JP2002365524A - オートフォーカス装置及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な合焦位置に焦点位置を維持することが
可能な技術を提供することである。 【解決手段】 被写体の撮像された光学像を映像信号に
変換する撮像素子と、前記撮像素子で得られる映像信号
に基づいて、前記撮像素子に結像する前記被写体の光学
像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価値算出手段
と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点位置を調整
し、前記撮像素子に前記被写体の光学像を結像する焦点
調整手段とを有するオートフォーカス装置において、前
記撮像素子は入射光の光軸に直交する直交面に対して傾
斜して配置され、前記評価値算出手段は前記直交面と前
記撮像素子との交線を境界として分割される分割画素領
域毎の合焦評価値を算出する評価値算出手段を備え、前
記焦点調整手段は前記分割画素領域毎の合焦評価値を比
較する比較手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オートフォーカス
装置に関し、特に、被写体とテレビカメラとの距離が頻
繁に変化することとなるテレビカメラ等の撮像装置が備
えるオートフォーカス装置に適用して有効な技術に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のテレビカメラが備えるオートフォ
ーカス装置は、撮影用素子で撮像した画像の高域成分を
合焦評価値とし、焦点位置を微小に前後に移動させて撮
影した結果に基づいて、レンズの動き方向を演算する、
いわゆる山登り法を用いていた。

【０００３】この山登り法によるオートフォーカス制御
では、例えば現在の焦点位置である第１の焦点位置での
撮影用素子からの画像の高域成分から得られる合焦評価
値である第１の合焦評価値を演算し、次に第１の焦点位
置から微小位置ずらした第２の焦点位置での撮影用素子
からの画像の高域成分から得られる合焦評価値である第
２の合焦評価値を演算する。次に、第１の合焦評価値と
第２の合焦評価値とを比較し、合焦評価値の大きい焦点
位置の方向が合焦位置の方向として、レンズを駆動し焦
点位置を移動させる構成となっていた。このように、山
登り法によるオートフォーカス制御では、第１の焦点位
置と第２の焦点位置とにおける合焦評価値に基づいて、
焦点位置の移動方向すなわちレンズの駆動方向を決定
し、その方向にレンズを駆動する動作を順次繰り返すこ
とによって、合焦位置方向に焦点位置を移動させてい
た。

【０００４】合焦評価値としては、例えば撮像素子から
得られる映像信号から分離される輝度信号をハイパスフ
ィルタに入力し、まず高周波成分を取り出す。次に、取
り出された高周波成分の絶対値を演算し、得られた値を
撮像素子の全撮像領域内あるいは予め設定された評価領
域内にわたって積分することによって算出していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。

【０００６】テレビカメラやビデオカメラ等のように、
長時間にわたる撮影期間で常に被写体に焦点を追従させ
る場合には、山登り法を用いた従来のオートフォーカス
装置は常時フォーカス位置を微妙に変化させて検出を続
け、合焦位置を保つ必要があった。このとき、従来のオ
ートフォーカス装置では、前述するように、撮影用素子
で撮像した画像の合焦評価値からレンズの駆動方向を算
出する際に、現在位置を第１の焦点位置とし、この現在
位置からレンズを微小駆動した位置を第２の焦点位置と
した画像を撮像する必要があった。すなわち、山登り法
を用いた従来のオートフォーカス装置では、少なくとも
異なる２つの焦点位置での画像を撮像する必要があり、
このときの画像は撮影用素子によって撮像されることと
なるので、現在位置（第１の焦点位置）が合焦位置の場
合であっても、撮影期間中は第２の焦点位置に微小移動
され、正確な合焦位置に焦点位置を維持できないという
問題があった。

【０００７】また、前述するように、従来のオートフォ
ーカス装置では、少なくとも２枚の画像が必要となるの
で、第１の焦点位置における画像と第２の焦点位置にお
ける画像とでは、少なくとも２フィールド分の時間間隔
が必要となる。すなわち、従来のオートフォーカス装置
では、レンズの駆動方向を決定するためには少なくとも
２フィールド分の時間が必要となるので、動きのある被
写体では第１の焦点位置における画像と第２の焦点位置
における画像とでは２フィールド分の時間差が生じてし
まうこととなっていた。このために、山登り法を用いた
オートフォーカス装置では、検出感度が低くなってしま
う、あるいは合焦動作が不安定になってしまうという問
題があった。

【０００８】本発明の目的は、正確な合焦位置に焦点位
置を維持することが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、動きのある被写体であっても合焦
位置に焦点位置を設定することが可能な技術を提供する
ことにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１０】（１）撮像された被写体の光学像を映像信
号に変換する撮像素子と、前記撮像素子で得られる映像
信号に基づいて、前記撮像素子に結像する前記被写体の
光学像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価値算出
手段と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点位置を
調整し、前記撮像素子に前記被写体の光学像を結像する
焦点調整手段とを有するオートフォーカス装置におい
て、前記撮像素子は入射光の光軸に直交する直交面に対
して傾斜して配置され、前記評価値算出手段は前記直交
面と前記撮像素子との交線を境界として分割される分割
画素領域毎の合焦評価値を算出する評価値算出手段を備
え、前記焦点調整手段は前記分割画素領域毎の合焦評価
値を比較する比較手段を備えた。

【００１１】（２）撮像された被写体の光学像を映像信
号に変換するオートフォーカス用撮像素子と、前記オー
トフォーカス用撮像素子で得られる映像信号に基づい
て、前記オートフォーカス用撮像素子に結像する前記被
写体の光学像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価
値算出手段と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点
位置を調整し、撮影用撮像素子に前記被写体の光学像を
結像する焦点調整手段とからなるオートフォーカス装置
を有する撮像装置において、前記オートフォーカス用撮
像素子は入射光の光軸に直交する直交面に対して傾斜し
て配置され、前記評価値算出手段は前記直交面と前記オ
ートフォーカス用撮像素子との交線を境界として分割さ
れる分割画素領域毎の合焦評価値を算出する手段とを備
え、前記焦点調整手段は前記分割画素領域毎の合焦評価
値を比較する比較手段を備えた。

