(57)【要約】【課題】簡易な構成にて消費電力を抑えつつ、像ぶれを検出することができる撮像装置及びこのような撮像装置を備えてぶれ補正を行うことができるカメラを提供すること。【解決手段】撮像素子１の受光面上に、有効画素領域と複数の検出画素領域とを形成しておく。有効画素領域からの出力からアナログ信号処理部５及びＡ／Ｄ変換器７において被写体像信号が生成され、被写体像信号が画像処理部９において画像処理される。また、検出画素領域からの出力からアナログ信号処理部６ａ〜６ｄ及びＡ／Ｄ変換器８ａ〜８ｄにおいて被写体像信号が生成され、生成された被写体像信号に基づいて動き検出部１０において動きベクトルが求められ、制御部１１において、ぶれ補正を行うためのぶれ補正信号が生成される。【選択図】図２
2008067317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う複数の第１の画素が２次元に配列されてなる第１の画素部と、前記第１の画素部の周縁に隣接して設けられ光電変換を行う第２の画素が配列されてなる複数の第２の画素部とをその受光面に有する撮像素子と、
前記第１の画素部を中心として前記第１の画素部と前記第２の画素部とを含む領域に被写体像を形成する光学系と、
前記第２の画素部のそれぞれからの信号に基づき、前記第１の画素部に形成される前記被写体像のぶれ成分を補正するためのぶれ補正信号を生成するぶれ補正信号生成部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２の画素部からの信号はそれぞれアナログ信号として出力され、
前記第２の画素部からのそれぞれのアナログ信号に対して所定のアナログ信号処理を実行し、該アナログ信号処理結果を前記ぶれ補正信号生成部に出力する複数のアナログ信号処理部を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の画素部及び前記第２の画素部からの信号はそれぞれアナログ信号として出力され、
前記第１の画素部からのアナログ信号及び前記第２の画素部からのそれぞれのアナログ信号に対して所定のアナログ信号処理を実行し、該アナログ信号処理結果を前記ぶれ補正信号生成部に出力する単一のアナログ信号処理部と、
前記第１の画素部からのアナログ信号及び前記第２の画素部からのそれぞれのアナログ信号を選択的に前記アナログ信号処理部に出力するための切替部と、
を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の画素部の画素数は前記第１の画素部の画素数よりも少ないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第２の画素部は、前記第１の画素部を挟むように前記第２の画素を２次元に配列してなる複数の画素列から構成され、
前記それぞれの画素列は、前記第１の画素部の中心を通る水平線及び垂直線に対して等しい幅を持つように配列されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の画素部と前記第２の画素部とは同一のチップ上に構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の撮像装置と、
前記ぶれ補正信号に基づき、前記第１の画素部に形成される被写体像のぶれを補正するぶれ補正部と、
を具備することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びカメラに関し、特に像ぶれを検出する機能を有する撮像装置及びそれを備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラぶれなどの像ぶれを検出し、それを補正する機能を有するビデオカメラやデジタルスチルカメラが開発されてきており、また像ぶれ検出に関する提案も各種なされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、カメラのピッチング方向及びヨーイング方向の角速度を角速度センサによって検出してぶれ量を検出するカメラが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、カメラにおける像ぶれを検出するために、撮像素子による撮像を行って、映像信号を得られるようにしたカメラにおいて、映像信号の連続する２フレーム間について画像全体のぶれを示す動きベクトルを検出することで像ぶれ量を検出するカメラが提案されている。
【０００５】
何れにおいても、像ぶれを補正する際には、求められた像ぶれ量から、像ぶれを抑制するためのぶれ補正量を求め、この求めたぶれ補正量に従って光学系や撮像素子を移動させるようにしている。
【特許文献１】特開昭６３−２１７７７８号公報
