(57)【要約】【課題】本発明の課題は、一定の精度を保ちつつ高速に合焦位置の調節を行うことが可能な自動焦点調節装置を実現することである。【解決手段】フォーカスレンズを介して結像された光学像を画像信号に変換するライン露光型の撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）と、フォーカスレンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動部と、撮像素子により得られた撮像領域に予め設定された評価領域における画像信号に基づいてＡＦ評価値を算出するＡＦ検波部と、フォーカスレンズを光軸方向における一方向に一定速度で移動させながらＡＦ評価値の最大値を検出する第１の評価動作と第１の評価動作から検出されたＡＦ評価値の最大値に基づいて合焦位置の調節を行う第２の評価動作とを行う制御部と、を備えた自動焦点調節装置。【選択図】図１１
2010224568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に移動可能に設けられ、被写体の光学像を結像させるための光学手段と、
前記光学手段を介して結像された光学像を画像信号に変換するライン露光型の撮像手段と、
前記光学手段を光軸方向に移動させる駆動手段と、
前記撮像手段により得られた撮像領域に予め設定された評価領域における画像信号に基づいて、前記光学手段の光軸方向位置を評価するための自動焦点調節評価値を算出する評価値算出手段と、
前記光学手段を光軸方向における一方向に一定速度で移動させながら前記算出手段から算出される自動焦点調節評価値の最大値を検出する第１の評価動作と、前記第１の評価動作から検出された自動焦点調節評価値の最大値に基づいて合焦位置の調節を行う第２の評価動作とを行う制御手段と、
を備えたこと、
を特徴とする自動焦点調節装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動焦点調節装置において、
前記制御手段は、前記第１の評価動作を行う際、
前記検出された自動焦点調節評価値の最大値に対する前記自動焦点調節評価領域の上限走査線の露光開始時刻における前記光学手段の位置と、下限走査線の露光終了時刻における前記光学手段の位置とを検出し記憶すること、
を特徴とする自動焦点調節装置。
【請求項３】
請求項２に記載の自動焦点調節装置において、
前記制御手段は、前記第２の評価動作を行う際、
前記検出された自動焦点調節評価値の最大値に対する前記自動焦点調節評価領域の上限走査線の露光開始時刻における前記光学手段の位置から下限走査線の露光終了時刻における前記光学手段の位置までの距離としての第１距離を算出し、前記第１距離が焦点深度以内である場合、前記第１の評価動作において算出された自動焦点調節評価値の最大値に対する前記光学手段の位置を合焦位置として調節すること、
を特徴とする自動焦点調節装置。
【請求項４】
請求項３に記載の自動焦点調節装置において、
前記制御手段は、前記第２の評価動作を行う際、
前記第１距離が焦点深度以内でない場合、前記光学手段を前記第１の評価動作とは逆方向に２フレーム周期の間隔で移動させ、前記算出手段から算出された自動焦点調節評価値が前記第１の評価動作から算出された自動焦点調節評価値の最大値に基づいて算出される目標値以上となる位置を合焦位置として調節すること、
を特徴とする自動焦点調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を撮像して画像信号を出力する撮像装置における自動焦点調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像素子を用いたデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置が広く普及している。それに伴って、多機能化が進んでおり、自動焦点調節装置を備えた撮像装置が存在している。
【０００３】
一般に、自動焦点調節装置による焦点調節は、次のように行われる。まず、撮影レンズを移動させ、電荷蓄積型の撮像素子から出力される画像信号を取得し、得られた画像信号からコントラスト（又は高周波成分）を検出して得られる自動焦点調節評価値（以下、ＡＦ（Auto Focus）評価値という。）を算出する。そして、算出されたＡＦ評価値に基づいて適正なレンズ位置（合焦位置）を導き出し、そのレンズ位置まで撮影レンズを移動させ焦点の調節を行う。
【０００４】
このような自動焦点調節装置の例として、従来、露光フィールドごとに撮影レンズを移動させ、フィールド期間毎に撮像素子の映像出力信号から抽出された合焦度情報のピーク超え検出に基づいて、合焦位置に対応する目標値を演算し、その目標値を基準にして合焦駆動する自動合焦装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
ところが、合焦位置の調節動作はループ制御となっているため追従速度が遅いという欠点がある。そこで、合焦位置を早く検出する自動焦点調節装置として、レンズを無限端と至近端の間で連続的に一方向に移動させながら、設定された露光時間内に相当するレンズの移動範囲において、走査線毎に出力される尖鋭度の最大値を検出し、得られた最大値のピーク値のレンズ位置を合焦位置としてレンズを移動させる自動焦点調節装置が開示されている（特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１０３５７９号
【特許文献２】特許第３２３２５６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在、撮像装置に用いられる撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサが多く採用されているが、近年のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサのノイズ除去回路等の各種回路の高性能化に伴う感度の向上に伴い、低消費電力化、小型軽量化、システムオンチップ化が可能であるという点でメリットのあるＣＭＯＳイメージセンサが採用され始めている。
【０００８】
ＣＣＤイメージセンサは、撮像領域の画素全てが同期間に光電変換し、信号電荷を蓄積する蓄積の同時性を維持するグローバル露光である。したがって、ＣＣＤイメージセンサを用いた合焦位置の調節に際しては、ＣＣＤイメージセンサ全体で同時に露光が行われた後、同時に露光を終了し、露光の終了と同時に各画素に蓄積された電荷が読み出されるため、各フレームの露光期間が重複することがなく、撮影レンズの駆動と露光とを分けてＡＦ評価を行うことが容易である。
【０００９】
一方、ＣＯＭＳイメージセンサは、各走査線に対する画素列の蓄積期間が信号の出力されるタイミングに同期するため、走査線毎に露光開始時刻がずれ、信号電荷の蓄積の同時性を維持することができないライン露光（ローリング・シャッタ）である。したがって、ＣＯＭＳイメージセンサを用いた合焦位置の調節に際しては、走査線毎に露光開始時間に差が生じることとなり、露光時間が長い場合には、前後のフレーム相互間で露光期間が重複してしまう。
【００１０】
ＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像装置に特許文献１を適用した場合、露光時間が長い場合には、各フレームの露光期間が重複してしまい、撮影レンズの移動と露光とを分けてＡＦ評価を行うことができない。また、特許文献２の場合は、１フレームの間に無限端から至近端までレンズを移動させて走査線毎にＡＦ評価を行うために１フレームに記憶される画像が一様でないとＡＦ評価を行うことはできず、屋外等の１画面内に複数の被写体が存在する場合には適用することができないので、実用化するのが困難である。
【００１１】
そこで、ＣＯＭＳイメージセンサを用いた合焦位置の調節は、１フレームおき（２フレーム周期）に撮影レンズの移動と露光とを交互に行い、撮影レンズの移動が停止した状態で露光された画像信号を用いてＡＦ評価を行う合焦位置の調節を行うことが考えられる。しかしながら、２フレーム周期でＡＦ評価を行うことになるため、合焦位置の調節完了までに要する処理時間が長くなり、シャッターチャンスを逃してしまうという問題がある。
【００１２】
本発明の課題は、一定の精度を保ちつつ高速に合焦位置の調節を行うことが可能な自動焦点調節装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、光軸方向に移動可能に設けられ、被写体の光学像を結像させるための光学手段と、前記光学手段を介して結像された光学像を画像信号に変換するライン露光型の撮像手段と、前記光学手段を光軸方向に移動させる駆動手段と、前記撮像手段により得られた撮像領域に予め設定された評価領域における画像信号に基づいて、前記光学手段の光軸方向位置を評価するための自動焦点調節評価値を算出する評価値算出手段と、前記光学手段を光軸方向における一方向に一定速度で移動させながら前記算出手段から算出される自動焦点調節評価値の最大値を検出する第１の評価動作と、前記第１の評価動作から検出された自動焦点調節評価値の最大値に基づいて合焦位置の調節を行う第２の評価動作とを行う制御手段と、を備えた自動焦点調節装置であることを特徴としている。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自動焦点調節装置において、前記制御手段は、前記第１の評価動作を行う際、前記検出された自動焦点調節評価値の最大値に対する前記自動焦点調節評価領域の上限走査線の露光開始時刻における前記光学手段の位置と、下限走査線の露光終了時刻における前記光学手段の位置とを検出し記憶すること、を特徴としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の自動焦点調節装置において、前記制御手段は、前記第２の評価動作を行う際、前記検出された自動焦点調節評価値の最大値に対する前記自動焦点調節評価領域の上限走査線の露光開始時刻における前記光学手段の位置から下限走査線の露光終了時刻における前記光学手段の位置までの距離としての第１距離を算出し、前記第１距離が焦点深度以内である場合、前記第１の評価動作において算出された自動焦点調節評価値の最大値に対する前記光学手段の位置を合焦位置として調節すること、を特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の自動焦点調節装置において、前記制御手段は、前記第２の評価動作を行う際、前記第１距離が焦点深度以内でない場合、前記光学手段を前記第１の評価動作とは逆方向に２フレーム周期の間隔で移動させ、前記算出手段から算出された自動焦点調節評価値が前記第１の評価動作から算出された自動焦点調節評価値の最大値に基づいて算出される目標値以上となる位置を合焦位置として調節すること、を特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、第１の評価動作と第２の評価動作とを行うことにより、合焦位置の目安を検出することができ、合焦位置の目安に基づいて光学手段の位置を調節するため、合焦位置の調節完了までに要する処理時間を短縮することができ、一定の精度を保ちつつ高速に合焦位置の調節を行うことができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られるのは勿論のこと、自動焦点調節評価値の最大値に対する光学手段の位置を容易に算出することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２と同様の効果を得られるのは勿論のこと、第１距離が焦点深度以内である場合には、光学手段を瞬時に検出された自動焦点調節評価値の最大値に対する光学手段の位置に調節することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３と同様の効果を得られるのは勿論のこと、露光期間中に光学手段の移動が無い状態での画像信号に基づいて合焦位置の調節を行うことができ、合焦位置の調節精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態１における自動焦点調節装置の概略構成のブロック図である。
【図２】撮像素子の概略構成図である。
【図３】撮像素子の一部拡大図である。
【図４】ＡＦ評価領域の一例である。
【図５】フォーカスレンズの位置とＡＦ評価値の関係図である。
【図６】本実施の形態１における露光時間の調節動作フロー図である。
【図７】本実施の形態１の焦点調節動作フロー図である。
【図８】本実施の形態１のタイミングチャートの一例である。
【図９】本実施の形態２における自動焦点調節装置Ｂの概略構成のブロック図である。
【図１０】本実施の形態２における第１の評価動作の動作フロー図である。
【図１１】本実施の形態２における第２の評価動作の動作フロー図である。
【図１２】本実施の形態２の第１の評価動作のタイミングチャートの一例である。
【図１３】本実施の形態２の第２の評価動作のタイミングチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[実施の形態１]
以下、図を参照して本発明の実施の形態１を詳細に説明する。
まず、構成を説明する。
図１に、本実施の形態１における自動焦点調節装置Ａの概略構成のブロック図を示す。
【００２３】
自動焦点調節装置Ａは、撮像光学系１、絞り２、撮像手段としての撮像素子１０、タイミング信号発生部２０、Ａ／Ｄ変換・増幅部３０、評価値算出手段としてのＡＦ検波部４０、絞り駆動部５０、レンズ位置検出部６０、駆動手段としてのレンズ駆動部７０、及び制御手段としての制御部１００を備える。
【００２４】
撮像光学系１は、光軸方向に移動可能に設けられ、被写体の光学像を結像させるための光学手段としてのフォーカスレンズ１ａを有している。
【００２５】
絞り２は、撮像光学系１を透過する光束の量を調節する光量調節手段である。
【００２６】
撮像素子１０は、ライン露光型（ローリング・シャッタ）のＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像光学系１によって受光面上に結像された被写体の光学像を電気信号に変換し、変換されたアナログの画像信号をＡ／Ｄ変換・増幅部３０に出力する。
図２及び３を用いて、撮像素子１０の説明をする。
【００２７】
図２に、撮像素子１０の概略構成図を示す。
