JP5089154B2 - オートフォーカスシステム - Google Patents

Description

本発明はオートフォーカスシステムに係り、特にオートフォーカス（ＡＦ）用に専用の撮像素子を備え、該撮像素子により取り込まれた被写体画像のコントラストにより撮影光学系のフォーカスを自動調整するオートフォーカスシステムに関する。

テレビカメラ等のビデオカメラで採用されるオートフォーカス（ＡＦ）は、撮像素子により得られた映像信号から被写体画像のコントラストを検出し、そのコントラストが最大（極大）となるようにフォーカスを制御するコントラスト方式が一般的である。被写体画像のコントラストは、例えば、撮像素子により得られた映像信号（輝度信号）から高域周波数成分を抽出し、その高域周波数成分の信号を１フィールド分ずつ積算した積算値によって定量的に検出される。尚、その積算値は、被写体画像のコントラストの高さを示すと共に、合焦の程度を示す値であり、本明細書では焦点評価値というものとする。

また、上記のようにＡＦ用の被写体画像を取得するためのＡＦ専用の撮像素子（以下、ＡＦ用撮像素子という）がビデオカメラとしての本来の映像を撮像するための撮像素子（以下、映像用撮像素子という）とは別に設けることが提案されている。例えば、映像用撮像素子に被写体像を結像させる撮影光学系にハーフミラー等の光分割手段が配置され、撮影光学系に入射した被写体光が２つの光路に分岐される。一方の光路（映像用光路）に分岐された被写体光は、映像用撮像素子に入射し、映像用撮像素子の撮像面に被写体像を結像する。他方の光路（ＡＦ用光路）には、ＡＦ用撮像素子が配置されており、ＡＦ用光路に分岐された被写体光がＡＦ用撮像素子に入射し、ＡＦ用撮像素子の撮像面に被写体像を結像する。ＡＦ用光路に配置される光学系は、ＡＦ用撮像素子に結像される被写体像と映像用撮像素子に結像される被写体像とが同等の被写体像となるように構成されており、ＡＦ用撮像素子によって得られた被写体画像のコントラストが最も高くなるように撮影光学系のフォーカスを調整することによって、映像用撮像素子に対する光学系のフォーカスの調整が適切に行われるようになっている。

このようなＡＦ用撮像素子を備えたオートフォーカスシステムにおいて、ＡＦ用撮像素子に対する露光量の調整（光量調整は）、映像用撮像素子の光量調整にも共通に使用される機械的な絞りと、電子シャッタ機能とで行われている。機械的な絞りは、映像用撮像素子の光量調整が適切となるように調整されるが、電子シャッタによる光量調整は、ＡＦ用撮像素子での露光量が適切となるように映像用撮像素子とは独立して行われる。

ところで、上記のようにＡＦ専用のＡＦ用撮像素子によって得られる被写体画像（映像）は、映像用撮像素子によって得られる被写体画像（映像）のように記録又は再生用として使用されるものではないため、ＡＦ用撮像素子により被写体画像（映像）を取り込む際のフレームレート（画像取込周期）を自由に設定することが可能である。一方、ＡＦ用撮像素子のフレームレートを高くすると（画像取込周期を短くすると）、被写体画像のコントラスト、即ち、焦点評価値の検出周期を短くすることができる。焦点評価値の検出周期を短くすると、被写体追従性の良いＡＦが可能となる。従って、ＡＦ用撮像素子のフレームレートをできるだけ高く設定すると好適である。

特許文献１には、静止画の撮影においてシャッタボタンが半押しされたときのＡＦ用の被写体画像の取込みを、シャッタボタンが全押しされたときの本撮影用の被写体画像の取込み時よりも高いフレームレートで行うことが提案されている。
特開２００４−２１２４５８号公報

しかしながら、特許文献１ではＡＦ用の被写体画像の取込みを連続的に行う場合のフレームレートの変更に関する提案はなく、移動する被写体に対するＡＦの追従性を向上させるものではない。

