JP3738652B2 - デジタルカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラに関し、特に、撮影した画像を電子的に拡大する機能を有するデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラは、画像を略一定の周期で繰り返し撮影し、その間に使用者より与えられる記録指示に応じて、撮影した画像を表す画像データを記録媒体に記録する。多くのデジタルカメラには液晶表示器等の表示装置が備えられており、表示装置は、撮影し記録した画像の再生表示と、撮影中の画像の表示に用いられている。使用者は表示される撮影中の画像すなわちライブビューを見ながら構図を設定したり合焦状態を確認したりすることができ、表示装置は電子ビューファインダとして機能する。
【０００３】
一般に、撮像素子が光電変換によって蓄積した電荷は、画素列ごとに読み出されて、画像データの生成に用いられる。表示装置の大きさの縦横比は撮像素子の縦横比と同じであるが、表示装置の画素数は撮像素子の画素数の１／１６〜１／２５程度であり、したがって、画素列の数は１／４〜１／５程度である。このため、撮影した画像を記録せず表示のみに用いるときは、４〜５の画素列につき１画素列の割合となるよう間引きしながら、撮像素子の電荷を読み出すようにしている。
【０００４】
デジタルカメラの中には、望遠レンズで撮影したような狭い画角の画像を提供するために、撮像素子の一部の領域のみの蓄積電荷を用いて記録用の画像データを生成する機能を備えるものがある。この機能はデジタルテレ機能と呼ばれている。また、合焦状態の確認を容易にするために、記録用の画像データよりも狭い画角の画像データを生成して、その画像を拡大して表示する機能を備えるデジタルカメラもある。この機能はマグニファイア機能と呼ばれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
記録用の画像を撮影するときは、デジタルテレ機能を用いる場合も通常の場合と同様に、撮像素子の全ての画素列の電荷を読み出して、不要な画素列の電荷を捨てる。このため、デジタルテレ機能では必要な画素列の数が少ないにもかかわらず、電荷の読み出しに要する時間は通常の場合と同程度になっている。したがって、デジタルテレ機能で記録用の画像を撮影したときは、原理上は次の撮影を通常よりも早く開始することが可能であるのに、実際には次の撮影を早く開始することができない状況にある。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、デジタルテレ機能を使用するときの撮像素子の電荷の読み出し効率が高いデジタルカメラを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、画素が２次元に配列された撮像素子を備え、撮像素子の各画素が光電変換により蓄積した電荷を画素列ごとに読み出して、表示用の画像データを生成してその画像データが表す画像を表示することを繰り返し、その間に与えられる記録指示に応じて記録用の画像データを生成して記録するデジタルカメラであって、記録用の画像データの画角を撮像素子の略全体に対応する画角とする全体記録モードと、記録用の画像データの画角を撮像素子の一部に対応する画角とする部分記録モードとを有するものにおいて、部分記録モードで記録指示が与えられるまでは、撮像素子の全体から複数の画素列につき１画素列の割合で電荷を読み出して表示用の画像データを生成し、部分記録モードで記録指示が与えられたときは、撮像素子の所定の領域から全ての画素列の電荷を読み出して記録用の画像データを生成するものとする。
【００１０】
このデジタルカメラは、撮影した画像全体を表す画像データを記録する全体記録モードに加え、デジタルテレ機能を実現する部分記録モードを有する。部分記録モードにおいて、記録指示があるまで、すなわち表示にのみ用いる画像データを生成するときは、撮像素子の全体から間引きしながら画素列の電荷を読み出す。一方、部分記録モードにおいて、記録指示があったとき、すなわち記録用の画像データを生成するときには、撮像素子の所定の領域から全ての画素列の電荷を読み出す。記録用の画像データの生成に不要な画素列の電荷を読み出さないようにしたことで、読み出し時間が短くなり、次の撮影を速やかに開始することが可能になる。表示専用の画像データの生成に際しては、撮像素子の全体から電荷を読み出すが、画素列を間引きしながら読み出すため、読み出しに要する時間は短く、やはり次の撮影を速やかに開始することができる。
【００１１】
部分記録モードで電荷を読み出す撮像素子の所定の領域は固定である。したがって、撮像素子や読み出し時期を制御する回路の構成が、特に複雑になることはない。
【００１２】
上記のデジタルカメラにおいて、部分記録モードでの記録用の画像データの画角を可変とし、部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも小さいときに、撮像素子の所定の領域から読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成するようにしてもよい。
【００１３】
部分記録モードでの記録用の画像データの画角が可変であるということは、デジタルテレ機能の拡大率が可変であるということである。拡大率が大きく、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも小さければ、読み出した電荷には不要な画素列の電荷が含まれることになる。この不要な電荷を捨てて必要な電荷のみを用いることで、拡大率に対応した適切な画像データが得られる。不要な電荷を読み出すことは多少無駄であるが、電荷を読み出す画素列は撮像素子の所定の領域のものに限られているため、次の撮影を速やかに開始することに何の影響も及ぼさないし、構成の複雑化を避ける上で好ましい。
【００１４】
部分記録モードでの記録用の画像データの画角を可変とし、部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも大きいときに、撮像素子の全体から全ての画素列の電荷を読み出して、読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成するようにしてもよい。
【００１５】
拡大率が小さく、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも大きければ、所定の領域の画素列の電荷だけでは拡大率に対応した画像データを生成することはできない。したがって、この場合は、撮像素子の全体から全ての画素列の電荷を読み出して画像データを生成する。読み出した電荷には不要な画素列の電荷が含まれることになるが、この不要な電荷を捨てて必要な電荷のみを用いることで、拡大率に対応した適切な画像データが得られる。撮像素子の全ての画素列の電荷を読み出すため、読み出しに要する時間は長くなるが、その不都合よりも、拡大率を自由に変え得るという利点の方が大きい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のデジタルカメラの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のデジタルカメラ１の外観を図１〜図３に示し、その回路構成の概略を図４に模式的に示す。図１はデジタルカメラ１の正面図、図２は背面図、図３は上面図である。
【００２６】
デジタルカメラ１は前面に撮影レンズ１１を有し、背面に２つの表示部１２、１３を有する。上面には押しボタン式のシャッタースイッチ１４、押しボタン式のスイッチ１５およびスライド式のスイッチ１６が設けられており、背面にはスライド式のスイッチ１７が設けられている。図示しないが、デジタルカメラ１の底面には記録媒体であるメモリカード１８（図４参照）を装着するための挿入口が設けられている。
【００２７】
図４に示すように、撮影レンズ１１の瞳位置には絞り１１ａが備えられており、また、撮影レンズ１１の後方には撮像素子２１が配置されている。デジタルカメラ１は、撮影レンズ１１を透過した撮影対象からの光を撮像素子２１で光電変換して電荷とすることにより画像を撮影し、撮像素子２１が蓄積した電荷を後述の諸回路で処理することにより、画像を表す画像データを生成する。生成した画像データが表す画像は表示部１２、１３に表示され、また、シャッタースイッチ１４の操作により与えられる記録指示に応じて、画像データはメモリカード１８に記録される。画像の撮影や表示は略一定の周期、例えば１／３０秒で繰り返し行われる。
【００２８】
一方の表示部１２は、大型の液晶表示器（ＬＣＤ）より成り、記録用の画像データが表すと同じ画角の画像を表示する。使用者は数十ｃｍ以上離れたところから表示部１２に表示された画像を観察することができる。以下、表示部１２をモニターともいう。
【００２９】
他方の表示部１３は、小型のＬＣＤ１３ａ、凸レンズ１３ｂおよび反射ミラー１３ｃより成る。ＬＣＤ１３ａは、記録用の画像データが表す画像と同じ画角、またはそれより小さな画角の画像を表示する。使用者は数ｃｍ以下の距離からレンズ１３ｂおよびミラー１３ｃを介してＬＣＤ１３ａを見ることにより、表示された画像をさらに拡大して観察することができる。レンズ１３ｂは接眼レンズである。以下、表示部１３を電子ビューファインダあるいはファンイダともいう。
【００３０】
