JP4158767B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明はCCDイメージセンサなどの固体撮像素子を用いた撮像装置に関するものであり、自動合焦位置(Automatic Focusing:AF)制御機能を有する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus using a solid-state imaging device such as a CCD image sensor, and relates to an imaging apparatus having an automatic focusing position (AF) control function.
従来の撮像装置は、レンズを通して入射される被写体像をCCD(Charge Coupled Device)等の固体撮像素子を用いて光電変換し、得られた映像信号をアナログ処理部にて増幅し、例えば、1/20秒の垂直同期信号(VD)周期毎に画像を更新させ、実際に画像を撮像する前に被写体の状況を確認するために、液晶ディスプレイ(LCD)等の画面上にライブビュー表示(プレビュー表示)を20フレーム/秒のフレームレートで行っている。 A conventional imaging device photoelectrically converts a subject image incident through a lens using a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device), and amplifies the obtained video signal by an analog processing unit. A live view display (preview display) is displayed on a screen such as a liquid crystal display (LCD) in order to update the image every 20-second vertical synchronization signal (VD) cycle and confirm the state of the subject before actually capturing the image. ) At a frame rate of 20 frames / second.
ノイズ(合焦位置の検出精度を低下させる原因となる)を減少させてAF制御の精度を高めるために、被写体が低輝度の場合には映像信号の増幅率を低く抑え、かつフレームレートを下げてAF制御を行っている。(例えば、特許文献1参照)
また、AF制御時までは「高速モード」として垂直方向のmライン毎にnラインの画素信号(m>n:m、nは共に自然数)を加算して読み出すことによりフレームレートを上げてプレビュー表示を行い、その後シャッターボタンを押すことにより、固体撮像素子の読出しモードを「高画質モード」として、垂直方向に1ラインずつ順番にすべての画素を読み出す、いわゆる「全画素読み出しモード」へ変更して静止画像を撮像している。(例えば、特許文献2参照)
Also, until AF control, the “high-speed mode” is set as a “high-speed mode”, and the n-line pixel signals (m> n: m and n are both natural numbers) are added and read for every m lines in the vertical direction to increase the frame rate and preview display. And then press the shutter button to change the readout mode of the solid-state imaging device to the “high image quality mode” and to change to the so-called “all pixel readout mode” in which all pixels are read out one line at a time in the vertical direction. Taking a still image. (For example, see Patent Document 2)
しかしながら特許文献1では、被写体が低輝度の場合、フレームレートを下げているので、被写体が動いている場合にはプレビュー表示の動画がなめらかに表示されずに不自然な印象を与え、シャッターボタンを押すタイミングも分かりにくい。また、AF合焦までの時間も長くなる分だけ撮像画像にぶれが発生するため、AF制御時に映像信号を積算する際に本来高周波成分である被写体の輪郭部分が欠如するなどして合焦位置を定める精度が落ちる欠点がある。 However, in Patent Document 1, since the frame rate is lowered when the subject has low brightness, the moving image of the preview is not displayed smoothly when the subject is moving, and an unnatural impression is given, and the shutter button is pressed. It is difficult to understand when to press. In addition, since the captured image is blurred by the amount of time until AF focusing, the in-focus position may be lost due to a lack of a contour portion of the subject that is originally a high-frequency component when integrating video signals during AF control. There is a drawback that the accuracy of determining is reduced.
また、上記特許文献2では、晴れた日の屋外等の撮影では照度が高く被写体の輝度も高いので、アナログ信号処理部の増幅率(ゲイン)が低くなり、ノイズ成分も増幅されず問題ないが、室内などの照度が低い場所での撮影では被写体の輝度も低くなり、静止画像撮像時に全画素読み出しモードで画像を撮像するだけでは増幅率が高く、ノイズ成分までも増幅されてしまい、高画質で記録できないという欠点がある。
Further, in the above-mentioned
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたもので、AF制御時に被写体が低輝度である場合にもプレビュー画面でなめらかな動画表示を行い、シャッターボタンを押すタイミングも分かりやすくし、画像を記録する場合にはAF合焦までの時間を短く、かつノイズ成分を低減させた高画質記録を可能とする撮像装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the subject has low brightness during AF control, the moving image is displayed smoothly on the preview screen, and the timing of pressing the shutter button is also easily understood. In the case of recording an image, an imaging apparatus capable of high-quality recording with a short time to AF focusing and reduced noise components is provided.
本発明に係る撮像装置は、光軸上での移動が可能なレンズと、該レンズを通して入射される被写体像を固体撮像素子上に結像してアナログ信号をデジタル信号に変換する撮像手段と、増幅率を制御する増幅手段と、合焦位置を検出する合焦位置制御手段とを備え、静止画像を撮像する前の平均輝度信号レベルが所定の値よりも小さい場合は、前記合焦位置が検出された後に前記静止画像を撮像する際の電荷蓄積時間を、前記静止画像を撮像する前の電荷蓄積時間よりも長くし、前記静止画像を撮像する際の増幅率を、前記静止画像を撮像する前の増幅率よりも減少させる。 An imaging apparatus according to the present invention includes a lens that can move on an optical axis, an imaging unit that forms an object image incident through the lens on a solid-state imaging device, and converts an analog signal into a digital signal; An amplifying unit for controlling an amplification factor; and a focusing position control unit for detecting a focusing position. When an average luminance signal level before capturing a still image is smaller than a predetermined value, the focusing position is After the detection, the charge accumulation time when capturing the still image is set longer than the charge accumulation time before capturing the still image, and the amplification factor when capturing the still image is captured. Decrease the amplification factor before.
