(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶レンズを含む光学レンズ手段と、前記光学レンズ手段を通して結像する光学像を電気信号に変換して画像信号を出力する光電変換手段と、前記画像信号から焦点整合度に対応した焦点信号を抽出し、焦点信号が最大となるように前記液晶レンズの駆動条件を制御する液晶レンズ制御手段を有する自動合焦点装置であって、
前記液晶レンズ制御手段は、
前記液晶レンズに所定電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光学像に基づいて生成された画像信号を、所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、
前記焦点信号抽出手段より抽出された複数の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段と、
を備えることを特徴とする自動合焦点装置。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項４】
前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための第１の電圧と、前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための第２の電圧を異なるタイミングで印加することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項５】
前記電圧印加手段は、前記液晶レンズに前記第１の電圧を印加する期間と前記第２の電圧を印加する期間との間に、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧および前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧のいずれでもない第３の電圧を印加する期間があるように、前記液晶レンズに電圧を印加することを特徴とする請求項４に記載の自動合焦点装置。
【請求項６】
前記液晶レンズ制御手段は、前記液晶レンズに前記第１の電圧および前記第２の電圧のいずれか一方を印加して前記液晶レンズが過渡応答動作をしている間に焦点信号が最大値であることを判定すると、液晶レンズにもう一方の電圧を印加するのを中止することを特徴とする請求項４に記載の自動合焦点装置。
【請求項７】
前記液晶レンズは、抵抗接続された中心部電極と外周部電極とを有するパターン電極と共通電極がそれぞれ形成された２枚の透明基板間に液晶層を挟持してなり、
前記電圧印加手段は、前記中心部電極と前記外周部電極とに異なる所定の電圧を印加するとともに、前記異なる所定の電圧の内の小さい方の電圧の振幅を変調することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項８】
前記電圧印加手段は、所定の時間だけ振幅を大きくし、その後は徐々に減衰させて所定の振幅に戻すように変調することを特徴とする請求項７に記載の自動合焦点装置。
【請求項９】
前記液晶レンズは、抵抗接続された中心部電極と外周部電極とを有するパターン電極と共通電極がそれぞれ形成された２枚の透明基板間に液晶層を挟持してなり、
前記電圧印加手段は、前記中心部電極と前記外周部電極とに異なる所定の電圧を印加するとともに、前記異なる所定の電圧の内の小さい方の電圧のパルス幅を変調することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項１０】
前記電圧印加手段は、所定の時間だけパルス幅を長くし、その後は徐々にパルス幅を短くして所定のパルス幅に戻すように変調することを特徴とする請求項９に記載の自動合焦点装置。
【請求項１１】
前記焦点信号抽出手段は、
前記電圧印加手段により前記液晶レンズに印加する電圧を変化させて、前記液晶レンズの液晶動作が安定した状態でサンプリングすることにより、複数の焦点信号を抽出する焦点信号逐次抽出手段と、
前記電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光学像に基づいて生成された画像信号を、所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する焦点信号一括抽出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項１２】
前記液晶レンズ制御手段は、前記焦点信号逐次抽出手段と前記焦点信号一括抽出手段との選択を行う抽出方法選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の自動合焦点装置。
【請求項１３】
前記液晶レンズの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記抽出方法選択手段は、前記温度検出手段が検出する温度情報に基づいて、前記焦点信号逐次抽出手段または前記焦点信号一括抽出手段を選択する手段であることを特徴とする請求項１２に記載の自動合焦点装置。
【請求項１４】
前記液晶レンズ制御手段は、
前記サンプリングが開始されてからの経過時間を計測する計測手段と、
前記液晶レンズの焦点距離と前記経過時間とを対応させたデータを予め記憶する第１の記憶手段と、
前記第１の記憶手段に記憶されたデータを用いて、前記経過時間に基づいて、最大値と判定された焦点信号に対応する焦点距離を記憶する第２の記憶手段と、を備え、
前記第２の記憶手段に記憶された前記焦点距離を合焦点のレンズ状態とみなして、前記サンプリングが終了した後に、その焦点距離に前記液晶レンズを調整することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項１５】
前記液晶レンズの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記第１の記憶手段は、温度毎の前記焦点距離と前記経過時間とを対応させた複数個のデータを有し、
前記温度検出手段の情報に対応した前記データを用いて、前記第２の記憶手段に焦点距離を記憶することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項１６】
前記電圧印加手段と、前記焦点信号抽出手段と、前記計測手段と、前記第１の記憶手段と、前記光学レンズ手段と、前記光電変換手段とを有するカメラレンズユニットと、
前記合焦点判定手段と、前記第２の記憶手段とを有するオートフォーカスコントローラとから構成され、
前記カメラレンズユニットと前記オートフォーカスコントローラとがインターフェースを介して接続され、
前記オートフォーカスコントローラからの指令により、前記カメラレンズユニットにおける前記電圧印加手段と前記焦点信号抽出手段とを動作させて、前記第２の記憶手段に所望の焦点距離を記憶することを特徴とする請求項１４に記載の自動合焦点装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動合焦点装置に関し、特に焦点距離の調整用に液晶レンズを用い、その液晶レンズの過渡応答動作中に液晶レンズを通して結像する光学像より得られた画像信号から、焦点整合度に対応した複数の焦点信号を抽出し、それら焦点信号のピーク値を検出することによって合焦点を検出する自動合焦点装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学系の焦点距離または焦点位置を変化させる合焦点機構として、レンズを移動させることにより焦点を合わせる方式が広く用いられている。しかし、この方式では、レンズ駆動機構が必要であるため、機構が複雑になるという欠点や、レンズ駆動用モータに比較的多くの電力を要するという欠点がある。また、一般に耐衝撃性が低いという欠点もある。そこで、レンズ駆動機構が不要な合焦点機構として、液晶レンズの屈折率を変化させることにより焦点を合わせる方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
この従来の方式を達成するための液晶レンズは、パターン電極と共通電極を備えた２枚のガラス基板間に液晶層を挟持した構成となっている。そして、このパターン電極は、中心部電極と複数個の輪帯電極を有し、中心部電極と各輪帯電極とが電圧降下抵抗にて接続された構成となっている。そして、各輪帯電極とは絶縁して中心部電極に接続された引き出し電極には、電力増幅器を介して可変抵抗が接続されており、輪帯電極（外周部電極）に接続された引き出し電極には、増幅器を介して可変抵抗が接続されている。さらに、これら可変抵抗に並列に接続された交流源から供給される交流電圧は、可変抵抗により、降圧されるようになっている。【０００４】
このように、引き出し電極に印加された電圧信号と電圧降下抵抗より電圧分布が形成され、液晶層に電圧分布が形成される。そして、可変抵抗をそれぞれ調整することにより、液晶層に様々な電圧分布を発生させることが可能となる。【０００５】
ところで、ビデオカメラのオートフォーカス（自動合焦）システムとして、撮影映像信号から直接画像のボケに対応する情報を抽出し、このボケを最小化するようにレンズを山登り制御する輪郭検出方式が公知である（例えば、非特許文献１参照。）。また、この山登り制御方式を用いた種々のオートフォーカス装置等が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照。）。【０００６】
【特許文献１】特許第３０４７０８２号公報
【特許文献２】実公平２−４４２４８号公報
【特許文献３】特許第２７４２７４１号公報
【特許文献４】特公平１−１５１８８号公報
【特許文献５】特公平２−１１０６８号公報
【非特許文献１】半間謙太郎、外４名、「輪郭検出オートフォーカス方式」、テレビジョン学会技術報告、昭和５７年１１月２９日、ｐ．７−１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、今までのところ、山登り制御方式により液晶レンズの屈折率の変化を制御して焦点を合わせることについては、報告されていない。その理由として、液晶レンズを用いた場合には、山登り制御により合焦点を検出するのに長時間を要することが考えられる。例えば、近遠景に対して予め設定されている焦点位置が５０ポジションあるとし、ある方向に、ボケに対応する情報のピークを探しに行き、そのピークが見つかるまでに平均２５ポジション必要になると仮定して、レンズを移動させる方式と液晶レンズを用いる方式とで合焦点を検出するまでに要する時間を比較する。【０００８】
レンズを移動させる方式では、あるポジションに対応する位置にレンズを移動させ、そのときのボケに対応する情報を取得したら、次のポジションに対応する位置にレンズを移動させてボケに対応する情報を取得する、という動作を繰り返し行う。この場合、１ポジションあたりの処理時間が例えば６７ミリ秒と短いので、合焦点を検出するのに要する時間は平均約１．７秒（＝６７ミリ秒／ポジション×２５ポジション）で済む。【０００９】
一方、液晶レンズを用いた方式では、液晶レンズを駆動するために液晶レンズに印加する電圧（駆動電圧）を変化させることによって、液晶レンズの屈折率分布を変化させる。従って、あるポジションに対応する駆動電圧を液晶レンズに印加し、そのときのボケに対応する情報を取得したら、次のポジションに対応する駆動電圧を液晶レンズに印加して再びボケに対応する情報を取得する、という動作を繰り返し行えばよい。【００１０】
しかし、一般に、駆動電圧の変化に対する液晶の応答が遅れるため、駆動電圧を変化させてから液晶の応答が安定するまで待つ必要がある。そのため、１ポジションあたりの処理時間が例えば５００ミリ秒と長くなり、合焦点を検出するまでに平均約１２．５秒（５００ミリ秒／ポジション×２５ポジション）もかかってしまう。これでは、非現実的である。【００１１】
また、特許文献１によれば、液晶レンズが電圧降下抵抗の両端に電圧を印加する構成となっており、当然のことながら、どちらか一端に他端より低い電圧を印加する場合がある。例えば、凸レンズとして作用させたいときは一方の引き出し電極に低い電圧を、他方の引き出し電極に高い電圧を印加する。【００１２】
このとき、使用した液晶層の液晶材料によっては、低い電圧を印加した側の液晶の過渡応答が完了する時間が、高い電圧を印加した側の液晶の過渡応答が完了する時間よりも遅くなる。このように、液晶レンズの動作を凸レンズとしたいときには、液晶層の全面に渡って印加した電圧に応じて応答すればよいが、過渡応答が完了するのに遅いところが生じると、凸レンズとして機能するまでの時間は低い電圧を印加した側の液晶の応答時間によって決定されることになる。言い換えると、過渡応答状態においては凸レンズとして適切な屈折率分布が得られていないことになる。【００１３】
特に、レンズとしてのパワーを最大限に引き出そうとする場合には、中心部電極と外周部電極の電圧差を最大にすることとなるので、低い電圧を印加した側では液晶層の液晶分子が実効的に動作するできるだけ低い電圧を使うことになり、この部分での適切な屈折率分布をもつレンズになるまで（過渡応答が完了するまで）長い時間を要するという問題があった。【００１４】
さらに、レンズとしてのパワーをできるだけ大きくする場合には、液晶材料の複屈折率を大きくしたり、液晶層の厚みを大きくしたりしなくてはならなくなる。しかしながら、その様な構成とすると、この場合においても先に示したと同様に液晶の応答は遅くなり、適切な屈折率分布をもつレンズになるまで長い時間を要するという問題があった。【００１５】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、液晶レンズの過渡応答動作中に焦点整合度に対応した複数の焦点信号を一括して抽出した後に、焦点信号のピーク値を検出することによって、実用にあたって十分な速さで合焦点を検出することができる自動合焦点装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる自動合焦点装置は、液晶レンズを含む光学レンズ手段と、前記光学レンズ手段を通して結像する光学像を電気信号に変換して画像信号を出力する光電変換手段と、前記画像信号から焦点整合度に対応した焦点信号を抽出し、焦点信号が最大となるように前記液晶レンズの駆動条件を制御する液晶レンズ制御手段を有する自動合焦点装置であって、前記液晶レンズ制御手段は、前記液晶レンズに所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光学像に基づいて生成された画像信号を、所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、前記焦点信号抽出手段より抽出された複数の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段と、を備えることを特徴とする。【００１７】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧を印加することを特徴とする。【００１８】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧を印加することを特徴とする。【００１９】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための第１の電圧と、前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための第２の電圧を異なるタイミングで印加することを特徴とする。また、本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記液晶レンズに前記第１の電圧を印加する期間と前記第２の電圧を印加する期間との間に、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧および前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧のいずれでもない第３の電圧を印加する期間があるように、前記液晶レンズに電圧を印加することを特徴とする。【００２０】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記液晶レンズ制御手段は、前記液晶レンズに前記第１の電圧および前記第２の電圧のいずれか一方を印加して前記液晶レンズが過渡応答動作をしている間に焦点信号が最大値であることを判定すると、液晶レンズにもう一方の電圧を印加するのを中止することを特徴とする。【００２１】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記液晶レンズは、抵抗接続された中心部電極と外周部電極とを有するパターン電極と共通電極がそれぞれ形成された２枚の透明基板間に液晶層を挟持してなり、前記電圧印加手段は、前記中心部電極と前記外周部電極とに異なる所定の電圧を印加するとともに、前記異なる所定の電圧の内の小さい方の電圧の振幅を変調することを特徴とする。【００２２】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記電圧印加手段は、所定の時間だけ振幅を大きくし、その後は徐々に減衰させて所定の振幅に戻すように変調することを特徴とする。【００２３】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記液晶レンズは、抵抗接続された中心部電極と外周部電極とを有するパターン電極と共通電極がそれぞれ形成された２枚の透明基板間に液晶層を挟持してなり、前記電圧印加手段は、前記中心部電極と前記外周部電極とに異なる所定の電圧を印加するとともに、前記異なる所定の電圧の内の小さい方の電圧のパルス幅を変調することを特徴とする。【００２４】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記電圧印加手段は、所定の時間だけパルス幅を長くし、その後は徐々にパルス幅を短くして所定のパルス幅に戻すように変調することを特徴とする。【００２５】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記焦点信号抽出手段は、前記電圧印加手段により前記液晶レンズに印加する電圧を変化させて、前記液晶レンズの液晶動作が安定した状態でサンプリングすることにより、複数の焦点信号を抽出する焦点信号逐次抽出手段と、前記電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光学像に基づいて生成された画像信号を、所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する焦点信号一括抽出手段と、を備えることを特徴とする。【００２６】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記液晶レンズ制御手段は、前記焦点信号逐次抽出手段と前記焦点信号一括抽出手段との選択を行う抽出方法選択手段をさらに備えることを特徴とする。【００２７】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記液晶レンズの温度を検出する温度検出手段を備え、前記抽出方法選択手段は、前記温度検出手段が検出する温度情報に基づいて、前記焦点信号逐次抽出手段または前記焦点信号一括抽出手段を選択する手段であることを特徴とする。【００２８】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記液晶レンズ制御手段は、前記サンプリングが開始されてからの経過時間を計測する計測手段と、前記液晶レンズのレンズレベルと前記経過時間とを対応させたデータを予め記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に記憶されたデータを用いて、前記経過時間に基づいて、最大値と判定された焦点信号に対応するレンズレベルを記憶する第２の記憶手段と、を備え、前記第２の記憶手段に記憶された前記レンズレベルを合焦点のレンズ状態とみなして、前記サンプリングが終了した後に、そのレンズレベルに前記液晶レンズを調整することを特徴とする。【００２９】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記液晶レンズの温度を検出する温度検出手段を備え、前記第１の記憶手段は、温度毎の前記レンズレベルと前記経過時間とを対応させた複数個のデータを有し、前記温度検出手段の情報に対応した前記データを用いて、前記第２の記憶手段にレンズレベルを記憶することを特徴とする。【００３０】
