(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像面に結像させる撮像レンズと、
複数の光電変換素子が２次元アレイ状に配列されると共に、所定間隔で配置された複数ラインの組み合わせからなる複数の光電変換素子群に分割され、前記各光電変換素子に蓄積された電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、当該垂直転送部により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記複数の光電変換素子と前記垂直転送部との間に前記各光電変換素子に対応して個別に設けられ、移送パルスに応答して前記各光電変換素子に蓄積された電荷を前記垂直転送部に転送する転送ゲートと、を有し、前記撮像レンズにより撮像面に結像された被写体像に対応した電荷を蓄積する撮像素子と、
前記撮像素子の同一の光電変換素子群に属する光電変換素子は同一のタイミングで電荷蓄積を開始し、異なる光電変換素子群に属する光電変換素子は互いに異なるタイミングで電荷蓄積を開始するように前記撮像素子の電荷蓄積開始並びに終了タイミングを制御し、前記転送ゲートは前記各光電変換素子の電荷蓄積開始から所定時間に亘って当該各光電変換素子に蓄積された電荷を前記垂直転送部へ転送するように、前記所定時間間隔で前記移送パルスを発生することで、一回の撮像動作において露光量が略同一でサンプルタイミングが相互に異なる複数の画像信号を出力する制御手段と、
前記撮像素子の各光電変換素子群からそれぞれ読み出された画像信号に基づいて前記撮像素子の各光電変換素子群の電荷蓄積開始タイミングに同期して前記撮像レンズを合焦駆動する駆動手段と、
を備えた電子的撮像装置。
【請求項２】
被写体の明るさに応じて前記移送パルスの印加期間を変化させる手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子的撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ二次元イメージセンサのような固体撮像素子を用いて撮像を行う電子的撮像装置に係り、特に高速動作を可能とした自動焦点調節システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体像を撮像光学系により固体撮像素子、例えばＣＣＤ二次元イメージセンサ上に結像して電気信号に変換し、これにより得られた画像信号を半導体メモリや磁気ディスクのような記録媒体に記録する電子的撮像装置、いわゆる電子スチルカメラが広く普及しつつある。
【０００３】
このような電子スチルカメラにおいては、一般に撮像光学系のフォーカスレンズの焦点誤差を検出し、この焦点誤差の情報に基づいてフォーカスレンズを光軸方向に移動させて自動的に焦点調節を行うオートフォーカス（ＡＦ）システムが設けられる。電子スチルカメラにおけるＡＦシステムの一つとして、撮像素子によって撮像された被写体のコントラストに基づいて焦点誤差を検出して合焦位置を判定するイメージャＡＦ方式が知られている。
【０００４】
より具体的には、イメージャＡＦ方式ではフォーカスレンズを光軸方向にステップ的に移動させながら、撮像素子により得られる画像信号からハイパスフィルタにより高周波成分を抽出する。それは、焦点が正しく調節されたときに被写体像のコントラストが最大となり、同時に画像信号の高周波成分も最大となるからである。そして、各フォーカスレンズ位置に対応する高周波成分量（例えば、高周波成分の累積加算値）を比較して、高周波成分量がピークを示す最大コントラスト点を合焦位置と判定し、この合焦位置にフォーカスレンズ群を移動させる。このＡＦ方式は、いわゆる山登り方式と呼ばれる。このような従来のＡＦシステムは、例えば特開平９−１６８１１３号公報、特開平９−２００５９７号公報等に開示されている。
【０００５】
しかし、従来のＡＦシステムにおいては、複数のフォーカスレンズ位置での焦点誤差を検出して合焦位置を判定するために、各フォーカスレンズ位置毎に１画面分（１フレームまたは１フィールド）の画像信号を必要とし、ＡＦ動作に必要な時間が長くなってしまうという問題点がある。
【０００６】
例えば、フォーカスレンズ位置を２４ステップに設定した場合には、ＡＦのために２４画面分の画像信号を撮像素子によって取得する必要があり、ＡＦ動作に必要な時間は２４フレーム期間または２４フィールド期間にもなる。従って、高速で動く被写体を十分に追従できない。