(57)【要約】【課題】合焦動作時間を短くすることができる撮像装置及び撮像装置の合焦方法を提供する。【解決手段】フォーカスレンズ２を透過した光をハーフミラー４で分割し、一方を撮像用に、他方を合焦補助用として使用し、フォーカスレンズ２側に所定距離隔てた位置とフォーカスレンズ２と反対側に同一距離隔てた位置に撮像センサ５と撮像センサ６を設けて、撮像用の撮像センサ１を含めた３信号で合焦方向を探索する。これにより、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置と合焦点との距離が長い場合でもフォーカスレンズ２を前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。即ち合焦時間の短縮化が図れる。また、撮像センサ５及び６には、撮像センサ１よりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。【選択図】図１
2007086434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置であって、
フォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズをその光軸方向に前後に移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、
前記フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間に配置されるハーフミラーと、
前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置される撮像用の第１の撮像センサと、
前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズ側に所定距離隔てた位置で且つ光軸より下方の部分で光軸に接するように設置される合焦補助用の第２の撮像センサと、
前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズと反対側に前記第２の撮像センサの配置と同一距離隔てた位置で且つ光軸と垂直に設置される合焦補助用の第３の撮像センサと、
前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記第１の撮像センサ、前記第２の撮像センサ及び前記第３の撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して合焦点を求める合焦点制御手段と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置であって、
フォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズをその光軸方向に前後に移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、
前記フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間に配置されるハーフミラーと、
前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置される撮像用の第１の撮像センサと、
前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズ側又は前記フォーカスレンズと反対側に所定距離隔てた位置に配置される合焦補助用の第２の撮像センサと、
前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記第１の撮像センサ及び第２の撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して合焦点を求める合焦点制御手段と、
を備える撮像装置。
【請求項３】
合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置であって、
フォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズをその光軸方向に前後に移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、
前記フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間に配置されるハーフミラーと、
前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置される撮像用の撮像センサと、
前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路の他方の光軸上の可視光における結像点より前記フォーカスレンズ側又は前記フォーカスレンズと反対側に所定距離隔てた位置に配置される合焦補助用の赤外線撮像センサと、
前記赤外線撮像センサが透過光の光路側に設けられた場合には前記ハーフミラーと前記赤外線撮像センサとの間に配置され、前記赤外線撮像センサが反射光の光路側に設けられた場合には前記ハーフミラーと前記赤外線撮像センサとの間で且つ透過光に触れない位置に配置される赤外線フィルタと、
前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記撮像センサ及び前記赤外線撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して合焦点を求める合焦点制御手段と、
を備える撮像装置。
【請求項４】
合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置の合焦方法であって、フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間にハーフミラーを配置して、撮像用の第１の撮像センサを前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置する一方、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズ側に所定距離隔てた位置で且つ光軸より下方の部分で光軸に接するように合焦補助用の第２の撮像センサを配置するとともに、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズと反対側に前記第２の撮像センサの配置と同一距離隔てた位置で且つ光軸より上方の部分で光軸に接するように合焦補助用の第３の撮像センサを配置し、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記第１の撮像センサ、前記第２の撮像センサ及び前記第３の撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら合焦点を求める撮像装置の合焦方法。
【請求項５】
合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置の合焦方法であって、フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間にハーフミラーを配置して、撮像用の第１の撮像センサを前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置する一方、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズ側又は前記フォーカスレンズと反対側に所定距離隔てた位置に合焦補助用の第２の撮像センサを配置し、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記第１の撮像センサ及び第２の撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら合焦点を求める撮像装置の合焦方法。
【請求項６】
合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置の合焦方法であって、フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間にハーフミラーを配置して、撮像用の撮像センサを前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置する一方、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路の他方の光軸上の可視光における結像点より前記フォーカスレンズ側又は前記フォーカスレンズと反対側に所定距離隔てた位置に合焦補助用の赤外線撮像センサを配置するとともに、前記赤外線撮像センサが透過光の光路側に設けられた場合には前記ハーフミラーと前記赤外線撮像センサとの間に、前記赤外線撮像センサが反射光の光路側に設けられた場合には前記ハーフミラーと前記赤外線撮像センサとの間で且つ透過光に触れない位置に赤外線フィルタを配置し、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記撮像センサ及び前記赤外線撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら合焦点を求める撮像装置の合焦方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラ、ディジタルカメラ等の撮像装置及び該撮像装置の合焦方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像センサを用いたカメラの自動焦点調節（オートフォーカス）機能については幾つかの方式が実施されている。その中の１つとしてカメラの撮像センサを用いて、該撮像センサの撮像信号の高周波成分を利用する所謂「山登り方式」がある（例えば、特許文献１参照）。この山登り方式は、合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用したものである。即ち、撮像信号を処理した映像信号をバンドパスフィルタに通して高周波成分を抽出する。抽出した高周波成分の信号を検波積分した出力は、例えば図２２に示すように焦点の移動に従って山形の特性曲線となる。この特性曲線の最大となるときが合焦点であり、その最大点に向かってフォーカスレンズを移動させる。この山登り方式は撮像センサからの信号を処理することによって実現でき、他の方式のように合焦のためのセンサ類を必要としないために小型で且つ比較的安価にできるという特徴がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１４００７４号公報（第７−８頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の山登り方式を用いた撮像装置においては、図２２に示すように焦点近傍の位置Ｈでのデフォーカスの場合は高周波成分は存在するが、位置Ｐのように焦点位置よりある程度離れた場所では大きくぼけた状態となり高周波成分が殆どない。このため山登り動作ができず、山を探すためにフォーカスレンズを前後方向に大きく移動させて山の裾野を探す必要がある。図２２の移動経路はその一例であるが、山の裾野を探すまでに多くの時間を費やすために合焦動作時間が長くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、合焦動作時間を短くすることができる撮像装置及び撮像装置の合焦方法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】
