JP2013066037A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測光センサにスミアが発生する状況において、スミアの影響を軽減した露出制御を行うことができるようにする。
【解決手段】 被写体像を光電変換して電荷の蓄積を行い蓄積した電荷に応じた信号を出力する測光手段と、前記測光手段により出力される信号の値が目標値となるように前記測光手段を制御するための制御値を設定する設定手段と、前記測光手段により出力される信号に基づいて測光値を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された測光値に基づいて露出制御を行う露出制御手段と、を有し、前記設定手段は、前記制御値が所定範囲を超える場合、前記目標値を大きくする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スミアが発生する撮像素子を測光センサに用いる撮像装置に関するものである。

従来から、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のリニアセンサを測光センサに用いる撮像装置が知られている。例えば、特許文献１では、メイン撮像素子とサブ撮像素子を有し、サブ撮像素子の出力信号を用いて測光制御を行うデジタルスチルカメラが提案されている。

特開２００１−３４６０９５号公報

しかしながら、測光センサとしてＣＣＤを使用する場合、高輝度の被写体を測光しようとするとスミアが発生してしまい、スミアの影響で正しい測光値が得られなくなってしまう。図１０は、スミアの影響により理想の測光値と実際の測光値との間に生じる差を説明するための図である。理想の測光値とは、本来得られると想定される測光値のことを指す。

図１０に示すように、外光の明るさを示す外光ＢＶ値がＢＶ９付近までは、スミアの影響がほとんどなく理想の測光値と実際の測光値が一致している。一方、ＢＶ１０付近からはスミアの影響が出始めて実際の測光値は理想の測光値よりも大きくなり、徐々に理想の測光値と実際の測光値との間に差が大きくなる。

そのため、理想の測光値よりも大きい実際の測光値に基づいて露出制御を行う場合、外光の明るさを明るめに見積もることになり、結果として露出アンダーになってしまう。

そこで、本発明は、測光センサにスミアが発生する状況において、スミアの影響を軽減した露出制御を行うことができるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、被写体像を光電変換して電荷の蓄積を行い蓄積した電荷に応じた信号を出力する測光手段と、前記測光手段により出力される信号の値が目標値となるように前記測光手段を制御するための制御値を設定する設定手段と、前記測光手段により出力される信号に基づいて測光値を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された測光値に基づいて露出制御を行う露出制御手段と、を有し、前記設定手段は、前記制御値が所定範囲を超える場合、前記目標値を大きくすることを特徴とする。

本発明によれば、測光センサにスミアが発生する状況において、スミアの影響を軽減した露出制御を行うことができる。

本発明の実施形態に係わるカメラの構成図。 スミアの影響を軽減させるためのＡＥセンサ１０８の制御値補正処理を示す図。 ＡＥセンサ１０８の測光領域を示す図。 蓄積時間Ｔ（ＡＰＥＸ値）と、実際の蓄積時間ｔ（ｍｓ）との関係の一例を示す図。 センサ出力Ｙ（ＡＰＥＸ値）と実際のセンサ出力ｙ（ｃｏｕｎｔ）との関係の一例を示す図。 レンズの周辺光量落ちを補正する補正値ＬｅｎｓＹｉｊの一例を示す図。 測光値ＢＶ（ＡＰＥＸ値）と実際のｂｖ値との関係の一例を示す図。 蓄積時間Ｔとスミア量ｓ（ｃｏｕｎｔ）とセンサ出力ｙとその時のＢＶ値の関係の一例を示す図 制御値補正後のスミアの影響を示す図。 スミアの影響による測光値のずれを示す図。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わる撮像装置であるカメラの構成を示す図である。本実施形態におけるカメラは、カメラ本体１００とレンズ２００とを有しているが、カメラ本体１００とレンズ２００とが一体化したカメラであっても構わない。

カメラ本体１００とレンズ２００の内部構成について説明する。

マイクロコンピュータＣＰＵ（以下、カメラマイコン）１０１は、カメラ本体１００の各部を制御するＣＰＵであり、メモリ１０２は、カメラマイコン１０１に接続されているＲＡＭやＲＯＭ等のメモリである。

