JP2009055287A - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の駆動に特別な工夫をすることなく、短い露光時間でも撮像素子のほぼ全面のプリ発光制御により精度の高い本発光量の制御を行うことが可能な撮像装置および撮像方法を提供する。
【解決手段】ストロボ８による本発光（Ｔ８、Ｓ１７）に先立って、プリ発光を行い（Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｓ１３）、このときの撮像素子６の信号電荷を読み出し、本発光量の演算を演算により求める（Ｓ１５）。撮像素子６の最初に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積終了後に撮像素子６の最後に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積が開始される場合には、プリ発光は、同期発光により行い、最初のラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積開始から最後の光電変換素子列の光電荷の蓄積終了までの間に複数回行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関し、詳しくは本発光に先立ってプリ発光するストロボ装置と共に使用する撮像装置及び撮像方法に関する。

近年、撮像装置の撮像素子としては、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等のＸＹアドレス走査型の撮像素子が使用されるようになってきている。また、被写体に照射するフラッシュ発光量を事前に求めるにあたって、プリ発光を行うことは従来から行われている。ＣＭＯＳイメージセンサ等のＸＹアドレス走査型の撮像素子の場合には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサのようなライン走査型の撮像素子の場合と異なり、プリ発光時に全画素に対して同時に電荷蓄積を開始し、同時に電荷蓄積を終了することが困難である。

すなわち、ＣＭＯＳイメージセンサでは、光電変換素子列毎に露光のタイミングが異なっており、このため露光時間が短くなると、全画素でプリ発光による被写体からの反射光を受光することができず、プリ発光時の測光を全画面で行うことができない。これを解決する技術として、例えば、特許文献１には、ＣＭＯＳイメージセンサを用いながら、プリ発光時の露光時間は、できるだけ短くし、本発光時の発光量を外光の大きさに関係なく高精度に演算することを目的とする撮像装置が開示されている。
特開２００６−５０３３７号公報

すなわち、この撮像装置では、フラッシュのプリ発光時には、撮像素子の全画素の露光動作を開始するとともに、ｎ画素に１つずつ間欠的に信号電荷を読出し検波を行っている。撮像素子の読出しを間欠的に行っていることから、全画素の信号電荷を読み出す場合に比較して、露光領域全体の情報を短時間で取得することができる。特に、外光の光量が比較的、大きい場合にも、プリ発光時の撮像素子の受光量がダイナミックレンジを超えることが少なくなるので、検波値の正確性が向上し、本発光時の光量をより高精度に求めることが可能となる（特許文献１の段落番号〔０００６〕および〔００５８〕参照）。

特許文献１に開示の撮像装置では、プリ発光時に撮像素子の全画素に対して同時露光を開始させているために、プリ発光制御のときの撮像素子の駆動制御が複雑化してしまうという問題がある。すなわち、通常の撮影時の撮像や、またライブビュー表示（スルー画とも言う）のための撮像の際には、画素ごとに順次露光を開始させ、信号電荷の読み出しに応じて露光を終了させているが、プリ発光時のみ、同時に露光開始させており、異なる駆動制御を行うために、撮像素子の駆動制御が複雑化してしまう。

また、特許文献１に開示の撮像装置においては、露光は同時に開始されているが、露光の終了は同時でなく、撮像素子の光電変換素子列により、露光時間が異なってしまっている。このため、信号電荷を間欠に読出して露光時間を短くしたとしても、正確なプリ発光時の露光量を求めることができず、本発光時の正確な発光量を求めることができない。もしくは、再度、プリ発光しない信号を得て演算するための動作が必要となってしまう。

本願発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、撮像素子の駆動に特別な工夫をすることなく、短い露光時間でも撮像素子のほぼ全面のプリ発光制御により精度の高い本発光量の制御を行うことが可能な撮像装置および撮像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第１の発明に係わる撮像装置は、プリ発光に基づいて本発光における発光量を制御して撮影を行う撮像装置であって、複数ラインの光電変換素子をライン毎に所定の露光時間露光しながら、前記光電変換素子に蓄積した信号を前記ライン毎に順次読み出すＸＹアドレス走査型の撮像素子と、前記プリ発光を行うストロボと、プリ発光制御時に前記撮像素子の最初に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積終了後に前記撮像素子の最後に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積が開始される場合に、前記最初のラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積開始から前記最後の光電変換素子列の光電荷の蓄積終了までの間に複数回のプリ発光を行うプリ発光制御部と、前記複数回のプリ発光による前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記本発光における発光量を制御する本発光制御部を備える。

第２の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、前記本発光制御部は、前記プリ発光による露光量が略同一である前記光電変換素子列の信号に基づいて前記本発光における発光量を制御する。
また、第３の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、前記プリ発光制御部は、すべての前記光電変換素子列の露光量が略同一となるようにプリ発光における発光量を制御する。