【０００６】
上記目的は下記構成及び方法により達成される。
（１）  合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置であって、フォーカスレンズと、前記フォーカスレンズをその光軸方向に前後に移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、前記フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間に配置されるハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置される撮像用の第１の撮像センサと、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズ側に所定距離隔てた位置で且つ光軸より下方の部分で光軸に接するように設置される合焦補助用の第２の撮像センサと、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズと反対側に前記第２の撮像センサの配置と同一距離隔てた位置で且つ光軸と垂直に設置される合焦補助用の第３の撮像センサと、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記第１の撮像センサ、前記第２の撮像センサ及び前記第３の撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して合焦点を求める合焦点制御手段と、を備える。
【０００７】
（２）  合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置であって、フォーカスレンズと、前記フォーカスレンズをその光軸方向に前後に移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、前記フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間に配置されるハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置される撮像用の第１の撮像センサと、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズ側又は前記フォーカスレンズと反対側に所定距離隔てた位置に配置される合焦補助用の第２の撮像センサと、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記第１の撮像センサ及び第２の撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して合焦点を求める合焦点制御手段と、を備える。
【０００８】
（３）  合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置であって、フォーカスレンズと、前記フォーカスレンズをその光軸方向に前後に移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、前記フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間に配置されるハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置される撮像用の撮像センサと、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路の他方の光軸上の可視光における結像点より前記フォーカスレンズ側又は前記フォーカスレンズと反対側に所定距離隔てた位置に配置される合焦補助用の赤外線撮像センサと、前記赤外線撮像センサが透過光の光路側に設けられた場合には前記ハーフミラーと前記赤外線撮像センサとの間に配置され、前記赤外線撮像センサが反射光の光路側に設けられた場合には前記ハーフミラーと前記赤外線撮像センサとの間で且つ透過光に触れない位置に配置される赤外線フィルタと、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記撮像センサ及び前記赤外線撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して合焦点を求める合焦点制御手段と、を備える。
【０００９】
（４）  合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置であって、フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間にハーフミラーを配置して、撮像用の第１の撮像センサを前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置する一方、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズ側に所定距離隔てた位置で且つ光軸より下方の部分で光軸に接するように合焦補助用の第２の撮像センサを配置するとともに、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズと反対側に前記第２の撮像センサの配置と同一距離隔てた位置で且つ光軸より上方の部分で光軸に接するように合焦補助用の第３の撮像センサを配置し、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記第１の撮像センサ、前記第２の撮像センサ及び前記第３の撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら合焦点を求める。
【００１０】
（５）  合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置の合焦方法であって、フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間にハーフミラーを配置して、撮像用の第１の撮像センサを前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置する一方、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路の他方の光軸上の結像点より前記フォーカスレンズ側又は前記フォーカスレンズと反対側に所定距離隔てた位置に合焦補助用の第２の撮像センサを配置し、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記第１の撮像センサ及び第２の撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら合焦点を求める。
【００１１】
（６）  合焦時におけるぼけのない鮮明な映像信号には高周波成分が多く存在し、ぼけた像になるに従って高周波成分が減少することを利用して合焦を行う撮像装置の合焦方法であって、フォーカスレンズによる結像面と前記フォーカスレンズとの間にハーフミラーを配置して、撮像用の撮像センサを前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路のいずれか一方の光軸上に配置する一方、前記ハーフミラーを透過する透過光の光路又は反射する反射光の光路の他方の光軸上の可視光における結像点より前記フォーカスレンズ側又は前記フォーカスレンズと反対側に所定距離隔てた位置に合焦補助用の赤外線撮像センサを配置するとともに、前記赤外線撮像センサが透過光の光路側に設けられた場合には前記ハーフミラーと前記赤外線撮像センサとの間に、前記赤外線撮像センサが反射光の光路側に設けられた場合には前記ハーフミラーと前記赤外線撮像センサとの間で且つ透過光に触れない位置に赤外線フィルタを配置し、前記フォーカスレンズを動かして焦点を求める合焦時に、前記撮像センサ及び前記赤外線撮像センサ夫々の撮像信号に含まれる高周波成分の信号レベルを基に合焦方向を探索しながら合焦点を求める。
【発明の効果】
【００１２】
上記（１）に記載の撮像装置では、フォーカスレンズを透過した光をハーフミラーで分割し、一方を撮像用に、他方を合焦補助用として使用し、フォーカスレンズ側に所定距離隔てた位置とフォーカスレンズと反対側に同一距離隔てた位置に第２の撮像センサと第３の撮像センサを設けて、撮像用の第１の撮像センサを含めた３信号で合焦方向を探索するので、フォーカスレンズを前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。また、第２及び第３の撮像センサには第１の撮像センサよりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。
【００１３】
上記（２）に記載の撮像装置では、上記（１）の撮像装置における２個の第２及び第３の撮像センサの代わりに１個の全面使用の第２の撮像センサを用い、それを結像点よりフォーカスレンズ側又はフォーカスレンズと反対側に配置したので、上記（１）と同様に、フォーカスレンズを前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。また、第２の撮像センサには第１の撮像センサよりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。
【００１４】
上記（３）に記載の撮像装置では、撮像用の撮像センサに加え、赤外光を検出できる赤外線撮像センサを用い、それを可視光における結像点よりフォーカスレンズ側又はフォーカスレンズと反対側に配置し、更に赤外線撮像センサを透過光の光路側に設けた場合にはハーフミラーと赤外線撮像センサとの間に、反射光の光路側に設けた場合にはハーフミラーと赤外線撮像センサとの間で且つ透過光に触れない位置に赤外線フィルタを配置したので、上記（１）と同様に、フォーカスレンズを前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。また、赤外線撮像センサには撮像センサよりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。更に赤外線撮像センサによる像を用いることにより夜間等には光の明暗に左右されない鮮明な像を得ることができる。
【００１５】
上記（４）に記載の撮像装置の合焦方法では、フォーカスレンズを透過した光をハーフミラーで分割し、一方を撮像用に、他方を合焦補助用として使用し、フォーカスレンズ側に所定距離隔てた位置とフォーカスレンズと反対側に同一距離隔てた位置に設けた第２及び第３の撮像センサを設けて、撮像用の第１の撮像センサを含めた３信号で合焦方向を探索するので、フォーカスレンズを前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。また、第２及び第３の撮像センサには、第１の撮像センサよりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。
【００１６】
