JP2007150643A - 固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常のモニタリング画像を表示しつつ、モニタリング画像の周期よりも速い周期でオートフォーカス処理を実現する。
【解決手段】各々独立して動作可能な２つの垂直走査回路３２，３３を設け、これら垂直走査回路３２，３３によって画像ラインおよびＡＦラインについて独立して垂直走査を行うことで、画素アレイ部３１の所定領域（測距枠）内の画素情報を、モニタリング用画像の表示周期よりも短い周期でオートフォーカス用画像の情報として読み出すようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法および撮像装置に関する。

デジタルスチルカメラやビデオカメラ、あるいは携帯電話などの携帯情報端末に搭載されるカメラモジュール等の撮像装置では、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの固体撮像素子が画像入力デバイス（撮像デバイス）として用いられている。

また、撮像装置は、一般的に、自動的にピントを合わせるオートフォーカス(Auto Focus;以下、「ＡＦ」と記述する場合もある)機能を備えている。オートフォーカスの方式としては、従来、種々の方式が知られており、例えば、２つのセンサーを用いて被写体像の位相差を利用して被写体との距離を測定してピントを合わせる位相差方式や、コントラストが一番高くなる所でピントを合わせるいわゆる山登り方式と呼ばれるコントラスト方式などがある。

オートフォーカスのために専用のセンサーを持たない撮像装置、例えばコントラスト方式のオートフォーカス機能を備えた撮像装置では、固体撮像素子からの情報を基にして記録用の撮像画像を生成するとともに、ＬＣＤ(liquid crystal display)やＥＶＦ(Electronic View Finder)などのモニタに表示するためのモニタリング画像を生成したり、ＡＦ用のコントラストを検出したりするなどの処理が行われる。

モニタリング画像の生成や、コントラスト方式ＡＦ用のコントラスト検出では、固体撮像素子の画素情報の全てを用いなくても、一部の画素情報を用いるだけで処理が可能である。したがって、処理の負担や消費電力の低減を図る目的から、固体撮像素子の画素情報から、適当に間引いた一部の画素情報を用いるのが一般的である。

ところで、コントラスト方式のオートフォーカスでは、数フィールド分のデータを取り込み、これらのデータを比較してピーク値を検出する処理が行われる。そのために、位相差方式のオートフォーカスなどに比べて処理に時間がかかる。すなわち、１つの固体撮像素子から得られる画素情報を基に、モニタリング画像の生成処理とコントラスト検出処理とを同時に行うことになるために、オートフォーカスの処理周期がモニタリング画像の周期Ｖ（＝フィールド周期：５０Ｈｚや６０Ｈｚ）で律束されてしまうことになる。

従来は、オートフォーカスの処理時間の高速化を図るために、シャッターボタンが押された後や連写のときの静止画露光前に、撮像素子の一部だけを読み出すことによって１フィールドの周期を短くした高速ＡＦモードを設けるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

あるいは、画像信号の読み出しモードとして、撮像素子内の全画素のうちの所定数の画素に対応する画像信号を読み出すドラフトモードの他に、当該ドラフトモードよりも少ない数の画素に対応する画像信号を読み出すことによって複数の画像を高速に読み出す自動焦点モードを設けるようにしていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２９６４７０号公報 特開２００４−０２３７４７号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来技術では、オートフォーカスの処理時間の高速化を図ることができるものの、シャッターボタンが押された後や連写のときの静止画露光前に高速ＡＦモードを設けるようにしているために、モニタリング画像を写し出すことができないという問題点がある。

また、特許文献２記載の従来技術では、モニタリング画像よりも小さい範囲の画素情報を読み出し、この読み出した画素情報を用いてオートフォーカスの処理を行う場合に、画素情報を補間したり、拡大表示したりするなどの対応を行うことでモニタリング画像を表示することになるために、解像度が足りない粗い画像となり、画質が劣化してしまうという問題点がある。

