JPH04172072A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スチルビデオカメラ（電子スチルカメラとも
いう）等の撮像装置に関し、特にその自動焦点調整（以
後ＡＦと記す）機能に関するものである。

〔従来の技＃） 第３図は、被写体を撮像する固体撮像素子の出力より画
像のぼけ量を検出し自動的に合焦させる機能を持つ従来
のＡＦ機能付スチルビデオカメラのブロック図である。

図において、１はレンズユニット、２はレンズ駆動モー
タであり、３は絞り、４は絞り駆動回路である。５は被
写体像を電気信号に変換する固体撮像素子であり、６は
固体撮像素子を駆動するための固体撮像素子駆動回路で
ある。７は固体撮像素子５の出力をＡ／Ｄ　（アナログ
−ディジタル）変換するＡ／Ｄ変換回路である。８はＡ
／Ｄ変換変換回路比力を記憶するメモリである。９はぼ
け量をあられすＥＳ値（後述）を算出するＥＳフィルタ
である。１０はシステム全体を制御するシステム制御回
路である。

１１はメモリ８の出力にたいしてγ変換、帯域制限等の
処理を行う撮像信号処理回路である。１２は撮像イエ号
処理回路１１の出力をＤ／Ａ（ディジタル−アナログ）
変換するＤ／Ａ変換回路である。１３はＤ／Ａ変換回路
１２の出力をＦＭ変調するＦＭ変調回路である。１４は
ＦＭ変調回路１３の出力を電流増幅するＲＥＣ（記！り
アンプである。１５は磁気ヘッド、１６は記録媒体であ
る磁気シート、１７は磁気シート１６を回転させるそ−
タ、１８はモータ１７の回転を安定させるためのモータ
サーボ回路である。１９は被写体の明るさ（輝度）を測
定するための測光素子である。２０はレリーズスイッチ
であり、このスイッチの投入とともに一連の撮影動作が
開始される。

固体撮像素子５としてインターライン転送型の素子を用
いている。

第５図にそのインターライン転送型固体撮像素子の構成
を示す。第５図において、１０１はＲｌＧ、Ｂｌｌスト
ライブ色フィルタを持つインターライン転送型固体撮像
素子である。１０２は、光を電荷に変えて蓄積するフォ
トダイオード、１０３は、フォトダイオードＸ０２で発
生した電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ　（ｃｈａ
ｒｇａ−ｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）である。■１〜
ｖ４は、垂直ＣＣＤ１０３の転送電極であり、ｖｌはフ
ォトダイオード１０２の奇数行の電荷を転送する転送ゲ
ートを兼ねており、同様に、ｖ３はフォトダイオード１
０２の偶数行の電荷を転送する転送ゲートを兼ねている
。垂直ＣＣＤ１０３は４相の転送パルスで駆動される。

１０４は、垂直ＣＣＤ１０３より転送されてくる電荷を
、水平方向に転送する水平ＣＣＤである。Ｈｌ、Ｈ２は
、水平ＣＣＤ１０４の転送電極であり、２相の転送パル
スで駆動される。１０５は、電荷を電圧に変換し出力す
る出力アンプである。１０６は、不要電荷を逆転送によ
り掃き捨てるためのトップドレインである。

１０７は、不要電荷を順転送により掃き捨てるためのボ
トムトレインである。

第６図は従来のＡＦ＠能付スチルビデオカメラの動作シ
ーケンスを示す図である。時刻ＴＯにレリーズスイッチ
２０が投入されると、一連の撮影シーケンスが開始され
る。測光素子１９の出力より最適絞り４ＩｆＩＡｖおよ
び最適シャッタスピードＴＶを算出する。ＴＩからＴ２
までの間に絞りを解放に設定し、Ｔ２からＴ３の間に０
段のステップもしくは連続的に無限遠から至近までのピ
ント位置までレンズユニット１をレンズ駆動モータ２に
よって移動させるとともにｎ回の不要電荷の捕き捨て、
露出、信号電荷読出しといった一連の動作すなわちＡＦ
動作を行い、ｎ回の信号電荷読出しにおける固体撮像素
子５の出力からぼけ量を算出することによって最もぼけ
量の少ない位置すなわち最適ピント位置を算出する。Ｔ
３からＴ４の間に絞り値をＡＶに設定すると同時にレン
ズユニット１を最適ピント位置に設定する。Ｔ４から不
要電荷を逆転送によりトップドレイン１０６に掃き捨て
るクリア動作を行い、その後、本露出を行う。次にＴ５
から信号電荷の読出しを行うとともに磁気シート１６に
処理信号を記録する。