本発明にかかる自動合焦点装置は、上記記載の発明において、前記電圧印加手段と、前記焦点信号抽出手段と、前記計測手段と、前記第１の記憶手段と、前記光学レンズ手段と、前記光電変換手段とを有するカメラレンズユニットと、前記合焦点判定手段と、前記第２の記憶手段とを有するオートフォーカスコントローラとから構成され、前記カメラレンズユニットと前記オートフォーカスコントローラとがインターフェースを介して接続され、前記オートフォーカスコントローラからの指令により、前記カメラレンズユニットにおける前記電圧印加手段と前記焦点信号抽出手段とを動作させて、前記第２の記憶手段に所望のレンズレベルを記憶することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、焦点距離の調整用に液晶レンズを用い、その液晶レンズの過渡応答動作中に焦点整合度に対応した複数の焦点信号を一括して抽出し、それら焦点信号のピーク値を検出することによって、実用にあたって十分な速さで合焦点を検出することができる自動合焦点装置が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明にかかる自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、液晶レンズの構成を示す正面図である。
【図３】図３は、液晶レンズの構成を示す断面図である。
【図４】図４は、パターン電極の構成を示す正面図である。
【図５】図５は、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化を示す説明図である。
【図６】図６は、過渡応答動作期間における液晶の屈折率の変化と液晶レンズの焦点距離の変化を示す説明図である。
【図７】図７は、静的な状態における液晶レンズの焦点距離と駆動電圧との関係の一例を示す図表である。
【図８−１】図８−１は、液晶レンズへの第１の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図８−２】図８−２は、液晶レンズへの第１の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図８−３】図８−３は、第１の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図９−１】図９−１は、液晶レンズへの第２の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図９−２】図９−２は、液晶レンズへの第２の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図９−３】図９−３は、第２の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１０−１】図１０−１は、液晶レンズへの第３の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１０−２】図１０−２は、液晶レンズへの第３の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１０−３】図１０−３は、第３の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１１−１】図１１−１は、液晶レンズへの第４の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１１−２】図１１−２は、液晶レンズへの第４の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１１−３】図１１−３は、第４の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１２−１】図１２−１は、液晶レンズへの第５の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１２−２】図１２−２は、液晶レンズへの第５の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１２−３】図１２−３は、第５の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１３−１】図１３−１は、液晶レンズへの第６の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１３−２】図１３−２は、液晶レンズへの第６の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１３−３】図１３−３は、第６の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１４−１】図１４−１は、液晶レンズへの第７の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１４−２】図１４−２は、液晶レンズへの第７の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１４−３】図１４−３は、第７の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１５−１】図１５−１は、液晶レンズへの第８の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１５−２】図１５−２は、液晶レンズへの第８の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１５−３】図１５−３は、第８の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１６−１】図１６−１は、液晶レンズへの第９の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１６−２】図１６−２は、液晶レンズへの第９の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１６−３】図１６−３は、第９の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１７−１】図１７−１は、液晶レンズへの第１０の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１７−２】図１７−２は、液晶レンズへの第１０の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１７−３】図１７−３は、第１０の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１８−１】図１８−１は、液晶レンズへの第１１の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１８−２】図１８−２は、液晶レンズへの第１１の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１８−３】図１８−３は、第１１の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図１９−１】図１９−１は、液晶レンズへの第１２の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１９−２】図１９−２は、液晶レンズへの第１２の電圧印加パターンを示す説明図である。
【図１９−３】図１９−３は、第１２の電圧印加パターンにおける焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図２０】図２０は、オートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。
【図２１】図２１は、オートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。
【図２２】図２２は、オートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。
【図２３】図２３は、オートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。
【図２４】図２４は、オートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。
【図２５】図２５は、実施の形態４にかかる自動合焦点装置に搭載する液晶レンズの駆動電圧プロファイルの一例と屈折率の変化を示す説明図である。
【図２６】図２６は、実施の形態４にかかる自動合焦点装置に搭載する液晶レンズの駆動電圧プロファイルの一例と過渡応答動作期間の屈折率の変化を示す説明図である。
【図２７−１】図２７−１は、実施の形態４にかかる自動合焦点装置に搭載する液晶レンズにおける外周部電極に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒプロファイルの一例を示す説明図である。
【図２７−２】図２７−２は、実施の形態４にかかる自動合焦点装置に搭載する液晶レンズにおける中心部電極に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒプロファイルの一例を示す説明図である。
【図２７−３】図２７−３は、実施の形態４にかかる自動合焦点装置に搭載する液晶レンズに、図２７−１、図２７−２に従って電圧プロファイルが印加されたときの焦点距離の逆数の変化を示す図面である。
【図２８】図２８は、実施の形態４にかかる自動合焦点装置におけるオートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。
【図２９】図２９は、実施の形態４にかかる自動合焦点装置におけるオートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。
【図３０】図３０は、実施の形態５にかかる自動合焦点装置に搭載する液晶レンズに印加するパルス幅変調された駆動波形を示す説明図である。
【図３１】図３１は、実施の形態５にかかる自動合焦点装置の電圧変調手段の一例と過渡応答動作期間の屈折率の変化を示す説明図である。
【図３２】図３２は、実施の形態６にかかる自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３３】図３３は、液晶に電圧を印加したときの温度毎の応答時間と焦点信号逐次抽出時の処理時間と焦点信号一括抽出時のサンプリング数を示す図表である。
【図３４】図３４は、実施の形態６における自動合焦点装置のオートフォーカス動作を示すフローチャートである。
【図３５−１】図３５−１は、焦点信号逐次抽出制御における液晶レンズへの電圧印加パターンと焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図３５−２】図３５−２は、焦点信号逐次抽出制御における液晶レンズへの電圧印加パターンと焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図３５−３】図３５−３は、焦点信号逐次抽出制御における液晶レンズへの電圧印加パターンと焦点距離の逆数の変化を示す図である。
【図３６−１】図３６−１は、焦点信号逐次抽出制御の動作を模式的に示す図である。
【図３６−２】図３６−２は、焦点信号逐次抽出制御の動作を模式的に示す図である。
【図３７】図３７は、実施の形態７における自動合焦点装置を示すブロック図である。
【図３８】図３８は、焦点距離に対する印加する電圧とレンズレベルを示す図表である。
【図３９】図３９は、実施の形態７における自動合焦点装置のオートフォーカス動作を示すフローチャートである。
【図４０】図４０は、過渡応答動作開始からの経過時間とレンズレベルとの対応テーブル例を示す図表である。
【符号の説明】
【００３３】
１，７  光学レンズ手段（液晶レンズ）
２  光学レンズ手段（パンフォーカス組レンズ）
３  光電変換手段（撮像素子）
４  光電変換手段（ＤＳＰ）
５  液晶レンズ制御手段、焦点信号抽出手段、合焦点判定手段（オートフォーカスコントローラ）
６  電圧印加手段（液晶レンズドライバ）
８，９  ガラス基板
１０  パターン電極
１１  共通電極
１２，１３  配向膜
１４  液晶層
１５  レンズ部
１６  シール部材
１７  スペーサ部材
１８  電極取り出し部
１９  フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）
２０  中心部電極
２１  輪帯電極
２２  輪帯電極（外周部電極）
２３  輪帯接続部
２４  中心部引き出し電極
２５  外周部引き出し電極
５１  マイクロプロセッサ
５２  記憶手段
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる自動合焦点装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。【００３５】
実施の形態１．
図１は、自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、自動合焦点装置は、液晶（ＬＣ）レンズ系１、光学レンズ系２、撮像素子３、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）４、オートフォーカス（ＡＦ）コントローラ５および液晶レンズドライバ６を備えている。液晶レンズ系１は、Ｐ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズを組み合わせた構成を有する。光学レンズ系２は、絞り、パンフォーカス組レンズおよび赤外線カットフィルタを有する。撮像素子３は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子よりなるイメージセンサーとアナログ−デジタル変換器を有する。【００３６】
液晶レンズ系１および光学レンズ系２を通過して結像した光学像は、撮像素子３のイメージセンサーにより、電気信号に変換される。イメージセンサーから出力された電気信号は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換される。ＤＳＰ４は、アナログ−デジタル変換器から出力されたデジタル信号に対して画像処理を行う。オートフォーカスコントローラ５は、液晶レンズの過渡応答動作期間中に、ＤＳＰ４から出力された画像信号を所定の周期でサンプリングすることにより、焦点整合度に対応した複数の焦点信号（以下、オートフォーカス信号とする）を抽出する。そして、オートフォーカスコントローラ５は、抽出された複数のオートフォーカス信号に基づいてオートフォーカス信号のレベルが最大となるときのサンプリングタイミングを判定し、その判定結果に基づいて、液晶レンズ系１の駆動条件の制御を行う。【００３７】
オートフォーカスコントローラ５は、上述した一連の制御を行うマイクロプロセッサ５１と記憶手段５２を有する。記憶手段５２は、マイクロプロセッサ５１が実行するプログラムや最適な駆動電圧を求めるために必要な種々の関係などを格納した読み出し専用メモリ部（ＲＯＭ部）と、マイクロプロセッサ５１が作業領域として使用する書き込み可能なメモリ部（ＲＡＭ部）を有する。液晶レンズドライバ６は、オートフォーカスコントローラ５から出力された制御信号に基づいて液晶レンズ系１に電圧を印加する。【００３８】
オートフォーカスコントローラ５により実行される処理内容については、後述する。液晶レンズ系１および光学レンズ系２は、光学レンズ手段に相当する。撮像素子３およびＤＳＰ４は、光電変換手段に相当する。オートフォーカスコントローラ５は、液晶レンズ制御手段の焦点信号抽出手段および合焦点判定手段に相当する。液晶レンズドライバ６は、液晶レンズ制御手段の電圧印加手段に相当する。【００３９】
