JPH09181955A - 撮像装置および固体撮像素子の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焦点調節用の画像と、出力用／記録用の画像
とを、夫々に適した条件で得ることのできる撮像装置お
よび固体撮像素子の制御方法を提供する。 【解決手段】 固体撮像素子４の画像から焦点調節のデ
ータを得る際は、画像に多少スミアがあってもかまわな
いから、焦点調節が終って撮影する際と比べて、固体撮
像素子４の電子シャッタの露光時間可変範囲が広くなる
ようにシステムコントロール部７で制御する。これによ
り測距不能になるケースが少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子を備
えた撮像装置および固体撮像装置の制御方法に関し、特
にその焦点調節に関するものである。

【０００２】

【関連の技術】

（位相差ＡＦの説明）従来、銀塩フィルムに画像を写
す、所謂一眼レフタイプの銀塩カメラにおいては、位相
差検出方式の自動合焦装置（ＡＦ）が数多くの機種に用
いられている。この位相差検出方式のＡＦシステムは、
概略以下のように動作する。

【０００３】図１０のように、レンズから入射した光
は、４５度ミラーの後ろに取り付けてある、サブミラー
によって、装置下方に反射され、メガネレンズと呼ばれ
る２次光学系のレンズにより２つの像に分離されて、Ａ
Ｆセンサに入射する。そのＡＦセンサは図１１のように
並べて配置されていて、その出力は同図のようになり、
合焦状態，前ピン状態，後ピン状態によって２像の間隔
が違う。この像間隔が合焦状態の間隔になるように、レ
ンズを移動させてピント合わせをする。そのレンズの移
動量、つまり、像面の移動量は２像の間隔から計算して
求める。その計算は次のようなアルゴリズムで行う。

【０００４】まず、２つのＡＦセンサの出力をデータと
して取り込む。そしてその２つのセンサ出力の相関を採
る。その採り方は、“ＭＩＮアルゴリズム”と呼ばれる
もので、センサ１のデータをＡ〔ｌ〕−Ａ〔ｎ〕とし、
センサ２のデータをＢ〔ｌ〕−Ｂ〔ｎ〕とすると、相関
量Ｕ０は、

【０００５】

【数１】

【０００６】と表す。まずこのＵ０を計算する。次に、
図１２のように、Ａ像をＡＦセンサの１ビットシフトし
たデータとＢ像のデータの相関量Ｕ１を計算する。この
Ｕ１は、

【０００７】

【数２】

【０００８】となる。このように１ビットずつシフトし
た相関量を次々計算する。２像が一致していれば、この
相関量は最大値をとるので、その最大値を取るシフト量
を求め、その前後のデータから、相関量の真の最大値を
補間して求め、そのシフト量をずれ量とする。光学系に
よってずれ量と像面移動量、所謂デフォーカス量との関
係は決まっているのでそのずれ量からデフォーカス量を
求める。そのデフォーカス量から、レンズの繰り出し量
を求め、レンズを移動し合焦させる。

【０００９】（位相差ＡＦの問題）この位相差検出方式
のＡＦシステムを、２次元の固体撮像素子で静止画像を
取り込み映像信号を何らかの記録媒体に記録する、所謂
電子スチルカメラに使用すると、銀塩フィルムと固体撮
像素子の大きさの違いにより、ＡＦセンサの１画素当た
りの撮像面の面積が大きくなる、つまり画素が粗くなっ
て、精度が下がるので、ＡＦ光学系の倍率を下げたり、
ＡＦセンサそのものの大きさ（画素ピッチ等）を小さく
する必要が生じる。これらの手法は既に本出願人から別
途提案されている。

【００１０】（ビデオＡＦの説明）一方、２次元の固体
撮像素子で動画像を取り込んで、その映像信号を出力あ
るいは何らかの記録媒体に記録する、所謂ビデオカメラ
では、山登り方式（試行法ともいう）と呼ばれるＡＦが
数多くの機種に用いられている。この方式は、概略以下
のように動作する。

【００１１】構成としては、２次元の固体撮像素子を含
む撮像系と、演算部とレンズの制御信号発生部とを含む
システムコントロール部と、光軸方向にレンズを移動さ
せるためのレンズ制御部を含むレンズ部とから成る。ま
ず撮像部において画像光を取り込み、それを映像信号に
してシステムコントロール部へ送り、そこで信号の高周
波成分を抽出する。その抽出信号の最大値を記憶してお
いて、レンズをある方向に移動する。その移動が終了す
ると、同じように画像光を取り込み、高周波成分抽出を
行う。そして、その最大値が記憶してある値より大きか
ったら、レンズの移動方向が合焦面に近づいていると判
断し、今回の値を記憶し直して、レンズを同じ方向に移
動する。また今回の最大値が前回のものより小さかった
ら、レンズの移動方向が合焦面から遠ざかっていると判
断し、今回の値を記憶し直して、レンズを前回と反対方
向に移動させる。そして、レンズの移動終了後、同じよ
うに画像光を取り込み、高周波成分抽出、最大値比較を
行い、最終的には合焦面に像面をもっていく。図１３で
説明すると、図の横軸は像面の位置、縦軸は高周波成分
の最大値を示し、ａ点を出発点の像面位置、ｂ点を合焦
面とすると、まずａ点での高周波成分の最大値がＡであ
ったとして、次に図の右方向、つまり合焦面に近づく方
向にレンズを移動すると、そのａ′点での高周波成分の
最大値はＡ′で、比較するとＡ＜Ａ′となり、同じ方向
にレンズを移動し続ける。そして、何回目かの比較の
時、像面位置がｂ点を過ぎたところ（ａ″点で最大値は
Ａ″）で、Ａ＞Ａ″となり、合焦面から遠ざかる方向に
なったことが判断でき、レンズの移動の方向を反転し、
このように何回かの試行動作により合焦面に像面をもっ
ていく。

