(57)【要約】【課題】撮像装置の電力削減。【解決手段】一つの画素から被写体撮像画像と、該画素を複数に分割し該複数の分割画素を出力する像面位相差撮像素子で、該分割画素の出力と所定値の比較を行う比較器と、該分割画素の出力を一行ずつアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力を一行ずつ所定の画像処理を行う画像処理部と、該画像処理された出力を一画素ずつ一行分転送する転送手段を有し、該比較器の結果に応じて、該対応する分割画素の該Ａ／Ｄ変換、該画像処理、該転送を行わない様に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの画素から被写体撮像画像と、該画素を複数に分割し該複数の分割画素を出力する像面位相差撮像素子で、該分割画素の出力と所定値の比較を行う比較器と、該分割画素の出力を一行ずつアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力を一行ずつ所定の画像処理を行う画像処理部と、該画像処理された出力を一画素ずつ一行分転送する転送手段を有し、該比較器の結果に応じて、該対応する分割画素の該Ａ／Ｄ変換、該画像処理、該転送を行わず被写体撮像画像の転送を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記比較器の所定値は飽和付近の大きい値若しくは黒レベル付近の小さい値とし、前記分割画素の出力が該飽和付近の出力よりも大きい、若しくは該黒レベル付近の出力よりも小さい場合に対応する分割画素の前記Ａ／Ｄ変換、前記画像処理、前記転送を行わないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記比較器による飽和付近の出力よりも大きい分割画素と、黒レベル付近の出力よりも小さい分割画素の画素数をカウントするカウンタ手段を有し、該カウント手段によるカウント値が所定値以上の場合は一行分の分割画素の転送を行わないことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばビデオカメラ等のセンサ制御に係る撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のビデオカメラ等の撮像装置において、ＡＦ性能高速化を実現する為に従来のＴＶ方式ではなく、被写体の画像情報から位相差情報を検出する事が可能な撮像素子を用いてＡＦの高速化を実現している。
【０００３】
例えば一つの画素を左像（以後Ｌ像）と右像（以後Ｒ像）の左右に分割し、Ｌ像とＲ像の出力差分を基に位相差情報を算出するＤＡＦセンサ等の瞳分割方式の撮像素子がある。
【０００４】
瞳分割方式の撮像素子は瞳分割により、通常の撮像素子の２倍の画素数となるので撮像素子内でのＡ／Ｄ変換処置、デジタル信号処理、転送時間等が大きくなるので消費電力もその分大きくなってしまう。特にＡ／Ｄ変換器は水平方向の１列分存在し、全てのＡ／Ｄ変換器にＣＬＫを入力することから消費電力が大きくなる傾向にある。
【０００５】
そこで、位相差情報が必要な行のみＬ像とＲ像を転送する方式で消費電力の削減、転送レートの高速化をおこなっている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１２９８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例でも位相差情報を出力する瞳分割方式の撮像素子は通常の撮像素子よりも画素数は多いので、増消費電力は増加する。
【０００８】
このような瞳分割方式の撮像素子において、消費電力を更に削減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、