本発明によれば、AF制御時に被写体が低輝度である場合にもなめらかな動画表示を行いつつ、AF制御における合焦位置決定までの時間を短くし、画像を記録する場合にはノイズを低減させた高画質記録を可能とする撮像装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, a smooth moving image display is performed even when the subject has low brightness during AF control, the time to focus position determination in AF control is shortened, and noise is reduced when recording an image. It is possible to provide an image pickup apparatus that can perform high-quality image recording.
本実施の形態の固体撮像素子は、画素数100万画素以上かつハニカム配列やベイヤー配列といった配列構造に対応したインターライン型のCCDイメージセンサであって、線順次走査により1ラインずつ順番にすべての画素信号を読み出す「全画素読み出し」方式や、2ライン毎に1ライン分の画素信号を垂直CCD転送部にて混合させて読み出したり、あるいは水平方向の2画素をラインメモリにて混合させて水平CCD転送部に読み出したりする「画素混合読み出し」モードに対応している。ただしCCDに限定されるわけではなく、CMOSイメージセンサやその他の方式の撮像素子でも構わない。 The solid-state imaging device according to the present embodiment is an interline CCD image sensor having 1 million pixels or more and corresponding to an arrangement structure such as a honeycomb arrangement or a Bayer arrangement. “All-pixel readout” method for reading out pixel signals, pixel signals for one line for every two lines are mixed and read out by a vertical CCD transfer unit, or two horizontal pixels are mixed in a line memory and horizontal This corresponds to the “pixel mixture readout” mode in which the data is read out to the CCD transfer unit. However, the image sensor is not limited to a CCD, and a CMOS image sensor or other type of image sensor may be used.
また、本撮像装置には2段押し込み型のシャッターボタン(図示せず)が設けられており、AF制御モードが設定されている場合にはシャッターボタン半押しにてAF制御を行うと共に、全押しにすることで画像を撮像して圧縮記録するまでの動作が実施される。以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。 In addition, the image pickup apparatus is provided with a two-stage push-in shutter button (not shown). When the AF control mode is set, AF control is performed by half-pressing the shutter button, and the shutter button is fully pressed. By doing so, an operation is performed until an image is captured and compressed and recorded. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明における撮像装置の基本構成を示す図である。図1に示すようにレンズ1を通して入射した被写体像をCCD等の固体撮像素子2で光電変換する。レンズ1は、フォーカス駆動部9からレンズ1を駆動するための電動手段であるAF用モータ24へ出力される制御信号により、光軸上(図示しない)での移動が可能である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an imaging apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, a subject image incident through a lens 1 is photoelectrically converted by a solid-
固体撮像素子2で光電変換された被写体像の出力信号は、アナログ信号処理部3内にて相関二重サンプリング処理(CDS)ならびに自動増幅処理(AGC)が施される。固体撮像素子2の水平転送パルス、垂直転送パルスならびにアナログ信号処理部3のCDSのサンプリングパルスはタイミングジェネレータ8によって供給される。タイミングジェネレータ8から出力される固体撮像素子2の水平駆動パルス、垂直駆動パルスならびに、アナログ信号処理部3のCDSのサンプリングパルス、AF制御時における所定画像領域中の出力信号レベルと電荷蓄積時間との関係において電子シャッター機能を制御する電子シャッターパルスは、CPU7からの制御信号によって生成タイミングが規定される。
The output signal of the subject image photoelectrically converted by the solid-
アナログ信号処理部3の出力信号は、A/D変換部4にてR(Red)、G(Green)、B(Blue)の3色に分離されたデジタル信号に変換され、信号処理部5で、R、G、Bのデジタル信号から色差信号(YCbCr)へ変換される。また、信号処理部5では、ホワイトバランス補正、γ(ガンマ)補正、輪郭強調補正等が行われ、合わせて映像信号に変換される。信号処理部5から出力された映像信号はLCD6に表示される。
The output signal of the analog
一般的に撮影者は静止画を撮影する際、LCD6に動画表示される被写体を見ながら構図を決める。撮影時に記録された映像信号は画像記録部10にて圧縮された後、本体内のメモリ25あるいは外部の記録メディア(図示しない)に記録される。画像圧縮形式についてはたとえばJPEG(Joint Photographic Group)形式を用いるが、他の形式であっても良い。
In general, when a photographer shoots a still image, the photographer determines the composition while looking at a subject displayed as a moving image on the
ROM11にはCPU7の制御に必要なデータが格納されており、例えばAF制御時における所定画像領域中の平均輝度信号レベルに対する増幅率の設定値のLUT(Look Up Table)が収められている。ここでいう平均輝度信号レベルとは固体撮像素子からの出力信号をA/D変換部でデジタル信号に変換されたデジタルデータ(8bit)を一画面分積算した後、一画面を構成する全画素数で除算した値である。 The ROM 11 stores data necessary for the control of the CPU 7, and stores, for example, an LUT (Look Up Table) that is a set value of an amplification factor with respect to an average luminance signal level in a predetermined image area during AF control. The average luminance signal level referred to here is the total number of pixels constituting one screen after the digital signal (8 bits) obtained by converting the output signal from the solid-state imaging device into a digital signal by the A / D converter is integrated for one screen. The value divided by.
