JP3397221B2

JP3397221B2 - 測光装置

Info

Publication number: JP3397221B2
Application number: JP14184694A
Authority: JP
Inventors: 宏之岩崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2003-04-14
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: US5604584A; JPH085451A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラ等に使用される
測光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の測光装置（特開平３−
２３５５８６号公報等）の受光素子の温度と遮光画素出
力との関係を示した図である。この測光装置は、受光素
子の遮光画素出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つの温度エリア
に分類し、測定時の受光素子の温度がどの分類に属する
かを判定し、その結果から対応する温度エリアの補正係
数を読み出し、これをダーク補正データに掛けることに
よって、その温度エリアに適した画素出力を求め、これ
を各測光出力から差し引くことによって、受光素子の出
力を補正しようというものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の測光装
置は、温度変化による受光素子の暗電流成分の変化を補
正することができる。しかし、温度変化による受光素子
の感度変化については、補正がなされていないので、同
じ明るさの物体を測光しても温度の変化によって測光出
力が異なってしまう、という問題点があった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、このような場合
においても、上記のような事態に陥ることなく、常に正
確な測光出力を得ることが可能な測光装置を提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、被写界からの光を光電変換して
光強度に応じた電気信号を出力する受光素子と、前記受
光素子の温度変化に起因する感度変化を補正する感度変
化補正部とを含む測光装置において、前記受光素子の近
傍の温度を検出する温度検出部を備え、前記受光素子
は、蓄積型の素子であり、蓄積時間に無関係にあらかじ
め決められた電荷量が注入される第１モニター画素と、
その第１モニター画素と異なる電荷量が注入される第２
モニター画素とを備え、前記感度変化補正部は、前記温
度検出部の出力、及び、前記第１モニター画素と前記第
２モニター画素との出力に基づいて、前記受光素子の感
度変化、及び、前記受光素子の出力の変動分を補正する
ことを特徴とする測光装置である。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１に記載の測光
装置において、前記受光素子は、遮光画素を備えた測光
素子であり、前記感度変化補正部は、前記遮光画素の出
力に基づいて、前記受光素子の感度変化を補正すること
を特徴とする測光装置である。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１に記載の測光
装置において、前記感度変化補正部は、前記第１モニタ
ー画素と前記第２モニター画素との出力に基づいて、補
正直線を求めて、その補正直線に基づいて、前記受光素
子の出力を補正することを特徴とする測光装置である。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【作用】請求項１の発明では、温度変化に起因する受光
素子の感度変化を補正するので、温度が変化しても、常
に正確な測光値を得ることが可能であり、温度検出部を
備えたので、受光素子の温度を検出して的確な補正をす
ることが可能となると共に、モニター画素の出力に基づ
いて受光素子出力を補正するようにしたので、温度によ
る感度変化以外の補正も可能になる。

【００１３】請求項２の発明では、温度変化に起因する
受光素子の感度変化を補正するので、温度が変化して
も、常に正確な測光値を得ることが可能であり、温度検
出部を備えたので、受光素子の温度を検出して的確な補
正をすることが可能となると共に、第１モニター画素と
第２モニター画素との出力に基づいて受光素子の出力を
補正するようにしたので、更に正確な補正が可能とな
る。

【００１４】請求項３の発明では、遮光画素の出力に基
づいて温度を検出するようにしたので、特別な温度検出
回路を設けることなく温度検出が可能となる。

【００１５】

【００１６】

【００１７】請求項４の発明では、第１モニター画素と
第２モニター画素との出力に基づいて補正直線を求め
て、その補正直線に基づいて受光素子出力を補正するよ
うにしたので、簡単かつ正確な補正が可能となる。

【００１８】

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例に係わる測光
装置の概略の構成を示すブロック図である。マイクロプ
ロセッサ１０は、露光制御や受光素子９等の制御を行な
う制御回路であり、クロック発生手段１５からこのプロ
セッサ１０が動作するための２０ＭＨｚのクロック信号
を入力する。マイクロプロセッサ１０は、このクロック
信号を２分周した１０ＭＨｚのシステムクロックに基づ
いて、内蔵されている各種タイマー、Ａ／Ｄ変換器、シ
リアル通信インターフェース、ＲＡＭへの読み書きおよ
び出入力端子の動作を制御する。

