JP4298710B2

JP4298710B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4298710B2
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Inventors: 将一鈴木
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Priority date: 2006-02-10
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Description

本発明は、撮像装置における撮像素子からの信号読み出しの技術に関する。

近年デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置のデジタル化が一般化してきており、高集積化されたカメラを用いて被写体画像を画像信号として記録媒体に記録する方式が盛んに行われている。そのカメラ（撮像装置）では、電子的に、ＡＦ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｏｃｕｓ：自動焦点）や電子ズームを設定実行している。

ＡＦとしては、対象物を画像信号として読み取って、カメラレンズ位置を変更しつつ、対象物の焦点が合うレンズの位置を測定して、最適なレンズの位置を設定して、シャッターの押された時にそのレンズ位置で撮影を行う方式がある。このＡＦの一方式では、被写体が画面中央に存在する確率が高いため、画面中央部付近の領域の信号を取り出して合焦状態を検出し、その検出結果をもとに最適なレンズの位置を取得して、撮影を行うことが多い。

また、ズームとしては、ズームコントローラで、撮像素子の中心およびその周辺の一部の領域の信号を取得し、画面サイズにすることで、ズームされた画像を得ることができる。

一方で、撮像装置やビデオカメラ等において、高解像化のため、微細化プロセスを用いた撮像素子のセルサイズ縮小が精力的に行われている。そして、信号を増幅して出力することにより、セルサイズの縮小による出力信号の低下を解決する増幅型の撮像装置が注目されている。このような増幅型の撮像装置には、ＢＡＳＩＳ、ＭＯＳ型、ＳＩＴ、ＡＭＩ、ＣＭＤ等のＸＹアドレス型センサを搭載した撮像装置がある。それに加え、これらの撮像素子は、任意の領域の撮像信号を取り込むことができるという特徴を有する。例えば、特許文献１ではＡＦにおいて任意の領域の信号を出力でき、高速なＡＦを実現可能な撮像装置が提案されている。
特開２０００−２０９５０９号公報

上述のような、任意の領域の信号取り込みによって、必要とする画面領域の高速読み出しが可能である撮像素子では、信号読み出し先頭位置または終了位置の設定をすることにより、任意の領域の画像を取り込むことを実現できる。しかしながら、信号読み出し先頭位置または終了位置の設定個数が多くなると、撮像装置のサイズもそれに応じて大きくなってしまい装置の小型化が図れないという問題が生じる。そこで本発明では、信号読み出し先頭位置または終了位置の設定個数が多くならないように、効率的に読み出し先頭位置または終了位置の設定個数を減らすことにより、ＡＦの高速化を実現しつつ、装置の小型化を図ることを目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の技術的特徴としては、撮像領域内における電気信号の読み出し開始位置が複数の所定位置に限定されている撮像装置であって、前記撮像領域に投影された被写体像を光電変換し、前記複数の所定の読み出し開始位置のいずれかを読み出し開始位置として前記光電変換された電気信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段から出力される電気信号に基づいて、電子ズーム処理を行う電子ズーム処理手段と、前記撮像手段から前記電子ズーム処理のための出力とは異なるタイミングで出力される電気信号に基づいて、焦点調節のための信号を検出する焦点調節処理手段とを有し、前記撮像手段の前記複数の所定の読み出し開始位置のうち少なくとも１つは、前記電子ズーム処理に使用される出力の読み出し開始位置及び、前記焦点調節に使用される出力の読み出し開始位置の共通の読み出し開始位置として設定されることを特徴とする。

また、本発明の他の技術的特徴としては、撮像領域内における電気信号の読み出し開始位置が複数の所定位置に限定されている撮像装置であって、前記撮像領域に投影された被写体像を光電変換し、前記複数の所定の読み出し開始位置のいずれかを読み出し開始位置として前記光電変換された電気信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段から出力される電気信号に基づいて、電子ズーム処理を行う電子ズーム処理手段と、前記撮像手段から前記電子ズーム処理のための出力とは異なるタイミングで出力される電気信号に基づいて、焦点調節のための信号を検出する焦点調節処理手段とを有し、前記電子ズーム処理に使用される出力の読み出し開始位置を、少なくとも前記焦点調節のための信号の検出のための電気信号が出力される予め決められた領域の境界、もしくは前記予め決められた領域内ではなく、当該領域外に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ＡＦの高速化を実現しつつ、装置の小型化を図れる。

