JP4548045B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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）。

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。）
特許第３１０３５７９号 特許第３２３２５６６号

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の露光時間と前記撮像領域の１フレームに要する前記光学手段の駆動時間とに基づいて、前記評価領域での露光期間と前記光学手段の駆動期間とが重複しない１走査分の最低露光時間を算出する露光時間算出手段と、前記露光時間算出手段により算出された最低露光時間に基づいて、前記撮像手段を駆動させる駆動タイミング信号、及び、前記撮像手段により得られた撮像領域のフレーム毎の画像信号を区別する読み出しタイミング信号、の出力を行なうタイミング信号発生手段と、前記読み出しタイミング信号に基づいて、前記評価領域の露光終了時刻の計時をフレーム毎に行う計時手段と、前記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、前記評価値算出手段により算出された自動焦点調節評価値に基づいて、前記計時手段により露光終了時刻が計時される度に前記駆動手段により前記光学手段を移動させ前記光学手段の合焦位置の調整を行う制御手段と、を備えた自動焦点調節装置あることを特徴としている 。

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、前記算出された最低露光時間では露光不足の場合、前記撮像手段から出力された画像信号の増幅調節を行う増幅手段を備えたこと、を特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の自動焦点調節装置において、前記算出された最低露光時間では露光不足の場合、光束量を調節する光量調節手段を備えたこと、を特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、評価領域の露光期間中は、前後のフレームの評価領域の露光期間と重複せず、前後のフレームの自動焦点調節価領域の露光期間との間に光学手段を移動させる期間を設けることができるため、評価領域の露光期間中は、光学手段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。

請求項２又は３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、露光不足を容易な構成で解消することができ、得られる画像信号のコントラストの低下を低減することができる。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｍ_L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。

各単位画素回路８０は、フォトダイオードＰＤ、アンプＭ_A、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Ｍ_S、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Ｍ_R等を備える。

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Ｍ_A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Ｍ_SがＯＮになり、アンプＭ_Aで増幅された信号電荷が選択トランジスタＭ_S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Ｍ_L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Ｍ_R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。

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Ｓ_Texp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Ｓ_Vを制御部１００に出力する。

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Ｓ_i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。

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Ｓ_i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Ｓ_AFを制御部１００に出力する。

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Ｓ_wに基づいて画像信号Ｓ_i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。

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。

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Ｓ_Pを制御部１００へ出力する。

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Ｓ_m0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Ｓ_mを出力し、フォーカスレンズ１ａを光軸方向に移動させる。

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Ｓ_m0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。

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。

本実施の形態１の制御部１００は、フレーム周期Ｔ_f、ＡＦ評価領域Ｗ_AF、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Ｔ_m）、読み出しタイミング信号Ｓ_V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Ｗ_AFの露光期間とフォーカスレンズ１ａの駆動期間とか重複しないように最低露光時間Ｔ_exp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Ｔ_exp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Ｓ_Texpを出力した後、ＡＦ評価領域Ｗ_AF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Ｔ_exp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。

図４に、ＡＦ評価領域Ｗ_AF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Ｗ_Fの中央付近にあるという思想から、ＡＦ評価領域Ｗ_AFは、フレーム領域Ｗ_F内の中央部に設定されている。
フレーム領域Ｗ_Fは、最上部の走査線（第１走査線Ｌ_W1）から最下部の走査線（第ｍ走査線Ｌ_Wm）のｍ列の走査線で囲まれる領域である。

ＡＦ評価領域Ｗ_AFは、フレーム領域Ｗ_F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Ｌ_W1からｓ番目の第ｓ走査線（ＡＦ上限走査線）Ｌ_Wsから第１走査線Ｌ_W1からｅ番目の第ｅ走査線（ＡＦ下限走査線）Ｌ_Weまでの垂直方向の範囲と、フレーム領域Ｗ_F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。

