JP4661225B2

JP4661225B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4661225B2
Application number: JP2005004673A
Authority: JP
Inventors: 聡寺田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2006195023A

Description

本発明は、レンズにより被写体の画像を固体撮像素子に結像して画像信号を得る撮像装置に係り、特に前記レンズによる結像画像の焦点を自動的に合わせるオートフォーカス（ＡＦ）制御に関する。

従来から、スチルビデオカメラなどの撮像装置では、被写体の画像をレンズにより固体撮像素子に結像し、これにより固体撮像素子を構成する画素に結像画像に対応する画像信号が蓄積される。そこで、従来のＡＦ制御では、１フレームの画面中の測距部に対応する固体撮像素子の画素から画像信号を読み出し、得られた画像信号からハイパスフィルターを用いて高周波成分を検出すると共に、上記レンズを動かしてこの高周波成分値（またはその積分値）のピーク値を図６に示すように求めることによって、レンズの合焦位置を求めることが行われている。

ところが上記した従来のＡＦ制御では、通常、撮像素子からの画像信号の読み出し走査を水平方向に行っているため、被写体画像の水平方向の高周波成分は高精度に検出できるのに対し、垂直方向の高周波成分を高精度に検出することが困難となっている。それ故、例えば横縞模様の被写体などは焦点が合いづらいという問題があった。これを解決するための手段の一つとして、固体撮像素子からの出力画像を一旦画像メモリに記憶し、この画像メモリから画像信号を水平・垂直の双方向の走査で読み出して、水平・垂直双方向の高周波成分を高精度に検出する方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平５−１３７０４６号公報（第４−５頁、第１図）

しかしながら、上記の画像メモリを用いた方法では、垂直方向の高周波成分の検出を精度良くできるようになる反面、画像メモリが必要になるので回路規模の増加及びコストアップとなる問題がある。また、撮像素子から読み出した画像信号を画像メモリに水平方向走査で書き込みを行った後で、当該画像メモリから水平・垂直双方向の走査で画像信号を読み出してＡＦ制御を行うため、処理に時間がかかるという懸念事項があり、この懸念は測距範囲が広がるほど顕著化するという問題がある。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、回路規模を増加させることなく且つ安価に、被写体画像の水平・垂直方向の高周波成分を高精度に検出してどのようなパターンの被写体に対しても、高速で且つ精度の高い合焦を得ることができる撮像装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、レンズにより結像された被写体の画像を光電変換して画像信号として蓄積する撮像素子と、前記レンズを移動させるレンズ駆動手段と、前記撮像素子に蓄積された画像信号を読み出す走査方向とタイミングを制御するタイミング制御手段と、前記タイミング制御手段に制御されて、前記撮像素子の全画素に蓄積された画像信号を水平方向及び垂直方向に切り換えて走査して読み出す読出手段と、前記読出手段により読み出された前記撮像素子の全画素の画像信号から高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、前記水平方向に走査して読み出された画像信号から抽出された高周波成分と前記垂直方向に走査して読み出された画像信号から抽出された高周波成分を混合する混合手段と、前記混合された高周波成分値またはその積分値がピークとなる位置に前記レンズ駆動手段を制御して移動させる合焦点制御手段と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、レンズにより結像された被写体の画像を光電変換して画像信号として蓄積する撮像素子と、前記レンズを移動させるレンズ駆動手段と、前記撮像素子に蓄積された画像信号を読み出す走査方向とタイミングを制御するタイミング制御手段と、前記タイミング制御手段に制御されて、前記撮像素子の全画素に蓄積された画像信号を水平方向及び垂直方向に切り換えて走査して読み出す読出手段と、前記読出手段により読み出された前記撮像素子の全画素の画像信号から高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、前記水平方向に読み出された画像信号から抽出された高周波成分と前記垂直方向に読み出された画像信号から抽出された高周波成分を比較する比較手段と、前記比較手段により得られた比較結果により前記撮像素子から画像信号を読み出す走査方向を水平方向にするか垂直方向にするかを決定する走査方向決定手段と、前記撮像素子から前記決定された走査方向で読み出された画像信号の高周波成分値またはその積分値がピークとなる位置に前記レンズ駆動手段を制御して移動させる合焦点制御手段と、を具備することを特徴とする。