また、電子シャッタ速度（露光時間）は、被写体の明るさ等によって変化し、その電子シャッタ速度よりもＡＦ用撮像素子のフレームレートを速くすることはできない。従って、ＡＦ用撮像素子のフレームレートを高速の状態で一定に設定しておくことはできず、電子シャッタ速度が遅い場合を想定して設定しておく必要がある。そのため、ＡＦ用撮像素子のフレームレートを単純に高速化することができない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＡＦ専用のＡＦ用撮像素子を有するオートフォーカスシステムにおいて、移動する被写体に対して追従性のよいＡＦを可能にするオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のオートフォーカスシステムは、被写体の像を結像する撮影光学系と、前記撮影光学系により結像された像を記録又は再生用の被写体画像として取り込む映像用撮像素子と、前記映像用撮像素子に対する前記撮影光学系のピント状態を自動で合焦状態に設定するオートフォーカスに使用する被写体情報として被写体画像を順次取り込むための撮像素子であって、前記映像用撮像素子と異なるＡＦ用撮像素子と、前記ＡＦ用撮像素子により取り込まれた被写体画像に基づいて前記撮影光学系のピント状態が合焦状態となるように前記撮影光学系のフォーカスを自動調整するオートフォーカス手段と、前記ＡＦ用撮像素子により各コマの被写体画像を撮像する際の露光時間を適切な露光量となるように調整する露光時間調整手段と、前記露光時間調整手段により調整される露光時間に応じて、前記ＡＦ用撮像素子により順次各コマの画像を周期的に取り込む際の画像取込周期を、前記露光時間より短くならない範囲で変更する画像取込周期変更手段と、を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、被写体情報としてＡＦ用撮像素子から順次取り込む際の画像取込周期を露光時間に応じて変更するようにしたため、露光時間より短くならない範囲で画像取込周期を適宜短縮することができる。従って、ＡＦ用撮像素子のフレームレートを電子シャッタ速度に制限を加えない範囲で高速化することができ、移動する被写体に対するＡＦの追従性を向上させることができる。

請求項２に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載の発明において、前記オートフォーカス手段は、前記ＡＦ用撮像素子により取り込まれた被写体画像のコントラストを検出するコントラスト検出手段を備え、該コントラスト検出手段により検出した被写体画像のコントラストに基づいて前記撮影光学系のピント状態が合焦状態となるように前記撮影光学系のフォーカスを自動調整することを特徴としている。

本発明は、オートフォーカスの方式としてコントラスト方式を採用した態様を示し、ＡＦ用撮像素子から得られた被写体画像のコントラストを検出する手段を備えた態様を示している。

請求項３に記載のオートフォーカスシステムは、請求項２に記載の発明において、前記露光時間調整手段は、適切な露光量の場合であっても前記コントラスト検出手段により検出された被写体画像のコントラストの高さを示す値が所定値以上の場合には露光時間を短縮する処理を行うことを特徴としている。

本発明は、ＡＦ用撮像素子の露光量が適切であって検出された被写体画像のコントラストが十分に高い場合には、露光量を低減することが可能であり、それによって、露光時間を短くしてＡＦの追従性を更に向上させるようにした発明である。

請求項４に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１、２、又は、３に記載の発明において、前記ＡＦ用撮像素子における画像取込周期を所望の値に設定する画像取込周期設定手段を備え、前記ＡＦ用撮像素子における画像取込周期を、前記画像取込周期設定手段と前記画像取込周期変更手段とのうちのいずれによって設定するかを選択する選択手段を備えたことを特徴としている。

本発明は、露光時間に応じて画像取込周期を変更する請求項１、２、又は、３の態様と、露光時間に関係なく画像取込周期を所望の値に設定（固定）できるようにした態様とを切替可能にした発明である。

本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、ＡＦ専用のＡＦ用撮像素子を有するオートフォーカスシステムにおいて、移動する被写体に対して追従性のよいＡＦが可能となる。

以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムを実施するための最良の形態について詳説する。

図１は、本発明に係るオートフォーカスシステムにおける光学系の構成を示した図である。同図には、例えば、テレビ放送用のカメラ（カメラ本体）１２とカメラ１２に装着されるレンズ装置１０の各々において構成される光学系が示されており、レンズ装置１０の光学系（撮影レンズ）には、本線光路の光軸Ｏに沿って前段側からフォーカスレンズ群ＦＬ、ズームレンズ群ＺＬ、絞りＩ、マスターレンズ群ＭＬ等が配置されている。フォーカスレンズ群ＦＬやズームレンズ群ＺＬは光軸Ｏに沿って前後移動可能に配置されており、フォーカスレンズ群ＦＬの位置を調整することによってフォーカス調整（撮影距離（被写体距離）の調整）が行われ、ズームレンズ群ＺＬの位置を調整することによってズーム調整（焦点距離の調整）が行われる。また、絞りＩの開口量を調整することによって光量調整が行われる。撮影レンズに入射してこれらのレンズ群等を通過した被写体光は、カメラ１２の光学系に入射する。

