JP3483899B2 - 電子的撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、電子的撮像装置、詳し
くは、撮像素子を用いたオートフォーカス機能を有する
電子的撮像装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、オートフォーカス方式は種々提案
されていて、たとえば、映像信号をフィールド単位で加
算してランダムノイズを低減するメモリ加算方式が知ら
れている。このメモリ加算方式とは、通常、巡回型フィ
ルタを用いてそれまでの情報（画像信号）に新たに得ら
れた情報（画像信号）を１／Ｋ（Ｋは係数）して加算
し、複数の情報を平均化してランダムノイズを低減させ
Ｓ／Ｎ比を向上する方式である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記メモ
リ加算方式は多数枚の画像の加算、すなわち長時間にわ
たって画像の加算を行うため、所謂動きぼけが生じてし
まう。したがって、オートフォーカス機構に使用するに
は不都合である。 【０００４】一方、長時間シャッタの使用による撮像素
子のゲインアップ機構が知られているが、この長時間シ
ャッタ方式はオートフォーカスとしてのサンプリンググ
レードの低下、および上述したメモリ加算方式と同様な
動きぼけ等が生じ、実用化することが困難となってい
る。 【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、上記問題点を解消するとともに、撮像素子の
低輝度側の限界を飛躍的に向上する電子的撮像装置を提
供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による電子的撮像装置は、撮像素子のライン
加算駆動が可能な駆動手段と、上記撮像素子から出力さ
れるフィールド画像を記憶するビデオメモリと、を具備
し、低輝度時には、ライン加算されたフィールド信号を
ＡＥ用，ＡＦ用，ＡＷＢ用として用いると共に、上記ビ
デオメモリを用いてフィールド補間したフレーム信号を
表示、記録用として利用することを特徴とする。 【０００７】 【実施例】まず、本発明の実施例の説明に先立ち、本発
明の概要について説明する。 【０００８】本発明は、 １．撮像素子に関してフィールド間欠のライン加算駆動
を行う。 【０００９】このライン加算駆動（詳細は後述する）に
よると、垂直解像度は低下するが、感度は向上する。し
たがって、 ２．上記ライン加算駆動によるｏｄｄフィールドからの
画像情報をオートフォーカス用として使用し、ノーマル
駆動（通常の駆動）によるｅｖｅｎフィールドからの画
像情報をＥＶＦ等のモニタ等および記録系の画像情報と
して使用する。 【００１０】すなわち、オートフォーカス時にはライン
加算によって等価的にゲインアップされたｏｄｄ情報
を、また、モニタおよび記録時には、ｏｄｄフィールド
に関してはフィールドメモリ補間された通常のｅｖｅｎ
情報をそれぞれ用いることで、オートフォーカスに関し
ては、たとえば３０サンプリング／秒を確保しながら１
０数倍以上の感度の向上を実現することが可能となる。
なお、上記数値、３０サンプリング／秒はビデオカメラ
等のオートフォーカスとしては充分な値である。 【００１１】以下、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。 【００１２】図１は、本発明の第１実施例である電子的
撮像装置の主要構成を示すブロック図である。 【００１３】この第１実施例は図に示すように、撮影レ
ンズ１ａによって結像された被写体（図示せず）の画像
信号を生成する撮像素子２と、該撮像素子２からの該被
写体画像信号をサンプル＆ホールド，ゲインコントロー
ル等の処理を施して通常の映像信号に変するプリプロセ
ス回路３と、該プリプロセス回路３からの映像信号を各
種画像処理を行う撮像メインプロセス４と、該撮像メイ
ンプロセス４からの出力信号を受けて該映像信号を記憶
するとともに外部の外部記録系あるいはＥＶＦ（エレク
トロニック・ビュー・ファインダー）等に出力するビデ
オメモリ５と、ＢＰＦ，検波回路，積分回路，Ａ／Ｄコ
ンバータ等（図示せず）によって構成され、上記プリプ
ロセス回路３からの映像信号より相対的な高周波成分、
すなわち、撮像コントラストに対応するコントラスト信
号を検出するコントラスト抽出回路６と、該コントラス
ト抽出回路６から出力されるコントラスト信号を入力
し、この信号を後述するタイミングで選択して該信号に
基づきフォーカスアクチュエータ１を制御してピント調
整を行うシステムコントローラ７と、該システムコント
ローラ７に制御され、上記ビデオメモリ５の書き込み・
読みだし動作を制御するメモリコントローラ８と、上記