図２および図３は、それぞれ液晶レンズのセル構成を示す正面図および断面図である。これらの図に示すように、液晶レンズ７は、一対の対向するガラス基板８，９の内側にパターン電極１０と共通電極１１が対向して配置され、パターン電極１０および共通電極１１の内側に配向膜１２，１３が対向して配置され、その間に例えばホモジニアス配向の液晶層１４が封入された液晶パネルを構成している。【００４０】
Ｐ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズの構成は同じであるが、液晶層１４の配向方向が９０°異なる。これは、Ｐ波用液晶レンズの屈折率分布を変化させた場合、Ｐ波用液晶レンズの配向方向と同じ方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けるが、Ｐ波用液晶レンズの配向方向に対して直交する方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けない。Ｓ波用液晶レンズについても同様である。【００４１】
従って、配向方向が９０°異なる２枚の液晶レンズ、すなわちＰ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズが必要となる。Ｐ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズは、同じ波形の駆動電圧によって駆動される。駆動電圧は、例えばパルス高さ変調（ＰＨＭ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧である。【００４２】
液晶パネルの中央部には、印加電圧に応じて屈折率が変化するレンズ部１５が設けられている。また、液晶パネルの周縁部は、シール部材１６により封止されている。液晶層１４の厚さは、スペーサ部材１７により一定に保たれている。パターン電極１０の電極取り出し部１８には、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）１９が異方性導電膜を用いて接続されている。電極取り出し部１８の一部は、パターン電極１０から絶縁されており、共通電極１１に接続されている。【００４３】
特に限定しないが、一例として液晶レンズ７の寸法を示す。ガラス基板８，９の一辺の長さは数ｍｍから十数ｍｍ程度、例えば１０ｍｍである。ただし、パターン電極１０側のガラス基板８については、パターン電極１０の電極取り出し部１８を被う部分を除いた寸法である。ガラス基板８，９の厚さは数百μｍ程度、例えば３００μｍである。液晶層１４の厚さは十数μｍから数十μｍ程度、例えば２３μｍである。レンズ部１５の直径は数ｍｍ程度、例えば２．４ｍｍである。【００４４】
図４は、パターン電極１０の構成を示す正面図である。図４に示すように、パターン電極１０は、円形状の中心部電極２０の回りに、半径の異なる複数の同心円の円周に沿って複数のＣ字状の輪帯電極２１，２２が配置されたパターンを有する。中心部電極２０と最も内側の輪帯電極２１の間、および隣り合う輪帯電極２１，２２の間は、空間となっている。そして、中心部電極２０と最も内側の輪帯電極２１、および隣り合う輪帯電極２１，２２は、輪帯接続部２３を介して互いに接続されている。【００４５】
中心部電極２０からは、中心部引き出し電極２４が、他の輪帯電極２１，２２および輪帯接続部２３から離れて（すなわち、絶縁された状態で）最外周の輪帯電極２２（以下、外周部電極２２とする）の外側まで伸びている。一方、外周部電極２２からは、その外側まで、外周部引き出し電極２５が他の電極から絶縁された状態で伸びている。パターン電極１０の図４に示すパターンは、レンズ部１５に重なるように配置される。【００４６】
中心部引き出し電極２４と外周部引き出し電極２５にそれぞれ印加された電圧に応じて、共通電極１１に対する中心部電極２０、中心部電極２０と外周部電極２２との間の各輪帯電極２１、および外周部電極２２のそれぞれの電圧値が異なる状態となる。つまり、パターン電極１０によってレンズ部１５に電圧分布が生じる。この電圧分布を変化させることによって、液晶レンズ７の屈折率の分布が変化し、液晶レンズ７を凸レンズの状態にしたり、平行ガラスの状態にしたり、凹レンズの状態にすることができる。【００４７】
特に限定しないが、一例としてパターン電極１０の各部の寸法や特性値を示す。中心部電極２０、外周部電極２２およびその間の輪帯電極２１の総数は、例えば２７である。また、中心部電極２０の径、各輪帯電極２１の幅および外周部電極２２の幅は、レンズ部１５において所望の屈折率の分布が得られるように選択される。中心部電極２０、輪帯電極２１および外周部電極２２の隣り合うもの同士の間にある空間の幅は、例えば３μｍである。また、各輪帯接続部２３の抵抗値は、例えば１ｋΩである。【００４８】
次に、液晶の配向方向と同じ方向の偏光面を有する光が液晶を透過している状態で、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化について説明する。図５に示すように、液晶に外部から駆動電圧Ｖ０が印加されると（図５（ａ））、液晶の屈折率は、その駆動電圧Ｖ０の立ち上がりのタイミングからｔｆの時間だけ遅れて駆動電圧Ｖ０に対応した状態となる（図５（ｂ））。また、液晶の屈折率は、駆動電圧Ｖ０の立ち下がりのタイミングからｔｒの時間だけ遅れて元の状態に戻る（図５（ｂ））。このｔｆおよびｔｒの時間は、液晶が過渡応答動作をしている期間であり、屈折率が漸次変化する。ここで、上述した通り、駆動電圧Ｖ０は、例えばパルス高さ変調（ＰＨＭ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧である。【００４９】
例えば、各部の寸法や特性値が上述した値の液晶レンズ７およびパターン電極１０を用いるとする。また、液晶層１４として、異常光線についての屈折率ｎｅおよび通常光線についての屈折率ｎｏがそれぞれ１．７５および１．５であり、複屈折Δｎが０．２５であるネマティック液晶を用いるとする。この場合、例えば駆動電圧Ｖ０の０Ｖから５Ｖへの立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｆ、および駆動電圧Ｖ０の５Ｖから０Ｖへの立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｒは、ともに５００ミリ秒程度である。【００５０】
このように、液晶の過渡応答動作が終了するまである程度の時間がかかる。そこで、実施の形態１では、液晶の過渡応答動作期間中に、液晶レンズ系１および光学レンズ系２を通過した光学像から生成された画像信号を所定の周期でサンプリングする。図６には、駆動電圧の立ち上がり時の過渡応答動作期間ｔｆにおける液晶の屈折率の変化の様子と、液晶レンズ７の焦点距離の変化の様子が示されている。【００５１】
例えば、図６（ａ）に示すように、液晶の屈折率は、過渡応答動作期間ｔｆ中に変化し、過渡応答動作期間ｔｆが経過すると一定になるので、液晶レンズ７の中心部電極２０、各輪帯電極２１および外周部電極２２のそれぞれに対応する液晶部分の屈折率も一定となる。従って、過渡応答動作期間ｔｆが経過した時点で、液晶レンズ７の屈折率分布がある分布に定まり、図６（ｂ）に示すように、液晶レンズ７の焦点距離ｆは、その屈折率分布に応じたある一定値に収束する。【００５２】
図６（ｂ）の横軸よりも上側および下側に描かれた線は、それぞれ液晶レンズ７が凸レンズの状態および凹レンズの状態のときの焦点距離ｆの変化の様子を表している。実施の形態１では、説明の便宜上、液晶レンズ７が凸レンズの状態になるときの焦点距離ｆを正の数値で表し、液晶レンズ７が凹レンズの状態になるときの焦点距離ｆを負の数値で表している。このように表すと、液晶レンズ７の焦点距離ｆが正または負の無限大であるとき、液晶レンズ７は平行ガラスの状態となる。【００５３】
実施の形態１では、液晶レンズ７の焦点距離ｆが一定値に収束するまでの過渡応答動作期間ｔｆの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５およびｔ６において画像信号をサンプリングする。各サンプリングタイミングでは、液晶レンズ７の焦点距離ｆが異なる。従って、液晶レンズ７の１回の過渡応答動作期間中に、焦点距離ｆが種々異なる状態の液晶レンズ７を通過した光学像から生成された画像信号をサンプリングすることができるので、焦点整合度に対応した複数のオートフォーカス信号を抽出することができる。【００５４】
ここで、サンプリング周期ｔｓは、例えばフレームの周期に同期している。なお、液晶レンズ７の立ち下がり時の過渡応答動作期間ｔｒにおいて、画像信号をサンプリングしてもよい。また、サンプリング数は、６個に限らない。【００５５】
予め、１番目にサンプリングする時刻ｔ１における液晶レンズ７の焦点距離ｆ１、２番目にサンプリングする時刻ｔ２における液晶レンズ７の焦点距離ｆ２、というように、サンプリングする時刻と液晶レンズ７の焦点距離との関係が求められている。この関係は、例えばオートフォーカスコントローラ５内の記憶手段５２のＲＯＭ部に格納されている。【００５６】
従って、オートフォーカスコントローラ５のマイクロプロセッサ５１は、液晶レンズ７の過渡応答動作期間中に画像信号をサンプリングした時刻に基づいて、各サンプリング時刻における液晶レンズ７の焦点距離を求めることができる。それによって、液晶レンズ７の各焦点距離とオートフォーカス信号のレベルとの対応関係を得ることができるので、オートフォーカス信号のレベルが最大になったとき、すなわちピントが合ったときの液晶レンズ７の焦点距離を求めることができる。【００５７】
また、予め、静的な状態で液晶レンズ７の焦点距離がｆ１になるときの液晶レンズ７の外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒおよび中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒの値、静的な状態で液晶レンズ７の焦点距離がｆ２になるときのＶｏｕｔｅｒおよびＶｉｎｎｅｒの値、というように、静的な状態における液晶レンズ７の焦点距離ｆと、液晶レンズ７の焦点距離ｆをある値にするために液晶レンズ７に印加する駆動電圧との関係も求められている。この関係も、例えばオートフォーカスコントローラ５内の記憶手段５２のＲＯＭ部に格納されている。【００５８】
従って、マイクロプロセッサ５１は、実際にピントを合わせるため、すなわち液晶レンズ７の焦点距離を、オートフォーカス信号のレベルが最大になったときの焦点距離に合わせるには、液晶レンズ７にどの程度の駆動電圧を印加すればよいかということを知ることができる。図７に、静的な状態における液晶レンズ７の焦点距離と、液晶レンズ７の焦点距離をある値にするために液晶レンズ７に印加する電圧との関係の一例を示す。【００５９】
次に、液晶レンズ７を凸レンズの状態と凹レンズの状態の両方に変化させる場合の液晶レンズ７への電圧印加パターンについて説明する。液晶レンズ７は、パターン電極１０の外周部電極２２に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒが、中心部電極２０に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒよりも高いときに凸レンズの状態となり、その逆のときに凹レンズの状態となる。電圧印加パターンとしては、以下の１２通りが考えられる。【００６０】
第１のパターンは、図８−１および図８−２に示すように、最初にパターン電極１０の外周部電極２２に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第１の電圧Ｖ１とする。次いで、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを、第１の電圧Ｖ１よりも高い第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【００６１】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０において平行ガラスの状態であり、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態であり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間ではレンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態であり、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態になる。図８−３は、第１のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００６２】
図８−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０ではゼロであり、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１にかけては、下に凸の曲線から変曲点を経て上に凸の曲線を描くように変化し、時刻Ｔ１において正の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。そして、１／ｆの値は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけては、上に凸の曲線から変曲点を経て下に凸の曲線を描くように変化してゼロに至り、時刻Ｔ２から時Ｔ３にかけては下に凸の曲線を描くように変化しながら、時刻Ｔ３で負の値の最大値となる。【００６３】
従って、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。第１の電圧Ｖ１を０Ｖとし、第２の電圧Ｖ２を５Ｖとすると、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒの立ち上がりとなるので、このときの液晶レンズ７の過渡応答動作時間ｔｆは、上述したように、例えば５００ミリ秒程度である。【００６４】
また、時刻Ｔ１で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒの立ち上がりとなるので、このときの液晶レンズ７の過渡応答動作時間ｔｆは、上述したように、例えば５００ミリ秒程度である。さらに、時刻Ｔ２で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒの立ち下がりとなるので、このときの液晶レンズ７の過渡応答動作時間ｔｒは、上述したように、例えば５００ミリ秒程度である。従って、オートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度である。【００６５】
第２のパターンは、図９−１および図９−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第１の電圧Ｖ１とする。次いで、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【００６６】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、および時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図９−３は、第２のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００６７】
図９−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３において、それぞれゼロ、正の値の最大値、ゼロおよび負の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となり、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第２のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度である。【００６８】
第３のパターンは、図１０−１および図１０−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第１の電圧Ｖ１とする。次いで、時刻Ｔ０で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【００６９】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、および時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図１０−３は、第３のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００７０】
図１０−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３において、それぞれゼロ、負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となり、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第３のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度である。【００７１】
第４のパターンは、図１１−１および図１１−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第１の電圧Ｖ１とする。次いで、時刻Ｔ０で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【００７２】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、および時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図１１−３は、第４のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００７３】