第７図は、ぼけ量を検出するための手法の１つであるＥ
Ｓ法を説明する図である。ＥＳ法に関しては米国特許第
４８０４８３１号明細書に開示されているのでここでは
簡単な説明にとどめる。

同図において、（ａ）は映像信号であり、図示のように
合焦時はエツジが立ち、非合焦時はエツジが寝る。（ｂ
）は映像信号を微分波形の絶対値りである。（ｅ）、（
ｄ）はそれぞれ微分波形りの遅延信号ＤＬＩ、ＤＬ２で
あり、（ｅ）は積分波形型であり、映像信号のエツジ部
のコントラストをあられす。（ｆ）のどと〈Ｄを１で割
算することによってエツジの鋭さを示すＥＳ値をあられ
す。第４図はＥＳフィルタ８の構成例である。

第４図において、２０１は微分回路、２０２は絶対値回
路、２０３は遅延回路、２０４は積分回路、２０５は割
算回路である。２０６はピークホールド回路である。画
像情報の中で最もＥＳ値の高かった値をその被写体のＥ
Ｓ値と判断する。

第８図は合焦位置を求めるためにＡＦ動作を行う際のレ
ンズ位置とＥＳ値の変化を示す図である。レンズ送りは
最小位置から最大位置まで連続的に送り、その間、１垂
直走査期間毎に画像情報を固体撮像素子５に蓄積しその
信号を読出し、その画像情報からＥＳ値を求めて最もＥ
Ｓ値が大きかった位置な合焦位置とする。ＥＳ値は、輝
度信号より算出される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のＡＦ機能付スチルビデオカメラで
は、被写体が低輝度のとき（通常低照度のとき）、固体
撮像素子で生成される電荷が少ないためノイズの影響を
受けやすく正確な合焦情報を得ることができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被
写体が低輝度、低コントラストであっても正確に焦点合
わせのできる撮像装置を提供することを目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成するため、画素信号を各色毎
に加算した情報を利用するもので、詳しくは、撮像装置
をつぎの（１）のとおりに構成するものである。

（１）複数色の色フィルタを設けた撮像素子と、該撮像
素子の各画像信号を画面上の一方向に各色毎に複数ライ
ン分加算する加算手段と、該加算手段の出力にもとづい
て焦点調整を行う焦点調整手段とを備えた撮像装置。

（作用） 前記（１）の構成により、画面の一方向に加算された各
色の情報にもとづいて焦点調整が行われる。

（実施例） 以下本発明を実施例により詳しく説明する。

第１図は本発明の第１実施例である“スチルビデオカメ
ラ”にあける加算についての説明図である。第２図は同
実施例の動作を示すシーケンス図である。なお、本実施
例は、ＡＦのための画素信号処理の点を除いて、従来と
同線に構成されおり、第３図、第４図、第５図に示すブ
ロック、撮像素子を備えている。