【００１２】前述した手段によれば、撮像素子は入射光
の光軸に直交する直交面に対して傾斜して配置されてい
るので、直交面と撮像素子との交線を境界として分割さ
れる各分割画素領域の一方はレンズに近くなり、他方の
分割画素領域はレンズから遠くなる。従って、この撮像
素子をオートフォーカス用撮像素子として用いることに
よって、１個の撮像素子で、焦点位置を微小な量で移動
させた場合の画像を１回の撮像で得ることができる。そ
の結果、合焦位置に焦点位置がある場合には、その焦点
位置を維持することができる。また、１回の撮像で異な
る２つの焦点位置での画像を得ることができるので、動
きのある被写体であっても合焦位置に焦点位置を設定す
ることができる。

【００１３】ここで、評価値算出手段が直交面とオート
フォーカス用撮像素子との交線を境界として分割される
分割画素領域毎の合焦評価値を算出し、得られた合焦評
価値を比較することは、焦点位置を微小な量で移動させ
た場合の合焦評価値の比較を行うことと等価となるの
で、この比較結果に基づいて焦点調整手段がレンズの焦
点位置を調整することによって、撮像素子に被写体の光
学像を結像することが可能となる。

【００１４】従って、このオートフォーカス装置を備え
る撮像装置では、焦点位置が合焦位置に設定された場合
には、被写体の映像出力を得る撮影用撮像素子で撮像さ
れる画像の焦点位置は、オートフォーカス動作中であっ
ても移動されることがないので、高品質の被写体像を得
ることが可能となる。また、１回の撮像でオートフォー
カス動作を行うことができるので、動きのある被写体で
あっても合焦位置に焦点位置を速やかに移動させること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、発明の実
施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明
する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。

【００１６】図１は本発明の一実施の形態であるオート
フォーカス装置の概略構成を説明するための図である。
特に、図１の（ａ）は本実施の形態であるオートフォー
カス装置の基本原理を説明するための図であり、図１の
（ｂ）は本実施の形態のオートフォーカス用撮像素子及
び撮影用撮像素子における領域の分割の一例を説明する
ための図である。ただし、本実施の形態では、オートフ
ォーカス用撮像素子１０２及び撮影用撮像素子１０３の
配置位置並びに合焦判定手段１０４の構成を除く、レン
ズ１０１等の光学系、オートフォーカス用撮像素子１０
２及び撮影用撮像素子１０３の動作を制御する走査駆動
パルス系、並びにオートフォーカス用撮像素子１０２及
び撮影用撮像素子１０３からの映像信号を処理する映像
処理系等は周知の構成である。従って、以下の説明で
は、本願発明のオートフォーカス装置に係わるオートフ
ォーカス用撮像素子１０２及び撮影用撮像素子１０３の
配置位置、並びに合焦判定手段１０４における合焦制御
について詳細に説明する。

【００１７】図１において、１０１はレンズ、１０２は
オートフォーカス用撮像素子、１０３は撮影用撮像素
子、１０４は合焦判定手段、１０５はレンズ駆動手段、
１０６は光軸、１０７は第１の領域、１０８は第２の領
域を示す。

【００１８】図１の（ａ）に示すように、オートフォー
カス用撮像素子（以下、ＡＦ用撮像素子」と記す）１０
２と、撮影用撮像素子１０３とはレンズ１０１の光軸１
０６上に配置される構成となっている。また、ＡＦ用撮
像素子１０２と撮影用撮像素子１０３とからの出力は、
それぞれ合焦判定手段１０４に接続される。すなわち、
ＡＦ用撮像素子１０２で撮像された画像（被写体像）
と、撮影用撮像素子１０３で撮像された画像（被写体
像）とは、それぞれ合焦判定手段１０４に出力される構
成となっている。合焦判定手段１０４からの駆動出力は
レンズ駆動手段１０５に出力され、レンズ駆動手段１０
５がレンズ１０１の図示しない焦点機構を駆動し、その
焦点位置を変化させる構成となっている。

【００１９】合焦判定手段１０４は、例えばＡＦ用撮像
素子１０２及び撮影用撮像素子１０３で撮像された画像
すなわち映像信号の内の輝度信号から高周波成分のみを
取り出す周知のハイパスフィルタ（以下、「ＨＰＦ」と
記す）と、ＨＰＦを通過した高周波成分の絶対値をそれ
ぞれ演算する周知の絶対値演算手段を備える。また、合
焦判定手段１０４は、絶対値演算手段から出力される値
をそれぞれの撮像素子での予め設定された分割画素領域
毎すなわち図１の（ｂ）に示す第１の領域１０７と第２
の領域１０８とに分けて、高周波成分の絶対値をそれぞ
れ加算し合焦評価値を得る周知の加算手段を備える。さ
らには、合焦判定手段１０４は、撮影用撮像素子１０３
での第１の領域１０７及び第２の領域１０８の合焦評価
値に基づいて、ＡＦ用撮像素子１０２での第１の領域１
０７及び第２の領域１０８の合焦評価値を補正する補正
手段と、補正後のＡＦ用撮像素子１０２での第１の領域
１０７の合焦評価値と第２の領域の合焦評価値とを比較
し、その比較結果に基づいてレンズの駆動方向すなわち
焦点位置の移動方向を判定（決定）する周知の判定手段
とを備える。このように、本実施の形態の合焦判定手段
１０４は、撮影用撮像素子１０３からの画像を第１の領
域１０７と第２の領域１０８との画像に分け、それぞれ
の領域毎に合焦評価値をそれぞれ演算し、この合焦評価
値を山登り法で比較することにより駆動出力を得る構成
となっている。ただし、補正手段によって補正されたＡ
Ｆ用撮像素子１０２での第１の領域１０７の合焦評価値
と第２の領域１０８の合焦評価値とを用いることなく、
補正前のＡＦ用撮像素子１０２での第１の領域１０７の
合焦評価値と第２の領域１０８の合焦評価値とを比較
し、レンズ駆動方向を判定してもよい。このような構成
とすることによって、補正手段における補正のための演
算が不要となるので、画像の撮像からレンズの駆動まで
にかかる時間を短縮することができる。