以下、必要に応じて図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
＜装置の全体像＞
図１は、本発明の実施の形態の１つである撮像システムの構成を示す図である。ここで光電変換は、被写体からの光が絞り羽根１を通り、レンズ２により撮像素子４へ結像されることで行われる。ここで絞りやレンズなどの光学的構成要素を光学系という。なお、３は、モアレ等を防ぐ為に光の高域をカットする光学ローパス・フィルター、色補正フィルター、および赤外線をカットする赤外線カットフィルター等が組み合わされたフィルター群である。撮像素子４で変換された光信号は、水平デコーダ部２０及び垂直デコーダ部２１からの信号により水平シフトレジスタ部６および垂直シフトレジスタ部５で２次元状の画素位置選択が行われ、ＡＧＣ１０に読み出される。ＡＧＣ（オートゲインコントロール）１０により電圧を制御され、Ａ／Ｄ変換器１１でデジタル信号に変換される。カメラＤＳＰ１２は、動画または静止画の画像処理を行う。またＭＰＵ１４は、この画像処理の際に使われるパラメータをカメラＤＳＰ１２に設定したり、ＡＥ、ＡＦ処理を行ったりする。また、ＭＰＵ１４は、不図示のズームコントローラ（ズーム操作部）からの指示に基づいて、電子ズームの制御を行う。なお、ＡＦ制御は、フォーカス・モーター５１によりレンズ２に含まれるフォーカス・レンズ（図示せず）を前後に動かして行う。画像処理する際の一時的な記憶領域としてＤＲＡＭ１３が用いられ、不揮発性の記憶領域として画像記録媒体１８が用いられる。画像記録媒体１８は、例えば、スマート・メディア、磁気テープ、または光ディスク等である。この画像処理後の表示を行う為にＣＲＴ１５（ビデオエンコーダを含む）が設けられている。また、モニター１７は、例えばＬＣＤの様なもので画像記録媒体１８に記憶する前に被写体を確認したりする為に用いられる。これらの出力装置は、ＣＲＴ１５、および、モニター１７に限らずプリンタ等を用いてもよい。また、表示領域指定部１９は、撮像素子４の領域内で一部分の読み出しを行う場合に、その位置を指定するポインタ装置である。また、発振器９は絞り羽根１や、カメラＤＳＰ１２及びＭＰＵ１４へ種々なクロックを供給して、各部のタイミングを統一して取る集中タイミング用の発振器である。

＜読み出し動作＞
次に本実施形態で用いた撮像素子４の動作について説明する。図２において、１５０は、電荷を蓄積するフォトダイオード（以下ＰＤという）である。ＰＤは被写体像を光電変換して電気信号（電荷）を出力するので光電変換素子ともいい、複数の光電変換素子が撮像素子４の領域内にマトリクス状に配置されている。また、１５８はＰＤ１５０で蓄積された電荷（撮像信号）を増幅ＭＯＳトランジスタ１６０のゲートを浮遊構造としたフローティング・デフュージョン（以下、ＦＤという）に転送する為の電位障壁操作用転送ゲートのＭＯＳトランジスタである。また、１５７は電荷をリセットする為のリセットＭＯＳトランジスタである。そして、ライン選択用のＭＯＳトランジスタとして１５９が設けられている。なお、これらのＭＯＳトランジスタのゲートは、各々、ＰＤ１５０の電荷を転送する転送信号線１５３、ＦＤをリセットするリセット信号線１５６、および選択信号線１５２に接続されている。ここで、ＰＤ１５０に蓄積された電荷は、リセット信号線１５６によりリセットＭＯＳトランジスタ１５７がオンすることによりリセットされたＦＤへ転送される。そして、転送信号線１５３により選択されたＭＯＳトランジスタ１５８を通して転送される。そして、選択信号線１５２により選択された選択ＭＯＳトランジスタ１５９を介してソースフォロワＭＯＳトランジスタ１６０で増幅され、読み出し線１５４へ読み出される。また、これらをまとめて画素アンプ部１５１とする。

＜加算、非加算読み出し＞
図３は図２に示されたＰＤ１５０と画素アンプ部１５１を複数配列した画素部１１５と、読み出し回路を示す回路構成図である。図３では簡易化のために２×２画素のみが示されている。そして、ＰＤと画素アンプ部が複数あるので、ＰＤ１５０は、１５０−１、１５０−２、１５０−３、１５０−４と符号をふってある。また画素アンプ部１５１は、１５１−１、１５１−２、１５１−３、１５１−４と符号をふってある。この図３を用いて代表的な信号読み出し動作として、非加算制御と加算制御を例に取り上げて説明する。

