JP4427705B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に係り、特に絞り依存感度低下を補正する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絞り依存感度低下とは、絞りに依存して本来受光できる受光量よりも受光量が少なくなり、見かけ上の感度が低下することをいい、撮影光学系と撮像素子の各受光センサごとに設けられているマイクロレンズとの組み合わせで発生し、開放絞りになる程、低下度合いが大きくなる特性をもっている。
【０００３】
カメラの露出制御は、被写体の明るさ（撮影ＥV 値）を測定し、絞り値（ＡV ）とシャッタスピード（Ｔv ）とが、ＥV ＝ＡV ＋Ｔv の計算式を満たすように使用する絞りとシャッタスピードとを決定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像時に使用する絞りによって上記のような絞り依存感度低下が発生すると、露出制御に影響し、正確な露出制御ができないという問題がある。また、絞り装置（特に虹彩絞り）は、使用する各絞りと理論値とに誤差が生じ、これによって正確な露出制御ができないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、絞り依存感度低下や絞りの精度誤差にかかわらず、正確な露出制御を可能にし、また撮影した画像のＳ／Ｎ劣化を抑制して絞り依存感度低下等を有効に補正することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る撮像装置は、撮影光学系と、複数段又は無段階の絞りを有する絞り手段と、前記撮影光学系及び絞り手段を介して被写体像を受光し、該被写体像を示す画像信号を出力する撮像素子と、前記絞り手段での使用絞りごとに前記撮像素子を介して得られる画像信号の明るさを示す信号量と所定の基準量との差分を記憶する記憶手段と、撮影時に前記絞り手段の使用絞りに基づいて前記記憶手段から差分を読み出し、前記差分を前記画像信号に対する利得を制御することによって補正する補正手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
即ち、絞り依存感度低下や絞りの精度誤差に起因して生じる、実際の受光量と本来受光すべき受光量との差分を、予め使用絞りごとに記憶手段に記憶しておく。そして、撮影時に使用する絞りから受光量の差分を前記記憶手段から読み出し、その差分を画像信号に対する利得を制御することによって補正するようにしている。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る撮像装置は、撮影光学系と、複数段又は無段階の絞りを有する絞り手段と、前記撮影光学系及び絞り手段を介して被写体像を受光し、該被写体像を示す画像信号を出力する撮像素子と、前記絞り手段での使用絞りごとに前記撮像素子を介して得られる画像信号の明るさを示す信号量と所定の基準量との差分を記憶する記憶手段と、撮影時に前記絞り手段の使用絞りに基づいて前記記憶手段から差分を読み出し、前記差分を前記画像信号に対する利得及び露光時間を制御することによって補正する補正手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
即ち、前記差分を画像信号に対する利得のみで補正すると、画像信号のＳ／Ｎが劣化するが、露光時間による差分の補正を併用することにより、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制するようにしている。
【００１０】
本発明の第３の態様に係る撮像装置は、上記第２の態様において、前記補正手段が、前記差分が所定範囲内の場合には、前記露光時間の制御によって前記差分を補正し、前記差分が前記所定範囲を超えると、前記露光時間の制御及び前記画像信号に対する利得制御によって前記差分を補正することを特徴としている。即ち、前記差分が所定範囲内の場合には、露光時間の制御によって前記差分を補正することにより、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制し、前記差分が所定範囲を超えた場合に露光時間による差分の補正を併用するようにしている。
【００１１】
本発明の第４の態様に係る撮像装置は、上記第２又は第３の態様において、前記露光時間による前記差分の補正範囲が、該露光時間による露出制御の刻み幅の２分の１以下とし、前記補正手段は、前記差分が前記露光時間による補正範囲内の場合には、該差分を露光時間を制御することによって補正し、前記差分が前記露光時間による補正範囲を超えると、その補正範囲を超えた分の差分を前記画像信号に対する利得を制御することによって補正することを特徴としている。
【００１２】
前記露光時間による前記差分の補正範囲を、露光時間による露出制御の刻み幅の２分の１以下とした理由は、前記刻み幅の２分の１を超えて補正すると、撮影者が設定した露光時間又は自動的に設定された露光時間と異なる露光時間で撮影されるおそれがあるからである。
本発明の第５の態様に係る撮像装置は、上記第４の態様において、前記使用する絞りの絞り値、及び前記刻み幅で制御される露光時間をそれぞれ表示する表示手段を有することを特徴としている。
【００１３】
本発明の第６に係る撮像装置は、撮影光学系と、複数段又は無段階の絞りを有する絞り手段と、前記撮影光学系及び絞り手段を介して被写体像を受光し、該被写体像を示す画像信号を出力する撮像素子と、前記絞り手段での使用絞りごとに前記撮像素子により実際に得られる画像信号の明るさを示す信号量と、前記使用絞りを用いたときに本来得られる信号量との差分を記憶する記憶手段と、閃光手段と、閃光撮影時における前記絞り手段の使用絞りに基づいて前記記憶手段から前記差分を読み出し、前記画像信号に対する利得及び前記閃光手段の光量を制御することによって、前記撮像素子により実際に得られる画像信号の信号量を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
閃光撮影時に前記差分を画像信号に対する利得のみで補正すると、画像信号のＳ／Ｎが劣化するが、閃光手段の光量制御による差分の補正を併用することにより、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制するようにしている。
【００１５】
本発明の第７の態様に係る撮像装置は、上記第６の態様において、前記閃光撮影時はスローシンクロ又は日中シンクロ撮影時であることを特徴とする。
本発明の第８の態様に係る撮像装置は、上記第６又は第７の態様において、前記補正手段は、前記差分が所定範囲内の場合には、前記閃光手段の光量制御によって前記差分を補正し、前記差分が前記所定範囲を超えると、前記閃光手段の光量制御及び前記画像信号に対する利得制御によって前記差分を補正することを特徴とする。
本発明の第９の態様に係る撮像装置は、上記第６から第８の態様において、前記補正手段が、前記差分が所定範囲内の場合に、前記差分の絶対値が大きいほど前記閃光手段の発光時間を長くすることを特徴とする。