さらに、第４の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、前記発光量制御部は、前記プリ発光を行う場合は前記撮像素子の電子フォーカルプレーンシャッタのみで露光量を制御し、前記本発光を行う場合はメカニカルシャッタにより露光量を制御する。
さらに、第５の発明に係わる撮像装置は、上記第４の発明において、前記メカニカルシャッタによる露光量制御時にシャッタが全開となる最短の露光時間（全開露光時間）をｍｔｍｉｎ、電子フォーカルプレーンシャッタによる露光量制御時に全ての光電変換素子列が同時に露光を行うタイミングを有する最短の露光時間（全開露光時間）をｓｔｍｉｎとするとき、
ｍｔｍｉｎ ＜ ｓｔｍｉｎ
である。

さらに、第６の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、着脱可能な撮影レンズと、光学式ビューファインダと、前記撮影レンズを介して入射する光束を前記撮像素子又は前記光学式ビューファインダへ導く可動ミラーとを備え、前記プリ発光時には前記光束を前記撮像素子に導く状態に保持したままプリ発光による露光量制御及び本発光による露光量制御を行う。
さらに、第７の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、外部ストロボを装着可能に構成し、前記外部ストロボ装着時は、前記プリ発光を外部ストロボによって行い、前記プリ発光はＦＰ発光により行う。
さらに、第８の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、撮影時のシャッタ速度を設定するシャッタ速度設定手段を有し、前記撮像素子は、前記プリ発光時の前記撮像素子の電子フォーカルプレーンシャッタによる露光時間を、前記シャッタ速度設定手段によって設定されたシャッタ速度に対応する露光時間、またはこの露光時間よりも短い露光時間となるように制御する。

上記目的を達成するため第９の発明に係わる撮像方法は、プリ発光に基づいて本発光における発光量を制御して撮影を行う撮像方法であって、プリ発光制御時に、複数ラインの光電変換素子をライン毎に所定の露光時間、露光しながら、前記光電変換素子に蓄積した信号を前記ライン毎に順次読み出すＸＹアドレス走査型の撮像素子の、最初に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積終了時に前記撮像素子の最後に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積が開始される場合に、前記最初のラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積開始から前記最後の光電変換素子列の光電荷の蓄積終了までの間に複数開のプリ発光を行い、前記複数回のプリ発光による前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記本発光における発光量を制御する。

本発明によれば、撮像素子の駆動に特別な工夫をすることなく、短い露光時間でも撮像素子のほぼ全面のプリ発光制御により精度の高い本発光量の制御を行うことが可能な撮像装置および撮像方法を提供することができる。

以下、図面に従って本発明を適用した撮像装置を用いて好ましい実施形態について説明する。本発明の第１実施形態に係る撮像装置は、ストロボ装置を内蔵したデジタル一眼レフカメラであり、このデジタル一眼レフカメラは、ＣＭＯＳイメージセンサ型の撮像素子で取得した被写体像の画像データを動画像で被写体像を表示装置に表示するとともに、レリーズ釦の操作に応じて静止画像データを記録媒体に記録可能である。このデジタルカメラのストロボは、フラッシュ発光する前にプリ発光を行い、このとき、ＣＭＯＳイメージセンサによって取得した情報に基づいて、本発光時の発光量を演算し、本発光を行う。

以下、第１実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラについて詳述する。図１は、本発明の第１実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラの撮影レンズ１の光軸方向に沿った模式的な要部断面図である。撮影レンズ１は被写体を結像するためのレンズであり、この撮影レンズ１を保持するためのレンズ鏡筒は交換式であり、カメラ本体に対して着脱自在である。また、撮影レンズ１の光路中に、介挿された位置（ダウン位置、図中破線位置）と、この介挿位置から上昇した位置（アップ位置、図中実線位置））に、回動可能な可動ミラー２が配置されている。

可動ミラー２の上方には、被写体像を結像するためのフォーカシングスクリーン３が配置され、このフォーカシングスクリーン３の上方には、被写体像を左右反転させるためのペンタプリズム４が配置されている。このペンタプリズム４の出射側（図１では右側）には、図示しない接眼レンズが設けられており、撮影者は接眼レンズを介して被写体像を観察することができる。

可動ミラー２の背後には、フォーカルプレーンシャッタ５が配置されている。このフォーカルプレーンシャッタ５は、画面上下方向に走行する先幕および後幕からなるシャッタ幕から構成され、撮影レンズ１によって形成される被写体像を遮光する位置（図中、破線位置）と、被写体像を撮像素子６上へ結像を許容する開放位置とがある。撮像素子６は、本実施形態においては、ＣＭＯＳイメージセンサであり、ＸＹアドレスを指定することにより、蓄積電荷の読出しを行うことのできるＸＹアドレス走査型の撮像素子である。

光学式ファインダによる被写体像の観察時には、可動ミラー２はダウン位置にあり、被写体光束は可動ミラー２によって反射され、フォーカシングスクリーン３上に結像し、接眼レンズおよびペンタプリズム４を介して観察することができる。また、ライブビュー表示による被写体像の観察時には、可動ミラー２はアップ位置にあり、またフォーカルプレーンシャッタ５は開放状態となるので、撮影レンズ１を通過した被写体光束は、撮像素子６上に結像する。撮像素子６によって撮像された被写体像は、画像データに変換され、液晶モニタ等の表示部１２（図２参照）に動画表示される。