カメラ１２の光学系には簡略して示した３色分解光学系１４が配置されており、この３色分解光学系１４によって被写体光がＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の波長ごとに分解されてそれぞれＲ、Ｇ、Ｂごとの撮像素子（ＣＣＤ等の固体撮像素子）の撮像面に入射する。尚、Ｒ、Ｇ、Ｂごとの撮像素子を同図に示すように１つの撮像素子Ｐで表すものとする。カメラ１２に配置された撮像素子Ｐによって撮像された被写体画像は、カメラ１２内の所定の信号処理回路によって記録又は再生用の映像信号に成形される。尚、カメラ１２に配置されている撮像素子を映像用撮像素子というものとする。

また、上記レンズ装置１０の光学系において絞りＩとマスターレンズ群ＭＬとの間には光軸Ｏに対して略４５度に傾斜した角度でハーフミラーＭ１（ビームスプリッタ）が配置されている。これによって、フォーカスレンズ群ＦＬ、ズームレンズ群ＺＬ、絞りＩを通過してハーフミラーＭ１に入射した被写体光が、ハーフミラーＭ１を透過する被写体光とハーフミラーＭ１で反射する被写体光とに分割されるようになっている。

ハーフミラーＭ１を透過した被写体光は上述のように本線光路の光軸Ｏに沿ってカメラ１２へと導かれ、映像用撮像素子Ｐの撮像面に被写体像を結像する。

一方、ハーフミラーＭ１で反射した被写体光は、ＡＦ用被写体光として光軸Ｏに対して略直交する光軸Ｏ’のＡＦ用光路に導かれる。ＡＦ用光路には、ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬ、プリズムＭ２、ＡＦ用撮像素子１６が配置されている。

ハーフミラーＭ１で反射して本線光路からＡＦ用光路に分岐されたＡＦ用被写体光は、上記マスターレンズ群ＭＬと同様に結像作用のあるＡＦマスターレンズ群ＡＭＬを通過し、プリズムＭ２によって直角に反射された後、ＡＦ用の映像信号を取得するためのＡＦ用撮像素子１６の撮像面に被写体像を結像する。

ＡＦ用撮像素子１６は、ＡＦ専用に設けられた撮像素子（ＣＣＤ等の固体撮像素子）であり、ＡＦ用被写体光によって撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換してＡＦ用の映像信号を出力する。ＡＦ用撮像素子１６の撮像面は、カメラ１２の映像用撮像素子Ｐの撮像面と光学的に等価な距離に配置されており、映像用撮像素子Ｐによって撮像される被写体画像と実質的に等価な被写体画像（合焦している被写体が一致している被写体画像）がＡＦ用撮像素子１６によって撮像されるようになっている。

図２は、上記レンズ装置１０の光学系を制御すると共に、本発明に係るオートフォーカスシステムが構築される制御部の構成を示したブロック図である。同図において、図１に示したフォーカスレンズ群ＦＬ、ズームレンズ群ＺＬ、絞りＩ、ＡＦマスターレンズＡＭＬが示されており、それぞれ対応するフォーカス用モータＦＭ、ズーム用モータＺＭ、絞り用モータＩＭ、ＡＦマスター用モータＭＭによって駆動されるようになっている。各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭ、ＭＭは、それぞれＣＰＵ２６からＤ／Ａ変換器２８を介して与えられる駆動信号に従ってそれぞれフォーカス用アンプＦＡ、ズーム用アンプＺＡ、絞り用アンプＩＡ、ＡＦマスター用アンプＭＡによって駆動される。

また、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭ、ＭＭにはそれらの回転位置を検出するポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰ、ＭＰが設置され、各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰ、ＭＰの出力信号がＡ／Ｄ変換器２４を介してＣＰＵ２６に与えられるようになっている。ＣＰＵ２６は各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰ、ＭＰの出力信号によってフォーカスレンズ群ＦＬ、ズームレンズ群ＺＬ、絞りＩ、ＡＦ用マスターレンズ群ＡＭＬの現在位置の情報を取得することができるようになっている。