非加算制御では、選択信号線１５２−１により画素アンプ部１５１−１が選択され、ＰＤ１５０−１の電荷は、読み出し線１５４−１に読み出され、ＭＯＳトランジスタ１６１−１へ転送される。図３に示されるＭＯＳトランジスタ１６１−１が信号線１６９により導通されることで容量１６２−１へ該電荷は蓄積される。同様に、ＰＤ１５０−２の電荷は、読み出し線１５４−２に読み出され、ＭＯＳトランジスタ１６３−１へ転送される。ＭＯＳトランジスタ１６３−１が信号線１６９により導通されることで容量１６４−１へ該電荷は蓄積される。つまり、ＰＤ１５０−１およびＰＤ１５０−２の電荷は、リセット信号線１５６−１，転送信号線１５３−１，選択信号線１５２−１、および、信号線１６９によるＰＤ１５０−１の読み出し制御により容量１６２−１および容量１６４−１へ読み出される。続いて、信号線１６７と信号線１６８が交互にオンされることで、ＰＤ１５０−１，ＰＤ１５０−２の撮像信号は順次に増幅器１７１を通して読み出される。垂直方向への走査動作はリセット信号線１５６−２，転送信号線１５３−２，選択信号線１５２−２、信号線１７０の制御から上記と同様の動作により行われる。

次に加算制御では、図３に示されるリセット信号線１５６−１，転送信号線１５３−１，選択信号線１５２−１、および、信号線１６９の制御で、ＰＤ１５０−１，ＰＤ１５０−２の電荷が、各々、容量１６２−１，１６４−１へ蓄積される。続いて、リセット信号線１５６−２，転送信号線１５３−２，選択信号線１５２−２、および信号線１７０の制御で、ＰＤ１５０−３，ＰＤ１５０−４の電荷が、各々、容量１６２−２，１６４−２へ蓄積される。この後、信号線１６７と信号線１６８を同時にオンすれば、ＰＤ１５０−１，ＰＤ１５０−２，ＰＤ１５０−３、およびＰＤ１５０−４の電荷を加算し平均した撮像信号が増幅器１７１を通して読み出される。またＰＤ１５０−１，ＰＤ１５０−４の信号の電荷を容量１６２−１，容量１６４−２へ蓄積し、この後、信号線１６７と信号線１６８を同時にオンすれば、ＰＤ１５０−１，ＰＤ１５０−４の電荷を加算し平均した撮像信号が増幅器１７１を通して読み出される。上記した制御手段で、非加算と加算での動作を行わせることができる。なお、前述の選択信号線１５２、リセット信号線１５６、転送信号線１５３、信号線１６９、信号線１７０等の信号線は、図２および図３では不図示の垂直シフトレジスタ部（図４では垂直シフトレジスタ５）と接続されている。また、信号線１６７、信号線１６８等の信号線は、図２および図３では不図示の水平シフトレジスタ部（図４では水平シフトレジスタ６）と接続されている。

＜部分読み出し＞
また、図４は、９×９画素の撮像素子４の構成を示している。撮像素子の一部の領域から信号を出力する動作について図４を用いて説明する。この構成で、それぞれのＸ方向、Ｙ方向の各９画素を指定するために、水平シフトレジスタ部６と垂直シフトレジスタ部５を設ける。さらに、その外側にシフトレジスタ部６、５内を任意の画素範囲毎に指定できるように、水平デコーダ部２０／垂直デコーダ部２１を兼ね備えている。また、画素部１１５に、例示として３×３画素部毎に、ブロックで区分されている。

ここでの水平デコーダ部２０の入力は、制御信号ＨＤ０〜ＨＤ１が入力され、水平シフトレジスタ部６はクロックパルス（ＣＬＫ）と水平リセットパルス（ＨＲＥＳ）が入力できるようになっている。また、垂直方向も同じ構成であり、垂直デコーダ部２１の入力は制御信号ＶＤ０〜ＶＤ１が入力され、垂直シフトレジスタ部５はクロックパルス（ＣＬＫ）と垂直リセットパルス（ＶＲＥＳ）が入力できるようになっている。水平部と垂直部とは、ほぼ同一なので、以下、水平方向だけで論じていく。

まず、水平デコーダ部２０の入力ＨＤ０〜ＨＤ１は、２本（ｂｉｔ）なので、これだけで水平９画素を全て指定することはできないが、３画素までなら直接指定することはできる。このため、この図４では水平９画素を３画素ずつの３ブロックに分け、そのブロックの先頭画素の３画素をデコーダ部８で指定できるように構成したものである。

水平シフトレジスタ部６は、水平デコーダ部２０と撮像素子４の間に位置している。そして、水平デコーダ部２０から得られる各ブロック５２の先頭位置を受け取り、クロックパルスＣＬＫにより、その位置から撮像素子４を１画素ずつ走査させるように構成したものである。この位置を読み出し先頭位置（以下、読み出し開始位置ともいう。）ということとする。走査を止めるときは水平リセットパルスＨＲＥＳにより、水平シフトレジスタ部６の内容を消去する。

