JP2935901B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置に関し、特に
その自動焦点調整（以後ＡＦと記す）に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は被写体を撮像する固体撮像素子の
出力より画像のボケ量を検出し自動的に合焦させる機能
を持ったＡＦ機能付スチルビデオカメラのブロック図で
ある。図３において、１はレンズユニット、２はレンズ
駆動モータであり、３は絞り、４は絞り駆動回路であ
る。５は被写体の光学像を電気信号に変換する固体撮像
素子であり、垂直方向に任意の行を指定してリセットし
また読み出すことが出来るものである。６は固体撮像素
子５の出力をＡ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換する
Ａ／Ｄ変換回路である。７はＡ／Ｄ変換回路６の出力を
記憶するフィールドメモリである。８はボケ量をあらわ
すＥＳ値（後述）を算出するＥＳフィルタである。９は
システム全体を制御するシステム制御回路である。１０
はメモリ７の出力にたいしてγ変換，帯域制限等の処理
を行う撮像信号処理回路である。１１は撮像信号処理回
路１０の出力をＤ／Ａ（ディジタル−アナログ）変換す
るＤ／Ａ変換回路である。１２はＤ／Ａ変換回路１１の
出力をＦＭ変調するＦＭ変調回路である。１３はＦＭ変
調回路１２の出力を電流増幅するＲＥＣ（記録）アンプ
である。１４は磁気ヘッド、１５は記録媒体である磁気
シート、１６は磁気シート１５を回転させるモータ、１
７はモータ１６の回転を安定させるためのモータサーボ
回路である。２０はレリーズスイッチであり、このスイ
ッチの投入とともに一連の撮影動作が開始される。

【０００３】図５は垂直方向に任意の行を指定してリセ
ットしまた読み出すことの出来る固体撮像素子５の構成
例であり、ＦＧＡ（floating gate array)と呼ばれる構
造を例としている。ＦＧＡ型固体撮像素子についての詳
細な説明は文献（IEEE TRANSACTION OF ELECTRON DEVIC
E VOL.35.NO.5.MAY 1988 p646-652)に記述されているの
でここでは簡単な説明にとどめる。

【０００４】図５において、１０１は受光素子である。
受光素子１０１はＪＦＥＴ（接合型電界効果トランジス
タ）のゲートと水平アドレス線１０３との結合容量Ｃ０
を有している。１０２は受光素子１０１を構成するＪＦ
ＥＴのソースの負荷であり、受光部１０１のＪＦＥＴと
ともにソースフォロアを構成している。１０３は、水平
アドレスラインであり、結合容量Ｃ０によって受光部１
０１を構成する１水平ライン分のＪＦＥＴのゲートと共
通に容量結合されている。１０４は、垂直走査デコーダ
であり、ライン選択データによって選択されたラインの
水平アドレス線にはリセットパルスφＶＨを、選択され
ないラインの水平アドレス線にはオフパルスφＶＬを与
える。リセットパルスφＶＨがローのときは、受光素子
１０１のＪＦＥＴがオンになりゲート電圧がソースに現
れる。リセットパルスφＶＨがハイのときは、受光部の
結合容量Ｃ０が所定の電荷量に充電され、受光部１０１
の電位は所定電位にリセットされる。オフパルスφＶＬ
がハイのときは、受光素子１０１のＪＦＥＴがオンにな
りゲート電圧がソースに現れる。オフパルスφＶＬがロ
ーの時は受光素子１０１のＪＦＥＴがオフになりゲート
電位は出力に現れない。１０５は垂直信号線であり、同
一列の各受光素子１０１のソースに共通接続されてお
り、垂直走査デコーダによって選択されたラインの受光
素子１０１のゲート電位が現れる。１０６は垂直信号線
１０５の本数分のクランプ回路で構成されているクラン
プ回路であり、垂直信号線１０５のそれぞれの電位をク
ランプパルスφｃがハイの時の基準電位ＶＲに固定す
る。１０７は、サンプルホールド回路兼ラインメモリで
あり、垂直信号線１０５の本数分のホールドキャパシタ
とスイッチによって構成されていて、φｓｈがハイのと
きのそれぞれの垂直信号線の電位レベルをサンプルしロ
ーになる瞬間の電位をホールドする。垂直信号線１０５
より切り離されたホールドキャパシタは水平ラインメモ
リとなる。１０８は水平信号線の電位を出力する出力ア
ンプである。１０９はその水平信号線である。１１０は
サンプルホールド回路兼ラインメモリ１０７の信号を水
平信号線と接続するスイッチで、水平シフトレジスタ１
１１によって走査される。