CPU7は本撮像装置を総括して制御を行うとともに各種演算を実施する手段として機能している。CPU7はアナログ信号処理部3への増幅率制御、信号処理部5でデジタル信号を映像信号に変換する際、自動露光制御(AE)/自動ホワイトバランス制御(AWB)、タイミングジェネレータ8で生成される固体撮像素子2の駆動パルス制御、フォーカス駆動部9からAF用モータ24へ出力される制御信号の制御を行う。またROM11からのデータ読み込み、画像記録部10における映像信号の読み込み、ならびに書き込み制御等を行う。
The CPU 7 functions as a unit that performs overall control of the imaging apparatus and performs various calculations. When the CPU 7 converts the amplification factor to the analog
次に、AF制御時における所定画像領域中の出力信号レベルに対する増幅率について説明する。図2(a)は、従来のAF制御時における所定画像領域中の固体撮像素子で光電変換された被写体像の出力信号レベルに対する増幅率を示し、図2(b)は従来のAF制御時における所定画像領域中の固体撮像素子で光電変換された被写体像の出力信号レベルに対する電荷蓄積時間を示している。 Next, the amplification factor with respect to the output signal level in the predetermined image area during AF control will be described. FIG. 2A shows the amplification factor with respect to the output signal level of the subject image photoelectrically converted by the solid-state imaging device in the predetermined image area in the conventional AF control, and FIG. 2B shows the gain in the conventional AF control. The charge accumulation time with respect to the output signal level of the subject image photoelectrically converted by the solid-state imaging device in the predetermined image region is shown.
図2(a)、図2(b)に示すように、出力信号レベルの値δとεには、0<δ<ε<255 の関係がある。εは電子シャッター機能の閾値であり、出力信号レベルがε以上になると、電子シャッター機能が有効になり電荷蓄積時間を短くするようになる。出力信号レベルに対する増幅率は、出力信号レベルがε以上である場合最低である。出力信号レベルがεの時の電荷蓄積時間1/30秒(1/30秒と記載するが、実際は1/30秒よりもわずかに短い。本明細書に記載する他の電荷蓄積時間についても、記載している時間よりもわずかに短いものとして読む。)を初期状態(1フレーム(垂直同期信号の立ち上がりと立ち上がりの間)以上の時間をかけて電荷の蓄積を行わず、かつ固体撮像素子2から出力信号を読み出す周期)として、出力信号レベルが低下するにつれて増幅率を上げていく。出力信号レベルが一定値δ以下になると増幅率は一定のまま、電荷蓄積時間を1/15秒に低下させる。増幅率を増加させないのでノイズの影響も増加しないとしている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the values δ and ε of the output signal level have a relationship of 0 <δ <ε <255. ε is a threshold value of the electronic shutter function. When the output signal level becomes ε or more, the electronic shutter function becomes effective and the charge accumulation time is shortened. The amplification factor with respect to the output signal level is the lowest when the output signal level is ε or more. Charge accumulation time when the output signal level is ε 1/30 seconds (described as 1/30 seconds, but actually slightly shorter than 1/30 seconds. Other charge accumulation times described in this specification are also It is read as being slightly shorter than the described time.) Charge accumulation is not performed over a time longer than the initial state (one frame (between the rising edge and the rising edge of the vertical synchronization signal)), and the solid-
一方、図2(c)は、本実施の形態のAF制御時における所定画像領域中の固体撮像素子で光電変換された被写体像の出力信号レベルに対する増幅率を示し、図2(d)は本実施の形態のAF制御時における所定画像領域中の固体撮像素子で光電変換された被写体像の出力信号レベルに対する電荷蓄積時間を示している。出力信号レベルが0近辺では増幅率を最大(本実施の形態では最大増幅率を40dBに設定している)とし、出力信号レベルがεの場合は、増幅率は最低(本実施の形態では最低増幅率を18dBに設定している)とする。電荷蓄積時間の初期状態が1/20秒であれば、平均輝度信号レベルの値によらず電荷蓄積時間は常に1/20秒のままにしておく(図2(d))。 On the other hand, FIG. 2C shows the amplification factor with respect to the output signal level of the subject image photoelectrically converted by the solid-state imaging device in the predetermined image area during the AF control of the present embodiment, and FIG. The charge accumulation time with respect to the output signal level of the subject image photoelectrically converted by the solid-state imaging device in the predetermined image area during the AF control of the embodiment is shown. When the output signal level is near 0, the amplification factor is maximum (in this embodiment, the maximum amplification factor is set to 40 dB), and when the output signal level is ε, the amplification factor is the lowest (in this embodiment, the lowest). The amplification factor is set to 18 dB). If the initial state of the charge accumulation time is 1/20 second, the charge accumulation time is always left at 1/20 second regardless of the value of the average luminance signal level (FIG. 2 (d)).