上記（５）に記載の撮像装置の合焦方法では、上記（４）の撮像装置における２個の半面使用の第２及び第３の撮像センサの代わりに１個の全面使用の第２の撮像センサを用い、それを結像点よりフォーカスレンズ側又はフォーカスレンズと反対側に配置したので、上記（４）と同様に、フォーカスレンズを前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。また、第２の撮像センサには第１の撮像センサよりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。
【００１７】
上記（６）に記載の撮像装置の合焦方法では、撮像用の撮像センサに加え、赤外光を検出できる赤外線撮像センサを用い、それを可視光における結像点よりフォーカスレンズ側又はフォーカスレンズと反対側に配置し、更に赤外線撮像センサを透過光の光路側に設けた場合にはハーフミラーと赤外線撮像センサとの間に反射光の光路側に設けた場合にはハーフミラーと赤外線撮像センサとの間で且つ透過光に触れない位置に赤外線フィルタを配置したので、上記（４）と同様に、フォーカスレンズを前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。また、赤外線撮像センサには撮像用の撮像センサよりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。更に赤外線撮像センサによる像を用いることにより夜間等には光の明暗に左右されない鮮明な像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態の撮像装置は、撮像センサ１、５及び６と、フォーカスレンズ２と、フォーカスレンズ駆動部３と、ハーフミラー４と、増幅器７、８及び９と、カメラプロセス回路１０と、バンドパスフィルタ１１と、検波積分器１２と、規格化回路１３と、メモリ１４と、比較器１５と、合焦判定回路１６と、山登りサーボ制御回路１７と、絞り１９と、絞り駆動部２０と、オートアイリス制御部２１と、ズームレンズ２２と、ズームレンズ駆動部２３と、ズーム駆動制御部２４とを備えて構成される。なお、バンドパスフィルタ１１、検波積分器１２、規格化回路１３、メモリ１４、比較器１５、合焦判定回路１６及び山登りサーボ制御回路１７は、合焦検出制御部１８を構成する。また、合焦検出制御部１８、オートアイリス制御部２１及びズーム駆動制御部２４は、カメラ合焦制御部２５を構成する。
【００２０】
撮像センサ１は、撮像対象物の映像を捉えるものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等が用いられる。撮像センサ１は、その撮像面を光軸に対して垂直で且つ撮像面の中心が光軸と一致するように配置されている。フォーカスレンズ２は、撮像センサ１に焦点を合わすものである。フォーカスレンズ駆動部３は、フォーカスレンズ２を光軸上の合焦位置に移動させるものであり、モータ及びカム等の機構部と駆動回路並びにレンズ位置センサを備えて構成される。ハーフミラー４は、フォーカスレンズ２と結像点Ｅ（フォーカスレンズ２の移動範囲の中心にフォーカスレンズ２がある場合の光軸上の結像点）との間に設けられ、フォーカスレンズ２からの光の約半分を透過し、残りの約半分を反射する。このハーフミラー４により反射側に新たな光軸とその光軸上に結像点Ｆが作られる。
【００２１】
本実施の形態では、この結像点Ｆを中心として光軸と垂直な結像面に撮像センサ１を配置している。撮像センサ５は、光軸上の結像点Ｅよりフォーカスレンズ２側に距離Ｄだけ離れた位置Ａで且つ光軸と垂直な平面のうち光軸で区切られた半平面即ち図では光軸より下方の部分で光軸に接するように設置される。撮像センサ６は、光軸上の結像点Ｅよりフォーカスレンズ２と反対側に距離Ｄだけ離れた位置Ｂで撮像面の中心を光軸とし、光軸と垂直な平面に設置する。撮像センサ５及び６は、フォーカスレンズ２の合焦状態を検知するためにＡ位置及びＢ位置で撮像及び光量検出を行うものであり、撮像センサ１と比べ画素数、画素密度が同等以下のものが用いられる。なお、方形状のフォトセンサを用いることも可能である。
【００２２】
増幅器７は、撮像センサ１の出力信号を整形及び増幅するものであり、映像信号Ｓｍを出力する。増幅器８は、撮像センサ５の出力信号を整形及び増幅するものであり、映像信号Ｓａを出力する。増幅器９は、撮像センサ６の出力信号を整形及び増幅するものであり、映像信号Ｓｐを出力する。カメラプロセス回路１０は、増幅器７〜９からの撮像信号Ｓｍ、Ｓａ、ＳｐをＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式等のテレビ映像信号に変換する。ここで、増幅器７〜９からの映像信号Ｓｍ、Ｓａ、Ｓｐに対する輝度信号をＹｍ、Ｙａ、Ｙｐとする。バンドパスフィルタ（以後ＢＰＦと言う）１１は、合焦時のカメラプロセス回路１０から出力されるＹｍ、Ｙａ、Ｙｐの輝度信号のうち、合焦時に鮮明な映像成分として発生する数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚの周波数を通過させるものである。検波積分器１２は、ＢＰＦ１１でフィルタリングされた３つの輝度信号Ｙｍ、Ｙａ、Ｙｐそれぞれを検波積分する。
【００２３】
規格化回路１３は、検波積分器１２で信号処理された３つの輝度信号Ｙｍ、Ｙａ、Ｙｐについてそれぞれを規格化するものである。具体的には、撮像センサ１と撮像センサ５及び６との撮像素子間の出力形態、画素密度、ライン数等を見かけ上同一条件にするための規格化と、以下に示す出力の規格化を行う。この場合、出力の規格化とは、撮像センサ５と撮像センサ１（又は撮像センサ６と撮像センサ１）は、それぞれ撮像対象物の共通な部分をそれぞれ取得しているが、撮像センサ５及び６では撮像対象物の同じ部分を取得していないため、撮像センサ１の検波積分器１２の出力信号を基準として、撮像センサ５及び６の夫々の検波積分器１２の出力信号を規格化する。
【００２４】
メモリ１４は、フィールド間又はフレーム間の規格化された検波積分出力の３つの輝度信号Ｙｍ、Ｙａ、Ｙｐを保存する。比較器１５は、取得したフィールド間又はフレーム間の規格化された検波積分出力の３つの輝度信号Ｙｍ、Ｙａ、Ｙｐを比較したり、前回取得したものや基準値等と比較する。合焦判定回路１６は、比較器１５の出力により合焦か否かを判定する。山登りサーボ制御回路１７は、信号処理のタイミングや合焦動作を制御する。
【００２５】
上述したＢＰＦ１１、検波積分器１２、規格化回路１３、メモリ１４、比較器１５、合焦判定回路１６及び山登りサーボ制御回路１７を備えた合焦検出制御部１８は、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置で、もし、規格化された３つの輝度信号Ｙｍ、Ｙａ、Ｙｐより規格化回路１３の出力が有意な値であるＫ値以上の場合はこの３個の輝度信号から合焦方向を検出し、フォーカスレンズ駆動部３を制御してフォーカスレンズ２を合焦方向に移動させ、いわゆる「山登り」動作をさせる。また合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置で規格化回路１３の出力が有意な値であるＫ値とならず、合焦方向が検出されない場合は、移動規約経路により予め定められた方向へ規格化回路１３の出力が有意な値となるまでフォーカスレンズ駆動部３を制御してフォーカスレンズ２を移動させ、いわゆる「裾野探し」動作を行い、規格化回路１３の出力が有意な値であるＫ値以上となった時「山登り」動作をさせる山登り方式の合焦制御を行う。なお、この合焦検出制御部１８は、ＢＰＦ１１、検波積分器１２、規格化回路１３、メモリ１４、比較器１５、合焦判定回路１６及び山登りサーボ制御回路１７による専用のハードウェア構成としても良いし、マイコンを使用してプログラム制御する構成としても良い。
【００２６】
絞り駆動部２０は、絞り調整をするモータ等の機構及び回路並びに絞り量センサで構成される。オートアイリス制御部２１は、定められた増幅率に対し増幅器７からの撮像信号Ｓｍが適正な値となるように、絞り駆動部２０を制御して絞り１９を調整するオートアイリス動作を行う。オートアイリス制御部２１は絞り優先のＡＧＣ（Automatic Gain Control）機能をも備えている。ズームレンズ２２は、撮像倍率を変化させるためのレンズである。ズームレンズ駆動部２３は、モータ等の機構部と駆動回路並びにレンズ位置センサを備えて構成され、ズームレンズ２２を光軸上に移動させる。ズーム駆動制御部２４は、外部からのＷＩＤＥ、ＴＥＬＥのズーム指定によりズーム方向とズーム量を設定する。なお、カメラ合焦制御部２５は、合焦検出制御部１８、オートアイリス制御部２１及びズーム駆動制御部２４による専用のハードウェア構成としても良いし、マイコンを使用してプログラム制御する構成としても良い。
【００２７】
以上のように構成された撮像装置について、図２から図７を用いてその動作を説明する。図１で対象物を撮像センサ１に結像するようにフォーカスレンズ２の位置をコントロールしているが、近い対象物の場合に撮像センサ１に結像させるためにフォーカスレンズ２を図面の左方向に移動させ、遠い対象物の場合はフォーカスレンズ２を図面の右方向に移動させる。図２及び図３はこの新たな対象物に焦点を移動させる場合の合焦動作の最初の段階である裾野探し動作において合焦動作前のフォーカスレンズ２が最短時間で裾野探し動作を行い規格化回路１３の出力が有意な値であるＫ値以上になる裾野を見つける場合の移動規約経路を示す図であり、フォーカスレンズ２の移動方向を横方向にとり、フォーカスレンズ２の移動限界である、左端をＮｅａｒリミット、右端をＦａｒリミットとし、左端と右端の移動距離をＬ、フォーカス移動範囲Ｌの中心をＣｅｎｔｅｒとしている。図２及び図３の移動規約経路図では図１で説明したフォーカスレンズ２の移動方向と一致している、つまり近い（Ｎｅａｒ）対象物に対しては左方向、遠い（Ｆａｒ）対象物に対しては右方向に移動するように描かれている。更にこの図２及び図３の移動規約経路図は図１の撮像センサ５，６のおかれている距離Ｄの大きさと合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置により裾野探しの経路が決定されることを示している。
【００２８】
例えばＤ≦Ｌ／３の場合は図２に示すように先ず、ＮｅａｒリミットとそこからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点との間の範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで裾野探し動作をせずに超高速で移動し、そこからＦａｒ方向に（Ｌ−２Ｄ）離れた点まで裾野探し動作をすれば、撮像センサ５はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に（Ｌ−２Ｄ）の点まで裾野探し動作をし、撮像センサ６はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向２Ｄの距離からＦａｒリミットまで裾野探し動作をするため結局撮像センサ１、５、６でＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまで
裾野探し動作をすることになり、この動作により最短時間で必ず裾野を見つけることができる。なお裾野探し動作をせずに超高速で移動することを以後「超速移動」と呼ぶ。
【００２９】
