JP2008160218A - 撮像装置及びその制御方法及びプログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置において、露出制御の精度を高精度に保ちつつ、露出制御の応答特性を改善する。
【解決手段】被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子１０３と、撮像素子からの画像信号の出力間隔を制御する出力間隔制御部１１２と、画像信号から被写体の明るさの情報を検出する第１の検出部１１１と、被写体からの光を直接受光して、被写体の明るさの情報を検出する第２の検出部１１４と、出力間隔制御部により制御された画像信号の出力間隔に基づいて、第１の検出部の検出信号と第２の検出部の検出信号とを使い分けて撮像素子の露出を制御する制御部１１０と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置における露出制御技術に関するものである。

従来、電子カメラやビデオカムコーダーなどの撮像装置においては、撮像した画像の輝度レベルに基づいて光学絞りやシャッター速度、画像の利得などの露出パラメータを制御し、露出制御を行うものが一般的になっている。この方式によれば、実際の撮像画像に対して輝度レベルを決定できるため、露出制御の精度が高くできるばかりでなく、画像の領域によって重み付けを変えたり、正確な部分測光が可能になるなどの利点がある。

また、他の測光方式として銀塩フィルムを用いたカメラや一眼レフ方式の電子カメラなどでは、独立した測光専用のセンサを備え、測光センサの出力によって露出を決定する構成を備えている。

一方で、これら２種類の測光方式の利点を共用すべく、特公平５−４９１５１号公報（特許文献１）では、両方の構成を兼ね備えた測光方式が提案されている。特許文献１によれば、外部測光装置で測光し、適正露光量となるように絞り値を決定し、この絞り値が適正値であると仮定したときに適正露光量となる露出時間だけ電子シャッターで露光する。そして、その露出量を検出し、外部測光装置による測光誤差、絞り誤差及び適正露出量の誤差を考慮して適性露光時間を決定し、絞り値を変えずに撮影のための露光を行う。そのため、露出時間を何回も補正する必要がなく、高精度の露出制御を短時間で行うことができる。

さらに、特開２００１−３６８０６号公報（特許文献２）には、静止画撮影時にプリ露光をできるだけ短時間で行なう目的で、同様の提案がなされている。特許文献２によれば、外部の測光値に基づいて得られた第１のシャッタースピードが基準値よりも遅いとき、第１のシャッタースピードよりも早い第２のシャッタースピードが設定され、第２のシャッタースピードを用いてプリ露光を行うように構成されている。これにより、プリ露光の実施に要する時間を短縮することができ、本露光を開始するまでのタイムラグを小さくすることができる。
特公平５−４９１５１号公報（第５頁、第２図） 特開２００１−３６８０６号公報（第５頁、図２）

しかしながら、上記の従来の撮像装置では以下のような問題点があった。

まず、撮像した画像の輝度レベルに基づいて露出制御を行う構成では、シャッター速度が十分に速く撮像信号の出力周期が短期間の場合は問題ない。しかし、電荷蓄積時間が長いスローシャッターでの撮影では、撮像信号の出力周期が長くなり、輝度レベルに基づいた露出の検出期間が長くなることにより露出制御の応答性が悪くなる。即ち、輝度変化が激しい場合には画像の露出が安定するまでに時間がかかるだけではなく、動画の撮影では、撮像信号の出力周期によっては露出が安定せずに過露光と露光不足を繰り返してしまう場合があった。

また、独立した測光専用のセンサを備え、測光センサの出力によって露出を決定する構成では、実際の撮影画像に対して輝度レベルを決定できないために露出制御の精度が低くなる場合があった。また、画像の領域によって重み付けを変えたり正確な部分測光を行うことが困難であり、特に、ズームレンズを用いた場合などでは焦点距離によって測光範囲が変わってしまうなどの問題点があった。

さらに、両方の構成を兼ね備えた測光方式においても、従来提案されている構成は静止画のみに効果があるもので、動画の撮影に際しては効果を得ることが困難であった。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像装置において、露出制御の精度を高精度に保ちつつ、露出制御の応答特性を改善することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段からの前記画像信号の出力間隔を制御する出力間隔制御手段と、前記画像信号から被写体の明るさの情報を検出する第１の検出手段と、前記被写体からの光を直接受光して、前記被写体の明るさの情報を検出する第２の検出手段と、前記出力間隔制御手段により制御された前記画像信号の出力間隔に基づいて、前記第１の検出手段の検出信号と前記第２の検出手段の検出信号とを使い分けて前記撮像手段の露出を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。