一つの画素から被写体撮像画像と、該画素を複数に分割し該複数の分割画素を出力する像面位相差撮像素子で、該分割画素の出力と所定値の比較を行う比較器と、該分割画素の出力を一行ずつアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力を一行ずつ所定の画像処理を行う画像処理部と、該画像処理された出力を一画素ずつ一行分転送する転送手段を有し、該比較器の結果に応じて、該対応する分割画素の該Ａ／Ｄ変換、該画像処理、該転送を行わず被写体撮像画像の転送を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る撮像装置によれば、不必要なＡ／Ｄ変換処理、デジタル画像処理、転送処理を行わないので消費電力削減につながる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】全体構成図である。
【図２】撮像素子の構成図である。
【図３】撮像素子の読み出し部の詳細図である。
【図４】スロープ型Ａ／Ｄ変換図である。
【図５】フォーカス行のタイミングチャート１である。
【図６】フォーカス行のタイミングチャート２である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照しつつ、本発明の第一の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明における実施形態であり、被写体画像を出力する撮像素子の各画素に瞳分割による位相差情報取得用画像も出力する撮像素子を用いた撮像装置の構成図である。
【００１４】
１００は被写体像からの光量を収束、及び焦点を合わせるためのフォーカス制御機構、ズーム機構が組み込まれたレンズ群であり、ＣＰＵ（後述）により制御される。１０１はＣＰＵにより制御され、撮像素子（後述）に入射される光量を可変する為の絞り部である。
【００１５】
１０２はＣＰＵに制御されるＣＭＯＳセンサ等の撮像素子で、レンズを抜けた被写体象の光を電気信号に変換する為の半導体撮像素子であり、前述したように位相差情報取得用画像と画像データを出力する。尚後述するが、位相差情報取得用画像は１０２の撮像素子の各画素を瞳分割によるＬ像及びＲ像であり、Ｌ像とＲ像を加算するとその画素の出力レベルすなわち画像データとなる。
【００１６】
１０３は画像処理ＩＣであり、主に位相差情報を算出する為の前処理と後処理、更に画像を形成する為の画像処理部（後述）、現像処理部（後述）で構成される。１０４はＣＰＵ（後述）に制御され、撮像素子から入力される画像形成を行う為のＬ像＋Ｒ画像（本画像）にゲインをかけて所定の出力にする為のＶＧＡ部であり、画像の出力レベルを絞り、露光時間、及びゲインで適正にするべく制御する（露出制御）。更にＶＧＡ部はゲインによる増幅後のフォーカス領域（主被写体領域）のみの本画像（Ｌ像＋Ｒ像）、とＬ像を演算部（後述）に転送する。
【００１７】
１０５は１０４のＶＧＡ部の出力を画像形成するべく、γ、アパーチャー、カラーバランス等の画像処理を行う画像処理部、１０６は本画像（Ｌ像＋Ｒ像）とＬ像が入力され、本画像からＬ像の差分をとる事により、位相差情報を得る為のＬ像とＲ像に分離する為の演算部であり、Ｌ像及びＲ像の出力を位相差情報算出部（後述）に転送する。１０７は１０６より入力されるＬ像及びＲ像から位相差情報を算出し、ＣＰＵ（後述）に出力する。
【００１８】
１０８は１０５の画像処理部から出力される本画像からＹＵＶ信号への現像処理を行い記録部、表示部に出力する現像処理部、１０９は１０８の現像処理部より出力される画像を表示する為の表示部、１１０は１０８の現像処理部より出力される動画等を特定のフレームレートで記録する記録部である。１１１はユーザーが各種設定を行い、主にフォーカス領域である主被写体領域の設定等も行う操作部である。１１２はあらゆる制御を司るＣＰＵであり、撮像素子の領域読み出し設定、タイミング設定等、位相差情報算出部より出力されるデフォーカス量に基づき、フォーカス制御を行う。