図２に示すように、撮像素子１０は、光電変換部１１、読み出し用垂直シフトレジスタ１２、リセット用垂直シフトレジスタ１３、水平シフトレジスタ１４、出力アンプ１５を備える。
【００２８】
読み出し用シフトレジスタ１２は、光電変換部１１で光電変換された信号電荷を水平画素列（走査線）毎に読み出すアドレス指定を行う。リセット用直列シフトレジスタ１３は、水平画素列（走査線）毎に各画素に蓄積された信号電荷をリセットするためのアドレス指定を行う。水平シフトレジスタ１４は、光電変換部１１で光電変換された信号電荷を水平画素列毎に水平転送する。
【００２９】
図３に、撮像素子１０の一部拡大図を示す。
光電変換部１１は、二次元的に配列されている複数の単位画素回路８０、読み出し用垂直シフトレジスタ１２に接続されている複数の垂直走査線８１、リセット用垂直シフトレジスタ１３に接続されている複数のリセット走査線８２、水平スイッチトランジスタＭLを介して水平シフトレジスタ１４及び出力信号線８４と接続されている垂直信号線８３を有している。
【００３０】
各単位画素回路８０は、フォトダイオードＰＤ、アンプＭA、垂直走査線８１及び垂直信号線８３に接続されている選択トランジスタＭS、リセット走査線８２に接続されているリセットトランジスタＭR等を備える。
【００３１】
フォトダイオードＰＤで光電変換された信号電荷は、フォトダイオードＰＤの電圧変化に置き換えられ、アンプＭAで増幅される。そして、読み出し用垂直シフトレジスタ１２から垂直走査線８１に順次選択パルスが印加されると、選択パルスの印加された垂直走査線８１に接続された選択トランジスタＭSがＯＮになり、アンプＭAで増幅された信号電荷が選択トランジスタＭSを介して垂直信号線８３に読み出される。そして、水平シフトレジスタ１４から水平スイッチトランジスタＭLに順次選択パルスが印字されると、垂直信号線８３上の信号電荷が、順次出力信号線８４に読み出される。
また、リセット用垂直シフトレジスタ１３からリセットパルスが各リセット走査線８２に印加されると、リセットトランジスタＭRがＯＮになり、フォトダイオードＰＤの信号電荷がリセットされる。
【００３２】
タイミング信号発生部２０は、制御部１００から入力される露光時間指示信号ＳTexpに基づいて、撮像素子１０の読み出し用垂直シフトレジスタ１２、リセット用垂直シフトレジスタ１３、水平シフトレジスタ１４を駆動する各種タイミング信号を発生し、撮像素子１０に出力する。また、各フレームの画像信号を区別するために用いられる読み出しタイミング信号ＳVを制御部１００に出力する。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換・増幅部３０は、撮像素子１０から入力されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、変換された画像信号Ｓiを増幅調整（ゲインアップ）する増幅手段とを有する。なお、撮像素子１０から入力されたアナログの画像信号を増幅調整した後、デジタル信号に変換してもよい。
【００３４】
ＡＦ検波部４０は、撮像素子１０により得られＡ／Ｄ変換・増幅部３０から入力された画像信号Ｓiに基づいて、後述するＡＦ評価領域からＡＦ評価値（自動焦点調節評価値）を算出し、フレーム毎にＡＦ評価値の算出が完了した場合、ＡＦ検波処理完了信号を制御部１００出力する。また、制御部１００からのＡＦ評価値読み出し信号に基づいて、算出されたＡＦ評価値を示すＡＦ評価値信号ＳAFを制御部１００に出力する。
【００３５】
ＡＦ検波部４０は、ゲート回路部４１、ＢＰＦ（Band Pass Filter）４２、積算部４２を備える。ゲート回路部４１は、制御部１００から入力されるＡＦ評価領域指示信号Ｓwに基づいて画像信号ＳiからＡＦ評価対象となる領域（評価領域としてのＡＦ評価領域）が設定される。ＢＰＦ４２は、高周波領域の所定の周波数帯域の信号成分を抽出する。積算部４３は、ＢＰＦ４２から入力された信号を積分しＡＦ評価値を算出する。
【００３６】
絞り駆動部５０は、制御部１００からの信号に基づいて絞り２を駆動させる。
【００３７】
レンズ位置検出部６０は、フォーカスレンズ１ａの位置を検出し、検出したレンズ位置信号ＳPを制御部１００へ出力する。
【００３８】
レンズ駆動部７０は、制御部１００から入力されるレンズ駆動指示信号Ｓm0に基づいてレンズ駆動用モータ（不図示）を駆動させるレンズ駆動信号Ｓmを出力し、フォーカスレンズ１ａを光軸方向に移動させる。
【００３９】
レンズ駆動部７０は、最小移動距離単位でフォーカスレンズを移動（以下、１ステップ移動という。）させており、例えば、レンズ駆動指示信号Ｓm0に基づいて、フォーカスレンズ１ａを数ステップ移動させる。
なお、レンズ駆動用モータとしては、ステッピングモータやＤＣモータ等の位置決め精度の高いモータを用いることが好ましい。
【００４０】
制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラム及びデータを読み出しＲＡＭ等に展開して実行することにより、自動焦点調節装置Ａの動作全体を統括的に制御する。
【００４１】
本実施の形態１の制御部１００は、フレーム周期Ｔf、ＡＦ評価領域ＷAF、１フレームに要するフォーカスレンズ１ａの駆動時間（レンズ駆動時間Ｔm）、読み出しタイミング信号ＳVに基づいて各フレームの後述するＡＦ上限走査線の露光開始時刻及びＡＦ下限走査線の露光終了時刻の計時を行うタイマ、ＡＦ評価領域ＷAFの露光期間とフォーカスレンズ１ａの駆動期間とが重複しないように最低露光時間Ｔexpを算出する露光時間算出手段を有し、算出された最低露光時間Ｔexpをタイミング信号発生回路部２０に指示する露光時間指示信号ＳTexpを出力した後、ＡＦ評価領域ＷAF内の画像信号に対してＡＦ評価を行い合焦位置の調節動作を行うためのプログラム及び各種データが予め設定されておりＲＯＭ内に記憶されている。また、制御部１００は、算出された最低露光時間Ｔexpでは露光量が不足する場合には、絞り２を開放側に動作させるよう絞り駆動部５０に指示を行ったり、Ａ／Ｄ変換・増幅部３０での画像信号の増幅調整（ゲインアップ）の指示を行ったりする。
【００４２】
図４に、ＡＦ評価領域ＷAFの一例を示す。
一般に、ユーザが撮りたい被写体は撮像領域としてのフレーム領域ＷFの中央付近にあるという思想から、ＡＦ評価領域ＷAFは、フレーム領域ＷF内の中央部に設定されている。
フレーム領域ＷFは、最上部の走査線（第１走査線ＬW1）から最下部の走査線（第ｍ走査線ＬWm）のｍ列の走査線で囲まれる領域である。
【００４３】
ＡＦ評価領域ＷAFは、フレーム領域ＷFの垂直方向に配列されている複数の走査線列に対して、第１走査線ＬW1からｓ番目の第ｓ走査線（ＡＦ上限走査線）ＬWsから第１走査線ＬW1からｅ番目の第ｅ走査線（ＡＦ下限走査線）ＬWeまでの垂直方向の範囲と、フレーム領域ＷFの水方向に配設されている複数の画素に対して水平方向一端部の例えばｎ番目の画素からｘ番目の画素までの水平方向の範囲とからなる二次元的な領域である。
【００４４】
制御部１００は、ＡＦ下限走査線ＬWeとＡＦ上限走査線ＬWsとの差分からＡＦ評価領域ＷAFの垂直幅（垂直走査線数）ＬAFを例えば下記の（式１）を用いて算出する。
【００４５】
ＬAF＝ＬWe−ＬWs                                                  （式１）
【００４６】
