JP5682265B2 - 測距装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリットＡＦ方式の自動合焦機能を備えた撮像装置であって、２つの測距用撮像素子のそれぞれから出力される画像データの出力タイミングを補正することができる測距装置および同装置を搭載した撮像装置に関するものである。

コンパクトデジタルカメラに代表される撮像装置に搭載される自動合焦機能（ＡＦ機能）には、複数の方式が知られている。そのうちの一つの方式に、山登りＡＦ方式がある。山登りＡＦ方式は、撮像光学系が取得する画像データのコントラスト値を、撮像光学系を構成するレンズの位置を変化させながら算出し、このコントラスト値が最大値を示す撮像光学系のレンズ位置を特定する方式である。この特定されたレンズ位置に撮像光学系のレンズを移動させることで、被写体に焦点が合った撮影をすることができる。このように山登りＡＦ方式では、撮像光学系のレンズを実際に駆動させて合焦位置を特定するので、長焦点レンズを備えたものの場合は、駆動範囲が大きくなり、合焦するレンズ位置を特定する処理時間が長くなる。

また自動合焦機能において、被写体像を取得する撮像光学系とは別の光学系（測距光学系）を備えて、この測距光学系を用いて被写体までの距離を算出して、この距離に応じて撮像光学系が合焦するレンズ位置を特定する位相差検出ＡＦ方式が知られている。位相差検出ＡＦ方式は、測距光学系が備える２つのレンズと撮像素子によって、被写体像に係る画像データの位相差（視差）を算出し、この位相差によって被写体までの距離を算出するものである。２つの異なる撮像素子から出力される画像データを用いて位相差を算出するには、各撮像素子から画像データが出力されるタイミングが同期している必要がある。しかし、レンズを駆動させる必要がなく、被写体画像に基づいて適宜算出することができるので、山登りＡＦ方式に比べて、素早く合焦位置を特定することができる。

一方、撮像光学系の他に測距光学系も搭載する必要があるため、装置全体が大型になる。また、測距光学系が備える２つのレンズと撮像素子の互いの機械的位置合わせを精度高く行う必要があるため、位置合わせ調整が容易ではなく、製造コストが増大する。

上記に示した山登りＡＦ方式の課題と位相差検出ＡＦ方式の課題を解消する方式として、両方式を組み合わせたハイブリットＡＦ方式が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。

ハイブリットＡＦ方式は、まず位相差検出ＡＦ方式によって被写体までの距離を大まかに算出し、算出された距離に基づいて撮像光学系のレンズを所定のレンズ位置まで移動させ、その後に、移動したレンズ位置近傍の所定範囲内を山登りＡＦ方式を実行することで合焦させる方式である。つまり、ハイブリット方式によれば、位相差検出ＡＦ方式によって大まかな合焦位置を特定した後に、山登りＡＦ方式を用いて精度の高い合焦検出を行うことができる。よって、撮像光学系の移動量が少なく合焦までの時間を短縮することができ、かつ、測距光学系の位置合わせ精度が多少粗くても精度の高い合焦処理を行うことができる方式である。

特許文献１には、ハイブリットＡＦ方式を搭載し、測距光学系を備えたＡＦユニットが求めた多点測距エリアに合わせて山登りＡＦ方式の合焦検出に用いるＡＦエリアを変更する装置が記載されている。また、特許文献２には、被写体までの距離に応じて山登りＡＦ方式で用いるＡＦエリアの変更をする装置が記載されている。いずれの文献に記載されている装置においても、山登りＡＦ方式でピントを合わせるＡＦエリアは、固定焦点である測距光学系の測距画角に合わせたエリアとする必要がある。

また、近年の市場動向から、さらなるＡＦ機能の高速化と高精度化と製造コストの低減が望まれている。従来のハイブリットＡＦ方式を用いて、さらなる高速化と高精度化、併せて製造コストの低減を図るには、位相差検出ＡＦ方式に用いられる２つの撮像素子の画像データの出力タイミングを精度よく同期させる必要がある。このような異なる撮像素子の画像データの出力タイミングを精度よく同期させるには、高度なタイミング調整機能を備えた撮像素子を用いたり、専用の撮像素子を開発したりする必要がある。しかし、このような撮像素子は、製造コストが高くなり、また開発にも費用が多くかかるためトータルコストが高くなるという課題がある。

そこで、汎用で低価格な撮像素子を用いて、画像データの出力タイミングを精度よく同期させることができると望ましい。しかしながら、一般に撮像素子は半導体ウェハ状に形成され切り出されて製造されるものであるので、異なる半導体ウェハから製造された撮像素子は同じ型の撮像素子であっても特性が異なることがほとんどである。また、同じ半導体ウェハから切り出したとしても、特性が異なる要因はある。例えば撮像素子から出力される画像信号から画像データを生成する画像処理ＩＣに入力されるまでの物理的な配線経路（撮像素子の基板、インターフェースのＦＰＣ、主基板等）の制約から２つの測距用の撮像素子の間で電装の差が生じることもある。配線経路の制約とは、例えば、小型かつ高密度の要請に伴って配線の自由度が制限されることである。