【００１９】
次に図２を用いて位相差情報取得用画像と画像データを出力する撮像素子１０２の説明をする。
【００２０】
１０２の撮像素子は図２の２０１に示すように、１つのマイクロレンズと、カラーフィルタに対して、２つのダイオードを備える事で一つの画素を構成しており（Ｌ像＋Ｒ像で１画素）、この画素がマトリクス状に配置されている。撮像素子１０２は、２つのフォトダイオードの出力信号を加算した本画像（Ｒ像＋Ｌ像）と、１つのフォトダイオードからの出力信号であるＬ像が画像データとして出力される。尚本実施例では図２の２００に示すように４Ｋに対応する４０９６列×２１６０行の画素で構成されているものとし、更に１１２のＣＰＵに制御され４０９６×２１６０の全体の画素のうち任意の行（フォーカス行）に関してＬ像とＬ＋Ｒ像を出力する事が可能である。
【００２１】
また各Ｌ像、Ｒ像は２０２のセレクタにつながれており、２１６０行のうちの１行ずつをセレクタにより選択され、後述する読み出し部でデジタル変換処理等を行い、２０４の転送部に転送を行い１画素ずつ画像処理ＩＣ（１０３）へ出力する。フォーカス行は先ず、２１６０行のうち選択された１行のＬ像のみを後述する電圧保持部に出力し、２０２のセレクタを介して２０３の読み出し部に出力し、その後Ｒ像を電圧保持部に出力する事でＬ像＋Ｒ像を読み出す。またフォーカス行以外の領域は２１６０行のうち１行を選択し、Ｌ像の出力は行わず本画像であるＬ像とＲ像の両方を後述する電圧保持部に転送し読み出しを行う。
【００２２】
更に図３を用いて、１列に対応する２０３の読み出し部の詳細説明を行う。尚図３は１列分の読み出し部の構成であり、垂直方向の２１６０行分画素が接続され、読み出し時には２０２のセレクタにより、そのうちの１画素が接続され、読み出し回路は水平方向に４０９６列分存在する。
【００２３】
３００は先述した瞳分割された画素であり、３０１は３００の出力を保持する電圧保持部である。３０２は後述する比較器１にＡ／Ｄ変換時の傾きを選択するＲｅｆ電圧、及び飽和比較電圧のどちらかを出力するセレクタである。
【００２４】
３０３は画素から出力される電圧をＲｅｆ電圧、飽和比較電圧を比較する比較器１、３０４はスロープ型Ａ／Ｄ変換の傾きを選択しランプ波形を出力し、更に画素が飽和している時には飽和フラグを各ブロックに出力するＳｌｏｐｅ選択部、３０５は徐々に上昇するランプ波形と画素出力部が同電圧となった時点で、一致信号を後述するカウンタに出力する比較器２、３０６は比較器２から一致信号が出力されるまでカウント動作を行う１２ｂｉｔのカウンタであり、その基準ＣＬＫを発生するのが３０７のＣＬＫ発生器である。
【００２５】
またＬ像が飽和している場合はカウンタ動作を止めるために、ＣＬＫ供給のＯＦＦ／ＯＮを行うＳＷが３０８である。３０９は選択されたランプ波形のスロープにより、３０６のカウンタから出力されるカウンタ値に対して、下位２ｂｉｔもしくは上位２ｂｉｔに“００”を付加する為のビットシフト部、３１０は黒レベルの補正やリニアリティの補正等を行うＤＦＥ部で、３１１は１行ずつ画像データを転送する転送部である。
【００２６】
ＣＰＵは撮像素子に対して、Ｌ像とＬ＋Ｒ像の両方を読み出すフォーカス行を設定し、その他各初期値設定を行った後、１０１の絞り、撮像素子に対して露光時間を設定し撮像素子からの読み出し動作を開始する。ＣＰＵは各種設定後、１０２の撮像素子に１／６０［ｓ］毎に１フレームの読み出しの基準信号となるＶＤ信号を出力する。１０２の撮像素子はＶＤ信号が出力されると、１行ずつ順次画像データを転送していく。
【００２７】