【特許文献２】特開平２−１７０６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１の手法では、像ぶれ量を検出するために角速度センサのような専用のセンサが必要であり、その分だけ装置の小型化及びコストの低減を図ることが困難になる。また、特許文献２の手法では、連続する２フレームの映像信号の読み出しを行い、これら２フレームの映像信号をメモリに書き込んでからフレーム間処理を行って動きベクトルを検出している。このため、近年の撮像素子の多画素化に対応するためには更に高速に多くの画素からの信号を読み出さねばならない。この場合、メモリの容量や読み出しの際の消費電力が増加するおそれがある。また、デジタルスチルカメラにおいては露光時間が長い場合、撮像素子によっては映像信号が得られない場合もあり、この場合には像ぶれを検出できないこともある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にて消費電力を抑えつつ、像ぶれを検出することができる撮像装置及びこのような撮像装置を備えてぶれ補正を行うことができるカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の撮像装置は、光電変換を行う複数の第１の画素が２次元に配列されてなる第１の画素部と、前記第１の画素部の周縁に隣接して設けられ光電変換を行う第２の画素が配列されてなる複数の第２の画素部とをその受光面に有する撮像素子と、前記第１の画素部を中心として前記第１の画素部と前記第２の画素部とを含む領域に被写体像を形成する光学系と、前記第２の画素部のそれぞれからの信号に基づき、前記第１の画素部に形成される前記被写体像のぶれ成分を補正するためのぶれ補正信号を生成するぶれ補正信号生成部とを具備することを特徴とする。
【０００９】
この第１の態様の撮像装置によれば、像ぶれを第１の画素部とは別に設けた複数の第２の画素部の出力から求めることができるため、例えば角速度センサのような第１及び第２の画素部を構成する第１及び第２の画素とは動作原理の異なる専用のセンサを用いることなく、かつ第１の画素部からの信号を読み出して像ぶれを求める必要がなくなり、簡易な構成にて消費電量の削減を図ることができる。
【００１０】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様のカメラは、第１の態様に記載の撮像装置と、前記ぶれ補正信号に基づき、前記第１の画素部に形成される被写体像のぶれを補正するぶれ補正部とを具備することを特徴とする。
【００１１】
この第２の態様によれば、第１の態様の効果に加えて、検出した像ぶれに基づいてぶれ補正を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構成にて消費電力を抑えつつ、像ぶれを検出することができる撮像装置及びこのような撮像装置を備えてぶれ補正を行うことができるカメラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。  
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置に用いられる撮像素子の構成を示す図である。図１に示す撮像素子１は、その受光面上に第１の画素部としての有効画素領域３と、第２の画素部としての検出画素領域４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとが形成されて構成されている。また、図１には、後述する光学系によって形成される被写体像の範囲を示すイメージサークルを参照符号２ａで、光学系の光軸に対して直交する垂直線及び水平線をそれぞれ２ｂ、２ｃで示している。
【００１４】
有効画素領域３は、光電変換を行う画素が２次元に配列されて構成される。また、検出画素領域４ａ〜４ｄは、有効画素領域３の周縁に隣接して設けられ光電変換を行う画素が２次元に配列されて構成される。
【００１５】
一般に、カメラなどに用いられる撮像素子においては、画像の記録や表示のために全ての画素からの信号が利用されているわけではなく、有効画素領域３からの信号のみを利用している。しかしながら実際にはイメージサークル２ａの範囲内に含まれる画素であれば被写体像が形成される。そこで、本実施形態では、有効画素領域３の範囲外に像ぶれ検出のための画素領域である検出画素領域４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを形成する。ここで、検出画素領域４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの画素数は有効画素領域３の画素数よりも少なくしておく。また、検出画素領域４ａと４ｂ、４ｃと４ｄはそれぞれ有効画素領域３を挟むように、かつ検出画素領域４ａと４ｂは垂直線２ｂを中心として等しい幅を有するように、検出画素領域４ｃと４ｄは水平線２ｃを中心として等しい幅を有するように配置する。
【００１６】
このように撮像素子１を構成した状態で、後述する光学系によって有効画素領域３と検出画素領域４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの両方に被写体像が形成されるようにする。これにより、検出画素領域４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄからの信号を像ぶれの検出に利用することが可能である。
【００１７】
図２は、図１の撮像素子を用いた撮像装置を備えるカメラの構成を示す図である。図２において、撮像素子１は基板１８に実装されている。アナログ信号処理部５は、入力が基板１８を介して撮像素子１の有効画素領域３に接続され、出力がＡ／Ｄ変換器７に接続されている。アナログ信号処理部５は、撮像素子１の有効画素領域３からの画素出力をアナログ信号処理する。Ａ／Ｄ変換器７はアナログ信号処理部５からの出力信号をデジタルの被写体像信号に変換する。