赤外カットフィルタやローパスフィルタ等を含むＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子１０３は、レンズ２００によって撮影時に被写体の像が結像される。シャッター１０４は、非撮影時には撮像素子１０３を遮光し、撮影時には開いて撮像素子１０３へ光線を導く。ハーフミラー１０５は、非撮影時にレンズ２００より入射する光の一部を反射しピント板１０６に結像させる。ＰＮ液晶等の表示素子１０７は、ＡＦ測距枠を表示するためのものであり、光学ファインダーを覗いたときにどの位置で焦点調節を行っているかをユーザーに示す。

測光センサ（以下、ＡＥセンサとも呼ぶ）１０８は、ＣＣＤを用いており、被写体像を光電変換して電荷の蓄積を行い蓄積した電荷に応じた信号を出力する。なお、ＡＥセンサ１０８はＣＣＤを用いているため、高輝度の被写体を測光するとスミアが発生する。

ペンタプリズム１０９は、ピント板１０６の被写体像をＡＥセンサ１０８及び光学ファインダーに導く。ＡＥセンサ１０８はペンタプリズム１０９を介してピント板１０６に結像された被写体像を斜めの位置から見込んでいる。

ＡＦセンサ１１０は、自動焦点調節（ＡＦ）に用いられ、レンズ２００より入射し、ハーフミラー１０５を通過した光線がＡＦミラー１１１で反射されて導かれる。

ＡＥセンサ１０８の画像処理・演算用のＣＰＵ（以下ＡＥＣＰＵと呼ぶ）１１２は、ＡＥセンサ１０８から出力される信号に基づいて測光演算やＡＥセンサ１０８の制御値補正処理等を行う。
メモリ１１３は、ＡＥＣＰＵ１１２に接続されているＲＡＭやＲＯＭ等のメモリである。

本実施形態では、ＡＥセンサ専用のＣＰＵとしてＡＥＣＰＵ１１２を有する構成を説明するが、ＡＥＣＰＵ１１２で行う処理をカメラマイコン１０１で行う構成であっても構わない。

その他、カメラ本体１００は、不図示の操作部を有していて、操作部におけるレリーズスイッチをユーザーに操作されることで撮影準備動作や撮影動作を開始させる。

レンズ内のＣＰＵ（以下ＬＣＰＵと呼ぶ）２０１は、被写体との距離情報や焦点距離情報等を含むレンズ情報をカメラマイコン１０１に送る。また、ＬＣＰＵ２０１は、カメラマイコン１０１から測距演算の結果や測光演算の結果を受け取り、レンズや絞りを駆動させる。

次に、図２を用いて、ＡＥセンサ１０８にスミアが発生する場合に測光値に対するスミアの影響を軽減させるためのＡＥセンサ１０８の制御値補正処理について説明する。

不図示の操作部に含まれる電源スイッチが操作されてカメラの電源が投入されると、ステップＳ１０１で、ＡＥセンサ１０８は初回の測光を行う。このとき、ＡＥＣＰＵ１１２はＡＥセンサ１０８の蓄積時間を所定の蓄積時間Ｔ０に設定し、ＡＥセンサ１０８は、設定された蓄積時間Ｔ０で蓄積を行う。

ステップＳ１０２では、ＡＥＣＰＵ１１２は、ステップＳ１０１あるいはステップＳ１０７で測光を行って得られたＡＥセンサ１０８の出力から測光値を算出する。

測光値は、図３のように測光センサの有効画素領域を複数の測光領域に分割して、まず各測光領域の測光値を算出し、その後、各測光領域の測光値に基づいて最終測光値を決定する。例えば、各測光領域の測光値に対してそれぞれ重みづけをした加重平均を行って最終測光値を決定したり、所定の測光領域の測光値を平均して最終測光値を決定したりする。