フォーカスレンズ位置のステップ数を少なくすれば、ＡＦ動作の所要時間は短縮されるが、ＡＦ精度がそれだけ低下してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の電子スチルカメラにおけるＡＦシステムでは、焦点誤差を検出し、合焦位置を判定するために各フォーカスレンズ位置毎に１画面分の画像信号を必要とすることから、高速のＡＦ動作を行うことができず、またＡＦ動作を高速化するためにフォーカスレンズ位置のステップ数を少なくするとＡＦ動作の精度が低下するという問題点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１画面の画像信号から複数のレンズ位置にそれぞれ対応した焦点誤差を検出して合焦位置を判定できるようにして、高速かつ高精度の自動焦点調節を行うことができる電子的撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明に係る電子的撮像装置は、被写体像を撮像面に結像させる撮像レンズと、複数の光電変換素子が２次元アレイ状に配列されると共に、所定間隔で配置された複数ラインの組み合わせからなる複数の光電変換素子群に分割され、前記各光電変換素子に蓄積された電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、当該垂直転送部により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記複数の光電変換素子と前記垂直転送部との間に前記各光電変換素子に対応して個別に設けられ、移送パルスに応答して前記各光電変換素子に蓄積された電荷を前記垂直転送部に転送する転送ゲートと、を有し、前記撮像レンズにより撮像面に結像された被写体像に対応した電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の同一の光電変換素子群に属する光電変換素子は同一のタイミングで電荷蓄積を開始し、異なる光電変換素子群に属する光電変換素子は互いに異なるタイミングで電荷蓄積を開始するように前記撮像素子の電荷蓄積開始並びに終了タイミングを制御し、前記転送ゲートは前記各光電変換素子の電荷蓄積開始から所定時間に亘って当該各光電変換素子に蓄積された電荷を前記垂直転送部へ転送するように、前記所定時間間隔で前記移送パルスを発生することで、一回の撮像動作において露光量が略同一でサンプルタイミングが相互に異なる複数の画像信号を出力する制御手段と、前記撮像素子の各光電変換素子群からそれぞれ読み出された画像信号に基づいて前記撮像素子の各光電変換素子群の電荷蓄積開始タイミングに同期して前記撮像レンズを合焦駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このように本発明では、撮像素子の分割された各光電変換素子群に互いに異なるタイミングで蓄積が開始された信号電荷を画像信号として読み出すため、各光電変換素子における信号電荷の蓄積動作を撮像レンズを光軸方向に移動させながら行うことにより、各光電変換素子群から読み出された各画像信号に基づき撮像レンズの異なる複数の位置における焦点誤差情報が得られ、これに基づいて合焦位置を判定できる。
【００１１】
すなわち、撮像素子の１回の撮像によって得られる１画面分の画像信号から合焦位置を判定することきができ、この合焦位置に撮像レンズを移動させることにより、ＡＦ（自動焦点調節）動作の高速化が可能である。また、ＡＦ動作の高速化のために撮像レンズ位置のステップ数を少なくする必要がないので、ＡＦ動作の精度も確保される。より具体的には、インターライン転送撮像素子を用いた場合、撮像レンズを駆動しつつ撮像を行い、電荷蓄積開始タイミングと転送タイミングとを相互にずらすことにより、異なるレンズ位置における出力信号を一括して取り込むようにしている。この様な構成により、同一のフレームレートにおいても、焦点調整データのサンプル数を実質的に増加させることができ、焦点調整に要する時間を短縮することができる。
【００１２】
ここで、駆動手段は撮像素子の各光電変換素子群の電荷蓄積開始タイミングに同期して撮像レンズを所定位置に駆動することが好ましい。この場合、撮像レンズの各位置において各光電変換素子群から読み出された画像信号の高周波成分を比較し、その相互比較結果に基づき合焦位置を判定して撮像レンズを合焦位置に駆動するようにすればよい。このようにすると、電荷蓄積時間と撮像レンズの位置が対応するため、画像信号からより正確に合焦位置を判定することができ、ＡＦ動作の精度がさらに向上する。
【００１３】
また、駆動手段において各光電変換素子群の電荷蓄積開始タイミングに同期したタイミングで駆動されたレンズ位置のいずれかの位置を合焦位置として、この合焦位置に撮像レンズを駆動するようにすることにより、これらのレンズ位置以外の位置を含めて合焦位置の候補を設定した場合に比較して、少ない演算量で簡単に合焦位置を判定して、高速に撮像レンズを合焦位置に移動させることが可能となる。
【００１４】
撮像素子は、例えば、前述の光電変換素子と、これらの光電変換素子に蓄積された電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、この垂直転送部により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、光電変換素子に蓄積された電荷を垂直転送部に転送するために光電変換素子と垂直転送部との間に各光電変換素子に対応して個別に設けられた転送ゲートとを有する。そして、転送ゲートは光電変換素子の電荷蓄積開始から所定時間に亘って所定時間間隔毎に移送パルスが与えられることにより、光電変換素子に蓄積された電荷を垂直転送部へ転送する。
