JP2004347977A - デジタルスチルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】１フィールドでも一画面を作成可能な全画素読出しモードを持つＣＣＤを用い、合焦動作を行う際、高精度な合焦結果を得ることが可能なデジタルスチルカメラを提供する。
【解決手段】複数の駆動方式により異なる解像度の画像を出力可能な撮像素子（ＣＣＤ１１）と、撮像素子の駆動方式の切替えを行う駆動方式切替手段（タイミングジェネレータ３３）と、撮像素子から出力される映像信号の高周波成分を検出する画像処理手段（画像処理部２２）と、画像処理手段が検出した高周波成分が最大となるようにフォーカスレンズ（１４）を駆動するフォーカスレンズ駆動手段（ＣＰＵ２１，フォーカスモータ１４ａ）とを備え、当該デジタルスチルカメラが合焦動作に入ると、駆動方式切替手段の切り替えにより、より解像度の高い駆動に切替える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルスチルカメラに関し、特に、近年主流となりつつある１フィールドでも一画面を作成可能な全画素読出しモードを持つＣＣＤを用い、合焦動作を行う際、より垂直解像度が高い駆動方式に切替えることで、高精度な合焦結果を得ることが可能なデジタルスチルカメラに関する。
また、前述のような動作に切替えた際でもフレームレートが変わることがないよう、回路構成を工夫したデジタルスチルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデジタルスチルカメラにおいて、合焦動作を行う場合、撮像素子から得られる映像信号の水平方向の高周波成分を抽出，積算し、この高周波成分が最大となるようにフォーカスレンズを駆動することにより合焦動作を行う、所謂山登りＡＦが一般的に採用されている。
【０００３】
しかし、高周波成分の抽出は、水平方向だけでは、例えば横縞模様のような被写体の場合、十分な積算値が得られないため、高精度な合焦を行う場合は、垂直方向でも高周波成分の抽出，積算（以下、ＡＦ評価値算出と称す）を行う必要がある（特許文献１）。
【０００４】
一方、撮像素子としては、画質の面でＣＭＯＳセンサーに対し有利なＣＣＤが一般的に使用されている。ＣＣＤは、その構造上、ランダムなアクセスが不可能で、フォトダイオードで得られた電荷をバケツリレー方式に転送することは周知のところである。
【０００５】
このため、最近使用されているような、ＶＧＡクラスよりもはるかに高画素数のＣＣＤでは、一般的に垂直方向で読み出す画素を限定し、一画面を読み出す時間（フレームレート）を動画としてユーザーが違和感を覚えない程度の１５ｆｐｓ〜６０ｆｐｓにする、所謂ドラフトモードを持たせている（図２（Ｂ）参照）。
【０００６】
また、このドラフトモードにおいて、デジタルスチルカメラで使用されるＣＣＤでは、一般的には水平方向の間引きを行なっていない。これは水平転送路の構造を特殊なものにする必要があるためで、その特殊構造にすると、撮像素子の単価を引き上げてしまうこととなるためである。
【０００７】
撮像素子の画素数が増える一方、ドラフトモードでのフレームレートを上述のように１５ｆｐｓ〜６０ｆｐｓにするためには、垂直方向の間引き率を上げるか、水平駆動周波数を上げなければならなくなる。
しかし、水平駆動周波数を上げると、駆動のための消費電力が、その周波数の増加にほぼ比例して増加してしまい、電池寿命の低下を引き起こす。これは、携帯機器のデジタルスチルカメラでは、致命的な問題であるため、垂直方向の間引き率を上げることでこの問題に対応してきた。
【０００８】
しかし、垂直方向の間引き率を上げていくと、垂直方向の空間周波数としては高域の成分が得られなくなってくることは明らかで、結果、垂直方向のＡＦ評価値は、間引き率が高くなるほど低くなってしまい、山登りＡＦにおける前記評価値のピークの検出が、困難になってくる（図５参照）。
ここで、ＣＣＤの駆動に話を戻す。デジタルスチルカメラに使用される高画素数のＣＣＤにおいては、構造的に小型化に有利なインターレースタイプが主流となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２３０４９号公報（段落番号００６０−００６３、図９）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インターレースタイプのＣＣＤであっても、画素サイズの小型化に伴い、垂直転送路のポテンシャル井戸の容量低下から、従来の２フィールドに分けての全画素読出し方式から、３フィールドや４フィールドに分けて全画素を読み出すタイプのものが主流になりつつある。