また、本発明に係わる撮像装置の制御方法は、被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像手段を備える撮像装置を制御する方法であって、前記撮像手段からの前記画像信号の出力間隔を制御する出力間隔制御工程と、前記画像信号から被写体の明るさの情報を検出する第１の検出工程と、前記被写体からの光を直接受光して、前記被写体の明るさの情報を検出する第２の検出工程と、前記出力間隔制御工程において制御された前記画像信号の出力間隔に基づいて、前記第１の検出工程における検出信号と前記第２の検出工程における検出信号とを使い分けて前記撮像手段の露出を制御する制御工程と、を具備することを特徴とする。

また、本発明に係わるプログラムは、上記の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、本発明に係わる記憶媒体は、上記のプログラムを記憶したことを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置において、露出制御の精度を高精度に保ちつつ、露出制御の応答特性を改善することが可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係わる電子カメラの撮像系のブロック構成を示す図である。

図１において、１０１は被写体象を結像させるレンズ、１０２は露光量調節を行う光学絞り、１０３は被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子である。また、１０４は撮像素子の出力をサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行うアナログフロントエンド（ＡＦＥ）、１０５は利得を変更するゲインアンプである。また、１０６は輝度成分と色成分を分離するＹ／Ｃ分離回路、１０７は色信号処理部、１０８は輝度信号処理部、１０９は輝度信号と色信号から色差信号を生成する色差マトリクス回路である。また、１１０はシャッター速度、光学絞り値、ゲインなどの露出制御パラメータを制御する露出制御部、１１１は撮像信号から被写体の明るさ（露出状態）を検出する第１の露出検出部である。また、１１２は撮像素子１０３の電荷蓄積期間を制御してシャッター速度を変更する出力間隔制御部である。さらに、１１３は被写体からの光を直接受光して被写体の明るさを検出する外部測光素子、１１４は外部測光素子１１３の出力から露出を決定する第２の露出検出部である。

レンズ１０１に入射した光は光学絞り１０２で適正な光量に調整され、撮像素子１０３で光電変換される。撮像素子１０３で光電変換された画像信号はアナログフロントエンド１０４でサンプリングおよびＡ／Ｄ変換され、ゲインアンプ１０５で適切なレベルに変換された後、Ｙ／Ｃ分離回路１０６で輝度信号と色信号に分離される。Ｙ／Ｃ分離回路１０６で分離された色信号は、色信号処理部１０７でホワイトバランス制御などの色系の信号処理が施され、色差マトリクス回路１０９へ入力される。

一方、Ｙ／Ｃ分離回路１０６で分離された輝度信号は、輝度信号処理部１０８にて輪郭強調やγ処理などの処理を施された後に色差マトリクス回路１０９へ入力され、色差信号と輝度信号となって出力される。

図中には表現しないが、色信号処理部１０７は、ホワイトバランス回路、色ガンマ回路、色相彩度補正回路などで構成されている。そして、ホワイトバランス回路で被写体に応じたホワイトバランス制御がなされた色信号は色ガンマ回路にてガンマ変換され、色相彩度補正回路で色相や彩度などの補正がなされた後出力される。

また、輝度信号処理部１０８は、輝度信号処理回路、輪郭強調回路、輝度ガンマ回路などで構成されている。そして、輝度信号は、輝度信号処理回路で所定の処理を施された後、輪郭強調回路で輪郭強調信号が加算され、輝度ガンマ回路でガンマ変換された後出力される。

色差マトリクス回路１０９で生成された画像信号は記録媒体や外部端子へ出力されると同時にモニタリング用の表示部などにも出力される。

露出制御部１１０はシャッター速度、光学絞り、ゲインを変更することで自動的に露出制御を行う。シャッター速度の制御は、動画撮影では撮像素子１０３の蓄積時間を電気的に変更することにより行われる。また、静止画撮影では絞り１０２が露光時間を調節するシャッターの役割も備え、撮像素子が電荷を蓄積し始めた後に絞り１０２を閉じることによって露光時間が決定される。また、撮影状態に応じてゲインアンプ１０５の利得を変更することで映像レベルの制御を行う。

また、出力間隔制御部１１２は露出制御部１１０からの情報により撮像素子１０３に蓄積される電荷の蓄積期間を制御する。たとえば、ＮＴＳＣ方式のビデオ信号を撮影する機器の場合、通常は１／６０秒毎に電荷を蓄積してフィールド画像信号を出力するので、撮像装置から出力される画像信号は毎秒６０フィールドとなる。しかし、これよりも長時間の蓄積を行う場合には１／３０秒間の蓄積を行い、１／３０秒の間隔でフィールド若しくはフレーム画像信号を出力する。この際、ＡＦＥ１０４以降の信号処理も１／３０秒の間隔で動作し、撮像装置から出力される画像信号は毎秒３０フレームとなり、フレームレートが遅くなる。

