JP2010212764A - フラッシュ調光機能を備えたカメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定常光成分が多い場合であっても、フラッシュ光を高精度に調光することが可能なフラッシュ調光機能を備えたカメラを提供すること。
【解決手段】撮影シーンの定常光成分を算出し、この算出した定常光成分が所定の露光量を超える場合には、プリ発光時のフラッシュ光を有効に作用させる有効ライン数を減らすべく、シャッタ速を高速にし、定常光成分が所定の露光量以下の場合には、プリ発光時のフラッシュ光を有効に作用させる有効ライン数を増やすべく、シャッタ速を低速にする。さらに、ＡＥ処理結果、ＡＦ処理結果、顔検出結果に従って撮像領域中の基準ラインを設定し、この基準ラインに基づいて有効領域４０３を設定する。プリ発光露光時には、有効ライン数から設定される有効領域内の全てのラインにフラッシュ光が照射されるようにフラッシュ光の発光制御タイミングを制御する。
【選択図】図８

Description

本発明は、フラッシュ調光機能を備えたカメラ装置に関する。

従来、夜間や室内等の光量の少ないシーンや逆光シーンにおいて、光量の不足を補うためにフラッシュ装置を用いた撮影が行われることがある。このフラッシュ装置を用いた撮影では、フラッシュ撮影後に得られる画像の露光量が適正露光量となるようにフラッシュ装置の発光量を適切に制御する必要がある。この発光量の制御が一般に調光制御と呼ばれている。

調光制御の中で多く用いられている手法としてプリ発光を用いた調光制御（以下、この制御をプリ発光制御と記す）が知られている。プリ発光制御は、フラッシュ装置を発光させない状態で撮像素子から得られる定常光データとフラッシュ装置を少光量で発光させた状態で撮像素子から得られるプリ発光データとを本撮影前に取得し、これら定常光データとプリ発光データとを用いて本撮影時のフラッシュ装置の発光量を決定する方法である。このようなプリ発光制御については、例えば特許文献１において開示されている。

また、近年、デジタルカメラに用いられる撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサ（以下、単にＣＭＯＳセンサと記す）が用いられることがある。ＣＭＯＳセンサは光電変換素子を含む画素が２次元に配列されてなり、各画素に蓄積された電荷を画素単位又はライン単位で読み出すことが可能である。例えば、特許文献２においては、各画素に蓄積された電荷をライン毎に読み出すことが可能な撮像素子の構成が開示されている。特許文献２等の、各画素に蓄積された電荷をライン毎に読み出す方式の場合には、露光の開始及び終了のタイミングがライン毎にずれることとなる。

このようなライン毎に電荷の読み出しを行う撮像素子を用いてプリ発光制御を実施する場合、フラッシュ光は瞬間光であるため、プリ発光時のシャッタ速によっては露光期間中にフラッシュ光が照射されないラインが発生する場合があり得る。このフラッシュ光が照射されないラインを無くすための手法として、撮像領域の全てのラインについての露光期間が一部で重なるように各ラインの露光期間を設定する手法が知られている。全てのラインの露光期間が重なる期間を設けるようにすることで、その期間中にフラッシュ光が照射されるようにすれば、フラッシュ光が照射されないラインを無くすことが可能となる。

特開２００６−０５３４９３号公報 特開２００７−２２８０４７号公報

上述のように、全てのラインの露光期間を重ねるようにするためには、各ラインの電荷の読み出しに必要な時間＋重ねる時間分の露光期間が少なくとも必要となる。ここで、プリ発光データとしては瞬間のフラッシュ光量に対する蓄積データが必要である。したがって、プリ発光時に必要な露光期間は、フラッシュ発光時間分の露光期間だけあれば良い。さらに、撮影シーンにおいて定常光成分が多い場合には、測定誤差が大きくなり、正確にフラッシュ光量のデータを取得できない可能性がある。このため、プリ発光時の露光期間を短くすることが必要である。

フラッシュ光を照射するライン数を減らすことで、露光期間を短くして定常光成分を減少させることができ、また撮像素子の駆動モードを増やす必要もない。しかしながら、この場合、発光量の演算に使用できるライン数も減少してしまうので、情報量の不足により、フラッシュの調光精度が低下してしまうおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、定常光成分が多い場合であっても、フラッシュ光を高精度に調光することが可能なフラッシュ調光機能を備えたカメラを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様のフラッシュ調光機能を備えたカメラは、光電変換素子を含む複数の画素を２次元状に配置してなる撮像領域を有し、被写体からの光束を前記各画素で受光して受光量に応じた電荷を蓄積する撮像手段と、前記被写体を照明するために発光する発光手段と、前記被写体の情報を取得する被写体情報取得手段と、前記被写体の情報に応じて前記発光手段のプリ発光を有効に作用させる前記撮像領域内のライン数である有効ライン数を算出する有効ライン数算出手段と、前記有効ライン数に基づいて前記撮像領域内に有効領域を設定する設定手段と、前記撮像領域のライン単位で露光期間がずれるように、且つ前記撮像手段の有効領域の最初のラインに対応した露光期間の一部と前記有効領域の最後のラインに対応した露光期間の一部とが時間的に重なるように、前記撮像手段を制御する撮像制御手段と、前記有効領域の最初のラインに対応した露光期間の一部と前記有効領域の最後のラインに対応した露光期間の一部とが重なる期間において前記発光手段によるプリ発光を実行させる発光制御手段と、前記有効領域に対応した画素からの電荷に基づく画像から本発光時における前記発光手段の発光量を演算する発光量演算手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、定常光成分が多い場合であっても、フラッシュ光を高精度に調光することが可能なフラッシュ調光機能を備えたカメラを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るフラッシュ調光機能を備えたカメラ装置の構成を示すブロック図である。 カメラのフラッシュ撮影動作について示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるフラッシュ調光制御処理の詳細について示すフローチャートである。 撮像素子からの信号の読み出し期間と露光期間とプリ発光タイミングとの関係について示す図である。 シャッタ速決定処理の詳細を示すフローチャートである。 有効領域設定処理の詳細を示したフローチャートの第１図である。 有効領域設定処理の詳細を示したフローチャートの第２図である。 ライン数変換の例を示す図である。 ライン数変換で得られたライン数情報がなしの場合の基準ラインの設定例を示した図である。 ライン数変換において得られたライン数情報が１の場合の基準ラインの設定例を示した図である。 ライン数変換において得られたライン数情報が３の場合の基準ラインの設定例を示した図である。 ライン数変換において得られたライン数情報が２で、顔領域にＡＦ領域が内包されている場合の基準ラインの設定例を示した図である。 ライン数変換において得られたライン数情報が２で、ＡＥ領域に顔領域が内包されている場合の基準ラインの設定例を示した図である。 ライン数変換において得られたライン数情報が２で、ＡＥ領域の下部にＡＦ領域が重なっている場合の基準ラインの設定例を示した図である。 ライン数変換において得られたライン数情報が２で、ＡＥ領域とＡＦ領域が重なっていない場合の基準ラインの設定例を示した図である。 ライン数変換において得られたライン数情報が２で、顔領域を含む場合の基準ラインの設定例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るフラッシュ調光機能を備えたカメラ装置の構成を示すブロック図である。ここで、図１のカメラ１００には、外部フラッシュ装置２００が着脱自在になされている。カメラ１００に外部フラッシュ装置２００が装着された場合には、カメラ１００内のフラッシュ制御部１２１と外部フラッシュ装置２００内の制御部２０１とが互いに通信自在に接続される。