第１図、第２図を参照して本実施例の動作を説明する６
時刻ＴＯにレリーズスイッチ２０が投入されると、一連
の撮影シーケンスが開始される。

測光素子１９の出力より最適絞り値ＡＶおよび最適シャ
ッタスピードＴｖを算出する。同時に電荷の加算ライン
数ｋを算出する。加算ライン数には加算した信号の平均
レベルが被写体の明るさによらずほぼ一定となるように
決められる。Ｔ１からＴ２の間に絞りを解放に設定し、
Ｔ２で無限遠のピント位置までレンズユニット１をレン
ズ駆動モータ２によって移動させＡＦ動作１を開始する
０時刻Ｔ３で、時刻Ｔ２から蓄積された電荷が、垂直Ｃ
ＣＤ　１０３に転送される。その後、垂直ＣＣＤ１０３
をにラインだけ転送できる期間、高速で順転速駆動する
ことにより領域（１）に蓄積された電荷を水平ＣＣＤ１
０４に転送する。この時、水平ＣＣＤは駆動しない。し
たがって１時刻Ｔ４では、領域（１）に蓄積された電荷
が垂直方向に加算された状態で、水平ＣＣＤ１０４に存
在する０色フィルタが縦ストライプフィルタである°た
め、加算によって混色することはない。

その後、通常の駆動周波数で、１水平走査期間（図にＩ
Ｈと記す）だけ水平ＣＣＤ１０４を駆動することにより
、ｋライン分の電荷が出力アンプ１０５より出力される
。出力された信号は、Ａ／Ｄ変換されメモリ８に記憶さ
れる。同様に、時刻Ｔ５から、垂直ＣＣＤ１０３をにラ
インだけ転送できる期間、高速で順転速駆動することに
より領域（２）に蓄積された電荷を水平ＣＣＤ１０４に
送り、電荷を垂直方向に加算後、出力されメモリ８に記
憶される。この動作をｎ回縁り返すことにより全画素の
電荷を出力しメモリ８に記憶する。記憶されたデータか
らＥＳフィルタ９によりＥＳ値を算出し、ＡＦ動作１を
終了する。このようなＡＦ動作をレンズユニット１を無
限遠から至近まで移動させる間にｎ回縁り返すことによ
り最適ピント位置を算出する。時刻Ｔ６からＴ７の間に
絞り値をＡＶに設定すると同時にレンズユニットｌを最
適ピント位置に設定する。Ｔ７から不要電荷を逆転送に
よりトップドレイン１０６に掃き捨て本露出を行う。次
にＴ８から信号電荷の読出しを行うとともに磁気シート
１６に処理信号を記録する。

このように、ｋラインの画素情報を加算しているので、
被写体が低輝度のときは従来例よりＡＦのための信号の
Ｓ／Ｎが改善され、正確な合焦情報を得ることができ、
また、各色の情報を利用しているので被写体が低コント
ラストのときも正確な合焦情報を得ることができる。

つぎに、第２実施例として、本発明を、水平ＣＣＤが３
列の固体撮像素子に実施した場合についてを説明する。

第９図は本実施例で用いる固体撮像素子の構成図である
。

第９図において、′ＩＪＳＳ図と同一の構成要素には、
同一の番号を付け、その説明を省略する。

３０１は、Ｒ，Ｇ、Ｂ縦ストライブ色フィルタと３列の
水平ＣＣＤを持つ、インターライン転送型固体撮像素子
である。３０２は、垂直ＣＣＤ１０３から転送された電
荷を３列の水平ＣＣＤに振り分けるために、水平方向に
並んでいるＲｌＧ、Ｈの電荷を垂直方向に並び変えるＰ
−８変換部であり、ＴＩ、Ｔ２はｐ−ｓ変換部３０２の
転送電極である。３０３は第１の水平ＣＣＤであり、３
０４は第２の水平ＣＣＤ、３０５は第３の水平ＣＣＤで
ある。Ｐ−８変換部３０２と３列の水平ＣＣＤ３０３，
３０４．３０５の容量は、垂直ＣＣＤ１０３より十分大
きい。３０６は、第３の水平ＣＣＤ３０５から第２の水
平ＣＣＤ３０４、及び第２の水平ＣＣＤ３０４から第１
の水平Ｃ０Ｄ３０３へ電荷を転送する際に介在するトラ
ンスファゲートであり、ＳＧはトランスファゲート電極
である。３０７，３０８．３０９はそれぞれ第１．第２
．第３の出力アンプである。通常の読出しでは、ｌ水平
走査期間の水平ブランキング期間に１ライン分の電荷が
垂直ＣＣＤ　１０３からＰ−８変換部３０２に転送され
る。さらに、Ｒの電荷は、第３の水平ＣＣＤ３０５．第
２の水平ＣＣＤ３０４を通ッテ第１の水平ＣＣＤ３０３
に転送され、Ｇの電荷は、第３の水平ＣＣＤ３０５を通
って第２の水平ＣＣＤ３０４に転送される。Ｂの電荷は
、第３の水平ＣＣＤ３０５に転送される。転送が終了す
るとＲ，Ｇ、Ｂに対応した電荷がそれぞれ第１．第２．
第３の水平ＣＣＤ３０３．３０４，３０５を水平に高速
転送され、出力アンプ３０７，３０８，３０９で電圧に
変換され出力される。