第１の露出検出部１１１はＹ／Ｃ分離回路１０６で分離された輝度信号から輝度レベルを検出し、露光量の状態を出力する。輝度レベルの検出においては、画像の中央部に対して重みをおいた中央部重点平均測光、画像の一部分のみを検出するスポット測光、画像を複数に分割し位置や輝度の状態から全体を評価する評価測光などの種類がある。即ち、被写体の種類や照明状態に応じて最適な測光ができるような様々な構成が提案されている。これらは画像から露出状態を検出できる方式のメリットであり、また、実際の画像信号を評価して露出制御にフィードバックをかけられることから露出制御の精度としても非常に優秀な方式である。ただし、上述のように毎秒３０フレームのフレームレートで動作する場合、画像の更新周期が通常の場合の１／２となるために露出制御の応答性も１／２となってしまう欠点がある。

外部測光素子１１３は撮像レンズの外部に設けられ、被写体の照度を直接測光することができる素子である。外部測光素子１１３の出力信号は第２の露出検出部１１４で露出情報として加工され、出力される。なお、本実施形態では、第２の露出検出部１１４によって行われる露出制御は、第１の露出検出部によって行われる露出制御よりも精度を落としたものとする。しかし、必ずしも精度を低くしなければならないわけではない。外部測光素子１１３および第２の露出検出部１１４は上述の撮像素子１０３とは独立して動作し、撮像素子１０３の画像出力周期よりも短い間隔で動作することが可能である。

露出制御部１１０には第１の露出検出部１１１および第２の露出検出部１１４の２種類の露出制御信号が入力され、これらをもとに上述の露出制御を行う。第１の露出検出部１１１および第２の露出検出部１１４の２種類の露出制御信号をどのように使い分けるかを以下に述べる。

図２は、本実施形態の電子カメラの露出制御処理の流れを示すフローチャートであり、図１の露出制御部１１０の露出制御処理を説明する図である。

図２において、ステップＳ２０１は露出制御開始処理、ステップＳ２０２は露出検出のタイミング待ち処理、ステップＳ２０３は出力周期判定処理、ステップＳ２０４は第１の露出検出処理、ステップＳ２０５は第２の露出検出処理である。また、ステップＳ２０６は露光量判定処理、ステップＳ２０７は露光量減少制御処理、ステップＳ２０８は露光量増加制御処理、ステップＳ２０９は露出制御処理である。

また、図３は、本実施形態の電子カメラの動画撮影の撮像期間を示すタイミングチャートである。

図３において、３０１はＮＴＳＣ信号の垂直同期信号のタイミングであり、１／６０秒周期で画像信号が更新される。３０２は１／６０秒周期で撮像素子への蓄積が行われ同じ周期で画像信号が出力される状態を示した毎秒６０フィールド出力時のタイミングである。３０３は毎秒６０フィールド出力時の第１の露出検出の検出周期を示し、３０４は毎秒６０フィールド出力時の第２の露出検出の検出周期を示す。一方、３０５は１／３０秒周期で撮像素子への蓄積が行われ同じ周期で画像信号が出力される状態を示した毎秒３０フレーム（又はフィールド）出力時のタイミングである。３０６は毎秒３０フレーム（又はフィールド）出力時の第１の露出検出の検出周期を示し、３０７は毎秒３０フレーム（又はフィールド）出力時の第２の露出検出の検出周期を示す。なお、以下では、毎秒３０フレーム又は３０フィールド出力される動作を、まとめて毎秒３０フレーム出力と呼ぶ。

以下、図２のフローに沿ってＮＴＳＣ規格の動画撮影時の露出制御処理について説明する。

電子カメラにおいて撮影動作が開始されると露出制御開始処理（ステップＳ２０１）からフローが開始される。タイミング待ち処理（ステップＳ２０２）は、ＮＴＳＣ信号の垂直同期信号３０１の間隔毎に露出制御を行うために垂直同期信号を待つ処理である。

信号出力周期が１／６０秒の場合には、図３の３０２のような信号出力となり、画像をもとに測光を行う第１の露出検出では３０３のように垂直同期信号のタイミングに合わせて検出を行うことができる。従って、この１／６０秒の周期を露出制御の基本周期とし、露出制御の応答性もこの周期に合わせて最適化されている。

