JP2004320147A - Imaging control method and imaging control apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging control method and an imaging control apparatus capable of reducing a processing time for imaging adjustment for carrying out automatic exposure adjustment and automatic focus adjustment. <P>SOLUTION: The control apparatus drives a solid-state imaging element, wherein high sensitivity pixels with high sensitivities having relatively wide areas and low sensitivity pixels with low sensitivities having relatively narrow areas are formed as a group of pixels and a plurality of the groups of pixels are respectively laid out while being deviated in horizontal and vertical scanning directions by a half of the pixel pitch of the group pixels so as to image an object field by a plurality of frames, and uses imaging signals generated by the high sensitivity pixels and imaging signals generated by the low sensitivity pixels to carry out the automatic exposure adjustment and the automatic focus adjustment in parallel. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子により撮像される被写界の撮像信号を用いて、該被写界を撮像するための撮像制御を行う撮像制御方法および撮像制御装置に係り、とくに露出調整と焦点調節との撮像制御を行う撮像制御方法および撮像制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、被写界を撮影してその撮像画像をディジタル信号で記憶し、また出力するディジタルカメラでは、固体撮像素子にて撮像されて出力される撮像信号の高域周波数成分を用いて、撮像レンズによって結像される被写界像のピントを自動的に合わせたり、撮像信号の出力レベルに基づいて被写界を測光し、撮影の際の露出値を決定する自動調節機能が備えられている。
【0003】
CCD撮像素子やCMOS型固体撮像素子では、それぞれ画像を構成する画素の数が多い高画素の撮像素子を採用したカメラが好評を得ている。このような撮像素子ではチップ面積を画素数の増大に応じて単純に拡大することができないため、同一チップ面積で比較すると画素を形成する受光部分の面積が画素数の増大につれて相対的に小さくなる。
【0004】
その反面、被写界をより忠実に再現したいという要求があり、高画素密度による高精細画像に加えてさらに広ダイナミックレンジの階調性豊かな画像を得ることが期待されている。
【0005】
実際の本撮影の際には、前述の自動調節機能により、自動露出調整(AE)を先に行って適切な露出値を得てから本撮像し、適正露出にて撮影された撮像信号の高周波成分(コントラスト成分)を撮像レンズを移動させながら撮像したコマの撮像画像についてそれぞれ算出し、コントラスト成分が最大となる位置に撮像レンズを移動させて撮像素子の撮像面に被写界像を結像させる。このような撮像調節方式では、夜景や室内等の暗い場所から太陽光下の明るさの場所までの照度条件下での撮影に対応するために、測光時に露光条件を複数回分割して受光する必要があった。これにより、測光専用の広ダイナミックレンジの測光素子を廃し、また撮像素子をこのように利用することで、撮像画面内の状況に応じて適切な評価を加味した各種特性の評価測光を精度良く行うことが可能となる。また、自動焦点調節(AF)時には、撮像レンズの位置を変更しながらそれぞれ複数の位置(AFポジション)にて撮像した撮像信号に基づいて高コントラストが得られるレンズ位置を合焦位置と判断してピント調整を制御する。
【0006】
広ダイナミックレンジの画像を得る固体撮像素子については、たとえば、特許文献1に記載されている。特許文献1における固体撮像装置の第1の受光素子群に含まれる受光素子は、第2の受光素子群に含まれる受光素子に対して、各受光素子の幾何学的な形状の中心が互いに行方向および/または受光素子のピッチの半分に相当する距離だけずれて配置された、いわゆるハニカム配列したものであった。
【0007】
また、特許文献2では、フォトダイオード部を2つの領域に分割し、スイッチング素子により受光面積を切り換えて2段階の感度切り換えを行う固体撮像装置が開示されている。
【0008】
特許文献3では、各受光部を感度が異なる複数の受光領域に分割し、同感度の受光領域の生成電荷を垂直転送レジスタで混合して転送し、感度の異なる受光領域の信号電荷を複数の水平転送レジスタでそれぞれ別々に水平転送する固体撮像装置が開示されている。
【0009】
【特許文献1】
特開2000−125209号公報
【特許文献2】
特開平5−207376号公報
【特許文献3】
特開平9−205589号公報。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来は、複数段階の露光により撮像された画像信号に基づいて露出を調整し、調整された露出にてさらに複数のAFポジションにて撮像して画像信号を複数獲得し、それら画像信号を使用して自動焦点調節を行うという複数の段階を経る必要があった。
【0011】
自動露出調整のための測光を行う際には、撮像素子への受光量をシャッタ速度と絞り等によって複数段階の露光量を与えて複数コマを撮像することにより、撮像素子にて生成される信号電荷の飽和状態を防ぎ、飽和状態が少なく設定されて撮像された撮像信号の信号レベルに基づいて、被写界の輝度状態を判断して、本撮像の際の最適露出値を決定することができるとともに、決定された露出値であらためて複数のAFポジションにて撮像した複数コマの撮像信号に基づいて、被写界のコントラスト成分を抽出し、これに基づいて、本撮像の際の撮像レンズのレンズ位置を制御する手順が必要であった。
【0012】
このため、これら露出調整および焦点調節に多くの時間を要するので、シャッタレリーズ操作後にこれら撮像調整を行って実際に本撮影が行われるまでのタイムラグが大きくなるという問題があった。上記刊行物1〜3では、これらの課題および解決手段については考慮されていなかった。
【0013】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、自動露出調整および自動焦点調節を行う撮像調節における処理時間を短縮することのできる撮像制御方法および撮像制御装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、相対的に広い面積を有して高感度の第1の画素を形成する主感光部と、主感光部に隣接し相対的に狭い面積を有し低感度の第2の画素を形成する副感光部とが一つの組画素として形成され、複数の組画素が半導体基板上の受光領域に組画素の画素ピッチの二分の一ずつ水平および垂直走査方向にずらしてそれぞれ配置された固体撮像素子を用意し、固体撮像素子を駆動して被写界を連続して複数フレーム分撮像し、第1の画素にて生成される信号電荷に応じた第1の画像信号と、第2の画素にて生成される信号電荷に応じた第2の画像信号とを固体撮像素子から読み出し、同一のフレームで読み出される第1の画素および第2の画素のそれぞれの画像信号を利用して、自動露出調整と自動焦点調節と含む撮像調節を併行して行うことを特徴とする。
【0015】
この場合、自動露出調整には第1の画像信号を使用し、自動焦点調節には第2の画像信号を使用するとよい。
【0016】
また、垂直走査方向に隣接する第1の画素について、一つおきのライン毎に第1の画像信号を読み出すとよい。
【0017】
また、垂直走査方向に隣接する第2の画素について、一つおきのライン毎に第2の画像信号を読み出すとよい。
【0018】
また、自動露出調整および自動焦点調節の完了後にさらに、自動露出調整にて決定される露出値に制御して被写界を撮像し、撮像した画像信号のうち使用する画像信号を第1の画素からの第1の画像信号に切り換え、第1の画像信号を使用して自動焦点調節にて調節された位置よりもさらに高精度にフォーカス位置を合わせ込むとよい。
【0019】
この高精度にフォーカス位置を合わせ込む際に、第2の画素からの第2の画像信号の読み出しを停止させるとよい。
【0020】
さらに高精度にフォーカス位置を合わせ込む際に、撮像レンズの移動範囲を自動焦点調節にて制御したフォーカス位置に応じて制限するとよい。
【0021】
また、撮像調節の際に、露光条件を異ならせて複数段階のレンジに切り換えて被写界を撮像し、露光条件の異なる状態で撮像した画像信号のうち第2の画素からの第2の画像信号を露光条件に応じてレベル補正し、補正された第2の画像信号に基づいて自動焦点調節のためのコントラスト情報を算出し、コントラスト情報に応じた位置に撮像レンズの位置を制御するとよい。
【0022】
また、本発明は上述の課題を解決するために、自動露出調整および自動焦点調節を含む撮像調節を行う撮像制御装置において、この装置は、自動焦点調節を行うために被写界に対して方向に移動してフォーカス位置を制御可能な撮像レンズと、相対的に広い面積を有して高感度の第1の画素を形成する主感光部と主感光部に隣接し相対的に狭い面積を有し低感度の第2の画素を形成する副感光部とが一つの組画素として形成され、複数の組画素が半導体基板上の受光領域に組画素のピッチの二分の一ずつ水平および垂直走査方向にずらしてそれぞれ配置された固体撮像素子と、撮像レンズと固体撮像素子との間に配設され、撮像レンズを介して入射される光束を遮光および開放するシャッタ手段と、固体撮像素子から出力される画像信号を処理する信号処理手段と、自動露出調整および自動焦点調節を制御する制御手段とを含み、制御手段は、固体撮像素子を駆動する手段と、露光量を制御する手段と、撮像レンズのフォーカスを制御する手段とを含み、第1の画像信号に基づいて自動露出調整の制御を行うとともに、自動露出調整制御と併行して第2の画像信号に基づいて自動焦点調節の制御を行うことを特徴とする。
【0023】
この場合、制御手段は、自動露出調整および自動焦点調節の完了後にさらに、自動露出調整にて決定される露出値に制御して被写界を撮像し、撮像した画像信号のうち第1の画像信号を使用して自動焦点調節にて調節された位置よりもさらに高精度にフォーカス位置を合わせ込むとよい。
【0024】
また、固体撮像素子は、第1の画素と第2の画素との受光面積比が3対1以上であるとよい。
【0025】
また、固体撮像素子は、第1の画素にて生成される信号電荷に応じた第1の画像信号と、第2の画素にて生成される信号電荷に応じた第2の画像信号とを、それぞれ独立して出力するとよい。
【0026】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による撮像制御方法および撮像制御装置の実施例を詳細に説明する。
【0027】
図2を参照すると本実施例におけるディジタルカメラのブロック図が示され、ディジタルカメラ10は、撮像レンズ12、シャッタユニット14および固体撮像素子(CCD) 16によって撮像される被写界の撮像信号を処理して、カラー画像またはモノクロ画像を表わす画像データを生成する撮像装置である。このカメラ10は、被写界を撮像し、高解像度の撮像画像をたとえば静止画符号化処理してメモリカード等の記憶装置に記録する静止画モードと、自動露出調整(AE)および自動焦点調節(AF)を行う撮像調節モードと、さらに、フレーミングやピント等の確認を行うとともにその撮像画像を順次出力する動画モードとを有する。
【0028】
本実施例では、本カメラ10が起動すると動画モードが設定され、操作部26に備えられたレリーズスイッチが半押しされてその第1ストローク(S1)が検出されると撮像調節モードに移行し、その後、さらに全押しされて第2ストローク(S2)が検出されると静止画モードが設定される。また、動画モードは、操作に応じて手動設定および解除することができ、また、露出と焦点とはそれぞれ任意に手動操作で合わせることもできる。
【0029】
ディジタルカメラ10は、撮像調節モードにおいて、二次元配列された複数の画素を有する固体撮像素子16の出力信号に基づいて、自動焦点調節(AF)および自動露出調整(AE)等の撮像調節を行なう。カメラ10の自動露出調整機能は、撮像調節モードにおいて固体撮像素子16からの出力信号を処理し、その処理結果に基づいて被写界の輝度レベルを測定し、その測光結果に従ってシャッタ速度および絞り値の組み合わせによる露出値(EV)を制御する。本実施例における固体撮像素子16は、フォトダイオード(PD)にて形成される各画素のそれぞれを大小の高感度画素および低感度画素に分割して感度差を与えた受光素子を備えるイメージセンサである。
【0030】