本発明は、上記の問題点を解消するために為されたものであり、通常のモニタリング画像を表示しつつ、モニタリング画像の周期よりも速い周期でオートフォーカス処理を行うことが可能な撮像装置、当該撮像装置に搭載される固体撮像素子およびその駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、光電変換素子を含む画素が行列状に２次元配置されてなる画素アレイ部を有する固体撮像素子において、前記画素アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素情報をモニタリング用の情報として読み出すとともに、前記画素アレイ部の所定領域内の画素情報を前記モニタリング用画像の表示周期よりも短い周期でオートフォーカス用の情報として読み出す構成を採っている。

オートフォーカス機能を持つ撮像装置において、固体撮像素子からオートフォーカス用の情報が、モニタリング用画像の情報とは別に当該モニタリング用画像の表示周期よりも短い周期で出力されることで、オートフォーカス用の情報を基にフォーカス制御を行うオートフォーカス処理系では、その処理をモニタリング画像の周期よりも速い周期で行うことができる。

本発明によれば、通常のモニタリング画像を表示しつつ、モニタリング画像の周期よりも速い周期でオートフォーカス処理を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される撮像装置、例えばデジタルスチルカメラの基本構成を示すブロック図である。

ここでは、デジタルスチルカメラに適用する場合を例に挙げて説明するが、本発明はデジタルスチルカメラへの適用に限られるものではなく、ビデオカメラや、携帯電話等の携帯情報端末に搭載されるカメラモジュールなど、オートフォーカス機能を備えた撮像装置全般に適用可能である。

図１に示すように、本適用例に係るデジタルスチルカメラ１０は、カメラ部１１、画像処理部１２、画像表示部１３、ＳＤＲＡＭ１４、操作部１５、制御部１６、フラッシュメモリ１７およびリムーバブルメモリコントローラ１８を有する構成となっている。

カメラ部１１は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子、当該固体撮像素子の撮像面上に被写体像を結像するフォーカスレンズを含む光学系、当該光学系を駆動する駆動回路、固体撮像素子を駆動するための各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ、固体撮像素子から出力されるアナログ信号を処理するアナログ信号処理回路などから構成される。

画像処理部１２は、カメラ部１１から出力される画像信号に対して補間や画素混合などの信号処理を行い、輝度信号Ｙおよびクロマ信号Ｃｂ，Ｃｒに変換して記録ファイル用の画像とモニタリング用の画像（モニタリング画像）を作成するとともに、輝度信号Ｙから焦点状態に応じて変化する高周波成分を抽出してオートフォーカス（ＡＦ）の位置検出を行う。これらの処理を実行する際に、画像処理部１２は、必要に応じてＳＤＲＡＭ１４をバッファとして用いる。

画像表示部１３は、ＬＣＤ(liquid crystal display)やＥＶＦ(Electronic View Finder)などのモニタであり、画像処理部１２で作成されたモニタリング画像を表示する。操作部１５は、各種のボタン類からなるユーザーインターフェースである。ユーザによる操作部１５での操作情報は制御部１６に与えられ、制御部１６はその指示に基づいて各ブロックの動作を制御する。

フラッシュメモリ１７には、ホワイトバランス、その他各種の撮影条件などを設定するためのパラメータなどが記憶されている。リムーバブルメモリコントローラ１８は、制御部１６により制御され、リムーバブルメモリ１９に記憶されている画像データを読み出したり、そこに画像データなどを記憶させたりする。リムーバブルメモリ１９は、例えばメモリスティック（登録商標）などのフラッシュメモリにより構成される。