図１に示すカメラ１００は、撮影レンズ１０１と、レンズ制御部１０２と、絞り機構１０３と、絞り制御部１０４と、シャッタ１０５と、シャッタ制御部１０６と、撮像素子１０７と、撮像制御部１０８と、アナログ/デジタル（Ａ/Ｄ）変換部１０９と、メモリ１１０と、画像処理部１１１と、露出処理部１１２と、ＡＦ処理部１１３と、外部メモリ１１４と、表示部１１５と、システム制御部１１６と、操作部１１７と、不揮発性メモリ１１８と、電源部１１９と、電源制御部１２０と、フラッシュ制御部１２１と、フラッシュ充電部１２２と、フラッシュ発光部１２３と、外部フラッシュ接続部１２４とを有している。

撮影レンズ１０１は、被写体の光学像を撮像素子１０７に集光させるための光学系である。この撮影レンズ１０１は、システム制御部１１６からの指示に応じて動作するレンズ制御部１０２によりその光軸方向に移動される。この動作により、撮影レンズ１０１のフォーカス状態等を変更することが可能である。絞り機構１０３は、撮影レンズ１０１を介して撮像素子１０７に入射する光束の入射量を調節する。この絞り機構１０３は、システム制御部１１６からの指示に応じて動作する絞り制御部１０４により開閉される。シャッタ１０５は、撮影レンズ１０１を介して入射する光束が撮像素子１０７に形成された撮像領域に入射しないように撮像領域を遮光するメカシャッタ機構である。このシャッタ１０５は、システム制御部１１６からの指示に応じて動作するシャッタ制御部１０６により開閉される。撮影時には、シャッタ１０５の開放時間を制御することで撮像素子１０７の露光期間を制御することが可能である。

撮像手段としての機能を有する撮像素子１０７は、ベイヤー配列のカラーフィルタが画素を構成する光電変換素子（フォトダイオード等）の前面に配置されてなる撮像領域を有する撮像素子である。この撮像素子１０７は、撮影レンズ１０１により集光された光を、各画素で受光して光電変換することで、光の量を電荷量に変換し、さらに電荷をアナログ電圧信号（画像信号）としてＡ/Ｄ変換部１０９へ出力する。ここで、本実施形態における撮像素子１０７は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像領域を構成するライン単位で信号の読み出しが可能に構成されている。システム制御部１１６とともに撮像制御手段としての機能を有する撮像制御部１０８は、システム制御部１１６からの指示に応じて撮像素子１０７の動作制御を行う。

Ａ/Ｄ変換部１０９は、撮像素子１０７から出力されるアナログの画像信号をデジタル画像信号（以降、画像データという）に変換する。メモリ１１０は、Ａ/Ｄ変換部１０９において得られた画像データや、画像処理部１１１において処理された画像データ等の各種データが一時的に記憶される記憶部である。

画像処理部１１１は、メモリ１１０から読み出した画像データに対し、ホワイトバランス補正処理、同時化処理、色変換処理等の画像処理を施す。さらに、画像処理部１１１は、記録のための画像の圧縮や圧縮された画像の伸張等も行う。

露出処理部１１２は、画像データを用いて被写体輝度（被写体を含む撮影シーンの明るさ）を算出する。被写体輝度を算出するためのデータは、専用の測光センサの出力であっても良い。ＡＦ処理部１１３は、画像データから高周波成分の信号を取り出してＡＦ（Auto Focus）積算処理により合焦評価値を取得する。なお、ＡＦ処理部１１３は、専用のセンサを備えて撮影レンズ１０１の焦点ずれ量を求めることが可能な構成としても良い。

外部メモリ１１４は、例えばカメラ本体に着脱可能なメモリであり、画像処理部１１１において圧縮された画像データが記録される。なお、図１の例では画像データを記録するための記録媒体としてカメラ本体に着脱可能なメモリを示しているが、必ずしもカメラ本体に着脱可能なメモリを用いる必要はない。

