JP2001057645A - 電子カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被写体の輝度が低い場合にも映像信号を基に
高精度の焦点調節を行うことができ、且つ観察用の映像
信号の解像度低下を防止できる。 【解決手段】 焦点調節機能を有する電子カメラにおい
て、被写体像を撮像面に結像するためのフォーカスレン
ズと１２と、フォーカスレンズ１２により結像された被
写体像を映像信号に変換するＣＣＤ撮像素子１４と、撮
像素子１４からの映像信号に基づいてフォーカスレンズ
１２の焦点を調節するＡＦ処理回路３２とを備え、焦点
調節の際に用いる映像信号として、被写体の輝度Ｂが十
分に高い（Ｂ≧Ｂ１）の場合は映像信号をそのまま用
い、輝度が比較的低い（Ｂ１＞Ｂ＞Ｂ２）の場合は撮像
素子１４内で垂直方向に隣接する画素の信号電荷を加算
した映像信号を用い、輝度が極めて低い（Ｂ２≧Ｂ）の
場合は映像信号を加算した後にＡＧＣ回路１７で増幅し
て用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体像を撮像素
子により撮像して映像信号を得る電子カメラに係わり、
特に撮像素子の出力を加算若しくは必要に応じて増幅す
る機能を備えた電子カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被写体像をＣＣＤ撮像素子などに
より撮像して映像信号を得る電子カメラにおいては、露
出制御や焦点調節を行うために映像信号を用いている。
例えば焦点調節のためには、映像信号の高周波成分を測
定しこの高周波成分が最大となるようにフォーカスレン
ズを駆動することにより、合焦動作を行うことが可能と
なる。

【０００３】ところで、被写体が暗くて映像信号のレベ
ルが低い場合は、映像信号をそのまま用いたのでは輝度
が足らず、露出制御や撮影レンズの焦点調節を正確に行
うことができない。このため、増幅回路によって増幅し
た信号を基に露出制御や撮影レンズの焦点調節を行って
いた。しかし、映像信号を増幅すると信号のＳ／Ｎが悪
くなり、結果としてこの信号を用いた各種調整における
精度の低下を招く。

【０００４】そこで、撮像素子の各画素の信号を加算す
ることによってＳ／Ｎの劣化を少なくする方法もある
が、この方法では十分なレベルの信号を得ることができ
ないことが多い。また、従来の装置では、加算された信
号そのものを観察用の映像信号として用いていたため、
加算による映像信号の解像度が問題になっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、撮像
素子で得られる映像信号基に焦点調節を行う電子カメラ
においては、映像信号を増幅すると信号のＳ／Ｎが悪く
なる問題があり、Ｓ／Ｎの劣化を少なくするために撮像
素子の各画素の信号を加算しても、十分なレベルの信号
を得ることができないことが多く、さらに加算による映
像信号の解像度低下が問題になっていた。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、被写体の輝度が低い場
合にも映像信号を基に高精度の焦点調節を行うことがで
き、且つ映像信号の解像度低下を防止することのできる
電子カメラを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。

【０００８】即ち本発明は、撮像素子の出力信号を基に
焦点調節操作を行う電子カメラにおいて、被写体像を撮
像面に結像するための撮影レンズと、この撮影レンズに
より結像された被写体像を映像信号に変換するための撮
像素子と、前記映像信号を加算する加算手段と、前記映
像信号を増幅する増幅手段と、前記加算手段により加算
又は前記増幅手段により増幅された映像信号に基づいて
前記撮影レンズの焦点を調節する焦点調節手段とを備え
たことを特徴とする。

【０００９】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 加算手段は、撮像素子内部において隣接する各画素
に蓄積された電荷を加算するものであること。 (2) 増幅手段は、加算手段により加算された映像信号を
増幅するものであること。 (3) 加算手段により加算された映像信号が所定レベル以
上の時は増幅手段による増幅を禁止すること。

【００１０】(4) 被写体の輝度Ｂに応じて、映像信号に
対する加算，増幅などの操作を制御すること。より具体
的には、輝度が十分に高い（Ｂ≧Ｂ１）の場合は映像信
号をそのまま焦点調整用信号として用いる、輝度Ｂが比
較的低い（Ｂ１＞Ｂ＞Ｂ２）の場合は映像信号を加算し
て用いる、輝度Ｂが極めて低い（Ｂ≦Ｂ２）の場合は映
像信号を加算した後に増幅して用いること。