【００２０】受光素子９は、ＣＣＤセンサ等の蓄積型の
素子である。図３（ａ）は、受光素子９の測光分割形状
を被写界に照らし合わせた図である。図３（ａ）に示し
たように、被写界のほぼ全体を横２０個、縦１２個の２
４０領域に分割して測光を行う。

【００２１】さらに、各領域は、図３（ｂ）のように、
分光感度分布の異なるＢ，Ｇ，Ｒの３領域に分割されて
おり、それぞれ独立に測光が行なえるようになってい
る。Ｂ，Ｇ，Ｒの分光感度領域は、図４のような特性を
示し、Ｂは青、Ｇは緑、Ｒは赤の領域についての測光を
それぞれ行なう。

【００２２】マイクロプロセッサ１０及び受光素子９に
は、基準電圧発生回路１１から基準電圧が入力される。
受光素子９は、この基準電圧からの電位差によって出力
信号を出力し、マイクロプロセッサ１０は、この基準電
圧を基準とするＡ／Ｄ変換器によって、受光素子９から
の出力信号をデジタル信号に変換する。

【００２３】マイクロプロセッサ１０から受光素子９に
向けて出力される信号は、受光素子９の動作の基となる
マスタークロックφＭＣＫ、蓄積の開始及び終了を制御
するφｉｎｔ、初期設定を行うＶｓｃｉｎ信号、マスタ
ークロックの分周比を切り替えるｒａｔｅ信号及び出力
回路のゲインを切り替えるｇａｉｎ信号である。一方、
受光素子９からマイクロプロセッサ１０への信号は、出
力信号を取り込むためのタイミング信号Ｖｔｉｍ及び出
力信号Ｖｏｕｔである。

【００２４】マイクロプロセッサ１０は、出力信号Ｖｏ
ｕｔの電圧を、タイミング信号Ｖｔｉｍの立ち下がりに
同期してＡ／Ｄ変換し、それらのデータの電源電圧の補
正、温度補正、感度補正などをした後に、内蔵のＲＡＭ
に格納する。これらのデータ補正の仕方については、後
に詳しく説明する。

【００２５】また、マイクロプロセッサ１０は、定期的
にシリアル通信インターフェースを介して行なわれるレ
ンズ通信によって得られるレンズ内ＲＯＭ１２からの撮
影レンズの開放絞り値Ｆ０、焦点距離ｆ、射出瞳距離Ｐ
Ｏ等の情報を基にして算出される補正値ｔ０と、測光時
の蓄積時間ｔとに基づいて、被写界の輝度値を各分割エ
リア毎に算出する。輝度値の算出の仕方については、後
述する。マイクロプロセッサ１０は、求められた輝度値
に基づいて、公知の手法を用いて適正露出値を算出し、
不図示のレリーズ釦の全押しの信号を検出したときに、
適正露出値に応じて、絞り１３とシャッター１６を制御
し、フィルムの露光を行う。

【００２６】図２は、本発明による測光装置の実施例の
光学系を示すブロック図である。撮影レンズ１を通過し
た光束は、クイックリターンミラー２、拡散スクリーン
３、コンデンサレンズ４、ペンタプリズム５、接眼レン
ズ６を通って、撮影者の目に到達する。一方、拡散スク
リーン３によって拡散された光束の一部は、コンデンサ
レンズ４、ペンタプリズム５、測光用プリズム７、測光
用レンズ８を通して受光素子９へ到達する。

【００２７】図５は、受光素子９の内部構造を詳細に示
した図である。図中斜線で塗りつぶした部分がセンサー
部分であり、この部分に入射した光が光電変換され電荷
を発生し、Ｈレジスタ２４、Ｖレジスタ２５を経由し
て、出力回路２１へ運ばれ、基準信号Ｖｒｅｆからの電
位差を出力信号として、Ｖｏｕｔから出力される。セン
サー部分には、Ｂ，Ｇ，Ｒの画素がＨレジスタ２４に沿
って周期的に配置されている。

