JPH05316432A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測光走査の時間が短く、レリーズタイムラグが
小さくてすむ撮像装置を提供する。 【構成】撮像素子の走査ラインを複数測光ブロックに区
分し、その各測光ブロックにおいて各走査ラインが互に
異なる電荷蓄積時間になるようにリセットして読み出
し、全測光ブロックの走査ラインを電荷蓄積時間毎にグ
ループ化し、各グループの走査ラインの読出し信号に基
づいて露出条件を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被写体の静止ビデオ画
像を得る撮像装置に関し、特にその露出条件検出に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は電子スチルカメラのブロック図で
ある。図５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は被写体の光学画像を電気信号に変換する固体撮
像素子であり、システム制御回路９の指示により、垂直
方向に任意の行を指定して蓄積電荷をリセットしたり読
み出すことができるものである。６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。７はＡ／Ｄ変換回路６の出力を記憶す
るフィールドメモリである。８は、ぼけ量をあらわすＥ
Ｓ値（後述）を算出するＥＳフィルタである。９はシス
テム全体を制御するシステム制御回路である。１０はメ
モリ７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。１１は撮像信号処理回路１
０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。１２はＤ／Ａ変換回路１１の出力
をＦＭ変調するＦＭ変調回路である。１３はＦＭ変調回
路１２の出力を電流増幅するＲＥＣ（記録）アンプであ
る。１４は磁気ヘッド、１５は記録媒体である磁気シー
ト、１６は磁気シート１５を回転させるモータ、１７は
モータ１６の回転を安定させるためのモータサーボ回路
である。２０はレリーズボタンに応動するレリーズスイ
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。２１はＡ／Ｄ変換回路６の信号の平均
値を検出する平均値検出回路である。

【０００３】図７は、垂直方向に任意の行を指定して読
み出すことのできる固体撮像素子５の構成例であり、Ｆ
ＧＡ（フローティング・ゲート・アレイ）と呼ばれる構
造を示している。ＦＧＡセンサについての詳細な説明は
文献(IEEE TRANSACTION OF ELECTRON DEVICE VOL.35.N
O.5 MAY 1988 p646-652) に記述されているのでここで
は簡単な説明にとどめる。

【０００４】図７において、１０１は受光部である。受
光部１０１は、ＪＦＥＴ（接合型電解効果トランジス
タ）と、そのゲートと水平アドレス線との結合容量ＣＯ
によって構成されている。１０２は、受光部１０１を構
成するＪＦＥＴのソースの負荷であり、受光部１０１の
ＪＦＥＴとともにソースフォロアを構成している。１０
３は、水平アドレスラインであり、容量ＣＯによつて受
光部１０１を構成する１ライン分のＪＦＥＴのゲートと
共通に容量結合されている。１０４は、垂直走査デコー
ダであり、ライン選択データによって選択されたライン
の水平アドレス線にはリセットパルスφＶＨを、選択さ
れないラインの水平アドレス線にはオフパルスφＶＬを
与える。リセットパスルφＶＨがローの時は受光部１０
１のＪＦＥＴがオンになりゲート電圧がソースに現れ
る。リセットパスルφＶＨがハイのときは受光部の結合
容量ＣＯが所定の電荷量に充電され、受光部１０１の電
位は所定電位にリセットされる。オフパルスφＶＬがハ
イの時は、受光部１０１のＪＦＥＴがオンになりゲート
電圧がソースに現れる。オフパルスφＶＬがローの時
は、受光部１０１のＪＦＥＴがオフになりゲート電位は
ソースに現れない。

【０００５】１０５は垂直信号線であり、同一列の各受
光部のＪＦＥＴのソースに共通接続されており、垂直走
査デコーダによって選択されたラインの受光部のＪＦＥ
Ｔのゲート電位が現れる。１０６は垂直信号線１０５の
本数分のクランプ回路で構成されているクランプ回路で
あり、垂直信号線１０５のそれぞれの電位をクランプパ
ルスφｃがハイの時の基準電位ＶＲに固定する。１０７
はサンプルホールド回路兼ラインメモリであり、垂直信
号線１０５の本数分のホールドキャパシタとスイッチに
よって構成されている。φｓｈがハイのときのそれぞれ
の垂直信号線の電位レベルをサンプルしローになる瞬間
の電位をホールドする。垂直信号線より切り放されたホ
ールドキャパシタは水平ラインメモリとなる。１０８は
水平信号線の電位を出力する出力アンプである。１０９
は水平信号線である。１１０はサンプルホールド回路兼
ラインメモリ１０７の信号を水平信号線と接続するスイ
ッチで、水平シフトレシズタ１１１によって走査され
る。

