JP2008016961A - 撮像装置および読出制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレビュー画像を表示した状態でフレームレート以上に高速のオートフォーカスのフィードバック制御を行う撮像装置を提供する。
【解決手段】 電子カメラ１０は、複数の電子シャッターを有し、それぞれの電子シャッターに対応する領域ごとに露光できるＣＭＯＳセンサ１４と、所定の領域から表示用の画像データを読み出すと共に、表示用の画像データの読出しを行わない一または複数の領域から、１フレームの読出し中に、複数回、フィードバック用の画像データの読み出しを行うＴＧ部２０と、ＴＧ部２０によるフィードバック用の画像データの読出しに応じて、フィードバック制御を行うコントラストデータ抽出部２２、ＣＰＵ２４、レンズ駆動部２６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置および撮像装置にて撮像した画像の読出制御方法に関する。

デジタルカメラは、年々高画素化が進んでおり、数百万画素の撮像素子を備えることが多くなっている。このため、１フレームの信号を読み出す時間が長くなり、フレームレートを上げることが難しくなっている。

撮像装置にて行うオートフォーカス機能は、レンズを移動させ、レンズの移動に伴う画像のコントラスト量の増減を判断し、レンズの移動方向を決定する方法が一般的である。レンズの移動が反映された画像を用いて、レンズの移動方向が適切であるか否かを判断するフィードバック制御であるため、フレームレートが速いほどフィードバック制御を高速で回すことができる。フレームレートが速いほど、オートフォーカスを高速で行うことができる。

また、画像データを評価値としてフィードバック制御を行うオートフォーカス以外のシステムにおいても、評価値を取得するレートが制御の速度に影響し、重要になってくることが多い。

デジタルスチルカメラでは、プレビュー中のフレームレートを上げるために、プレビュー時には撮像素子から間引いて読み出しを行い、実際に画像を撮像するときに全画素読み出すということが行われている。しかし、オートフォーカスでは、さらなる高速化が求められている。

特許文献１には、撮像素子の一部のエリアのみを読み取って高速に評価値を取得し、オートフォーカスの合焦までの時間を短くする方法が記載されている。

特許文献２には、複数のチャンネルで画像データを読み出し、間引き読み出しを行いながら画像中央部の全画素読み出しデータを取得する方法が記載されている。
特開２００４−８８７０３号公報 特開２００５−８６２４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、オートフォーカスの合焦までの時間を短縮可能であるが、オートフォーカス動作中にプレビュー画像を表示できない。

特許文献２に記載されている技術では、オートフォーカス動作中にプレビュー表示を行うことができるが、オートフォーカスのフィードバックサイクルをプレビュー表示のフレームレートよりも上げることはできない。

本発明は、上記背景に鑑み、簡易な構成を維持しつつ、プレビュー画像を表示した状態でフレームレート以上に高速のオートフォーカスのフィードバック制御を行う撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、複数の電子シャッターを有し、それぞれの電子シャッターに対応する領域ごとに露光できる撮像素子と、所定の領域から表示用の画像データを読み出すと共に、表示用の画像データの読出しを行わない一または複数の領域から、１フレームの読出し中に、複数回、フィードバック用の画像データの読み出しを行う読出制御部と、前記読出制御部によるフィードバック用の画像データの読出しに応じて、前記画像データを用いたフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを備えた構成を有する。

このように表示用の画像データを読み出しつつ、表示用の画像データを読み出さない領域から、１フレームの撮像においてフィードバック用の画像データを複数回読み出してフィードバック制御を行うことにより、画像表示のフレームレートより速い周期でのフィードバック制御が可能となる。

本発明の撮像装置において、前記読出制御部は、前記フィードバック用の画像データを同一の領域から読み出す構成とする。

このように同一の領域から複数回フィードバック用の画像を取得することにより、フィードバック制御によってフィードバック用の画像データが変化した割合を適切に求めることができる。

本発明の撮像装置において、前記読出制御部は、表示用の画像データの読出しを行わない複数の領域から読み出した画像データを加算してフィードバック用の画像データとする構成を有する。

このように複数の領域から読み出した画像データを加算することにより、フィードバック用の画像データの値を大きくすることができるので、短い露光時間で得られた値の小さい画像データにより適切にフィードバック制御を行える。これにより、フィードバック用の画像データを取得するための露光時間を短くすることができ、フィードバック制御をより高速に行うことができる。