使用者は、モニター１２または電子ビューファインダ１３に表示される画像を見ながら構図を設定したり、撮影対象に対する撮影レンズ１１の合焦状態を確認したりすることができる。モニター１２とファインダ１３のどちらに画像を表示するかは切り換え可能であり、この切り換えはスイッチ１７の設定により行われる。モニター１２およびファインダ１３のＬＣＤはいずれも、水平（横）方向に６４０、垂直（縦）方向に４８０の画素を有する。
【００３１】
撮像素子２１は、水平方向に２５６０、垂直方向に１９２０の画素を有するエリアセンサである。各画素には赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光または青色（Ｂ）光を選択的に透過させるフィルターのいずれかが設けられており、全ての画素はＲ光用、Ｇ光用およびＢ光用の３種に分類される。これら３種の画素はベイヤー型に配列されている（図７参照）。
【００３２】
デジタルカメラ１の回路構成について、図４を参照して説明する。デジタルカメラ１は、撮像素子２１よりアナログ信号として出力される電荷を処理する相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路２２および自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路２３、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２４、デジタル信号を処理して撮影された画像を表す画像データを生成する画像処理ＣＰＵ２５、ならびに画像処理ＣＰＵ２５が一時的な記憶に利用する画像メモリ２６を備えている。
【００３３】
ＣＤＳ回路２２は撮像素子２１が出力するアナログ信号のノイズを低減させ、ＡＧＣ回路２３は、そのゲインによってＣＤＳ回路２２からの全ての信号のレベルを調整する。Ａ／Ｄコンバータ２４は、ＡＧＣ回路２３からのアナログ信号を１０ビットのデジタル信号に変換する。
【００３４】
画像処理ＣＰＵ２５は、デジタル化された信号に画素補間２５ａ、解像度変換２５ｂ、カラーバランス調整２５ｃ、およびガンマ補正２５ｄの処理を行って、撮影された画像を表す画像データを生成する。また、メモリカード１８に記録する画像データについては、画像圧縮２５ｅの処理を行う。画像処理ＣＰＵ２５は、Ａ／Ｄコンバータ２４からのデジタル信号をまず画像メモリ２６に書き込み、その後画像メモリ２６からの信号の読み出しと画像メモリ２６への信号の書き込みを行いながら画素補間２５ａ〜画像圧縮２５ｅの処理を進めていく。
【００３５】
画素補間２５ａは、撮像素子２１の各画素の位置において欠落する信号（例えばＧ光用の画素の位置でのＲおよびＢの信号）を周囲の画素の信号から生成するものである。これにより、各画素に対応してＲ、Ｇ、Ｂの３つの信号が得られる。Ｇの信号については４画素の信号の中間２値の平均値、ＲおよびＢの信号については２画素の信号の平均値を求める。
【００３６】
解像度変換２５ｂは、画素補間後の信号から、水平方向および垂直方向のそれぞれについて、所定数の信号を抽出するものである。信号の抽出は、抽出した信号で構成される画像データの用途に応じて行われ、所定範囲内の連続する信号を抽出することもあれば、全範囲から所定の間隔で離間した信号を抽出する、すなわち間引くこともある。これにより、画像データが表す画像の範囲が定まる。解像度変換２５ｂでは、水平方向および垂直方向の信号列の複写も行う。信号列の複写は、後述の拡大表示モードで表示する画像の解像度を変換するために利用される。
【００３７】
カラーバランス調整２５ｃは、適正なホワイトバランスとなるように、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号群ごとの強度を調整するものである。具体的には、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号の強度と分布に基づいて本来白色である部分を推測し、その部分について、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号のそれぞれについての平均値を求めて、Ｇ／Ｒの強度比とＧ／Ｂの強度比からＲ、Ｇ、Ｂの各信号の強度を補正する。
【００３８】
ガンマ補正２５ｄは、モニター１２、ファインダ１３、あるいはメモリカード１８を介して画像データを使用する外部機器に適合するように、信号強度に非線形化を施すものである。画像圧縮２５ｅは、ＪＰＥＧ方式に従って離散コサイン変換（ＤＣＴ）およびハフマン符号化を行い、画像データを圧縮するものである。なお、メモリカード１８に記録した画像データを読み出してモニター１２に再生表示することも可能であり、その場合、画像処理ＣＰＵ２５は、読み出した画像データに圧縮の逆処理を施して、圧縮前の画像データを再生する。
【００３９】
デジタルカメラ１は、このほか、カメラ制御ＣＰＵ３１、絞りドライバ３２、センサドライバ３３、ビデオエンコーダ３４、カードドライバ３５を備えている。カメラ制御ＣＰＵ３１はデジタルカメラ１の全体を制御する。カメラ制御ＣＰＵ３１は、シャッタースイッチ１４をはじめとする前述の諸スイッチを含む操作部３６に接続されており、操作部３６から与えられる信号に応じてデジタルカメラ１の動作を制御する。絞りドライバ３２は絞り１１ａを駆動し、センサドライバ３３は、光電変換によって蓄積した電荷の出力のタイミングを示す制御信号を生成して撮像素子２１に与える。
【００４０】
シャッタースイッチ１４により記録指示が与えられるまでの撮影においては、絞り１１ａを開放した状態とし、撮像素子２１の光電変換時間（電子シャッター速度）を調整することにより露光量を制御する。記録指示が与えられたとき、すなわち記録用の画像を撮影するときは、あらかじめ定められた関係に従って絞り１１ａの口径と光電変換時間を設定して、露光量を制御する。露光量の制御は、撮像素子２１の中央部の一部の領域からの信号の強度に基づいて行う。
【００４１】
ビデオエンコーダ３４は画像処理ＣＰＵ２５から与えられる画像データを、ＮＴＳＣ方式またはＰＡＬ方式でエンコードして、モニター１２およびファインダ１３に出力する。カードドライバ３５は、画像処理ＣＰＵ２５から与えられる画像データをメモリカード１８に書き込み、また、メモリカード１８から画像データを読み出して画像処理ＣＰＵ２５に与える。
【００４２】
デジタルカメラ１は、画像データの記録に関して、全体記録モードと部分記録モードの２モードを有する。全体記録モードは、撮像素子２１の全体に対応する大きな画角の画像を表す画像データを生成するものであり、部分記録モードは、撮像素子２１の一部に対応する小さな画角の画像を表す画像データを生成するものである。部分記録モードによりデジタルテレ機能が実現される。
【００４３】
部分記録モードの画角は、全体記録モードの画角の２／３、１／２および１／４の３つの画角の中から選択することができる。すなわち、部分記録モードの拡大率は１．５倍、２倍または４倍（面積では２．２５倍、４倍または１６倍）である。画角の切り換えは、スイッチ１５を操作することにより行われる。スイッチ１５を操作するごとに画角は順に変わり、選択された画角に対応する拡大率がモニター１２またはファインダ１３に暫時表示される。
【００４４】
デジタルカメラ１はまた、画像の表示に関して、等倍表示モードと拡大表示モードの２モードを有する。等倍表示モードは、記録用の画像と同じ画角の画像をモニター１２またはファインダ１３の全体に表示するものであり、拡大表示モードは、記録用の画像よりも小さい画角の画像をファインダ１３の全体に表示するものである。拡大表示モードによりマグニファイア機能が実現される。等倍表示モードと拡大表示モードはスイッチ１７の設定により切り換えられる。
【００４５】
拡大表示モードの画角は、等倍表示モードの画角の１／２および１／４の２つの画角の中から選択することができる。すなわち、拡大表示モードの拡大率は２倍または４倍（面積では４倍または１６倍）である。画角の切り換えは、スイッチ１６を操作することにより行われる。
【００４６】
全体記録モードおよび部分記録モードと等倍表示モードおよび拡大表示モードの組み合わせは任意であり、使用者は４通りの組み合わせの中から自由に選択することができる。拡大表示モードでは、記録に関するモードが全体記録モードであるは部分記録モードであるかによらず、記録用の画像データの画角の１／２または１／４に相当する中央の範囲を表示する。すなわち、拡大表示モードの拡大率は、撮像素子２１の物理的な大きさではなく、実際の画像の大きさを基準に定められる。
【００４７】
ただし、拡大率４倍の部分記録モードと拡大率４倍の拡大表示モードを組み合わせると、撮像素子２１に対しては１６倍の拡大率となって、合焦状態の確認には不適切な、あまりに微小な範囲を表示することになる。すなわち、撮影対象のどの部位が表示されているのかが使用者に判らなくなり、また、撮像素子２１の画素の境界が明瞭に現れてしまう。そこで、デジタルカメラ１では、拡大率４倍の部分記録モードと組み合わせるときには、拡大表示モードの画角を全体記録モードの画角の１／１０未満になることがないように制限している。つまり、この場合の拡大表示モードの拡大率は２．５倍である。
【００４８】
撮像素子２１の構成を図５に模式的に示す。撮像素子２１は、画素としてフォトダイオード２１ａを備えている。フォトダイオード２１ａは、前述のように、水平方向に２５６０、垂直方向に１９２０配列されている。フォトダイオード２１ａの垂直方向の列ごとに、電荷結合素子（ＣＣＤ）として形成された垂直転送レジスタ２１ｂが設けられており、各フォトダイオード２１ａは、光電変換によって蓄積した電荷（信号）を垂直転送レジスタ２１ｂの対応部位に出力する。