【００１１】（作用）本発明によれば、映像信号を加算
（撮像素子の画素を加算）することにより、被写体の輝
度が低い場合にもＳ／Ｎの優れた映像信号を基に高精度
の焦点調節を行うことができる。さらに、被写体の輝度
が極めて低い場合には、映像信号の加算と共に増幅を行
うことによって、Ｓ／Ｎの劣化を少なくして十分大きな
レベルの信号を得ることができ、この場合にも高精度の
焦点調節を行うことが可能となる。

【００１２】なお、画素の加算を通常の撮影動作とは別
に行うことにより、焦点調節において画素の加算による
解像度の低下は何ら問題とならない。また、被写体の輝
度に応じて画素の加算を禁止したり、増幅を禁止するこ
とにより、被写体輝度に応じた最適条件で焦点調節を行
うことが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態に係わる電子
カメラの基本構成を示すブロック図である。

【００１５】図中の１１はズームレンズ、１２はフォー
カスレンズ、１３は絞り、１４はＣＣＤ撮像素子、１５
はＣＣＤ出力からリセット雑音などを取り除くための相
関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、１６は出力のゲイ
ンをコントロールする自動利得調節回路（ＡＧＣ）、１
７はアナログの映像信号をデジタルの映像信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器、１８はＡ／Ｄ変換出力を一時的に記憶
するバッファメモリである。２１はデジタルの映像信号
をアナログの映像信号に変換するＤ／Ａ変換器、２２は
Ｄ／Ａ変換出力を表示するための液晶表示素子（ＬＣ
Ｄ）、２３はデジタルの映像信号を圧縮したり伸張する
ための圧縮／伸張回路、２４はコンパクトフラッシュや
スマートメディアなどの記録用メモリである。

【００１６】３０は各部を統括的に制御するためのＣＰ
Ｕ、３１はＡＥ（露出自動調節）処理回路、３２はＡＦ
（焦点自動調節）処理回路、３３はタイミングジェネレ
ータ（ＴＧ）回路、３４はＣＣＤドライバである。４１
〜４３はモータドライバ、４４〜４６はモータであり、
第１のモータドライバ４１と第１のモータ４４により絞
り１３が、第２のモータドライバ４２と第２のモータ４
５によりフォーカスレンズ１２が、第３のモータドライ
バ４３と第３のモータ４６によりズームレンズ１１が駆
動されるようになっている。５１はメニューボタンやレ
リーズスイッチなどの操作ＳＷ、５２は各種設定を記憶
するＥＥＰＲＯＭ、５３は電池を示している。

【００１７】本装置の基本的な動作は、次の通りであ
る。即ち、レンズ１１，１２及び絞り１３を介して被写
体像が撮像素子１４に結像され、ＣＤＳ回路１５により
ＣＣＤ出力が映像信号に変換される。この信号は、ＡＧ
Ｃ回路１６によりそのゲインが調整され、Ａ／Ｄ変換器
１７によりＡ／Ｄ変換されたのちに、メモリ１８に一時
的に記憶される。そして、メモリ１８に記憶された映像
信号がＬＣＤ２２に表示される。また、メモリ１８に記
憶された映像信号は圧縮／伸張回路２３により圧縮して
記録用メモリ２４に記録される。これとは逆に、記録用
メモリ２４の内容を伸張してメモリ１８に記憶させ、Ｌ
ＣＤ２２に表示させることができる。

【００１８】また、Ａ／Ｄ変換器１７の出力信号を基に
ＡＥ処理回路３１により露出が自動的に調整される。具
体的には、ＡＥ処理回路３１によりＡ／Ｄ変換出力が積
算され、その積算値（ＡＥ評価値）がＣＰＵ３０に供給
され、ＣＣＤドライバ３４により撮像素子１４の蓄積時
間が制御され、これによって露出が自動的に調整され
る。さらに、Ａ／Ｄ変換器１７の出力信号を基にＡＦ処
理回路３２により焦点が自動的に合わされる。具体的に
は、ＡＦ処理回路３２によりＡ／Ｄ変換出力をハイパス
フィルタを通して積算することによりＡＦ評価値を取得
し、モータ４５を駆動してフォーカスレンズ１２を動か
し、ＡＦ評価値が最大となる位置に設定することによ
り、自動的に焦点を合わせることができる。

【００１９】次に、本実施形態における焦点制御動作に
ついて、図２のフローチャートを参照して説明する。な
お、レリーズスイッチは、浅く押した場合と最後まで押
した場合の２段階になっており、浅く押した場合を１st
レリーズ、最後まで押した場合を２ndレリーズと称する
ことにする。

