JP2005333491A - 撮像装置 - Google Patents

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圭一郎 高橋
Hiroshi Tanaka
宏志 田中
Takehiko Senba
威彦 仙波
Masaya Tamaru
雅也 田丸
Hirokazu Kobayashi
寛和 小林
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Abstract

【課題】AFを行なっていても動画像撮影中にピンボケの画像が挿入されることのない撮像装置を提供する。
【解決手段】 撮像素子に高速での読み出しが自在なCCD101を用いる。そのCCD101に駆動切替制御部1010から1フレーム内で複数回、駆動信号を供給して、最初の方の複数回、ピント位置の検出のための画像信号生成用の駆動を行なって、1フレーム内の最後に動画像を表す画像信号生成用の駆動を行なって、次のフレーム中にその動画像を表す画像信号に基づく動画像をLCD表示部104の表示画面に表示したり、記録媒体105に記録したりする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、撮像光学系を経由して入射してきた被写体光を撮像素子で所定のフレームごとに繰り返し捉えることにより動画像を表す画像信号を生成する撮像装置に関する。
ビデオカメラやデジタルカメラといった撮像装置では、撮像光学系を経由して入射してきた被写体光を撮像素子で所定のフレームごとに繰り返し捉えることにより動画像を表す画像信号が生成される。この生成された動画像を表す画像信号がフレームごとに表示装置まで繰り返し供給されてフレームごとに切り替えられて表示画面上に表示されるので表示画面上には撮影光学系が向けられた側の被写体が表示され続ける。この表示画面上に表示される画像は、撮影光学系が捉えた被写体がそのまま表示装置の表示画面に表示されるのでスルー画像とも呼ばれている。このスルー画像を見ながらシャッタチャンスにシャッタ釦が押されると、シャッタが押されたときの画像データがメモリカードに静止画像データとして記録されたり、一度目のシャッタ押下を起点としてその次のシャッタ押下までの間の、フレームごとの画像データがメモリカードに動画像データとして記録されたりする。
ところで、このような撮像装置で撮影を行なおうとしていて、デジタルカメラをある被写体から異なる角度にある被写体に向けたときに、少々の間、ピンボケの被写体が表示画面上に表示され、その後暫くしてからピントのあった被写体が表示されることがある。ファインダ代わりに表示画面上のスルー画を見ている場合にはこのようなピンボケが少々の間あってもすぐにピントがあうのでユーザにとってはさほど問題とはならないが、動画撮影時にこのようなことが起こると複数フレームからなる動画像データの何フレーム分かがピンボケ画像を表す画像データになってメモリカードに記録されてしまう。
そこで、このようなことが起こらないようにピント調整を短時間のうちに行なう(以降高速AFという)技術が多数開示されている。その高速AFに関する技術の中には撮像素子の全画素データを出力させずに一部の画素データのみを用いてAFを行なうようにしてAFの高速化を図ったものがある(例えば特許文献1参照)。しかし、特許文献1のものでは、一部の画素データのみを使用して高速AFを行なうため、高速AFを行なっている間はさほど長い時間ではないがスルー画像の表示を行なうことができなくなってしまう。このような場合においては、撮像装置内の制御部が表示装置に命じて表示画面をブラックアウトさせたり、AFを行なう直前の画像を何フレームかに亘ってフリーズさせる処理が行なわれたりする(特許文献2参照)。
しかし上記のように表示画面をブラックアウトさせると表示画面が真っ暗になってスルー画像がユーザには見えなくなり、またフリーズさせると表示画面上のスルー画像がユーザには動画像ではなく静止画像のように見えてしまう。
特開2003−296470号公報 特開2001−8948号公報
本発明は、上記事情に鑑み、高速AFを行なっている間も正常なスルー画像が表示される撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の撮像装置は、撮像光学系を経由して入射してきた被写体を撮像素子で所定のフレームごとに繰り返し捉えることにより動画像を表す画像信号を生成する撮像装置において、
