮影用補助信号として入力されたＧ２信号とＧ１信号とを交互に用いて、２倍のクロックレートの映像信号として出力するいわゆるデュアルグリーン方式の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。一方、合焦状態情報が非合焦信号である場合には、信号処理部６は、Ｒ、Ｇ１およびＢ信号より３板方式の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。
上述したように、本実施形態に係る撮像装置１００では、ＡＦ用撮像部７の撮像素子は、撮影用撮像部３のＧ１用の撮像素子の貼り付け位置に対して水平方向に半画素分だけずらした位置に固定されているので、フォーカスが合っている状態では、デュアルグリーン方式の信号処理を行うことができる。その結果、撮像装置１００では、フォーカスが合っている状態においては、解像度の劣化を防止することができる。つまり、従来のＡＦ機能付き撮像装置では、Ｇ１信号のみを用いていたため、通常のデュアルグリーン方式の撮像装置に比べて解像度が劣化していたのに対し、本実施形態のＡＦ機能付きの撮像装置では、フォーカスが合っている状態においては、解像度の劣化を防止することができる。
【００２７】
さらに、撮像装置１００では、合焦状態情報が非合焦信号である場合、従来のＡＦ機能付き撮像装置と同様に、ＡＦ用撮像部７からのＧ２用の信号は用いずに撮影用撮像部３からの信号のみで、撮影用の映像信号を生成する。したがって、撮像装置１００では、フォーカスが合っていない状態においては、ＡＦ用の信号の影響を受けずに撮影用の映像信号が生成できる。
なお、フォーカスが合っていない状態の検出方法としては、コントラスト評価値の変動量だけで判断する必要はない。例えば、フォーカスリング等のレンズの動作検出や、ジャイロセンサなどによる撮像装置の動き検出や、撮影者が指示するための外部スイッチの状態による検出や、またこれらの検出方法の組み合わせにより、フォーカスが合っていない状態の検出を行うようにしてもよい。
【００２８】
また、合焦状態情報は、２つの状態である必要はなく、３つの状態、すなわちフォーカスが合っている状態、フォーカスが少しずれた可能性がある状態、フォーカスが合っていない状態などでもよい。
また、合焦状態情報が、３つの状態等の場合、フォーカスが少しずれた可能性がある状態においては、信号処理部６において、Ｒ、Ｇ１およびＢ信号に対してＡＦ用のＧ２信号に重み付けを実施して撮影用の映像信号を生成する、すなわちＡＦ用の信号を一部撮影用の映像信号の生成に用いるといった制御を行ってもよい。
また、合焦状態情報が変化したら、即、撮影用信号生成部１５での信号処理（デュアルグリーン方式の信号処理と３板方式の信号処理）を切り替えるのではなく、徐々に、撮影用信号生成部１５での信号処理を切り替えるようにしてもよい。これにより、撮像装置１００で取得される映像において、急激な解像度変化、Ｓ／Ｎ比の変化等を抑制することができる。その結果、撮像装置１００により取得される映像は、視覚的に自然な映像となる。
【００２９】
＜１．２：コントラスト評価値の算出方法＞
ＡＦ評価値生成部９がＡＦ用映像信号よりコントラスト評価値を算出する方法について、図３を用いて説明する。
図３は、ＡＦ評価値生成部９の構成の一例を示すブロック図である。
水平方向のローパスフィルタ１０１（以下、「水平ＬＰＦ」という。）は、ＡＤ変換部５から入力されるＡＦ検出用映像信号に対して、コントラストの評価値を生成するために必要な周波数帯域成分を抽出するための水平方向のローパスフィルタ（映像信号の水平方向成分に対するローパスフィルタ）である。水平ＬＰＦ１０１は、その出力を、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、および垂直ＨＰＦ１０４に出力する。