次に、本実施形態の電気構成について、図２に示すブロック図を用いて説明する。撮像素子６や信号電荷の読出回路等を含む撮像部７の出力は画像処理部１１に接続されている。画像処理部１１は、読み出された画像信号について、γ補正、ホワイトバランス、色補正等の種々の画像処理を行うと共に、表示部１２にライブビュー表示のためのライブビュー処理、またメモリカード１３に画像データを記録するための圧縮処理、さらにメモリカード１３から読み出された画像データを表示部１２に表示するための伸張処理を行う。

画像処理部１１に接続された表示部１２は、カメラ本体の背面等に配置され、ライブビュー表示やメモリカード１３に記録された画像データの再生表示を行う他、デジタル一眼レフカメラの撮影モード等の情報表示や、メニュー画面等の表示も行う。メモリカード１３は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで構成され、レリーズ釦の操作に応じて撮像された画像データの記録を行う。

ストロボ８は、被写体を照明する補助照明装置であり、レリーズ釦の全押し操作による撮影に先立って、予備的にプリ発光し、このとき撮像部７において受光した反射光に基づいて本発光の発光量が制御される。カメラ操作部１４は、レリーズ釦、撮影モードダイヤル等、撮影者によって操作される操作部材である。

カメラ制御部およびストロボ制御を行う制御部１０は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含むＡＳＩＣ等によって構成されており、制御部１０は、前述のフォーカルプレーンシャッタ５、撮像部７、ストロボ８、画像処理部１１、メモリカード１３、カメラ操作部１４に接続され、これらから情報を入力すると共に、制御する。

次に、このように構成された本実施形態の動作について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３に示すフローがスタートすると、まず、ストロボ撮影を行うか否かの判定を行う（Ｓ１）。この判定は、ストロボ８を使用する撮影モード等に設定されているかどうかによって行う。

判定の結果、ストロボ撮影ではない場合には、一般撮影モードであり、この場合には、通常の撮影動作を行う。すなわち、レリーズ操作がなされたか否かを判定し（Ｓ４３）、レリーズ操作がなされた場合には、撮影レンズ１をピント位置に移動させる自動焦点調節（ＡＦ）動作を行い（Ｓ４５）、合焦状態となると撮影動作を行う（Ｓ４７）。撮影動作は、撮像素子６によって取得した画像信号を画像処理部１１によって処理を施した後、メモリカード１３に記録する。撮影動作が終わると、次の撮影を行うか否かを判定し（Ｓ３９）、次の撮影があれば、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１における判定の結果、ストロボ撮影の場合には、ストロボ撮影モードに設定する（Ｓ３）。これによって、ストロボ８を充電し、使用可能状態にする。続いて、シャッタ設定データを取得する（Ｓ５）。すなわち、図示しない測光回路、または撮像素子６の取得画像データに基づいて、被写体輝度を検出し、この被写体輝度に基づくシャッタ速度のデータを取得する。ここで取得した設定シャッタ速度をｔｔとする。

次に、設定シャッタ速度ｔｔが、フォーカルプレーンシャッタ５がシャッタ全開となる最短露光時間（シャッタ速度）ｍｔｍｉｎと、撮像素子６のローリングシャッタ（電子フォーカルプレーンシャッタ）が全開となる最短露光時間（シャッタ速度）ｓｔｍｉｎの間にあるか否か、すなわち、
ｍｔｍｉｎ≦ｔｔ＜ｓｔｍｉｎ
であるか否かの判定を行う（Ｓ７）。なお、ローリングシャッタの全開となる最短露光時間とは、撮像素子の最初に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積終了時に、最後に露光されるラインの光電変換素子列の読出しが開始される場合の光電変換素子の露光時間を言う。

ステップＳ７における判定の結果、Ｙｅｓであった場合には、ステップＳ９以下のプリ発光を同期発光による行うシーケンスに移る。すなわち、ステップＳ７の条件を満たす設定シャッタ速度ｔｔは、フォーカルプレーシャッタ５の全開となる最短露光時間よりも長く、低速である。このため、設定シャッタ速度ｔｔでフォーカルプレーンシャッタ５を動作させた場合には、シャッタ５が全開となるタイミングが存在し、ストロボ８による閃光発光を行うことができる。

また、設定シャッタ速度ｔｔが撮像素子６のローリングシャッタの全開となる最短露光時間よりも短く、高速である。このため、撮像素子６による露光動作中、全ての光電変換素子列について露光を行うタイミングが存在しない。このような状況においては、本実施形態の特徴である同期発光によるプリ発光を行う。

ステップＳ７における判定の結果、Ｙｅｓであった場合には、次に、レリーズ操作がなされか否かを判定し、レリーズ操作がなされた場合には、撮影レンズ１の自動焦点調節（ＡＦ）動作を行う（Ｓ１１）。ＡＦ動作が終わると、次に同期発光によるプリ発光を行う（Ｓ１３）。このプリ発光の動作シーケンスについて、プリ発光の前後も含めて、図４を用いて説明する。