【００２８】また、黒く塗りつぶしてあるところは、光
学的に遮光されている画素（ＯＰＢ）であり、暗電流の
信号を出力するために設けられている。ＯＰＢ画素の隣
には、モニター画素Ｖ１、更にモニター画素Ｖ１の隣に
は、モニター画素Ｖ２が設けられている。モニター画素
Ｖ１及びＶ２は、光電変換部を持たない代わりに、蓄積
時間に無関係な予め決められた電荷量が注入される画素
である。モニター画素Ｖ１とＶ２とでは、注入される電
荷量が異ならせてある。これらのモニター画素Ｖ１及び
Ｖ２の出力の大きさから、電源電圧の変動や温度変化に
起因する出力アンプのゲイン変動などを補正する。補正
の仕方については、後で詳しく説明する。

【００２９】マイクロプロセッサ１０からのｇａｉｎ信
号は、出力回路２１に入力されており、これがＨｉｇｈ
の場合には、出力回路２１の増幅率は１倍であるが、Ｌ
ｏｗになると増幅率が４倍に切り替わるようになってい
る。マスタークロックφＭＣＫ，蓄積指示信号φｉｎ
ｔ，ｒａｔｅ信号及び初期化信号Ｖｓｃｉｎは、タイミ
ングジェネレータ２２に入力されている。

【００３０】タイミングジェネレータ２２では、各Ｈレ
ジスタ２４及びＶレジスタ２５を駆動する基になる信号
が作られ、その信号に基づいて、ドライバ２３によって
各レジスタ２４，２５の駆動信号が作成される。タイミ
ングジェネレータ２２では、ｒａｔｅ信号がＨｉｇｈの
場合には、φＭＣＫを３２分周したクロック信号が作成
され、Ｌｏｗの場合には、１６分周したクロック信号が
作成される。以後、このタイミングジェネレータ２２に
よって作成されたクロック信号を基本クロックと呼ぶこ
とにする。

【００３１】また、初期化信号Ｖｓｃｉｎは、通常はＨ
ｉｇｈとなっているが、Ｌｏｗに落とされると、タイミ
ングジェネレータ２２は基本クロックの８倍の周波数の
信号を出力し、各レジスタ２４，２５の残留電荷を敏速
に排出し、レジスタ２４，２５の初期化を行う。受光素
子９の電源投入時に初期化を行うときは、一定時間（８
倍のクロックによって受光素子９の出力の３画面分が掃
き出される時間）Ｌｏｗに落とされる。

【００３２】また、初期化信号ＶｓｃｉｎがＬｏｗのと
きには、出力回路２１からの信号は、基準電圧Ｖｒｅｆ
と等しくなるようになっている。受光素子９の蓄積時間
は、φｉｎｔのＬｏｗになっている間に行われる。すな
わち、通常はφｉｎｔ＝Ｈとなっているが、蓄積開始時
にＬｏｗに落とされ、再びＨｉｇｈに戻されることによ
って蓄積が終了し、電荷が各レジスタ２４，２５によっ
て運ばれる。

【００３３】また、タイミングジェネレータ２２から
は、出力回路２１にクランプ１、Ｓ／Ｈ、クランプ２の
各パルス信号が出力されている。

【００３４】図６は、モニター画素Ｖ１及びＶ２の出力
を用いて受光素子の出力を補正する方法を説明した図で
ある。モニター画素Ｖ１及びＶ２を用いて補正するもの
は、受光素子９に供給される電源電圧の変動や温度変化
に起因する出力アンプの変動分等である。横軸は、測定
時における受光素子９の出力値であり、縦軸は、電源電
圧及び温度がある定められた標準状態での受光素子９の
出力値である。後述するマイクロプロセッサ１０内のプ
ログラムでは、この標準状態での出力値を用いた場合
に、正確な輝度値が得られるように、あらかじめ調整さ
れているので、電源電圧や温度が変化した場合には、こ
れを補正してやる必要がある。