【００２０】レンズ駆動手段１０５は、合焦判定手段１
０４から出力される駆動方向判定に基づいて、予め設定
された量だけレンズ１０１の図示しない焦点機構を駆動
して焦点位置を移動させる周知のレンズ駆動手段であ
る。従って、本実施の形態では、判定手段とレンズ駆動
手段１０５とによって、焦点調整手段として動作する。

【００２１】また、撮影用撮像素子１０３は従来の撮影
用撮像素子と同様に、光軸１０６に対して垂直、あるい
は撮影用撮像素子１０３で撮像された画像に規定値以上
の歪みが生じない程度の誤差で垂直に配置されている。
一方、ＡＦ用撮像素子１０２は、図１の（ａ）から明ら
かなように、撮影用撮像素子１０３とは異なり、光軸１
０６に対して直交しない、すなわち撮影用撮像素子１０
３と平行にならないように配置されている。従って、本
実施の形態では、撮影用撮像素子１０３に対してＡＦ用
撮像素子１０２が所定の傾斜角で傾斜配置される構成と
なっている。

【００２２】ただし、図１の（ａ）から明らかなよう
に、本実施の形態のオートフォーカス装置では、光軸１
０６とＡＦ用撮像素子１０２の入射面との交点位置を基
準として、ＡＦ用撮像素子１０２を撮影用撮像素子１０
３に対して傾斜させる構成となっている。特に、ＡＦ用
撮像素子１０２に配置される横方向に配列される図示し
ない画素方向をＸ軸方向、縦方向に配列される図示しな
い画素方向をＹ軸方向とし、光軸１０６とＡＦ用撮像素
子１０２の入射面との交点位置を原点とするＸ軸及びＹ
軸を設定した場合には、本実施の形態のＡＦ用撮像素子
１０２は、Ｘ軸に沿って傾斜される構成となっている。

【００２３】このとき、図１の（ｂ）に示すように、Ａ
Ｆ用撮像素子１０２の受光領域の内で、光軸１０６すな
わち境界となるＸ軸よりも上部の領域を第２の領域１０
８、Ｘ軸よりも下部の領域を第１の領域１０７とした場
合、本実施の形態では、ＡＦ用撮像素子１０２は光軸１
０６が受光面の中心となるように配置されているので、
第１の領域１０７と第２の領域１０８との受光面積が同
じとなるように設定される。このようにＸ軸に沿ってＡ
Ｆ用撮像素子１０２を傾斜させることによって、第２の
領域１０８に対応する合焦評価値の演算を第１の領域１
０７からの画像信号の読み出し中（取り込み中）に行う
ことが可能となるので、合焦評価値の演算及び比較を速
やかに行うことが可能となり、フォーカスの応答性を向
上させることが可能となる。

【００２４】なお、第１の領域１０７と第２の領域１０
８との受光面積は同じ面積に限定されることはないが、
その場合には、合焦判定手段１０４で合焦評価値を演算
する際に、第１の領域１０７と第２の領域１０８との面
積比に従って撮影用撮像素子１０３で撮像した画像も合
焦評価値を演算する必要がある。また、ＡＦ用撮像素子
１０２の傾斜はＸ軸に限定されることはなく、光軸１０
６とＡＦ用撮像素子１０２の入射面との交点位置を原点
とするＹ軸に沿った傾斜、あるいはこの交点位置を通る
入射面上の他の直線に沿った傾斜としてもよい。

【００２５】次に、図２に本実施の形態のオートフォー
カス装置における合焦動作を説明するための図を示し、
以下、図２に基づいて、本実施の形態のオートフォーカ
ス装置の動作を説明する。ただし、図２の（ａ）は合焦
前における第１の領域の合焦評価値と第２の領域の合焦
評価値との関係を説明するための図であり、図２の
（ｂ）は合焦後における第１の領域の合焦評価値と第２
の領域の合焦評価値との関係を説明するための図であ
る。

【００２６】本実施の形態によるオートフォーカス動作
では、ＡＦ用撮像素子１０２及び撮影用撮像素子１０３
で撮像されたそれぞれの画像の輝度信号から、ＨＰＦに
より高周波成分のみがそれぞれ取り出され、得られた高
周波成分は次段のＨＰＦに出力される。このときのＨＰ
Ｆの処理は、例えばＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の撮像デバイ
スを用いるＡＦ用撮像素子１０２及び撮影用撮像素子１
０３から走査線方向に順次出力される映像信号から得ら
れる輝度信号に対して、順次ハイパスフィルタ処理を行
うものである。なお、ＨＰＦは、デジタル処理とアナロ
グ処理とのどちらでもよい。