【００１２】また、別に全域スキャン方式（摂動法とも
いう）がある。ハードウエア構成としては前述の山登り
方式と同じである。まず、レンズを至近端あるいは無限
遠端に送り、そこを出発点として、レンズが移動できる
方向に、ある像面間隔で移動させ、撮像部において画像
光を取り込み、それを映像信号にしてシステムコントロ
ール部へ送り、そこで信号の高周波成分を抽出し、その
最大値を記憶しておく。この動作を、出発点が至近端で
あれば無限遠端まで、反対に無限遠端であれば至近端ま
で、繰り返し行う。そして、記憶した複数の最大値の中
での最大値、つまり一番コントラストの高いフォーカス
位置を求め、その点に対応したレンズ位置にレンズを移
動させる。山登り方式と同様、像面位置と高周波成分と
の関係は、図１４のようになり、合焦面はｘ点となる。
基本的には、以上のような動作をする。

【００１３】前述の関連技術例で示したように、銀塩カ
メラ等に使われている、位相差検出方式のＡＦシステム
を電子スチルカメラに用いる場合、新たなＡＦ光学系や
ＡＦセンサを作る必要があり、それらはより精度的に厳
しくなるものであり、固体撮像素子との相対位置の精度
に関しても厳しく、経年変化によるずれの影響が大きく
なる。

【００１４】また前述したような、ビデオカメラに使わ
れている、山登り方式等のＡＦシステムの場合は、新た
な光学系等を作る必要はないが、１回の固体撮像素子の
蓄積，読みだし時間が少なくとも１垂直期間かかること
や、高域抽出フィルタの演算時間等を考えると、合焦時
間が長くなり、シャッタチャンスを逃してしまい、電子
スチルカメラのＡＦシステムとしては使用に耐えない、
という問題が生ずる。

【００１５】（電子スチルカメラ用のＡＦの別案 瞳時
分割位相差ＡＦ）そこで、記録するべく画像を取り込む
ための１つの２次元の固体撮像素子の露光瞳位置を、レ
ンズ中心から見て、例えば左右にそれぞれ同じ量偏移し
た位置に移動して、時間的に前後して２回露光し、その
それぞれの時間で取り込まれた画像の相関演算をし、デ
フォーカス量を求め、その結果に従って像面を合焦面近
傍まで移動し（瞳時分割位相差ＡＦ）、固体撮像素子の
露光瞳位置をレンズ中心に戻して、移動した像面位置を
中心にして、光軸方向の前後ある所定の像面範囲を全域
スキャンして、合焦位置にレンズを移動させる（部分ス
キャンＡＦ）、という自動合焦方式が提案されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】

（電子スチルカメラ用ＡＦの別案 瞳時分割位相差ＡＦ
の問題）ところで、固体撮像素子であるＣＣＤへの露光
量は明るすぎて信号が飽和したり、暗すぎて信号がノイ
ズに埋もれてしまうことのないよう絞りやシャッタで適
正に露光量を制御する必要がある。通常のムービビデオ
カメラなどでは、固体撮像素子の蓄積時間を電子的に可
変する電子シャッタ機能で露光量を制御している。とこ
ろで電子シャッタによる露光時間制御は露光時間がある
程度より短くなるとＣＣＤから得られた画像にスミアが
多くなるという現象がある。従ってあまり、露光時間を
短時間に制御するのは不可能である。

【００１７】瞳時分割の合焦方式をとる場合、瞳絞りの
口径を可変することはコストや大きさの点から容易では
ない。後述の図５にあるように、絞り口径は１ないし２
種類が適当なものとなる。従って、測距する際のＣＣＤ
への露光量の調整は電子シャッタで行うことになる。

【００１８】しかし従来の電子スチルカメラでは、電子
シャッタの露光時間の最短秒時（時間）は前述のように
スミアの発生など画質の点からある時間以上短くでき
ず、測距の際の露光調整範囲が狭く、明るい被写体の場
合、測距が不可能になることがある。

【００１９】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、焦点調節用の画像と、出力／記録用の画像と
を、夫々に適した条件で得ることのできる撮像装置およ
び固体撮像素子の制御方法を提供することを目的とする
ものである。

【００２０】

【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）〜（９）のとお
りに、また固体撮像素子の制御方法を次の（１０）のと
おりに構成する。

【００２１】（１）電子シャッタ機能を有する固体撮像
素子を備え、焦点調節用の画像を得るための第１の撮像
モードと出力用および／または記録用の画像を得るため
の第２の撮像モードとを有する撮像装置であって、前記
第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで前記電子
シャッタの露光時間可変範囲が異なるように制御する制
御手段を備えた撮像装置。

【００２２】（２）電子シャッタの露光時間可変範囲
は、第１の撮像モード側が、第２の撮像モード側より、
より短い時間まで広がっている前記（１）記載の撮像装
置。

【００２３】（３）電子シャッタの露光時間可変範囲
は、第１の撮像モード側が、第２の撮像モード側より、
より長い時間まで広がっている前記（１）記載の撮像装
置。

【００２４】（４）電子シャッタの露光時間可変範囲
は、第１の撮像モード側が、第２の撮像モード側より、
より短い時間およびより長い時間まで広がっている前記
（１）記載の撮像装置。