本発明の第１０の態様に係る撮像装置は、上記第６から第９の態様において、前記閃光手段が、加えられる基準電圧が高いほど発光時間が長くなるように構成されており、前記補正手段が、前記使用絞りにおける適正な撮影のための基準電圧をＶｒｅｆ、前記信号量の補正量をｄＳＳｖとしたときに、前記閃光手段に加える基準電圧Ｖｒｅｆ´を、
Ｖｒｅｆ´＝Ｖｒｅｆ×２ ｄＳＳｖ ，
により設定することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１１の態様に係る撮像装置は、上記第６から第１０の態様において、前記画像信号のデジタル値に対してデジタルゲイン値を乗算するデジタルゲイン乗算手段を有し、前記補正手段は、前記画像信号に対する利得を制御する際に、前記デジタルゲイン乗算手段に付与するデジタルゲイン値を制御することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る撮像装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】
まず、本発明の概要について説明する。
【００１９】
撮影光学系と撮像素子上のマイクロレンズとの組み合わせにより、絞り径の大きな絞りで撮影する場合には、絞り依存感度低下が大きくなり、本来受光すべき受光量よりも実際に受光する受光量が少なくなり、一方、絞り径の小さな絞りで撮影する場合には、絞り依存感度低下が小さく、本来受光すべき受光量と実際に受光する受光量とがほぼ一致する。
【００２０】
いま、図１に示すように被写体の明るさ（撮影ＥV 値）により、絞り径の大きな大絞り（例えばＦ＝2.8)を使用して撮影する場合と、絞り径の小さな小絞り（例えばＦ＝5.6)を使用して撮影する場合について考察する。
【００２１】
大絞りでの絞り依存感度低下ΔＡV を0.4 とし、小絞りでの絞り依存感度低下ΔＡV を０とすると、撮像素子から得られる画像信号の信号レベルは、図１に示すように大絞りの場合には、本来受光すべき受光量よりも実際に受光する受光量が少なくなり、アンダー露光となる。一方、小絞りの場合には、本来受光すべき受光量と実際に受光する受光量とが一致し、適正露光となる。
【００２２】
本発明は、絞り依存感度低下によって本来受光すべき受光量よりも実際に受光する受光量が少なくなる場合に、その不足分を画像信号に対する利得を調整することによって補正するようにしている。
【００２３】
また、画像信号に対する利得制御のみで補正すると、画像信号のＳ／Ｎが劣化するため、所定の範囲内でシャッタスピードも補正するようにしている。
【００２４】
更に、閃光撮影時には、シャッタスピードによる受光量の補正が適正に行われなくなるため、シャッタスピードによる補正の代わりに、ストロボ発光量で補正するようにしている。
【００２５】
更に、絞り装置（特に虹彩絞り）は、機械的な精度誤差によって使用する各絞りの絞り値と理論値とに誤差が生じ、これにより本来受光すべき受光量と実際に受光する受光量とに誤差が生じる。本発明はこの誤差も絞り依存感度低下の補正と同様に補正するようにしている。
【００２６】
次に、本発明に係る撮像装置の実施の形態における具体的な絞り依存感度低下について説明する。
【００２７】
本発明に係る撮像装置では、後述するように虹彩絞りを使用しており、この虹彩絞りは、ＡV 値３（Ｆ＝2.8)〜ＡV 値７（Ｆ＝11) まで、１／３・ＡV 刻みで１３段の使用絞りを有する。
【００２８】
図２（Ａ）は上記虹彩絞りと本発明に係る撮像装置の撮影光学系と撮像素子のマイクロレンズとの組み合わせで発生する絞り依存感度低下の一例を示すグラフである。
【００２９】
一方、図２（Ｂ）は上記虹彩絞りの各絞りの絞り値（ＡV 値）と理論値との誤差の一例を示すグラフである。
【００３０】
従って、図２（Ａ）に示す絞り依存感度低下と、図２（Ｂ）に示す虹彩絞りの各絞りの理論値からの誤差とのトータルの感度誤差は、図２（Ｃ）のグラフに示すようになる。図４は上記絞り依存感度低下、絞りのバラツキ、トータルの誤差を数値で表した図表である。
【００３１】
図４は本発明に係る撮像装置において使用するプログラム線図の一例を示す。
【００３２】
この撮像装置における露出制御は、被写体の明るさ（撮影ＥV 値）を測定し、この撮影ＥV 値から図４に示すプログラム線図に基づいて絞り値（ＡV 値）とシャッタスピード（Ｔv 値）を決定する。
【００３３】
ここで、撮影ＥV 値、ＡV 値、Ｔv 値は、次式の関係、
【００３４】
【数１】
ＥV ＝ＡV ＋Ｔv
があるが、上記のように絞り依存感度低下等があるため、本来受光すべき受光量を得るためには、次式、
【００３５】
【数２】
ＥV ＝ＡV ＋Ｔv ＋ΔＥV
に示すように、本来受光すべき受光量と実際に受光する受光量との差分を相殺するための値（以下、「感度低下値」という）ΔＥV だけ別途露出制御する。
【００３６】
即ち、図３に示したトータルの誤差を相殺するため、この誤差と符号が逆の感度低下値ΔＥV を予め不揮発性メモリに記憶させ、撮影時に使用する絞りに応じて不揮発性メモリから感度低下値ΔＥV を読み出し、その読み出した感度低下値ΔＥV だけ別途露出制御する。尚、感度低下値ΔＥV は、絞り依存感度低下による光量の不足分を補正する場合、正の符号となるが、虹彩絞りの各絞りの理論値からの誤差は、正負の符号をとるため、負の符号となる場合もある。
【００３７】
次に、上記感度低下値ΔＥV を補正するための露出制御について説明する。
【００３８】
この実施の形態では、前記感度低下値ΔＥV を補正する露出制御を、シャッタスピード及び画像信号に対するデジタルゲインを補正することによって行う。
【００３９】
図５（Ａ）は感度低下値ΔＥV をシャッタスピードで補正する様子を示すグラフであり、図５（Ｂ）は感度低下値ΔＥV をデジタルゲインで補正する様子を示すグラフであり、図５（Ｃ）は感度低下値ΔＥV をシャッタスピード及びデジタルゲインの双方で感度低下値ΔＥV を補正する様子を示すグラフである。
【００４０】
図５（Ａ）に示すように感度低下値ΔＥV のうち±0.1 ＥV をシャッタスピードで補正する。即ち、ΔＥV ≧0.1 ＥV の場合には、シャッタスピードによる補正値ΔＴv ＝0.1 Ｔv とし、ΔＥV ≦0.1 ＥV の場合には、シャッタスピードによる補正値ΔＴv ＝−0.1 Ｔv とし、｜ΔＥV ｜＜0.1 ＥV の場合には、シャッタスピードによる補正値ΔＴv ＝０とする。
【００４１】
一方、シャッタスピードで補正できない感度低下値ΔＥV の残りの低下分は、デジタルゲインで補正する。即ち、｜ΔＥV ｜≧0.2 ＥV の場合には、デジタルゲインによる補正値ΔＳv を±0.1 Ｓv 、±0.2 Ｓv …の0.1 Ｓv 刻みで補正する。尚、｜ΔＥV ｜＜0.2 ＥV の場合には、デジタルゲインによる補正値ΔＳv ＝０とし、デジタルゲインでの補正は行わない。
【００４２】
この実施の形態では、前記感度低下値ΔＥV をシャッタスピード及びデジタルゲインで補正するようにしたが、これに限らず、デジタルゲインのみで補正するようにしてもよい。尚、この場合には、シャッタスピードと併用する場合に比べて画像信号のＳ／Ｎが悪くなる。