【００２７】ＨＰＦによって取り出されたそれぞれの高
周波成分は、次に絶対値演算手段によってその絶対値が
それぞれ演算され、この絶対値がそれぞれ加算手段に出
力される。加算手段では絶対値演算手段から出力される
それぞれの絶対値（高周波成分の絶対値）を、撮像素子
毎に入力順に順次加算していく。ここで、絶対値演算手
段からの絶対値が第２の領域１０８の終端に達した時
点、すなわち第２の領域１０８における加算が終了した
時点で、加算手段はそれぞれの加算値を第２の領域１０
８の合焦評価値として補正手段に出力し、加算値をリセ
ットする。この後に、加算手段は次からの絶対値すなわ
ち第１の領域１０７における絶対値を順次加算してい
き、絶対値演算手段からの絶対値が第１の領域１０７の
終端に達した時点で、加算値を第１の領域１０７の合焦
評価値として補正手段に出力することによって、第２の
領域１０８の合焦評価値に続いて第１の領域１０７の合
焦評価値を算出する。

【００２８】補正手段では、ＡＦ用撮像素子１０２及び
撮影用撮像素子１０３に対応するそれぞれの第１の領域
１０７の合焦評価値が入力されると、まず、撮影用撮像
素子１０３での第１の領域１０７の合焦評価値と第２の
領域１０８の合焦評価値との比に基づいて、例えばＡＦ
用撮像素子１０２での第１の領域の合焦評価値を基準と
して、ＡＦ用撮像素子１０２での第２の領域１０８の合
焦評価値を補正する。次に、この補正された第２の領域
の合焦評価値と、基準としたＡＦ用撮像素子１０２での
第１の領域の合焦評価値とは、判定手段に出力される。

【００２９】判定手段では、補正手段から出力されたす
なわち補正手段により補正されたＡＦ用撮像素子１０２
での第１の領域１０７の合焦評価値と、ＡＦ用撮像素子
１０２での第２の領域１０８の合焦評価値とを比較し、
焦点位置の移動方向すなわちレンズ１０１の駆動方向を
決定し、レンズ駆動手段１０５に出力する。ただし、こ
のときの補正処理及び判定処理は、ＡＦ用撮像素子１０
２での第１及び第２の領域の合焦評価値の比が撮影用撮
像素子１０３での第１及び第２の領域の合焦評価値比と
同じとなるように合焦評価値を補正し、この補正された
合焦評価値を比較することによって、焦点位置の移動方
向を決定するものである。

【００３０】例えば、ＡＦ用撮像素子１０２での第１の
領域１０７の合焦評価値がａ、第２の領域の合焦評価値
がｂであり、撮影用撮像素子１０３での第１の領域の合
焦評価値がｃ、第２の領域の合焦評価値がｄである場合
には、以下のような補正処理及び判定処理となる。前述
するように、ＡＦ用撮像素子１０２での第１の領域１０
７の合焦評価値ａを基準とする場合には、撮影用撮像素
子１０３での合焦評価値の比であるｄ／ｃに、ＡＦ用撮
像素子１０２での第２の領域１０８の合焦評価値ｂを乗
算することによって、補正後の第２の領域１０８の合焦
評価値ｂ×ｄ／ｃが得られる。次に、判定手段が第１の
領域１０７の合焦評価値ａと、補正後の第２の領域１０
８の合焦評価値ｂ×ｄ／ｃとを比較し、この比較結果が
ａ＝ｂ×ｄ／ｃの場合には、現在の焦点位置が合焦位置
となるので、判定手段は現在の焦点位置を維持する指示
をレンズ駆動手段１０５に行う。その結果、レンズ駆動
手段１０５は現在の焦点位置を維持するので、撮影用撮
像素子１０３で得られる画像は合焦位置でのものとな
る。なお、ａ＝ｂ×ｄ／ｃの時には、判定手段がレンズ
駆動手段１０５に移動指示を与えないような構成として
もよいことはいうまでもない。また、ａ＝ｂ×ｄ／ｃの
場合を現在の焦点位置が合焦位置としたが、例えば予め
計測等で合焦位置の範囲を特定しておく場合には、判定
手段はａ＝ｂ×ｄ／ｃを含むａ≒ｂ×ｄ／ｃとなる範囲
で現在の焦点位置を合焦位置とするように設定する。こ
のときの合焦位置の範囲の一例としては、撮影用撮像素
子１０３に図示しない被写体の空間的情報を再生するレ
ンズ１０１からなる光学系の焦点深度やこの焦点深度に
係数を乗算した値等を基準とした範囲等がある。

【００３１】判定手段での比較結果がａ＜ｂ×ｄ／ｃの
時には、ＡＦ用撮像素子１０２での第１の領域１０７の
合焦評価値ａに比較して、ＡＦ用撮像素子１０２での第
２の領域１０８の補正後の合焦評価値ｂ×ｄ／ｃの方が
大きいので、判定手段はＡＦ用撮像素子１０２での第２
の領域１０８の合焦評価値を減少させる方向すなわち焦
点位置をレンズ１０１に近づける方向に移動させる指示
をレンズ駆動手段１０５に行う。一方、判定手段での比
較結果がａ＞ｂ×ｄ／ｃの時には、ＡＦ用撮像素子１０
２での第２の領域１０８の補正後の合焦評価値ｂ×ｄ／
ｃに比較して、ＡＦ用撮像素子１０２での第１の領域１
０７の合焦評価値ａの方が大きいので、判定手段はＡＦ
用撮像素子１０２での第１の領域の合焦評価値を減少さ
せる方向すなわち焦点位置をレンズ１０１から遠ざける
方向に移動させる指示をレンズ駆動手段１０５に行うこ
とによって、現在の焦点位置が合焦位置の方向へ移動す
るように、焦点位置を移動させる。なお、判定手段にお
ける比較法としては、例えば減算結果の正負による判定
や除算結果による判定等の周知の方法を用いる。