【００１１】
３フィールドなどの奇数フィールドで読み出す原色フィルタタイプのＣＣＤであれば、１フィールド内に３原色全てが揃うことになるため、１フィールドだけで１枚の画像を構成することができる。このとき例えば５００万画素のＣＣＤであれば、有効な垂直段数は約２６００ラインで、３フィールドで読み出す場合であれば、１フィールドあたりは、その１／３の約８７０ラインということになる（図２（Ａ）参照）。
【００１２】
そこで、本発明の課題は、近年主流となりつつある１フィールドでも一画面を作成可能な全画素読出しモードを持つＣＣＤを用い、合焦動作を行う際、より垂直解像度が高い駆動方式に切替えることで、高精度な合焦結果を得ることが可能なデジタルスチルカメラを提供することである。
また、本発明の別の課題は、前述のような動作に切替えた際でもフレームレートが変わることがないよう、回路構成を工夫したデジタルスチルカメラを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１の発明は、複数の駆動方式により異なる解像度の画像を出力可能な撮像素子（図１のＣＣＤ１１）と、
該撮像素子の駆動方式の切替えを行う駆動方式切替手段（タイミングジェネレータ３３）と、
前記撮像素子から出力される映像信号の高周波成分を検出する画像処理手段（画像処理部２２）と、
該画像処理手段が検出した高周波成分が最大となるようにフォーカスレンズ（１４）を駆動するフォーカスレンズ駆動手段（ＣＰＵ２１，フォーカスモータ１４ａ）とを備え、
当該デジタルスチルカメラが合焦動作に入ると、前記駆動方式切替手段の切り替えにより、より解像度の高い駆動に切替える構成としてある。
【００１４】
このようにすれば、例えば、図３に示すように、モニタリングの際に解像度が低い駆動を行う撮像素子であっても、合焦動作の際には撮像素子の駆動方式を変更することにより、垂直解像度を上げるようにしているので、精度の高い合焦結果を得ることができる。
【００１５】
また、請求項２では、請求項１記載のデジタルスチルカメラにおいて、
前記駆動方式切替手段（タイミングジェネレータ３３）の入力クロックを、任意の周波数に変更するクロックジェネレータ（クロックジェネレータ３４）を備え、
前記撮像素子（ＣＣＤ１１）の駆動方式の選択に変更があった場合に、その変更に合わせてクロックジェネレータの出力クロック周波数を変更することにより、前記撮像素子から１画面分が出力される画像の更新レートを、変えないようにすることが可能である構成としてある。
【００１６】
このようにすれば、請求項１において垂直解像度を上げる駆動にしたことによるフレームレートの低下を、水平駆動周波数を上昇させることで補うことにより、合焦ポイントの検出に要する時間を、従来と変わらないか、或いはそれ以上にすることが可能になる。
【００１７】
また、請求項３では、請求項１〜請求項２記載のデジタルスチルカメラにおいて、
記録画像として複数の異なる解像度で記録する機能を有する場合に、記録解像度によって、請求項１記載の動作または請求項２記載の動作を行うか否かを、ユーザーが任意に設定可能なスイッチ手段（記録画素数設定手段４１）を備えた構成としてある。
【００１８】
このようにすれば、請求項１または請求項２の動作の可否を、記録される画素数によって選択できるので、例えば最高解像度で、正確な合焦が必要なのだが、電池末期で、フレームレートを上げるとシステムリセットを起こしかねない場合であれば、フレームレートだけを上げない設定にする等、状況によってユーザーが自由に動作を選択することが可能となる。
【００１９】
また、請求項４では、請求項３記載のデジタルスチルカメラにおいて、
当該デジタルスチルカメラの工場出荷時、少なくとも最高解像度での記録は、高い解像度を得る動作に設定になっている構成としてある。
このようにすれば、請求項３の設定を予め工場出荷時に推奨される状態に設定してあるので、煩雑なモード設定作業をユーザーに強いることが無く、必要に応じて精度の高い合焦結果を得ることができる。
【００２０】
また、請求項５では、請求項３記載のデジタルスチルカメラにおいて、