出力周期判定処理（ステップＳ２０３）では、信号出力周期が１／６０秒か或いは１／６０秒よりも長いかを判定する。上述のように信号出力周期が１／６０秒の場合には露出制御の基本周期なので露出制御の応答性は問題がなく、この際には第２の露出検出３０４も同様の周期で検出が行われる。しかし、検出精度において第１の露出検出の方が勝るために、第１の露出検出の検出結果を用いて露出制御を行うことが最適となり、第１の露出検出処理（ステップＳ２０４）へと進む。なお、第２の露出検出の検出精度が高ければ、第２の露出検出の検出結果を用いる。

一方、信号出力周期が１／３０秒の場合は、図３の３０５のような信号出力タイミングとなり、画像をもとに測光を行う第１の露出検出では３０６のように１／３０秒毎にしか検出が行われなくなる。上述のように露出制御の基本周期を１／６０秒とした構成では、１／３０秒毎の露出検出では露出制御の応答性が悪化する。一方、第２の露出検出では信号出力周期が１／３０秒の場合でも信号出力周期とは無関係に１／６０秒の周期で検出が行われ、これは露出制御の基本周期と同様の周期となる。本実施形態では、例えば信号出力周期が１／３０秒の場合には第１の露出検出ではなく第２の露出検出の検出信号を用いて露出制御を行うことによって露出制御の応答性を最適にすることができる。そのため、出力周期判定処理（ステップＳ２０３）では、信号出力周期が１／６０秒よりも長い場合には第２の露出検出処理（ステップＳ２０５）へと進む。

露光量判定処理（ステップＳ２０６）では、第１の露出検出処理（ステップＳ２０４）或いは第２の露出検出処理（ステップＳ２０５）によって検出された露出状態に応じて、どのような露出制御を行うかを判定する。露光量判定処理（ステップＳ２０６）においては、基準となる露出レベルと、検出された露出状態を比較する。そして、検出された露出状態が基準となる露出レベルよりも大きい場合には、露出状態が過露光であると判定し露光量減少制御処理（ステップＳ２０７）において露出を減少させる状態へ移行する。また、露光量判定処理（ステップＳ２０６）において、検出された露出状態が基準となる露出レベルよりも小さい場合には、露出状態が露出不足であると判定し露光量増加制御処理（ステップＳ２０８）において露出を増加させる状態へ移行する。また、露光量判定処理（ステップＳ２０６）において、検出された露出状態が基準となる露出レベルと等しい場合には、そのまま露出制御処理（ステップＳ２０９）に進む。

露光量減少制御処理（ステップＳ２０７）若しくは露光量増加制御処理（ステップＳ２０８）において露出制御の目標が設定された後、露出制御処理（ステップＳ２０９）が実行される。露出制御処理（ステップＳ２０９）においては、シャッター速度、光学絞り、ゲインなどを用いて上述の設定された露出制御の目標に合わせて露出制御処理がなされる。

以上が本実施形態における露出制御処理である。この処理によれば、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒の場合には画像をもとに測光を行う第１の露出検出の出力を用いて垂直同期信号のタイミングに合わせて精度の高い検出を行うことができ、露出制御の応答性が最適となる。また、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒よりも長い場合には外部の測光素子を用いた第２の露出検出の出力を用いて垂直同期信号のタイミングに合わせて検出を行うことができる。これにより、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒の場合と同等かつ最適な応答性で露出制御を行うことができる。

本実施形態によれば、従来では撮像装置の信号出力周期が１／６０秒よりも長い場合に露出制御の応答性が悪くなっていたものが、信号出力周期によらず最適な応答性を持った露出制御を実現することができる。

本実施形態では、ＮＴＳＣ規格のビデオ撮像装置を例に１／６０秒周期を基準にして説明した。しかし、これはほんの一例であり、インターレース／プログレッシブを問わず異なるフレームレート／フィールドレートのビデオ信号に関しても同様の効果を得ることができる。また、静止画撮像装置における記録前のプレビュー撮影に関しても同様の効果を得ることができる。

また、信号出力周期が１／６０秒よりも長い場合には外部の測光素子を用いた第２の露出検出の出力を用いる構成で説明したが、この際に画像をもとに測光を行う第１の露出検出の出力も併用することによってさらに高精度な露出制御が可能となる。

さらに、外部測光素子は撮像光学系の外部に配置する構成で説明したが、撮像光学系の途中に配置しても構わない。また、撮像素子の中で被写体像の撮影に用いない一部を外部測光素子として用い、その信号を撮像信号とは異なるタイミングで読み出して露出の検出に用いてもよい。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係わる電子カメラの撮像系のブロック構成を示す図である。