図１１−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３において、それぞれゼロ、負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となり、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第４のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度である。【００７４】
第５のパターンは、図１２−１および図１２−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第２の電圧Ｖ２とする。次いで、時刻Ｔ０で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【００７５】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、および時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図１２−３は、第５のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００７６】
図１２−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３において、それぞれゼロ、正の値の最大値、ゼロおよび負の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となり、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第５のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度である。【００７７】
第６のパターンは、図１３−１および図１３−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第２の電圧Ｖ２とする。次いで、時刻Ｔ０で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【００７８】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、および時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図１３−３は、第６のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００７９】
図１３−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３において、それぞれゼロ、正の値の最大値、ゼロおよび負の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となり、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第６のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度である。【００８０】
第７のパターンは、図１４−１および図１４−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第２の電圧Ｖ２とする。次いで、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【００８１】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、および時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図１４−３は、第７のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００８２】
図１４−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３において、それぞれゼロ、負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となり、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第７のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度である。【００８３】
第８のパターンは、図１５−１および図１５−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第２の電圧Ｖ２とする。次いで、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【００８４】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、および時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図１５−３は、第８のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００８５】
図１５−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３において、それぞれゼロ、負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となり、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第８のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度である。【００８６】
第９のパターンは、図１６−１および図１６−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒを第２の電圧Ｖ２とし、中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒを第１の電圧Ｖ１とする。次いで、時刻Ｔ０で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させ、時刻Ｔ２で終了する。【００８７】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、および時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間では、それぞれレンズパワーが最大の凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図１６−３は、第９のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００８８】
図１６−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０では正の値の最大値であり、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１にかけては、上に凸の曲線から変曲点を経て下に凸の曲線を描くように変化し、時刻Ｔ１においてゼロとなる。そして、１／ｆの値は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけては、上に凸の曲線から変曲点を経て下に凸の曲線を描くように変化して負の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ２において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第９のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．０秒程度である。【００８９】
第１０のパターンは、図１７−１および図１７−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒを第１の電圧Ｖ１とし、中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒを第２の電圧Ｖ２とする。次いで、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させ、時刻Ｔ２で終了する。【００９０】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、および時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間では、それぞれレンズパワーが最大の凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図１７−３は、第１０のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００９１】
図１７−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１およびＴ２において、それぞれ負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ２において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第１０のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．０秒程度である。【００９２】
第１１のパターンは、図１８−１および図１８−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒを第２の電圧Ｖ２とし、中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒを第１の電圧Ｖ１とする。次いで、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させ、時刻Ｔ２で終了する。【００９３】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、および時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間では、それぞれレンズパワーが最大の凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図１８−３は、第１１のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００９４】
図１８−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１およびＴ２において、それぞれ正の値の最大値、ゼロおよび負の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ２において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第１１のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．０秒程度である。【００９５】
第１２のパターンは、図１９−１および図１９−２に示すように、最初に外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒを第１の電圧Ｖ１とし、中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒを第２の電圧Ｖ２とする。次いで、時刻Ｔ０で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させ、時刻Ｔ２で終了する。【００９６】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、および時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間では、それぞれレンズパワーが最大の凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図１９−３は、第１２のパターンにおける焦点距離ｆの逆数の変化を示す図である。【００９７】
図１９−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０、Ｔ１およびＴ２において、それぞれ負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ２において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第１２のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．０秒程度である。【００９８】
次に、液晶レンズ７を凸レンズの状態にして得た複数のオートフォーカス信号と、液晶レンズ７を凹レンズの状態の両方の状態にして得た複数のオートフォーカス信号の評価について説明する。特に限定はしないが、ここでは、図１に示す構成において液晶レンズ系１のない構成のときに、光学レンズ系２によって被写体までの距離Ｌが２００ｍｍでピントが合うように調整されているとする。【００９９】
従って、図１に示す構成では、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも近いときには、液晶レンズ７は凸レンズの状態にされる。一方、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも遠いときには、液晶レンズ７は凹レンズの状態にされる。上述したように、実施の形態１では、液晶レンズ７が凸レンズの状態になるときの焦点距離ｆを正の数値で表し、液晶レンズ７が凹レンズの状態になるときの焦点距離ｆを負の数値で表している。【０１００】
従って、液晶レンズ７のパワーは、凸レンズの状態の場合には、例えばｆの値が１００ｍｍ、２００ｍｍ、５００ｍｍ、１０００ｍｍとなるに連れて弱くなり、凹レンズの状態の場合には、例えばｆの値が−１００ｍｍ、−２００ｍｍ、−５００ｍｍ、−１０００ｍｍとなるに連れて弱くなる。【０１０１】
上記第２の電圧印加パターンを例にして説明する。図２０および図２１は、第２の電圧印加パターンにおけるオートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。図２０または図２１の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、第２の電圧印加パターンでは、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの、液晶レンズ７が凸レンズの状態になっている期間、複数、特に限定しないが、図示例では６個のオートフォーカス信号が得られる。【０１０２】
また、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの、液晶レンズ７が凹レンズの状態になっている期間、複数、特に限定しないが、図示例では６個のオートフォーカス信号が得られる。その際、外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒまたは中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒの電圧を変化させた後は、少し時間が経ってからサンプリングを開始する。【０１０３】
図２０（ｃ）に示す例は、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも短い場合、例えばＬが１７０ｍｍである場合である。従って、液晶レンズ７が凸レンズの状態になっているときに、オートフォーカス信号が最大となっている。ここで、便宜上、焦点距離ｆの逆数をとり、その値の正負を反転させた値、すなわち−１／ｆの値を用いる。【０１０４】
液晶レンズ７の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−１／ｆの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図２０（ｄ）に示すようになる。この図示例では、−１／ｆの値が−１／１００から１／１００までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。そして、−１／ｆの値が−１／１００と−１／１０００との間でオートフォーカス信号が最大となっていることがわかる。【０１０５】
また、図２１（ｃ）に示す例は、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも長い場合、例えばＬが３５０ｍｍである場合である。従って、液晶レンズ７が凹レンズの状態になっているときに、オートフォーカス信号が最大となっている。液晶レンズ７の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−１／ｆの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図２１（ｄ）に示すようになる。【０１０６】
この図示例でも、−１／ｆの値が−１／１００から１／１００までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。そして、−１／ｆの値が１／１００と１／１０００との間でオートフォーカス信号が最大となっていることがわかる。いずれの場合も、すべてのオートフォーカス信号をサンプリングし終えてから、すべてのオートフォーカス信号のレベルを比較してその最大値を判定する。【０１０７】
上記第１の電圧印加パターンおよび第３から第８の電圧印加パターンの場合も同様である。被写体にピントが合ったときにオートフォーカス信号が最大値となる輪郭検出方式の原理については、上記非特許文献１に開示されているので、ここでは省略する。【０１０８】