各測光領域の測光値ＢＶｉｊは以下の式１で算出できる。
ＢＶｉｊ＝Ｙｉｊ＋ＬｅｎｓＹｉｊ−Ｐ （式１）
（ｉｊは測光領域の位置を表すパラメータ、ｉ＝０〜９、ｊ＝０〜６）
式１において、Ｙｉｊは各測光領域のセンサ出力、ＬｅｎｓＹｉｊはレンズ２００の周辺光量落ちを補正する補正値、ＰはＡＥセンサ１０８の制御値であり、本実施形態では説明を簡単にするためＰ＝Ｔ（蓄積時間）とする。なお、ＡＥセンサ１０８の制御値は、蓄積時間の他に画素加算数やゲイン等の要素が考えられる。

ここで、式１の蓄積時間Ｔ（ＡＰＥＸ値）と実際の蓄積時間ｔ（ｍｓ）とは、例えば図４のように設定する。また、センサ出力Ｙｉｊ（ＡＰＥＸ値）と実際のセンサ出力ｙｉｊ（ｃｏｕｎｔ）とは、例えばＡＥセンサ１０８が１４ｂｉｔ出力のセンサだと仮定して図５のように設定する。さらに、レンズ２００の周辺光量落ちを補正する補正値ＬｅｎｓＹｉｊの一例を図６に示す。ＬｅｎｓＹｉｊはレンズの種類毎に異なる値となる。このレンズの補正値は、ＬＣＰＵ２０１とカメラマイコン１０１との通信により装着されているレンズの種類を判定して、予めメモリ１０２に記憶されているデータから適切なデータを選択すればよい。

以上のような式１から得られた各測光領域のＢＶｉｊから最終測光値ＢＶを求められる。

図７は、式１で得られた測光値ＢＶ（ＡＰＥＸ値）と実際のｂｖ値との関係の一例を示す図である。この測光値ＢＶ（ＡＰＥＸ値）と実際のｂｖ値との関係はＡＥセンサ１０８の感度やカメラの測光光学系等によって変わる。

最終測光値ＢＶは、測光モード（評価測光、中央重点平均測光、スポット測光等）に従ってそれぞれ重みづけをして加重平均を行って求めればよいが、一例として全測光領域の測光値を単純平均とすると、平均値である最終測光値ＢＶは以下の式２で求められる。
ＢＶ＝ΣＢＶｉｊ／７０ （式２）
続いて、ステップＳ１０３で、ＡＥＣＰＵ１１２は次回の測光を行う際のＡＥセンサ１０８の制御値Ｔｎｅｘｔを算出する。

蓄積時間Ｔｎｅｘｔを算出する際に、ＡＥＣＰＵ１１２はまずセンサ出力と狙い値（目標値）とのずれΔＢＶを求める。被写界の輝度が安定しており、十分な時間が経っていれば（被写界の輝度が安定した状態で測光を十分な回数行っていれば）センサ出力と狙い値とのずれΔＢＶは０となる。

ＡＥＣＰＵ１１２は、ＡＥセンサ１０８の出力が狙い値になるように、各測光における制御値（本実施形態では、蓄積時間）を設定する。通常時においては、狙い値Ｙｔは上下に十分なダイナミックレンジを有する値の近傍とするのがよく、図５においてはＹｉｊ＝７８（ｙｉｊ＝１０００）の近傍にするのが好ましい。

ここで、ΔＢＶは以下の式３により求められる。
ΔＢＶ＝ΣＹｉｊ／７０−Ｙｔ （式３）
式３で求めたΔＢＶと今回の蓄積時間Ｔから次回の蓄積時間Ｔｎｅｘｔは以下の式４で求めることができる。
Ｔｎｅｘｔ＝Ｔ−ΔＢＶ （式４）
ステップＳ１０４では、ＡＥＣＰＵ１１２は、ステップＳ１０３により得られた次回制御値（次回蓄積時間Ｔｎｅｘｔ）と、制御値補正をかけるか否かの判断に用いる閾値との比較を行う。ここでは、次回の制御値と閾値との比較を行う場合を説明するが、今回の制御値と閾値とを比較してもよい。また、２回以上の測光を行った状態であれば、今回よりもさらに前に制御値と閾値との比較を行っても構わない。測光値にスミアの影響が出始める制御値について予めデータを取って置き、そのデータに基づいて決定している。