撮像レンズ12と固体撮像素子16との間に配置されたシャッタユニット14には、固体撮像素子16を遮光する機械式シャッタと光量を調節する絞りとが備えられ、機械式シャッタは、露光の開始前に開放し露光の終了時に閉じて露光時間つまりシャッタ速度を制御する。なお、実質的な露光の開始タイミングは本実施例では電子シャッタ制御により行う。また、絞りは、撮像レンズ12を介して入射し固体撮像素子16の撮像面に到達する光量を可変に制限して露光量を調節する。
【0031】
撮像レンズ12の焦点調節に係わるレンズ位置(AFポジション)などはレンズ駆動部20に備えられるドライバ回路と移送機構とにより制御および駆動される。レンズ駆動部20は、中央処理装置(CPU) 22に接続され、中央処理装置22から供給されるAF情報に従って撮像レンズ12のAFポジションを制御する。また、機械式シャッタおよび絞りは、シャッタ駆動部24に備えられる電磁機構によって駆動される。
【0032】
シャッタ駆動部24は、固体撮像素子16の出力26に接続された信号処理回路28内のタイミング信号生成回路(TG)30から供給されるAE情報に応じたタイミングでその動作が制御される。このAE情報は、固体撮像素子16を駆動する垂直ドライバ32にも供給されている。垂直ドライバ32は、固体撮像素子16の主として垂直方向の走査を駆動する駆動回路であり、固体撮像素子16における信号電荷の生成および不要電荷の掃き出しなどを制御し、生成した信号電荷の垂直転送をAE情報に応じて制御する電子シャッタ制御機能を有する。また、垂直ドライバ32は、とくに撮像調節モードにおいて、固体撮像素子16の垂直走査方向に対する1ラインおきに高感度画素と低感度画素とを切り替えて信号電荷を読み出す機能を有し、さらに、高感度画素のみの読み出し駆動と、低感度画素のみの読み出し駆動とを独立して個別に行うこと機能をも有している。
【0033】
また、カメラ10の自動焦点調節機能(AF)は、固体撮像素子16の出力信号に基づいて、所望の被写体が撮像レンズ12を介して固体撮像素子16の撮像面に合焦するように撮像レンズ12を移動させてフォーカスを制御する。この撮像調節機能は、操作者による第1ストローク(S1)押下のレリーズ操作に応動して実行され、撮像調節動作が完了した後、レリーズスイッチの第2ストローク(S2)検出で静止画像を得るための本撮影動作が行われるが、これに限らず、撮像調節処理制御の短縮化に伴って、レリーズスイッチへの一操作の全押しのみでこれら撮像調節と本撮影動作とを順次行うように構成することができる。
【0034】
ディジタルカメラ10は、静止画モードに移行すると、撮像される1コマもしくは複数コマの静止画像を処理し、その処理画像データを圧縮符号化し、または非圧縮にて不図示の記憶装置に装着される情報記録媒体に記録する。
【0035】
ディジタルカメラ10は、高感度画素および低感度画素の特有な画素構成を有する固体撮像素子16を駆動して、自動焦点調整(AF)と自動露出調整(AE)とを実質的に同時に行うことにより、撮像調節時間の短縮化を図っている。
【0036】
詳しくは、図3に固体撮像素子16の撮像面の画素配置および垂直転送路(VCCD)の一部分を示すように、固体撮像素子16は、高感度画素(PD)として相対的に大きな受光面積を有する高感度の大受光領域と、低感度画素(PD)として相対的に小さな受光面積を有し高感度画素(PD)に隣接し高感度画素と共に四辺形の一部領域の形状として配置された低感度の小受光領域とを一組のフォトダイオードによる組画素(PD)とし、一組の組画素(PD)をそれぞれ垂直走査方向および水平走査方向に組画素間隔の二分の一ピッチ分ずらしてハニカム状に複数配置している。実施例では各高感度画素(PD)と低感度画素(PD)とを組み合わせた画素分割状態の組画素(PD)を全体として四辺形に形成し四辺形の各辺を水平および垂直走査方向に対してほぼ45度傾くようにして配置しているが、これに限らず、組画素(PD)の形状は、たとえば図9に示すように全体として五角形以上の六角形および八角形でもよく、また、多角形に限らず円形でもよい。図9に示す構成例では、組画素(PD)の二つの頂角を低感度画素(PD)側に含むように形成している。また、図10に示すように、高感度画素(PD)および低感度画素(PD)のそれぞれの形状は、組画素(PD)の一つの頂角を低感度画素(PD)側に含むようにして画素分割した形状としてもよい。これら画素分割の面積は、たとえば、高感度の高感度画素(PD)と低感度の低感度画素(PD)とで3対1程度かそれ以上の面積比、たとえば4対1ないし6対1等にて形成すると、自動露出調整(AE)および自動焦点調節(AF)の同時処理に必要な感度差を高感度画素(PD)および低感度画素(PD)に生じさせることができる。
【0037】
図4を参照すると、同図には、固体撮像素子16への入射光量に対する出力信号レベルの一例が示されている。図示するように、入射光量が増加してくると、まず高感度画素(PD)における信号電荷が早く飽和状態となって以降の出力レベルは飽和レベル一定となるが、低感度画素(PD)では感度が低いために高感度画素(PD)に遅れて出力レベルが上昇する。飽和レベルになる状態の入射光量では、高感度画素(PD)の出力を自動焦点調節に使用できない場合であっても、低感度画素(PD)の出力を使用すると、同図において傾きのあるすべての入力光量の範囲において自動焦点調節に使用可能な出力を得ることができる。このように高感度画素(PD)ではダイナミックレンジが狭くてすぐに飽和状態になるに対して、逆に低感度画素(PD)ではダイナミックレンジが広い出力が得られる。したがって本実施例では、輝度差の幅広い被写界に対して、測光レンジを4段階の測光条件(AE(a)〜AE(d))に分割してレンジ切り替えを行って露出量を可変に設定し、複数段階に露出させた高感度画素(PD)からの出力を用いて測光し自動露出調整(AE)を行うとともに、それぞれ同時に露出される低感度画素(PD)からの出力を利用して自動焦点調節(AF)のためのコントラスト情報をそれぞれ算出して、撮像レンズ12の制御位置を求めてゆく。測光条件の切り替えに応じた高感度画素(PD)のダイナミックレンジを図5に示し、また、図6には、低感度画素(PD)のダイナミックレンジを示す。
【0038】
図3に戻って、固体撮像素子16の各組画素(PD)には、RGB原色カラーフィルタがGストライプ状に配置され、またR/B市松状に配置されている。各組画素(PD)のさらに上方の表面側には、受光率を向上させるマイクロレンズが配置されて集光効率を向上させている。カラーフィルタの色配列例を、同図の高感度画素側に記した文字”R”,”G”,”B”でそれぞれ示す。これら各色のカラーフィルタは、高感度画素(PD)に隣接して一つの組画素(PD)を形成する低感度画素(PD)にもそれぞれ対応する同色成分のフィルタが配置されている。なお”R”はレッド成分、”G”はグリーン成分、”B”はブルー成分のカラーフィルタであることを示す。色配列は本実施例に限定されず、また、他の色成分としてたとえば補色型のカラーフィルタを使用してもよい。また、低感度の低感度画素(PD)には、透過率の高いG成分の色フィルタを配置し、高感度の高感度画素(PD)には、透過率の低いR成分およびB成分の色フィルタを配置してもよく、この場合、R成分およびB成分の高感度画素(PD)を2分の1組画素ピッチずつ水平および垂直走査方向にそれぞれずらして配置すると、解像度向上の点および感度差の補償の点から有利である。
【0039】
固体撮像素子16の各組画素(PD)の間隙には、各受光領域にて生成される信号電荷を垂直走査方向に転送するための垂直転送路(VCCD)が各組画素(PD)の周囲に沿ってジグザグ状に配設されている。垂直転送路(VCCD)は電荷結合素子にて構成される。各高感度画素(PD)と各低感度画素(PD)とはそれぞれ、図の右側にて垂直転送路(VCCD)に向かい合う部分に不図示の転送ゲートが形成されている。
【0040】
各画素にて生成される信号電荷は、垂直ドライバ32から供給されるシフトパルスに応動して右方側の垂直転送路(VCCD)に転送ゲートを介して読み出される。垂直転送路(VCCD)の上方には転送電極が積層して配設されており、転送電極に印加する電位を変化させて、各画素に転送ゲートを介して接続される垂直転送路を、たとえば4つのポテンシャル領域(VCCD(1)〜VCCD(4))に変化させて、各画素から垂直転送路(VCCD)にシフトされた信号電荷を不図示の水平転送路方向に転送する。なお、低感度画素ラインの読み出しと、高感度画素ラインの読み出しとをフィールド毎に別々に行う際には各組画素(PD)に隣接するポテンシャル領域(VCCD(1)〜VCCD(4))を一組の領域とするように転送電極の電位を制御し、各組画素単位の間隔でポテンシャル井戸を移動させることもできる。この場合、読み出し画素間隔が広がるので信号電荷の転送速度をより高速にすることができる。
【0041】
信号電荷の転送方向の垂直転送路(VCCD)の一端には不図示の水平転送路が配設され、水平転送路は、信号処理回路28内の水平ドライバ34から供給される転送パルスに応動して、複数の垂直転送路(VCCD)から転送される信号電荷を受け取って信号電荷を水平走査方向に転送する電荷結合素子である。水平転送路の転送先には不図示の出力アンプが備えられ、水平転送路から移送されてくる信号電荷をその電荷量に応じた電気信号として読み出して出力26に出力する。
【0042】
このように、これら高感度画素(PD)の受光信号と低感度画素(PD)の受光信号とは、信号処理回路28および垂直ドライバ32から固体撮像素子16に供給される駆動信号に応動して別々に独立して読み出すことができる。本実施例における撮像調節では、同一露出期間に各受光領域にて生成されて固体撮像素子16から読み出した電気信号を測光および焦点調節の双方でほぼ同一タイミングにて使用し、測光処理と焦点調節処理とを併行して行う。
【0043】
信号処理回路28は、固体撮像素子16の出力26に接続される相関二重サンプリング回路(CDS) 36と、自動利得可変増幅回路(AGC/WB) 38と、アナログ・ディジタル変換回路(ADC) 40とを有し、ADC 40の出力42は、ディジタル信号処理装置(DSP) 44に接続されている。信号処理回路28はさらに、前述のタイミング信号生成回路(TG) 30と、水平ドライバ34と、ディジタル・アナログ変換回路(DAC) 46とを備えている。
【0044】
ディジタル信号処理装置(DSP) 44は、入力信号に対してガンマ補正を行い、また輝度および色差からなるYC信号に変換するガンマ補正/YC処理回路50と、積算回路52とを含み、それぞれ入力42に入力されるディジタル画像信号を演算処理する信号プロセッサである。本実施例に特有な機能として、ガンマ補正/YC処理回路50は、高感度画素(PD)および低感度画素(PD)を使用した画素形成処理機能を有し、これら組画素(PD)を一つの画素としてダイナミックレンジの広い値を算出するともに、各画素位置における各色成分の値を算出して、各画素位置でのRGB成分それぞれの画素値を算出する。また、低感度画素部分には色フィルタを配置せずに固体撮像素子16を形成して、輝度信号を主として低感度画素(PD)から得るように信号処理することもできる。ガンマ補正/YC処理回路50の出力54は、たとえば、圧縮符号化回路等を有する記録装置に接続され、処理された画像信号を情報記憶媒体に記録したり、また、画像信号を他の装置に通信路を介して伝送する。
【0045】
積算回路52は、撮像調節モード時に入力される画像信号を撮像領域中の所定の領域ごとに積算することにより、画面内を複数ブロックに分割したブロック毎の輝度情報を得る。積算回路52はさらに、画像信号の高域輝度成分を抽出する機能を有し、焦点調節にて使用されるコントラスト情報を生成する。なお、積算回路52は、ガンマ補正/YC処理回路50にて生成される輝度信号Yを入力してコントラスト情報を生成してもよい。
【0046】
積算回路52の出力56はメモリ60に接続され、メモリ60は、入力される輝度情報をブロック毎に記憶し、また、入力されるコントラスト情報をブロック毎に記憶する。メモリ60には、撮像レンズ12の複数のAFポジションにて撮像した画像信号から生成した各位置毎のコントラスト情報を格納する記憶領域を有する。メモリ60は、接続線62を介して接続された中央処理装置(CPU) 22からの要求に応じて、記憶情報を出力62に出力する。
【0047】
中央処理装置(CPU) 22は、本カメラ10全体の動作を制御する制御回路であり、有利には、制御プログラムに従って演算処理を行う演算回路と、プログラムおよび各種データを格納する記憶回路と、情報の入出力を司る入出力回路とを含むコンピュータ回路にて形成される。中央処理装置22は、前述の静止画モードと撮像調節モードと動画モードとを操作に応じてそれぞれ設定し、各モードに応じた制御を行うとともに、本撮影を行うために必要な情報を生成する。
【0048】
とくに、撮像調節モードにおける中央処理装置(CPU) 22は、露出値の異なる測光条件に切り替えて段階露出を行うことにより、輝度差の大きな被写界に対して精度よく測光を行うレンジ分割測光機能を有する。
【0049】
詳しくは中央処理装置(CPU) 22は、撮像調節モードにおいて、図5に示す光量AE(a)に対応する測光条件(a)にて撮像した撮像信号と、続いて、光量AE(b)に対応する測光条件(b)にて撮像した撮像信号と、光量AE(c)に対応する測光条件(c)にて撮像した撮像信号と、続いて、光量AE(d)に対応する測光条件(d)にて撮像した撮像信号とを順次使用して、それぞれの条件(a)〜条件(d)のうち、どの測光条件が適切であるか否かを、たとえば撮像信号の信号レベルに基づいてその飽和状態に応じて判断する。中央処理装置22は、最適な測光条件を決定するとその測光条件にて撮像した撮像信号に基づいて、被写体に対する露出値を決定して、以降その露出値に応じて撮像するように各部を制御する。