このように本発明では、撮像素子より水平方向及び垂直方向に走査して読み出された画像信号から高周波成分を抽出し、これら高周波成分を混合した高周波成分値またはその積分値がピークとなる位置にレンズを移動させてＡＦ制御を行うことにより、或いは、当初、撮像素子より水平方向及び垂直方向に走査して読み出された画像信号の高周波成分を比較し、以降、例えばレベルが高い高周波成分が得られる走査方向で撮像素子より画像信号を読み出してＡＦ制御を行うことによって画像メモリを用いる必要をなくし、それ故、装置の回路規模を大きくすることなく且つ安価に、被写体画像の水平・垂直双方向の高周波成分を高精度に検出でき、どのようなパターンの被写体に対しても精度の良い合焦を得ることができる。また、撮像素子を水平方向に走査して読み出した画像信号を画像メモリに書き込み、次にこの画像メモリから水平及び垂直方向に走査して画像信号を読み出す必要がないため、ＡＦ制御のための信号処理時間を短くでき、どのような被写体に対しても高速で且つ精度の高い合焦を得ることができる。

本発明によれば、撮像素子より水平方向及び垂直方向に走査して読み出した画像信号から高周波成分を抽出し、これら高周波成分を混合した高周波成分値またはその積分値がピーク値を得るようにレンズを移動させてＡＦ制御を行うことにより、或いは、当初、撮像素子より水平方向及び垂直方向に走査して読み出した画像信号の高周波成分を比較し、以降、例えばレベルが高い高周波成分が得られる走査方向で撮像素子より画像信号を読み出してＡＦ制御を行うことにより、画像メモリを用いる必要を無くすことができ、それ故、装置の回路規模を増やすこと無く、どのようなパターンの被写体に対しても高速で且つ精度の高い合焦を安価に得ることができる。

回路規模を増加させることなく且つ安価に、被写体画像の水平・垂直方向の高周波成分は高精度に検出してどのようなパターンの被写体に対しても高速で且つ精度の高い合焦を得る目的を、撮像素子より水平方向及び垂直方向に走査して読み出された画像信号から高周波成分を抽出し、これら高周波成分を混合した高周波成分値またはその積分値がピーク値を得るようにレンズを移動させてＡＦ制御を行うことによって、或いは、当初、撮像素子より水平方向及び垂直方向に走査して読み出した画像信号の高周波成分を比較し、以降、例えばレベルが高い高周波成分が得られる走査方向で撮像素子より画像信号を読み出してＡＦ制御を行うことによって実現した。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成を示したブロック図である。撮像装置は、被写体を固体撮像素子３に結像させるレンズ１、レンズ１を移動させるレンズ駆動回路２、被写体の画像を光電変換して画像信号として蓄積する固体撮像素子３、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路４、画像信号に各種処理を施す信号処理回路５、画像信号から高周波成分を検波する高周波成分検波回路６、固体撮像素子３の画像読み出し走査方向及び読み出しタイミング等を制御するタイミング制御回路７、撮像動作やＡＦ制御等の個別制御及び装置全体の制御を行うＣＰＵ８を有して構成される。

次に本実施形態のＡＦ制御動作について説明する。レンズ１により被写体の画像が固体撮像素子３に結像され、結像された画像に対応する画像信号が撮像素子３の画素に蓄積される。固体撮像素子３の画素から結像画像に対応する画像信号がタイミング制御回路７により読み出されてＡ／Ｄ変換回路４に出力される。その際、タイミング制御回路７はＣＰＵ８の制御により、まず、図２（Ａ）に示すように固体撮像素子３の各画素から画像信号を水平方向に走査して読み出し、次に図２（Ｂ）に示すように垂直方向に走査して読み出すように、画像信号の読み出し走査方向の切り換えを行う。

図３はタイミング制御回路７により固体撮像素子３から画像信号が読み出される動作を説明するタイミングチャートである。画像信号は固体撮像素子３から垂直同期信号１００で区切られる１フレーム毎に交互に切り換わる水平走査読み出しと垂直走査読み出しにより読み出される。

