JP2021197624A - 撮像装置およびその制御方法、プログラム並びに記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】絞りが変化することによりボケ感の変化が伴う画像の撮影時において、絞りによる露出変更の頻度を低くする。【解決手段】露出が変化することによりボケ感が変化する所定のフィルタを持つ第１の光学系または前記所定のフィルタを持たない第２の光学系のいずれかを装着可能な撮像装置であって、前記第１の光学系または前記第２の光学系を介して被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部と、前記第１の光学系または前記第２の光学系を介して前記撮像部に入射する光量を調節する絞りと、前記画像信号から得られる画像の明るさが適正になるように前記絞りを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記画像の明るさが適正であるか否かを判定するための明るさの範囲の上限値と下限値を設定し、前記絞りの制御が開放側であるか小絞り側であるかに応じて前記上限値と下限値の差が異なる。【選択図】図４

Description

本発明は、自動露出制御技術に関する。

ビデオカメラなどの撮像装置に搭載されている機能として、撮像されている画像中の被写体の明るさに応じて自動で露出を調節する自動露出制御の機能が知られている。自動露出制御の機能は、撮像画像中の被写体の明るさが適正ではない場合に、被写体の明るさが適正となるように露出制御パラメータ（絞り値、ＮＤフィルタ、シャッター速度、ＩＳＯ感度など）の設定を自動で変更する機能である。

また、ビデオカメラなどの撮像装置に組み込み、ボケ像を良好にするための光学フィルタの一例として、アポダイゼーション（ＡＰＤ）フィルタ（以下、ＡＰＤフィルタ）がある。ＡＰＤフィルタは、光軸中心から光軸と垂直な方向に離れるに従って透過率が低下するように構成されており、ＡＰＤフィルタを用いるとボケ像の輪郭がなだらかになり、２線ボケやリングボケが緩和される。ポートレート撮影やマクロ撮影等の被写界深度の浅いことが望まれるシーンにおいて、背景像は輪郭の柔らかなボケ像となり、焦点の合った主被写体が引き立った品位の高い画像が得られる。

ＡＰＤフィルタは、上述したように光軸中心に対して周辺部の透過率が低下するため、絞りが開放になるほど絞りの変化に対する光量変化が低下するため、同じ量の露出変化をさせようする場合に、開放側では小絞り側よりも大きく絞りを変化させる必要がある。

特許文献１には、自動露出制御時のプログラム線図における絞りの切り替わりをＴ値が等間隔になるようにすることで、絞りが開放側で頻繁に変化することを抑制する技術が記載されている。

国際公開第２０１６／０３１８６７

しかしながら、特許文献１のように絞りによる露出制御を行う場合、絞りが開放側に近づくにつれて露出が変化しやすいという課題は解決されておらず、特に動画撮影時には露出の変化にボケ感の変化も伴うので、絞りによる露出変更の頻度をできるだけ低くすることが望ましい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、絞りが変化することによりボケ感の変化が伴う画像の撮影時において、絞りによる露出変更の頻度を低くできる技術を実現することである。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像装置は、露出が変化することによりボケ感が変化する所定のフィルタを持つ第１の光学系または前記所定のフィルタを持たない第２の光学系のいずれかを装着可能な撮像装置であって、前記第１の光学系または前記第２の光学系を介して被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部と、前記第１の光学系または前記第２の光学系を介して前記撮像部に入射する光量を調節する絞りと、前記画像信号から得られる画像の明るさが適正になるように前記絞りを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記画像の明るさが適正であるか否かを判定するための明るさの範囲の上限値と下限値を設定し、前記絞りの制御が開放側であるか小絞り側であるかに応じて前記上限値と下限値の差が異なる。

本発明によれば、絞りが変化することによりボケ感の変化や露出の変化が生じる光学系において、絞りが頻繁に変更されることを抑制することで、ボケ感の変化や露出の変化を低減することができる。

実施形態１の装置の外観構成を示す斜視図。 実施形態１の装置の内部構成を示すブロック図。 実施形態１の露出制御処理を示すフローチャート。 実施形態１の図３のステップＳ３０５の処理の詳細を示すフローチャート。 実施形態１のＡＰＤフィルタがあるレンズのＦ値とＴ値の関係を例示する図。 実施形態１の露出制御におけるＡＶ値（Ｔ値）ごとの露出差ΔＹの上限値と下限値を例示する図。 実施形態２の図３のステップＳ３０５の処理の詳細を示すフローチャート。 実施形態２の露出制御におけるＡＶ値（Ｔ値）ごとの停止範囲を例示する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでするものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

［実施形態１］
以下に、本発明の撮像装置を、動画を記録する録画時や録画前のライブビュー時に自動露出制御を行うことが可能なデジタルビデオカメラ（カムコーダやムービーカメラなどとも呼ばれる）に適用した実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

なお、本発明の撮像装置は、デジタルビデオカメラに限定されるものではなく、録画時や録画前のライブビュー時に自動露出制御を行うことが可能な装置であれば適用可能である。すなわち、本発明は、携帯電話やその一種であるスマートフォン、タブレットＰＣなどに適用可能である。