表示部１１５は、例えば液晶ディスプレイ等の表示部であり、画像処理部１１１で処理された画像を表示する。

有効ライン数算出手段、設定手段、撮像制御手段、発光制御手段としての機能を有するシステム制御部１１６は、撮像制御部１０８やフラッシュ制御部１２１等のカメラ１００の各種シーケンスを統括的に制御する。操作部１１７は、電源ボタン、レリーズボタン、各種入力キー等の操作部材である。ユーザにより操作部１１７の何れかの操作部材が操作されることにより、システム制御部１１６は、ユーザの操作に応じた各種シーケンスを実行する。電源ボタンは、当該デジタルカメラの電源のオンオフ指示を行うための操作部材である。電源ボタンが押されたときに、システム制御部１１６は、当該デジタルカメラの電源をオン又はオフする。レリーズボタンは、１ｓｔレリーズスイッチと２ｎｄレリーズスイッチの２段スイッチを有して構成されている。レリーズボタンが半押しされて１ｓｔレリーズスイッチがオンされた場合に、システム制御部１１６は、ＡＥ処理やＡＦ処理等の撮影準備シーケンスを行う。また、レリーズボタンが全押しされて２ｎｄレリーズスイッチがオンされた場合に、システム制御部１１６は撮影シーケンスを実行して撮影を行う。ユーザは、例えば、表示部１１５において表示されるメニュー画面上で入力キーを用いて撮影時の撮影条件等を設定することが可能である。

不揮発性メモリ１１８は、カメラ１００の動作に必要な各種パラメータを記憶している。また、不揮発性メモリ１１８は、システム制御部１１６にて実行するプログラムも記憶している。システム制御部１１６は、不揮発性メモリ１１８に記憶されているプログラムに従い、また不揮発性メモリ１１８から各種シーケンスに必要なパラメータを読み込み、各処理を実行する。

電源部１１９は、カメラ１００の各部の動作に必要な電力を供給するための、例えば２次電池等からなる電源である。電源制御部１２０は、電源部１１９を構成する電池の残量を検出する等の電源部１１９の制御を行う。

システム制御部１１６とともに発光制御手段としての機能を有するフラッシュ制御部１２１は、システム制御部１１６からの指示に応じてフラッシュ充電部１２２における充電動作及びフラッシュ発光部１２３における発光動作を制御する。フラッシュ充電部１２２は、フラッシュ発光部１２３の発光に必要なエネルギーを蓄積する。このフラッシュ充電部１２２は、フラッシュ発光部１２３の発光に必要なエネルギーを蓄積するためのコンデンサ等を備えて構成されている。フラッシュ発光部１２３は、フラッシュ制御部１２１からの発光指示を受けた場合に、フラッシュ充電部１２２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを利用して発光する。このフラッシュ発光部１２３は、例えばキセノン（Ｘｅ）管等の発光管や反射傘を備えて構成されている。

外部フラッシュ接続部１２４は、カメラ１００の本体に外部フラッシュ装置２００を装着するための機構であり、内部にカメラ１００のフラッシュ制御部１２１と外部フラッシュ装置２００の制御部２０１とを通信可能に接続するための通信接点を備えている。

また、外部フラッシュ装置２００は、制御部２０１と、不揮発性メモリ２０２と、電源部２０３と、電源制御部２０４と、フラッシュ充電部２０５と、フラッシュ発光部２０６と、カメラ接続部２０７とを有している。

制御部２０１は、カメラ１００のフラッシュ制御部１２１の制御に従って、外部フラッシュ装置２００の各種シーケンスを統括的に制御する。不揮発性メモリ２０２は、外部フラッシュ装置２００の動作に必要な各種パラメータやプログラムを記憶している。

電源部２０３は、外部フラッシュ装置２００の各部の動作に必要な電力を供給するための電源である。電源制御部２０４は、電源部２０３の制御を行う。

フラッシュ充電部２０５は、フラッシュ発光部２０６の発光に必要なエネルギーを蓄積する。一般に、外部フラッシュ装置はカメラに内蔵のフラッシュ装置よりも大光量の発光が可能に構成される。このため、フラッシュ充電部２０５のコンデンサもフラッシュ充電部１２２のコンデンサよりも大容量のものが用いられる。フラッシュ発光部２０６は、制御部２０１からの発光指示を受けた場合に、フラッシュ充電部２０５のコンデンサに蓄積されたエネルギーを利用して発光する。このフラッシュ発光部２０６も、例えばキセノン（Ｘｅ）管等の発光管や反射傘を備えて構成されている。

次に、図１に示すカメラ１００のフラッシュ撮影動作について説明する。ここで、フラッシュ撮影動作は、後述するＡＥ処理の結果から被写体輝度が所定レベルよりも暗い場合や、ユーザによってフラッシュ発光部２０６（外部フラッシュ装置２００が装着されていない場合にはフラッシュ発光部１２３）を発光させるように設定された場合に行われるものとする。なお、図１に示すカメラ１００はフラッシュ装置の発光を伴わない撮影を行うことも可能である。しかしながら、フラッシュ装置の発光を伴わない撮影動作は従来と同様であるのでここでは説明を省略する。

図２は、カメラ１００のフラッシュ撮影動作について示すフローチャートである。ここで、図２の処理はシステム制御部１１６によって制御されるものである。

図２において、システム制御部１１６は、ユーザ操作によりカメラ１００の電源がオンとなったか否かを判定している（ステップＳ１）。ステップＳ１の判定において、カメラ１００の電源がオンとなるまで、システム制御部１１６はステップＳ１の判定を行いつつ待機する。ステップＳ１の判定においてカメラ１００の電源がオンとなった場合に、システム制御部１１６は、カメラ１００を撮影アイドル状態とする（ステップＳ２）。この撮影アイドル状態において、システム制御部１１６はスルー画表示（ライブビュー表示等ともいう）の制御を行う。即ち、システム制御部１１６は、撮像制御部１０８を介して撮像素子１０７を所定のフレームレートで動作させ、これによって撮像素子１０７を介して逐次得られる画像を表示部１１５に表示させる。また、撮影アイドル状態において、ユーザによってメニュー画面の表示指示がなされた場合に、システム制御部１１６は表示部１１５にメニュー画面を表示させる。このメニュー画面上でユーザはカメラ１００の各種の設定を行うことができる。