別の例として、第９の電圧印加パターンにおけるオートフォーカス信号の評価の仕方を図２２および図２３に示す。図２２に示す例は、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも短い場合、例えばＬが１７０ｍｍである場合である。図２３に示す例は、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも長い場合、例えばＬが３５０ｍｍである場合である。液晶レンズ７の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−１／ｆの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図２２または図２３のそれぞれ（ｄ）に示すようになる。【０１０９】
これらの図示例でも、−１／ｆの値が−１／１００から１／１００までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。すべてのオートフォーカス信号をサンプリングし終えてから、すべてのオートフォーカス信号のレベルを比較してその最大値を判定する。第１０から第１２の電圧印加パターンの場合も同様である。【０１１０】
いずれの電圧印加パターンを採用してもよい。例えば、第１、第２、第５、第６、第９または第１１の電圧印加パターンを採用している場合、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも短いと、液晶レンズ７が凸レンズの状態になっている期間（Ｔ０〜Ｔ１）にオートフォーカス信号の最大値が得られる。その場合、その後のＴ１〜Ｔ２およびＴ２〜Ｔ３の期間の実行を中止してもよい。【０１１１】
また、例えば、第３、第４、第７、第８、第１０または第１２の電圧印加パターンを採用している場合、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも長いと、液晶レンズ７が凹レンズの状態になっている期間（Ｔ０〜Ｔ１）にオートフォーカス信号の最大値が得られる。その場合、その後のＴ１〜Ｔ２およびＴ２〜Ｔ３の期間の実行を中止してもよい。【０１１２】
このように、液晶レンズ７が凸レンズの状態になる期間または凹レンズの状態になる期間のいずれか一方のみを行った段階でオートフォーカス信号の最大値が得られたことを検出するためには、いずれか一方の期間のみで複数のオートフォーカス信号を取得した時点で、オートフォーカス信号の最大値を判定する。そして、判定の結果得られた最大値が、その最大値が得られたサンプリングタイミングの直前と直後のサンプリングタイミングでそれぞれ得られたオートフォーカス信号のレベルよりも大きいことを判定すればよい。【０１１３】
以上説明したように、実施の形態１によれば、液晶レンズに所定電圧が印加され、それによって液晶レンズが過渡応答動作をしている期間中に、複数の焦点信号がサンプリングされ、その複数の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値が求められる。焦点信号のレベルは、被写体にピントが合っているときに最大となり、ピントのずれ具合（ボケ具合）が強くなるに従って小さくなる。従って、液晶に印加する電圧を段階的に変化させ、その都度、液晶の応答が安定するまで待ってから焦点信号をサンプリングする必要がないので、短時間で合焦点を検出することができる。【０１１４】
また、本実施の形態１によれば、前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための第１の電圧と、前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための第２の電圧を異なるタイミングで印加する。また、前記電圧印加手段は、前記液晶レンズに前記第１の電圧を印加する期間と前記第２の電圧を印加する期間との間に、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧および前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧のいずれでもない第３の電圧を印加する期間があるように、前記液晶レンズに電圧を印加する。このため、液晶レンズによる焦点距離の調整によらずに予めピントが合うように設定された所定の距離よりも被写体までの距離が短くなる場合と長くなる場合の両方に有効である。【０１１５】
また、本実施の形態１によれば、前記液晶レンズ制御手段は、前記液晶レンズに前記第１の電圧および前記第２の電圧のいずれか一方を印加して前記液晶レンズが過渡応答動作をしている間に焦点信号が最大値であることを判定すると、液晶レンズにもう一方の電圧を印加するのを中止するため、合焦点を検出するのに要する時間が半分になる。【０１１６】
実施の形態２．
実施の形態２は、液晶レンズ７を凸レンズの状態としてのみ動作させるようにしたものである。この場合には、特に限定しないが、例えば、図１に示す構成において液晶レンズ系１のない構成のときに、光学レンズ系２によって被写体までの距離Ｌが６０ｃｍでピントが合うように調整される。そして、被写体までの距離Ｌが６０ｃｍよりも短い場合に液晶レンズ７を凸レンズの状態にしてピントを合わせる。その他は、実施の形態１と同様である。【０１１７】
図２４は、実施の形態２におけるオートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。図２４の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの、液晶レンズ７が凸レンズの状態になっている期間、複数、特に限定しないが、図示例では１１個のオートフォーカス信号が得られる。【０１１８】
実施の形態１と同様に、−１／ｆの値に基づいてこれら１１個のプロットを順に並べると、図２４の（ｄ）に示すようになる。実施の形態２においても、すべてのオートフォーカス信号をサンプリングし終えてから、すべてのオートフォーカス信号のレベルを比較してその最大値を判定する。なお、図２４に示す例では、サンプリング周期ｔｓが実施の形態１の場合よりも短い。【０１１９】
以上説明したように、実施の形態２によれば、前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧を印加するため、液晶レンズによる焦点距離の調整によらずに予めピントが合うように設定された所定の距離よりも被写体までの距離が短くなる場合に有効である。【０１２０】
実施の形態３．
実施の形態３は、液晶レンズ７を凹レンズの状態としてのみ動作させるようにしたものである。この場合には、特に限定しないが、例えば、図１に示す構成において液晶レンズ系１のない構成のときに、光学レンズ系２によって被写体までの距離Ｌが５ｃｍでピントが合うように調整される。そして、被写体までの距離Ｌが５ｃｍよりも長い場合に液晶レンズ７を凹レンズの状態にしてピントを合わせる。その他は、実施の形態１と同様である。【０１２１】
以上説明したように、実施の形態３によれば、前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧を印加するため、液晶レンズによる焦点距離の調整によらずに予めピントが合うように設定された所定の距離よりも被写体までの距離が長くなる場合に有効である。【０１２２】
実施の形態４．
実施の形態４にかかる自動合焦点装置は、単に電圧印加手段にて液晶レンズに形成されるパターン電極に駆動電圧を印加するのではなく、この駆動電圧の内の小さい方の駆動電圧を印加する液晶領域で、過渡応答動作の遅れを無くす変調手段を有し、この所定の駆動電圧（具体的には、例えばパルス高さ変調（ＰＨＭ））を印加して、液晶が過渡応答動作中において、所定の周期で焦点信号をサンプリングした複数個の焦点信号データを用いて、合焦点判定手段により、最大の焦点信号を判定できるようになっている。【０１２３】
このような自動合焦点装置を構成することにより、液晶レンズにおいて低い電圧を印加する側の液晶の応答を早くするという作用を受け、液晶の過渡応答中にも適切な屈折率分布を持って合焦点を得ることができる。【０１２４】
実施の形態４にかかる自動合焦点装置の概略構成については、図１に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでその説明は省略する。また、実施の形態４にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ系１の構成についても、図２および３に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。また、実施の形態４にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ７に備えたパターン電極の構成とこの液晶レンズの作用についても、図４に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。【０１２５】
ここで、実施の形態４にかかる自動合焦点装置における、液晶レンズ系１の制御について説明をする。まず、液晶の配向方向と同じ方向の偏光面を有する光が液晶を透過している状態で、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化について説明する。図２５は、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化を示す説明図面である。図２５（ａ）は、高い駆動電圧を液晶に掛けたときの駆動電圧プロファイルを示した図面であり、図２５（ｂ）は、このときの屈折率変動を示した図面である。また、図２５（ｃ）は、図２５（ａ）に記した高い駆動電圧よりも低い駆動電圧を液晶に掛けたときの駆動電圧プロファイルを示した図面であり、図２５（ｄ）は、このときの屈折率変動を示した図面である。なお、液晶レンズ系１を構成するＰ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズには、ともに図示を省略する駆動手段によりこの液晶レンズ系１に入射する光を制御するものとする。【０１２６】
図２５に示すように、液晶に駆動電圧Ｖ１が印加されていたところに駆動電圧Ｖ２が印加されると（図２５（ａ））、液晶の屈折率は、その駆動電圧Ｖ１の立ち上がりのタイミングからｔｆ０の過渡応答動作期間だけ遅れて駆動電圧Ｖ２に対応した状態となる（図２５（ｂ））。また、液晶の屈折率は、駆動電圧をＶ２からＶ１へ立ち下げたタイミングからｔｒ０の期間だけ遅れて元の状態に戻る（図２５（ｂ））。このｔｆ０およびｔｒ０の過渡応答動作期間は、液晶が過渡応答動作をしている期間であり、屈折率が漸次変化する。【０１２７】
一方、駆動電圧Ｖ２より小さい駆動電圧Ｖ３が印加されると（図２５（ｃ））、液晶の屈折率は、その駆動電圧のＶ１からＶ３への立ち上がりのタイミングから過渡応答動作期間ｔｆ１の時間だけ遅れて駆動電圧Ｖ３に対応した状態となる（図２５（ｄ））。また、液晶の屈折率は、駆動電圧の立ち下がりのタイミングから過渡応答動作期間ｔｒ１の時間だけ遅れて元の状態に戻る（図２５（ｄ））。このように、本図面から、過渡応答動作期間ｔｆ１、ｔｒ１は、過渡応答動作期間ｔｆ０、ｔｒ０よりも長くなっていることがわかる。なお、駆動電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、例えばパルス高さ変調（ＰＨＭ）された交流電圧である。【０１２８】
例えば、各部の寸法や特性値が上述した値の液晶レンズ７およびパターン電極１０を用いるとする。また、液晶層１４として、異常光線についての屈折率ｎｅおよび通常光線についての屈折率ｎｏがそれぞれ１．７５および１．５であり、複屈折Δｎが０．２５であるネマティック液晶を用いるとする。この場合、例えば、駆動電圧Ｖ１を１［Ｖ］、駆動電圧Ｖ２を５［Ｖ］とすると、液晶の立ち上がりに対する過渡応答動作期間ｔｆ０および液晶の立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作期間ｔｒ０は、ともに５００ミリ秒程度である。そして、同じパルス高さ変調（ＰＨＭ）で駆動するとき、駆動電圧Ｖ１を１［Ｖ］、駆動電圧Ｖ３を２［Ｖ］とすると、立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作期間ｔｆ１および立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作期間ｔｒ１は、ともに８００ミリ秒程度となる。【０１２９】
このように、単に最終的な屈折率分布を得るための中心部電極２０と外周部電極２２との間に異なる駆動電圧を印加すると、中心部から外周の半径方向において過渡応答動作期間の間で分布ができてしまうこととなる。すなわち、低い電圧が印加された側では過渡応答動作期間が長くなる。そうすると、過渡応答中に屈折率分布が適切でなくなるので、レンズ収差が大きいものとなってしまうこととなる。【０１３０】
そこで、液晶の過渡応答時のレンズ収差を低減するために、中心部電極２０もしくは外周部電極２２に印加する駆動電圧の内の小さい方の駆動電圧（図２５における駆動電圧Ｖ３に相当する）に対して、電圧印加手段により、初期の段階で予定していた駆動電圧より大きい値が印加され、ある期間それを維持した後に徐々に駆動電圧を低下させていくように変調を掛ける方式を採用した。【０１３１】
図２６は、電圧変調手段の一例と過渡応答動作期間の屈折率の変化を示す説明図であり、図２６（ａ）は、この電圧変調手段により外周部電極２２に印加される駆動電圧プロファイルの一例を示し、図２６（ｂ）は、中心部電極２０に印加される駆動電圧プロファイルの一例を示し、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）、（ｂ）の駆動電圧プロファイルを採用した場合の液晶層の屈折率変動を示す図面である。【０１３２】
例えば、図２６（ａ）に示すように、外周部電極２２に高い駆動電圧Ｖ２、中心部電極２０に低い駆動電圧Ｖ３を印加する場合を考える。そして駆動電圧Ｖ２，Ｖ３がパルス高さ変調（ＰＨＭ）されているとする。このとき中心部電極２０に、最初の５０ミリ秒の間だけ外周部電極２２に印加した駆動電圧と同じパルス高さに変調された駆動電圧Ｖ３を印加し、その後は４００ミリ秒かけて徐々にパルス高さを落としていくという変調を行った駆動電圧を印加する（図２６（ｂ））。そうすると、その初期の段階で中心部電極２０側と外周部電極２２側の過渡応答がほぼ同じとなり、ほぼ５００ミリ秒で定常状態に到達させることができる。そして、このような動作をさせることで、過渡応答中のレンズ収差を大幅に低減せることができるようになる（図２６（ｃ））。【０１３３】
上述のような変調を行った場合、中心部電極２０と外周部電極２２との間の輪帯電極２１における液晶の過渡応答は、輪帯接続部２３によって電気的に接続されているので、変調された駆動電圧の影響を受けることとなる。ただし、輪帯電極２１に印加される駆動電圧は、中心部電極２０と外周部電極２２との駆動電圧が抵抗分圧された電圧となる。従って、中心部電極２０により近い側の輪帯電極２１が、上述した変調手段の影響をより強く受けることになり、過渡応答時間も中心部電極２０に近い側の輪帯電極２１の方が短くなる。【０１３４】
なお、上記変調手段では、中心部電極２０に対して印加する駆動電圧の変調手段で、所定の時間だけ振幅を大きくし、その後は徐々に減衰させて所定の振幅に戻す変調を行う手段を示した（図２６（ｂ））が、初期の段階で外周部電極２２に印加する駆動電圧Ｖ２と同じ電圧とし、段階的にこの駆動電圧を下げて駆動電圧Ｖ３としても構わないし、必ずしも初期の段階で印加する駆動電圧をＶ２とせずに、それよりも高い駆動電圧に設定してから目的の駆動電圧Ｖ３に戻すようにしても構わない。【０１３５】
実施の形態４においても、実施の形態１と同様に、液晶の過渡応答動作期間中に、液晶レンズ系１および光学レンズ系２を通過した光学像から生成された画像信号を所定の周期でサンプリングする手段を採用した。駆動電圧の立ち上がり時の過渡応答動作期間ｔｆにおける液晶の屈折率の変化の様子と、液晶レンズ７の焦点距離の変化の様子についても、図６に示した実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。また、静的な状態における液晶レンズ７の焦点距離と、液晶レンズ７の焦点距離をある値にするために液晶レンズ７に印加する電圧との関係の一例についても、図７に示した実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。図７に示すように、中心部電極２０に印加する電圧、すなわち中心部電圧Ｖｉｎｎｅｒと、外周部電極２２に印加する電圧、すなわち外周部電圧Ｖｏｕｔｅｒをそれぞれ異なる電圧の組み合わせにすることで凸レンズの状態、平行ガラスの状態、凹レンズの状態になることがわかる。【０１３６】
次に、液晶レンズ７を凸レンズの状態と凹レンズの状態の両方に変化させる場合の液晶レンズ７への電圧印加パターンについて説明する。図２７−１は、液晶レンズ７における外周部電極２２に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒプロファイルを示す説明図であり、図２７−２は、液晶レンズ７における中心部電極２０に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒプロファイルを示す説明図であり、図２７−３は、図２７−１、図２７−２による電圧プロファイルが液晶レンズに印加された場合の焦点距離の逆数の変化を示す説明図である。なお、液晶レンズ７は、パターン電極１０の外周部電極２２に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒが、中心部電極２０に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒよりも高いときに凸レンズの状態となり、その逆のときに凹レンズの状態となる。電圧印加パターンとしては、種々考えられるが、ここでは凸レンズとなる場合の一例について説明する。【０１３７】