当該デジタルスチルカメラの各種設定を初期状態に戻すスイッチ手段を備え、該スイッチ手段を有効にすることにより、工場出荷時の状態に一度に戻すことを可能にした構成としてある。
このようにすれば、初期設定に戻すスイッチを持たせているので、複雑な複数の設定を同時に推奨設定に戻ることが出来る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のデジタルスチルカメラＤＳの回路図である。
図１に示すように、デジタルスチルカメラＤＳは、鏡胴ユニット１０と、画像処理ＬＳＩ２０と、その他の各種構成部材とを備えてなる。
【００２２】
図１において、鏡胴ユニット１０を構成するＣＣＤ１１としては、３００万画素タイプのものを用いた。このＣＣＤ１１はインターレースタイプで、全画素の読出し（フレーム読出し）は３フィールドに分けて行われるタイプのものとする。１２はメカニカルシャッタ、１３はズームレンズ、１４はフォーカスレンズである。
１５はモータドライバであり、シャッタモータ１２ａとズームモータ１３ａとフォーカスモータ１４ａをそれぞれ駆動する。
【００２３】
フィルタタイプは原色フィルタで、図２（Ａ）に示すように、フレーム読出しモードにおける１フィールドでも、全ての色が揃うようになっている。また、図２（Ｂ）に示すドラフトモードは、垂直１２画素中の２画素が読み出される駆動モードになっているものとする。
【００２４】
それぞれのモードにおける垂直段数は、３００万画素の場合、２０４８×１５３６画素を記録画素数とすることが一般的であるので、ドラフトモードの場合は、１５３６／（１２／２）で有効２５６ライン、フレーム読出しモードの１フィールド当たりの垂直段数は、１５３６／３で有効５１２ラインであるものとする。
【００２５】
なお、アスペクト比を維持するために、水平方向の間引きを、後段の画像処理ＬＳＩ２０内で行われるものとする。画像処理ＬＳＩ２０は、ＣＰＵ２１と画像処理部２２とを備える。
また、それぞれのモードで一画面をＣＣＤ１１から読み出すための時間は、水平転送周波数を変更しなければ、有効垂直ライン数の比に等しくなるものとする。
【００２６】
このＣＣＤ１１は水平駆動周波数２４ＭＨｚで駆動した場合、ドラフトモードでのフレームレートは３０ｆｐｓになるものとする。但し、このデジタルスチルカメラＤＳは消費電力の低下を目的に、ドラフトモードでの駆動は１２ＭＨｚで行われ、フレームレートは１５ｆｐｓで通常のモニタリングは行われているものとする。
【００２７】
ＣＣＤ１１で光電変換された電荷は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路３１でリセットノイズを取り除くためにダブルサンプリングされ、次段のＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路３２に送られる。ＣＣＤ１１の駆動を行うパルスを出力するのが、タイミングジェネレータ（ТＧ）３３である。
【００２８】
また、駆動モードの切り替え、露光量制御のための電子シャッタの出力なども、画像処理ＬＳＩ２０を構成するＣＰＵ２１から制御され、ТＧ３３から相応のパルスが出力される。ТＧ３３の発振源となっているのがクロックジェネレータ３４で、その周波数は、ＣＰＵ２１からの制御により、任意に周波数を変更できる機能を持っているものとする。
【００２９】
ＡＧＣ回路３２においては、ＣＣＤ１１とＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路３５のダイナミックレンジの整合をとるため、基準ゲインとよばれるゲイン量がかけられる。適正な信号量になった映像信号はＡＤＣ回路３５でアナログ信号からデジタル信号へ変換され、画像処理ＬＳＩ２０へ送られる。
【００３０】
画像処理ＬＳＩ２０の画像処理部２２では、ぺデスタル処理，色分離処理，補間処理，ホワイトバランス処理，γ処理，ＲＧＢ→ＹＵＶ処理などがされ、モニタリングの場合は、画像が連続的にＬＣＤ３６に出力される。４２はビデオアンプ、４３は外部テレビである。
【００３１】
静止画記録の際は、記録フレームの露光後、鏡胴ユニット１０を構成するメカニカルシャッタ１２を閉じ、ＣＣＤ１１の駆動をフレーム読出しモードに設定し、全画素を読み出した後、モニタリングと同様の処理を施し、ＪＰＥＧ圧縮し、記録メディア３７に記録される。４４はカードコントローラ、４５はプログラムＲＯＭ、４６はＳＤＲＡＭである。
