JP3682906B2

JP3682906B2 - デジタルカメラ

Info

Publication number: JP3682906B2
Application number: JP07821899A
Authority: JP
Inventors: 広明久保
Original assignee: コニカミノルタフォトイメージング株式会社
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP2000278597A; US6961091B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像センサを使用したデジタルカメラは、一般に、撮像センサで読み取った画像データを使って露光制御が可能である。しかし、フラッシュ撮影時には、フラッシュ発光後に画像データの読み出しを行なうので、この画像データを用いて発光中のフラッシュに対する調光制御を行うことはできない。
【０００３】
そこで、従来では、被写体からのフラッシュ光の反射光を、撮影レンズに通すことなく外部調光素子に受光させ、この外部調光素子からの出力信号に基づいてフラッシュ光の制御を行なう外部調光方式か、あるいはフラッシュの本発光に先立って予備発光を行なわせ、この予備発光時の撮像センサによる画像データに基づいて本発光時の制御を行なう調光方式が多く採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の場合には、被写体からの反射光を撮影レンズを通さないので、撮像レンズとしてズームレンズを使用する場合のように、レンズ位置の変位に伴う画角の変化に対して調光範囲のずれが生じ、これがそのまま調光精度のずれにつながるという欠点があった。また、後者の場合には、被写体からのフラッシュ光の反射光が撮影レンズを通るので、画角の変化による調光範囲のずれのおそれはないが、フラッシュを予備発光と本発光の２回動作させなければならないために、調光制御にタイムラグが生じるという欠点があった。
【０００５】
また、これらとは別に、被写体からの反射光を撮影レンズを通して前記撮像センサの受光面で反射させ、その反射光を別途設けた受光素子で受光させて反射光量を測定し、これに基づいて調光制御を行なう調光方式も知られている。しかし、この場合は、撮像センサの受光面の平坦精度、さらには金属部や保護ガラスなど受光面の部材の影響を受けやすく、調光の制御データに高い信頼性が得られないといった問題があった。
【０００６】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、フラッシュ撮影において、画角の変化により調光範囲がずれるおそれもなく、信頼性の高い調光制御がリアルタイムで可能となるデジタルカメラを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、一部の受光素子が調光用の受光素子となされるとともに、前記調光用受光素子については独立して画像データの読み出しが可能な撮像センサと、間欠発光可能なフラッシュと、該フラッシュを使用した撮影時に、前記調光用受光素子の露光による画像データの蓄積量を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、上記フラッシュの調光制御を行なうフラッシュ制御手段と、を備え、前記調光用受光素子については、独立して、初期状態からの新たな蓄積動作開始のためのリセットが可能であるとともに、前記フラッシュの間欠発光動作に同期して、前記画像データの蓄積中に、前記調光用受光素子に対する前記リセットとリセット前のデータの読み出しが繰り返され、前記検出手段は、それぞれの読み出しによって得られた画像データを累積加算することによって、前記画像データの蓄積量を検出することを特徴とするデジタルカメラによって解決される。
【０００８】