＜装置構成＞図１を参照して、本実施形態の撮像装置の構成および機能について説明する。

図１は、本実施形態の撮像装置の外観構成を示す斜視図である。

本実施形態のデジタルビデオカメラ（以下、カメラ）１００は、カメラ本体１００ａの前面部にはレンズ部１０１が設けられている。また、カメラ本体１００ａの側面部には操作部１０７、記録媒体装着部１２４および外部接続部１２６が設けられている。さらに、カメラ本体１００ａの上面部には録画スイッチ１０８および表示部１１８が設けられている。

レンズ部１０１は、撮影レンズ１０２や絞り１０３を含む撮影光学系である。操作部１０７は、ユーザからの各種操作を受け付ける押しボタンなどの操作部材である。記録媒体装着部１２４は、メモリカードなどの記録媒体を装着可能なスロットである。外部接続部１２６は、商用電源（ＡＣアダプタ）やバッテリなどの外部電源から電力供給を受けるための電源ケーブルを接続可能なコネクタである。録画スイッチ１０８は、ユーザからの撮影開始または撮影終了の指示を受け付ける操作部材である。表示部１１８はユーザが覗き込むことにより、ライブビュー時や再生時などにおいて画像や各種情報を表示するファインダ型の表示パネルである。

操作部１０７には、電源のオン、オフを切り替えるための電源スイッチ、メニュー画面を表示させるためのメニューボタン、動作モードを切り替え可能なモード切替スイッチ、上下左右４方向の十字キー、ＳＥＴボタンなどが含まれる。モード切替スイッチは、カメラ１００の動作モードを、動画記録モード、静止画記録モード、再生モードなどに切り替えることが可能な操作部材である。

図２は、本実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図である。

図２において、撮影レンズ１０２はズームレンズ、フォーカスレンズを含むレンズ群であり、被写体像を結像させる。撮影レンズ１０２は、ＡＰＤフィルタ（アポダイゼーションフィルタ）付きレンズとＡＰＤフィルタ付きではないレンズに交換することが可能である。なお、本実施形態では、撮影レンズ１０２が所謂交換レンズであって、カメラ１００に対して着脱可能な構成について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、カメラ１００が、ＡＰＤフィルタ付きの撮影レンズ１０２が固定された、所謂レンズ一体型のデジタルカメラであってもよい。

絞り１０３は、撮像部１０５の撮像面への入射光量を調節するために使用される。絞り１０３は、撮影レンズ１０２に含まれ、レンズ部１０１の交換と同時に交換され、撮影画像の明るさなどを変化させる。

ＮＤフィルタ１０４は絞り１０３とは別に入射光量を調節（減光）するために使用される。撮像部１０５は、被写体の光学像を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ等で構成される撮像素子である。また、撮像部１０５には電子シャッターによる蓄積の制御や、アナログゲイン、読み出し速度の変更などの機能も備える。撮像部１０５は、電子シャッターのシャッター速度を制御することより露出を調整することが可能である。

Ａ／Ｄ変換部１０６は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１０６は、撮像部１０５から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するために用いられる。

画像処理部１１５は、Ａ／Ｄ変換器１０６またはメモリ制御部１１６から出力される画像信号に対して色変換処理、ガンマ補正、デジタルゲイン付加によるＩＳＯ感度の設定等の処理を行う。また、画像処理部１１５は、Ａ／Ｄ変換器１０６から出力された画像信号を用いて、輝度平均値などの画像情報を取得するための所定の演算処理を行い、演算結果をシステム制御部１１４に出力する。システム制御部１１４は、画像処理部１１５から取得した演算結果に基づいて、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理等を行う。

メモリ制御部１１６は、Ａ／Ｄ変換部１０６から得られた画像信号および画像処理部１１５から得られた画像信号をメモリ１１９に書き込み、メモリ１１９から画像表示用の画像信号を読み出す。

メモリ１１９は、撮像部１０５から出力され、Ａ／Ｄ変換部１０６によりデジタルデータに変換された画像信号や、表示部１１８に表示するための画像信号を格納する。メモリ１１９は、所定時間の動画および音声を格納するのに十分な記憶容量を備えている。メモリ１１９は画像表示用の画像信号を格納するメモリ（ビデオメモリ）を兼ねている。

Ｄ／Ａ変換部１１７は、デジタル形式の画像信号をアナログ信号に変換して表示部１１８に供給する。メモリ１１９に書き込まれた表示用の画像信号はＤ／Ａ変換器１１７を介して表示部１１８により表示される。

表示部１１８は、Ｄ／Ａ変換部１１７から出力されるアナログ信号に基づいて、画像を表示する表示装置である。表示部１１８は、例えば、液晶ディスプレイモジュールや有機ＥＬディスプレイモジュールであるとする。また、表示部１１８は、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）であってもよい。表示部１１８は、Ａ／Ｄ変換部１０６によってＡ／Ｄ変換され、メモリ１１９に蓄積されたデジタル信号をＤ／Ａ変換部１１７においてアナログ変換し、表示部１１８に逐次転送して表示することで、撮像して得られた画像をライブビュー表示することが可能である。

不揮発性メモリ１１３は、電気的に消去・記録可能なメモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭが用いられる。不揮発性メモリ１１３には、システム制御部１１４の動作用の定数、プログラム等が記憶される。ここでいう、プログラムとは、本実施形態にて後述する各種フローチャートを実行するためのプログラムのことである。また、不揮発性メモリ１１３には、後述する露出制御に用いられるパラメータや、後述する露出差ΔＹの上限値や下限値などの情報、後述するレンズのＴ値とＦ値の関係を示すテーブルデータなどが格納される。