制御部１００は、ＡＦ下限走査線Ｌ_WeとＡＦ上限走査線Ｌ_Wsとの差分からＡＦ評価領域Ｗ_AFの垂直幅（垂直走査線数）Ｌ_AFを例えば下記の（式１）を用いて算出する。

Ｌ_AF＝Ｌ_We−Ｌ_Ws （式１）

制御部１００は、予め設定されているフレーム周期Ｔ_f、ＡＦ評価領域Ｗ_AFから算出されるＡＦ評価領域Ｗ_AFの垂直幅Ｌ_AF、フレーム領域Ｗ_F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Ｔ_mから、最低露光時間_Texpを下記の（式２）を用いて算出する。

（１−Ｌ_AF／ｍ）×Ｔ_f−Ｔ_m＞Ｔ_exp （式２）

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、・・・・Ｐ_mに順次移動させたとき、各レンズ位置でのＡＦ評価領域Ｗ_AFからＡＦ評価画像Ｆ₁、Ｆ₂・・・・Ｆ_mが取得され、各レンズ位置に対するＡＦ評価値Ｖ₁、Ｖ₂・・・・Ｖ_m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Ｐ_n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Ｖ_nは他のＡＦ評価値よりも大きい数値を示す。

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。

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Ｐ_nのＡＦ評価値Ｖ_nからレンズ位置がＰ_n+1のときのＡＦ評価値Ｖ_n+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ステップづつ移動させ、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。

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。

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。

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。

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。

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。

図６に、本実施の形態１における最低露光時間Ｔ_exp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Ｗ_AFを設定する（ステップＳ１）。

制御部１００は、ゲート回路部４１にＡＦ評価領域Ｗ_AFを設定した後、最低露光時間Ｔ_expを算出する（ステップＳ２）。

制御部１００は、最低露光時間Ｔ_exp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Ｔ_exp0を算出する（ステップＳ４）。

制御部１００は、適正露光時間Ｔ_exp0が最低露光時間Ｔ_exp以下か否かを判断する（ステップＳ５）。適正露光時間Ｔ_exp0よりも最低露光時間Ｔ_exp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）。

制御部１００は、適正露光時間Ｔ_exp0が最低露光時間Ｔ_exp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）。

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Ｓ_GをＡ／Ｄ変換・増幅部３０に出力する（ステップＳ８）。

制御部１００は、算出した最低露光時間Ｔ_expを指示する露光時間指示信号Ｓ_Texpをタイミング信号発生部２０に出力し、最低露光時間Ｔ_expを設定させる（ステップＳ９）。

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。

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Ｔ_exp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）。

制御部１００は、読み出しタイミング信号Ｓ_Vに基づくタイマの計時により、ＡＦ下限走査線Ｌ_We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Ｌ_Weの露光が終了されるまで待機する（ステップＳ１３；Ｎｏ）。

制御部１００は、ＡＦ下限走査線Ｌ_We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）。

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）。

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）。

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）。

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）。

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。

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）。

制御部１００は、読み出しタイミング信号Ｓ_Vに基づくタイマの計時により、ＡＦ下限走査線Ｌ_We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Ｌ_Weの露光が終了されるまで待機する（ステップＳ２１；Ｎｏ）。

制御部１００は、ＡＦ下限走査線Ｌ_We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）。

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）。

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）。

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。

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。

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Ｔ_fは、読み出しタイミング信号Ｓ_V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Ｓ_m、各走査線の電荷蓄積信号、画像信号Ｓ_i、ＡＦ評価値信号Ｓ_AFは、模式的に示したものである。

時刻ｔ１のとき、初期レンズ位置Ｐ₀に対するＡＦ下限走査線Ｌ_We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Ｓ_m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Ｐ_aに移動される。）。
時刻ｔ２のとき、レンズ位置Ｐ_aに対するＡＦ上限走査線Ｌ_Wsの露光が開始される。

