CN101750713B - 成像装置及其固态成像设备 - Google Patents

Abstract

一种固态成像设备，包括：成像单元，其拍摄通过成像光学系统对焦的被摄体图像；数字信号处理单元，其生成通过成像单元拍摄的被摄体图像的图像数据及其亮度数据；输入/输出单元，其输入和输出数据；焦点评估值生成单元，其基于从数字信号处理单元输出的亮度数据生成被摄体图像的焦点评估值，并将焦点评估值从输入/输出单元输出；以及成像驱动单元，当从输入/输出单元输入成像指令信号时，其开始通过成像单元的成像操作，并且当成像操作完成时，其从输入/输出单元输出成像结束定时信号。

Description

成像装置及其固态成像设备

技术领域

本发明涉及成像装置及其固态成像设备，并且具体地涉及能够执行焦点控制的成像装置及其固态成像设备。

背景技术

近年来，能够通过使用固态成像设备拍摄和存储图像的成像装置(如数字照相机和数字摄像机)被广泛使用。作为用于这种成像装置的成像设备，最普遍地使用了CCD图像传感器，然而，CMOS图像传感器正吸引关注，因为进一步增加了成像设备的像素数量。CMOS图像传感器具有传感器能够随机存取像素信号并且以高速执行读出的优点，此外，与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器是高度灵敏的，并且具有低功耗。

顺带提及，在该类成像装置中，普遍安装了自动对焦被摄体的自动对焦(AF)功能(例如，参见JP-A-2004-289870)。基于从固态成像设备输出的图像信号调节焦点(focus)的成像条件。例如，对图像信号的高亮度分量积分以计算焦点评估值，并且调节焦点调节透镜的位置，使得焦点评估值变为最大。

图11示出现有技术的成像装置的配置。现有技术的成像装置100包括固态成像设备101、DSP 102、边缘检测单元103、焦点评估值生成单元104、控制单元105、焦点调节透镜106、透镜移动机制107、光圈108、光圈驱动单元109等。

当执行自动对焦控制时，控制单元105允许固态成像设备101输出图像信号，通过接口(I/F)将所述图像信号输入到DSP 102。DSP 102从图像信号生成图像亮度信号，并且将信号输出到边缘检测单元103。边缘检测单元103提取图像亮度信号的高频分量(以下，在下面的描述中称为“高亮度分量”)，并且从高亮度分量检测拍摄的图像的边缘部分以输出到控制单元105。控制单元105基于从边缘检测单元103获取的信息，将焦点区域限制到边缘部分的外围。

控制部分105控制固态成像设备101，以从固态成像设备101输出焦点区域中的图像信号，以及通过I/F、DSP 102和边缘检测单元103将高亮度分量输出到焦点评估值生成单元104。焦点评估值生成单元104将通过积分高频分量获得的值输出到控制单元105作为焦点评估值。控制单元105控制透镜移动机制107以移动焦点调节透镜106，并执行相同处理以将焦点评估值变为最大的焦点调节透镜106的位置确定为对焦位置，然后，控制单元105将焦点调节透镜106安排在对焦位置。

发明内容

然而，在现有技术的上述成像装置中，自动对焦控制机制是分散化的，并且在它们中间需要提供多个半导体芯片、模块和接口(I/F)，这可能导致成像装置中的布线的增加和配置的复杂。

因此，期望提供一种成像装置及其固态成像设备，其能够在提供自动对焦控制功能时抑制内部布线的增加和配置的复杂。

根据本发明实施例，提供了一种成像装置，包括：焦点调节透镜；透镜移动机制，其将焦点调节透镜在光轴方向上移动；操作单元，其可由用户操作；固态成像设备，包括：成像单元，其拍摄通过成像光学系统对焦的被摄体图像，数字信号处理单元，其生成通过成像单元拍摄的被摄体图像的图像数据及其亮度数据，输入/输出单元，其输入和输出数据，焦点评估值生成单元，其基于从数字信号处理单元输出的亮度数据生成被摄体图像的焦点评估值，并将焦点评估值从输入/输出单元输出，以及成像驱动单元，当从输入/输出单元输入成像指令信号时，其开始通过成像单元的成像操作，并且当成像操作完成时，其从输入/输出单元输出成像结束定时信号；以及控制单元，其根据由用户对操作单元的操作，控制透镜移动机制和固态成像设备，其中，当检测到对操作单元的自动对焦指令操作时，控制单元向固态成像设备的输入/输出单元输出成像指令信号，当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，控制单元控制透镜移动机制以移动焦点调节透镜，并基于从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值，确定焦点调节透镜的对焦位置。

在根据本发明实施例的成像装置中，当检测到对操作单元的自动对焦指令操作时，控制单元向固态成像设备的输入/输出单元输出成像指令信号，并且当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，控制单元重复控制透镜移动机制以移动焦点调节透镜、以及获取从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值的处理，直到从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值达到峰值。