本発明の撮像装置において、前記フィードバック制御部は、オートフォーカスの制御を行う。

この構成により、フォーカスレンズの最適位置を高速に探索することができる。

本発明の読出制御方法は、複数の電子シャッターを有し、それぞれの電子シャッターに対応する領域ごとに露光できる撮像素子を備えた撮像装置の画像データの読出制御方法であって、所定の領域から表示用の画像データを読み出す表示用画像読出しステップと、表示用の画像データの読出しを行わない一または複数の領域から、フィードバック用の画像データの読出しを行うフィードバック用画像読出ステップと、前記読出ステップによるフィードバック用の画像データの読出しに応じて、前記画像データを用いたフィードバック制御を行うフィードバック制御ステップとを備え、前記フィードバック用画像読出ステップおよび前記フィードバック制御ステップを、１フレームの読出し中に複数回行う構成を有する。

このように表示用の画像データを読み出しつつ、表示用の画像データを読み出さない領域から、１フレームの撮像においてフィードバック用の画像データを複数回読み出してフィードバック制御を行うことにより、画像表示のフレームレートより速い周期でのフィードバック制御が可能となる。

本発明によれば、１フレームの撮像においてフィードバック用の画像データを複数回読み出してフィードバック制御を行うことにより、画像表示のフレームレートより速い周期でのフィードバック制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態の撮像装置について、図面を参照しながら説明する。以下では、撮像装置として電子カメラを例として説明する。

図１は、本発明の実施の形態の電子カメラ１０の構成を示す図である。実施の形態の電子カメラ１０は、レンズ１２と、ＣＭＯＳセンサ１４と、画像信号処理部１６と、出力制御部１８とを備えている。レンズ１２は、被写体の像をＣＭＯＳセンサ１４に結像させる。ＣＭＯＳセンサ１４は、タイミングジェネレータ部（以下、「ＴＧ部」という）２０によって生成されたセンサ駆動パルスに従って駆動され、入射された光を光電変換する。ＣＭＯＳセンサ１４は、ライン順次露光の撮像素子である。ＣＭＯＳセンサ１４は、ラインごとに電子シャッターを有し、ラインごとに露光を行うことができる。ＣＭＯＳセンサ１４がどのラインの露光を行うかは、ＴＧ部２０によって生成されるセンサ駆動パルスによって制御される。ＴＧ部２０は、本発明の読出制御部に相当する。ＣＭＯＳセンサ１４は、光電変換によって得られたデジタル画像信号を画像信号処理部１６に入力する。

画像信号処理部１６は、ＣＭＯＳセンサ１４より入力されたデジタル画像信号を信号処理し、出力制御部１８に入力する。出力制御部１８は、画像信号処理部１６より入力された画像信号に同期信号を付加して出力する。

また、電子カメラ１０は、コントラストデータ抽出部２２と、ＣＰＵ２４と、レンズ駆動部２６とを備えている。コントラストデータ抽出部２２は、ＣＭＯＳセンサ１４からデジタル画像信号の入力を受け、デジタル画像信号からコントラストデータを抽出する。ＣＰＵ２４は、コントラストデータ抽出部２２より抽出されたコントラストデータに基づいてフォーカスの合うレンズの移動方向を演算する。ＣＰＵ２４は、計算結果に基づいて、レンズ駆動部２６に駆動信号を送信し、レンズ１２を制御する。コントラストデータ抽出部２２、ＣＰＵ２４、レンズ駆動部２６は、本発明のフィードバック制御部を構成する。

次に、電子カメラ１０のＣＭＯＳセンサ１４による画像データの読み出し動作について説明する。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、ＣＭＯＳセンサ１４からの読み出し順序を示す図である。図２（ａ）は通常のモニタリング時の読み出し順序を示し、図２（ｂ）はフィードバック用の画像データを読み出す場合の読み出し順序を示す。なお、以下の説明において、フィードバック用の画像データを「評価値」という。通常のモニタリング時には、図２（ａ）に示すように、画面上部から下部に向かって読み出しを行っている。プレビュー時には、１／２間引きスキャンを行う。

図３（ａ）は、１／２間引きスキャンの読み出し例を示す図である。１／２間引きスキャンでは、図３（ａ）に示すように、ＲＧライン、ＧＢラインの２ラインを読み出した後、次の２ラインを読みとばし、その次の２ラインを読み出す。

次に、電子カメラ１０が評価値を読み出す場合の読み出しについて説明する。図２（ｂ）に示すように、画面上部から画面下部に向かい読み出しを行い、画面下部を読み出した後に、再び画面中央部を読み出す。図２（ａ）に示す画面上部の読み出しＡでは、図３（ａ）に示す通常の１／２間引き動作と同様の方法で読み出しを行う。図２（ｂ）の画面中央部の読み出しＢでは、通常の間引き動作で読み出される表示用の画像データの読み出しのほかに評価値の読み出しを行う。