まずＬ像＋Ｒ像の本画像をよみだす通常行の読み出し時に関して説明する。３０１の電圧保持部に３００のＬ像＋Ｒ像のアナログ電圧が出力されると３０１ではその電圧を保持して、３０３の比較器１と３０５の比較器２に出力される。尚３０２のセレクタ部ではランプ波形を選択する為の比較電圧であるＲｅｆ電圧が比較器に出力されている。比較器１ではＲｅｆ電圧とＬ像＋Ｒ像の画素電圧を比較し、３０４のＳｌｏｐｅ選択部でＲｅｆ電圧より画素電圧の方が大きければ傾きの急なランプ波形、小さければ傾きの緩いランプ波形が出力される。
【００２８】
図４を用いて大・小の傾きを持つランプ波形を用いたＡ／Ｄ変換の動作を説明する。図４の縦軸は３０５の比較器２に入力される画素電圧を示しており、横軸は画素電圧と徐々に上昇するランプ波形が一致するまでカウントするカウンタ値を示していて、Ｍａｘ４０９６［ＬＳＢ］である。尚図４のＸは傾きの大きいランプ波形、Ｙは傾きの低いランプ波形であり、Ｘの傾きはＹの傾きの４倍であり、Ｒｅｆ電圧は最大出力の１／４にする。
【００２９】
３０３で画素出力がＲｅｆ電圧より大きい場合には、Ｘの傾きの大きいランプ波形が出力され、徐々に上昇するランプ波形が画素電圧と同じになったタイミングで、比較器２より一致信号が出力されその時のカウンタ値がデジタルデータとなる。例えば最大出力１０００ｍＶ、Ｒｅｆ電圧２５０ｍＶ、画素出力が６００ｍｖとすると、
４０９６×５００／１０００＝２０４８［ＬＳＢ］
となる。また画素出力が２００ｍＶとすると、Ｙのランプ波形が出力されるので、
４０９６×１２５／２５０＝２０４８［ＬＳＢ］
となる。
【００３０】
尚傾きが大きい場合は３０９のビットシフト部で下位２ｂｉｔに“００”を付加する事で４倍し、小さい場合は上位２ｂｉｔに“００”を付加する事で１４ｂｉｔ化して３１０の転送部に出力する。すなわち、画素出力が６００ｍＶの場合は
２０４８×４＝８１９２［ＬＳＢ］
として３１０の転送部に出力される。
【００３１】
以上説明した様に撮像素子からＬ像＋Ｒ像を読み出し、１０３の画像処理ＩＣ内のＶＧＡ（１０４）で所定のゲインをかけた後、１０５の画像処理部に転送する。画像処理部ではγ、アパーチャ、カラーバランス等の画像処理を施し、１０８の現像処理部に出力し、現像処理を行う。更に１０９の表示部でパネル・ＥＶＦ等への画像表示、１１０の記録部でカード等へ記録処理を行う。次にＬ像とＬ＋Ｒ像の読み出しを行うフォーカス行の読み出しを図５、図６を用いて説明する。
【００３２】
図５及び図６の水平同期信号（５００、６００）を基準にして、フォーカス行（２１６０行のうち１行）を選択し、Ｌ像のみを３０１の電圧保持部に出力すると、図５の様に比較器１にはＬ像の画素電圧が出力される。次に３０３の比較器１の比較電圧には３０２のセレクタで飽和比較値が出力される（図５、図６の比較電圧“Ａ”）。
【００３３】
飽和比較値はＬ像出力の飽和出力付近レベルであり、飽和比較値よりも大きい画素レベルは位相差情報位相差情報の算出には使う事ができない値である。まず、Ｌ像出力が飽和比較値よりも小さい場合は図５の様に、比較実行においてｔ１のタイミングでＬ像の出力と飽和比較値である図５の“Ａ”と比較し、小さければ比較電圧を通常読み出しで言及したＲｅｆ電圧を３０２のセレクタより出力する。ｔ２のタイミングでＲｅｆ電圧と比較し、大小によりランプ波形の選択を行い、図５に示す様にＡ／Ｄ変換、ビットシフト処理、ＤＦＥ処理を行いＬ像として１Ｈ分の転送処理を行う。
【００３４】
次の水平同期信号（５０１）のタイミングで、Ｒ像を３０１の電圧保持部に出力し、すでに出力されているＬ像と合算されて、比較器１にはＬ像＋Ｒ像が出力される。比較実行においてｔ３のタイミングで、Ｖｒｅｆ電圧と比較しランプ波形の傾きを選択し、Ａ／Ｄ変換処理、ビットシフト処理、ＤＦＥ処理を行い、画像処理ＩＣへの転送処理を行う。
【００３５】