【０００６】図８はＦＧＡセンサ５の駆動タイミングチ
ャートである。水平ブランキング期間の開始直後にライ
ンアドレスデータが設定される。次にオフパルスφＶＬ
をローにすることによって、選択されたライン以外のラ
インの受光部のＪＦＥＴはオフし、選択されたラインの
信号だけが垂直信号線１０５に現れる。この際現れた信
号はクランプパルスφｃによって基準電位ＶＲにクラン
プされた後、サンプルホールドパルスφｓｈによってそ
のレベルがサンプルホールドされる。次にクランプパル
スφｃがローになり、次にリセットパルスφＶＨがハイ
になり選択されたラインの受光部の電荷が全てリセット
され、垂直信号線１０５の出力が変化する。リセットパ
ルスφＨがローになったた後、サンプルホールドパルス
φｓｈによって垂直信号線１０５に現れた電位をサンプ
ルホールドすることによって、受光部リセット前とリセ
ット後の電位の変化をサンプルホールド回路兼ラインメ
モリ１０７に記憶する。次にオフパルスφＶＬが中間電
位になる。次に電荷蓄積時間を制御するためにリセット
すべきラインのアドレスがラインアドレスデータとして
設定され、リセットパルスφＶＨがハイとなることによ
って指定ラインの受光部の電荷がリセットされる。この
動作が終了するとクランプパルスが再びハイになり垂直
信号線１０５の電位がクランプされる。次にラインメモ
リ１０７のシフトレジスタによる走査が開始され、Ｈブ
ランキング期間が終了する。垂直走査はラインアドレス
データを与えることによってランダムに行うことが可能
である。電荷蓄積時間は、リセットするラインのアドレ
スを読み出しに先だって数Ｈ前に与えることによって設
定することができ、フォーカルプレーンの電子シャッタ
動作となる。

【０００７】図９は受光部の出力変化を示す図であり、
時刻ｔ１にリセットパルスφＨによって出力はリセット
される。光が照射されていれば時間経過にともなって出
力が上昇する。ｔ２にて再びリセットされる直前の電位
がサンプルホールド回路兼ラインメモリ１０７にサンプ
ルホールドされる。ｔ３にてリセットされた直後の電位
をサンプルホールドすることによって、サンプルホール
ド回路兼ラインメモリ１０７に読出し信号値を得る。図
１０は電子スチルカメラの動作シーケンスを示す図であ
る。時刻Ｔ０にレリーズスイッチが投入されると一連の
撮影シーケンスが開始される。時刻Ｔ０からＴ１の間に
ある絞り値にて電荷蓄積時間を変えながらＭ回の走査す
なわち測光走査を行い、固体撮像素子５の出力の平均値
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。Ｔ１からＴ２の間に、絞りを解放に設定し、
Ｔ２からＴ３の間に、レンズをＮ段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回の走査すなわちＡＦ（オートフォーカス）走査
を行いＮ回の走査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。Ｔ３からＴ４の間に
絞り値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１水平期間に１ライン
の電荷をリセットするリセット走査を行い、次にＴ５か
ら読出し走査を行うとともに磁気シート１５に処理信号
を記録する。図１０（ｃ）は測光走査の部分を拡大して
更に詳細に説明する図である。絞りを解放にして電荷蓄
積時間を変えながらＫ回の走査を行い、同時に平均値検
出回路２１にて固定撮像素子５の出力の走査毎の平均値
を検出する。電荷蓄積時間は最初の走査では最大値（例
えば１／３０秒）にし、走査毎に前回走査の１／２の時
間に変化させて行く。平均値検出回路２１の出力である
平均値がある値の範囲内に入っていればその値からシス
テム制御回路９にて適正露出量を得るシャッタスピード
と絞り値であるＴｖとＡｖを計算することができる。平
均値が大きすぎた場合は固体撮像素子５のエリアの大部
分が飽和していたと考えられる。また平均値が小さずぎ
た場合はＳ／Ｎが悪すぎて適正露出量を得る際の計算の
誤差が大きくなりすぎるため画像の平均値が適正な範囲
に入るまで電荷蓄積時間を変えながら走査する。最小電
荷蓄積時間にしても最適露出量が得られなかった場合
は、絞りを１段絞って再び電荷蓄積時間を変えながらＭ
回の走査を行う。この動作を最適露出量が得られるまで
繰り返す。