Ａ／Ｄ変換回路４は上記のように読み出された画像信号をデジタル化して信号処理回路５と高周波成分検波回路６に出力する。高周波成分検波回路６は水平走査で読み出しされた画像信号及び垂直走査で読み出された画像信号のそれぞれの高周波成分を検波して抽出し、得られ高周波成分をＣＰＵ８に出力する。ＣＰＵ８は内蔵のＲＡＭ等のメモリに水平走査読み出しされた画像信号の高周波成分と、垂直走査読み出しされた画像信号の高周波成分を保持し、これら両高周波成分を加算するなどして混合する。この時、ＣＰＵ８はレンズ駆動回路２を制御して図３に示すタイミングでレンズ１を移動すると共に、この混合した高周波成分のレベル変化を監視し、この高周波成分値（またはその積分値）のピークレベルが出る位置にレンズ１を移動することによりレンズ１を合焦点位置に持ってくる。

ところで、上記したＡＦ制御を行うために、固体撮像素子３から画像信号を読み出す画素の範囲は、図４（Ａ）に示すように固体撮像素子３の全画素から読み出すか、或いは、図４（Ｂ）に示すような測距枠内の画素からのみ画像信号を読み出すかの２方法がある。

本実施形態によれば、固体撮像素子３から画像信号を水平走査方向及び垂直走査方向の双方向で読み出し、それにより得られた画像信号の高周波成分値（またはその積分値）のピークが得られる位置にレンズ１を移動してＡＦ制御を行うため、被写体画像の水平方向の高周波成分は勿論、垂直方向の高周波成分をも高精度に検出することができ、例えば横縞模様の被写体等を撮影する際にも精度良くフォーカスを合わせることができ、被写体のパターンによって焦点が合わせにくいということがなくなり、常に円滑なＡＦ制御を行うことができる。

また、本実施形態では水平・垂直双方向の走査により得られた画像信号の高周波成分をＣＰＵ８のＲＡＭなどのメモリに保持してＡＦ制御を行うため、従来のように回路規模が大きく且つ高価な画像メモリを用いる必要がないため、上記効果を装置の回路規模を大きくすることなく且つ安価に実現することができる。

さらに、本実施形態では、高周波成分をＲＡＭなどのメモリに保存するだけであるため、処理に時間がかからず、応答度の良い高速なＡＦ制御を行うことができる。特に、図４（Ｂ）に示すように測距枠内の画素からのみ画像信号を読み出す方法では、画素の読み出し範囲が限られるため、より高速な処理ができ、ＡＦ制御をより高速に行うことができる。尚、図４（Ａ）に示すように全画素から画像信号を読み出す方法では、ＡＦ制御の対象画像信号が多いため処理速度は落ちるが、対象画像信号が多い分、ＡＦ制御の精度を向上させることができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置における画像信号読出し走査方向切換タイミングを示したタイミングチャートである。但し、本例の構成は上記した第１の実施形態と同様であるため、以下同一の構成を持つ各部についてはその構成動作を省略し、以下、その動作の特徴部分を説明する。

次に本実施形態のＡＦ制御について説明する。当初、固体撮像素子３から１フレームについて画像信号の水平走査読み出しを行い、次のフレームについて垂直走査読み出しを行う。その時、ＣＰＵ８は水平走査読み出しした画像信号の高周波成分と、垂直走査読み出しした画像信号の高周波成分のレベルを比較し、以降の読み出し走査方向をレベルの高い方向に決定する。例えば垂直走査読み出しした画像信号の高周波成分レベルの方が高い場合は、以降、固体撮像素子３から垂直走査して画像信号を読み出し、それにより得られた高周波成分値（またはその積分値）がピークとなる位置にレンズ１を移動して、ＡＦ制御を行う。

尚、本実施形態でも、第１の実施形態と同様にＡＦ制御を行うために、固体撮像素子３から画像信号を読み出す画素の範囲は、固体撮像素子３の全画素から読み出すか、或いは、測距枠内の画素からのみ画像信号を読み出すかの２方法がある。