【００４３】
また、感度低下値ΔＥV に対するシャッタスピードによる補正範囲を±0.1 ＥV に制限している理由は、感度低下値ΔＥV をシャッタスピードのみで補正すると、補正後のシャッタスピードが、図４に示したプログラム線図で決定したシャッタスピードからずれたり、シャッタスピードをマニュアル設定した場合に、その設定したシャッタスピードからずれるという不具合が生じるからである。尚、この実施の形態では、プログラム線図で決定され、又はマニュアル設定されるシャッタスピードのＴv 値の刻み幅は、１／３・Ｔv であるが、前記シャッタスピードを±0.1 ＴV 補正しても、前記刻み幅１／３・Ｔv の２分の１以下であるため、上記不具合は生じない。
【００４４】
図６は本発明に係る撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。
【００４５】
この撮像装置は、撮影した静止画や動画をメモリカード１９に記録するデジタルカメラであり、カメラ全体の動作は、中央処理装置（ＣＰＵ）２０によって統括制御される。
【００４６】
デジタルカメラには、二段ストローク・ タイプのシャッタボタン２２の第１段階の押下によりＳ１オン信号が発生し、シャッタボタン２２の第２段階の押下によりＳ２オン信号が発生する。 発生したＳ１オン信号およびＳ２オン信号は、ＣＰＵ２０に入力する。
【００４７】
また、デジタルカメラには、撮影モードと再生モードとを切り換えるためのモード・ スイッチ２１が設けられている。 撮影モードが設定されるときには、モード・ スイッチ２１のａ端子が接続され、再生モードが設定されるときには、モード・ スイッチ２１のｂ端子が接続される。 接続状況を示す信号は、ＣＰＵ２０に入力する。
【００４８】
デジタルカメラはストロボ発光可能なようにストロボ発光装置（閃光手段）２４が設けられている。 このストロボ発光装置２４はストロボ制御装置２３により発光制御される。
【００４９】
被写体を示す画像光は、フォーカスレンズを含むレンズ光学系１及び虹彩絞り２を介して固体撮像素子（ＣＣＤ）３の受光面に結像される。レンズ光学系１は、ＣＰＵ２０によって制御されるモータ・ドライバ１２によって駆動され、フォーカス制御等が行われる。虹彩絞り２は、５枚の絞り羽根からなり、ＣＰＵ２０によって制御されるモータ・ドライバ１２によって駆動され、前述したように使用絞りがＦ2.8 〜Ｆ11まで１／３・ＡV 刻みで１３段階に絞り制御される。
【００５０】
また、ＣＰＵ２０は、モータ・ ドライバ１２を介して虹彩絞り２を制御するとともに、タイミング・ジェネレータ１３を介してＣＣＤ３での電荷蓄積時間（シャッタスピード）を制御する。
【００５１】
ＣＣＤ３に蓄積された信号電荷は、タイミング・ジェネレータ１３から加えられる転送パルスによって信号電荷に応じた電圧信号として順次読み出される。ＣＣＤ３から順次読み出された電圧信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）／増幅器４に加えられ、ここで各画素ごとのＲ、Ｇ、Ｂ信号がサンプリングホールドされ、増幅されたのちＡ／Ｄ変換器５に加えられる。Ａ／Ｄ変換器５は、順次入力するＲ、Ｇ、Ｂ信号をデジタルのＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換して画像入力コントローラ６に出力する。
【００５２】
信号処理回路７は、画像入力コントローラ６を介して入力するデジタルの画像信号に対して、オフセット処理、ホワイトバランス補正及び感度補正を含むゲイン・ コントロール処理、ガンマ補正処理等の所定の信号処理を行う。尚、信号処理回路７でのゲイン・ コントロール処理の詳細については後述する。
【００５３】
信号処理回路７で処理された画像データは、ＶＲＡＭ１７に入力する。ＶＲＡＭ１７には、それぞれが１駒分の画像を表す画像データを記憶するＡ領域とＢ領域とが含まれている（物理的に領域が分割されている必要はなく、論理的に領域を分けることができればよい) 。ＶＲＡＭ１７において１駒分の画像を表す画像データがＡ領域とＢ領域とで交互に書き換えられる。ＶＲＡＭ１７のＡ領域及びＢ領域のうち、画像データが書き換えられている方の領域以外の領域から、書き込まれている画像データが読み出される。ＶＲＡＭから読み出された画像データはビデオ・エンコーダ９においてエンコーディングされ、カメラ背面に設けられている液晶モニタなどの画像表示装置１０に出力され、これにより被写体像が画像表示装置１０の表示画面上に表示される。
【００５４】
図７は画像表示装置１０の表示画面の一例を示している。同図に示すように、画像表示装置１０の表示画面には、図示しないＯＳＤにより現在のシャッタスピード及び絞り値も表示される。
【００５５】
シャッタボタン２２の第１段階の押下があると、ＡＥ動作及びＡＦ動作が開始する。 即ち、Ａ／Ｄ変換器５から出力される画像データがＡＦ検出回路１４並びにＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５に入力し、ＡＦ検出回路１４では、画像のコントラスト情報をＣＰＵ２０に出力する。ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５では、撮像領域を水平方向８、垂直方向８に分割して得られる各分割領域ごとにＲ、Ｇ、Ｂの画像データをＲ、Ｇ、Ｂごとに積算し、各領域ごとの、かつＲ、Ｇ、Ｂごとの各積算データをＣＰＵ２０に出力する。
【００５６】
ＣＰＵ２０は、ＡＦ検出回路１４から入力するコントラスト情報に基づいてモータ・ドライバ１１を介してレンズ光学系１を制御するとともに、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５から入力する積算データより被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出し、この撮影Ｅｖ値に基づいて虹彩絞り２の絞り値及びＣＣＤ３の電子シャッタ（シャッタスピード）を決定し、決定した絞り値に基づいてモータ・ ドライバ１２を介して虹彩絞り２を制御するとともに、決定したシャッタスピードに基づいてタイミング・ジェネレータ１３を介してＣＣＤ３での電荷蓄積時間を制御する。
【００５７】
ＡＥ動作及びＡＦ動作が終了し、シャッタボタン２２の第２段階の押下があると、その押下に応答してＡ／Ｄ変換器５から出力される１駒分の画像データが画像入力コントローラ６からメモリ(SDRAM) １６に入力し、一時的に記憶される。
【００５８】
画像データは、メモリ１６から読み出され、信号処理回路７において輝度データ及び色差データの生成処理（ＹＣ処理）を含む所定の信号処理が行われる。ＹＣ処理された画像データ（ＹＣデータ）は、信号処理回路７から読み出され、再びメモリ１６に記憶される。続いて、ＹＣデータは圧縮伸長処理回路８に出力され、JPEG (joint photgraphic experts group)などの所定の圧縮処理が実行される。 圧縮されたＹＣデータは、再びメモリ１６に出力されて記憶されたのち、メディア・コントローラ１８によって読み出され、メモリカード１９に記録される。