カメラ１００を撮影アイドル状態とした後、システム制御部１１６は、ユーザによりレリーズボタンが半押しされて１ｓｔレリーズスイッチがオンされたかを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３の判定において、１ｓｔレリーズスイッチがオンされるまで、システム制御部１１６は、繰り返しステップＳ３の判定を行う。一方、ステップＳ３の判定において、１ｓｔレリーズスイッチがオンされた場合に、システム制御部１１６は、ＡＥ処理及びＡＦ処理を実行する（ステップＳ４）。ＡＥ処理において、システム制御部１１６は、露出処理部１１２において被写体輝度を算出させる。その後、システム制御部１１６は、露出処理部１１２において算出された被写体輝度と予め不揮発性メモリ１１８に記憶された絞り値とシャッタ速決定テーブルとから露出演算を行って、撮影時の撮像素子１０７の露光量（絞り値ＡＶとシャッタ速ＴＶ）を算出する。さらに、システム制御部１１６は、ＡＥ処理の結果から、撮影画面内においてフラッシュの発光が必要な領域（撮影画面内の低輝度領域）を検出する。また、ＡＦ処理において、システム制御部１１６は、ＡＦ処理部１１３で得られるＡＦ評価値から、撮像素子１０７に集光される被写体の像が最も鮮明になるようにレンズ制御部１０２を制御して撮影レンズ１０１のフォーカスを調整する。

次に、システム制御部１１６は、ユーザによりレリーズボタンが全押しされて２ｎｄレリーズスイッチがオンされたかを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５の判定において、２ｎｄレリーズスイッチがオンされるまで、システム制御部１１６は、繰り返しステップＳ５の判定を行う。一方、ステップＳ５の判定において、２ｎｄレリーズスイッチがオンされた場合に、システム制御部１１６は、本撮影時におけるフラッシュ発光部２０６の発光量を決定するためのフラッシュ調光制御処理を行う（ステップＳ６）。このフラッシュ調光制御処理の詳細については後述する。

ステップＳ６において、本撮影時におけるフラッシュ発光部２０６の発光量を決定した後、システム制御部１１６は、フラッシュ制御部１２１を制御して、ステップＳ６で得られた発光量で外部フラッシュ装置２００のフラッシュ発光部２０６を発光させる。さらに、システム制御部１１６は、絞り制御部１０４を制御して絞り機構１０３を駆動するとともに、シャッタ制御部１０６を制御してシャッタ１０５を駆動して撮影を行う（ステップＳ７）。なお、撮像素子１０７の感度については例えば被写体輝度に応じて設定する。

本撮影の後、システム制御部１１６は、撮影によって得られた画像データに対する画像処理を画像処理部１１１に行わせる（ステップＳ８）。最後に、システム制御部１１６は、画像処理部１１１において得られた圧縮画像データを外部メモリ１１４に記録させる（ステップＳ９）。その後に、システム制御部１１６は図２の処理を終了させる。

図３は、本発明の一実施形態におけるフラッシュ調光制御処理の詳細について示すフローチャートである。このフラッシュ調光制御処理においては、定常光下（外光のみ）の露光を行ったときに撮像素子１０７を介して得られる定常光データと、フラッシュ発光部２０６を少光量で発光させたときに撮像素子１０７を介して得られるプリ発光データとから本撮影時のフラッシュ発光部２０６の発光量（本発光量）を決定する。

図３において、システム制御部１１６は、定常光露光時の絞り値ＡＶを算出する（ステップＳ１１）。次に、システム制御部１１６は、定常光露光時の撮像素子１０７の感度値ＳＶを算出する（ステップＳ１２）。次に、システム制御部１１６は、定常光露光時のシャッタ速ＴＶを算出する（ステップＳ１３）。なお、定常光露光時のＡＶ、ＳＶ、ＴＶは例えば固定値を用いる。勿論、定常光露光時のＡＶ、ＳＶ、ＴＶを撮影条件に応じて可変としても良い。定常光露光時のＡＶ、ＳＶ、ＴＶが算出された後、システム制御部１１６は各算出された値に従って絞り制御部１０４、撮像制御部１０８、シャッタ制御部１０６を制御して定常光露光を実行し、定常光露光によって撮像素子１０７を介して得られる定常光データをメモリ１１０に記憶させる（ステップＳ１４）。

定常光露光の後、システム制御部１１６は、プリ発光露光時の絞り値ＡＶを算出する（ステップＳ１５）。次に、システム制御部１１６は、プリ発光露光時の撮像素子１０７の感度値ＳＶを算出する（ステップＳ１６）。ここで、プリ発光露光時のＡＶ、ＳＶは例えば定常光露光時と同じ値を用いれば良い。

次に、システム制御部１１６は、プリ発光露光時のシャッタ速ＴＶを算出する（ステップＳ１７）。このプリ発光時のシャッタ速ＴＶの算出手法について説明する。図４は、撮像素子１０７からの信号の読み出し期間と露光期間とプリ発光タイミングとの関係について示す図である。上述したように、本実施形態における撮像素子１０７は、ライン単位での信号の読み出しが可能なＣＭＯＳセンサを想定している。このような構成の場合、図４に示すように、撮像領域内のあるラインの信号が読み出された後、所定の遅れ時間を伴って次のラインの信号が読み出される。このように、ＣＭＯＳセンサでは、各ラインの信号を同時に読み出すことができず、また信号の読み出し時間はライン毎に一定であるので、各ラインで露光期間を等しくするためには、信号の読み出し開始の遅れ時間分だけ露光開始のタイミングもライン毎にずらす必要がある。このため、シャッタ速ＴＶによっては撮像領域内でフラッシュ光が照射されない領域が発生する。