【０００５】図６はＦＧＡ型固体撮像素子の駆動タイミ
ングチャートである。水平ブランキング期間の開始直後
にラインアドレスデータが設定される。次にオフパルス
φＶＬをローにすることによって、選択されたライン以
外のラインの受光素子のＪＦＥＴはオフし、選択された
ラインの信号だけが垂直信号線１０５に現れる。この際
現れた信号はクランプパルスφｃによって基準電位ＶＲ
にクランプされた後、サンプルホールドパルスφｓｈに
よってそのレベルがサンプルされる。次にクランプパル
スφｃがローになり、次にリセットパルスφＶＨがハイ
になり、選択されたラインの受光素子１０１の電荷が全
てリセットされ、垂直信号線１０５の出力が変化する。
リセットパルスφＨがローになった後、サンプルホール
ドパルスφｓｈによって垂直信号線１０５に現れた電位
をサンプルホールドすることによって、受光素子１０１
のリセット前とリセット後の電位の変化をサンプルホー
ルド回路兼ラインメモリ１０７に記憶する。次にオフパ
ルスφＶＬが中間電位になる。次に蓄積時間を制御する
ためにリセットすべきラインのアドレスがラインアドレ
スデータとして設定され、リセットパルスφＨがハイと
なることによって指定ラインの受光素子１０１の電荷が
リセットされる。この動作が終了するとクランプパルス
が再びハイになり垂直信号線の電位がクランプされる。
次にラインメモリ１０７のシフトレジスタによる走査が
開始され、Ｈブランキング期間が終了する。垂直走査は
ラインアドレスデータを与えることによってランダムに
行うことが可能である。蓄積時間はリセットするライン
のアドレスを読み出しに先だって数Ｈ（水平走査期間）
前に与えることによって設定することが出来、フォーカ
ルプレーンの電子シャッタ動作となる。

【０００６】図７は受光素子１０１の出力変化を示した
図であり、時刻ｔ１にリセットパルスφＶＨによって出
力はリセットされる。光が照射されていれば時間経過に
ともなって出力電位が上昇する。ｔ２にて再びリセット
される直前の電位にサンプルホールド回路兼ラインメモ
リ１０７の電位がクランプされる。ｔ３にてリセットさ
れた直後の電位をサンプルホールドすることによって、
読出し信号値を得る。

【０００７】図８は従来のＡＦ機能付スチルビデオカメ
ラの動作シーケンスを示す図である。時刻Ｔ０にレリー
ズスイッチが投入されると一連の撮影シーケンスが開始
される。時刻Ｔ０からＴ１の間にある絞り値にて蓄積時
間を変えながらＭ回の走査すなわち測光走査を行い固体
撮像素子５の出力の平均値よりＴＴＬ方式で最適絞り値
Ａｖおよび最適シャッタスピードＴｖを算出する。Ｔ１
からＴ２の間に絞りを解放に設定し、Ｔ２からＴ３の間
にレンズをＮ段ステップもしくは連続的に無限遠から至
近までのピント位置までレンズユニット１をレンズ駆動
モータ２によって移動させ焦点の条件を変化させるとと
もに、Ｎ回のＡＦ走査を行い、Ｎ回の走査における固体
撮像素子５の出力からボケ量を算出することによって、
最もボケ量の少ない位置すなわち最適ピント位置を算出
する。Ｔ３からＴ４の間に絞り値をＡｖに設定すると同
時にレンズユニット１を最適ピント位置に設定する。Ｔ
４から１水平走査期間（以下１Ｈと記す）に１ラインの
電荷をリセットするリセット走査を行い、次にＴ５から
読出し走査を行うとともに磁気シート１５に処理信号を
記録する。

【０００８】図９はボケ量を検出するための手法の１つ
であるＥＳ法の説明をする図である。ＥＳ法に関しては
米国特許第４８０４８３１号明細書に開示されているの
でここでは簡単な説明にとどめる。同図において（ａ）
は映像信号であり合焦時はエッジが立ち、非合焦時はエ
ッジが寝る。（ｂ）は映像信号を微分波形の絶対値Ｄで
ある。（ｃ），（ｄ）はそれぞれ微分波形Ｄの遅延信号
ＤＬ１，ＤＬ２であり、（ｅ）は積分波形Ｉであり映像
信号のエッジ部のコントラストをあらわす。（ｆ）のご
とくＤをＩで割算することによってエッジの鋭さを示す
ＥＳ値をあらわす。図４はＥＳフィルタ８の構成例であ
る。図４において２０１は微分回路、２０２は絶対値回
路、２０３は遅延回路、２０４は積分回路、２０５は割
算回路である。２０６はピークホールド回路である。画
像情報の中で最もＥＳ値の高かった値をその被写体の合
焦位置のＥＳ値と判断する。

【０００９】図１０は合焦位置を求めるためにＡＦ走査
を行う際のレンズ位置とＥＳ値の変化を示した図であ
る。この例ではレンズ送りは最小位置から最大位置まで
連続的に送り、その間１垂直走査（以下１Ｖと記す）期
間毎に画像情報を固体撮像素子５に蓄積し、その信号を
走査しその画像情報からＥＳ値を求めて最もＥＳ値が大
きかった位置を合焦位置とする。