【００５９】
モード・スイッチ２１により再生モードが設定されると、メモリカード１９に記録されている圧縮されたＹＣデータが読み出され、メモリ１６に一時的に記憶される。この圧縮されたＹＣデータは、メモリ１６から読み出され、圧縮伸長回路８においてデータ伸長される。伸長されたＹＣデータは、メモリ１６に出力され再び記憶されたのち、メモリ１６から読み出され、ビデオ・エンコーダ９を介して画像表示装置１０に入力する。 これにより、メモリカード１９に記録されている画像データによって表される画像が画像表示装置１０の表示画面上に表示されるようになる。
【００６０】
次に、本発明に係る絞り依存感度低下の補正動作について説明する。
【００６１】
図６に示す不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）２５には、図３に示したトータルの誤差（感度低下値ΔＥV ）が、虹彩絞り２の使用する各絞りごとに記憶されている。尚、トータルの誤差ΔＥV は、カメラごとにバラツキがあるため、製品出荷前の調整時に誤差ΔＥV が測定され、ＥＥＰＲＯＭ２５に書き込まれる。
【００６２】
ＣＰＵ２０は、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５から入力する積算データより被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出し、この撮影Ｅｖ値に基づいて図４に示したブロック線図にしたがって虹彩絞り２の絞り値（Ａｖ値）及びシャッタスピード（Ｔv 値）を決定する。ＣＰＵ２０は、前記決定したＡｖ値に基づいて虹彩絞り２がＡｖ値に対応した絞りになるようにモータ・ ドライバ１２を介して駆動制御する。
【００６３】
その一方、ＣＰＵ２０は、前記決定したＡｖ値に基づいてＥＥＰＲＯＭ２５から使用する絞りに対応した感度低下値ΔＥV を読み出す。そして、この感度低下値ΔＥV が、ΔＥV ≧0.1 ＥV の場合には、前記決定したシャッタスピードＴv をΔＴv （＝0.1 Ｔv ）だけ補正し、ΔＥV ≦−0.1 ＥV の場合には、前記決定したシャッタスピードＴv をΔＴv （＝−0.1 Ｔv ）だけ補正する。尚、｜ΔＥV ｜＜0.1 ＥV の場合には、前記決定したシャッタスピードＴv に対する補正は行わない（図５（Ａ）参照）。
【００６４】
そして、ＣＰＵ２０は、前記決定したシャッタスピードＴv を、感度低下値ΔＥV に応じて補正したシャッタスピード（Ｔv ＋ΔＴv ）に基づいてタイミング・ジェネレータ１３を介してＣＣＤ３での電荷蓄積時間を制御する。
【００６５】
また、前記感度低下値ΔＥV に基づく信号処理回路７でのゲイン・ コントロール処理は、以下のようにして行う。
【００６６】
まず、ＣＰＵ２０は、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５から入力する各領域ごとの、かつＲ、Ｇ、Ｂごとの各積算データに基づいてデーライト（晴れ）、日陰−曇り、蛍光灯、タングステン電球等の光源種の判別を行う（特開2000-224608 参照) 。
このようにして光源種を判別すると、その判別した光源種のホワイトバランスに適したＲ、Ｇ、Ｂごとのデジタルゲインを決定する。尚、マニュアルで光源種を設定する場合には、上記光源種の判別は不要である。
【００６７】
上記のようにしてホワイトバランス補正するための、Ｒ、Ｇ、ＢごとのデジタルゲインＲG 、ＧG 、ＢG を決定すると、続いて前記シャッタスピードで補正できない感度低下値ΔＥV の残りの低下分（ΔＥV −ΔＴV ）は、前記Ｒ、Ｇ、Ｂに対するデジタルゲインＲG 、ＧG 、ＢG を補正することにより行う。
【００６８】
即ち、デジタルゲインＲG 、ＧG 、ＢG は、次式、
【００６９】
【数３】
ＲG ' ＝ＲG ×Ｋ
ＧG ' ＝ＧG ×Ｋ
ＢG ' ＝ＢG ×Ｋ
ＲG ' 、ＧG ' 、ＢG ' ：補正後のデジタルゲイン
Ｋ：補正係数
によって補正する。また、補正係数Ｋは、シャッタスピードで補正できない感度低下値ΔＥV の残りの低下分の補正値ΔＳV に基づいて図８に示すテーブルから読み出す。尚、図８に示すテーブルは、ＥＥＰＲＯＭ２５に記憶されている。
【００７０】
ＣＰＵ２０は上記補正後のデジタルゲインＲG ' 、ＧG ' 、ＢG ' を信号処理回路７に付与し、信号処理回路７では、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号に対してそれぞれデジタルゲインＲG ' 、ＧG ' 、ＢG ' を乗算することによりホワイトバランス補正とともに、絞り依存感度低下分の補正を行う。
【００７１】
尚、この実施の形態では、ホワイトバランス補正用のデジタルゲインＲG 、ＧG 、ＢG を補正して絞り依存感度低下分を補正するようにしたが、ホワイトバランス補正とは別々にデジタルゲインを補正してもよい。また、アナログゲインを補正することにより絞り依存感度低下分を補正するようにしてもよい。
【００７２】
次に、ストロボ撮影（スローシンクロ、日中シンクロ）時における絞り依存感度低下の補正動作について説明する。
【００７３】
上記実施の形態では、絞り依存感度低下分をシャッタスピードとデジタルゲインとの組み合わせで補正するようにしたが、シンクロ撮影時には、シャッタスピードの代わりにストロボ発光量を補正し、ストロボ発光量とデジタルゲインとの組み合わせで補正する。ストロボ撮影時にはシャッタスピードによる受光量の補正が適正に行われなくなるからである。
【００７４】
ストロボ発光量による絞り依存感度低下の補正は、図５（Ａ）に示すように感度低下値ΔＥV のうち±0.1 ＥV をストロボ発光量で補正する。即ち、ΔＥV ≧0.1 ＥV の場合には、ストロボ発光量による補正値ΔＳＳv ＝0.1 ＳＳv とし、ΔＥV ≦0.1 ＥV の場合には、ストロボ発光量による補正値ΔＳＳv ＝−0.1 ＳＳV とし、｜ΔＥV ｜＜0.1 ＥV の場合には、ストロボ発光量による補正値ΔＳＳv ＝０とする。尚、ストロボ発光量で補正できない感度低下値ΔＥV の残りの低下分は、デジタルゲインで補正するが、前述した場合と同様であるため、その詳細については省略する。
【００７５】
次に、上記ストロボ発光量の制御について説明する。
【００７６】
図９は図６に示したストロボ制御装置２３によるオートストロボ制御の概念図である。
【００７７】
図９（Ａ）に示すようにストロボ発光装置２４のキセノン管Ｘｅで発光した光が被写体に反射し、受光センサ（フォトトランジスタ）Ｔｒに入射すると、ここで光電変換される。光電変換された電流Ｉｃが積分コンデンサＣに流れ、積分コンデンサＣで積分されると、コンパレータCompの正入力に加わる電圧Ｖinが上昇する。
【００７８】
コンパレータCompの負入力には基準電圧Ｖref が加えられており、コンパレータCompは２入力の関係がＶin＞Ｖref となったときにコンパレータ出力が変化し、発光停止信号を発生し、キセノン管Ｘｅでの発光を停止させる。
【００７９】
ストロボ制御装置２４は、上記基準電圧Ｖref を変えることでストロボ発光量を変化させる。図９（Ｂ）は発光時間とＶin、Ｖref との関係を示すグラフである。
