JP2013167682A - 測光センサ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な測光及びシーン認識が可能な測光センサ及び撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の測光センサ２５は、色を検出可能な第１画素群ＲＧＢ、及び、受光可能な光量が前記第１画素群ＲＧＢよりも小さい第２画素Ｙを備える測光部１０２と、前記測光部１０２で行う測光に用いる画素を、前記第１画素群ＲＧＢと前記第２画素Ｙとのうちから選択可能な制御部１００と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、測光センサ及び撮像装置に関するものである。

従来、ＣＣＤや、ＣＭＯＳ等の蓄積型の測光素子により測光を行うカメラがある。
測光素子の出力はカメラ内のＣＰＵでＡ／Ｄ変換され、測光やシーン認識の演算が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８５８２１号公報

従来、シーン認識の際、読出時間や演算負荷の問題より、画素数が少なく粗い状態でシーンを認識している。しかし、画素数が少ないとシーン認識の検出精度が低下し、小さい被写体の認識が困難になる。

本発明の課題は、良好な測光及びシーン認識が可能な測光センサ及び撮像装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、色を検出可能な第１画素群（ＲＧＢ）、及び、受光可能な光量が前記第１画素群（ＲＧＢ）よりも小さい第２画素（Ｙ）を備える測光部（１０２）と、前記測光部（１０２）で行う測光に用いる画素を、前記第１画素群（ＲＧＢ）と前記第２画素（Ｙ）とのうちから選択可能な制御部（１００）と、を備える測光センサ（２５）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測光センサ（２５）であって、第１画素群（ＲＧＢ）は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの画素を有すること、を特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の測光センサ（２５）であって、前記制御部（１００）は、前記測光部（１０２）で行う測光に用いる画素として、前記第１画素群（ＲＧＢ）と前記第２画素（Ｙ）とのうちの、前記第１画素群（ＲＧＢ）のみを用いる第１測光、前記第２画素（Ｙ）のみを用いる第２測光、又は、前記第１画素群（ＲＧＢ）及び前記第２画素（Ｙ）を用いる第３測光のうちの、いずれの測光方法を選択可能であること、を特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の測光センサ（２５）であって、前記第１画素群（ＲＧＢ）と前記第２画素（Ｙ）とが、１つの正方行列を構成するように配置され、前記測光部（１０２）は前記正方行列の繰り返しであること、を特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の測光センサ（２５）であって、アナログデジタル変換部（１０３）を有し、該アナログデジタル変換部（１０３）は、前記測光部（１０２）のアナログ出力をデジタル出力に変更すること、を特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の測光センサ（２５）であって、前記制御部（１００）は、画素加算測光と、窓読み測光と、全画素測光とのうちのいずれかの測光方法を選択可能であること、を特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の測光センサ（２５）であって、前記第２画素（Ｙ）は、前記第１画素群（ＲＧＢ）のそれぞれの画素よりも開口が小さいこと、を特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の測光センサ（２５）であって、前記制御部（１００）は、被写界の輝度を測定する測光を行う場合、被写界の最大輝度が適正レベルとなるように前記画素の蓄積制御を行い、被写界のシーン認識を行う場合、被写界の平均輝度が適正レベルとなるように、前記画素の蓄積制御を行い、測光を行う場合は、複数画素を加算して読み出しを行い、シーン認識を行う場合は全画素の読出しを行うこと、を特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の測光センサ（２５）であって、高輝度時は前記第２画素（Ｙ）のみ出力し、低輝度時は前記第１画素群（ＲＧＢ）を出力したのち、輝度合成したものから測光を行うことを、特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の測光センサ（２５）であって、シーン認識において、前記第１画素群（ＲＧＢ）を出力し、色情報から被写体を認識すること、を特徴とする測光センサ（２５）である。
請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の測光センサ（２５）を備える撮像装置（１）である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

本発明によれば、良好な測光及びシーン認識が可能な測光センサ及び撮像装置を提供することができる。

本実施形態のカメラの概略構成を説明する図である。 測光センサにおける画素の構成図である。 測光センサの機能ブロック図である。 測光センサにおける画素加算機能について示す図である。 測光モードに対応して、測光領域を窓読み機能を用いて変更する例であり、（ａ）はマルチパターン測光、（ｂ）は中央重点測光、（ｃ）はスポット測光の例を示す。 シーン認識でオートエリアＡＦ時に人物検出を行う場合の読出し領域を説明する図である。 撮影動作を示すフローチャートである。 本実施形態の測光処理を示すフローチャートである。