上記撮像素子を、1フレーム内で、動画像を表す画像信号生成用に駆動するとともにピント位置検出のための画像信号生成用に複数回駆動する駆動サイクルを、複数フレームに亘って繰り返す駆動部と、
上記撮像素子から読み出された画像信号生成用の画像信号に基づいてピント調整を行なうピント調整部とを備えたことを特徴とする。
上記本発明の撮像装置によれば、上記駆動部によって、上記撮像素子が、1フレーム内で複数回駆動されてその駆動サイクルが複数フレームに亘って繰り返し行なわれる。このように1フレーム内で複数回撮像素子が駆動されると、その複数回のうちの一回の駆動により得られた画像信号を表示画面上にフリーズしたとしても1フレームごとにはそのフリーズしたスルー画像が時々刻々と切り替えられていくのでいままでのものと比べて遜色のないスルー画像が表示画面上に表示される。また、スルー画像をフリーズして表示画面上に表示させている間に、1フレーム内の複数回の駆動により得られた画像信号をAF用として使用してピント調整部でピント調整を行なうと、ピント調整がフレーム内の複数回にわたって行なわれるので次のフレームのスルー画像がいつでもピントのあった画像になって表示画面上に表示される。
またこのように1フレーム内で、複数回の駆動を行なうことができるようにしておくと、もし1フレームの内にピント調整が完了しなくても、次のフレーム、また次の次のフレームぐらいまでにはピント調整が完了するようになる。このため、表示画面上にピンボケの被写体が表示されたとしてもせいぜい1フレームか2フレーム分になるので、撮影レンズが異なる方向に向けられたとしてもすぐにピントのあった被写体が表示され、いままであったようなピンボケ画像が何フレームかにわたって表示画面上に表示されるといったことはなくなる。
ここで、上記撮像素子は、ピント位置の検出のために一部画素のみ読出し可能なものであって、
上記駆動部は、ピント位置の検出のための画像信号生成用の読出にあたっては、上記撮像素子を、上記一部分画素のみ読み出すように駆動するものであることが好ましい。
一般に撮影レンズが向けられた方向の中央にピントを合わせて撮影を行なうのが通例であることを考えると、特殊な場合を除いてピント位置検出のために全画素を読み出す必要はない。
そこで上記本発明のように上記駆動部が一部画素のみ例えば中央の画素のみを読み出すように駆動するようなものであっても良い。そうすると、上記ピント調整部によるピント調整がより一層短い時間のうちに終了していつでもピントのあった動画像が表示画面上に表示されたり、そのピントのあった動画像を表す動画像データが記録媒体に記録されたりする。
また、上記撮像素子は、動画像生成用とピント位置検出用との2つの用途のうちの動画像生成用のみに用いる画素とピント位置検出用のみに用いる画素とを含むものであって、
上記駆動部は、1フレーム内で、上記撮像素子の、動画像生成用の画素を読出し駆動するとともに、その撮像素子の、ピント位置検出用の画素を複数回読出し駆動する駆動サイクルを複数サイクルに亘って繰り返すものであることが好ましい。
上記したように大抵の撮影の場合には中央にピントを合わせて撮影を行なうので、中央付近の一部画素を読み出してピント調整を行なってもかなりの精度でピントが得られる。しかし、中央の一部画素のみを読み出してピント調整を行なって時間を短縮したとしても動画像を表す画像信号生成用の駆動を行なう時間が短くなってしまっては露光不測が起こり得る。
そこで、動画像生成用とピント位置検出用との2つの用途のうちの動画像生成用のみに用いる画素とピント位置検出用のみに用いる画素とを分けて、AF用にはピント位置検出用の画素を、動画像用には動画像生成用の画素をそれぞれ読み出すように上記駆動部により駆動するようにすると露光不足が解消される。
つまり、ピント位置検出用のみに用いる画素を複数回読出し駆動することによってピント調整部で高速AFが行なえて、さらに動画像生成用にのみ用いる画素をいままでどおりの間隔ごとに読出し駆動することによって露光不足のない動画像を表す動画像データが生成される。