【0050】
これら測光条件の決定と露出値の決定は、固体撮像素子16の高感度画素(PD)にて生成される信号電荷に応じた撮像信号を使用して行われる。なお図示の例では、所望の主要被写体の明るさをポイントPで示すと、光量AE(c)の範囲で測光条件(c)の範囲での測光判断が最も適切な測光処理となり、光量AE(a),(b)の範囲の測光条件(a),(b)の範囲では露出過多と判断され、また光量AE(d)に対応する測光条件(d)の範囲では露出アンダーと判断される。実施例では、このような測光レンジを切り替えて適切な測光レンジを決定し、適切な測光レンジを選択して被写界を精度よく再測光する。測光レンジの切り替えは、シャッタユニット14に対する機械式シャッタの閉成タイミングと絞り値を制御し、さらに電子シャッタの開始タイミングを制御する電子シャッタ制御によって行われる。
【0051】
さらに中央処理装置22は、他方の低感度画素(PD)にて生成される信号電荷に応じた撮像信号を使用して焦点調節を制御する機能を有する。図6に示す低感度画素(PD)の光量対測光条件の対応のうち、低感度の低感度画素(PD)からの撮像信号はダイナミックレンジが広いため、すべての測光条件にて撮像した場合においても焦点調節を行うためのコントラスト情報を得ることができる。なお、低感度画素(PD)からの撮像信号は信号レベル自体は低出力レベルであるため信号処理回路28内の自動利得可変増幅回路(AGC/WB) 38にて低感度画素(PD)からの撮像信号に対して感度補正用の増幅を施した後の撮像信号を使用してコントラスト情報を生成する。
【0052】
中央処理装置(CPU) 22は、ブロック毎のコントラスト情報に基づいて、撮像レンズ12の合焦位置を制御するAF評価値を決定する。このAF評価値は、被写界の絵柄、さらには撮像画面内の特定のブロックを重点的に評価する測光モード等の条件に応じて決定される。この際、中央処理装置22は、決定したAF評価値を各測光条件(a)〜(d)に応じて修正して、被写界に適切な山登りカーブを求める機能を有している。
【0053】
中央処理装置(CPU) 22は、固体撮像素子16に対する駆動を、露出が終了(機械式シャッタの閉成後)した後に、高感度画素ライン、低感度画素ラインとを2つのフィールドで読み出す。
【0054】
詳しくは図7に示すように、中央処理装置(CPU) 22は、撮像調節モードにおいて、低感度画素ラインの信号電荷を垂直転送路にシフトする際、図中矢印で示すように、それぞれ垂直走査方向に配置した組画素(PD)について1ラインおきの組画素内の低感度画素(PD)についてシフトさせ、垂直転送路(VCCD)で高速転送させる。高感度画素ラインの信号電荷を垂直転送路(VCCD)にシフトする際も同様に、中央処理装置22は、図8に矢印で示すように、それぞれ垂直走査方向に配置した組画素(PD)について1つおき間隔の組画素内の高感度画素(PD)についてシフトさせ、垂直転送路(VCCD)で高速転送させる。これら図7および図8では、1ラインおきに高感度画素(PD)および低感度画素(PD)を別々に読み出す信号電荷の読み出しを高感度画素(PD)および低感度画素(PD)で別々に図示しているが、高感度画素(PD)と低感度画素(PD)とをフィールド毎別々に垂直転送路(VCCD)にシフトして読み出してもよいし、高感度画素(PD)および低感度画素(PD)ともに一度に垂直転送路(VCCD)にシフトして読み出してもよい。
【0055】
この同一の露光時間にてそれぞれの受光素子で受光して生成された信号電荷による撮像出力を使用して、自動露出調整(AE)と自動焦点調節(AF)とを同時に制御してゆく。詳しくは、ディジタルカメラ10は、図11に示すフローチャートに従って動作する。レリーズスイッチの第1ストローク(S1)が検出されると撮像調整モードが設定されて、ステップ100において、中央処理装置22は、自動露出調整処理と自動焦点調節処理とを併行処理により実行する。
【0056】
図1において、一垂直走査期間の1フレームを規定する垂直同期信号(VD)の期間ごとの測光条件(a)〜(d)のタイミングでは、それぞれ、撮像レンズ12のAFポジションが近距離に焦点が合う最近端位置から遠距離に焦点が合う最遠端(無限遠)位置に各垂直走査期間(VD)毎に複数位置に移動制御されて、その各AFポジションにて撮像された高感度画素(PD)と低感度画素(PD)とによるそれぞれの撮像信号が固体撮像素子16から出力される。
【0057】
図1に示す例では図5および図6に示した被写体の明るさPに対応して、光量AE(c)をカバーする測光条件AE(c)による測光が適正な測光値が得られる状態を示している。図1にも示したように、高感度画素出力と同一の垂直走査期間に出力される低感度画素出力とを使用して、一方の高感度画素(PD)は自動露出調整(AE)で使用し、他方の低感度画素(PD)を自動焦点調節(AF)で使用している。こうして、AE情報を生成し出力しながらAF情報としてコントラスト情報を生成することができる。
【0058】
なお本実施例では、AFポジションを4点のレンズ位置にて説明しているが、これに限らず、たとえば撮像レンズ12の焦点距離および撮影時の被写界深度、要求されるピント精度および許容されるAF速度などの条件に応じて、AFポジションを8〜16点に設定したり、さらに32点程度にAFポジションを設定したりして、各AFポジションにおけるコントラスト情報を生成するとよい。
【0059】
低感度画素(PD)から読み出される撮像信号のレベルは、たとえば自動利得可変増幅回路(AGC/WB) 38にて感度補正されるとともに、積算回路52にて算出されるコントラスト情報を中央処理装置22は、各AFポジションに対応する測光条件にしたがってAF評価値が補正される。これにより、たとえば図12に示すように、測光条件AE(a)〜(d)に対応して算出されたAF評価値が、それぞれAE(a2)〜AE(d2)の値に補正されて、AFポジションに応じた山登りカーブが得られる。
【0060】
こうして、測光条件(c)による測光値を使用して露出が自動調整され、山登りカーブにて求められるAF評価値の最大値に基づいて撮像レンズ12の位置、つまりAFポジションが決定されて、それぞれ、絞り、シャッタ速度およびピントが撮像信号に基づいて自動制御される。
【0061】
図11に戻ってステップ102に進み、この状態にてレリーズスイッチの第2ストローク(S2)のオン状態が検出されると、本撮像を行う静止画モードが設定される(ステップ104)。静止画モードでは、決定された露出値にて固体撮像素子16が露光され、露出完了にて機械式シャッタが閉成される。
【0062】
次いでステップ106に進むと、高感度画素(PD)および低感度画素(PD)にて生成された信号電荷がそれぞれ転送ゲートにより垂直転送路(VCCD)にシフトされ、さらに垂直転送される。複数の垂直転送路(VCCD)から移送された信号電荷はさらに水平転送路にて出力アンプ側に転送され、出力アンプから撮像信号として出力26に出力される。
【0063】
ステップ108において信号処理回路28ではこの撮像信号26を相関二重サンプルし、利得可変に増幅して色バランスを調節するなどの信号処理を施し、アナログ・ディジタル変換回路40で所定のディジタル信号に変換する。ディジタルに変換された画像信号は、接続線42を介してディジタル信号処理装置(DSP) 44に入力され、ガンマ補正/YC処理回路50にてガンマ補正された後、輝度(Y)および色差(C)で表されるYC信号に変換される。変換されたYC信号は、出力54に接続される記録装置に入力されると、圧縮符号化したYC信号が記憶媒体に記録される(ステップ110)。
【0064】
次に、図13を参照すると、撮像調節モードにおいて、自動焦点調節(AF)をより高精度に制御する実施例が示されている。本実施例では、図1に示した第1の実施例で説明したように低感度画素(PD)から得られる撮像信号を使用してAFポジションを求めた後、本第2の実施例ではさらに、合焦の得られるAFポジションをさらに絞り込む際に使用する撮像信号を高感度画素(PD)からの撮像信号に切り替えて、より高精度の焦点調節を行う。
【0065】
第2の実施例におけるディジタルカメラ10は、図2に示したブロック図と同様の構成に加えてさらに、中央処理装置(CPU) 22に上述したようなAFポジションを絞り込む自動焦点調節(AF)のための追加機能を備えている。また、カメラ10に備えられる固体撮像素子16の画素配列等の構成についても図3に示した第1の実施例と同様の構成でよい。
【0066】
詳しくは、中央処理装置(CPU) 22は、撮像調節モードにおいて、測光が確定し自動露出調整(AE)によって露出値を制御し、低感度画素(PD)を使用する自動焦点調節(AF)によってフォーカスを合わせ込んだ後さらに撮像して第2段階目の自動焦点調節(AF)を行う。中央処理装置22は、それまで自動焦点調節のために使用していた低感度画素出力を高感度画素出力に切り替えるように固体撮像素子16に対する駆動を切り替える。この場合、中央処理装置22は、低感度画素(PD)の読み出しを停止し、高感度画素(PD)に対応する撮像信号のみを固体撮像素子16から読み出すように垂直ドライバ32および信号処理回路28を制御することで、高感度画素(PD)のみの撮像信号を高速に固体撮像素子16から出力させることができる。
【0067】
また、中央処理装置(CPU) 22は、撮像レンズ12の焦点移動範囲(AFサーチ範囲)を、低感度画素使用の自動焦点調節(AF)の際に焦点位置を移動させた範囲よりも狭い範囲の移動に制限し、その移動範囲内で撮像される撮像信号を使用して、コントラスト情報を算出し、AF評価値の最大値を高精度に絞り込むことができる。この場合、低感度画素(PD)を使用した第1段階目の自動焦点調節(AF)によって合わせ込んだレンズ位置を中心とする前後移動方向の所定範囲を、高感度画素(PD)からの撮像信号を利用する第2回目の焦点調節時に撮像レンズ12を移動させるAFポジションの範囲として制限するとよい。
【0068】
その様子を図14に示す。図示するように、低感度画素(PD)からの撮像信号を使用して算出した各AFポジションにおけるAF評価値(AE/AF(a)〜AE/AF(d))でAF評価値の最大値を粗い間隔にて予測し、予測した最大値が得られる範囲に対応するレンズ位置を所定幅設定し、本実施例では自動露出調整(AE)後に、設定した所定幅以内で撮像レンズ12を移動させるAFサーチを更に行って、その撮像レンズ12の移動中に複数フレーム撮像した高感度画素(PD)からの撮像信号に基づいて、それぞれAFポジションにおけるAF評価値(AF(e)〜AF(h))を算出する。精細なAF評価値ピークは、これら更なるAF評価値(AF(e)〜AF(h))を使用して絞り込まれ、より正確な合焦位置に合わせ込むことができる。したがって、高感度画素出力を使用する第2段階目の自動焦点調節時には、最近端から最遠端(無限遠位置)までのAFサーチを必ずしも行わなわずに、より正確な位置にフォーカスを合わせ込むことができ、高速化と高精度化とが実現される。
【0069】
この場合、高感度画素(PD)のみならず、低感度画素(PD)をも含めた一組の組画素単位で各組画素(PD)を間引き読み出しするように垂直ドライバ32と水平ドライバ34とを制御して、組画素(PD)によるコントラスト情報を算出することもできる。
【0070】
【発明の効果】
このように本発明によれば、それぞれ感度差を有する高感度画素と低感度画素とのそれぞれの撮像出力を利用して、自動露出調整(AE)と自動焦点調節(AF)とを同時に併行して行うことができ、これら撮像調節のために要する時間を短縮化することができるから、たとえば、シャッタータイムラグを短くすることができる。また、このようにして短縮化した撮像調節の次の段階にてより精密な撮像調節を行うことができる。この場合、第2段階目の自動焦点調節(AF)において特に、フォーカスを高精度に合わせ込むことができる。この場合さらに、撮像レンズの移動範囲を第1段階目の自動焦点調節(AF)における制御位置近傍に制限して、高精度な焦点調節を行う際に、焦点調節に要する時間をより短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたディジタルカメラの実施例における測光条件毎に変化する固体撮像素子の高感度画素および低感度画素からの撮像出力と自動焦点調節(AF)の状態とを示すタイミングチャートである。
【図2】本発明が適用されたディジタルカメラの一実施例を示すブロック図である。
【図3】実施例における固体撮像素子の画素配列と垂直転送路との一部を示す図である。
【図4】固体撮像素子の高感度画素および低感度画素の入力光量に応じた出力レベルを示す図である。
【図5】固体撮像素子の測光条件AE(a)〜(d)に応じた高感度画素のダイナミックレンジを示す図である。
【図6】固体撮像素子の低感度画素のダイナミックレンジを示す図である。
【図7】固体撮像素子の低感度画素ラインの読み出し状態を示す図である。
【図8】固体撮像素子の高感度画素ラインの読み出し状態を示す図である。
【図9】固体撮像素子の高感度画素形状および低感度画素形状の他の構成例を示す図である。
【図10】固体撮像素子の高感度画素形状および低感度画素形状のさらに他の構成例を示す図である。
【図11】実施例におけるディジタルカメラの動作を示すフローチャートである。
【図12】実施例におけるディジタルカメラのAFポジションに応じたAF評価値とその山登りカーブとを示す図である。
【図13】本発明が適用された他の実施例における測光条件毎に変化する固体撮像素子の高感度画素および低感度画素からの撮像出力と、露出制御および調節動作とを示すタイミングチャートである。
【図14】図13に示した他の実施例におけるディジタルカメラのAFポジションに応じたAF評価値とその山登りカーブとを示す図である。
