(57)【要約】【課題】大きく被写体が変化した場合においても対応可能な追従性のよい安定したオートフォーカス機能付き撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置において、光路分離部は、光学系により集光された被写体光を少なくとも第１の光束と第２の光束とに分離し、撮影用撮像部は、第１の光束を電気信号に変換し本線系映像信号として出力し、オートフォーカス用撮像部は第２の光束を電気信号に変換しオートフォーカス用映像信号として出力し、オートフォーカス評価値生成部は、映像のコントラストの評価値を生成する。制御部は、コントラスト評価値に基づいて、第２の光束の光路長を変更させながら合焦位置を探索するモードと、それぞれの状況ごとに最適な光路長差を算出し、算出された光路長差で配置された複数のオートフォーカス用撮像部からのコントラスト評価値の大小関係に基づいて合焦位置を探索するモードとを自動的に切替えることで、ＡＦ機能を実現する。【選択図】図１
2009251342.tif 000002
【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の光束群と、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群と、に分離する光路分離部と、
前記第１の光束群を電気信号に変換し、本線系映像信号として出力する撮影用撮像部と、
少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、前記フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群を電気信号に変換し、オートフォーカス検出用映像信号として出力するオートフォーカス用撮像部と、
前記オートフォーカス用撮像部を前記第２の光束群の光軸上で移動させることにより前記第２の光束の前記オートフォーカス用撮像部までの光路長を変更する光路長変更部と、
前記オートフォーカス検出用映像信号のコントラストの評価値であるコントラスト評価値を生成するオートフォーカス評価値生成部と、
前記コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からの前記コントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、を切り替えるとともに、選択したオートフォーカス制御モードの情報を含むオートフォーカス制御モード信号を出力するオートフォーカス制御モード判定部と、
前記オートフォーカス制御モード信号によりオートフォーカス制御の方法を切り替えて実行する適応型オートフォーカス制御部と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記オートフォーカス用撮像部は、少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、前記フロント用撮像素子は、前記フロント用撮像素子により取得したオートフォーカス検出用映像信号をＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号として出力し、前記バック用撮像素子は、前記バック用撮像素子により取得したオートフォーカス検出用映像信号をＡＦ＿Ｂａｃｋ信号として出力し、
前記オートフォーカス評価値生成部は、本線系映像信号から算出した前記コントラスト評価値を本線系コントラスト評価値として、前記オートフォーカス制御モード判定部に出力し、前記ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号から算出した前記コンラスト評価値をフロント・コントラスト評価値として、前記オートフォーカス制御モード判定部に出力し、前記ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号から算出した前記コンラスト評価値をバック・コントラスト評価値として、前記オートフォーカス制御モード判定部に出力し、
前記オートフォーカス制御モード判定部は、前記フロント・コントラスト評価値、前記バック・コントラスト評価値および前記本線系コントラスト評価値に基づいて、前記オートフォーカス制御モード信号を生成し、
前記適応型オートフォーカス制御部は、前記フロント・コントラスト評価値、前記バック・コントラスト評価値、および前記オートフォーカス制御モード信号に基づいて、オートフォーカス用撮像部位置制御信号およびフォーカス位置制御信号を生成し、
前記光路長変更部は、前記オートフォーカス用撮像部位置制御信号に基づいて、前記フロント用撮像素子および前記バック用撮像素子を前記第２の光束群の光軸上で移動させるものであり、
前記光学系は、前記フォーカス位置制御信号に基づいて、前記光学系のフォーカス位置を変更させる、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記フロント用撮像素子は、光軸上において、前記撮影用撮像部より光路長がｄ１だけ短い位置に配置されており、
前記バック用撮像素子は、光軸上において、前記撮影用撮像部より光路長がｄ１だけ長い位置に配置されており、
前記光路長差比較モードにおいて、
前記適応型オートフォーカス制御部は、
（１）前記フロント・コントラスト評価値が前記バック・コントラスト評価値よりも大きいときには、前記光学系のフォーカス位置を、無限遠方向に移動させるようにオートフォーカス制御を行い、
（２）前記バック・コントラスト評価値が前記フロント・コントラスト評価値よりも大きいときには、前記光学系のフォーカス位置を、至近側方向に移動させるようにオートフォーカス制御を行い、
（３）前記バック・コントラスト評価値と前記フロント・コントラスト評価値とが等しいときには、前記光学系のフォーカス位置を移動させないことで、オートフォーカス制御を行い、
前記光路長変更モードにおいて、
前記適応型オートフォーカス制御部は、前記オートフォーカス・フロント用撮像素子および前記オートフォーカス・バック用撮像素子の光路長を順次変更させる前記オートフォーカス用撮像部位置制御信号を出力し、
前記光路長変更部は、前記オートフォーカス用撮像部位置制御信号に基づいて、前記オートフォーカス・フロント用撮像素子および前記オートフォーカス・バック用撮像素子の光路長を変更させ、
さらに、前記適応型オートフォーカス制御部は、それぞれの光路長での前記コントラスト評価値を検出し、全光路長に対する前記コントラスト評価値を取得することで、前記光路長と前記コントラスト評価値との関係を示す特性曲線を取得するとともに、前記光学系の合焦位置を検出し、また、前記光路長差比較モードにおいて設定する前記撮影用撮像部と前記オートフォーカス・フロント用撮像素子および前記オートフォーカス・バック用撮像素子との光軸上の距離差である最適光路長差ｄ＿ｂｅｓｔを前記特性曲線から算出し、さらに、前記光学系のフォーカス位置が検出した前記合焦位置が存在する方向に移動するように前記フォーカス位置制御信号を出力し、
前記オートフォーカス制御モード判定部は、前記光学系のフォーカス位置が前記合焦位置に近づいたと判断した場合、前記光路長差比較モードに切り替えるオートフォーカス制御モード信号を出力する、
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光路長差比較モードにおいて、
前記フロント用撮像素子および前記バック用撮像素子は、
（前記ｄ１）＝（前記最適光路長差ｄ＿ｂｅｓｔ）
となる光軸上の位置に配置される、
請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記適応型オートフォーカス制御部は、
前記光路長変更モードにおいて取得した前記光路長と前記コントラスト評価値との関係を示す前記特性曲線から、前記コントラスト評価値の最大値Ｃｍａｘおよび最小値Ｃｍｉｎを求め、また、前記コントラスト評価値の前記最大値Ｃｍａｘとなる光路長ｆ０を求め、さらに、前記コントラスト評価値がＣｍｉｄ＝（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）／２となる光路長ｆ１を求め、前記最適光路長差を
（前記最適光路長差ｄ＿ｂｅｓｔ）＝ａｂｓ（ｆ０−ｆ１）
（ａｂｓ（ｘ）は、ｘの絶対値を示す。）
を満たす値に設定する、
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記適応型オートフォーカス制御部は、
前記光路長変更モードにおいて取得した前記光路長と前記コントラスト評価値との関係を示す前記特性曲線から、前記コントラスト評価値の最大値Ｃｍａｘおよび前記コントラスト評価値の前記最大値Ｃｍａｘとなる光路長ｆ０を求め、前記コントラスト評価値の光路長に対する変化率が最大となる光路長ｆ２を求め、前記最適光路長差を
（前記最適光路長差ｄ＿ｂｅｓｔ）＝ａｂｓ（ｆ０−ｆ２）
（ａｂｓ（ｘ）は、ｘの絶対値を示す。）
を満たす値に設定する、
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
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の光束群と、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群と、に分離する光路分離部と、
前記第１の光束群を電気信号に変換し、本線系映像信号として出力する撮影用撮像部と、
少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、前記フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群を電気信号に変換し、オートフォーカス検出用映像信号として出力するオートフォーカス用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法であって、
前記オートフォーカス用撮像部を前記第２の光束群の光軸上で移動させることにより前記第２の光束の前記オートフォーカス用撮像部までの光路長を変更する光路長変更ステップと、
前記オートフォーカス検出用映像信号のコントラストの評価値であるコントラスト評価値を生成するオートフォーカス評価値生成ステップと、
前記コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からの前記コントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、を切り替えるとともに、選択したオートフォーカス制御モードの情報を含むオートフォーカス制御モード信号を出力するオートフォーカス制御モード判定ステップと、
