JP2008129163A - 撮影装置及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】AF補助光を併用したオートフォーカス処理に使用する露出値を短時間で精度良く決定する。
【解決手段】 イメージセンサ12から出力される画像信号がから被写体輝度がAE検出部25によって検出される。レリーズボタンを半押しにすると、露出値を変えながら露光が行われ、各露光で得られる画像信号から被写体輝度が求められ、静止画を撮影する際もシャッタ速度と絞り値が決定される。被写体輝度が一定レベルよりも低い場合には、AF補助光が補助光照射部6より被写体に向けて照射される。静止画を撮影するために求めた露出値(シャッタ速度と絞り値)よりもシフト量ΔEVだけ露出値をプラス側にシフトした露出値で露光を行い、その露光から得られる画像信号に基づいてAF処理を行うときの露出値を決定する。
【選択図】図2

Description

本発明は、イメージセンサで画像を撮影する撮影装置及びその制御方法に関するものである。
近年、CCD,MOS型等のイメージセンサで撮影した被写体像をデジタルの画像データに変換して、内蔵メモリやメモリカードなどの記録媒体に記録するデジタルカメラが普及している。デジタルカメラの多くでは、自動露出制御(AE)処理,オートフォーカス(AF)処理を行っており、これらの処理にはイメージセンサで得られる画像信号が参照されている。
AE処理では、被写体像をイメージセンサで露光することによって得られる画像信号から被写体輝度を検出し、その輝度レベルに応じて適正露出が得られるようにシャッタ速度と絞り値の組み合せ、すなわち露出値を決定するようにしている。また、AF処理では、被写体像を露光することによって得られる画像信号の高周波成分の積算値が最大、すなわち被写体像のコントラストが最も高くなる位置を合焦位置として検出し、その合焦位置に撮影レンズのピント位置を移動させるコントランスト検出方式が多く採用されている。
上記のようにAF処理を行う場合には、撮影レンズのピント位置を順次に移動させながらコントラストを評価し、そのコントラストが最大となる合焦位置を検出するように制御するが、暗い室内等で撮影する場合のように輝度レベルの低い被写体像からは十分なコントラストを得ることができない。このため、輝度レベルの低い被写体像に対しては、LED等の光源からAF補助光を被写体に向けて照射し、被写体輝度を増大されるようにしたデジタルカメラが知られている。
しかし、AF処理では、その直前に検出した輝度レベルに応じた露出値を固定的に用いてその処理を行っていたため、AF補助光が照射されて輝度レベルが変化した場合には露光量が適正でなくなり、合焦位置を十分な精度で検出できなくなる場合があった。このような問題を解決するために、特許文献1では、AF補助光を照射する前後で被写体の輝度レベルを検出して露出量をそれぞれ求め、AF補助光の照射後の露出量が照射前よりも所定量以上増加したときには照射前の露出量を用いて、また増加していないときには照射後の露出量を用いて露出制御を行うようにしている。また、AF補助光の照射前と、最大光量での照射中との被写体輝度の差違を求め、この差違から最適なAF補助光の光量を決定するデジタルカメラも知られている(例えば特許文献2参照)。
特開2003−8985号公報 特開2003−114374号公報
ところで、イメージセンサは、ダイナミックレンジが小さいため、1回のイメージセンサの露光で測定できる被写体輝度の範囲が狭い。このため、精度良く被写体輝度を測定しようとする場合には、シャッタ速度や絞りの組み合せを変化させた異なる露出値での複数回の露光を行うことにより、測定可能な被写体輝度の範囲をずらした複数回の測定を行っている。しかしながら、AF補助光を照射した状態での被写体輝度を測定するために、複数回の測定をAF処理の直前に行うと合焦位置の検出までに大きな遅延が生じてしまうという問題があった。特にレリーズボタンの操作に応答して静止画の露光が行われる直前に行うAF処理の直前にこのような測定を行うと、レリーズボタンの操作から実際に静止画撮影のための露光が行われるまでのレリーズタイムラグを大きくしてしまうという問題がある。
本発明は上記問題を解消するためになされたもので、照明光を照射してオートフォーカス処理を行う際の露出値を短時間で精度良く決定でき、レリーズタイムラグを小さくしながら、高い精度でオートフォーカス処理を行うことできる撮影装置とその制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1記載の撮影装置では、照明光を照射しない状態でのイメージセンサの露光から得られる画像信号に基づいて被写体輝度を検出する第1の輝度検出を行うとともに、第1の輝度検出後に、照明光を照射した状態でのイメージセンサの露光から得られる画像信号に基づいて被写体輝度を検出する第2の輝度検出を行う輝度検出手段と、第1の輝度検出に基づいて決定した第1の露出値を用いて第2の露出値を決定し、この第2の露出値を用いて第2の輝度検出のための露光を前記イメージセンサに行わせ、第2の輝度検出で検出された被写体輝度に基づいてオートフォーカス処理の際の第3の露出値を決定する露出制御手段とを備えたものである。
請求項2記載の撮影装置では、露出制御手段を、照明光照射手段から照射される照明光の光量に基づいたシフト量で第1の露出値をプラス側にシフトして第2の露出値を決定するようにしたものである。
請求項3記載の撮影装置では、通常撮影距離の被写体を撮影する通常撮影モードと、この通常撮影距離よりも距離が短く近接した被写体を撮影するマクロ撮影モードとを有し、露出制御手段は、通常撮影モードが選択されているときには、通常撮影モードに対応して予め決められたシフト量を用いて第2の露出値を決定し、マクロ撮影モードが選択されているときには、通常撮影モードのシフト量よりも大きい値としてマクロ撮影モードに対応して予め決められシフト量を用いて第2の露出値を決定するものである。