【００２０】まず、撮影のためにレリーズスイッチが押
されると（１stレリーズ）、ＡＥ処理回路３１により露
出が自動設定される。続いて、被写体の明るさＢが測定
され、測定された明るさＢが予め決められた明るさＢ
１，Ｂ２（Ｂ１＞Ｂ２）と比較される。そして、十分明
るいと判定された場合（Ｂ≧Ｂ１）、ＡＦ処理回路３２
により焦点が自動調節される。そして、２ndレリーズの
待ちとなり、２ndレリーズにより撮影を開始することに
なる。

【００２１】一方、前記測定によりやや暗いと判定され
た場合（Ｂ１＞Ｂ＞Ｂ２）、撮像素子１４の画素加算が
行われ、この加算出力を基にＡＦ処理回路３２により焦
点が自動調節される。そして、２ndレリーズの待ちとな
り、２ndレリーズにより撮影を開始することになる。ま
た、前記測定により非常に暗いと判定された場合（Ｂ≦
Ｂ２）、画素加算に続きＡＧＣ回路１６による増幅動作
が行われ、この加算増幅信号を基にＡＦ処理回路３２に
より焦点が自動調節される。そして、２ndレリーズの待
ちとなり、２ndレリーズにより撮影を開始することにな
る。

【００２２】ＣＣＤ撮像素子１４における画素加算を行
うには種々の方法を利用できる。ここでは、ＣＣＤ撮像
素子内で加算を行う例を説明する（特開平１０−２１０
３６７号公報）。図３〜５は、本実施形態において画素
加算を行うための第１の例を説明するためのものであ
る。

【００２３】図３は、ＣＣＤを構成するラインからの画
素データの読み出し方法を示す図である。図３に示すよ
うに、ｍ（ｍ≧３，ｍは整数）ラインにつきｎ（ｎ≧
２，ｎは整数）ラインを加算した画素信号を、一部連続
するｋ（ｋ≧６，ｋは整数）ラインにおいて取り出すよ
うにしたものであり、例えばｊ＋１ライン目からｊ＋３
ライン目までの一部連続する３ラインにおいて、ｊ＋１
ライン目とｊ＋３ライン目を加算して読み出し、次のｊ
＋４，ｊ＋５，ｊ＋６の３つのラインのうちのｊ＋４ラ
イン目とｊ＋６ライン目を加算して読み出す。

【００２４】図４は、インターライン型ＣＣＤにおい
て、信号を転送する際に行われる加算を示す図である。
図４において、ＧA，ＧB，ＧC，ＢA，ＢB，ＢC，ＲA，
ＲB，ＲC は、それぞれフォトダイオードを示してお
り、これらのフォトダイオードの右隣に位置する縦の道
が垂直転送路、これら垂直転送路の下端側に水平方向に
位置する横の道が水平転送路である。この図４において
は、ｍ＝３，ｎ＝２の場合、つまり３ラインにつき２ラ
インを加算して１ラインを得る場合を例にとって説明す
る。

【００２５】露光が終了するタイミングにより、フォト
ダイオードから垂直転送路へ電荷が移送される。この移
送の際には、図に示すように、３ラインのうちの２つフ
ォトダイオード、つまり添え字Ａが付いたフォトダイオ
ードと添え字Ｃが付いたフォトダイオードから、図中に
楕円で示すような電荷が垂直転送路へ移相される。

【００２６】その後に、垂直転送路内において、水平転
送路に向かって電荷を転送する動作が行われる。この垂
直転送は、上述したようにｍ＝３であるために、３回の
転送を１単位として行われる。これにより、添え字Ａが
付いたフォトダイオードからの電荷と添え字Ｃが付いた
フォトダイオードからの電荷が加算される。例えば、図
３中の一番左下のｍ＝３という部分については、三つの
フォトダイオードＲA，ＲB，ＲC のうちのＲA とＲC の
電荷が垂直転送路に送られる。

【００２７】次に、これを垂直方向に１回転送すると、
まずＲC からの電荷が水平転送路に転送されると共に、
上記ＲA からの電荷がＧB の隣となる垂直転送路内の位
置に転送される。そして、垂直方向への２回目の転送を
行うと、ＲC からの電荷は水平転送路内にそのまま止ま
り、上記ＲA からの電荷がＲC の隣となる垂直転送路内
の位置に転送される。さらに、垂直方向への３回目の転
送を行うと、ＲC からの電荷は水平転送路内にそのまま
止まり、上記ＲA からの電荷も水平転送路内に転送され
るために、結局、ＲA からの電荷とＲC からの電荷が加
算されることになる。