システム制御部１１４は、カメラ１００全体を制御する。システム制御部１１４は、前述した不揮発性メモリ１１３に記録されたプログラムを実行することで、カメラ１００の各処理を実現することが可能である。１２１はシステムメモリであり、ＲＡＭが用いられる。システムメモリ１２１には、システム制御部１１４の動作用の定数、変数、不揮発性メモリ１１３から読み出したプログラム等を展開する。また、システム制御部１１４はメモリ１１９、Ｄ／Ａ変換部１１７、表示部１１８等を制御することにより表示制御も行う。

システムタイマー１２０は各種制御に用いる時間や、内蔵された時計の時間を計測する計時部である。

録画スイッチ１０８、モード切替スイッチ１０９、操作部１０７はシステム制御部１１４に各種の動作指示を入力するための操作部材である。

モード切替スイッチ１０９は、システム制御部１１４の動作モードを、動画記録モード、静止画記録モード、再生モード等のいずれかに切り替える。動画記録モードや静止画記録モードに含まれるモードとして、オート撮影モード、オートシーン判別モード、マニュアルモード、撮影シーン別の撮影設定となる各種シーンモード、プログラムＡＥモード、カスタムモード等がある。モード切替スイッチ１０９で、動画記録モードに含まれるこれらのモードのいずれかに直接切り替えられる。あるいは、モード切替スイッチ１０９で動画記録モードに一旦切り替えた後に、動画記録モードに含まれるこれらのモードのいずれかに、他の操作部材を用いて切り替えるようにしてもよい。

録画スイッチ１０８は、ユーザにより押しボタンが押下されるごとに撮影待機状態と撮影状態を切り替える。システム制御部１１４は、録画スイッチ１０８により、撮像部１０５からの画像信号の読み出しから記録媒体１２３への画像データの書き込みまでの一連の動作を開始する。

電源スイッチ１１０は、カメラ１００の電源をオン、オフするための操作部材である。

操作部１０７の各操作部材は、表示部１１８に表示される種々の機能アイコンを選択操作することなどにより、場面ごとに適宜機能が割り当てられ、各種機能ボタンとして作用する。機能ボタンとしては、例えば、終了ボタン、戻るボタン、画像送りボタン、ジャンプボタン、絞込みボタン、属性変更ボタン、メニューボタンがある。例えば、メニューボタンが押されると各種の設定可能なメニュー画面が表示部１１８に表示される。ユーザは、表示部１１８に表示されたメニュー画面と、操作部１０７に含まれる十字キーやＳＥＴボタンを用いて直感的に各種設定を行うことができる。

電源制御部１１１は、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成され、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。また、電源制御部１１１は、電源スイッチ１１０のオンまたはオフ、電池に関する検出結果、システム制御部１１４の指示などに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体１２３を含む各部へ供給する。

電源部１１２は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉイオン電池等の二次電池、ＡＣアダプタ等からなる。電源部１１２は、外部接続部１２６を介して外部電源から供給される電力を電源制御部１１１へ出力する。

記録媒体Ｉ／Ｆ１２２は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体１２３とのインターフェースである。記録媒体１２３は、撮影された画像を記録するためのメモリカード等の記録媒体であり、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される。記録媒体１２３は、カメラ本体１００ａの側面部に設けられた記録媒体装着部１２４に装着されると、画像データその他のデータの記録媒体１２３への書き込みや記録媒体１２３からの読み出しが可能な状態となる。

姿勢検知部１２５は、手振れやユーザのカメラワーク等により生じるカメラ１００の動きや姿勢変化を検出する。姿勢検知部１２５には、加速度センサやジャイロセンサなどが用いられる。システム制御部１１４は、姿勢検知部１２５により検出されたカメラ１００の動きや姿勢変化に応じて撮影レンズ１０２に含まれるシフトレンズを動作させる、あるいは、画像処理部１１５においてＡ／Ｄ変換器１０６から出力される画像信号に基づく画像の位置をシフトさせることにより像振れ補正を行う。

＜露出制御処理＞次に、図３を参照して、本実施形態の露出制御処理について説明する。

図３は、本実施形態の露出制御処理を示すフローチャートである。なお、図３の処理は、システム制御部１１４が不揮発性メモリ１１３に格納されたプログラムをシステムメモリ１２１に展開して実行し、画像処理部１１５の各部を制御することにより実現される。

ステップＳ３０１では、システム制御部１１４は、撮像部１０３により被写体を撮像して生成される画像信号を取得する。

ステップＳ３０２では、システム制御部１１４は、ステップＳ３０１で取得した画像信号に基づいて画像処理部１１５が所定の演算処理を行い、画像の明るさ（輝度）に関する情報を算出する。画像の明るさに関する情報は、例えば、撮像画面全体の各画素の輝度値Ｙを平均した値（輝度平均値）Ｙｓとする。なお、画像の明るさに関する情報は輝度平均値に限らず、例えば、主被写体が画面中央にあることを前提として画面中央の画素の輝度値に重み付けをして算出される加算平均値でもよい。また、主被写体の輝度値とカメラの露出設定（ＡＶ、ＴＶ、ＳＶ）から画像の明るさを求めたり、カメラの不図示の測光部により測定された輝度（測光値）Ｂから被写体輝度値ＢＶを求めてもよい。