図４において、５０１〜５１４は、第１の実施形態を示す図１の１０１〜１１４と同様のものである。５１５は第２の露出検出部５１４の検出信号を記憶するメモリ、５１６は検出信号からメモリ５１５に記憶された前回の検出信号を減算する減算器である。第２の露出検出部５１４で検出された検出信号をＥＶ（ｎ）、前回の検出信号をＥＶ（ｎ−１）とすると、減算器５１６の出力ΔＥＶは以下のようになる。

ΔＥＶ＝ＥＶ（ｎ）−ＥＶ（ｎ−１） … 式１
ここで検出される検出信号は被写体の明るさであり、ここではＥＶ値として扱う。ＥＶ値は露出倍数を表し、＋１ＥＶの変化は２倍の露光量に相当するものである。露出制御部５１０には上記のΔＥＶが入力され、露出制御部５１０内で処理される。

図５は本実施形態の電子カメラの露出制御処理の流れを示すフローチャートであり、図４の露出制御部５１０の露出制御処理を説明する図である。

図５において、ステップＳ４０１は露出制御開始処理、ステップＳ４０２は露出検出のタイミング待ち処理、ステップＳ４０３は第２の露出検出処理である。ステップＳ４０４は第２の露出検出処理で検出された検出信号と前回の検出信号から差分信号ΔＥＶを算出する差分信号演算処理、ステップＳ４０５は出力周期判定処理である。ステップＳ４０６は第１の露出検出処理、ステップＳ４０７は第１の露出検出処理（ステップＳ４０６）で検出された検出信号Ｙを評価用輝度信号Ｙ（ｎ）とする第１の評価用輝度信号生成処理である。ステップＳ４０８は第１の露出検出処理（ステップＳ４０６）で前回検出された輝度信号を差分信号ΔＥＶで補正する演算を行う第２の評価用輝度信号生成処理である。ステップＳ４０９は露光量判定処理、ステップＳ４１０は露光量増加制御処理、ステップＳ４１１は露光量減少制御処理、ステップＳ４１２は露出制御処理である。第１の露出検出処理（ステップＳ４０６）で検出された検出信号Ｙは画像の輝度レベルを表す数値である。

以下、図５のフローに沿ってＮＴＳＣ規格の動画撮影時の露出制御処理について説明する。

電子カメラにおいて撮影動作が開始されると露出制御開始処理（ステップＳ４０１）からフローが開始される。

タイミング待ち処理（ステップＳ４０２）は、ＮＴＳＣ信号の垂直同期信号３０１の間隔毎に露出制御を行うために垂直同期信号を待つ処理である。ＮＴＳＣ規格の垂直同期信号は１／６０秒周期であり、本実施形態のフローのループでは、１／６０秒毎に処理が行われる。

第２の露出検出処理（ステップＳ４０３）は、図４中の第２の露出検出部５１４において被写体の光量ＥＶ（ｎ）を検出する処理である。

差分信号演算処理（ステップＳ４０４）では、前回の処理ループにおいて検出された被写体光量ＥＶ（ｎ−１）を第２の露出検出部５１４において検出された被写体光量ＥＶ（ｎ）から減算し、これをΔＥＶとする。ここまでの処理は本フローの処理周期である１／６０秒毎に行われる。

本実施形態では１／６０秒の周期を露出制御の基本周期とし、露出制御の応答性もこの周期に合わせて最適化されている。上述のように本実施形態のフローのループは１／６０秒毎に処理が行われるが、出力周期判定処理（ステップＳ４０５）では、周期的に処理が行われる本フローの処理実行タイミングで信号出力がなされたかどうかを判定する。

信号出力周期が１／６０秒の場合には図３の３０２のような信号出力となり、画像をもとに測光を行う第１の露出検出では３０３のように垂直同期信号のタイミングに合わせて検出を行うことができる。従って、信号出力周期が１／６０秒の場合には出力周期判定処理（ステップＳ４０５）では必ず信号出力があると判断され、処理は常に第１の露出検出処理（ステップＳ４０６）に進むこととなる。上述のように信号出力周期が１／６０秒の場合には露出制御の基本周期なので露出制御の応答性は問題がない。なお、この際には第２の露出検出３０４も同様の周期で検出を行うが、検出精度において第１の露出検出の方が勝るために、第１の露出検出の検出結果を用いて露出制御を行うことが最適かつ十分である。したがって、この際には差分信号演算処理（ステップＳ４０４）で算出したΔＥＶは使用しない。

第１の評価用輝度信号生成処理（ステップＳ４０７）では第１の露出検出処理（ステップＳ４０６）で検出した画像の輝度レベルＹから露出評価用の輝度レベルＹ（ｎ）を生成し、露光量判定処理（ステップＳ４０９）で用いられる。