【００２５】（５）固体撮像素子と機械的シャッタとを
備え、焦点調節用の画像を得るための第１の撮像モード
と出力用および／または記録用の画像を得るための第２
の撮像モードとを有する撮像装置であって、前記機械的
シャッタの露光時間可変範囲が、前記第１の撮像モード
側の方が前記第２の撮像モード側より、より長い時間に
まで広がるように制御する制御手段を備えた撮像装置。

【００２６】（６）固体撮像素子と、この固体撮像素子
の出力の利得を制御する自動利得制御手段とを備え、焦
点調節用の画像を得るための第１の撮像モードと出力用
および／または記録用の画像を得るための第２の撮像モ
ードとを有する撮像装置であって、前記自動利得制御手
段の利得の可変範囲が、前記第１の撮像モード側の方が
第２の撮像モード側より、より広がるように制御する制
御手段を備えた撮像装置。

【００２７】（７）電子シャッタ機能を有する固体撮像
素子を備え、焦点調節用の画像を得るための第１の撮像
モードと出力および／または記録用の画像を得るための
第２の撮像モードとを有する撮像装置であって、仮の画
像データからスミアデータを減算したデータを前記焦点
調節用の画像のデータとするように制御する制御手段を
備えた撮像装置。

【００２８】（８）焦点調節用の画像は、瞳時分割位相
差ＡＦの画像である前記（７）記載の撮像装置。

【００２９】（９）スミアデータは、電子シャッタのほ
ぼ０秒に近い露光時間に固体撮像素子に蓄積されるデー
タである前記（７）記載の撮像装置。

【００３０】（１０）電子シャッタ機能を有し、焦点調
節用の画像を得るための第１の撮像モードと出力用およ
び／または記録用の画像を得るための第２の画像モード
とを有する固体撮像素子の制御方法であって、前記第１
の撮像モードと第２の撮像モードとで前記電子シャッタ
の露光時間可変範囲が異なるように制御する固体撮像素
子の制御方法。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下本発明を“電子スチルカメ
ラ”の実施例により詳しく説明する。なお、本発明は電
子スチルカメラに限らず、ムービビデオカメラ等の適宜
の装置で実施することができる。

【００３２】

【実施例】

（全体構成）図１は実施例である“電子スチルカメラ”
の構成を示すブロック図である。図１において、１は画
像光が入力される撮影光学系、２は撮影光学系１のフォ
ーカスレンズ及びズームレンズの移動を行うモータとそ
のドライバ部、３は瞳位置移動機構を含むシャッタ−絞
り系、４は画像光を光電変換して映像信号にするＣＣＤ
等撮像信号処理系（以下固体撮像素子という）、５はそ
の映像信号をデジタル化するＡ−Ｄ変換器、６はＡ−Ｄ
変換器５で変換されたデジタル映像信号の様々なデジタ
ル信号処理を行うデジタル信号処理部、７はカメラ全体
のシステムコントロール部である。

【００３３】８は記録媒体やファンクションカード等と
接続されるＰＣＭＣＩＡ準拠のスロットとそのコントロ
ーラ部、９はデジタル映像信号を一時記憶しておく等に
使われる、例えばＤＲＡＭ等のバッファメモリ、１０は
電子ビューファインダ（ＥＶＦ）、１１はそのＥＶＦ１
０のドライバ部、１２はドライバ部１１へのアナログ信
号を送るためのＤ−Ａ変換器、１３はＥＶＦ１０に表示
する画像を保持し、Ｄ−Ａ変換器１２へデジタル信号を
出力するＶＲＡＭ、１４はカメラのモードデータ等の表
示をする外部白黒液晶（ＥＸＴ．ＬＣＤ）、１５はその
ＥＸＴ．ＬＣＤ１４の表示のためのコントローラやドラ
イバ等、１６は記録スタンバイスイッチＳＷ１や記録ト
リガスイッチＳＷ２、さらにその他のモード設定のため
のダイヤル等を含むカメラ操作部である。

【００３４】（基本的シーケンス）次に、図２のフロー
チャートにより本実施例の電子スチルカメラの撮影シー
ケンスについて述べる。ここでは本発明に直接関係する
合焦動作と露光量制御を中心に説明し、電源制御や撮影
条件設定など、その他の動作は通常の電子スチルカメラ
と同様とし、説明を省略する。

【００３５】まず、Ｓ２０１で操作部１６のスタンバイ
スイッチＳＷ１が押されると、記録スタンバイとなる。
システムコントロール部７は、各部への電源の供給を開
始する。

【００３６】そしてＳ２０２で瞳時分割位相差ＡＦ動作
を開始する。このＡＦ動作は後で詳しく述べるのでここ
では簡単に説明する。まず、ＡＦ用の第１の絞りである
瞳絞りを光路中に挿入する。そして第１の露光量制御方
法により、露光量を適切に制御し光学像を固体撮像素子
に露光しＡＦに必要な画像データを得る。この画像デー
タをもとに適切な位置にレンズなど撮像光学系１を駆動
し合焦近傍になるまで、瞳時分割位相差による測距とレ
ンズの駆動を繰り返す（Ｓ２０３）。図２には示してい
ないが、この時画像データはデジタル信号処理部６でフ
ァインダ表示のためのビデオ処理が施され、ＶＲＡＭ１
３を経て、ＥＶＦ１０に表示される。これにより撮影者
は被写体像を確認することができる。