つまり、汎用な撮像素子を用いると、互いの特性にバラツキがあり、各撮像素子から出力される画像データの出力タイミングを同期させることができず、画像データ間にタイムラグが生じる。

上記のように２つの撮像素子の画像データ出力タイミングを完全に一致させることは困難であって、被写体が速い速度で移動しているときなどは、測距性能に影響が生じて、測距精度が劣化する。このように、製造コストや開発コストを抑えつつ、より高速かつ高精度なＡＦ機能の実現には課題があった。

そこで本発明は、ハイブリットＡＦ方式の測距装置であって、２つの撮像素子からなる測距用撮像素子のそれぞれから出力される画像データの出力タイミングを検出する機構を備え、各測距用撮像素子の画像データ出力タイミングのズレを補正することで、より高速かつ高精度な被写体までの距離を算出することができる測距装置を提供することを目的とする。

本発明は、測距装置に関するものであって、測距対象からの被写体像に応じた画像信号を出力する第１撮像素子および第２撮像素子と、上記第１撮像素子及び上記第２撮像素子から出力される画像信号を用いて上記測距対象までの距離を算出する画像信号処理部と、上記第１撮像素子及び第２撮像素子の駆動制御に用いる第１の制御信号と、上記第２撮像素子の駆動制御に用いる第２の制御信号と、を出力する撮像素子制御部と、上記撮像素子制御部から出力される上記第１の制御信号と上記第２の制御信号のいずれかを上記第２撮像素子に対して選択的に出力する選択回路と、上記第１の制御信号を用いて上記１撮像素子と上記第２撮像素子を駆動させたとき、上記第１撮像素子の出力開始時から上記第２撮像素子の出力開始時までの時間である第１時間と、上記第２撮像素子の出力開始時から上記第１撮像素子の出力開始時までの時間である第２時間と、を計測する計測部と、上記計測部によって計測された上記第１時間が、あらかじめ設定された閾値よりも短いか否かを判定する判定部と、上記判定の結果に応じて、上記第１時間および上記第２時間を用いて、上記第１撮像素子と上記第２撮像素子の駆動タイミングを決定するタイミング補正部と、を有することを主な特徴とする。

また本発明は、測距装置において、第１の制御信号と第２の制御信号はスリープ解除信号、スタンバイ信号、リセット信号、またＳＩＯコマンドのいずれかを選択的に変更可能であること特徴とする。

また本発明は、上記測距装置において、第１の制御信号と第２の制御信号を、アクティブ・ハイまたはアクティブ・ローのいずれかを選択可能である、こと特徴とする。

また本発明は、上記測距装置において、上記閾値は、上記第１撮像素子が出力する画像信号の出力単位の半分に相当する時間である、ことを特徴とする。

また本発明は、撮像装置に関するものであって、被写体を撮像する撮像光学系と、撮像光学系による光学像を電気信号に変換する撮像素子と、被写体までの距離を測定する測距装置と、を備えた撮像装置であって、測距装置が上記記載の測距装置であることを特徴とする。

本発明によれば、位相差検出ＡＦ方式に用いる２つの撮像素子のそれぞれの画像データ出力タイミングに応じて、画像出力のトリガをそれぞれの出力タイミングのズレを踏まえて指示することで、各画像データ出力タイミングのズレを補正することができる。これによって、より高速かつ正確な焦点距離の算出をすることができる。

本発明に係る撮像装置の例を示す外観斜視図である。 上記撮像装置の例を示す機能ブロック図である。 位相差検出ＡＦ方式の原理を説明する概要図である。 本発明に係る撮像装置が実行するＡＦ処理の例を示すフローチャートである。 本発明に係る測距装置の例を示すブロック図である。 上記測距装置の詳細な例を示すブロック図である。 上記測距装置の内部構造の詳細な例を示すブロック図である。 上記測距装置が実行する画像データ取得処理の例を示すフローチャートである。 上記測距装置が実行する画像データ出力タイミング差の計測方法の例を示すタイミングチャートである。 上記測距装置が実行する画像データ出力タイミング差の計測方法の別の例を示すタイミングチャートである。 上記測距装置が実行する画像データ出力タイミング差の計測方法のさらに別の例を示すタイミングチャートである。 上記測距装置が実行する画像データ出力タイミング差の計測方法のさらに別の例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る測距装置および撮像装置の実施の形態の例について図面を用いながら説明する。

本発明に係る測距装置は、汎用の２つの撮像素子を用いている。この撮像素子から出力される画像データを用いて、位相差検出ＡＦ方式により測距を行うものである。この画像データを取得するときに、まず、各撮像素子に対して画像出力指示信号を送信し、これを受けた各撮像素子が画像データを出力するまでの時間のズレを制御部において検出する。この検出された時間のズレに基づいて、位相差検出ＡＦ方式にて画像データを取得するときには、各撮像素子に対して「各撮像素子が画像データを出力するタイミングのズレを考慮した」画像出力指示信号を送信する。これによって、各撮像素子の画像データ出力タイミングがずれていても、位相差検出ＡＦ方式に必要な精度よく同期がとれている画像データを取得することができる。これにより、位相差検出ＡＦ方式における測距演算の精度が向上する。