前記オートフォーカス制御モード信号によりオートフォーカス制御の方法を切り替えて実行する適応型オートフォーカス制御ステップと、
を備えるフォーカス制御方法。
【請求項８】
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の光束群と、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群と、に分離する光路分離部と、
前記第１の光束群を電気信号に変換し、本線系映像信号として出力する撮影用撮像部と、
少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、前記フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群を電気信号に変換し、オートフォーカス検出用映像信号として出力するオートフォーカス用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
コンピュータに、
前記オートフォーカス用撮像部を前記第２の光束群の光軸上で移動させることにより前記第２の光束の前記オートフォーカス用撮像部までの光路長を変更する光路長変更ステップと、
前記オートフォーカス検出用映像信号のコントラストの評価値であるコントラスト評価値を生成するオートフォーカス評価値生成ステップと、
前記コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からの前記コントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、を切り替えるとともに、選択したオートフォーカス制御モードの情報を含むオートフォーカス制御モード信号を出力するオートフォーカス制御モード判定ステップと、
前記オートフォーカス制御モード信号によりオートフォーカス制御の方法を切り替えて実行する適応型オートフォーカス制御ステップと、
を実行させるプログラム。
【請求項９】
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の光束群と、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群と、に分離する光路分離部と、
前記第１の光束群を電気信号に変換し、本線系映像信号として出力する撮影用撮像部と、
少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、前記フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群を電気信号に変換し、オートフォーカス検出用映像信号として出力するオートフォーカス用撮像部と、
前記オートフォーカス用撮像部を前記第２の光束群の光軸上で移動させることにより前記第２の光束の前記オートフォーカス用撮像部まで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、
前記オートフォーカス検出用映像信号のコントラストの評価値であるコントラスト評価値を生成するオートフォーカス評価値生成部と、
前記コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からの前記コントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、を切り替えるとともに、選択したオートフォーカス制御モードの情報を含むオートフォーカス制御モード信号を出力するオートフォーカス制御モード判定部と、
前記オートフォーカス制御モード信号によりオートフォーカス制御の方法を切り替えて実行する適応型オートフォーカス制御部と、
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（複数の撮像素子を用いた撮像装置）が用いられている。このような撮像装置は、被写体光を色分解することで映像信号取得用の光束を取得するための色分離プリズムを有しており、さらに、ピント状態（合焦状態）検出用の光束を複数取得するための分岐光路を有している。そして、このような撮像装置では、ピント状態検出用の複数の光束（被写体光から分離した光束）を受光する撮像素子が互いに光路長が異なる位置に配置されており、この構成により、オートフォーカス（以下、「ＡＦ」という。）機能を実現している（例えば、特許文献１参照）。
より具体的には、このような従来の撮像装置は、被写体光をレンズにより集光することで取得した光束を青色光、赤色光、および緑色光の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、さらにピント状態検出用の複数（少なくとも２つ）の光路とに分割する構成を有している。そして、従来の撮像装置では、ピント状態検出用の撮像素子は、カラー映像信号取得用の撮像素子の光路長に対して、光路長が短くなる位置と長くなる位置とに配置されている。そして、このような従来の撮像装置では、カラー映像信号取得用の撮像素子の光路長に対して、前後に異なる光路長の位置に配置された各ピント状態検出用撮像素子から得られる各画像の高周波成分に基づいて、ピント状態検出用撮像素子ごとの焦点評価値を求め、該求めたピント状態検出用撮像素子ごとの焦点評価値に基づいてピント状態を検出する。これにより、従来の撮像装置では、合焦位置を自動調整することができ、いわゆるウォブリング法を用いることなく簡便な構成で迅速な合焦動作が可能となる。
【０００３】
また、互いに異なる光路長の位置に配置された１対のピント状態検出用撮像素子のうちの１つを光軸方向に移動可能に構成したＡＦ機能付き撮像装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。このようなＡＦ機能付き撮像装置では、大ボケ時など、つまり、１対のピント状態検出用撮像素子により取得された各画像よりピント状態（合焦状態）を検出することができない場合に、移動可能に構成した１つのピント状態検出用撮像素子を光軸上に移動させることで、合焦動作を継続的に可能にしたものである。
【特許文献１】特開２００２−２９６４９３号公報
【特許文献２】特開２００６−２１５２８４号公報
【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、上記のような従来の撮像装置では、大きく被写体が変化した場合に、異なる光路長の位置に配置された各ピント状態検出用撮像素子から得られる各画像の高周波成分に基づいてピント状態（合焦状態）が検出不能となる場合が発生するという問題点を有している。
また、上記のような従来の撮像装置では、大ボケ時などに１対のピント状態検出用撮像素子の光軸上の位置を変えることで（１対のピント状態検出用撮像素子を光軸上で移動させることで）合焦動作を継続させる。そして、その状態で、再び１対のピント状態検出用撮像素子で取得された各画像の高周波成分に基づいてピント状態を検出する場合、上記のような従来の撮像装置では、１対のピント状態検出用撮像素子の互いに異なる光路長の幅（光軸上の異なる位置に配置されている１対のピント状態検出用撮像素子間の距離）が固定である。このため、従来の撮像装置では、アイリス位置（アイリス状態）、ズーム位置（ズーム状態）などのレンズ状態や被写体の絵柄（例えば、被写体が真っ白な物体のみである場合）などにより合焦点付近においてもピント状態が検出不能になり誤動作が発生するという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、撮像装置、フォーカス制御方法、プログラムおよび集積回路において、大きく被写体が変化した場合（被写体の状況が大きく変化した場合）でも対応可能な追従性のよい安定したＡＦ機能（オート・フォーカス機能）を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、光学系と、光路分離部と、撮影用撮像部と、オートフォーカス用撮像部と、光路長変更部と、オートフォーカス評価値生成部と、オートフォーカス制御モード判定部と、適応型オートフォーカス制御部と、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の光束群と、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群と、に分離する。撮影用撮像部は、第１の光束群を電気信号に変換し、本線系映像信号として出力する。オートフォーカス用撮像部は、少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群を電気信号に変換し、オートフォーカス検出用映像信号として出力する。光路長変更部は、オートフォーカス用撮像部を第２の光束群の光軸上で移動させることにより第２の光束のオートフォーカス用撮像部までの光路長を変更する。オートフォーカス評価値生成部は、オートフォーカス検出用映像信号のコントラストの評価値であるコントラスト評価値を生成する。オートフォーカス制御モード判定部は、コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からのコントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、を切り替えるとともに、選択したオートフォーカス制御モードの情報を含むオートフォーカス制御モード信号を出力する。適応型オートフォーカス制御部は、オートフォーカス制御モード信号によりオートフォーカス制御の方法を切り替えて実行する。
