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

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【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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