同図のシステムでは、コントローラとしてフォーカスデマンド２０とズームデマンド２２が接続されている。フォーカスデマンド２０やズームデマンド２２には操作者によってマニュアル操作される操作部材が設けられており、それらの操作部材の操作に基づいてフォーカスデマンド２０やズームデマンド２２からフォーカスレンズ群ＦＬやズームレンズ群ＺＬの目標位置や目標速度を指令する指令信号がＡ／Ｄ変換器２４を介してＣＰＵ２６に与えられるようになっている。

フォーカスレンズ群ＦＬの制御（フォーカス制御）は、所定箇所（レンズ装置１０の本体やフォーカスデマンド２０等）に設置されたＡＦスイッチＳ１の操作によってマニュアルフォーカス（ＭＦ）の制御とオートフォーカス（ＡＦ）の制御とで切り替えられるようになっている。ＣＰＵ２６にはそのＡＦスイッチＳ１のオン／オフ状態を示す信号が与えられており、ＣＰＵ２６は後述のようにＡＦスイッチＳ１のオン／オフ状態に基づいてＭＦとＡＦの制御とを切り替えている。

ＭＦの制御時の場合、ＣＰＵ２６は、フォーカスデマンド２０から与えられた指令信号に基づいてフォーカスレンズ群ＦＬを制御する。例えば、ＣＰＵ２６は、フォーカスデマンド２０から与えられた指令信号が指令する目標位置又は目標速度となるようにフォーカス用モータＦＭを駆動するための駆動信号をフォーカス用アンプＦＡに出力する。

一方、ＡＦの制御時の場合、ＣＰＵ２６は、詳細を後述するように焦点評価値検出部４０から与えられる焦点評価値情報に基づいてフォーカスレンズ群ＦＬを制御する。

ズームレンズ群ＺＬの制御（ズーム制御）は、ズームデマンド２２から与えられる指令信号に基づいて制御され、ＣＰＵ２６は、ズームデマンド２２から与えられた指令信号が指令する目標位置又は目標速度となるようにズーム用モータＺＭを駆動するための駆動信号をズーム用アンプＺＡに出力する。

絞りＩの制御（絞り制御）は、図１に示したカメラ１２から与えられる指令信号に基づいて制御され、ＣＰＵ２６は、その指令信号が指令する設定位置（絞り値）となるように絞り用モータＩＭを駆動するための駆動信号を絞り用アンプＩＡに出力する。

ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬは、ＡＦ制御時にＣＰＵ２６によって制御される。ＣＰＵ２６は、ＡＦマスター用モータＭＭを駆動するための駆動信号をＡＦマスター用アンプＭＡに出力し、例えばＡＦマスターレンズ群ＡＭＬにワブリングの動作を行わせる。ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬによるワブリングの動作は、ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬを光軸Ｏ’に沿って微小に前後移動させることによって撮影レンズのフォーカスを至近側と無限遠側に微小に変化させるのと同様の効果を得るもので、ＡＦ制御時において、合焦状態か否か、または、合焦方向を検出するために行われる。

図２に示す焦点評価値検出部４０は、図１に示したＡＦ用撮像素子１６から得られる映像信号（輝度信号）に基づいて被写体画像のコントラストの高さ（鮮鋭度）、即ち、合焦の程度を評価する焦点評価値を検出する処理部である。ＡＦ制御時においてＣＰＵ２６は、焦点評価値検出部４０から取得される焦点評価値が最大（極大）となるようにフォーカスレンズ群ＦＬを制御することによって撮影レンズを合焦状態に設定する。

続いて、ＡＦ制御時におけるＣＰＵ２６等での処理に関して詳説する。

図３は、焦点評価値検出処理に関する構成を示した図である。同図に示すように上記焦点評価値検出部４０は、Ａ／Ｄ変換器５０、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５２、ゲート回路５４、加算回路５６、ＣＰＵ５８等から構成されている。尚、ＣＰＵ５８をＣＰＵ２６と区別するためにＡＦ用ＣＰＵ５８と称す。ＡＦ用撮像素子１６は、例えば白黒の被写体画像を撮像する撮像素子であり、ＡＦ用撮像素子１６により撮像された白黒の被写体画像を示す映像信号（輝度信号）が焦点評価値検出部４０に入力される。