（カメラの基本構成）
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態のカメラ１の概略構成を説明する図である。
本実施形態のカメラ１は、カメラ本体２０と、当該カメラ本体２０に着脱可能な撮影レンズ１０と、によって構成された、いわゆるデジタル一眼レフカメラである。
撮影レンズ１０は、鏡筒内部に、結像光学系を構成する複数のレンズ群と、絞り１１とを備えている。複数のレンズ群のうち、図示するレンズ群Ｌ１は、光軸ＯＡ方向に移動して結像位置を調節可能な焦点調節レンズである。

カメラ本体２０は、撮像素子２１と、クイックリターンミラー２２と、サブミラー２３と、ファインダー光学系３０と、測距素子２４と、測光センサ２５と、カメラ制御部４０と、備えている。

撮像素子２１は、被写体光を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子であって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各画素が所定の配列パターンで配列されている。撮像素子２１は、撮影レンズ１０の結像光学系による結像面の画像情報を電気信号に変換して撮像し、各画素に対応する色情報や輝度情報に応じた画像信号をカメラ制御部４０に出力する。

クイックリターンミラー（メインミラー）２２は、撮影レンズ１０の結像光学系から撮像素子２１に至る光路中に介在する作用位置と、光路中に介在しない退避位置との間を移動可能に設けられている。クイックリターンミラー２２は、作用位置において、入射光束をファインダー光学系３０（拡散スクリーン２６）へと反射する。
また、クイックリターンミラー２２の一部には、入射光束の一部を透過する半透過領域が形成されている。
サブミラー２３は、クイックリターンミラー２２の背面側に設けられている。サブミラー２３は、クイックリターンミラー２２の半透過領域を透過した入射光束を測距素子２４に向けて反射させる。

ファインダー光学系３０は、拡散スクリーン２６と、コンデンサレンズ２７と、ペンタプリズム２８と、接眼レンズ２９と、により構成されている。
拡散スクリーン２６は、撮像素子２１と光学的に等価な位置に設けられており、クイックリターンミラー２２によって導かれた入射光束が結像する。
ペンタプリズム２８及び接眼レンズ２９は、この拡散スクリーン２６上に結像してコンデンサレンズ２７を通った被写体像を、正立像として撮影者が視認し得るようになっている。

測光センサ２５は、被写体光を電気信号に変換するＣＭＯＳセンサであって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各画素が所定の配列パターンで配列されている。測光センサ２５は、被写界を分割して測光し、それぞれの測光値をカメラ制御部４０に出力可能な構造になっている。さらに、測光センサ２５においてシーン認識も可能である。
カメラ制御部４０は、カメラ１の各制御を行う部分である。

図２は、測光センサ２５における画素の構成図である。
斜線部分ＯＢはオプティカルブラック領域であり、遮光された画素で黒レベルの基準となる画素である。
太線で囲まれた領域Ａは、第２の撮像素子の有効画素領域を記す。
また、小さな丸で囲んだ最小の四角い領域の１つ（１ユニットという）を、図の右側に拡大して示す。この拡大図に示すように、１ユニットは、ＲＧＢ画素と、オンチップカラフィルターが無く、開口がＲＧＢ画素よりも小さいＹ画素と、から構成されている。

図３は、本実施形態の測光センサ２５の機能ブロック図である。測光センサ２５は、蓄積型のＣＭＯＳセンサであり、制御レジスタ１００、タイミングジェネレータ部１０１、画素部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３、出力ＩＦ部１０４から構成されている。
制御レジスタ１００は、カメラ制御部４０からの指示により、タイミングジェネレータ部１０１を介して、画素部（測光部）１０２におけるＲＧＢ画素及びＹ画素のうちのどの画素により測光を行うか、また、後述するように、画素加算の指示、さらに測光領域の選択を画素部１０２に指示する。

図４は、測光センサ２５における画素加算機能について示す図である。
例えば２×２加算時においては、図４に示すように、図３と比べると画素の分割数が粗くなる（分割数が１／４になる）。これは、測光を行う場合は解像度を必要としないため、図４に示すような画素加算を行うことでデータ量を低減するためである。