【０００８】図１２は設定可能な絞りの段数の例であ
る。電子スチルカメラでは、一般的に固体撮像素子の露
出のラチチュードが銀塩フィルムよりも小さいために露
出量に高い精度が要求される。そこで丸穴をあけた、精
度は高いが段数の少ない絞りと、固体撮像素子の電荷蓄
積時間可変機能によるいわゆる電子シャッタ機能を組合
わせることが多い。そこで、図１２のように絞り値とし
てはＦ２（解放），Ｆ５．６，Ｆ１６の３種類程度の場
合が多い。図１３はシャッタスピードの設定の例を示す
図である。シャッタスピードは１水平走査期間（以下
“Ｈ”と記す）きざみで設定でき、秒で示したシャッタ
スピードとＨ単位で示した電荷蓄積時間の対応は図１３
のようになる。固体撮像素子の電荷蓄積時間可変機能を
用いた電子的なシャッタであまり電荷蓄積時間を短くす
ると一般的にスミアと呼ばれる偽信号が多くなるため、
撮影時の電光蓄積時間は最小でも８Ｈ程度とする。ただ
し、測光走査時はスミアがあっても問題ないので１Ｈま
で電荷蓄積時間をちじめることができる。

【０００９】図１４は測光走査の際のシャッタスピード
と絞りの組合せの例である。カメラの仕様が最長露出時
間１／３０秒、最短露出時間１／２０００秒、解放Ｆ
２、最小絞りＦ１６であるとすると、まずＦ２で電荷蓄
積時間を５１２Ｈから１Ｈ迄可変させ、次にＦ５．６で
電荷蓄積時間を４Ｈから２Ｈまで可変すれば全ての露出
量の範囲をチェックできることになる。したがって図１
０（ｃ）で説明した測光走査を図１４に示したように順
次設定して走査すれば良い。

【００１０】図１５はぼけ量を検出するための手法の１
つであるＥＳ法の説明をする図である。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
ので簡単な説明にとどめる。同図において、（ａ）は映
像信号（振幅）であり合焦時はエッジが立ち、非合焦時
はエッジが寝る。（ｂ）は映像信号を微分波形の絶対値
Ｄである。（ｃ），（ｄ）はそれぞれ微分波形Ｄの遅延
信号ＤＬ１，ＤＬ２であり、（ｅ）は積分波形Ｉであ
り、映像信号のエッチ部のコントラストをあらわす。
（ｆ）のごとくＤをＩで割算することによってエッジの
鋭さを示すＥＳ値をあらわす。図６はＥＳフィルタ８の
構成例である。図６において、２０１は微分回路、２０
２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ＥＳ値と判断する。

【００１１】図１６は合焦位置を求めるためにＡＦ走査
を行う際のレンズ位置とＥＳ値の変化を示した図であ
る。この例では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（以下“Ｖ”と記
す）期間毎に画像情報を固体撮像素子５に蓄積し、その
信号を走査しその画像情報からＥＳ値を求めて最もＥＳ
値が大きかった位置を合焦位置とする。

【００１２】図１１は固体撮像素子５の測光走査時の駆
動の従来例を示すタイミング図である。図１１のように
Ｖブランキング期間終了後全画素の読み出し走査を行
い、同時に全画素のリセット走査も行う。これらの走査
アドレスの垂直方向の指定は第８図に示したように、水
平ブランキング期間毎に行うリセット走査のラインアド
レスが指定されてから読み出し、走査アドレスが指定さ
れるまでの時間差（水平走査期間単位で設定できる）が
露光電荷の蓄積時間となる。読み出し開始位置のアドレ
スＹがＶ期間の終了直後、例えば時刻ｔ３に設定される
とすると、リセット走査開始位置のアドレスＹをｔ１に
設定することによって蓄積時間は最大（１Ｖ期間）にな
り、ｔ３に設定することによって電荷蓄積時間は最小
（０）になる。

【００１３】しかしながら、前記従来例では最適露出量
を決定するまでに最大１２回のエリア走査が必要であり
（図１３参照）、測光走査だけで２００ｍｓ以上の時間
を要してしまい、絞りの切り替え時間を無視してもＡＦ
走査とあわせて４００ｍｓ以上かかることになりレリー
ズタイムラグが問題になる。