【符号の説明】
10 ディジタルカメラ
12 撮像レンズ
14 シャッタユニット
22 中央処理装置(CPU)
28 信号処理回路
44 ディジタル信号処理装置(DSP)
52 積算回路
60 メモリ
PD フォトダイオード
PD 高感度画素
PD 低感度画素
VCCD 垂直転送路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging control method and an imaging control apparatus that perform imaging control for imaging an object scene using an imaging signal of the object scene imaged by a solid-state imaging device, and in particular, exposure adjustment and focus adjustment. Are related to an imaging control method and an imaging control apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in a digital camera that captures a scene and stores and outputs a captured image as a digital signal, an imaging lens is used by using a high-frequency component of the imaging signal that is captured and output by a solid-state image sensor. It is equipped with an automatic adjustment function that automatically adjusts the focus of the object scene image formed by, or measures the object scene based on the output level of the imaging signal and determines the exposure value at the time of shooting .
[0003]
For CCD image sensors and CMOS solid-state image sensors, cameras employing high-pixel image sensors each having a large number of pixels constituting an image have been well received. In such an image pickup device, the chip area cannot be simply increased as the number of pixels increases, and therefore the area of the light receiving portion forming the pixels becomes relatively smaller as the number of pixels increases when compared with the same chip area. .
[0004]
On the other hand, there is a demand for more faithful reproduction of the object scene, and in addition to a high-definition image with a high pixel density, it is expected to obtain an image with a wider dynamic range and rich gradation.
[0005]
In actual actual shooting, the above-described automatic adjustment function is used to perform automatic exposure adjustment (AE) first to obtain an appropriate exposure value, and then perform main imaging, and the high frequency of the imaging signal captured with appropriate exposure. Component (contrast component) is calculated for each captured image of the frame taken while moving the imaging lens. The imaging lens is moved to the position where the contrast component is maximized, and an object scene image is formed on the imaging surface of the imaging device. Let In such an imaging adjustment method, in order to support shooting under illuminance conditions from a dark place such as a night view or indoors to a bright place under sunlight, the exposure condition is divided into multiple times during photometry. There was a need. This eliminates the wide dynamic range metering element dedicated to metering, and by using the image sensor in this way, it is possible to accurately perform the metering of various characteristics with appropriate evaluation depending on the situation in the imaging screen. It becomes possible. Further, at the time of automatic focus adjustment (AF), a lens position where high contrast is obtained is determined as an in-focus position based on imaging signals captured at a plurality of positions (AF positions) while changing the position of the imaging lens. Controls focus adjustment.
[0006]
A solid-state imaging device that obtains an image with a wide dynamic range is described in Patent Document 1, for example. In the light receiving elements included in the first light receiving element group of the solid-state imaging device in Patent Document 1, the centers of the geometric shapes of the light receiving elements are aligned with respect to the light receiving elements included in the second light receiving element group. It was a so-called honeycomb arrangement in which the direction and / or the distance corresponding to half the pitch of the light receiving elements were shifted.
[0007]
Patent Document 2 discloses a solid-state imaging device that divides a photodiode portion into two regions and switches a light receiving area by a switching element to perform two-stage sensitivity switching.
[0008]
In Patent Document 3, each light-receiving unit is divided into a plurality of light-receiving regions with different sensitivities, the generated charges of the light-receiving regions with the same sensitivity are mixed and transferred by a vertical transfer register, and signal charges in the light-receiving regions with different sensitivities are transferred. A solid-state imaging device that performs horizontal transfer separately using a horizontal transfer register is disclosed.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2000-125209 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-207376
[Patent Document 3]
JP-A-9-205589.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, the exposure is adjusted based on the image signal picked up by the exposure in a plurality of stages, and the image is picked up at a plurality of AF positions with the adjusted exposure to obtain a plurality of image signals. It was necessary to go through multiple stages of using autofocusing.
[0011]
When performing photometry for automatic exposure adjustment, a signal generated by the image sensor is obtained by imaging multiple frames by giving the amount of light received by the image sensor to the exposure speed in multiple stages according to the shutter speed and aperture, etc. It is possible to prevent the saturation state of electric charges, determine the luminance state of the object scene based on the signal level of the image signal picked up with a low saturation state, and determine the optimum exposure value at the time of actual imaging In addition, the contrast component of the object scene is extracted based on the imaging signals of a plurality of frames that are newly captured at a plurality of AF positions with the determined exposure value, and based on this, the imaging lens of the imaging lens at the time of actual imaging is extracted. A procedure to control the lens position was required.