ここで、山登り方式と呼ばれるコントラスト方式のオートフォーカス（ＡＦ）の基本原理について図２を用いて説明する。

画像処理部１２において、カメラ部１１の固体撮像素子から得られた画像信号を輝度信号Ｙに変換した後、ハイパスフィルタを通すことによって焦点状態に応じて変化する高周波成分を抽出する。そして、この高周波成分の値をＡＦ評価枠等に基づいて評価しつつ、カメラ部１１内のフォーカスレンズをその光軸方向に駆動しながら評価値のピークを検出（ＡＦ検波）する。この評価値がピークとなるフォーカスレンズの位置、即ちコントラストが一番高くなるフォーカスレンズの位置が、ピントが合った合焦位置となる。

図３は、カメラ部１１の固体撮像素子として用いられる、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子、例えばＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す概略構成図である。本実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ３０は、出力系として画像用出力系とＡＦ（オートフォーカス）用出力系との２系統を有することを特徴としている。

図３において、画素２０が行列状に２次元配置されることによって画素アレイ部３１を構成している。ここでは、図面の簡略化のために、６行６列の画素配列を例に挙げて示している。この画素アレイ部３１の各画素２０上には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色が例えばベイヤー配列のカラーフィルタが配置されている。

画素アレイ部３１において、画素２０は、光電変換素子２１、アンプ２２および選択スイッチ２３を有する構成となっている。ただし、ここでは、画素２０の構成として一例を示したに過ぎず、この構成に限られるものではない。また、特定の行、本例では３行目と４行目の各画素２０は、画像用の選択スイッチ２３に加えて、ＡＦ用選択スイッチ２４をさらに有する構成となっている。

画素アレイ部３１には、画素列ごとに第１，第２列信号線３１１，３１２が配線されている。第１列信号線３１１には、画素２０の各々における画像用の選択スイッチ２３の各出力端が接続されている。第２列信号線３１２には、画素２０の各々におけるＡＦ用の選択スイッチ２４の各出力端が接続されている。画素アレイ部３１にはさらに、画素行ごとに第１垂直選択線３１３が配線されている。さらに、３行目と４行目の各画素２０に対しては、第２垂直選択線３１４がさらに配線されている。

第１垂直選択線３１３の各一端は、第１垂直走査回路３２の各行に対応した出力端に接続されている。第１垂直走査回路３２は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、第１垂直選択線３１３を介して画像用の選択スイッチ２３を駆動する。第２垂直選択線３１４の各一端は、第２垂直走査回路３３の３行目、４行目に対応した各出力端に接続されている。第２垂直走査回路３３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、第２垂直選択線３１４を介してＡＦ用の選択スイッチ２４を駆動する。

第１列信号線３１１の一端は、第１カラム回路３４の入力端に接続されている。第１カラム回路３４は、第１列信号線３１１を通して各行の画素２０から供給される信号を画素列ごとに受けて、その信号に対して画素固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)等の信号処理を行う画像ライン用カラム回路であり、処理後の信号を一時的に保持する。

第２列信号線３１２の一端は、第２カラム回路３５の入力端に接続されている。第２カラム回路３５は、第２列信号線３１２を通して３行目、４行目の画素２０から供給される信号を画素列ごとに受けて、その信号に対してＣＤＳ等の信号処理を行うＡＦライン用カラム回路であり、処理後の信号を一時的に保持する。

第１カラム回路３４の出力端は、第１水平選択スイッチ３６を介して第１水平信号線３８に接続されている。第２カラム回路３５の出力端は、第２水平選択スイッチ３７を介して第２水平信号線３９に接続されている。水平走査回路４０は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、第１，第２水平選択スイッチ３６，３７を駆動する。

水平走査回路４０による選択走査によって第１，第２水平選択スイッチ３６，３７が駆動されることで、第１，第２カラム回路３４，３５の各々に一時的に保持されていた信号が第１，第２水平信号線３８，３９に読み出され、画像用出力回路４１、ＡＦ用出力回路４２を介して出力される。