このデジタルカメラでは、前記検出手段によって検出された調光用受光素子についての画像データの蓄積量が所定のレベルに達するまでは、フラッシュ制御手段はフラッシュの発光を行わせ、所定のレベルに達すると、発光を停止させる。このように、撮像センサの一部の受光素子を調光用受光素子として用い、その画像データを調光に利用するので、外部調光方式のように画角の変化により調光範囲にずれが生じたりすることがない。さらにフラッシュ撮影中の画像データを利用するので、リアルタイムでの調光制御が可能である。また、撮像センサの受光面での反射光を利用する方式ではないから、信頼性の高い制御が達成される。
【０００９】
また、前記調光用受光素子については、独立して、初期状態からの新たな蓄積動作開始のためのリセットが可能であるとともに、前記フラッシュの間欠発光動作に同期して、前記画像データの蓄積中に、前記調光用受光素子に対する前記リセットとリセット前のデータの読み出しが繰り返され、前記検出手段は、それぞれの読み出しによって得られた画像データを累積加算することによって、前記画像データの蓄積量を検出する。
【００１０】
調光用受光素子に対する画像データの蓄積を連続して行うものとすると、蓄積量が所定レベルに達するまでに、該受光素子のデータ蓄積レベルが飽和レベルに近づいてしまい、正確なデータ蓄積量が得られない恐れもある。これに対し、初期状態からの新たな蓄積動作とこの蓄積動作によって蓄積されたデータの読み出し動作が繰り返され、それぞれの読み出し動作によって得られたデータを累積加算する構成とすることによって、調光用受光素子の動作特性における適正な動作領域を常時使用しながら、正確な画像データの蓄積量を得ることができ、より高精度な調光制御が行なえる。
【００１１】
撮像センサとしては、例えばＣＭＯＳセンサがある。このセンサによれば、前記検出手段による調光用受光素子についての画像データ蓄積量の検出を確実に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、この発明の一実施形態に係るデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、デジタルカメラ１は、後述する各回路等を有するカメラ本体２と、このカメラ本体２の前面に装着された撮影レンズユニット３とからなる。
【００１５】
撮影レンズユニット３は、被写体の光学像を取り込む撮影レンズ４ならびに光量を制限する絞り５、さらにはメカニカルシャッター６などを備えている。
【００１６】
前記カメラ本体２は、例えば銀塩フィルムカメラのボディを利用して構成されたもので、銀塩フィルム配設相当位置には、撮影レンズ４の光路上において、結像された被写体光を光電変換する光電変換素子としての撮像センサ８が、受光面を撮影レンズ４側に向けて配置されている。この撮像センサ８は、例えばカラーモザイクフィルタを有する全画素読み出しタイプのエリア形センサであり、この実施形態では、多数のＣＭＯＳ形フォトダイオードからなる受光素子を備えたＣＭＯＳセンサが用いられている。
【００１７】
また、カメラ本体２には、高速間欠発光可能なフラッシュ７が着脱可能に装着されている。９はカメラ本体２に設けられたシャッターボタン、１０はカメラ本体２に装備された表示部である。この表示部１０は、たとえば液晶表示器（ＬＣＤ）からなり、プレビュー時のライブビュー画像や撮影画像を表示する。
【００１８】
上記カメラ本体２には、上記撮像センサ８の他に、映像処理回路１１、露出演算部１２、絞りドライバ１３、シャッタードライバ１４、センサタイミング制御回路１５が設けられ、さらに図示は省略したが画像データを一時記憶する画像メモリや、撮影画像を記憶する着脱自在なメモリカード等が設けられている。
【００１９】
前記映像処理回路１１は、撮像センサ８からの出力であるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換した後、画素補間、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理を行い、プレビュー画像や撮影画像を前記表示部１０に表示させる。前記画像処理された信号は、映像処理回路１１内で輝度信号にマトリクス変換され、露出演算部１２に入力される。