【００３２】また、除算による判定法としては、例えば
ＡＦ用撮像素子１０２での比であるｂ／ａを撮影用撮像
素子１０３の比であるｄ／ｃで除算する場合には、除算
結果が１の時には現在の焦点位置が合焦位置となるの
で、判定手段は現在の焦点位置を維持する指示をレンズ
駆動手段１０５に行う。その結果、レンズ駆動手段１０
５は現在の焦点位置を維持するので、撮影用撮像素子１
０３で得られる画像は合焦位置でのものとなる。ただ
し、除算結果が１の場合を現在の焦点位置が合焦位置と
したが、例えば予め計測等で合焦位置の範囲を特定して
おく場合には、判定手段は除算結果として１を含む範囲
で現在の焦点位置を合焦位置とするように設定する。こ
のときの合焦位置の範囲の一例としては、撮影用撮像素
子１０３に図示しない被写体の空間的情報を再生するレ
ンズ１０１からなる光学系の焦点深度やこの焦点深度に
係数を乗算した値等を基準とした範囲等がある。

【００３３】判定手段での除算結果が１よりも大きい時
には、撮影用撮像素子１０３での合焦評価値の比に比較
して、ＡＦ用撮像素子１０２での第２の領域の合焦評価
値の方が大きいので、判定手段はＡＦ用撮像素子１０２
での第２の領域の合焦評価値を減少させる方向すなわち
焦点位置をレンズ１０１に近づける方向に移動させる指
示をレンズ駆動手段１０５に行う。一方、判定手段での
除算結果が１未満の時には、撮影用撮像素子１０３での
合焦評価値の比に比較して、ＡＦ用撮像素子１０２での
第１の領域の合焦評価値の方が大きいので、判定手段は
ＡＦ用撮像素子１０２での第１の領域の合焦評価値を減
少させる方向すなわち焦点位置をレンズ１０１に遠ざけ
る方向に移動させる指示をレンズ駆動手段１０５に行う
ことによって、除算結果が１すなわち現在の焦点位置が
合焦位置となるように、焦点位置を移動させる。

【００３４】また、撮影用撮像素子１０３での第１の領
域１０７の合焦評価値ｃと第２の領域１０８の合焦評価
値ｄとの比が等しいあるいは等しいと見なせるような場
合には、ＡＦ用撮像素子１０２での第１の領域１０７の
合焦評価値ａと第２の領域の合焦評価値ｂとを比較する
のみで十分となる。従って、例えば図２の（ａ）に示す
ように、ＡＦ用撮像素子１０２での第２の領域１０８の
合焦評価値が第１の領域１０７の合焦評価値よりも大き
い場合には、第２の領域１０８の合焦評価値から第１の
領域１０７の合焦評価値を減算することによって、各領
域での合焦評価値の大小を判定し、その結果に基づい
て、現在の焦点位置からの移動方向すなわちレンズの駆
動方向を決定し、その指示をレンズ駆動手段１０５に出
力する。ただし、図２の（ｂ）に示すように、合焦評価
値の差が０（ゼロ）あるいは予め設定した設定値以内の
場合には、現在の焦点位置が合焦位置となるので、判定
手段は現在の焦点位置を維持する指示をレンズ駆動手段
１０５に行う。その結果、レンズ駆動手段１０５は現在
の焦点位置を維持するので、撮影用撮像素子１０３で得
られる画像は合焦位置でのものとなる。

【００３５】このように、撮影用撮像素子１０３での第
１の領域１０７の合焦評価値ｃと第２の領域１０８の合
焦評価値ｄとの比が等しいあるいは等しいと見なせるよ
うな場合、あるいはＡＦ用撮像素子１０２の合焦評価値
ａ，ｂのみで判定処理を行う場合には、補正手段が不要
となり、判定手段による減算のみで焦点位置の移動方向
が決定できるので、判定に要する時間をさらに小さくす
ることができる。その結果、他の評価法と組み合わせた
場合であっても、１枚の画像（あるいは１フレーム分の
画像）の取得から焦点位置移動までの要する時間を小さ
くすることができる。

【００３６】ただし、以上説明したオートフォーカス装
置を備えるテレビカメラやビデオカメラ等の動画を撮影
するための撮像装置、及びデジタルカメラ等の静止画を
撮影するための撮像装置では、図１に示すようにＡＦ用
撮像素子１０２と撮影用撮像素子１０３とを同一のレン
ズ１０１の光軸１０６上の同じ位置に配置することは困
難となるので、実際の撮像素子の配置では後述するよう
に、ＡＦ用と撮影用とのそれぞれの撮像素子の数に対応
して２組（あるいはそれ以上）の撮影レンズを用いる、
あるいは１組の撮影レンズに入射した光の光路を途中で
分離し、ＡＦ用と撮影用とのそれぞれの撮像素子に入射
する必要がある。

【００３７】図３は本実施の形態のオートフォーカス装
置におけるＡＦ用撮像素子と撮影用撮像素子との配置の
一例を説明するための図である。特に、図３の（ａ）は
複数個のレンズを用いてＡＦ用撮像素子と撮影用撮像素
子とを配置したオートフォーカス装置の概略構成を説明
するための図であり、図３の（ｂ）はレンズの後ろで光
路を分離してＡＦ用撮像素子と撮影用撮像素子とを配置
したオートフォーカス装置の概略構成を説明するための
図である。

【００３８】図３の（ａ）に示すオートフォーカス装置
では、図示しない被写体の空間的情報を撮影用撮像素子
１０３に再生する撮影用レンズ３０１と、被写体の空間
的情報をＡＦ用撮像素子１０２に再生するオートフォー
カス用レンズ３０２とがそれぞれ別々に設けられた構成
となっている。すなわち、撮影用レンズ３０１と撮影用
撮像素子１０３とからなる撮影用のカメラ部と、オート
フォーカス用レンズ３０２とＡＦ用撮像素子１０２とか
らなるオートフォーカス用のカメラ部とがそれぞれ別々
に構成されるオートフォーカス装置を備えるテレビカメ
ラとなっている。