【００３７】合焦近傍にレンズが到達したら（Ｓ２０
４）、ＡＦ方式の瞳時分割方式からＴＶ−ＡＦ方式を用
いた部分スキャンＡＦに切り替える（Ｓ２０５）。この
動作は後で“（部分スキャンＡＦ）”の項で詳しく述べ
る。つまり、絞りを光軸中心に位置させ、固体撮像素子
から得られるビデオ信号の高周波成分を検知して高周波
成分が最大となるように所定の範囲をレンズを駆動し合
焦させる（以上が第１の撮像モード）。

【００３８】次に、Ｓ２０６で記録トリガスイッチＳＷ
２が押されていたら、Ｓ２０７で記録のための撮影動作
を行う。つまり第１の絞りである瞳絞りを退避し第２の
絞りである撮影用絞りを挿入する。そして第２の露光量
制御方法により絞りやシャッタなど露光制御部材３を制
御し、固体撮像素子４に被写体像を撮像する（第２の撮
像モード）。

【００３９】そして記録のために固体撮像素子４のデー
タを読みだし、デジタル信号処理部６で画像信号処理を
施し、必要であれば画像データ圧縮などの処理をして、
ＰＣＭＣＩＡスロット８を介して不図示の記録媒体に記
録する。以上が基本的な撮影記録シーケンスである。

【００４０】（スミア）次に固体撮像素子４への露光量
制御について説明する。通常の撮影では固体撮像素子へ
の露光量制御は、機械的なシャッタや固体撮像素子の蓄
積時間を可変する電子シャッタ、さらに絞りの口径制御
などで撮影状況に応じて適切に行われる。

【００４１】このうち固体撮像素子の蓄積時間を可変す
る電子シャッタを用いる場合、明るい被写体を撮像する
場合に固体撮像素子への蓄積時間を短くし過ぎると、撮
像画面上にスミアノイズが目立つようになるという問題
がある。

【００４２】スミアは、入射した比較的強い光が転送路
などに入ってキャリアを励起したりすることによって発
生する電荷である。特に、信号電荷が、強い光が当たっ
た転送路を通過する場合に、スミア電荷が加わり画面上
では垂直に明るい帯が生じる。垂直転送速度が速いと比
較的スミアは少ないが、電子シャッタでの蓄積時間が短
くなると、蓄積時間に対する転送時間の割合が大きくな
るため、結果的にスミアが目立つようになる。

【００４３】従って、記録など画質が重要な撮影では、
画面上にスミアが目立たないようにするため、電子シャ
ッタによる蓄積時間はあまり短く設定しない。一般に様
々な撮影シーンを考慮して、最適な最短電子シャッタ秒
時が定められる。この撮影の最短電子シャッタ秒時を、
ここでは仮にＴｂ秒としておく。図１５で言えば、電子
シャッタの露光時間可変範囲はＲｂ即ちＴｃからＴｂま
でとなる（図１５ではＴｃは１／６０秒、Ｔｂは１／１
０００秒）。

【００４４】記録など画質が重要な撮影の際の露光量制
御では、不図示の機械的なシャッタや記録撮影用に設け
た別の絞りを用いるなどして結果的に露光制御範囲は図
１６でＳｄで示す範囲（ＥＶ値ではＥｖｄからＥｖｆま
で）となる。

【００４５】さて、図５に示すように瞳時分割のＡＦ方
式の場合、測距のための露光制御中は、ＡＦ用の絞りを
用いるが、この絞りの口径はあまり可変できない。光路
を左右に切り替えて遮光する必要があるので、機構上の
問題やスペースの点を考慮して図５の例では口径は２種
類である。これ以上細かな絞り口径制御をするのは構造
的に複雑になり望ましくない。ところで、可能な限り最
短電子シャッタ秒時を短くして明るい被写体に対しても
ＡＦの時の露光を適切に制御する必要がある。

【００４６】そこで、ＡＦのために画像を撮像する場合
には、電子シャッタの秒時可変範囲のうち最短電子シャ
ッタ秒時を前述の通常撮影時の最短電子シャッタ秒時Ｔ
ｂ秒より短いＴａ秒に設定する。

【００４７】ここで、ＡＦ動作中は撮像画像を記録して
いないためスミアが多少多くても問題は少ない。つまり
撮影したい被写体をフレーミングしている最中は、本実
施例ではＥＶＦによりその画像を確認できるが、この
時、明るすぎて固体撮像素子が飽和しＡＦ動作が不可能
になるより、スミアが多少発生してもＡＦ動作が可能で
ある方が望ましい。特に、ファインダが、本実施例のよ
うな電子的なものではなく、光学的なものである場合
は、ＡＦ動作中の固体撮像素子からの画像は直接観察し
ないため、スミアの発生による影響はより少ない。

【００４８】従って、記録しない画像を撮像する場合に
は、最短電子シャッタ秒時を前述の通常撮影の最短電子
シャッタ秒時Ｔｂより短いＴａ秒に設定する。

【００４９】図１５で言えば、電子シャッタの露光時間
可変範囲はＲａ即ちＴｃからＴａまでとなる（図１５で
はＴｃは１／６０秒、Ｔａは１／８０００秒）。従っ
て、瞳時分割ＡＦ動作中は小さい方の口径の絞りを使っ
た場合の露光量制御範囲は図１６でＳｄで示す範囲（Ｅ
Ｖ値ではＥｖｄからＥｖｆまで）となる。