焦点評価値検出部４０に入力された映像信号は、まず、Ａ／Ｄ変換器５０に入力され、Ａ／Ｄ変換器５０によりデジタル信号に変換される。デジタル化された映像信号は、続いてＨＰＦ５２に入力され、高域周波数成分の映像信号のみが抽出される。

次に、ＨＰＦ５２から出力された高域周波数成分の映像信号は、ゲート回路５４に入力される。ゲート回路５４に入力された映像信号は、撮影範囲（画面）内に設定された所定のＡＦエリア（例えば、画面中央部の矩形状のエリア）内のみの信号を抽出される。そして、そのＡＦエリア内の映像信号が加算回路５６に入力される。加算回路５６では、入力された映像信号が１コマ分（１フレーム）ずつ積算され、その積算値が加算回路５６から出力される。加算回路５６から出力される積算値はＡＦエリア内の被写体画像のコントラストの大きさを示す焦点評価値としてＣＰＵ５８に各フレームごとに読み取られる。焦点評価値検出部４０のＡＦ用ＣＰＵ５８は、レンズ装置全体を制御する図２のＣＰＵ２６との間で各種データの送受信を行うことができるようになっており、上記のようにして取得した焦点評価値をＣＰＵ２６からの要求に従ってＣＰＵ２６に送信する。尚、映像信号から焦点評価値を検出する方法は周知であり、本実施の形態以外の方法を用いてもよい。

ＣＰＵ２６は、次のような処理によりＡＦ制御を実行する。ＡＦ制御時においてＣＰＵ２６は、ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬをワブリングし、ワブリング中の各位置において焦点評価値検出部４０から焦点評価値を読み込む。そして、ワブリング時に読み込んだ各位置での焦点評価値に基づいて合焦しているか否かを判定する。合焦しているか否かの判定は、例えば、各位置での焦点評価値が所定値以上で略一定値とみなせる値となったか否かの判定等によって行うことができる。合焦していないと判定した場合には、ワブリング時に読み込んだ各位置での焦点評価値に基づいて、ピント方向（合焦方向）を検出し、その方向にフォーカスレンズ群ＦＬを所定の速度又は所定量移動させる。合焦していると判定した場合には、フォーカスレンズ群ＦＬの移動を停止させる。以上の処理を繰り返すことによって、ＡＦスイッチＳ１がオンされている間、ＡＦ制御の処理が実行され、撮影レンズのピント状態が合焦状態となるように撮影レンズのフォーカスが自動調整される。

次いで、ＡＦ用撮像素子１６の光量調整（露光調整）に関する処理について説明する。図３において、ＡＦ用撮像素子１６を駆動するための駆動回路６０や輝度レベル検出回路６２が設けられている。駆動回路６０は、ＡＦ用撮像素子１６に垂直転送パルス、水平転送パルス、電荷掃き捨てパルス等の各種駆動パルスを与え、ＡＦ用撮像素子１６の電子シャッタ速度、フレームレート等をＣＰＵ２６からの指示に従って変更する。

輝度レベル検出回路６２は、ＡＦ用撮像素子１６から出力される映像信号に基づいてＡＦ用撮像素子１６から取り込まれる各コマの被写体画像の輝度レベルを検出する回路である。

ＣＰＵ２６は、輝度レベル検出回路６２により検出された輝度レベルを読み込み、その輝度レベルが最適となるように、即ち、被写体画像の明るさが最適となるように上記駆動回路６０を介してＡＦ用撮像素子１６の電子シャッタ速度及びフレームレート（単位時間当たりに取り込むフレーム画像の数）を制御し、ＡＦ用撮像素子１６により撮像する被写体像の光量調整を行う。尚、電子シャッタ速度は、被写体画像を撮像する際のＡＦ用撮像素子１６の露光時間（電荷蓄積時間）に対応して求められる値であり、フレームレートは、ＡＦ用撮像素子１６から単位時間当たりに取り込む画像の数を表し、各コマ（各フレーム）の画像を周期的に取り込む際の画像取込周期に対応して求められる値である。