上記では、水平部について説明したが、垂直デコーダ部２１及び垂直シフトレジスタ部についても同様である。つまり、選択されたブロックを水平ラインの並びで選択する場合に、上記と同様にデコードして、垂直シフトレジスタ部で画素読み出し領域を選択することにより、同様な動作で、同一の効果を奏し得る。

＜電子ズームとＡＦのための信号の読み出し動作＞
次に、電子ズームの際の信号の読み出し動作と、上述したＡＦの際に用いる合焦状態を検出する（焦点検出）ための信号の読み出し動作について以下に説明する。

まず、図５（ａ）と図５（ｂ）を用いて、通常の撮像の際の読み出し動作と電子ズームの際の読み出し動作について説明する。図５は電子ズーム動作の概念図である。図５（ａ）は通常モード時の読み出しを示しており、図５（ｂ）はズームモード時の読み出しを示している。通常モード時（例えば、ズーム倍率１倍の場合）には、上述した加算制御を利用して、例えば撮像素子４の４画素を加算して信号を出力することにより、画素数を少なくして読み出しを行う。概念的にいうと、図５（ａ）の太枠の範囲内については塗り潰しで示す画素の信号、つまり、縦横８×８画素の範囲から画面に表示するための４×４画素に相当する信号を読み出すという読み出し動作になる。

これに対し、ズームモード時（例えば、ズーム倍率２倍の場合）には、上述した非加算制御を利用して８×８画素の太枠範囲内の中央の連続した４×４画素を読み出す。つまり、所定の領域の信号を読み出すこととなる。よって、図５（ｂ）の太枠の範囲内の塗り潰しで示す画素の信号を読み出す動作になる。本実施の形態では、所定のズーム倍率よりも大きい倍率が指示された場合には、前記所定の領域の信号を読み出し、所定のズーム倍率よりも小さい倍率が指示された場合には全領域の信号を読み出す制御を行うものとする。これにより、読み出しの先頭位置の数を制限することができ、装置の小型化につながる。

このように所定の領域の信号を読み出すことにより、太枠範囲内の中央部分を拡大して表示させることができる。しかも、読み出す画素数は通常モード時と同じであり、信号処理による画素数の水増しを行わなくても良い。したがって、上述のような読み出し方法をすれば電子ズーム時の画質を高画質化することができる。

一方、ＡＦのための合焦状態を検出するための信号の読み出し動作は以下のようになる。撮像の際、ＡＦ用に一部の領域（ＡＦ領域）から信号を読み出す。一般的には被写体が画面中央に存在する確率が高いため、画面中央部付近の領域の信号を読み出す。このＡＦ領域は予め設定されているものとする。読み出しおよびＡＦの動作は図６のようになる。ＳＷ１がオンされＡＦ処理が開始されＡＥ処理が実行されたならば、ステップＳ６０１において、まず駆動の先頭位置（例えば無限遠相当位置又は至近相当位置）へレンズ２を駆動する。

ステップＳ６０２では、ＡＦ評価値を取得するためのレンズ２の駆動を開始する。まずレンズ２の駆動速度を信号の読み出し時間や深度などから求め、その結果に従いレンズ２を終了位置（例えば至近相当位置又は無限遠相当位置）方向へ駆動する。レンズ２は先頭位置から終了位置まで連続して駆動させる。

ついでステップＳ６０３で撮像装置のＡＦの設定がスピード優先であるかＡＦ精度優先であるかを判定する。スピード優先の場合にはステップＳ６０５に進み、ＡＦ精度優先であればステップＳ６０４に進む。ステップＳ６０５では前述のように画面中央付近の領域から、加算制御により信号を減らして読み出しを行う。一方、ステップＳ６０４では、前述のように画面中央付近の領域の読み出しを行う。本実施の形態では、ＡＦのための読み出し領域は画面中央付近の１つの領域である。

次にステップＳ６０６に進みＡＦ評価値を取得する。撮像素子４の蓄積終了後に撮像素子４からＡＦ領域の信号のみを読み出す。そして、その信号をＡＧＣ（オートゲインコントロール）１０、Ａ／Ｄ変換器１１でそれぞれ信号処理され、カメラＤＳＰ１２で、画像処理が行われる。ＭＰＵ１４においては、入力された信号を受けてＡＦ領域画面分の信号の高周波成分がハイパスフィルター（ＨＰＦ）等を介して抽出され、更に累積加算等の演算処理が行われる。これにより、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値が算出される。このように、ＭＰＵ１４にて、撮像素子４によって生成された信号の所定の高周波成分を抽出し、ＡＦ評価値を得る。