請求項4記載の撮影装置では、露出制御手段を、照明光照射手段からの照明光を照射したときに、予め決められた最短撮影距離の被写体の輝度が測定可能範囲内となるように決められたシフト量を用いて第2の露出値を決定するようにしたものである。
請求項5記載の撮影装置では、第1の輝度検出を、静止画の撮影の際の露出値を決定するために行われる被写体輝度の検出とし、輝度検出手段が、レリーズボタンの操作に応答して、第1の輝度検出を行うようにしたものである。
請求項6記載の撮影装置では、イメージセンサに入射する光量を調節する絞り手段を備えるとともに、前記イメージセンサが、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有し、露出制御手段は、第2の輝度検出に用いる前記記絞り手段による絞り値とオートフォーカス処理の際に用いる絞り値とを同一とし、この絞り値の下で第2の露出値及び第3の露出値となるように前記電子シャッタ機能のシャッタ速度を決定するものである。
請求項7記載の撮影装置では、イメージセンサに入射する光量を調節する絞り手段を備えるとともに、イメージセンサが、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有し、露出制御手段は、オートフォーカス処理の後に行われる静止画の撮影のために用いる前記絞り手段による絞り値と、第2の輝度検出に用いる絞り値と、前記オートフォーカス処理に用いる絞り値とを同一とし、前記電子シャッタ機能のシャッタ速度によって露出値を調節するようにしたものである。
請求項8記載の撮影装置では、露出制御手段を、第2の輝度検出及びオートフォーカス処理に用いるべき電子シャッタ機能のシャッタ速度が所定の速度よりも高速となる場合には、照明光照射手段による照明光を照射しない状態にし、輝度検出手段によって第1の輝度検出を行った直後に第1の露出値の下で前記オートフォーカス処理を行うようにしたものである。
請求項9記載の撮影装置では、露出制御手段を、第2の輝度検出及びオートフォーカス処理に用いるべき電子シャッタ機能のシャッタ速度が所定の速度範囲外となる場合には、絞り手段を駆動して絞り値を変化させて、シャッタ速度を所定の速度範囲内とするようにしたものである。
請求項10記載の撮影装置では、オートフォーカス処理の際には、第3の露出値に応じて決定された電子シャッタ機能のシャッタ速度で作動させることができるフレームレートのうち最もレートの高いフレームレートを選択してイメージセンサを駆動させるフレームレート変更手段を備えたものである。
請求項11記載の撮影装置では、照明光照射手段は、被写体輝度が一定レベルよりも低い場合に照明光を照射するようにされ、照明光を照射しない場合には、輝度検出手段によって第1の輝度検出を行った直後に第1の露出値の下でオートフォーカス処理を行うようにしたものである。
請求項12記載の撮影装置では、輝度検出手段を、第1の輝度検出の際に、異なる複数の露出値を用いてイメージセンサによる露光を行うことによって、測定すべき被写体輝度の範囲を複数の輝度範囲に分割して検出するようにしたものである。
請求項13記載の撮影装置の制御方法では、照明光を照射する前に測定された被写体輝度に基づいて決定された第1の露出値を用いて第2の露出値を決定し、照明光を照射した状態で前記第2の露出値を用いて、照明光を照射した状態でオートフォーカス処理の際の第3の露出値を決定するための被写体輝度を測定する露光をイメージセンサで行うものである。
請求項14記載の撮影装置の制御方法では、照明光の光量に基づいたシフト量で第1の露出値をプラス側にシフトして第2の露出値を決定するものである。
本発明によれば、イメージセンサからの画像信号に基づいて撮影レンズの合焦位置を検出するオートフォーカス処理を行う際の露出値を、照明光を照射する前に測定された被写体輝度に基づいて決定された露出値を用いて、例えば照明光の光量に基づいたシフト量でプラ側にシフトさせた露出値でイメージセンサによる露光を行った結果に基づいて決定するから、イメージセンサのダイナミックレンジが狭くても短時間で精度良く照明光を照射した状態の被写体輝度を測定することができ、それに応じた露出値でオートフォーカス処理を行うので、高い精度でオートフォーカス処理を行うことできる。
本発明を実施したデジタルカメラの外観を図1に示す。デジタルカメラ2は、そのカメラ本体3の前面に撮影レンズ4,ストロボ発光部5,照明光照射手段としての補助光照射部6の照射窓6aを設けてある。また、上面にはレリーズボタン7を設けてあり、背面には各種の操作ボタンと、LCD8(図2参照)を設けてある。
レリーズボタン7は、半押しと、この半押しからさらに押し込んだ全押しとの2段操作になっている。撮影モード下で、レリーズボタン7を押圧操作していないときには、撮影範囲内の被写体像がLCD8に連続的に表示される、いわゆるスルー画像の表示が行われる。レリーズボタン7が半押しとなると、静止画撮影のために、被写体輝度を測定し、その被写体輝度に応じたシャッタ速度,絞り値を決定する静止画用AE処理と、被写体に撮影レンズ4のピントが合致した合焦位置を調べて、撮影レンズ4をその合焦位置とするAF処理を含む準備処理を行う。また、照射窓6aからAF補助光を照射してAF処理を行う場合には、静止画用AE処理の後にAF用AE処理を行ってからAF処理を行う。
準備処理の後に、静止画撮影処理が行われ、レリーズボタン7を押し込んで全押しとすると、静止画用AE処理で決定された静止画用のシャッタ速度と絞り値と、AF処理でピントを合致させた状態で静止画の撮影を行う。この静止画撮影処理で得られる静止画が画像データに変換されて、着脱自在にされたメモリカード9(図2参照)に記録される。