一方、信号出力周期が１／３０秒の場合は図３の３０５のような信号出力タイミングとなり、画像をもとに測光を行う第１の露出検出では３０６のように１／３０秒毎にしか検出が行われなくなる。上述のように露出制御の基本周期を１／６０秒とした構成では、１／３０秒毎の露出検出では露出制御の応答性が悪化する。信号出力周期が１／３０秒の場合、例えば図３の毎秒３０フレーム出力３０５の出力１と出力２の間の期間、すなわち第１の露出検出（１／３０）３０６の検出Ａ１と検出Ａ２の間においては第１の露出検出処理（ステップＳ４０６）からの出力はない。即ち、第２の露出検出（１／３０）３０７の検出Ｂ２のみが第２の露出検出処理（ステップＳ４０３）から出力される。この場合、出力周期判定処理（ステップＳ４０５）では信号出力がないと判断され、第２の評価用輝度信号生成処理（ステップＳ４０８）へ処理が進む。

第２の評価用輝度信号生成処理（ステップＳ４０８）では、前回のループ処理中に得られたＹ（ｎ−１）を差分信号演算処理（ステップＳ４０４）で算出したΔＥＶを用いて補正し、露出評価用の輝度レベルＹ（ｎ）を生成する。この補正は以下の演算によって算出される。

Ｙ（ｎ）＝Ｙ（ｎ−１）× ２^ΔＥＶ … 式２
この演算は＋１ＥＶの変化は２倍の露光量に相当することから、露光量の変化を画像の輝度レベルの変化量に換算するものである。ここで算出した輝度レベルＹ（ｎ）は撮像素子への露光途中でもその時点での正確な輝度レベルとなり、第２の露出検出処理（ステップＳ４０３）の検出信号が１／６０秒周期で得られることから露出評価用の輝度レベルＹ（ｎ） も１／６０秒周期で得られる。そして、ここで算出した輝度レベルＹ（ｎ）が露光量判定処理（ステップＳ４０９）で用いられる。

露光量判定処理（ステップＳ４０９）では、上述の２種類の系で得られた輝度レベルＹ（ｎ）に応じて、どのような露出制御を行うかを判定する。露光量判定処理（ステップＳ４０９）において、基準となる露出レベルと、検出された露出状態を比較する。そして、検出された露出状態が基準となる露出レベルよりも大きい場合には、露出状態が過露光であると判定し露光量減少制御処理（ステップＳ４１１）において露出を減少させる状態へ移行する。また、露光量判定処理（ステップＳ４０９）において、検出された露出状態が基準となる露出レベルよりも小さい場合には、露出状態が露出不足であると判定し露光量増加制御処理（ステップＳ４１０）において露出を増加させる状態へ移行する。また、露光量判定処理（ステップＳ４０９）において、検出された露出状態が基準となる露出レベルと等しい場合には、そのまま露出制御処理（ステップＳ４１２）に進む。

露光量減少制御処理（ステップＳ４１１）もしくは露光量増加制御処理（ステップＳ４１０）において露出制御の目標が設定された後、露出制御処理（ステップＳ４１２）が実行される。露出制御処理（ステップＳ４１２）においては、シャッター速度、光学絞り、ゲインなどを用いて上述の設定された露出制御の目標に合わせて露出制御処理がなされる。

以上が本実施形態における露出制御処理である。この処理によれば、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒の場合には画像をもとに測光を行う第１の露出検出の出力を用いて垂直同期信号のタイミングに合わせて精度の高い検出を行うことができ、露出制御の応答性が最適となる。また、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒よりも長い場合には外部の測光素子を用いた第２の露出検出の出力を用いて検出信号を補正することにより垂直同期信号のタイミングに合わせて検出を行うことができる。これにより、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒の場合と同等かつ最適な応答性で露出制御を行うことができる。この際に算出した輝度レベルＹ（ｎ）は画像をもとに測光を行う第１の露出検出の出力から生成されるため、外部の測光素子を用いた第２の露出検出の欠点であるところの検出精度の低さを補うことができる。そのため、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒よりも長い場合においても精度の高い露出制御が行われる。

なお、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒よりも長い場合、露出制御処理（ステップＳ４１２）においてシャッター速度、光学絞り、ゲインなどを用いてなされる露出制御は、撮像素子５０３に露光中若しくは次の露光の直前のどちらであっても構わない。しかし、撮像素子５０３に露光中の期間に露出制御がなされれば、さらに応答性に優れた構成となる。