【００３９】この構成では、撮影用レンズ３０１とオー
トフォーカス用レンズ３０２との焦点移動は連動し、オ
ートフォーカス用レンズ３０２の焦点位置がこのレンズ
３０２の合焦位置に移動された場合には、撮影用レンズ
３０１の焦点位置もこのレンズ３０１の合焦位置となる
ように、撮影用レンズ３０１とオートフォーカス用レン
ズ３０２との特性が設定されると共に、それぞれのレン
ズに対応する撮影用撮像素子１０３とＡＦ用撮像素子１
０２とが配置されている。

【００４０】図３の（ｂ）に示すオートフォーカス装置
では、テレビカメラの光学系を形成する撮影用レンズ３
０１と撮影用撮像素子１０３との間に配置した半透過ミ
ラー３０３によって、撮影用レンズ３０１から出射され
た光線（像）の光路を分離し、分離された一方の光線を
撮影用撮像素子１０３に入射させ、他方の光線をＡＦ用
撮像素子１０２に入射させる構成となっている。すなわ
ち、比較的大きくまたその重量も重い光学系を１系統と
するオートフォーカス装置を備えるテレビカメラとなっ
ている。

【００４１】この構成では、例えば半透過ミラー３０３
で反射されてＡＦ用撮像素子１０２の入射面に至る距離
が、半透過ミラー３０３を透過して撮影用撮像素子１０
３の入射面までに至る距離と等しくなるように、ＡＦ用
撮像素子１０２と撮影用撮像素子１０３とが配置され
る。

【００４２】また、ＡＦ用撮像素子１０２に再生される
被写体の空間的情報すなわち画像と、撮影用撮像素子１
０３に再生される被写体の空間的情報すなわち画像とで
は、天地が逆転して再生されることとなる。従って、本
実施の形態では、例えば被写体の空間的情報の上部がＡ
Ｆ用撮像素子１０２及び撮影用撮像素子１０３での読み
出し開始位置となるように、撮影用撮像素子１０３とＡ
Ｆ用撮像素子１０２とが配置される。

【００４３】なお、以上に説明した撮影用撮像素子１０
３とＡＦ用撮像素子１０２とのずれ、すなわち光軸を回
転中心とした回転方向のずれ及び各撮像素子１０２，１
０３の撮像面と平行な方向に対するずれに対しては、周
知の画像補正等に修正可能であることはいうまでもな
い。

【００４４】図４は本実施の形態のオートフォーカス装
置における合焦評価値の検出範囲を説明するための図で
ある。ただし、図４の（ａ）はオートフォーカス用撮像
素子及び撮影用撮像素子の位置関係を説明するための図
（側面図）であり、図４の（ｂ）はオートフォーカス用
撮像素子及び撮影用撮像素子における合焦評価の検出可
能領域を説明するための図（正面図）である。

【００４５】図４において、ｄｎは合焦位置からの近被
写体側焦点深度、ｄｆは遠被写体側焦点深度を示す。ま
た、以下の説明では、レンズのＦ値、焦点距離、及び被
写体距離で定まる錯乱円が撮像素子の画像サイズと同等
になる位置を焦点深度とする。

【００４６】図４の（ａ）に示すように、ＡＦ用撮像素
子１０２と撮影用撮像素子１０３とがなす角度をαとし
た場合、焦点深度の内側においては、画像の高域成分の
差がないために、合焦評価値は得られないこととなる。
従って、合焦評価値が検出可能となる範囲は、ＡＦ用撮
像素子１０２と撮影用撮像素子１０３との交点位置から
それぞれ焦点深度以上離間した領域となる。第１の領域
１０７における焦点深度は、Ｌｎ＝ｄｎ／ｔａｎαとな
るので、図４の（ｂ）に示す撮像素子１０２，１０３の
交点位置から焦点深度Ｌｎまでの領域４０１を除く領域
４０２が、第１の領域１０７における合焦評価値の検出
範囲となる。同様に、第２の領域１０８における焦点深
度は、Ｌｆ＝ｄｆ／ｔａｎαとなるので、図４の（ｂ）
に示す撮像素子１０２，１０３の交点位置から焦点深度
Ｌｆまでの領域４０３を除く領域４０４が、第２の領域
１０８における合焦評価値の検出範囲となる。

【００４７】以上説明したように、本実施の形態のオー
トフォーカス装置を用いた撮像装置では、被写体の撮像
された光学像を映像信号に変換する撮像素子の内で、Ａ
Ｆ用撮像素子１０２を入射光すなわちレンズ１０１の光
軸１０６に対して傾斜して配置する。特に、光軸１０６
に直交する直交面と平行に配置される撮影用撮像素子１
０３に対して、ＡＦ用撮像素子１０２を傾斜して配置す
ることによって、ＡＦ用撮像素子１０２の入力面と光軸
１０６とが交差する位置における直交面と、ＡＦ用撮像
素子１０６との交線を境界として、ＡＦ用撮像素子１０
６の各画素は２つの領域（第１の領域１０７と第２の領
域１０８とからなる分割画素領域）の何れかに分割され
る。このとき、ＡＦ用撮像素子１０６の下端部がレンズ
１０１に近くなるような傾斜の場合には、ＡＦ用撮像素
子１０２の第１の領域１０７がレンズ１０１に近くな
り、第２の領域１０８はレンズ１０１から遠くなる。な
お、ＡＦ用撮像素子１０２の傾斜方向が逆の場合には、
第１及び第２の領域１０７，１０８とレンズ１０１との
関係も逆となることはいうまでもない。