なお、レリーズボタン7を一度の押圧操作で全押しにした場合や、一段操作のレリーズボタン7を押圧操作した場合にも、静止画用AE処理,AF用AE処理,AF処理を順次に行うように構成することもできる。
ストロボ発光部6は、被写体輝度が不足している場合に、静止画の露光に同期してストロボ光を被写体に向けて照射する。補助光照射部6は、AF処理のときに被写体輝度が所定レベル以下である場合に、オートフォーカスに必要な明るさを確保するために照射窓6aから被写体に向けてAF補助光を照射する。
なお、この例では、オートフォーカス処理の際に照明光を被写体に向けて照射する照明光照射手段として、AF専用に設けた補助光照射部6を用いているが、照明光照射手段としては、これに限られるものではなく、他の目的で設けた光源装置を照明光照射手段として用いてもよい。例えばストロボ装置をオートフォーカス処理の際に発光させてもよいし、暗い場所での撮影者のフレーミングを容易にするための光を照射する光源装置をオートフォーカス処理の際に点灯させてもよい。
図3に上記デジタルカメラ2の構成を示す。システム制御部10は、レリーズボタン7や各種の操作ボタン等からなる操作部11からの操作信号に基づいて、デジタルカメラ2の各部を制御する。
撮影レンズ4の背後にイメージセンサ12を配してあり、この撮影レンズ4を透過した被写体光がイメージセンサ12の受光面に入射する。撮影レンズ4には、ピントを調節するためのフォーカス機構13,イメージセンサ12への入射光量を調節するための絞り機構14を組み込んである。フォーカス機構13は、撮影レンズ4を構成するフォーカスレンズを移動してピント合せを行うものであり、フォーカスレンズの他に、これ移動させるモータやモータドライバ等で構成される。絞り機構14は、撮影レンズ4の光軸上に絞り開口を形成する絞り羽根やこれを駆動するアクチュエータ等から構成してある。これらフォーカス機構13、絞り機構14は、システム制御部10によって駆動が制御される。
イメージセンサ12は、例えばCCD型のものを用いており、その受光面に多数の受光素子を設けてある。このイメージセンサ12は、タイミングジェネレータ16からの各種の駆動信号により駆動され、各受光素子で被写体光を電荷に変換して蓄積し、その蓄積した電荷をアナログの画像信号に変換して出力する。これにより、露光した被写体像を電気的な信号に変換している。なお、イメージセンサ12としては、CCD型のものに限られるものではない。
イメージセンサ12は、タイミングジェネレータ16からの電子シャッタパルスの入力によって、それまでに蓄積した電荷を掃き出して消去することで電荷蓄積時間を調節する電子シャッタ機能を有しており、電子シャッタパルスのフレーム期間中の入力期間を調節することで、露光時間すなわち電子シャッタのシャッタ速度を調節することができる。この例では、このイメージセンサ12の電子シャッタのシャッタ速度と、絞り機構14の絞り値によって、露光量を調節する。
タイミングジェネレータ16は、各種動作を所定のタイミングで行うための各種のパラメータがシステム制御部10によって設定され、イメージセンサ12を駆動するための駆動信号や各部を同期動作させるための同期信号等を発生する。このタイミングジェネレータ16に設定するパラメータにより、イメージセンサ12の電子シャッタのシャッタ速度や、イメージセンサ12が電荷の蓄積、電荷の読出しを繰り返し行う際のフレームレートを変更することができる。なお、この例におけるタイミングジェネレータ16は、パラメータが設定された次のフレーム期間にその設定内容が有効になるものを用いている。
イメージセンサ12からの画像信号は、アナログ信号処理部17に送られる。アナログ信号処理部17は、CDS回路,AMP回路から構成してあり、相関二重サンプリング,画像信号の増幅をイメージセンサ12の電荷読み出し動作に同期して行う。A/D変換器18は、アナログ信号処理部17からの画像信号を画像データに変換して出力する。
A/D変換器18からの画像データは、画像入力コントローラ19に送られる。画像入力コントローラ19は、バス21への画像データの入力を制御する。バス21には、システム制御部10,画像処理部22,圧縮伸張部23,AF検出部24,AE検出部25,メディアコントローラ26,内部メモリ27,VRAM28が接続されており、これら各部はバス21を介してシステム制御部10に制御されるとともに、相互間でデータの授受が可能になっている。
画像処理部22は、画像データに対して、色補間,γ補正,ホワイトバランス補正,YC変換等の所定の画像処理を行う。圧縮伸張部23は、メモリカード9に記録すべき画像データを所定の圧縮形式、例えばJPEG形式によってデータ圧縮し、またメモリカード9から読み出した画像データのデータ伸張を行う。
AF検出部24は、システム制御部10,フォーカス機構13とともにピント制御手段を構成している。このAF検出部24は、撮影レンズ4のピント合せのために、画像入力コントローラ19からの画像データを用いて、撮影画面内に設定された所定の検出領域から高周波成分を抽出し、各高周波成分を積算したAF評価値をシステム制御部10に出力する。システム制御部10は、AF評価値が最大となるように、すなわち被写体画像のコントラストが最大となる位置を合焦位置として、撮影レンズ4のピント位置が合焦位置となるようにフォーカス機構13を駆動して、被写体に撮影レンズ4のピントを合致させる。
AE検出部25は、イメージセンサからの画像信号に基づいて被写体の輝度を検出する輝度検出手段であり、画像入力コントローラ19からの画像データに基づいて、検出領域についての被写体輝度の検出を行い、それを露出制御手段として機能するシステム制御部10に送る。システム制御部10は、被写体輝度に基づいてイメージセンサ12のシャッタ速度,絞り装置14の絞り値を決定する。