ステップＳ６０７ではＡＦ処理を終了するか否かの判定を行い、ＡＦ処理を終了する場合にはＡＦ処理終了のフラグを立てる。

下記の（１）、（２）の場合に、ＡＦ処理を終了するという判定をする。
（１）レンズ２が終了位置（至近相当位置又は無限相当位置）に達した場合
（２）ＡＦ評価値の最大値が検出され、かつＡＦ処理を継続しても新たなＡＦ評価値の最大値が検出できないと判断された場合
そして、ステップＳ６０８にて、ＡＦ処理終了のフラグが立っているか否かの判断をする。ステップＳ６０７の終了判定の結果が「終了しない」であり、ＡＦ処理終了のフラグが立っていない場合には、ステップＳ６０３へ進み、同様の動作を繰り返す。

一方ステップＳ６０７で終了判定の結果が「終了する」であり、ＡＦ処理終了のフラグが立っている場合には、ステップＳ６０９へ進みレンズ２の駆動を停止し（ステップＳ６０９）、ＡＦ処理を終了する。そしてステップＳ６０６によって得られたＡＦ評価値からそのピーク位置を求め、その位置にレンズ２を駆動する合焦動作を行う（ステップＳ６１０）。そして、不図示のズームコントローラ（ズーム操作部）によるズームの指示にしたがって、上述したように通常もしくは電子ズームの際の信号の蓄積及び読み出し動作を行う。この撮像素子４の蓄積終了後、撮像素子から読み出された信号は、Ａ／Ｄ変換や信号処理が施された後、さらに、各種の画像処理が行われる。

上述のように、所定のズーム倍率よりも大きい倍率が指示された場合の電子ズームの際の信号の読み出しと、ＡＦ動作の際の信号の読み出しとでは、どちらも画面の一部の領域から信号の読み出しを行う。そこで、本実施の形態では、図４で説明したような部分読み出しを行う際に、電子ズームとＡＦ用の読み出し領域とで信号読み出しの先頭位置および終了位置を同じ位置とし、共通化させている。これにより、撮像素子から信号を読み出すために読み出し先頭位置を選択するための選択部の回路構成を簡素化できる。また、信号を部分的に読み出すのでＡＦの高速化も実現できる。

なお、上記では、電子ズームの際、全領域を読み出すか所定の領域を読み出すかの２通りをズーム倍率に応じて変更する構成とした。しかし、複数の電子ズームの読み出し領域を予め設定しておき、電子ズームの際の読み出し領域とＡＦ用の読み出し領域を共通化（読み出し先頭位置を共通化）させるよう構成してもよい。

また、複数のＡＦ用の読み出し領域を設定し、少なくとも最小のＡＦ領域（焦点検出領域）を含む領域の画像信号を出力するように最小のＡＦ領域の境界または外側の位置を読み出し先頭位置として設定する。そして、電子ズーム時と最小のＡＦ領域読み出し時とで共通の読み出し先頭位置から読み出すようにしてもよい。ＡＦ領域の内側の位置を読み出し先頭位置として設定しないことにより、ＡＦ領域の内側を選択するための無駄な配線が不要となり装置の小型化が図れる。このときは、読み出した信号から所望の領域の信号を抽出して、表示や記録、またはＡＦに使用する。

以上のように、本実施例の撮像装置は、撮像領域内における電気信号の読み出し開始位置が複数の所定位置に限定されている。そして、撮像領域に投影された被写体像を光電変換し、複数の所定の読み出し開始位置のいずれかを読み出し開始位置として光電変換された電気信号を出力する撮像素子（撮像手段）を有する。そして、撮像素子から出力される電気信号に基づいて、電子ズーム処理を行う。また、撮像素子から電子ズーム処理のための出力とは異なるタイミングで出力される電気信号に基づいて、焦点調節のための信号を検出する焦点調節処理を行う。そして、撮像素子の複数の所定の読み出し開始位置のうち少なくとも１つは、電子ズーム処理に使用される出力の読み出し開始位置及び、焦点調節に使用される出力の読み出し開始位置の共通の読み出し開始位置として設定する。これにより、ＡＦの高速化を実現しつつ、装置の回路規模を小さくすることができ、装置の小型化を図れる。