【００８０】
いま、絞りＦ2.8 ( ＡV ３）で撮影したときに適正に撮れる基準電圧をＶref0とすると、ある絞りＡV1で撮影したときの基準電圧Ｖref は、次式、
【００８１】
【数４】
Ｖref ＝Ｖref0×２Av1-3
で表される。従って、絞り依存感度低下をストロボ発光量で補正する場合、各絞りでの適切な基準電圧をＶref1とすると、感度低下を補正するための基準電圧Ｖref'は、次式、
【００８２】
【数５】
Ｖｒｅｆ’＝Ｖｒｅｆ１×２ｄＳＳｖ
（ｄＳＳｖ：ストロボ発光量で補正する補正値）
で表される。
【００８３】
ストロボ制御装置２４は、図９（Ａ）のコンパレータCompの負入力に加える基準電圧Ｖref を、上記［数５］に示した基準電圧Ｖref'にすることにより感度低下を補正するストロボ発光量を得るようにしている。
【００８４】
尚、この実施の形態では、シャッタスピード、デジタルゲイン及びストロボ発光量による感度低下の補正を、それぞれ0.1 ＥV 刻みで段階的に補正するようにしたが、これに限らず、リニアに補正するようにしてもよい。また、絞りも虹彩絞りに限らず、複数の絞り孔が設けられたターレット板を回転させて所望の絞り孔を選択するターレット型絞りでもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、絞り依存感度低下や絞りの精度誤差に起因して生じる、実際の受光量と本来受光すべき受光量との差分を、画像信号に対する利得を制御することにより、又は露光時間を補正するとともに、利得を制御することにより補正したため、絞り依存感度低下や絞りの精度誤差にかかわらず、正確な露出制御ができる。また、利得制御と露光時間による補正とを併用したため、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制し、かつ正確な露出制御ができる。更に、閃光撮影時には、閃光手段の光量補正と利得制御とを併用したため、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制し、かつ正確な露出制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】撮影時に使用する絞りによって絞り依存感度低下が生じることを説明するために用いた図
【図２】各絞りの絞り依存感度低下、各絞りの理論値との誤差及び各絞りにおけるトータルの感度誤差を示すグラフ
【図３】図２に示したグラフを数値で表した図表
【図４】露出制御用のプログラム線図
【図５】シャッタスピード、ストロボ発光量及びデジタルゲインによる感度低下の補正内容を示すグラフ
【図６】本発明に係る撮像装置の実施の形態を示すブロック図
【図７】画像表示装置の表示画面の一例を示す図
【図８】デジタルゲインの補正値ΔＳV と補正係数との関係を示す図表
【図９】図６に示したストロボ制御装置によるオートストロボ制御の概念図
【符号の説明】
１…レンズ光学系、２…虹彩絞り、３…固体撮像素子（ＣＣＤ）、７…信号処理回路、１０…画像表示装置、１５…ＡＥ／ＡＷＢ検出回路、２０…中央処理装置（ＣＰＵ）、２２…シャッタボタン、２３…ストロボ制御装置、２４…ストロボ発光装置（閃光手段）、２５…不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に係り、特に絞り依存感度低下を補正する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絞り依存感度低下とは、絞りに依存して本来受光できる受光量よりも受光量が少なくなり、見かけ上の感度が低下することをいい、撮影光学系と撮像素子の各受光センサごとに設けられているマイクロレンズとの組み合わせで発生し、開放絞りになる程、低下度合いが大きくなる特性をもっている。
【０００３】
カメラの露出制御は、被写体の明るさ（撮影ＥV 値）を測定し、絞り値（ＡV ）とシャッタスピード（Ｔv ）とが、ＥV ＝ＡV ＋Ｔv の計算式を満たすように使用する絞りとシャッタスピードとを決定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像時に使用する絞りによって上記のような絞り依存感度低下が発生すると、露出制御に影響し、正確な露出制御ができないという問題がある。また、絞り装置（特に虹彩絞り）は、使用する各絞りと理論値とに誤差が生じ、これによって正確な露出制御ができないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、絞り依存感度低下や絞りの精度誤差にかかわらず、正確な露出制御を可能にし、また撮影した画像のＳ／Ｎ劣化を抑制して絞り依存感度低下等を有効に補正することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る撮像装置は、撮影光学系と、複数段又は無段階の絞りを有する絞り手段と、前記撮影光学系及び絞り手段を介して被写体像を受光し、該被写体像を示す画像信号を出力する撮像素子と、前記絞り手段での使用絞りごとに前記撮像素子を介して得られる画像信号の明るさを示す信号量と所定の基準量との差分を記憶する記憶手段と、撮影時に前記絞り手段の使用絞りに基づいて前記記憶手段から差分を読み出し、前記差分を前記画像信号に対する利得を制御することによって補正する補正手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
即ち、絞り依存感度低下や絞りの精度誤差に起因して生じる、実際の受光量と本来受光すべき受光量との差分を、予め使用絞りごとに記憶手段に記憶しておく。そして、撮影時に使用する絞りから受光量の差分を前記記憶手段から読み出し、その差分を画像信号に対する利得を制御することによって補正するようにしている。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る撮像装置は、撮影光学系と、複数段又は無段階の絞りを有する絞り手段と、前記撮影光学系及び絞り手段を介して被写体像を受光し、該被写体像を示す画像信号を出力する撮像素子と、前記絞り手段での使用絞りごとに前記撮像素子を介して得られる画像信号の明るさを示す信号量と所定の基準量との差分を記憶する記憶手段と、撮影時に前記絞り手段の使用絞りに基づいて前記記憶手段から差分を読み出し、前記差分を前記画像信号に対する利得及び露光時間を制御することによって補正する補正手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
即ち、前記差分を画像信号に対する利得のみで補正すると、画像信号のＳ／Ｎが劣化するが、露光時間による差分の補正を併用することにより、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制するようにしている。
【００１０】