撮像素子６のセンサ状態がムービー（Movie）モード（すなわち、ライブビュー表示モード）の場合には、フォーカルプレーンシャッタ５は全開状態となっている。また、撮像素子６の各光電変換素子列は露光時間が、例えば、２ｍｓであり、光電変換素子の信号電荷は間引き読出しによって読み出され、表示部１２にライブビュー表示されている。この状態で、タイミングＴ１において、レリーズ釦の全押し（２ｎｄレリーズ）がなされると（Ｓ９の判定）、撮像素子６の各光電変換素子列の露光タイミングに合わせてプリ発光がなされる（Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）。このときの各光電変換素子列の露光時間は、設定シャッタ速度ｔｔで決まる時間であり、撮像素子６のローリングシャッタ（電子フォーカルプレーンシャッタ）によって制御される。

図４に示した例では、プリ発光を３回行っているが、図５に示すように、プリ発光の回数は露出時間（設定シャッタ速度ｔｔ）によって異なる。すなわち、露出時間が１／３０秒の場合には、１回であり（図５（Ａ）参照）、露出時間が１／６０秒の場合には２回（図５（Ｂ）参照）、露出時間が１／９０秒の場合には３回（図５（Ｃ）参照）、露出時間が１／１２０秒の場合には４回（図５（Ｄ）参照）となる。なお、この例におけるフレームレートは３０ｆｐｓであり、１／３０秒に１回、フレームが変更される。

このように露出時間によってプリ発光回数の回数を変えているが、これは、各光電変換素子列の露光中に１回、プリ発光を受光するようにするためである。すなわち、図５において、左側の斜め線は各光電変換素子列における露光開始のタイミングを示し、右側の斜め線は各光電変換素子列の露光終了のタイミングを示している。露光時間が短くなるにつれ、プリ発光の回数を増やすことにより、露光中に１回プリ発光を受光することができる。

図４のＡは、撮像素子６の画素におけるプリ発光の受光状態を示しており、白い部はプリ発光の未撮像領域であり、砂地の部分はプリ発光による撮像領域である。未撮像領域は、少ないほうが良いが、発光タイミングより生じてしまう不安定領域である。図４の例では、３回プリ発光しており、このプリ発光に対応する３つの撮像領域での発光データ（画像データ）が得られ、これから分割測光を行うことができる。

プリ発光が終わると、本発光量の演算が行われる（Ｓ１５）。この本発光量の演算は次のように行われる。同期発光に基づくプリ発光においては間欠的に複数回のプリ発光を行うが、前後するプリ発光間で露光されない撮像領域、または露光量が一定でない撮像領域が、前述したように複数ライン発生してしまう。したがって、このプリ発光に基づいて本発光量を演算する場合、露光されていない撮像領域、または露光量が一定でない撮像領域から出力される信号を除外した画素（以下、これを「有効画素」という）の出力信号に基づいて本発光の露光量を演算する必要がある。

いま、Ｘ方向（行方向）にｘ画素、Ｙ方向（列方向）にｙ画素の画素がマトリックス状に配置された撮像素子において、座標（ｉ，ｊ）の画素の出力信号Ｖ（ｉ，ｊ）、所定の係数をＫ（ｉ，ｊ）（０≦Ｋ≦１）、有効画素数をＮ_VLDとするとき、プリ発光前の撮影（絞り値：Ｆｏ、シャッタ速度Ｔｏ）における自然光のみによる測光値Ｖｏを、下記（１）式に基づいて演算する。

ここで、Ｋ（ｉ，ｊ）の値は、画像のどの部分に重みを置いた測光を行うかにより決まるものであり、例えば、中央重点測光では画面の中央部ほど大きな値になる。ただし、上記有効画素以外の画素に対応する係数Ｋ（ｉ，ｊ）は０である。なお、この係数の値は予めメモリに記憶しておく。また、有効画素数Ｎ_VLDは近似的にｘ・ｙとしてもよい。

式（１）と同様にして、プリ発光前の撮影と同一の露光時間で同期発光に基づくプリ発光（発光量：Ｌｐ）を行って得られた測光値をＶｐとする。ここで得られた測光値Ｖｐと自然光のみによる測光値Ｖｏとの差、すなわち、
ΔＶｐ＝Ｖｐ−Ｖｏ （２）
を演算する。このΔＶｐはプリ発光に基づく測光値への寄与分を意味する。

本発光（絞り値：Ｆｍ、シャッタ速度：Ｔｍ、ＩＳＯ感度：プリ発光前と同じ）における自然光のみが寄与する測光値Ｖｍを、
Ｖｍ＝Ｖｏ・（Ｔｍ／Ｔｏ）・（Ｆｏ／Ｆｍ）^２ （３）
に基づいて演算する。なお、本発光における絞り値やシャッタ速度などの露出条件は本露光前の測光に基づいて演算されるものである。

いま標準となる測光値をＶｓとすると、本発光においては標準測光値Ｖｓと、本発光における自然光のみが寄与する測光値Ｖｍとの差（Ｖｓ−Ｖｍ）に相当する測光値を補うように発光量を決める必要がある。プリ発光に基づく測光値への寄与分ΔＶｐを得るのにプリ発光量Ｌｐを必要としたのであるから、同じ露出条件の下では、（Ｖｓ−Ｖｍ）に相当する測光値を補うために（（Ｖｓ−Ｖｍ）／ΔＶｐ）・Ｌｐの発光量が必要となる。しかし、絞り値がプリ発光時Ｆｐ、本発光時にＦｍである場合は、これに（Ｆｍ／Ｆｐ）^２を乗算する必要がある。そこで、本発光における発光量Ｌｍを、
Ｌｍ＝（（Ｖｓ−Ｖｍ）／ΔＶｐ・（Ｆｍ／Ｆｐ）^２）・Ｌｐ （４）
に基づいて演算する。