なお、AF評価値を生成するための検出領域と、被写体輝度を生成するため検出領域とは必ずしも同じでなくてもよいが、後述するAF用AE処理を行う場合における検出領域はAF評価値を生成するための検出領域と同じにする。
メディアコントローラ26は、メモリカード9のデータの書き込み及び読み出しを制御する。記録すべき画像データは、画像処理部22,圧縮伸張部23によって画像処理,データ圧縮処理が施されてから、メディアコントローラ26に送られて、メモリカード9に書き込まれる。また、再生時には、メディアコントローラ26によってメモリカード9から画像データが読み出され、圧縮処理部22によってデータ伸長が行われる。
内部メモリ27は、画像処理部22で処理中の画像データなどが一時的に書き込まれる。また、VRAM28には、LCD8に表示すべき画像データが書き込まれる。D/A変換器31は、所定の周期でVRAM28上の画像データを読み出すことにより、画像データに基づいた画像をLCD8に表示する。撮影モード下では、イメージセンサ12による露光が繰り返され、その画像データが画像処理を施されてから次々にVRAM28に書き込まれることにより、スルー画像がLCD8に表示される。また、再生モード下では、メモリカード9から読み出されてデータ伸張された画像データがVRAM28に書き込まれることにより、メモリカード9に記録されている撮影済みの画像が表示される。
ストロボ装置32は、ストロボ発光部5の内部に組み込まれたストロボ放電管やそれを発光させるための回路から構成されており、システム制御回路10の制御下でストロボ光を出力する。
補助光照射部6は、光源としてのLED33,このLED33を駆動する駆動回路34から構成してある。この補助光照射部6は、システム制御部10に制御されており、被写体輝度が一定レベルより低い場合に、駆動回路34によってLED33が一定の明るさで点灯され、その光がAF補助光として照射窓6aから被写体に向けて照射される。なお、補助光照射部6によるAF補助光の照射エリアは、AF評価値を生成するための検出領域をカバーするように決められている。また、AF補助光を照射するか否かの判断基準となる被写体輝度の一定レベルは、例えば被写体像のコントラストを十分な精度で検出できるか、正確に合焦位置を検出できるかどうかを基準に決定すればよく、ストロボ光等の補助光を照射しない通常撮影で適正な露光量が得られる輝度レベルであるどうかの基準と同じにする必要はない。
レリーズボタン7の半押しに応答して行われる静止画用AE処理は、レリーズボタン7の全押しに応答して静止画を撮影する際に用いる露出値、すなわちイメージセンサ12の電子シャッタ機能のシャッタ速度、絞り機構14の絞り値の組み合せを決定するための処理である。この静止画用AE処理では、イメージセンサ12のダイナミックレンジが狭いことを考慮して、種々想定される撮影シーンの明るさ範囲を、イメージセンサ12によって測定可能な範囲の複数の測定範囲に分割して測定する。この測定のために、システム制御部10の制御により、測定範囲ごとに測定範囲に対応したシャッタ速度、絞り値の組み合せの下でイメージセンサ12による露光を行う。
AF用AE処理は、AF補助光を照射した状態でAF処理を行うために、イメージセンサ12の電子シャッタ機能のシャッタ速度、絞り機構14の絞り値の組み合せを決定する処理である。このAF用AE処理は、静止画用AE処理で測定した被写体輝度が一定レベルよりも低いとシステム制御部10によって判断された場合に実行される。
AF用AE処理は、AF補助光を被写体に向けて照射した状態でイメージセンサ12が露光したときに得られる画像データに基づいて、AE検出部25によって被写体輝度を検出し、その被写体輝度に基づいてシステム制御部10がシャッタ速度、絞り値を決定する。このAF用AE処理におけるイメージセンサ12の露光時には、AF補助光を照射することによって測定すべき被写体輝度が増大することが予想されることを考慮し、静止画用AE処理で求めた露出値をプラス側にシフトした露出値を用いて露光を行う。
図3に示すように、静止画用AE処理によって求められた露出値をEV1とした場合、この設定された露出値EV1を挟んでイメージセンサ12の性能等から決まる一定の測定可能範囲の被写体輝度が測定可能となる。AF用AE処理では、AF補助光の照射により、測定すべき被写体輝度が上昇することが予想されるため、静止画用AE処理によって決めた露出値EV1よりもプラス側にΔEVだけシフトした露出値EV2を用いて露光を行う。これにより、AF用AE処理での被写体輝度の測定可能範囲をΔEVだけプラス側にシフトさせ、AF補助光の照射に対応できるようにする。すなわち、AF補助光の照射により、AF補助光を照射した状態で被写体輝度を測定する際に、過度の露出オーバとなって被写体輝度が測定できなくならないようにしている。
シフト量ΔEVは、AF補助光の光量に関連づけて決定される。例えば、AF補助光が有効に照射されかつ通常想定される撮影距離の被写体にAF補助光を照射した場合の輝度増加分だけ露出値をプラス側にシフトするように決定するのもよい。また、撮影レンズや撮影モードに応じてピント位置が合致する撮影距離の範囲が決まっているから、その撮影距離の範囲内の最短撮影距離の被写体にAF補助光を照射したときに、その被写体の輝度が測定可能範囲内に入るようにシフト量ΔEVを決めておくことも好ましい。なお、撮影距離が遠くなるほど被写体輝度の増加が少なくなり、ある程度の距離になれば被写体輝度がほとんど増加しないことになる。このため、イメージセンサ12のダイナミックレンジを考慮して、露出値EV2としたときに、静止画用AE処理で測定した被写体輝度(EV1)が測定可能範囲内となるようにシフト量ΔEVを決定するのが好ましい。