【００３５】点線によって示したグラフは、測定時と標
準状態の出力値が一致している場合であり、この場合に
は、特に補正の必要はない。モニター画素Ｖ１及びＶ２
は、グラフに見られるように、標準状態では蓄積時間に
関係なく、それぞれＶＯ１、ＶＯ２の出力が得られるよ
うになっている。これが測定時において、電源電圧や温
度の変動などにより、図６に示すように、それぞれＶＯ
１’、ＶＯ２’になっったとする。この場合に、ＶＯ
１’及びＶＯ２’の値は、標準状態では、それぞれＶＯ
１、ＶＯ２となるべきであるから、補正直線は、図６の
実線で示したようなグラフになる。このグラフの式を数
式１に示す。

【００３６】〔数１〕 Y=(VO2-VO1)/(VO2'-VO1')*X+(V
O1VO2'-VO1'VO2)/(VO2'-VO1')

【００３７】例えば、測光値がＶｄａｔａ’だった場合
には、数式１のＸにＶｄａｔａ’を代入すれば、標準状
態での測光値Ｖｄａｔａを得ることができる。また、こ
こではＶＯ１、ＶＯ２の２種類の出力を用いて直線によ
って補正したが、１種類または３種類以上の出力を用い
て補正してもよい。１種類の場合には、直線による補正
ではなく、オフセット値の補正のみとなるので、２種類
による補正より効果は落ちるが、反面、ＶＯ１またはＶ
Ｏ２のどちらか一方があればよいので、受光素子のコス
トを低く押さえることができる。

【００３８】図７は、Ｂ，Ｇ，Ｒの各受光素子のそれぞ
れについての温度と感度との関係を示した図である。こ
こでは、標準状態である２０°Ｃでの感度を１として規
格化してある。受光素子９の光電変換部は、シリコンフ
ォトダイオード（ＳＰＤ）によってできているので、そ
の感度は、シリコンの吸収係数αに影響を受ける。この
吸収係数αは、温度が高くなると大きくなるので、それ
ぞれの感度も温度が高くなるにつれて大きくなってい
る。

【００３９】また、Ｂ，Ｇ，Ｒの各受光素子によって、
変化の仕方が異なるのは、次の理由によるものである。
吸収係数αは、波長依存性を持っており、波長が長いほ
ど小さな値を持っている。そのために、波長の短いＢ側
では、ＳＰＤの表面の近くでほとんどの光が吸収、すな
わち光電変換されるので、吸収係数αが変化しても影響
は少ないが、波長の長いＲ側では、ＳＰＤの比較的奥の
方まで光電変換されない光が到達してしまう。ところ
が、ＳＰＤの奥行きは有限であるので、Ｒ側では吸収さ
れずにＳＰＤを突き抜ける光があるために、吸収係数α
の変化によって突き抜ける光の量が変化し、感度が変化
してしまうのである。

【００４０】上にも述べたように、マイクロプロセッサ
１０内のプログラムは、標準状態での出力値を用いた場
合に、正確な輝度値が得られるように、あらかじめ調整
されているので、温度変化による感度の変化も補正する
必要がある。図７に示したように、測定時の温度Ｔがわ
かれば、そのときの感度Ｓ’がわかるので、測光出力
Ｖ’及び標準状態での感度Ｓを用いて、数式２によって
補正出力Ｖを求めることができる。

【００４１】〔数２〕Ｖ＝（Ｓ／Ｓ’）・Ｖ’

【００４２】図８（ａ）は、温度検出回路の一例を示し
た図である。図８（ａ）に示したサーミスタは、図８
（ｂ）に示すように、温度変化に対して極めて大きな抵
抗変化をする特性を持っているので、所定電圧を通常の
抵抗器と分圧させ、その電圧値をマイクロプロセッサ１
０のＡ／Ｄ変換器等によってモニターすれば、その時点
の温度を検出することができる。また、厳密に温度を検
出する場合には、分圧に用いた抵抗器の温度特性をも考
慮して、温度−電圧特性曲線をマイクロプロセッサ１０
のＲＯＭに記憶しておけばよい。

