JP2006267599A

JP2006267599A - 撮像装置および撮像方法

Info

Publication number: JP2006267599A
Application number: JP2005086019A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Miyashita; 丈司宮下
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】自動焦点調節(AF)を高速化および高精度化する撮像装置および撮像方法を提供。
【解決手段】制御回路30は、固体撮像素子を１フレームの撮像画像内で間引き率を部分的に変化させて、全画素読出しと間引き読出しとによる撮像信号を固体撮像素子から出力させ、全画素読み出しにて固体撮像素子から出力された撮像信号を用いて撮像レンズ12の焦点位置を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動焦点調節を行う撮像装置および撮像方法に関するものである。

被写体像をＣＣＤ等の固体撮像素子に結像させて撮像するディジタルカメラでは、たとえば特許文献１に記載のように、スルームービー表示中の液晶モニタに、撮影している１コマ全体から切り出された部分画像を拡大表示する。この従来例では、拡大表示された部分画像を見ながらピント合わせを行う。
特開平１１−２９８７８１号公報特開２００１−５３２６７号公報

しかしながら、ピントを確認するためにＣＣＤから全画素の画素信号を読み出していると、画素数の多いＣＣＤでは、少ない画素数のCCDに比べて読み出し時間が増大する。この結果、画素信号の転送速度、つまりフレームレートが低下してしまうという問題があった。

また、自動焦点調節(AF)を行う場合では、焦点調節のための測定時間を短縮するために、ＣＣＤからライン間引きして読み出したＣＣＤ読出信号を用いる。このような間引きされたＣＣＤ読出信号の垂直(V)走査方向の画素差分値を算出し、画素差分値に基づいて焦点調節を制御するAF方式では、精度が低下するという問題があった。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、固体撮像素子の信号読み出しを高速化し、自動焦点調節(AF)を高速化および高精度化することのできる撮像装置および撮像方法を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するために、自動焦点調節機能を有する撮像装置において、この装置は、被写界を結像させる撮像レンズの焦点位置を駆動する駆動手段と、水平走査ラインの間引き読み出しが可能な固体撮像素子と、固体撮像素子から出力される撮像信号を信号処理する信号処理手段と、信号処理手段にて処理された信号に基づいて焦点位置を制御する制御手段とを含み、駆動手段は制御手段からの制御に応動して、固体撮像素子を１フレームの撮像画像内で間引き率を部分的に変化させて読み出して、全画素読出と間引き読出とによる撮像信号を固体撮像素子から出力させ、制御手段は、全画素読み出しにて固体撮像素子から出力された撮像信号を用いて焦点位置を制御することを特徴とする。

また、本発明は上述の課題を解決するために、被写界を結像させる撮像レンズの焦点位置を駆動する駆動手段と、水平走査ラインの間引き読み出しが可能な固体撮像素子と、固体撮像素子から出力される撮像信号を信号処理する信号処理手段と、信号処理手段にて処理された信号に基づいて焦点位置を制御する制御手段とを含む撮像装置における撮像方法において、この方法は、固体撮像素子を１フレームの撮像画像内で間引き率を部分的に変化させて読み出して、全画素読出と間引き読出とによる撮像信号を固体撮像素子から出力させ、全画素読み出しにて固体撮像素子から出力された撮像信号を用いて焦点位置を制御することを特徴とする。

本発明によれば、AF測定等のAF評価に必要な測定エリアを含む水平走査ラインをすべて読み出し、それ以外の水平走査ラインは間引き読み出しにて読み出すことができる。このように、固体撮像素子を駆動する際に垂直間引き率を変更することにより、必要な水平走査ラインのみを読み出すのでその読み出し時間を短縮して高速化することができる。また、読み出し中の垂直間引き率の変更によって必要なラインのみを全画素読み出しにより読み出すので、AF処理の高速化および高精度化を図ることができる。

次に添付図面を参照して本発明による固体撮像素子の駆動方法および撮像装置が適用された実施例を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明が適用された実施例におけるディジタルカメラ10のブロック図が示されている。

図示のディジタルカメラ10は、撮像レンズ12によって結像される被写界像を固体撮像素子14にて光電変換し、固体撮像素子14から出力される画素信号を処理して、処理された信号をたとえば半導体メモリ等の情報記憶媒体に記憶させる。