２つの水平方向のハイパスフィルタ１０２および１０３（以下、それぞれ「第１水平ＨＰＦ」および「第２水平ＨＰＦ」という。）は、ＡＦ検出用映像信号の水平方向成分についてのハイパスフィルタである。第１水平ＨＰＦ１０２および第２水平ＨＰＦ１０３は、それぞれ通過させる周波数帯域が異なっており、第１水平ＨＰＦ１０２は、第２水平ＨＰＦ１０３より低い周波数帯域を通過させるハイパスフィルタ（低域用）であり、第２水平ＨＰＦ１０３は、第１水平ＨＰＦ１０２より高い周波数帯域を通過させるハイパスフィルタ（高域用）である。すなわち、第１水平ＨＰＦ１０２のカットオフ周波数は、第２水平ＨＰＦ１０３のカットオフ周波数よりも低く設定されている。垂直方向のハイパスフィルタ１０４（以下、「垂直ＨＰＦ」という。）は、ＡＦ検出用映像信号の垂直方向成分についてのハイパスフィルタである。
【００３０】
積算部１０５〜１０７は、それぞれ、ＡＦ評価領域（後述）内の各画素の映像信号に対して各ハイパスフィルタ１０２〜１０４の出力を積算して、加算器１０８およびセレクタ１０９に出力する。水平ＬＰＦ１０１と、第１水平ＨＰＦ１０２と、第２水平ＨＰＦ１０３と、垂直ＨＰＦ１０４と、積算部１０５〜１０７とを備える演算部１１１には、図示していない駆動部から評価領域信号が入力される。評価領域信号は、ＡＦ評価値生成部９がコントラスト評価値を生成する対象となる領域（ＡＦ用映像信号により形成される２次元画像内の領域）であるＡＦ評価領域を選択するのに用いられる。評価領域信号は、例えば、ＡＦ検出用映像信号を画面（ＡＦ用映像信号により形成される２次元画像）の中央部からとる場合、画面の中央部のタイミングを示すパルス信号となる。なお、この評価領域信号は、積算部１０５〜１０７のみに入力されるようにして、積算部１０５〜１０７がそれぞれのハイパスフィルタ１０２〜１０４の出力のうちＡＦ評価領域における値を積算して、加算器１０８およびセレクタ１０９に出力するようにしてもよい。
【００３１】
加算器１０８は、積算部１０５〜１０７の出力を加算し、加算した結果をセレクタ１０９に出力する。セレクタ１０９は、積算部１０５〜１０７および加算器１０８からの出力を、選択信号に基づいて選択して、評価値（コントラストの評価値）としてＡＦ制御部１０に出力する。
なお、水平ＬＰＦ１０１、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３および垂直ＨＰＦ１０４の通過帯域は、例えば、撮像装置１００で扱う映像信号がＳＤＴＶ形式の映像信号の場合、水平ＬＰＦ１０１が０〜２．０［ＭＨｚ］、第１水平ＨＰＦ１０２が３００［ｋＨｚ］以上、第２水平ＨＰＦ１０３が１．２［ＭＨｚ］以上、垂直ＨＰＦ１０４が２０［ＴＶ本］以上であることが好ましい。また、撮像装置１００で扱う映像信号がＨＤＴＶ形式の映像信号の場合、水平ＬＰＦ１０１が０〜１３．２［ＭＨｚ］、第１水平ＨＰＦ１０２が２．０［ＭＨｚ］以上、第２水平ＨＰＦ１０３が６．６［ＭＨｚ］以上、垂直ＨＰＦ１０４が４５［ＴＶ本］以上であることが好ましい。
【００３２】
次に、ＡＦ評価値生成部９の動作について、具体的に説明する。
まず、ＡＦ評価値生成部９に入力されたＡＦ検出用の映像信号に対して、ＡＦ検出用の映像信号のノイズ成分を抑制するために、水平ＬＰＦ処理が施される。その後、水平ＬＰＦ処理が施されたＡＦ検出用の信号に対して、複数のハイパスフィルタ処理が実行される。図３に示すように、ＡＦ検出用映像信号は、演算部１１１に入力される。演算部１１１には、上述のように評価領域信号が入力され、入力されたＡＦ検出用映像信号のうち評価領域信号が示すＡＦ評価領域における信号成分のみが演算される。演算部１１１において、水平ＬＰＦ１０１によりフィルタ処理が施されたＡＦ検出用映像信号は、さらに、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３および垂直ＨＰＦ１０４に入力される。それぞれのＨＰＦによりハイパスフィルタ処理をされた後の信号は、積算部１０５、１０６および１０７にて積算されて、それぞれ、セレクタ１０９および加算器１０８に出力される。積算部１０５、１０６および１０７からの出力は、加算器１０８により加算され、加算された信号は、セレクタ１０９に入力される。つまり、積算部１０５〜１０７のそれぞれの出力と、これらの積算部の出力を加算する加算器１０８の出力との合計４つの出力がセレクタ１０９に入力される。そして、ＡＦ制御部１０からの選択信号に従って、セレクタ１０９の４つの入力のいずれかが選択され、選択された信号が、コントラストの評価値（コントラスト評価値）としてＡＦ制御部１０に出力される。例えば、本実施形態では、選択信号が”Ｈ１”のときには第１水平ＨＰＦ１０２の出力を積算した信号を選択し、選択信号が”Ｈ２”のときには第２水平ＨＰＦ１０３の出力を積算した信号を選択し、選択信号が”Ｖ１”のときには垂直ＨＰＦ１０４の出力を積算した信号を選択し、選択信号が”Ｓ１”のときには各信号を加算器１０８にて加算した信号を選択するものとする。