図２７−１および図２７−２に示すように、最初にパターン電極１０の外周部電極２２に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒと、中心部電極２０に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒをともに第１の電圧Ｖ１とする。次いで、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒと中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒを第１の電圧Ｖ１よりも高い第２の電圧Ｖ２に変化させる。中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒは５０ミリ秒経過後、徐々に駆動電圧を落としてゆく。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒを第１の電圧Ｖ１に変化させる。次いで、時刻Ｔ２で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒと外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒを第２の電圧Ｖ２に変化させ、時刻Ｔ３で終了する。【０１３８】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０において平行ガラスの状態であり、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態であり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間ではレンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態であり、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態になる。【０１３９】
このように液晶レンズ７を動作させると、図２７−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０ではゼロであり、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１にかけては、下に凸の曲線から変曲点を経て上に凸の曲線を描くように変化し、時刻Ｔ１において正の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ１において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。そして、１／ｆの値は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけては、下に凸の曲線を描くように変化してゼロに至り、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけては上に凸の曲線を経て下に凸の曲線を描くように変化しながら、時刻Ｔ３で負の値の最大値となる。従って、時刻Ｔ３において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。【０１４０】
ここで、第１の電圧Ｖ１を１［Ｖ］とし、第２の電圧Ｖ２を５［Ｖ］とすると、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒの立ち上がりとなり、第２の電圧Ｖ２に比べて第１の電圧Ｖ１の方が低いので、第１の電圧Ｖ１に対して図２７−２に示したプロファイルに従って電圧変調を行う。このときの液晶レンズ７の過渡応答動作期間ｔｆは、上述したように、例えば５００ミリ秒程度とすることができる。【０１４１】
さらに、時刻Ｔ２で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒの立ち上がりとなるので、図２７−１に示したプロファイルに従って外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒに電圧変調を行う。すなわち、時刻Ｔ２で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒを第１の電圧Ｖ１よりも高い第２の電圧Ｖ２に変化させ、５０ミリ秒経過後徐々に駆動電圧を落としていく。このときの液晶レンズ７の過渡応答動作期間ｔｆは、上述したように、例えば５００ミリ秒程度となる。従って、オートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．５秒程度で済むことになる。【０１４２】
次に、液晶レンズ７を凸レンズの状態にして得た複数のオートフォーカス信号と、液晶レンズ７を凹レンズの状態の両方の状態にして得た複数のオートフォーカス信号の評価について説明する。特に限定はしないが、ここでは、図１に示す構成において液晶レンズ系１のない構成のときに、光学レンズ系２によって被写体までの距離Ｌが２００ｍｍでピントが合うように調整されているとする。【０１４３】
従って、実施の形態４の構成（図１参照）では、実施の形態１と同様に、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも近いときには、液晶レンズ７は凸レンズの状態にされる。一方、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも遠いときには、液晶レンズ７は凹レンズの状態にされる。上述したように、実施の形態４では、液晶レンズ７が凸レンズの状態になるときの焦点距離ｆを正の数値で表し、液晶レンズ７が凹レンズの状態になるときの焦点距離ｆを負の数値で表している。【０１４４】
そして、液晶レンズ７のパワーは、凸レンズの状態の場合には、例えばｆの値が１００ｍｍ、２００ｍｍ、５００ｍｍ、１０００ｍｍとなるに連れて弱くなり、凹レンズの状態の場合には、例えばｆの値が−１００ｍｍ、−２００ｍｍ、−５００ｍｍ、−１０００ｍｍとなるに連れて弱くなる。【０１４５】
この現象を、図２７−１〜図２７−３に示した電圧印加パターンを例にして説明する。図２８および図２９は、図２７−１〜図２７−３に示した電圧印加プロファイルにおけるオートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。【０１４６】
図２８（ａ）〜（ｃ）と図２９の（ａ）〜（ｃ）に示すように、この電圧印加パターンでは、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの、液晶レンズ７が凸レンズの状態になっている期間では、特に限定しないが、図示した例では６個のオートフォーカス信号が得られる。【０１４７】
また、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの、液晶レンズ７が凹レンズの状態になっている期間では、特に限定しないが、図示した例では６個のオートフォーカス信号が得られる。その際、外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒまたは中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒの電圧を変化させた後は、少し時間が経ってからサンプリングを開始するようにするとよい。【０１４８】
そして、図２８（ｃ）に示す例は、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも短い場合、例えばＬが１７０ｍｍである場合である。従って、液晶レンズ７が凸レンズの状態になっているときに、オートフォーカス信号が最大となっている。ここで、便宜上、焦点距離ｆの逆数をとり、その値の正負を反転させた値、すなわち−１／ｆの値を用いる。【０１４９】
液晶レンズ７の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−１／ｆの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図２８（ｄ）に示すようになる。この図示例では、−１／ｆの値が−１／１００から１／１００までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。そして、−１／ｆの値が−１／１００と−１／１０００との間でオートフォーカス信号が最大となっていることがわかる。【０１５０】
また、図２９（ｃ）に示す例は、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも長い場合、例えばＬが３５０ｍｍである場合である。従って、液晶レンズ７が凹レンズの状態になっているときに、オートフォーカス信号が最大となっている。液晶レンズ７の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−１／ｆの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図２９（ｄ）に示すようになる。【０１５１】
この図示例でも、−１／ｆの値が−１／１００から１／１００までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。そして、−１／ｆの値が１／１００と１／１０００との間でオートフォーカス信号が最大となっていることがわかる。いずれの場合も、すべてのオートフォーカス信号をサンプリングし終えてから、すべてのオートフォーカス信号のレベルを比較してその最大値を判定する。被写体にピントが合ったときにオートフォーカス信号が最大値となる輪郭検出方式の原理については、上記非特許文献１に開示されているので、ここでは省略する。【０１５２】
なお、被写体までの距離Ｌが２００ｍｍよりも短いと、液晶レンズ７が凸レンズの状態になっている期間（Ｔ０〜Ｔ１）にオートフォーカス信号の最大値が得られる。その場合、その後のＴ１〜Ｔ２およびＴ２〜Ｔ３の期間の実行を中止してもよい。【０１５３】
また、液晶レンズ７が凸レンズの状態になる期間または凹レンズの状態になる期間のいずれか一方のみを行った段階でオートフォーカス信号の最大値が得られたことを検出するためには、いずれか一方の期間のみで複数のオートフォーカス信号を取得した時点で、オートフォーカス信号の最大値を判定する。そして、判定の結果得られた最大値が、その最大値が得られたサンプリングタイミングの直前と直後のサンプリングタイミングでそれぞれ得られたオートフォーカス信号のレベルよりも大きいことを判定すればよい。【０１５４】
実施の形態５．
実施の形態５にかかる自動合焦点装置は、単に電圧印加手段にて液晶レンズに形成されるパターン電極に駆動電圧を印加するのではなく、この駆動電圧の内の小さい方の駆動電圧を印加する液晶領域で、過渡応答動作の遅れを無くす変調手段を有し、この所定の駆動電圧（具体的には、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ））を印加して、液晶が過渡応答動作中において、所定の周期で焦点信号をサンプリングした複数個の焦点信号データを用いて、合焦点判定手段により、最大の焦点信号を判定できるようになっている。【０１５５】
このような自動合焦点装置を構成することにより、液晶レンズにおいて低い電圧を印加する側の液晶の応答を早くするという作用を受け、液晶の過渡応答中にも適切な屈折率分布を持って合焦点を得ることができる。【０１５６】
実施の形態５にかかる自動合焦点装置の概略構成については、図１に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでその説明は省略する。また、実施の形態５にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ系１の構成についても、図２および３に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。また、実施の形態５にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ７に備えたパターン電極の構成とこの液晶レンズの作用についても、図４に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。【０１５７】
ここで、実施の形態５にかかる自動合焦点装置における、液晶レンズ系１の制御について説明をする。ここで、液晶の配向方向と同じ方向の偏光面を有する光が液晶を透過している状態で、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化については、図２５に示した実施の形態４と同様であるのでその説明は省略する。ただし、図２５において、駆動電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧である点が実施の形態４とは異なる。【０１５８】
次に、このときのパルス幅変調（ＰＷＭ）された波形を図３０に示す。実効電圧が最も小さい駆動電圧Ｖ１に相当する波形を図３０（ａ）に、実効電圧が最も大きい駆動電圧Ｖ２に相当する波形を図３０（ｃ）に、Ｖ１、Ｖ２の中間の駆動電圧Ｖ３に相当する波形を図３０（ｂ）にそれぞれ示す。周波数はどれも一定で、例えば１ｋＨｚ程度の矩形波であり、パルス幅を変えることで実効電圧を変えるものである。【０１５９】
例えば、各部の寸法や特性値が上述した値の液晶レンズ７およびパターン電極１０を用いるとする。また、液晶層１４として、異常光線についての屈折率ｎｅおよび通常光線についての屈折率ｎｏがそれぞれ１．７５および１．５であり、複屈折Δｎが０．２５であるネマティック液晶を用いるとする。この場合、例えば、駆動電圧Ｖ１を１［Ｖｒｍｓ］（実効電圧での表現であり、以下具体的な駆動電圧は実効電圧を意味する）、駆動電圧Ｖ２を５［Ｖｒｍｓ］とすると、液晶の立ち上がりに対する過渡応答動作時間ｔｆ０および液晶の立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｒ０は、ともに５００ミリ秒程度である。そして、同じパルス幅変調（ＰＷＭ）で駆動するとき、駆動電圧Ｖ１を１［Ｖｒｍｓ］、駆動電圧Ｖ３を２［Ｖｒｍｓ］とすると、立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｆ１および立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｒ１は、ともに８００ミリ秒程度となる。【０１６０】
このように、単に最終的な屈折率分布を得るための中心部電極２０と外周部電極２２との間に異なる駆動電圧を印加すると、中心部から外周の半径方向において過渡応答動作時間に分布ができてしまうこととなる。すなわち、低い電圧が印加された側では過渡応答動作時間が長くなる。すると、過渡応答中に屈折率分布が適切でなくなるので、レンズ収差が大きいものとなってしまうこととなる。【０１６１】
そこで、液晶の過渡応答時のレンズ収差を低減するために、実施の形態４と同様に、中心部電極２０もしくは外周部電極２２に印加する駆動電圧の内の小さい方の駆動電圧（図２５における駆動電圧Ｖ３、図２５（ｃ）参照）に対して、電圧印加手段により、初期の段階で予定していた駆動電圧より大きい値が印加され、ある期間それを維持した後に徐々に駆動電圧を低下させていくように変調を掛ける方式を採用した。【０１６２】
図３１は、電圧変調手段の一例と過渡応答動作期間の屈折率の変化を示す説明図である。例えば、図３１（ａ）に示すように、外周部電極２２に高い駆動電圧Ｖ２、中心部電極２０に低い駆動電圧Ｖ３を印加する場合（図３１（ｂ））を考える。そして駆動電圧Ｖ２、Ｖ３がパルス幅変調（ＰＷＭ）されているとする。このとき中心部電極２０に最初の５０ミリ秒の間だけ、駆動電圧Ｖ３を印加し、その後は４００ミリ秒かけて徐々にパルス幅を短くしていくという変調を行った駆動電圧を印加する（図３１（ｂ））。そうすると、その初期の段階で中心部電極２０側と外周部電極２２側の過渡応答と同様となり、ほぼ５００ミリ秒で定常状態に到達させることができる。そして、このような動作をさせることで、過渡応答中のレンズ収差を大幅に低減させることができるようになる。【０１６３】
上述のような変調を行った場合、中心部電極２０と外周部電極２２との間の輪帯電極２１における液晶の過渡応答は、輪帯接続部２３によって電気的に接続されているので、変調された駆動電圧の影響を受ける。ただし、輪帯電極２１に印加される駆動電圧は、中心部電極２０と外周部電極２２との駆動電圧が抵抗分圧された電圧となる。従って、中心部電極２０に近い側の輪帯電極２１が、上述した変調手段の影響をより強く受けることになり、中心部電極２０に近い側から外周部電極２２に近い側に渡って過渡応答時間はほぼ同じくらいになる（図３１（ｃ））。【０１６４】
なお、中心部電極２０に対して印加する駆動電圧の変調手段で、所定の時間だけパルス幅を長くしその後は徐々に滑らかにパルス幅を短くし所定のパルス幅に戻すという変調を説明した（図３１（ｂ））が、初期の段階で外周部電極２２に印加する駆動電圧Ｖ２と同じ電圧とし、複数のステップでパルス幅を短くし駆動電圧Ｖ３となるようにしても構わないし、初期の段階で中心部電極２０に印加する駆動電圧を外周部電極２２に印加する駆動電圧と同じにせずに、それよりも高い駆動電圧に設定してもよい。また、レンズとして作用する時の収差が小さくなる変調手段が望ましい。【０１６５】
実施の形態５においても、実施の形態１と同様に、液晶の過渡応答動作期間中に、液晶レンズ系１および光学レンズ系２を通過した光学像から生成された画像信号を所定の周期でサンプリングする手段を採用した。駆動電圧の立ち上がり時の過渡応答動作期間ｔｆにおける液晶の屈折率の変化の様子と、液晶レンズ７の焦点距離の変化の様子についても、図６に示した実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。また、静的な状態における液晶レンズ７の焦点距離と、液晶レンズ７の焦点距離をある値にするために液晶レンズ７に印加する電圧との関係の一例についても、図７に示した実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。図７に示すように、中心部電極２０に印加する電圧、すなわち中心部電圧Ｖｉｎｎｅｒと、外周部電極２２に印加する電圧、すなわち外周部電圧Ｖｏｕｔｅｒをそれぞれ異なる電圧の組み合わせにすることで凸レンズの状態、平行ガラスの状態、凹レンズの状態になることがわかる。【０１６６】