制御部１００は、予め設定されているフレーム周期Ｔf、ＡＦ評価領域ＷAFから算出されるＡＦ評価領域ＷAFの垂直幅ＬAF、フレーム領域ＷFの垂直走査線総数ｍ、１フレームに要するレンズ駆動時間Ｔmから、最低露光時間Ｔexpを下記の（式２）を用いて算出する。
【００４７】
（１−ＬAF／ｍ）×Ｔf−Ｔm＞Ｔexp                                  （式２）
【００４８】
図５に、フォーカスレンズ１ａの位置とＡＦ評価値との関係を示す。
無限端から至近端の方向（正方向）にフォーカスレンズ１ａをレンズ位置Ｐ1、Ｐ2、・・・・Ｐmに順次移動させたとき、各レンズ位置でのＡＦ評価領域ＷAFからＡＦ評価画像Ｆ1、Ｆ2・・・・Ｆmが取得され、各レンズ位置に対するＡＦ評価値Ｖ1、Ｖ2・・・・Ｖmが算出される。横軸にフォーカスレンズ１ａの位置をとり、縦軸にＡＦ評価値をとるとその形状は山状になる。算出されたＡＦ評価値は、得られた画像が鮮明である（合焦度が高い）ほど値が大きくなり、例えば、レンズ位置Ｐnに対するＡＦ評価画像が最も鮮明な画像である場合、算出されたＡＦ評価値Ｖnは他のＡＦ評価値よりも大きい数値を示す。
【００４９】
制御部１００は、複数のレンズ位置毎に算出されたＡＦ評価値から最大値（ピークＡＦ評価値）を検出し、ピークＡＦ評価値に基づいた目標値（目標ＡＦ評価値）に対するレンズ位置にフォーカスレンズ１ａを調節することにより合焦位置の調節を行う。
【００５０】
制御部１００は、ピークＡＦ評価値を検出する場合、例えばフォーカスレンズ１ａを一方向（例えば、正方向）に各フレーム間にＭステップづつ移動させ、レンズ位置ＰnのＡＦ評価値Ｖnからレンズ位置がＰn+1のときのＡＦ評価値Ｖn+1を差分した値が予め定められた閾値よりも大きくなったとき、ピークＡＦ評価値が検出されたと判断する。そして、ピークＡＦ評価値が検出されたと判断したレンズ位置から、フォーカスレンズ１ａを逆方向（例えば、至近端から無限端の方向（負方向））に各フレーム間にＮステップずつ移動させ、検出されたＡＦ評価値が、目標ＡＦ評価値以上となる場合、検出されたＡＦ評価値に対するレンズ位置にフォーカスレンズ１ａが調節される。
【００５１】
目標ＡＦ評価値は、ピークＡＦ評価値が検出された後、検出されたピークＡＦ評価値と焦点深度とに基づいて算出される。
【００５２】
ピークＡＦ評価値が検出された後のフォーカスレンズ１ａの駆動ステップ数Ｎは、最大ＡＦ評価値が検出される前の駆動ステップ数Ｍよりも小さいステップ数であり、Ｎの値が小さい程、合焦位置の調節精度が向上される。
【００５３】
このように調節されたフォーカスレンズ１ａのレンズ位置は、ピークＡＦ評価値と判断されたＡＦ評価値に対するレンズ位置の焦点深度以内となり、一定の精度を確保することができる。
【００５４】
なお、制御部１００は、自動焦点調節装置Ａ固有の制御手段として説明するが、自動焦点調節装置Ａが撮像装置等に備えられた場合、撮像装置全体を制御する制御手段に含まれる構成であってもよい。
【００５５】
次に、本実施の形態１の動作を説明する。
以下に説明する動作は、本発明の制御手段である制御部１００によって実行される。
【００５６】
図６に、本実施の形態１における最低露光時間Ｔexpの設定動作フローを示す。
制御部１００は、自動焦点調節を行う指示が入力された場合、ゲート回路部４１にＡＦ評価領域ＷAFを設定する（ステップＳ１）。
【００５７】
制御部１００は、ゲート回路部４１にＡＦ評価領域ＷAFを設定した後、最低露光時間Ｔexpを算出する（ステップＳ２）。
【００５８】
制御部１００は、最低露光時間Ｔexpを算出した後、被写体の明るさを測光し（ステップＳ３）、適正露光時間Ｔexp0を算出する（ステップＳ４）。
【００５９】
制御部１００は、適正露光時間Ｔexp0が最低露光時間Ｔexp以下か否かを判断する（ステップＳ５）。適正露光時間Ｔexp0よりも最低露光時間Ｔexpが長いと判断した場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、光束量が不足していると判断し、露光不足分を解消するためのゲインアップ量を算出する（ステップＳ６）。
【００６０】
制御部１００は、適正露光時間Ｔexp0が最低露光時間Ｔexp以下と判断した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ゲインアップ量を「０」（増幅調整無し）とする（ステップＳ７）。
【００６１】
制御部１００は、算出されたゲインアップ量に基づいてゲイン調整指示信号ＳGをＡ／Ｄ変換・増幅部３０に出力する（ステップＳ８）。
【００６２】
制御部１００は、算出した最低露光時間Ｔexpを指示する露光時間指示信号ＳTexpをタイミング信号発生部２０に出力し、最低露光時間Ｔexpを設定させる（ステップＳ９）。
【００６３】
なお、露光不足の解消方策として、ゲインアップ量を調整する方法について説明したが、絞り２の絞り量を調節して露光不足を解消してもよく、また、ゲインアップ量と絞り量とを調整してもよい。
【００６４】
図７に、本実施の形態１の合焦位置の調節動作フローを示す。
制御部１００は、図６に示す最低露光時間Ｔexpの設定動作終了後、ピークＡＦ評価値を初期化し（ステップＳ１１）、フォーカスレンズ１ａの移動方向を正方向に設定する（ステップＳ１２）。
【００６５】
制御部１００は、読み出しタイミング信号ＳVに基づくタイマの計時により、ＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了したか否かを判断し（ステップＳ１３）、ＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了されるまで待機する（ステップＳ１３；Ｎｏ）。
【００６６】
制御部１００は、ＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了されたと判断した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、フォーカスレンズ１ａをＭステップ移動させる（ステップＳ１４）。
【００６７】
制御部１００は、ＡＦ検波部４０のＡＦ検波処理が完了したか否かを判断するため、ＡＦ検波部４０からＡＦ検波処理完了信号が入力されたか否かを判断し（ステップＳ１５）、ＡＦ検波処理完了信号が入力されるまで待機する（ステップＳ１５；Ｎｏ）。
【００６８】
制御部１００は、ＡＦ検波処理完了信号が入力された（ＡＦ検波処理完了）と判断した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、ＡＦ検波部４０からＡＦ評価値を読み出しＡＦ評価値を取得する（ステップＳ１６）。
【００６９】
制御部１００は、取得したＡＦ評価値がピークＡＦ評価値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１７）。取得したＡＦ評価値がピークＡＦ評価値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、取得したＡＦ評価値をピークＡＦ評価値に更新し、ピークＡＦ評価値の更新処理を行う（ステップＳ１８）。
【００７０】