ステップＳ３０３では、システム制御部１１４は、ステップＳ３０１で取得した画像の明るさとカメラの露出設定との露出差を算出する。例えば、画像の輝度値Ｙが１０ビットのデータであり、カメラの露出設定のパラメータをＡＶ（絞り値）、ＴＶ（シャッター速度）、ＳＶ（撮像感度）とした場合に、カメラの露出設定ＢＶ（＝ＡＶ＋ＴＶ−ＳＶ）の明るさで画像を撮影した場合の輝度平均値Ｙｓを適正輝度Ｙｃとし、画像の明るさが適正輝度Ｙｃになれば適正露出になるものとする。ただし、ＮＤフィルタ１０４は説明を簡略化するため省略している。ＮＤフィルタ１０４を考慮する場合はＳｔｏｐ数を加算すればよい。露出差ΔＹは、ＹｃとＹｓを用いて以下の式１から算出される。
（式１）
ΔＹ＝ｌｏｇ₂（Ｙｓ／Ｙｃ）
ΔＹは段数を示す。例えば、Ｙｃを３２とすると、Ｙｓが５１２の場合、ΔＹは４となり、適正な明るさに対して輝度値が４段高い、つまり露出が４段オーバーとなる。また、Ｙｓが４の場合はΔＹが−３となり、適正な明るさに対して輝度値が３段低い、つまり露出が３段アンダーとなる。

ステップＳ３０４では、システム制御部１１４は、レンズの絞りに関するＴ値を取得する。Ｔ値は、レンズ部１０１からＴ値が取得可能な場合は、レンズ部１０１から取得した値を使用する。レンズ部１０１からＦ値が取得可能であり、Ｆ値とＴ値の関係が判明している場合は、レンズ部１０１から取得したＦ値をＴ値に換算して使用する。また、Ｆ値やＴ値は設定可能であるが、レンズ部１０１から取得できない場合は、設定されたＴ値やＦ値をレンズ部１０１のＴ値やＦ値として、レンズ部１０１から取得した値と同じように使用したり、算出してもよい。なお、Ｆ値はレンズの透過性を１００％と仮定した場合のレンズの明るさ（絞り値）を示す指標である。また、Ｔ値はレンズの透過性を加味した実質的なレンズの明るさ（絞り値）を示す指標であり、一般的にはＴ値＝Ｆ値／√透過率（％）×１０の関係がある。本実施形態では、Ｔ値とＦ値の関係は、例えば、ＡＰ?フィルタがあるレンズの場合は、図５で後述する関係となる。

ステップＳ３０５では、システム制御部１１４は、ステップＳ３０３で算出された露出差ΔＹが上限値と下限値の範囲内にあるか否かに応じて露出制御を行う。また、システム制御部１１４は、露出差ΔＹの上限値と下限値を、図４で後述する絞りによる露出制御を行わない範囲として設定する処理を行う。システム制御部１１４は、露出差ΔＹの上限値と下限値の範囲内では絞りによる露出制御を行わず、上限値と下限値の範囲にない場合に絞り値（ＡＶ）が目標ＡＶになるようにレンズ部１０１に制御値を出力し露出制御を行う。

＜露出差ΔＹの上限値と下限値の設定処理＞次に、図４のフローチャートを参照して、図３のステップＳ３０５における処理の詳細について説明する。

ステップＳ４０１では、システム制御部１１４は、ステップＳ３０３で算出された露出差ΔＹが上限値と下限値の範囲内にあるか否かを判定する。例えば露出差ΔＹの上限値および下限値が±１／２段、Ｙｃが３２であると、ΔＹが±１／２段の範囲内であれば、上限値と下限値の範囲内にあると判定される。式１から逆算すると、Ｙｓが２２．６（≒３２×２−０．５）〜４５．３（≒３２×２０．５）であれば、露出差ΔＹが上限値と下限値の範囲内にあることになる。今回のフレームの撮影処理における上限値および下限値は、前回のフレームの撮影処理において後述する図４のステップＳ４０５で設定された値である。

システム制御部１１４は、ステップＳ３０３で算出された露出差ΔＹが上限値と下限値の範囲内にあると判定した場合（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、露出制御は行わずに処理を終了する。また、システム制御部１１４は、ステップＳ３０３で求めた露出差ΔＹが上限値と下限値の範囲内にないと判定した場合（ステップＳ４０１でＮＯ）、ステップＳ４０２に進み、撮影する画像が適正輝度となる目標ＢＶを算出する。目標ＢＶは、画像が適正輝度となるカメラのＢＶ値として以下の式２から算出される。
（式２）
目標ＢＶ＝ＡＶ＋ＴＶ−ＳＶ＋ΔＹ
システム制御部１１４は、カメラのＢＶ値（＝ＡＶ＋ＴＶ−ＳＶ）が目標ＢＶになるように、ＡＶ（絞り値）、ＴＶ（シャッター速度）、ＳＶ（撮像感度）を設定することで適正輝度の画像を撮影することができる。

