JP4443361B2 - 撮像装置およびカメラ - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子と、撮像素子で撮像された画像を表示する表示手段と、オートフォーカス演算・制御部を有してなる撮像装置およびこの撮像装置を備えたカメラに関するものである。

従来、例えばデジタルカメラのような、撮像素子で撮像された画像を表示する表示手段を有する撮像装置あるいはカメラにおいて、オートフォーカス制御の高速化を図り、かつ、オートフォーカス制御時のプレビュー表示を適正化するために、画像の一部分を読み出すことによって比較的高速に画像を読み出す読み出しモードを有し、読み出しモードで読み出した画像の一部分の画像を使ってプレビュー表示として更新表示するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

デジタルカメラの多くは撮像素子としてＣＣＤを用いており、ＣＣＤから得られる画像情報によってオートフォーカスを行うようにしたものもある。ＣＣＤ駆動方式によるオートフォーカスの従来技術として、山登りスキャン方式があり、山登りスキャン方式によるオートフォーカスを高速に行うための専用駆動モードが知られている。この駆動方式は、画面内のフォーカス演算処理に、必要とする画像データを含む領域のみを読み出し、不要な領域は高速に掃き出し転送をおこなうものである。通常は、画面を垂直方向に３分割し、その中央領域を読み出し領域とし、その上下領域を高速掃き出し領域としている。このような駆動方式では、被写体のコントラスト（高周波成分）情報を、通常のプレビュー駆動に比較して高速に取得できるという長所を有するが、その副作用として以下に説明する２つの短所も併せ持っている。

一つは、上記のような駆動をおこなう撮像装置ではフォーカス動作中に画角全面の画像データを取得できないために、撮像装置に備えられている液晶パネルなどの表示部での画像更新ができず、オートフォーカス動作に移行する直前の画像を表示し続けることである。例えば、カメラなどでは目標物となる被写体を操作者が常に追尾することができることを必要とする機器であるが、表示画像の更新が数秒間停止すると、動く被写体を対象としているときにはその追尾を困難にし、機器の使い勝手を大きく損ねることになる。

二つめの短所としては消費電力の増加が挙げられる。これは、上記の演算に不要である領域を高速に掃き出し転送する際に、転送クロック周波数を上げることに起因している。元来、フォーカス動作中はモータを駆動するために撮像装置の一連の動作においても特に消費電力が増加するが、撮像部での電力の増加は、装置の電池寿命をさらに短縮化させることになる。

特開２００４−０２３７４７号公報

本発明は、このような従来技術の問題点にかんがみてなされたもので、オートフォーカス専用の駆動（以下、「切り出し駆動」と呼ぶ）中においても表示画像の更新をおこなうことができるように、切り出し駆動中は、画像表示手段に、フォーカス演算に使用する領域に限定して表示させることを目的としている。ここで、フォーカス演算に使用する領域と限定したのは、上記領域であれば切り出し駆動時においても更新表示が可能であり、更には操作者がフォーカスエリアを認識しながら撮像装置を扱える利点があるからである。さらに、フォーカス動作後に合焦している領域情報を操作者に提供することで撮影を補助することになる。

従来技術としては前記特許文献１に記載されている発明がある。この従来技術は、上記本願発明の目的を同じにしているが、更新表示する領域を『第２の駆動モードで読み出された画像信号に基づく第２の画像』としており、本発明のように『フォーカス演算領域』に限定するものではない。さらには、本願発明に記載の『フォーカス動作直後に表示画像中の合焦領域を前記画像表示手段に表示させ』に相当する技術事項については言及されていない。以上から、特許文献１記載の発明では、フォーカス動作時に更新表示することのみを目的をとするのに対し、本願発明では、フォーカス動作状態と、その結果を操作者に知らせるという目的も有している。

本願発明の他の目的は、操作者の視認性を上げるために、拡大表示を行うことにある。解像度が高くサイズの大きな液晶であれば、拡大表示を行うことによって、合焦・非合焦の度合いをある程度まで確認できる。

本願発明のさらに別の目的は、切り出し駆動においては高速掃き出し転送を伴うため撮像装置の消費電力が増加するので、その対策として、液晶パネルのバックライト回路の消費電流を減らすことで、その影響を軽減することにある。ただし、輝度を下げると視認性が悪くなるという弊害はある。