【００１０】図１１はこのようにＥＳ値のごときボケ量
を検知するための固体撮像素子５の従来の駆動方法を示
すタイミング図である。図１１のように、従来はＶブラ
ンキング期間終了後全画素の読出し走査を行い同時に全
画素のリセット走査も行っていた。これらの走査アドレ
スの垂直方向の指定は、図６に示したように水平ブラン
キング期間毎に行うリセット走査のラインアドレスが指
定されてから読出し走査アドレスが指定されるまでの時
間差（水平走査期間単位で設定できる）が露出電荷の蓄
積時間となる。読出し開始位置のアドレスＹがＶブラン
キング期間の終了直後、例えば時刻ｔ３に設定されると
すると、リセット走査開始位置のアドレスＹをｔ１に設
定することによって蓄積時間は最大（１Ｖ期間）にな
り、ｔ３に設定することによって蓄積時間は最小（０）
になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ＡＦの精度を保つため
には１２回程度のＡＦ走査が必要な場合があるが、前記
従来の駆動方法では１回のＡＦ走査に必ず１Ｖ期間かか
ってしまうためＡＦ走査の終了までに２００ｍＳ程度の
時間がかかってしまい、レリーズしてからのタイムラグ
が大きくなってしまい、このタイムラグを減らそうとす
れば、ＡＦ走査の回数を減らさなければならず、ＡＦ精
度が落ちてしまうという問題があった。

【００１２】本発明はこのような事情のもとでなされた
もので、ＡＦ精度を落すことなくレリーズからのタイム
ラグを減らすことのできる撮像装置を提供することを目
的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、ＡＦのための走査範囲を測距枠に対応する範
囲とするもので、詳しくは撮像装置をつぎの（１），
（２）のとおりに構成するものである。

【００１４】（１）垂直方向及び水平方向に配列された
複数の受光素子を有する受光領域と、垂直方向に任意の
走査ラインを読み出し走査する読出し走査手段と、垂直
方向に任意の走査ラインをリセット走査するリセット走
査手段と、焦点の条件を変化させる毎に、前記受光領域
内の測距枠の垂直方向の範囲に対応する走査ラインをリ
セット走査し、前記リセット走査から所定時間経過後、
前記測距枠の垂直方向の範囲に対応する走査ラインを読
出し走査することにより、焦点の条件を変化させる毎に
読み出される前記測距枠の垂直方向の範囲に対応する走
査ライン内の信号に基づいて焦点調整を行う焦点調整手
段とを有することを特徴とする撮像装置。

【００１５】（２）前記（１）において、リセット走査
手段による各リセット走査に先だって全走査ラインを高
速リセット走査する高速リセット手段を備えた撮像装
置。

【００１６】

【作用】前記（１），（２）の構成によれば、測距枠に
対応する範囲でＡＦのための走査が行われる。前記
（２）の構成では、更にＡＦのための走査前に全画素の
リセットが行われる。

【００１７】

【実施例】以下本発明を実施例で詳しく説明する。

【００１８】図１は本発明の第１実施例である“スチル
ビデオカメラ”におけるＡＦ走査の範囲を示す図であ
り、図２はそのＡＦ走査の仕方を示す図である。通常測
距に用いる情報としては画面中央部の測距枠内の情報を
用いる。測距枠は大きすぎると撮影者が意図しない部分
にピントがあってしまういわゆる遠近競合という問題が
起きてしまうため、測距枠の大きさとしては縦横の長さ
をそれぞれ画面全体の１／４程度かそれ以下とすれば充
分である。したがってＡＦ走査の際は、走査範囲も測距
枠の範囲のみを走査すれば目的が果たせる。垂直方向の
読出しアドレスを任意に指定できる固体撮像素子を用い
れば測距枠の範囲外のラインを読み飛ばすことが出来
る。そこで本実施例では、図１に示すとおり測距枠の上
端の垂直アドレスをＹａ、測距枠の下端の垂直アドレス
をＹｂとし、この間をＡＦ走査範囲とする。