在根据本发明实施例的成像装置中，在从固态成像设备获取的焦点评估值满足给定条件的情况下，当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，控制单元从固态成像设备获取焦点评估值而不移动焦点调节透镜，并且将焦点调节透镜移动对应于获取的焦点评估值的移动量。

在根据本发明实施例的成像装置中，当在移动焦点调节透镜的处理中从固态成像设备获取焦点评估值时，控制单元根据焦点评估值停止焦点调节透镜的移动。

在根据本发明实施例的成像装置中，当检测到对操作单元的自动对焦指令操作时，控制单元向固态成像设备的输入/输出单元输出成像指令信号，当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，执行控制透镜移动机制以便在焦点调节透镜的移动范围内将焦点调节透镜移动预定量、以及获取从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值的处理，并且将在焦点调节透镜的各个移动位置中的、从固态成像设备输出的焦点评估值变为最大的位置确定为焦点调节透镜的对焦位置。

根据本发明的另一实施例，提供了一种固态成像设备，包括：成像单元，其拍摄通过成像光学系统对焦的被摄体图像；数字信号处理单元，其生成通过成像单元拍摄的被摄体图像的图像数据及其亮度数据；输入/输出单元，其输入和输出数据；焦点评估值生成单元，其基于从数字信号处理单元输出的亮度数据生成被摄体图像的焦点评估值，并将焦点评估值从输入/输出单元输出；以及成像驱动单元，当从输入/输出单元输入成像指令信号时，其开始通过成像单元的成像操作，并且当成像操作完成时，其从输入/输出单元输出成像结束定时信号。

根据本发明实施例，可以提供一种紧凑的和高性能的固态成像设备，其实现成像装置的配置和具有固态成像设备的成像装置的简化。即，不需要提供过去所需要的在固态成像设备和数字信号处理单元之间的输入/输出接口，这实现了电路规模的减小和数据传送的简化。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的成像装置的配置的框图；

图2是示出根据本发明第一实施例的成像装置的焦点控制处理的时序图的视图；

图3是用于说明根据本发明第一实施例的焦点评估值的峰值的确定的曲线图；

图4是示出包括通过根据本发明第一实施例的成像装置的控制单元执行的焦点控制处理的成像处理的流程的图；

图5是示出图4所示的第一控制处理的流程的图；

图6是示出图4所示的第二控制处理的流程的图；

图7是示出包括通过根据本发明第一实施例的成像装置的固态成像设备执行的焦点控制处理的成像处理的流程的图；

图8是示出根据本发明第二实施例的成像装置的焦点控制处理的时序图的视图；

图9是用于说明根据本发明第二实施例的焦点评估值的峰值的确定的曲线图；

图10是示出包括通过根据本发明第二实施例的成像装置的控制单元执行的焦点控制处理的成像处理的流程的图；以及

图11是示出现有技术的成像装置的配置的框图。

具体实施方式

以下，将说明本发明的优选实施例(以下，称为“实施例”)。将以下面的顺序进行说明。

1.第一实施例(自动对焦控制的第一示例)

2.第二实施例(自动对焦控制的第二示例)

3.其他实施例

1.第一实施例

[1-1.成像装置的配置]

首先，将参照附图说明根据第一实施例的成像装置的配置。图1是示出根据第一实施例的成像装置的配置的框图。

如图1所示，根据实施例的成像装置1包括固态成像设备10、控制单元20、焦点调节透镜30、透镜移动机制31、光圈40和光圈驱动单元41、操作单元50、LCD-I/F单元60、LCD 61、存储单元70等。

成像装置1在固态成像设备10中拍摄被摄体图像，通过LCD-I/F单元60在LCD 61中显示从固态成像设备10输出的图像数据，或将图像数据存储在存储单元70中。

成像装置1还包括自动对焦功能，并且控制单元20基于从固态成像设备10输出的焦点评估值，控制透镜移动机制31以移动焦点调节透镜30到对焦位置。

在实施例的固态成像设备10中，在设备中包括用于执行对焦功能的DSP功能、边缘检测功能和焦点评估值生成功能等。因此，可以通过抑制成像装置1中的布线的增加和配置的复杂来使得成像装置1紧凑。

如图1所示，固态成像设备包括成像单元11、模拟图像信号处理单元12、A/D转换单元13、数字图像信号处理单元14、边缘检测单元15、焦点评估值生成单元16、成像驱动单元17和输入/输出单元18。输入/输出单元18包括接口、输入/输出端子等，用于执行固态成像设备10和控制单元20之间的信号的输入/输出。