また、本実施形態の構成のさらなる利点として、第２の露出検出処理（ステップＳ４０３）の検出信号は変化量としてしか用いないため、外部測光素子の個体のばらつきによってＥＶ（ｎ）の絶対量が機器ごとにばらついても検出精度に影響しない。したがって、通常外部測光素子を使用する際に必要な個体のばらつきを吸収するための調整を必要としない。

本実施形態によれば、従来、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒よりも長い場合に露出制御の応答性が悪くなっていたものが、信号出力周期によらず最適な応答性を保つばかりでなく精度の高い露出制御を実現することができる。

本実施形態では、ＮＴＳＣ規格のビデオ撮像装置を例に１／６０秒周期を基準にして説明したが、これはほんの一例であり、インターレース／プログレッシブを問わず異なるフレームレート／フィールドレートのビデオ信号に関しても同様の効果が得られる。また、静止画撮像装置における記録前のプレビュー撮影に関しても同様の効果を得ることができる。

また、外部の測光素子を用いた第２の露出検出の出力はＥＶ値の構成を例にあげて説明したが、被写体の光量を表していればどのような信号形態でも構わないし、輝度レベルＹ（ｎ）の算出の方法も式２と異なる構成であってもよい。さらに、差分信号ΔＥＶを用いる構成で説明したが、差分ではなく比率を用いて輝度レベルＹ（ｎ）を算出しても構わない。

さらに、外部測光素子は撮像光学系の外部に配置する構成で説明したが、撮像光学系の途中に配置しても構わない。また、撮像素子の中で被写体像の撮影に用いない一部を外部測光素子として用い、その信号を撮像信号とは異なるタイミングで読み出して露出の検出に用いてもよい。

（第３の実施形態）
上述の第１及び第２の実施形態では、撮像装置の信号出力周期が１／６０秒より長い場合のみに外部測光素子の信号出力を参照する構成で説明した。しかしながら、従来のＮＴＳＣ規格の撮像装置において信号出力周期が１／６０秒であっても被写体の急な照度変化があった場合に撮影画像信号から露出状態を検出することが困難な場合がある。例えば、被写体の照度が１／６０秒の期間中に急激に高くなった場合、撮像素子のダイナミックレンジを越えて撮像信号出力が飽和してしまうと、いわゆる白とびの状態となる。この場合、画像をもとに測光を行う露出検出では過露光であることの判定はできてもどの程度の露出にすればよいのかを画像からは求められないことになる。露出制御量が正確に判定できないと、過度の補正を行うことでオーバーシュートやアンダーシュートが発生し適正露光に収束するまでに時間がかかったり、適正露光に収束できずにいわゆるハンチングの状態となったりする場合がある。この場合、外部測光素子のダイナミックレンジが撮像素子のダイナミックレンジよりも大きければ、被写体光量の変化量を正確に判定することが可能となる。

本発明の第３の実施形態では、信号出力周期に関わらず撮像信号の輝度レベルが高くなった場合、或いは撮像信号が飽和していると判断された場合は外部測光素子による露出信号を参照し、画像をもとした露出検出の情報を補正あるいは補完する構成とする。この構成によれば、撮像信号が飽和するような急激な被写体の照度変化があっても、常に露光量を判定することができる。

上記のように、従来では、被写体の急激な照度変化があった場合に、露出制御においてオーバーシュートやアンダーシュートが発生し適正露光に収束するまでに時間がかることがあった。また、適正露光に収束できずにいわゆるハンチングの状態となったりする場合もあった。これに対し、本実施形態の方法によれば、撮像信号が飽和するような急激な被写体の照度変化があっても、常に露光量を判定することができるようになる。

なお、花火モード等のように低速シャッタ時には外部測光素子のダイナミックレンジが低照度側に広くなるように設定する。スポーツモード等のように高速シャッタ時には、外部測光素子のダイナミックレンジが高照度側に広くなるように設定する。こうすることで、照度変化に強い撮影を可能にする。

なお、本実施形態ではＮＴＳＣ規格のビデオ撮像装置を例に１／６０秒周期を基準にして説明したが、これはほんの一例であり、インターレース／プログレッシブを問わず異なるフレームレート／フィールドレートのビデオ信号に関しても同様の効果が得られる。また、静止画撮像装置における記録前のプレビュー撮影に関しても同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
また、各実施形態の目的は、次のような方法によっても達成される。すなわち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、本発明には次のような場合も含まれる。すなわち、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。

さらに、次のような場合も本発明に含まれる。すなわち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した手順に対応するプログラムコードが格納されることになる。