以上、説明したように、高速AFを行なっている間も正常なスルー画像が表示される撮像装置が実現される。また高速AFを行なったとしても動画像を表す画像データが露光不足になることのない撮像装置が実現される。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態である撮像装置を示す図である。
図1に示す撮像装置1のカメラボディ1aの中央にはレンズ鏡胴10が配備されており、そのレンズ鏡胴10の上部にはファインダ11が配備されている。そのファインダ11の横には閃光発光窓12が配備されており、被写界輝度が低い場合にはその閃光発光窓を通して被写体に向けて閃光が発せられて撮影が行なわれる。また、カメラボディ1a上面にはレリーズ釦13と電源スイッチ14が配備されている。
図2は、図1の撮像装置1の内部構成を示すブロック図である。
なお、図2には、レンズ鏡胴10に内蔵されている撮影レンズのうち、フォーカスレンズ1000のみが示されている。
図1に示す撮像装置1全体の動作は、統括的にマイコン110で制御される。図1に示すようにマイコン110はCPU111とROM112とRAM113とからなり、主記憶装置にあたるROM112内にはこの撮像装置の動作手順を示すプログラムが不揮発的に格納されていて補助記憶装置にあたるRAM113にはCPU111がROM112に格納されているプログラムの手順にしたがって処理を実行している最中に使用される処理変数などが揮発的に記憶される。このマイコン110に電源オン信号やレリーズ信号のような操作信号が入力されると、CPU111がROM112内のプログラムの手順にしたがってこの撮像装置の動作を制御するように処理を開始する。
ここで図2を参照してこの撮像装置の撮影処理を簡単に説明する。
まず、電源スイッチ14が投入されると、電源からの電力を受けてマイコン110からフォーカスレンズ100の駆動を制御する駆動切替制御部1000およびCCD101を駆動する駆動切替制御部1010へ制御信号が供給される。それらの制御信号の供給を受けて一方の駆動切替制御部1000ではフォーカスレンズ100を駆動して被写体距離のうちの至近点に該当する位置から最遠点に該当する位置までフォーカスレンズ100を移動させ、他方の駆動切替制御部1010ではそのフォーカスレンズ100の移動に応じてCCD101に、画像信号を所定の時刻ごとに生成させては出力させる。ここではCCD101側の切替駆動制御部1010が、CCD101を、1フレーム内で、動画像を表す画像信号生成用に駆動するとともにピント位置検出のための画像信号生成用に複数回駆動して、その1フレーム内で、動画像を表す画像信号生成用に駆動するとともにピント位置検出のための画像信号生成用に複数回駆動する駆動サイクルを複数フレームに亘って繰り返して行なっている。この駆動切替制御部1010が本発明にいう駆動部にあたる。
その駆動切替制御部1010がCCD101に出力させた画像信号はアナログ信号であってCCD101からそのアナログの画像信号を出力させたときに雑音が重畳される可能性があるので、CDS/AD部102のCDS側で雑音の低減が行なわれ、その雑音の低減が行なわれた画像信号がCDS/AD部102のAD側でデジタル信号へ変換されて、そのデジタル信号に変換された画像信号が画像処理部103へと供給される。その画像処理部103で画像信号にYC変換やアパーチャ補正が行なわれ、その変換や補正が行なわれた画像信号がLCD表示部104に供給される。LCD表示部104ではそのYC変換やアパーチャ補正された画像信号の供給を受けて、画像信号に基づく画像をLCD画面上に表示する。
また、デジタル信号に変換された画像信号は画像処理部103だけではなく、前述したAF積算回路106にも供給されこのAF積算回路106でAF用の積算処理が行なわれる。その積算回路106でAF評価値が算出されてそのAF評価値がピント位置を表すものとしてマイコン110に通知される。さらにその通知を受けたマイコン110から駆動切替制御部1000へピント位置を表す情報が通知される。前述したように1フレーム内で複数回CCD101が駆動される訳であるから、その複数回の駆動のうちにフォーカスレンズ100を移動させることでピント位置がほぼ確実に検出されてその検出されたピント位置がフォーカスレンズ100の切替制御部1000に通知される。フォーカスレンズ100の駆動切替制御部1000では、その通知を受けてフォーカスレンズ100をピント位置まで移動させてそのピント位置にフォーカスレンズ100を配置する。このフォーカスレンズ100とそのフォーカスレンズを駆動する駆動切替制御部1000とCCD101とCCD101の駆動切替制御部1010とAF積算回路106とマイコン110とが本発明にいうピント調整部にあたる。