１０３の画像処理ＩＣでは、Ｌ像及びＬ像＋Ｒ像から１０６の演算部でＬ像、Ｒ像を算出し、１０７の位相差情報算出部に出力する。位相差情報算出部では入力されたＬ像、Ｒ像を基にデフォーカス量を算出し、１１２のＣＰＵに出力する。１１２のＣＰＵは位相差情報算出部から出力されるデフォーカス量を基に、レンズフォーカスの移動量を算出し１００のレンズを駆動させＡＦ動作を行う。
【００３６】
次にＬ像出力が飽和比較値よりも大きい場合を図６を用いて説明する。図６のｔ１のタイミングでＬ像の出力と飽和比較値“Ａ”と比較し、大きい場合は位相差情報として使用できないので、３０８のＳＷにより３０６のカウンタへの３０７からのＣＬＫ発生器からのＣＬＫを停止し、更に３０４のＳｌｏｐｅ選択部ではランプ波形を出力する回路を停止する。
【００３７】
以上の様にする事、図６に示す様にＡ／Ｄ変換を停止し、更に３０４のＳｌｏｐｅ選択部ではランプ波形を出力する回路を停止し、３０９のビットシフト部、ＤＦＥ部を停止させる。またＡ／Ｄ変換をしないので、Ｓｌｏｐｅ選択の為のＶｒｅｆとの比較動作は行わない。
【００３８】
次に転送処理は飽和しているＬ像は画像データが存在しないので、飽和していないＬ像のみを転送する。例えば本実施例では水平４０９６列存在するので、図６の様にＬ像が飽和比較値よりも大きいレベルのものが８００列存在すると、４０９６−８００＝３２９６列分を転送する事となる。同様に図６のｔ２のタイミングで、Ｌ＋Ｒ像とＲｅｆ電圧と比較を行い、ランプ波形のＳｌｏｐｅを選択し、Ａ／Ｄ変換・ビットシフト処理・ＤＦＥ処理行い１０３の画像処理ＩＣに転送する。
【００３９】
１０４のＶＧＡで所定のゲインがかけられると、転送されたＬ像と同じ画素であるＬ像＋Ｒ像を対にして１０６の演算部に転送し、Ｌ像とＲ像に分離して１０７の位相差情報算出部に転送しデフォーカス量をＣＰＵに転送する。
【００４０】
尚本実施例では、飽和付近の出力を検出して各回路をオフにしたが、低い出力も位相差情報として使えないので、黒レベル付近を検出して各回路をオフにしてもよい。
【００４１】
またフォーカス行のうち、利用できないＬ像出力が所定画素数以上ある場合は、その行は位相差取得行としては利用できない。
【００４２】
よってフォーカス行のうち、所定の画素数以上が飽和と検出される場合は１行分のＬ像の転送を行わないようにしてもよい。
【００４３】
以上述べてきたように、瞳分割方式の撮像素子のフォーカス行の読み出しに関して、片目画像が飽和もしくはレベルが低い時には、Ａ／Ｄ変換、ＤＦＥ処理、転送処理を停止する事で消費電力を削減する事が可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１００  レンズ、１０１  絞り部、１０２  撮像素子、１０３  画像処理ＩＣ、
１０４  ＶＧＡ部、１０５  画像処理部、１０６  演算部、
１０７  位相差情報算出部、１０８  現像処理部、１０９  表示部、１１０  記録部、
１１１  操作部、１１２  ＣＰＵ、２００  撮像素子の詳細図、
２０１  撮像素子の１画素の詳細図、２０２  撮像素子のセレクタ部、
２０３  撮像素子の読み出し部、２０４  撮像素子の転送部、
３００  撮像素子の１画素、３０１  撮像素子読み出し部の電圧保持部、
３０２  撮像素子読み出し部のセレクタ、３０３  撮像素子読み出し部の比較器１、
３０４  撮像素子読み出し部のＳｌｏｐｅ選択部、
３０５  撮像素子読み出し部の比較器２、３０６  撮像素子読み出し部のカウンタ、
３０７  撮像素子読み出し部のＣＬＫ発生器、３０８  撮像素子読み出し部のＳＷ部、
３０９  撮像素子読み出し部のビットシフト部、
３１０  撮像素子読み出し部のＤＦＥ部、
３１１  撮像素子読み出し部の転送部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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