【００２０】
前記露出演算部１２は、前記輝度信号を参照信号と比較することにより輝度に応じた露出制御信号を生成する。この露出制御信号による露出制御値は、予め設定されたテーブルに基づいて電荷蓄積時間および絞りのパラメータに置き換えられる。さらに、この露出演算部１２は、後述するように、フラッシュ撮影時に調光用受光素子で繰り返される電荷蓄積によって得られた各蓄積量を累積加算する加算回路１２ａを備えるとともに、加算回路１２ａによる電荷蓄積量が所定レベルに達すると、露出演算部１２は、フラッシュ７の発光を停止させる。つまり、露出演算部１２は、フラッシュ撮影時のフラッシュ制御手段としても機能し、また、加算回路１２ａは、フラッシュ撮影時に、調光用受光素子についての画像データの蓄積量を検出する検出手段として機能する。
【００２１】
センサタイミング制御回路１５は、撮像センサ８における電荷蓄積時間および読み出しタイミングを露出演算部１２からの指令に従って制御するものであり、このセンサタイミング制御回路１５からの信号に基づいて、撮像センサ８の蓄積開始タイミングが制御される。
【００２２】
前記シャッタードライバ１４は、露出演算部１２からの指示に基づいて、メカニカルシャッター６の開閉を制御するものであり、メカニカルシャッター６の閉じるタイミングで撮像センサ８の電荷蓄積終了タイミングが設定される。
【００２３】
前記絞りドライバ１３は、露出演算部１２により設定された所定の絞り量に従って前記絞り５の開口径を制御するものである。
【００２４】
絞りドライバ１３により絞り量が設定された後、前記メカニカルシャッター６が開き、その後撮像センサ８の受光素子がリセットされると、電荷の蓄積が開始される。所定の電荷蓄積時間が経過すると、メカニカルシャッター６が閉じて撮像センサ８が完全に遮光され、この状態で各受光素子の信号が読み出される。
【００２５】
前記撮像センサ８は、図２、図３に示すように、マトリクス状に配置された多数のＣＭＯＳ形フォトダイオードからなる受光素子Ｐ１〜Ｐｎによって画素が形成されている。各受光素子Ｐ１〜Ｐｎは、結像した光学像を光電変換し露光量に応じた電荷を蓄積する。また、図２に示すように、全受光素子Ｐ１〜Ｐｎのうちの一部、例えば複数個の受光素子Ｐｍが前記フラッシュ７に対する調光用受光素子として設定されている。
【００２６】
図３は、前記撮像センサ８の駆動部を示す。図３では、縦横各３列目の受光素子が前述の調光用受光素子Ｐｍとして設定されている。
【００２７】
前記各受光素子Ｐ１〜Ｐｎには、各受光素の蓄積電荷を排出する（ゼロにする）ためのリセットスイッチＲＳがそれぞれ接続されており、これらリセットスイッチＲＳの縦列群Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ毎に、リセットラインＲＬ・・・がそれぞれ接続されている。これらリセットラインＲＬは、垂直走査回路ＶＳＣからのリセット信号を上記各リセットスイッチＲＳに送出させるものであり、リセット信号を受けた縦列群のリセットスイッチＲＳは瞬時に閉成動作し、前回の光電変換時に蓄積された電荷を放電したのち、直ちに開放されて、各受光素子Ｐ１〜Ｐｎは駆動状態（露光による電荷蓄積が可能な状態）に復帰する。
【００２８】
前記調光用受光素子Ｐｍには、専用のリセットラインＲＬｏが接続されており、該リセットラインＲＬｏを介して、前記リセットラインＲＬによるリセットとは別に独立して、任意のタイミングでリセット可能となされている。
【００２９】
さらに、上記受光素子Ｐ１〜Ｐｎには、垂直読み出しスイッチＶＳがそれぞれ接続されており、これら垂直読み出しスイッチＶＳの縦列群毎に、複数のアドレスラインＡＬ・・・がそれぞれ接続されている。これらアドレスラインＡＬは、所定のタイミングで出力された上記垂直走査回路ＶＳＣからのアドレス信号を、上記垂直読み出しスイッチＶＳに送出して、垂直読み出しスイッチＶＳを制御するためのものである。