また、液晶レンズ７を凸レンズの状態と凹レンズの状態の両方に変化させる場合の液晶レンズ７への電圧印加パターンについては、図２７−１、図２７−２、図２７−３に示した実施の形態４と同様であるので、その説明は省略する。また、図２７−１〜図２７−３に示した電圧印加プロファイルにおけるオートフォーカス信号の評価の仕方についても、図２８および図２９に示した実施の形態４と同様であるので、その説明は省略する。【０１６７】
実施の形態６．
図３２は、実施の形態６にかかる自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。図３２に示すように、実施の形態６にかかる自動合焦点装置は、実施の形態１と同様に、液晶（ＬＣ）レンズ系１、光学レンズ系２、撮像素子３、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）４、オートフォーカス（ＡＦ）コントローラ５および液晶レンズドライバ６を備えている。さらに、実施の形態６にかかる自動合焦点装置は、温度センサー６１を備えている。液晶レンズ系１は、Ｐ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズを組み合わせた構成を有する。光学レンズ系２は、絞り、パンフォーカス組レンズおよび赤外線カットフィルタを有する。撮像素子３は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子よりなるイメージセンサーとアナログ−デジタル変換器を有する。温度センサー６１は液晶レンズ系１の温度を測定するもので液晶レンズ系１の近くに配置する。【０１６８】
液晶レンズ系１および光学レンズ系２を通過して結像した光学像は、撮像素子３のイメージセンサーにより、電気信号に変換される。イメージセンサーから出力された電気信号は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換される。ＤＳＰ４は、アナログ−デジタル変換器から出力されたデジタル信号に対して、特定領域の画像の高周波成分を抽出し、焦点信号（以下、オートフォーカス信号とする）を求めている。オートフォーカスコントローラ５は、温度センサー６１からの温度情報に基づいて、焦点信号一括抽出手段または焦点信号逐次抽出手段を切り替えることにより、ＤＳＰ４から出力される焦点整合度に対応した複数のオートフォーカス信号を抽出する。【０１６９】
上述した「焦点信号逐次抽出手段」とは、例えば、液晶レンズに所定電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段により液晶レンズに印加する電圧を変化させて、液晶レンズの液晶の動作が安定した状態でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する手段のことを指す。【０１７０】
また、「焦点信号一括抽出手段」とは、例えば、電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光学像に基づいて生成された画像信号を、所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する手段のことを指す。これらそれぞれの手段の具体的な制御方法については後述する。【０１７１】
そして、オートフォーカスコントローラ５は、抽出された複数のオートフォーカス信号に基づいてオートフォーカス信号のレベルが最大となるように、液晶レンズ系１の駆動条件の制御を行う。【０１７２】
オートフォーカスコントローラ５は、上述した一連の制御を行うマイクロプロセッサ５１と記憶手段５２を有する。記憶手段５２は、マイクロプロセッサ５１が実行するプログラムや最適な駆動電圧を求めるために必要な種々の関係などを格納した読み出し専用メモリ部（ＲＯＭ部）と、マイクロプロセッサ５１が作業領域として使用する書き込み可能なメモリ部（ＲＡＭ部）を有する。液晶レンズドライバ６は、オートフォーカスコントローラ５から出力された制御信号に基づいて液晶レンズ系１に電圧を印加する。【０１７３】
オートフォーカスコントローラ５により実行される処理内容については、後述する。液晶レンズ系１および光学レンズ系２は、光学レンズ手段に相当する。撮像素子３およびＤＳＰ４は、光電変換手段に相当する。オートフォーカスコントローラ５は、液晶レンズ制御手段の焦点信号一括抽出手段、焦点信号逐次抽出手段、合焦点判定手段および抽出方法選択手段に相当する。液晶レンズドライバ６は、液晶レンズ制御手段の電圧印加手段に相当する。温度センサー６１は、温度検出手段に相当する。【０１７４】
実施の形態６にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ系１の構成については、図２および３に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。また、実施の形態６にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ７に備えたパターン電極１０の構成とこの液晶レンズ７の作用についても、図４に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。また、液晶の配向方向と同じ方向の偏光面を有する光が液晶を透過している状態で、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化についても、図５に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。【０１７５】
上述した液晶レンズの場合、例えば駆動電圧Ｖ０の０Ｖから５Ｖへの立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｆ、および駆動電圧Ｖ０の５Ｖから０Ｖへの立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｒは、図３３の応答時間に示す通りである。図３３は、液晶に電圧を印加したときの温度毎の応答時間と焦点信号逐次抽出時の処理時間と焦点信号一括抽出時のサンプリング数を示す図表である。なお、本図表に、逐次抽出時処理時間と、一括抽出時サンプリング数と、各温度との関係もあわせて明示した。【０１７６】
図３３の図表から、温度が４０℃の場合に、立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｆおよび立ち下がりに対する液晶の応答時間ｔｒは、ともに１００ミリ秒であり、温度が２０℃の場合に、立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作時間ｔｆおよび立ち下がりに対する液晶の応答時間ｔｒは、ともに２５０ミリ秒であることがわかる。【０１７７】
次に、オートフォーカスコントローラ５における自動合焦処理について、図３４のフローチャートを用いて説明する。図３４は、実施の形態６における自動合焦点装置のオートフォーカス動作を示すフローチャートである。【０１７８】
オートフォーカス処理が開始されると、まず、図３２に示した温度センサー６１より液晶レンズ系１近傍の温度情報を検出する（ステップＳ７０１）。【０１７９】
次に、ステップＳ７０２において、読み込んだ温度がＴｈよりも低い場合（ステップＳ７０２：Ｙｅｓ）は、焦点信号一括抽出制御を行う（ステップＳ７０３）。【０１８０】
また、ステップＳ７０２において、読み込んだ温度がＴｈよりも高い場合（ステップＳ７０２：Ｎｏ）は、焦点信号逐次抽出制御を行う（ステップＳ７０４）。【０１８１】
ここで、ステップＳ７０２におけるＴｈに関して説明する。図３３の逐次抽出時処理時間は、近遠景に対して予め設定されている焦点位置が１０ポジションである場合の処理時間であり、一括抽出時サンプリング数は、フレーム周波数２０Ｈｚ、すなわち５０ミリ秒毎にオートフォーカス信号が求められる場合の液晶の過渡応答動作中のサンプリング数である。【０１８２】
ここで、図３３の逐次抽出時処理時間に示すように、１５℃より低い温度において、逐次抽出制御を行ってしまうと、３秒以上のオートフォーカス動作時間が必要となってしまい、実用的なものではなくなってしまう。また、図３３の一括抽出時サンプリング数に示すように、２０℃より高い温度では、一括抽出制御を行ってしまうと、近遠景に対して予め設定されている１０ポジションの焦点位置に対して、オートフォーカス信号をサンプリングできなくなってしまい、正確な焦点位置を判定できなくなってしまう。【０１８３】
そこで、逐次抽出時処理時間が３秒以内となる１５℃以上、かつ一括抽出時サンプリング数が１０ポジション以上となる２０℃以下の値をＴｈに決定すればよい。【０１８４】
次に、ステップＳ７０３における焦点信号一括抽出制御に関して説明する。上述したように、低温時には、液晶の過渡応答動作が終了するまで長時間を要する。そこで、ステップＳ７０２においてＴｈ以下の低温時の場合において、液晶の過渡応答動作期間中に、液晶レンズ系１および光学レンズ系２を通過した光学像から生成された画像信号を所定の周期でサンプリングする。【０１８５】
また、実施の形態６にかかる自動合焦点装置における駆動電圧の立ち上がり時の過渡応答動作期間ｔｆにおける液晶の屈折率の変化の様子と、液晶レンズ７の焦点距離の変化の様子については、図６に示した実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。また、静的な状態における液晶レンズ７の焦点距離と、液晶レンズ７の焦点距離をある値にするために液晶レンズ７に印加する電圧との関係の一例についても、図７に示した実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。【０１８６】
図７において、例えば、パターン電極１０の外周部電極２２に５Ｖを印加し、パターン電極１０の中心部電極２０に１Ｖを印加して、液晶の応答が完了した状態においては、液晶レンズ７の焦点距離は１００ｍｍとなる。また、パターン電極１０の外周部電極２２とパターン電極１０の中心部電極２０の両方に１Ｖを印加し、液晶の応答が完了した状態においては、液晶レンズ７の焦点距離は無限大となる。【０１８７】
次に、液晶レンズ７を凸レンズの状態と凹レンズの状態の両方に変化させる場合の液晶レンズ７への電圧印加パターンについて説明する。液晶レンズ７は、パターン電極１０の外周部電極２２に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒが、中心部電極２０に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒよりも高いときに凸レンズの状態となり、その逆のときに凹レンズの状態となる。【０１８８】
焦点信号一括抽出制御における液晶レンズへの電圧印加パターンと焦点距離の逆数の変化についても、図８−１〜図８−３に示した実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。【０１８９】
第１の電圧Ｖ１を０Ｖとし、第２の電圧Ｖ２を５Ｖとすると、時刻Ｔ０で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒの立ち上がりとなるので、このときの液晶レンズ７の過渡応答動作時間ｔｆは、図３３に示したように、０℃の低温時において６５０ミリ秒程度である。【０１９０】
また、時刻Ｔ１で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒの立ち上がりとなるので、このときの液晶レンズ７の過渡応答動作時間ｔｆは、図３３に示したように、０℃の低温時において６５０ミリ秒程度である。さらに、時刻Ｔ２で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒの立ち下がりとなるので、このときの液晶レンズ７の過渡応答動作時間ｔｒは、図３３に示したように、０℃の低温時において６５０ミリ秒程度である。従って、オートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で１．９５秒程度である。【０１９１】
次に、図３４で示した焦点信号逐次抽出制御ステップＳ７０４について説明する。焦点信号逐次抽出制御ステップＳ７０４は、あるポジションに対応する駆動電圧を液晶レンズに印加し、図３３の応答時間経過後にオートフォーカス信号を取得し、次のポジションに対応する駆動電圧を液晶レンズに印加して、図３３の応答時間経過後に、オートフォーカス信号の取得を繰り返し行ってゆく。【０１９２】
ここで、図３５−１、図３５−２、図３５−３、図３６−１、図３６−２を用いて、この焦点信号逐次抽出手段における、液晶レンズ７への電圧印加方法について説明する。図３５−１、図３５−２、図３５−３は、焦点信号逐次抽出制御における液晶レンズへの電圧印加パターンと焦点距離の逆数の変化を示す図である。図３６−１、図３６−２は、焦点信号逐次抽出制御の動作を模式的に示す図である。【０１９３】
まず、パターン電極１０の外周部電極２２に電圧Ｖ４を印加し、パターン電極１０の中心部電極２０に電圧Ｖ１を印加した状態で、オートフォーカス信号を取得する。次いで、時刻Ｔ０で外周部電極２２に印加する電圧をＶ３に変化させ、液晶の応答が完了する時刻Ｔｓ０以降に、次のオートフォーカス信号を取得する。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２に印加する電圧をＶ２に変化させ、液晶の応答が完了する時刻Ｔｓ１以降に、さらに次のオートフォーカス信号を取得する。次いで、時刻Ｔ２で外周部電極２２に印加する電圧をＶ１に変化させ、液晶の応答が完了する時刻Ｔｓ２以降に、またさらに次のオートフォーカス信号を取得する。次いで、時刻Ｔ３で中心部電極２０に印加する電圧をＶ２に変化させ、液晶の応答が完了する時刻Ｔｓ３以降に、またさらに次のオートフォーカス信号を取得する。以後、同様に繰り返し、Ｔｓ５までで全フォーカシング領域のオートフォーカス信号を求めることができる。【０１９４】
ここでは、図３６−１に示すようなスキャン方式により全フォーカシング領域のオートフォーカス信号を求めてから最大値を求めているが、図３６−２に示すような山登り方式によりその前に得たオートフォーカス信号の増減を逐次比較しながら最大値を求める手法を採用しても構わない。【０１９５】
実施の形態７．
図３７は、本発明の自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。図３７に示すように、本発明の自動合焦点装置は、カメラレンズユニット７０とオートフォーカスコントローラ５から構成される。ここで、カメラレンズユニット７０は、液晶レンズ系１、光学レンズ系２、撮像素子３、液晶（ＬＣ）レンズコントローラ１００、温度センサー６１とを備えている。液晶レンズ系１は、Ｐ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズを組み合わせた構成を有する。光学レンズ系２は、絞り、パンフォーカス組レンズおよび赤外線カットフィルタを有する。撮像素子３は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子よりなるイメージセンサーとアナログ−デジタル変換器を有する。温度センサー６１は液晶レンズ系１の温度を測定するもので液晶レンズ系１の近くに配置する。【０１９６】
液晶レンズ系１および光学レンズ系２を通過して結像した光学像は、撮像素子３のイメージセンサーにより、電気信号に変換される。イメージセンサーから出力された電気信号は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換される。オートフォーカスコントローラ５は、アナログ−デジタル変換器から出力されたデジタル信号に対して、所定の周期のサンプリングで、特定領域の画像の高周波成分を抽出し、焦点信号（以下、オートフォーカス信号とする）を求めている。そして、求めた複数のオートフォーカス信号に基づいてオートフォーカス信号のレベルが最大となるレンズレベルを判定し、液晶レンズコントローラ１００に対して最大となるレンズレベルを設定する。【０１９７】
オートフォーカスコントローラ５は、上述した一連の制御を行うマイクロプロセッサ２０１と（第２の）記憶手段２０２を有する。（第２の）記憶手段２０２は、マイクロプロセッサ２０１が実行するプログラムを格納した読み出し専用メモリ部（ＲＯＭ部）と、マイクロプロセッサ２０１が作業領域として使用する書き込み可能なメモリ部（ＲＡＭ部）を有する。【０１９８】
液晶レンズコントローラ１００は、電圧印加手段１０１、（第１の）記憶手段１０２、計測手段１０３を備えている。オートフォーカスコントローラ５から過渡応答開始要求を受けると、計測手段１０３により、過渡応答開始からの経過時間を計測する。（第１の）記憶手段１０２には、温度毎に、過渡応答開始からの経過時間とそのときのレンズレベルを予め記憶しておく。電圧印加手段１０１は、過渡応答中には、後述する駆動方法により、液晶レンズ系１に電圧を印加する。【０１９９】
液晶レンズ系１および光学レンズ系２は、光学レンズ手段に相当する。撮像素子３は、光電変換手段に相当する。オートフォーカスコントローラ５は、液晶レンズ制御手段の焦点信号抽出手段、合焦点判定手段、第２の記憶手段に相当する。液晶レンズコントローラ１００は、液晶レンズ制御手段の電圧印加手段、第１の記憶手段、計測手段に相当する。温度センサー６１は、温度検出手段に相当する。【０２００】
このように、カメラレンズユニット７０内の液晶レンズコントローラ１００が過渡応答開始からの経過時間に対応したレンズレベルを保持するため、オートフォーカスコントローラ５は液晶パネルの特性やバラツキを考慮することなく、正確にレンズレベルを取得することができる。【０２０１】