【００１４】本発明は、この問題に鑑みてなされたもの
で、測光走査の時間が短く、レリーズタイムラグが小さ
くてすむ撮像装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、撮像装置を次の（１），（２）のとお
りに構成する。 （１）一方向に任意の走査ラインを指定しリセット及び
読出しのできる撮像素子と、該撮像素子の走査ラインの
全部又は一部を複数測光ブロックに区分し、その各測光
ブロックにおいて各走査ラインが互に異なる電荷蓄積時
間になるようにリセット及び読出しする駆動手段と、全
測光ブロックの走査ラインを電荷蓄積時間毎にグループ
化し、各グループの走査ラインの読出し信号にもとづい
て露出条件を検出する露出条件検出手段とを備えた撮像
装置。

【００１６】（２）前記（１）において、露出条件決定
の際の絞りのままで、撮像素子の出力にもとづき合焦条
件を検出する合焦条件検出手段を備えた撮像装置。

【００１７】

【作用】前記（１），（２）の構成によれば、１回のエ
リア走査で、多数の電荷蓄積時間の情報を得られ、測光
走査が短時間ですみ、これに加えて、前記（２）の構成
によれば、測光走査とＡＦ走査が絞りを変えずに連続的
に行える。

【００１８】

【実施例】以下本発明を実施例で詳しく説明する。図
１，図２は本発明の第１実施例である“電子スチルカメ
ラ”の動作を説明する図である。本実施例は固体撮像素
子の駆動の仕方，露出条件の決定の仕方の点を除いて図
５と同様に構成されている。図１は本実施例における固
体撮像素子の測光走査時における測光領域を示す図であ
る。この例では固体撮像素子５の垂直方向の走査ライン
を４８０ラインとし、それらを垂直方向に１０ラインず
つ４８ブロックに均等に分割し、それらのうち１ブロッ
クおきに選んだ２４ブロックを測光ブロックとして測光
情報の検出に使用する。

【００１９】図２は１測光ブロックに属する１０走査ラ
インの電荷蓄積時間を示す図である。このように１０走
査ラインを１０通りの電荷蓄積時間に設定する。異なっ
た電荷蓄積時間はリセットしてから読み出すまでに要す
る時間をアドレスを与えるタイミングで自由に変えるこ
どができるため可能となった。これらの１０走査ライン
は近接しているため画像の相関性が強い。したがって同
一の画像を何回も電荷蓄積時間を変えて露出したのと同
じ測光情報が同時に得られる。図３，図４は本実施例に
おける固体撮像素子５の測光走査タイミングを示す図で
ある。図３は絞りを解放（Ｆ２）にして行われる測光走
査である。図中でINT(512H)resetとは電荷蓄積時間５１
２Ｈのグループの２４ラインのリセットのアドレスを与
えるタイミングを示している。

【００２０】INT(512H)read とは電荷蓄積時間５１２Ｈ
のグループの２４ラインの読出しのアドレスを与えるタ
イミングを示している。各電荷蓄積時間のグループに属
する２４ラインのデータは平均値検出回路２１で同一の
電荷蓄積時間グループ毎に平均値をとり、システム制御
回路９に測光情報として送られる。このようにして、図
３で示すように２Ｖ期間の中で１０段階にシャッタスピ
ードを変化させた測光情報が得られる。図３の測光情報
で最適露出量が検出できなかった場合は、更に絞りをＦ
５．６に設定して図４に示す測光走査を行う。図４の測
光走査を行えば図１４に示した全ての組合せの測光情報
が得られることになる。絞り解放で最適露出条件で求め
られない場合はかなり明るい場合に限られ、ほとんどの
場合絞り解放の条件のみで測光走査が終了する。

【００２１】そして、測光走査に引き続いて行われるＡ
Ｆ走査は、測光走査時に最終的に設定された絞りの状態
のまま行われる。ＡＦ走査の際は、出来る限り解放に近
い状態に絞りを設定した方が合焦位置を求め易い。それ
は解放に近い方が被写界深度が浅いため、レンズの位置
によるＥＳ値の差が大きくなるためである。測光走査終
了時には、電荷蓄積時間をある値にすれば固体撮像素子
５の出力がある範囲に入ることが保証され、その最適な
電荷蓄積時間はすでに解っている。しかも絞りが解放に
近い状態になっているのでＡＦ走査に好適な状態になっ
ている。そこで絞りは変更せず測光走査より求めた最適
電荷蓄積時間でＡＦ走査を行う。このようにして、絞り
を変更しない分だけトータルのレリーズタイムラグを小
さくできる。