【００１５】
このように転送ゲートを個々の光電変換素子に対応して個別に設ければ、各光電変換素子群毎に転送ゲートへの移送パルスの印加タイミングを異ならせることで、前述のように各光電変換素子群の電荷蓄積タイミングを互いに異ならせることが可能となる。
【００１６】
さらに、このような撮像素子において被写体の明るさに応じて転送ゲートへの移送パルスの印加期間を変化させるようにすれば、すなわち被写体が明るい場合は移送パルスの印加期間を短くし、被写体が暗い場合は移送パルスの印加期間を長くすれば、被写体の明るさによらず適正レベルの画像信号が得られるので、被写体の明るさによらず良好なＡＦ動作が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子的撮像装置の構成を示すブロック図である。図１において、被写体光は、図示しないレンズ鏡筒に設けられた撮像光学系１を構成するズームレンズ群２および撮像レンズであるフォーカスレンズ群３を通過した後、光量調節手段である絞り４を介して固体撮像素子、例えばＣＣＤ二次元イメージセンサ（以下、単にＣＣＤという）５に入射する。これにより、ＣＣＤ５の撮像面上に被写体像が結像される。
【００１９】
ＣＣＤ５は、画素と呼ばれる複数の光電変換素子を二次元のマトリクス状に配列して撮像面を構成し、さらに撮像面にカラーフィルタを配置したものである。ＣＣＤ５は、ＣＣＤドライバ１７によって駆動制御され、撮像光学系１および絞り４を通過した被写体光により撮像面に結像された被写体像に対応した信号電荷を蓄積する。このＣＣＤ５に蓄積された信号電荷は、画素信号と呼ばれる電気信号として読み出され、撮像回路６に入力される。撮像回路６において、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）、その他の処理を施すことで、所定フォーマットの画像信号が生成される。
【００２０】
撮像回路６において生成された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器７によりディジタル信号に変換された後、バッファメモリ８に一時的に記憶される。バッファメモリ８から読み出される画像信号は、Ｄ／Ａ変換器９によりアナログ信号に戻され、さらに再生出力に適した形態に変換された後、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）１０に供給され、画像として表示される。
【００２１】
バッファメモリ８にはさらに圧縮／伸長回路１１が接続され、この圧縮伸長回路１１には画像データおよび付随するデータを記録するための記録媒体である記録用メモリ１２が接続される。
【００２２】
圧縮伸長回路１１は、圧縮回路部と伸長回路部とからなる。圧縮回路部は、バッファメモリ８に記憶された画像信号を読み出して圧縮（符号化）処理を行うことにより、記録用メモリ１２への記録に適した形態とするための処理を行う。伸長回路部は、記録用メモリ１２に記録された画像信号を読み出して伸長（復号化）処理を行うことにより、表示やプリント等の再生出力に適した形態とするための処理を行う。
【００２３】
記録用メモリ１２には、例えばフラッシュメモリのような固体型の半導体メモリや、カード形状またはスティック形状からなり装置に対して着脱可能に構成されたカード型フラッシュメモリのような半導体メモリのほか、ハードディスクやフロッピディスクのような磁気記録媒体等、種々の形態のものを使用できる。
【００２４】
また、Ａ／Ｄ変換器７から出力される画像信号は、ＡＥ処理部１３およびＡＦ処理部１４に供給される。ＡＥ処理部１３は、Ａ／Ｄ変換器７より出力される画像信号を受け、各画素からの画素信号の累積加算を主体とする演算処理を実行する。そして、ＡＥ処理部１３は、この累積加算値に基づき被写体の明るさに応じたＡＥ評価値（測光値）を求めた後、このＡＥ評価値に基づいてＣＰＵ１５を介して露光量を自動的に調整する自動露出（ＡＥ）処理を実行する回路である。
【００２５】
ＡＦ処理部１４は、Ａ／Ｄ変換器７より出力される画像信号を受けて、ハイパスフィルタ３１によりその高周波成分を抽出する。そして、ＡＦ処理部１４は、この高周波成分に対して累積加算処理を行うことによって被写体像の輪郭成分量に対応するＡＦ評価値を算出した後、当該ＡＦ評価値に基づいてＣＰＵ１５を介して自動焦点調節（ＡＦ）処理を実行する回路である。図１に示した電子的撮像装置では、ハイパスフィルタ３１と、切替器３２および累積加算部３３により構成されたＡＦ処理部１４の例を示している。このＡＦ処理部１４の詳しい動作については、後述する。
【００２６】