[0012]
For this reason, since a lot of time is required for the exposure adjustment and the focus adjustment, there is a problem that the time lag until the actual photographing is performed after performing the imaging adjustment after the shutter release operation is increased. In the above publications 1 to 3, these problems and solutions were not considered.
[0013]
An object of the present invention is to provide an image pickup control method and an image pickup control apparatus capable of eliminating the drawbacks of the prior art and reducing the processing time in image pickup adjustment for performing automatic exposure adjustment and automatic focus adjustment.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention has a main photosensitive portion that forms a first pixel with a relatively large area and high sensitivity, and a relatively small area adjacent to the main photosensitive portion. The sub-photosensitive part that forms the low-sensitivity second pixel is formed as one set pixel, and a plurality of set pixels are horizontally and vertically scanned in the light receiving region on the semiconductor substrate by a half of the pixel pitch of the set pixel. First, a solid-state imaging device is prepared, and the solid-state imaging device is driven to capture an image of the object scene continuously for a plurality of frames, and a first signal corresponding to the signal charge generated by the first pixel is obtained. And the second image signal corresponding to the signal charge generated by the second pixel are read from the solid-state imaging device, and each of the first pixel and the second pixel read in the same frame is read. Using the image signal, including automatic exposure adjustment and automatic focus adjustment. And performing by parallel imaging regulation.
[0015]
In this case, the first image signal may be used for automatic exposure adjustment, and the second image signal may be used for automatic focus adjustment.
[0016]
Further, the first image signal may be read for every other line for the first pixels adjacent in the vertical scanning direction.
[0017]
Further, it is preferable to read the second image signal for every other line for the second pixels adjacent in the vertical scanning direction.
[0018]
Further, after completion of the automatic exposure adjustment and the automatic focus adjustment, the exposure field determined by the automatic exposure adjustment is controlled to image the object scene, and the image signal to be used among the captured image signals is the first pixel. The first image signal is switched to the first image signal, and the focus position is adjusted with higher accuracy than the position adjusted by the automatic focus adjustment using the first image signal.
[0019]
When the focus position is adjusted with high accuracy, reading of the second image signal from the second pixel may be stopped.
[0020]
Further, when the focus position is adjusted with high accuracy, the moving range of the imaging lens may be limited according to the focus position controlled by automatic focus adjustment.
[0021]
In addition, when adjusting the imaging, the exposure condition is changed to switch to a range of a plurality of stages, the object scene is imaged, and the second image from the second pixel among the image signals captured in the different exposure conditions. The level of the signal may be corrected according to the exposure conditions, contrast information for automatic focus adjustment may be calculated based on the corrected second image signal, and the position of the imaging lens may be controlled to a position corresponding to the contrast information.
[0022]
According to another aspect of the present invention, there is provided an imaging control apparatus that performs imaging adjustment including automatic exposure adjustment and automatic focus adjustment in order to solve the above-described problems. An imaging lens that can be moved to control the focus position, a main photosensitive portion that forms a first pixel with a relatively large area and a high sensitivity, and a relatively small area adjacent to the main photosensitive portion. And a sub-photosensitive portion that forms a low-sensitivity second pixel is formed as one set pixel, and a plurality of set pixels are placed in a light receiving region on the semiconductor substrate by a half of the pitch of the set pixels in the horizontal and vertical scanning directions. Output from the solid-state image pickup device, a solid-state image pickup device that is disposed at a distance from each other, shutter means that is disposed between the image pickup lens and the solid-state image pickup device and blocks and releases a light beam incident through the image pickup lens. Processing image signals Signal processing means for controlling, and control means for controlling automatic exposure adjustment and automatic focus adjustment. The control means controls means for driving the solid-state imaging device, means for controlling the exposure amount, and focus of the imaging lens. Means for controlling automatic exposure adjustment based on the first image signal, and performing automatic focus adjustment control based on the second image signal in parallel with the automatic exposure adjustment control. .
[0023]
In this case, after completion of the automatic exposure adjustment and the automatic focus adjustment, the control means controls the exposure value determined by the automatic exposure adjustment to image the scene, and the first image of the captured image signals The focus position may be adjusted with higher accuracy than the position adjusted by the automatic focus adjustment using the signal.
[0024]
In the solid-state imaging device, the light receiving area ratio between the first pixel and the second pixel is preferably 3 to 1 or more.
[0025]
In addition, the solid-state imaging device includes a first image signal corresponding to the signal charge generated in the first pixel and a second image signal corresponding to the signal charge generated in the second pixel. It is good to output each independently.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of an imaging control method and an imaging control apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0027]
Referring to FIG. 2, a block diagram of the digital camera in the present embodiment is shown. The digital camera 10 processes an imaging signal of an object imaged by an imaging lens 12, a shutter unit 14 and a solid-state imaging device (CCD) 16. Thus, the imaging apparatus generates image data representing a color image or a monochrome image. The camera 10 captures an object scene, encodes a high-resolution captured image into a storage device such as a memory card by encoding, for example, a still image, automatic exposure adjustment (AE), and automatic focus adjustment. An imaging adjustment mode in which (AF) is performed and a moving image mode in which framing, focus, and the like are confirmed and the captured images are sequentially output are provided.
[0028]
In this embodiment, when the camera 10 is activated, the moving image mode is set, and when the release switch provided in the operation unit 26 is half-pressed and the first stroke (S1) is detected, the mode shifts to the imaging adjustment mode. Thereafter, when the second stroke (S2) is detected by further pressing down, the still image mode is set. In addition, the moving image mode can be manually set and canceled according to the operation, and the exposure and the focus can be arbitrarily adjusted manually.
[0029]
In the imaging adjustment mode, the digital camera 10 performs imaging adjustment such as automatic focus adjustment (AF) and automatic exposure adjustment (AE) based on the output signal of the solid-state imaging device 16 having a plurality of pixels arranged two-dimensionally. . The automatic exposure adjustment function of the camera 10 processes the output signal from the solid-state image sensor 16 in the imaging adjustment mode, measures the brightness level of the object scene based on the processing result, and the shutter speed and the aperture value according to the photometric result. The exposure value (EV) is controlled by the combination. The solid-state image sensor 16 in the present embodiment is an image sensor including a light receiving element in which each pixel formed by a photodiode (PD) is divided into large and small high-sensitivity pixels and low-sensitivity pixels to give a sensitivity difference. is there.
[0030]
The shutter unit 14 disposed between the imaging lens 12 and the solid-state imaging device 16 includes a mechanical shutter that shields the solid-state imaging device 16 and an aperture that adjusts the amount of light. The mechanical shutter starts exposure. Open before and close at the end of exposure to control exposure time, ie shutter speed. In this embodiment, the substantial exposure start timing is performed by electronic shutter control. The stop adjusts the exposure amount by variably limiting the amount of light that enters through the imaging lens 12 and reaches the imaging surface of the solid-state imaging device 16.
[0031]
A lens position (AF position) related to the focus adjustment of the imaging lens 12 is controlled and driven by a driver circuit and a transfer mechanism provided in the lens driving unit 20. The lens driving unit 20 is connected to a central processing unit (CPU) 22 and controls the AF position of the imaging lens 12 according to AF information supplied from the central processing unit 22. Further, the mechanical shutter and the diaphragm are driven by an electromagnetic mechanism provided in the shutter driving unit 24.
[0032]
The operation of the shutter drive unit 24 is controlled at a timing according to the AE information supplied from the timing signal generation circuit (TG) 30 in the signal processing circuit 28 connected to the output 26 of the solid-state imaging device 16. This AE information is also supplied to the vertical driver 32 that drives the solid-state imaging device 16. The vertical driver 32 is a driving circuit that drives scanning of the solid-state imaging device 16 mainly in the vertical direction, and controls the generation of signal charges and the discharge of unnecessary charges in the solid-state imaging device 16 to perform vertical transfer of the generated signal charges. It has an electronic shutter control function that is controlled according to the AE information. The vertical driver 32 has a function of switching the high-sensitivity pixel and the low-sensitivity pixel every other line in the vertical scanning direction of the solid-state image sensor 16 and reading the signal charge, particularly in the imaging adjustment mode. It also has a function of independently performing readout driving of only pixels and readout driving of only low-sensitivity pixels.
[0033]
In addition, the automatic focus adjustment function (AF) of the camera 10 is based on the output signal of the solid-state imaging device 16 so that a desired subject is focused on the imaging surface of the solid-state imaging device 16 via the imaging lens 12. 12 is moved to control the focus. This imaging adjustment function is executed in response to the release operation of pressing the first stroke (S1) by the operator. In order to obtain a still image by detecting the second stroke (S2) of the release switch after the imaging adjustment operation is completed. However, the present invention is not limited to this, and with the shortening of the imaging adjustment processing control, the imaging adjustment and the main imaging operation are sequentially performed with only one press of the release switch. can do.
[0034]
When the digital camera 10 shifts to the still image mode, the digital camera 10 processes one or a plurality of still images to be picked up, compresses and encodes the processed image data, or is attached to a storage device (not shown) without compression. Record on an information recording medium.
[0035]
The digital camera 10 drives a solid-state imaging device 16 having a unique pixel configuration of high-sensitivity pixels and low-sensitivity pixels, and performs automatic focus adjustment (AF) and automatic exposure adjustment (AE) substantially simultaneously. The imaging adjustment time is shortened.
[0036]
Specifically, as shown in FIG. 3, a pixel arrangement on the imaging surface of the solid-state image pickup device 16 and a part of a vertical transfer path (VCCD), the solid-state image pickup device 16 includes high-sensitivity pixels (PD L ) And a high sensitivity light receiving area having a relatively large light receiving area and a low sensitivity pixel (PD). S ) With a relatively small light receiving area and a high sensitivity pixel (PD) L ) And a low-sensitivity small light-receiving area arranged as a partial area of a quadrilateral with a high-sensitivity pixel as a set pixel (PD) by a set of photodiodes, and a set of set pixels (PD) A plurality of honeycombs are arranged in the vertical scanning direction and the horizontal scanning direction so as to be shifted by a half pitch of the set pixel interval. In the embodiment, each high-sensitivity pixel (PD) L ) And low sensitivity pixels (PD) S ) Is formed into a quadrilateral shape as a whole, and each side of the quadrilateral is arranged so as to be inclined by approximately 45 degrees with respect to the horizontal and vertical scanning directions. The shape of the set pixel (PD) is not limited to, for example, as shown in FIG. 9, and may be a hexagon or octagon that is a pentagon or more as a whole, and is not limited to a polygon but may be a circle. In the configuration example shown in FIG. 9, the two apex angles of the set pixel (PD) are set to low sensitivity pixels (PD). S ) Side to include. In addition, as shown in FIG. L ) And low sensitivity pixels (PD) S ), Each apex angle of the set pixel (PD) is a low-sensitivity pixel (PD). S It is good also as the shape which divided the pixel so that it may be included in the side. The area of these pixel divisions is, for example, a high-sensitivity high-sensitivity pixel (PD L ) And low-sensitivity pixels (PD) S ) And an area ratio of about 3 to 1 or more, for example, 4 to 1 to 6 to 1, etc., the sensitivity difference necessary for the simultaneous processing of automatic exposure adjustment (AE) and automatic focus adjustment (AF) is reduced. High sensitivity pixel (PD L ) And low sensitivity pixels (PD) S ).