【００５０】（ＡＦ）次に図３のフローを用いて、瞳時
分割位相差ＡＦについて詳細に述べる。まず、Ｓ３０１
でシステムコントロール部７はシャッタ−絞り系３に制
御信号を送り、絞りをＡＦ用の瞳絞りに設定する。これ
は図５（ａ）のように、絞り開口径を水平方向に二等分
するための眼鏡状の穴が光軸（撮影用絞り穴中心）に対
称に設けられたもので、そのどちらかの穴、例えば図の
右側の穴を遮光板で塞ぎ、レンズの左側の光束だけを固
体撮像素子４に入射するようにする。ここでＳ３０２で
露光条件設定のための測光を行う。この時の電子シャッ
タによる露光時間は可変範囲をＲａに設定する（図１
５）。従って、第１の絞り挿入の場合の露出制御範囲は
ＥｖｄからＥｖｆまでとなる。

【００５１】被写体が暗い場合、電子シャッタによる蓄
積時間を長くしても、露光量が足りず測距不可能となる
場合がある。その時は、シーケンスフローとしては示し
ていないが、図５（ｂ）のような瞳面積が大きな絞り穴
に切り替えて露光量を制御する。これにより露光量制御
範囲は図１６で示すように、小さい方の絞りを用いた場
合の範囲Ｓｄに対し、より暗い範囲側Ｓｃが露光可能範
囲となる。また、Ｓ３１１からＳ３１５に示すように、
図示していない補助光を発光する方法がある。その時
は、補助光用の露光条件の設定を行い、補助光を発光
し、露光を行う。この場合の露光可能範囲はＳｂとな
る。

【００５２】Ｓ３０５では、後で説明する高速読み出し
によって固体撮像素子４の部分データを得て、露光条件
を設定し、ＡＦ用の１回目の露光を行う。

【００５３】次にＳ３０６にて、位相差情報を得るため
に、もう片方の絞りの穴で露光を行う。つまり固体撮像
素子をリセットして、塞がれていた絞り穴を開放し、も
う片側の穴を塞ぎ、露光条件の設定を行い、２回目の露
光を行う（Ｓ３０７）。電子シャッタの最短露光秒時も
１回目と同様にＴａまで可能なように設定する。絞り穴
は、１回目に使用したものと同じ種類のものを使う。ま
た、１回目の露光の時に補助光を発光している場合は、
２回目も補助光用の露光条件設定を行い、補助光を発光
して露光を行う。そして、１回目と同じように部分高速
読みだしを行い、そのデータを取り込む。

【００５４】次にＳ３０８にて１回目の保持データとの
相関演算を行いデフォーカス量を求める。演算方法とし
ては、従来からの位相差ＡＦと同じ方法であるが、複数
ラインをデータとして用いる時は、例えば、各対応した
ライン毎に相関演算を行い、求められた相関値群の平均
を求めたり、あるいは、相関演算を行う前に複数ライン
データを上下方向に平均化して１ライン分のデータにし
てから、その相関演算を行ったりして、デフォーカス量
を求める。

【００５５】そして、求められたデフォーカス量に基づ
いて、Ｓ３０９にてレンズを光軸方向に移動し、ＡＦ用
瞳絞りを光路から退避させる（Ｓ３１０）。もちろん、
この退避動作はレンズ移動中でも構わない。

【００５６】以上が瞳時分割位相差ＡＦの一連の動作で
ある。この動作を、像面が合焦近傍の範囲に入るまで行
う。この回数は、レンズの初期位置や、合焦近傍の範囲
設定値にも左右されるが、レンズの初期位置が合焦近傍
にある場合は、１回、その他の場合は少なくとも２回
（１回目で合焦近傍までレンズを移動し、２回目で合焦
近傍に像面があることを判定）行われる。像面が合焦近
傍にあり、且つ合焦面にあると判断されると、そこでＡ
Ｆ動作は終了し、合焦表示を行い、撮影スタンバイ状
態、つまり記録トリガスイッチＳＷ２オン可能状態にな
る。また一方、像面が合焦近傍にあると判断され、しか
し合焦面ではないと判断されると、次に像面を合焦面へ
移動するために部分スキャンＡＦを行う。

【００５７】（ＣＣＤ読みだし）ところで、この測光、
あるいはＡＦ用データの取り込みのためのデータ読みだ
しは、固体撮像素子４の全画面を読みだすと読みだしに
時間がかかるので、ＡＦ用には１部分を読みだす。さら
にその読みだしもＡＦの時は通常の撮影の場合より、高
速に読みだす。

【００５８】そのような読みだし方を以下に説明する。
図６にインターライン型ＣＣＤの概略図を示す。６１が
画素、６２が垂直電荷転送素子、６４が水平電荷転送素
子、６５が出力部となっている。画素で光電変換された
信号電荷は、垂直電荷転送素子６２に送られ、四相駆動
パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３およびφＶ４により水平
電荷転送素子６４の方向へ順に転送される。水平電荷転
送素子６４は、垂直電荷転送素子６２から転送されてき
た水平一列分の信号電荷を二相駆動パルスφＨ１および
φＨ２により出力部に転送し、そこで電圧に変換され出
力される。