ここで、ＡＦ用撮像素子１６の光量調整に関して、本実施の形態では、電子シャッタ速度を変更するだけでなく、フレームレートも変更し、光量不足とならない範囲でフレームレートを高速化するようにしている。これにより、焦点評価値の検出周期を速くして、ＡＦ制御時におけるフォーカスの追従性を向上させるようにしている。

図４は、ＣＰＵ２６におけるＡＦ用撮像素子１６の光量調整（光量調整）に関する処理手順を示したフローチャートである。ＣＰＵ２６は、ＡＦ制御時の処理を開始すると、まず、所要の所期設定の処理を行う（ステップＳ１０）。このとき、ＡＦ用撮像素子１６のフレームレート及び電子シャッタ速度を所定の初期値に設定する。尚、１フレーム画像を２枚のフィールド画像に分けて取り込むインターレース方式の場合には、１フィールド分のフィールド画像を１コマ分のフレーム画像として本実施の形態を適用するものとする。

続いて、ＣＰＵ２６は、ＡＦ用撮像素子１６により取り込まれた映像信号の輝度レベルを輝度レベル検出回路６２から読み込み、光量オーバーか否かを判定する（ステップＳ１２）。ＮＯと判定した場合には、続いて、光量不足か否かを判定する（ステップＳ１４）。更に、ＮＯと判定した場合、即ち、電子シャッタ速度（露光量）が適切な場合には、現在の設定している電子シャッタ速度に対してフレームレートを最高速となる値に設定する（ステップＳ１６）。

ここで、本実施の形態では、フレームレートを例えば、１５、３０、６０、…、２４０、…（ｆｐｓ）のように離散的且つ段階的な値で変更し、電子シャッタ速度を、各フレームレートでのフレーム画像の取込周期に対して、例えば、電荷蓄積時間が１、１／２、１／４倍等のように段階的な値の倍率の時間長さとなるように設定している。一方、ステップＳ１６のフレームレートの設定においては、電子シャッタ速度（露光時間）を変更することなく、フレーム画像の取込周期が露光時間よりも短くならず、且つ、最小となるようにフレームレートを設定している。これによって、フレームレートが電子シャッタ速度を制限しない範囲で高速化される。

ステップＳ１６の処理が終了すると、ＣＰＵ２６は、光量調整以外の処理を実行し（ステップＳ１８）、タイマー同期により規定時間が経過するのを待機して（ステップＳ２０）ステップＳ１２からの処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１２においてＹＥＳ、即ち、光量オーバーと判定した場合には、ＣＰＵ２６は、現在のフレームレートが設定可能な速度のうちの最高速か否かを判定する（ステップＳ２２）。ＮＯと判定した場合には、フレームレートを１段階高速側に変更する（ステップＳ２４）。このとき、電子シャッタ速度も、フレームレートの変更に伴い、高速側に変更する。例えば、フレーム画像の取込周期に対する露光時間の倍率（取込周期と露光時間の比）を変更しないようにする。これによって、電子シャッタ速度が高速化されると共に、露光量が低減される。ステップＳ２４の処理が終了すると、上記ステップＳ１８、ステップＳ２０の処理の後、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ２２においてＮＯ、即ち、フレームレートが最高速と判定された場合には、続いて、電子シャッタ速度が最高速か否かを判定する（ステップＳ２６）。ＮＯと判定した場合には、電子シャッタ速度を１段階高速側に変更する（ステップＳ２８）。これにより、露光量が低減する。そして、上記ステップＳ１８、ステップＳ２０の処理の後、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ２６においてＹＥＳ、即ち、電子シャッタ速度が最高速と判定した場合には、現在以上に露光量を制限することができないため、光量オーバー警告をカメラ本体等に送信する（ステップＳ３０）。そして、上記ステップＳ１８、ステップＳ２０の処理の後、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１４においてＹＥＳ、即ち、光量不足と判定した場合、ＣＰＵ２６は、電子シャッタ速度がフレームレートに対して最低速か否かを判定する（ステップＳ３２）。即ち、露光時間がフレーム画像の取込周期より長くならない範囲で最長となる時間か否かを判定する。ＮＯと判定した場合には、電子シャッタ速度を１段階低速側に変更する（ステップＳ３４）。これにより、露光量が増加する。そして、上記ステップＳ１８、ステップＳ２０の処理の後、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ３２においてＹＥＳ、即ち、電子シャッタ速度が最低速と判定した場合、フレームレートが最低速か否かを判定する（ステップＳ３６）。ＮＯと判定した場合には、フレームレートを１段階低速側に変更する（ステップＳ３８）。このとき、電子シャッタ速度も、フレームレートの変更に伴い、低速側に変更する。例えば、フレーム画像の取込周期に対する露光時間の倍率（取込周期と露光時間の比）を変更しないようにする。これにより、電子シャッタ速度が低速化され、露光量が増加する。ステップＳ３８の処理が終了すると、上記ステップＳ１８、ステップＳ２０の処理の後、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ３６においてＮＯ、即ち、フレームレートが最低速と判定した場合には、現在以上に露光量を増加させることができないため、光量不足警告をカメラ本体等に送信する（ステップＳ４０）。そして、上記ステップＳ１８、ステップＳ２０の処理の後、ステップＳ１２に戻る。