【００４３】また、受光素子９の外部に、特別に温度検
出回路を設けなくても温度を検出することも可能であ
る。図９は、ある蓄積時間における受光素子９内に設け
られたＯＰＢ出力と温度の関係を示したものである。Ｏ
ＰＢ出力Ｖｏｐｂは、蓄積時間ｔに比例すると共に、温
度Ｔに対して指数関数になっており、その関係は数式３
によって表される。

【００４４】〔数３〕Ｖｏｐｂ＝Ａ・ｔ・２＾（Ｔ／８）

【００４５】ここで、Ａは定数であり、記号＾はべき乗
を表す関数である。数式３からもわかるように、Ｖｏｐ
ｂは、温度が８度上がる毎に２倍になる。測光時に得ら
れたＯＰＢ出力Ｖｏｐｂと、そのときの蓄積時間ｔとか
らＴを求めることができる。また、温度が低い場合に
は、極端にＶｏｐｂが小さくなるので、通常測光時にＶ
ｏｐｂが小さ過ぎて測定が不可のときには、蓄積時間ｔ
を大きくしてＶｏｐｂが大きな値となるようにすればよ
い。

【００４６】図１０は、マイクロプロセッサ１０のアル
ゴリズムを説明するフローチャートである。不図示のシ
ャッター釦が半押しされることによって、カメラの電源
が入り、マイクロプロセッサ１０内のプログラムが起動
される。まず、ステップＳ１０１において、ＣＣＤの初
期化を行う。具体的には、φＭＣＫを出力させ、ｇａｉ
ｎ＝Ｈ、ｒａｔｅ＝Ｈに設定した後に、所定期間Ｖｓｃ
ｉｎをＬｏｗに落とす。

【００４７】次に、ステップＳ１０２において、受光素
子９による測光を行う。さらに、ステップＳ１０３で
は、前述した方法により、各測光領域の測光出力の電源
電圧の変動補正、温度変化によるゲイン補正、温度変化
による感度補正を行う。

【００４８】ステップＳ１０４では、レンズ内ＣＰＵ１
３から装着されている撮影レンズの開放絞り値Ｆ０、焦
点距離値ｆ及び射出瞳距離値ＰＯが読み出され、これら
の値に基づいて、測光領域毎の測光補正値Ｚ（ｉ，
ｊ）：（ただしｉ＝１・・・２０，ｊ＝１・・・１２）
が計算される。ここで、Ｚ（ｉ，ｊ）は横ｉ番地、縦ｊ
番地の測光補正データであることを示している。そし
て、各測光領域において、補正後の測光出力Ｖｏｕｔ
（ｉ、ｊ）を、以下に示す数式４に代入して、被写界の
輝度値ＢＶ（ｉ，ｊ）を算出する。

【００４９】〔数４〕 BV(i,j) = (log(Vout(i,j)/(t+
t0))/log2)+Z(i,j)+F0

【００５０】ここで、蓄積時間補正値ｔ０には、基本ク
ロックの１周期相当の時間が設定されるが、実験によっ
て、更に最適な値を調節して与えてもよい。例えば、φ
ＭＣＫ＝２．５ＭＨｚ、ｒａｔｅ＝Ｈの場合には、基本
クロックは７８．１２５ｋＨｚであるので、ｔ０＝１
２．８μｓである。また、φＭＣＫ＝２．５ＭＨｚ、ｒ
ａｔｅ＝Ｌの場合には、ｔ０＝２５．６μｓである。輝
度値の算出が終了すると、Ｓ１０５により、公知の手法
を用いて、露出演算を行い適正露出値を算出する。

【００５１】Ｓ１０６では、不図示のレリーズボタンが
全押しされたか否かを判別し、全押しされた場合には、
Ｓ１０７へ進み、適正露出値に基づいて露出制御を行
う。Ｓ１０８では、半押しタイマーがタイマー切れであ
るか否かを判別し、タイマー切れの場合には、プログラ
ムを終了するが、そうでない場合にはＳ１０２へ戻って
同様の処理を繰り返す。以上の実施例において、受光素
子９が受光素子に、ステップＳ１０３の処理が補正部
に、温度検出手段１４が温度検出部それぞれ対応する。