成像单元11拍摄通过包括焦点调节透镜30的未示出的成像光学系统对焦的被摄体图像。即，成像单元11将通过以二维矩阵安排的光电转换元件光电转换的、对应于被摄体图像的信号电势转换为模拟电信号(以下称为模拟图像信号)，并且顺序输出信号。成像单元11是CMOS(互补金属氧化物半导体)型的，然而，其可以是CCD(电荷耦合器件)型的。

模拟图像信号处理单元12关于来自成像单元11的模拟图像信号，执行OB(光学黑)箝位处理、CDS(相关倍采样)处理和AGC(自动增益控制)处理。OB箝位处理是用于箝位成像单元11的OB区域(遮蔽光电转换单元)中的信号以再现黑电平的处理。CDS处理是基于将S/N比保持在好的状况下的相关倍采样方法的处理。

A/D转换单元13对从模拟图像信号处理单元12输出的模拟图像信号执行A/D(模拟/数字)转换，以输出数字图像信号。

数字图像信号处理单元14基于从A/D转换单元13输入的数字图像信号，生成和输出通过成像单元11拍摄的被摄体图像的数字图像数据及其亮度数据。具体地，数字图像信号处理单元14通过首先执行固态成像设备10中的缺陷像素的信号校正处理、校正透镜的外围光强的减少的阴影(shading)处理等，生成粗略数据。接下来，数字图像信号处理单元14对粗略数据执行去马赛克处理，然后，执行用于AF控制、AE(自动曝光)控制、白平衡控制等的信号解调处理、以白平衡调节为典型的信号校正处理等。在处理中，生成并输出在成像单元11中拍摄的被摄体图像的图像数据的亮度数据。此外，信号校正后的图像数据转换为给定格式(如4:2:2)的亮度信号(Y)和色差信号(R-Y，B-Y)，然后转换为给定分辨率。此后，压缩和编码图像数据以生成JPEG系统的编码数据。还优选地，通过静态画面压缩系统而不是JPEG、或通过运动画面压缩系统来执行编码。

边缘检测单元15包括带通滤波器(BPF)，其滤波从数字图像信号处理单元14输出的亮度数据以提取通过成像单元11拍摄的被摄体图像的高频分量(以下称为“高亮度分量”)。此后，边缘提取单元15通过从高亮度分量计算由固态成像设备10拍摄的图像的高频分量，确定图像的边缘部分，并且通过输入/输出单元18将该部分作为边缘位置信息输出到控制单元20。

焦点评估值生成单元16基于由数字图像信号处理单元14输出的亮度数据，积分由边缘检测单元15生成的高亮度分量，并且将该值作为焦点评估值通过输入/输出单元18输出到控制单元20。

成像驱动单元17基于从控制单元20输出的控制信号，控制通过成像单元11的成像操作。成像驱动单元17输出驱动信号到成像单元11，以允许成像单元11拍摄被摄体图像并输出对应于被摄体图像的模拟图像信号。当从控制单元20输入成像指令信号时，成像驱动单元17允许成像单元11开始成像操作，然后，当成像操作结束时输出成像结束定时信号。

[1.2通过成像装置1的焦点控制处理]

下面将具体说明如上配置的成像装置1中的自动对焦操作。

实施例的成像装置1在固态成像设备10内包括执行自动对焦功能所需要的数字图像信号处理单元14、边缘检测单元15、焦点评估值生成单元16等。成像装置1的控制单元20可通过操作如下描述的固态成像设备10的成像驱动单元17，从固态成像设备10获取焦点评估值和成像结束定时信号，从而减少控制单元20的处理负载。

实施例的成像装置1的焦点控制处理是所谓的登山(hill climbing)控制，其中重复处理直到焦点评估值达到其峰值。图2是示出成像装置1的焦点控制处理的时序图的视图，图3是用于说明焦点评估值的峰值的确定的曲线图，图4是示出包括通过成像装置1的控制单元20执行的焦点控制处理的成像处理的流程的图，图5是示出第一控制处理的流程的图，并且图6是示出第二控制处理的流程的图。

通过在如图2所示执行焦点控制处理后执行主成像处理来执行根据实施例的成像装置1的成像处理。当通过控制单元20对固态成像设备10作出指定焦点区域的成像指令时(参照图2(a))，固态成像设备10的成像驱动单元17驱动成像单元11以执行被摄体的成像(参照图2(b))。

当执行焦点控制处理时，控制单元20首先执行第一控制处理，以从固态成像设备10获取焦点评估值，并且当确定从固态成像设备10输出的焦点评估值接近峰值时，执行如图2所示的第二控制处理。然后，当焦点评估值达到峰值时，开始主成像。

在第一控制处理中，当完成作为通过成像单元11的成像结果的模拟图像信号的输出时，执行通过数字图像信号处理单元14、边缘检测单元15和焦点评估值生成单元16的处理(参照图2(c))，同时开始移动焦点调节透镜30的处理(参照图2(d))。即，焦点调节透镜30的移动与焦点评估值的生成并行地开始，而不用等待从固态成像设备10输出焦点评估值。