【００３３】
選択信号は、撮像される映像や現在のフォーカス位置によって、最も適した信号を選択するために用いられる。
例えば、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）と第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）の評価値曲線には、図４に示すような特徴がある。図４において横軸は、フォーカス位置を示し、縦軸は、コントラスト評価値の大きさを示す。
図４に示すように、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）の出力を積算したコントラスト評価値（曲線Ｓ１）はゆるやかな山を描き、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）の出力を積算したコントラスト評価値（曲線Ｓ２）は、フラットな状態から合焦点付近で急峻な山を描く。また、例えば、撮像装置１００で、横しま模様などの絵柄を撮像した場合には、第１水平ＨＰＦ１０２および第２水平ＨＰＦ１０３の出力の積算値により取得されるコントラスト評価値は、ともに評価値曲線の山がほとんどなくなるが、垂直ＨＰＦ１０４の出力の積算値により取得されるコントラスト評価値は、合焦点で、ピーク値をとるので、垂直ＨＰＦ１０４の出力の積算値により取得されるコントラスト評価値によるコントラスト評価値曲線では、合焦点付近で山ができることになる。
【００３４】
以下、ＡＦ制御部１０がどのような選択信号を出力するか、また、ＡＦ評価値生成部９が選択信号によりどのようなコントラスト評価値を生成するかの一例を示す。
ＡＦ用撮像部７を、光軸上において前後に移動させてコントラスト評価値が大きくなる方向に移動させることを繰り返して最大コントラスト評価値光路長を検出する、いわゆる山登りアルゴリズムの場合について説明する。
まず、ＡＦ制御部１０は、選択信号として”Ｈ２”をＡＦ評価値生成部９のセレクタ１０９に出力する。セレクタ１０９は、選択信号に従い、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）からの出力を積算した値を選択する。セレクタ１０９により選択された値は、コントラスト評価値として、ＡＦ評価値生成部９からＡＦ制御部１０に出力される。フォーカス位置が合焦位置から遠い場合には、ＡＦ制御部１０によりフォーカス位置を所定量ずつ移動させながらコントラスト評価値を比較しても、第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）の出力を積算して取得されるコントラスト評価値に変化がない場合がある（例えば、図４のＲ１で示す部分において、曲線Ｓ２のコントラスト評価値は、殆ど変化しない。）。このようなとき、ＡＦ制御部１０は、次に、選択信号として”Ｈ１”をＡＦ評価値生成部９のセレクタ１０９に出力する。セレクタ１０９は、選択信号に従い、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）からの出力を積算した値を選択する。セレクタ１０９により選択された値は、コントラスト評価値として、ＡＦ評価値生成部９からＡＦ制御部１０に出力される。この場合、コントラスト評価値には変化があるので、撮像装置１００において、フォーカス位置を移動させる方向を認識することができる（例えば、図４のＲ１で示す部分において、曲線Ｓ１のコントラスト評価値には、変化があるので、合焦位置がどちらの方向であるかを決定することができる。）。撮像装置１００において、このようにすることで、現在のフォーカス位置が合焦位置から遠い場合でも合焦位置に向けてフォーカス位置を移動させることができる。