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。

時刻ｔ２から時刻ｔ３は、レンズ位置Ｐ_aに対するＡＦ評価領域Ｗ_AFのＡＦ上限走査線Ｌ_WsからＡＦ下限走査線Ｌ_Weが露光される。

時刻ｔ３とき、レンズ位置Ｐ_aに対するＡＦ下限走査線Ｌ_Weの露光が終了され、時刻ｔ３から時刻ｔ４は、レンズ駆動信号Ｓ_m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Ｐ_aからＭステップ移動したレンズ位置Ｐ_bに移動される。）。

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Ｐ_aでのＡＦ評価値Ｖ_aが取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖ_a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。

時刻ｔ１１のとき、レンズ位置Ｐ_n-Mに対するＡＦ下限走査線Ｌ_We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Ｓ_m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Ｐ_n-MからＭステップ移動したレンズ位置Ｐ_nに移動される。）。
時刻ｔ１２のとき、レンズ位置Ｐ_nに対するＡＦ上限走査線Ｌ_Wsの露光が開始される。

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Ｐ_n-MでのＡＦ評価値Ｖ_n-Mが取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖ_n-Mに基づいてピークＡＦ評価値の検出動作が行われる。

時刻ｔ１２から時刻ｔ１３は、レンズ位置Ｐ_nに対するＡＦ評価領域Ｗ_AFのＡＦ上限走査線Ｌ_WsからＡＦ下限走査線Ｌ_Weが露光される。

時刻ｔ１３とき、レンズ位置Ｐ_nに対するＡＦ下限走査線Ｌ_Weの露光が終了され、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４は、レンズ駆動信号Ｓ_m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Ｐ_nからＭステップ移動したレンズ位置Ｐ_n+Mに移動される。）。

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Ｐ_nでのＡＦ評価値Ｖ_nが取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖ_n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Ｖ_n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。

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ステップづつ移動され、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。

このように、最低露光時間Ｔ_expを算出し設定することによって、ＡＦ評価領域Ｗ_AFの露光期間中は、前後のフレームのＡＦ評価領域Ｗ_AFの露光期間と重複せず、前後のフレームのＡＦ評価領域Ｗ_AF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Ｗ_AF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。

[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。

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。

本実施の形態２の制御部２００は、フレーム周期Ｔ_f、評価領域としてのＡＦ評価領域Ｗ_AF、読み出しタイミング信号Ｓ_Vに基づいて各フレームのＡＦ上限走査線Ｌ_Wsの露光開始時刻及びＡＦ下限走査線Ｌ_We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。

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Ｗ_AF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。

また第１の評価動作では、各フレームのＡＦ評価領域Ｗ_AFのＡＦ上限走査線Ｌ_Ws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Ｌ_We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Ｗ_AFのＡＦ上限走査線Ｌ_Ws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Ｌ_We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。

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Ｗ_AFのＡＦ上限走査線Ｌ_WsとＡＦ下限走査線Ｌ_We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。

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。

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ステップづつ移動させ画像信号を取得し、各フレームのＡＦ評価領域Ｗ_AF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。

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。

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。

ＡＦ評価領域Ｗ_AF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。

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。

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。

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Ｓ_m0をレンズ駆動部７０に出力する（ステップＳ３２）。

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。

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）。

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Ｓ_AFからＡＦ評価値を取得する（ステップＳ３５）。

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）。

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）。

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。

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。

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とを読み出す（ステップＳ４１）。

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）。

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）。

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。

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）。

制御部２００は、読み出しタイミング信号Ｓ_V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Ｓ_Vが立ち下がるまで待機する（ステップＳ４７；Ｎｏ）。

制御部２００は、読み出しタイミング信号Ｓ_V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Ｓ_m0をレンズ駆動部７０に出力する（ステップＳ４８）。

その後、制御部２００は、再度、読み出しタイミング信号Ｓ_V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）。