本発明の第３の態様に係る撮像装置は、上記第２の態様において、前記補正手段が、前記差分が所定範囲内の場合には、前記露光時間の制御によって前記差分を補正し、前記差分が前記所定範囲を超えると、前記露光時間の制御及び前記画像信号に対する利得制御によって前記差分を補正することを特徴としている。即ち、前記差分が所定範囲内の場合には、露光時間の制御によって前記差分を補正することにより、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制し、前記差分が所定範囲を超えた場合に露光時間による差分の補正を併用するようにしている。
【００１１】
本発明の第４の態様に係る撮像装置は、上記第２又は第３の態様において、前記露光時間による前記差分の補正範囲が、該露光時間による露出制御の刻み幅の２分の１以下とし、前記補正手段は、前記差分が前記露光時間による補正範囲内の場合には、該差分を露光時間を制御することによって補正し、前記差分が前記露光時間による補正範囲を超えると、その補正範囲を超えた分の差分を前記画像信号に対する利得を制御することによって補正することを特徴としている。
【００１２】
前記露光時間による前記差分の補正範囲を、露光時間による露出制御の刻み幅の２分の１以下とした理由は、前記刻み幅の２分の１を超えて補正すると、撮影者が設定した露光時間又は自動的に設定された露光時間と異なる露光時間で撮影されるおそれがあるからである。
本発明の第５の態様に係る撮像装置は、上記第４の態様において、前記使用する絞りの絞り値、及び前記刻み幅で制御される露光時間をそれぞれ表示する表示手段を有することを特徴としている。
【００１３】
本発明の第６に係る撮像装置は、撮影光学系と、複数段又は無段階の絞りを有する絞り手段と、前記撮影光学系及び絞り手段を介して被写体像を受光し、該被写体像を示す画像信号を出力する撮像素子と、前記絞り手段での使用絞りごとに前記撮像素子により実際に得られる画像信号の明るさを示す信号量と、前記使用絞りを用いたときに本来得られる信号量との差分を記憶する記憶手段と、閃光手段と、閃光撮影時における前記絞り手段の使用絞りに基づいて前記記憶手段から前記差分を読み出し、前記画像信号に対する利得及び前記閃光手段の光量を制御することによって、前記撮像素子により実際に得られる画像信号の信号量を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
閃光撮影時に前記差分を画像信号に対する利得のみで補正すると、画像信号のＳ／Ｎが劣化するが、閃光手段の光量制御による差分の補正を併用することにより、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制するようにしている。
【００１５】
本発明の第７の態様に係る撮像装置は、上記第６の態様において、前記閃光撮影時はスローシンクロ又は日中シンクロ撮影時であることを特徴とする。
本発明の第８の態様に係る撮像装置は、上記第６又は第７の態様において、前記補正手段は、前記差分が所定範囲内の場合には、前記閃光手段の光量制御によって前記差分を補正し、前記差分が前記所定範囲を超えると、前記閃光手段の光量制御及び前記画像信号に対する利得制御によって前記差分を補正することを特徴とする。
本発明の第９の態様に係る撮像装置は、上記第６から第８の態様において、前記補正手段が、前記差分が所定範囲内の場合に、前記差分の絶対値が大きいほど前記閃光手段の発光時間を長くすることを特徴とする。
本発明の第１０の態様に係る撮像装置は、上記第６から第９の態様において、前記閃光手段が、加えられる基準電圧が高いほど発光時間が長くなるように構成されており、前記補正手段が、前記使用絞りにおける適正な撮影のための基準電圧をＶｒｅｆ、前記信号量の補正量をｄＳＳｖとしたときに、前記閃光手段に加える基準電圧Ｖｒｅｆ´を、
Ｖｒｅｆ´＝Ｖｒｅｆ×２ ｄＳＳｖ ，
により設定することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１１の態様に係る撮像装置は、上記第６から第１０の態様において、前記画像信号のデジタル値に対してデジタルゲイン値を乗算するデジタルゲイン乗算手段を有し、前記補正手段は、前記画像信号に対する利得を制御する際に、前記デジタルゲイン乗算手段に付与するデジタルゲイン値を制御することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る撮像装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】
まず、本発明の概要について説明する。
【００１９】
撮影光学系と撮像素子上のマイクロレンズとの組み合わせにより、絞り径の大きな絞りで撮影する場合には、絞り依存感度低下が大きくなり、本来受光すべき受光量よりも実際に受光する受光量が少なくなり、一方、絞り径の小さな絞りで撮影する場合には、絞り依存感度低下が小さく、本来受光すべき受光量と実際に受光する受光量とがほぼ一致する。
【００２０】
いま、図１に示すように被写体の明るさ（撮影ＥV 値）により、絞り径の大きな大絞り（例えばＦ＝2.8)を使用して撮影する場合と、絞り径の小さな小絞り（例えばＦ＝5.6)を使用して撮影する場合について考察する。
【００２１】
大絞りでの絞り依存感度低下ΔＡV を0.4 とし、小絞りでの絞り依存感度低下ΔＡV を０とすると、撮像素子から得られる画像信号の信号レベルは、図１に示すように大絞りの場合には、本来受光すべき受光量よりも実際に受光する受光量が少なくなり、アンダー露光となる。一方、小絞りの場合には、本来受光すべき受光量と実際に受光する受光量とが一致し、適正露光となる。
【００２２】
本発明は、絞り依存感度低下によって本来受光すべき受光量よりも実際に受光する受光量が少なくなる場合に、その不足分を画像信号に対する利得を調整することによって補正するようにしている。
【００２３】
また、画像信号に対する利得制御のみで補正すると、画像信号のＳ／Ｎが劣化するため、所定の範囲内でシャッタスピードも補正するようにしている。
【００２４】
更に、閃光撮影時には、シャッタスピードによる受光量の補正が適正に行われなくなるため、シャッタスピードによる補正の代わりに、ストロボ発光量で補正するようにしている。
【００２５】
更に、絞り装置（特に虹彩絞り）は、機械的な精度誤差によって使用する各絞りの絞り値と理論値とに誤差が生じ、これにより本来受光すべき受光量と実際に受光する受光量とに誤差が生じる。本発明はこの誤差も絞り依存感度低下の補正と同様に補正するようにしている。
【００２６】
次に、本発明に係る撮像装置の実施の形態における具体的な絞り依存感度低下について説明する。
【００２７】
本発明に係る撮像装置では、後述するように虹彩絞りを使用しており、この虹彩絞りは、ＡV 値３（Ｆ＝2.8)〜ＡV 値７（Ｆ＝11) まで、１／３・ＡV 刻みで１３段の使用絞りを有する。
【００２８】
図２（Ａ）は上記虹彩絞りと本発明に係る撮像装置の撮影光学系と撮像素子のマイクロレンズとの組み合わせで発生する絞り依存感度低下の一例を示すグラフである。
【００２９】
一方、図２（Ｂ）は上記虹彩絞りの各絞りの絞り値（ＡV 値）と理論値との誤差の一例を示すグラフである。
【００３０】