ＣＰＵ１５は撮像装置全体の制御を司るものである。例えば、ＣＰＵ１５は、上述したＡＥ処理部１３およびＡＦ処理部１４のほか、タイミング発生器１６、第１モータドライバ１８、第２モータドライバ１９、第３モータドライバ２０、操作部２４、ＥＥＰＲＯＭ２５、および電池２６が接続されている。タイミング発生器１６は、ＣＰＵ１５、ＣＣＤドライバ１７および撮像回路６に供給する各種のタイミング信号を発生する。
【００２７】
第１モータドライバ１８は、絞り４を駆動する絞り駆動モータ２１の駆動制御を行う。ＣＰＵ１５は、ＡＥ処理回路１３で算出されたＡＥ評価値に基づいて、この第１モータドライバ１８を制御することにより、適正な露光量が得られるように絞り４の絞り量を調整するＡＥ制御を行う。
【００２８】
第２モータドライバ１９は、フォーカスレンズ群３を駆動するフォーカスモータ２２の駆動制御を行う。ＣＰＵ１５は、ＡＦ算出回路１４で算出されたＡＦ評価値に基づいて、この第２モータドライバ１９を制御することにより、合焦状態が得られるようにフォーカスレンズ群３を光軸方向に移動させるＡＦ制御を行う。
【００２９】
第３モータドライバ２０は、ズームレンズ群２を駆動するズームモータ２３の駆動制御を行う。ＣＰＵ１５は、後述する操作部２４内のズームスイッチが操作されたとき、このズームスイッチからの指令信号に従って第３モータドライバ２０を制御することにより、所望の変倍動作が得られるようにズームレンズ群２を光軸方向に移動させるズーム制御を行う。
【００３０】
操作部２４は、各種の動作を行わせるための指令信号を発生してＣＰＵ１５に伝達する複数の操作スイッチ群からなる。具体的には、操作部２４は、例えば撮像装置を起動させて電源供給を行わせるための指令信号を発生させる主電源スイッチと、撮影／記録動作を開始させるための指令信号を発生させるレリーズスイッチと、再生動作を開始させるための指令信号を発生させる再生スイッチと、ズームレンズ群２を移動させて変倍動作を開始させるための指令信号を発生させるズームスイッチ（ズームアップスイッチおよびズームダウンスイッチ）等を備えている。
【００３１】
レリーズスイッチは、撮影動作に先立って行うＡＥ処理およびＡＦ処理を開始させる指令信号を発生させる第１段レリーズスイッチと、この第１段レリーズスイッチにより発生される指令信号を受けて実際の撮像動作を開始させる指令信号を発生させる第２段レリーズスイッチとからなる。
【００３２】
ＥＥＰＲＯＭ２５は電気的に書き換え可能なメモリであり、各種の制御プログラムや各種の動作を行わせるために使用するデータを予め記憶している。
【００３３】
電池２６は、ＣＰＵ１５によって制御され、撮像装置の各部への電源供給を行う。
【００３４】
次に、本実施形態におけるＡＦシステムについて詳細に説明する。
【００３５】
図２は、本実施形態におけるＣＣＤ５の構成を示す図である。このＣＣＤ５はインターライン転送型ＣＣＤであり、二次元アレイ状に配列された光電変換素子であるフォトダイオード４１、転送ゲート４２、垂直転送部４３、水平転送部４４および出力増幅器４５からなる。
【００３６】
フォトダイオード４１に蓄積された信号電荷は、転送ゲート４２を介してＣＣＤで構成された垂直転送部４３に転送され、この垂直転送部４３により垂直方向に転送される。そして、信号電荷は、垂直転送部４３同じくＣＣＤで構成された水平転送部４４により水平方向に転送され、水平転送部４４の出力部に接続された出力増幅器４５により電流−電圧変換され、出力端子４６より画像信号として取り出される。
【００３７】
ここで、フォトダイオード４１は、垂直方向に所定間隔で配置された複数ラインの組み合わせからなる複数の群に分割されている。すなわち、垂直方向に所定間隔で配置された複数ラインのうちの同一ラインに接続された各フォトダイオード４１は、同一の群として扱われる。そして、同一群に属するフォトダイオード４１は、電荷蓄積に関して、同一の制御が施される。この電荷蓄積制御については、後で詳しく説明する。図２は、３ラインおきの組み合わせからなる４つの群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに分割されているフォトダイオード４１の例を示している。同図では、フォトダイオード４１を表す各ブロックの内部に記載されたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが、群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに属するフォトダイオードであることを示している。
【００３８】
一方、転送ゲートについては、通常はフォトダイオードの垂直方向の並びに対して共通に設けられるが、本実施形態における転送ゲート４２は、個々のフォトダイオード４１に１：１対応で分離して形成されている。さらに、これらの転送ゲート４２はフォトダイオード４１の群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ毎に共通接続線４６によって共通に接続されており、これらの共通接続線４６を介して図１のＣＣＤドライバ１７から移送パルスＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤがそれぞれ供給される。