本実施形態において、被写体の輝度が高いときは、図２のＹ画素のみの出力で測光を行う。そして、被写体の輝度が低いときは、ＲＧＢ画素のみの出力で測光を行う。

図５は、測光モードに対応して、測光領域を窓読み機能を用いて変更する例である。
測光モードとしては、マルチパターン測光、中央重点測光、スポット測光がある。
図５（ａ）に示すマルチパターン測光は、画面を複数のエリアに分割し、エリアごとに測光をして最終的な露出を決める測光方法である。マルチパターン測光時はセンサ全領域の出力から最適な露出値を決定するため全領域Ｂ１のセンサ蓄積データが必要となる。

図５（ｂ）に示す中部重点測光は、画面中央部の被写体に特に露出を合わせる測光方法である。中央重点測光では中心部を重視して測光領域Ｂ２を設定することが可能で、測光領域Ｂ２のみのデータがあればよいことになる。窓読み機能から領域を区切りかつ画素加算することでデータ量を小さくすることが可能となる。

図５（ｃ）に示すスポット測光は、選択したＡＦ（オートフォーカス）エリアに、特に露出を合わせる測光方法である。スポット測光時では、ＡＦエリアに対応した領域Ｂ３を測光するので、中央重点測光より、さらにデータ量を小さくすることが可能となる。

図６は、シーン認識でオートエリアＡＦ時に人物検出を行う場合の読出し領域Ｃを説明する図である。
自動選択ＡＦの為、ＡＦエリアの周辺センサ出力が必要となる為、ＡＦエリアを少し拡張した領域Ｃで窓読み出力し、演算を行う。演算領域が大きいと人物の探索範囲が広くなる為、演算負荷が大きくなる。また位相差ＡＦに人物位置情報をフィードバックするため、全領域のセンサデータから解析する必要が無い。

図７は、本実施形態のカメラ１の撮影動作を示すフローチャートである。
図示しないレリーズ釦が半押しされると（ステップＳ１１，ＹＥＳ）、測光（ステップＳ１２）、ＡＦの演算が行われる（ステップＳ１３）。半押し中（ステップＳ１４，ＮＯ）は繰り返し処理が行われ、半押し解除後（ステップＳ１１，ＮＯ）は所定時間経過した場合（ステップＳ２１，ＹＥＳ）は電源ＳＷがＯＦＦとなる。

レリーズ釦が半押しから全押しされると（ステップＳ１４，ＹＥＳ）、メインミラー２２のミラーアップ動作が行われ（ステップＳ１５）撮像素子２１の初期化が行われた後（ステップＳ１６）、本撮影が行われる。
本撮影ではシャター幕がマグネットで保持状態となり、先幕、後幕が所定時間で走行し、撮像素子２１に露光される（ステップＳ１７）。
本撮影が終了するとメインミラー２２が下がる（ステップＳ１８）。撮影された画像は画処理回路により演算・記録される（ステップＳ１９，２０）。
ミラーダウン後は半押しタイマーＯＮ状態となり、所定期間レリーズ釦を監視し半押し中の動作が繰り返される。

図８は、本実施形態の制御部４０及び制御レジスタ１００による測光処理を示すフローチャートである。
測光処理において、測光を行う場合は、最大輝度が目標レベルとなるピークＡＧＣ（オートゲインコントロール）が行われ、シーン認識を行う場合は、被写界の平均輝度が目標レベルとなる被写体重視ＡＧＣ制御が行われ、両ＡＧＣが一対となり交互に制御される。

測光処理が開始されると、まず、ピークＡＧＣが行われるため、測光センサ２５を図４に示す画素加算モードとする（ステップＳ１０１）。

次いで、選択されている測光モードがどのモードであるかを判断する（ステップＳ１０２）。
測光モードに応じて、蓄積後に読出す領域を設定する。図５に示すように、マルチパターン測光では全領域Ｂ１（ステップＳ１０３）を、中央部重点測光時は設定された中央部のφの範囲に合わせた領域Ｂ２（ステップＳ１０４）を、スポット測光時はＡＦエリアに合わせたスポット領域Ｂ３を（ステップＳ１０５）読み出すよう設定する。