実施の形態７にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ系１の構成については、図２および３に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。また、実施の形態７にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ７に備えたパターン電極１０の構成とこの液晶レンズ７の作用についても、図４に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。また、液晶の配向方向と同じ方向の偏光面を有する光が液晶を透過している状態で、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化についても、図５に示した実施の形態１にかかる自動合焦点装置と同様であるのでそれらの説明は省略する。また、実施の形態７にかかる自動合焦点装置における駆動電圧の立ち上がり時の過渡応答動作期間ｔｆにおける液晶の屈折率の変化の様子と、液晶レンズ７の焦点距離の変化の様子については、図６に示した実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。【０２０２】
次に、液晶レンズ７への電圧印加方法について、実施の形態１の図１６−１〜図１６−３を用いて説明をする。例えば、図１６−１および図１６−２に示すように、最初にパターン電極１０の外周部電極２２に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒを第２の電圧Ｖ２とし、中心部電極２０に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒを第１の電圧Ｖ１とする。次いで、時刻Ｔ０で中心部電極２０の電圧Ｖｉｎｎｅｒのみを第２の電圧Ｖ２に変化させる。次いで、時刻Ｔ１で外周部電極２２の電圧Ｖｏｕｔｅｒのみを第１の電圧Ｖ１に変化させ、時刻Ｔ２で終了する。【０２０３】
液晶レンズ７は、時刻Ｔ０において最もレンズパワーが大きい凸レンズ状態であり、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間ではレンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズ状態であり、時刻Ｔ１では平行ガラスの状態となる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態であり、時刻Ｔ２では最もレンズパワーが大きい凹レンズ状態になる。【０２０４】
図１６−３に示すように、１／ｆの値は、時刻Ｔ０では正の値の最大値であり、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１にかけては、上に凸の曲線から変曲点を経て下に凸の曲線を描くように変化してゼロに至り、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけては下に凸の曲線を描くように変化しながら、時刻Ｔ２で負の値の最大値となる。【０２０５】
ここで、静的な状態における液晶レンズ７の焦点距離と印加する電圧の関係を示し、その際のレンズレベルを定義する。図３８は、焦点距離に対する印加する電圧とレンズレベルを示す図表である。【０２０６】
はじめに液晶レンズ７の焦点距離とパターン電極への印加電圧との関係を説明する。例えば、図３８に示すように、パターン電極１０の外周部電極２２に５Ｖを印加し、パターン電極１０の中心部電極２０に１Ｖを印加して、液晶の応答が完了した状態においては、液晶レンズ７の焦点距離ｆは１００ｍｍとなる。また、パターン電極１０の外周部電極２２とパターン電極１０の中心部電極２０の両方に１Ｖを印加し、液晶の応答が完了した状態においては、液晶レンズ７の焦点距離ｆは無限大（∞）となる。【０２０７】
次に、液晶レンズ７を凸レンズの状態と凹レンズの状態の両方に変化させる場合の液晶レンズ７への電圧印加パターンについて説明する。液晶レンズ７は、パターン電極１０の外周部電極２２に印加する電圧Ｖｏｕｔｅｒが、中心部電極２０に印加する電圧Ｖｉｎｎｅｒよりも高いときに凸レンズの状態となり、その逆のときに凹レンズの状態となる。【０２０８】
次に、液晶レンズ７に対するレンズレベルを定義する。例えば、図３８のように、焦点距離１００ｍｍとなるレンズレベルを「０」として、同様に、焦点距離２００ｍｍを「１」、焦点距離５００ｍｍを「２」、焦点距離１０００ｍｍを「３」、焦点距離∞を「４」、焦点距離−１０００ｍｍを「５」、焦点距離−５００ｍｍを「６」、焦点距離―２００ｍｍを「７」、焦点距離−１００ｍｍを「８」として定義する。【０２０９】
次に、オートフォーカスコントローラ５と液晶レンズコントローラ１００とにおける自動合焦処理について、図３９のフローチャートを用いて説明する。図３９は、実施の形態７における自動合焦点装置のオートフォーカス動作を示すフローチャートである。【０２１０】
オートフォーカス処理が開始されると、まず、オートフォーカスコントローラ５においては、液晶レンズコントローラ１００に対して、過渡応答開始要求を出力する（ステップＳ１０１）。そして、ステップＳ１０２において、液晶レンズコントローラ１００に対して、レンズレベル取得要求を出力する（ステップＳ１０２）。【０２１１】
一方、液晶レンズコントローラ１００においては、オートフォーカスコントローラ５からの過渡応答開始要求を受けると、上述した電圧印加方法により、過渡応答動作を開始する（ステップＳ２０１）。ここで、過渡応答の開始の際には、計測手段１０３により、過渡応答動作が開始してからの経過時間の計測を開始する（ステップＳ２０２）。【０２１２】
そして、液晶レンズコントローラ１００においては、予め（第１の）記憶手段１０２に記憶している過渡応答終了時間と計測手段１０３による経過時間とを比較して（ステップＳ２０３）、過渡応答終了時間を経過している場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）は、過渡応答動作を終了する。【０２１３】
それに対して、ステップＳ２０３において、過渡応答終了時間が経過していない場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）は、オートフォーカスコントローラ５からのレンズレベル取得要求（リクエスト）を受信したか否かの判断を行う（ステップＳ２０４）。ここで、オートフォーカスコントローラ５からのレンズレベル取得要求がない間（ステップＳ２０４：Ｎｏ）は、ステップＳ２０２に戻り、以後、ステップＳ２０３とステップＳ２０４とを繰り返す。【０２１４】
また、ステップＳ２０４において、オートフォーカスコントローラ５からのレンズレベル取得要求を受けた場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）は、温度センサー６１により液晶レンズ系１の近傍の温度情報を検出し（ステップＳ２０５）、（第２の）記憶手段２０２に記憶している温度情報毎のレンズレベルテーブルから過渡応答開始からの経過時間に対応したレンズレベルを取得し（ステップＳ２０６）、オートフォーカスコントローラ５にレンズレベルを送信する（ステップＳ２０７）。既に、過渡応答動作が終了している場合には、レンズレベルの代わりに、過渡応答動作が示すレンズレベルとして、例えば負数の値をオートフォーカスコントローラ５に送信する。【０２１５】
一方、オートフォーカスコントローラ５においては、液晶レンズコントローラ１００からレンズレベルを受け取ると、過渡応答動作中であるかを判断し（ステップＳ１０３）、過渡応答動作中であれば、オートフォーカス（ＡＦ）値を算出し（ステップＳ１０５）、過渡応答を開始してから最も大きいオートフォーカス値であるか否かを判断し（ステップＳ１０６）、最も大きいオートフォーカス値である場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）は、オートフォーカスコントローラ５内の（第２の）記憶手段２０２に、その時点のオートフォーカス値とレンズレベルを保持（更新）する（ステップＳ１０７）。一方、最も大きいオートフォーカス値でない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）は、何もせずに、ステップＳ１０８へ移行する。【０２１６】
そして、例えばフレーム時間である５０ミリ秒後（ステップＳ１０８）に、ステップＳ１０２に戻り、以後、過渡応答動作が完了するまで繰り返す。ステップＳ１０３において、過渡応答動作が完了していた場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）は、（第２の）記憶手段２０２に記憶している最も大きなオートフォーカス値となったレンズレベルを液晶レンズコントローラ１００に対して設定し（ステップＳ１０４）、一連の処理を終了する。【０２１７】
ここで、ステップＳ２０６における第１の記憶手段に記憶しているレンズレベルテーブルについて説明する。図４０は、過渡応答動作開始からの経過時間とレンズレベルとの対応テーブル例を示す図表である。【０２１８】
図４０の図表に示す（第１の）記憶手段１０２におけるレンズレベルテーブルは、予め設定された温度状態（ここでは、一例として温度状態１〜４を示している。）毎の、過渡応答からの経過時間とレンズレベルとの関係を示している。本図表に記載したデータは、液晶レンズ７の光学的な実特性に基づいてテーブルが作成されている。また、経過時間とレンズレベルとのテーブルは、５℃刻みや１０℃刻みの温度状態毎に設けている。これも光学的な特性に基づいて設定すべきである。【０２１９】
例えば、温度状態１においては、過渡応答が開始してから１５０ミリ秒未満の時には、オートフォーカスコントローラ５には、レンズレベル「０」を送信する。同様に、１５０ミリ秒以上２５０ミリ秒未満のときにはレンズレベル「１」、２５０ミリ秒以上３３０ミリ秒未満のときにはレンズレベル「２」、３３０ミリ秒以上４５０ミリ秒未満のときにはレンズレベル「３」、４５０ミリ秒以上６００ミリ秒未満の時にはレンズレベル「４」、６００ミリ秒以上６８０ミリ秒未満の時にはレンズレベル「５」、６８０ミリ秒以上７８０ミリ秒未満の時にはレンズレベル「６」、７８０ミリ秒以上９００ミリ秒未満の時にはレンズレベル「７」、９００ミリ秒以上１０００ミリ秒未満の時にはレンズレベル「８」、１０００ミリ秒以上の時にはレンズレベルとして「負数」をオートフォーカスコントローラ５に送信する。【０２２０】
そして、他の温度状態２〜４においても、図４０の図表に示すデータに基づき動作させる。なお、本データは一例を示したものであり、温度情報を５以上設けることにより、より精度よくレンズレベルを制御することができる。【０２２１】
以上のように、実施の形態７によれば、液晶レンズ７の過渡応答動作中に焦点整合度に対応した複数の焦点信号を一括して抽出することにより、実用にあたって十分な速さで合焦点検出することができる。また、カメラレンズユニット７０内の液晶レンズコントローラ１００で過渡応答開始からの経過時間に対応したレンズレベルを保持することで、オートフォーカスコントローラ５では液晶レンズ７の特性を考慮することなく、独立したモジュールとして設計、作成することができる。【０２２２】
以上説明したように、本発明によれば、液晶レンズ７の過渡応答動作期間中に画像信号を複数回、サンプリングして複数のオートフォーカス信号を抽出するので、１回または２回の液晶レンズ７の過渡応答動作期間でもって、合焦点を検出することができる。従って、実用にあたって十分な速さで合焦点を検出することができる自動合焦点装置が得られる。【０２２３】
また、本発明によれば、レンズを駆動するためのアクチュエータ等の可動部が不要であるので、装置の小型化を図ることができる。また、消費電力を低減することができる。さらに、耐衝撃性に優れるので、信頼性が高いという効果も得られる。また、液晶レンズ系１が光学レンズ系２の外側の防護用窓ガラスを兼ねるので、より一層、装置の小型化を図ることができる。【０２２４】
以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に記載した寸法や特性値や時間などの値は一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、液晶の種類もネマティック液晶に限定されるものではない。【０２２５】
また、液晶の過渡応答動作時間ｔｆおよびｔｒは、いかなる場合にも５００ミリ秒程度であるわけではない。例えば、液晶の駆動方式がパルス高さ変調方式であるか、パルス幅変調方式であるか、ということによって、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりに対する液晶の応答速度が変化するので、ｔｆやｔｒが変化する。【０２２６】
また、用いる液晶の材料によって液晶の特性が異なるので、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりに対する液晶の応答速度が変化し、ｔｆやｔｒが変化する。特に、ＴＮ（ツイストネマティック）液晶を用いる場合には、回転粘性等による影響が大きい。【０２２７】
また、液晶の配向方法には、ホモジニアス（水平）配向、ホメオトロピック（垂直）配向、ハイブリッド配向、ツイスト配向またはベンド配向などがあるが、これらの配向方法の違いにより、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりに対する液晶の応答速度が変化し、ｔｆやｔｒが変化する。また、セルの構成等によってもｔｆやｔｒが変化する。
【産業上の利用可能性】
【０２２８】
以上のように、本発明にかかる自動合焦点装置は、オートフォーカス機能を有する装置に有用であり、特に、カメラ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、カメラ付き携帯電話のカメラ部、車等に搭載されて後方確認用モニタなどに用いられるカメラ、内視鏡のカメラ部、レンズの度を変化させる機能を有する眼鏡などのオートフォーカス機能に適している。
【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８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【図１２−１】
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【図１２−２】
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【図１２−３】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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【図１３−３】
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【図１４−１】
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【図１４−２】
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【図１４−３】
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【図１５−１】
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【図１５−２】
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【図１５−３】
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【図１６−１】
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【図１６−２】
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【図１６−３】
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【図１７−１】
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【図１７−２】
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【図１７−３】
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【図１８−１】
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【図１８−２】
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【図１８−３】
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【図１９−１】
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【図１９−２】
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【図１９−３】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７−１】
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【図２７−２】
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【図２７−３】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５−１】
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【図３５−２】
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【図３５−３】
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【図３６−１】
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【図３６−２】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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