例えば、撮像領域内の全ラインにフラッシュ光を有効に作用させるためには、撮像領域内の全ラインの露光期間が重なる期間が発生するようにシャッタ速ＴＶを設定する。図４の例では、シャッタ速ＴＶ＝Ａの場合に全ラインの露光期間が重なる期間が発生する。この全ラインの露光期間が重なる期間中にフラッシュをプリ発光させることで撮像領域内の全ラインにフラッシュ光が照射される。

ここで、撮像領域内でフラッシュ光を有効に作用させるライン数（有効ライン数）を減少させることで、フラッシュ光の照射時に露光期間を重ねる必要のあるライン数が減少する。例えば、有効ライン数を全ラインの１/２とした場合、フラッシュ光の照射時に露光期間を重ねる必要のあるライン数も全ラインの１/２となる。この場合に、露光期間は、図示ハッチング部の期間のみとすれば良く、この期間で露光を行うためにはシャッタ速ＴＶを１段高速（シャッタ速ＴＶ＝Ａ＋１）にすれば良い。

同様に、有効ライン数を全ラインの１/４とした場合、フラッシュ光の照射時に露光期間を重ねる必要のあるライン数も全ラインの１/４となる。この場合の露光期間は、図４のＴＶ＝Ａ＋２のハッチング部の期間のみとすれば良く、この期間で露光を行うためにはシャッタ速ＴＶを２段高速にすれば良い。さらに同様に有効ライン数を全ラインの１/８、１/１６とする場合に対応してシャッタ速ＴＶを３段、４段高速にする例を、図４のＴＶ＝Ａ＋３、Ａ＋４に示す。

なお、図４においてはシャッタ速ＴＶ＝Ａ＋１、Ａ＋２、・・・、Ａ＋４の場合に、比較しやすいようにＴＶ＝Ａの露光期間を重ねて示している。

一般に、定常光は撮像素子１０７の撮像領域に一定に照射されていると仮定することができる。このように仮定すると、露光期間を半分にすることで撮像素子１０７への定常光の入射時間も半分となり、その結果、撮像素子１０７を介して得られる画像における定常光成分の量を１ＥＶ分だけ減少させることが可能である。同様の考えにより、露光期間を半分、即ちシャッタ速ＴＶを１段高速にする毎に、撮像素子１０７を介して得られる画像における定常光成分の量を１ＥＶずつ減少させることが可能である。これによってプリ発光露光時における定常光の影響を低減することが可能である。ただし、フラッシュ光を照射させるライン数を少なくしすぎると、フラッシュ光を高精度に調光することが困難となる。

したがって、本実施形態では、プリ発光に先だって撮影シーン中の定常光成分を抽出し、定常光成分が少ない場合には、フラッシュ光の調光精度を重視してフラッシュ光を有効に作用させる有効ライン数を多くするべく、シャッタ速ＴＶを低速とする。一方、定常光成分が多い場合には、フラッシュ光を有効に作用させる有効ライン数を少なくして定常光成分による誤差を減らすべく、シャッタ速ＴＶを高速とする。ただし、有効ライン数を少なくする場合であっても、その少なくした有効ライン内にフラッシュ光を必要としている被写体が存在していないとフラッシュの調光結果が適正なものとはならない場合がある。このため、有効ライン内に被写体が存在するように設定することが望ましい。

図５は、上述の考え方に基づく、シャッタ速決定処理の詳細を示すフローチャートである。図５のシャッタ速決定処理は、図３のステップＳ１７の「プリ発光露光用ＴＶ算出」の中の処理の一部を構成するものである。

図５において、システム制御部１１６は、まず、撮像素子１０７の撮像領域内の全ラインにフラッシュ光を有効に作用させるために必要なシャッタ速TV_All_Lineを算出する（ステップＳ３１）。このシャッタ速TV_All_Lineは、各ラインの信号の読み出しに必要な時間＋重ねる時間として算出される。シャッタ速TV_All_Lineの算出後、システム制御部１１６は、撮像素子１０７の撮像領域の全ラインにフラッシュ光を照射させた場合の輝度情報Pre_BVを以下の（式１）に従って算出する（ステップＳ３２）。
Pre_BV＝Pre_AV＋TV_All_Line−Pre_SV （式１）
なお、（式１）におけるPre_AVは図３のステップＳ１５で決定したプリ発光露光時の絞り値ＡＶであり、Pre_SVは図３のステップＳ１６で決定したプリ発光露光時の撮像素子１０７の感度値ＳＶである。

次に、システム制御部１１６は、プリ発光露光時の露光量の基準値である基準BVを決定する（ステップＳ３３）。この基準BVは任意の値を設定できる。本実施形態では、例えば基準BV＝Pre_BVとする。基準BVをPre_BVとすることで、基準BVは適正露光時の輝度を示すものとなる。基準BVの決定後、システム制御部１１６は、定常光の輝度情報BV_Normalを取得する（ステップＳ３４）。定常光の輝度情報BV_Normalは、例えば、定常光露光時に得られる画像の平均明るさから求めるようにしても良いし、ＡＥ時に得られる画像の平均明るさから求めるようにしても良い。