AF処理では、AF補助光を照射しない場合には静止画AE処理で決定された露出値を用いて、またAF補助光を照射する場合にはAF用AE処理で決定された露出値を用いてイメージセンサ12の露光を各ピント位置で行い、得られるAF評価値を参照してコントラストの増減を判断し、最もコントラストの高い位置にする。なお、この例では、いわゆる山登り方式でピントが合致する位置を検出するが、イメージセンサ12からの画像信号に基づいた他の方式でピントが合致する位置を検出してもよい。
絞り機構14を駆動する場合に、これを所定の絞り値とするまでにタイムロスが生じる。このため、AF用AE処理とAF処理とで同じ絞り値を用いるようにし、AF用AE処理からAF処理に移行する際のタイムロスをなくしている。また、レリーズボタン7の全押しに応答して行われる静止画の撮影に用いる絞り値、すなわち静止画用AE処理で決定される絞り値をAF処理を用いることで、AF処理から静止画の撮影に移行する際に絞り機構14を駆動することによるタイムロスをなくしている。なお、このようにすることにより、AF用AE処理に用いられる絞り値にいついても、静止画用AE処理で決定されて静止画の撮影に用いられるものと同一のものが用いられる。
具体的には、絞り機構14を静止画用AE処理で決定された絞り値に駆動したのち、AF用AE処理では、シャッタ速度をシフト量ΔEVだけ高速側にシフトして露光を行い、AF用AE処理で決定される露出値に対してもシャッタ速度を変化させることにより対応する。
図4に一例を示すように、静止画用AE処理で求められた露出値EV1に対して、所定のプログラム線PLによりシャッタ速度TV1、絞り値AV1が決定された場合、AF用AE処理では、露出値をシフト量ΔEV増加させる際に、絞り値AV1を固定したまま、シャッタ速度を高速側にシフト量ΔEVでシフトしたシャッタ速度TV2(=TV1+ΔEV)とする。また、AF用AE処理において測定された被写体輝度に対する適正な露出値をEV3とすれば、AF処理では、絞り値AV1の下で露出値EV3となるシャッタ速度TV3(=EV3―AV1)を用いる。
また、この例ではAF処理を高速化するために、静止画AE処理またはAF用AE処理で決定されたシャッタ速度に応じて、AF処理の際のイメージセンサ12のフレームレートを切り換える。AF処理用のフレームレートには、異なる例えば3種類のフレームレートが用意されており、設定されるシャッタ速度でイメージセンサ12を駆動することができる最もレートの高いフレームレートをシステム制御部10が選択し、その選択したフレームレートでイメージセンサ12を駆動するようにタイミングジェネレータ16にパラメータを設定する。これにより、AF処理中のフレーム期間の長さを短くしてピント合せに必要な時間を短縮させている。
なお、この例におけるAF処理ではイメージセンサ12に電子シャッタパルスを入力している期間に撮影レンズ4のピント位置の移動を行って同一のフレーム期間中に撮影レンズ4のピント位置の移動と露光とを行うようにしているから、その撮影レンズ4のピント位置の移動に要する時間も考慮してフレームレートが選択される。また、絞り値を固定したままシャッタ速度を変えるようにしているが、撮影感度が可変の場合には、シャッタ速度の他に撮影感度を変化させてもよい。また、AF用AE処理で決定しAF処理で用いる露出値EV3は、AF処理において良好に合焦位置を検出できる値として決定することができる。
次に上記構成の作用について、図5のフローチャートと、図6,図7のタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図6は、AF補助光を照射しない場合のタイミングチャートを示しており、図7はAF補助光を照射する場合のタイミングチャートを示している。
レリーズボタン7を半押しとすると、これ応答して静止画用AE処理が開始される。レリーズボタン7が半押しとされた直後のフレーム期間を1番目とすると、例えばこの1番目のフレーム期間中に、静止画用AE処理の第1回の測光のためのシャッタ速度を含むパラメータがシステム制御部10によってタイミングジェネレータ16に設定される。
そして、2番目のフレーム期間となると、その期間開始時から電子シャッタパルスの入力されている間に、システム制御部10により絞り機構14が駆動されて、第1回の測光のための絞り値とされ、この後に電子シャッタパルスの入力が停止されて、イメージセンサ12による露光E01が行われる。この露光E01のシャッタ速度は、1番目のフレーム期間中にタイミングジェネレータ16に設定されたパラメータに基づくものとなっている。
露光E01の完了後、3番目のフレーム期間となると、露光E01によってイメージセンサ12に蓄積された各電荷の転送が開始されて画像信号が出力される。この画像信号は、アナログ信号処理回路17,A/D変換器18を介して画像データに変換されてから、画像入力コントローラ19を介してAE検出部25に送られる。
また、露光E01が行われている2番目のフレーム期間には、露出値を第1回の測光よりも小さくした第2回の測光のためのシャッタ速度を含むパラメータがタイミングジェネレータ16に設定され、3番目のフレーム期間となると、絞り機構14が第2回の測光のための絞り値とされてから、イメージセンサ12による露光E02が行われる。そして、4番目のフレーム期間に露光E02による画像信号が出力され、その画像データがAE検出部25に送られる。
同様にして、露光E02が行われている3番目のフレーム期間に、第3回の測光のためのシャッタ速度が設定され、4番目のフレーム期間に絞り機構14が第3回の測光のための絞り値とされてから、露光E03が行われる。そして、5番目のフレーム期間に露光E03の画像データがAE検出部25に送られる。