制御部１００は、取得したＡＦ評価値がピークＡＦ評価値以下と判断した場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）又はピークＡＦ評価値の更新処理が完了した後（ステップＳ１８後）、取得したＡＦ評価値がピークＡＦ評価値よりも大きく下降したか否かを判断するため、ピークＡＦ評価値からＡＦ評価値を差分した値が予め設定されている閾値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１９）。
【００７１】
制御部１００は、ピークＡＦ評価値からＡＦ評価値を差分した値が予め設定されている閾値以下と判断した場合（ステップＳ１９；Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻る。
【００７２】
制御部１００は、ピークＡＦ評価値からＡＦ評価値を差分した値が予め設定されている閾値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、フォーカスレンズ１ａの移動方向を負方向に設定する（ステップＳ２０）。
【００７３】
制御部１００は、読み出しタイミング信号ＳVに基づくタイマの計時により、ＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了したか否かを判断し（ステップＳ２１）。ＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了されるまで待機する（ステップＳ２１；Ｎｏ）。
【００７４】
制御部１００は、ＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了されたと判断した場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、フォーカスレンズ１ａをＮステップ移動させる（ステップＳ２２）。
【００７５】
制御部１００は、ＡＦ検波部４０のＡＦ検波処理が完了したか否かを判断するため、ＡＦ検波部４０からＡＦ検波処理完了信号が入力されたか否かを判断し（ステップＳ２３）、ＡＦ検波処理完了信号が入力されるまで待機する（ステップＳ２３；Ｎｏ）。
【００７６】
制御部１００は、ＡＦ検波処理完了信号が入力された（ＡＦ検波処理完了）と判断した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、ＡＦ検波部４０からＡＦ評価値を読み出しＡＦ評価値を取得する（ステップＳ２４）。
【００７７】
制御部１００は、取得したＡＦ評価値が目標ＡＦ評価値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２５）。取得したＡＦ評価値が目標ＡＦ評価値以上でないと判断した場合（ステップＳ２５；Ｎｏ）、ステップＳ２１に戻る。
【００７８】
制御部１００は、取得したＡＦ評価値が目標ＡＦ評価値以上であると判断した場合（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、合焦位置の調節動作を終了する。
【００７９】
図８に、本実施の形態１のタイミングチャートの一例を示す。
なお、フレーム周期Ｔfは、読み出しタイミング信号ＳVの立下り時刻から次の立下り時刻までの期間であり、レンズ駆動信号Ｓm、各走査線の電荷蓄積信号、画像信号Ｓi、ＡＦ評価値信号ＳAFは、模式的に示したものである。
【００８０】
時刻ｔ１のとき、初期レンズ位置Ｐ0に対するＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了され、時刻ｔ１から時刻ｔ２のとき、レンズ駆動信号Ｓmによりフォーカスレンズ１ａがＭステップ移動される（例えば、フォーカスレンズ１ａが初期レンズ位置Ｐ0からＭステップ移動したレンズ位置Ｐaに移動される。）。
時刻ｔ２のとき、レンズ位置Ｐaに対するＡＦ上限走査線ＬWsの露光が開始される。
【００８１】
また、フォーカスレンズ１ａがＭステップ移動開始された後（時刻ｔ１後）、初期レンズ位置Ｐ0でのＡＦ評価値Ｖ0が取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖ0に基づいてピークＡＦ評価値の検出動作が行われる。
【００８２】
時刻ｔ２から時刻ｔ３は、レンズ位置Ｐaに対するＡＦ評価領域ＷAFのＡＦ上限走査線ＬWsからＡＦ下限走査線ＬWeが露光される。
【００８３】
時刻ｔ３とき、レンズ位置Ｐaに対するＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了され、時刻ｔ３から時刻ｔ４は、レンズ駆動信号Ｓmによりフォーカスレンズ１ａがＭステップ移動される（例えば、フォーカスレンズ１ａがレンズ位置ＰaからＭステップ移動したレンズ位置Ｐbに移動される。）。
【００８４】
また、フォーカスレンズ１ａがＭステップ移動開始された後（時刻ｔ３後）、レンズ位置ＰaでのＡＦ評価値Ｖaが取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖaに基づいてピークＡＦ評価値の検出動作が行われる。
このように、上記動作を繰り返しながらピークＡＦ評価値の検出動作が行われる。
【００８５】
時刻ｔ１１のとき、レンズ位置Ｐn-Mに対するＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了され、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２のとき、レンズ駆動信号Ｓmによりフォーカスレンズ１ａがＭステップ移動される（例えば、フォーカスレンズ１ａがレンズ位置Ｐn-MからＭステップ移動したレンズ位置Ｐnに移動される。）。
時刻ｔ１２のとき、レンズ位置Ｐnに対するＡＦ上限走査線ＬWsの露光が開始される。
【００８６】
フォーカスレンズ１ａがＭステップ移動開始された後（時刻ｔ１１後）、レンズ位置Ｐn-MでのＡＦ評価値Ｖn-Mが取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖn-Mに基づいてピークＡＦ評価値の検出動作が行われる。
【００８７】
時刻ｔ１２から時刻ｔ１３は、レンズ位置Ｐnに対するＡＦ評価領域ＷAFのＡＦ上限走査線ＬWsからＡＦ下限走査線ＬWeが露光される。
【００８８】
時刻ｔ１３とき、レンズ位置Ｐnに対するＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了され、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４は、レンズ駆動信号Ｓmによりフォーカスレンズ１ａがＭステップ移動される（例えば、フォーカスレンズ１ａがレンズ位置ＰnからＭステップ移動したレンズ位置Ｐn+Mに移動される。）。
【００８９】
また、フォーカスレンズ１ａがＭステップ移動開始された後（時刻ｔ１３後）、レンズ位置ＰnでのＡＦ評価値Ｖnが取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖnに基づいてピークＡＦ評価値の検出動作が行われる。取得されたＡＦ評価値ＶnがピークＡＦ評価値と判断された場合、レンズ移動方向が負方向に設定される。
【００９０】