図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示す画像中央部の読み出しＢにおける評価値の読み出しを詳しく説明する図である。ＲＧライン、ＧＢラインの２ライン（例えばＮライン、Ｎ＋１ライン）から表示用の画像データの読み出しを行った後、次のＲＧライン、ＧＢラインの２ライン（例えば、Ｎ＋２ライン、Ｎ＋３ライン）から評価値を読み出す。続くＲＧライン、ＧＢライン（Ｎ＋４ライン、Ｎ＋５ライン）からは表示用の画像データの読み出しを行う。このように、読み出しＢにおいては、表示用の画像データの読み出しにおいて読み飛ばされるラインから評価値を読み出す。

続いて、図２（ｂ）に示す画面下部の読み出しＣでは、図３（ａ）で示される通常の間引き動作と同様の方法で読み出しを行う。

画面下部の読み出しを終えた後に図２（ｂ）の画面中央部の読み出しＤで示すように画面中央部を再度読み出す。読み出しＤでは、図３（ｂ）で示される評価値のみを読み出し、表示用の画像データの読み出しを行わない。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、画像データの読み出しタイミングを示す図である。ＣＭＯＳセンサ１４は順次露光のセンサであるため、通常のモニタリングにおける各ラインの露光と読み出しの関係は、図４（ａ）で示すようにラインごとに異なっており、画面上部から下部に向かって露光時間帯が順次シフトしている。

図４（ｂ）は、評価値を読み出すときの読み出しタイミングを示している。画面上部に対応する１〜６ライン目は、図４（ａ）に示す通常のモニタリングと同様に、露光が行われる。画面中心部に対応するＮ〜Ｎ＋７ライン目では、評価値が読み出されるＮ＋２ライン、Ｎ＋３ライン、Ｎ＋６ライン、Ｎ＋７ラインにおいて、２回電子シャッターが切られ、露光時間帯が２つに分かれている。１回目の露光時間帯が図２（ｂ）に示す読み出しＢに対応し、２回目の露光時間帯が読み出しＤに対応する。これにより、画面中央部において、露光時間帯の異なる２つの画像データを取得可能となる。

次に、電子カメラ１０のフィードバック制御について説明する。電子カメラ１０は、評価値の読出しに応じて、フィードバック制御を行う。すなわち、図４（ｂ）に示すように２回の読出しが行われる場合には、１回目の評価値の読出しの後に読み出した評価値に基づいてレンズを移動するオートフォーカス制御を行い、レンズを移動した状態で２回目の評価値の読出しを行う。

図５（ａ）は従来のオートフォーカスのフィードバック制御のタイミングを示す図、図５（ｂ）は、本実施の形態のオートフォーカスのフィードバック制御のタイミングを示す図である。各図の上部に示すパルス波形は、１フレームの読み出しのタイミング、すなわちフレームレートを示している。

従来は、図５（ａ）に示すように、評価値Ａ−１を取得した後、取得した評価値に基づいてレンズ動作方向を判断し、駆動パルスＢ−１を出力する。駆動パルスＢ−１により移動した結果が、次のフレームで評価値Ａ−２として取得できるので、評価値Ａ−２に基づいてレンズ動作方向を判断し、駆動パルスＢ−２を出力する。図５（ａ）に示すように、このフィードバックはフレームレートと同じ周期で行われる。

本実施の形態では、図５（ｂ）に示すように、評価値Ｃ−１を取得した後、取得した評価値に基づいてレンズ動作方向を判断し、駆動パルスＤ−１を出力する。駆動パルスＤ−１により移動した結果が、同じフレームの読み出し中に評価値Ｃ−２として入手できるため、評価値Ｃ−２を用いてレンズ動作方向を判断し、駆動パルスＤ−２を出力する。このフィードバックは、図５（ｂ）に示すように、フレームの２倍の周期で行うことができ、従来のフィードバック制御に対して２倍の周期となる。

本実施の形態の電子カメラ１０は、画面中心部において、露光時間帯の異なる２つの画像データを取得しているので、１フレームのモニタリングにおいて、２回フィードバック制御を行うことができる。従って、表示用の画像のフレームレートに関わらず、オートフォーカス等の制御を高速に行うことが可能となる。