[0037]
Referring to FIG. 4, an example of the output signal level with respect to the amount of light incident on the solid-state imaging device 16 is shown. As shown in the figure, when the amount of incident light increases, first the high sensitivity pixel (PD L The signal charge in) is quickly saturated and the output level after that becomes constant, but the low sensitivity pixel (PD) S ), The sensitivity is low, so high-sensitivity pixels (PD L The output level rises after). When the incident light quantity reaches a saturation level, high-sensitivity pixels (PD L ) Output of low sensitivity pixels (PD S ) Output can be obtained that can be used for automatic focus adjustment in the range of all input light amounts with a slope in FIG. In this way, high sensitivity pixels (PD L ), The dynamic range is narrow and it becomes saturated immediately. S ) Produces an output with a wide dynamic range. Therefore, in this embodiment, the exposure range can be varied by switching the range by dividing the photometry range into four steps of photometry conditions (AE (a) to AE (d)) for an object field with a wide luminance difference. High-sensitivity pixels (PD) set and exposed in multiple stages L ) For photoexposure and automatic exposure adjustment (AE), and low-sensitivity pixels (PD) that are exposed simultaneously. S The contrast position for automatic focus adjustment (AF) is calculated using the output from), and the control position of the imaging lens 12 is obtained. High-sensitivity pixel (PD) according to switching of metering conditions L ) Is shown in FIG. 5, and FIG. 6 shows a low-sensitivity pixel (PD). S ) Dynamic range.
[0038]
Returning to FIG. 3, RGB primary color filters are arranged in G stripes and R / B checkers in each set pixel (PD) of the solid-state imaging device 16. Microlenses for improving the light receiving rate are arranged on the surface side further above each set pixel (PD) to improve the light collection efficiency. An example of the color arrangement of the color filter is indicated by letters “R”, “G”, and “B” on the high-sensitivity pixel side in FIG. These color filters have high sensitivity pixels (PD). L ) Is a low-sensitivity pixel (PD) that forms one set pixel (PD) adjacent to S ) Also have corresponding color component filters. "R" indicates a red component, "G" indicates a green component, and "B" indicates a blue component. The color arrangement is not limited to this embodiment, and for example, a complementary color filter may be used as another color component. In addition, low sensitivity pixel (PD S ), A G-component color filter with high transmittance is arranged, and a high-sensitivity high-sensitivity pixel (PD) L ) May be provided with low-transmittance R and B component color filters. In this case, the R and B component high-sensitivity pixels (PD) L ) Are shifted from each other in the horizontal and vertical scanning directions by a half pixel pitch, which is advantageous in terms of resolution improvement and sensitivity difference compensation.
[0039]
A vertical transfer path (VCCD) for transferring a signal charge generated in each light receiving region in the vertical scanning direction is provided around each set pixel (PD) in the gap between each set pixel (PD) of the solid-state imaging device 16. Are arranged in a zigzag pattern. The vertical transfer path (VCCD) is constituted by a charge coupled device. Each high sensitivity pixel (PD L ) And each low-sensitivity pixel (PD) S ), A transfer gate (not shown) is formed at a portion facing the vertical transfer path (VCCD) on the right side of the drawing.
[0040]
The signal charge generated in each pixel is read out via the transfer gate to the right vertical transfer path (VCCD) in response to the shift pulse supplied from the vertical driver 32. A transfer electrode is disposed above the vertical transfer path (VCCD), and a vertical transfer path connected to each pixel via a transfer gate by changing the potential applied to the transfer electrode is, for example, By changing to four potential regions (VCCD (1) to VCCD (4)), the signal charge shifted from each pixel to the vertical transfer path (VCCD) is transferred in the direction of a horizontal transfer path (not shown). In addition, when reading out the low-sensitivity pixel line and reading out the high-sensitivity pixel line separately for each field, potential regions (VCCD (1) to VCCD (4)) adjacent to each set pixel (PD) are set. The potential of the transfer electrode can be controlled so as to form a set of regions, and the potential well can be moved at intervals of each set of pixel units. In this case, since the read pixel interval is widened, the signal charge transfer rate can be further increased.
[0041]
A horizontal transfer path (not shown) is provided at one end of the vertical transfer path (VCCD) in the signal charge transfer direction, and the horizontal transfer path is responsive to a transfer pulse supplied from a horizontal driver 34 in the signal processing circuit 28. Thus, the charge coupled device receives the signal charges transferred from a plurality of vertical transfer paths (VCCD) and transfers the signal charges in the horizontal scanning direction. An output amplifier (not shown) is provided at the transfer destination of the horizontal transfer path, and the signal charge transferred from the horizontal transfer path is read out as an electrical signal corresponding to the amount of the charge and output to the output 26.
[0042]
Thus, these high sensitivity pixels (PD L ) Light reception signal and low sensitivity pixel (PD) S ) Can be read out separately and independently in response to a drive signal supplied from the signal processing circuit 28 and the vertical driver 32 to the solid-state imaging device 16. In the imaging adjustment in the present embodiment, the electric signals generated in the respective light receiving regions during the same exposure period and read from the solid-state imaging device 16 are used at almost the same timing for both photometry and focus adjustment, and the photometry processing and focus adjustment are performed. It is performed in parallel with processing.
[0043]
The signal processing circuit 28 includes a correlated double sampling circuit (CDS) 36 connected to the output 26 of the solid-state imaging device 16, an automatic gain variable amplifier circuit (AGC / WB) 38, and an analog / digital conversion circuit (ADC) 40. The output 42 of the ADC 40 is connected to a digital signal processor (DSP) 44. The signal processing circuit 28 further includes the timing signal generation circuit (TG) 30 described above, a horizontal driver 34, and a digital / analog conversion circuit (DAC) 46.
[0044]
The digital signal processing device (DSP) 44 includes a gamma correction / YC processing circuit 50 that performs gamma correction on an input signal and converts it into a YC signal composed of luminance and color difference, and an integration circuit 52, each of which has an input 42. 2 is a signal processor that performs arithmetic processing on a digital image signal input to. As a function unique to the present embodiment, the gamma correction / YC processing circuit 50 includes a high-sensitivity pixel (PD L ) And low sensitivity pixels (PD) S ) And a pixel formation processing function that uses these set pixels (PD) as one pixel, and calculates a wide dynamic range value, and calculates the value of each color component at each pixel position. The pixel value of each of the RGB components is calculated. Further, the solid-state imaging device 16 is formed without arranging a color filter in the low-sensitivity pixel portion, and the luminance signal is mainly used as the low-sensitivity pixel (PD). S Signal processing can also be obtained. The output 54 of the gamma correction / YC processing circuit 50 is connected to, for example, a recording device having a compression encoding circuit or the like, and records the processed image signal on an information storage medium, or the image signal to another device. It is transmitted via a communication channel.
[0045]
The integrating circuit 52 obtains luminance information for each block obtained by dividing the screen into a plurality of blocks by integrating the image signals input in the imaging adjustment mode for each predetermined area in the imaging area. The integrating circuit 52 further has a function of extracting a high-frequency luminance component of the image signal, and generates contrast information used in focus adjustment. The integrating circuit 52 may generate the contrast information by inputting the luminance signal Y generated by the gamma correction / YC processing circuit 50.
[0046]
An output 56 of the integrating circuit 52 is connected to a memory 60. The memory 60 stores input luminance information for each block, and stores input contrast information for each block. The memory 60 has a storage area for storing contrast information for each position generated from image signals captured at a plurality of AF positions of the imaging lens 12. The memory 60 outputs stored information to the output 62 in response to a request from the central processing unit (CPU) 22 connected via the connection line 62.
[0047]
The central processing unit (CPU) 22 is a control circuit that controls the overall operation of the camera 10, and advantageously, an arithmetic circuit that performs arithmetic processing in accordance with a control program, a storage circuit that stores programs and various data, and information It is formed by a computer circuit including an input / output circuit that controls input / output. The central processing unit 22 sets the above-described still image mode, imaging adjustment mode, and moving image mode according to the operation, performs control according to each mode, and generates information necessary for performing the main imaging. .
[0048]
In particular, the central processing unit (CPU) 22 in the imaging adjustment mode performs range exposure by switching to a photometric condition with different exposure values to perform photometry with high accuracy on an object field having a large luminance difference. Have
[0049]
Specifically, the central processing unit (CPU) 22 in the imaging adjustment mode outputs an imaging signal imaged under a photometric condition (a) corresponding to the light amount AE (a) shown in FIG. 5 and then the light amount AE (b). The imaging signal imaged under the corresponding photometric condition (b), the imaging signal imaged under the photometric condition (c) corresponding to the light amount AE (c), and then the photometric condition ( Based on the signal level of the image pickup signal, for example, based on the signal level of the image pickup signal, the image pickup signal picked up in step d) is sequentially used to determine which of the conditions (a) to (d) is appropriate. Judgment is made according to the saturation state. When determining the optimum photometric conditions, the central processing unit 22 determines the exposure value for the subject based on the imaging signal imaged under the photometric conditions, and thereafter controls each unit to image according to the exposure value. .
[0050]
The determination of these photometric conditions and the determination of the exposure value are performed by the high-sensitivity pixel (PD) of the solid-state image sensor 16. L This is performed using an imaging signal corresponding to the signal charge generated in (1). In the example shown in the figure, when the brightness of a desired main subject is indicated by a point P, the most appropriate photometric processing within the range of the photometric condition (c) within the range of the light amount AE (c) is the photometric process. In the range of photometry conditions (a) and (b) in the range of a) and (b), it is determined that the exposure is overexposed, and in the range of the photometry condition (d) corresponding to the light amount AE (d), it is determined that the exposure is underexposed. . In the embodiment, such a photometric range is switched to determine an appropriate photometric range, and an appropriate photometric range is selected to re-measure the object scene with high accuracy. The metering range is switched by electronic shutter control that controls the closing timing and aperture value of the mechanical shutter with respect to the shutter unit 14, and further controls the start timing of the electronic shutter.
[0051]
Further, the central processing unit 22 uses the other low sensitivity pixel (PD). S ) To control the focus adjustment using the imaging signal corresponding to the signal charge generated in (1). The low sensitivity pixel (PD) shown in FIG. S ) Of low-sensitivity pixels (PD) S Since the image pickup signal from (2) has a wide dynamic range, it is possible to obtain contrast information for performing focus adjustment even when image pickup is performed under all photometric conditions. Note that low-sensitivity pixels (PD S ), The signal level itself is a low output level. Therefore, the automatic gain variable amplifier circuit (AGC / WB) 38 in the signal processing circuit 28 has a low sensitivity pixel (PD). S Contrast information is generated using the image signal obtained by performing amplification for sensitivity correction on the image signal from (1).