第９図および第２図を用いて本実施例のＡＦ動作のシー
ケンスを説明する。時刻Ｔ１からＴ２の間に絞りを解放
に設定し、Ｔ２で無限遠のピント位置までレンズユニッ
ト１をレンズ駆動モータ２によって移動させＡＦ動作１
を開始する。時刻Ｔ３で、時刻Ｔ２から蓄積された電荷
が、垂直ＣＣＤ１０３に転送される。その後、垂直ＣＣ
Ｄ１０３をにラインだけ転送できる期間、高速で順転速
駆動することにより領域（りに蓄積された電荷をｐ−ｓ
変換ａｌ１３０２に送る。この時、Ｐ−８変換部３０２
に駆動されず、水平ＣＣＤ３０３．３０４，３０５への
電荷転送は行われない。したがって、時刻Ｔ４では、蓄
積された領域（１）の電荷が垂直方向に加算された状態
で、Ｐ−８変換部３０２に存在する。色フィルタが縦ス
トライブであるため、加算によって混色することはない
。その後、加算したＲ、Ｇ、Ｂ電荷を高速で水平ＣＣＤ
３０３，３０４，３０５に転送し、通常の駆動周波数で
１水平期間だけ各水平ＣＣＤ３０３，３０４．３０５を
駆動することにより、ｋライン分の各色電荷が出力アン
プ３０７〜３０９より出力される。出力された信号は、
Ａ／Ｄ変換されメモリ８に記憶される。この動作をｍ回
縁り返すことにより全画素の電荷を出力しメモリ８に記
憶する。記憶されたデータからＥＳフィルタ９によりＥ
Ｓ値を算出し、ＡＦ動作１を終了する。このようなＡＦ
動作をレンズユニット１を無限遠がら至近まで移動され
る間にｎ回縁り返すことにより最適ピント位置を算出す
る。時刻Ｔ６からＴＩの間に絞り値をＡ、に設定すると
同時にレンズユニット１を最適ピント位置に設定する。

Ｔ６から不要電荷を逆転送によりトップドレイン１０６
に＄１捨て本露出を行う。

次にＴ８から信号電荷の読出しを行うとともに磁気シー
トＩ６に処理信号を記録する。

第３実施例として、本発明をベイヤ配列の色フィルタを
持つ固体撮像素子に適用した場合について説明する。

第１０図において、第５図と同一の構成要素には、同一
の番号を付け、その説明を省略する。

６０１は、ベイヤ配列の色フィルタを持つ、インターラ
イン転送型固体撮像素子である。

第１１図を用いて第１０図に示す固体撮像素子を用いた
本実施例のＡＦ動作のシーケンスを説明する。時刻Ｔ１
からＴ２の間に絞りを解放に設定し、Ｔ２で無限遠のピ
ント位置までレンズユニット１をレンズ駆動モータ２に
よって移動させＡＦ動作１を開始する。時刻Ｔ３で、奇
数行のフォトダイオードに蓄積されていた電荷が、垂直
ＣＣＤ１０３に転送される。その後、垂直ＣＣＤ１０３
をにラインだけ転送できる期間、高速で順転速駆動する
ことにより領域（１）の奇数行に蓄積された電荷を水平
ＣＣＤ　１０４に転送する。この時、水平ＣＣＤは駆動
しない。したがって、時刻Ｔ４では、領域（１）の奇数
行のフォトダイオードに蓄積された電荷が垂直方向に加
算された状態で、水平ＣＣＤ　１０４に存在する。その
後、通常の駆動周波数で、１水平走査期間だけ水平ＣＣ
Ｄ１０４を駆動することにより、領域（１）の奇数行の
電荷が出力アンプ１０５より出力されメモリ８に記憶さ
れる。この動作をｍ回縁り返すことにより奇数行の電荷
を出力しメモリ８に記憶する。