この撮像装置では、コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からのコントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、の２つのオートフォーカス制御モードによりオートフォーカス制御を行うことができる。この撮像装置では、被写体の状態に応じてオートフォーカス制御モードを的確に切り替えることができるので、大きく被写体が変化した場合（被写体の状況が大きく変化した場合）であっても、対応可能な追従性のよい安定したＡＦ機能（オート・フォーカス機能）を実現することができる。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明であって、オートフォーカス用撮像部は、少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、フロント用撮像素子は、フロント用撮像素子により取得したオートフォーカス検出用映像信号をＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号として出力し、バック用撮像素子は、バック用撮像素子により取得したオートフォーカス検出用映像信号をＡＦ＿Ｂａｃｋ信号として出力する。オートフォーカス評価値生成部は、本線系映像信号から算出したコントラスト評価値を本線系コントラスト評価値として、オートフォーカス制御モード判定部に出力し、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号から算出したコンラスト評価値をフロント・コントラスト評価値として、オートフォーカス制御モード判定部に出力し、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号から算出したコンラスト評価値をバック・コントラスト評価値として、オートフォーカス制御モード判定部に出力する。オートフォーカス制御モード判定部は、フロント・コントラスト評価値、バック・コントラスト評価値および本線系コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス制御モード信号を生成する。適応型オートフォーカス制御部は、フロント・コントラスト評価値、バック・コントラスト評価値、およびオートフォーカス制御モード信号に基づいて、オートフォーカス用撮像部位置制御信号およびフォーカス位置制御信号を生成する。光路長変更部は、オートフォーカス用撮像部位置制御信号に基づいて、フロント用撮像素子およびバック用撮像素子を第２の光束群の光軸上で移動させるものである。光学系は、フォーカス位置制御信号に基づいて、光学系のフォーカス位置を変更させる。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明であって、フロント用撮像素子は、光軸上において、撮影用撮像部より光路長がｄ１だけ短い位置に配置されており、バック用撮像素子は、光軸上において、撮影用撮像部より光路長がｄ１だけ長い位置に配置されている。
光路長差比較モードにおいて、適応型オートフォーカス制御部は、
（１）フロント・コントラスト評価値がバック・コントラスト評価値よりも大きいときには、光学系のフォーカス位置を、無限遠方向に移動させるようにオートフォーカス制御を行い、
（２）バック・コントラスト評価値がフロント・コントラスト評価値よりも大きいときには、光学系のフォーカス位置を、至近側方向に移動させるようにオートフォーカス制御を行い、
（３）バック・コントラスト評価値とフロント・コントラスト評価値とが等しいときには、光学系のフォーカス位置を移動させないことで、オートフォーカス制御を行い、
光路長変更モードにおいて、
適応型オートフォーカス制御部は、オートフォーカス・フロント用撮像素子およびオートフォーカス・バック用撮像素子の光路長を順次変更させるオートフォーカス用撮像部位置制御信号を出力する。そして、光路長変更部は、オートフォーカス用撮像部位置制御信号に基づいて、オートフォーカス・フロント用撮像素子およびオートフォーカス・バック用撮像素子の光路長を変更させる。さらに、適応型オートフォーカス制御部は、それぞれの光路長でのコントラスト評価値を検出し、全光路長に対するコントラスト評価値を取得することで、光路長とコントラスト評価値との関係を示す特性曲線を取得するとともに、光学系の合焦位置を検出し、また、光路長差比較モードにおいて設定する撮影用撮像部とオートフォーカス・フロント用撮像素子およびオートフォーカス・バック用撮像素子との光軸上の距離差である最適光路長差ｄ＿ｂｅｓｔを特性曲線から算出し、さらに、光学系のフォーカス位置が検出した合焦位置が存在する方向に移動するようにフォーカス位置制御信号を出力する。そして、オートフォーカス制御モード判定部は、光学系のフォーカス位置が合焦位置に近づいたと判断した場合、光路長差比較モードに切り替えるオートフォーカス制御モード信号を出力する。
【０００９】
この撮像装置では、上記構成により、大きく被写体が変化した場合（被写体の状況が大きく変化した場合）には、自動的にオートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索するモード（光路長変更モード）で合焦動作を継続する。さらに合焦位置付近にフォーカスが移動してくると、その時の状態に適応した異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からのコントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索するモード（光路長差比較モード）に戻る。
これにより、この撮像装置では、大きく被写体が変化した場合でも対応可能な追従性のよい安定したＡＦ機能（オート・フォーカス機能）を実現することができる。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明であって、光路長差比較モードにおいて、フロント用撮像素子およびバック用撮像素子は、
（ｄ１）＝（最適光路長差ｄ＿ｂｅｓｔ）
となる光軸上の位置に配置される。
これにより、光路長差比較モードにおけるフロント用撮像素子およびバック用撮像素子の光軸上の位置を最適な位置とすることができるため、この撮像装置により、より精度の高いオートフォーカス制御を行うことができる。
【００１１】
第５の発明は、第４の発明であって、適応型オートフォーカス制御部は、光路長変更モードにおいて取得した光路長とコントラスト評価値との関係を示す特性曲線から、コントラスト評価値の最大値Ｃｍａｘおよび最小値Ｃｍｉｎを求め、また、コントラスト評価値の最大値Ｃｍａｘとなる光路長ｆ０を求め、さらに、コントラスト評価値がＣｍｉｄ＝（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）／２となる光路長ｆ１を求め、最適光路長差を
（最適光路長差ｄ＿ｂｅｓｔ）＝ａｂｓ（ｆ０−ｆ１）
（ａｂｓ（ｘ）は、ｘの絶対値を示す。）
を満たす値に設定する。
この撮像装置では、上記演算式により、光路長差を最適にすることができる。
これにより、光路長とコントラスト評価値との関係を示す特性曲線に変化があまりない場合（例えば、真っ白な被写体を撮影したような場合に相当。）であっても的確なオートフォーカス制御を行うことができる。
【００１２】
第６の発明は、第４の発明であって、適応型オートフォーカス制御部は、光路長変更モードにおいて取得した光路長とコントラスト評価値との関係を示す特性曲線から、コントラスト評価値の最大値Ｃｍａｘおよびコントラスト評価値の最大値Ｃｍａｘとなる光路長ｆ０を求め、コントラスト評価値の光路長に対する変化率が最大となる光路長ｆ２を求め、最適光路長差を
（最適光路長差ｄ＿ｂｅｓｔ）＝ａｂｓ（ｆ０−ｆ２）
（ａｂｓ（ｘ）は、ｘの絶対値を示す。）
を満たす値に設定する。
この撮像装置では、上記演算式により、光路長差を最適にすることができる。
これにより、光路長とコントラスト評価値との関係を示す特性曲線に変化があまりない場合（例えば、真っ白な被写体を撮影したような場合に相当。）であっても的確なオートフォーカス制御を行うことができる。
【００１３】
第７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の光束群と、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群と、に分離する光路分離部と、第１の光束群を電気信号に変換し、本線系映像信号として出力する撮影用撮像部と、少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群を電気信号に変換し、オートフォーカス検出用映像信号として出力するオートフォーカス用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法である。そして、このフォーカス制御方法は、光路長変更ステップと、オートフォーカス評価値生成ステップと、オートフォーカス制御モード判定ステップと、を備える。
光路長変更ステップでは、オートフォーカス用撮像部を第２の光束群の光軸上で移動させることにより第２の光束のオートフォーカス用撮像部までの光路長を変更する。オートフォーカス評価値生成ステップでは、オートフォーカス検出用映像信号のコントラストの評価値であるコントラスト評価値を生成する。オートフォーカス制御モード判定ステップでは、コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からのコントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、を切り替えるとともに、選択したオートフォーカス制御モードの情報を含むオートフォーカス制御モード信号を出力する。適応型オートフォーカス制御ステップでは、オートフォーカス制御モード信号によりオートフォーカス制御の方法を切り替えて実行する。
これにより、第１の発明と同様の効果を奏するフォーカス制御方法を実現できる。
【００１４】
第８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の光束群と、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群と、に分離する光路分離部と、第１の光束群を電気信号に変換し、本線系映像信号として出力する撮影用撮像部と、少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群を電気信号に変換し、オートフォーカス検出用映像信号として出力するオートフォーカス用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法をコンピュータに実行させるプログラムである。このプログラムは、コンピュータに、光路長変更ステップと、オートフォーカス評価値生成ステップと、オートフォーカス制御モード判定ステップと、オートフォーカス制御モード判定ステップと、を実行させる。
【００１５】
光路長変更ステップでは、オートフォーカス用撮像部を第２の光束群の光軸上で移動させることにより第２の光束のオートフォーカス用撮像部までの光路長を変更する。オートフォーカス評価値生成ステップでは、オートフォーカス検出用映像信号のコントラストの評価値であるコントラスト評価値を生成する。オートフォーカス制御モード判定ステップでは、コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からのコントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、を切り替えるとともに、選択したオートフォーカス制御モードの情報を含むオートフォーカス制御モード信号を出力する。適応型オートフォーカス制御ステップでは、オートフォーカス制御モード信号によりオートフォーカス制御の方法を切り替えて実行する。