【００２２】図１７はさらに最適露出量を得るための時
間を短縮する手法を示す図である。この手法による例を
本実施例の第２実施例として説明する。本実施例では電
荷蓄積時間の最も短い情報から読み出すため、図１７の
時刻ｔ３の時点で絞り解放状態において最も電荷蓄積時
間を短くしたグループの画像の平均情報が得られてい
る。もしその画像がある値以上であればさらに１段絞ら
なければならないことは確実となるため、電荷蓄積時間
２Ｈ以上の情報は必要ない。そこで１Ｈ蓄積時間のグル
ープの画像の平均値がある値を越えていれば直ちに絞り
を１段絞る動作を開始する。絞りの変更動作終了後直ち
に、１１１からの蓄積時間２Ｈのグループの走査と４Ｈ
のクループの走査を行う。絞りの変更動作の間読み出さ
れるデータは無視するか、もしくは走査を行わない。こ
のようにして、被写体の輝度が非常に大きいとき、第１
実施例よりも測光走査の時間を短くできる。

【００２３】なお、以上の各実施例は、図１に示すよう
に、撮像素子の走査エリアの半分を測光領域とするもの
であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、エ
リアの全部を測光領域としてもよく、或はエリアの中央
部を測光領域としてもよい（中央重点測光）。又、合焦
条件の検出には、ＥＳ法に限らず、ＴＴＬ(through the
lens)による適宜の手法が利用でき、レンズの駆動のか
わりに、固体撮像素子を圧電素子等により前後に駆動し
てもよい。又、本発明は、ビデオ信号の記録手段を問わ
ないものであり、記録手段を別途有し、これにビデオ信
号を送出するものであってもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像素子の一方向（例えば垂直方向）に１回の走査
で複数種の電荷蓄積時間における画像の平均値を得るこ
とができ、測光に要する時間を大幅に短縮することを可
能にし、レリーズタイムラグを大幅に短縮することが可
能になる。さらに、測光走査終了時に設定されている絞
りの状態でＡＦ走査をそのまま行えるためＡＦ走査に先
立ち絞りを変更する必要がないため、さらにレリーズタ
イムラグを短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例における測光領域を示す
図

【図２】 図１の各測光ブロックにおける各走査ライン
の電荷蓄積時間を示す図

【図３】 第１実施例における固体撮像素子の測光走査
のタイミングを示す図

【図４】 第１実施例における固体撮像素子の測光走査
のタイミングを示す図

【図５】 電子ステルカメラのブロック図

【図６】 ＥＳフィルタ８のブロック図

【図７】 ＦＧＡセンサの駆動回路を示す図

【図８】 ＦＧＡセンサの駆動タイミングを示す図

【図９】 ＦＧＡセンサの受光部の出力変化を示す図

【図１０】電子スチルカメラの動作シーケンス図

【図１１】従来例の測光走査タイミングを示す図

【図１２】電子スチルカメラで設定可能な絞りの段数の
例を示す図

【図１３】シャッタスピードの設定例を示す図

【図１４】測光走査の際のシャッタスピードと絞りの組
合せを示す図

【図１５】ＥＳ法の説明図

【図１６】ＡＦ走査の説明図

【図１７】第２実施例の測光走査のタイミングを示す図

【符号の説明】

５ 固体撮像素子 ９ システム制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方向に任意の走査ラインを指定しリセ
   ット及び読出しのできる撮像素子と、該撮像素子の走査
   ラインの全部又は一部を複数測光ブロックに区分し、そ
   の各測光ブロックにおいて各走査ラインが互に異なる電
   荷蓄積時間になるようにリセット及び読出しする駆動手
   段と、全測光ブロックの走査ラインを電荷蓄積時間毎に
   グループ化し、各グループの走査ラインの読出し信号に
   もとづいて露出条件を検出する露出条件検出手段とを備
   えたことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 露出条件決定の際の絞りのままで、撮像
   素子の出力にもとづき合焦条件を検出する合焦条件検出
   手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の撮像装
   置。