【００３２】
ここで、ユーザーが被写体の記録の為に、レリーズスイッチ３８を押した場合について説明する。デジタルスチルカメラＤＳのレリーズスイッチ３８は、通常２段階用意されており、１段目のスイッチ（以下、第一レリーズ）３８ａで合焦動作（山登りＡＦ）を開始し、山登りＡＦが終了し、且つ２段目のスイッチ（以下、第二レリーズ）３８ｂが押されると、上述の一連の記録動作に移行する。従来は山登りＡＦを行う際、ドラフトモードのままＡＦ評価値の算出を行っていた。
【００３３】
しかし、高画素数のＣＣＤ１１の場合は、間引き率の増加に伴い、垂直方向のＡＦ評価値が思うように得られない（ピーク検出が困難）という問題がある。そこで、第一レリーズ３８ａが押されると、ＣＰＵ２１はТＧ３３に対し、ＣＣＤ１１の駆動をドラフトモードからフレーム読出しモードへ変更するよう指示する。このようにすることで、垂直間引き率が半分になり、ピーク検出が容易になる。
【００３４】
しかし、このときＣＣＤ１１の水平駆動周波数が１２ＭＨｚのままだと垂直段数が倍になっているので、フレームレートはドラフトモードで駆動しているときの半分、７．５ｆｐｓになってしまう。フォーカスポジションのスキャン動作は、高速に行われる必要があることは周知のことなので、読み出される垂直段数の増加によるフレームレートの低下を相殺するために、前述のクロックジェネレータ３４の出力を１２ＭＨｚから２倍の２４ＭＨｚにしている。
【００３５】
もちろんこれ以上高い周波数にすれば、フォーカスポジションのスキャン時間の短縮を図ることができるが、該周波数を高くすればするほど、ＣＣＤ１１を駆動するための電力が大きくなってしまうため、むやみに高い周波数にすることはできない。
【００３６】
そこで、ここではモニタリングとフレームレートが変わらないところまで該周波数を上げることにした。また、水平駆動周波数を変更する場合は、ＣＣＤ１１の蓄積時間が変わらないよう、電子シャッタ本数を調整する必要があることは言うまでもない。
ここまでのタイミングチャートを図３に示す。
【００３７】
次に、デジタルスチルカメラＤＳは記録画素数の設定手段４１を持ち、数種類の記録画素数にユーザーが任意に設定出来る場合について述べる。また、その様子を図４に示す。例では、最大画素数の２０４８×１５３６と、１２８０×９６０、６４０×４８０の３種類選択できる場合について述べている。
【００３８】
先に説明したように、垂直解像度を上げつつフレームレートを維持しながらフォーカスポジションをスキャンするためには、消費電力の増加は免れない。一方、６４０×４８０のような低画素記録の場合、最大画素数での記録よりも解像度が低くなることは当然で、合焦に対する要求精度も最大画素数での記録に対し、低くなっても問題なくなってくる。
【００３９】
そこで、記録画素数指示に呼応して、合焦動作の際のＣＣＤ１１の駆動モードの切り替え、或いはフレームレートの低下防止を自動的に、或いはユーザーが任意に設定できれば、電池寿命という点においてメリットが生ずる。
自動的に設定される例として、工場出荷の際や、ユーザーが一度設定したこれらの設定を初期状態に戻したい場合には、最大画素数での記録に限って、高いＡＦ精度が得られることができ、且つフレームレートの低下を生じないように設定することで、ユーザーが気にすることなく、最良の合焦結果を低消費電力で得られるようになる。
【００４０】
また、ユーザーがこれらの設定を任意に設定できれば、例えば電池末期でフレームレートを上げるとシステムがダウンしてしまうような場合で、しかし高い合焦精度を確保したいようなときは、一時的に垂直解像度を密に、フレームレートを低速にしたり、合焦精度よりも合焦動作を高速に行いたいときは、垂直解像度を粗に、フレームレートを高速にするなどの設定を選択することができるようになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を発揮することができる。