本発明は、撮影光学系と、撮像素子と、画像表示手段と、上記撮像素子の出力信号に基づくオートフォーカス演算・制御部を備え、上記撮像素子は画面全体の読み出しを行う第１の駆動モードと、画面を垂直方向で複数領域に分割して一部の領域の読み出しを行う第２の駆動モードとを有し、上記オートフォーカス演算・制御部は、プレビュー動作時には上記撮像素子を上記第１の駆動モードで動作させて上記画像表示手段に画面全体が表示した状態で更新出力を表示し、レリーズボタンが操作されたオートフォーカス動作時には上記撮像素子を上記第２の駆動モードで動作させて読み出した領域の一部をフォーカス演算領域として拡大した状態で上記画像表示手段に更新出力を表示し、上記フォーカス演算領域を複数のブロックに分割してこのブロック毎にオートフォーカス演算を行いオートフォーカス動作直後にはフォーカスが合っているブロックを拡大表示された画像中に表示し、所定時間の後に上記撮像素子を上記第１の駆動モードで動作させて画面全体を表示するプレビュー動作に戻ることを最も主要な特徴とする。

画像表示手段は液晶表示パネルとし、オートフォーカス演算・制御部は、オートフォーカス時に液晶表示パネルのバックライトの輝度を下げるようにするとよい。

本発明によれば、撮像素子は所定の画素数を出力する第１の駆動モードと、第１の駆動モードよりも少ない画素数を出力する第２の駆動モードとを有し、オートフォーカス演算・制御部は、オートフォーカス動作時には撮像素子を第２の駆動モードで動作させて、オートフォーカス演算に使用する領域の画像データを画像表示手段に更新出力し、オートフォーカス動作直後には表示画像中の合焦領域を画像表示手段に表示させるように構成したため、プレビュー画像の更新を停止することなく高速にフォーカス処理することが可能となる。

オートフォーカス演算・制御部が、オートフォーカス動作時に、画像データを画像表示手段に拡大表示させるように構成することにより、上記の効果に加えて、操作者がフォーカス結果を視認しやすくなる。
画像表示手段は液晶表示パネルとし、オートフォーカス演算・制御部は、オートフォーカス時に液晶表示パネルのバックライトの輝度を下げるように構成することにより、正常な動作に対して弊害となる消費電力の増加を抑制することができる。

以下、図面を参照しながら本発明にかかる撮像装置およびカメラの実施例について説明する。
図１は、撮像装置の一例として、静止画を記録する撮像装置の構成例を示している。図１において、装置のすべての制御は制御部１１１によって行われるようになっている。撮影光学系１００はフォーカスレンズを含み、光学系駆動部１０１に含まれるフォーカスモータおよびフォーカスモータドライブ回路によって、フォーカス動作時に、制御部１１１の制御によってスキャンを行うようになっている。撮影光学系１００によって撮像素子１０２の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子１０２は撮像素子駆動部１０３から出力される駆動信号に基づいて駆動され、被写体の対応した画像信号を出力する。撮像素子駆動部１０３は、少なくとも撮影前に被写体像を表示手段に表示させるプレビュー用駆動、フォーカス（合焦）のための切り出し駆動、静止画用駆動の３種類の駆動方式に対応し、これらの駆動方式のいずれかに切り換えられるに従い、表示手段である画像表示部１１０の表示モードを切り替えるように構成されている。

撮像素子１０２の出力は画像処理部１０５に入力され、画像処理部１０５においてＣＤＳ処理、ＡＤ変換、データサイズ変換、γ処理、ＹＵＶ変換などが施される。この画像処理部１０５の途中から分岐して、フォーカス演算用の画像信号がオートフォーカス（以下「ＡＦ」という）演算部１０４に出力される。ＡＦ演算部１０４はハイパスフィルタもしくはバンドパスフィルタと積分回路で構成され、画像の高周波成分の積分値を演算している。この出力が大きいほど画像中の高周波成分が多く、高周波成分が最大となる位置でフォーカスが合っているといえる。画像処理部１０５から出力される画像信号は画像表示処理部１０９にも入力される。画像表示処理部１０９では拡大・非拡大表示などの切換を行い、この切換にしたがって上記画像信号を画像表示部１１０に拡大表示または非拡大表示を行うようになっている。また、画像表示部１１０は制御部１１１からの指示に従い、表示輝度レベルを変化させるようになっている。

画像処理部１０５から出力される画像信号は、一時的に画像信号を記録する画像データバッファメモリ１０７に入力されて一時的に記録され、画像データ記録メモリ１０８に入力されて記録されるように構成されている。また、上記画像信号はＪＰＥＧ処理部１０６に入力されて所定の規格に則って圧縮される。制御部１１１には操作部１１２からの各種操作信号が入力され、入力された操作信号に従い制御部１１１は上記各機能部の動作を制御するようになっている。ＡＦ演算部１０４と制御部１１１とで、撮像素子１０２の出力信号に基づいて合焦位置を求め、撮影光学系１００の合焦手段を合焦位置まで駆動制御するオートフォーカス演算・制御部を構成している。