制御部２００は、読み出しタイミング信号Ｓ_V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）。

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Ｓ_AFからＡＦ評価値を取得する（ステップＳ５１）。

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。

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。

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。

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Ｔ_fは、読み出しタイミング信号Ｓ_V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Ｓ_m、各走査線の電荷蓄積信号、画像信号Ｓ_i、ＡＦ評価値信号Ｓ_AFは、模式的に示したものである。

時刻ｔ２１のとき、レンズ駆動信号Ｓ_m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Ｓ_Vが立下がり、ＡＦ上限走査線Ｌ_Wsの露光開始時刻及びＡＦ下限走査線Ｌ_Weの露光終了時刻の計時が開始される。

時刻ｔ２２のとき、ＡＦ上限走査線Ｌ_Ws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。

時刻ｔ２４のとき、ＡＦ下限走査線Ｌ_We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。

時刻ｔ２１から時刻ｔ２３の１フレーム周期Ｔ_f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。

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。

時刻ｔ３１のとき、読み出しタイミング信号Ｓ_Vが立下がり、ＡＦ上限走査線Ｌ_Wsの露光開始時刻及びＡＦ下限走査線Ｌ_Weの露光終了時刻の計時が開始される。

時刻ｔ３２のとき、ＡＦ上限走査線Ｌ_Ws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。

時刻ｔ３５のとき、ＡＦ下限走査線Ｌ_We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。

時刻ｔ３１から時刻ｔ３３の１フレーム周期Ｔ_f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Ｖ_nとなる。
時刻ｔ３６のとき、ＡＦ検波部４０からＡＦ評価値Ｖ_nが取得される。

例えば、ＡＦ評価値Ｖ_nがピークＡＦ評価値より大きい場合、ＡＦ評価値Ｖ_nがピークＡＦ評価値に更新され、ＡＦ評価値Ｖ_n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Ｖ_n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。

時刻ｔ３７とき、第ｎ＋１フレーム期間に対するＡＦ評価値Ｖ_n+1が取得される。

時刻ｔ３８のとき、ピークＡＦ評価値からＡＦ評価値Ｖ_n+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。

第１の評価動作では、ピークＡＦ評価値としてＡＦ評価値Ｖ_n、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。

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。

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Ｐ_A0とする。

なお、フレーム周期Ｔ_fは、読み出しタイミング信号Ｓ_V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Ｓ_m、各走査線の電荷蓄積信号、画像信号Ｓ_i、ＡＦ評価値信号Ｓ_AFは、模式的に示したものである。

時刻ｔ４１のとき、読み出しタイミング信号Ｓ_Vが立下がり、レンズ駆動信号Ｓ_mによりフォーカスレンズ１ａがレンズ位置Ｐ_A0から負方向にＮステップ移動開始される。

時刻ｔ４２のとき、レンズ駆動信号Ｓ_m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Ｐ_A0からＮステップ移動したレンズ位置Ｐ_A1に移動される。）。

時刻ｔ４３のとき、読み出しタイミング信号Ｓ_V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Ｐ_A1に停止された状態である。

読み出しタイミング信号Ｓ_Vが立下がった後（時刻ｔ４３後）、時刻ｔ４４のとき、レンズ位置Ｐ_A1でのＡＦ評価値Ｖ_A1が取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖ_A1と目標ＡＦ評価値との比較動作が行われる。

例えば、ＡＦ評価値Ｖ_A1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Ｓ_Vが立下がるのを待機する。

時刻ｔ４５のとき、読み出しタイミング信号Ｓ_Vが立下がり、レンズ駆動信号Ｓ_mによりフォーカスレンズ１ａがレンズ位置Ｐ_bから負方向にＮステップ移動開始される。

時刻ｔ４６のとき、レンズ駆動信号Ｓ_m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Ｐ_A1からＮステップ移動したレンズ位置Ｐ_A2に移動される。）。