そして、同様にして、第１水平ＨＰＦ１０２（低域用）からの出力の積算値に基づいてＡＦ用撮像部７を合焦位置付近まで移動させていく。最終的に、ＡＦ制御部１０は、選択信号として再び”Ｈ２”を出力し、ＡＦ評価値生成部９が第２水平ＨＰＦ１０３（高域用）からの出力の積算値を選択するようにする。これにより、撮像装置１００では、第２水平ＨＰＦ１０３の出力の積算値に基づいて、より精度高く合焦位置を検出し、最大コントラスト評価値光路長を決定することができる。さらに、第１水平ＨＰＦ１０２の積算値によるコントラスト評価値、第２水平ＨＰＦ１０３の積算値によるコントラスト評価値の両方に変化がない場合、ＡＦ制御部１０は、選択信号として”Ｖ１”を出力し、ＡＦ評価値生成部９が垂直ＨＰＦ１０４からの出力の積算値を選択するように制御することもできる。
【００３５】
また、撮像装置１００において、最初に、ＡＦ制御部１０が選択信号として”Ｓ１”をＡＦ評価値生成部９に出力し、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３および垂直ＨＰＦ１０４の出力の積算値の加算値（すなわち、加算器１０８からの出力）を、コントラスト評価値として用いて、おおまかに制御し、最終的に第２水平ＨＰＦ１０３もしくは、垂直ＨＰＦ１０４の出力の積算値によるコントラスト評価値で合焦位置を決定し、フォーカス制御を実現するようにしてもよい。なお、これらのＨＰＦの帯域や、種類、その選択方法については、多様であり、上述したものに限定されるものではない。
＜１．３：コントラスト評価値最大光路長の検出方法＞
ＡＦ制御部１０がＡＦ用撮像部７の光路長を順次変更しながら、それぞれのコントラスト評価値を取得し、コントラスト評価値が最大となる光路長（以下、「コントラスト評価値最大光路長」という。）を検出する方法について、図５を用いて説明する。
【００３６】
図５は、コントラスト評価値最大光路長を探索する動作の一例を説明するための模式図である。
図５において、横軸はＡＦ用撮像部７の光路長を、縦軸はＡＦ評価値生成部９により算出されるコントラスト評価値を示している。また、図５の太い矢印は、１回ごとの探索の様子を示しており、曲線Ｓ３はコントラスト評価値曲線を示している。図５を参照しながら、探索開始位置からコントラスト評価値が最大になる点への探索を実施した場合について説明する。
ＡＦ用光路長変更部１１により、初めに、光軸上の前後方向のいずれかの方向に光路長を変更して、ＡＦ評価値生成部９により取得された、そのときのコントラスト評価値がＡＦ制御部１０に出力される。ＡＦ制御部１０は、この現位置でのコントラスト評価値と前回位置でのコントラスト評価値と比較し、評価値が減少したら、ＡＦ用光路長変更部１１によりＡＦ用撮像部７を移動させる方向を反転させる。図５の場合、ＡＦ制御部１０は、１回目は右方向（ＡＦ用撮像部の光路長が大きくなる方向）に光路長を変更しコントラスト評価値がほとんど変化していないため、２回目も同じ方向に光路長を変更する。ＡＦ制御部１０は、２回目の変更において、コントラスト評価値が増加したため、同方向へ探索を継続させる。２回目から６回目の変更では、いずれもコントラスト評価値は増加しているため、ＡＦ制御部１０は、コントラスト最大点がさらに右方向にあると判断する。そして、ＡＦ制御部１０は、７回目の変更によりコントラスト評価値が減少していることを認識する。すなわち、ＡＦ制御部１０は、コントラスト評価値の最大点を通り越したと判断し、８回目は、ＡＦ用撮像部の光路長を変更する方向を７回目での方向と逆転させる。この時点において、最大点（最大コントラスト評価値光路長となる点）の近傍に位置していると予測できる。次いで、ＡＦ制御部１０は、９回目の探索において、変更量をより少なくして同様の探索を継続し、最後はどちらの方向に変更してもコントラスト評価値が減少するところを最大点（最大コントラスト評価値光路長となる点）として検出する。また、ＡＦ制御部１０が、１回目の変更方向を図５の左方向として、ＡＦ用撮像部の光路長を変更させた場合、ＡＦ制御部１０は、探索位置が一番端（ＡＦ用光路長変更部１１によりＡＦ用撮像部７を移動させることができる限界となる端）に到達したことを検出した時点で、図５の右方向に探索方向を逆転させることで、最終的にコントラスト評価値が最大になる点を、確実に検出することができる。