【００４９】
各垂直転送レジスタ２１ｂは、同じくＣＣＤとして形成された水平転送レジスタ２１ｃに接続されており、各フォトダイオード２１ａが出力した信号を水平転送レジスタ２１ｃの対応部位に順次出力する。また、水平転送レジスタ２１ｃは増幅器２１ｄに接続されており、水平転送レジスタ２１ｃの出力は増幅器２１ｄによって増幅されて、図外のＣＤＳ回路２２に与えられる。
【００５０】
フォトダイオード２１ａから垂直転送レジスタ２１ｂへの信号の出力、垂直転送レジスタ２１ｂ内での信号の転送、水平転送レジスタ２１ｃ内での信号の転送は、前述のようにセンサドライバ３３から与えられる制御信号によって制御される。一方、カメラ制御ＣＰＵ３１は、センサドライバ３３を制御して、全体記録モードであるか部分記録モードであるかに応じて、また、等倍表示モードであるか拡大表示モードであるかに応じて、電荷を出力させるフォトダイオード２１ａや、垂直転送レジスタ２１ｂおよび水平転送レジスタ２１ｃの転送速度を変化させる。
【００５１】
以下、撮像素子２１の電荷の読み出しから画像データのメモリカード１８への記録またはモニター１２もしくはファインダ１３への画像の表示までの処理について具体例を掲げて説明する。各例で使用する符号のうち、Ｐ１は撮像素子２１から電荷を読み出す処理、Ｐ２は画像を表す画像データを生成する処理、Ｐ３はモニター１２またはファインダ１３に画像を表示する処理を表す。また、Ｓ１は撮像素子２１に蓄積された電荷、Ｓ２は処理Ｐ１で読み出されデジタル化された信号、Ｓ３は処理Ｐ２で画像を表す画像データとされた信号を表す。
【００５２】
第１の例の信号処理を図６に示す。この例は、全体記録モードにおいて、記録指示が与えられたときの信号処理である。この例では、撮像素子２１の水平方向の全ての画素列の電荷を読み出して、読み出した全ての信号Ｓ２を画像データ生成処理Ｐ２で画像を表す信号Ｓ３とする。信号Ｓ３はメモリカード１８に記録する。読み出し処理Ｐ１で電荷を読み出す画素列を図７に示す。
【００５３】
また、読み出し処理Ｐ１でセンサドライバ３３から撮像素子２１に与える制御信号を図８に模式的に示す。ＶＤはフォトダイオード２１ａに電荷の出力を指令するパルスであり、全てのフォトダイオードに与えられる。ＶＴは垂直転送レジスタ２１ｂに転送を指令するパルスである。転送指令パルスＶＴは全期間にわたって一定の周期で与えられる。
【００５４】
第２の例の信号処理を図９に示す。この例は、全体記録モードかつ等倍表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの処理である。この例では、撮像素子２１の水平方向の画素列の電荷を４列に１列の割合で読み出して、垂直方向の間引き処理を行う。また、読み出しに際し、垂直転送レジスタ２１ｂ上で隣合う同色の画素の電荷を加算する。
【００５５】
電荷を読み出す画素列を図１０に示す。１６画素列ごとに４画素列の電荷が読み出され、これらの画素列の中には、Ｇ光用の画素とＲ光用の画素を含む２つの画素列と、Ｇ光用の画素とＢ光用の画素を含む２つの画素列が含まれる。Ｒ光用の２画素の電荷は加算され、Ｂ光用の２画素の電荷も加算され、Ｇ光用の４画素の電荷も２画素ずつ加算される。結局、読み出し後の信号Ｓ２の水平方向の列の数は２４０になる。この読み出し処理Ｐ１は第１の例の読み出し処理の８倍の速度で行うことができる。
【００５６】
画像データ生成処理Ｐ２では、水平方向の信号列それぞれについて、４画素に１画素の割合で信号を抽出して、信号Ｓ３の数を水平方向６４０、垂直方向２４０とする。この水平方向の信号数はモニター１２やファインダ１３のＬＣＤの水平方向の画素数に一致し、垂直方向の信号数はＬＣＤの垂直方向の画素数の半分になる。そこで、表示処理Ｐ３では、水平方向の各信号列を２回ずつ出力する。これで、撮像素子２１の全体に対応する画角の画像が、モニター１２やファインダ１３の全体に表示される。
【００５７】
第３の例の信号処理を図１１に示す。この例は、拡大率２倍の部分記録モードにおいて、記録指示が与えられたときの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の９６０の全ての画素列の電荷を読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、読み出した信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の１２８０の信号を全て抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。信号Ｓ３はメモリカード１８に記録する。
【００５８】
読み出し処理Ｐ１でセンサドライバ３３から撮像素子２１に与える制御信号を図１２に模式的に示す。図１２において、駆動指令パルスＶＴのうちＨを付した部分は、他の部分よりも周期が短く、高速駆動を指令するものである。出力指令パルスＶＤにより全ての画素列から電荷を垂直転送レジスタ２１ｂに出力させる。しかし、上部の４８０の画素列分と下部の４８０の画素列分に相当する電荷は、垂直転送レジスタ２１ｂを高速で駆動して（Ｈ）、読み出しを行わない。一方、中央の９６０の画素列の電荷については、水平転送レジスタ２１ｃとの同期をとって垂直転送レジスタ２１ｂを通常の速度で駆動して、読み出す。したがって、読み出し処理に要する時間は、第１の例の半分程度となる。
【００５９】
第４の例の信号処理を図１３に示す。この例は、拡大率２倍の部分記録モードかつ拡大率２倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。読み出し処理Ｐ１は第２の例と同様に行う。すなわち、４画素列に１画素列の割合で電荷を読み出して、同色の２画素の電荷を加算する。画像データ生成処理Ｐ２では、読み出した信号Ｓ２の中央部の水平方向６４０、垂直方向１２０の信号を抽出し、さらに水平方向の各信号列を複写して２倍にし、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる各信号列を２回ずつ出力する。図１４に、撮像素子２１の画角Ａ１、記録する画像の画角Ａ２、および表示する画像の画角Ａ３の関係を示す。
【００６０】
この信号処理では、全体記録モードと同じ方法で読み出し処理Ｐ１を行うため、センサドライバ３３から撮像素子２１に与える制御信号を別途用意する必要がなく、センサドライバ３３や撮像素子２１の構成が複雑になることはない。また、感度の変更を伴わないため、等倍表示モードと拡大表示モードの切り換えを容易に行うことができる。表示する画像の垂直方向の分解能は記録用に撮影される画像の半分しかないが、水平方向の分解能は同じであるから、合焦状態の確認を容易にする機能が大きく低下することはない。
【００６１】
第５の例の信号処理を図１５に示す。この例も、拡大率２倍の部分記録モードかつ拡大率２倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の画素列の電荷を、２列に１列の割合で、２４０画素列分読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の６４０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる各信号列を２回ずつ出力する。読み出し処理Ｐ１で電荷を読み出す画素列を図１６に示す。撮像素子２１の画角Ａ１、記録する画像の画角Ａ２、および表示する画像の画角Ａ３の関係は図１４に示したものと同じである。
【００６２】
読み出し処理Ｐ１は第３の例と同様な方法で行う。すなわち、撮像素子２１の上部および下部の各７２０の画素列の電荷については高速で転送を行って、中央部の画素列の電荷だけを通常の速度で水平転送レジスタに出力させる。したがって、読み出し処理はきわめて短時間で行うことができる。
【００６３】
第６の例の信号処理を図１７に示す。この例は、拡大率２倍の部分記録モードかつ拡大率４倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の２４０の画素列の電荷を全て読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の３２０の信号を抽出し、抽出した信号に含まれる垂直方向の各信号列を複写して、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる水平方向の各信号列を２回ずつ出力する。図１８に、撮像素子２１の画角Ａ１、記録する画像の画角Ａ２、および表示する画像の画角Ａ３の関係を示す。
【００６４】
読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の上部および下部の各８４０の画素列の電荷については高速で転送を行って、中央部の画素列の電荷だけを通常の速度で水平転送レジスタに出力させる。したがって、読み出し処理はきわめて短時間で完了する。なお、処理Ｐ２で垂直方向の画素列の複写を行っているが、記録用の画像と同じ分解能で画像を表示をすることができるため、合焦状態の確認を容易にする機能の低下は皆無である。
【００６５】