制御回路４３は、本ＣＭＯＳイメージセンサ３０の動作モードなどを指令するデータを図示せぬ上位装置から受け取り、また本ＣＭＯＳイメージセンサ３０の情報を含むデータを上位装置に出力するとともに、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ、水平同期信号ＨｓｙｎｃおよびマスタークロックＭＣＫに基づいて、第１，第２垂直走査回路３２，３３、第１，第２カラム回路３４，３５および水平走査回路４０などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成し、これら各回路に対して与える。

上記構成のＣＭＯＳイメージセンサ３０によれば、垂直走査系として記録ファイル用の画像やモニタリング用の画像を得るための走査を行う第１垂直走査回路３２とは別に、オートフォーカス処理のための走査を行う第２垂直走査回路３３を有し、両垂直走査回路３２，３３によって独立に操作を行うとともに、出力系として画像用出力系とＡＦ用出力系とを有することで、通常のモニタリング画像を画像表示部１３に表示しつつ、モニタリング画像の周期よりも速い（短い）周期でコントラスト方式のオートフォーカス処理を行うことができる。この場合、静止画撮像時は、ＡＦ用の走査系および出力系は使用しない。

以下に、通常のモニタリング画像を表示しつつ、モニタリング画像の周期よりも速い周期でオートフォーカス処理を行うための一具体列について説明する。

モニタリング画像を表示するに当たっては、フレームレートを上げるために、ＣＭＯＳイメージセンサ３０の全画素の情報を使用するのではなく、画素情報を間引いて使用する周知の間引き技術を用いることにする。具体的には、図４に示す例えば２１行（ライン）の画素配列において、モニタリング画像用の画素情報については、水平ライン（行）５本につき１本（画像ライン）情報を利用する垂直１／５間引きを行う。

一方、ＡＦ検波用のラインについては、画像ライン間のモニタリング画像用として使用しない水平ライン（ＡＦライン）の情報を利用することにする。このとき、ＡＦラインを隣り合う２ラインずつとすることで、図４から明らかなようにように、ベイヤー配列のカラーコーディングを維持し、当該ベイヤー配列の各色情報をオートフォーカスのための画像情報として取得することができるために、より確実なオートフォーカス制御の実現に寄与できることになる。

モニタリング用の画像としては、通常、ＶＧＡやＱＶＧＡサイズが用いられている。これら各サイズに必要な走査線数はＶＧＡ：４８０本、ＱＶＧＡ：２４０本となる。これよりも少ない場合、表示画像の解像度を変換して拡大表示しなくてはならなくなるために、モニタリング画像が粗くなって画質が劣化してしまう。

したがって、垂直１／５間引きを行う場合、モニタリング画像にＶＧＡサイズが必要ならばＣＭＯＳイメージセンサ自体は２４００本、ＱＶＧＡならば１２００本の水平ラインがあれば良い。例えば、縦横比が３：４のイメージセンサならば、縦横の画素数は２４００×３２００（７７０万画素）、１２００×１６００（２００万画素）以上あれば、それぞれの場合モニタリング画像用の画素情報について垂直１／５間引きを行い、ＡＦ検波用のラインについてモニタリング画像用として使用しない水平ラインの情報を利用することができる。

また、ＣＭＯＳイメージセンサ３０の画素数が多く、ＡＦラインが必要以上にある場合は、ＡＦラインを例えば半分に間引くことも可能になる。具体的には、ＡＦラインを間引かない場合には、図４に示すように、ライン３，４、ライン８，９、ライン１３，１４、ライン１８，１９がＡＦラインになるのに対して、図５に示すように、ライン８，９およびライン１８，１９をＡＦラインに用いないことで、ＡＦラインを半分に間引くことができる。これら画素数と水平間引きとの関係を図６に示す。

なお、モニタリング画像用のラインでは、水平方向のラインでも画素が十分な数存在するために、例えば画素５個のうち１個を用いる水平１／５間引きを行うようにする。ＡＦラインでは、例えば水平１／３間引きを行うようにする。データが密すぎると計算量が増え、粗すぎるとＡＦの性能を落とすことになるので、これらのバランスで間引き率を決めるようにする。