レンズ移動方向が負方向に設定された後は、フォーカスレンズ１ａが負方向にＮステップずつ移動され、検出されたＡＦ評価値が目標ＡＦ評価値以上である場合、検出されたＡＦ評価値に対するレンズ位置にフォーカスレンズ１ａが調節される以外は、略同様であるため、タイミングチャートは省略する。
【００９１】
このように、最低露光時間Ｔexpを算出し設定することによって、ＡＦ評価領域ＷAFの露光期間中は、前後のフレームのＡＦ評価領域ＷAFの露光期間と重複せず、前後のフレームのＡＦ評価領域ＷAFの露光期間との間にレンズを移動させる期間を設けることができるため、ＡＦ評価領域ＷAFの露光期間中は、フォーカスレンズ１ａの移動が無い状態で画像信号を得ることができ、一定の精度を保ちつつ高速に合焦位置の調節を行うことができる。
【００９２】
[実施の形態２]
以下、図を参照して本発明の実施の形態２を詳細に説明する。
まず、構成を説明する。
図９に、本実施の形態２における自動焦点調節装置Ｂの概略構成のブロック図を示す。
本実施の形態２における自動焦点調節装置Ｂの構成において、実施の形態１を同一部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略し、異なる部分のみ説明する。具体的には、実施の形態１における制御部１００が、制御部２００となる。
【００９３】
制御部２００は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラム及びデータを読み出し、ＲＡＭ等に展開して実行することにより、自動焦点調節装置Ｂの動作全体を統括的に制御する。
【００９４】
本実施の形態２の制御部２００は、フレーム周期Ｔf、評価領域としてのＡＦ評価領域ＷAF、読み出しタイミング信号ＳVに基づいて各フレームのＡＦ上限走査線ＬWsの露光開始時刻及びＡＦ下限走査線ＬWeの露光終了時刻等の計時を行うタイマ、フォーカスレンズ１ａを一方向に一定速度で移動させながら自動焦点調節評価値の最大値としてのピークＡＦ評価値を検出する第１の評価動作と、第１の評価動作から検出されたピークＡＦ評価値に基づいてフォーカスレンズ１ａのレンズ位置（合焦位置）を調節する第２の評価動作と、を行うためのプログラム及び各種データが予め設定されておりＲＯＭ内に記憶されている。
【００９５】
第１の評価動作は、フォーカスレンズ１ａを無限端と至近端との間で一方向（例えば、正方向。）に一定速度で移動させながら複数のフレームの画像信号を取得しつつ各フレームのＡＦ評価領域ＷAFに対してＡＦ評価値を算出し、算出された複数のＡＦ評価値からピークＡＦ評価値が検出されるまでフォーカスレンズ１ａを移動させる。
【００９６】
また第１の評価動作では、各フレームのＡＦ評価領域ＷAFのＡＦ上限走査線ＬWsの露光開始時刻におけるフォーカスレンズ１ａのレンズ位置（上限レンズ位置）とＡＦ下限走査線ＬWeの露光終了時刻におけるフォーカスレンズ１ａのレンズ位置（下限レンズ位置）の検出及び記憶処理が行われ、検出されたピークＡＦ評価値に対するＡＦ評価領域ＷAFのＡＦ上限走査線ＬWsの露光開始時刻におけるフォーカスレンズ１ａのレンズ位置（ピーク上限レンズ位置）とＡＦ下限走査線ＬWeの露光終了時刻におけるフォーカスレンズ１ａのレンズ位置（ピーク下限レンズ位置）とを記憶する。
【００９７】
第１の評価動作では、各フレームの露光期間中にフォーカスレンズ１ａが移動しているためＡＦ評価領域ＷAFのＡＦ上限走査線ＬWsとＡＦ下限走査線ＬWeとではレンズ位置が異なるが、第１の評価動作で算出される各ＡＦ評価値に対するレンズ位置は、算出されるＡＦ評価値の上限レンズ位置と下限レンズ位置との中間位置に近似することができる。
【００９８】
第２の評価動作は、第１の評価動作から検出されたピークＡＦ評価値のピーク上限レンズ位置からピーク下限レンズ位置までの距離としての第１距離が焦点深度以内である場合、第１の評価動作から検出されたピークＡＦ評価値に対するレンズ位置（ピークレンズ位置）にフォーカスレンズ１ａを調節する。
【００９９】
また第２の評価動作は、第１距離が焦点深度以内ではない場合、第１の評価動作においてフォーカスレンズ１ａが停止された時点から第１の評価動作とは逆方向（例えば、負方向。）にフォーカスレンズ１ａを２フレーム周期の間隔でＮステップずつ移動させ画像信号を取得し、各フレームのＡＦ評価領域ＷAFに対して取得されたＡＦ評価値が目標値としての目標ＡＦ評価値以上となる場合、取得されたＡＦ評価値に対するレンズ位置にフォーカスレンズ１ａが調節される。
【０１００】
目標ＡＦ評価値は、第１の評価動作から検出されたピークＡＦ評価値と焦点深度とに基づいて算出される。
【０１０１】
このように調節されたフォーカスレンズ１ａのレンズ位置は、第１の評価動作から検出されたピークＡＦ評価値に対するレンズ位置の焦点深度以内となり、一定の精度を確保することができる。
【０１０２】
ＡＦ評価領域ＷAFの概念及びフォーカスレンズ１ａの位置とＡＦ評価値の関係は、実施の形態１と同様であるため、図示及び説明は省略する。
【０１０３】
なお、制御部２００は、自動焦点調節装置Ｂ固有の制御手段として説明するが、自動焦点調節装置Ｂが撮像装置等に備えられた場合、撮像装置全体を制御する制御手段に含まれる構成であってもよい。
【０１０４】
次に、本実施の形態２の動作を説明する。
以下に説明する動作は、本発明の制御手段である制御部２００によって実行される。
【０１０５】
図１０に、本実施の形態２における第１の評価動作の動作フローを示す。
制御部２００は、自動焦点調節を行う指示があった場合、ピークＡＦ評価値、ピーク上限レンズ位置、ピーク下限レンズ位置の値を初期化し（ステップＳ３１）、フォーカスレンズ１ａを一方向（例えば、正方向）に一定速度で移動させるようレンズ駆動指示信号Ｓm0をレンズ駆動部７０に出力する（ステップＳ３２）。
【０１０６】
制御部２００は、各フレームの上限レンズ位置及び下限レンズ位置を検出し、ＲＡＭ内に記憶する（ステップＳ３３）。
なお、ステップＳ３３は、割り込み処理等で処理される。
【０１０７】
制御部２００は、ＡＦ検波部４０のＡＦ検波処理が完了したか否かを判断するため、ＡＦ検波部４０からＡＦ検波処理完了信号が入力されたか否かを判断し（ステップＳ３４）、ＡＦ検波処理完了信号が入力されるまで待機する（ステップＳ３４；Ｎｏ）。
【０１０８】
制御部２００は、ＡＦ検波処理完了信号が入力された（ＡＦ検波処理完了）と判断した場合（ステップＳ３４；Ｙｅｓ）、ＡＦ検波部４０から入力されるＡＦ評価値信号ＳAFからＡＦ評価値を取得する（ステップＳ３５）。
【０１０９】
制御部２００は、取得したＡＦ評価値がピークＡＦ評価値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３６）。取得したＡＦ評価値がピークＡＦ評価値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ３６；Ｙｅｓ）、取得したＡＦ評価値をピークＡＦ評価値に更新し、取得したＡＦ評価値に対する上限レンズ位置及び下限レンズ位置をピーク上限レンズ位置及びピーク下限レンズ位置として更新する更新処理を行う（ステップＳ３７）。
【０１１０】