ステップＳ４０３では、システム制御部１１４は、今回のフレームの撮影処理において絞りを制御するための絞り値（ＡＶ）である目標ＡＶを設定する。本実施形態では、シャッター速度（ＴＶ）と撮像感度（ＳＶ）は固定の値とし、カメラのＢＶ値が目標ＢＶになるように絞り値（ＡＶ）の目標ＡＶを以下の式３から算出する。
（式３）
目標ＡＶ＝目標ＢＶ−ＴＶ＋ＳＶ
ステップＳ４０４では、システム制御部１１４は、絞り値（ＡＶ）が目標ＡＶになるようにレンズ部１０１に制御値を出力し、絞り１０３を制御する。式３により算出される絞り値（ＡＶ値）は図６に例示するレンズ部１０１のＴ値に対応している。レンズ部１０１に出力すべき制御値がＴ値である場合はＴ値を出力する。レンズ部１０１に出力すべき制御値がＦ値である場合はＴ値とＦ値の関係からＴ値に対応するＦ値を算出して出力する。Ｔ値とＦ値の関係は、レンズ部１０１から取得してもよいし、交換可能なレンズ部ごとにＴ値とＦ値の関係を予めカメラが記憶していてもよい。また、Ｔ値とＦ値の関係式で規定してもよいし、参照用のテーブルを用いてもよい。テーブルを用いる場合は、離散的な値のまま使用してもよいし、補間した値を使用してもよい。

ステップＳ４０５では、システム制御部１１４は、図５および図６で後述する露出差ΔＹの上限値と下限値を設定する処理を行う。

ここで、図５および図６を参照して、図４のステップＳ４０５における露出差ΔＹの上限値および下限値の設定方法について説明する。

図５はＡＰＤフィルタ付きレンズのＦ値とＴ値の関係を例示している。横軸はＦ値の段数を示し、縦軸はＴ値の段数を示している。０はＦ１．０またはＴ１．０であり、数値が１つ大きくなるごとに１段ずつ小絞り側の値となる。例えば、１はＦ１．４またはＴ１．４となり、３はＦ２．８またはＴ２．８となる。開放絞り付近ではＦ値とＴ値の乖離（差分）が大きくなり、小絞り側になるにつれて乖離（差分）が小さくなっていき、おおよそ６（Ｆ８．０またはＴ８．０）以降ではＴ値とＦ値はほぼ同じ値になる。

図５の例では、同じ段数のＴ値の変更に必要なＦ値が、小絞り側よりも開放側が大きくなる。さらに開放絞り付近ではボケ感の変化も大きく、特に動画の場合は絞りによる露出変更の頻度をできるだけ低くする必要がある。そこで、本実施形態では、絞り値が開放側に近づくにつれて露出差ΔＹの上限値と下限値の範囲を広くする、すなわち露出差ΔＹの上限値と下限値の差を大きくすることで、露出変更の頻度が低くなるように上限値と下限値を可変に制御する。

図６は、図４のステップＳ４０５で決定される絞り値（ＡＶ値、レンズのＴ値）ごとの露出差ΔＹの上限値および下限値を例示している。ＡＶ値６．０（Ｔ８．０）以上は上限値を＋１／２段および下限値を−１／２段に設定し、ＡＶ値（Ｔ値）が開放側に近づくにつれて露出差ΔＹの上限値と下限値の範囲を広くし、開放絞り時はさらに±１／４段広くした±０．７５段に設定している。つまり、ＡＶ値（Ｔ値）が小絞り側では画像の明るさが適正よりも０．５段離れると絞りによる露出制御を開始するが、ＡＶ値（Ｔ値）が開放側では０．７５段離れないと絞りによる露出制御を開始しないので、開放絞りに近づくほど露出変更の頻度が低くなる。

本実施形態においては、図６に例示した絞り値（ＡＶ値、レンズのＴ値）ごとの上限値および下限値のデータはカメラ１００がレンズ部１０１から取得するものとする。カメラ１００は、レンズ部１０１が装着されたときにレンズ部１０１からＴ値とＦ値の関係を取得することで、絞り値（ＡＶ値、レンズのＴ値）ごとの露出差ΔＹの上限値および下限値のデータをテーブルとして使用可能となる。ＡＰＤフィルタ付きではない通常レンズ（ＡＰＤフィルタなしレンズ）の場合は全てのＡＶ値（Ｔ値）について上限値と下限値が一定値となる。例えば全てのＡＶ値（Ｔ値）について上限値に＋０．５段、下限値に−０．５段が設定される。すなわち、本実施形態のカメラ１００は、ＡＰＤフィルタなしレンズの場合は、ＡＶ値（Ｔ値）が開放側でも小絞り側でも画像の明るさが適正な輝度よりも０．５段離れると絞りによる露出制御を開始する。