図１は、本発明に係る撮像装置の例を示す外観斜視図である。図１において撮像装置１の正面部には、フォーカスレンズを含む撮像レンズを介して被写体像を取得する撮像光学系２０と、測距用のレンズ１１１と１１２を介して被写体像を取得する測距光学系を有する測距装置１００を備えている。撮像光学系２０と測距装置１００は、撮像装置１上の乖離した位置に配置されている。また、図１に示すように、撮像装置１の上端面には、シャッタースイッチであるレリーズボタンＳＷ１、撮影モードを選択するためのモードダイヤルＳＷ２が配置されている。レリーズＳＷ１は２つのスイッチが内部に配置されており、レリーズＳＷ１を半押しすると第１レリーズ信号を発し、レリーズＳＷ１を全押しすると第２レリーズ信号を発する構成を備えている。これらレリーズ信号に応じて撮像装置１は、被写体像へのＡＦ処理と撮像処理を行う。

図２は、本発明に係る撮像装置の例を示す機能ブロック図である。図１において撮像装置１は、主制御部１０と、光学系２０と、撮像素子３０と、Ａ／Ｄ変換回路４０と、液晶表示装置（ＬＣＤ）５０と、光学系駆動回路６０と、記憶回路７０と、外部Ｉ／Ｆ８０と、測距装置１００と、を有してなる。

主制御部１０は、ＣＰＵとその周辺回路を有してなり、撮像装置１における各種動作に係る制御（機械的駆動制御や電気的駆動制御）および、各種画像処理、液晶表示制御、メモリ制御、外部インターフェースを介した情報通信制御などの各種制御を実行する。

光学系２０は、被写界画像を撮像素子３０上に結像させる。撮像素子３０は、結像された画像の電気信号への変換を行う。Ａ／Ｄ変換回路４０は、撮像素子３０から出力される電気信号（アナログ信号）からなる被写界画像信号を、デジタル信号に変換する処理を行う。

Ａ／Ｄ変換回路４０において変換されたデジタルの被写界画像信号に対して、主制御部１０が所定の画像処理を施し、必要に応じてＬＣＤ５０に表示させる。光学系駆動回路６０は、主制御部１０により制御され、光学系２０を光軸方向に沿って駆動して合焦調整、すなわちフォーカス調整を行う。

測距装置１００は、位相差検出ＡＦ方式によって被写体までの距離を測定する装置である。

また、撮像装置１は、撮像素子３０から入力される被写界画像データに基づいて、コントラスト解析等を行い合焦状態を検出する機能も有している。記憶回路７０はＲＡＭ及びＲＯＭからなり、撮像素子３０より入力されて主制御部１０で処理された画像データや、主制御部１０の動作及び制御処理に係る中間データを含む処理に係るデータ等を格納する。また、撮影され取り込まれた画像データを格納することもできる。

また、主制御部１０には外部記憶装置に対するメモリコントローラも含まれており、外部Ｉ／Ｆ８０を介して、外部メモリに対する書込みおよび読み出しもできる。主制御部１０は、撮影に際しては、光学系２０、撮像素子３０、Ａ／Ｄ変換回路４０を介して取得する被写界画像を液晶表示装置５０に表示させる。なお、明確には図示されていないが、撮像素子３０、Ａ／Ｄ変換回路４０、ＬＣＤ５０も、その動作制御は主制御部１０によって行われる。

また、主制御部１０は、位相差ＡＦ方式によって測距装置１００が算出した被写体までの距離に基づいて、光学系駆動回路６０を制御して光学系２０を構成する撮像レンズを予定の位置に移動させ、その後、所定の移動範囲内で撮像レンズを移動させてコントラストデータを取得して解析し、ハイブリット方式の自動焦点機能を実現する。

また、主制御部１０は、所定周期でＡＦ処理を実行する。レリーズＳＷ１が半押しされて第１レリーズ信号が発せられると新たなＡＦ処理が開始されて、ＡＦ処理の結果は第１レリーズ信号が発せられている間（レリーズＳＷ１が半押しされている間）は保持される。この状態でレリーズＳＷ１が解放されれば、主制御部１０は、所定周期によるＡＦ処理に制御を戻す。レリーズＳＷ１が半押し状態からさらに押し込まれて全押しされ、第２レリーズ信号が発せられると、主制御部１０は記憶回路７０へ画像データを格納し、その後、ＬＣＤ５０への画像確認画面等の表示を行ない、外部Ｉ／Ｆ８０を介して外部メモリに対して書き込み転送を行う。

次に、本願発明に係る測距装置が用いる位相差検出ＡＦ方式の例を説明する。まず、図３を用いて、位相差検出ＡＦ方式による測距方法の概要を説明する。図３は、撮像装置１が備える測距装置１００の模式図であって、２つの撮影レンズ１１１、１１２と、この撮像レンズに対向して配置される２つの撮像素子１２１、１２２のみを図示し、その他の構成要素は図示を省略している。被写体Ｘが撮影対象である。なお、図３は撮像装置１を上面側から見た状態を表している。