【００３７】
以上説明したように、撮像装置１００では、撮影用の映像信号とは独立したＡＦ用映像信号でコントラスト評価値が最大となる光路長を検出する。つまり、撮像装置１００では、ＡＦ用光路長変更部１１を用いてコントラスト評価値が最大になるポイントを探索する間は、光学系１のフォーカス位置は全く制御（変更）されず、かつ、信号処理部６において撮影用補助信号を使用しない。このため、撮像装置１００では、撮影用映像信号は、ＡＦ検出用の信号の影響を全く受けない。さらに、撮像装置１００では、フォーカスが合っている状態において、ＡＦ用撮像部用に分離された光束をも使用して撮影用の映像信号を生成するので、Ｓ／Ｎ比や解像度の劣化を防止することができるといった優れた効果が得られる。
また、撮像装置１００では、ＡＦ用の映像信号で最大コントラスト評価値光路長を検出した後に光学系のフォーカス調整を行うため、ＡＦ動作としてウォブリング動作等の高速なレンズ動作が不可能な構成、例えば、交換式レンズなどを用いた場合であっても確実にＡＦ機能を実現することができる。また、撮像装置１００において、コントラスト評価値が最大になる光路長を探索する場合に、撮影用の映像信号には全く影響を与えないため、広い範囲での探索が可能となり、大ボケ状態からでもコントラスト評価値の最大ポイントを確実に検出できる。また、撮像装置１００では、光学系のフォーカスが合っている状態で、ＡＦ動作の誤起動等によって合焦位置の再探索動作が実施されたとしても、合焦状態情報を非合焦信号に設定した後に、再探索動作が実施されるため、撮影用の映像信号がＡＦ検出用信号の影響を受けることなく、合焦位置を再探索できる。
【００３８】
なお、本実施形態において、ＡＦ評価値生成部９は、水平ＬＰＦ１０１、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、垂直ＨＰＦ１０４、積算部１０５、１０６、１０７、加算器１０８、およびセレクタ１０９を有する演算部１１１を備えた例で説明したが、これに限定されることはない。映像のコントラストを評価する値が検出できれるものであれば、他の構成（回路）により、ＡＦ評価値生成部９を実現するようにしてもよい。また、通過帯域の特性を可変できる１種類の水平ＨＰＦなどにより、ＡＦ評価値生成部９を構成するようにしてもよい。
なお、本実施形態において、コントラスト評価値が最大になる位置の検出方法は、初めから大きく光路長を変更する方法で説明したが、これに限定されない。例えば、ＡＦ制御部１０は、ＡＦ用光路長変更部１１によってＡＦ用撮像部７を光軸方向に逐次移動させて、第２の光束（ＡＦ検出用の光束）の光路長を逐次変更させたときのコントラスト評価値を評価することで、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出してもよい。この場合、ＡＦ用撮像部７は、基準位置より移動を開始し、例えば、最初に移動可能な範囲のうち最も光路長が短くなる位置まで移動する。そして、この位置から、最も光路長が長くなる位置まで移動させながら逐次コントラスト評価値を検出し、一定範囲の検出した評価値の中から最大の評価値を最大コントラスト評価値とし、このときの光路長を最大コントラスト評価値光路長とする。このように検出することは、時間はかかるものの、より確実に最大コントラスト評価値を得ることを可能にする。また、上記の方法と従来のウォブリングと組み合わせて、コントラスト評価値が最大になる光路長を探索するようにしてもよい。すなわち、ウォブリング動作を繰り返し、いわゆる山登りアルゴリズムによって、コントラスト評価値が最大になる点を検出する方法でも、黄金分割法などを利用しながら光路長を変更する方法でも、コントラスト評価値が最大になる光路長を検出できればどのような方法でもよい。
【００３９】
［第２実施形態］
＜２．１：撮像装置の構成＞