以上の処理により、電子シャッタ速度が適切に設定されると共に、フレームレートが電子シャッタ速度を超えない範囲で可能な限り高速化される。尚、ステップＳ１６の処理は必ずしも必要ではない。また、電子シャッタ速度とフレームレートとを独立して制御する場合に、図４で示した処理手順の代わりに、電子シャッタ速度を適切な値に設定した後、露光時間よりもフレーム画像の取込周期が短くならない範囲で最小となるようにフレームレートを設定するような処理を行うようにしてもよい。

続いて、上記光量調整を、焦点評価値検出部４０で検出される被写体画像のコントラスト（焦点評価値）を考慮して行う場合のＣＰＵ２６の処理手順について説明する。図５は、その場合の処理手順を示したフローチャートである。同図において、図４と同一又は類似の処理内容のステップには図４と同一符号を付しており、それらの説明は省略する。

図５のフローチャートにおいて、ＣＰＵ２６は、ステップＳ１２でＮＯと判定した場合に、続いて、焦点評価値検出部４０から得られる焦点評価値に基づいて、ＡＦ用撮像素子１６から取り込んだ被写体画像のコントラストに余裕があるか否かを判定する（ステップＳ５０）。即ち、焦点評価値が所定値以上か否かを判定する。ＹＥＳと判定した場合には、ステップＳ１２において光量オーバーと判定した場合と同様に露光量を低減することができるため、ステップＳ２２に移行する。ＮＯと判定した場合には、ステップＳ１４に移行する。

また、ＣＰＵ２６は、ステップＳ１４において光量不足か否かを判定し、ＮＯと判定してステップＳ１６の処理を行った後、焦点評価値検出部４０から得られる焦点評価値に基づいて、ＡＦ用撮像素子１６から取り込んだ被写体画像のコントラストが不足しているか否かを判定する（ステップＳ５２）。ＮＯと判定した場合には、ステップＳ１８に移行する。一方、ＮＯと判定した場合にはコントラスト不足警告をカメラ本体等に送信する（ステップＳ５４）。そして、ステップＳ１８に移行する。

以上上記実施の形態では、１つのＡＦ用撮像素子を備え、ワブリングを行うことよってピント状態を検出する方式のＡＦについて説明したが、本発明は、いわゆる光路長差方式のＡＦを採用したオートフォーカスシステムにおいても適用できる。このシステムでは、上記ＡＦ用撮像素子の撮像面として、光路長差が異なる位置に複数（例えば２つ）の撮像面が配置される。これらの撮像面は、異なるＡＦ用撮像素子の撮像面である場合や、同一の撮像素子の撮像面において光路長差を設けてある場合もある。そして、ＡＦ用撮像素子の各撮像面により、映像用撮像素子の撮像面に対して例えば前後等距離の位置で結像される被写体画像が撮像される。上記焦点評価値検出部４０に相当する処理部では、ＡＦ用撮像素子の各撮像面で撮像して得られた映像信号（輝度信号）から各々の焦点評価値が検出される。そして、それらの焦点評価値を比較することによってピント状態（合焦、前ピン、後ピン）が検出され、そのピント状態に基づいて撮影レンズのフォーカスレンズを制御することによって撮影レンズのフォーカスが合焦状態に設定される。