第3回の測光は、最も絞り値が小さくされており、スメアの影響を受けやすいため、第3回の測光の後に絞りを変えずにスメア検出を行う。4番目のフレーム期間中にタイミングジェネレータ16に対してスメア検出のための設定が行われ、5番目のフレーム期間中に露光E04が行われる。この露光E04は、露光E03と同じシャッタ速度で電荷蓄積を行うが、その蓄積した電荷をイメージセンサ12の垂直転送路に移動させずに、6番目のフレーム期間中に、垂直,水平転送路内での電荷が転送させるように駆動を行う。これにより、被写体像の成分を含まないスメア成分だけの画像データをAE検出部25に取り込む。
上記のようにして、スメア成分の画像データの入力が完了すると、7番目のフレーム期間では、AE検出回路25によってスメア成分の画像データに基づいて露光E03の画像データからスメア成分を除去する補正が行われる。そして、この補正された画像データと、第1,第2回の各測光で得られる画像データを用いて、検出領域の被写体輝度がAE検出部25によって求められ、この被写体輝度がシステム制御部10に送られる。
被写体輝度がシステム制御部10に入力されると、この被写体輝度から静止画を撮影するための露出値EV1が求められ、この露出値EV1が所定のプログラム線に基づいてシャッタ速度TV1と絞り値AV1との組み合せに変換される。さらに、被写体輝度からAF補助光の発光の要否がシステム制御部10によって判定される。
例えば、被写体輝度が一定レベル以上の場合には、AF補助光が不要と判定される。そして、この場合には、図6に示されるように、静止画用AE処理に続いてAF処理が開始される。8番目のフレーム期間となってAF処理が開始されると、まずこの8番目のフレーム期間に、静止画用AE処理で決定された絞り値AV1となるように絞り機構14が駆動されるとともに、そのシャッタ速度TV1を含むパラメータがタイミングジェネレータ16に設定される。また、この8番目のフレーム期間と続く9番目のフレーム期間に、フォーカス機構13が合焦位置を検出する動作の初期位置に駆動される。
初期位置への駆動が完了して10番目のフレーム期間になると、合焦位置を検出するための1回目の露光E11が行われ、11番目のフレーム期間にその露光E11の結果が画像信号として出力され、12番目のフレーム期間中にはその露光のAF評価値がAF検出部24によって求められシステム制御部10に送られる。
また、11番目のフレーム期間では、イメージセンサ12に電子シャッタパルスが入力されている間に、フォーカス機構13が次のピント位置に駆動され、その駆動後に2回目の露光E12が行われる。そして、露光E12の画像信号が12番目のフレーム期間中に出力されて13番目のフレーム期間中にAF評価値がAF検出部24によって求められシステム制御部10に送られる。以降、同様にして、フォーカス機構13を駆動しながら、露光を順次に行いAF評価値が最大となる合焦位置を検出する。そして、合焦位置が検出されると、フォーカス機構13をその合焦位置とするように駆動してから、静止画撮影処理が開始されレリーズボタンが全押しとされるのを待つ待機状態となる。
待機状態中にレリーズボタン7が全押しとされると、タイミングジェネレータ16に、静止画用AE処理で決定されたシャッタ速度TV1を含む静止画を撮影するためのパラメータが設定され、その設定後のフレーム期間で、絞り値AV1,シャッタ速度TV1で静止画のための露光が行われる。この露光で得られる画像データが画像処理部22による画像処理、圧縮伸張部23によるデータ圧縮を経てメディアコントローラ26に送られてメモリカード9に記録される。
一方、被写体輝度が一定レベルよりも低い場合には、システム制御部10によってAF補助光が必要と判定される。この場合には、図7に示されるように、8番目のフレーム期間となってAF用AE処理が開始されると、静止画用AE処理で決定された絞り値AV1となるように絞り機構14が駆動されるとともに、AF補助光を照射にともなう被写体輝度の増大に対応できるようにするために、静止画用AE処理で決定されたシャッタ速度TV1をシフト量ΔEVだけ増加させたシャッタ速度TV2を含むパラメータがタイミングジェネレータ16に設定される。また、LED33が点灯されてAF補助光の照射が開始される。
なお、上記のようにしてシャッタ速度をシフト量ΔEVで補正した結果、そのシャッタ速度TV2がイメージセンサ12の最も高速なシャッタ速度TVmaxを超える場合には、AF補助光を用いなくてもある程度の明るさがあるものとして、シャッタ速度の補正をキャンセルしAF補助光を照射しない場合と同じ処理を行う。
9番目のフレーム期間になると、上記のように設定された絞り値AV1,シャッタ速度TV2によってAF用AE処理における露光E21行われ、10番目のフレーム期間にその露光E21の結果が画像信号として出力される。そして、11番目のフレーム期間中には、その露光E21の画像データからAE検出部25によって被写体輝度が求められ、その被写体輝度がシステム制御部10に送られる。これにより、AF補助光を照射しながらAF処理を行う際の検出領域の被写体輝度に対して適切な露出値EV3が求められ、さらにこの露出値EV3と、絞り値AV1とからAF処理で用いるシャッタ速度TV3がシステム制御部10によって求められる。
このように、AF補助光を照射しない状態、すなわち直前に行われた静止画AE処理の露出値EV1をシフト量ΔEVで増加させた露出値EV2を用いてAF補助光を照射した状態での被写体輝度を測定しているため、1回の測定で被写体輝度を精度良く測定することができ、露出値を変えながら複数回の露光を行うよりも高速に被写体輝度の測定を行うことができる。また、露出オーバによる測定ミスも防止できる。