在第二控制处理中，当完成作为通过成像单元11的成像结果的模拟图像信号的输出时，在完成通过数字图像信号处理单元14、边缘检测单元15和焦点评估值生成单元16的处理之后，开始移动焦点调节透镜30的处理。即，等待从固态成像设备10输出焦点评估值，并且基于焦点评估值确定焦点调节透镜30的移动量，以开始焦点调节透镜30的移动。

基于从固态成像单元10获取并存储在内部存储器中的焦点评估值，通过控制单元20确定焦点评估值是否接近峰值或已经达到峰值。

具体地，控制单元20通过顺序移动焦点调节透镜30，从固态成像设备10获取焦点评估值，并且当获取的焦点评估值等于或大于预定值时，确定焦点评估值接近峰值。或者，控制单元20从由固态成像设备20获取的多个焦点评估值估计焦点评估值的峰值，并且通过将该估计值认为是峰值来检测焦点评估值已经达到峰值。

例如，在图3所示的示例中，基于预定值α确定焦点评估值是否接近峰值。当焦点调节透镜30处于定时“t1”的位置时，控制单元20确定焦点评估值不接近峰值。另一方面，当焦点调节透镜30处于定时“t2”到“t4”的位置时，控制单元20确定焦点评估值接近峰值。当焦点调节透镜30处于定时“t5”的位置时，控制单元20确定焦点评估值处于峰值。

因此，在第一控制处理中，执行当焦点调节透镜30从定时“t1”的位置移动到定时“t2”的位置时执行的处理、以及当焦点调节透镜30从定时“t2”移动到定时“t3”的位置时执行的处理。在焦点调节透镜30处于定时“t2”的位置时也执行第一控制处理，这是因为，在第一控制处理中，焦点调节透镜30的移动与焦点评估值的生成并行地开始。

另一方面，在第二控制处理中，执行当焦点调节透镜30从定时“t3”的位置顺序移动到定时“t4”、“t5”的位置时执行的处理。在第一控制处理中，焦点调节透镜30的移动与焦点评估值的生成并行地开始，因此，与第二控制处理相比，可以减少一个焦点控制处理所需的时间。另一方面，当焦点评估值接近峰值时，在通过第二控制处理获取焦点评估值之后，通过使用焦点评估值确定焦点调节透镜30的移动量。因此，可以使得焦点调节透镜30更快地达到焦点评估值处于峰值的位置。

当在第一控制处理中移动焦点调节透镜30的处理中、控制单元20从固态成像设备10获取焦点评估值时，单元可根据焦点评估值停止移动焦点调节透镜30。因此，可以更适当地设置焦点调节透镜30的移动量。

此后，在包括上述焦点控制处理的成像处理中，将分别参照附图说明通过成像装置1的控制单元20执行的操作和通过成像装置1的固态成像设备10执行的操作。

(通过控制单元20的操作)

首先，将说明在包括焦点控制处理的成像处理中、通过成像装置1的控制单元20执行的操作。

当接通成像装置的电源按钮(未示出)时，控制单元20等待通过用户对操作单元50的操作做出的自动对焦指令操作(以下，称为“AF成像指令”)。在处理中，当操作单元50中包括的快门按钮(未示出)被按下时，控制单元20确定已经做出AF成像指令，并开始图4所示的处理。

如图4所示，控制单元20首先将用于自动对焦成像的成像指令信号输出到固态成像设备10(步骤S11)。接下来，控制单元20确定是否已经从固态成像设备10获取关于成像指令信号的边缘位置信息(步骤S12)。

当从固态成像设备10获取边缘位置信息时(步骤S12：是)，控制单元20确定在固态成像设备10可以执行成像的范围中的、用于自动对焦控制处理的焦点区域(以下，称为“AF区域”)(步骤S13)。

接下来，控制单元20移动焦点调节透镜30以开始第一控制处理，其中从固态成像设备10获取焦点评估值(步骤S14)。第一控制处理是下面将描述的图5所示的步骤S20到S25的处理。

接下来，控制单元20确定通过第一控制处理或后述的第二控制处理从固态成像设备10获取的焦点评估值是否是峰值(步骤S15)。例如，假设随着焦点调节透镜30从定时“t1”移动到定时“t4”的位置顺序拍摄被摄体图像，并且从固态成像设备10输出焦点评估值。此时，控制单元20将焦点调节透镜30移动到假设作为下一定时“t5”处的对焦位置的位置。此时，从固态成像设备10输出的焦点评估值将是峰值。