【００２８】こうして加算された電荷を、水平転送路か
ら順に読み出していくことにより、１つのラインの信号
を得ることができる。このように１つのラインの信号を
読み出した後には、同様な動作を行うことにより、次の
３つのライン内の２ラインの電荷が加算されたものが出
力されることになる。

【００２９】このような加算法を用いると、線順次のベ
イヤー配列でフィルタ配列が構成されている場合に、図
５に示すように、Ｒの情報を含むＣＲラインである１ラ
イン目と３ライン目が加算して出力され、次にＢの情報
を含むＣＢラインである４ライン目と６ライン目が加算
して出力され、その後、Ｒの情報を含むライン出力とＢ
の情報を含むライン出力が繰り返して得られるために、
色信号を線順次で得ることができる。

【００３０】図６〜９は、本実施形態において画素加算
を行うための第２の例を説明するためのものである。図
６は、一部連続するｋ（ｋ≧６，ｋは整数）ラインにつ
いてｑ（ｑ≧３，ｑは整数）ライン毎に該ｑライン全部
を加算した画素信号を取り出すようにしたものであり、
例えば３ラインにつき１ラインを読み出し、その読み出
す１ラインを、３ライン全部を加算して読み出す。

【００３１】図７は、インターライン型ＣＣＤにおい
て、信号を転送する際に行われる加算を示す図である。
図７において、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれフォトダイオード
を示しており、その他の垂直転送路や水平転送路につい
ては図４に示したものと同様である。この図７において
は、ｑ＝３の場合、つまり３ラインを加算して１ライン
を得る場合を例にとって説明する。

【００３２】露光が終了するタイミングにより、フォト
ダイオードから垂直転送路へ電荷が移送される。この移
送の際には、図に示すように、全てのフォトダイオー
ド、つまり全てのフォトダイオードＡ，Ｂ，Ｃから、図
中の楕円で示すような電荷が垂直転送路へ移送される。

【００３３】その後に、垂直転送路内において、水平転
送路に向かって電荷を転送する動作が行われる。この垂
直転送は、上述したようにｑ＝３であるために、３回の
転送を１単位として行われる。これにより、３つのフォ
トダイオードＡ，Ｂ，Ｃの電荷が水平転送路内において
加算される。

【００３４】このようにして加算された３つのフォトダ
イオードＡ，Ｂ，Ｃの電荷を、水平転送路から順に読み
出していくことにより、１つのラインの信号を得ること
ができる。１つのラインの信号を読み出した後には、同
様な動作を行うことにより、次の３つのラインの電荷が
加算されたものが順次出力されることになる。

【００３５】ここで、線順次のベイヤー配列でフィルタ
配列が構成されている場合に、ｑ＝４としたときに得ら
れる信号について説明する。図８に示すように，Ｒ及び
Ｇの情報よりなるＣＲラインである１ライン目及び３ラ
イン目とＢ及びＧの情報よりなるＧＢラインである２ラ
イン目及び４ライン目とが加算されると、（Ｒ＋２Ｇ＋
Ｂ）×２の信号が算出されることになる。

【００３６】このような信号はいわゆる輝度信号に非常
に近い出力信号であり、しかも複数ラインを加算したこ
とによって、ダイナミックレンジを大きくすることがで
きると共に、モアレ等の影響を低減することができる信
号となっている。従って、オートフォーカスや測光等
の、必ずしも色信号を必要としない制御を行う場合に
は、この加算された信号を利用することにより、非常に
有効な信号として用いることができる。

【００３７】このように本実施形態によれば、被写体の
明るさに応じて、ＣＣＤ撮像素子１４から得られる映像
信号をそのまま用い、画素加算して用い、又は画素加算
の後に増幅して用いる、の何れかを選択してＡＦ処理を
行うことにより、常に精度良い焦点合わせが可能とな
る。即ち、被写体が十分に明るい場合には映像信号をそ
のまま用いてＡＦ処理を行うことにより、精度良い焦点
合わせができ、被写体が比較的暗い場合は映像信号を画
素加算して用いることにより、Ｓ／Ｎの低下無く精度良
い焦点合わせができる。

【００３８】また、被写体が非常に暗い場合は映像信号
を画素加算した後に増幅して用いることにより、十分な
信号レベルで且つＳ／Ｎの低下を極めて少なくして精度
良い焦点合わせができる。特にこの場合、撮像素子１４
の出力信号をＡＧＣ回路１６により増幅する前に、撮像
素子１４の各画素の信号を加算するようにしているの
で、Ｓ／Ｎの劣化を最小限に抑えることができる。