【００４８】従って、ＡＦ用撮像素子１０２で１フレー
ム分の被写体像を撮像した場合であっても、ＡＦ用撮像
素子１０２の入力面と光軸１０６とが交差する位置を中
心として、第１の領域１０７では微小な量で焦点位置を
レンズ１０１側に移動させた場合と同じ効果の画像が得
られ、第２の領域では微小な量で焦点位置をレンズ１０
１から遠い側に移動させた場合と同じ効果の画像が得ら
れる。その結果、合焦位置に焦点位置がある場合であっ
ても、レンズ１０１の焦点位置を移動させることなく異
なる２つの焦点位置での画像を得ることができるので、
撮影用撮像素子１０３では焦点位置を維持することがで
き、オートフォーカス制御に伴う合焦位置からの焦点位
置の移動を防止できる。また、１回の撮像で異なる２つ
の焦点位置での画像を得ることができるので、動きのあ
る被写体であっても合焦位置に焦点位置を速やかに設定
することができる。

【００４９】なお、本実施の形態では、撮影用撮像素子
１０３とＡＦ用撮像素子１０２とからの映像信号の読み
出しは、同じ期間で読み出すように制御することによっ
て、フォーカスのために要する演算の時間を短縮する構
成としたが、これに限定されることはなく、撮影用撮像
素子１０３からの映像信号の読み出しに続いてＡＦ用撮
像素子１０２からの映像信号を読み出すような構成、あ
るいはその逆の順番で映像信号を読み出す構成としても
よく、このような構成とすることによって、前述する効
果に加えて、合焦判定手段１０４を構成するＨＰＦ、絶
対値演算手段、補正手段、及び加算手段を、撮影用撮像
素子１０３とＡＦ用撮像素子とで共用することができる
ので、合焦判定手段１０４をハードで構成する場合には
回路規模を低減させることが可能となる。一方、合焦判
定手段１０４をマイコン等の周知の情報処理装置上で動
作するプログラムによって実現する場合では、情報処理
装置にかかる負担を低減できるので、情報処理装置に比
較的に安価なものを使用できる。

【００５０】また、本実施の形態では、ＡＦ用撮像素子
１０２と撮影用撮像素子１０３とを同じサイズ及び同じ
画像ピッチの撮像素子を使用する場合について説明した
が、これに限定されることはなく、例えば画像出力の品
質に影響しないＡＦ用撮像素子１０２に、撮影用撮像素
子１０３と画素数は同じであり画素ピッチが小さい撮像
素子を使用することによって、ＡＦ用撮像素子１０２と
ＡＦ用撮像素子１０２に係わる光学系を小型化すること
が可能となるので、オートフォーカス装置を小型化する
ことができる。また、小型のＡＦ用撮像素子１０２及び
光学系を使用することによって、製造コストを低減させ
ることができる。さらには、異なる大きさの入射面積の
撮像素子を用いてもよいことはいうまでもない。例え
ば、撮像用素子１０３の撮像領域よりも小さいフォーカ
ス領域が予め設定されている場合には、このフォーカス
領域の画像を撮像するに十分な撮像領域を有するＡＦ用
撮像素子１０３を用いることによって、ＡＦ用撮像素子
１０２のみならずＡＦ用撮像素子１０２に係わる光学系
も小型化することが可能となるので、オートフォーカス
装置を小型化することができる。また、小型のＡＦ用撮
像素子１０２及び光学系を使用することによって、製造
コストを低減させることができる。

【００５１】また、本実施の形態では、ＡＦ用撮像素子
１０２を傾斜させることによって、撮影用撮像素子１０
３に対して、焦点位置を微小距離でレンズ１０１の側に
移動させた画像と、焦点位置を微小距離でレンズ１０１
から遠ざけた位置に移動させた画像とを撮像する構成と
したが、これに限定されることはなく、第１の領域１０
７と第２の領域１０８とをそれぞれ撮像領域とする２個
あるいはそれ以上の撮像素子を設ける構成としても前述
する効果を得られることはいうまでもない。

【００５２】さらには、本実施の形態では、レンズ駆動
手段１０５は、合焦判定手段１０４から出力される駆動
方向判定に基づいて、レンズ１０１の焦点機構を駆動し
焦点位置を予め設定された量だけ移動させる構成とした
が、これに限定されることはない。例えば、合焦判定手
段１０４に第１及び第２の領域１０７，１０８の合焦評
価値の差を演算する手段を設けると共に、第１及び第２
の領域１０７，１０８の合焦評価値の差に応じたレンズ
１０１の移動量を格納する移動量格納手段を設け、焦点
機構が合焦判定手段１０４からの合焦評価値の差に基づ
いて、移動量格納手段から合焦評価値の差に対応する移
動量を検索し、この検索された移動量と合焦判定手段１
０４からの移動方向でレンズ１０１を移動させることに
よって、レンズ１０１の焦点移動を精度良く、また効率
的に行うことができるので、合焦までに要する時間を短
縮し効率的な合焦動作を実現できる。ただし、第１及び
第２の領域１０７，１０８の合焦評価値の差に応じたレ
ンズ１０１の移動量は、合焦評価値が得られる毎に演算
してもよいことはいうまでもない。さらには、レンズ１
０１のＦ値や焦点距離や被写体距離等も勘案してレンズ
１０１の移動量を算出することによって、レンズ１０１
の焦点移動をさらに精度良く、さらに効率的に行うこと
ができ、合焦までに要する時間をさらに短縮した効率的
な合焦動作を実現できる。