次に、上記の領域Ｂ１、Ｂ２又はＢ３で最大輝度が目標レベルとなるよう蓄積を行い（ステップＳ１０５）、蓄積結果の有効性判定を行う（ステップＳ１０７）。これは、ピーク出力が飽和しているかもしくは出力が小さすぎないかを判断し、再蓄積を行うかを判定するものである。
次いで、次回の蓄積時間とゲインを算出する（ステップＳ１０８）。ここでは、前記領域における最大出力が目標レベルになるよう蓄積時間及びゲインを設定するものである。ここでは算出方法の詳細は省略する。

次回蓄積時間が第１の所定時間より短く、ゲインが１倍の時には高輝度被写体が入っていることになる（ステップＳ１０９，≦第１の所定時間）。
この場合は、次回蓄積時はＹ画素のみ出力とする（ステップＳ１１０）。これによって測光センサ２５の読出時間が短縮される。

一方、蓄積時間が第１の所定時間と、その第１の所定時間より長い第２の所定時間との間の場合は（ステップＳ１０９，第１の蓄積時間＜次回蓄積時間＜第２の蓄積時間）、次回蓄積時はＲＧＢ画素の出力とし（ステップＳ１１１）、Ｙ画素の出力は行わない。
さらに、蓄積時間が、第２の所定時間より長く、ゲインが最大となる場合（ステップＳ１０９，第２の所定時間≦次回蓄積時間）は、被写体が暗いと考えられる。この場合は、測光にＲＧＢ画素とＹ画素との両方の出力を用いる（ステップＳ１１２）。この際、ＲＧＢ出力をＹに変化した後、加算しても良い。

次に、ステップＳ１０７の有効性判定で有効と判定されなかった場合（ステップＳ１１３，ＹＥＳ）、ステップＳ１０７に戻り、測光演算が行える出力が得られるまで繰り返し蓄積処理が行われる。
ステップＳ１０７の有効性判定で有効と判定された場合（ステップＳ１１３，ＹＥＳ）、被写体重視ＡＧＣ実行判定を行う（ステップＳ１１４）。被写体重視ＡＧＣ実行判定は、被写界に輝度差が無い場合、ピークＡＧＣと被写体重視ＡＧＣは略同じ蓄積となる為、輝度差がないかを判断するものである。
輝度差がなければピークＡＧＣの蓄積データを使用しシーン認識が行われる。

被写体重視ＡＧＣ実行判定に次いで、被写体重視ＡＧＣの蓄積時間・ゲインの算出を行う（ステップＳ１１５）。ピークＡＧＣで目標レベルに収束している為、安定した平均輝度となるような蓄積時間を算出するものである。
そして、測光演算を行う（ステップＳ１１６）

被写体重視ＡＧＣによる蓄積を実行する場合（ステップＳ１１７，ＹＥＳ）、画素加算モードをＯＦＦとし（ステップＳ１１８）、ＲＧＢ出力の設定を行う（ステップＳ１１９）。これは被写界のシーンを認識するため分割数を細かくし小さな被写体の認識するためである。またシーンを認識する場合は色情報も重視する為、センサの読出しモードはＲＧＢ出力とする。

次に、フォーカスモードが、オートエリアＡＦ（ステップＳ１２０，オートエリアＡＦ）の場合は、図６に示すＡＦエリアの周辺領域Ｃを選択する（ステップＳ１２２）。このように、狭い領域を選択することで読出時間を短縮することが可能となる。

また３Ｄトラッキング（被写体追尾時）の場合は、全領域を選択する（ステップＳ１２１）。ただし、これに限定されず、追尾している被写体の周辺のみの窓読みを使用しても良い。
上記設定で、画素の蓄積を行う（ステップＳ１２３）。
そして、被写体重視ＡＧＣの有効性が判定され（ステップＳ１２４）、フォーカスモードに応じて（ステップＳ１２５）、被写体の追尾（ステップＳ１２６）や、被写体の判別が行われる（ステップＳ１２７）。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
本実施形態によると、必要に応じて、測光センサ２５内部で画素加算が行われてアナログ加算されるのでＳ／Ｎが向上し、低輝度時の性能が向上する。また、画素加算することでデータ量を減らすことができる。