【００５９】図７にＣＣＤの撮像領域の概略図を示す。
本実施例では、読みだし動作の高速化のため、必要な読
みだし領域のみ通常の速さで読みだし、それ以外は高速
に読みだす掃き出し転送を行う。７１が通常通りに読み
だす領域、７２および７３が、それぞれ前半および後半
の高速掃き出し転送領域となっている。図８はＣＣＤの
垂直電荷転送素子を四相駆動とした場合の一垂直同期期
間分のタイミングチャートを示している。ＶＤが垂直同
期信号で垂直ブランキング期間をＬＯＷ電位で示し、Ｈ
Ｄが水平同期信号で水平ブランキング期間をＬＯＷ電位
で示す。φＶ１，φＶ２，φＶ３およびφＶ４が、垂直
電荷転送素子６２の四相駆動パルス、８１および８２
が、画素で光電変換された信号電荷を垂直電荷転送素子
に転送する読みだしパルスを示している。四相駆動パル
スのうち８３および８４は、それぞれ、図７の７２およ
び７３の領域部分の垂直電荷転送素子に読みだされた信
号電荷を高速に転送する高速掃き出し転送パルスを示し
ている。このようにして必要な読みだし領域以外を高速
に掃き出すことで、部分読みだし動作の高速化を行うこ
とができる。

【００６０】（部分スキャンＡＦ）次に図２に示すよう
に、先の瞳時分割ＡＦのつぎに、部分スキャンＡＦを行
っており、このシーケンスのフローを図４および図９で
説明する。

【００６１】まず、Ｓ４０１（図４）で露光瞳位置をレ
ンズ中心にする。これは、瞳時分割位相差ＡＦの時のＡ
Ｆ用の瞳絞りを光路外に退避させることを意味する。瞳
時分割位相差ＡＦによる距離演算に基づき、既にレンズ
は図９の左の方から右の方向に向かって駆動され、合焦
近傍の位置ａ点に位置しているものとする。

【００６２】次に、Ｓ４０２でレンズ位置を現時点、つ
まり瞳時分割位相差ＡＦによって移動したレンズ位置か
ら、それまでの移動方向と逆方向に像面距離Ａだけ移動
させる。この移動距離Ａとしては、例えば合焦近傍範囲
と同じ距離にする等、スキャンする範囲内に合焦面が必
ず含まれるようにしなければならない。

【００６３】そして移動後、Ｓ４０３で瞳時分割位相差
ＡＦの時と同様に測光を行う（これはレンズ移動前でも
差し支えない）。Ｓ４０４にて、測光結果により、測距
が可能な明るさであるかどうかを判断し、その判断に基
づいて露光条件を設定し（Ｓ４０５またはＳ４１０）露
光を行う。

【００６４】この部分域スキャンの最中も電子シャッタ
の最短露光秒時は、瞳時分割位相差ＡＦ時と同様にＴａ
までとしている。またここで、瞳時分割位相差ＡＦの時
と同じように、測光結果が低輝度と判断された時は、補
助光用の露光条件の設定を行って、補助光を発光した後
に、露光し、一連の動作を行うようにする（Ｓ４１０，
Ｓ４１１）。

【００６５】そして、その蓄積データを読みだし、その
信号の高周波成分を抽出し、その値を記憶しておく。そ
の後レンズを像面距離Ｂだけ移動させる（Ｓ４０５，Ｓ
４０６，Ｓ４０７）。そのために、まず現在の位置を出
発点として右方向に像面距離でＢずつシフトさせ、それ
ぞれの位置で露光を行う。それをａ点から像面距離でＡ
だけ右の点まで行う。

【００６６】Ｂずつのシフトの位置を、 Ｒ（０），Ｒ（１）…Ｒ（Ｎ） (R(n)-R(n-1)=B、N=2*A/B) として、それぞれの位置での最大高周波成分データをＭ
（０），Ｍ（１）…Ｍ（Ｎ）とする。

【００６７】その最大値データ群の中の最大値を求め、
それがＭ（Ｎ′）とすると、像面位置Ｒ（Ｎ′）が一番
コントラストが高いと判断され、つまりＲ（Ｎ′）が合
焦面ｘとなる。この値Ｂは、本来出来るだけ小さい方が
精度としては上がるが、小さければ小さいほどその分露
光回数が多くなり、ＡＦ動作の時間が長くなり、ＡＦの
システムとしては使用に耐えなくなってしまう。反対に
Ｂを大きくしすぎると、当然精度が下がり、これもシス
テムとしては使えなくなってしまう。また、レンズ移動
の速さや、ＣＣＤの読みだし速度等もかかわってくるの
で、一概に決定できるものではなく、そのシステム全体
を見た上で慎重に決める必要がある。

【００６８】次にＳ４０８にてレンズをＢ移動させた後
のレンズ位置がスキャン範囲内かどうかを判定し、範囲
内であると、ＣＣＤの露光からの一連の動作を繰り返し
行う（Ｓ４０４に戻る）。範囲外になるとそこで一連の
繰り返し動作を中止し、それまでに記憶してある高周波
成分の最大値データ群を呼び出し、その中での最大値を
求める。その求まった最大値をとる時の像面位置が合焦
面であると判断されるので、その位置ｘにレンズを移動
させる（Ｓ４１２）。