これにより、第１の発明と同様の効果を奏するプログラムを実現できる。
【００１６】
第９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の光束群と、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群と、に分離する光路分離部と、第１の光束群を電気信号に変換し、本線系映像信号として出力する撮影用撮像部と、少なくともフロント用撮像素子とバック用撮像素子とを有し、フォーカス検出用の２つ以上の第２の光束群を電気信号に変換し、オートフォーカス検出用映像信号として出力するオートフォーカス用撮像部と、オートフォーカス用撮像部を第２の光束群の光軸上で移動させることにより第２の光束のオートフォーカス用撮像部まで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、オートフォーカス評価値生成部と、オートフォーカス制御モード判定部と、適応型オートフォーカス制御部と、を備える。
【００１７】
オートフォーカス評価値生成部は、オートフォーカス検出用映像信号のコントラストの評価値であるコントラスト評価値を生成する。オートフォーカス制御モード判定部は、コントラスト評価値に基づいて、オートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索する光路長変更モードと、異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からのコントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索する光路長差比較モードと、を切り替えるとともに、選択したオートフォーカス制御モードの情報を含むオートフォーカス制御モード信号を出力する。適応型オートフォーカス制御部は、オートフォーカス制御モード信号によりオートフォーカス制御の方法を切り替えて実行する。
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できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の撮像装置では、上記構成により、大きく被写体が変化した場合（被写体の状況が大きく変化した場合）には、自動的にオートフォーカス用撮像部の光路長を変化させながら合焦位置を探索するモードで合焦動作を継続する。さらに合焦位置付近にフォーカスが移動してくると、その時の状態に適応した異なる光路長に配置した複数のオートフォーカス用撮像部からのコントラスト評価値に基づいて合焦位置を探索するモードに戻る。これにより、本発明の撮像装置では、大きく被写体が変化した場合でも対応可能な追従性のよい安定したＡＦ機能（オート・フォーカス機能）を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図１から図９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実施形態によるオートフォーカス機能付き撮像装置１００の構成を示すブロック図である。
撮像装置１００は、被写体からの光を集光する光学系１と、光学系１により集光した光を映像信号取得用の光束およびＡＦ検出用の光束に分離する光路分離部２と、映像信号取得用光束から映像信号取得用アナログ映像信号（Ｒｃｈ信号、Ｇｃｈ信号、およびＢｃｈ信号）を取得する撮影用撮像部３と、ＡＦ検出用の光束からＡＦ制御用アナログ映像信号（ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号）を取得するＡＦ用撮像部４と、を備える。また、撮像装置１００は、映像信号取得用アナログ映像信号およびＡＦ制御用アナログ映像信号に対してアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部５と、アナログ信号処理部５からの出力をＡ／Ｄ変換するＡＤ変換部６と、ＡＤ変換部６の出力を入力として、ディジタル信号処理を行うディジタル信号処理部７と、ＡＤ変換部６から出力されたＡＦ制御用ディジタル映像信号（ＡＦ制御用アナログ映像信号をＡ／Ｄ変換して取得した信号）からＡＦ用撮像部位置制御信号およびフォーカス位置制御信号を生成する制御部８と、を備える。さらに、撮像装置１００は、ＡＦ用撮像部位置制御信号によりＡＦ用撮像部４の光路長を変更させるＡＦ用光路長変更部９を備える。
【００２０】
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、フォーカス制御可能な構成を有する。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、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。また、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。
光路分離部２は、光学系１から出力された光束を受け、第１の光束である撮影用のＲ（赤）光、Ｇ（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ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ（緑２）光およびＡＦ＿Ｂａｃｋ（緑３）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（映像信号取得用光束）を撮影用撮像部３に出力し、ＡＦ検出用の光束を第２の撮影部であるＡＦ用撮像部４に出力する。ここで、光路分離部２は、光学系１を通った撮影用の光束を、複数の撮影用の光束（例えば、Ｒ用光束、Ｂ用光束およびＧ用光束の３つの光束や、Ｒ用光束、Ｂ用光束、Ｇ１用光束およびＧ２用光束の４つの光束）に分離するようにしてもよい。光路分離部２としては、例えば、図２に示すような、光学プリズム（ビームスプリッタ）を用いることが好ましい。
【００２１】
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（映像信号取得用光束）を入力とし、これら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、Ｇ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５に出力する。撮影用撮像部３は、例えば、図２に示すように、Ｒ光用撮像素子（Ｒｃｈ用撮像素子）３ｒ、Ｂ光用撮像素子（Ｂｃｈ用撮像素子）３ｂ、およびＧ光用撮像素子（Ｇｃｈ用撮像素子）３ｇから構成される。
ＡＦ用撮像部４は、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａと、ＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂとを有する。
ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａと、ＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂとは、それぞれ、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子により構成され、光路分離部２から出力されたＡＦ検出用の光束を入力とし、これらを電気信号に変換し、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネルのアナログ信号（これを「アナログＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号」という。）およびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネルのアナログ映像信号（これを「アナログＡＦ＿Ｂａｃｋ信号」という。）を取得し、アナログ信号処理部５に出力する。また、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａは、ＡＦ用光路長変更部９のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ用光路長変更部９ａと接続されており、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ用光路長変更部９ａによりその光路長が変更できるように光軸方向に移動可能（ＡＦ検出用光束の光軸上を平行移動可能）に設置されている。同様に、ＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂは、ＡＦ用光路長変更部９のＡＦ＿Ｂａｃｋ用光路長変更部９ｂと接続されており、ＡＦ＿Ｂａｃｋ用光路長変更部９ｂによりその光路長が変更できるように光軸方向に移動可能（ＡＦ検出用光束の光軸上を平行移動可能）に設置されている。
【００２２】
アナログ信号処理部５は、撮影用撮像部３およびＡＦ用撮像部４から出力される各チャンネルのアナログ映像信号（Ｒｃｈ信号、Ｇｃｈ信号、Ｂｃｈ信号、アナログＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、およびアナログＡＦ＿Ｂａｃｋ信号）を入力とし、入力された各チャンネルの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い、ＡＤ変換部６に出力する。
ＡＤ変換部６は、アナログ信号処理部５からの各信号をディジタル信号に変換する。ＡＤ変換部６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。）をディジタル信号処理部７に出力する。また、Ｇチャンネルのディジタル信号（以下、「Ｇ信号」という。）をディジタル信号処理部７および制御部８のＡＦ評価値生成部８１に出力する。また、アナログＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびアナログＡＦ＿Ｂａｃｋ信号をＡ／Ｄ変換して取得したディジタル信号（以下、アナログＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号をＡ／Ｄ変換した信号を「ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号」、アナログＡＦ＿Ｂａｃｋ信号をＡ／Ｄ変換した信号を「ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号」という。）を制御部８のＡＦ評価値生成部８１に出力する。