第７の例の信号処理を図１９に示す。この例は、拡大率４倍の部分記録モードにおいて、記録指示が与えられたときの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の９６０の画素列の電荷を全て読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２のうち中央部の水平方向６４０、垂直方向４８０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。信号Ｓ３はメモリカード１８に記録する。
【００６６】
この例でも、撮像素子２１の上部および下部の各４８０の画素列の電荷については高速で転送を行って、中央部の画素列の電荷だけを通常の速度で水平転送レジスタに出力させる。したがって、読み出し処理Ｐ１に要する時間は短い。
【００６７】
第８の例の信号処理を図２０に示す。この例は、拡大率１．５倍の部分記録モードにおいて、記録指示が与えられたときの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の全ての画素列の電荷を読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２のうち中央部の水平方向１７０６、垂直方向１２８０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。信号Ｓ３はメモリカード１８に記録する。
【００６８】
第９の例の信号処理を図２１に示す。この例は、全体記録モードかつ拡大率４倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の画素列の電荷を、２列に１列の割合で、２４０画素列分読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の６４０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる各信号列を２回ずつ出力する。読み出し処理Ｐ１で電荷を読み出す画素列は、図１６に示したものと同じである。
【００６９】
第１０の例の信号処理を図２２に示す。この例も、全体記録モードかつ拡大率４倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。ただし、垂直方向の拡大率は４倍よりもやや小さい。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の画素列の電荷を、２列に１列の割合で、２２０画素列分読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の６４０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる各信号列を２回ずつ出力する。表示する画像は、第９の例で表示する画像から、上端部と下端部のそれぞれ４％程度を除いたものとなる。読み出し処理Ｐ１で電荷を読み出す画素列は、図１６に示したものと同様である。
【００７０】
この例で垂直方向の拡大率を４倍よりもやや小さくしているのは、拡大表示モードで等倍表示モードと同じかそれを超える速度で画像を表示し得るようにするためである。本実施形態のデジタルカメラ１では、撮像素子２１の垂直方向の画素数は１９２０であって特別多くないから、第９の例でも拡大表示モードの表示速度が等倍表示モードよりも遅くなることはない。しかし、撮像素子２１として画素数がきわめて多いものを使用する構成では、拡大表示モードの表示速度を高めるために、この信号処理の方法は有用である。
【００７１】
なお、本実施形態のデジタルカメラ１では、表示部としてモニター１２とファインダ１３の２つを備えているが、ファインダ１３を省略することも可能である。その場合、等倍表示モードと拡大表示モードの切り換えに応じて、モニター１２に表示する画像を切り換えるようにする。また、ここでは、画素、処理対象とする信号、拡大率等の具体的な数値を示したが、これらは例にすぎず、他の値とすることもできる。今後もより多くの画素を有する撮像素子が開発されると期待されるが、処理対象とする信号数や拡大率は撮像素子の画素数に応じて定めればよい。
【００７２】
【発明の効果】
記録用の画像データの画角を撮像素子の略全体に対応する画角とする全体記録モードと、記録用の画像データの画角を撮像素子の一部に対応する画角とする部分記録モードとを有し、部分記録モードで記録指示が与えられるまでは、撮像素子の全体から複数の画素列につき１画素列の割合で電荷を読み出して表示用の画像データを生成し、部分記録モードで記録指示が与えられたときは、撮像素子の所定の領域から全ての画素列の電荷を読み出して記録用の画像データを生成するするようにした本発明のデジタルカメラでは、記録用の画像データの生成に不要な画素列の電荷を読み出さないため、読み出し時間が短くなって、記録用の画像の撮影後、速やかに次の撮影を開始することができる。したがって、シャッターチャンスを逸する危険性が低下し、複数の画像を連続して撮影し記録する連写においては、撮影間隔を短くすることができる。また、撮像素子やこれを制御する回路の構成が特に複雑になることもない。
【００７３】
ここで、部分記録モードでの記録用の画像データの画角を可変とし、部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも小さいときに、撮像素子の所定の領域から読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成するようにすると、様々な画角の画像を撮影して記録することが可能になり、使い勝手が大きく向上する。しかも、記録用の画像の撮影後、次の撮影を速やかに開始し得ることに影響はなく、また、構成が複雑化することもない。
【００７４】
部分記録モードでの記録用の画像データの画角を可変とし、部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも大きいときに、撮像素子の全体から全ての画素列の電荷を読み出して、読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成するようにしても、様々な画角の画像を撮影して記録することが可能になり、使い勝手が大きく向上する。構成の複雑化も伴わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態のデジタルカメラの正面図。
【図２】 上記デジタルカメラの背面図。
【図３】 上記デジタルカメラの上面図。
【図４】 上記デジタルカメラの回路構成の概略を模式的に示すブロック図。
【図５】 上記デジタルカメラの撮像素子の構成を模式的に示す図。
【図６】 上記デジタルカメラの信号処理の第１の例を示す図。
【図７】 上記撮像素子の画素の配置および第１の例で読み出す画素列を示す図。
【図８】 第１の例の読み出し処理で撮像素子に与える制御信号を模式的に示す図。
【図９】 上記デジタルカメラの信号処理の第２の例を示す図。
【図１０】 第２の例で読み出す画素列を示す図。
【図１１】 上記デジタルカメラの信号処理の第３の例を示す図。
【図１２】 第３の例の読み出し処理で撮像素子に与える制御信号を模式的に示す図。
【図１３】 上記デジタルカメラの信号処理の第４の例を示す図。
【図１４】 第４の例における撮像素子の画角、記録する画像の画角、および表示する画像の画角の関係を示す図。
【図１５】 上記デジタルカメラの信号処理の第５の例を示す図。
【図１６】 第５の例で読み出す画素列を示す図。
【図１７】 上記デジタルカメラの信号処理の第６の例を示す図。
【図１８】 第６の例における撮像素子の画角、記録する画像の画角、および表示する画像の画角の関係を示す図。
【図１９】 上記デジタルカメラの信号処理の第７の例を示す図。
【図２０】 上記デジタルカメラの信号処理の第８の例を示す図。
【図２１】 上記デジタルカメラの信号処理の第９の例を示す図。
【図２２】 上記デジタルカメラの信号処理の第１０の例を示す図。
【符号の説明】
１ デジタルカメラ
１１ 撮影レンズ
１１ａ 絞り
１２ モニター
１３ 電子ビューファインダ
１３ａ ＬＣＤ
１３ｂ 接眼レンズ
１４ シャッタースイッチ
１５〜１７ スイッチ
１８ メモリカード
２１ 撮像素子
２１ａ フォトダイオード
２１ｂ 垂直転送レジスタ
２１ｃ 水平転送レジスタ
２２ ＣＤＳ回路
２３ ＡＧＣ回路
２４ Ａ／Ｄコンバータ
２５ 画像処理ＣＰＵ
２５ａ 画素補間処理
２５ｂ 解像度変換処理
２５ｃ カラーバランス調整処理
２５ｄ ガンマ補正処理
２５ｅ 画像圧縮処理
２６ 画像メモリ
３１ カメラ制御ＣＰＵ
３２ 絞りドライバ
３３ センサドライバ
３４ ビデオエンコーダ
３５ カードドライバ
３６ 操作部
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラに関し、特に、撮影した画像を電子的に拡大する機能を有するデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラは、画像を略一定の周期で繰り返し撮影し、その間に使用者より与えられる記録指示に応じて、撮影した画像を表す画像データを記録媒体に記録する。多くのデジタルカメラには液晶表示器等の表示装置が備えられており、表示装置は、撮影し記録した画像の再生表示と、撮影中の画像の表示に用いられている。使用者は表示される撮影中の画像すなわちライブビューを見ながら構図を設定したり合焦状態を確認したりすることができ、表示装置は電子ビューファインダとして機能する。