次に図3、図4を用いてAF制御における合焦位置決定方法について詳細を述べる。図3で示すように1フレームごとに、例えば画像中央部の水平M画素×垂直N画素(M、Nは任意の自然数)と規定したAF対象エリア(図示せず)における映像信号20をハイパスフィルタ(HPF)21に通すことで(空間的)高周波成分のみが通過する。映像信号については例えばR、G、B信号のうちのG信号を用いる。このときのハイパスフィルタ21を通過した後の信号波形22は高周波成分が多いほど、積分領域面積(積算値)23が大きくなる。積算値23はCPU7に渡される。
Next, the focus position determination method in the AF control will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, for each frame, for example, the
図4は、高周波成分とレンズ位置の関係を示した図である。図4で示すように、「山登りサーボ方式」にて、図1で説明したCPU7でフォーカス駆動部9を制御してレンズを移動させ、高周波成分の積算値を更新させながら、最終的に最大の積算値が得られたレンズの位置を合焦位置と判定する。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the high frequency component and the lens position. As shown in FIG. 4, in the “mountain climbing servo system”, the CPU 7 explained in FIG. 1 controls the focus driving unit 9 to move the lens and update the integrated value of the high frequency component, and finally the maximum value. The lens position where the integrated value is obtained is determined as the in-focus position.
詳しく説明すると、予めA、B、C、D、Eという5ステップのレンズ位置が用意されているとする。まずレンズ位置がAのときの高周波成分の積算値を算出して、次にレンズ位置がBのときの積算値を算出する。レンズ位置がBのときの積算値の方が、レンズ位置がAのときの積算値より大きい場合、レンズ位置がCのときの積算値を算出する。図4の場合はレンズ位置がCのときの積算値の方が、レンズ位置がBのときの積算値より大きいので、レンズ位置をDの位置まで移動させ、同様に積算値を算出する。図4の場合はレンズ位置がDのときの積算値の方が、レンズ位置がCのときの積算値より小さいため、レンズ位置がCにある時を積算値が最大と判断し合焦位置として確定する。 More specifically, it is assumed that five-step lens positions A, B, C, D, and E are prepared in advance. First, an integrated value of high-frequency components when the lens position is A is calculated, and then an integrated value when the lens position is B is calculated. When the integrated value when the lens position is B is larger than the integrated value when the lens position is A, the integrated value when the lens position is C is calculated. In the case of FIG. 4, since the integrated value when the lens position is C is larger than the integrated value when the lens position is B, the lens position is moved to the D position and the integrated value is calculated in the same manner. In the case of FIG. 4, the integrated value when the lens position is D is smaller than the integrated value when the lens position is C. Therefore, when the lens position is C, the integrated value is determined to be the maximum and the focus position is determined. Determine.
レンズ位置の移動幅(AFのステップ数)については任意で設定可能とするが、ステップ数が多いほど高周波成分の最大積算値を求めるための計算回数が多くなる。従って、AF精度よりもAFスピードを重視する必要がある場合は例えばステップ数を減らすことで対応すれば良い。 The moving range of the lens position (number of AF steps) can be arbitrarily set, but the number of calculations for obtaining the maximum integrated value of the high-frequency component increases as the number of steps increases. Therefore, when it is necessary to place more importance on the AF speed than the AF accuracy, for example, the number of steps may be reduced.
次に静止画像を記録するまでのプロセスについて図5のフローチャートを用いて説明する。まずカメラ電源をオンにして撮影可能な状態にすると、LCD6上にレンズに映る被写体が動画にてプレビューされる(ステップS1)。電荷蓄積時間は1/20秒に固定され(ステップS2)、CPU7において映像信号の平均輝度信号レベルと予め定められた所定の信号レベルとの比較に移る(ステップS3)。
Next, a process until a still image is recorded will be described with reference to a flowchart of FIG. First, when the camera power is turned on to enable shooting, the subject displayed on the lens on the
晴天の屋外に被写体があるような状態で、平均輝度信号レベルが所定の信号レベルより高い場合には(ステップS3:YES)、CPU7にてシャッタースピードを早くする(電荷蓄積時間を短くする)ことにより所定の信号レベルに近づける制御を行う。ステップS3において、映像信号の平均輝度信号レベルが所定の信号レベルに達していない場合(ステップS3:NO)は被写体が低輝度である。つまり暗い場所にあると判断され、アナログ信号処理部3にて映像信号の増幅率を上げる(ステップS10)。このとき電荷蓄積時間は1/20秒に固定したままで、増幅率を最大40dB(100倍)まで上げる。
When the average luminance signal level is higher than the predetermined signal level in a state where the subject is outdoors on a clear sky (step S3: YES), the CPU 7 increases the shutter speed (shortens the charge accumulation time). Is controlled to approach a predetermined signal level. In step S3, when the average luminance signal level of the video signal does not reach the predetermined signal level (step S3: NO), the subject has low luminance. That is, it is determined that the image is in a dark place, and the analog
ステップS4にてシャッターボタンが半押しされると同時にAF制御を開始し(ステップS5)、光軸上でレンズ位置を前後させて画像中のAF対象エリアにおける高周波成分の積算値が最大となるレンズ位置を合焦位置として決定する(ステップS6)。 At the same time that the shutter button is half-pressed in step S4, AF control is started (step S5), and the lens position is moved back and forth on the optical axis so that the integrated value of the high-frequency component in the AF target area in the image is maximized. The position is determined as a focus position (step S6).