【００３０】
上記受光素子Ｐ１〜Ｐｎの横列群には、垂直読み出しスイッチＶＳに接続されて、受光素子Ｐ１〜Ｐｎの画像データを出力ラインＯＬに取り出す複数の信号ラインＳＬがそれぞれ設けられており、各信号ラインＳＬと出力ラインＯＬとの間には、水平走査回路ＨＳＣによって開閉駆動される水平読み出しスイッチＨＳが介挿されている。
【００３１】
なお、ＴＣはタイミング発生回路であり、前記センサタイミング制御回路１５から、同期入力信号が入力されるとともに、垂直走査回路ＶＳＣおよび水平走査回路ＨＳＣの各動作を制御する。
【００３２】
すなわち、上記タイミング発生回路ＴＣからの制御信号を垂直走査回路ＶＳＣおよび水平走査回路ＨＳＣに印加して、垂直読み出しスイッチＶＳおよび水平読み出しスイッチＨＳを選択的に開閉制御することにより、任意のアドレスの受光素子Ｐ１〜Ｐｎの画像データが、信号ラインＳＬを介して出力ラインＯＬに取り出され、該出力ラインＯＬに接続された出力アンプＡＭＰで増幅されて、前記映像処理回路１１に送出される。
【００３３】
また、ＥＸＣは露光パターン発生回路であり、フラッシュ撮影時に、前記調光用受光素子Ｐｍに対して独立してリセットならびに画素データの読み出しを行なうためのものである。
【００３４】
次に、図示実施形態に係るデジタルカメラの動作を説明する。
【００３５】
フラッシュを使用しない定常光撮影時において、シャッターボタン９が半押しされると、メカニカルシャッター６が開放されたのち、撮像センサ８の受光素子Ｐ１〜Ｐｎは、タイミング発生回路ＴＣからの信号によってリセットされ、駆動状態となる。
【００３６】
所定時間の経過後、垂直読み出しスイッチＶＳおよび水平読み出しスイッチＨＳが選択的に開閉制御され、受光素子Ｐ１〜Ｐｎの画像信号が、記した番号順に信号ラインＳＬを介して出力ラインＯＬに取り出される。そして、出力ラインＯＬに接続された出力アンプＡＭＰで増幅されたのち、前記映像処理回路１１で映像処理され、表示部１０に表示される。また、得られた画像データに基づいて映像処理回路１１により輝度が演算され、これに基づいて露出演算部１２で適正な絞り量および露出時間が演算される。この動作が所定のフレーム周期で繰り返される結果、表示部にはライブビュー画像が表示される。
【００３７】
次に、シャッターボタン９が全押しされると、露出演算部１２において直前に演算された露出制御値に基づいて、絞り５が制御され、センサタイミング制御回路１５が撮像センサ８を制御する。この結果、前記撮像センサ８に対して適正露光が行われる。
【００３８】
この定常光撮影においては、調光用受光素子Ｐｍによって得られた画像データは、他の受光素子と同様に、撮影データの一部として使用される。
【００３９】
次に、フラッシュ７を使用する撮影について説明する。
【００４０】
フラッシュ撮影時には、前記撮像センサ８における調光用受光素子Ｐｍの画像データの蓄積量を露出演算部１２が検出し、これをモニタすることにより、前記フラッシュ７を調光制御する。
【００４１】
具体的な調光制御について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、フラッシュ撮影時の各動作タイミングの説明図、また図５は、フラッシュ７の調光制御に関する動作タイミングの説明図である。図５（Ａ）は、被写体までの距離が近か、あるいは被写体からの反射率が高い場合を示し、図５（Ｂ）は、被写体までの距離が遠いか、あるいは被写体からの反射率が低い場合を示す。
【００４２】
時点ｔ１でメカニカルシャッター６が開放され、露光が開始される。時点ｔ１ａで撮像センサ８の全受光素子に対してリセット信号が印加され、実際の電荷の蓄積が開始される。
【００４３】
時点ｔ２でフラッシュ７の発光動作が開始され、フラッシュ７は所定の間隔で高速パルス発光を行う。
【００４４】