在处理中，当确定获取的焦点评估值不是峰值时(步骤S15：否)，控制单元20确定获取的焦点评估值是否接近峰值(步骤S16)。这里，“焦点评估值接近峰值”意味着焦点评估值等于或大于预定值，并且预定值预先存储在控制单元20的存储器中。例如，在图3所示的示例中，当焦点评估值等于或大于预定值α时，焦点评估值确定为接近峰值。

当在步骤S 16的处理中确定焦点评估值接近峰值时(步骤S16：是)，控制单元20开始第二控制处理，其中在从固态成像设备10获取焦点评估值之后，移动焦点调节透镜30(步骤S17)。第二控制处理是下面将描述的图6所示的步骤S30到S34的处理。

另一方面，当在步骤S16的处理中确定焦点评估值不接近峰值时(步骤S16：否)，控制单元20将处理移动到步骤S14。当步骤S17的处理结束时，控制单元20将处理移动到步骤S15。

当在步骤S15的处理中确定获取的焦点评估值是峰值时(步骤S15：是)，控制单元20将用于主成像的成像指令信号输出到固态成像设备(步骤S18)。此后，控制单元20将从固态成像设备输出的图像数据存储在存储单元70中(步骤S19)，然后结束处理。

接下来，将参照图5描述步骤S14中所示的第一控制处理。

如图5所示，当开始第一控制处理时，控制单元20通过指定AF区域将成像指令信号输出到固态成像设备10(步骤S20)。控制单元20响应于成像指令信号，等待从固态成像设备10输出成像结束定时信号(步骤S21)。

在处理中，当从固态成像设备10接收成像结束定时信号时(步骤S21：是)，控制单元20基于内部存储器中存储的焦点评估值，确定焦点调节透镜的移动量(步骤S22)，并且移动焦点调节透镜30(步骤S22)。

此后，控制单元20等待从固态成像设备10输出焦点评估值(步骤S23)。当从固态成像设备10接收到焦点评估值时(步骤S23：是)，控制单元20将焦点评估值存储在内部存储器中(步骤S24)。此后，控制单元20确定焦点调节透镜30的移动是否结束(步骤S25)，并且当确定焦点调节透镜30的移动已经结束时(步骤S25：是)，控制单元结束第一控制处理。

接下来，将参照图6说明步骤S17所示的第二控制处理。

如图6所示，当开始第二控制处理时，控制单元20通过指定AF区域，将成像指令信号输出到固态成像设备10(步骤S30)。控制单元20响应于成像指令信号，等待从固态成像设备10输出成像结束定时信号(步骤S31)。

在处理中，当从固态成像设备10接收成像结束定时信号时(步骤S31：是)，控制单元20等待从固态成像设备10输出焦点评估值(步骤S32)。

当从固态成像设备10接收到焦点评估值时(步骤S32：是)，控制单元20将焦点评估值存储在内部存储器中。控制单元20基于内部存储器中存储的焦点评估值，进一步确定焦点调节透镜30的移动量，并根据确定的移动量，通过控制透镜移动机制31移动焦点调节透镜30(步骤S33)。此后，控制单元20确定焦点调节透镜30的移动是否结束(步骤S34)，并且当确定焦点调节透镜30的移动结束时(步骤S34：是)，控制单元20结束第二控制处理。

(通过固态成像设备10的控制)

首先，将说明在包括焦点控制处理的成像处理中、通过成像装置1的固态成像设备10执行的操作。图7是示出包括通过成像装置1的固态成像设备10执行的焦点控制处理的成像处理的流程的图。

如图7所示，当从控制单元20输入成像指令信号时，固态成像设备10的成像驱动单元17确定是否存在AF区域的指定(步骤S41)。在处理中，当确定存在AF区域的指定时(步骤S41：是)，成像驱动单元17将用于AF控制的驱动信号输出到成像单元11，该AF控制将成像范围限制到AF区域，并且允许成像单元11执行AF区域的成像(步骤S42)。另一方面，当确定不存在AF区域的指定时(步骤S41：否)，成像驱动单元17将用于正常成像的驱动信号输出到成像单元11，而不限制成像区域，并允许成像单元11执行成像而不限制区域(步骤S43)。

接下来，成像驱动单元17等待从成像单元11输出模拟图像信号的完成(步骤S44)，并且当模拟图像信号的输出完成时(步骤S44：是)，将成像结束定时信号输出到控制单元20和数字图像信号处理单元14(步骤S45)。当输入成像结束定时信号时，数字图像信号处理单元14基于通过模拟图像信号处理单元12和A/D转换单元13输出的数字图像信号执行各种数字处理。例如，数字图像信号处理单元14生成并输出在成像单元11中拍摄的被摄体图像的数字图像数据及其亮度数据。