本実施例における撮像レンズ12は、焦点距離が可変のズームレンズ構成が有利に適用され、また、その焦点位置（ピント）の調節は、駆動回路16から供給されるレンズ駆動信号18によって制御される。

撮像レンズ12の結像面に配置される固体撮像素子14は、カラーCCD（電荷結合素子）等のイメージセンサが有利に適用される。本実施例における固体撮像素子14は、垂直CCDと水平CCDとの間に信号電荷をライン単位で選択的に排出するＶドレイン構造を配置している。固体撮像素子14は、垂直CCDを転送される信号電荷を水平CCDにＶドレインにてライン単位で排出することにより垂直走査方向にライン間引きをして画素信号を読み出すライン間引き読出機能と、ライン間引きをしないで画素信号を読み出す全画素読出機能とを有している。

固体撮像素子14は、駆動回路16から供給される垂直および水平転送クロックおよび各種制御電圧等の駆動信号20により駆動されて、撮像面に配置されているフォトダイオードにて受光および生成した信号電荷をラインシフトし、間引きされていないラインの画素信号を読み出してその出力22に出力する。なお、撮像レンズ12と固体撮像素子14との間にはシャッタおよび絞りが備えられているがその図示を省略している。

固体撮像素子14の出力22に接続されたアナログ回路24は、入力される画素信号を相関二重サンプル(CDS)および自動利得制御(AGC)するアナログ信号処理回路である。アナログ回路24の出力26は、信号処理回路28に接続されている。

信号処理回路28は、アナログ回路26の出力を、たとえばγ補正、ホワイトバランス調整および画素補間処理等の信号処理をディジタルにて行って画像データを生成するディジタル信号処理回路である。信号処理回路28の入力側には不図示のアナログ−ディジタル変換回路が備えられている。

本実施例における信号処理回路28は、色成分を有するカラー画素信号をそれぞれ輝度および色差成分からなる各輝度および色差信号を生成する機能を有している。本ディジタルカメラ10にて自動焦点調節(AF)を行う際に、信号処理回路28は、処理された画素信号から輝度信号を制御回路30の制御を受けて生成し、AF用の輝度信号を接続線32を介して接続された制御回路30に供給する。

また、信号処理回路28は、ディジタル信号処理を行って生成した画像データを出力34に接続された記録回路36に供給する。記録回路36は、信号処理回路28にて処理された画像データを情報記録媒体に記録する回路である。本記録回路36に画像データを圧縮符号化する処理回路を備え、撮像により得られた画像データの情報量を圧縮する機能を有している。

制御回路30は、操作部40から与えられる各種指示信号に応動してディジタルカメラ10の各構成を制御する回路である。制御回路30は、操作部40への操作に応じて選択されるAF測定エリアにおける合焦を入力32に入力されるAF用の輝度信号に基づいて制御する機能を有している。制御回路30は、後述するAF測定エリアに対応する部分の輝度信号を用いてAF用の評価データを生成し、この評価データに基づいて合焦を判断するAF処理部32を含む。制御回路30は、信号処理回路28から与えられる画像データから表示用のデータを生成して生成したデータを表示回路34に供給する機能を有する。また制御回路30は、選択されるAF測定エリアに応じて、個体撮像素子14を全画素駆動するか間引き駆動するかを決定して、その決定に応じた制御信号を駆動回路16に供給する機能を有する。

本実施例では、たとえば図２に示すように、１フレームの撮像領域のうち上部を間引き読み出し領域202とし、中央部分を全画素読み出し領域204とし、下部を間引き読み出し領域206とする。間引き読み出し領域のラインでは図３に示す垂直同期信号VDの後に、間引き駆動302,306にて固体撮像素子14が駆動され、全画素読み出し領域の各ラインでは全画素駆動304にて固体撮像素子が駆動される。

AF処理部32は、AF測定エリアに対応する輝度信号から高周波数成分を抽出してAFのための評価データを生成し、その評価データに基づいて被写界の合焦状態を判断する機能部である。