従って、図２（Ａ）に示す絞り依存感度低下と、図２（Ｂ）に示す虹彩絞りの各絞りの理論値からの誤差とのトータルの感度誤差は、図２（Ｃ）のグラフに示すようになる。図４は上記絞り依存感度低下、絞りのバラツキ、トータルの誤差を数値で表した図表である。
【００３１】
図４は本発明に係る撮像装置において使用するプログラム線図の一例を示す。
【００３２】
この撮像装置における露出制御は、被写体の明るさ（撮影ＥV 値）を測定し、この撮影ＥV 値から図４に示すプログラム線図に基づいて絞り値（ＡV 値）とシャッタスピード（Ｔv 値）を決定する。
【００３３】
ここで、撮影ＥV 値、ＡV 値、Ｔv 値は、次式の関係、
【００３４】
【数１】
ＥV ＝ＡV ＋Ｔv
があるが、上記のように絞り依存感度低下等があるため、本来受光すべき受光量を得るためには、次式、
【００３５】
【数２】
ＥV ＝ＡV ＋Ｔv ＋ΔＥV
に示すように、本来受光すべき受光量と実際に受光する受光量との差分を相殺するための値（以下、「感度低下値」という）ΔＥV だけ別途露出制御する。
【００３６】
即ち、図３に示したトータルの誤差を相殺するため、この誤差と符号が逆の感度低下値ΔＥV を予め不揮発性メモリに記憶させ、撮影時に使用する絞りに応じて不揮発性メモリから感度低下値ΔＥV を読み出し、その読み出した感度低下値ΔＥV だけ別途露出制御する。尚、感度低下値ΔＥV は、絞り依存感度低下による光量の不足分を補正する場合、正の符号となるが、虹彩絞りの各絞りの理論値からの誤差は、正負の符号をとるため、負の符号となる場合もある。
【００３７】
次に、上記感度低下値ΔＥV を補正するための露出制御について説明する。
【００３８】
この実施の形態では、前記感度低下値ΔＥV を補正する露出制御を、シャッタスピード及び画像信号に対するデジタルゲインを補正することによって行う。
【００３９】
図５（Ａ）は感度低下値ΔＥV をシャッタスピードで補正する様子を示すグラフであり、図５（Ｂ）は感度低下値ΔＥV をデジタルゲインで補正する様子を示すグラフであり、図５（Ｃ）は感度低下値ΔＥV をシャッタスピード及びデジタルゲインの双方で感度低下値ΔＥV を補正する様子を示すグラフである。
【００４０】
図５（Ａ）に示すように感度低下値ΔＥV のうち±0.1 ＥV をシャッタスピードで補正する。即ち、ΔＥV ≧0.1 ＥV の場合には、シャッタスピードによる補正値ΔＴv ＝0.1 Ｔv とし、ΔＥV ≦0.1 ＥV の場合には、シャッタスピードによる補正値ΔＴv ＝−0.1 Ｔv とし、｜ΔＥV ｜＜0.1 ＥV の場合には、シャッタスピードによる補正値ΔＴv ＝０とする。
【００４１】
一方、シャッタスピードで補正できない感度低下値ΔＥV の残りの低下分は、デジタルゲインで補正する。即ち、｜ΔＥV ｜≧0.2 ＥV の場合には、デジタルゲインによる補正値ΔＳv を±0.1 Ｓv 、±0.2 Ｓv …の0.1 Ｓv 刻みで補正する。尚、｜ΔＥV ｜＜0.2 ＥV の場合には、デジタルゲインによる補正値ΔＳv ＝０とし、デジタルゲインでの補正は行わない。
【００４２】
この実施の形態では、前記感度低下値ΔＥV をシャッタスピード及びデジタルゲインで補正するようにしたが、これに限らず、デジタルゲインのみで補正するようにしてもよい。尚、この場合には、シャッタスピードと併用する場合に比べて画像信号のＳ／Ｎが悪くなる。
【００４３】
また、感度低下値ΔＥV に対するシャッタスピードによる補正範囲を±0.1 ＥV に制限している理由は、感度低下値ΔＥV をシャッタスピードのみで補正すると、補正後のシャッタスピードが、図４に示したプログラム線図で決定したシャッタスピードからずれたり、シャッタスピードをマニュアル設定した場合に、その設定したシャッタスピードからずれるという不具合が生じるからである。尚、この実施の形態では、プログラム線図で決定され、又はマニュアル設定されるシャッタスピードのＴv 値の刻み幅は、１／３・Ｔv であるが、前記シャッタスピードを±0.1 ＴV 補正しても、前記刻み幅１／３・Ｔv の２分の１以下であるため、上記不具合は生じない。
【００４４】
図６は本発明に係る撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。
【００４５】
この撮像装置は、撮影した静止画や動画をメモリカード１９に記録するデジタルカメラであり、カメラ全体の動作は、中央処理装置（ＣＰＵ）２０によって統括制御される。
【００４６】
デジタルカメラには、二段ストローク・ タイプのシャッタボタン２２の第１段階の押下によりＳ１オン信号が発生し、シャッタボタン２２の第２段階の押下によりＳ２オン信号が発生する。 発生したＳ１オン信号およびＳ２オン信号は、ＣＰＵ２０に入力する。
【００４７】
また、デジタルカメラには、撮影モードと再生モードとを切り換えるためのモード・ スイッチ２１が設けられている。 撮影モードが設定されるときには、モード・ スイッチ２１のａ端子が接続され、再生モードが設定されるときには、モード・ スイッチ２１のｂ端子が接続される。 接続状況を示す信号は、ＣＰＵ２０に入力する。
【００４８】
デジタルカメラはストロボ発光可能なようにストロボ発光装置（閃光手段）２４が設けられている。 このストロボ発光装置２４はストロボ制御装置２３により発光制御される。
【００４９】
被写体を示す画像光は、フォーカスレンズを含むレンズ光学系１及び虹彩絞り２を介して固体撮像素子（ＣＣＤ）３の受光面に結像される。レンズ光学系１は、ＣＰＵ２０によって制御されるモータ・ドライバ１２によって駆動され、フォーカス制御等が行われる。虹彩絞り２は、５枚の絞り羽根からなり、ＣＰＵ２０によって制御されるモータ・ドライバ１２によって駆動され、前述したように使用絞りがＦ2.8 〜Ｆ11まで１／３・ＡV 刻みで１３段階に絞り制御される。
【００５０】
また、ＣＰＵ２０は、モータ・ ドライバ１２を介して虹彩絞り２を制御するとともに、タイミング・ジェネレータ１３を介してＣＣＤ３での電荷蓄積時間（シャッタスピード）を制御する。
【００５１】
ＣＣＤ３に蓄積された信号電荷は、タイミング・ジェネレータ１３から加えられる転送パルスによって信号電荷に応じた電圧信号として順次読み出される。ＣＣＤ３から順次読み出された電圧信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）／増幅器４に加えられ、ここで各画素ごとのＲ、Ｇ、Ｂ信号がサンプリングホールドされ、増幅されたのちＡ／Ｄ変換器５に加えられる。Ａ／Ｄ変換器５は、順次入力するＲ、Ｇ、Ｂ信号をデジタルのＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換して画像入力コントローラ６に出力する。
【００５２】
信号処理回路７は、画像入力コントローラ６を介して入力するデジタルの画像信号に対して、オフセット処理、ホワイトバランス補正及び感度補正を含むゲイン・ コントロール処理、ガンマ補正処理等の所定の信号処理を行う。尚、信号処理回路７でのゲイン・ コントロール処理の詳細については後述する。
【００５３】