図６は、本発明の第２実施形態によるＡＦ機能付き撮像装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置２００は、第１実施形態の撮像装置１００とは、ＡＦ用撮像部１２の撮像素子の貼り付け位置と、信号処理部１３の信号処理方法が異なるだけである。すなわち、撮像装置２００において、ＡＦ用撮像部１２のＧ２用の撮像素子の貼り付け位置が、撮影用撮像部３のＧ１用の撮像素子の貼り付け位置と、光学的に全く等価な位置に固定されている点、および、信号処理部１３のフォーカスが合っている状態での信号処理方法として撮影用補助信号（Ｇ２）と撮影用信号（Ｇ１）とを加算した後に、撮影用の映像信号の生成を行う点が、第１実施形態の撮像装置１００とは異なる。
【００４０】
なお、第１実施形態の撮像装置１００と同一の構成要素については、同一の符号を付している。他の構成要素については、第１実施形態と同様であり、本実施形態では説明簡略化のためフォーカスが合っている状態での信号処理部１３について、その動作を詳細に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については、詳細な説明を省略する。
ＡＦ用撮像部１２は、撮像素子の貼り付け位置が、撮影用撮像部３のＧ１用の撮像素子の貼り付け位置と光学的に等価な位置に固定されている。この点が第１実施形態とは異なり、ＡＦ用撮像部１２の動作は、第１実施形態のＡＦ用撮像部７の動作と同様である。ＡＦ用撮像部１２の撮像素子の貼り付け位置が、第１実施形態のＡＦ用撮像部７の撮像素子とは異なることで、ＡＦ用撮像部１２から出力されるＡＦ用の信号（Ｇ２用の信号）が第１実施形態の場合とは異なる。つまり、第１実施形態のＡＦ用撮像部７から出力されるＧ２信号は、Ｇ１用の信号に対して位相が１８０度ずれている信号であるのに対し、第２実施形態のＡＦ用撮像部１２から出力されるＧ２信号は、Ｇ１信号と同位相の信号となる。撮像装置２００において（撮像装置１００でも同様）、ＡＦ用のコントラスト評価値は、高周波成分を評価する値を算出することで生成されるため、ＡＦ用の信号（Ｇ２信号）の位相が異なることは特に問題なく、撮像装置におけるＡＦ機能の実現に、なんら支障は発生しない。
【００４１】
＜２．２：撮像装置の動作＞
以下、撮像装置２００の動作について説明する。
第１実施形態と同様に、本実施形態においてもＡＦ用の信号（Ｇ２信号）は、アナログ信号処理部４、ＡＤ変換部５を経由して撮影用信号生成部１５中の撮影用補助信号生成部８に入力される。
撮影用補助信号生成部８は、ＡＤ変換部５から出力されるＧ１信号およびＧ２信号およびＡＦ制御部１０から出力される合焦状態情報を入力とする。合焦状態情報が合焦信号である場合、撮影用補助信号生成部８は、ＡＦ用撮像部１２からのＧ２信号を撮影用補助信号として信号処理部１３に出力する。一方、合焦状態情報が非合焦信号である場合、撮影用補助信号生成部８は、ゼロ（無信号を含む。）もしくはＧ１用の信号（Ｇ１信号）を撮影用補助信号として信号処理部１３に出力する。
【００４２】
信号処理部１３は、合焦状態情報が合焦信号である場合には、撮影用補助信号生成部８から出力されたＡＦ用撮像部１２からのＡＦ用の信号（Ｇ２信号）と撮影用撮像部３からのＧ１信号を加算して緑用の信号（Ｇ）とし、後段の信号処理である通常の３板撮像方式の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。一方、合焦状態情報が非合焦信号である場合には、信号処理部１３は、撮影用補助信号を用いずに、ＡＤ変換部５から出力されるＧ１信号をゲインアップし、信号処理を行う。つまり、この場合、信号処理部１３は、撮影用撮像部３からの信号のみで通常の３板撮像方式の信号処理を行い、撮影用の映像信号を生成する。この場合、Ｇ１信号をゲインアップするときのゲインは、光路分離部２における、Ｇ光に対するＧ２（緑２）光の割合に応じて決定される。例えば、この割合が２５％であれば、Ｇ１信号に対するゲインは、１００％／（１００％−２５％）倍となる。信号処理部１３で、このように、Ｇ１信号に対してゲインアップすることで、Ｇチャンネルの信号の信号レベルが補正される。すなわち、信号処理部１３により上記ゲインアップ処理を行うことにより、ＡＦ用にＧ２信号を分離することによって他のチャンネルより減少してしまったＧチャンネルの信号の信号レベルが補正される。
【００４３】