12番目のフレーム期間となってAF処理が開始されると、AF処理用のシャッタ速度TV3を含むパラメータがタイミングジェネレータ16に設定される。このときに、フレームレートのパラメータとしては、シャッタ速度TV3でイメージセンサ12を駆動することができる最もレートの高いフレームレートのものが設定される。また、この12番目のフレーム期間と続く13番目のフレーム期間に、フォーカス機構13が合焦位置を検出する動作の初期位置に駆動される。以降、13番目のフレーム期間からの動作はAF補助光を照射しない場合のAF処理と同様な手順により、フォーカス機構13を駆動しながら、露光を順次に行いAF評価値が最大となる合焦位置が検出され、その合焦位置とするように駆動される。このときに、AF用AE処理で決定した露出値でイメージセンサ12の露光を行うため、良好な状態で合焦位置を検出することができる。
LED33を消灯してから、静止画撮影処理の待機状態となり、この待機状態中にレリーズボタン7が全押しとされると、タイミングジェネレータ16に、静止画を撮影するためのパラメータが設定され、絞り値AV1,シャッタ速度TV1で静止画のための露光が行われる。このときに、絞り機構14を駆動する必要がないので小さいタイムラグで静止画のための露光を開始することができる。そして、この露光で得られる画像データに画像処理、データ圧縮を施したものがメモリカード9に記録される。
図8は、マクロ撮影を行う場合と、通常撮影を行う場合とで、AF用AE処理の際の露出値のシフト量を変えるようにした例を示すものである。なお、以下に詳細を説明する他は、上記実施形態と同様であり、実質的に同一の構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
デジタルカメラ2は、撮影距離が数m〜無限遠に適した通常撮影モードと、被写体に近接した撮影距離、例えば数十cm前後の被写体の撮影に適したマクロ撮影モードとを操作部11の操作で選択できるようにしてある。
図8に示されるように、通常撮影モード下でのAF用AE処理では、この通常撮影モード下においてAF補助光が有効に照射されかつ通常想定される撮影距離の被写体にAF補助光を照射した場合の輝度増加分だけ露出値をプラス側にシフトするように決定されたΔEVaを用いて、露出値をプラス側にシフトする。一方、マクロ撮影モード下でのAF用AE処理では、撮影距離が近いため、AF補助光を照射した場合には通常撮影モードよりも被写体輝度が大きく増大すること予想されるためシフト量ΔEVaよりも大きなシフト量ΔEVbを用いて露出値をプラス側にシフトする。シフト量ΔEVbは、例えばマクロ撮影モードで通常想定される撮影距離とAF補助光の光量に基づいて決定してもよく、それぞれの撮影モードの最短撮影距離の被写体にAF補助光を照射したときに、その被写体の輝度が測定可能範囲内に入るようにシフト量ΔEVを決めておくことも好ましい。
なお、この例ではマクロ撮影と通常撮影とで露出値のシフト量を切り換えているが、これに限らず他の撮影距離の範囲が異なるモードごとにシフト量を切り換えるようにすることができる。
図9は、シャッタ速度をシフト量ΔEVで補正した結果、そのシャッタ速度TV2がイメージセンサ12の最も高速なシャッタ速度TVmaxを超える場合に、シャッタ速度TV2がシャッタ速度TVmax以下となるように絞り機構14を絞り込み、AF用AE処理,AF処理を実施するようにした例を示すものである。これによれば、絞りを駆動するための時間が必要になるものの補助光AFを照射して好ましい状態で精度の高いAF処理を行うことができる。なお、シャッタ速度が最も高速なシャッタ速度TVmaxを超える場合の他にも、動作可能なシャッタ速度の範囲外となる場合にも絞りを駆動して、動作可能なシャッタ速度の範囲内とするようにしてもよい。また、絞り値に変えて撮影感度を変えるようにしてもよい。
上記各実施形態では、撮影装置としてデジタルカメラについて説明したが、イメージセンサからの画像信号に基づいて合焦位置の検出、被写体輝度の検出を行う各種の撮影装置及びその制御方法に本発明を利用することができる。
本発明を実施したデジタルカメラの外観を示す斜視図である。 デジタルカメラの構成を示すブロック図である。 静止画用AE処理で決定される露出値とAF用AE処理で用いられる露出値の関係を示すグラフである。 静止画用AEで決定される絞り値,シャッタ速度と、AF用AE処理,AF処理で用いられる絞り値,シャッタ速度との関係の一例を示すグラフである。 レリーズボタンの操作に応答して行われる撮影の手順を示すフローチャートである。 AF補助光を照射しない場合におけるレリーズ半押し時の各部の動作を示すタイミングチャートである。 AF補助光を照射する場合におけるレリーズ半押し時の各部の動作を示すタイミングチャートである。 通常撮影モードとマクロ撮影モードとでシフト量を切り換える例における撮影の手順を示すフローチャートである。 AF用AE処理の際に絞りの駆動を許容した例における撮影の手順を示すフローチャートである。
符号の説明
2 デジタルカメラ
6 補助光照射部
10 システム制御部
12 イメージセンサ
13フォーカス機構
14 絞り機構
12 イメージセンサ
24 AF検出部
25 AE検出部

Claims (14)

  1. 撮影レンズからの被写体光を受光して被写体像を電気的な画像信号に変換して出力するイメージセンサと、レリーズボタンの操作に応答して、イメージセンサからの画像信号に基づいて合焦位置を検出するオートフォーカス処理を行うピント制御手段と、オートフォーカス処理の際に照明光を被写体に向けて照射する照明光照射手段とを備えた撮影装置において、
    照明光を照射しない状態でのイメージセンサの露光から得られる画像信号に基づいて被写体輝度を検出する第1の輝度検出を行うとともに、第1の輝度検出後に、照明光を照射した状態でのイメージセンサの露光から得られる画像信号に基づいて被写体輝度を検出する第2の輝度検出を行う輝度検出手段と、