請求項１記載の発明によれば、モニタリングで垂直の解像度が低い駆動を行う撮像素子でも、合焦動作の際には、撮像素子の駆動方式を変更することで、垂直解像度を上げるようにしているので、精度の高い合焦結果を得ることができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１で垂直解像度を上げる駆動にしたことによる、フレームレートの低下を、水平駆動周波数を上昇させることで補うことにより、合焦ポイントの検出に要する時間を従来と変わらない、或いはそれ以上にすることが可能になる。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１或いは請求項２の動作の可否を、記録される画素数によって選択できるので、例えば最高解像度で、正確な合焦が必要なのだが、電池末期で、フレームレートを上げるとシステムリセットを起こしかねない場合であれば、フレームレートだけを上げない設定にするなど、状況によってユーザーが自由に動作を選択することが可能になる。
【００４４】
請求項４記載の発明によれば、請求項３の設定を予め工場出荷時に推奨される状態に設定しておくことで、煩雑なモード設定作業をユーザーに強いることなく、必要に応じて精度の高い合焦結果を得ることができる。
請求項５記載の発明によれば、初期設定に戻すスイッチを持たせることで、複雑な複数の設定を同時に推奨設定に戻すことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の回路図である。
【図２】同実施形態における、画像データの処理を説明する図であって、（Ａ）はフレーム読出しモードの場合の図、（Ｂ）はドラフトモードの場合の図である。
【図３】同実施形態のタイミングチャートである。
【図４】同実施形態における、ユーザーが数種類の記録画素数に任意設定が出来る場合のメニューを示す図である。
【図５】垂直方向のＡＦ評価値が、間引き率の高低に応じて変化する様子を示す図である。
【符号の説明】
ＤＳ…デジタルスチルカメラ
１０…鏡胴ユニット
１１…ＣＣＤ
１２…メカニカルシャッタ
１２ａ…シャッタモータ
１３…ズームレンズ
１３ａ…ズームモータ
１４…フォーカスレンズ
１４ａ…フォーカスモータ
１５…モータドライバ
２０…画像処理ＬＳＩ
２１…ＣＰＵ
２２…画像処理部
３１…ＣＤＳ
３２…ＡＧＳ
３３…タイミングジェネレータ（ТＧ）
３４…クロックジェネレータ
３５…ＡＤＳ
３６…ＬＣＤ
３７…記録メディア
３８…レリーズスイッチ
３８ａ…第一レリーズ
３８ｂ…第二レリーズ
４１…記録画素数設定手段
４２…ビデオアンプ
４３…外部ТＶ
４４…カードコントローラ
４５…プログラムＲＯＭ
４６…ＳＤＲＡＭ

Claims (5)

1. 複数の駆動方式により異なる解像度の画像を出力可能な撮像素子と、
   該撮像素子の駆動方式の切替えを行う駆動方式切替手段と、
   前記撮像素子から出力される映像信号の高周波成分を検出する画像処理手段と、
   該画像処理手段が検出した高周波成分が最大となるようにフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段とを備え、
   当該デジタルスチルカメラが合焦動作に入ると、前記駆動方式切替手段の切り替えにより、より解像度の高い駆動に切替えることを特徴とするデジタルスチルカメラ。
2. 請求項１記載のデジタルスチルカメラにおいて、
   前記駆動方式切替手段の入力クロックを、任意の周波数に変更するクロックジェネレータを備え、
   前記撮像素子の駆動方式の選択に変更があった場合に、その変更に合わせてクロックジェネレータの出力クロック周波数を変更することにより、前記撮像素子から１画面分が出力される画像の更新レートを、変えないようにすることが可能であることを特徴とするデジタルスチルカメラ。
3. 請求項１〜請求項２記載のデジタルスチルカメラにおいて、
   記録画像として複数の異なる解像度で記録する機能を有する場合に、記録解像度によって、請求項１記載の動作または請求項２記載の動作を行うか否かを、ユーザーが任意に設定可能なスイッチ手段を備えたことを特徴とするデジタルスチルカメラ。
4. 請求項３記載のデジタルスチルカメラにおいて、
   当該デジタルスチルカメラの工場出荷時、少なくとも最高解像度での記録は、高い解像度を得る動作に設定になっていることを特徴とするデジタルスチルカメラ。
5. 請求項３記載のデジタルスチルカメラにおいて、
   当該デジタルスチルカメラの各種設定を初期状態に戻すスイッチ手段を備え、該スイッチ手段を有効にすることにより、工場出荷時の状態に一度に戻すことを可能にしたことを特徴とするデジタルスチルカメラ。

Images