此后，从数字图像信号处理单元14将亮度数据输入到其的边缘检测单元15通过带通滤波器滤波亮度数据，从而提取在成像单元11中拍摄的被摄体图像的高频分量(高亮度分量)。此后，边缘检测单元15通过从高亮度分量计算由固态成像设备10拍摄的图像的高频分量，确定图像的边缘位置，并且将结果输出到控制单元20，作为边缘位置信息(步骤S46)。

焦点评估值生成单元16积分通过边缘检测单元15生成的高亮度分量，并且将值输出到控制单元20作为焦点评估值(步骤S47)，以结束成像处理。

如上所述，根据第一实施例的成像装置1包括焦点调节透镜30、在光轴方向上移动焦点调节透镜30的透镜移动机制31、固态成像设备10、和控制透镜移动机制31以及固态成像设备10的控制单元20。

固态成像设备10包括：成像单元11，其拍摄通过成像光学系统对焦的被摄体图像；数字图像信号处理单元14，其生成通过成像单元11拍摄的被摄体图像的图像数据及其亮度数据；以及输入/输出单元18，其执行数据的输入/输出。固态成像设备10还包括：焦点评估值生成单元16，其基于从数字图像信号处理单元14输出的亮度数据生成被摄体图像的焦点评估值，并将焦点评估值从输入/输出单元18输出；以及成像驱动单元17。当从输入/输出单元18输入成像指令信号时，成像驱动单元17允许通过成像单元11的成像操作，并且当成像操作结束时，成像驱动单元17将成像结束定时信号输出到输入/输出单元18。

另一方面，当检测到对操作单元50的自动对焦指令操作时，控制单元20将成像指令信号输出到固态成像设备10的输入/输出单元18。此外，当从固态成像设备10的输入/输出单元18输入成像结束定时信号时，控制单元20控制透镜移动机制31以移动焦点调节透镜30。然后，控制单元20基于从固态成像设备10的输入/输出单元18输出的焦点评估值，确定焦点调节透镜30的对焦位置。

如上所述，根据实施例的固态成像设备10包括用于在设备内部执行自动对焦功能所需的DSP功能、边缘检测功能、焦点评估值生成功能等。据此，通过抑制成像装置1中的布线的增加和配置的复杂，可以使得成像装置1紧凑。此外，优化了自动对焦的成像处理、焦点评估值的计算处理和透镜移动控制的定时。因此，可以实现自动对焦控制处理的精度改进、处理时间的缩短和低功耗。

当检测到对操作单元50的自动对焦指令操作时，控制单元20将成像指令信号输出到固态成像设备10的输入/输出单元18。此后，当从固态成像设备10的输入/输出单元18输入成像结束定时信号时，控制单元20执行控制透镜移动机制31以移动焦点调节透镜30、以及获取从固态成像设备10的输入/输出单元18输出的焦点评估值的处理。控制单元20重复上述处理，直到从固态成像设备10的输入/输出单元18输出的焦点评估值达到峰值。

因此，同时开始焦点调节透镜30的移动和焦点评估值的生成，从而减少一个焦点控制处理所需的时间。

当从固态成像设备10获取的焦点评估值满足给定条件时，例如，当焦点评估值等于或大于预定值时，控制单元20以下述方式执行控制。即，当从固态成像设备10的输入/输出单元18输入成像结束定时信号时，控制单元20从固态成像设备10获取焦点评估值，而不移动焦点调节透镜30。然后，控制单元20将焦点调节透镜30移动对应于获取的焦点评估值的移动量。

如上所述，当焦点评估值接近峰值时，在获取焦点评估值之后，通过使用该焦点评估值来确定焦点调节透镜30的移动量，从而使得焦点调节透镜30快速地达到焦点评估值处于峰值的位置。

此外，在移动焦点调节透镜30的处理中，当从固态成像设备10获取焦点评估值时，控制单元20可根据焦点评估值停止焦点调节透镜30的移动。因此，可以更适当地设置焦点调节透镜30的移动量。

2.第二实施例

在上述第一实施例中，已经说明了应用登山系统作为自动对焦控制处理系统的成像装置1。在第二实施例中，将说明应用扫描系统的成像装置1。根据第二实施例的成像装置具有与第一实施例的成像装置1相同的配置，并且在固态成像设备内包括执行自动对焦功能所需的数字信号处理单元、边缘检测单元、焦点评估值生成单元等。因为第二实施例与第一实施例具有相同的配置并且与第一实施例的不同仅在于处理方法，所以使用与第一实施例中相同的参考标号和符号用于说明。

本实施例的成像装置1的焦点控制处理是扫描系统的焦点控制处理。在扫描系统中，在焦点调节透镜30的整个移动范围上，执行通过将焦点调节透镜30移动预定量来获取从固态成像设备10输出的焦点评估值的处理，并且将焦点评估值变为最大的位置确定为焦点调节透镜30的对焦位置。图8是示出成像装置1的焦点控制处理的时序图的视图，图9是用于说明焦点评估值的峰值的确定的曲线图，并且图10是示出包括通过成像装置1的控制单元20执行的焦点控制处理的成像处理的流程的图。