次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点とそこからＦａｒ方向に（Ｌ／２−Ｄ）の点つまりフォーカス移動範囲の中心であるＣｅｎｔｅｒまでの範囲にある場合は、ＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向に（Ｌ−２Ｄ）離れた点まで裾野探し動作をする。更にＣｅｎｔｅｒとそこからＦａｒ方向に（Ｌ／２−Ｄ）の点つまり、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点までの範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合は、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向に（Ｌ−２Ｄ）離れた点まで裾野探し動作をする。更にフォーカスレンズ２の位置がＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点とＦａｒリミットまでの範囲にある場合はＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向に（Ｌ−２Ｄ）離れた点まで裾野探し動作をする。このようにフォーカスレンズ２がＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点から（Ｌ−２Ｄ）離れた点まで裾野探し動作をする間にフォーカスレンズ２と距離Ｄだけ離れた点に設置された撮像センサ５，６は夫々ＮｅａｒリミットとＮｅａｒリミットから（Ｌ−２Ｄ）の距離の点までの範囲、及びＮｅａｒリミットから（Ｌ−２Ｄ）の点からＦａｒリミットまでの範囲を裾野探し動作をするために、３つの撮像センサ１，５，６ではＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまでの全領域について裾野探し動作を最短時間で行う。
【００３０】
次にＬ／３≦Ｄ≦Ｌ／２の場合についても図２に示すように先ず、ＮｅａｒリミットとそこからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＤ離れた点まで裾野探し動作をすれば、撮像センサ５はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＤの点まで裾野探し動作をし、撮像センサ６はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向２Ｄの距離からＦａｒリミットまで裾野探し動作をするため結局撮像センサ１、５、６でＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまでの範囲Ｌの全ての点の裾野探し動作をすることになり、この動作により最短時間で必ず裾野を見つけることができる。次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点とそこからＦａｒ方向に（Ｌ／２−Ｄ）の点、つまりフォーカス移動範囲の中心であるＣｅｎｔｅｒまでの範囲にある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＤ離れた点まで裾野探し動作をする。更にＣｅｎｔｅｒとそこからＦａｒ方向に（Ｌ／２−Ｄ）の点、つまり、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点までの範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合は、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向にＤ離れた点まで裾野探し動作をする。更にフォーカスレンズ２の位置がＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点とＦａｒリミットまでの範囲にある場合はＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向にＤ離れた点まで裾野探し動作をする。Ｌ／３≦Ｄ≦Ｌ／２の場合はフォーカスレンズ２の位置に対応して以上のような動作を行うことにより、最短時間で裾野を見つけることができる。
【００３１】
次にＬ／２≦Ｄ≦Ｌの場合については図３に示すように先ず、ＮｅａｒリミットとそこからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点までの範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はそこからＦａｒ方向にＤ離れた点まで裾野探し動作をすることにより、撮像センサ１、５、６でＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまで裾野探し動作をすることになり、この動作により最短時間で必ず裾野を見つけることができる。
【００３２】
次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点とそこからＦａｒ方向に（Ｄ−Ｌ／２）の点つまりフォーカス移動範囲の中心であるＣｅｎｔｅｒまでの範囲にある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＤ離れた点つまり、Ｆａｒリミットまで裾野探し動作をする。更にＣｅｎｔｅｒとそこからＦａｒ方向に（Ｄ−Ｌ／２）の点つまり、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点までの範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合は、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向にＤ離れた点つまり、Ｎｅａｒリミットまでまで裾野探し動作をする。更にフォーカスレンズ２の位置がＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点とＦａｒリミットまでの範囲にある場合は超速移動せず、そこからＮｅａｒ方向にＤ離れた点まで裾野探し動作をする。Ｌ／２＜Ｄ≦Ｌの場合はフォーカスレンズ２の位置に対応して以上のような動作を行うことにより、最短時間で裾野を見つけることができる。
【００３３】
図４は図２、図３において撮像センサ５及び６の設置距離ＤがＤ＝Ｌ／２の場合の移動規約経路図である。ここではＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまでの距離Ｌのフォーカスレンズ移動範囲を４等分し、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしている。ＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／２離れた点までの範囲、つまり領域Ａ、Ｂにフォーカスレンズ２がある場合は超速移動せずそのままＦａｒ方向にＤ＝Ｌ／２裾野探し動作をする間に必ず裾野を探すことができる。またＦａｒリミットからＮｅａｒ方向にＬ／２離れた点までの範囲、つまり領域Ｃ、Ｄにフォーカスレンズ２がある場合は超速移動せずそのままＮｅａｒ方向にＤ＝Ｌ／２裾野探し動作をする間に必ず裾野を探すことができる。
【００３４】
次に、上述したＤ＝Ｌ／２のときの動作を図５を用いて説明する。図５は、図１における撮像センサ５，６をＤ＝Ｌ／２として設置した場合、図４の移動規約経路図となるがこの経路図に基づいて、図２２の従来例に適用した時の合焦経路図を示す。規格化回路１３の出力値を縦軸にフォカースレンズ２の移動方向を横軸にしたときの出力特性を表した図である。この図において、横軸右方向は遠方向、左方向は近方向の合焦方向を示しており、横方向のディメンションについては図２から図４と同じである。ここでは合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置をＰ点、撮像センサ５に対する合焦動作前のフォーカスレンズ２の仮想位置をＱ点、撮像センサ６に対する合焦動作前のフォーカスレンズ２の仮想位置をＭ点とし、撮像センサ１への合焦点をＦｐ点、撮像センサ５への合焦点をＦｑ点（図示略）、撮像センサ６への合焦点をＦｍ点（図示略）とした場合について説明する。Ｐ点とＱ点との間、Ｐ点とＭ点との間は夫々Ｌ／２であり、Ｆｐ点とＦｑ点との間、Ｆｐ点とＦｍ点との間は夫々Ｌ／２である。また、図中の規定値：Ｋは出力がノイズ成分よりも大きい有意な値であり、この値以上の特性値が得られたときに山登り方式による合焦動作を実行させる。
【００３５】
図５において先ず、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＰ点であり、このＰ点では撮像センサ１の輝度信号Ｙｍの規格化回路の出力が規格値Ｋよりも小さい。更にＤ＝Ｌ／２に設置かれた撮像センサ５，６に対応する点がＱ点、Ｍ点でありこの点での、撮像センサ５，６の輝度信号Ｙａ，Ｙｐの規格化回路の出力も規格値Ｋよりも小さい。そこで次に裾野探しの動作に移る。図５で撮像センサ１の合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置Ｐ点が領域Ｃであるから図４の裾野探し動作の移動規約経路図からＰ点よりＮｅａｒ方向に裾野探し動作を開始する。フォーカスレンズ２がＰ点からＳ点に移動したとき撮像センサ１の輝度信号Ｙｍの規格化回路の出力が規格値Ｋ以上になり、裾野を検出でき、Ｓ点からは山登り制御方式によりフォーカスレンズ２を合焦点であるＦｐまで移動させる。以上の動作により撮像センサ１のみの場合と比べて短時間で探索が終了する山登り動作を行い、合焦点Ｆｐを検出できる。
【００３６】
図６は図２、図３において撮像センサ５及び６の設置距離ＤがＤ＝Ｌ／４の場合の移動規約経路図である。ここではＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまでの距離Ｌのフォーカスレンズ移動範囲を４等分し、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしている。先ず、ＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／４離れた点までの範囲、つまり領域Ａにフォーカスレンズ２がある場合はその点からＦａｒ方向に領域Ａと領域Ｂとの境界であるＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／４はなれた点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＬ／２の距離だけ裾野探し動作をする間に必ず裾野を探すことができる。次に領域Ｂにフォーカスレンズ２がある場合はその点からＮｅａｒ方向に領域Ａと領域Ｂとの境界であるＬ／４の点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＬ／２の距離だけ裾野探し動作をする。更に領域Ｃにフォーカスレンズ２がある場合はその点からＦａｒ方向に領域Ｃと領域Ｄとの境界である３Ｌ／４の点まで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向にＬ／２の距離だけ裾野探し動作をする。次に領域Ｄにフォーカスレンズ２がある場合はその点からＮｅａｒ方向に領域Ｃと領域Ｄとの境界である３Ｌ／４の点まで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向にＬ／２の距離だけ裾野探し動作をする。以上のような動作をすることにより短時間で裾野を探すことができる。
【００３７】