【００６９】以上のような動作を行い、レンズを合焦さ
せ、そこでＡＦ動作は終了し、合焦表示を行い、撮影ス
タンバイ状態、つまり記録トリガスイッチＳＷ２オン可
能状態になる。

【００７０】そして記録トリガスイッチＳＷ２がＯＮで
あれば、電子シャッタの制御範囲をＲｂ（図１５参照）
に設定し、記録のための露光を行う。この時の絞り位置
は光路中心である。露光後は、信号処理を施し、記録媒
体へ転送し、一連撮影動作を終了する。

【００７１】

【実施例の変形】前記実施例では、最終的に撮像したデ
ータは記録するものとしたが、外部機器などへ伝送（出
力）するものとしてもよい。つまり外部機器に対して
は、スミアの少ない良質の画像データを送出することが
可能となる。

【００７２】さらに記録媒体は、本体に対し内蔵された
ものでも良いし、本体に対し着脱可能な記録媒体を用い
ても良い。記録媒体が内蔵の場合は、本体の小型化に有
利であり、着脱可能な媒体にした場合、記録容量や媒体
の種類の選択の自由度が増すと言う利点がある。本発明
はいずれの場合に対しても実施可能である。

【００７３】さらに前記実施例では、瞳時分割ＡＦおよ
び部分スキャンＡＦ動作のときとそれ以外のときで、固
体撮像素子の電子シャッタの可変範囲の最短秒時を変え
るようにしたが、合焦状態の時と非合焦の時で、固体撮
像素子の電子シャッタの可変範囲の最短秒時を変えるよ
うにしてもよい。つまり非合焦の場合は、もともと画像
がぼやけているので、多少スミアが発生しても大きな影
響が無いシステムで、ＡＦ動作中の露光量を最適制御す
るのに有利である。

【００７４】さらに前記実施例では、第１の撮像モード
と第２の撮像モードで、電子シャッタの蓄積時間制御範
囲のうち下限（最短秒時）のみを変えるようにしたが、
これを上限（最長秒時）を変えるようにしてもよい。通
常は蓄積時間が長くなると固体撮像素子の暗電流ノイズ
が増えて、画像として観察するには適さない場合が多
い。しかし、本発明のように、記録や伝送を目的としな
い撮像をするモードでは、スミアと同様に暗電流もあま
り問題にならない場合がある。従って、固体撮像素子の
蓄積時間の下限（最短秒時）のみならず、上限（最長秒
時）も第１の撮像モードと第２の撮像モードで変えるよ
うにすると、被写体の明るさに対してより暗い場合への
撮像も可能になるという利点がある。

【００７５】通常電子シャッタでの蓄積時間は、ある期
間以上は長くできないが、この場合は、機械的なシャッ
タを用いてもよい。そうすればさらに暗い場合の撮像が
可能になる。

【００７６】さらには、第１の撮像モードと第２の撮像
モードで、露光時間の下限（最短秒時）は同じにし、上
限（最長秒時）のみ変えるようにしてもよい。固体撮像
素子の感度があまり高くなく飽和の可能性が低い場合や
絞りの口径が小さい場合、さらにあまり明るい被写体を
撮影しないようなシステムの場合は、この方が制御が単
純になりＣＰＵのプログラムのコード容量を削減できる
など合理的である。

【００７７】さらには、前記実施例では、第１の撮像モ
ードと第２の撮像モードで露光時間を変えるようにした
が、固体撮像素子からの出力を増幅する利得を変えるよ
うにしてもよい。通常は利得が大きいとノイズが増え
て、画像として観察するには適さない場合が多い。しか
し、第１の撮像モードのように、記録や伝送を目的とし
ない撮像モードでは、ノイズもあまり問題にならない場
合がある。この方法も、固体撮像素子の感度があまり高
くなく飽和の可能性が低い場合や絞りの口径が小さい場
合、被写体の明るさに対して、より暗い場合への撮像も
可能になるという利点がある。

【００７８】また、前記実施例で、瞳時分割合焦動作の
際に、比較的短い秒時の電子シャッタで露光しスミアが
多く発生しすぎると、瞳時分割で得られた左右それぞれ
の画像の相関をとるとき、有効な画像データに対するス
ミアの成分が大きくなり相関演算の精度が落ちる場合が
ある。この場合は、スミアの成分を予め除去して相関比
較をすればよい。これを図１７で説明する。図１７は先
に説明した図３と同様に瞳時分割位相差ＡＦのシーケン
スフローにスミア成分除去の処理を加えたものである。
図３と比較すると、Ｓ１３０４，Ｓ１３０９，Ｓ１３１
７のスミア露光の処理と、Ｓ１３０７，Ｓ１３１１，Ｓ
１３２０のスミア成分の減算処理が追加されている。こ
の減算処理に先立つ、第１，第２露光のデータの記憶を
仮のものとしている（Ｓ１３０６，Ｓ１３１０，Ｓ１３
１９）。つまり瞳時分割で、ほぼ０秒に近い短時間の蓄
積を電子シャッタによって行い（Ｓ１３０４，Ｓ１３０
９，Ｓ１３１７）、これによって得たデータをスミア成
分とし、その後電子シャッタによって適切な蓄積時間で
露光（Ｓ１３０６，Ｓ１３１０，Ｓ１３１９）をし、ス
ミア成分を減算すればよい（Ｓ１３０７，Ｓ１３１１，
Ｓ１３２０）。ここで“ほぼ０秒に近い短時間の蓄積”
で得られたデータは、被写体からの像が蓄積される時間
が０に近いため、多くは固体撮像素子の転送中に発生し
たスミア成分が占めることになる（前述のスミアの説明
及び固体撮像素子の転送方法の説明を参照）。