また、上記実施の形態では、ＡＦ用撮像素子により得られた画像のコントラストに基づいてＡＦを行うコントラスト方式のＡＦを採用したオートフォーカスシステムについて説明したが、本発明はコントラスト方式のＡＦ以外においても、被写体情報としてＡＦ専用の撮像素子（ラインセンサ等も含む）により被写体画像を撮像し、その被写体画像に基づいてＡＦを行うオートフォーカスシステムにおいて適用することができる。

また、上記実施の形態のようにＡＦ用撮像素子１６のフレームレートを変更するモードに対して、フレームレートをユーザが指定した所望の値に設定（固定）するモードを選択できるようにし、これらのモードの所定の選択手段によって切り替えられるようにしてもよい。

図１は、本発明が適用されるオートフォーカスシステムの光学系の構成を示した図である。 図２は、図１のレンズ装置の光学系を制御すると共に、本発明に係るオートフォーカスシステムが構築される制御部の構成を示したブロック図である。 図３は、焦点評価値検出処理に関する構成を示した図である。 図４は、ＣＰＵにおけるＡＦ用撮像素子の光量調整（露光調整）に関する処理手順を示したフローチャートである。 図５は、ＣＰＵにおけるＡＦ用撮像素子の光量調整（露光調整）に関する他の実施の形態の処理手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１０…レンズ装置、１２…カメラ（カメラ本体）、１４…３色分解光学系、１６…ＡＦ用撮像素子、２６…ＣＰＵ、４０…焦点評価値検出部、５０…Ａ／Ｄ変換器、５２…ハイパスフィルタ、５４…ゲート回路、５６…加算回路、５８…ＣＰＵ（ＡＦ用ＣＰＵ）、６０…駆動回路、６２…輝度レベル検出回路、ＦＬ…フォーカスレンズ群、ＺＬ…ズームレンズ群、Ｉ…絞り、ＭＬ…マスターレンズ群、Ｐ…映像用撮像素子、Ｍ１…ハーフミラー、ＡＭＬ…ＡＦマスターレンズ群、Ｍ２…プリズム、ＦＭ…フォーカス用モータ、ＺＭ…ズーム用モータ、ＩＭ…絞り用モータ、ＭＭ…ＡＦマスター用モータ

Claims (4)

1. 被写体の像を結像する撮影光学系と、
   前記撮影光学系により結像された像を記録又は再生用の被写体画像として取り込む映像用撮像素子と、
   前記映像用撮像素子に対する前記撮影光学系のピント状態を自動で合焦状態に設定するオートフォーカスに使用する被写体情報として被写体画像を順次取り込むための撮像素子であって、前記映像用撮像素子と異なるＡＦ用撮像素子と、
   前記ＡＦ用撮像素子により取り込まれた被写体画像に基づいて前記撮影光学系のピント状態が合焦状態となるように前記撮影光学系のフォーカスを自動調整するオートフォーカス手段と、
   前記ＡＦ用撮像素子により各コマの被写体画像を撮像する際の露光時間を適切な露光量となるように調整する露光時間調整手段と、
   前記露光時間調整手段により調整される露光時間に応じて、前記ＡＦ用撮像素子により順次各コマの画像を周期的に取り込む際の画像取込周期を、前記露光時間より短くならない範囲で変更する画像取込周期変更手段と、
   を備えたことを特徴とするオートフォーカスシステム。
2. 前記オートフォーカス手段は、前記ＡＦ用撮像素子により取り込まれた被写体画像のコントラストを検出するコントラスト検出手段を備え、該コントラスト検出手段により検出した被写体画像のコントラストに基づいて前記撮影光学系のピント状態が合焦状態となるように前記撮影光学系のフォーカスを自動調整することを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
3. 前記露光時間調整手段は、適切な露光量の場合であっても前記コントラスト検出手段により検出された被写体画像のコントラストの高さを示す値が所定値以上の場合には露光時間を短縮する処理を行うことを特徴とする請求項２のオートフォーカスシステム。
4. 前記ＡＦ用撮像素子における画像取込周期を所望の値に設定する画像取込周期設定手段を備え、前記ＡＦ用撮像素子における画像取込周期を、前記画像取込周期設定手段と前記画像取込周期変更手段とのうちのいずれによって設定するかを選択する選択手段を備えたことを特徴とする請求項１、２、又は、３のオートフォーカスシステム。

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