[0052]
The central processing unit (CPU) 22 determines an AF evaluation value for controlling the in-focus position of the imaging lens 12 based on the contrast information for each block. This AF evaluation value is determined according to conditions such as a photometric mode in which a picture of the object scene and a specific block in the imaging screen are preferentially evaluated. At this time, the central processing unit 22 has a function of correcting the determined AF evaluation value in accordance with each photometric condition (a) to (d) and obtaining an appropriate hill-climbing curve in the object scene.
[0053]
The central processing unit (CPU) 22 reads the high-sensitivity pixel line and the low-sensitivity pixel line in two fields after the exposure to the solid-state imaging device 16 is finished (after the mechanical shutter is closed).
[0054]
Specifically, as shown in FIG. 7, when the central processing unit (CPU) 22 shifts the signal charge of the low-sensitivity pixel line to the vertical transfer path in the imaging adjustment mode, as shown by an arrow in the figure, each of the vertical processing is performed. The low-sensitivity pixels (PD) in the set pixels every other line for the set pixels (PD) arranged in the direction S ) And high-speed transfer through a vertical transfer path (VCCD). Similarly, when the signal charge of the high-sensitivity pixel line is shifted to the vertical transfer path (VCCD), the central processing unit 22 similarly sets the set pixels (PD) arranged in the vertical scanning direction as indicated by arrows in FIG. High-sensitivity pixels (PD) in every other set of pixels L ) And high-speed transfer through a vertical transfer path (VCCD). In FIGS. 7 and 8, high sensitivity pixels (PD) are arranged every other line. L ) And low sensitivity pixels (PD) S ) Read out signal charge separately High sensitivity pixel (PD L ) And low sensitivity pixels (PD) S ), But they are shown separately. L ) And low sensitivity pixels (PD) S ) May be shifted to a vertical transfer path (VCCD) separately for each field or read out, or a high-sensitivity pixel (PD) L ) And low sensitivity pixels (PD) S Both may be read out by shifting to the vertical transfer path (VCCD) at a time.
[0055]
The automatic exposure adjustment (AE) and the automatic focus adjustment (AF) are simultaneously controlled by using the imaging output based on the signal charges generated by receiving the light with the respective light receiving elements during the same exposure time. Specifically, the digital camera 10 operates according to the flowchart shown in FIG. When the first stroke (S1) of the release switch is detected, the imaging adjustment mode is set, and in step 100, the central processing unit 22 executes automatic exposure adjustment processing and automatic focus adjustment processing by parallel processing.
[0056]
In FIG. 1, the AF position of the imaging lens 12 is focused at a short distance at the timing of the photometric conditions (a) to (d) for each period of the vertical synchronization signal (VD) that defines one frame of one vertical scanning period. High-sensitivity pixels that are controlled to move to a plurality of positions for each vertical scanning period (VD) from the nearest end position where the focal point is in focus to the farthest end (infinity) position that is in focus at a long distance. (PD L ) And low sensitivity pixels (PD) S ) Are output from the solid-state imaging device 16.
[0057]
In the example shown in FIG. 1, a state in which an appropriate photometric value is obtained by the photometric condition AE (c) covering the light amount AE (c) corresponding to the brightness P of the subject shown in FIGS. 5 and 6. Show. As shown in FIG. 1, one high-sensitivity pixel (PD) is output using the high-sensitivity pixel output and the low-sensitivity pixel output output in the same vertical scanning period. L ) Is used for automatic exposure adjustment (AE) and the other low-sensitivity pixel (PD) S ) Is used for autofocus (AF). In this way, contrast information can be generated as AF information while generating and outputting AE information.
[0058]
In this embodiment, the AF position is described with four lens positions. However, the present invention is not limited to this. For example, the focal length of the imaging lens 12, the depth of field at the time of shooting, the required focus accuracy, and the tolerance Depending on conditions such as the AF speed, the AF position may be set to 8 to 16 points, or the AF position may be set to about 32 points to generate contrast information at each AF position.
[0059]
Low sensitivity pixel (PD S The level of the imaging signal read out from () is corrected for sensitivity by an automatic gain variable amplifier circuit (AGC / WB) 38, for example, and the central processing unit 22 uses the contrast information calculated by the integrating circuit 52 as each AF position. The AF evaluation value is corrected according to the photometric condition corresponding to. Thereby, for example, as shown in FIG. 12, the AF evaluation values calculated corresponding to the photometric conditions AE (a) to (d) are corrected to the values of AE (a2) to AE (d2), respectively. A hill-climbing curve according to the AF position is obtained.
[0060]
Thus, the exposure is automatically adjusted using the photometric value according to the photometric condition (c), and the position of the imaging lens 12, that is, the AF position is determined based on the maximum AF evaluation value obtained by the hill climbing curve. The aperture, shutter speed, and focus are automatically controlled based on the imaging signal.
[0061]
Returning to FIG. 11, the process proceeds to step 102. When the on state of the second stroke (S2) of the release switch is detected in this state, the still image mode for performing the main imaging is set (step 104). In the still image mode, the solid-state imaging device 16 is exposed with the determined exposure value, and the mechanical shutter is closed when the exposure is completed.
[0062]
Next, when proceeding to Step 106, a high sensitivity pixel (PD) L ) And low sensitivity pixels (PD) S ) Are shifted to the vertical transfer path (VCCD) by the transfer gates and further transferred vertically. The signal charges transferred from the plurality of vertical transfer paths (VCCD) are further transferred to the output amplifier side through the horizontal transfer path, and output to the output 26 as an imaging signal from the output amplifier.
[0063]
In step 108, the signal processing circuit 28 performs correlated double sampling on the imaged signal 26, performs signal processing such as adjusting the color balance by amplifying the gain variably, and converting it to a predetermined digital signal by the analog / digital conversion circuit 40. To do. The digitally converted image signal is input to a digital signal processing device (DSP) 44 through a connection line 42 and is subjected to gamma correction by a gamma correction / YC processing circuit 50, and then luminance (Y) and color difference (C Is converted into a YC signal represented by When the converted YC signal is input to a recording device connected to the output 54, the compressed and encoded YC signal is recorded on the storage medium (step 110).
[0064]
Next, referring to FIG. 13, there is shown an embodiment in which automatic focus adjustment (AF) is controlled with higher accuracy in the imaging adjustment mode. In this embodiment, as described in the first embodiment shown in FIG. S In the second embodiment, the image pickup signal used for further narrowing down the AF position where the in-focus is obtained is used as a high-sensitivity pixel (PD). L ) To adjust the focus with higher accuracy.
[0065]
The digital camera 10 according to the second embodiment has a configuration similar to that of the block diagram shown in FIG. 2 and further includes an automatic focus adjustment (AF) for narrowing down the AF position as described above to the central processing unit (CPU) 22. Has additional features for. The configuration of the pixel array of the solid-state imaging device 16 provided in the camera 10 may be the same as that of the first embodiment shown in FIG.
[0066]
Specifically, the central processing unit (CPU) 22 controls the exposure value by automatic exposure adjustment (AE) when the photometry is confirmed in the imaging adjustment mode, and the low sensitivity pixel (PD). S ) Is used to perform auto focus adjustment (AF) in the second stage. The central processing unit 22 switches the driving of the solid-state imaging device 16 so that the low-sensitivity pixel output that has been used for automatic focus adjustment is switched to the high-sensitivity pixel output. In this case, the central processing unit 22 uses low-sensitivity pixels (PD S ) Reading is stopped, and high-sensitivity pixels (PD) L ) By controlling the vertical driver 32 and the signal processing circuit 28 so as to read out only the imaging signal corresponding to) from the solid-state imaging device 16. L ) Can be output from the solid-state imaging device 16 at high speed.
[0067]
In addition, the central processing unit (CPU) 22 has a narrower focus movement range (AF search range) of the imaging lens 12 than a range in which the focus position is moved during automatic focus adjustment (AF) using low-sensitivity pixels. The contrast information can be calculated using the imaging signal captured within the moving range, and the maximum AF evaluation value can be narrowed down with high accuracy. In this case, the low sensitivity pixel (PD S ) Using a high-sensitivity pixel (PD) in a predetermined range in the back-and-forth movement centered on the lens position adjusted by the first-stage automatic focus adjustment (AF). L The range of the AF position to which the imaging lens 12 is moved at the time of the second focus adjustment using the imaging signal from () is good.
[0068]
This is shown in FIG. As shown in the figure, the low sensitivity pixel (PD S ) The AF evaluation value at each AF position (AE / AF (a) to AE / AF (d)) calculated using the image pickup signal from) is predicted at a rough interval and predicted. The lens position corresponding to the range in which the maximum value can be obtained is set to a predetermined width, and in this embodiment, after automatic exposure adjustment (AE), an AF search for moving the imaging lens 12 within the set predetermined width is further performed, and the imaging is performed. High-sensitivity pixels (PD) captured in multiple frames during movement of the lens 12 L ) To calculate AF evaluation values (AF (e) to AF (h)) at the AF positions. The fine AF evaluation value peak is narrowed down using these further AF evaluation values (AF (e) to AF (h)), and can be adjusted to a more accurate in-focus position. Therefore, at the time of the second-stage automatic focus adjustment using the high-sensitivity pixel output, the AF search from the nearest end to the farthest end (infinite position) is not necessarily performed, and the focus is adjusted to a more accurate position. Therefore, high speed and high accuracy are realized.
[0069]
In this case, a high sensitivity pixel (PD L ) As well as low-sensitivity pixels (PD) S The vertical driver 32 and the horizontal driver 34 are controlled so that each set pixel (PD) is thinned and read out in units of a set of pixel sets including the), and contrast information by the set pixel (PD) is calculated. it can.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the automatic exposure adjustment (AE) and the automatic focus adjustment (AF) are simultaneously performed by using the respective imaging outputs of the high sensitivity pixel and the low sensitivity pixel each having a sensitivity difference. For example, the shutter time lag can be shortened. In addition, more precise imaging adjustment can be performed at the next stage of the imaging adjustment shortened in this way. In this case, the focus can be adjusted with high accuracy, particularly in the second-stage automatic focus adjustment (AF). In this case, furthermore, the movement range of the imaging lens is limited to the vicinity of the control position in the first stage of automatic focus adjustment (AF), and the time required for focus adjustment is further shortened when performing highly accurate focus adjustment. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a timing diagram showing imaging outputs from high-sensitivity pixels and low-sensitivity pixels of a solid-state image sensor and auto focus adjustment (AF) states that change for each photometric condition in an embodiment of a digital camera to which the present invention is applied. It is a chart.
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a digital camera to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a diagram illustrating a part of a pixel array and a vertical transfer path of a solid-state imaging device in an embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating output levels according to input light amounts of high-sensitivity pixels and low-sensitivity pixels of a solid-state image sensor.