次に、上述したＤ＝Ｌ／４のときの動作を図７を用いて説明する。図７は、図１における撮像センサ５，６をＤ＝Ｌ／４として設置した場合、図６の移動規約経路図となるがこの経路図に基づいて、図２２の従来例に適用した時の合焦経路図を示す。図７は、規格化回路１３の出力値を縦軸に、フォカースレンズ２の移動方向を横軸にしたときの出力特性である。図７において縦方向、横方向のディメンションおよびＭ、Ｐ、Ｑ、Ｓ、Ｆｍ、Ｆｐ、Ｆｑ（ＦｍとＦｑは共に図示略）の各点については図５と同じであり、説明を省略する。Ｐ点とＱ点との間、Ｐ点とＭ点との間は夫々Ｌ／４であり、Ｆｐ点とＦｑ点との間、Ｆｐ点とＦｍ点との間は夫々Ｌ／４である。また、図中の規定値：Ｋは出力がノイズ成分よりも大きい有意な値であり、この値以上の特性値が得られたときに山登り方式による合焦動作を実行させる。
【００３８】
図７において先ず、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＰ点であり、このＰ点では撮像センサ１の輝度信号Ｙｍの規格化回路１３の出力が規格値Ｋよりも小さい。更にＤ＝Ｌ／４に設置かれた撮像センサ５，６に対応する点がＭ点、Ｑ点でありこの点での，撮像センサ５，６の輝度信号Ｙａ，Ｙｐの規格化回路１３の出力の内Ｑ点の輝度信号Ｙｐの規格化回路１３の出力が規定値Ｋよりも大きいので合焦方向がＮｅａｒ方向であることが判明し、Ｐ点よりＮｅａｒ方向へ裾野探し動作を開始する。そしてフォーカスレンズ２がＳ点を通過した時に輝度信号Ｙｍの規格化回路１３の出力が規定値Ｋを超えるため裾野であることをを検出し、Ｓ点からは山登り制御方式によりフォーカスレンズ２を合焦点であるＦｐまで移動させる。以上のような動作により、撮像センサ１のみの場合と比べて短時間で裾野探しが終了する山登り動作を行い、合焦点Ｆｐを検出する。このような方式によれば合焦動作時間を短縮させることができる。
【００３９】
このように本実施の形態に係る撮像装置によれば、フォーカスレンズ２を透過した光をハーフミラー４で分割し、一方を撮像用に、他方を合焦補助用として使用し、フォーカスレンズ２側に所定距離隔てた位置とフォーカスレンズ２と反対側に同一距離隔てた位置に撮像センサ５と撮像センサ６を設けて、撮像用の撮像センサ１を含めた３信号で合焦方向を探索するので、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置と合焦点との距離が長い場合でもフォーカスレンズ２を前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。即ち合焦時間の短縮化が図れる。また、撮像センサ５及び６には、撮像センサ１よりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。
【００４０】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同じ部分には同じ番号を付してある。本実施の形態の撮像装置は、上述した実施の形態１における図１の２個の撮像センサ５及び６の代わりに１個の全面使用の撮像センサ３５を用い、それを結像点Ｅよりフォーカスレンズ２側に配置したものである。即ち、フォーカスレンズ２の結像点Ｅよりフォーカスレンズ２側に距離Ｄだけ離れた光軸上の点Ｂ上で且つ撮像面を光軸に対して垂直になるように配置した。撮像センサ３５の出力信号は増幅器８に入力される。本実施の形態では、合焦補助用の撮像センサを２個から１個にしたので、実施の形態１の増幅器９が不要となり、またカメラプロセス回路１０のＹ出力も１信号分不要になって２信号Ｙａ、Ｙｍとなる。
【００４１】
以上のように構成された撮像装置について、図９から図１１を用いてその動作を説明する。図８で対象物を撮像センサ１に結像するようにフォーカスレンズ２の位置をコントロールしているが、近い対象物の場合に撮像センサ１に結像させるためにフォーカスレンズ２を図面の左方向に移動させ、遠い対象物の場合はフォーカスレンズ２を図面の右方向に移動させる。図９はこの新たな対象物に焦点を移動させる場合の合焦動作の最初の段階である裾野探し動作において合焦動作前のフォーカスレンズ２が最短時間で裾野探し動作を行い規格化回路１３の出力が有意な値であるＫ値以上になる場合の移動規約経路を示す図であり、フォーカスレンズ２の移動方向を横方向にとり、フォーカスレンズ２の移動限界である、左端をＮｅａｒリミット、右端をＦａｒリミットとし、左端と右端の移動距離をＬ、フォーカス移動範囲Ｌの中心をＣｅｎｔｅｒとしている。図９の移動規約経路図は近い（Ｎｅａｒ）対象物に対しては左方向、遠い（Ｆａｒ）対象物に対しては右方向に移動するように描かれており、図８で説明したフォーカスレンズ２の移動方向と一致している。更にこの図９の移動規約経路図は図８の撮像センサ３５のおかれている距離Ｄの大きさと合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置により裾野探しの経路が決定されることを示している。
【００４２】
例えばＤ≦Ｌ／２の場合は図９に示すように先ず、ＮｅａｒリミットとそこからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）離れた点である裾野探し動作、つまり、撮像センサ１，３５の２つの輝度信号Ｙｍ、Ｙａの規格化回路１３からの信号が規定値Ｋ以上であるかを検出しながらＦａｒリミットまで進むことにより範囲Ｌの全ての点の裾野探し動作をしたことになり、この動作をすることにより最短時間で必ず裾野を見つけることができる。次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点とそこからＦａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）／２の点までの範囲にある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＦａｒリミットまで裾野探し動作をする。更にＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に（Ｌ＋Ｄ）／２の点つまり、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）／２の点とそこからＦａｒリミットまでの範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合は、Ｆａｒリミットまで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）離れた点まで裾野探し動作をする。この動作ではフォーカスレンズ２がＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）離れた点まで裾野探し動作をする間にフォーカスレンズ２と距離Ｄだけ離れた点に設置された撮像センサ３５はＮｅａｒリミットから（Ｌ−２Ｄ）離れた点とＮｅａｒリミットとの範囲を裾野探し動作をするために、２つの撮像センサ１，３５ではＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまでの全領域について裾野探し動作を行う。以上のようにＤ≦Ｌ／２の場合はフォーカスレンズ２の位置に対応して上述のような動作を行うことにより、最短時間で裾野を見つけることができる。
【００４３】
次にＬ／２≦Ｄ≦Ｌの場合についても図９に示すように先ず、ＮｅａｒリミットとそこからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＤ離れた点つまりＦａｒリミットまで裾野探し動作をすることにより、撮像センサ１，３５の信号の規格化回路１３の出力を見れば範囲Ｌの全ての点の裾野探し動作をしたことになり、この動作により必ず裾野を見つけることができる。次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点とそこからＦａｒ方向にＤ／２離れた点までの範囲にある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点まで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＤ離れた点つまりＦａｒリミットまで裾野探し動作をする。更にＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ／２）離れた点とそこからＦａｒ方向にＤ／２の点つまり、Ｆａｒリミットまでの範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合は、Ｆａｒリミットまで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向にＤ離れた点まで裾野探し動作をする。以上のようにＬ／２≦Ｄ≦Ｌの場合はフォーカスレンズ２の位置に対応して上述のような動作を行うことにより、最短時間で裾野を見つけることができる。
【００４４】
図１０は図９において撮像センサ３５の設置距離ＤがＤ＝Ｌ／２の場合の移動規約経路図である。ここではＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまでの距離Ｌのフォーカスレンズ移動範囲を４等分し、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしている。ＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／２離れた点までの範囲、つまり領域Ａ、Ｂに合焦動作前のフォーカスレンズ２がある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／２はなれた点であるＣｅｎｔｅｒまで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＤ＝Ｌ／２離れた点つまりＦａｒリミットまで裾野探し動作をする間に短時間で必ず裾野を探すことができる。次にＣｅｎｔｅｒとそこからＤ／２＝Ｌ／４離れた点までの範囲、つまり領域Ｃに合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＣｅｎｔｅｒまで超速移動しそこからＦａｒ方向にＤ＝Ｌ／２離れた点つまりＦａｒリミットまで裾野探し動作をする間に短時間で必ず裾野を探すことができる。更に領域Ｄに合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＦａｒリミットまで超速移動しそこからＮｅａｒ方向にＤ＝Ｌ／２離れた点つまりＣｅｎｔｅｒまで裾野探し動作をする間に短時間で必ず裾野を探すことができる。
【００４５】
次に、図８における撮像センサ３５をＤ＝Ｌ／２として設置した場合、図１０の移動規約経路図となるがこの経路図に基づいて、図２２の従来例に適用した時の合焦経路図を図１１に示し、動作を説明する。図１１は、規格化回路１３の出力値を縦軸にフォカースレンズ２の移動方向を横軸にしたときの出力特性を表した図である。この図において、横軸右方向は遠方向、左方向は近方向の合焦方向を示しており、横方向のディメンションについては図９から図１０と同じである。ここでは合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置をＰ点、撮像センサ３５に対する合焦動作前のフォーカスレンズ２の仮想位置をＱ点、撮像センサ１への合焦点をＦｐ点、撮像センサ３５への合焦点をＦｑ点（図示略）とした場合について説明する。Ｐ点とＱ点との間はＬ／２であり、Ｆｐ点とＦｑ点との間もＬ／２である。また、図中の規定値：Ｋは出力がノイズ成分よりも大きい有意な値であり、この値以上の特性値が得られたときに山登り方式による合焦動作を実行させる。