なお、露出差ΔＹの上限値および下限値の設定方法は上述した方法に限らず、例えばレンズ部１０１からＴ値とＦ値の関係を取得し、カメラ側で算出したＴ値に応じた上限値および下限値を算出してもよい。また、カメラ側が交換可能なレンズ部ごとの情報を予め記憶しており、レンズ部から取得した情報に応じた値としてもよい。また、ＡＰＤフィルタなしレンズの場合はレンズ部から固定値を取得するようにしてもよい。この場合は、露出差ΔＹの上限値および下限値は、レンズのＴ値によらず、カメラ１００がレンズ部からＡＰＤフィルタなしレンズであることを示す情報を取得し、取得した固定値に設定する処理が必要となる。ＡＰＤフィルタの有無と同様に、カメラ側がレンズ部ごとの露出差ΔＹの上限値および下限値のデータを予め記憶しており、レンズ部に応じて変更するようにしてもよい。また、露出差ΔＹの上限値および下限値は、例えばＡＶ値（Ｔ値）が小絞り側と開放側で切り替えるだけでもよいし、ＡＶ値（Ｔ値）に基づいて図６に例示した関係から補間を行って決定してもよい。なお、本実施形態においては、Ｔ値とＦ値の乖離が大きい場合、すなわちＡＶ値（Ｔ値）が小絞り側よりも開放側の方が、露出差ΔＹの上限値と下限値の範囲が広くなり、上限値と下限値の差が大きくなればよいので、上述した上限値と下限値の設定方法に限定されるものではない。

本実施形態のカメラ１００は、ＡＰＤフィルタ付きレンズの場合は、ステップＳ４０５において目標ＡＶ（Ｔ値）に基づいて図６に例示するように露出差ΔＹの下限値と上限値を設定し、目標ＡＶが図６に例示するＴ値のうち最も近いＴ値を選択する。例えばＡＶ値が３．３であった場合は、３．５が最も近いＴ値であるので、露出差ΔＹの下限値をー０．５３９、上限値を＋０．５３９に設定する。このように設定された露出差ΔＹの上限値および下限値は、次のフレームの撮影処理時の露出制御処理におけるステップＳ４０１での露出差ΔＹの判定処理に使用される。

上述した実施形態１の露出制御処理によれば、ＡＶ値（Ｔ値）が開放側に近づくにつれて露出差ΔＹの上限値と下限値の範囲が広くなり、絞りによる露出制御を行わない範囲が広くなるため、開放絞り付近での露出変更の頻度を低くすることができる。

［実施形態２］次に、実施形態２について説明する。

実施形態１では、ＡＶ値（Ｔ値）が開放側に近づくにつれて絞りによる露出制御を行わない範囲を広くするので、開放側では適正露出から離れやすくなる。つまり、通常よりも少し明るすぎの状態または暗すぎの状態となる頻度が高くなる。そこで、実施形態２では、絞りによる露出制御を停止する範囲と再開する範囲を設定して、開放側付近における露出を適正に近づけつつ、露出制御が再開される頻度を低くする例を説明する。

なお、実施形態２の撮像装置の外観構成や内部構成は、実施形態１で説明した図１および図２と同様である。また、図３の露出制御処理も同様である。

図７は実施形態２における図３のステップＳ３０５の露出制御処理の詳細を示すフローチャートである。なお、図７の処理において、図４と同じ処理には図４と同じステップ番号を付している。

実施形態２では、ステップＳ４０１からＳ４０４で露出制御を行っている間にカメラの露出が十分に目標ＢＶに近づいたとして露出制御を停止する範囲（以下、停止範囲）を設定する。また、露出制御を停止している間に撮像している被写体が動いたり、被写体が変更されたりすることでカメラの露出が目標ＢＶから離れた場合に露出制御を再開する範囲（以下、再開範囲）を設定する。露出制御の停止範囲と再開範囲は、制御サイクルごとに露出差ΔＹの上限値と下限値として設定され、再開範囲は停止範囲以上であるものとする。このように制御することで、露出制御を停止した後に僅かに露出が変化したことによりすぐに露出制御が再開されたり、測光と露出変更のタイミングや公差による絞りのハンチング（絞りが適正露出付近で動作を継続し画像が明暗を繰り返す状態）などを抑制することができる。

ステップＳ４０１では、システム制御部１１４は、図３のステップＳ３０３で求めた露出差ΔＹが画像の明るさの上限値と下限値の範囲内にあるか否かを判定する。システム制御部１１４は、露出差ΔＹが上限値および下限値の範囲内にあると判定した場合（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、露出制御は行わずに、ステップＳ７０１に進む。

ステップＳ７０１では、システム制御部１１４は、ステップＳ４０１における露出差ΔＹの判定に使用した上限値および下限値を再開範囲の上限値と下限値に設定する。本実施形態では再開範囲の下限値は−１／２段、上限値は＋１／２段に設定されるものとする。次回のフレームの撮影処理では、今回の撮影処理で設定された上限値および下限値（±１／２）に基づいてステップＳ４０１での判定処理が行われる。なお、ステップＳ７０１では常に再開範囲を設定しているが、ステップＳ４０１での判定結果が連続してＹＥＳの場合は再開範囲を更新する必要がない。このため、ステップＳ４０１での判定結果がＮＯからＹＥＳに変わったときだけ処理を行ってもよいし、露出差ΔＹの上限値および下限値が変化したときだけ処理を行ってもよい。

また、システム制御部１１４は、露出差ΔＹが上限値および下限値の範囲内にないと判定した場合（ステップＳ４０１でＮＯ）、ステップＳ４０２に進み、実施形態１の図４と同様に、目標ＢＶを式２を用いて算出する。