次に、システム制御部１１６は、以下の（式２）に従って適正露光に対する定常光成分の輝度超過分BV_Overを算出する（ステップＳ３５）。
BV_Over＝BV_Normal−基準BV＝BV_Normal−Pre_BV （式２）
その後、システム制御部１１６は、BV_Overが０以下であるか否かを判定する（ステップＳ３６）。ステップＳ３６の判定において、BV_Overが０以下の場合には、プリ発光露光時の撮影シーンにおける定常光成分の量が適正露光量を超えていない。この場合には、撮像領域の全ラインにフラッシュ光を照射する露光を行っても定常光の影響が少ないと考えられる。したがって、フラッシュ光の調光精度を重視してシステム制御部１１６は、シャッタ速ＴＶをTV_All_Lineとする（ステップＳ３７）。一方、ステップＳ３６の判定において、BV_Overが０を超えている場合には、プリ発光時露光時の撮影シーンにおける定常光成分の量が適正露光量を超えている。この場合に、撮像領域の全ラインにフラッシュ光を照射する露光を行うと、定常光の影響によって適正な調光結果が得られないおそれがある。したがって、システム制御部１１６はシャッタ速ＴＶをTV_All_Lineよりも高速にして定常光成分が一定露光量となるようにする（ステップＳ３８）。具体的には、シャッタ速ＴＶを以下の（式３）に示す値とする。
TV＝TV_All_Line＋BV_Over （式３）
以下、図３の説明を続ける。図５のステップＳ３７又はステップＳ３８の後、システム制御部１１６は、フラッシュ光を有効に作用させる有効領域を設定する（ステップＳ１８）。この有効領域の設定手法について以下に説明する。本実施形態においては、撮像領域内の被写体を含む領域中の所定のラインを基準ラインとし、この基準ラインを中心としてプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Line分のラインを含む領域を有効領域として設定する。

図６及び図７は、図３のステップＳ１８における有効領域設定処理の詳細を示したフローチャートである。図６において、システム制御部１１６は、基準ラインを設定するために必要な情報をライン数に変換するライン変換処理を行う（ステップＳ４１）。本実施形態では、以下に示す情報を用いて基準ラインを設定する。
（１）ＡＦ処理において合焦されている領域（ＡＦ領域とする）
（２）ＡＥ処理に基づいて演算される撮影画面内においてフラッシュの発光が必要な低輝度領域（ＡＥ領域とする）
（３）顔検出等の被写体認識技術によって識別される、撮影画面内において被写体が存在していると考えられる領域（顔領域とする）
これら（１）〜（３）の領域を撮像素子１０７のライン数に変換する。例えば、図８は、顔検出が行えた場合の変換例を示している。このような顔検出が行えた場合には、撮像素子１０７の撮像領域４０１中の顔の領域４０２を含むライン数Face_Line_Numを求める。ＡＦ合焦領域、ＡＥ領域についても同様の考え方でライン数AF_Line_Num、AE_Line_Numを求める。

次に、システム制御部１１６は、図５のステップＳ３７又はＳ８において決定されたシャッタ速ＴＶに従ってプリフラッシュ発光露光時にフラッシュ光を有効に作用させるべきプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineを算出する（ステップＳ４２）。このプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineは以下の（式４）に従って算出される。
Flash_Pre_Line＝（Exposure_Time−Flash_Control_Time）/Read_Time（切り上げ）
（式４）
ここで、（式４）のExposure_Timeは露光期間を示し、シャッタ速決定処理の際に決定されたシャッタ速ＴＶを時間に換算したものである。また、Flash_Control_Timeはフラッシュ制御タイミングを示す。各ラインの露光期間は最低限、フラッシュ制御タイミングFlash_Control_Timeの期間分は重ねる必要がある。さらに、Read_Timeは各ラインの信号読み出しタイミングのずれ時間であり、各ラインの信号読み出し時間にほぼ等しい時間となる。このRead_Timeが経過する毎に各ラインの露光が順次終了して信号の読み出しが開始されることになる。このプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Line分の領域にフラッシュ光を照射することで、プリ発光露光時における定常光成分が一定露光量となる。

次に、システム制御部１１６は、Face_Line_Num、AE_Line_Num、AF_Line_Numの中で幾つのライン数情報が得られたかを判定する（ステップＳ４３）。
ステップＳ４３の判定において、ステップＳ４１のライン数変換において得られたライン数情報がなし、即ちＡＦ、ＡＥ、顔検出ともに不能であった場合に、システム制御部１１６は、図９に示すように、撮像領域４０１中の中央のラインを基準ラインとする（ステップＳ４４）。これは、撮像領域４０１の中央部の被写体の存在確率が高いためである。次に、システム制御部１１６は、最終的なプリフラッシュ照射ライン数をステップＳ４２において算出されたプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineに決定する（ステップＳ４５）。この場合、有効領域は図９の参照符号４０３で示すものとなる。

また、ステップＳ４３の判定において、ステップＳ４１のライン数変換において得られたライン数情報が１、即ちＡＦ処理、ＡＥ処理、顔検出の何れか１つからしかライン数情報が得られなかった場合に、システム制御部１１６は、ＡＦ処理、ＡＥ処理、顔検出のうちで得られたライン数情報に対応した領域の中央部に相当するラインを基準ラインとする（ステップＳ４６）。例えば、図１０に示すように、ＡＥ処理のみ結果が得られた場合には、ＡＥ領域４０２ａの中央部に相当するラインを基準ラインとする。次に、システム制御部１１６は、最終的なプリフラッシュ照射ライン数をステップＳ４２において算出されたプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineに決定する（ステップＳ４７）。最終的なプリフラッシュ照射ライン数は、Face_Line_Num、AE_Line_Num、又はAF_Line_NumによらずにFlash_Pre_Lineとする。ライン数をFlash_Pre_Lineよりも多くしてしまうとプリ発光露光時に定常光成分が影響してしまい、ライン数をFlash_Pre_Lineよりも少なくしてしまうと一定の露光量が得られないためである。