【００２３】
ディジタル信号処理部７は、Ｒ信号、Ｇ信号およびＢ信号より通常の３板式映像信号処理を行い、処理した信号を撮影用映像信号として出力する。なお、ディジタル信号処理部７は、撮像装置１００が４板式、５板式等の構成を有するものである場合、４板式、５板式等の信号処理を行うことは言うまでもない。
制御部８は、ＡＦ評価値生成部８１と、ＡＦ制御モード判定部８２と、適応型ＡＦ制御部８３と、を有する。制御部８は、ＡＤ変換部６からのＧ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号を入力とし、これらの入力された信号に基づいて、ＡＦ用撮像部位置制御信号およびフォーカス位置制御信号を生成する。そして、制御部８は、ＡＦ用撮像部位置制御信号をＡＦ用光路長変更部９に、フォーカス位置制御信号を光学系１に出力する。
【００２４】
ＡＦ評価値生成部８１は、演算部１１１と加算器１０８とを有し、ＡＤ変換部６からのＧ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号および評価領域信号を入力とし、Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号についてのコントラスト評価値を算出し、算出したコントラスト評価値をＡＦ制御モード判定部８２に出力する。
図３は、制御部８のＡＦ評価値生成部８１の構成の一例を示すブロック図である。
ＡＦ評価値生成部８１は、水平方向のローパスフィルタ１０１（映像信号により形成される映像（２次元映像）の水平方向成分についてのローパスフィルタ）（以下、「水平ＬＰＦ」という。）と、水平方向のハイパスフィルタ（オートフォーカス検出用の映像信号により形成される映像（２次元映像）の水平方向成分についてのハイパスフィルタ）（以下、「水平ＨＰＦ」という。）１０２および１０３と、垂直方向のハイパスフィルタ（オートフォーカス検出用の映像信号により形成される映像（２次元映像）の垂直方向成分についてのハイパスフィルタ）（以下、「垂直ＨＰＦ」という。）１０４と、積算部１０５〜１０７と、加算器１０８と、を有する。
【００２５】
水平ＬＰＦ１０１は、ＡＤ変換部６から出力される映像信号（ＡＦ検出用映像信号（Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ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。
二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、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）、第２水平ＨＰＦ１０３が第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のそれ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、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。
【００２６】
積算部１０５〜１０７は、ＡＦ評価領域（後述）内の各画素の映像信号（ＡＦ検出用映像信号（Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ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８１がコントラスト評価値を生成する対象となる領域である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（映像信号により形成される２次元画像）の中央部の領域を形成する映像信号とする場合、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に出力するようにしてもよい。
【００２７】
加算器１０８は、積算部１０５〜１０７の出力を加算し、コントラスト評価値として出力する。なお、上記処理は、Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のそれぞれについて実行されるものであり、加算器１０８は、Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号についてのコントラスト評価値をＡＦ制御モード判定部８２に出力する。
また、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０〜２．０ＭＨｚ、第１水平ＨＰＦ１０２が３００ｋＨｚ以上、第２水平ＨＰＦ１０３が１．２ＭＨｚ以上、垂直ＨＰＦ１０４が２０ＴＶ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０〜１３．２ＭＨｚ、第１水平ＨＰＦ１０２が２．０ＭＨｚ以上、第２水平ＨＰＦ１０３が６．６ＭＨｚ以上、垂直ＨＰＦ１０４が４５ＴＶ本以上であることが好ましい。
【００２８】
ＡＦ制御モード判定部８２は、ＡＦ評価値生成部８１から出力されたＧ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号についての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ＡＦ制御モードを決定する。具体的には、ＡＦ制御モード判定部８２は、光路長変更モードおよび光路長差比較モードのいずれのＡＦ制御モードにより、ＡＦ制御を行うかを選択する（詳細については後述）。そして、ＡＦ制御モード判定部８２は、選択したＡＦ制御モードについての情報を含むＡＦ制御モード信号を適応型ＡＦ制御部８３に出力する。
適応型ＡＦ制御部８３は、ＡＦ評価値生成部８１から出力されるＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号についてのコントラスト評価値と、ＡＦ制御モード判定部８２から出力されるＡＦ制御モード信号と、を入力とし、ＡＦ用撮像部位置制御信号およびフォーカス位置制御信号を生成する。そして、適応型ＡＦ制御部８３は、ＡＦ用撮像部位置制御信号をＡＦ用光路長変更部９に、フォーカス位置制御信号を光学系１に出力する。
【００２９】
＜１．２：撮像装置の動作＞
以上のように構成された撮像装置１００の動作について、図面を用いて、以下説明する。
光学系１を通った光束は、図１および図２に示される光路分離部２に入力される。光路分離部２により、光学系１より入力された光束は、撮影用（映像信号取得用）のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各光束と、ＡＦ検出用のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ（緑２）光およびＡＦ＿Ｂａｃｋ（緑３）光の光束とに分割される。分割された光束は、撮影用撮像部３のＲｃｈ用撮像素子３ｒ、Ｇｃｈ用撮像素子３ｇおよびＢｃｈ用撮像素子３ｂと、ＡＦ用撮像部４のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂと、によって、それぞれ電気信号に変換される。
【００３０】
ここで、図２を用いて、より詳細に説明する。
図２は、光路分離部２、撮影用撮像部３（Ｒｃｈ用撮像素子３ｒ、Ｇｃｈ用撮像素子３ｇ、Ｂｃｈ用撮像素子３ｂ）、ＡＦ用撮像部４（ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａ、ＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂ）およびＡＦ用光路長変更部９（ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ用光路長変更部９ａ、ＡＦ＿Ｂａｃｋ用光路長変更部９ｂ）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に入射した光は、色分解プリズムによって、ＲＧＢ分光される。そして、ＲＧＢ分光後のＧ（緑）光は、ハーフミラーでさらに分割されてＡＦ検出用の光束となる。さらに、ＡＦ検出用の光束は、分割比率が均等になるように２分割され、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ（緑２）光およびＡＦ＿Ｂａｃｋ（緑３）光としてＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂに、それぞれ、入射される。そして、Ｒ（赤）光、Ｇ（緑１）光およびＢ（青）光は、撮影用の光束としてＲｃｈ用撮像素子３ｒ、Ｇｃｈ用撮像素子３ｇおよびＢｃｈ用撮像素子３ｂに、それぞれ、入射される。なお、ＲＧＢ分光後のＧ光の光束に対するＡＦ検出用の光束の割合は任意でよい（例えば、２５％や５０％など）。ここでは、ＡＦ検出用の光束の割合は、ＡＦ検出用の光束の割合をＧ光の光束の５０％とすると、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ（緑２）光およびＡＦ＿Ｂａｃｋ（緑３）光は、さらに２等分されるため、それぞれ２５％ずつの光（光束）となる。
【００３１】
ＡＦ用撮像部４のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋ撮像素子４ｂは、それぞれ、光路長を変更可能にするＡＦ用光路長変更部９のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ用光路長変更部９ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋ用光路長変更部９ｂに接続されている。
ＡＦ用光路長変更部９は、例えば、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等と、光軸に沿ったスライド機構等と、を用いて構成されている。そして、ＡＦ用光路長変更部９は、ＡＦ＿ＦｒｏｎｔおよびＡＦ＿Ｂａｃｋ撮像素子をそれぞれ光軸上で平行に（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おり、例えばシリアル通信などで制御される。
ＡＦ用光路長変更部９によってＡＦ用撮像部４が移動可能な範囲のうち、略中央部の位置をＡＦ用撮像部４の基準位置とし、ＡＦ用撮像部４が基準位置にあるとき、被写体からＡＦ用撮像部４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。
【００３２】