実際には、画素情報を単純に間引いて画素情報数を減らすのではなく、画素情報を画素間で加算（画素加算）して画素情報数を減らすようにした方が望ましい。何故ならば、画素加算を行うことで、１画素の信号量が約加算画素数倍になるために、ランダムノイズを低減し、よりきれいな画像を得ることができるからである。一例として、図７に、画像ラインに関して水平１／５間引き５画素加算、ＡＦラインに関して水平１／３間引き３画素加算の概念を示す。

さらに、ＡＦ処理を高速で実行するために、ＡＦを行う範囲、即ち被写体とフォーカスレンズとの間の距離を測定するための所定範囲（以下、「測距枠」と記述する）を絞り込む。例えば、カメラでは全画面でのＡＦ（マルチＡＦ）だけでなく、図８に示すように、中央部のみに測距枠を設定してＡＦ（スポットＡＦ）を行うモード（Ａ）や、中央部に加えてその上下左右の５箇所に測距枠を設定してＡＦ（５点測距）を行うモード（Ｂ）などある。

図９に、スポットＡＦの場合（図８（Ａ）の場合）の画素イメージを示す。ここでは、モニタリング用画像に関して水平・垂直１／５間引きで水平方向５画素加算を行い、ＡＦラインに関して垂直間引きなしで水平方向に１／３間引き３画素加算を行う場合を例に挙げて示している。

ＡＦ処理するデータ量は、ＣＭＯＳイメージセンサ３０の面積でほぼ決まるために、例えば測距枠（ＡＦ枠）のサイズが全体の縦１／４、横１／５とすると、処理時間は１フィールドを読み出すのに要する時間（フィールド周期：モニタリング画像の表示周期）Ｖの１／２０、即ち１μｓｅｃ以下となる。この速度で第２垂直走査回路３３にてＡＦラインを走査しながら、画像ラインについては通常の１フィールドを読み出す速度で第１垂直走査回路３２にて順次走査することにより、この場合表示サイズがＱＶＧＡならば２００万画素以上のイメージセンサを用いることで、モニタリング画像を正常に表示しつつ、コントラスト方式ＡＦ処理を高速化することができる。

因みに、５点測距の場合（図８（Ｂ）の場合）は、各測距枠の大きさは、イメージセンサの大きさの縦１／４、横１／５、測距枠のデータを読み込む時間は、５枠分で１／２０Ｖ×５＝１／４Ｖとなる。つまり、イメージセンサのサイズの縦１／４、横１／５の測距枠を用いた５点測距の場合、モニタリング画像の画素情報をＡＦ処理に用いる場合の４倍の速さを見込めることになる。

図１０に、５点測距の場合の画素ライン、ＡＦラインの読み出しおよびフォーカスレンズの駆動（ウォブリング）のシーケンスを示す。

このように、各々独立して動作可能な２つの垂直走査回路（２ｃｈ垂直走査系）３２，３３を有し、これら垂直走査回路３２，３３によって画像ラインおよびＡＦラインについて独立して垂直走査を行うことで、オートフォーカスの処理周期がモニタリング画像の周期Ｖの制限を受けないために、オートフォーカスの処理時間を任意に設定できる利点がある。

また、モニタリング時（スルー画生成時）に垂直方向の間引き加算を行わず画像ラインとＡＦラインとを明確に分けることにより、モニタリング周期（モニタリング画像の表示周期）Ｖよりも速い周期でＡＦ処理を行うことが可能となるために、ＡＦ処理の高速化を実現できる。このとき、水平方向には画素加算を行うと、ランダムノイズの影響を低減できるために、モニタリング画像をよりきれいに表示することが可能となる。

また、ＡＦラインをモニタリング周期Ｖより高速に駆動する場合、画像ラインよりも露光時間が短くなるために、先述したように、ＡＦラインのゲインをより上げてＡＦ処理するといった工夫も効果的である。