ステップＳ７０２では、システム制御部１１４は、ステップＳ４０２で算出された目標ＢＶに基づいて露出変更量を算出する。１回の露出変更で目標ＢＶになるようにＡＶ値を変更すると、絞りの機械的な公差や検波値の取得タイミング、通信によるデータ不整合等で、結果的に露出差ΔＹとは異なる量の露出変化が生じてしまうことがある。狭い停止範囲の中に露出を合わせる場合には露出変更と画像の明るさの判定を繰り返し、徐々に露出差ΔＹに近づける方が、理論値との差分も徐々に小さくなり、ずれを修正しながら制御を行うことができる。そのため、実施形態２では、１回の露出変更で目標ＢＶになるようにＡＶ値を変更するような制御は行わず、例えば露出差ΔＹの１／３だけ露出を変更し、適正露出に徐々に近づけていく。これにより、急な露出の変化がなくなるので、映像の品質もよくなる。

ステップＳ７０３では、システム制御部１１４は、ステップＳ７０２で求めた目標ＢＶの露出変更量から今回の撮影処理で設定するカメラのＢＶ値（設定ＢＶ）を算出する。設定ＢＶは目標ＢＶの露出変更量を用いて以下の式４から算出される。
（式４）
設定ＢＶ＝ＡＶ＋ＴＶ−ＳＶ＋露出変更量
ステップＳ７０４では、システム制御部１１４は、目標ＢＶ時の絞り値（ＡＶ値）である目標ＡＶと今回の撮影処理で設定する絞り値（ＡＶ値）である設定ＡＶを算出する。実施形態２では、シャッター速度（ＴＶ）と撮像感度（ＳＶ）は固定値とし、絞り値（ＡＶ値）のみを変更するものとする。目標ＡＶおよび設定ＡＶは、目標ＢＶと設定ＢＶ、ＴＶ、ＳＶを用いて以下の式５、式６から算出される。
（式５）
目標ＡＶ＝目標ＢＶ−ＴＶ＋ＳＶ
（式６）
設定ＡＶ＝設定ＢＶ−ＴＶ＋ＳＶ
ステップＳ４０４では、システム制御部１１４は、実施形態１の図４と同様に、絞り値（ＡＶ）が設定ＡＶになるようにレンズ部１０１に制御値を出力し、絞り１０３を制御する。

ステップＳ７０５では、システム制御部１１４は、ステップＳ４０１における露出差ΔＹの上限値および下限値を停止範囲の上限値および下限値に設定する。図８は、ＡＶ値（Ｔ値）ごとの停止範囲の上限値および下限値を例示している。

ここで、レンズ部１０１は実施形態１と同様であり、Ｔ値とＦ値は図５に例示した関係を有し、停止範囲の上限値および下限値をＦ値の±１／８段に設定する場合の上限値と下限値の算出方法について説明する。

図５に例示したＴ値とＦ値の関係からレンズのＴ値に対応するＦ値を判定する。次にＦ値に±１／８を加算する。次に図５からＦ値±１／８段に対応するＴ値を判定する。この結果に基づき、Ｆ値−１／８段に対応するＴ値を下限値とし、目標Ｆ値＋１／８段に対応するＴ値を上限値に設定する。このような手順でレンズの各Ｔ値から算出した結果が図８である。図８の例では、ＡＶ値（Ｔ値）が開放側に近づくにつれて上限値と下限値の範囲が狭く、すなわち上限値と下限値の差が小さくなっている。よって、図８の例では、被写体の適正露出時の絞り値（ＡＶ）が小絞り側（Ｔ８．０）である場合はＡＶ値（Ｔ値）が適正露出の±１／８段の範囲内に入っていれば露出制御を停止する一方、絞り値（ＡＶ）が開放側付近（Ｔ２．０）ではおおよそ適正露出の±１／１６段の範囲内に入っていないと露出制御を停止しないように制御される。

ステップＳ７０５では、システム制御部１１４は、図８に例示した絞り値（ＡＶ値、レンズのＴ値）ごとの停止範囲の上限値および下限値のデータをレンズ部１０１から取得し、実施形態１と同様に、テーブルなどを参照してＴ値とＦ値の関係から停止範囲を設定する。なお、レンズ部１０１から上限値および下限値のデータの取得するのではなく、カメラ１００がデータに予め記憶させておいてもよいし、関係式を用いて算出するようにしてもよい。また、Ｔ値とＦ値の乖離が大きい場合、すなわちＡＶ値（Ｔ値）が小絞り側よりも開放側の方が、停止範囲が狭くなり、上限値と下限値の差が小さくなればよく、上述した方法に限定されるものではない。

上述した実施形態２の露出制御処理によれば、ＡＶ値（Ｔ値）が開放側に近づくにつれて露出制御の停止範囲が狭くなるので、開放側付近における露出を適正に近づけることが可能となる。また、開放側付近では小絞り側よりも露出制御の停止範囲と再開範囲の差が大きくなるため、露出制御が再開される頻度も低くなる。また、ＡＰＤフィルタ付きレンズであっても、露出制御の再開範囲では通常のレンズと同様に一定の光量となっているため、露出制御を再開する際の明るさの程度に関する性能を悪化させることがなくなる。