図３において、測距装置１００が備える第１レンズ１１１と第２レンズ１１２の間隔を基線長Ｂとし、第１レンズ１１１の焦点距離をｆＬ、第２レンズ１１２の焦点距離をｆＲとしている。また、図３において焦点距離ｆＬとｆＲは、ｆＬ＝ｆＲであるから、第１レンズ１１１と第２レンズ１１２の焦点距離をｆとして説明する。第１レンズ１１１を介して第１撮像素子１２１に結像した像が基線長Ｂを基準にｄＬの位置にあり、第２レンズ１１２を介して第２撮像素子１２２に結像した像が基線長Ｂを基準にｄＲの位置にあるとき、この基線長Ｂと結像位置ｄＬおよびｄＲを用いて、被写体Ｘまでの距離を式１によって算出することができる。
（式１）
Ｌ＝｛（Ｂ＋ｄＬ＋ｄＲ）×ｍ×ｆＲ｝／（ｄＬ＋ｍ×ｄＲ）

第１レンズ１１１と第２レンズ１１２の焦点距離を同じ（ｆＬ＝ｆＲ）にすると、式１は以下の式２で置き換えることができる。
（式２）
Ｌ＝｛（Ｂ＋ｄＬ＋ｄＲ）＊ｆ｝／（ｄＬ＋ｄＲ）

このように、基線長Ｂを基準とするｄＬとｄＲを測定することにより、被写体Ｘまでの距離Ｌを算出することができる。距離Ｌに応じた撮像レンズの繰り出し量への変換は、予め算出した調整系数を撮像装置１の記憶回路７０に記憶しておき、これを参照することで求めればよい。基線長Ｂは装置の大きさや撮像素子の制約と仕様により、６ｍｍ以上は必要となる。

次に、本実施例に係る撮像装置１において実行されるＡＦ処理の全体の流れについて図４のフローチャートを用いて説明する。本実施例に係るＡＦ処理は、位相差検出ＡＦ方式である程度の測距を行った後に山登りＡＦ方式によって精度の高い合焦検出を行うものである。なお、図４において各処理ステップはＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０・・・のように表記する。

レリーズボタンＳＷ１が半押しされて第１レリーズ信号が発せられると、ＡＦ処理がスタートする。まず、露出制御が行われる（Ｓ１０）。次に、位相差検出ＡＦ方式によるフォーカス処理（ＡＦ処理）が行われる（Ｓ２０）。次に、ＡＦ処理（Ｓ２０）の結果を判定する処理が行われ（Ｓ３０）、合焦に失敗していると判定されれば（Ｓ３０のＮｏ）、失敗条件判定処理（Ｓ７０）が行われる。失敗条件判定処理（Ｓ７０）において、再度のＡＦ処理（Ｓ２０）を行うと判定されたときは（Ｓ７０のＮｏ）、処理をＳ２０に戻す。失敗条件判定処理（Ｓ７０）において、当該処理を終了すると判定されたときは（Ｓ７０のＹｅｓ）、ＬＣＤ５０にエラー表示を行って（Ｓ９０）、処理を終了する。ここで、エラー表示とは、例えば、赤色の枠の領域などを示して失敗の結果を表示させることをいう。

判定処理（Ｓ３０）において、合焦に成功していると判定されれば（Ｓ３０のＹｅｓ）位相差検出ＡＦ方式にて算出された距離に応じたレンズ位置の周辺位置における、山登りＡＦ方式によるＡＦ処理を行う（Ｓ４０）。次に山登りＡＦ方式によるＡＦ処理（Ｓ４０）の結果を判定する処理が行われる（Ｓ５０）。この判定処理において、ＡＦ処理（Ｓ４０）において合焦に失敗していると判定されれば（Ｓ５０のＮｏ）、失敗条件判定処理（Ｓ８０）が行われる。失敗条件判定処理（Ｓ８０）において、再度のＡＦ処理（Ｓ４０）を行うと判定されたときは（Ｓ８０のＮｏ）、処理をＳ４０に戻す。失敗条件判定処理（Ｓ８０）において、当該処理を終了すると判定されたときは（Ｓ８０のＹｅｓ）、ＬＣＤ５０にエラー表示を行って（Ｓ９０）、処理を終了する。ここで、エラー表示とは、例えば、赤色の枠の領域などを示して失敗の結果を表示させることをいう。

判定処理（Ｓ５０）において、合焦に成功していると判定されれば（Ｓ５０のＹｅｓ）
ＬＣＤ５０に成功表示を行う（Ｓ６０）。ここで「成功表示」とは、ＬＣＤ５０に緑色の枠の領域などを示して成功の結果を表示させることをいう。

なお、エラー表示処理（Ｓ９０）におけるＬＣＤ５０の表示は、上記に例示したい色とは異なる色を用いてもよく、さらに、色付きの枠表示に代わって点滅表示や、領域マークの表示形態を変更するなどによって、ＡＦ不適切を示す別の図柄を表示させてもよい。

次に、本発明に係る測距装置の例について図５のブロック図を用いて説明する。図５において、測距装置１００は、撮影対象からの入射光を結像する第１レンズ１１１および第２レンズ１１２と、結像された光学像に対応して電荷を蓄積する光電変換素子が行列上に敷詰められている第１撮像素子１２１および第２撮像素子１２２と、各撮像素子の駆動制御を行う撮像素子制御部１３０と、第１撮像素子１２１からの画像データと第２撮像素子１２２からの画像データの視差情報を用いて測距を行う画像信号処理部１４０と、主制御部１０（図２）との情報のやり取りに用いる外部インターフェース１５０と、を有してなる。