さらに、本実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサのように、ＡＦラインに対して、通常の列信号線３１１および垂直選択線３１３とは別にＡＦ専用の列信号線３１２および垂直選択線３１４を追加し、モニタリング時のスルー画表示しているときに画像ラインとＡＦラインを独立で駆動し、信号処理も並列で行えるようにすることで、ＡＦ処理をＶ周期と非同期で行えるために、ＡＦの自由度が上がり、より高速に駆動することができる。当然、画像キャプチャー時は全画素タイミングを揃えて画像生成に使用する。

（変形例）
なお、上記実施形態では、各々独立して動作可能な２つの垂直走査回路３２，３３を用いて画像ラインおよびＡＦラインの垂直走査を独立に行うとしたが、画像ライン走査用の垂直走査回路３２をアドレスデコーダで構成し、かつ当該垂直走査回路３２をＡＦラインの走査に兼用した構成（１ｃｈ垂直走査系の構成）を採ることも可能である。このとき、出力系についても１系統で良いことになる。

この場合にも、２ｃｈ垂直走査系の場合と同様に、モニタリング用画像に関して水平・垂直１／５間引きで水平方向５画素加算を行い、ＡＦラインに関して垂直間引きなしで水平方向に１／３間引き３画素加算を行うものとし、また例えば測距枠のサイズがイメージセンサの全体の縦１／４、横１／５とすると、処理時間は１フィールドを読み出すのに要する時間Ｖの１／２０となる。

この速度でＡＦラインを走査しながら、画像ラインについては通常の１フィールドを読み出す速度で順次走査することにより、この場合表示サイズがＱＶＧＡならば２００万画素以上のイメージセンサを用いることで、モニタリング画像を正常に表示しつつ、コントラスト方式ＡＦ処理を高速化することができる。

以下に、単一の垂直走査回路（１ｃｈ垂直走査系）３２によって画像ラインおよびＡＦラインを走査する場合のシーケンスについて具体的に説明する。

図１１は、スポットＡＦの場合（図８（Ａ）の場合）の画素ライン、ＡＦラインの読み出しおよびフォーカスレンズの駆動（ウォブリング）のシーケンスを示す図である。

図１１に示すように、まずは単一の垂直走査回路３２による垂直走査によって画像ラインの画素情報を順に読み込んでいく。このとき、水平走査回路４０による水平走査によって水平方向の画素間引きや加算を行う。そして、例えば２００万画素のイメージセンサとＱＶＧＡのモニタを用いた場合に、例えば５回に分けて画像ラインの読み込みを行い、各読み込み動作の間に測距枠内の全ＡＦラインの読み込みを行うものとする。

具体的には、水平方向１／５間引き５画素加算した画像ラインを１〜４８本読み込んだところで、測距枠内のＡＦラインを全部読み込む（水平方向１／３間引き３画素加算している）。測距枠内のＡＦラインの読み込みが終わったら、４９本目以降再度画像ラインを読み、９６本読み込んだ段階で再び測距枠内のＡＦラインを全部読み込む。

このとき、ＡＦラインの露光時間は、１回目の読み込みが終わってから２回目の読み込みが開始されるまでの時間となり、画像ラインの露光時間に比べて非常に短いために、ＡＦラインを読み込むときは適切なレベルにゲインを上げるようにしても良い。

この画像ラインの読み込みと測距枠内のＡＦラインの読み込みの動作を画像ライン２４０本まで繰り返すことで、例えば１Ｖ期間中に５回ＡＦ処理が可能になる。すなわち、１回のＡＦ処理に要する時間は１Ｖ期間の１／５の時間となる。