FIG. 5 is a diagram illustrating a dynamic range of a high-sensitivity pixel according to photometry conditions AE (a) to (d) of the solid-state imaging device.
FIG. 6 is a diagram illustrating a dynamic range of a low sensitivity pixel of a solid-state image sensor.
FIG. 7 is a diagram illustrating a readout state of a low-sensitivity pixel line of the solid-state imaging device.
FIG. 8 is a diagram illustrating a read state of a high-sensitivity pixel line of a solid-state image sensor.
FIG. 9 is a diagram illustrating another configuration example of the high-sensitivity pixel shape and the low-sensitivity pixel shape of the solid-state imaging device.
FIG. 10 is a diagram illustrating still another configuration example of a high-sensitivity pixel shape and a low-sensitivity pixel shape of a solid-state imaging device.
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the digital camera in the embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating an AF evaluation value corresponding to an AF position of the digital camera and its hill-climbing curve in the embodiment.
FIG. 13 is a timing chart showing imaging outputs from high-sensitivity pixels and low-sensitivity pixels of a solid-state imaging device and exposure control and adjustment operations that change for each photometric condition in another embodiment to which the present invention is applied. .
14 is a diagram showing an AF evaluation value corresponding to an AF position of a digital camera and its hill-climbing curve in another embodiment shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Digital camera
12 Imaging lens
14 Shutter unit
22 Central processing unit (CPU)
28 Signal processing circuit
44 Digital signal processor (DSP)
52 Integration circuit
60 memory
PD photodiode
PD L High sensitivity pixel
PD S Low sensitivity pixel
VCCD vertical transfer path

Claims (12)

相対的に広い面積を有して高感度の第1の画素を形成する主感光部と、該主感光部に隣接し相対的に狭い面積を有し低感度の第2の画素を形成する副感光部とが一つの組画素として形成され、複数の組画素が半導体基板上の受光領域に組画素の画素ピッチの二分の一ずつ水平および垂直走査方向にずらしてそれぞれ配置された固体撮像素子を用意し、
前記固体撮像素子を駆動して被写界を連続して複数フレーム分撮像し、
前記第1の画素にて生成される信号電荷に応じた第1の画像信号と、前記第2の画素にて生成される信号電荷に応じた第2の画像信号とを前記固体撮像素子から読み出し、
同一のフレームで読み出される第1の画素および第2の画素のそれぞれの画像信号を利用して、自動露出調整と自動焦点調節と含む撮像調節を併行して行うことを特徴とする撮像制御方法。
A main photosensitive portion having a relatively large area and forming a high-sensitivity first pixel, and a sub-photosensitive portion adjacent to the main photosensitive portion and forming a relatively small area and a low-sensitivity second pixel. A solid-state imaging device in which a photosensitive portion is formed as one set pixel, and a plurality of set pixels are arranged in the light receiving region on the semiconductor substrate by being shifted in the horizontal and vertical scanning directions by a half of the pixel pitch of the set pixel, respectively. Prepare
Drive the solid-state imaging device to continuously image the scene for a plurality of frames,
A first image signal corresponding to the signal charge generated in the first pixel and a second image signal corresponding to the signal charge generated in the second pixel are read from the solid-state imaging device. ,
An imaging control method characterized by performing imaging adjustment including automatic exposure adjustment and automatic focus adjustment in parallel using image signals of the first pixel and the second pixel read out in the same frame.
請求項1に記載の撮像制御方法において、前記自動露出調整には前記第1の画像信号を使用し、前記自動焦点調節には前記第2の画像信号を使用することを特徴とする撮像制御方法。2. The imaging control method according to claim 1, wherein the first image signal is used for the automatic exposure adjustment, and the second image signal is used for the automatic focus adjustment. . 請求項1に記載の撮像制御方法において、該方法は、垂直走査方向に隣接する第1の画素について、一つおきのライン毎に第1の画像信号を読み出すことを特徴とする撮像制御方法。The imaging control method according to claim 1, wherein the method reads out the first image signal for every other line for the first pixels adjacent in the vertical scanning direction. 請求項1に記載の撮像制御方法において、該方法は、垂直走査方向に隣接する第2の画素について、一つおきのライン毎に第2の画像信号を読み出すことを特徴とする撮像制御方法。The imaging control method according to claim 1, wherein the method reads out the second image signal for every other line for the second pixels adjacent in the vertical scanning direction. 請求項1に記載の撮像制御方法において、該方法は、前記自動露出調整および前記自動焦点調節の完了後にさらに、
前記自動露出調整にて決定される露出値に制御して被写界を撮像し、
該撮像した画像信号のうち使用する画像信号を第1の画素からの第1の画像信号に切り換え、該第1の画像信号を使用して前記自動焦点調節にて調節された位置よりもさらに高精度にフォーカス位置を合わせ込むことを特徴とする撮像制御方法。
The imaging control method according to claim 1, further comprising: after completion of the automatic exposure adjustment and the automatic focus adjustment.
Control the exposure value determined by the automatic exposure adjustment to image the object scene,
Among the captured image signals, the image signal to be used is switched to the first image signal from the first pixel, and is higher than the position adjusted by the automatic focus adjustment using the first image signal. An imaging control method characterized by matching a focus position with accuracy.
請求項5に記載の撮像制御方法において、該方法は、前記高精度にフォーカス位置を合わせ込む際に、前記第2の画素からの第2の画像信号の読み出しを停止させることを特徴とする撮像制御方法。6. The imaging control method according to claim 5, wherein the method stops reading of the second image signal from the second pixel when the focus position is adjusted with high accuracy. Control method. 請求項5に記載の撮像制御方法において、該方法は、前記高精度にフォーカス位置を合わせ込む際に、撮像レンズの移動範囲を前記自動焦点調節にて制御したフォーカス位置に応じて制限することを特徴とする撮像制御方法。6. The imaging control method according to claim 5, wherein the method limits the movement range of the imaging lens according to the focus position controlled by the automatic focus adjustment when the focus position is adjusted with high accuracy. A characteristic imaging control method. 請求項1に記載の撮像制御方法において、該方法は、
前記撮像調節の際に、露光条件を異ならせて複数段階のレンジに切り換えて被写界を撮像し、
前記露光条件の異なる状態で撮像した画像信号のうち前記第2の画素からの第2の画像信号を前記露光条件に応じてレベル補正し、該補正された第2の画像信号に基づいて前記自動焦点調節のためのコントラスト情報を算出し、該コントラスト情報に応じた位置に撮像レンズの位置を制御することを特徴とする撮像制御方法。
The imaging control method according to claim 1, wherein the method includes:
When adjusting the imaging, the exposure condition is changed to switch to a multi-stage range to image the scene.
Of the image signals captured under different exposure conditions, the second image signal from the second pixel is level-corrected according to the exposure condition, and the automatic operation is performed based on the corrected second image signal. An imaging control method characterized by calculating contrast information for focus adjustment and controlling the position of the imaging lens to a position corresponding to the contrast information.
自動露出調整および自動焦点調節を含む撮像調節を行う撮像制御装置において、該装置は、
前記自動焦点調節を行うために被写界に対して前後方向に移動してフォーカス位置を制御可能な撮像レンズと、
相対的に広い面積を有して高感度の第1の画素を形成する主感光部と該主感光部に隣接し相対的に狭い面積を有し低感度の第2の画素を形成する副感光部とが一つの組画素として形成され、複数の組画素が半導体基板上の受光領域に組画素のピッチの二分の一ずつ水平および垂直走査方向にずらしてそれぞれ配置された固体撮像素子と、
前記撮像レンズと前記固体撮像素子との間に配設され、前記撮像レンズを介して入射される光束を遮光および開放するシャッタ手段と、
前記固体撮像素子から出力される画像信号を処理する信号処理手段と、
前記自動露出調整および前記自動焦点調節を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記固体撮像素子を駆動する手段と、露光量を制御する手段と、前記撮像レンズのフォーカスを制御する手段とを含み、前記第1の画像信号に基づいて前記自動露出調整の制御を行うとともに、該自動露出調整制御と併行して前記第2の画像信号に基づいて前記自動焦点調節の制御を行うことを特徴とする撮像制御装置。
In an imaging control apparatus that performs imaging adjustment including automatic exposure adjustment and automatic focus adjustment, the apparatus includes:
An imaging lens capable of controlling the focus position by moving in the front-rear direction with respect to the object field in order to perform the automatic focus adjustment;
A main photosensitive portion that forms a high-sensitivity first pixel having a relatively large area and a sub-photosensitive layer that forms a low-sensitivity second pixel having a relatively small area adjacent to the main photosensitive portion. A solid-state imaging device in which a plurality of set pixels are arranged in the light receiving region on the semiconductor substrate while being shifted by a half of the pitch of the set pixels in the horizontal and vertical scanning directions, respectively,
Shutter means disposed between the imaging lens and the solid-state imaging device and configured to shield and open a light beam incident through the imaging lens;
Signal processing means for processing an image signal output from the solid-state imaging device;
Control means for controlling the automatic exposure adjustment and the automatic focus adjustment,
The control means includes means for driving the solid-state imaging device, means for controlling an exposure amount, and means for controlling the focus of the imaging lens, and performs the automatic exposure adjustment based on the first image signal. An image pickup control apparatus that performs control and controls the automatic focus adjustment based on the second image signal in parallel with the automatic exposure adjustment control.
請求項9に記載の撮像制御装置において、前記制御手段は、前記自動露出調整および前記自動焦点調節の完了後にさらに、前記自動露出調整にて決定される露出値に制御して被写界を撮像し、該撮像した画像信号のうち第1の画像信号を使用して前記自動焦点調節にて調節された位置よりもさらに高精度にフォーカス位置を合わせ込むことを特徴とする撮像制御装置。10. The imaging control apparatus according to claim 9, wherein the control unit further controls the exposure value determined by the automatic exposure adjustment to capture an object scene after completion of the automatic exposure adjustment and the automatic focus adjustment. An image pickup control apparatus, wherein the focus position is adjusted with higher accuracy than the position adjusted by the automatic focus adjustment using the first image signal among the picked up image signals. 請求項9に記載の撮像制御装置において、前記固体撮像素子は、第1の画素と第2の画素との受光面積比が3対1以上であることを特徴とする撮像制御装置。The imaging control device according to claim 9, wherein the solid-state imaging device has a light receiving area ratio of the first pixel and the second pixel of 3 to 1 or more. 請求項9に記載の撮像制御装置において、前記固体撮像素子は、前記第1の画素にて生成される信号電荷に応じた第1の画像信号と、前記第2の画素にて生成される信号電荷に応じた第2の画像信号とを、それぞれ独立して出力することを特徴とする撮像制御装置。10. The imaging control device according to claim 9, wherein the solid-state imaging device includes a first image signal corresponding to a signal charge generated by the first pixel and a signal generated by the second pixel. An imaging control apparatus, wherein a second image signal corresponding to an electric charge is output independently.
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