測距装置１００は、撮像素子制御部１３０からエラー信号を受信して画像入力エラー状態を検知したときは、画像信号処理部１４０から測距エラー結果を受け取り、外部インターフェース１５０を介して主制御部１０（図２）に伝える。ここで、外部インターフェース１５０は、シリアル通信やローカルバスなどの汎用的なものであることが望ましい。また、撮像素子制御１３０および画像信号処理部１４０は同じＩＣチップ内に入っている構成であってもよく、また、主制御部１０（図２）に含まれていてもよい。

次に、撮像素子制御部１３０のさらに詳細な説明をする。図６において、撮像素子制御部１３０は、主制御部１０からの命令に応じて第１撮像素子１２１の駆動に必要な制御信号を生成する第１制御信号生成部１３２と、第２撮像素子１２２の駆動に必要な制御信号を生成する第２制御信号生成部１３４と、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の画像出力のタイミングの差を検出する画像データ出力タイミング差検出部１３１と、主制御部１０の命令に応じて第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２に共通の駆動クロックを供給する共通制御信号生成部１３３と、主制御部１０の命令に応じて画像データ出力タイミング差検出部１３１で算出した第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の画像出力のタイミング差を補正するタイミング補正部１３５と、画像データ出力タイミング差検出部１３１で算出した画像データ出力タイミングが、主制御部１０の命令からによる指示値よりも大きかったとき、ＨＯＳＴ側に割り込み出力を発生させるエラー検出部１３６と、を有してなる。なお、画像データ出力タイミングの計測方法については後述する。

次に、撮像素子制御部１３０と第１撮像素子１２１および第２撮像素子１２２の接続について図７を用いて説明する。図７は、第１撮像素子１２１および１２２と、画像データ出力タイミング差検出部１３１、第１制御信号生成部１３２、共通制御信号生成部１３３、第２制御信号生成部１３４との接続の例を示すブロック図である。

第１撮像素子１２１は、第１制御信号生成部１３２から送信される制御信号によって駆動する。また、第２撮像素子１２２は、第１制御信号生成部１３２から送信される制御信号によって駆動され、第２制御信号生成部１３４から出力される制御信号によっても駆動される。

第１撮像素子１２１の画像データ出力タイミングは、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２に第１制御信号生成部１３２から画像データ出力開始信号が送られて、これに応じて第２撮像素子１２２が駆動して画像データの出力を開始した時から、第１撮像素子１２１が駆動して画像データの出力を開始するまでの時間を計測することで取得することができる。

また、第２撮像素子１２２の画像データ出力タイミングは、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２に第１制御信号生成部１３２から画像データ出力開始信号が送られて、これに応じて第１撮像素子１２１が駆動して画像データの出力を開始した時から、第２撮像素子１２２が駆動して画像データの出力を開始する時までの時間を計測することで取得することができる。

上記のような動作制御を行うことができるように、第２撮像素子１２２へは第１制御信号生成部１３２からの制御信号と第２制御信号生成部１３４からの制御信号のどちらも送信されるように、第１制御信号生成部１３２、第２制御信号生成部１３４と第２撮像素子１２２の間には、セレクタ１８１から１８３が配置されている。

さらに第１撮像素子１２１からの画像同期出力信号と第２撮像素子１２２からの画像同期出力信号を画像データ出力タイミング差検出部１３１に接続しておくことで、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２のいずれから画像データが出力されたタイミングを基準とし、各撮像素子の画像データ出力タイミング差を計測することができる。これによって、第１撮像素子１２１の画像データ出力が遅いときでも、第２撮像素子１２２の画像データ出力が遅いときであっても、各撮像素子の画像データ出力タイミングの差を補正することができる。

なお、本実施例においては、通常の光量時はフレームレートが３０ｆｐｓ（３０フレーム毎秒）以上であって、暗時では５ｆｐｓ（５フレーム毎秒）のフレームレートが必要であることを想定している。

次に、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の画像データ出力タイミング補正処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。図８において、各処理ステップはＳ１０１、Ｓ１０２のように表記する。ここで、画像データ出力タイミング差の最大値は、画像データの出力単位の半フレームとする。また、図示しないが、この最大値は外部からレジスタにより設定可能であるものとする。

まず、電源が投入されて撮像装置１が起動すると、主制御部１０は各部の電源の安定を確認する（Ｓ１０１）。次に、第１撮像素子１２１と１２２に共通制御信号生成部１３３から共通の駆動に必要なクロックの供給が行われる（Ｓ１０２）。次に第１撮像素子１２１と１２２の初期化処理が行われる（Ｓ１０３）。

次に、第１撮像素子１２１を基準として、第１制御信号生成部１３２の制御信号を用いて第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２を駆動し、制御信号（駆動開始指示）を受けた第１撮像素子１２１が画像データの出力を開始した時から、制御信号（駆動開始指示）を受けた第２撮像素子１２２が画像データの出力を開始するまでの時間「Ｌ」を計測する（Ｓ１０４）。時間「Ｌ」の計測は、第１撮像素子１２１からの垂直同期出力信号の出力タイミングと第２撮像素子１２２からの垂直同期出力信号の出力タイミングとの差を計測して判断する。