撮像素子１０２は、その撮像面が複数の領域に区分されている。図２は撮像素子上の領域区分の例を、図３はプレビュー時の撮像素子出力画素数を、図４はＡＦ動作時の撮像素子出力画素数をそれぞれ示している。１例として、図２に示すように、撮像素子として、撮像面が縦１８００画素×横２４００画素の４３２万画素で構成されたＣＣＤを用いるものとする。撮像面は横方向の直線によって縦方向に３等分され、上から順にＫ１，Ｋ２，Ｋ３の撮像領域に区分されている。プレビュー時は撮像領域Ｋ１〜Ｋ３の全領域を垂直方向に１／６に圧縮するように間引き・加算して出力するように、制御部１１１が制御する。このために出力されるデータのサイズ、換言すれば撮像素子出力画素数は、図３に示すとおり、３００ライン×２４００画素となる。これに対してＡＦ動作時は、撮像領域Ｋ２のみを１／６に圧縮するように間引き・加算して出力する。このために、出力されるデータのサイズ、換言すれば撮像素子出力画素数は、図４に示すとおり、１００ライン×２４００画素となる。このように、プレビュー時よりもＡＦ動作時の方が、出力画素数が少なくなり、この出力画素数差によって、オートフォーカスの高速化を達成することができる。なお、撮像領域Ｋ２はさらに横方向に４ブロック、縦方向に３ブロックに等分されて、Ｆ１１〜Ｆ１４、Ｆ２１〜Ｆ２４、Ｆ３１〜Ｆ３４の１２ブロックで構成されるフォーカス演算領域を含んでいる。図１に示すＡＦ演算部１０４では、上記複数のブロックＦ１１〜Ｆ３４ごとに高周波成分の抽出・積分を行い、合焦位置の検出を行っている。

図５はプレビュー時の画像表示の例を、図６はＡＦ動作時の画像表示の例を、図７はＡＦ動作直後の画像表示の例を示す。図５に示すプレビュー時の画像表示は、図３に示す出力画素数で得られる画像データをもとにして、画角全面に表示した例である。図６に示すＡＦ動作直後の画像表示は、図４に示す出力画素数で切り出した領域画素から得られる画像データをもとに拡大表示した例である。図７はフォーカス動作直後の表示であり、フォーカスが合っているフォーカスブロックをＯＳＤ（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）で枠表示している。図７の例では、最も右側の縦３列のフォーカスブロックのＦ１４、Ｆ２４、Ｆ３４（人物）と、最も左側の下段のフォーカスブロックＦ３１（車のフロント部）にフォーカスが合っていることをＯＳＤで表示している。

次に、上記実施例の動作について、図８に示す撮像シーケンスを参照しながら説明する。ここではプレビューから始まり、第１レリーズ押下によりフォーカス（合焦）を行い、またプレビューに戻るまでのシーケンスを図示する。なお、図を簡単化するためにプレビュー時の垂直同期信号の周期（ＶＤ１）と液晶表示の更新レートを同一にしているが、特にその必然性はない。図８中の縦方向の点線は第１レリーズの押下を示している。この第１レリーズ押下によって発生する信号は、図１に示す操作部１１２から制御部１１１に入力される信号の一つであり、この入力信号を上記制御部１１１が検出し、次の垂直信号に同期させて切り出し駆動に切替えるように、撮像素子駆動部１０３に指示する。プレビュー用駆動時の液晶表示パネルにおける表示画像を、図８では順にＡｉ−１，Ａｉとして示している。このときの表示は図５に示すような画角全面表示αである。このプレビュー用駆動時の表示手段による表示モードを第１の駆動モードとする。

制御部１１１は、切り出し駆動への切換と同時に光学系駆動部１０１の動作を制御し、光学系駆動部１０１が撮影光学系１００の合焦レンズを駆動してフォーカス動作を行う。このときの表示画像Ａｉ＋１はまだ画角全面表示αである。フォーカス動作中の垂直同期信号の周期はＶＤ２であり、プレビュー用駆動時の垂直同期信号の周期ＶＤ１より短くなる。すなわちオートフォーカス動作を迅速化することができる。図８において、垂直転送信号に印した『高速転送』はフォーカス演算に不要である領域Ｋ１、Ｋ３から得られる画像信号を高速に吐き出し転送する駆動であり、この転送により撮像装置の消費電力が増加する。この対策として、図示のように、表示Ｂ１から液晶のバックライト輝度を下げる。表示Ｂ１とは、プレビュー用駆動時の液晶表示パネルにおける表示画像αに代わって表示される、図６に示すような、切り出された撮像領域で得られる画像データにより拡大して表示される画像βのことである。この切り出し駆動時（オートフォーカス時）の表示手段による表示モードを第２の駆動モードとする。また、切り出し駆動時は、図８において、Ｂｊ−１、Ｂｊ＋１で示すとおり、表示画面が順次更新される。フォーカス演算終了後には、液晶表示画像Ｂｊ＋１で露光した画像データを基にして、図７で示すようにフォーカスが合っているフォーカスブロックをＯＳＤで枠表示する。この画面γは操作者の確認のためのものであるので、０．２〜１秒程度表示することが好ましい。画面γを表示した後は、プレビュー用駆動モード、すなわち第１の駆動モードに戻り、液晶表示パネルからなる表示手段には画像αが表示される。