上述したような本発光量の演算を行うと共に、フォーカルプレーンシャッタ５の幕チャージを開始し（Ｔ５のタイミング）、シャッタ５は全閉状態となる（Ｔ６）。続いて、シャッタ５の先幕が走行を開始し（Ｔ７）、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）として露光動作が開始される（Ｓ１６）。そして、先幕走行完了時または後幕走行開始時に、ストロボ８による本発光がなされ（Ｔ８）、後幕の走行完了によって露光動作が完了する（Ｔ９）。なお、本発光の発光量はステップＳ１５において演算された本発光量にしたがって制御される。

この後、撮像素子６から画像信号の読出しを行い、その間、幕チャージを行う（Ｔ９）。読出し終了後に、先幕を走行させ、撮像素子６に被写体像を結像させる。撮像素子６から画像信号を読出し、ライブビュー表示を再開する（Ｔ１１）。

以上の如き本発光および撮影動作（Ｓ１７）が終了すると、次の撮影があるかを判定し、次の撮影がある場合には、ステップＳ１に戻り、前述の動作を繰り返す。一方、次の撮影がない場合には、撮影を終了する（Ｓ２１）。

ステップＳ７における判定の結果、Ｎｏの場合、すなわち、設定シャッタ速度ｔｔが撮像素子６のローリングシャッタの全開となる最短露光時間よりも長く、低速の場合には、本実施形態の特徴であるプリ発光を同期発光する必要がない。この場合には、まず、ステップＳ９と同様にレリーズ操作がなされたか否かの判定を行う（Ｓ２９）。

レリーズ操作がなされた場合には、自動焦点調節（ＡＦ）動作を行ってから（Ｓ３１）、プリ発光を行う（Ｓ３３）。このプリ発光は、ローリングシャッタの全開となるタイミング、すなわち、最初に露光開始した光電変換素子列の露光が終了する前であって、最後に露光開始する光電変換列の露光が開始した後のタイミングで行う。続いて、本発光量の演算を行う（Ｓ３５）が、この演算は通常のプリ発光による測光値を使用すること以外は、前述した（１）〜（４）式に基づいて行う。

本発光の演算が終わると、次に、本発光と撮影動作を行う（Ｓ３７）。このステップでは、フォーカルプレーンシャッタ５の全開となるタイミングでストロボ８による本発光を行い、シャッタ５の閉じ動作後に画像信号の読出しを行って、これに基づく画像データの記録を行う。本発光および撮影動作が終わると、前述したように次に撮影があるか否かの判定を行い、次の撮影がある場合には、ステップＳ１に戻り、一方、ない場合には、撮影を終了する（Ｓ２１）。

このように、本実施形態においては、プリ発光を行うにあたって、撮像素子６のローリングシャッタによる露光期間の間、同期発光を行っていることから、画面全体についてプリ発光がなされ、画面全体の測光値を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。本発明の第１実施形態においては、プリ発光時における撮像素子６のローリングシャッタ（電子シャッタ）のシャッタ速度は、本発光を行う撮影時と同一のシャッタ速度ｔｔであったが、第２実施形態においては、プリ発光時の撮像素子６によるローリングシャッタ（電子シャッタ）のシャッタ速度をより高速に設定している。すなわち、プリ発光量を小さく制御するために、バックグランドの露光量が小さくなるように、プリ発光時の電子シャッタによる露光時間を短くしている。

本実施形態の構成は、図３に示したフローを図６に示すフローに置き換えるだけで、他の構成は略同様であるので、相違点を中心に説明する。なお、図３に示したフローにおいて、同一の処理を行うステップについては同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

ステップＳ１において図３のステップＳ１と同様に、ストロボ撮影か否かの判定を行い、ストロボ撮影ではない場合には、ステップＳ４３からステップＳ４７において、一般撮影を行う。一方、ストロボ撮影であった場合には、ストロボ撮影モードに設定し（Ｓ３）、シャッタ設定データを取得し、シャッタ速度ｔｔを設定する（Ｓ５）。

続いて、プリ発光時の電子シャッタのシャッタ速度ｅｔの設定を行う（Ｓ６）。ここで、シャッタ速度ｅｔは、ステップＳ５において設定したシャッタ速度ｔｔよりも高速としており、これは、バックグランドの露光量を小さくすることにより、プリ発光量が小さくても、十分な精度で測光を行うことができる。

次に、プリ発光時の電子シャッタのシャッタ速度ｅｔと、撮像素子６の電子ローリングシャッタが全開となる最短露光時間（シャッタ速度）ｓｔとを比較し、ｅｔ＜ｓｔか否かの判定を行う（Ｓ８）。判定の結果、ｅｔ＜ｓｔの場合には、すなわち、電子シャッタのシャッタ速度ｅｔが撮像素子６の電子ローリングシャッタの全開となる最短露光時間よりも短く、高速である。このため、撮像素子６による露光動作中、全ての光電変換素子列について露光を行うタイミングが存在しない。このような状況においては、本実施形態の特徴である同期発光によるプリ発光を行う。