第二实施例的成像装置1的成像处理通过在如图8所示的焦点控制处理之后执行主成像处理而执行。当通过控制单元20输出用于将指定焦点区域的成像指令给到固态成像设备10的成像指令信号时(参照图8(a))，固态成像设备10的成像驱动单元17驱动成像单元11执行被摄体的成像(参照图8(b))。

当执行焦点控制处理时，当作为通过成像单元11的成像结果的模拟成像信号的输出完成时，如图8所示，第二实施例的成像装置1同时开始移动焦点调节透镜30和生成焦点评估值。

即，当完成模拟图像信号的输出时，执行通过数字图像信号处理单元14、边缘检测单元15和焦点评估值生成单元16的处理(参照图8(c))，并且同时开始焦点调节透镜30的移动处理(参照图8(d))。因为移动焦点调节透镜30而不用等待从固态成像设备10输出焦点评估值，所以可以缩短自动对焦成像的每一帧的时段，并且可以缩短自动对焦时段。

控制单元20通过将焦点调节透镜30移动给定量，确定从固态成像设备10输出的焦点评估值变为最大的焦点调节透镜30的位置，然后将该位置确定为焦点调节透镜30的对焦位置。此后，焦点调节透镜30移动到对焦位置，并且执行通过固态成像设备10的主成像处理。

例如，在图9所示的示例中，其中获取存储的焦点评估值当中的最大焦点评估值的焦点调节透镜30的位置β被确定为焦点调节透镜30的对焦位置。

此后，将参照附图说明通过成像装置1的控制单元20关于包括上述焦点控制处理的成像处理执行的操作。注意，通过成像装置1的固态成像设备10执行的操作与第一实施例相同。

当接通成像装置1的电源按钮(未示出)时，控制单元20等待通过用户对操作单元50的操作做出的AF成像指令。在处理中，当操作单元50中的快门按钮(未示出)被按下时，控制单元20确定已经做出AF成像指令，并开始图10所示的处理。

如图10所示，控制单元20首先将成像指令信号输出到固态成像设备10(步骤S51)。接下来，控制单元20确定是否已经从固态成像设备10获取关于成像指令信号的边缘位置信息(步骤S52)。

当从固态成像设备10获取边缘位置信息时(步骤S52：是)，控制单元20确定在固态成像设备10可以执行成像的范围中的、用于自动对焦控制处理的焦点区域(以下，称为“AF区域”)(步骤S53)。

接下来，控制单元20将焦点调节透镜30移动到开始点位置(步骤S54)，执行自动对焦控制处理(步骤S55)。自动对焦是与第一实施例的步骤S14中的第一控制处理相同的处理(图5所示的处理)，然而，该处理与第一实施例的不同在于，在图5所示的步骤S22的处理中，透镜被移动预定量。

当步骤S55的自动对焦控制处理完成时，控制单元20确定焦点调节透镜30的位置是否是结束点位置(步骤S56)。换句话说，确定是否已经在焦点调节透镜30的整个移动范围上获取焦点评估值。

当确定焦点调节透镜30处于结束点位置时(步骤S56：是)，控制单元20基于在步骤S55的处理中从固态成像设备10获取的焦点评估值，确定焦点调节透镜30的对焦位置(步骤S57)。控制单元20将其中获取在内部存储器中存储的焦点评估值当中的最大焦点评估值的焦点调节透镜30的位置确定为焦点调节透镜30的对焦位置。

接下来，控制单元20控制透镜移动机制31以将焦点调节透镜30移动到确定的对焦位置(步骤S58)，以及控制固态成像设备10将用于主成像的成像指令信号输出到固态成像设备10(步骤S59)。此后，控制单元20将从固态成像设备输出的图像数据存储在存储单元70中(步骤S60)以结束处理。

如上所述，在根据第二实施例的成像装置1中，优化了自动对焦的成像处理、焦点评估值的计算处理和透镜移动控制的定时。因此，可以实现自动对焦控制处理的精度改进、处理时间的缩短和低功耗。

具体地，当检测到对操作单元的自动对焦指令操作时，控制单元20将成像指令信号输出到固态成像设备10的输入/输出单元18。此后，当从固态成像设备10的输入/输出单元18输入成像结束定时信号时，控制单元20控制透镜移动机制31将焦点调节透镜30移动预定量，并获取从固态成像设备10的输入/输出单元18输出的焦点评估值。在焦点调节透镜30的整个移动范围上执行该系列处理，并且将在焦点调节透镜30的各个移动位置中的、从固态成像设备10的输入/输出单元18输出的焦点评估值变为最大的位置确定为焦点调节透镜30的对焦位置。