以上、本発明の撮像装置について、実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。

表示用の画像データの露光時間は１フレームの長さまで伸ばすことも可能であるが、評価値は２回読み出しを行っているため、１フレームの長さまで露光時間を伸ばすことができない。オートフォーカスにおいては画像のコントラストを見て制御を行うが、特に水平のコントラストのみを使用する場合に、画像データを垂直方向に積算して感度を上げて評価値を取得することも可能である。

上記した実施の形態では、画面中心部の評価値の読み出しを２回に分割する方法を説明したが３回以上に分けて行ってもよい。この場合、フィードバックの周期は、
フレームレート×分割数 ・・・（１）
となり分割数が増えるほど高速にフィードバックを実行することが可能となる。

また、図３（ｂ）に示すように表示用の画像データ読み出しと評価値の読み出しに分け、同じラインから評価値の読み出しを２回行う構成について説明したが、評価値を１回目と２回目で異なるラインから読み出してもよい。

図６は、評価値を異なるラインから読み出す例を示す。１回目の評価値をＮ＋２ライン、Ｎ＋３ライン、Ｎ＋１０ライン、Ｎ＋１１ラインから読み出し、２回目の評価値をＮ＋６ライン、Ｎ＋７ライン、Ｎ＋１４ライン、Ｎ＋１５ラインから読み出す。このように異なるラインから評価値を読み出すことにより、それぞれの評価値の読み出し時間を、１／２フレームより長くすることができる。なお、評価値を読み出す異なるラインが一定以上離れていると、フィードバック制御用の評価値としての用途に適しないので、評価値を読み出す複数の異なるラインは所定の範囲内に含まれるようにすることが好ましい。

上記した実施の形態では、間引き読み出しについて、１／２間引きを例として使用したが、１／４間引き、１／８間引き等その他の間引きについても同様の方法で実現可能となる。

上記した実施の形態では、オートフォーカスのフィードバック制御を例として説明したが、フィードバック制御はオートフォーカスに限らず、用途に応じて使用可能である。

本発明にかかる電子カメラおよび撮像素子は、高速でのオートフォーカス制御が可能になるので、デジタルカメラ等として有用である。

本発明の実施の形態における電子カメラのブロック図 通常のモニタリング時のＣＭＯＳセンサからの読み出し順序を示す図 フィードバック用の画像データを読み出す場合の読み出し順序を示す図 １／２間引きスキャンの読み出し例を示す図 フィードバック用の画像データを読み出す場合の読み出し順序を詳しく示す図 通常のモニタリングにおける画像データの読み出しタイミングを示す図 評価値を読み出すときの読み出しタイミングを示す図 従来のオートフォーカスのフィードバック制御のタイミングを示す図 本実施の形態のオートフォーカスのフィードバック制御のタイミングを示す図 本発明の実施の形態における複数分割読み出し説明図

符号の説明

１０ 電子カメラ
１２ レンズ
１４ ＣＭＯＳセンサ
１６ 画像信号処理部
１８ 出力制御部
２０ ＴＧ部
２２ コントラストデータ抽出部
２４ ＣＰＵ
２６ レンズ駆動部

Claims (5)

1. 複数の電子シャッターを有し、それぞれの電子シャッターに対応する領域ごとに露光できる撮像素子と、
   所定の領域から表示用の画像データを読み出すと共に、表示用の画像データの読出しを行わない一または複数の領域から、１フレームの読出し中に、複数回、フィードバック用の画像データの読み出しを行う読出制御部と、
   前記読出制御部によるフィードバック用の画像データの読出しに応じて、前記画像データを用いたフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記読出制御部は、前記フィードバック用の画像データを同一の領域から読み出すことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記読出制御部は、表示用の画像データの読出しを行わない複数の領域から読み出した画像データを加算してフィードバック用の画像データとすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記フィードバック制御部は、オートフォーカスの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 複数の電子シャッターを有し、それぞれの電子シャッターに対応する領域ごとに露光できる撮像素子を備えた撮像装置の画像データの読出制御方法であって、
   所定の領域から表示用の画像データを読み出す表示用画像読出しステップと、
   表示用の画像データの読出しを行わない一または複数の領域から、フィードバック用の画像データの読出しを行うフィードバック用画像読出ステップと、
   前記読出ステップによるフィードバック用の画像データの読出しに応じて、前記画像データを用いたフィードバック制御を行うフィードバック制御ステップと、
   を備え、
   前記フィードバック用画像読出ステップおよび前記フィードバック制御ステップを、１フレームの読出し中に、複数回行うことを特徴とする読出制御方法。
   
   

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