【００３９】ここで、画素加算を行うことにより解像度
は低下するものの、焦点合わせの際にはこの解像度の低
下は問題とならない。また、水平方向ではなく垂直方向
の画素加算のため、水平方向の解像度は変わらず、Ａ／
Ｄ変換出力をハイパスフィルタを通して積算することに
よりＡＦ評価値を取得する方式においては、画素加算に
よるＡＦ精度低下は生じない。

【００４０】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、焦点調節の際に映像
信号の加算，増幅を適宜選択したが、この考えは焦点調
節に限らず露出制御に適用することも可能である。ま
た、ＡＦ処理回路において焦点を合わせるために映像信
号の高周波成分が最大となるようにしたが、これに限ら
ず映像信号を基に焦点を検出して合焦動作できる方法で
あればよい。さらに、撮像素子は必ずしもＣＣＤに限る
ものではなく、ＣＭＯＳセンサを用いることも可能であ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、撮
像素子の出力信号を基に焦点調節操作を行う電子カメラ
において、加算手段により加算又は増幅手段により増幅
された映像信号に基づいて撮影レンズの焦点を調節する
ようにしているので、被写体の輝度が低い場合にもＳ／
Ｎの優れた映像信号を基に高精度の焦点調節を行うこと
ができ、且つ観察用の映像信号の解像度低下を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる電子カメラの基本
構成を示すブロック図。

【図２】同実施形態の動作を説明するためのフローチャ
ート。

【図３】第１の例におけるＣＣＤを構成するラインから
の画像データの読み出し法を示す図。

【図４】第１の例における複数のラインの信号電荷の加
算を説明するための図。

【図５】第１の例における線順次の色信号が得られる様
子を示す図。

【図６】第２の例におけるＣＣＤを構成するラインから
の画像データの読み出し法を示す図。

【図７】第２の例における複数のラインの信号電荷の加
算を説明するための図。

【図８】第２の例における線順次の色信号が得られる様
子を示す図。

【符号の説明】

１１…ズームレンズ １２…フォーカスレンズ １３…絞り １４…ＣＣＤ撮像素子 １５…ＣＤＳ回路 １６…ＡＧＣ回路 １７…Ａ／Ｄ変換器 １８…バッファメモリ ２１…Ｄ／Ａ変換器 ２２…液晶表示素子（ＬＣＤ） ２３…圧縮／伸張回路 ２４…記録用メモリ ３０…ＣＰＵ ３１…ＡＥ処理回路 ３２…ＡＦ処理回路 ３３…タイミングジェネレータ（ＴＧ）回路 ３４…ＣＣＤドライバ ４１〜４３…モータドライバ ４４〜４６…モータ ５１…操作ＳＷ ５２…ＥＥＰＲＯＭ ５３…電池

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体像を撮像面に結像するための撮影レ
   ンズと、 この撮影レンズにより結像された被写体像を映像信号に
   変換するための撮像素子と、 前記映像信号を加算する加算手段と、 前記映像信号を増幅する増幅手段と、 前記加算手段により加算又は前記増幅手段により増幅さ
   れた映像信号に基づいて前記撮影レンズの焦点を調節す
   る焦点調節手段と、 を備えたことを特徴とする電子カメラ。
2. 【請求項２】前記加算手段は、前記撮像素子内部におい
   て隣接する各画素に蓄積された電荷を加算するものであ
   ることを特徴とする請求項１記載の電子カメラ。
3. 【請求項３】前記増幅手段は、前記加算手段により加算
   された映像信号を増幅するものであることを特徴とする
   請求項１又は２記載の電子カメラ。
4. 【請求項４】前記加算手段により加算された映像信号が
   所定レベル以上の時は前記増幅手段による増幅を禁止す
   ることを特徴とする請求項３記載の電子カメラ。
5. 【請求項５】前記被写体の輝度Ｂに応じて、Ｂ≧Ｂ１
   （Ｂ１：第１の設定値）の場合は前記映像信号をそのま
   ま焦点調節用の信号として用い、Ｂ１＞Ｂ＞Ｂ２（Ｂ
   ２：第２の設定値）の場合は前記映像信号を加算して用
   い、Ｂ≦Ｂ２の場合は前記映像信号を加算した後に増幅
   して用いることを特徴とする請求項１記載の電子カメ
   ラ。