【０００３】
一般に、撮像素子が光電変換によって蓄積した電荷は、画素列ごとに読み出されて、画像データの生成に用いられる。表示装置の大きさの縦横比は撮像素子の縦横比と同じであるが、表示装置の画素数は撮像素子の画素数の１／１６〜１／２５程度であり、したがって、画素列の数は１／４〜１／５程度である。このため、撮影した画像を記録せず表示のみに用いるときは、４〜５の画素列につき１画素列の割合となるよう間引きしながら、撮像素子の電荷を読み出すようにしている。
【０００４】
デジタルカメラの中には、望遠レンズで撮影したような狭い画角の画像を提供するために、撮像素子の一部の領域のみの蓄積電荷を用いて記録用の画像データを生成する機能を備えるものがある。この機能はデジタルテレ機能と呼ばれている。また、合焦状態の確認を容易にするために、記録用の画像データよりも狭い画角の画像データを生成して、その画像を拡大して表示する機能を備えるデジタルカメラもある。この機能はマグニファイア機能と呼ばれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
記録用の画像を撮影するときは、デジタルテレ機能を用いる場合も通常の場合と同様に、撮像素子の全ての画素列の電荷を読み出して、不要な画素列の電荷を捨てる。このため、デジタルテレ機能では必要な画素列の数が少ないにもかかわらず、電荷の読み出しに要する時間は通常の場合と同程度になっている。したがって、デジタルテレ機能で記録用の画像を撮影したときは、原理上は次の撮影を通常よりも早く開始することが可能であるのに、実際には次の撮影を早く開始することができない状況にある。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、デジタルテレ機能を使用するときの撮像素子の電荷の読み出し効率が高いデジタルカメラを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、画素が２次元に配列された撮像素子を備え、撮像素子の各画素が光電変換により蓄積した電荷を画素列ごとに読み出して、表示用の画像データを生成してその画像データが表す画像を表示することを繰り返し、その間に与えられる記録指示に応じて記録用の画像データを生成して記録するデジタルカメラであって、記録用の画像データの画角を撮像素子の略全体に対応する画角とする全体記録モードと、記録用の画像データの画角を撮像素子の一部に対応する画角とする部分記録モードとを有するものにおいて、部分記録モードで記録指示が与えられるまでは、撮像素子の全体から複数の画素列につき１画素列の割合で電荷を読み出して表示用の画像データを生成し、部分記録モードで記録指示が与えられたときは、撮像素子の所定の領域から全ての画素列の電荷を読み出して記録用の画像データを生成するものとする。
【００１０】
このデジタルカメラは、撮影した画像全体を表す画像データを記録する全体記録モードに加え、デジタルテレ機能を実現する部分記録モードを有する。部分記録モードにおいて、記録指示があるまで、すなわち表示にのみ用いる画像データを生成するときは、撮像素子の全体から間引きしながら画素列の電荷を読み出す。一方、部分記録モードにおいて、記録指示があったとき、すなわち記録用の画像データを生成するときには、撮像素子の所定の領域から全ての画素列の電荷を読み出す。記録用の画像データの生成に不要な画素列の電荷を読み出さないようにしたことで、読み出し時間が短くなり、次の撮影を速やかに開始することが可能になる。表示専用の画像データの生成に際しては、撮像素子の全体から電荷を読み出すが、画素列を間引きしながら読み出すため、読み出しに要する時間は短く、やはり次の撮影を速やかに開始することができる。
【００１１】
部分記録モードで電荷を読み出す撮像素子の所定の領域は固定である。したがって、撮像素子や読み出し時期を制御する回路の構成が、特に複雑になることはない。
【００１２】
上記のデジタルカメラにおいて、部分記録モードでの記録用の画像データの画角を可変とし、部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも小さいときに、撮像素子の所定の領域から読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成するようにしてもよい。
【００１３】
部分記録モードでの記録用の画像データの画角が可変であるということは、デジタルテレ機能の拡大率が可変であるということである。拡大率が大きく、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも小さければ、読み出した電荷には不要な画素列の電荷が含まれることになる。この不要な電荷を捨てて必要な電荷のみを用いることで、拡大率に対応した適切な画像データが得られる。不要な電荷を読み出すことは多少無駄であるが、電荷を読み出す画素列は撮像素子の所定の領域のものに限られているため、次の撮影を速やかに開始することに何の影響も及ぼさないし、構成の複雑化を避ける上で好ましい。
【００１４】
部分記録モードでの記録用の画像データの画角を可変とし、部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも大きいときに、撮像素子の全体から全ての画素列の電荷を読み出して、読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成するようにしてもよい。
【００１５】
拡大率が小さく、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも大きければ、所定の領域の画素列の電荷だけでは拡大率に対応した画像データを生成することはできない。したがって、この場合は、撮像素子の全体から全ての画素列の電荷を読み出して画像データを生成する。読み出した電荷には不要な画素列の電荷が含まれることになるが、この不要な電荷を捨てて必要な電荷のみを用いることで、拡大率に対応した適切な画像データが得られる。撮像素子の全ての画素列の電荷を読み出すため、読み出しに要する時間は長くなるが、その不都合よりも、拡大率を自由に変え得るという利点の方が大きい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のデジタルカメラの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のデジタルカメラ１の外観を図１〜図３に示し、その回路構成の概略を図４に模式的に示す。図１はデジタルカメラ１の正面図、図２は背面図、図３は上面図である。
【００２６】
デジタルカメラ１は前面に撮影レンズ１１を有し、背面に２つの表示部１２、１３を有する。上面には押しボタン式のシャッタースイッチ１４、押しボタン式のスイッチ１５およびスライド式のスイッチ１６が設けられており、背面にはスライド式のスイッチ１７が設けられている。図示しないが、デジタルカメラ１の底面には記録媒体であるメモリカード１８（図４参照）を装着するための挿入口が設けられている。
【００２７】
図４に示すように、撮影レンズ１１の瞳位置には絞り１１ａが備えられており、また、撮影レンズ１１の後方には撮像素子２１が配置されている。デジタルカメラ１は、撮影レンズ１１を透過した撮影対象からの光を撮像素子２１で光電変換して電荷とすることにより画像を撮影し、撮像素子２１が蓄積した電荷を後述の諸回路で処理することにより、画像を表す画像データを生成する。生成した画像データが表す画像は表示部１２、１３に表示され、また、シャッタースイッチ１４の操作により与えられる記録指示に応じて、画像データはメモリカード１８に記録される。画像の撮影や表示は略一定の周期、例えば１／３０秒で繰り返し行われる。
【００２８】
一方の表示部１２は、大型の液晶表示器（ＬＣＤ）より成り、記録用の画像データが表すと同じ画角の画像を表示する。使用者は数十ｃｍ以上離れたところから表示部１２に表示された画像を観察することができる。以下、表示部１２をモニターともいう。
【００２９】
他方の表示部１３は、小型のＬＣＤ１３ａ、凸レンズ１３ｂおよび反射ミラー１３ｃより成る。ＬＣＤ１３ａは、記録用の画像データが表す画像と同じ画角、またはそれより小さな画角の画像を表示する。使用者は数ｃｍ以下の距離からレンズ１３ｂおよびミラー１３ｃを介してＬＣＤ１３ａを見ることにより、表示された画像をさらに拡大して観察することができる。レンズ１３ｂは接眼レンズである。以下、表示部１３を電子ビューファインダあるいはファンイダともいう。
【００３０】
使用者は、モニター１２または電子ビューファインダ１３に表示される画像を見ながら構図を設定したり、撮影対象に対する撮影レンズ１１の合焦状態を確認したりすることができる。モニター１２とファインダ１３のどちらに画像を表示するかは切り換え可能であり、この切り換えはスイッチ１７の設定により行われる。モニター１２およびファインダ１３のＬＣＤはいずれも、水平（横）方向に６４０、垂直（縦）方向に４８０の画素を有する。
【００３１】
撮像素子２１は、水平方向に２５６０、垂直方向に１９２０の画素を有するエリアセンサである。各画素には赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光または青色（Ｂ）光を選択的に透過させるフィルターのいずれかが設けられており、全ての画素はＲ光用、Ｇ光用およびＢ光用の３種に分類される。これら３種の画素はベイヤー型に配列されている（図７参照）。