判定の結果、Ｙｅｓの場合には、ステップＳ９およびステップＳ１１において、図３における説明と同様の処理を行い、ステップＳ１３において前述したように、同期発光によるプリ発光を行う。続いて、本発光の発光量の演算を行う（Ｓ１６）。図３の本発光における本発光の発光量の演算においては、自然光による寄与分まで考慮した正確な露光制御が可能になるというメリットがある。しかし、演算量が多くなるため演算速度が遅い画像処理回路を用いた場合には、シャッタタイムラグが長くなるという問題がある。

そこで、本発明の第２実施形態においては、プリ発光時にはシャッタ速度を自然光による寄与分を無視できるような高速シャッタ速度に設定し、プリ発光時の測光値Ｖｐの全てをプリ発光に基づく測光値の寄与分とするものである。なお、プリ発光に基づく測光値の演算は、前述の本発光時の発光量演算（Ｓ１５）における（１）から（４）の式と同様であり、測光値Ｖｏ＝０として行う。これにより、プリ発光における自然光寄与分を演算する必要がなくなり、シャッタタイムラグを短縮することが可能となる。なお、本発光における発光量Ｌｍは、（４）式において、ΔＶｐの代わりにプリ発光による測光値Ｖｐを代入することにより得られる。

本発光量の演算が終わると、次に、第１実施形態と同様に、撮影動作を行うと共に演算された発光量に基づいてストロボ８の本発光を行う（Ｓ１７）。撮影動作が終わると、次に撮影があるか否かを判定し、次の撮影がある場合には、ステップＳ１に戻り、一方、次の撮影がない場合には撮影の終了を行う（Ｓ２１）.

ステップＳ８における判定の結果、ｅｔ＜ｓｔではなかった場合には、ステップＳ６で設定したシャッタ速度ｅｔが撮像素子６の電子ローリングシャッタの全開となる最短露光時間よりも長く、低速の場合には、本実施形態の特徴であるプリ発光を同期発光する必要がない。このため、第１実施形態と同様に、レリーズ操作（Ｓ２９）、ＡＦ動作（Ｓ３１）を行った後、同期発光ではなく、通常のプリ発光を１回行う（Ｓ３３）。この後、本発光時の本発光量の演算を行う（Ｓ３６）。このときの演算は、通常のプリ発光による測光値を求める以外は、ステップＳ１６における本発光量の演算と同様に行う。

ステップＳ３６における本発光量の演算が終わると、続いて撮影動作を行うと共に、演算された本発光量でストロボ８の発光を行い（Ｓ３７）、続いて、次の撮影があるか否か判定し、ない場合には撮影終了とする（Ｓ２１）。

以上、説明したように、本発明の第２実施形態は、プリ発光時の電子シャッタ速度を、本発光時のフォーカルプレーンシャッタ５のシャッタ速度ｔｔより高速な電子シャッタ速度ｅｔとしている。このため、プリ発光時の測光値Ｖｐがそのままプリ発光が寄与する測光値とすることができ、演算が簡単になり迅速に演算処理することができる。なお、電子シャッタ速度ｅｔのシャッタ速度は、自然光による測光値を無視できる程度となる露光時間となるように設定する。

次に、本発明の第３実施形態について、図７および図８を用いて説明する。本発明の第１及び第２実施形態は、ストロボ８が内蔵されていたが、第３実施形態においては、外部ストロボ９が装着自在となっている。この第３実施形態の構成および動作は、第１実施形態に係わる図２に示した回路ブロック図を、図７に示す回路ブロック図に置き換え、図３に示したフローチャートを図８に示すフローチャートに置き換える以外は、第１実施形態と同様であるので、相違点を中心に説明する。

図７は、第３実施形態の回路ブロック図を示し、図２と異なるのは、カメラ本体内に外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５に、外部ストロボ９が装着可能な点である。外部ＩＦ１５は、外部ストロボ９と、発光トリガ信号、充電開始信号、外部ストロボ９の識別信号、発光量データ等の信号の送受信を行うためのインターフェースである。

外部ストロボ９は、通常の閃光発光に加えて、フォーカルプレーンシャッタ５の先幕走行開始から後幕走行終了までの時間、略平坦な発光量で発光を行う、所謂フラット発光（ＦＰ）が可能である。

次に、図８を用いて、本発明の第３実施形態の動作について説明する。図３に示したフローと同一の処理を行うステップについては、同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略する。このフローに入るのは、ストロボ撮影モードの場合であり、ステップＳ３において、ストロボ撮影モードの設定を行う。

続いて、外部ストロボ９が装着されているか否か、外部Ｉ／Ｆ１５を通じて判定を行う（Ｓ４）。判定の結果、外部ストロボ９が装着されていなかった場合には、第１実施形態と同様に、ステップＳ９からステップＳ２１を実行する。この場合、プリ発光は内蔵ストロボ８において同期発光を行い、本発光量を演算し、この演算された本発光量で内蔵ストロボ８を本発光させる。なお、ステップＳ７（図３）またはステップＳ８（図６）の判定を行い、判定結果に応じて、第１実施形態または第２実施形態と同様の処理を行ってもよい。