操作部40は、レリーズSW 50、モードSW 52、AF測定エリアSW 54およびAF拡大表示SW 56を備えている。

レリーズSW 50は、撮影開始を指示する指示信号を制御部30に指示する操作スイッチである。モードSW 52は、使用するAF測定エリアを自動的に選択する自動撮影モードを指示する指示信号を制御部30に指示する操作スイッチである。本実施例では、自動撮影モードが選択されると、全AF測定エリアからの読み出しを行って、それぞれのエリアに対応する評価データから所望の評価データを自動的に選択して採用することにより、AF測定エリアを自動的に選択する。

AF測定エリアSW 54は、AF測定エリアを手動にて選択する指示信号を制御部30に指示する操作スイッチである。

AF拡大表示SW 56は、選択されるAF測定エリアに対応する画像をたとえば図４に示す撮像領域400内の拡大画像402のように拡大表示させるための指示信号を制御部30に指示する操作スイッチである。この拡大表示を行う場合には、拡大に必要なエリアを含む水平走査ラインは固体撮像素子から全画素読み出しにてすべて読み出し、拡大表示を行わない部分の水平走査ラインは固体撮像素子から間引き読み出しにより水平走査ラインを間引いて読み出す。全画素読み出しで読み出した中心部分はそのまま信号処理して拡大表示する。また他の部分と同じ間引き率になるように全画素読み出し部分を間引きして、拡大表示部分位階のデータを生成する。このようにして生成した撮像領域全体の間引き画像に拡大画像をオーバーレイ表示させる。

駆動回路16は、撮像レンズ12および固体撮像素子14を駆動する駆動信号をそれぞれ生成する回路である。駆動回路16は、全画素駆動部60と、間引き駆動部62と、レンズ駆動部64とを含む。全画素駆動部60は、固体撮像素子14を全画素読み出しにて駆動する駆動信号を生成する駆動回路である。間引き駆動部62は、固体撮像素子14を間引き読み出しにて駆動する駆動信号を生成する駆動回路である。

駆動回路16は、全画素駆動部60および間引き駆動部62にて生成された駆動信号を固体撮像素子14に供給する。なお駆動回路16は、固体撮像素子14おける所定の水平走査ラインごとに、全画素駆動部60および間引き駆動部62のいずれかからの駆動信号を固体撮像素子14に供給することができる。これら駆動信号の切り替えは制御回路30の制御に応じて行われる。

レンズ駆動部64は、撮像レンズ12の焦点位置および焦点距離を調節するための駆動信号を生成する回路である。撮像レンズ12は、この駆動信号を受けると焦点位置および焦点距離を調節する機構部（図示せず）により内蔵するレンズの位置が制御される。

次にAF測定エリアの他の設定構成例と、その設定構成例における動作とを以下に説明する。ディジタルカメラ10の構成については図１に示した構成と同様の構成でよい。図５にはAF測定エリアの他の設定例が示されている。図示するように撮像領域500中に複数のAF測定エリア502〜526が水平および垂直操作方向に配置される。自動撮影モードでは、これらすべてのAF測定エリア502〜526に対応する水平走査ラインのすべての読み出しが行われる。AF測定エリアが手動にて選択される場合には、手動選択されたAF測定エリアを含む水平走査ラインからの読み出しが行われる。

このようなAF測定エリアの場合、図６に示すようにAF駆動時の固体撮像素子の読出エリアは、AF測定エリアの配列に応じて間引き読出領域602,606,610,614と、全画素読出領域604,608,612とが垂直走査方向に交互に設定される。また、AF駆動時の読み出しタイミングは図７に示すように、垂直同期信号VDの後に、間引き駆動702,706,710,714にて固体撮像素子14が駆動され、全画素読出領域の各ラインでは全画素駆動704,708,712にて固体撮像素子が駆動される。

以上の構成でディジタルカメラ10の動作を図８を参照して説明すると、ステップS800では自動撮影モードであるか否かが判定されて、モードSW52により自動撮影モードが選択されている場合にはステップS802に進む。ステップS802 では、撮像領域中に設定されるすべてのAF測定エリア502〜526（図５）に対応する水平走査ラインが全画素読み出しにて読み出される。