【００５３】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。 （１）ＡＦ用撮像素子は入射光の光軸に直交する直交面
に対して傾斜して配置されているので、１個の撮像素子
で、焦点位置を微小な量で移動させた場合の画像を１回
の撮像で得ることができる。その結果、合焦位置に焦点
位置がある場合あっても、その焦点位置を移動させるこ
となくオートフォーカス動作を行うことができる。 （２）ＡＦ用撮像素子が１個のみという簡易な構成でオ
ートフォーカス動作を行うことができるので、オートフ
ォーカス装置の構成を簡単化することが可能となる。そ
の結果、装置を小型化及び低コスト化できる。 （３）オートフォーカス制御に従来の山登り法を用いた
場合であっても、１個所の焦点位置での画像に基づいた
オートフォーカス動作を行うことができる。 （４）１枚の画像からオートフォーカス動作を行うこと
ができるので、オートフォーカス動作に係わる処理を時
間的なロスなく行うことができる。その結果、動いてい
る被写体であっても、速やかに合焦位置に焦点位置を移
動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるオートフォーカス
装置の概略構成を説明するための図である。

【図２】本実施の形態のオートフォーカス装置における
合焦動作を説明するための図である。

【図３】本実施の形態のオートフォーカス装置における
ＡＦ用撮像素子と撮影用撮像素子との配置の一例を説明
するための図である。

【図４】本実施の形態のオートフォーカス装置における
合焦評価値の検出範囲を説明するための図である。

【符号の説明】

１０１…レンズ １０２…オート
フォーカス用撮像素子 １０３…撮影用撮像素子 １０４…合焦判
定手段 １０５…レンズ駆動手段 １０６…光軸 １０７…第１の領域 １０８…第２の
領域 ３０１…撮影用レンズ ３０２…オート
フォーカス用レンズ ３０３…半透過ミラー ４０１…第１の
領域での焦点深度領域 ４０２，４０４…合焦評価値の検出可能範囲 ４０３…第３の領域での焦点深度領域

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H011 AA03 BA33 BA38 BB02 BB04 CA28 2H051 AA08 BA45 BA47 BA53 CB22 CB27 CD01 CD30 CE14 DA05 FA48 5C022 AB27 AC54 AC74

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像された被写体の光学像を映像信号に
   変換する撮像素子と、前記撮像素子で得られる映像信号
   に基づいて、前記撮像素子に結像する前記被写体の光学
   像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価値算出手段
   と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点位置を調整
   し、前記撮像素子に前記被写体の光学像を結像する焦点
   調整手段とを有するオートフォーカス装置において、前
   記撮像素子は入射光の光軸に直交する直交面に対して傾
   斜して配置され、前記評価値算出手段は前記直交面と前
   記撮像素子との交線を境界として分割される分割画素領
   域毎の合焦評価値を算出する評価値算出手段を備え、前
   記焦点調整手段は前記分割画素領域毎の合焦評価値を比
   較する比較手段を備えたことを特徴とするオートフォー
   カス装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のオートフォーカス装置
   において、前記被写体の光学像を映像信号に変換する撮
   影用撮像素子を備え、前記評価値算出手段は前記撮影用
   撮像素子の画素領域を前記撮像素子の分割画素領域に対
   応する領域に分割し、前記撮影用撮像手段の分割画素領
   域毎に合焦評価値を算出する手段と、前記撮影用撮像素
   子から算出された前記分割画素領域毎の合焦評価値に基
   づいて前記撮像素子の前記分割画素領域毎の合焦評価値
   を補正する補正手段とを備え、前記焦点調整手段は前記
   補正された撮像素子の合焦評価値に基づいて、前記レン
   ズの焦点位置を調整することを特徴とするオートフォー
   カス装置。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは２に記載のオートフォ
   ーカス装置において、前記直交面と前記当該撮像素子と
   の交線で分割される分割領域にそれぞれ撮像素子が配置
   されることを特徴とするオートフォーカス装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のオートフォーカス装置
   において、前記分割領域に配置される撮像素子は、それ
   ぞれ前記光軸に対して撮像面が垂直に配置されると共
   に、それぞれの撮像素子に結像される光学像の合焦位置
   が異なるように配置されることを特徴とするオートフォ
   ーカス装置。
5. 【請求項５】 撮像された被写体の光学像を映像信号に
   変換するオートフォーカス用撮像素子と、前記オートフ
   ォーカス用撮像素子で得られる映像信号に基づいて、前
   記オートフォーカス用撮像素子に結像する前記被写体の
   光学像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価値算出
   手段と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点位置を
   調整し、撮影用撮像素子に前記被写体の光学像を結像す
   る焦点調整手段とからなるオートフォーカス装置を有す
   る撮像装置において、 前記オートフォーカス用撮像素子は入射光の光軸に直交
   する直交面に対して傾斜して配置され、前記評価値算出
   手段は前記直交面と前記オートフォーカス用撮像素子と
   の交線を境界として分割される分割画素領域毎の合焦評
   価値を算出する手段とを備え、前記焦点調整手段は前記
   分割画素領域毎の合焦評価値を比較する比較手段を備え
   たことを特徴とする撮像装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の撮像装置において、前
   記評価値算出手段は前記撮影用撮像素子の画素領域を前
   記オートフォーカス用撮像素子の分割画素領域に対応す
   る領域に分割し、前記撮影用撮像手段の分割画素領域毎
   に合焦評価値を算出する手段と、前記撮影用撮像素子か
   ら算出された前記分割画素領域毎の合焦評価値に基づい
   て前記オートフォーカス用撮像素子の前記分割画素領域
   毎の合焦評価値を補正する補正手段とを備え、前記焦点
   調整手段は前記補正されたオートフォーカス用撮像素子
   の合焦評価値に基づいて、前記レンズの焦点位置を調整
   することを特徴とする撮像装置。