次に、時間「Ｌ」が半フレーム以上であるか否かの判定をする（Ｓ１０５）。時間「Ｌ」が半フレームよりも短い時間だった場合（Ｓ１０５のＮｏ）、第２撮像素子１２２を基準と考えて、第２撮像素子１２２に第１制御信号生成部１３２からの駆動開始指示が与えられて、第１撮像素子１２１が出力を開始した時から、第２撮像素子１２２に第１制御信号生成部１３２からの駆動開始指示が与えられて第２撮像素子１２２が出力を開始する時までの時間「Ｍ」を計測する（Ｓ１０６）。

次に、時間「Ｌ」と時間「Ｍ」の合計時間が１フレームになったか否かの判定処理を行う（Ｓ１０７）。時間「Ｌ」＋時間「Ｍ」が１フレームの時間となったとき（Ｓ１０７のＹｅｓ）、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２は正常動作している判断し、「Ｌ」と「Ｍ」の値を有効として、第１撮像素子１２１に対して第２撮像素子１２２の画像出力が遅れているものとして、計測された時間「Ｌ」の分だけ第２撮像素子１２２の駆動開始タイミングを早める設定をする（Ｓ１０８）。このように設定することで、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の画像データ出力タイミングを合わせことができる。

時間「Ｌ」と時間「Ｍ」の合計時間が１フレームの時間とならなかったとき（Ｓ１０７のＮｏ）、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２のどちらかの撮像素子の同期信号が出力不良になっているか、または、フレームレートの設定がずれているかなどのエラー通知を、主制御部１０に行う（Ｓ１０９）。

また、時間「Ｌ」の値が半フレーム以上だったときは（Ｓ１０５のＹｅｓ）、第２撮像素子１２２を基準として、第１制御信号生成部１３２の制御信号を用いて第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２を駆動し、第２撮像素子１２２に第１制御信号生成部１３２からの駆動開始指示が与えられて第２撮像素子１２２が出力を開始した時から、第１撮像素子１２１に第１制御信号生成部１３２からの駆動開始指示が与えられて第１撮像素子１２１が出力を開始する時までの時間「Ｎ」を計測する（Ｓ１１０）。

次に、時間「Ｌ」と時間「Ｎ」の合計時間が１フレームになったか否かの判定処理を行う（Ｓ１１１）。時間「Ｌ」＋時間「Ｎ」が１フレームの時間になったとき（Ｓ１１１のＹｅｓ）、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２は正常動作している判断し、「Ｌ」と「Ｎ」の値を有効として、第２撮像素子１２２に対して第１撮像素子１２１の画像出力が遅れているものとして、計測された時間「Ｎ」の分だけ第１撮像素子１２１の駆動開始タイミングを早める設定をする（Ｓ１１２）。このように設定することで、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の画像データ出力タイミングを合わせことができる。

時間「Ｌ」と時間「Ｎ」の合計時間が１フレームの時間とならなかったとき（Ｓ１１１のＮｏ）、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２のどちらかの撮像素子の同期信号が出力不良になっているか、または、フレームレートの設定がずれているかなどのエラー通知を、主制御部１０に行う（Ｓ１１３）。

ここで、画像出力のタイミング差の検出は画像データ出力タイミング差検出部１３１において行われ、タイミング差の大きさを判断して第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の駆動タイミング差はタイミング補正部１３５が行う。

なお図示はしないが、時間Ｌの値は例えばレジスタ値として保持し、外部からの入力や変更をすることができるようにしてよい。また、測距装置１００の全体制御は主制御部１０にて行われる。

次に、第１撮像素子１２１を基準としたときの第２撮像素子１２２の画像データ出力タイミングの計測例について、図９を用いて説明する。図９において、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２に駆動開始指示を与える制御信号は共通のスリープ解除信号（ＡＦ１＿Ｓｌｅｅｐ／Ｓｔａｎｄ−ｂｙ）である。図９は、スリープ解除信号がアクティブＨｉｇｈに設定されている例を示している。なお、図示はしないが、各電源の安定を主制御部１０が検知して確認した後に、共通制御信号生成部１３３から第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２に対して、動作ＣＬＫが供給される。

その後、主制御部１０から各撮像装置間の画像データ出力タイミングの差に係る計測指示がされると、初めにリセット解除をし、ＡＦ１＿ＳＩＯ信号によって第１撮像素子１２１に対する初期設定が実行され、ＡＦ２＿ＳＩＯ信号によって第２撮像素子１２２に対する初期設定が実行される。初期化が終了した後、ＡＦ１＿Ｓｌｅｅｐ／Ｓｔａｎｄｂｙ信号をアクティブにして、第１撮像素子１２１のＡＦ１＿ＶＤ信号がアクティブになる時からｃｏｕｎｔｃｌｋを用いてレジスタＩＭＧ＿ＯＵＴ＿ＣＮＴ１の値をカウントアップしていき、第２撮像素子１２２のＡＦ２＿ＶＤ信号がアクティブになる時までの時間を計測する。この計測された時間が「Ｌ」である。