【００３２】
デジタルカメラ１の回路構成について、図４を参照して説明する。デジタルカメラ１は、撮像素子２１よりアナログ信号として出力される電荷を処理する相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路２２および自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路２３、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２４、デジタル信号を処理して撮影された画像を表す画像データを生成する画像処理ＣＰＵ２５、ならびに画像処理ＣＰＵ２５が一時的な記憶に利用する画像メモリ２６を備えている。
【００３３】
ＣＤＳ回路２２は撮像素子２１が出力するアナログ信号のノイズを低減させ、ＡＧＣ回路２３は、そのゲインによってＣＤＳ回路２２からの全ての信号のレベルを調整する。Ａ／Ｄコンバータ２４は、ＡＧＣ回路２３からのアナログ信号を１０ビットのデジタル信号に変換する。
【００３４】
画像処理ＣＰＵ２５は、デジタル化された信号に画素補間２５ａ、解像度変換２５ｂ、カラーバランス調整２５ｃ、およびガンマ補正２５ｄの処理を行って、撮影された画像を表す画像データを生成する。また、メモリカード１８に記録する画像データについては、画像圧縮２５ｅの処理を行う。画像処理ＣＰＵ２５は、Ａ／Ｄコンバータ２４からのデジタル信号をまず画像メモリ２６に書き込み、その後画像メモリ２６からの信号の読み出しと画像メモリ２６への信号の書き込みを行いながら画素補間２５ａ〜画像圧縮２５ｅの処理を進めていく。
【００３５】
画素補間２５ａは、撮像素子２１の各画素の位置において欠落する信号（例えばＧ光用の画素の位置でのＲおよびＢの信号）を周囲の画素の信号から生成するものである。これにより、各画素に対応してＲ、Ｇ、Ｂの３つの信号が得られる。Ｇの信号については４画素の信号の中間２値の平均値、ＲおよびＢの信号については２画素の信号の平均値を求める。
【００３６】
解像度変換２５ｂは、画素補間後の信号から、水平方向および垂直方向のそれぞれについて、所定数の信号を抽出するものである。信号の抽出は、抽出した信号で構成される画像データの用途に応じて行われ、所定範囲内の連続する信号を抽出することもあれば、全範囲から所定の間隔で離間した信号を抽出する、すなわち間引くこともある。これにより、画像データが表す画像の範囲が定まる。解像度変換２５ｂでは、水平方向および垂直方向の信号列の複写も行う。信号列の複写は、後述の拡大表示モードで表示する画像の解像度を変換するために利用される。
【００３７】
カラーバランス調整２５ｃは、適正なホワイトバランスとなるように、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号群ごとの強度を調整するものである。具体的には、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号の強度と分布に基づいて本来白色である部分を推測し、その部分について、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号のそれぞれについての平均値を求めて、Ｇ／Ｒの強度比とＧ／Ｂの強度比からＲ、Ｇ、Ｂの各信号の強度を補正する。
【００３８】
ガンマ補正２５ｄは、モニター１２、ファインダ１３、あるいはメモリカード１８を介して画像データを使用する外部機器に適合するように、信号強度に非線形化を施すものである。画像圧縮２５ｅは、ＪＰＥＧ方式に従って離散コサイン変換（ＤＣＴ）およびハフマン符号化を行い、画像データを圧縮するものである。なお、メモリカード１８に記録した画像データを読み出してモニター１２に再生表示することも可能であり、その場合、画像処理ＣＰＵ２５は、読み出した画像データに圧縮の逆処理を施して、圧縮前の画像データを再生する。
【００３９】
デジタルカメラ１は、このほか、カメラ制御ＣＰＵ３１、絞りドライバ３２、センサドライバ３３、ビデオエンコーダ３４、カードドライバ３５を備えている。カメラ制御ＣＰＵ３１はデジタルカメラ１の全体を制御する。カメラ制御ＣＰＵ３１は、シャッタースイッチ１４をはじめとする前述の諸スイッチを含む操作部３６に接続されており、操作部３６から与えられる信号に応じてデジタルカメラ１の動作を制御する。絞りドライバ３２は絞り１１ａを駆動し、センサドライバ３３は、光電変換によって蓄積した電荷の出力のタイミングを示す制御信号を生成して撮像素子２１に与える。
【００４０】
シャッタースイッチ１４により記録指示が与えられるまでの撮影においては、絞り１１ａを開放した状態とし、撮像素子２１の光電変換時間（電子シャッター速度）を調整することにより露光量を制御する。記録指示が与えられたとき、すなわち記録用の画像を撮影するときは、あらかじめ定められた関係に従って絞り１１ａの口径と光電変換時間を設定して、露光量を制御する。露光量の制御は、撮像素子２１の中央部の一部の領域からの信号の強度に基づいて行う。
【００４１】
ビデオエンコーダ３４は画像処理ＣＰＵ２５から与えられる画像データを、ＮＴＳＣ方式またはＰＡＬ方式でエンコードして、モニター１２およびファインダ１３に出力する。カードドライバ３５は、画像処理ＣＰＵ２５から与えられる画像データをメモリカード１８に書き込み、また、メモリカード１８から画像データを読み出して画像処理ＣＰＵ２５に与える。
【００４２】
デジタルカメラ１は、画像データの記録に関して、全体記録モードと部分記録モードの２モードを有する。全体記録モードは、撮像素子２１の全体に対応する大きな画角の画像を表す画像データを生成するものであり、部分記録モードは、撮像素子２１の一部に対応する小さな画角の画像を表す画像データを生成するものである。部分記録モードによりデジタルテレ機能が実現される。
【００４３】
部分記録モードの画角は、全体記録モードの画角の２／３、１／２および１／４の３つの画角の中から選択することができる。すなわち、部分記録モードの拡大率は１．５倍、２倍または４倍（面積では２．２５倍、４倍または１６倍）である。画角の切り換えは、スイッチ１５を操作することにより行われる。スイッチ１５を操作するごとに画角は順に変わり、選択された画角に対応する拡大率がモニター１２またはファインダ１３に暫時表示される。
【００４４】
デジタルカメラ１はまた、画像の表示に関して、等倍表示モードと拡大表示モードの２モードを有する。等倍表示モードは、記録用の画像と同じ画角の画像をモニター１２またはファインダ１３の全体に表示するものであり、拡大表示モードは、記録用の画像よりも小さい画角の画像をファインダ１３の全体に表示するものである。拡大表示モードによりマグニファイア機能が実現される。等倍表示モードと拡大表示モードはスイッチ１７の設定により切り換えられる。
【００４５】
拡大表示モードの画角は、等倍表示モードの画角の１／２および１／４の２つの画角の中から選択することができる。すなわち、拡大表示モードの拡大率は２倍または４倍（面積では４倍または１６倍）である。画角の切り換えは、スイッチ１６を操作することにより行われる。
【００４６】
全体記録モードおよび部分記録モードと等倍表示モードおよび拡大表示モードの組み合わせは任意であり、使用者は４通りの組み合わせの中から自由に選択することができる。拡大表示モードでは、記録に関するモードが全体記録モードであるは部分記録モードであるかによらず、記録用の画像データの画角の１／２または１／４に相当する中央の範囲を表示する。すなわち、拡大表示モードの拡大率は、撮像素子２１の物理的な大きさではなく、実際の画像の大きさを基準に定められる。
【００４７】
ただし、拡大率４倍の部分記録モードと拡大率４倍の拡大表示モードを組み合わせると、撮像素子２１に対しては１６倍の拡大率となって、合焦状態の確認には不適切な、あまりに微小な範囲を表示することになる。すなわち、撮影対象のどの部位が表示されているのかが使用者に判らなくなり、また、撮像素子２１の画素の境界が明瞭に現れてしまう。そこで、デジタルカメラ１では、拡大率４倍の部分記録モードと組み合わせるときには、拡大表示モードの画角を全体記録モードの画角の１／１０未満になることがないように制限している。つまり、この場合の拡大表示モードの拡大率は２．５倍である。
【００４８】
撮像素子２１の構成を図５に模式的に示す。撮像素子２１は、画素としてフォトダイオード２１ａを備えている。フォトダイオード２１ａは、前述のように、水平方向に２５６０、垂直方向に１９２０配列されている。フォトダイオード２１ａの垂直方向の列ごとに、電荷結合素子（ＣＣＤ）として形成された垂直転送レジスタ２１ｂが設けられており、各フォトダイオード２１ａは、光電変換によって蓄積した電荷（信号）を垂直転送レジスタ２１ｂの対応部位に出力する。
【００４９】
各垂直転送レジスタ２１ｂは、同じくＣＣＤとして形成された水平転送レジスタ２１ｃに接続されており、各フォトダイオード２１ａが出力した信号を水平転送レジスタ２１ｃの対応部位に順次出力する。また、水平転送レジスタ２１ｃは増幅器２１ｄに接続されており、水平転送レジスタ２１ｃの出力は増幅器２１ｄによって増幅されて、図外のＣＤＳ回路２２に与えられる。
【００５０】