ステップＳ４における判定の結果、外部ストロボ９が未装着の場合には、レリーズ操作がなされた否か判定し、レリーズ操作がなされた場合には（Ｓ２９）、ＡＦ動作を行う（Ｓ３１）。この後、外部ストロボ９によって、フラット（ＦＰ）発光によりプリ発光を行う（Ｓ３４）。フラット発光とするのは、内蔵ストロボ８の場合と異なり、外部ストロボ９の場合には、制御部１０とストロボ間の通信にタイムラグが生じ、内蔵ストロボ８の場合と同様な同期発光を行うことが困難なためである。フラット発光を行うことにより、撮像素子６の各光電変換素子列の露光中、一定輝度で外部ストロボ９によるプリ発光を受光することができる。

続いて、プリ発光で得た測光値に基づいて、本発光量の演算を行う（Ｓ３５Ａ）。ここでの演算は、第１実施形態または第２実施形態と同様にして行う。本発光量の演算が終わると、続いて、撮影動作に入り、外部ストロボ９による本発光を行う（Ｓ３７）。撮影動作が終わると、次に撮影があるか否かを判定し（Ｓ３９）、ある場合には、ステップＳ３に戻り、一方、撮影がない場合には、撮影終了処理を行う（Ｓ２１）。

以上のように、本発明の第３実施形態によれば、外部ストロボ９を装着した場合には、フラット発光によるプリ発光を行い、このときの測光値に基づいて、本発光量を演算すると共に、外部ストロボ９が未装着の場合には、内蔵ストロボ８によるプリ発光を行って、本発光量を演算し、本発光を制御している。

次に、本発明の第４実施形態について、図９を用いて説明する。第４実施形態は、本発明をレンズシャッタ５ａに適用した例である。第１実施形態に係わる図２に示した回路ブロック図とは、フォーカルプレーンシャッタ５がレンズシャッタ５aに置き換わった点、異なっている。レンズシャッタ５ａを用いた場合には、フォーカルプレーンシャッタ５と異なり、全シャッタ速度においてストロボ光を照射することが可能である。このため、ステップＳ７（図３）における、シャッタ全開となる最短露光時間（シャッタ速度）ｍｔｍｉｎとの比較は必要なくなる。

この第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、ＣＭＯＳイメージセンサ等で構成されるＸＹアドレス走査型の撮像素子６においても、プリ発光時には同期発光を行い、このときの測光値を用いて、本発光量の演算を行い、本発光の制御を行うことができる。これにより、外光が明るい場合でも高精度の本発光の発光量制御を行うことができる。

以上、説明したように、本発明の各実施形態においては、撮像素子６の最初に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積終了後に、撮像素子６の最後に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積が開始される場合には（Ｓ７、Ｓ８においてＹｅｓの判定）、最初のラインの光電変換素子列の光電荷の開始から、最後の光電変換素子列の光電荷の電荷蓄積終了までの間に、プリ発光を複数回行うようにしている。このため、ＣＭＯＳイメージセンサのようなＸＹアドレス走査型撮像素子の駆動にあたって、特別な工夫を行う必要がなく、短い露光時間でも撮像素子のほぼ全面によるプリ発光制御を行うことができ、外光が明るい場合でも、精度の高い本発光量の制御ができる。また、短時間の露光時間内で、プリ発光を行うことができることから、シャッタタイムラグを短くすることができる。

また、同期発光することにより、すべての光電変換素子列の露光量が略同一となるようにプリ発光の発光量が制御される。このため撮像素子６の略全面に対応する光電変換素子からプリ発光時の測光情報を取得することができ、本発光量を高精度に求めることができる。さらに、本発光制御部（制御部１０）は、プリ発光による露光量が略同一である光電変換素子列の信号に基づいて本発光量を制御することができ、本発光量を高精度に制御することができる。

さらに、本発明の各実施形態においては、プリ発光時の光電変換素子列の露光時間（露光量）は、撮像素子６のローリングシャッタ（電子シャッタ）によって制御しており、また、本発光時にはフォーカルプレーンシャッタ５による機械的シャッタによって制御している。プリ発光時は電子シャッタであることから、露光量制御は迅速に行うことができ、レリーズタイムラグを短縮することができる。

さらに、本発明の各実施形態においては、フォーカルプレーンシャッタ５による露光量制御時にシャッタ全開となる最短露光時間ｍｔｍｉｎと、撮像素子６のローリングシャッタ（電子シャッタ）による露光量制御時にシャッタ全開に対応する状態となる最短露光時間ｓｔｍｉｎとの間の関係は、
ｍｔｍｉｎ＜ｓｔｍｉｎ
となっている。

この条件においては、機械式のシャッタ（フォーカルプレーンシャッタ５）の全開最短露光時間ｍｔｍｉｎよりも長い露光時間の場合には、ストロボ８による閃光発光が可能となる。ただ、ローリングシャッタの全開最短露光時間ｓｔｍｉｎよりも露光時間が短い場合には、全画面について撮像素子６が同時に露光するタイミングがない条件式となっている。このような条件であっても、本実施形態においては、プリ発光を同期発光することにより、略全画面についてプリ発光時に測光を行うことができる。