第１撮像素子１２１と１２２に駆動開始指示を与える制御信号はＡＦ１＿Ｓｌｅｅｐ／Ｓｔａｎｄ−ｂｙであることを例に用いて説明をしたが、本発明に係る撮像装置はこれに限ることなく、リセット解除のタイミング、または、ＳＩＯ信号を用いてもよい。この場合、主制御部１０は第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２に駆動開始指示を与える信号の種類を、画像データ出力タイミング差検出部１３１に通知し、この通知に基づいてｃｏｕｎｔｃｌｋのカウント開始とすればよい。

また図示しないが、駆動開始指示を与える制御信号がアクティブＨｉｇｈであるか、アクティブＬｏｗであるか、またはＳＩＯ信号であるのか、を判別可能なデータをレジスタに保持し、外部から設定変更可能としてもよい。また、レジスタＩＭＧ＿ＯＵＴ＿ＣＮＴ［１５：０］とレジスタＴＭＰ＿ＧＡＰ１［１５：０］は、適切なタイミングでクリアされる。

次に、計測された時間「Ｌ」が半フレーム以下だった場合の第１撮像素子１２１に対する第２撮像素子１２２の画像出力の計測例について、図１０を用いて説明する。この場合、第２撮像素子１２２を基準として、第２撮像素子１２２のＡＦ２＿ＶＤ信号がアクティブになる時からｃｏｕｎｔｃｌｋを用いてレジスタＩＭＧ＿ＯＵＴ＿ＣＮＴをカウントアップしていき、第１撮像素子１２１のＡＦ１＿ＶＤ信号がアクティブになる時までの時間を計測する。この計測された時間を「Ｍ」とする。

ここで時間「Ｌ」と時間「Ｍ」の合計時間が１フレームの時間と同じになったときは、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２は正常動作している判断し、「Ｌ」と「Ｍ」の値を有効として、第１撮像素子１２１に対して、第２撮像素子１２２の画像出力が遅れているものとして、画像出力のタイミング補正を行う。また、時間「Ｌ」と時間「Ｍ」の合計時間が１フレームの時間に相当しないとき、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２のいずれかの同期信号の出力不良であるか、フレームレートの設定がずれているか等をエラーとして、主制御部１０にエラー通知を行う。

次に、計測された時間「Ｌ」が半フレーム以上だった場合の第２撮像素子１２２に対する第１撮像素子１２１の画像出力の計測例について、図１１を用いて説明する。この場合、第２撮像素子１２２を基準として、第２撮像素子１２２のＡＦ２＿ＶＤ信号がアクティブになる時からｃｏｕｎｔｃｌｋを用いてレジスタＩＭＧ＿ＯＵＴ＿ＣＮＴ２をカウントアップしていき、第１撮像素子１２１のＡＦ１＿ＶＤ信号がアクティブになる時までの時間を計測する。この計測された時間を「Ｎ」とする。

ここで時間「Ｌ」と時間「Ｎ」の合計時間が１フレームの時間と同じになったときは、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２は正常動作している判断し、時間「Ｌ」と時間「Ｎ」の値を有効として、第２撮像素子１２２に対して、第１撮像素子１２１の画像出力が遅れているものとして、画像出力のタイミング補正を行う。また、時間「Ｌ」と時間「Ｎ」の合計時間が１フレームの時間に相当しないとき、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２のいずれかの同期信号の出力不良であるか、フレームレートの設定がずれているか等をエラーとして、主制御部１０にエラー通知を行う。

次に、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２から出力される画像データ出力タイミングの補正例について図１２を用いて説明する。図１２において、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の動作開始指示を与える制御信号はスリープ解除信号（ＡＦ１＿Ｓｌｅｅｐ／Ｓｔａｎｄ−ｂｙ、ＡＦ２＿Ｓｌｅｅｐ／Ｓｔａｎｄ−ｂｙ）である。図１２は、スリープ解除信号がアクティブＨｉｇｈに設定されている例を示している。また、図９において説明をしたとおり、画像データの出力タイミング差が計測された後は、その時間「Ｌ」もしくは時間「Ｎ」がレジスタに保持されている。本実施例では、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の画像データの出力タイミング差が半フレームよりも短い時間であって第１撮像素子１２１の画像データ出力タイミングに対して、第２撮像素子１２２の画像データ出力タイミングが時間「Ｌ」だけ遅いときを例に用いて説明する。このとき、時間「Ｌ」の値はレジスタＴＭＧ＿ＧＡＰ１に保持されている。

第１制御信号生成部１３２からの制御信号が第１撮像素子１２１に与えられ、第２制御信号生成部１３４からの制御信号が第２撮像素子１２２に与えられるように構成されている。第１撮像素子１２１にＡＦ１＿ＲＥＳＥＴ信号が与えられてＡＦ１＿ＳＩＯ信号を用いて初期設定が行われる。また、第２撮像素子１２２にＡＦ２＿ＲＥＳＥＴ信号が与えられてＡＦ２＿ＳＩＯ信号を用いて初期設定が行われる。