このようにフォーカスレンズ1000が1フレームのうちにピント位置に配置されると、フォーカスレンズ100を含む撮影レンズがどのような方向に向けられてもLCD表示部のLCD画面にはいつでもピントのあった鮮明な被写体が表示される。いままでであれば、撮影レンズが異なる方向に向けられたときにピンボケのスルー画像が表示されることがあったが、本実施形態のカメラによれば、1フレーム内のうちに複数回のAFが行なわれてピント調整がほぼ完了するのでピンボケのスルー画像が表示されることがなくなる。
そのLCD画面上に表示されている被写体を見ながらシャッタチャンスにレリーズ釦13が押されたら、そのレリーズ釦13の押下を受けて、CCD101に画像信号を生成させ、さらにその生成させた画像信号をCCD101から出力させる。このようにして出力させた画像信号が画像処理部103へ供給され、その画像処理部103で画像信号にYC変換、アパーチャ補正および圧縮処理などが施されてそれらの処理が施された画像信号が記録媒体105に記録される。動画像撮影の場合も同様であって、その場合には最初のレリーズ釦13の押下から次のレリーズ釦13の押下までの間の画像信号が上記と同様に処理され記録媒体105に動画像を表す画像信号が複数フレームに亘って記録される。
このように1フレーム内で複数回、CCD101を駆動して画像信号をAF積算回路106に出力させることによって高速のピント調整(AF機能)が行なわれるとピンボケ画像が表示されることがなくなる。また動画像を表す画像信号を記録媒体105に記録する場合などにおいてもピンボケ画像がいくつかのフレームに記録されるようなことがなくなる。
図3は、駆動切替制御部1010が1フレーム内でCCD101へ複数回供給する駆動信号のタイミングを示す図である。なお図3の横軸は時間tである。
図3(a)から図3(d)には、駆動切替制御部1010によって、1フレームで、複数回CCD101が駆動され、その複数回の中の最後の駆動(DR_last)が画像信号生成用として使用され、それ以外の駆動がピント位置の検出のための画像信号生成用として使用された場合の例が示されている。
図3(a)にはその複数回の駆動を行なうときにCCD101に供給される各駆動信号が、図3(b)にはその複数回の駆動によってCCDで各々生成される画像信号の各露光時間が、図3(c)にはCCDの各受光素子に蓄積された電荷の吐き出しタイミングが、図3(d)には、表示画面の切替時間がそれぞれ示されている。
なお、図3(a)に示すように駆動切替制御部1010から1フレームで複数回、駆動信号がCCD101へ供給されその駆動信号が供給される度にCCD101で露光が開始される。ここで採用されているCCD101は露光終了後にすぐに次の露光を開始させることができるように吐き出した後の電荷を蓄積する電荷蓄積部を有する構造のものであるため、一つの露光の開始時刻と一つ前の露光の終了時刻とが略一致して次々と露光が行なわれる。また、前述したように図2に示す切替駆動制御部1010は、1フレーム内で、動画像を表す画像信号生成用に駆動するとともにピント位置検出のための画像信号生成用に複数回駆動する駆動サイクルを複数フレームに亘って繰り返すものである。このことを示すため、図3にはその複数フレームに亘って繰り返される駆動サイクルのうち、1フレーム内の一つの駆動サイクルを取り上げて示し、さらにその1フレーム内の一つの駆動サイクルの前フレームの最後の駆動と次フレームの最初の駆動とをあわせて示してある。
図3(a)〜図3(d)を参照して、複数回の駆動によってCCD101がどのような処理を行なうかを説明する。