【００１９】なお、本実施例では、ＡＦのための撮像素
子の駆動の点を除いて従来と同様であり、図３，図４，
図５に示すブロックを備えている。

【００２０】図２は固体撮像素子５の駆動法を示す図で
ある。時刻ｔ１からｔ３（厳密にはｔ３の１Ｈ前）間に
ＹａからＹｂのアドレスを順次指定して行くことによる
測距枠の範囲のみのリセット走査を開始する。次にｔ３
からｔ４間にＹａからＹｂのアドレスを順次指定して行
くことによる測距枠の範囲のみの読出し走査を行う。こ
の際、露出電荷の蓄積時間はリセット走査が開始されて
から読出し走査が開始されるまでの期間となる。この蓄
積期間は１Ｈきざみで可変できる。次に同様にｔ３から
ｔ６の１Ｈ前までの間に、測距枠の範囲のみのリセット
走査を開始し、ｔ６からｔ７間に測距枠の範囲のみの読
出し走査を行う。このように画面の測距枠範囲のみの走
査を行うには１Ｖ期間の１／４程度しかかからないた
め、１Ｖ期間に２回以上のＡＦ走査を行うことが出来、
短期間の間に多数回のＡＦ走査を行うことが出来る。よ
ってＡＦの精度を落すことなくレリーズのタイムラグを
減らすことができる。

【００２１】図１２は高速に全画面のリセット走査を行
う方法を示す図である。単に電荷を破壊するだけであれ
ば、図１２のように順次リセットしたいアドレスをセッ
トし、ゲートを高電位にするパルスを与えれば良いの
で、垂直ブランキング期間程度の時間があれば全画素の
電荷を高速にリセットすることが出来る。第１実施例で
は読み出さない画素は全くリセットされないことにな
る。通常の条件ではアンチブルーミング機構により強い
光が照射された場合でも過剰電荷ははきだされるため問
題ないが、極端に強い光が照射されブルーミングが起き
た場合、偽信号が発生してボケ量の検出に悪影響を及ぼ
すことも考えられる。図１３はそのような場合でも問題
が生じないように、測距枠範囲のリセット走査に先だっ
て全画素の高速リセット走査を行う改良例の動作を示す
図である。この改良例を本発明の第２実施例として説明
する。図１３において、時刻ｔ３から開始されるＹａか
らＹｂのラインのリセット走査に先立ち、ｔ２からｔ３
の間に全画素の高速リセット走査を行っている。この高
速リセット走査によって周期的に全画素の電荷がリセッ
トするため測距枠の範囲外のラインの電荷が過剰に蓄積
されることが防止され、結果として極端な大光量被写体
があっても偽信号によるＡＦ精度の悪化が生じない。本
実施例では１Ｖ期間に２回の走査を行っているが測距枠
を小さくすることによってさらに走査に要する時間を短
縮することが可能であり、その際はさらに多数回のＡＦ
走査を行うことが可能である。また、ＡＦ走査時はテレ
ビレートを無視して走査間隔を垂直走査期間の間隔にと
らわれずに行ってもよい。

【００２２】なお、以上の実施例では、ＡＦ走査の際、
レンズユニットを駆動して焦点の条件を変えているが、
本発明はこれに限定されるものではなく、例えば撮像素
子を駆動するようにして実施することもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
短期間に多数回のＡＦ走査情報を得ることが出来るた
め、ＡＦの精度を高めかつレリーズタイムラグを最小に
抑えることが出来る。またブルーミングによる誤動作を
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるＡＦ走査の範囲を
示す図

【図２】第１実施例におけるＡＦ走査の仕方を示す図

【図３】従来のＡＦ機能付スチルビデオカメラのブロッ
ク図

【図４】ＥＳフィルタの構成図

【図５】ＦＧＡ型固体撮像素子の構成とその駆動回路を
示す図

【図６】ＦＧＡセンサの駆動タイミングチャート

【図７】受光素子の出力変化を示す図

【図８】従来のＡＦ機能付スチルビデオカメラの動作シ
ーケンス図

【図９】ＥＳ法の説明図

【図１０】レンズ位置とＥＳ値の変化を示す図

【図１１】固体撮像素子の従来の駆動方法を示す図

【図１２】第２実施例における高速リセットの説明図

【図１３】第２実施例におけるＡＦ走査の仕方を示す図

【符号の説明】

５ 固体撮像素子 ８ ＥＳフィルタ ９ システム制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−294169（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−220666（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−32685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−185286（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−7680（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335 H04N 5/232

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直方向及び水平方向に配列された複数
   の受光素子を有する受光領域と、 垂直方向に任意の走査ラインを読み出し走査する読出し
   走査手段と、 垂直方向に任意の走査ラインをリセット走査するリセッ
   ト走査手段と、 焦点の条件を変化させる毎に、前記受光領域内の測距枠
   の垂直方向の範囲に対応する走査ラインをリセット走査
   し、前記リセット走査から所定時間経過後、前記測距枠
   の垂直方向の範囲に対応する走査ラインを読出し走査す
   ることにより、焦点の条件を変化させる毎に読み出され
   る前記測距枠の垂直方向の範囲に対応する走査ライン内
   の信号に基づいて 焦点調整を行う焦点調整手段とを有す
   ることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 リセット走査手段による各リセット走査
   に先だって全走査ラインを高速リセット走査する高速リ
   セット手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の撮
   像装置。