以上述べたとおり、本発明によれば、当初に述べた目的を達成することができる。本発明にかかる撮像装置およびカメラは、オートフォーカス機能を有し、画像表示手段で被写体像をプレビューできる撮像装置またはカメラであれば、どのようなカメラにも適用可能である。

本発明にかかる撮像装置およびカメラの実施例を示す電気的処理系統のブロック図である。 撮像素子上の撮像領域区分の例と撮像素子出力画素数の例を示す正面図である。 プレビュー時の撮像素子出力画素数の例を示す概念図である。 ＡＦ動作時の撮像素子出力画素数の例を示す概念図である。 プレビュー時の画像表示例を示す正面図である。 ＡＦ動作時の画像表示例を示す正面図である。 ＡＦ動作直後の画像表示例を示す正面図である。 上記実施例の動作を示す撮像シーケンス図である。

符号の説明

１００ 撮影光学系
１０２ 撮像素子
１０４ オートフォーカス演算部
１１０ 画像表示部
１１１ 制御部

Claims (4)

1. 撮影光学系と、撮像素子と、画像表示手段と、上記撮像素子の出力信号に基づくオートフォーカス演算・制御部を備えた撮像装置であって、
   上記撮像素子は画面全体の読み出しを行う第１の駆動モードと、画面を垂直方向で複数領域に分割して一部の領域の読み出しを行う第２の駆動モードとを有し、
   上記オートフォーカス演算・制御部は、
   プレビュー動作時には上記撮像素子を上記第１の駆動モードで動作させて上記画像表示手段に画面全体が表示した状態で更新出力を表示し、
   レリーズボタンが操作されたオートフォーカス動作時には上記撮像素子を上記第２の駆動モードで動作させて読み出した領域の一部をフォーカス演算領域として拡大した状態で上記画像表示手段に更新出力を表示し、
   上記フォーカス演算領域を複数のブロックに分割してこのブロック毎にオートフォーカス演算を行いオートフォーカス動作直後にはフォーカスが合っているブロックを上記拡大表示された画像中に表示し、
   所定時間の後に上記撮像素子を上記第１の駆動モードで動作させて画面全体を表示するプレビュー動作に戻ることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置において、上記画像表示手段は液晶表示パネルとし、上記第２の駆動モードでは、１画面の垂直同期信号の周期が上記第１の駆動モードよりも短くなるように制御されるとともに、上記オートフォーカス演算・制御部が、オートフォーカス動作時に液晶表示パネルのバックライトの輝度を下げることを特徴とする撮像装置。
3. 撮影光学系と、撮像素子と、画像表示手段と、上記撮像素子の出力信号に基づくオートフォーカス演算・制御部を備えたカメラであって、
   上記撮像素子は画面全体の読み出しを行う第１の駆動モードと、画面を垂直方向で複数領域に分割して一部の領域の読み出しを行う第２の駆動モードとを有し、
   上記オートフォーカス演算・制御部は、
   プレビュー動作時には上記撮像素子を上記第１の駆動モードで動作させて上記画像表示手段に画面全体が表示した状態で更新出力を表示し、
   レリーズボタンが操作されたオートフォーカス動作時には上記撮像素子を上記第２の駆動モードで動作させて読み出した領域の一部をフォーカス演算領域として拡大した状態で上記画像表示手段に更新出力を表示し、
   上記フォーカス演算領域を複数のブロックに分割してこのブロック毎にオートフォーカス演算を行いオートフォーカス動作直後にはフォーカスが合っているブロックを拡大表示された画像中に表示し、
   所定時間の後に上記撮像素子を上記第１の駆動モードで動作させて画面全体を表示するプレビュー動作に戻ることを特徴とするカメラ。
4. 請求項３記載のカメラにおいて、上記画像表示手段は液晶表示パネルとし、上記第２の駆動モードでは、１画面の垂直同期信号の周期が上記第１の駆動モードよりも短くなるように制御されるとともに、上記オートフォーカス演算・制御部が、オートフォーカス動作時に液晶表示パネルのバックライトの輝度を下げることを特徴とするカメラ。
   

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