スミアの影響が測光値に出始める蓄積時間を判定する方法としては、例えば、輝度箱等の均一輝度面のＢＶ値を変えながら測光値と蓄積時間のデータを取り、理想測光値と実測測光値がずれ始める蓄積時間がスミアの影響が出始める蓄積時間と判断できる。ここでは、均一輝度面のＢＶ値が理想測光値に相当する。

図８は、蓄積時間Ｔとスミア量ｓ（ｃｏｕｎｔ）とセンサ出力ｙとその時のＢＶ値の関係の一例を示している。なお、ＢＶ値は、図６に示した補正値をもつレンズ装着時の値である。また、ＢＶ値に関しては、実際の測光値（ＢＶ値）と理想的な測光値（外光のＢＶ値）とを示している。

図８から、スミアの影響が測光値に出始める蓄積時間は、実際の測光値（ＢＶ値）と理想的な測光値（外光のＢＶ値）がずれ始めるＴ＝１３のときと考えることができる。

図８に示したデータから制御値補正をかけ始める蓄積時間、すなわち、ステップＳ１０４での比較に用いる閾値を、例えば、Ｔ＝１３のときに十分な補正ができるＴｓ＝３２とする。

以上のように、蓄積時間Ｔが小さいほどスミアの影響が大きくなるため、次回蓄積時間Ｔｎｅｘｔが、閾値Ｔｓより小さい場合、ステップＳ１０５へ移行し、閾値Ｔｓ以上だった場合、Ｓ１０７に移行する。

ステップＳ１０５で、ＡＥＣＰＵ１１２は、スミアの影響を抑えるための制御補正値を算出する。制御補正値Δｓｍｅａｒの計算は、例えば以下の式５で算出できる。
Δｓｍｅａｒ ＝（Ｔｓ−Ｔ）×Ａ （式５）
式５において、Ｔｓは制御値補正をかけ始める蓄積時間、Ａはどの程度補正をかけるか決める係数であり、本実施形態では、Ｔｓ＝３２、Ａ＝１／２とする。なお、ＴｓやＡの値は適宜変更可能でこれに限ったものではない。

ステップＳ１０６では、ＡＥＣＰＵ１１２は、Ｓ１０５で算出した制御補正値を加味して、以下の式６にように次回制御値を補正する。
Ｔｎｅｘｔ’＝ Ｔｎｅｘｔ＋Δｓｍｅａｒ （式６）
図９は、制御値補正を行った場合のスミアの影響を示した図である。なお、ＢＶ値は、図６に示した補正値をもつレンズ装着時の値である。

図９に示すように、制御補正値Δｓｍｅａｒによって蓄積時間を長くする、すなわち、センサの狙い値を高くする（目標値を大きくする）ことによって、センサ出力に対するスミアの影響は小さくなり、実際の測光値と理想的な測光値との間に生じる差が軽減される。例えば、Ｔｎｅｘｔ＝１３の場合、制御値補正を行わなければ狙い値ｙ＝１０００に対してスミア量ｓ＝９７となるが、制御値補正を行うことで狙い値ｙ＝２１８１となり、制御値補正を行うことで狙い値に対するスミア量の相対比は小さくなる。

また、スミアの影響が大きくなるほど制御補正値Δｓｍｅａｒが大きくなるようにしているので、スミアの影響が大きくなるほど制御補正値Δｓｍｅａｒが大きくセンサの狙い値は高くなる。

ステップＳ１０７では、ＡＥＣＰＵ１１２は、ステップＳ１０３あるいはステップＳ１０６で決定された次回制御値（次回蓄積時間Ｔｎｅｘｔあるいは次回蓄積時間Ｔｎｅｘｔ’）を用いて測光を行う。その後、ステップＳ１０２に戻り、上記のステップＳ１０２〜Ｓ１０７を繰り返す。