従来のＡＦ機能付き撮像装置では、撮影用の映像信号の生成にＧ１信号のみが使用され、ＡＦ用に分離されたＧ２信号は、ＡＦ機能の実現のためだけに使用されていたため、通常の３板撮像方式の撮像装置に比べてＧチャンネルの感度やＳ／Ｎ比などが劣化していた。これに対し、本実施形態のＡＦ機能付きの撮像装置２００では、フォーカスが合っている状態においては、光学的に分離されたＧ１チャンネルおよびＧ２チャンネルの両方の信号を使用して撮影用の映像信号を生成するため、感度やＳ／Ｎ比の劣化を防止することができる。
さらに、合焦状態情報が、フォーカスが合っていない状態を示す場合には、従来のＡＦ機能付き撮像装置と同様に、ＡＦ用撮像部１２からのＧ２用の信号を用いずに撮影用撮像部３からの信号（ＡＤ変換部５から出力される信号）のみで、撮影用の映像信号を生成する。したがって、撮像装置２００では、フォーカスが合っていない状態において、ＡＦ用の信号の影響を受けずに撮影用の映像信号が生成できる。
【００４４】
第１実施形態および第２実施形態の撮像装置の構成について対比してまとめてみると、第１実施形態の撮像装置１００では、撮影用撮像部３のＧ１チャンネル用の撮像素子とＡＦ用撮像部７のＧ２チャンネル用の撮像素子とは、光学的に互いに水平方向に半画素分貼り付け位置がずらして固定されている。このため、撮像装置１００では、フォーカスが合っている状態において、信号処理部６でＧ２チャンネルを使用する場合、２倍のクロックレートで交互に出力することで通常の３板撮像方式に比較して、撮像装置１００で取得される映像の解像度を向上させることができる。すなわち、撮像装置１００は、いわゆるデュアルグリーン方式の４板撮像方式のＧ２チャンネル用映像信号を、光軸に平行移動可能なＡＦ用撮像部７により取得する構成となっているので、ＡＦ機能を実現するとともに、フォーカスが合っている状態においては、４板撮像方式と同様の解像度の向上を実現することができる。
【００４５】
これに対し、第２実施形態の撮像装置２００では、ＡＦ用撮像部１２のＧ２チャンネル用の撮像素子は、撮影用撮像部３のＧ１チャンネル用の撮像素子の貼り付け位置と光学的に全く同じ位置に固定されている。このため、撮像装置２００では、フォーカスが合っている状態において、信号処理部１３でＧ２チャンネルを使用する場合、Ｇ１チャンネルの映像信号とＧ２チャンネルの映像信号とを加算し、Ｇチャンネルの信号として後段の映像信号の生成に使用することができる。すなわち、撮像装置２００では、通常の３板撮像方式の緑の光束をさらに分離して取得したＧ２チャンネル用の光束を、光軸に平行移動可能なＡＦ用撮像部１２で光電変換して取得した映像信号を、ＡＦ機能を実現するために利用する。さらに、撮像装置２００では、フォーカスが合っている状態において、光学的に分離したＧ２用光束からＡＦ検出用として取得した映像信号を信号処理部１３で再び加算して撮影用の映像信号を生成する。また、撮像装置２００では、フォーカスが合っていない状態において、Ｇ１チャンネルの映像信号をゲインアップしてＧチャンネルの信号として後段の映像信号の生成に用いる。
【００４６】
以上により、撮像装置２００では、映像信号に影響を与えないＡＦ制御を可能にするとともに、合焦状態での解像度やＳ／Ｎ比等の映像品質の低下を防止することができる。
［他の実施形態］
上記実施形態において、ＡＦ評価のために用いる領域、すなわちＡＦ評価領域の位置、大きさなど任意である。
また、ＡＦ評価領域は、映像信号により形成される画像内の複数個所の領域（画像領域）を加算したものであっても、複数個所から選択された領域（画像領域）であってもよい。例えば、撮像装置において、画面左領域、中央領域、右領域を別々に検出し、被写体が存在する領域をＡＦ評価領域として選択するようにしてもよい。また、被写体が存在する領域を選択する方法としては、ＡＦ評価値が最大である領域を検出し、検出した領域を選択する方法や、ユーザーによるスイッチ操作、顔判定などによる選択する方法であってもよい。
【００４７】
なお、上記実施形態で説明した撮像装置において、各ブロックは、ＬＳＩなどの半導体装置により一部を１チップ化してもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されても良い。