【００７９】実際に“ほぼ０秒に近い短時間の蓄積”
は、固体撮像素子を駆動回路の動作周波数に依存するの
で０秒にはならないが、第１露光，第２露光（Ｓ１３０
６，Ｓ１３１０，Ｓ１３１９）の蓄積時間にくらべて十
分に短ければよい。つまり相対的にスミア成分が第１，
第２露光より多くなればよい。

【００８０】また、ＡＦのためのデータは、固体撮像素
子の全画素を読みださず、前に説明したように高速部分
読みだしであるので、このような、スミア成分の減算の
処理データ量も比較的少なくて済むので、スミア除去処
理が容易に実現可能である。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
焦点調節用の画像と、出力用および／または記録用の画
像とを、夫々に適した条件で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の構成を示す図

【図２】 実施例の基本的シーケンスフローを示す図

【図３】 図２における（ａ）瞳時分割位相差ＡＦのシ
ーケンスフローを示す図

【図４】 図２における（ｂ）部分スキャンＡＦシーケ
ンスフローを示す図

【図５】 位相差ＡＦ用の瞳絞りの構成を示す図

【図６】 インタライン型固体撮像素子の概略的構成を
示す図

【図７】 固体撮像素子の撮像領域の概略を示す図

【図８】 固体撮像素子の動作を示すタイミングチャー
ト

【図９】 部分スキャン方式の説明図

【図１０】 位相差ＡＦ光学系の概略を示す図

【図１１】 ＡＦセンサとその出力を示す図

【図１２】 相関計算（ＭＩＮアルゴリズム）説明図

【図１３】 山登り方式の説明図

【図１４】 全域スキャン方式の説明図

【図１５】 電子シャッタの露光時間可変範囲を示す図

【図１６】 露光制御範囲を示す図

【図１７】 スミア除去処理を含む瞳時分割位相差ＡＦ
のシーケンスフローを示す図

【符号の説明】

１ 撮影光学系 ２ フォーカス，ズームモータ等 ３ シャッタ−絞り系 ４ 固体撮像素子 ７ システムコントロール部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子シャッタ機能を有する固体撮像素子
   を備え、焦点調節用の画像を得るための第１の撮像モー
   ドと出力用および／または記録用の画像を得るための第
   ２の撮像モードとを有する撮像装置であって、前記第１
   の撮像モードと前記第２の撮像モードとで前記電子シャ
   ッタの露光時間可変範囲が異なるように制御する制御手
   段を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 電子シャッタの露光時間可変範囲は、第
   １の撮像モード側が、第２の撮像モード側より、より短
   い時間まで広がっていることを特徴とする請求項１記載
   の撮像装置。
3. 【請求項３】 電子シャッタの露光時間可変範囲は、第
   １の撮像モード側が、第２の撮像モード側より、より長
   い時間まで広がっていることを特徴とする請求項１記載
   の撮像装置。
4. 【請求項４】 電子シャッタの露光時間可変範囲は、第
   １の撮像モード側が、第２の撮像モード側より、より短
   い時間およびより長い時間まで広がっていることを特徴
   とする請求項１記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 固体撮像素子と機械的シャッタとを備
   え、焦点調節用の画像を得るための第１の撮像モードと
   出力用および／または記録用の画像を得るための第２の
   撮像モードとを有する撮像装置であって、前記機械的シ
   ャッタの露光時間可変範囲が、前記第１の撮像モード側
   の方が前記第２の撮像モード側より、より長い時間にま
   で広がるように制御する制御手段を備えたことを特徴と
   する撮像装置。
6. 【請求項６】 固体撮像素子と、この固体撮像素子の出
   力の利得を制御する自動利得制御手段とを備え、焦点調
   節用の画像を得るための第１の撮像モードと出力用およ
   び／または記録用の画像を得るための第２の撮像モード
   とを有する撮像装置であって、前記自動利得制御手段の
   利得の可変範囲が、前記第１の撮像モード側の方が第２
   の撮像モード側より、より広がるように制御する制御手
   段を備えたことを特徴とする撮像装置。
7. 【請求項７】 電子シャッタ機能を有する固体撮像素子
   を備え、焦点調節用の画像を得るための第１の撮像モー
   ドと出力および／または記録用の画像を得るための第２
   の撮像モードとを有する撮像装置であって、仮の画像デ
   ータからスミアデータを減算したデータを前記焦点調節
   用の画像のデータとするように制御する制御手段を備え
   たことを特徴とする撮像装置。
8. 【請求項８】 焦点調節用の画像は、瞳時分割位相差Ａ
   Ｆの画像であることを特徴とする請求項７記載の撮像装
   置。
9. 【請求項９】 スミアデータは、電子シャッタのほぼ０
   秒に近い露光時間に固体撮像素子に蓄積されるデータで
   あることを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
10. 【請求項１０】 電子シャッタ機能を有し、焦点調節用
    の画像を得るための第１の撮像モードと出力用および／
    または記録用の画像を得るための第２の画像モードとを
    有する固体撮像素子の制御方法であって、前記第１の撮
    像モードと第２の撮像モードとで前記電子シャッタの露
    光時間可変範囲が異なるように制御することを特徴とす
    る固体撮像素子の制御方法。