また測光センサ２５は、Ａ／Ｄ変換部１０３を備えるので、外部電源等のノイズの影響を受け難くなる。
測光センサ２５からデジタル出力される為、測光センサ２５からカメラ制御するマイコン（カメラ制御部４０）への通信量は増加することになるが、測光モードにより読出し領域の設定変更が行われるので、通信量の低減が可能となる。

高輝度時にはＹ画素出力を、低輝度時はＲＧＢ画素出力を行うことで測光サイクルを確保した制御を行うことが可能となる。このように、Ｙ画素出力とＲＧＢ画素出力を切り替えることで、より最適なデータのみを取得することが出来る。

測光の場合は窓読み機能により、マルチパターン測光時は全領域Ｂ１、中央重点時及びスポット測光時はその領域（Ｂ２，Ｂ３）に合わせて窓読み出しすることで、測光センサ２５からの出力データ量を減らすことが可能となる。

シーン認識を行う場合は画素加算を行わずＲＧＢ画素のみの出力とする（Ｙ画素の出力は行わない）ことで、データ量を低減することができる。
シーン認識で人物検出（肌色相を抽出し人物の推定をする）を行い、ＡＦエリアを自動選択するオートエリアＡＦ時にはＡＦエリアの周辺のみの領域Ｃを窓読みすることで、データ量を低減することが可能となる。
そして、シーン認識時も読出し時間を短縮することが可能となり、画素数が増加し、より小さな被写体を認識する場合においても、レスポンス良く処理を行うことが可能となる。
このように第２の撮像素子で測光やシーン認識を行う際に、読出時間や演算負荷が低減された高性能な機能を達成することが可能となる。

以上、説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。

Ｒ：画素（赤）、Ｇ：画素（緑）、Ｂ：画素（青）、Ｙ：画素、１：カメラ、２５：測光センサ、４０：カメラ制御部、１００：制御レジスタ、１０１：タイミングジェネレータ部、１０２：画素部、１０３：Ａ／Ｄ変換部

Claims (11)

1. 色を検出可能な第１画素群、及び、受光可能な光量が前記第１画素群よりも小さい第２画素を備える測光部と、
   前記測光部で行う測光に用いる画素を、前記第１画素群と前記第２画素とのうちから選択可能な制御部と、
   を備える測光センサ。
2. 請求項１に記載の測光センサであって、
   第１画素群は、赤、緑、青の３つの画素を有すること、
   を特徴とする測光センサ。
3. 請求項２に記載の測光センサであって、
   前記制御部は、
   前記測光部で行う測光に用いる画素として、前記第１画素群と前記第２画素とのうちの、前記第１画素群のみを用いる第１測光、前記第２画素のみを用いる第２測光、又は、前記第１画素群及び前記第２画素を用いる第３測光のうちの、いずれの測光方法を選択可能であること、
   を特徴とする測光センサ。
4. 請求項２または３に記載の測光センサであって、
   前記第１画素群と前記第２画素とが、１つの正方行列を構成するように配置され、前記測光部は前記正方行列の繰り返しであること、
   を特徴とする測光センサ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の測光センサであって、
   アナログデジタル変換部を有し、該アナログデジタル変換部は、前記測光部のアナログ出力をデジタル出力に変更すること、
   を特徴とする測光センサ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の測光センサであって、
   前記制御部は、画素加算測光と、窓読み測光と、全画素測光とのうちのいずれかの測光方法を選択可能であること、
   を特徴とする測光センサ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の測光センサであって、
   前記第２画素は、前記第１画素群のそれぞれの画素よりも開口が小さいこと、
   を特徴とする測光センサ。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の測光センサであって、
   前記制御部は、
   被写界の輝度を測定する測光を行う場合、被写界の最大輝度が適正レベルとなるように前記画素の蓄積制御を行い、
   被写界のシーン認識を行う場合、被写界の平均輝度が適正レベルとなるように、前記画素の蓄積制御を行い、
   測光を行う場合は、複数画素を加算して読み出しを行い、シーン認識を行う場合は全画素の読出しを行うこと、
   を特徴とする測光センサ。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の測光センサであって、
   高輝度時は前記第２画素のみ出力し、
   低輝度時は前記第１画素群を出力したのち、輝度合成したものから測光を行うことを、
   特徴とする測光センサ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の測光センサであって、
    シーン認識において、前記第１画素群を出力し、色情報から被写体を認識すること、
    を特徴とする測光センサ。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の測光センサを備える撮像装置。

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