システムコントローラ７に制御され、上記撮像素子２の
駆動制御を行う撮像素子ドライバＳＳＧ９とで主要部が
構成されている。 【００１４】上記システムコントローラ７は、ＣＰＵ等
で構成され、上記コントラスト抽出回路６から出力され
るコントラスト信号に基づいて、すなわち、該コントラ
スト信号の値の増減を監視して最大値となるように上記
フォーカスアクチュエータ１を制御して撮影レンズ１ａ
を駆動させるようになっている。 【００１５】上記ＳＳＧ９は、通常の撮像素子２のドラ
イバーとしての機能に加えて、上記システムコントロー
ラ７の指示により後述するような該撮像素子２の駆動制
御を行うようになっている。 【００１６】ここで、前記ライン加算駆動についての説
明を行う。 【００１７】このライン加算駆動とは上記ＳＳＧ９（図
１参照）から撮像素子２（図１参照）に送出される水平
転送パルスにゲートをかける（所謂「歯抜け」状態にす
る）ことで、複数のラインの電荷を該撮像素子２内にお
いて足し合わせる技術手段である。以下、図２を参照し
て詳しく説明する。 【００１８】図２は、撮像素子を駆動するパルスを示し
たタイムチャートである。なお、この場合の撮像素子は
インターライン型ＣＣＤを例としている。 【００１９】図２（ａ）中、符号ＶＤは１フィールド単
位を表すための垂直駆動信号を示し、また、符号ＨＤは
水平駆動信号の１例を示している。なお、図中、符号１
Ｈは１水平有効走査期間を示している。該水平パルス信
号ＨＤが“Ｌ”レベルのとき期間１Ｈ’は水平ラインの
切換時となっている。 【００２０】一般にインターライン型ＣＣＤの場合、該
ＣＣＤの各画素に蓄積されたデータはまず全画素一斉に
垂直転送レジスタ移された後、上記１期間１Ｈ’毎に１
ライン分だけ垂直方向にシフトされる。このとき、該垂
直転送レジスタに蓄積された画素データのうち、水平転
送レジスタに隣接する位置にあった１ラインのデータが
該水平転送レジスタに転送され、この後、水平転送パル
スを用いて上記１水平有効走査期間１Ｈの間にその１ラ
インの画素データを１画素分ずつ水平方向に順次シフト
して行き、該水平転送レジスタの端部より読み出すよう
になっている。 【００２１】図中、φ１，φ２は上記水平転送パルスを
示しており、該水平転送パルスは図において×印で示さ
れる期間においては上記１画素分ずつのシフトに対応す
る早い周期で“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとを繰り返し
ている、そしてこの周期に同期して上述したように１画
素分ずつ画素データが読み出されるようになっている。
該水平転送パルスφ１，φ２は図２（ｂ）に示すように
上記１水平走査期間１Ｈのうち、上記水平パルス信号Ｈ
Ｄが“Ｌ”レベルとなっている期間１Ｈ’においては、
該水平転送パルスφ１は“Ｈ”レベル，同水平転送パル
スφ２は“Ｌ”レベルとなっている。そして、該水平パ
ルス信号ＨＤが“Ｈ”レベルになると、該水平転送パル
スφ１，φ２は交互に“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとを
上記早い周期で繰り返すようになっている。なお、本第
１実施例に採用されているＣＣＤは２相パルスによる水
平転送を行うようになっていて、図においても２相のパ
ルスφ１，φ２で示している。 【００２２】さて、上述したような仕組みによる電荷転
送を行う系に対して、上記１水平走査期間１Ｈの間にお
いて上記早い周期で“Ｈ”レベル，“Ｌ”レベルを繰り
返す水平転送パルスを、該１水平走査期間１Ｈあるいは
複数の水平走査期間ほど停止することでこれらの期間の
画素データを加算する駆動法がライン加算駆動である。
このライン加算駆動によると２水平走査期間２Ｈ分の画
素データを足し合わせると出力も２倍になる。すなわ
ち、電荷量が増加して感度が向上するので低輝度の画像
に対しても対応が可能となる。 【００２３】ところで、このようにライン加算駆動を行
うと、該ライン加算のための水平転送パルスの停止が行
われたときに対応する画像信号には本来の画像信号とし
てのデータが出力されないため、実際の１フィールドの
出力画像は所謂「歯抜け」状態（すだれ状）となり画像
としては成立しないがオートフォーカス用あるいは自動
露光用としては充分使用することが可能である。 【００２４】図２（ａ）中、符号ＨＯＮは上述したよう
にライン加算しているときに“Ｌ”レベルとなる信号で
あり、図に示すように通常のノーマル状態のときは一定
の“Ｈ”レベル状態となっていて、たとえば、２ライン
加算，４ライン加算，８ライン加算のときには、それぞ
れ図中、×２，×４，×８に示すような波形となってい
る。この場合、上記２ライン加算の場合は２倍、また４
ライン加算の場合は４倍ほど感度が向上することにな
り、ライン加算の度合いを増す毎により低輝度な画像に