撮影用撮像部３の出力（本線系映像信号）は、通常の３板式撮像方式と同様にアナログ信号処理部５で、信号処理され、ＡＤ変換部６によりＡ／Ｄ変換される。このＡ／Ｄ変換された信号（本線系映像信号）は、ディジタル信号処理部７によりディジタル信号処理が施された後、本線系、すなわち撮影用の映像信号として、出力される。
一方、ＡＦ用撮像部４の出力は、通常の信号処理と同様に、相関２重サンプリング、ゲイン制御、ペデスタル制御などのアナログ信号処理をした後、ＡＤ変換部６にてディジタル信号に変換され、制御部８のＡＦ評価値生成部８１に入力される。具体的には、ＡＦ用撮像部４から出力されるアナログＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号は、ＡＤ変換部６によりＡ／Ｄ変換され、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号としてＡＦ評価値生成部８１に入力され、ＡＦ用撮像部４から出力されるアナログＡＦ＿Ｂａｃｋ信号は、ＡＤ変換部６によりＡ／Ｄ変換され、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号としてＡＦ評価値生成部８１に入力される。
【００３３】
（１．２．１：ＡＦ制御モード（光路長変更モードと光路長差比較モード）について）
ここで、ＡＦ制御モードについて説明する。
撮像装置１００は、２種類のＡＦ制御モードを切り替えて動作する。
この２種類のＡＦ制御モードは、光路長変更モードおよび光路長差比較モードである。
光路長変更モードは、ＡＦ用撮像部４の光路長を変化させながら様々な光路長に対してのコントラスト評価値より合焦位置を探索するモードである。
光路長差比較モードは、ＡＦ用撮像部４のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａとＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂとを、撮影用撮像部３のＧｃｈ用撮像素子３ｇの光路長に比較して、それぞれ、幅ｄだけ光路長が短い位置および長い位置に配置し、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値の大小関係に基づいて合焦位置を探索するモードである。
【００３４】
（１．２．２：制御部８の動作）
撮像装置１００は、通常、光路長差比較モードにより動作している。つまり、制御部８がＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値の大小に基づいて合焦動作（ＡＦ制御）を実現させている。しかし、制御部８は、被写体が大きく変化した場合など光路長差比較モードでのＡＦ制御が不能であると判断すると、光路長変更モードにＡＦ制御モードを切り替える。そして、制御部８は、それぞれ、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂの位置を光軸上に移動させるようにＡＦ用撮像部位置制御信号をＡＦ用光路長変更部９（９ａ、９ｂ）に出力する。そして、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂは、ＡＦ用撮像部位置制御信号に基づいて、光軸上を移動する。
【００３５】
制御部８は、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂが光軸上を移動している間、それぞれの位置（光軸上の位置）におけるコントラスト評価値を検出し、光路長とコントラスト評価値との特性曲線に基づき合焦位置を検出する。それと同時に、制御部８は、光路長差比較モードでの最適な光路長差（Ｇｃｈ用撮像素子３ｇの光軸上の位置とＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａ（またはＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂ）の光軸上の位置との間の距離）を決定する。そして、制御部８は、上記の動作により検出済みの合焦位置へフォーカスの移動を開始させる。具体的には、制御部８は、光学系１にフォーカス位置制御信号を出力し、光学系１がフォーカス位置制御信号によりフォーカス位置を移動させる（例えば、光学系１に含まれるフォーカスレンズ（不図示）を光軸上において移動させることでフォーカス位置を移動させる（フォーカス制御を行う））。制御部８は、フォーカス位置を合焦位置付近方向へ移動させ続け、再び光路長差比較モードでの制御が可能となる領域に入った場合、光路長差比較モードにＡＦ制御モードを移行させ、ＡＦ制御動作を継続させる。
【００３６】
制御部８によりこのようなＡＦ制御を行うことで、撮像装置１００では、大きく被写体が変化した場合（被写体の状況が大きく変化した場合）でもＡＦ制御動作可能であり、フォーカス探索時にいて、撮影用映像信号（本線系映像信号）に悪影響を及ぼすことなく、かつ追従性が良好な安定したＡＦ制御機能を実現することができる。
図３に示すように、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、評価領域信号に基づいて、コントラスト評価値を算出するための対象画像領域が設定される。
そして、ＡＤ変換部６から出力された映像信号（ＡＦ検出用映像信号（Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号））は、水平ＬＰＦ１０１に入力される。さらに、水平ＬＰＦ１０１から出力されたＡＦ検出用映像信号は、第１水平ＬＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、および垂直ＨＰＦに入力され、それぞれフィルタ処理が施され、フィルタ処理がなされた出力が、それぞれ、積算部１０５〜１０７に入力される。積算部１０５〜１０７の出力が加算器１０８で加算され、加算された結果が、コントラスト評価値としてＡＦ制御モード判定部８２に出力される。
【００３７】
なお、上記処理は、Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のそれぞれに対して実行され、Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のそれぞれについてのコントラスト評価値が算出される。したがって、図３では、説明便宜のため、１系統しか示していないが、ＡＦ評価値生成部８１が、Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号について３系統の処理系を有するものであってもよいことは言うまでもない。また、ＡＦ評価値生成部８１は、Ｇ信号、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号についての処理を、１系統で、シリアルに処理するものであってもよい。
ＡＦ制御モード判定部８２では、ＡＦ評価値生成部８１から出力されたコントラスト評価値に基づいてＡＦ制御モード信号が生成され、ＡＦ制御モード信号は、適応型ＡＦ制御部８３に出力される。具体的には、ＡＦ制御モード判定部８２では、ＡＦ評価値生成部８１で、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号およびＧ信号から算出されたコントラスト評価値の大小関係や、ＡＦ評価値生成部８１でＧ信号から算出されたコントラスト評価値の変化などにより、撮像装置１００が合焦状態にあるのか、もしくは２種類のＡＦ制御モードのうちのどちらの動作モードによりＡＦ制御を実行すべきかの判定を行う。そして、その判定結果を示す信号が、ＡＦ制御モード判定部８２により生成され、適応型ＡＦ制御部８３にＡＦ制御モード信号として出力される。
【００３８】
適応型ＡＦ制御部８３では、ＡＦ制御モード信号により決定されるＡＦ制御モードにより、ＡＦ制御を行う。具体的には、ＡＦ評価値生成部８１で、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびおＡＦ＿Ｂａｃｋ信号から算出されたコントラスト評価値に基づいて、ＡＦ用撮像部位置制御信号およびフォーカス位置制御信号を生成する。適応型ＡＦ制御部８３により生成されたＡＦ用撮像部位置制御信号は、ＡＦ用光路長変更部９に出力される。また、適応型ＡＦ制御部８３により生成されたフォーカス位置制御信号は、光学系１に出力される。
次に、２種類のＡＦ制御モードである光路長差比較モードおよび光路長変更モードの動作についてより詳細に説明する。
（１．２．３：光路長差比較モードの動作）
まず、光路長差比較モードの動作を説明する。
【００３９】
図４は、光路長差比較モードにおける撮影用撮像部３のＧｃｈ用撮像素子３ｇと、ＡＦ用撮像部４のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂとを同一の光軸上に表した模式図である。
図４に示すように、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａに入射する被写体光の光路長は、撮影用撮像部３のＧｃｈ用撮像素子３ｇに入射する被写体光の光路長よりも幅ｄだけ短く設定されており、また、ＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂに入射する被写体の光路長は、同様にＧｃｈ用撮像素子３ｇに入射する被写体光の光路長よりも幅ｄだけ長く設定されている。従って、ＡＦ用撮像部４では、撮影用撮像部３の撮像素子に対して光軸上の前後等距離の位置で撮像した場合と等価な映像信号が得られるようになっている。
【００４０】
図５は、横軸にフォーカス位置をとり、縦軸にＡＦ評価値生成部８１の出力であるコントラスト評価値をとり、撮像装置１００によりある被写体を撮影した際のフォーカス位置とコントラスト評価値との関係を示した模式図である。
図中の実線で示す曲線Ｆｒｏｎｔ，Ｂａｃｋは、それぞれＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号から得られたコントラスト評価値を示す曲線で、図中の破線で示す曲線Ｇｃｈは、入射される光量をＡＦ用の撮像素子と同等にした場合のＧ信号から得られたコントラスト評価値を示す曲線である。
図５において、合焦位置は、曲線Ｇｃｈのコントラスト評価値が最大となるフォーカス位置であるＦ０の位置となる。