シャッターボタンが全押しされる(ステップS7)と、アナログ信号処理部3における増幅率の値がある一定値aより小さいか否かを判定する(ステップS8)。増幅率aは任意で設定できる。例えば増幅率aが20dBに設定されていた場合、アナログ信号処理部3における増幅率の値が20dBに満たないときは増幅率が高くない。つまり被写体の輝度が高いと判断し(ステップS8:YES)、AF制御時と同じ電荷蓄積時間で全画素読み出しを行い、画像を圧縮記録する(ステップS9)。
When the shutter button is fully pressed (step S7), it is determined whether or not the value of the amplification factor in the analog
増幅率aが20dB以上の高い値、例えば最大増幅率の40dBに相当する設定値であった場合などは被写体の輝度が低いと判断し(ステップ8:NO)、電荷蓄積時間を長くして全画素読み出しを行い(ステップS11)、増幅率を下げる(ステップS12)。そして画像撮像前と同じ映像の信号レベルとみなすことができる状態で画像を圧縮記録する(ステップ9)。 If the amplification factor a is a high value of 20 dB or more, for example, a setting value corresponding to the maximum amplification factor of 40 dB, it is determined that the luminance of the subject is low (step 8: NO), and the charge accumulation time is increased to Pixel reading is performed (step S11), and the amplification factor is lowered (step S12). Then, the image is compressed and recorded in a state where it can be regarded as the signal level of the same video as before the image capturing (step 9).
図6は垂直同期信号(VD)周期、電荷読み出しパルス、電荷蓄積時間および増幅率の関係を示した図である。電荷読み出しパルスとは、固体撮像素子2で光電変換により蓄積された信号電荷を、垂直転送CCD部(図示せず)へ読み出すためのパルス信号である。電荷蓄積時間が1/5秒のとき、(図5 ステップS11対応)の平均輝度信号レベルは、電荷蓄積時間1/20秒のときの平均輝度信号レベルの4倍であるため、アナログ処理部における増幅率は、電荷蓄積時間1/20秒(段落0030に記載したように実際は1/20秒よりも短い時間であるので、図面でも1/20秒よりも短い時間で記載している)のときの1/4で済む。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the vertical synchronization signal (VD) cycle, the charge readout pulse, the charge accumulation time, and the amplification factor. The charge readout pulse is a pulse signal for reading out signal charges accumulated by photoelectric conversion in the solid-
従って、プレビュー表示時には増幅率が高くノイズ成分も増幅された画像であるが、記録画像では増幅率を下げた(図5 ステップS12対応)効果によってAF制御における合焦位置決定までの時間を短くすることができノイズ成分が少ない高画質記録が可能である。 Therefore, although the image has a high amplification factor at the time of preview display and the noise component is also amplified, the recorded image has a reduced amplification factor (corresponding to step S12 in FIG. 5) and shortens the time until the focus position is determined in the AF control. High-quality recording with less noise components is possible.
次に、図7を用いて被写体の輝度が低い場合の撮像装置の動作を示すタイミングチャートを説明する。図7に示すように、プレビュー時の電荷蓄積時間は1/20秒であり、シャッターボタンを半押した次に来る垂直同期信号(VD)の立ち上がりでAF制御が開始される。AF制御開始から終了までの期間は、AF制御におけるレンズ移動位置のステップ数と電荷蓄積時間の積によって決まる。AF制御にかかる時間は、AF制御時の固体撮像素子の電荷蓄積時間が1フレーム(垂直同期信号の立ち上がりと立ち上がりの間)以内であり、1フレーム毎にAF対象エリアの高周波成分の積算が行われるので、電荷蓄積時間が数フレームに及ぶ場合に比べて短い。 Next, a timing chart showing the operation of the imaging apparatus when the luminance of the subject is low will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the charge accumulation time during preview is 1/20 second, and AF control is started at the rising edge of the vertical synchronizing signal (VD) that comes next after the shutter button is half-pressed. The period from the start to the end of AF control is determined by the product of the number of steps of the lens movement position in AF control and the charge accumulation time. The time required for AF control is that the charge accumulation time of the solid-state imaging device during AF control is within one frame (between the rising and falling edges of the vertical synchronization signal), and high frequency components in the AF target area are integrated for each frame. Therefore, the charge accumulation time is shorter than that in the case of several frames.