さらに、本発明の各実施形態（第４実施形態を除く）においては、着脱可能な撮影レンズ１と、フォーカシングスクリーン３およびペンタプリズム４等から構成される光学式ビューファインダと、撮影レンズ１を介して入射する光束を撮像素子６または光学式ビューファインダに導く可動ミラー２を備えており、ストロボ８のプリ発光時は被写体光束を撮像素子６に導く状態（アップ位置）に保持したままプリ発光による露光量制御と、本発光による露光量制御を行うことができる。可動ミラー２をアップ位置のままプリ発光と本発光を行っていることから、レリーズタイムラグを短くすることができる。

なお、本発明の各実施形態においては、デジタルカメラを用いて説明したが、デジタルカメラ以外にも、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ Personal Digital Assist）等に内蔵されるカメラでも勿論構わない。

なお、本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラの模式的な要部断面図である。 本発明の第１実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラの電気系を示す回路ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラの動作シーケンス図である。 本発明の第１実施形態において、プリ発光時の露出時間と発行回数を示す図である。 本発明の第２実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラの電気系を示す回路ブロック図である。 本発明の第３実施形態に係わるデジタル一眼レフカメラの動作を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係わるデジタルカメラの電気系を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１・・・撮影レンズ、２・・・可動ミラー、３・・・フォーカシングスクリーン、４・・・ペンタプリズム、５・・・フォーカルプレーンシャッタ、５ａ・・・レンズシャッタ、６・・・撮像素子、７・・・撮像部、８・・・ストロボ（内蔵）、９・・・外部ストロボ、１０・・・制御部、１１・・・画像処理部、１２・・・表示部、１３・・・メモリカード、１４・・・カメラ操作部、１５・・・外部Ｉ／Ｆ

Claims (9)

1. プリ発光に基づいて本発光における発光量を制御して撮影を行う撮像装置であって、
   複数ラインの光電変換素子をライン毎に所定の露光時間露光しながら、前記光電変換素子に蓄積した信号を前記ライン毎に順次読み出すＸＹアドレス走査型の撮像素子と、
   前記プリ発光を行うストロボと、
   プリ発光制御時に前記撮像素子の最初に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積終了後に前記撮像素子の最後に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積が開始される場合に、前記最初のラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積開始から前記最後の光電変換素子列の光電荷の蓄積終了までの間に複数回のプリ発光を行うプリ発光制御部と、
   前記複数回のプリ発光による前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記本発光における発光量を制御する本発光制御部と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記本発光制御部は、前記プリ発光による露光量が略同一である前記光電変換素子列の信号に基づいて前記本発光における発光量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. 前記プリ発光制御部は、すべての前記光電変換素子列の露光量が略同一となるようにプリ発光における発光量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. 前記発光量制御部は、前記プリ発光を行う場合は前記撮像素子の電子フォーカルプレーンシャッタのみで露光量を制御し、前記本発光を行う場合はメカニカルシャッタにより露光量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. 前記メカニカルシャッタによる露光量制御時にシャッタが全開となる最短の露光時間（全開露光時間）をｍｔｍｉｎ、電子フォーカルプレーンシャッタによる露光量制御時に全ての光電変換素子列が同時に露光を行うタイミングを有する最短の露光時間（全開露光時間）をｓｔｍｉｎとするとき、
   ｍｔｍｉｎ ＜ ｓｔｍｉｎ
   であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 着脱可能な撮影レンズと、光学式ビューファインダと、前記撮影レンズを介して入射する光束を前記撮像素子又は前記光学式ビューファインダへ導く可動ミラーとを備え、
   前記プリ発光時には前記光束を前記撮像素子に導く状態に保持したままプリ発光による露光量制御及び本発光による露光量制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 外部ストロボを装着可能に構成し、前記外部ストロボ装着時は、前記プリ発光を外部ストロボによって行い、前記プリ発光はＦＰ発光により行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 撮影時のシャッタ速度を設定するシャッタ速度設定手段を有し、
   前記撮像素子は、前記プリ発光時の前記撮像素子の電子フォーカルプレーンシャッタによる露光時間を、前記シャッタ速度設定手段によって設定されたシャッタ速度に対応する露光時間、またはこの露光時間よりも短い露光時間となるように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. プリ発光に基づいて本発光における発光量を制御して撮影を行う撮像方法であって、
   プリ発光制御時に、複数ラインの光電変換素子をライン毎に所定の露光時間、露光しながら、前記光電変換素子に蓄積した信号を前記ライン毎に順次読み出すＸＹアドレス走査型の撮像素子の、最初に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積終了時に前記撮像素子の最後に露光するラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積が開始される場合に、前記最初のラインの光電変換素子列の光電荷の蓄積開始から前記最後の光電変換素子列の光電荷の蓄積終了までの間に複数開のプリ発光を行い、前記複数回のプリ発光による前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記本発光における発光量を制御することを特徴とする撮像方法。