制御部２００は、取得したＡＦ評価値がピークＡＦ評価値以下と判断した場合（ステップＳ３６；Ｎｏ）又はピークＡＦ評価値、ピーク上限レンズ位置及びピーク下限レンズ位置の更新処理が完了した後（ステップＳ３７後）、取得したＡＦ評価値がピークＡＦ評価値よりも大きく下降したか否かを判断するため、ピークＡＦ評価値からＡＦ評価値を差分した値が予め設定されている閾値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３８）。
【０１１１】
制御部２００は、ピークＡＦ評価値からＡＦ評価値を差分した値が予め設定されている閾値以下と判断した場合（ステップＳ３８；Ｎｏ）、ステップＳ３３に戻る。
【０１１２】
制御部２００は、ピークＡＦ評価値からＡＦ評価値を差分した値が予め設定されている閾値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ３８；Ｙｅｓ）、フォーカスレンズ１ａの移動を停止させ（ステップＳ３９）、第１の評価動作を終了させる。
【０１１３】
図１１に、本実施の形態２における第２の評価動作の動作フローを示す。
制御部２００は、第１の評価動作から検出されたピーク上限レンズ位置及びピーク下限レンズ位置を読み出す（ステップＳ４１）。
【０１１４】
制御部２００は、読み出したピーク上限レンズ位置とピーク下限レンズ位置から、第１距離を算出する（ステップＳ４２）。
【０１１５】
制御部２００は、算出された第１距離が焦点深度以内であるか否かを判断する（ステップＳ４３）。
【０１１６】
制御部２００は、第１距離が焦点深度以内であると判断した場合（ステップＳ４３；Ｙｅｓ）、読み出したピーク上限レンズ位置とピーク下限レンズ位置とから、第１の評価動作から検出されたピークＡＦ評価値のピークレンズ位置を算出し（ステップＳ４４）、算出したピークレンズ位置にフォーカスレンズ１ａを移動させ（ステップＳ４５）、合焦位置の調節を終了する。
【０１１７】
制御部２００は、第１距離が焦点深度以内でないと判断した場合（ステップＳ４３；Ｎｏ）、フォーカスレンズ１ａの移動方向を第１の評価動作とは逆の方向（例えば、負方向。）に設定する（ステップＳ４６）。
【０１１８】
制御部２００は、読み出しタイミング信号ＳVが立ち下がったか否かを判断し（ステップＳ４７）、読み出しタイミング信号ＳVが立ち下がるまで待機する（ステップＳ４７；Ｎｏ）。
【０１１９】
制御部２００は、読み出しタイミング信号ＳVが立ち下がったと判断した場合（ステップＳ４７；Ｙｅｓ）、フォーカスレンズ１ａが負方向にＮステップ移動されるようレンズ駆動指示信号Ｓm0をレンズ駆動部７０に出力する（ステップＳ４８）。
【０１２０】
その後、制御部２００は、再度、読み出しタイミング信号ＳVが立ち下がったか否かを判断し（ステップＳ４９）、読み出しタイミング信号が立ち下がるまで待機する（ステップＳ４９；Ｎｏ）。
【０１２１】
制御部２００は、読み出しタイミング信号ＳVが立ち下がったと判断した場合（ステップＳ４９；Ｙｅｓ）、ＡＦ検波部４０のＡＦ検波処理が完了したか否かを判断するため、ＡＦ検波部４０からＡＦ検波処理完了信号が入力されたか否かを判断し（ステップＳ５０）、ＡＦ検波処理完了信号が入力されるのを待機する（ステップＳ５０；Ｎｏ）。
【０１２２】
制御部２００は、ＡＦ検波処理完了信号が入力された（ＡＦ検波処理完了）と判断した場合（ステップＳ５０；Ｙｅｓ）、ＡＦ検波部４０から入力されるＡＦ評価値信号ＳAFからＡＦ評価値を取得する（ステップＳ５１）。
【０１２３】
制御部２００は、取得したＡＦ評価値が目標ＡＦ評価値以上であるか否かを判断する（ステップＳ５２）。取得したＡＦ評価値が目標ＡＦ評価値以上でないと判断した場合（ステップＳ５２；Ｎｏ）、ステップＳ４７に戻る。
【０１２４】
制御部２００は、取得したＡＦ評価値が目標ＡＦ評価値以上であると判断した場合（ステップＳ５２；Ｙｅｓ）、合焦位置の調節動作を終了する。
【０１２５】
このように、第１の評価動作においてフォーカスレンズ１ａを移動させつつ複数のフレームの画像信号を取得して光学像に対するピークＡＦ評価値を検出し、第２の評価動作において検出されたピークＡＦ評価値に基づいてフォーカスレンズ１ａの位置を調節する。
【０１２６】
図１２に、本実施の形態２の第１の評価動作のタイミングチャートの一例を示す。
なお、フレーム周期Ｔfは、読み出しタイミング信号ＳVの立下り時刻から次の立下り時刻までの期間であり、レンズ駆動信号Ｓm、各走査線の電荷蓄積信号、画像信号Ｓi、ＡＦ評価値信号ＳAFは、模式的に示したものである。
【０１２７】
時刻ｔ２１のとき、レンズ駆動信号Ｓmに基づいてフォーカスレンズ１ａが一方向（例えば、正方向。）に一定速度で移動開始される。また、読み出しタイミング信号ＳVが立下がり、ＡＦ上限走査線ＬWsの露光開始時刻及びＡＦ下限走査線ＬWeの露光終了時刻の計時が開始される。
【０１２８】
時刻ｔ２２のとき、ＡＦ上限走査線ＬWsの露光が開始され、上限レンズ位置の検出及び記憶処理が行われる。
【０１２９】
時刻ｔ２４のとき、ＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了され、下限レンズ位置の検出及び記憶処理が行われる。
【０１３０】
時刻ｔ２１から時刻ｔ２３の１フレーム周期Ｔfの期間を第１フレーム期間とした場合、第１フレーム期間に対するＡＦ評価値は、図１２に示すＶ1となる。
【０１３１】
時刻ｔ２５とき、ＡＦ検波部４０からＡＦ評価値Ｖ1が取得される。このように、フォーカスレンズ１ａが一定速度で一方向に移動されながら各フレームのＡＦ評価値が算出され、ピークＡＦ評価値の検出動作が行われる。
【０１３２】
時刻ｔ３１のとき、読み出しタイミング信号ＳVが立下がり、ＡＦ上限走査線ＬWsの露光開始時刻及びＡＦ下限走査線ＬWeの露光終了時刻の計時が開始される。
【０１３３】
時刻ｔ３２のとき、ＡＦ上限走査線ＬWsの露光が開始され、上限レンズ位置の検出及び記憶処理が行われる。
【０１３４】
時刻ｔ３５のとき、ＡＦ下限走査線ＬWeの露光が終了され、下限レンズ位置の検出及び記憶処理が行われる。
【０１３５】
時刻ｔ３１から時刻ｔ３３の１フレーム周期Ｔfの期間を第ｎフレーム期間とした場合、第ｎフレーム期間に対するＡＦ評価値は、図１２に示すＶnとなる。
時刻ｔ３６のとき、ＡＦ検波部４０からＡＦ評価値Ｖnが取得される。
【０１３６】
例えば、ＡＦ評価値ＶnがピークＡＦ評価値より大きい場合、ＡＦ評価値ＶnがピークＡＦ評価値に更新され、ＡＦ評価値Ｖnに対する上限レンズ位置及び下限レンズ位置がピーク上限レンズ位置及びピーク下限レンズ位置として更新される。
更新処理が行われたピークＡＦ評価値からＡＦ評価値Ｖnを差分した値は「０」となり、予め設定されている閾値以下となるため、次のフレーム（第ｎ＋１フレーム）におけるピークＡＦ評価値の検出動作が行われる。
【０１３７】
時刻ｔ３７とき、第ｎ＋１フレーム期間に対するＡＦ評価値Ｖn+1が取得される。
【０１３８】
時刻ｔ３８のとき、ピークＡＦ評価値からＡＦ評価値Ｖn+1を差分した値が予め設定されている閾値よりも大きいと判断され、フォーカスレンズ１ａの移動が停止された時刻であり、第１の評価動作が終了される。
【０１３９】
第１の評価動作では、ピークＡＦ評価値としてＡＦ評価値Ｖn、ピーク上限レンズ位置として時刻ｔ３２に対するフォーカスレンズ１ａの位置、ピーク下限レンズ位置として時刻ｔ３５に対するフォーカスレンズ１ａの位置が検出される。