図3(a)に示す駆動信号が供給される度にCCD101内の多数の受光素子に被写体光が受光され始めて露光が開始される。図3に示すように、一フレーム分の駆動サイクルの前フレームの最後のCCD駆動が本発明にいう動画像生成用の駆動にあたり、この駆動によって動画像動(ムービー)を表す画像信号を生成するための露光が行なわれ、その露光により多数の受光素子それぞれに画像信号となる電荷が蓄積される。次の駆動信号がCCD101に供給されてきたと同時にそれぞれの受光素子の露光が終了し蓄積部に電荷が吐き出されてそれぞれの受光素子には新たな露光が開始される。この新たに開始される露光は動画像を表す画像信号の生成用ではなく、前述したAF積算回路106が行なうピント位置の検出のための画像信号生成用として使用される。つまり1フレーム内の先頭からAF用の露光が数回行なわれた後、最後の回(DR_last)で動画像を表す画像信号生成用の露光が行なわれるため、その最後の回(DR_last)の露光で得られた画像信号がLCD表示部側に供給され、その画像信号を生成したフレームの次フレームでその画像信号に基づく画像が表示画面上に表示される。このときには動画像の表示期間がその画像信号を吐き出すのに要する時間よりもかなり長いので、LCD表示部に供給された画像信号を表示画面上に表示し続けることができるようにフリーズ処理が行なわれている。
このように1フレームの中の最後の駆動により得られた画像信号がスルー画像の基として使用されるので、その最後の駆動以前の複数回の駆動によりピントが調整されてほぼピントのあった画像信号に基づく画像がフリーズされてスルー画像として表示画面上に表示される。また動画像データを構成する複数フレームのうちの1フレームの画像信号であった場合にも同様であって、1フレーム内でピント調整がほぼ終了した画像信号が記録媒体に動画像を表す画像信号の一部として記録される。
このようにしておくと、高速AFを行なったとしても、LCD表示部の表示画面をブラックアウトする必要がなくなり、正常なスルー画像がいつでも表示画面上に表示される。また、動画像撮影を行なっている場合には、どのフレームの画像もピントが調整され、すべてのフレームにわたってピントのあった動画像を表す画像信号が、画像表示部で圧縮処理され記録媒体に記録される。
以上説明したように、AFを行なっていても動画像撮影中にピンボケの画像が挿入されることのない撮像装置が実現される。
上記のままでもほぼ課題は達成されるが、動画像を表す画像信号生成用の駆動と、ピント位置を検出する(AF)のための画像信号生成用の駆動を短時間のうちに何回も行なうことができるようにすると、動画像の露光時間が短くなってしまって露光不足が起こってしまうこともある。
図4は露光不足が起こらないように図2のものに若干の改良を加えた場合の例であり、図5は図4に示すCCDの構成を示す図である。
図4にはCCD101Aの駆動を切り替えてCCD内の画素の読出位置を変更することができるように読出位置制御部1011が図2のものに付加され、構成が変換されたものが示されている。また、図5にはその読出位置制御部1011によって読出位置が変換されるCCDの構成が示されている。図5に示すように、動画像生成用とピント位置検出用との2つの用途のうちの動画像生成用のみに用いる画素とピント位置検出用のみに用いる画素とが2ラインごとに交互に配列されている。
図5に示すCCD101Aは、動画像生成用とピント位置検出用との2つの用途のうちの動画像生成用のみに用いる画素とピント位置検出用のみに用いる画素とを含むものであって、図4に示す読出位置切替制御部1011は、1フレーム内で、CCD101Aの、動画像生成用の画素を駆動するとともに、そのCCD101Aの、ピント位置検出用(以下、AF用という)の画像を複数回駆動する駆動サイクルを複数フレームに亘って繰り返すものである。
このようにしておくと、読出位置切替制御部1011がCCD101Aを制御して駆動切替制御部1010がAF用の画素で生成される画像信号を繰り返しCCD101Aから出力させてAF積算回路106に何回もピント調整を行なわせることも、そのピント調整を行なっている間中、動画用ラインにある画素を構成する受光素子に充分な光量を与えておいて、読出位置切替制御部1011がCCD101Aの読出し位置を切り替えるように制御した後、駆動切替制御1010がその動画用の画素で生成された画像信号を表示用あるいは記録用として出力させることもできる。