（実施の形態２）
図７のフローチャートを参照して、実施の形態２を説明する。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明するとともに、同一の構成要素や処理動作には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜モニター表示をする場合としない場合のＡＦのための信号の読み出し動作＞
図７は、図１の撮像装置の実際の撮影動作を表したフローチャートである。モニター表示を行う場合と行わない場合とで場合分けしてフローが進んでいくように構成されている。本撮像装置の主電源スイッチがオン状態であり、かつ撮像装置の動作モードが撮影（録画）モードにあるとき、撮影処理シーケンスが実行される。

まず、ステップＳ７０１でモニター表示の設定がＯＮかＯＦＦかを判定する。モニター表示の設定がＯＮの場合には、ステップＳ７０２に進み、ＯＦＦの場合にはステップＳ７０９に進む。ステップＳ７０２においてＭＰＵ１４は、レンズ２を通過し撮像素子４上に結像した像をモニターに画像として表示させる。すなわち撮像素子４上に結像した被写体像は、撮像素子４による光電変換がなされ、電気的な信号に変換された後、前述のようにカメラＤＳＰ１２に出力される。そこで入力された信号に対して各種の信号処理が施され、所定の信号が生成される。次いでステップＳ７０３において、レリーズスイッチの状態を確認する。撮影者によってレリーズスイッチが操作され、ＳＷ１がオン状態になったことをＭＰＵ１２が確認すると、次のステップＳ７０４に進み、ＡＥ処理が実行される。続いて、後で詳述するステップＳ７０５においてＡＦ処理及び表示更新処理が行われる。

すなわちＭＰＵ１２は、ステップＳ７０５で合焦位置を検出するためのＡＦ処理を行う。ＡＦは撮像素子４によって生成された信号から出力される高周波成分が最も多くなるレンズ２の位置を求めることにより行われる。なお、このＡＦ処理の間に、モニター画像が途切れ途切れになることを防止するために、表示画面の更新が随時行われる。このとき、不図示のズームコントローラ（ズーム操作部）によりズームの指示がされていれば、実施の形態１で述べたように電子ズームの際の信号の読み出し動作を行う。具体的には、所定の領域の信号を読み出すことにより、所望のズーム倍率にズームされた信号を取得する。

ＡＦの結果、その信頼性が十分であれば、ステップＳ７０６においてＡＦＯＫ表示を行う。これは表示素子（不図示）を点灯することなどにより行うと同時に、モニター上に緑の枠を表示するなどの処理を行う。

またその信頼性が低い場合には、ステップＳ７０６においてＡＦＮＧ表示を行う。これは表示素子を点滅表示することなどにより行うと同時に、モニター上に黄色の枠を表示するなどの処理を行う。

ＭＰＵ１２はステップＳ７０７のおいて、ＳＷ２（レリーズスイッチの第ニストローク）の確認を行い、ＳＷ２がオンになっていたならば、ステップＳ７０８に進み、実際の露光処理を実行する。このとき、不図示のズームコントローラ（ズーム操作部）によりズームの指示がされていれば、実施の形態１で述べたように電子ズームの際の信号の読み出し動作を行う。具体的には、所定の領域の信号を読み出すことにより、所望のズーム倍率にズームされた信号を取得する。そして、画像処理、Ａ／Ｄ変換等を行い、モニターへの画像表示や記憶用メモリへの画像の記憶を行う。

ここで、ステップＳ７０５で行われるＡＦ処理及び表示画面の更新処理の詳細に関して説明する。

図８に動作手順を示す。ＳＷ１がオンされＡＦ処理が開始されＡＥ処理が実行されたならば、ステップＳ８０１において、まず駆動の先頭位置（例えば無限遠相当位置又は至近相当位置）へレンズ２を駆動する。

ステップＳ８０２では、ＡＦ評価値を取得するためのレンズ２の駆動を開始する。まずレンズ２の駆動速度を信号の読み出し時間や深度などから求め、その結果に従いレンズ２を終了位置（例えば至近相当位置又は無限遠相当位置）方向へ駆動する。レンズ２は先頭位置から終了位置まで連続して駆動させる。

ついでステップＳ８０３でモニター表示用の信号を読み出す領域を初期化する。次にステップＳ８０４に進みＡＦ評価値を取得する。撮像素子４の蓄積終了後に撮像素子４から全画面領域の信号を読み出す。このとき、不図示のズームコントローラによりズームの指示がされていれば、実施の形態１で述べたように電子ズームの際の信号の読み出し動作を行う。この信号はＡ／Ｄ変換や信号処理などが施された後、ＭＰＵ１２に対して出力される。ＭＰＵ１２においては、入力されたデジタル信号を受けてＡＦ領域分の信号の高周波成分がハイパスフィルター（ＨＰＦ）等を介して抽出され、更に累積加算等の演算処理が行われる。これにより、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値が算出される。このように、ＭＰＵ１２にて、撮像素子４によって生成された信号の所定の高周波成分を抽出し、ＡＦ評価値を得る。