如上所述，同时开始焦点调节透镜30的移动和焦点评估值的生成，从而减少一个焦点控制处理所需的时间。

3.其他实施例

在上述实施例中，因为通过控制单元20将成像指令信号输出到固态成像设备10来开始固态成像设备10中的成像，所以自动对焦成像的一帧的时段是可变的，然而，自动对焦成像的一帧可以是固定的。在此情况下，在开始成像的定时，从固态成像设备10的成像驱动单元17输出同步信号到控制单元20。当在焦点调节透镜30的移动期间的定时从成像驱动单元17输入同步信号时，控制单元20停止移动焦点调节透镜30。

此外，在上述实施例中，从图像信号的高亮度分量生成指示图像的边缘位置的边缘位置信息，并且允许焦点区域(用于焦点评估值的计算的图像区域)服从边缘位置的移动，然而，本发明不限于此。例如，还可以将焦点区域仅限制到图像的中心位置以减少自动对焦处理的时间。

本申请包含涉及于2008年12月8日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-312667中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。

本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等同物的范围内。

Claims (6)

1.一种成像装置，包括：

焦点调节透镜；

透镜移动机制，其在光轴方向上移动焦点调节透镜；

操作单元，其可由用户操作；

固态成像设备，包括：

成像单元，其拍摄通过成像光学系统对焦的被摄体图像，

数字信号处理单元，其生成通过成像单元拍摄的被摄体图像的图像数据及其亮度数据，

输入/输出单元，其输入和输出数据，

焦点评估值生成单元，其基于从数字信号处理单元输出的亮度数据生成被摄体图像的焦点评估值，并将焦点评估值从输入/输出单元输出，以及

成像驱动单元，当从输入/输出单元输入成像指令信号时，其开始通过成像单元的成像操作，并且当成像操作完成时，其从输入/输出单元输出成像结束定时信号；以及

控制单元，其根据由用户对操作单元的操作，控制透镜移动机制和固态成像设备，

其中，当检测到对操作单元的自动对焦指令操作时，控制单元向固态成像设备的输入/输出单元输出成像指令信号，当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，控制单元控制透镜移动机制以移动焦点调节透镜，并基于从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值，确定焦点调节透镜的对焦位置，因此，同时开始焦点调节透镜的移动和焦点评估值的生成，从而减少一个焦点控制处理所需的时间，并且更适当地设置焦点调节透镜的移动量。

2.如权利要求1所述的成像装置，

其中，当检测到对操作单元的自动对焦指令操作时，控制单元向固态成像设备的输入/输出单元输出成像指令信号，并且当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，控制单元重复控制透镜移动机制以移动焦点调节透镜、以及获取从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值的处理，直到从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值达到峰值。

3.如权利要求2所述的成像装置，

其中在从固态成像设备获取的焦点评估值满足给定条件的情况下，当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，控制单元从固态成像设备获取焦点评估值而不移动焦点调节透镜，并且将焦点调节透镜移动对应于获取的焦点评估值的移动量。

4.如权利要求2或3所述的成像装置，

其中当在移动焦点调节透镜的处理中从固态成像设备获取焦点评估值时，控制单元根据焦点评估值停止焦点调节透镜的移动。

5.如权利要求1所述的成像装置，

其中当检测到对操作单元的自动对焦指令操作时，控制单元向固态成像设备的输入/输出单元输出成像指令信号，当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，在焦点调节透镜的移动范围内执行控制透镜移动机制以便将焦点调节透镜移动预定量、以及获取从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值的处理，并且将在焦点调节透镜的各个移动位置中的、从固态成像设备输出的焦点评估值变为最大的位置确定为焦点调节透镜的对焦位置。

6.一种固态成像设备，包括：

成像单元，其拍摄通过成像光学系统对焦的被摄体图像；

数字信号处理单元，其生成通过成像单元拍摄的被摄体图像的图像数据及其亮度数据；

输入/输出单元，其输入和输出数据；

焦点评估值生成单元，其基于从数字信号处理单元输出的亮度数据生成被摄体图像的焦点评估值，并将焦点评估值从输入/输出单元输出；以及

成像驱动单元，当从输入/输出单元输入成像指令信号时，其开始通过成像单元的成像操作，并且当成像操作完成时，其从输入/输出单元输出成像结束定时信号，

其中，当从固态成像设备的输入/输出单元输入成像结束定时信号时，成像装置的控制单元控制成像装置的透镜移动机制以移动成像装置的焦点调节透镜，并基于从固态成像设备的输入/输出单元输出的焦点评估值，确定焦点调节透镜的对焦位置，因此，同时开始焦点调节透镜的移动和焦点评估值的生成，从而减少一个焦点控制处理所需的时间，并且更适当地设置焦点调节透镜的移动量。

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