【００３９】
この供給された移送パルスＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤにより、同一の群に属する各フォトダイオードは、同一タイミングで信号電荷の蓄積を開始するように、かつ、異なる群に属する各フォトダイオードは、互いに異なるタイミングで信号電荷の蓄積を開始するように制御される（すなわち、例えばフォトダイオード群４１Ａに属する各フォトダイオードは、同一のタイミングで蓄積を開始するように制御される。一方、例えばフォトダイオード群４１Ａに属する各フォトダイオードとフォトダイオード群４１Ｂに属する各フォトダイオードとは、異なるタイミングで蓄積を開始するように制御される。）。そして、フォトダイオード４１から転送ゲート４２、垂直転送部４３、水平転送部４４および出力増幅器４５を介して読み出された画像信号は、撮像回路６、Ａ／Ｄ変換器７を介してＡＦ処理部１４に入力される。
【００４０】
ＡＦ処理部１４では、ハイパスフィルタ３１によりＡ／Ｄ変換器７より入力された画像信号から高周波成分が抽出される。そして、各フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに対応する高周波成分が、切替器３２を介して累積加算部３３に入力され、各高周波成分毎の累積加算値がＡＦ評価値として求められる。そして、このＡＦ評価値に基づき、ＣＰＵ１５、第２モータドライバ１９およびフォーカスモータ２２を介してフォーカスレンズ群３が光軸方向に移動されることによって、ＡＦ動作が行われる。
【００４１】
図３は、ＣＣＤ５における信号電荷の蓄積／読み出し動作を示す図である。すなわち、移送パルスＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤと、フォトダイオード４１に蓄積されている信号電荷を一斉に掃き出すためのＳＵＢ抜きパルスと、各フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄの露光期間（信号電荷の実質的な蓄積期間）を表している。また、同図において、状態ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、図４に示すＣＣＤ５の各状態のタイミングに対応している。
【００４２】
図４は、ＣＣＤ５での内部動作の各状態を模式的に示している。図４において、記号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各々フォトダイオード４１が属する群を表すとともに、フォトダイオード４１に蓄積された信号電荷および垂直転送部４３内の信号電荷の電荷量も表現している。
【００４３】
図３、図４を参照して、以下ＣＣＤ５における一連の内部動作について説明する。
【００４４】
図４に示す状態ａにおいて、全てのフォトダイオード４１に蓄積されている信号電荷は、ＳＵＢ抜きパルスにより掃き出される。その後、状態ｂにおいて、移送パルスＳＡによりフォトダイオード群４１Ａに接続されている転送ゲート４２が開かれ、フォトダイオード群４１Ａに蓄積された信号電荷Ａが垂直転送部４３に転送され、その直後に再び全てのフォトダイオード４１に蓄積されている信号電荷がＳＵＢ抜きパルスにより掃き出される。
【００４５】
次に、状態ｃにおいて、移送パルスＳＡ，ＳＢによりフォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂに接続されている転送ゲート４２が開かれ、フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂに蓄積された信号電荷Ａ，Ｂが垂直転送部４３に転送され、その直後に再び全てのフォトダイオード４１に蓄積されている信号電荷がＳＵＢ抜きパルスにより掃き出される。このとき、フォトダイオード群４１Ａに蓄積された信号電荷Ａは、状態ｂと状態ｃで２回にわたって垂直転送部４３に転送されるため、垂直転送部４３内では２倍の電荷量（Ａ＊２）となっている。すなわち、フォトダイオード群４１Ａの露光期間は図３に示すＴ１となり、ＳＵＢ抜きパルスの周期の２倍となる。
【００４６】
次に、状態ｄにおいて、移送パルスＳＢ，ＳＣによりフォトダイオード群４１Ｂ，４１Ｃに接続されている転送ゲート４２が開かれ、フォトダイオード群４１Ｂ，４１Ｃに蓄積された信号電荷Ｂ，Ｃが垂直転送部４３に転送され、その直後に再び全てのフォトダイオード４１に蓄積されている信号電荷がＳＵＢ抜きパルスにより掃き出される。
【００４７】
このとき、上記と同様にフォトダイオード群４１Ｂに蓄積された信号電荷Ｂは、状態ｃと状態ｄで２回にわたって垂直転送部４３に転送されるため、垂直転送部４３内では２倍の電荷量となる。従って、フォトダイオード群４１Ｂの露光期間は図３に示すＴ２となる。同図に示すように、露光期間Ｔ２の前半の半周期は、露光期間Ｔ１の後半の半周期とオーバラップしている。