また、前述の撮像素子４の蓄積終了後、撮像素子から読み出された全画面領域の信号は、Ａ／Ｄ変換や信号処理が施される。このとき、不図示のズームコントローラによりズームの指示がされていれば、実施の形態１で述べたような電子ズームの際に対してＡ／Ｄ変換や信号処理が施される。その後、さらに、各種の画像処理が行われる。そして、表示するのに適した形態の映像信号に変換された後（ステップＳ８０５）、モニターに画像として表示される（ステップＳ８０６）。すなわちこの段階でモニターの表示画像が更新される。

モニターの表示画像を更新したならば、ステップＳ８０７に進み、ＡＦ処理を終了するか否かの判定を行う。

下記の（１）、（２）の場合に、ＡＦ処理を終了するという判定をする。
（１）レンズ２が終了位置（至近相当位置又は無限相当位置）に達した場合
（２）ＡＦ評価値の最大値が検出され、かつＡＦ処理を継続しても新たなＡＦ評価値の最大値が検出できないと判断された場合
ステップＳ８０７の終了判定の結果を「終了しない」と判定した場合には、ステップＳ８０８からステップＳ８０３へ進み、モニター表示用の信号を読み出す領域を初期化する。そして、同様の動作を繰り返し、ＡＦ評価値（テップＳ８０４）とモニター表示用の信号（ステップＳ８０５）の取得を行う。そしてモニター表示用の信号が取得されたらモニター画像の更新を行う。

一方ステップＳ８０７で終了判定の結果を「終了する」と判定した場合には、ステップＳ８０９へ進みレンズ２の駆動を停止し、ＡＦ処理を終了する。そしてステップＳ８０４によって得られたＡＦ評価値からそのピーク位置を求め、その位置にレンズ２を駆動する合焦動作を行う。

次に、図７に戻り、ステップＳ７０１でモニター表示の設定がＯＦＦと判定した場合の説明に移る。モニター表示の設定がＯＦＦの場合には、ステップＳ７０９に進み、レリーズスイッチの状態を確認する。撮影者によってレリーズスイッチが操作され、ＳＷ１がオン状態になったことをＭＰＵ１２が確認すると、次のステップＳ７１０に進み、ＡＥ処理が実行される。続いて、ステップＳ７１１においてＡＦ処理が行われる。ステップＳ７１１におけるＡＦ処理は、図６の動作と同様であるので、説明は省略する。

ＭＰＵ１２はステップＳ７１２のおいて、ＳＷ２（レリーズスイッチの第ニストローク）の確認を行い、ＳＷ２がオンになっていたならば、ステップＳ７１３に進み、実際の露光処理を実行する。このとき、不図示のズームコントローラ（ズーム操作部）によりズームの指示がされていれば、実施の形態１で述べたように電子ズームの際の信号の読み出し動作を行う。具体的には、所定の領域の信号を読み出すことにより、所望のズーム倍率にズームされた信号を取得する。そして、画像処理、Ａ／Ｄ変換等を行い、モニターへの画像表示や記憶用メモリへの画像の記憶を行う。

上述のように、モニター表示する場合には、全画面領域から信号を読み出して、その中からＡＦで合焦状態を判断するための部分領域の信号も得る。そして、モニター表示しない場合には、はじめから部分領域から信号を読み出して信号を得るように構成されている。この構成により、効率よく所望の信号を得ることが可能となる。なお、読み出し方法としては、モニター表示をする場合には、表示用の信号も、ＡＦ用の信号も加算制御により信号数を減らして読み出された信号により生成されることとなる。よって、モニター表示をしない場合には、ＡＦ用の信号の精度がスピード優先の場合にはモニター表示する場合と同じになる。それに対し、ＡＦ精度優先の場合にはモニター表示する場合よりもモニター表示をしない場合には精度がより高くなる。このように、モニター表示を行う第１のモードとモニター表示を行わない第２のモードとを有し、第１のモードの場合には、電子ズームの倍率に応じて読み出し開始位置を変更して撮像素子から電気信号を出力する。そして、第２のモードの場合には、電子ズームの倍率に応じた読み出し開始位置の変更を行わず撮像素子から電気信号を出力するようにしたので、モードに応じた適切なＡＦが行える。