なお、制御値補正を行う場合は、補正前の蓄積時間Ｔｎｅｘｔと補正後の蓄積時間Ｔｎｅｘｔ’の両方をメモリ１１３に記憶しておく。そして、次回のステップＳ１０２では、メモリ１１３に記憶しておいた蓄積時間Ｔｎｅｘｔ’をＰとして用いて測光値ＢＶｉｊを算出すればよい。また、次回のステップＳ１０４、Ｓ１０５では、メモリ１１３に記憶しておいた蓄積時間ＴｎｅｘｔをＴとして用いて新たなＴｎｅｘｔ、Δｓｍｅａｒを算出すればよい。

撮影を行う場合には、撮影前に算出された測光値に基づいて、カメラマイコン１０１あるいはＡＥＣＰＵ１１２により絞り値、シャッター速度、撮影感度等を演算して露出制御を行う。

以上のように、高輝度時にＡＥセンサ１０８の平均出力の狙い値を通常時よりも高めに設定することでＡＥセンサ１０８の出力におけるスミアの影響を軽減でき、スミアの影響を軽減した露出制御を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、ＡＥセンサ１０８の制御値Ｐ＝蓄積時間Ｔとしたが、蓄積時間以外に画素加算数やゲイン等の要素に基づいた値を制御値としても構わない。

また、制御値Ｐ＝蓄積時間Ｔとすると蓄積時間Ｔが小さいほどスミアの影響が大きくなるため、制御値Ｐが閾値よりも小さいと制御値補正を行うようにしたが、制御値の定義によっては制御値が大きいほどスミアの影響が大きくなる場合も考えられる。そのような場合には、制御値が閾値以上だと制御値補正を行うようにすればよい。すなわち、制御値が所定範囲を超えなければ制御値補正をせずに、制御値が所定範囲を超える場合は狙い値が大きくなる（目標値が大きくなる）ように制御値補正を行うようにすればよい。また、制御値が所定範囲から大きく離れるほど狙い値を高くする（目標値を大きくする）ようにすればよい。

１００ カメラ
１０１ カメラマイコン
１０３ 撮像素子
１０８ 測光センサ
１１２ ＡＥＣＰＵ

Claims (7)

1. 被写体像を光電変換して電荷の蓄積を行い蓄積した電荷に応じた信号を出力する測光手段と、
   前記測光手段により出力される信号の値が目標値となるように前記測光手段を制御するための制御値を設定する設定手段と、
   前記測光手段により出力される信号に基づいて測光値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された測光値に基づいて露出制御を行う露出制御手段と、を有し、
   前記設定手段は、前記制御値が所定範囲を超える場合、前記目標値を大きくすることを特徴とする撮像装置。
2. 前記設定手段は、前記算出手段により算出された測光値に基づいて前記制御値を算出し、
   当該算出された制御値が前記所定範囲を超える場合、前記目標値を大きくして前記測光手段により出力される信号の値が前記大きくした目標値となるように前記算出された制御値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。
3. 前記設定手段は、前記制御値が所定範囲から大きく離れるほど前記目標値を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記制御値は、前記測光手段の、蓄積時間、画素加算数、ゲインの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記設定手段は、前記測光手段の複数の測光領域から出力される信号のそれぞれに重み付けをして加重平均した平均値が前記目標値となるように前記制御値を設定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記設定手段は、前記測光手段の複数の測光領域から出力される信号の平均値が前記目標値となるように前記制御値を設定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 被写体像を光電変換して電荷の蓄積を行い蓄積した電荷に応じた信号を出力する測光手段を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記測光手段により出力される信号の値が目標値となるように前記測光手段を制御するための制御値を設定する設定ステップと、
   前記測光手段により出力される信号に基づいて測光値を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップで算出された測光値に基づいて露出制御を行う露出制御ステップと、を有し、
   前記設定ステップは、前記制御値が所定範囲を超える場合、前記目標値を大きくすることを特徴とする撮像装置の制御方法。

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