【００４６】
図１１において先ず、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＰ点であり、このＰ点では撮像センサ１の輝度信号Ｙｍの規格化回路の出力が規格値Ｋよりも小さい。更にＤ＝Ｌ／２に設置かれた撮像センサ３５に対応する点がＱ点でありこの点での、撮像センサ３５の輝度信号Ｙａの規格化回路の出力も規格値Ｋよりも小さい。そこで次に裾野探しの動作に移る。撮像センサ１の合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置Ｐ点が領域Ｃであるから図１０の裾野探し動作の移動規約経路図からＰ点よりＣｅｎｔｅｒまで超速移動し、そこからＦａｒ方向に裾野探し動作をする。フォーカスレンズ２がＴ点に移動したとき、撮像センサ１よりフォーカスレンズ２側にＬ／２離れた撮像センサ３５に対応する点が山の裾野であるＲ点に移動し撮像センサ３５の輝度信号Ｙaの規格化回路の出力が規格値Ｋ以上になり、裾野を検出できたので、合焦判定回路１６が合焦方向がＮｅａｒ方向であると判定し、撮像センサ１の規格化回路１３の出力がＫ値以上になるＳ点までフォーカスレンズ２を速送りし、Ｓ点からは山登り制御方式によりフォーカスレンズ２を合焦点であるＦｐまで移動させる。以上の動作により撮像センサ１のみの場合と比べて合焦動作時間を短縮させることができる。
【００４７】
このように本実施の形態の撮像装置によれば、上述した実施の形態１における２個の撮像センサ５及び６の代わりに１個の全面使用の撮像センサ３５を用いて、それを結像点Ｅよりフォーカスレンズ２側に配置したので、上述した実施の形態１と同様に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置と合焦点との距離が長い場合でもフォーカスレンズ２を前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。即ち合焦時間の短縮化が図れる。また、１個の撮像センサ３５で済ませたので、実施の形態１の増幅器９が不要となり、またカメラプロセス回路１０のＹ出力も１信号分不要になって２信号Ｙａ、Ｙｍとなり、また撮像センサ１よりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。
【００４８】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同じ部分には同じ番号を付してある。本実施の形態の撮像装置は、上述した実施の形態１における図１の２個の撮像センサ５及び６の代わりに１個の全面使用の撮像センサ３６を用い、それを結像点Ｅよりフォーカスレンズ２と反対側に配置したものである。即ち、フォーカスレンズ２の結像点Ｅよりフォーカスレンズ２の反対側に距離Ｄだけ離れた光軸上の点Ａ上で且つ撮像面を光軸に対して垂直になるように配置した。撮像センサ３６の出力信号は増幅器９に入力される。本実施の形態では、合焦補助用の撮像センサを２個から１個にしたので、実施の形態１の増幅器８が不要となり、またカメラプロセス回路１０のＹ出力も１信号分不要になって２信号Ｙｐ、Ｙｍとなる。
【００４９】
以上のように構成された撮像装置について、図１２から図１５を用いてその動作を説明する。図１２で対象物を撮像センサ１に結像するようにフォーカスレンズ２の位置をコントロールしているが、近い対象物の場合に撮像センサ１に結像させるためにフォーカスレンズ２を図面の左方向に移動させ、遠い対象物の場合はフォーカスレンズ２を図面の右方向に移動させる。図１３はこの新たな対象物に焦点を移動させる場合の合焦動作の最初の段階である裾野探し動作について合焦動作前のフォーカスレンズ２が最短時間で裾野探し動作を行い規格化回路１３の出力が有意な値であるＫ値以上になる場合の移動規約経路を示す図であり、フォーカスレンズ２の移動方向を横方向にとり、フォーカスレンズ２の移動限界である、左端をＮｅａｒリミット、右端をＦａｒリミットとし、左端と右端の移動距離をＬ、フォーカス移動範囲Ｌの中心をＣｅｎｔｅｒとしている。図１３の移動規約経路図は近い（Ｎｅａｒ）対象物に対しては左方向、遠い（Ｆａｒ）対象物に対しては右方向に移動するように描かれており、図１２で説明したフォーカスレンズ２の移動方向と一致している。更にこの図１３の移動規約経路図は図１２の撮像センサ３６のおかれている距離Ｄの大きさと合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置により裾野探しの経路が決定されることを示している
【００５０】
例えばＤ≦Ｌ／２の場合は図１３に示すように先ず、ＮｅａｒリミットとそこからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）／２離れた範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＮｅａｒリミットまで超速移動し、そこからＦａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）離れた点まで裾野探し動作、つまり、撮像センサ１，３５の２つの輝度信号Ｙｍ、Ｙｐ信号の規格化回路１３からの信号が規定値Ｋ以上であるかを検出しながらＦａｒリミットまで進むことにより範囲Ｌの全ての点の裾野探し動作をしたことになり、この動作をすることにより最短時間で必ず裾野を見つけることができる。次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）／２離れた点とそこから更にＦａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）／２の点までの範囲にある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離（Ｌ−Ｄ）離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒリミットまで裾野探し動作をする。更にＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）離れた点つまり、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向にＤ離れた点とそこからＦａｒリミットまでの範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合は、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向にＤ離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒリミットまで裾野探し動作をする。この動作ではフォーカスレンズ２がＦａｒリミットからＮｅａｒ方向にＤ離れた点から更にＤ離れた点まで裾野探し動作をする間にフォーカスレンズ２と距離Ｄだけ離れた点に設置された撮像センサ３６はＦａｒリミットとそこからＤ離れた点との範囲を裾野探し動作をするために、２つの撮像センサ１，３５ではＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまでの全領域について裾野探し動作を行う。以上のようにＤ≦Ｌ／２の場合はフォーカスレンズ２の位置に対応して上述のような動作を行うことにより、最短時間で裾野を見つけることができる。
【００５１】
次にＬ／２≦Ｄ≦Ｌの場合についても図１３に示すように先ず、ＮｅａｒリミットとそこからＦａｒ方向に距離Ｄ／２離れた範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＮｅａｒリミットまで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＤ離れた点まで裾野探し動作をすることにより、撮像センサ１，３６の信号の規格化回路１３の出力を見れば範囲Ｌの全ての点の裾野探し動作をしたことになり、この動作により必ず裾野を見つけることができる。次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ／２離れた点とそこからＦａｒ方向にＤ／２離れた点までの範囲にある場合はＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒリミットまで裾野探し動作をする。更にＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に距離Ｄ離れた点とそこからＦａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）離れた点つまり、Ｆａｒリミットまでの範囲に合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合は、ＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に（Ｌ−Ｄ）離れた点まで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向にＤ離れた点つまりＮｅａｒリミットまで裾野探し動作をする。以上のようにＬ／２≦Ｄ≦Ｌの場合はフォーカスレンズ２の位置に対応して上述のような動作を行うことにより、最短時間で裾野を見つけることができる。
【００５２】
図１４は図１３において撮像センサ３６の設置距離ＤがＤ＝Ｌ／２の場合の移動規約経路図である。ここではＮｅａｒリミットからＦａｒリミットまでの距離Ｌのフォーカスレンズ移動範囲を４等分し、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしている。ＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／４離れた点までの範囲、つまり領域Ａに合焦動作前のフォーカスレンズ２がある場合はＮｅａｒリミットまで超速移動し、そこからＦａｒ方向にＤ＝Ｌ／２離れた点つまりＣｅｎｔｅｒまで裾野探し動作をする間に短時間で必ず裾野を探すことができる。次にＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／４離れた点であるＬ／４とＣｅｎｔｅｒまでの範囲、つまり領域Ｂに合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＣｅｎｔｅｒまで超速移動しそこからＮｅａｒ方向にＤ＝Ｌ／２離れた点つまりＮｅａｒリミットまで裾野探し動作をする間に短時間で必ず裾野を探すことができる。更にＣｅｎｔｅｒとそこからＦａｒ方向にＬ／２離れた点であるＦａｒリミットまでの範囲つまり領域Ｃ、Ｄに合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がある場合はＣｅｎｔｅｒまで超速移動しそこからＮｅａｒ方向にＤ＝Ｌ／２離れた点つまりＮｅａｒリミットまで裾野探し動作をする間に短時間で必ず裾野を探すことができる。
【００５３】