第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２に対する初期設定が終了した後、第２撮像素子１２２へ制御信号が与えられて、レジスタＧＡＰ＿ＣＲＴ＿ＣＮＴとｃｏｕｎｔ＿ｃｌｋを用いて時間のカウントが行われる。レジスタＧＡＰ＿ＣＲＴ＿ＣＮＴの値が、レジスタＴＭＧ＿ＧＡＰ１に保持されている値（時間Ｌ）を超えた時、第１撮像素子１２１に対して駆動開始制御信号を与える。このように予め計測した撮像素子間の画像データ出力タイミング差を用いて、それぞれの撮像素子に対する駆動開始を示す制御信号を与えるタイミングを補正することで、各撮像素子の画像データ出力タイミングの調整することができる。

また、図示しないが、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の画像データの出力タイミング差が半フレーム以上であって第２撮像素子１２２の画像データ出力タイミングに対して、第１撮像素子１２１の画像データ出力タイミングが時間「Ｎ」だけ遅いときを例に用いて説明する。このとき、時間「Ｎ」の値はレジスタＴＭＧ＿ＧＡＰ２に保持されている。

この場合は第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２に対する初期設定が終了した後、第１撮像素子１２１へ制御信号が与えられて、レジスタＧＡＰ＿ＣＲＴ＿ＣＮＴとｃｏｕｎｔ＿ｃｌｋを用いて時間のカウントが行われる。レジスタＧＡＰ＿ＣＲＴ＿ＣＮＴの値が、レジスタＴＭＧ＿ＧＡＰ２に保持されている値（時間Ｎ）を超えた時、第２撮像素子１２２に対して駆動開始制御信号を与える。このように予め計測した撮像素子間の画像データ出力タイミング差を用いて、それぞれの撮像素子に対する駆動開始を示す制御信号を与えるタイミングを補正することで、各撮像素子の画像データ出力タイミングの調整することができる。

以上のように本実施例に係る撮像装置によれば、２つの第１撮像素子１２１と１２２に対してＨＯＳＴ側（主制御部１０など）から制御可能となるように制御線を結線し、２つの第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２から得られる画像データの位相差によって対象物までの測距を行う。そのため、種々の要因による各撮像素子の画像データ出力タイミングのズレを検出して、制御部が、そのズレを用いて、第１撮像素子１２１と第２撮像素子１２２の駆動開始指示に係る制御信号を与えるタイミングを調整することができる。この結果、視差の算出に用いる画像データの同期を精度よく取ることができる。

このように本発明に係る撮像装置によれば、測距用に用いる２つの撮像素子に同時に画像データ出力指示に係る制御信号を与えて、それに対するレスポンス時間（画像データ出力タイミング）を計測することで、汎用の撮像素子における製造過程に起因する特性の差や、配線経路等に起因する特性のバラツキがあっても、制御部においてその差を認識した上で、各撮像素子への画像データ出力指示を与えることができる。これによって、位相差検出ＡＦ方式における測距演算に用いる画像データの同期の精度が向上し、算出される距離の精度も向上することで、ＡＦ処理全体の精度と速度の向上を図ることができる。

１０ 主制御部
１２１ 第１撮像素子
１２２ 第２撮像素子
１３０ 撮像素子制御部

特開２００１−２２１９４５号公報 特開２００６−０７２３８４号公報

Claims (5)

1. 測距対象からの被写体像に応じた画像信号を出力する第１撮像素子および第２撮像素子と、
   上記第１撮像素子及び上記第２撮像素子から出力される画像信号を用いて上記測距対象までの距離を算出する画像信号処理部と、
   上記第１撮像素子及び第２撮像素子の駆動制御に用いる第１の制御信号と、上記第２撮像素子の駆動制御に用いる第２の制御信号と、を出力する撮像素子制御部と、
   上記撮像素子制御部から出力される上記第１の制御信号と上記第２の制御信号のいずれかを上記第２撮像素子に対して選択的に出力する選択回路と、
   上記第１の制御信号を用いて上記１撮像素子と上記第２撮像素子を駆動させたとき、
   上記第１撮像素子の出力開始時から上記第２撮像素子の出力開始時までの時間である第１時間と、上記第２撮像素子の出力開始時から上記第１撮像素子の出力開始時までの時間である第２時間と、を計測する計測部と、
   上記計測部によって計測された上記第１時間が、あらかじめ設定された閾値よりも短いか否かを判定する判定部と、
   上記判定の結果に応じて、上記第１時間および上記第２時間を用いて、上記第１撮像素子と上記第２撮像素子の駆動タイミングを決定するタイミング補正部と、を有する、
   ことを特徴とする測距装置。
2. 上記第１の制御信号と上記第２の制御信号は、スリープ解除信号、スタンバイ信号、リセット信号、またＳＩＯコマンドのいずれかを選択的に変更可能である、
   請求項１記載の測距装置。
3. 上記第１の制御信号と上記第２の制御信号は、アクティブ・ハイまたはアクティブ・ローのいずれかを選択可能である、
   請求項１記載の測距装置。
4. 上記閾値は、上記第１撮像素子が出力する画像信号の出力単位の半分に相当する時間である、
   請求項１記載の測距装置。
5. 被写体を撮像する撮像光学系と、
   上記撮像光学系による光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
   上記被写体までの距離を測定する測距装置と、を備えた撮像装置であって、
   上記測距装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の測距装置であることを特徴とする撮像装置。