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。

時刻ｔ４１から時刻ｔ４５の期間は、フレーム周期Ｔ_fの２周期分に相当しており、レンズ位置Ｐ_A1に対するＡＦ評価値Ｖ_A1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Ｔ_f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Ｐ_A1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Ｐ_A1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。

時刻ｔ４７のとき、読み出しタイミング信号Ｓ_V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Ｐ_A2に停止されている。

読み出しタイミング信号Ｓ_Vが立下がった後（時刻ｔ４７後）、時刻ｔ４８のとき、レンズ位置Ｐ_A2でのＡＦ評価値Ｖ_A2が取得され、取得されたＡＦ評価値Ｖ_A2と目標ＡＦ評価値との比較動作が行われる。

例えば、ＡＦ評価値Ｖ_A2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Ｖ_A2に対するレンズ位置Ｐ_A2の位置にフォーカスレンズ１ａが調節される。

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。

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。

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。

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である。 撮像素子１０の概略構成図である。 撮像素子１０の一部拡大図である。 ＡＦ評価領域Ｗ_AFの一例である。 フォーカスレンズ１ａの位置とＡＦ評価値の関係図である。 本実施の形態１における露光時間Ｔ_expの調節動作フロー図である。 本実施の形態１の焦点調節動作フロー図である。 本実施の形態１のタイミングチャートの一例である。 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。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

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
Ｌ_AF ＡＦ評価領域Ｗ_AFの垂直幅（垂直走査線数）
Ｌ_W1 第１走査線
Ｌ_We ＡＦ下限走査線
Ｌ_Wm 第ｍ走査線
Ｌ_Ws ＡＦ上限走査線
ｍ フレーム領域Ｗ_Fの走査線総数
Ｍ_Ａ アンプ
Ｍ_Ｌ 水平スイッチトランジスタ
Ｍ_Ｒ リセットトランジスタ
Ｍ_Ｓ 選択トランジスタ
ＰＤ フォトダイオード
Ｓ_AF ＡＦ評価値信号
Ｓ_G ゲイン調整指示信号
Ｓ_i 画像信号
Ｓ_m レンズ駆動信号
Ｓ_m0 レンズ駆動指示信号
Ｓ_P レンズ位置信号
Ｓ_V 読み出しタイミング信号
Ｓ_W ＡＦ評価領域指示信号
Ｔ_exp 最低露光時間
Ｔ_exp0 適正露光時間
Ｔ_m レンズ駆動時間
Ｔ_f フレーム周期
Ｗ_AF ＡＦ評価領域
Ｗ_F フレーム領域

Claims (3)

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の露光時間と前記撮像領域の１フレームに要する前記光学手段の駆動時間とに基づいて、前記評価領域での露光期間と前記光学手段の駆動期間とが重複しない１走査分の最低露光時間を算出する露光時間算出手段と、
   前記露光時間算出手段により算出された最低露光時間に基づいて、前記撮像手段を駆動させる駆動タイミング信号、及び、前記撮像手段により得られた撮像領域のフレーム毎の画像信号を区別する読み出しタイミング信号、の出力を行なうタイミング信号発生手段と、
   前記読み出しタイミング信号に基づいて、前記評価領域の露光終了時刻の計時をフレーム毎に行う計時手段と、
   前記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、
   前記評価値算出手段により算出された自動焦点調節評価値に基づいて、前記計時手段により露光終了時刻が計時される度に前記駆動手段により前記光学手段を移動させ前記光学手段の合焦位置の調整を行う制御手段と、
   を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 請求項１に記載の自動焦点調節装置において、
   前記算出された最低露光時間では露光不足の場合、前記撮像手段から出力された画像信号の増幅調節を行う増幅手段を備えたこと、
   を特徴とする自動焦点調節装置。
3. 請求項１又は２に記載の自動焦点調節装置において、
   前記算出された最低露光時間では露光不足の場合、光束量を調節する光量調節手段を備えたこと、
   を特徴とする自動焦点調節装置。