同様に、時刻Ｔ５で、偶数行のフォトダイオードに蓄積
されていた電荷が、垂直ＣＣＤ　１０３に転送される。

その後、垂直ＣＣＤ１０３をにラインだけ転送できる期
間、高速で順転速駆動することにより領域（１）の偶数
行に＠積された電荷を転送し、水平ＣＣＤ１０４で垂直
方向に加算し、通常の駆動周波数で、１水平走査期間だ
け水平ＣＣＤ　１０４を駆動すること釘より、領域（１
）の偶数行の電荷が出力アンプ１０５より出力されメモ
リ８に記憶される。この動作をｍ回縁り返すことにより
偶数行の電荷を出力しメモリ８に記憶する。記憶された
データからＥＳフィルタ９によりＥＳ値を算出し、ＡＦ
動作１を終了する。このようなＡＦ動作をレンズユニッ
トｌを無限遠から至近まで移動させる間にｎ回縁り返す
ことにより最適ピント位置を算出する。時刻Ｔ６からＴ
７の間に絞り値をＡＶに設定すると同時にレンズユニッ
ト１を最適ピント位置に設定する。Ｔ７から不要電荷を
逆転送によりトップドレイン１０６に掃き捨て本露出を
行う。次にＴ８から信号電荷の読出しを行うとともに磁
気シート１６に処理信号を記録する。

本実施例では、色フィルタ配列がベイヤ配列であるが、
第１２図のような色フィルタ配列でも実施できる。

なお、以上の各実施例では、ＡＦ動作時に全ての信号電
荷を水平ＣＣＤを介して読出したが、ＡＦ測距枠以外の
ラインは、ボトムドレイン１０７に掃き捨ててもよい。

この場合、ＡＦ動作に必要な時間を短縮できる。インタ
ーライン転送型に限らず、フレーム転送型固体撮像素子
でも実施できる。

また、以上の各実施例は画素信号を垂直（走査）方向に
加算するものであるが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、ランダムアクセスできる撮像素子を用い、色
フィルタの配列に応じて水平方向或は斜め方向に画素信
号を加算するようにして実施することができる。

また、撮像素子内で加算せず、−旦メモリに画像情報を
記憶した後、加算するようにして実施することができ、
したがって、本発明はスチルビデオカメラに限らず、ビ
テオムービカメラにおいて実施することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、被写体が低輝度
、低コントラストの状況において正確に焦点合せを行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例において電荷が垂直方向に
加算される領域を示す図、第２図は同実施例の動作を示
すシーケンス図、第３図はＡＦ機能付スチルビデオカメ
ラのブロック図、第４図はＥＳフィルタの構成図、第５
図はインターライン転送型固体撮像素子の構成図、第６
図は従来例の動作を示すシーケンス図、第７図はＥＳ法
の説明図、第８図はＡＦ動作を行う際のレンズ位置とＥ
Ｓ値の変化を示す図、第９図は本発明の第２実施例に用
いる固体撮像素子の構成図、第１θ図は本発明の第３実
施例に用いる固体撮像素子の構成図、第１１図は第３実
施例の動作シーケンス図、第１２図は第３実施例の変形
を説明する図である。 ５・・・・・・固体撮像素子 ９−−−−−−　Ｅ　Ｓフィルタ １０・・・・・・システム制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数色の色フィルタを設けた撮像素子と、該撮像
   素子の各画像信号を画面上の一方向に各色毎に複数ライ
   ン分加算する加算手段と、該加算手段の出力にもとづい
   て焦点調整を行う焦点調整手段とを備えたことを特徴と
   する撮像装置。