また、ステップＳ４３の判定において、ステップＳ４１のライン数変換において得られたライン数情報が３、即ちＡＦ処理、ＡＥ処理、顔検出の何れからもライン数情報が得られた場合に、システム制御部１１６は、図１１に示すように、顔領域４０２ｂの中央部に相当するラインを基準ラインとする（ステップＳ４８）。これは、顔領域４０２ｂの露出を所定（適正）とするためである。次に、システム制御部１１６は、最終的なプリフラッシュ照射ライン数を、ステップＳ４２において算出されたプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineに決定する（ステップＳ４９）。

また、ステップＳ４３の判定において、ステップＳ４１のライン数変換において得られたライン数情報が２、即ちＡＦ処理、ＡＥ処理、顔検出の何れか２つからしかライン数情報が得られなかった場合に、システム制御部１１６は、得られた２つのライン数情報にそれぞれ対応した領域の何れかが他方に内包されているか否かを判定する（ステップＳ５０）。

ステップＳ５０の判定において、領域が内包されている場合に、システム制御部１１６は、顔領域４０２ｂにＡＥ領域４０２ａが内包されているか、或いは顔領域４０２ｂにＡＦ領域４０２ｃが内包されているかを判定する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１の判定において、顔領域４０２ｂにＡＥ領域４０２ａが内包されているか、或いは顔領域４０２ｂにＡＦ領域４０２ｃが内包されている場合に、システム制御部１１６は、顔領域４０２ｂの中央部に相当するラインを基準ラインとする（ステップＳ５２）。図１２は、顔領域４０２ｂにＡＦ領域４０２ｃが内包されている例を示しており、このような場合には顔領域４０２ｂの中央部に相当するラインを基準ラインとする。これは、顔領域４０２ｂの露出を所定（適正）とするためである。次に、システム制御部１１６は、最終的なプリフラッシュ照射ライン数をステップＳ４２において算出されたプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineに決定する（ステップＳ５３）。

また、ステップＳ５１の判定において、顔領域４０２ｂにＡＥ領域４０２ａ又はＡＦ領域４０２ｃが内包されていない、即ちＡＥ領域４０２ａ又はＡＦ領域４０２ｃに顔領域４０２ｂが内包されている場合、或いはＡＥ領域４０２ａとＡＦ領域４０２ｃの何れかが他方に内包されている場合に、システム制御部１１６は、小さい領域の中央部に相当するラインを基準ラインとする（ステップＳ５４）。図１３は、ＡＥ領域４０２ａに顔領域４０２ｂが内包されている例を示しており、このような場合には小さい方、即ち顔領域４０２ｂの中央部に相当するラインを基準ラインとする。この場合には、顔領域４０２ｂの露光量が所定（適正）となる。これは、大きい方の領域の中央部に相当するラインを基準ラインとすると、小さい方の領域が有効領域に含まれにくくなる場合があるのを回避し、小さい方と大きい方の領域を有効領域に反映させやすくするためである。

その後、システム制御部１１６は、最終的なプリフラッシュ照射ライン数を、ステップＳ４２において算出されたプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineに決定する（ステップＳ５５）。

また、ステップＳ５０の判定において、領域が内包されていない場合に、システム制御部１１６は、得られた２つのライン数情報がAE_Line_Num及びAF_Line_Numであるか否かを判定する（ステップＳ５６）。ステップＳ５６の判定において、得られた２つのライン数情報がAE_Line_Num及びAF_Line_Numである場合に、システム制御部１１６は、ＡＥ領域４０２ａとＡＦ領域４０２ｃの一部又は全部が重なっているか否かを判定する（ステップＳ５７）。ステップＳ５７の判定において、ＡＥ領域４０２ａとＡＦ領域４０２ｃの一部又は全部が重なっている場合に、システム制御部１１６は、ＡＦ領域４０２ｃに近い側のＡＥ領域４０２ａの端部に相当するラインを基準ラインとする（ステップＳ５８）。図１４は、ＡＥ領域４０２ａの下部にＡＦ領域４０２ｃが重なっている例を示しており、このような場合にはＡＥ領域４０２ａのＡＦ領域４０２ｃに近い側の端、即ちＡＥ領域４０２ａの下端に相当するラインを基準ラインとする。これは、フラッシュ調光の面から言えば、ＡＦ領域４０２ｃよりもＡＥ領域４０２ａを重視すべきであるが、ＡＥ領域４０２ａの近くにＡＦ領域４０２ｃが存在しているということは、ＡＥ領域４０２ａに関連した被写体が存在している可能性があるためである。即ち、基本的にはＡＥ領域４０２ａ内の露光量を重視しつつ、ＡＦ領域４０２ｃ内の被写体の露光量も考慮できるようにしている。次に、システム制御部１１６は、最終的なプリフラッシュ照射ライン数をステップＳ４２において算出されたプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineに決定する（ステップＳ５９）。

また、ステップＳ５７の判定において、ＡＥ領域４０２ａとＡＦ領域４０２ｃが全く重なっていない場合に、システム制御部１１６は、図１５に示すように、ＡＥ領域４０２ａの中央部に相当するラインを基準ラインとする（ステップＳ６０）。これは、ＡＦ領域４０２ｃ中の被写体がＡＥ領域４０２ａと関連のない被写体であると考えられるためである。次に、システム制御部１１６は、最終的なプリフラッシュ照射ライン数をステップＳ４２において算出されたプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineに決定する（ステップＳ６１）。