本発明の第１の実施形態に係わる電子カメラの撮像系のブロック構成を示す図である。 第１の実施形態の電子カメラの露出制御処理の流れを示すフローチャートであり、図１の露出制御部の露出制御処理を説明する図である。 第１の実施形態の電子カメラの動画撮影の撮像期間を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係わる電子カメラの撮像系のブロック構成を示す図である。 第２の実施形態の電子カメラの露出制御処理の流れを示すフローチャートであり、図４の露出制御部の露出制御処理を説明する図である。

符号の説明

１０１ レンズ
１０２ 絞り
１０３ 撮像素子
１０４ アナログフロントエンド（ＡＦＥ）
１０５ ゲインアンプ
１０６ Ｙ／Ｃ分離回路
１０７ 色信号処理部
１０８ 輝度信号処理部
１０９ 色差マトリクス回路
１１０ 露出制御部
１１１ 第１の露出検出部
１１２ 出力間隔制御部
１１３ 外部測光素子
１１４ 第２の露出検出部

Claims (15)

1. 被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像手段と、
   前記撮像手段からの前記画像信号の出力間隔を制御する出力間隔制御手段と、
   前記画像信号から被写体の明るさの情報を検出する第１の検出手段と、
   前記被写体からの光を直接受光して、前記被写体の明るさの情報を検出する第２の検出手段と、
   前記出力間隔制御手段により制御された前記画像信号の出力間隔に基づいて、前記第１の検出手段の検出信号と前記第２の検出手段の検出信号とを使い分けて前記撮像手段の露出を制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記出力間隔制御手段により制御された前記画像信号の出力間隔が、予め定められた間隔よりも短い場合に、前記第１の検出手段の検出信号を用いて前記撮像手段の露出を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記出力間隔制御手段により制御された前記画像信号の出力間隔が、予め定められた間隔よりも長い場合に、前記第２の検出手段の検出信号を用いて前記撮像手段の露出を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記出力間隔制御手段により制御された前記画像信号の出力間隔が、予め定められた間隔よりも長い場合に、前記第１の検出手段の検出信号と前記第２の検出手段の検出信号の双方を用いて前記撮像手段の露出を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記第２の検出手段は、前記撮像手段の撮像領域の内の撮像には用いられない部分の出力信号に基づいて前記被写体の明るさの情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 被写体象を結像させるための光学系をさらに具備し、前記第２の検出手段は、前記光学系の外部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 被写体象を結像させるための光学系をさらに具備し、前記第２の検出手段は、前記光学系の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記撮像手段への入射光量を調節する光学絞り手段と、前記撮像手段の電荷蓄積期間を制御するシャッター制御手段と、前記画像信号の利得を調節する利得制御手段とをさらに具備し、前記制御手段は、前記光学絞り手段、前記シャッター制御手段、前記利得制御手段の少なくとも一つを制御することにより、前記撮像手段の露出を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記第１の検出手段により前記画像信号から被写体の明るさの情報である第１の検出信号を検出させる時期と同じ時期に前記第２の検出手段により被写体の明るさの情報である第２の検出信号を検出させ、さらに、次回の第１の検出手段の被写体の明るさの検出時期である前記画像信号の出力時期より早い時期に前記第２の検出手段により被写体の明るさの情報である第３の検出信号を検出させ、前記第２の検出信号と前記第３の検出信号の差分を用いて前記第１の検出信号を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
10. 前記第２の検出手段のダイナミックレンジは、前記第１の検出手段のダイナミックレンジよりも広いことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
11. 前記撮像装置に設定されているシャッタ速度が予め定められた速度よりも早い場合は、前記第２の検出手段のダイナミックレンジは、前記第１の検出手段のダイナミックレンジよりも高照度側に広く設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
12. 前記撮像装置に設定されているシャッタ速度が予め定められた速度よりも遅い場合は、前記第２の検出手段のダイナミックレンジは、前記第１の検出手段のダイナミックレンジよりも低照度側に広く設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
13. 被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像手段を備える撮像装置を制御する方法であって、
    前記撮像手段からの前記画像信号の出力間隔を制御する出力間隔制御工程と、
    前記画像信号から被写体の明るさの情報を検出する第１の検出工程と、
    前記被写体からの光を直接受光して、前記被写体の明るさの情報を検出する第２の検出工程と、
    前記出力間隔制御工程において制御された前記画像信号の出力間隔に基づいて、前記第１の検出工程における検出信号と前記第２の検出工程における検出信号とを使い分けて前記撮像手段の露出を制御する制御工程と、
    を具備することを特徴とする撮像装置の制御方法。
14. 請求項１３に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
15. 請求項１４に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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