次に、図１２における撮像センサ３６をＤ＝Ｌ／２として設置した場合、図１４の移動規約経路図となるがこの経路図に基づいて、図２２の従来例に適用した時の合焦経路図を図１５に示し、動作を説明する。図１５は、規格化回路１３の出力値を縦軸にフォカースレンズ２の移動方向を横軸にした時の出力特性を表した図である。この図において、横軸右方向は遠方向、左方向は近方向の合焦方向を示しており、横方向のディメンションについては図１３から図１４と同じである。ここでは合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置をＰ点、撮像センサ３６に対する合焦動作前のフォーカスレンズ２の仮想位置をＭ点、撮像センサ１への合焦点をＦｐ点、撮像センサ３６への合焦点をＦｍ点（図示略）とした場合について説明する。Ｐ点とＭ点との間はＬ／２であり、Ｆｐ点とＦｍ点との間もＬ／２である。また、図中の規定値：Ｋは出力がノイズ成分よりも大きい有意な値であり、この値以上の特性値が得られたときに山登り方式による合焦動作を実行させる。
【００５４】
図１５において先ず、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置がＰ点であり、このＰ点では撮像センサ１の輝度信号Ｙｍの規格化回路の出力が規格値Ｋよりも小さい。更にＤ＝Ｌ／２に設置かれた撮像センサ３６に対応する点がＭ点でありこの点での、撮像センサ３６の輝度信号Ｙｐの規格化回路の出力も規格値Ｋよりも小さい。そこで次に裾野探しの動作に移る。撮像センサ１の合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置Ｐ点が領域Ｃであるから図１４の裾野探し動作の移動規約経路図からＰ点よりＣｅｎｔｅｒまで超速移動し、そこからＮｅａｒ方向に裾野探し動作をする。Ｃｅｎｔｅｒから裾野探し動作を開始し、フォーカスレンズ２がＳ点に移動したとき、撮像センサ１の輝度信号Ｙｍの規格化回路の出力が規格値Ｋ以上になり、裾野を検出できたので、合焦判定回路１６が合焦方向がＮｅａｒ方向であると判定し、Ｓ点からは山登り制御方式によりフォーカスレンズ２を合焦点であるＦｐまで移動させる。以上の動作により撮像センサ１のみの場合と比べて合焦動作時間を短縮させることができる。
【００５５】
このように本実施の形態の撮像装置によれば、上述した実施の形態１における２個の撮像センサ５及び６の代わりに１個の全面使用の撮像センサ３６を用いて、それを結像点Ｅよりフォーカスレンズ２の反対側に距離Ｄだけ離れた位置に配置したので、上述した実施の形態１と同様に、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置と合焦点との距離が長い場合でもフォーカスレンズ２を前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。即ち合焦時間の短縮化が図れる。また、１個の撮像センサ３６で済ませたので、実施の形態１の増幅器８が不要となり、またカメラプロセス回路１０のＹ出力も１信号分不要になって２信号Ｙｐ、Ｙｍとなり、また撮像センサ１よりも画素数の少ない撮像素子やフォトセンサを使用することができるため、比較的安価に実現できる。
【００５６】
（実施の形態４）
図１６は、本発明の実施の形態４に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において図１２と共通する部分には同じ番号を付してある。
【００５７】
図１６において、本実施の形態は上述した実施の形態３の図１２に示した全面撮像センサ３６の代わりに赤外線撮像センサ３７を用い、それを結像点Ｅよりフォーカスレンズ２と反対側に配置したものである。即ち、フォーカスレンズ２の結像点Ｅよりフォーカスレンズ２と反対側に距離Ｃだけ離れた光軸上の点ＲＡで且つ撮像面を光軸に対して垂直になるように配置した。また、本実施の形態では、ハーフミラー４で赤外光を分離し通過させるために赤外線フィルタ（図示略）をハーフミラー４の赤外線撮像センサ３７側に設けている。赤外線撮像センサ３７の出力信号は増幅器９に入力される。なお、赤外線フィルタは、撮像センサ１と赤外線撮像センサ３７の位置を交換した場合、ハーフミラー４による反射光側に配置することも可能である。この際、フォーカスレンズ２とハーフミラー４との間の光路に触れないように配置する必要がある。
【００５８】
ここで、赤外線は可視光に比べ波長が長いために屈折率が小さくなり、フォーカスレンズ２を通過した後の結像点が可視光に比べ長くなる。この場合、可視光との差をＹとする。ズームレンズ２２の光学中心とフォーカスレンズ２を通過した後の可視光の結像予測点Ｅとの長さをＷとすると、可視光で距離Ｄ離れた点は赤外光では［Ｗ＋Ｙ］／Ｗ倍になり、その値をＺとすると、Ｚ＝Ｄ×［Ｗ＋Ｙ］／Ｗとなる。
【００５９】
今、図１６においてＤ＝Ｌ／４のとき、つまり、
Ｚ＝Ｌ×［Ｗ＋Ｙ］／４Ｗ、Ｃ＝Ｙ＋Ｚ＝Ｙ＋Ｌ×［Ｗ＋Ｙ］／４Ｗ
のときの動作について図１７及び図１８に従って説明する。
【００６０】
図１７は、赤外線撮像センサ３７が、先に説明した距離Ｃに設置されたときの合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置と山形の合焦特性の裾野探しの移動経路を示したもので可視光ではＤ＝Ｌ／４の場合と同じである。、これは図１３の移動規約経路図においてＤ＝Ｌ／４の移動規約経路図である。また横方向のディメンションは図１３と同じである。
【００６１】
先ず合焦動作前のフォーカスレンズ２がＮｅａｒリミットとＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に３Ｌ／８の点までの範囲にある場合、図のようにＮｅａｒリミットまで超速移動させ、そこから撮像センサ１、赤外線撮像センサ３７よりの規格化回路１３の各信号が規定値Ｋ以上になるかをセンシング（検出）しながら３Ｌ／４点まで移動させる。フォーカスレンズ２をセンタから３Ｌ／４点まで移動させたとき、赤外線撮像センサ３７により３Ｌ／４点からＦａｒリミットまでの合焦特性の裾野探索が行われるため、結局全域を探索したことになる。
【００６２】
次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２がＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に３Ｌ／８の点から３Ｌ／４の点までの範囲にある場合、超速移動で３Ｌ／４の点まで移動し、そこから撮像センサ１、赤外線撮像センサ３７よりの規格化回路１３の各信号が規定値Ｋ以上であるかを検出しながらＮｅａｒリミットまで移動させる。この場合も前記ＮｅａｒリミットとＮｅａｒリミットからＦａｒ方向に３Ｌ／８の点までの範囲にある場合と同様に３Ｌ／４の移動により全域を探索したことになる。
【００６３】
次に合焦動作前のフォーカスレンズ２が領域Ｄにある場合は、図のように３Ｌ／４点まで超速移動させ、そこから撮像センサ１、赤外線撮像センサ３７よりの規格化回路１３の各信号が規定値Ｋ以上であるかを検出しながらＮｅａｒリミットまで移動させる。
【００６４】
そしてフォーカスレンズ２をセンタから３Ｌ／４点まで移動させたとき、撮像センサ１よりフォーカスレンズ側と逆方向にＣ（Ｌ／４相当）離れた赤外線撮像センサ３７により３Ｌ／４点からＦａｒリミットまでの合焦特性の裾野探索が行われるため、結局全域を探索したことになる。以上のように撮像センサ１だけのときと比べ裾野探し動作の探索時間が短縮される。
【００６５】
次に、上述したＤ＝Ｌ／４のときの動作を図１８を用いて説明する。図１８は、図１６における映像のＹ信号のフィルタ及び検波積分後の規格化回路１３の出力値を縦軸に、フォカースレンズ２の移動方向を横軸にしたときの出力特性である。図１８において縦方向、横方向のディメンションおよびＭ、Ｐ、Ｓ、Ｆの各点については図１５と同じであり、Ｍ点は赤外撮像センサ３７の合焦動作前の仮想フォーカスレンズ位置であり、Ｐ点とＭ点との間はＬ／４である。また、図中の規定値：Ｋは出力がノイズ成分よりも大きい有意な値であり、この値以上の特性値が得られたときに山登り方式による合焦動作を実行させる。
【００６６】
合焦前のフォーカスレンズ２の位置がＰ点であり、この位置ではＰ点、Ｍ点つまり撮像センサ１及びその合焦点ＥよりもＬ／４相当分だけフォーカスレンズ２と反対側に設置された赤外線撮像センサ３７の両者で規定値Ｋ以上の出力が得られないために、図１７の移動規約経路に従って３Ｌ／４点まで超速移動させ、そこからＮｅａｒリミットに向かってセンシング移動つまり裾野探しの動作をさせる。Ｓ点で規定値Ｋ以上の出力が得られ、Ｓ点からは山登り制御方式によりフォーカスレンズ２を合焦点であるＦｐまで移動させる。このような方式によって合焦動作時間を短縮させることができる。
【００６７】
このように本実施の形態に係る撮像装置によれば、フォーカスレンズ２を透過した光をハーフミラー４で分割し、反射光を可視用撮像センサ１に、透過光を赤外光の撮像センサ３７に投影し、検出用としてフォーカスレンズ２の結像点より所定の長さだけフォーカスレンズ２と逆方向に離れた位置に赤外線撮像センサ３７を配置し、可視光用と赤外光用の撮像センサ１及び３７からの信号で合焦方向を探索するので、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置と合焦点との距離が長い場合でもフォーカスレンズ２を前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。即ち合焦時間の短縮化が図れる。また、夜間には赤外線撮像センサ３７からの撮像信号を用いることにより、暗闇でも鮮明な像を得ることができるために用途が広がり、特に監視用の撮像装置においては有効な手段となる。
【００６８】
（実施の形態５）
図１９は、本発明の実施の形態５に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において図８と共通する部分には同じ番号を付してある。本実施の形態は上述した実施の形態２の図８に示した全面撮像センサ３５の代わりに赤外線撮像センサ３８を用い、それを結像点Ｅよりフォーカスレンズ２側に配置したものである。即ち、フォーカスレンズ２の結像予測点Ｅよりフォーカスレンズ２側に距離Ｃだけ離れた光軸上の点ＲＢで且つ撮像面を光軸に対して垂直になるように配置した。また、本実施の形態では、ハーフミラー４で赤外光を分離し通過させるために赤外線フィルタ（図示略）をハーフミラー４の赤外線撮像センサ３８側に設けている。赤外線撮像センサ３８の出力信号は増幅器８に入力される。なお、赤外線フィルタは、撮像センサ１と赤外線撮像センサ３８の位置を交換した場合、ハーフミラー４による反射光側に配置することも可能である。この際、フォーカスレンズ２とハーフミラー４との間の光路に触れないように配置する必要がある。
【００６９】
ここで、赤外線は可視光に比べ波長が長いために屈折率が小さくなり、フォーカスレンズ２を通過した後の結像点が可視光に比べ長くなる。この場合、可視光との差をＹとする。ズームレンズ２２の光学中心とフォーカスレンズ２を通過した後の可視光の結像予測点Ｅとの長さをＷとすると、可視光で距離Ｄ離れた点は赤外光では［Ｗ＋Ｙ］／Ｗ倍になり、その値をＺとすると、Ｚ＝Ｄ×［Ｗ＋Ｙ］／Ｗとなる。
【００７０】
今、図１９においてＤ＝Ｌ／４のとき、つまり、
Ｚ＝Ｌ×［Ｗ＋Ｙ］／４Ｗ、Ｃ＝｜Ｙ−Ｚ｜＝｜Ｙ−Ｌ×［Ｗ＋Ｙ］／４Ｗ｜ときの動作について図２０、図２１に従って説明する。
【００７１】
図２０は、赤外線撮像センサ３８が先に説明した距離Ｃに設置されたときの合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置と山形の合焦特性の裾野探しの移動経路を示したもので、可視光ではＤ＝Ｌ／４の場合と同じである。これは図９の移動規約経路図においてＤ＝Ｌ／４の移動規約経路図である。また横方向のディメンションは図９と同じである。