前記調光用受光素子Ｐｍには、フラッシュ７がパルス発光を行なう度に、あるいは何回かのパルス発光に対して１回の割合で、リセットラインＲＬｏを介して垂直走査回路ＶＳＣから独立したリセット信号が送られ、その都度調光用受光素子Ｐｍは初期状態にリセットされ、新たな電荷の蓄積が開始される。一方、調光用受光素子Ｐｍがリセットされる直前の電荷蓄積量は随時読み出され、露出演算部１２の加算回路１２ａに送られて、加算回路１２ａで累積加算される。このように、調光制御のための電荷蓄積中に、調光用受光素子Ｐｍに対してリセットを繰り返し、その都度初期状態から電荷蓄積を開始させることで、飽和レベルに達する前の適正な動作領域において蓄積動作が繰り返して実行されることになり、より正確な画像データの蓄積量を得ることができる。勿論、リセットすることなく電荷蓄積を連続的に行っても良い。
【００４５】
加算回路１２ａで累積加算されたデータは、蓄積動作が飽和することなく連続的に行われた場合のデータと等しいので、この値が基準のフラッシュオフレベルに達すると、時点ｔ３で露出演算部１２ａから発光停止信号が出され、フラッシュ７の発光動作は停止する。図５（Ａ）のように、被写体までの距離が近いか、或いは被写体からの反射率が高い場合、調光用受光素子Ｐｍのデータ加算値は、短時間でフラッシュオフレベルに達する。一方、図５（Ｂ）のように、被写体までの距離が遠いか、あるいは被写体からの反射率が低い場合には、フラッシュオフレベルに達するまでに時間がかかり、この間フラッシュは発光を持続する。
【００４６】
こうして、撮影の進行と同時にフラッシュの調光制御を行うことができる。
【００４７】
なお、調光用受光素子Ｐｍを複数個設定してある場合には、例えば、それぞれの調光用受光素子によって得られた累積加算値を平均し、平均値がフラッシュオフレベルに達するかどうかを判断すればよい。
【００４８】
この後、時点ｔ４でメカニカルシャッター６が閉じられ、ここで実際の露光が終了する。時点ｔ１ａから時点ｔ４までが実際の電荷蓄積時間となる。その後、時点ｔ５から時点ｔ６までの間で、調光用受光素子Ｐｍ以外の画素に蓄積された画像データの読み出しを行い、フラッシュ撮影が終了する。
【００４９】
ところで、上述したように、フラッシュ撮影時には調光用受光素子Ｐｍの画像データは調光制御に利用され、撮影画像のデータとして使用しない。このため、フラシュ撮影時には、調光用受光素子Ｐｍについては撮影データが欠落することになる。そこで、図６に示すように、欠落する画素の補間を行なう。すなわち、図６（Ａ）に示す撮像センサ８の画素（フィルタ）Ｐの配列パターンにおいて、図６（Ｂ）は、Ｇ（緑色）の画素を調光用受光素子Ｐｍとした場合の補間フィルタを示し、図６（Ｃ）は、Ｒ（赤色）もしくはＢ（青色）の画素を調光用受光素子Ｐｍとした場合の補間フィルタを示し、いずれの場合も隣接する同色の画素を利用して平均補間を行う。
【００５０】
図７は、フラッシュ撮影時の調光シーケンスを示すフローチャートである。なお、図中および以下の説明では、ステップをＳと記す。
【００５１】
従来の予備発光を行なう調光方式の場合、メカニカルシャッタが開くと同時にフラッシュを予備発光させ、一度画像データの読み出しを行なっている。さらにこの画像データに基づいてフラッシュ発光時間を演算し、その後フラッシュの本発光を行わせ、メカニカルシャッタが閉じた後で画像処理を行なっている。
【００５２】
これに対して、この実施形態の調光方式においては、レリーズにより、Ｓ１０１でメカニカルシャッター６が開放された後、Ｓ１０２で撮像センサ８の調光用受光素子Ｐｍを含む各受光素子がリセットされ、電荷の蓄積が開始される。
【００５３】
次に、Ｓ１０３でフラッシュ７が高速間欠発光する。この間、Ｓ１０４では、この発光動作に同期して、調光用受光素子Ｐｍの画像データが随時読み出され、加算回路１２ａで加算される。Ｓ１０５では、その画像データの累積値が所定の信号レベルに達したか否かが判別され、所定レベルに達していると（Ｓ１０５にてＹＥＳ）、Ｓ１０６でフラッシュ７の発光を停止する。所定レベルに達していないと（Ｓ１０５にてＮＯ）、Ｓ１０３にもどり、フラッシュの発光を持続する。