例えば、光学系１のフォーカス位置がＦ０の位置よりも至近側のフォーカス位置Ｆ１にある場合、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号から得られるコントラスト評価値は、それぞれの曲線より、Ｃｆｒｏｎｔ１、Ｃｂａｃｋ１の値となり、Ｃｆｒｏｎｔ１の値の方が大きい。逆に、光学系１のフォーカス位置が合焦位置Ｆ０よりも無限遠側のフォーカス位置Ｆ２にある場合は、同様に、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号から得られるコントラスト評価値は、Ｃｆｒｏｎｔ２およびＣｂａｃｋ２の値となるため、Ｃｂａｃｋ２の値の方が大きい。また、合焦点位置であるＦ０である場合は、Ｃｆｒｏｎｔ０＝Ｃｂａｃｋ０となり等しい値になる。また、このときＧｃｈのコントラスト評価値（Ｇ信号から得られるコントラスト評価値）は、Ｃｆｒｏｎｔ０、Ｃｂａｃｋ０の値よりも大きくなる。
【００４１】
従って、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号から得られたコントラスト評価値の大小関係により、ＡＦ制御を行うことができる。
具体的には、以下のようにＡＦ制御を行う。
（１）ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値がＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値よりも大きいときには、光学系１のフォーカス位置を、無限遠方向に移動させるようにＡＦ制御を行う。
（２）ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値がＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値よりも大きいときには、光学系１のフォーカス位置を、至近側方向に移動させるようにＡＦ制御を行う。
（３）ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値とＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値とが等しいときには、光学系１のフォーカス位置を停止させる（現在のフォーカス位置から移動させない）ことで、ＡＦ制御を行う。
【００４２】
このようなＡＦ制御が光路長差比較モードによるＡＦ制御である。
しかしながら、図５のＦ３およびＦ４の位置においても、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号とＡＦ＿Ｂａｃｋ信号とのコントラスト評価値は等しくなる。従って、Ｆ０の位置から一気にＦ３もしくはＦ４の位置に変化する場合、すなわち、例えば、大きく被写体が変化し、いわゆる大ボケ状態になった場合などは、Ｆ３もしくはＦ４の位置でフォーカスが停止し正常なＡＦ制御動作が実現できない。
そこで、本実施形態の撮像装置１００では、ＡＦ制御モード判定部８２で、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号およびＧ信号からのコントラスト評価値の大小関係や、Ｇ信号からのコントラスト評価値の変化などにより、撮像装置１００のフォーカス状態を判定し（例えば、フォーカス状態が大ボケ状態であるか否かを判定し）、大ボケ状態等であると判定した場合、ＡＦ制御モードを光路長変更モードに切り替えることにより、大ボケ時の不具合動作を解決している。
【００４３】
（１．２．４：光路長変更モードの動作）
次に、光路長変更モードの動作を説明する。
光路長変更モードでは、光路長とコントラスト評価値との関係を示す評価値曲線を検出し、最大コントラストとなるときの光路長と撮像素子が基準位置にあるときの光路長との差分に基づき光学系１の合焦フォーカス位置を検出している。また、同時に光路長差比較モード時の光路長差ｄの最適値を算出する。
すなわち、ＡＦ用光路長変更部９により、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂを光軸上で順次移動させながら、撮像素子の光軸上の位置から決定される光路長と、その光路長におけるコントラスト評価値とを取得し、光路長とコントラスト評価値との関係を示す特性曲線を取得する。
【００４４】
より具体的には、複数のフィールドにわたって、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂの光路長を順次変更させながら、それぞれの光路長でのコントラスト評価値を検出し、全光路長に対するコントラスト評価値を取得する。例えば、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ撮像素子４ａで基準位置から至近側に向けて光路長を順次変更させ、ＡＦ＿Ｂａｃｋ撮像素子４ｂで基準位置から望遠側に向けて光路長を順次変更させることで、光路長とコントラスト評価値との関係を示す特性曲線を取得する。
これにより、撮像装置１００では、光路長とコントラスト評価値との特性曲線を全光路長において検出する。なお、光路長とコントラスト評価値との関係を示す特性曲線を取得する方法は、上記方法に限定されることはなく、他の方法であってもよい。
【００４５】
図６に、光路長とコントラスト評価値との特性曲線の模式図を示す。
まず、検出した複数の光路長とコントラスト評価値のペアのうち、コントラスト評価値が最大である最大コントラスト評価値光路長ｆ０を検出する。
次に、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位置との差分Ｄを算出し、その差分値Ｄに基づいて光学系１の合焦フォーカス位置を算出する。算出された光学系１のフォーカス位置にフォーカスを移動することでＡＦ制御動作を実現できる。
また、同時に、光路長とコントラスト評価値との特性曲線に基づいて、光路長差比較モード時の最適光路長差ｄの算出を行う。
最適光路長差ｄの算出を行うのは、被写体の絵柄や、撮像装置１００のアイリス状態、ズーム状態などのレンズ状態によって光路長差比較モードでの最適な光路長差ｄが異なるため、固定の光路長差ｄではＡＦ制御動作に不具合が発生する場合があるためである。
【００４６】
図７に、フォーカス位置とコントラスト評価値の関係を示す特性曲線がなだらかで、かつ、光路長差ｄが小さい場合の光路長差比較モードにおけるＡＦ制御動作を説明する模式図を示す。
図７に示す特性曲線は、図５に示す特性曲線に比較して、特性曲線がなだらかで、かつ、光路長差ｄが小さい。このような場合、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値曲線とＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値曲線とが近接しており、合焦位置Ｆ０におけるコントラスト評価値の変化量が小さいため、ノイズなどの影響で合焦位置がずれるなどの不具合が発生する場合がある。
本実施形態の撮像装置１００では、図７に示すような特性曲線の場合、光路長差ｄをさらに大きくし、合焦位置における曲線（ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値曲線とＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値曲線）の傾きを大きくすることでノイズなどの影響を減少させ合焦位置の制御精度を向上し、安定したＡＦ制御動作を実現することができる。
【００４７】
以下に、本実施形態の具体的な光路長差比較モード時の最適光路長差ｄの算出方法について、図６を用いて説明する。
まず、検出されたコントラスト評価値の最大値と最小値から、コントラスト評価値の中間値Ｃｍｉｄ＝（Ｃｍａｘ＋Ｃｍｉｎ）／２を算出する（ステップ１）。
次に、コントラスト評価値がＣｍｉｄである光路長ｆ１を求める（ステップ２）。
最後に、最大コントラスト評価値光路長ｆ０との差分を最適光路長差ｄとする（ステップ３）。
図８に、光路長とコントラスト評価値との特性曲線がなだらかな曲線の場合における同様な最適光路長差ｄの算出過程を示す模式図を示す。算出方法は、図６の場合と同一であるので、説明は省略する。
【００４８】
撮像装置１００における最適光路長差ｄの算出方法により最適光路長差ｄを算出することで、図８に示す特性曲線の場合、図６に示す特性曲線の場合に比較して最適光路長差ｄは、大きな値となる。つまり、このようにして算出した最適光路長差ｄにより光路長差比較モード時のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂの光軸上の位置を決定することができる。そして、撮像装置１００では、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂの光軸上の位置を光路長差が最適光路長差ｄとなる前後位置に移動させた後（撮影用撮像素子３（例えば、Ｇｃｈ用撮像素子３ｇ）の光軸上の位置を「ｘ１」とすると、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａを光軸上の位置「ｘ１−ｄ」に、ＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂを光軸上の位置「ｘ１＋ｄ」に、それぞれ移動させた後）、光路長差比較モードによるＡＦ制御を行うことで、図８に示すような特性曲線の場合であっても的確にＡＦ制御を行うことができる。
なお、本実施形態では、コントラスト評価値の中間値Ｃｍｉdとなる光路長ｆ１と最大コントラスト評価値光路長ｆ０との差分を最適光路長差としたが、本発明はこれに限らず、例えば、コントラスト評価値特性曲線の傾きが最大になる光路長と最大コントラスト評価値光路長との差分を最適光路長差としてもよい。
【００４９】
（１．２．５：フローチャートによる説明）
制御部８の全体動作について、図９のフローチャートを用いて説明する。
まず、ＡＦ評価値生成部８１で、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号、ＡＦ＿Ｂａｃｋ信号、Ｇ信号よりそれぞれのコントラスト評価値を生成・取得する（ステップＳ１）。ただし、光量の補正を実施して、Ｇ信号のコントラスト評価値を生成・取得するものとする。
次に、Ｇ信号のコントラスト評価値の変化と、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号およびＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値の大小関係と、により、撮像装置１００が合焦状態にあるか否かを判定する。
【００５０】
具体的には、
（１）Ｇ信号のコントラスト評価値が前回値（前回取得した値）と比較して大きく変化していない場合、もしくは