【００７２】
先ず合焦動作前のフォーカスレンズ２がＮｅａｒリミットとＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／４の点までの範囲、つまり領域Ａにある場合、図のようにＬ／４点まで超速移動させ、そこから撮像センサ１、赤外線撮像センサ３８よりの規格化回路１３の各信号が規定値Ｋ以上になるかをセンシング（検出）しながらＦａｒリミットまで移動させる。フォーカスレンズ２をＬ／４点からセンタまで移動させたとき、赤外線撮像センサ３８によりＮｅａｒリミットからＬ／４点までの合焦特性の裾野探索が行われるため、結局全域を探索したことになる。
【００７３】
次に、合焦動作前のフォーカスレンズ２がＬ／４点からＦａｒ方向に３Ｌ／８の点までの範囲にある場合、超速移動でＬ／４の点まで移動し、そこから撮像センサ１、赤外線撮像センサ３７よりの規格化回路１３の各信号が規定値Ｋ以上であるかを検出しながらＦａｒリミットまで移動させる。この場合も前記ＮｅａｒリミットとＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／４の点までの範囲にある場合と同様に３Ｌ／４の移動により全域を探索したことになる。
【００７４】
次に合焦動作前のフォーカスレンズ２がＦａｒリミットとＦａｒリミットからＮｅａｒ方向に３Ｌ／８の点までの範囲にある場合は、図のようにＦａｒリミットまで超速移動させ、そこから撮像センサ１、赤外線撮像センサ３７よりの規格化回路１３の各信号が規定値Ｋ以上であるかを検出しながらＮｅａｒリミットからＦａｒ方向にＬ／４の点まで移動させる。
【００７５】
そしてフォーカスレンズ２をセンタからＬ／４点まで移動させたとき、撮像センサ１よりレンズ側にＣ（Ｌ／４相当）離れた赤外線撮像センサ３８によりＬ／４点からＮｅａｒリミットまでの合焦特性の裾野探索が行われるため、結局全域を探索したことになる。以上のように撮像センサ１だけのときと比べ裾野探し動作の探索時間が短縮される。
【００７６】
次に、上述したＤ＝Ｌ／４のときの動作を図２１を用いて説明する。図２１は、図１９における映像のＹ信号のフィルタ及び検波積分後の規格化回路１３の出力値を縦軸に、フォカースレンズ２の移動方向を横軸にしたときの出力特性である。図２１において縦方向、横方向のディメンションおよび点Ｆ、Ｑ、Ｐ、Ｓについては図５と同じであり、ＰとＱとの間はＬ／４である。また、図中の規定値：Ｋは出力がノイズ成分よりも大きい有意な値であり、この値以上の特性値が得られたときに山登り方式による合焦動作を実行させる。
【００７７】
合焦前のフォーカスレンズ２の位置がＰ点であり、この位置でＱ点つまり撮像センサ１及びその合焦点ＥよりもＬ／４相当分だけレンズ側に設置された赤外線撮像センサ３８で規定値Ｋ以上の出力が得られているため、フォーカスレンズ２を合焦方向であるＮｅａｒ方向へ裾野探しの動作をさせながら移動させるとＳ点で裾野が検出される。それゆえＳ点からは山登り制御方式によりレンズを合焦点であるＦまで移動させる。このような方式によって合焦動作時間を短縮させることができる。
【００７８】
このように本実施の形態に係る撮像装置によれば、フォーカスレンズ２を透過した光をハーフミラー４で分割し、反射光を可視用撮像センサ１に、透過光を赤外光の撮像センサ３８に投影し、検出用としてフォーカスレンズ２の結像点より所定の長さだけフォーカスレンズ２側に赤外線撮像センサ３８を配置し、可視光用と赤外光用の撮像センサ１及び３８からの信号で合焦方向を探索するので、合焦動作前のフォーカスレンズ２の位置と合焦点との距離が長い場合でもフォーカスレンズ２を前後方向に大きく移動させることなく山の方向を探索でき、早い段階で合焦点を求めることが可能となる。即ち合焦時間の短縮化が図れる。また、夜間には赤外線撮像センサ３８からの撮像信号を用いることにより、暗闇でも鮮明な像を得ることができるために用途が広がり、特に監視用の撮像装置においては有効な手段となる。
【００７９】
なお、上記実施の形態４及び５では、主に昼間の撮像について説明したが、夜間においては赤外線撮像センサ３７及び３８の信号を主撮像信号とし、撮像センサ１を補助用の撮像センサとして合焦の高速化に用いることができ、夜間の撮影に好適となる。
【００８０】
また、上記実施の形態４及び５では、赤外線の波長が２ミクロン程度までであれば可視光用の材質のレンズを使用することができるが、それ以上になると透過率の関係上、８ミクロン程度までは可視光と、赤外光の両方を透過することができるＣａＦ２のような材質を用いることにより実現できる。また、より長い波長の場合はアルカリハロライド系の材料や、レンズの代わりに凹面、凸面状の反射鏡を用いレンズと同じ、作用を行うことができる。
【００８１】
また、上記実施の形態４及び５において、ハーフミラー４の代わりにダイクロイックミラーを用いることも可能である。そのダイクロイックミラーにて可視光と赤外光を分離することにより、ダイクロイックミラーに入射する光を波長に応じて光を反射、透過し、可視光と赤外光に分離することができるため、透過光、反射光に不必要な波長成分を含まず、それぞれの方向への光量が増加し、より鮮明な像を得ることができる。
【００８２】
また、上記各実施の形態１〜５において、合焦動作時に超速移動を行ったが超速移動を裾野探し動作に変えることもできる。超速移動の区間は必ず裾野探し動作で通過す区間であるが、この区間で裾野を検出されることも想定されるので、超速移動を裾野探し動作に変えることにより更に早い合焦動作を得る場合もある。一方超速移動の区間には裾野がない場合は超速移動の方が早い合焦動作を行うことができる。    
【００８３】
また、上記各実施の形態１〜５において、ズームレンズ２２とフォーカスレンズ２が分離独立して設けられている場合について説明したが、ズームレンズ２２とフォーカスレンズ２とを１連のレンズ群としたインナーフォーカスズームレンズの使用が可能であり、このようなレンズを使用した場合においてもズーム動作、フォーカス動作、絞り動作は全く同じように扱うことができる。
【００８４】
また、上記各実施の形態１〜５において、撮像用の撮像センサ１を反射側の光路上に配置し、合焦補助用の撮像センサ５、６、３５、３６、３７及び３８を透過側の光路上に配置したが、逆に配置しても構わない。例えば、実施の形態１において、撮像用の撮像センサ１を透過側の光路上に配置し、合焦補助用の撮像センサ５を反射側の光路上に配置する。但し、実施の形態４及び５では、上述したように赤外線フィルタを設ける関係上、反射側に合焦補助用の撮像センサ３７及び３８を配置した場合、赤外線フィルタがフォーカスレンズ２とハーフミラー４との間の光路に触れないようにする必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、合焦動作前でのレンズ位置と合焦点との距離が長い場合でも即座に山登り方式の合焦制御が可能となるために合焦動作時間を短縮することができるという効果を有し、合焦機能を必要とする監視用、一般用ビデオカメラ、ディジタルカメラ等へのオートフォーカス撮像装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図３】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図４】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図５】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の合焦動作時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図６】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図７】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の合焦動作時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図８】本発明の実施の形態２に係る撮像装置の構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態２に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図１０】本発明の実施の形態２に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図１１】本発明の実施の形態２に係る撮像装置の合焦動作時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図１２】本発明の実施の形態３に係る撮像装置の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の実施の形態３に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図１４】本発明の実施の形態３に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図１５】本発明の実施の形態３に係る撮像装置の合焦動作時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図１６】本発明の実施の形態４に係る撮像装置の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施の形態４に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図１８】本発明の実施の形態４に係る撮像装置の合焦動作時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図１９】本発明の実施の形態５に係る撮像装置の構成を示すブロック図
【図２０】本発明の実施の形態５に係る撮像装置の合焦特性検出時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図２１】本発明の実施の形態５に係る撮像装置の合焦動作時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【図２２】従来の撮像装置の合焦動作時のレンズ移動経路を説明するための概略図
【符号の説明】
【００８７】
１、５、６、３５、３６  撮像センサ
２  フォーカスレンズ
３  フォーカスレンズ駆動部
４  ハーフミラー
７、８、９  増幅器
１０  カメラプロセス回路
１１  ＢＰＦ
１２  検波積分器
１３  規格化回路
１４  メモリ
１５  比較器
１６  合焦判定回路
１７  山登りサーボ制御回路
１８  合焦検出制御部
２０  絞り駆動部
２１  オートアイリス制御部
２２  ズームレンズ
２３  ズームレンズ駆動部
２４  ズーム駆動制御部
２５  カメラ合焦制御部
３７、３８  赤外線撮像センサ
【図１】
2007086434.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】
2007086434.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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