【００５４】
上記フラッシュ７の発光動作の停止後、Ｓ１０７でメカニカルシャッター６が閉じられ、Ｓ１０８で調光用受光素子Ｐｍを除く受光素子について画像データの読み出し処理が行なわれ、Ｓ１０９で画像データが一時メモリに記憶される。
【００５５】
この後、Ｓ１１０で調光用受光素子Ｐｍや欠陥画素に対する補間処理等が行なわれ、次にＳ１１１で画像の再生処理が行われ、Ｓ１１２で画像が表示部１０に表示され、Ｓ１１３で画像データのメモリカードへの書き込みが行なわれる。
【００５６】
なお、上記撮像センサ８における調光用受光素子Ｐｍの分布は任意であり、例えば図８に示すように受光面の中央部に縦横分布された配置としても良い。
【００５７】
また、上記実施形態では、調光用受光素子Ｐｍが予め特定されているもので説明したが、全部のあるいは所定範囲の受光素子Ｐに専用リセットラインＲＬｏを接続しておき、撮影条件に応じて、任意の受光素子を調光用受光素子Ｐｍに設定しても良い。
【００５８】
【発明の効果】
この発明は、上述の次第で、撮像センサの一部の受光素子を調光用受光素子として用い、その画像データを調光に利用するので、外部調光方式のような画角の変化により調光範囲にずれが生じることもなく、信頼性の高い調光制御がリアルタイムで可能となる。
【００５９】
また、前記調光用受光素子に対するリセットとデータの読み出しが繰り返され、それぞれの読み出しによって得られた画像データを累積加算することにより、調光用受光素子の動作特性における飽和領域を避けた適正な動作領域を使用しながら、正確な画像データの蓄積量を得ることができ、より高精度な調光制御を行なうことができる。
【００６０】
また、撮像センサとしてＣＭＯＳセンサを用いた場合には、検出手段による調光用受光素子についての画像データ蓄積量の検出を確実に行うことができ、より信頼性の高い調光制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】同じくデジタルカメラに使用した撮像センサの駆動部を示す構成図である。
【図３】図２の駆動部の拡大図である。
【図４】同じくデジタルカメラにおけるフラッシュ撮影時の各動作タイミングの説明図である。
【図５】同じくデジタルカメラにおけるフラッシュ撮影時の調光制御に関する動作タイミングの説明図である。
【図６】図１の撮像センサにおける調光用受光素子に対する補間処理の説明図である。
【図７】同じくデジタルカメラにおけるフラッシュ撮影時の調光シーケンスを示すフローチャートである。
【図８】撮像センサにおける調光用受光素子の配置パターンの他の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・デジタルカメラ
７・・・・・・・フラッシュ
８・・・・・・・撮像センサ
１２・・・・・・露出演算部（調光制御手段）
１２ａ・・・・・加算回路（検出手段）
Ｐ１〜Ｐｎ・・・受光素子
Ｐｍ・・・・・・調光用受光素子

Claims

一部の受光素子が調光用の受光素子となされるとともに、少なくとも前記調光用受光素子については独立して画像データの読み出しが可能な撮像センサと、
間欠発光可能なフラッシュと、
該フラッシュを使用した撮影時に、前記調光用受光素子の露光による画像データの蓄積量を検出する検出手段と、
該検出手段の検出結果に基づいて、上記フラッシュの調光制御を行なうフラッシュ制御手段と、を備え、
前記調光用受光素子については、独立して、初期状態からの新たな蓄積動作開始のためのリセットが可能であるとともに、前記フラッシュの間欠発光動作に同期して、前記画像データの蓄積中に、前記調光用受光素子に対する前記リセットとリセット前のデータの読み出しが繰り返され、前記検出手段は、それぞれの読み出しによって得られた画像データを累積加算することによって、前記画像データの蓄積量を検出することを特徴とするデジタルカメラ。
前記撮像センサがＣＭＯＳセンサである請求項１に記載のデジタルカメラ。