【００４８】
以下、状態ｅ，状態ｆにおいても同様の動作が行われる。その結果、状態ｆにおける垂直転送部４３内の信号電荷は、フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄにそれぞれ蓄積された信号電荷の２倍の電荷量となり、フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄはそれぞれ半周期分ずつオーバラップした期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４にわたって露光されたことになる。
【００４９】
このように本実施形態では、ＣＣＤ５のフォトダイオード４１を複数のフォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに分割し、これらの各フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄにおいて互いに異なるタイミングで信号電荷の蓄積を開始するようにしている。
【００５０】
従って、以下に述べるように、フォーカスレンズ群３を光軸方向に移動させながら各フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄにおける信号電荷の蓄積動作を行うことによって、各フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄからそれぞれ読み出される画像信号に基づきフォーカスレンズ群３の異なる複数の位置における焦点誤差情報を得ることができる。そして、この異なる複数の位置における焦点誤差情報により、高速な合焦位置が判定可能となる。
【００５１】
また、このようにすると各々のフォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄでの信号電荷の蓄積時間は、複数のレンズ位置の焦点誤差情報をそれぞれ１画面の画像信号から求める従来のＡＦシステムに比較して短くなる。しかし、前述したように、本実施形態ではフォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄが半周期分ずつオーバラップした期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４にわたって露光されるため、電荷蓄積時間を比較的長くとることができる。従って、各フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄからそれぞれ読み出される画像信号のレベル低下を補い、焦点誤差情報の検出とこれに基づくＡＦ評価値の算出および合焦位置の判定を確実に行うことができる。
【００５２】
次に、上述したＣＣＤ５の電荷蓄積／読み出し動作を踏まえて、本実施形態におけるＡＦ動作の具体的な実施例について説明する。
【００５３】
（実施例１）
図５は、実施例１におけるＡＦ動作を説明するためのタイムチャートの例と、当該タイムチャートに対応したフォーカスレンズ群３のレンズ位置を示している。なお、フォーカスレンズ群３は単焦点レンズもしくは比較的短い焦点距離のレンズとし、その繰り出し量（光軸方向の移動量）は比較的小さく、繰り出し量は３ステップ（フォーカスレンズ群３の停止位置が４箇所）にわたりステップ的に変化するものとする。また、図５に示す移送パルスＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ、ＳＵＢ抜きパルスおよび各露光期間は、図３と同様である。
【００５４】
図５のモータ駆動タイムチャートに示すように、ＡＦ動作時においては、フォーカスモータ２２が移送パルスＳＡ，ＳＢ，ＳＣの１回目の印加に同期してステップ的に駆動される。この駆動に連動して、フォーカスレンズ群３のレンズ位置は、図５に示すようにＬ１（無限遠）の位置からＬ２，Ｌ３，Ｌ４（最至近）の位置に順次停止する。
【００５５】
このとき、露光期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４においては、ＡＦ処理部１４内の累積加算部３３により、フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに蓄積された信号電荷に対応する画像信号の高周波成分の累積加算値がレンズ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に対応するＡＦ評価値１，ＡＦ評価値２，ＡＦ評価値３，ＡＦ評価値４としてそれぞれ求められる。
【００５６】
これらのＡＦ評価値１，２，３，４の大小関係に基づいて、ＣＰＵ１５で合焦位置が求められる。この実施例１の場合の合焦位置の決定法を以下に示す。
【００５７】
・ＡＦ評価値１が最大→合焦位置＝レンズ位置Ｌ１
・ＡＦ評価値１，２が大（いずれもＡＦ評価値３，４より大）
→合焦位置＝レンズ位置Ｌ２