【００１８】
また、アナログ信号処理部６ａ〜６ｄは入力が基板１８を介して撮像素子１の検出画素領域４ａ〜４ｄにそれぞれ接続され、出力がＡ／Ｄ変換器８ａ〜８ｄにそれぞれ接続されている。アナログ信号処理部６ａ〜６ｄは、撮像素子１の検出画素領域４ａ〜４ｄからの画素出力をそれぞれアナログ信号処理する。Ａ／Ｄ変換器８ａ〜８ｄはアナログ信号処理部６ａ〜６ｄからの出力信号をそれぞれデジタルの被写体像信号に変換する。
【００１９】
デジタル信号処理部内の画像処理部９はＡ／Ｄ変換器７からの出力を処理しデジタル画像信号を出力する。動き検出部１０はＡ／Ｄ変換器８ａ〜８ｄから出力される被写体像信号とメモリ１２に記憶されている被写体像信号とから動きベクトルを検出する。動き検出部１０と共にぶれ補正信号生成部を構成する制御部１１は、動き検出部１０において検出された動きベクトルからぶれ補正信号を生成して駆動部１３に入力する。ぶれ補正部としての駆動部１３は制御部１１からのぶれ補正信号に基づいて撮像素子１又は光学系１６の位置を移動させる。ここで、駆動部１３は、撮像素子１又は光学系１６をＸ方向（図１の水平線２ｃの方向）及びＹ方向（図１の垂直線２ｂの方向）に移動させるためのＸ，Ｙ方向アクチュエータ１５と、このＸ，Ｙ方向アクチュエータ１５を駆動するためのアクチュエータ駆動部１４とから構成されている。
【００２０】
光学系１６は、有効画素領域３を中心として有効画素領域３と検出画素領域４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの両方に被写体像を形成させる。撮像素子駆動回路１７は制御部１１による制御の下、撮像素子１を駆動する。シャッタ１９は撮像素子１の露光時間を調整する。
【００２１】
次に、図２のように構成されている第１の実施形態に係るカメラの動作を、図３、４、５に示す図を参照しながら説明する。図３は、像ぶれの前後で撮像素子１に形成される被写体像について示す図である。また、図４は動きベクトルについて示す図である。図５はぶれ補正に係るタイミングチャートである。
【００２２】
まず、シャッタ１９が開放されて撮影が開始されると、撮像素子１への被写体の露光が始まる。すると、有効画素領域３において被写体像に応じた信号の蓄積が開始される。それと同時に、検出画素領域４ａ〜４ｄでも被写体周辺の像に応じた信号が蓄積される。
【００２３】
ここで、撮像素子１への露光期間中に手ぶれ等が発生すると、撮像素子１に形成される被写体像が変動してしまう。例えば、露光開始時は図３（ａ）に示す状態であったのが、手ぶれ等により図３（ｂ）に示す状態に変動したとする。この間に検出画素領域４ａ〜４ｄの蓄積信号は撮像素子駆動回路１７によって撮像素子１から出力され、アナログ信号処理部６ａ〜６ｄ、Ａ／Ｄ変換器８ａ〜８ｄで各々信号処理される。そして、図３（ａ）時の出力がメモリ１２に記憶され、続いて読み出される図３（ｂ）時の出力とメモリ１２に記憶されている図３（ａ）時の出力との相関から動き検出部１０において被写体像の変化を表す動きベクトルが算出される。
【００２４】
図４に図３（ａ）から図３（ｂ）への変化における検出画素領域４ｄでの動きベクトルの算出結果を示す。即ち、動きベクトルＡは図４（ａ）の状態における被写体像信号と図４（ｂ）の被写体像信号との相関から得られる。そして、このような動きベクトルは検出画素領域４ａ〜４ｄのそれぞれで検出され、検出画素領域４ａ〜４ｄでそれぞれ検出された各動きベクトルから図１の平面での被写体像の移動（像ぶれ量）が算出される。そして、この像の移動を打ち消す方向に撮像素子１又は光学系１６を移動させるためのぶれ補正信号が制御部１１において算出される。このぶれ補正信号が駆動部１３に出力され、駆動部１３によって撮像素子１又は光学系１６を駆動させることで、撮像素子１と被写体像との関係を図３（ｂ）の状態から図３（ａ）の状態に戻す。
【００２５】
このような補正処理を、図５に示すようにして、繰り返し行っていくことで、像ぶれに追従した補正を行うことができる。
【００２６】
このように、第１の実施形態においては、露光期間（有効画素領域３の蓄積期間）において撮像素子１の有効画素領域３以外の検出画素領域４ａ〜４ｄでの撮像結果から像ぶれを検出することができる。したがって、角速度センサのような専用のセンサを用いることなく簡易な構成にて消費電力を抑えつつ像ぶれを検出し、ぶれを補正することが可能となる。
【００２７】
また、手ぶれによる変動の周波数は数Ｈｚから数１０Ｈｚであり、変動に追従して精度良く像ぶれを補正するには補正の周期は数ｋＨｚが必要となる。撮像素子１の有効画素領域３の画素数は数１００万と多数であり、有効画素領域３の被写体像を毎秒数ｋフレーム取得するには非常に高速で被写体像信号を処理することが必要となる。例えば、１００万画素の信号を１ｋフレーム取得するには、画素単位の処理には１ＧＨｚ以上の処理速度が必要となってしまう。これに対し、第１の実施形態では、検出画素領域４ａ〜４ｄの画素数を有効画素領域３の画素数よりも少なくすることで、必要な検出、補正のレートを確保することが可能となる。例えば、検出画素領域４ａ〜４ｄを２万画素とすると１ｋフレーム取得するには、画素単位の処理は２０ＭＨｚ以上の処理速度で可能となる。