合焦位置検出後、合焦したことを知らせる表示をLCD6に表示したり、音を出して知らせたりすることで、シャッターボタンを全押しすることが可能となる。シャッターボタンを全押した次に来る垂直同期信号の立ち上がりで電荷蓄積時間1/5秒の全画素読み出しに切り替え撮像に入る。電荷蓄積時間を1/20秒から1/5秒に切り替えることで、各画素の出力信号レベルが4倍になるので増幅率をαから1/4αに下げても電荷蓄積時間変更前後で映像の平均輝度信号レベルは同じである。 After the in-focus position is detected, it is possible to fully press the shutter button by displaying on the LCD 6 a notification that the in-focus state has been detected or by making a sound. At the rising edge of the vertical synchronizing signal that comes next after the shutter button is fully pressed, switching to all pixel readout with a charge accumulation time of 1/5 second is started. By switching the charge accumulation time from 1/20 second to 1/5 second, the output signal level of each pixel is quadrupled. Therefore, even if the amplification factor is reduced from α to 1 / 4α, the image is recorded before and after the charge accumulation time is changed. The average luminance signal level is the same.
以上説明したように、撮像時に増幅率を下げることによってAF制御時の増幅率によって増幅されていたノイズ成分を低減することができ、高画質記録を可能とする撮像装置を提供することが可能となる。 As described above, it is possible to provide an image pickup apparatus that can reduce the noise component amplified by the gain at the time of AF control by lowering the gain at the time of imaging, and enables high-quality recording. Become.
なお、AF制御が終了し、撮像が開始されるまでLCD6には動画が映し出される。また、固体撮像素子2を全画素読み出しで動作させているときのLCD6の表示は静止画となる。撮像時の全画素読み出しが完了し、信号処理部5での映像信号処理が施された後、製品本体メモリ25あるいは外部接続のメモリ(図示しない)に撮像された画像が圧縮保存される際にはLCD6に画像を保存している状態であることを示すメッセージが表示され、画像の保存が完了すると、LCD6に表示される画像はもとのプレビュー表示(動画)に戻される。画像を保存するのにかかる時間は、撮像画像サイズや圧縮率によって変更される。また、読み出しモード、増幅率の値は図7を用いて説明しただけではなく様々な組み合わせがあるので、実施の形態2乃至実施の形態5でその他の組み合わせについて以下の実施の形態で説明する。
Note that a moving image is displayed on the
実施の形態2.
実施の形態1で説明した図7では、固体撮像素子の画素信号の読み出しモードを常に全画素読み出しモードとした場合について説明したが、実施の形態2では、図8を用いて画素信号の読み出しモードを撮像時以外は画素混合読み出しモードとした場合について説明する。
In FIG. 7 described in the first embodiment, the case where the pixel signal readout mode of the solid-state imaging device is always set to the all-pixel readout mode has been described. However, in the second embodiment, the pixel signal readout mode is described with reference to FIG. A case where the pixel mixture readout mode is set except when imaging is described.
図8に示すように本実施の形態2における画素混合読み出し時は、水平方向は2画素を混合させ、垂直方向は2ライン中1ラインを間引く方法を採用し、全画素読み出しモード時の2倍のフレームレート(垂直同期信号の立ち上がり間隔が1/2)になるように、固体撮像素子2への水平駆動パルス、垂直駆動パルス発生タイミングの調整を行っている。
従って、画素混合読み出し時の蓄積時間を1/40秒として、40フレーム/秒の高いフレームレートに設定することができるため、動画をよりなめらかに表示させることができる。
As shown in FIG. 8, at the time of pixel mixture reading in the second embodiment, a method is adopted in which two pixels are mixed in the horizontal direction and one line is thinned out in the vertical direction, which is twice that in the all pixel reading mode. The horizontal drive pulse and vertical drive pulse generation timings for the solid-
Therefore, since the accumulation time at the time of pixel mixture reading can be set to 1/40 seconds and a high frame rate of 40 frames / second can be set, a moving image can be displayed more smoothly.
実施の形態3.