このとき、第１距離は、時刻ｔ３２から時刻ｔ３５までのフォーカスレンズ１ａの移動距離として算出できる。また、ピークレンズ位置は、時刻ｔ３２から時刻ｔ３５間の中間時刻ｔ３４に対するレンズ位置として近似することができる。
【０１４０】
第２の評価動作において、算出された第１距離が焦点深度以内である場合、ピークレンズ位置としての時刻ｔ３４に対するレンズ位置にフォーカスレンズ１ａが移動される。
【０１４１】
図１３に、本実施の形態２の第２の評価動作のタイミングチャートの一例を示す。
図１３に示すタイミングチャートは、算出された第１距離が焦点深度よりも大きい場合に行われる動作のタイミングチャートの一例である。
また、第１の評価動作においてフォーカスレンズ１ａが停止したレンズ位置をＰA0とする。
【０１４２】
なお、フレーム周期Ｔfは、読み出しタイミング信号ＳVの立下り時刻から次の立下り時刻までの期間であり、レンズ駆動信号Ｓm、各走査線の電荷蓄積信号、画像信号Ｓi、ＡＦ評価値信号ＳAFは、模式的に示したものである。
【０１４３】
時刻ｔ４１のとき、読み出しタイミング信号ＳVが立下がり、レンズ駆動信号Ｓmによりフォーカスレンズ１ａがレンズ位置ＰA0から負方向にＮステップ移動開始される。
【０１４４】
時刻ｔ４２のとき、レンズ駆動信号Ｓmによりフォーカスレンズ１ａの移動が終了される（例えば、フォーカスレンズ１ａがレンズ位置ＰA0からＮステップ移動したレンズ位置ＰA1に移動される。）。
【０１４５】
時刻ｔ４３のとき、読み出しタイミング信号ＳVが立下がる。このとき、フォーカスレンズ１ａは移動されず、レンズ位置ＰA1に停止された状態である。
【０１４６】
読み出しタイミング信号ＳVが立下がった後（時刻ｔ４３後）、時刻ｔ４４のとき、レンズ位置ＰA1でのＡＦ評価値ＶA1が取得され、取得されたＡＦ評価値ＶA1と目標ＡＦ評価値との比較動作が行われる。
【０１４７】
例えば、ＡＦ評価値ＶA1が目標ＡＦ評価値以上ではない場合、読み出しタイミング信号ＳVが立下がるのを待機する。
【０１４８】
時刻ｔ４５のとき、読み出しタイミング信号ＳVが立下がり、レンズ駆動信号Ｓmによりフォーカスレンズ１ａがレンズ位置Ｐbから負方向にＮステップ移動開始される。
【０１４９】
時刻ｔ４６のとき、レンズ駆動信号Ｓmによりフォーカスレンズ１ａの移動が終了される（例えば、フォーカスレンズ１ａがレンズ位置ＰA1からＮステップ移動したレンズ位置ＰA2に移動される。）。
【０１５０】
時刻ｔ４５から時刻ｔ４６は、露光期間中にフォーカスレンズ１ａが移動されている。
【０１５１】
時刻ｔ４１から時刻ｔ４５の期間は、フレーム周期Ｔfの２周期分に相当しており、レンズ位置ＰA1に対するＡＦ評価値ＶA1を２回取得することができるが、時刻ｔ４５から時刻ｔ４６において、露光期間中にフォーカスレンズ１ａが移動されているため、後半のフレーム周期Ｔfに対するＡＦ評価値は評価精度が低くなる。そのため、一点鎖線で囲まれた前半のフレーム周期の電荷蓄積信号に基づくレンズ位置ＰA1の有効画像信号から算出されたＡＦ評価値のみＡＦ評価に有効な値となり、後半のフレーム周期の電荷蓄積信号に基づくレンズ位置ＰA1の無効画像信号から算出されるＡＦ評価値は取得しない。したがって、２フレーム周期毎にＡＦ評価値が取得される。
【０１５２】
時刻ｔ４７のとき、読み出しタイミング信号ＳVが立下がる。このとき、フォーカスレンズ１ａは移動されず、レンズ位置ＰA2に停止されている。
【０１５３】
読み出しタイミング信号ＳVが立下がった後（時刻ｔ４７後）、時刻ｔ４８のとき、レンズ位置ＰA2でのＡＦ評価値ＶA2が取得され、取得されたＡＦ評価値ＶA2と目標ＡＦ評価値との比較動作が行われる。
【０１５４】
例えば、ＡＦ評価値ＶA2が目標ＡＦ評価値以上である場合、合焦位置の調節動作が終了される。即ち、ＡＦ評価値ＶA2に対するレンズ位置ＰA2の位置にフォーカスレンズ１ａが調節される。
【０１５５】
このように、第１の評価動作では、ピークＡＦ評価値を検出することによって合焦位置の目安を設定することができる。
そして、第２の評価動作では、第１の評価動作から検出されたピークＡＦ評価値に基づいて、第１距離が焦点深度以内である場合には、瞬時に検出されたピークＡＦ評価値に対するピークレンズ位置にフォーカスレンズ１ａを調節することができ、第１距離が焦点深度よりも大きい場合には、２フレーム周期でフォーカスレンズ１ａを移動させ、２フレーム周期毎に検出されたＡＦ評価値が目標ＡＦ評価値以上となるレンズ位置にフォーカスレンズ１ａを調節するため、露光期間中にフォーカスレンズ１ａの移動が無い状態での画像信号に基づいて合焦位置の調節を行うことができる。
【０１５６】
従って、第１の評価動作と第２の評価動作とを行うことにより、合焦位置の目安に基づいてフォーカスレンズ１ａの位置を調節するため、合焦位置の調節完了までに要する処理時間を短縮することができ、一定の精度を保ちつつ高速に合焦位置の調節を行うことができる。
【０１５７】
また、本発明は、上記実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１  撮像光学系
１ａ  フォーカスレンズ
２  絞り
１０  撮像素子
１１  光電変換部
１２  読み出し用垂直シフトレジスタ
１３  リセット用垂直シフトレジスタ
１４  水平シフトレジスタ
１５  出力アンプ
２０  タイミング信号発生回路部
３０  Ａ／Ｄ変換・増幅部
４０  ＡＦ検波部
４１  ゲート回路部
４２  ＢＰＦ
４３  積算部
５０  絞り駆動部
６０  レンズ位置検出部
７０  レンズ駆動部
８０  単位画素回路
８１  垂直走査線
８２  リセット走査線
８３  垂直信号線
８４  出力信号線
１００、２００  制御部
Ａ、Ｂ  自動焦点調節装置
ＬAF  ＡＦ評価領域ＷAFの垂直幅（垂直走査線数）
ＬW1  第１走査線
ＬWe  ＡＦ下限走査線
ＬWm  第ｍ走査線
ＬWs  ＡＦ上限走査線
ｍ  フレーム領域ＷFの走査線総数
ＭＡ  アンプ
ＭＬ  水平スイッチトランジスタ
ＭＲ  リセットトランジスタ
ＭＳ  選択トランジスタ
ＰＤ  フォトダイオード
ＳAF  ＡＦ評価値信号
ＳG  ゲイン調整指示信号
Ｓi  画像信号
Ｓm  レンズ駆動信号
Ｓm0  レンズ駆動指示信号
ＳP  レンズ位置信号
ＳV  読み出しタイミング信号
ＳW  ＡＦ評価領域指示信号
Ｔexp  最低露光時間
Ｔexp0  適正露光時間
Ｔm  レンズ駆動時間
Ｔf  フレーム周期
ＷAF  ＡＦ評価領域
ＷF  フレーム領域
【図１】
2010224568.tif 000003
【図２】
2010224568.tif 000004
【図３】
2010224568.tif 000005
【図４】
2010224568.tif 000006
【図６】
2010224568.tif 000007
【図７】
2010224568.tif 000008
【図８】
2010224568.tif 000009
【図９】
2010224568.tif 000010
【図１０】
2010224568.tif 000011
【図１１】
2010224568.tif 000012
【図１２】
2010224568.tif 000013
【図１３】
2010224568.tif 000014
【図５】
2010224568.tif 000015