【００２８】
また、第１の実施形態では、４つの検出画素領域のうち、２つずつを、有効画素領域３を挟んで対向するように配置し、またそれぞれの検出画素領域は垂直線２ｂあるいは水平線２ｃに対して線対称となるように配置することで、少ない画素列配置で精度良く像ぶれの検出を行うことが可能である。また、有効画素領域３を挟んで４つの検出画素領域を配置することで、画像全体のぶれ（像ぶれ）と被写体自体の動き（被写体ぶれ）とを識別することが可能となる。
【００２９】
さらに、検出画素領域４ａ〜４ｄを有効画素領域３と同一のチップ上に形成することにより、製造プロセスの削減や配置の精度向上が可能となる。また、検出画素領域４ａ〜４ｄと有効画素領域３とを別々のチップとして受光面上に形成しても良い。
【００３０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置を備えるカメラの構成を示す図である。ここで、図６において、図２と同様の構成には同一の参照符号を付している。
【００３１】
第２の実施形態は、撮像素子１の有効画素領域３の出力信号を処理するアナログ信号処理部５とＡ／Ｄ変換器７とを検出画素領域４ａ〜４ｄの出力信号の処理にも適用可能としたものである。これに伴って図６においては、撮像素子１の有効画素領域３の出力及び検出画素領域４ａ〜４ｄの出力を選択的にアナログ信号処理部５に入力する切替部２０と、Ａ／Ｄ変換器７からの出力を画像処理部９又は動き検出部１０の何れかに入力する切替部２２と、切替部２０、２２の動作制御を行う切替制御部２１とが設けられている。
【００３２】
次に、このように構成されている第２の実施形態に係るカメラの動作を説明する。撮像素子１への被写体像の入力は第１の実施形態と同様であり、露光期間中は有効画素領域３からは出力が行われない。そこで、露光期間中は切替制御部２１により切替部２０を制御し、像ぶれを検出するための検出画素領域４ａ〜４ｄの出力をアナログ信号処理部５に入力させる。さらに切替制御部２１により切替部２２を制御し、Ａ／Ｄ変換器７からの出力をメモリ１２及び動き検出部１０に入力させる。一方、有効画素領域３からの出力読み出し時には、切替制御部２１により切替部２０を制御し、有効画素領域３の出力をアナログ信号処理部５に入力させる。さらに切替制御部２１により切替部２２を制御し、Ａ／Ｄ変換器７からの出力を画像処理部９に入力させる。これにより、アナログ信号処理部５とＡ／Ｄ変換器７とで有効画素領域３と検出画素領域４ａ〜４ｄの信号処理（被写体像信号の取得）を行うことが可能となる。なお、像ぶれ検出及び補正の動作は第１の実施形態と同様である。
【００３３】
このように、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、露光期間（有効画素領域３の蓄積期間）においても撮像素子１の有効画素領域３以外の検出画素領域４ａ〜４ｄにおける撮像結果から像ぶれを検出することができる。したがって、角速度センサのような専用のセンサを用いることなく像ぶれを検出して、ぶれを補正することが可能となる。更に、アナログ信号処理部及びＡ／Ｄ変換器を共通化することが可能となり、第１の実施形態に比べて回路規模を更に小さくすることが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施形態においては、シャッタ１９は光学系１６の前に配置してメカ的に駆動するものとして説明したが、シャッタ１９を設けず、撮像素子１の画素から画素出力を出力させるタイミングを制御して電気的にシャッタ状態とする、いわゆる電子シャッタを用いても良い。
【００３５】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００３６】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置に用いられる撮像素子の構成を示す図である。
【図２】図１の撮像素子を用いた撮像装置を備えるカメラの構成を示す図である。
【図３】像ぶれの前後で撮像素子に形成される被写体像について示す図である。
【図４】動きベクトルについて示す図である。
【図５】ぶれ補正に係るタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置を備えるカメラの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…撮像素子、３…有効画素領域、４ａ〜４ｄ…検出画素領域、５，６ａ〜６ｄ…アナログ信号処理部、７，８ａ〜８ｄ…Ａ／Ｄ変換器、９…画像処理部、１０…動き検出部、１１…制御部、１２…メモリ、１３…駆動部、１４…アクチュエータ駆動部、１５…Ｘ，Ｙ方向アクチュエータ、１６…光学系、１７…撮像素子駆動回路、１８…基板、１９…シャッタ、２０，２２…切替部、２１…切替制御部
【図１】
2008067317.tif 000003
【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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