実施の形態1で説明した図7では、モードは常に全画素読み出しであり、LCD6の表示が静止画の時は、静止画以外の時よりも増幅率が小さい場合を説明し、実施の形態2で説明した図8では、LCD6の表示が静止画の時は全画素読み出しであり、静止画以外の時は画素混合読み出しを行うことを説明した。実施の形態3では、図9を用いてAF制御開始から撮像が開始されるまでは画素混合読み出しを行い、AF制御開始から撮像が開始されるまで以外は全画素読み出しを行う場合について説明する。
In FIG. 7 described in the first embodiment, the mode is always all-pixel reading, and the case where the amplification factor is smaller when the display on the
図9に示すように本実施の形態3では、AF制御が開始されるまでの電荷蓄積時間は1/5秒および増幅率は1/4α倍であるのを、AF制御開始から撮像が開始されるまでは電荷蓄積時間を1/40秒および増幅率をα倍にする。この時、40フレーム/秒というフレームレートになるので、AF制御における合焦位置決定までの時間を短くすることができる。 As shown in FIG. 9, in the third embodiment, the charge accumulation time until AF control is started is 1/5 second and the amplification factor is 1 / 4α times. Until this occurs, the charge accumulation time is set to 1/40 seconds and the amplification factor is multiplied by α. At this time, since the frame rate is 40 frames / second, the time until the in-focus position is determined in the AF control can be shortened.
AF制御終了後、合焦点位置が確定及び電荷蓄積時間1/5秒の全画素読み出しに切り替える。AF制御開始から撮像が開始されるまでの電荷蓄積時間はその他の時の1/8であるが、AF制御開始から撮像が開始されるまでのモードは画素混合読み出しである。従って、AF制御開始から撮像が開始されるまでの出力信号レベルは実質その他の時の1/4になる。AF制御開始から撮像が開始されるまでの増幅率をその他の時の4倍にすると、平均輝度信号レベルは常時同じとなる。(図9ではAF制御開始から撮像が開始されるまでの増幅率αからその他の時を1/4αに下げている)。 After the AF control is completed, the in-focus position is confirmed and the whole pixel readout is switched to the charge accumulation time 1/5 second. The charge accumulation time from the start of AF control to the start of imaging is 1/8 of the other times, but the mode from the start of AF control to the start of imaging is pixel mixture readout. Therefore, the output signal level from the start of AF control to the start of imaging is substantially ¼ that at other times. If the amplification factor from the start of AF control to the start of imaging is four times that at other times, the average luminance signal level is always the same. (In FIG. 9, the other time is reduced to ¼α from the amplification factor α from the start of AF control to the start of imaging).
このように、AF制御時の増幅率によって増幅されていたノイズ成分は、増幅率を下げることによって低減することができる。 Thus, the noise component amplified by the amplification factor at the time of AF control can be reduced by lowering the amplification factor.
実施の形態4
実施の形態4では、実施の形態1と同じようにモードは常に全画素読み出しであるが、LCD6の表示が動画の時、フレームと電荷蓄積時間の関係が常に同じでない場合について説明する。図10に示すように、AF制御開始から撮像が開始されるまでの電荷蓄積時間は1フレーム毎に行っているが、AF制御開始から撮像が開始されるまで以外の電荷蓄積時間は、4フレーム毎に行っている。
In the fourth embodiment, as in the first embodiment, the mode is always all-pixel readout. However, when the display on the
AF制御開始までの電荷蓄積時間は1/5秒であるが、AF制御開始から撮像が開始されるまでは電荷蓄積時間を1/20秒にし、静止画撮像時は電荷蓄積時間を1/5秒に切り替える。電荷蓄積時間を1/20秒から1/5秒に切り替えることで、電荷蓄積時間がAF制御時の4倍になる。従って、平均輝度信号レベルが4倍になるので増幅率を1/4に下げても電荷蓄積時間変更前後で平均輝度信号レベルは同じである(図10では増幅率値をαから1/4αに下げている)。
従って、AF制御における合焦位置決定までの時間を短縮することができる。
The charge accumulation time until AF control starts is 1/5 second, but the charge accumulation time is reduced to 1/20 second from the start of AF control until imaging is started, and the charge accumulation time is reduced to 1/5 during still image imaging. Switch to seconds. By switching the charge accumulation time from 1/20 second to 1/5 second, the charge accumulation time becomes four times that during AF control. Therefore, since the average luminance signal level is quadrupled, the average luminance signal level is the same before and after the charge accumulation time is changed even if the amplification factor is reduced to ¼ (in FIG. 10, the amplification factor value is changed from α to ¼α). Lowered).
Accordingly, it is possible to shorten the time until the in-focus position is determined in the AF control.
実施の形態5
実施の形態5では、実施の形態2と同じようにモードは撮像時のみ全画素読み出し、撮像時以外は混合読み出しであるが、フレームと電荷蓄積時間の関係が常に同じでない場合について説明する。
In the fifth embodiment, as in the second embodiment, the mode is all pixel readout only during imaging and mixed readout except during imaging, but the case where the relationship between the frame and the charge accumulation time is not always the same will be described.
図11に示すようにAF制御開始から撮像が開始されるまで以外は、電荷蓄積時間は4フレーム毎に行っているが、AF制御開始から撮像が開始されるまでは、電荷蓄積時間は1フレーム毎に行っている。AF制御が開始されるまでの電荷蓄積時間は1/10秒であり、シャッターボタンを半押した次に来る垂直同期信号(VD)の立ち上がりでAF制御が開始され、電荷蓄積時間は1/40秒に変更されるが、モードは画素混合読み出しのままである。 As shown in FIG. 11, the charge accumulation time is performed every 4 frames except when the AF control is started until the imaging is started. However, the charge accumulation time is 1 frame until the imaging is started after the AF control is started. I go every time. The charge accumulation time until the AF control is started is 1/10 second, and the AF control is started at the rising edge of the vertical synchronizing signal (VD) that comes next after the shutter button is half-pressed, and the charge accumulation time is 1/40. Although the mode is changed to the second, the mode remains the pixel mixed readout.