フォトダイオード２１ａから垂直転送レジスタ２１ｂへの信号の出力、垂直転送レジスタ２１ｂ内での信号の転送、水平転送レジスタ２１ｃ内での信号の転送は、前述のようにセンサドライバ３３から与えられる制御信号によって制御される。一方、カメラ制御ＣＰＵ３１は、センサドライバ３３を制御して、全体記録モードであるか部分記録モードであるかに応じて、また、等倍表示モードであるか拡大表示モードであるかに応じて、電荷を出力させるフォトダイオード２１ａや、垂直転送レジスタ２１ｂおよび水平転送レジスタ２１ｃの転送速度を変化させる。
【００５１】
以下、撮像素子２１の電荷の読み出しから画像データのメモリカード１８への記録またはモニター１２もしくはファインダ１３への画像の表示までの処理について具体例を掲げて説明する。各例で使用する符号のうち、Ｐ１は撮像素子２１から電荷を読み出す処理、Ｐ２は画像を表す画像データを生成する処理、Ｐ３はモニター１２またはファインダ１３に画像を表示する処理を表す。また、Ｓ１は撮像素子２１に蓄積された電荷、Ｓ２は処理Ｐ１で読み出されデジタル化された信号、Ｓ３は処理Ｐ２で画像を表す画像データとされた信号を表す。
【００５２】
第１の例の信号処理を図６に示す。この例は、全体記録モードにおいて、記録指示が与えられたときの信号処理である。この例では、撮像素子２１の水平方向の全ての画素列の電荷を読み出して、読み出した全ての信号Ｓ２を画像データ生成処理Ｐ２で画像を表す信号Ｓ３とする。信号Ｓ３はメモリカード１８に記録する。読み出し処理Ｐ１で電荷を読み出す画素列を図７に示す。
【００５３】
また、読み出し処理Ｐ１でセンサドライバ３３から撮像素子２１に与える制御信号を図８に模式的に示す。ＶＤはフォトダイオード２１ａに電荷の出力を指令するパルスであり、全てのフォトダイオードに与えられる。ＶＴは垂直転送レジスタ２１ｂに転送を指令するパルスである。転送指令パルスＶＴは全期間にわたって一定の周期で与えられる。
【００５４】
第２の例の信号処理を図９に示す。この例は、全体記録モードかつ等倍表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの処理である。この例では、撮像素子２１の水平方向の画素列の電荷を４列に１列の割合で読み出して、垂直方向の間引き処理を行う。また、読み出しに際し、垂直転送レジスタ２１ｂ上で隣合う同色の画素の電荷を加算する。
【００５５】
電荷を読み出す画素列を図１０に示す。１６画素列ごとに４画素列の電荷が読み出され、これらの画素列の中には、Ｇ光用の画素とＲ光用の画素を含む２つの画素列と、Ｇ光用の画素とＢ光用の画素を含む２つの画素列が含まれる。Ｒ光用の２画素の電荷は加算され、Ｂ光用の２画素の電荷も加算され、Ｇ光用の４画素の電荷も２画素ずつ加算される。結局、読み出し後の信号Ｓ２の水平方向の列の数は２４０になる。この読み出し処理Ｐ１は第１の例の読み出し処理の８倍の速度で行うことができる。
【００５６】
画像データ生成処理Ｐ２では、水平方向の信号列それぞれについて、４画素に１画素の割合で信号を抽出して、信号Ｓ３の数を水平方向６４０、垂直方向２４０とする。この水平方向の信号数はモニター１２やファインダ１３のＬＣＤの水平方向の画素数に一致し、垂直方向の信号数はＬＣＤの垂直方向の画素数の半分になる。そこで、表示処理Ｐ３では、水平方向の各信号列を２回ずつ出力する。これで、撮像素子２１の全体に対応する画角の画像が、モニター１２やファインダ１３の全体に表示される。
【００５７】
第３の例の信号処理を図１１に示す。この例は、拡大率２倍の部分記録モードにおいて、記録指示が与えられたときの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の９６０の全ての画素列の電荷を読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、読み出した信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の１２８０の信号を全て抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。信号Ｓ３はメモリカード１８に記録する。
【００５８】
読み出し処理Ｐ１でセンサドライバ３３から撮像素子２１に与える制御信号を図１２に模式的に示す。図１２において、駆動指令パルスＶＴのうちＨを付した部分は、他の部分よりも周期が短く、高速駆動を指令するものである。出力指令パルスＶＤにより全ての画素列から電荷を垂直転送レジスタ２１ｂに出力させる。しかし、上部の４８０の画素列分と下部の４８０の画素列分に相当する電荷は、垂直転送レジスタ２１ｂを高速で駆動して（Ｈ）、読み出しを行わない。一方、中央の９６０の画素列の電荷については、水平転送レジスタ２１ｃとの同期をとって垂直転送レジスタ２１ｂを通常の速度で駆動して、読み出す。したがって、読み出し処理に要する時間は、第１の例の半分程度となる。
【００５９】
第４の例の信号処理を図１３に示す。この例は、拡大率２倍の部分記録モードかつ拡大率２倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。読み出し処理Ｐ１は第２の例と同様に行う。すなわち、４画素列に１画素列の割合で電荷を読み出して、同色の２画素の電荷を加算する。画像データ生成処理Ｐ２では、読み出した信号Ｓ２の中央部の水平方向６４０、垂直方向１２０の信号を抽出し、さらに水平方向の各信号列を複写して２倍にし、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる各信号列を２回ずつ出力する。図１４に、撮像素子２１の画角Ａ１、記録する画像の画角Ａ２、および表示する画像の画角Ａ３の関係を示す。
【００６０】
この信号処理では、全体記録モードと同じ方法で読み出し処理Ｐ１を行うため、センサドライバ３３から撮像素子２１に与える制御信号を別途用意する必要がなく、センサドライバ３３や撮像素子２１の構成が複雑になることはない。また、感度の変更を伴わないため、等倍表示モードと拡大表示モードの切り換えを容易に行うことができる。表示する画像の垂直方向の分解能は記録用に撮影される画像の半分しかないが、水平方向の分解能は同じであるから、合焦状態の確認を容易にする機能が大きく低下することはない。
【００６１】
第５の例の信号処理を図１５に示す。この例も、拡大率２倍の部分記録モードかつ拡大率２倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の画素列の電荷を、２列に１列の割合で、２４０画素列分読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の６４０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる各信号列を２回ずつ出力する。読み出し処理Ｐ１で電荷を読み出す画素列を図１６に示す。撮像素子２１の画角Ａ１、記録する画像の画角Ａ２、および表示する画像の画角Ａ３の関係は図１４に示したものと同じである。
【００６２】
読み出し処理Ｐ１は第３の例と同様な方法で行う。すなわち、撮像素子２１の上部および下部の各７２０の画素列の電荷については高速で転送を行って、中央部の画素列の電荷だけを通常の速度で水平転送レジスタに出力させる。したがって、読み出し処理はきわめて短時間で行うことができる。
【００６３】
第６の例の信号処理を図１７に示す。この例は、拡大率２倍の部分記録モードかつ拡大率４倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の２４０の画素列の電荷を全て読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の３２０の信号を抽出し、抽出した信号に含まれる垂直方向の各信号列を複写して、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる水平方向の各信号列を２回ずつ出力する。図１８に、撮像素子２１の画角Ａ１、記録する画像の画角Ａ２、および表示する画像の画角Ａ３の関係を示す。
【００６４】
読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の上部および下部の各８４０の画素列の電荷については高速で転送を行って、中央部の画素列の電荷だけを通常の速度で水平転送レジスタに出力させる。したがって、読み出し処理はきわめて短時間で完了する。なお、処理Ｐ２で垂直方向の画素列の複写を行っているが、記録用の画像と同じ分解能で画像を表示をすることができるため、合焦状態の確認を容易にする機能の低下は皆無である。
【００６５】
第７の例の信号処理を図１９に示す。この例は、拡大率４倍の部分記録モードにおいて、記録指示が与えられたときの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の９６０の画素列の電荷を全て読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２のうち中央部の水平方向６４０、垂直方向４８０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。信号Ｓ３はメモリカード１８に記録する。
【００６６】
この例でも、撮像素子２１の上部および下部の各４８０の画素列の電荷については高速で転送を行って、中央部の画素列の電荷だけを通常の速度で水平転送レジスタに出力させる。したがって、読み出し処理Ｐ１に要する時間は短い。
【００６７】