このような単一の垂直走査回路３２による画像ラインの走査および測距枠内のＡＦラインの走査、即ち画像ラインを一定ライン数分だけ読み込み、次いで測距枠内のＡＦラインを読み込み、以降この読み込み動作を最終画像ラインまで繰り返す走査は、垂直走査回路３２を駆動制御する制御回路４２（図３参照）にあらかじめその走査順にラインのアドレスをプログラミングしておくことで容易に実現できる。

モニタリング画像を表示するに当たって、画像ラインの各読み込み動作の間に測距枠内の全ＡＦラインの読み込み動作が入ることで、ＣＭＯＳイメージセンサからはモニタリング画像用の画素情報が間欠的に出力されることになるが、画素情報が欠ける時間は極めて短く、視覚上違和感を覚えない範囲内の時間であるため実用上何ら問題ないと言える。

さらにＣＭＯＳイメージセンサから間欠的に出力される画像データを例えばＳＤＲＡＭ１４（図１参照）に順に蓄え、１画面（１フィールド）分の画像データが揃った段階で画像表示部１３（図１参照）に出力する構成を採ることで、１画面分の画像データの連続性を確保することができる。

図１２は、５点測距の場合（図８（Ｂ）の場合）の画素ライン、ＡＦラインの読み出しおよびフォーカスレンズの駆動（ウォブリング）のシーケンスを示す図である。

測距枠が５枠の場合においても、スポットＡＦの場合と同じように考えると、そのシーケンスは図１２に示すようになるが、読み込む測距枠の数が増えた分だけ検出処理するＡＦライン数が増えるために、ＡＦ処理の速度は、スポットＡＦの場合より遅くなる。ここでは、１Ｖ中に４回ＡＦ処理する場合を示している。

コントラスト方式ＡＦでは、さらにＡＦ処理の速度を速くするために、フォーカスレンズを被写界深度内で振幅させて得られる評価値を比較し、評価値が高い方へフォーカスレンズを動かすウォブリングを行うことが多い。

通常、モニタリング画像を表示しながらコントラスト方式ＡＦを行う場合はサンプル抽出をＶ周期で行うために、フォーカスレンズもＶ周期で振動させる必要がある。ウォブリングを併用したコントラスト方式ＡＦ処理をより速くするには、このフォーカスレンズの振幅運動の周期も速くしなくてはならないが、図１１および図１２から分かる通り、単純にＶ周期を速くしてイメージセンサからの読み込み速度を高速にする場合に比べると、フォーカスレンズの駆動スピードを抑えることができるメリットがある。

また、上述したように、画像ラインとＡＦラインの垂直走査を別周期で行うと、モニタリングの画像に合わせた露出を行う場合、ＡＦラインの蓄光時間が短くなりＡＦ検出用データを得にくくなる問題がある。そこで、ＡＦラインからデータを読み出す際はゲインを上げる方法が有効になる。

なお、上記実施形態では、ＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はＣＭＯＳイメージセンサへの適用に限られるものではなく、他のＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子、さらにはＣＣＤイメージセンサに代表される電荷転送型固体撮像素子にも適用可能である。

ただし、電荷転送型固体撮像素子では、Ｘ−Ｙアドレス型固体撮像素子と異なり、画素単位で画素情報を読み出すことができず、全画素の情報を一度に垂直転送路に読み出し、かつ水平転送路を介して出力することになる。したがって、電荷転送型固体撮像素子に適用する場合は、一度に読み出す全画素情報の露光時間をＡＦ処理に対応した時間に設定して、その読み出し動作を複数回繰り返して実行し、この複数回に亘って読み出した画素情報をメモリで加算処理してモニタリング画像用として用いるようにすれば良い。