合焦位置検出後、例えば合焦したことを知らせる表示をLCD6に表示したり、音を出して知らせたりすることで、シャッターボタンを全押しすることが可能となる。シャッターボタンを全押した次に来る垂直同期信号の立ち上がりでAF制御が終了し、電荷蓄積時間を1/5秒、モードを全画素読み出しに切り替える。画素混合読み出しモード時の場合、AF制御開始までは全画素読み出しモード時に比べて電荷蓄積時間が半分になるが、AF制御開始から撮像が開始されるまでの各画素については2画素を混合させるので、出力信号レベルは4倍となり、増幅率は全画素読み出し時の1/4で良い。
After the in-focus position is detected, for example, a display informing that the in-focus state has been displayed on the
従ってAF制御が開始され、AF制御開始前に比べAF制御開始から撮像が開始されるまでの増幅率は4倍となるが、電荷蓄積時間を1/40秒にすることにより、動画をなめらかに表示できるとともにAF制御における合焦位置決定までの時間を短縮することができる。 Therefore, the AF control is started, and the amplification factor from the start of the AF control to the start of imaging is 4 times that before the start of the AF control. However, by reducing the charge accumulation time to 1/40 seconds, the moving image is smoothed. In addition to being able to display, it is possible to shorten the time until the in-focus position is determined in the AF control.
なお、本撮像装置の実施の形態1乃至5で用いた電荷蓄積時間、増幅率はこの値に固執するものではなく、任意に決定できることは自明である。 It is obvious that the charge accumulation time and the amplification factor used in Embodiments 1 to 5 of the present imaging device do not stick to these values and can be arbitrarily determined.
また、本撮像装置の実施の形態1乃至5では2段押し込み型のシャッターボタンを用いたが、AF制御開始用のボタンと画像撮像用のシャッターボタンを別々に用意しても構わない。 Further, in Embodiments 1 to 5 of the imaging apparatus, the two-stage push-in shutter button is used. However, a button for starting AF control and a shutter button for imaging may be prepared separately.
1 レンズ、 2 固体撮像素子(CCD)、 3 アナログ信号処理部、 4 A/D変換部、 5 信号処理部、 6 LCD、 7 CPU、 8 タイミングジェネレータ、 9 フォーカス駆動部、 10 画像記録部、11 ROM、20 映像信号、 21 ハイパスフィルタ(HPF)、22 HPFを通した信号波形、 23 積分面積、24 AF用モータ、25 メモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lens, 2 Solid-state image sensor (CCD), 3 Analog signal processing part, 4 A / D conversion part, 5 Signal processing part, 6 LCD, 7 CPU, 8 Timing generator, 9 Focus drive part, 10 Image recording part, 11 ROM, 20 video signal, 21 high-pass filter (HPF), 22 signal waveform through HPF, 23 integration area, 24 AF motor, 25 memory
Claims (3)
前記合位置検出手段による合焦位置検出中に、複数画素を1画素に混合する画素混合読み出しを行うとともに、前記増幅手段の増幅率を撮像時のm倍とし、電荷蓄積時間を撮像時の1/m倍よりも短くすることを特徴とする撮像装置。 A lens whose focal position can be adjusted in the direction of the optical axis, an imaging unit that forms an object image incident through the lens on a solid-state imaging device and converts an analog signal into a digital signal, and an amplification unit that controls an amplification factor And an in-focus position detecting means for detecting the in-focus position,
During the in-focus position detection by the in-focus position detection means, pixel mixture readout for mixing a plurality of pixels into one pixel is performed, the amplification factor of the amplifying means is set to m times during imaging, and the charge accumulation time is 1 during imaging. An imaging device characterized by being shorter than / m times .
前記合位置検出手段による合焦位置検出中に、水平方向の2画素を1画素に混合し垂直方向の2ラインのうち1ラインを間引く画素混合読み出しを行うとともに、前記増幅手段の増幅率を撮像時のm倍とし、電荷蓄積時間を撮像時の1/2m倍とすることを特徴とする撮像装置。 A lens whose focal position can be adjusted in the direction of the optical axis, an imaging unit that forms an object image incident through the lens on a solid-state imaging device and converts an analog signal into a digital signal, and an amplification unit that controls an amplification factor And an in-focus position detecting means for detecting the in-focus position,
While the in-focus position is detected by the in-focus position detecting means, pixel mixing readout is performed by mixing two pixels in the horizontal direction into one pixel and thinning out one of the two lines in the vertical direction, and imaging the amplification factor of the amplifying means. An image pickup apparatus characterized in that the charge accumulation time is 1/2 m times that at the time of imaging .
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