第８の例の信号処理を図２０に示す。この例は、拡大率１．５倍の部分記録モードにおいて、記録指示が与えられたときの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の全ての画素列の電荷を読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２のうち中央部の水平方向１７０６、垂直方向１２８０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。信号Ｓ３はメモリカード１８に記録する。
【００６８】
第９の例の信号処理を図２１に示す。この例は、全体記録モードかつ拡大率４倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の画素列の電荷を、２列に１列の割合で、２４０画素列分読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の６４０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる各信号列を２回ずつ出力する。読み出し処理Ｐ１で電荷を読み出す画素列は、図１６に示したものと同じである。
【００６９】
第１０の例の信号処理を図２２に示す。この例も、全体記録モードかつ拡大率４倍の拡大表示モードにおいて、記録指示が与えられるまでの信号処理である。ただし、垂直方向の拡大率は４倍よりもやや小さい。読み出し処理Ｐ１では、撮像素子２１の垂直方向中央部の画素列の電荷を、２列に１列の割合で、２２０画素列分読み出す。画像データ生成処理Ｐ２では、信号Ｓ２に含まれる各信号列の中央部の６４０の信号を抽出して、画像を表す信号Ｓ３とする。表示処理Ｐ３では、信号Ｓ３に含まれる各信号列を２回ずつ出力する。表示する画像は、第９の例で表示する画像から、上端部と下端部のそれぞれ４％程度を除いたものとなる。読み出し処理Ｐ１で電荷を読み出す画素列は、図１６に示したものと同様である。
【００７０】
この例で垂直方向の拡大率を４倍よりもやや小さくしているのは、拡大表示モードで等倍表示モードと同じかそれを超える速度で画像を表示し得るようにするためである。本実施形態のデジタルカメラ１では、撮像素子２１の垂直方向の画素数は１９２０であって特別多くないから、第９の例でも拡大表示モードの表示速度が等倍表示モードよりも遅くなることはない。しかし、撮像素子２１として画素数がきわめて多いものを使用する構成では、拡大表示モードの表示速度を高めるために、この信号処理の方法は有用である。
【００７１】
なお、本実施形態のデジタルカメラ１では、表示部としてモニター１２とファインダ１３の２つを備えているが、ファインダ１３を省略することも可能である。その場合、等倍表示モードと拡大表示モードの切り換えに応じて、モニター１２に表示する画像を切り換えるようにする。また、ここでは、画素、処理対象とする信号、拡大率等の具体的な数値を示したが、これらは例にすぎず、他の値とすることもできる。今後もより多くの画素を有する撮像素子が開発されると期待されるが、処理対象とする信号数や拡大率は撮像素子の画素数に応じて定めればよい。
【００７２】
【発明の効果】
記録用の画像データの画角を撮像素子の略全体に対応する画角とする全体記録モードと、記録用の画像データの画角を撮像素子の一部に対応する画角とする部分記録モードとを有し、部分記録モードで記録指示が与えられるまでは、撮像素子の全体から複数の画素列につき１画素列の割合で電荷を読み出して表示用の画像データを生成し、部分記録モードで記録指示が与えられたときは、撮像素子の所定の領域から全ての画素列の電荷を読み出して記録用の画像データを生成するするようにした本発明のデジタルカメラでは、記録用の画像データの生成に不要な画素列の電荷を読み出さないため、読み出し時間が短くなって、記録用の画像の撮影後、速やかに次の撮影を開始することができる。したがって、シャッターチャンスを逸する危険性が低下し、複数の画像を連続して撮影し記録する連写においては、撮影間隔を短くすることができる。また、撮像素子やこれを制御する回路の構成が特に複雑になることもない。
【００７３】
ここで、部分記録モードでの記録用の画像データの画角を可変とし、部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも小さいときに、撮像素子の所定の領域から読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成するようにすると、様々な画角の画像を撮影して記録することが可能になり、使い勝手が大きく向上する。しかも、記録用の画像の撮影後、次の撮影を速やかに開始し得ることに影響はなく、また、構成が複雑化することもない。
【００７４】
部分記録モードでの記録用の画像データの画角を可変とし、部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも大きいときに、撮像素子の全体から全ての画素列の電荷を読み出して、読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成するようにしても、様々な画角の画像を撮影して記録することが可能になり、使い勝手が大きく向上する。構成の複雑化も伴わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態のデジタルカメラの正面図。
【図２】 上記デジタルカメラの背面図。
【図３】 上記デジタルカメラの上面図。
【図４】 上記デジタルカメラの回路構成の概略を模式的に示すブロック図。
【図５】 上記デジタルカメラの撮像素子の構成を模式的に示す図。
【図６】 上記デジタルカメラの信号処理の第１の例を示す図。
【図７】 上記撮像素子の画素の配置および第１の例で読み出す画素列を示す図。
【図８】 第１の例の読み出し処理で撮像素子に与える制御信号を模式的に示す図。
【図９】 上記デジタルカメラの信号処理の第２の例を示す図。
【図１０】 第２の例で読み出す画素列を示す図。
【図１１】 上記デジタルカメラの信号処理の第３の例を示す図。
【図１２】 第３の例の読み出し処理で撮像素子に与える制御信号を模式的に示す図。
【図１３】 上記デジタルカメラの信号処理の第４の例を示す図。
【図１４】 第４の例における撮像素子の画角、記録する画像の画角、および表示する画像の画角の関係を示す図。
【図１５】 上記デジタルカメラの信号処理の第５の例を示す図。
【図１６】 第５の例で読み出す画素列を示す図。
【図１７】 上記デジタルカメラの信号処理の第６の例を示す図。
【図１８】 第６の例における撮像素子の画角、記録する画像の画角、および表示する画像の画角の関係を示す図。
【図１９】 上記デジタルカメラの信号処理の第７の例を示す図。
【図２０】 上記デジタルカメラの信号処理の第８の例を示す図。
【図２１】 上記デジタルカメラの信号処理の第９の例を示す図。
【図２２】 上記デジタルカメラの信号処理の第１０の例を示す図。
【符号の説明】
１ デジタルカメラ
１１ 撮影レンズ
１１ａ 絞り
１２ モニター
１３ 電子ビューファインダ
１３ａ ＬＣＤ
１３ｂ 接眼レンズ
１４ シャッタースイッチ
１５〜１７ スイッチ
１８ メモリカード
２１ 撮像素子
２１ａ フォトダイオード
２１ｂ 垂直転送レジスタ
２１ｃ 水平転送レジスタ
２２ ＣＤＳ回路
２３ ＡＧＣ回路
２４ Ａ／Ｄコンバータ
２５ 画像処理ＣＰＵ
２５ａ 画素補間処理
２５ｂ 解像度変換処理
２５ｃ カラーバランス調整処理
２５ｄ ガンマ補正処理
２５ｅ 画像圧縮処理
２６ 画像メモリ
３１ カメラ制御ＣＰＵ
３２ 絞りドライバ
３３ センサドライバ
３４ ビデオエンコーダ
３５ カードドライバ
３６ 操作部
Claims (3)
- 画素が２次元に配列された撮像素子を備え、撮像素子の各画素が光電変換により蓄積した電荷を画素列ごとに読み出して、表示用の画像データを生成してその画像データが表す画像を表示することを繰り返し、その間に与えられる記録指示に応じて記録用の画像データを生成して記録するデジタルカメラであって、
記録用の画像データの画角を撮像素子の略全体に対応する画角とする全体記録モードと、記録用の画像データの画角を撮像素子の一部に対応する画角とする部分記録モードとを有するものにおいて、
部分記録モードで記録指示が与えられるまでは、撮像素子の全体から複数の画素列につき１画素列の割合で電荷を読み出して表示用の画像データを生成し、部分記録モードで記録指示が与えられたときは、撮像素子の所定の領域から全ての画素列の電荷を読み出して記録用の画像データを生成することを特徴とするデジタルカメラ。 - 部分記録モードでの記録用の画像データの画角は可変であり、
部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも小さいときに、撮像素子の所定の領域から読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。 - 部分記録モードでの記録用の画像データの画角は可変であり、
部分記録モードで、記録用の画像データの画角が撮像素子の所定の領域に対応する画角よりも大きいときに、撮像素子の全体から全ての画素列の電荷を読み出して、読み出した電荷のうち一部の画素列の電荷のみを用いて記録用の画像データを生成することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
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