    第1の輝度検出に基づいて決定した第1の露出値を用いて第2の露出値を決定し、この第2の露出値を用いて第2の輝度検出のための露光を前記イメージセンサに行わせ、第2の輝度検出で検出された被写体輝度に基づいてオートフォーカス処理の際の第3の露出値を決定する露出制御手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。
  2. 前記露出制御手段は、前記照明光照射手段から照射される照明光の光量に基づいたシフト量で第1の露出値をプラス側にシフトして第2の露出値を決定することを特徴とする請求項1記載の撮影装置。
  3. 通常撮影距離の被写体を撮影する通常撮影モードと、この通常撮影距離よりも距離が短く近接した被写体を撮影するマクロ撮影モードとを有し、前記露出制御手段は、通常撮影モードが選択されているときには、通常撮影モードに対応して予め決められたシフト量を用いて第2の露出値を決定し、マクロ撮影モードが選択されているときには、通常撮影モードのシフト量よりも大きい値としてマクロ撮影モードに対応して予め決められシフト量を用いて第2の露出値を決定することを特徴とする請求項2項に記載の撮影装置。
  4. 前記露出制御手段は、前記照明光照射手段からの照明光を照射したときに、予め決められた最短撮影距離の被写体の輝度が測定可能範囲内となるように決められたシフト量を用いて第2の露出値を決定することを特徴とする請求項2または3記載の撮影装置。
  5. 前記第1の輝度検出は、静止画の撮影の際の露出値を決定するために行われる被写体輝度の検出であり、前記輝度検出手段は、レリーズボタンの操作に応答して、第1の輝度検出を行うことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の撮影装置。
  6. 前記イメージセンサに入射する光量を調節する絞り手段を備えるとともに、前記イメージセンサは、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有し、前記露出制御手段は、第2の輝度検出に用いる前記絞り手段による絞り値とオートフォーカス処理の際に用いる絞り値とを同一とし、この絞り値の下で第2の露出値及び第3の露出値となるように前記電子シャッタ機能のシャッタ速度を決定することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の撮影装置。
  7. 前記イメージセンサに入射する光量を調節する絞り手段を備えるとともに、前記イメージセンサは、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有し、前記露出制御手段は、前記オートフォーカス処理の後に行われる静止画の撮影のために用いる前記絞り手段による絞り値と、前記第2の輝度検出に用いる絞り値と、前記オートフォーカス処理に用いる絞り値とを同一とし、前記電子シャッタ機能のシャッタ速度によって露出値を調節することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の撮影装置。
  8. 前記露出制御手段は、前記第2の輝度検出及び前記オートフォーカス処理に用いるべき前記電子シャッタ機能のシャッタ速度が所定の速度よりも高速となる場合には、前記照明光照射手段による照明光を照射しない状態にし、前記輝度検出手段によって第1の輝度検出を行った直後に第1の露出値の下で前記オートフォーカス処理を行うことを特徴とする請求項6または7記載の撮影装置。
  9. 前記露出制御手段は、前記第2の輝度検出及び前記オートフォーカス処理に用いるべき前記電子シャッタ機能のシャッタ速度が所定の速度範囲外となる場合には、前記絞り手段を駆動して絞り値を変化させて、シャッタ速度を所定の速度範囲内とすることを特徴とする請求項6または7記載の撮影装置。
  10. 前記オートフォーカス処理の際には、第3の露出値に応じて決定された前記電子シャッタ機能のシャッタ速度で作動させることができるフレームレートのうち最もレートの高いフレームレートを選択して前記イメージセンサを駆動させるフレームレート変更手段を備えたことを特徴とする請求項6ないし9のいずれか1項に記載の撮影装置。
  11. 前記照明光照射手段は、被写体輝度が一定レベルよりも低い場合に照明光を照射するようにされ、照明光を照射しない場合には、前記輝度検出手段によって第1の輝度検出を行った直後に第1の露出値の下で前記オートフォーカス処理を行うことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の撮影装置。
  12. 前記輝度検出手段は、前記第1の輝度検出の際に、異なる複数の露出値を用いて前記イメージセンサによる露光を行うことによって、測定すべき被写体輝度の範囲を複数の輝度範囲に分割して検出することを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の撮影装置。
  13. 撮影レンズからの被写体光をイメージセンサで受光して得られる画像信号に基づいて、被写体の輝度を測定するとともに撮影レンズの合焦位置を検出するオートフォーカス処理を行い、このオートフォーカス処理の際に被写体に照明光を照射する照明光照射手段を備えた撮影装置の制御方法において、
    照明光を照射する前に測定された被写体輝度に基づいて決定された第1の露出値を用いて第2の露出値を決定し、照明光を照射した状態で前記第2の露出値を用いて、照明光を照射した状態でオートフォーカス処理の際の第3の露出値を決定するための被写体輝度を測定する露光をイメージセンサで行うことを特徴とする撮影装置の制御方法。
  14. 前記照明光の光量に基づいたシフト量で第1の露出値をプラス側にシフトして第2の露出値を決定することを特徴とする請求項13記載の撮影装置の制御方法。
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