ステップS800にて自動撮影モードが選択されていなかった場合にはステップS804 に進んで、AF測定エリアが指定済みであるか否かが判定される。この場合、AF測定エリアが指定されていない場合にはステップS808 に進んで、ステップS808では、特定のエリアとしてたとえば撮像領域中央のAF測定エリア514が選択されて、このエリアに対応する水平走査ラインが全画素読み出しにて読み出される。ステップS804 にてAF測定エリアが指定されていた場合にはステップS810に進んで、AFエリアSW 54にて指定されたエリアに対応する水平走査ラインが全画素読み出しにて読み出される。

ステップS802,S808,S810の後ステップS806に進んで、選択または指定されたAF測定エリアに対応する輝度信号からAF評価データが生成される。生成されたAF評価データに基づいて撮像レンズ12が制御される。

以上説明したように、AF測定等のAF評価に必要な測定エリアを含む水平走査ラインをすべて読み出し、それ以外の水平走査ラインは間引き読み出しで読み出す。AF測定エリアがあらかじめ指定されている場合にはそのエリアを含む全水平走査ラインを読み出し、それ以外の水平走査ラインでは間引き読み出しが行われる。間引き読み出しで読み出した画像と全画素ラインを読み出した画像とを合成してムービー表示を行うこともできる。

このように、固体撮像素子14を駆動して撮像信号を読み出す際に、垂直間引き率を変更することにより、必要な水平走査ラインのみを読み出すのでその読み出し時間を短縮して高速化することができる。また、読み出し中の垂直間引き率の変更によって必要なラインのみを読み出すので、AFの高速化を図ることができる。この場合、高速化に加えて全画素読み出しのデータを使用することができるのでAFを高精度に行うことができる。

本発明が適用されたディジタルカメラの実施例を示すブロック図である。ＡＦ駆動時のＣＣＤ読み出しエリアの一例を示す図である。ＣＣＤからの読み出しデータタイミングを示すタイミングチャートである。拡大表示状態の一例を示す図である。ＡＦ測定エリアの一例を示す図である。ＡＦ駆動時のＣＣＤ読み出しエリアの一例を示す図である。ＡＦ駆動時のＣＣＤからの読み出しデータタイミングを示すフローチャートである。ＡＦ測定時の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

10 ディジタルカメラ
14 固体撮像素子
16 駆動回路
24 アナログ回路
28 信号処理回路
30 制御回路
32 AF処理部
40 操作部

Claims

自動焦点調節機能を有する撮像装置において、該装置は
被写界を結像させる撮像レンズの焦点位置を駆動する駆動手段と、
水平走査ラインの間引き読み出しが可能な固体撮像素子と、
該固体撮像素子から出力される撮像信号を信号処理する信号処理手段と、
該信号処理手段にて処理された信号に基づいて前記焦点位置を制御する制御手段とを含み、
前記駆動手段は前記制御手段からの制御に応動して、前記固体撮像素子を１フレームの撮像画像内で間引き率を部分的に変化させて読み出して、全画素読出と間引き読出とによる撮像信号を前記固体撮像素子から出力させ、
前記制御手段は、前記全画素読み出しにて前記固体撮像素子から出力された撮像信号を用いて前記焦点位置を制御することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の装置において、前記制御手段は、前記焦点位置を制御するために撮像画像内に測定エリアを複数設定して、該測定エリアに対応する水平走査ラインの読み出し信号から前記焦点調節のための評価データを生成することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の装置において、前記制御手段は、前記全画素読出による水平走査ラインの信号を処理して拡大表示することを特徴とする撮像装置。
被写界を結像させる撮像レンズの焦点位置を駆動する駆動手段と、水平走査ラインの間引き読み出しが可能な固体撮像素子と、該固体撮像素子から出力される撮像信号を信号処理する信号処理手段と、該信号処理手段にて処理された信号に基づいて前記焦点位置を制御する制御手段とを含む撮像装置における撮像方法において、該方法は、
前記固体撮像素子を１フレームの撮像画像内で間引き率を部分的に変化させて読み出して、全画素読出と間引き読出とによる撮像信号を前記固体撮像素子から出力させ、
前記全画素読み出しにて前記固体撮像素子から出力された撮像信号を用いて前記焦点位置を制御することを特徴とする撮像方法。
請求項４に記載の方法において、前記焦点位置を制御するために撮像画像内に測定エリアを複数設定して、該測定エリアに対応する水平走査ラインの読み出し信号から前記焦点調節のための評価データを生成することを特徴とする撮像方法。