（２）Ｇ信号のコントラスト評価値が前回値と比較して大きく変化した場合でも、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号から算出したコントラスト評価値とＡＦ＿Ｂａｃｋ信号から算出したコントラスト評価値が等しく、かつ、Ｇ信号のコントラスト評価値がＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値やＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値よりも大きい場合は合焦状態と判定し、
（３）それ以外の場合は、合焦状態でないと判定する（ステップＳ２）。
合焦状態でないと判定した場合は、撮像装置１００において、光路長差比較モードによるＡＦ制御可能かを、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値とＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値とが等しいかどうかで判定する（ステップＳ３）。すなわち、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値とＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値とが等しい場合は「Ｎｏ」となり光路長変更モード制御を実行する（ステップＳ４）。また、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値とＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値とが等しくない場合は「Ｙｅｓ」となり光路長差比較モードによるＡＦ制御を実行する（ステップＳ９）。
【００５１】
光路長変更モード制御（ステップＳ４）では、前述したように最終的に光学系１の合焦フォーカス位置にフォーカスを制御し（フォーカス位置を合わせ）、撮像装置１００の現状に最適な光路長差ｄを算出し、算出された光路長差ｄだけ、光軸上において前後した位置にＡＦ用撮像部４のＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂを配置する（移動させる）（ステップＳ５）。その後、合焦位置（光路長変更モードによるＡＦ制御（ステップＳ４）で検出された合焦位置）が存在する方向へフォーカス位置が移動するように、光学系１のフォーカスレンズ（不図示）を光軸方向に移動させる（ステップＳ６）。光学系１のフォーカスが光路長変更モードによるＡＦ制御（ステップＳ４）で検出された合焦位置に近づいて、光路長差比較モード制御が可能になるまで、すなわち、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値とＡＦ＿Ｂａｃk信号のコントラスト評価値とが異なった値となるまで（所定の閾値ｔｈ以上異なった値となるまで）、コントラスト評価値の取得（ステップＳ７）と光路長差比較モード制御可能かの判定（ステップＳ８）と光学系１のフォーカス位置の変更（移動）処理とを繰り返す。
【００５２】
光学系１のフォーカスが合焦位置に近づくと、光路長差比較モード制御可能であると判定し（ステップＳ８）、光路長差比較モードでのＡＦ制御に移行させる（ステップＳ９）。
なお、ここで、光路長差比較モード制御が可能かどうかの判定は、例えば、以下のように行う。
ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値をＣＦとし、ＡＦ＿Ｂａｃk信号のコントラスト評価値をＣＢとし、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号（またはＡＦ＿Ｂａｃk信号）のコントラスト評価値の最大値をＣｍａｘ、最小値をＣｍｉｎとしたとき、
ａｂｓ（ＣＦ−ＣＢ）≧Ｋ・（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）
０．０１≦Ｋ≦０．１
なる関係を満たした時点を「光学系１のフォーカスが合焦位置に近づいた」時点と判定する。なお、ａｂｓ（ｘ）は、ｘの絶対値を示す。
【００５３】
光路長差比較モードによるＡＦ制御（ステップＳ９）では、前述したようにＡＦ用撮像部４のコントラスト評価値の大小関係に基づいて光学系１のフォーカス位置を制御することでＡＦ制御動作を実現する。なお、このときの光路長差ｄは、最適値に調整されている。
なお、合焦状態かの判定（ステップＳ２）の判定方法に、アイリスの動作検出などの情報を付加して判定してもよい。
また、合焦状態かの判定（ステップＳ２）と光路長差比較モードによるＡＦ制御可能かの判定（ステップＳ３）とは、同時に実施するようにしてもよい。この場合、次のように制御する。
（１）Ｇ信号のコントラスト評価値が前回値と比較して大きく変化している場合で、かつ、
（２）ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号のコントラスト評価値とＡＦ＿Ｂａｃｋのコントラスト評価値とが等しく、かつ、
（３）Ｇ信号のコントラスト評価値がＡＦ＿Ｆｒｏｎｔ信号やＡＦ＿Ｂａｃｋ信号のコントラスト評価値よりも大きくない場合、
光路長変更モードによるＡＦ制御（ステップＳ４）を実行する。
【００５４】
そして、上記以外の場合、光路長差比較モードによるＡＦ制御（ステップＳ９）を実行する。
以上説明したように、本発明の撮像装置１００では、光路長差比較モードによるＡＦ制御時には、ＡＦ用撮像部４の映像信号のコントラスト評価値の大小関係に基づいてＡＦ制御を実行するため、応答性のよいＡＦ機能を実現できる。さらに、本発明の撮像装置１００では、大ボケ状態においても、光路長変更モードによるＡＦ制御に自動的に移行することでＡＦ機能を継続し、そして、再び光路長差比較モードによるＡＦ制御に移行する場合に最適な光路長差ｄとなるように、ＡＦ＿Ｆｒｏｎｔチャンネル用撮像素子４ａおよびＡＦ＿Ｂａｃｋチャンネル用撮像素子４ｂとを配置（移動）させるため、安定したＡＦ制御動作を実現できるといった優れた効果が得られる。
【００５５】
また、以上説明したように、本発明の撮像装置１００では、光路長差比較モードによるＡＦ制御および光路長変更モードによるＡＦ制御とも、撮影用の映像信号とは独立したＡＦ用映像信号を用いてＡＦ機能を実現するため、フォーカス位置の探索中に光学系１のフォーカス位置を変更することがない。したがって、本発明の撮像装置１００では、撮影用映像信号出力に悪影響を及ぼすことがないといった優れた効果が得られる。
なお、本実施形態において、ＡＦ評価値生成部８１は、水平ＬＰＦ１０１、第１水平ＨＰＦ１０２、第２水平ＨＰＦ１０３、垂直ＨＰＦ１０４、積算部１０５、１０６、１０７、および加算器１０８を有する演算部１１１を備えた例で説明したが、映像のコントラストを評価する値が検出できればどのような構成（回路）でもよく、例えば、通過帯域の特性を可変できる１種類の水平ＨＰＦなどにより構成されていてもよい。
【００５６】
また、ＡＦ評価のために用いる領域、すなわちＡＦ評価領域は、位置、大きさなど任意である。
また、ＡＦ評価領域は、（画像上の）複数個所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であってもよい。例えば、画面左領域、中央、右領域を別々に検出し、被写体が存在する領域を選択することで、ＡＦ評価領域を決定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選択してもよいし、ユーザーによるスイッチ操作、顔判定などにより選択する方法であってもよい。
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。
【００５７】
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】
【００５８】
本発明にかかる撮像装置、フォーカス制御方法、プログラムおよび集積回路は、ＡＦ機能を実現する場合に、２つの制御モードを自動的に切替するため、撮像装置のフォーカス状態が大ボケ状態である場合においてもＡＦ制御が可能で、かつ、応答性のよいＡＦ制御動作を安定して実現できるといった効果を有し、ビデオカメラなどの映像関連分野において有用であり、本発明を産業上実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【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１００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２、撮影用撮像部３、ＡＦ用撮像部４、およびＡＦ用光路長変更部９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８１の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第１実施形態による光路長差比較モードにおけるＡＦ用撮像部４と撮影用撮像部３の光軸上の位置関係を説明するための模式図
【図５】本発明の第１実施形態によるある被写体を撮影した際のフォーカス位置とコントラスト評価値との関係を示した模式図
【図６】本発明の第１実施形態によるある被写体を撮影した際の光路長とコントラスト評価値との関係を示した模式図
【図７】光路長差比較モードにおける不具合動作が発生する場合を説明するためのフォーカス位置とコントラスト評価値の関係を示す模式図
【図８】本発明の第１実施形態による光路長とコントラスト評価値との特性曲線がなだらかな曲線の場合における最適光路長差ｄの算出過程を示す模式図
【図９】本発明の第１実施形態による制御部８の動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
【００６０】
１  光学系
２  光路分離部
３  撮影用撮像部
４  アナログ信号処理部
５  ＡＤ変換部
６  信号処理部
７  ＡＦ用撮像部
８  ＡＦ評価値生成部
９  ＡＦ制御モード判定部
１０  適応型ＡＦ制御部
１１  ＡＦ用光路長変更部
１２  制御部
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  積算回路
１０８  加算器
【図１】
2009251342.tif 000003
【図２】
2009251342.tif 000004
【図３】
2009251342.tif 000005
【図４】
2009251342.tif 000006
【図５】
2009251342.tif 000007
【図６】
2009251342.tif 000008
【図７】
2009251342.tif 000009
【図８】
2009251342.tif 000010
【図９】
2009251342.tif 000011