・ＡＦ評価値２，３が大（いずれもＡＦ評価値１，４より大）
→合焦位置＝レンズ位置Ｌ３
・ＡＦ評価値４が最大→合焦位置＝レンズ位置Ｌ４
こうして合焦位置が求まると、ＣＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３を合焦位置であるレンズ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のいずれかに固定させ、この状態で撮像を行うように各部を制御する。
【００５８】
（実施例２）
図６は、実施例２におけるＡＦ動作を説明するためのタイムチャートの例と、当該タイムチャートに対応したフォーカスレンズ群３のレンズ位置を示している。なお、実施例２においては、フォーカスレンズ群３は比較的焦点距離の長いレンズとし、その繰り出し量は比較的大きく、７ステップ（フォーカスレンズ群３の停止位置が８箇所）にわたりステップ的に変化するものとする。また、図６に示す移送パルスＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ、ＳＵＢ抜きパルスおよび各露光期間は、図３及び図５と同様である。
【００５９】
図６のモータ駆動タイムチャートに示すように、フォーカスモータ２２は、各移送パルスＳＡ，ＳＢ，ＳＣの１回目の印加に同期して２ステップずつステップ的に駆動される。そして、フォーカスレンズ群３は、ファーカスモータ２２が移送パルスＳＤの１回目の印加に同期して１ステップ分駆動されることにより、図６のレンズ位置に示すようにＬ１（無限遠位置）からＬ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８（最至近位置）に順次停止する。
【００６０】
このとき、図６に示す各露光期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４においては、ＡＦ処理部１４内の累積加算部３３によりフォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに蓄積された信号電荷に対応する画像信号の高周波成分の累積加算値がレンズ位置Ｌ１〜Ｌ３，Ｌ２〜Ｌ５，Ｌ４〜Ｌ７，Ｌ６〜Ｌ８に対応するＡＦ評価値１，ＡＦ評価値２，ＡＦ評価値３，ＡＦ評価値４としてそれぞれ求められる。
【００６１】
これらのＡＦ評価値１，２，３，４の大小関係に基づいて、ＣＰＵ１５は、合焦位置を求める。実施例２の場合の合焦位置の決定法を以下に示す。
【００６２】
・ＡＦ評価値１が最大→合焦位置＝レンズ位置Ｌ１
・ＡＦ評価値１＞ＡＦ評価値２＞ＡＦ評価値３，４
→合焦位置＝レンズ位置Ｌ２
・ＡＦ評価値２＞ＡＦ評価値１＞ＡＦ評価値３，４
→合焦位置＝レンズ位置Ｌ３
・ＡＦ評価値２＞ＡＦ評価値３＞ＡＦ評価値１，４
→合焦位置＝レンズ位置Ｌ４
・ＡＦ評価値３＞ＡＦ評価値２＞ＡＦ評価値１，４
→合焦位置＝レンズ位置Ｌ５
・ＡＦ評価値３＞ＡＦ評価値４＞ＡＦ評価値１，２
→合焦位置＝レンズ位置Ｌ６
・ＡＦ評価値４＞ＡＦ評価値３＞ＡＦ評価値１，２
→合焦位置＝レンズ位置Ｌ７
・ＡＦ評価値４が最大→合焦位置＝レンズ位置Ｌ８
ＣＰＵ１５は、このようにして合焦位置が求まると、実施例１と同様にフォーカスレンズ群３を合焦位置であるレンズ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８のいずれかに固定させ、この状態で撮像を行うように各部を制御する。
【００６３】
（実施例３）
図７は、実施例３におけるＡＦ動作を説明するためのタイムチャートであり、被写体の明るさ（照度）が比較的低い場合に適した例である。
【００６４】
図７に示す移送パルスＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤは、図３および図４に示したＣＣＤ５の動作例および図５、図６に示した実施例１，２と異なり、連続して３回印加される。すなわち、ＣＣＤ５においてフォトダイオード４１の各々に蓄積された信号電荷は、転送ゲート４２を介して垂直転送部４３に３回ずつ転送される。従って、図７に示す露光期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、図３〜図６の場合の１．５倍と長くなるので、被写体が暗い場合でも十分な露光量が確保され、ＡＦ評価値１，２，３，４として信頼性の高い値が得られる。
【００６５】
本実施例３におけるＡＦ評価値１，２，３，４に基づく合焦位置の決定法は、実施例１，２と同様でよい。また、被写体の明るさに応じて移送パルスの印加周期をさらに多段階に変化させるようにしてもよい。
【００６６】
このように被写体の明るさに応じて移送パルスの印加期間を変化させることにより（すなわち、被写体が明るい場合は移送パルスの印加期間を短くし、被写体が暗い場合は移送パルスの印加期間を長くすることにより）、被写体の明るさによらずＡＦ処理部１４での処理が可能な適正レベルの画像信号を得ることができ、被写体の明るさによらず良好なＡＦ動作が可能となる。