【００５２】なお、本発明は、カメラ以外の測光装置に
も適用できる。

【００５３】

【発明の効果】請求項１によれば、温度変化に起因する
受光素子の感度変化を補正するので、温度が変化して
も、常に正確な測光値を得ることが可能であり、温度検
出部を備えたので、受光素子の温度を検出して的確な補
正をすることが可能となると共に、モニター画素の出力
に基づいて受光素子出力を補正するようにしたので、温
度による感度変化以外の補正も可能になる。

【００５４】請求項２によれば、温度変化に起因する受
光素子の感度変化を補正するので、温度が変化しても、
常に正確な測光値を得ることが可能であり、温度検出部
を備えたので、受光素子の温度を検出して的確な補正を
することが可能となると共に、第１モニター画素と第２
モニター画素との出力に基づいて受光素子の出力を補正
するようにしたので、更に正確な補正が可能となる。

【００５５】請求項３によれば、遮光画素の出力に基づ
いて温度を検出するようにしたので、特別な温度検出回
路を設けることなく温度検出が可能となる。

【００５６】

【００５７】

【００５８】請求項４によれば、第１モニター画素と第
２モニター画素との出力に基づいて補正直線を求めて、
その補正直線に基づいて受光素子出力を補正するように
したので、簡単かつ正確な補正が可能となる。

【００５９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による測光装置の実施例の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】本実施例に係る測光装置の光学系を示した図で
ある。

【図３】本実施例に係る測光装置の受光素子の分割状態
を示す図である。

【図４】本実施例に係る測光装置の受光素子の分光感度
分布を示す図である。

【図５】本実施例に係る測光装置の受光素子の内部構成
を示す図である。

【図６】本実施例に係る測光装置の受光素子の補正方法
を示す図である。

【図７】本実施例に係る測光装置の受光素子の補正方法
を示す図である。

【図８】本実施例に係る測光装置の温度検出部の説明図
である。

【図９】本実施例に係る測光装置の温度検出部の説明図
である。

【図１０】本実施例に係る測光装置のアルゴリズムを示
すフローチャート図である。

【図１１】従来例に係る測光装置を説明する図である。

【符号の説明】

１撮影レンズ２クイックリターンミラー３拡散スクリーン４コンデンサレンズ５ペンタプリズム６接眼レンズ７測光用プリズム８測光用レンズ９受光素子１０マイクロプロセッサ１１クロック発生手段１２基準電圧発生回路１３レンズ内ＣＰＵ１４温度検出手段１５絞り１６シャッター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/00 - 1/60 H04N 5/30 - 5/335 H01L 27/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写界からの光を光電変換して光強度に
応じた電気信号を出力する受光素子と、前記受光素子の温度変化に起因する感度変化を補正する
感度変化補正部とを含む測光装置において、前記受光素子の近傍の温度を検出する温度検出部を備
え、前記受光素子は、蓄積型の素子であり、蓄積時間に無関
係にあらかじめ決められた電荷量が注入される第１モニ
ター画素と、その第１モニター画素と異なる電荷量が注
入される第２モニター画素とを備え、前記感度変化補正部は、前記温度検出部の出力、及び、
前記第１モニター画素と前記第２モニター画素との出力
に基づいて、前記受光素子の感度変化、及び、前記受光
素子の出力の変動分を補正することを特徴とする測光装
置。
【請求項２】請求項１に記載の測光装置において、前記受光素子は、遮光画素を備えた測光素子であり、前記感度変化補正部は、前記遮光画素の出力に基づい
て、前記受光素子の感度変化を補正することを特徴とす
る測光装置。
【請求項３】請求項１に記載の測光装置において、前記感度変化補正部は、前記第１モニター画素と前記第
２モニター画素との出力に基づいて、補正直線を求め
て、その補正直線に基づいて、前記受光素子の出力を補
正することを特徴とする測光装置。