なお、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
【００４８】
また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアにより実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。なお、上記実施形態に係る撮像装置をハードウェアにより実現する場合、各処理を行うためのタイミング調整を行う必要があるのは言うまでもない。上記実施形態においては、説明便宜のため、実際のハードウェア設計で生じる各種信号のタイミング調整の詳細については省略している。
なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、ＡＦ機能を実現する場合に、ＡＦ用の映像信号でコントラスト最大の光路長を検出することでＡＦ制御を行い、かつ合焦状態情報を用いて撮影用補助信号を生成、使用するため、光路長検出時、撮影用の映像信号に全く悪影響を与えないといった効果を有し、ビデオカメラなどの撮像装置などとして有用である。
また、本発明にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路は、ＡＦ機能を実現する場合に、ＡＦ用の映像信号でコントラスト最大の光路長を検出した後に、光学系のフォーカス制御を行うため、ウォブリング動作などの高速なレンズ動作が不可能な撮像装置に対してもＡＦ機能を提供可能であるといった効果を有し、ビデオカメラなどの撮像装置などとして有用である。
【００５０】
また、本発明にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路によれば、ＡＦ機能を実現する場合に、フォーカス探索動作中において撮影用の映像信号には全く影響を与えないことから、広い範囲での探索が可能となり、いわゆる大ボケ状態からでも確実に制御が可能であるといった効果を有し、ビデオカメラなどの撮像装置などとして有用である。
また、本発明にかかる撮像装置、撮像方法、プログラムおよび集積回路によれば、フォーカスが合っている状態においては、ＡＦ用の信号をも用いて撮影用の映像信号を生成するため、解像度やＳ／Ｎ比などの映像品質の劣化を防止することができるといった効果を有し、ビデオカメラなどの撮像装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態によるオートフォーカス機能付き撮像装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１実施形態による光路分離部を説明するための模式図
【図３】本発明の第１実施形態によるＡＦ評価値生成部の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第１実施形態によるＡＦ評価値生成部の作用の一部を説明するための模式図
【図５】本発明の第１実施形態によるコントラスト評価値が最大になる光路長を探索する様子を説明するための模式図
【図６】本発明の第２実施形態によるオートフォーカス機能付き撮像装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００５２】
１  光学系
２  光路分離部
３  撮影用撮像部（第１の撮像部）
４  アナログ信号処理部（第２の信号処理部）
５  ＡＤ変換
６  信号処理部
７  ＡＦ用撮像部（第２の撮像部）
８  撮影用補助信号生成部
９  ＡＦ評価値生成部（評価値生成部）
１０  ＡＦ制御部
１１  ＡＦ用光路長変更部（光路長変更部）
１２  ＡＦ用撮像部（第２の撮像部：同位相）
１３  信号処理部（Ｇ１、Ｇ２加算型）
１０１  水平ローパスフィルタ
１０２  第１水平ハイパスフィルタ
１０３  第２水平ハイパスフィルタ
１０４  垂直ハイパスフィルタ
１０５、１０６、１０７  積算部
１０８  加算器
１０９  セレクタ
【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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