【００６７】
ところで、市販されているカムコーダでは、手振れによって数ラインずれた画像データを使っていても、ＡＦ動作性能上には全く支障がない。また、ＮＴＳＣのカムコーダはインターレースであるから、順次出力されるフィールド画像データは１ラインずれている画像データである。しかし、１ラインずれて交互に出力される画像データを使用しても、同じくＡＦ動作性能上には全く支障はない。
【００６８】
一方、上記実施例１、実施例２、実施例３において説明したＡＦ動作は、フォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに蓄積された各信号電荷に対応する各画像信号に基づいて実行された。この４つのフォトダイオード群４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄは、各フォトダイオード４１を３ラインおきに組み合わせることで分割されたものであった。従って、各実施例におけるＡＦ動作は、以下に示すように順次出力される複数ラインの組み合わせ毎のデータを使用している。
【００６９】
・第１出力画像（０ライン、４ライン、８ライン、  ・・・４＊ｎライン）
・第２出力画像（１ライン、５ライン、９ライン、  ・・・４＊ｎライン）
・第３出力画像（２ライン、６ライン、１０ライン、・・・４＊ｎライン）
・第４出力画像（３ライン、７ライン、１１ライン、・・・４＊ｎライン）
・第５出力画像（０ライン、４ライン、８ライン、  ・・・４＊ｎライン）
従って、順次出力される各画像データは、別の位置のデータであることを意味している。
【００７０】
すなわち、上述した各実施例においては、４ラインとばしの画像データが使用されているが、ＣＣＤ５がＮＴＳＣに比べ非常に高画素であれば、特に問題は生じない。換言すれば、上記各実施例においてＣＣＤ５を高画素とすることで、ＮＴＳＣ並の実力を確保することができる。
【００７１】
また、各実施例で説明したＡＦ動作において、露光量（露光時間）を稼ぐために、順次出力される複数ラインの組み合わせ毎のデータは、露光が重なるように読み出されている。これに対し、露光量の減少を伴うが、図８に示すように各データが重ならないように読み出すことも可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、撮像素子の光電変換素子を所定間隔で配置した複数ラインの組み合わせからなる複数の群に分割した上で、同一の群に属する光電変換素子は同一タイミングで、異なる群に属する光電変換素子は互いに異なるタイミングで電荷蓄積を開始するように電荷蓄積開始タイミングを制御し、これらの各光電変換素子群から読み出された画像信号に基づいて、撮像素子の１回の撮像によって合焦位置を判定することが可能であり、この合焦位置に撮像レンズを移動させることにより、ＡＦ動作の精度を維持しつつ高速化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子的撮像装置の構成を示すブロック図
【図２】同実施形態におけるＣＣＤの構成を模式的に示す図
【図３】同実施形態におけるＣＣＤの動作を説明するためのタイムチャート
【図４】同実施形態におけるＣＣＤの内部動作を説明するための模式図
【図５】同実施形態におけるＡＦ動作を説明するためのタイムチャート
【図６】同実施形態における他のＡＦ動作を説明するためのタイムチャート
【図７】同実施形態におけるさらに別のＡＦ動作を説明するためのタイムチャート
【図８】同実施形態における他のＡＦ動作を説明するためのタイムチャート
【符号の説明】
１…撮像光学系
２…ズームレンズ群
３…フォーカスレンズ群
４…絞り
５…ＣＣＤ（撮像素子）
６…撮像回路
７…Ａ／Ｄ変換器
８…バッファメモリ
９…Ｄ／Ａ変換器
１０…ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）
１１…圧縮／伸長回路
１２…記録用メモリ（記録媒体）
１３…ＡＥ処理部（自動露出処理部）
１４…ＡＦ処理部（自動焦点調整処理部）
１５…ＣＰＵ
１６…タイミング発生器
１７…ＣＣＤドライバ
１８〜２０…モータドライバ
２１…絞りモータ
２２…フォーカスモータ
２３…ズームモータ
２４…操作部
２５…ＥＥＰＲＯＭ
３１…ハイパスフィルタ
３２…切替器
３３…累積加算部
４１…フォトダイオード（光電変換素子）
４２…転送ゲート
４３…垂直転送部
４４…水平転送部
４５…出力増幅器
【図１】
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【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】
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【図８】
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