本実施形態によれば、画像信号の高周波成分のレベルが高い方の走査方向で固体撮像素子３から画像信号を読み出すため、被写体のパターンによって高周波成分が得やすい走査方向で画像信号を固体撮像素子３から読み出すため、例えば被写体が横縞模様であった場合には、垂直走査方向で画像信号を固体撮像素子３から読み出し、それにより得られた高周波成分のピークが得られる位置にレンズ１を移動するので、第１に示した実施の形態と同様の効果がある。特に本実施形態では、双方向走査による読み出しで得られた高周波成分の混合などを行わないでＡＦ制御を行うことができるため、ＣＰＵ８の負担を減らすことができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成を示したブロック図である。図１に示した固体撮像装置から画像信号を読み出す際の走査方向を示した図である。図１に示した固体撮像装置から画像信号を読み出す際の走査方向切換タイミングを示したタイミングチャートである。図１に示した固体撮像装置から画像信号を読み出す範囲を示したタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態に係る撮像装置における画像信号読出し走査方向切換タイミングを示したタイミングチャートである。固体撮像素子から読み出した画像信号より抽出した高周波成分を用いた従来のＡＦ制御方法を説明する特性図である。

符号の説明

１……レンズ、２……レンズ駆動回路、３……固体撮像素子、４……Ａ／Ｄ変換回路、６……高周波成分検波回路、７……タイミング制御回路、８……ＣＰＵ。

Claims

レンズにより結像された被写体の画像を光電変換して画像信号として蓄積する撮像素子と、
前記レンズを移動させるレンズ駆動手段と、
前記撮像素子に蓄積された画像信号を読み出す走査方向とタイミングを制御するタイミング制御手段と、
前記タイミング制御手段に制御されて、前記撮像素子の全画素に蓄積された画像信号を水平方向及び垂直方向に切り換えて走査して読み出す読出手段と、
前記読出手段により読み出された前記撮像素子の全画素の画像信号から高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、
前記水平方向に走査して読み出された画像信号から抽出された高周波成分と前記垂直方向に走査して読み出された画像信号から抽出された高周波成分を混合する混合手段と、
前記混合された高周波成分値またはその積分値がピークとなる位置に前記レンズ駆動手段を制御して移動させる合焦点制御手段と、
を具備する
撮像装置。
前記読出手段は、前記撮像素子から画像信号を読み出す際に、その読み出し走査方向を水平方向と垂直方向のいずれかに１フレーム毎に交互に切り換える
請求項１記載の撮像装置。
前記読出手段は、前記撮像素子の全画素より前記画像信号を読み出す
請求項１記載の撮像装置。
前記読出手段は、前記撮像素子の所定範囲の画素より前記画像信号を読み出す
請求項１記載の撮像装置。
レンズにより結像された被写体の画像を光電変換して画像信号として蓄積する撮像素子と、
前記レンズを移動させるレンズ駆動手段と、
前記撮像素子に蓄積された画像信号を読み出す走査方向とタイミングを制御するタイミング制御手段と、
前記タイミング制御手段に制御されて、前記撮像素子の全画素に蓄積された画像信号を水平方向及び垂直方向に切り換えて走査して読み出す読出手段と、
前記読出手段により読み出された前記撮像素子の全画素の画像信号から高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、
前記水平方向に読み出された画像信号から抽出された高周波成分と前記垂直方向に読み出された画像信号から抽出された高周波成分を比較する比較手段と、
前記比較手段により得られた比較結果により前記撮像素子から画像信号を読み出す走査方向を水平方向にするか垂直方向にするかを決定する走査方向決定手段と、
前記撮像素子から前記決定された走査方向で読み出された画像信号の高周波成分値またはその積分値がピークとなる位置に前記レンズ駆動手段を制御して移動させる合焦点制御手段と、
を具備する
撮像装置。
前記読出手段は、当初、前記撮像素子から１フレーム毎に、画像信号の水平方向読み出しと垂直方向読み出しを交互に行った後、前記決定された走査方向で前記撮像素子から画像信号を読み出す
請求項５記載の撮像装置。
前記読出手段は、前記撮像素子の全画素より前記画像信号を読み出す
請求項５記載の撮像装置。
前記読出手段は、前記撮像素子の所定範囲の画素より前記画像信号を読み出す
請求項５記載の撮像装置。