本発明が適用されるデジタルスチルカメラの基本構成を示すブロック図である。 コントラスト方式オートフォーカスの基本原理の説明図である。 本発明の一実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す概略構成図である。 ＡＦ高速読み出しのイメージ図である。 ＡＦライン間引きの場合のＡＦ高速読み出しのイメージ図である。 ＡＦラインの間引きなしおよび間引きありの場合の画素数と水平間引きとの関係を示す図である。 画像ラインに関して水平１／５間引き５画素加算、ＡＦラインに関して水平１／３間引き３画素加算の概念図である。 測距枠の例を示す図である。 スポットＡＦの場合の画素イメージを示す図である。 ２ｃｈ垂直走査系による５点測距の場合の画素ライン、ＡＦラインの読み出しおよびフォーカスレンズの駆動のシーケンスを示す図である。 １ｃｈ垂直走査系によるスポットＡＦの場合の画素ライン、ＡＦラインの読み出しおよびフォーカスレンズの駆動のシーケンスを示す図である。 １ｃｈ垂直走査系による５点測距の場合の画素ライン、ＡＦラインの読み出しおよびフォーカスレンズの駆動のシーケンスを示す図である。

符号の説明

１０…デジタルスチルカメラ、１１…カメラ部、１２…画像処理部、１３…画像表示部、１４…ＳＤＲＡＭ、１５…操作部、１６…制御部、１７…フラッシュメモリ、１８…リムーバブルメモリコントローラ、１９…リムーバブルメモリ、２０…画素、２１…光電変換素子、２２…アンプ、２３…選択スイッチ、２４…ＡＦ用選択スイッチ、３０…ＣＭＯＳイメージセンサ、３１…画素アレイ部、３２…第１垂直走査回路、３３…第２垂直走査回路、３４…第１カラム回路、３５…第２カラム回路、３６…第１水平選択スイッチ、３７…第２水平選択スイッチ、４０…水平走査回路、４１…画像用出力回路、４２…ＡＦ用出力回路

Claims (7)

1. 光電変換素子を含む画素が行列状に２次元配置されてなる画素アレイ部と、
   前記画素アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素情報をモニタリング用画像の情報として読み出すとともに、前記画素アレイ部の所定領域内の画素情報を前記モニタリング用画像の表示周期よりも短い周期でオートフォーカス用画像の情報として読み出す駆動手段と
   を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記駆動手段は、前記オートフォーカス用画像の情報を前記モニタリング用画像の情報とは異なる行から読み出す
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 前記駆動手段は、情報を読み出す行の画素間で各情報を加算して前記オートフォーカス用画像および前記モニタリング用画像の各情報として読み出す
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
4. 前記駆動手段は、前記モニタリング用画像の情報として読み出す画素を走査する第１走査手段と、前記所定領域内の画素を走査する第２走査手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
5. 前記駆動手段は、前記モニタリング用画像の情報として読み出す画素を第１ラインから一定のライン数分だけ走査し、次いで前記所定領域内の全ラインを走査し、以降これらの走査を最終ラインまで繰り返す単位の走査手段を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
6. 光電変換素子を含む画素が行列状に２次元配置されてなる画素アレイ部を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記画素アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素情報をモニタリング用画像の情報として読み出すとともに、前記画素アレイ部の所定領域内の画素情報を前記モニタリング用画像の表示周期よりも短い周期でオートフォーカス用画像の情報として読み出す
   ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
7. 光電変換素子を含む画素が行列状に２次元配置されてなる画素アレイ部を有する固体撮像素子と、
   被写体像を前記固体撮像素子の撮像面上に結像するフォーカスレンズを含む光学系と、
   前記固体撮像素子の出力信号に基づいて前記フォーカスレンズをその光軸方向において駆動する制御手段とを備え、
   前記固体撮像素子は、
   前記画素アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素情報をモニタリング用画像の情報として読み出すとともに、前記画素アレイ部の所定領域内の画素情報を前記モニタリング用画像の表示周期よりも短い周期でオートフォーカス用画像の情報として読み出す駆動手段を有し、
   前記制御手段は、前記オートフォーカス用画像の情報に基づいて前記フォーカスレンズを駆動制御する
   ことを特徴とする撮像装置。
   

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