なお、読み出し先頭位置は、少なくともＡＦ領域（焦点検出領域）を含む領域の画像信号を出力するようにＡＦ領域の境界または外側の位置に設定するようにする。そして、電子ズームの撮像時とＡＦ時で共通の読み出し先頭位置から読み出すようにする。つまり、ＡＦ領域の内側の位置を読み出し先頭位置として設定しないことにより、内側を選択するための無駄な配線が不要となり装置の小型化が図れる。また、少なくともＡＦ領域の信号は読み出すように構成されているので、ＡＦの精度を保ちつつ処理の高速化が図れる。ここで、領域の外側、内側および境界についての補足説明を図４を例に以下に記す。図４のブロック５２がＡＦ領域に該当する。そして、領域の内側はブロック５２−１に該当する。さらに、境界とは、ブロック５２−２に該当する。このように、境界とはＡＦ領域の枠示し、領域の内側とは、枠の内部の領域を示す。

また、上記では、加算制御により信号数を減らす読み出し方法を例に説明したが、これに替えて、間引いて信号を読み出すことにより信号量を減らす間引き読み出しを代用しても、装置の小型化という課題を解決することができる。

本実施形態のシステム構成を示す図である。回路構成を示す図である。回路構成を示す図である。撮像素子の一部の領域から信号を出力する動作を説明するための図である。通常撮像の信号読み出し動作と電子ズームの信号読み出し動作の概念を示す図である。ＡＦ動作を説明する図である。本撮像装置の実際の撮影動作を表したフローチャートである。ＡＦ処理及び表示画面の更新処理を表したフローチャートである。

符号の説明

１絞り羽根
２レンズ
３フィルター群
４撮像素子
５垂直シフトレジスタ部
６水平シフトレジスタ部
２０水平デコーダ部
２１垂直デコーダ部
９発振器
１０ＡＧＣ（オートゲインコントロール）
１１Ａ／Ｄ変換器
１３ＤＲＡＭ
１２カメラＤＳＰ
１４ＭＰＵ
１５ＣＲＴ
１７モニター
５１フォーカス・モーター
１８画像記録媒体
１９表示領域指定部
１５０ＰＤ
１５１画素アンプ部
１１５画素部

Claims

撮像領域内における電気信号の読み出し開始位置が複数の所定位置に限定されている撮像装置であって、
前記撮像領域に投影された被写体像を光電変換し、前記複数の所定の読み出し開始位置のいずれかを読み出し開始位置として前記光電変換された電気信号を出力する撮像手段と、
前記撮像手段から出力される電気信号に基づいて、電子ズーム処理を行う電子ズーム処理手段と、
前記撮像手段から前記電子ズーム処理のための出力とは異なるタイミングで出力される電気信号に基づいて、焦点調節のための信号を検出する焦点調節処理手段とを有し、
前記撮像手段の前記複数の所定の読み出し開始位置のうち少なくとも１つは、前記電子ズーム処理に使用される出力の読み出し開始位置及び、前記焦点調節に使用される出力の読み出し開始位置の共通の読み出し開始位置として設定されることを特徴とする撮像装置。
撮像領域内における電気信号の読み出し開始位置が複数の所定位置に限定されている撮像装置であって、
前記撮像領域に投影された被写体像を光電変換し、前記複数の所定の読み出し開始位置のいずれかを読み出し開始位置として前記光電変換された電気信号を出力する撮像手段と、
前記撮像手段から出力される電気信号に基づいて、電子ズーム処理を行う電子ズーム処理手段と、
前記撮像手段から前記電子ズーム処理のための出力とは異なるタイミングで出力される電気信号に基づいて、焦点調節のための信号を検出する焦点調節処理手段とを有し、
前記電子ズーム処理に使用される出力の読み出し開始位置を、少なくとも前記焦点調節のための信号の検出のための電気信号が出力される予め決められた領域の境界、もしくは前記予め決められた領域内ではなく、当該領域外に設けたことを特徴とする撮像装置。
前記焦点調節処理は第１のモードと第２のモードとを有し、
前記第１のモードの場合には、前記電子ズームの倍率に応じて前記読み出し開始位置を変更して前記撮像手段から電気信号を出力し、前記第２のモードの場合には、前記電子ズームの倍率に応じた読み出し開始位置の変更を行わず前記撮像手段から電気信号を出力することを特徴とする請求項１および請求項２に記載の撮像装置。
前記第１のモードは、表示部で前記電気信号に基づく被写体像の表示を行うモードであり、前記第２のモードは、前記表示部で前記電気信号に基づく被写体像の表示を行わないモードであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記撮像手段から出力された電気信号に基づく被写体像を表示部に表示させるよう制御する表示制御手段と、
記録手段に前記撮像手段から出力された電気信号に基づく画像信号を記録するように制御する記録制御手段とを更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。