また、ステップＳ５６の判定において、得られた２つのライン数情報がAE_Line_Num及びAF_Line_Numでない場合、即ちFace_Line_Numを含む場合に、システム制御部１１６は、顔領域４０２ｂの中央部に相当するラインを基準ラインとする（ステップＳ６２）。例えば、図１６のような場合には顔領域４０２ｂの中央部に相当するラインを基準ラインとする。これは、顔領域４０２ｂの露出を所定（適正）とするためである。次に、システム制御部１１６は、最終的なプリフラッシュ照射ライン数をステップＳ４２において算出されたプリフラッシュ照射ライン数Flash_Pre_Lineに決定する（ステップＳ６３）。

ここで、図３の説明に戻る。以上のようにして有効領域４０３を設定した後、システム制御部１１６は図６及び図７の処理を終了する。その後、システム制御部１１６は各算出された値に従って絞り制御部１０４、撮像制御部１０８、シャッタ制御部１０６を制御してプリ発光露光を実行し、プリ発光露光によって撮像素子１０７を介して得られるプリ発光データをメモリ１１０に記憶させる（ステップＳ１９）。ここで、本実施形態において、システム制御部１１６は、有効領域４０３内の全てのラインの露光期間が重なる期間中にフラッシュ光を発光するようにフラッシュ光の発光制御タイミングを設定してプリ発光露光を実行する。プリ発光露光の後、システム制御部１１６は、メモリ１１０に記憶されている定常光データのうちで、有効領域４０３に対応したラインのデータを取得する（ステップＳ２０）。さらに、システム制御部１１６は、メモリ１１０に記憶されているプリ発光データのうちで、有効領域４０３に対応した対応したラインのデータを取得する（ステップＳ２１）。

その後、システム制御部１１６は、取得した定常光データ及びプリ発光データをそれぞれ被写体輝度に変換する発光量演算用データ変換処理を露出処理部１１２に実行させる（ステップＳ２２）。その後、システム制御部１１６は、定常光データから求められた被写体輝度及びプリ発光データから求められた被写体輝度のそれぞれにおいて発光量の演算に用いる発光エリアの判定を行う（ステップＳ２３）。発光エリアは例えば被写体が存在する領域とする。被写体の検出については顔検出等の手法を用いることができる。発光エリアの判定後、システム制御部１１６は、プリ発光データから求められた被写体輝度と定常光データから求められた被写体輝度との差分から、撮影時におけるフラッシュ発光部２０６の発光量（本発光量）を演算する（ステップＳ２４）。このようにしてフラッシュ調光制御が終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、撮影シーンの定常光成分を予測し、且つＡＥ処理結果、ＡＦ処理結果、顔検出結果に従って撮像領域４０１中の被写体の状態を考慮して有効領域４０３を設定している。これにより、定常光成分が所定の露光量（例えば、適正露光量）を超えた場合であっても有効領域４０３を適切に設定して定常光成分が該所定の露光量を超えないようにするとともに、フラッシュ光の照射により、本撮影時に重要と考えられる被写体の露光量を適正なもとのすることが可能である。したがって、撮像素子１０７の駆動モードを変えることなく、フラッシュ光の調光精度を向上させることが可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述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。

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。

１００…カメラ、１０１…撮影レンズ、１０２…レンズ制御部、１０３…絞り機構、１０４…絞り制御部、１０５…シャッタ、１０６…シャッタ制御部、１０７…撮像素子、１０８…撮像制御部、１０９…アナログ/デジタル（Ａ/Ｄ）変換部、１１０…メモリ、１１１…画像処理部、１１２…露出処理部、１１３…ＡＦ処理部、１１４…外部メモリ、１１５…表示部、１１６…システム制御部、１１７…操作部、１１８…不揮発性メモリ、１１９…電源部、１２０…電源制御部、１２１…フラッシュ制御部、１２２…フラッシュ充電部、１２３…フラッシュ発光部、１２４…外部フラッシュ接続部、１３１…フラッシュ発光部、２００…外部フラッシュ装置、２０１…制御部、２０２…不揮発性メモリ、２０３…電源部、２０４…電源制御部、２０５…フラッシュ充電部、２０６…フラッシュ発光部、２０７…カメラ接続部

Claims (4)

1. 光電変換素子を含む複数の画素を２次元状に配置してなる撮像領域を有し、被写体からの光束を前記各画素で受光して受光量に応じた電荷を蓄積する撮像手段と、
   前記被写体を照明するために発光する発光手段と、
   前記被写体の情報を取得する被写体情報取得手段と、
   前記被写体の情報に応じて前記発光手段のプリ発光を有効に作用させる前記撮像領域内のライン数である有効ライン数を算出する有効ライン数算出手段と、
   前記有効ライン数に基づいて前記撮像領域内に有効領域を設定する設定手段と、
   前記撮像領域のライン単位で露光期間がずれるように、且つ前記撮像手段の有効領域の最初のラインに対応した露光期間の一部と前記有効領域の最後のラインに対応した露光期間の一部とが時間的に重なるように、前記撮像手段を制御する撮像制御手段と、
   前記有効領域の最初のラインに対応した露光期間の一部と前記有効領域の最後のラインに対応した露光期間の一部とが重なる期間において前記発光手段によるプリ発光を実行させる発光制御手段と、
   前記有効領域に対応した画素からの電荷に基づく画像から本発光時における前記発光手段の発光量を演算する発光量演算手段と、
   を具備することを特徴とするフラッシュ調光機能を備えたカメラ装置。
2. 前記被写体の情報は、撮影画面内のＡＦ合焦位置を含むことを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ調光機能を備えたカメラ装置。
3. 前記被写体の情報は、撮影画面内の露出演算結果を含むことを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ調光機能を備えたカメラ装置。
4. 前記被写体の情報は、撮影画面内の顔検出位置を含むことを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ調光機能を備えたカメラ装置。

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