図5に示す例では、AFエリアを広範にしてピント位置の検出精度を上げた場合の例を示したが、AFエリアは中央付近にあれば充分ピント位置が検出される場合もあるので、その場合には、CCDの中央付近のごく一部の画素のみを読み出すことができるようにしておけば良い。そうするとAF用の画素の読出しに要する時間は短縮してAFがより確実なものとなる。
図6は、一部画素のみを読出し駆動する場合の例を示す図である。
図6に示すように、読出切替位置制御部1011と駆動制御部1010とが連携してCCDをピント位置検出のための画像信号生成用に駆動するにあたって、CCD101Aを、一部画素のみ読み出すように駆動する。そうすると、図中画像信号生成用として露光を行なっている部分の動画(ムービ)露光時間を少し長めにすることができ、露光時間を確保しつつ、ピント位置検出のための画像信号生成用の駆動を短時間で繰り返し行なうことができる。このようにピント位置検出のための画像信号生成用の駆動を繰り返し行なう場合、場合によっては、ムービ露光時間が少々短くなってしまう場合もあるが、その場合には、若干動画像(スルー画像)の視認特性は落ちるがフレームレートを若干下げて露光時間を確保するようにしても良い。そうすると露光時間が長くなって露光不足の問題は解消される。
さらに、露光不足を補うためにCDS/AD部102にゲインコントロール部1020を設けても良い。
図7は、CDS/AD部102にゲインコントロール部1020を設けた例である。
マイコン110がCDS/AD部102の中のCDS側のゲインコントロール部1020にパラメータを設定することによりCDS側のゲインを調整することによって画像信号の振幅を増幅するようなことを行なうと露光不足が解消される場合もある。
本発明の一実施形態である撮像装置を示す図である。 図1の撮像装置1の内部構成を示すブロック図である。 駆動切替制御部1010が1フレーム内でCCD101へ複数回供給する駆動信号のタイミングを示す図である。 露光不足が起こらないように図2のものに若干の改良を加えた場合の例である。 図4に示すCCDの構成を示す図である。 一部画素のみを読出し駆動する場合の例を示す図である。 CDS/AD部102にゲインコントロール部1020を設けた例である。
符号の説明
1 撮像装置
10 レンズ鏡胴
11 ファインダ
12 閃光発光窓
13 レリーズ釦
14 電源スイッチ
100 フォーカスレンズ
1000 駆動切替制御部
101 101A CCD
1010 駆動切替制御部
1011 読出位置切替制御部
102 102A CDS/AD
103 画像処理部
104 LCD表示部
105 記録媒体
106 AF積算回路
110 マイコン
111 CPU
112 ROM
113 RAM

Claims (3)

  1. 撮像光学系を経由して入射してきた被写体光を撮像素子で所定のフレームごとに繰り返し捉えることにより動画像を表す画像信号を生成する撮像装置において、
    前記撮像素子を、1フレーム内で、動画像を表す画像信号生成用に駆動するとともにピント位置検出のための画像信号生成用に複数回駆動する駆動サイクルを、複数フレームに亘って繰り返す駆動部と、
    前記撮像素子から読み出された画像信号生成用の画像信号に基づいてピント調整を行なうピント調整部とを備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記撮像素子は、ピント位置検出用に一部画素のみ読出し可能なものであって、
    前記駆動部は、ピント位置検出のための画像信号生成用の駆動にあたっては、前記撮像素子を、前記一部画素のみ読み出すように駆動するものであることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記撮像素子は、動画像生成用とピント位置検出用との2つの用途のうちの動画像生成用のみに用いる画素とピント位置検出用のみに用いる画素とを含むものであって、
    前記駆動部は、1フレーム内で、前記撮像素子の、動画像生成用の画素を読出し駆動するとともに、該撮像素子の、ピント位置検出用の画素を複数回読出し駆動する駆動サイクルを複数サイクルに亘って繰り返すものであることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
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