［他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。また、機能ごとに、プロセッサがプログラムを読み出すことによって実行されるものと、回路によって実行されるものに分け、これらを組み合わせるようにしてもよい。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００…デジタルビデオカメラ（撮像装置）、１０１…レンズ部、１０３…撮像部、１１４…システム制御部、１１５…画像処理部

Claims (16)

1. 露出が変化することによりボケ感が変化する所定のフィルタを持つ第１の光学系または前記所定のフィルタを持たない第２の光学系のいずれかを装着可能な撮像装置であって、
   前記第１の光学系または前記第２の光学系を介して被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部と、
   前記第１の光学系または前記第２の光学系を介して前記撮像部に入射する光量を調節する絞りと、
   前記画像信号から得られた画像の明るさが適正になるように前記絞りを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記画像の明るさが適正であるか否かを判定するための明るさの範囲の上限値と下限値を設定し、
   前記絞りの制御が開放側であるか小絞り側であるかに応じて前記上限値と下限値の差が異なることを特徴とする撮像装置。
2. 露出が変化することによりボケ感が変化する所定のフィルタを持つ第１の光学系を備える撮像装置であって、
   前記第１の光学系を介して被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部と、
   前記第１の光学系を介して前記撮像部に入射する光量を調節する絞りと、
   前記画像信号から得られた画像の明るさが適正になるように前記絞りを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記画像の明るさが適正であるか否かを判定するための明るさの範囲の上限値と下限値を設定し、
   前記絞りの制御が開放側であるか小絞り側であるかに応じて前記上限値と下限値の差が異なることを特徴とする撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記画像の明るさと適正露出との差が前記明るさの範囲に含まれない場合に、前記明るさの範囲の上限値および下限値を設定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. 前記制御手段は、前記画像の明るさと適正露出との差が前記明るさの範囲に含まれない場合に、前記画像の明るさが適正になるように前記絞りの制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記絞りの制御が開放側であるほど前記明るさの範囲が広くなるように上限値と下限値を設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記第１の光学系は、前記絞りの制御が開放側であるほどＦ値とＴ値の乖離が大きくなるレンズを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記明るさの範囲の上限値と下限値に基づいて前記絞りの制御を停止する第１の範囲と、前記絞りの制御を再開する第２の範囲とを設定し、前記第２の範囲は前記第１の範囲より広いことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記画像の明るさが前記明るさの範囲の上限値と下限値の範囲内に含まれない場合に、前記明るさの範囲の上限値および下限値を前記第１の範囲の上限値および下限値に設定し、
   前記画像の明るさが前記明るさの範囲の上限値と下限値の範囲に含まれる場合に、前記明るさの範囲の上限値および下限値を前記第２の範囲の上限値および下限値に設定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記絞りの制御が開放側であるほど前記第１の範囲が狭くなるように上限値と下限値を設定し、
   前記第１の範囲は前記絞りの制御が開放側であるほど差が小さくなることを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
10. 前記制御手段は、前記画像の明るさが徐々に適正に近づくような前記絞りの制御値を算出することを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記第１の光学系は、前記絞りの制御が開放側であるほどＦ値とＴ値の乖離が大きくなるレンズを含み、
    前記制御手段は、前記第１の光学系のレンズのＴ値とＦ値の関係からレンズのＴ値に対応するＦ値を判定し、Ｆ値に前記第１の範囲の上限値と下限値を加算し、前記第１の範囲の上限値と下限値を加算したＦ値に対応するＴ値を前記第１の範囲の上限値および下限値に設定することを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記所定のフィルタは、アポダイゼーションフィルタであり、
    前記制御手段は、前記第１の光学系が装着されている場合に、前記絞りの制御が開放側であるか小絞り側であるかに応じて前記明るさの範囲の上限値と下限値の差が異なるように設定することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 露出が変化することによりボケ感が変化する所定のフィルタを持つ第１の光学系または前記所定のフィルタを持たない第２の光学系のいずれかを装着可能であり、
    前記第１の光学系または前記第２の光学系を介して被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部と、
    前記第１の光学系または前記第２の光学系を介して前記撮像部に入射する光量を調節する絞りと、を備える撮像装置の制御方法であって、
    前記画像信号から得られた画像の明るさが適正になるように前記絞りを制御するステップを有し、
    前記制御するステップでは、前記画像の明るさが適正であるか否かを判定するための明るさの範囲の上限値と下限値を設定し、
    前記絞りの制御が開放側であるか小絞り側であるかに応じて前記上限値と下限値の差が異なることを特徴とする制御方法。
14. 露出が変化することによりボケ感が変化する所定のフィルタを持つ第１の光学系と、
    前記第１の光学系を介して被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部と、
    前記第１の光学系を介して前記撮像部に入射する光量を調節する絞りと、を備える撮像装置の制御方法であって、
    前記画像信号から得られた画像の明るさが適正になるように前記絞りを制御するステップを有し、
    前記制御するステップでは、前記画像の明るさが適正であるか否かを判定するための明るさの範囲の上限値と下限値を設定し、
    前記絞りの制御が開放側であるか小絞り側であるかに応じて前記上限値と下限値の差が異なることを特徴とする制御方法。
15. コンピュータを、請求項１から１２のいずれか１項に記載の撮像装置の制御手段として機能させるためのプログラム。
16. コンピュータを、請求項１から１２のいずれか１項に記載の撮像装置の制御手段として機能させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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