対応することが可能となる。また、該ライン加算の度合
いが増す毎に解像度，コントラスト等の低下が生じるが
少なくとも数十ライン加算程度までは充分実用になるこ
とを本出願人は実験等により確認している。 【００２５】次に、本第１実施例における各部の信号波
形を図３に示すタイムチャートを参照して説明する。な
お、タイミングの表現の便宜上、１垂直走査期間の１周
期毎にＶＤ信号を付加して図示している。 【００２６】同図３（ａ）は、撮像素子２（図１参照）
であるＣＣＤの出力を示したタイムチャートである。図
中、Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 で示される期間（１垂直走査期
間）では、それぞれ通常の画像処理による画像信号が出
力され、そして、図中、Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 で示される１
垂直走査期間では上述したライン加算による画像信号が
出力されるようになっている。 【００２７】同図３（ｄ）は、オートフォーカスＡＦ動
作に使用する上記ＣＣＤ出力信号を示したタイムチャー
トであり、上記Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 で示される期間のライ
ン加算による画素データを用いてオートフォーカス動作
を行うことを示している。なお、図中、×印で示される
期間の上記ＣＣＤからの出力はオートフォーカス動作に
は使用しないようになっている。 【００２８】同図３（ｂ）は、記録系およびモニタ等に
出力される画像出力を示したタイムチャートである。図
に示すように、まず、最初の１垂直走査期間（期間Ａ1
）においては上記ＣＣＤ（撮像素子２，図１参照）か
らの画像信号が前記プリプロセス回路３，撮像メインプ
ロセス４（図１参照）での画像処理を経た後、前記ビデ
オメモリ５（図１参照）を通過して出力される。このと
き、該期間Ａ1 における該撮像素子２からの画像信号は
上記前記ビデオメモリ５（図１参照）に蓄えられてお
り、次の１垂直走査期間では該ビデオメモリ５から上記
期間Ａ1 と同等の画像信号が出力される。同様にして、
２水平走査期間毎の走査期間において出力される画像信
号は、その直前の走査期間における画像信号と同等なも
のとなっている。つまり、同じ画像信号が２垂直走査期
間に渡って繰り返されることになる。このように、通常
の画像出力が得られない走査期間に対してはビデオメモ
リを用いて画像を補うことで、問題なく画素加算による
実質的感度アップを使用することができる。 【００２９】次に、第１実施例の変形例を説明する。 【００３０】同図３（ｃ）は、上記図３（ｂ）同様、記
録系およびモニタ等に出力される画像出力を示したタイ
ムチャートであり、ビデオメモリによる画像のフィール
ド単位の加算を行った場合の例について説明したもので
ある。すなわち、ビデオメモリを利用して直前の６垂直
走査期間から得られる３つの通常の、すなわち、所謂
「歯抜け」状態でない画像信号と最新の通常画像信号と
を各画素独立に加算した後平均した画像信号出力用の画
像信号とし、２垂直走査期間に渡ってこれを出力するよ
うになっている。これにより、ノイズが多い低輝度の画
像にも対応することが可能となる。なお、従来このよう
なノイズが多い画像に対して、平均化によってノイズを
低減する画像処理法は良く知られるところだが、ノイズ
が多く低輝度の画像に対して単純にこれを行う従来の技
術では被写体の動きを考慮した場合オートフォーカス動
作を行うことが困難であった。これに対して本変形例で
は低輝度な画像であってもオートフォーカス用の画像デ
ータはライン加算を用いて得られる画像信号を用いて生
成することにより、オートフォーカス動作が可能となっ
ている。 【００３１】次に、本発明の第２実施例の電子的撮像装
置について説明する。 【００３２】図４は、上記第２実施例の主要構成を示す
ブロック図である。 【００３３】この第２実施例は上記第１実施例にモード
切換スイッチ１０を付加したもので、図に示すように、
その他の構成は上記第１実施例と同様であるのでここで
の説明は省略する。 【００３４】上記モード切換スイッチ１０は通常モード
と時分割モードとの切換を行うモード切換スイッチであ
り、外部からモードに切換を行うことを可能にしてい
る。このモード切換スイッチ１０の追加により撮像素子
ドライバＳＳＧ９は、該モード切換スイッチ１０によっ
て選択されたモードに対応して、システムコントローラ
７に制御され撮像素子２の駆動を切換えて制御するよう
になっている。 【００３５】なお、上記モード切換スイッチ１０による
モード切換は、通常は通常モードに設定されていて、低
輝度時に自動的に時分割モードに切換わるように構成さ
れてもよい。 【００３６】図５は、時分割モードに自動的に切換わる
サブルーチン動作を示したフローチャートである。 【００３７】図に示すように、まず、オートフォーカス
動作を行うに際して低輝度か否かを判断し（ステップＳ
１０１）、低輝度であるならば上記モード切換スイッチ
１０を時分割モードに設定し（ステップＳ１０２）、オ
ートフォーカス動作が充分行えるならば通常モードに設
定する（ステップＳ１０３）。 【００３８】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。 【００３９】図６は、上記第３実施例の動作を説明する
タイムチャートである。なお、図中符号Ａ1 ，Ａ2 は上
記図３に示す場合と同様に通常の画像処理による画像信
号が出力される期間を示し、符号Ｂ0 ，Ｂ1 ，Ｂ2 も同
図３と同様にライン加算による画素データが出力される
期間を示す。また、タイミングの表現の便宜上、１水平
走査期間１Ｈの１周期毎にＶＤ信号を付加して図示して
いる。 【００４０】この第３実施例構成は上記第１実施例と同
等であり、少なくとも時分割モード時には撮像素子の駆
動レートを撮像信号出力レート，ビデオメモリ５（図１
参照）からの出力レートよりも高速に設定することを特
徴としている。 【００４１】図に示すように、撮像信号出力レート（図
中、通常レートで示す）が、たとえば６０Ｈｚである場
合、撮像素子の駆動レート（図中、イメージャ駆動レー
トで示す）を２倍の１２０Ｈｚにしている。このとき、
全ての撮像素子駆動信号のレートも２倍になっているも
のとする。この場合、このままだと画像信号として用い
ることができないので上記ビデオメモリ５によって画像
信号として出力可能なレート６０Ｈｚに変換している。
なお、ビデオメモリ５内のバッファメモリの容量は目的
に合わせて充分なものとなっている。 【００４２】このような第３実施例によると上記第１，
第２実施例よりも動解像度の高い画像出力信号を得るこ
とができる。すなわち、上記第１，第２実施例において
は通常画像信号およびライン加算画像信号は交互にしか
得られないため、信号出力レートが要求するサンプリン
グレートの信号しか得ることができない。このため動画
像としての動解像度（動画分解能）が若干低下せざるを
得ない。これに対して本第３実施例では、１画素あたり
の電荷蓄積時間は通常の１／２になるものの、信号出力
レートが要求するサンプリングレートと同じサンプリン
グレートで通常画像信号とライン加算画像信号とがそれ
ぞれ得られるので、動解像度の低下がない画像信号を得
ることができ、かつオートフォーカスのサンプリングレ
ートとしても、この場合最高６０Ｈｚまでの情報を利用
することができる。 【００４３】なお、以上の実施例の説明中で、２種類の
駆動を「フィールド間欠」で行うとしたが、これは望ま
しい実施例の代表的形態であるにすぎず、本発明はこれ
に限らず２種類の駆動は任意のタイミングで切換えて使
用することができ、したがってどちらをｏｄｄ，ｅｖｅ
ｎに振り分けるかについても全く任意である。また、ラ
イン加算の画像情報はオートフォーカス以外の各種機
能、たとえばＡＥ，ＡＷＢに用いられてもよい。 【００４４】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
像素子の低輝度側の限界を飛躍的に向上する電子的撮像
装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１実施例である電子的撮像装置の主
要構成を示すブロック図。 【図２】上記第１実施例における撮像素子を駆動するパ
ルスを示したタイムチャート。 【図３】上記第１実施例における各部の信号波形を示し
たタイムチャート。 【図４】本発明の第２実施例である電子的撮像装置の主
要構成を示すブロック図。 【図５】上記第２実施例における時分割モードに自動的
に切換わるサブルーチン動作を示したフローチャート。 【図６】本発明の第３実施例である電子的撮像装置の主
要動作を示したタイムチャート。 【符号の説明】 １…フォーカスアクチュエータ ２…撮像素子 ３…プリプロセス回路 ４…撮像メインプロセス ５…ビデオメモリ ６…コントラスト抽出回路 ７…システムコントローラ ８…メモリコントローラ ９…ＳＳＧ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 撮像素子のライン加算駆動が可能な駆動
   手段と、 上記撮像素子から出力されるフィールド画像を記憶する
   ビデオメモリと、を具備し、 低輝度時には、ライン加算されたフィールド信号をＡＥ
   用，ＡＦ用，ＡＷＢ用として用いると共に、上記ビデオ
   メモリを用いてフィールド補間したフレーム信号を表
   示、記録用として利用することを特徴とする 電子的撮像
   装置。