信号処理回路７で処理された画像データは、ＶＲＡＭ１７に入力する。ＶＲＡＭ１７には、それぞれが１駒分の画像を表す画像データを記憶するＡ領域とＢ領域とが含まれている（物理的に領域が分割されている必要はなく、論理的に領域を分けることができればよい) 。ＶＲＡＭ１７において１駒分の画像を表す画像データがＡ領域とＢ領域とで交互に書き換えられる。ＶＲＡＭ１７のＡ領域及びＢ領域のうち、画像データが書き換えられている方の領域以外の領域から、書き込まれている画像データが読み出される。ＶＲＡＭから読み出された画像データはビデオ・エンコーダ９においてエンコーディングされ、カメラ背面に設けられている液晶モニタなどの画像表示装置１０に出力され、これにより被写体像が画像表示装置１０の表示画面上に表示される。
【００５４】
図７は画像表示装置１０の表示画面の一例を示している。同図に示すように、画像表示装置１０の表示画面には、図示しないＯＳＤにより現在のシャッタスピード及び絞り値も表示される。
【００５５】
シャッタボタン２２の第１段階の押下があると、ＡＥ動作及びＡＦ動作が開始する。 即ち、Ａ／Ｄ変換器５から出力される画像データがＡＦ検出回路１４並びにＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５に入力し、ＡＦ検出回路１４では、画像のコントラスト情報をＣＰＵ２０に出力する。ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５では、撮像領域を水平方向８、垂直方向８に分割して得られる各分割領域ごとにＲ、Ｇ、Ｂの画像データをＲ、Ｇ、Ｂごとに積算し、各領域ごとの、かつＲ、Ｇ、Ｂごとの各積算データをＣＰＵ２０に出力する。
【００５６】
ＣＰＵ２０は、ＡＦ検出回路１４から入力するコントラスト情報に基づいてモータ・ドライバ１１を介してレンズ光学系１を制御するとともに、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５から入力する積算データより被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出し、この撮影Ｅｖ値に基づいて虹彩絞り２の絞り値及びＣＣＤ３の電子シャッタ（シャッタスピード）を決定し、決定した絞り値に基づいてモータ・ ドライバ１２を介して虹彩絞り２を制御するとともに、決定したシャッタスピードに基づいてタイミング・ジェネレータ１３を介してＣＣＤ３での電荷蓄積時間を制御する。
【００５７】
ＡＥ動作及びＡＦ動作が終了し、シャッタボタン２２の第２段階の押下があると、その押下に応答してＡ／Ｄ変換器５から出力される１駒分の画像データが画像入力コントローラ６からメモリ(SDRAM) １６に入力し、一時的に記憶される。
【００５８】
画像データは、メモリ１６から読み出され、信号処理回路７において輝度データ及び色差データの生成処理（ＹＣ処理）を含む所定の信号処理が行われる。ＹＣ処理された画像データ（ＹＣデータ）は、信号処理回路７から読み出され、再びメモリ１６に記憶される。続いて、ＹＣデータは圧縮伸長処理回路８に出力され、JPEG (joint photgraphic experts group)などの所定の圧縮処理が実行される。 圧縮されたＹＣデータは、再びメモリ１６に出力されて記憶されたのち、メディア・コントローラ１８によって読み出され、メモリカード１９に記録される。
【００５９】
モード・スイッチ２１により再生モードが設定されると、メモリカード１９に記録されている圧縮されたＹＣデータが読み出され、メモリ１６に一時的に記憶される。この圧縮されたＹＣデータは、メモリ１６から読み出され、圧縮伸長回路８においてデータ伸長される。伸長されたＹＣデータは、メモリ１６に出力され再び記憶されたのち、メモリ１６から読み出され、ビデオ・エンコーダ９を介して画像表示装置１０に入力する。 これにより、メモリカード１９に記録されている画像データによって表される画像が画像表示装置１０の表示画面上に表示されるようになる。
【００６０】
次に、本発明に係る絞り依存感度低下の補正動作について説明する。
【００６１】
図６に示す不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）２５には、図３に示したトータルの誤差（感度低下値ΔＥV ）が、虹彩絞り２の使用する各絞りごとに記憶されている。尚、トータルの誤差ΔＥV は、カメラごとにバラツキがあるため、製品出荷前の調整時に誤差ΔＥV が測定され、ＥＥＰＲＯＭ２５に書き込まれる。
【００６２】
ＣＰＵ２０は、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５から入力する積算データより被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出し、この撮影Ｅｖ値に基づいて図４に示したブロック線図にしたがって虹彩絞り２の絞り値（Ａｖ値）及びシャッタスピード（Ｔv 値）を決定する。ＣＰＵ２０は、前記決定したＡｖ値に基づいて虹彩絞り２がＡｖ値に対応した絞りになるようにモータ・ ドライバ１２を介して駆動制御する。
【００６３】
その一方、ＣＰＵ２０は、前記決定したＡｖ値に基づいてＥＥＰＲＯＭ２５から使用する絞りに対応した感度低下値ΔＥV を読み出す。そして、この感度低下値ΔＥV が、ΔＥV ≧0.1 ＥV の場合には、前記決定したシャッタスピードＴv をΔＴv （＝0.1 Ｔv ）だけ補正し、ΔＥV ≦−0.1 ＥV の場合には、前記決定したシャッタスピードＴv をΔＴv （＝−0.1 Ｔv ）だけ補正する。尚、｜ΔＥV ｜＜0.1 ＥV の場合には、前記決定したシャッタスピードＴv に対する補正は行わない（図５（Ａ）参照）。
【００６４】
そして、ＣＰＵ２０は、前記決定したシャッタスピードＴv を、感度低下値ΔＥV に応じて補正したシャッタスピード（Ｔv ＋ΔＴv ）に基づいてタイミング・ジェネレータ１３を介してＣＣＤ３での電荷蓄積時間を制御する。
【００６５】
また、前記感度低下値ΔＥV に基づく信号処理回路７でのゲイン・ コントロール処理は、以下のようにして行う。
【００６６】
まず、ＣＰＵ２０は、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１５から入力する各領域ごとの、かつＲ、Ｇ、Ｂごとの各積算データに基づいてデーライト（晴れ）、日陰−曇り、蛍光灯、タングステン電球等の光源種の判別を行う（特開2000-224608 参照) 。
このようにして光源種を判別すると、その判別した光源種のホワイトバランスに適したＲ、Ｇ、Ｂごとのデジタルゲインを決定する。尚、マニュアルで光源種を設定する場合には、上記光源種の判別は不要である。
【００６７】
上記のようにしてホワイトバランス補正するための、Ｒ、Ｇ、ＢごとのデジタルゲインＲG 、ＧG 、ＢG を決定すると、続いて前記シャッタスピードで補正できない感度低下値ΔＥV の残りの低下分（ΔＥV −ΔＴV ）は、前記Ｒ、Ｇ、Ｂに対するデジタルゲインＲG 、ＧG 、ＢG を補正することにより行う。
【００６８】
即ち、デジタルゲインＲG 、ＧG 、ＢG は、次式、
【００６９】
【数３】
ＲG ' ＝ＲG ×Ｋ
ＧG ' ＝ＧG ×Ｋ
ＢG ' ＝ＢG ×Ｋ
ＲG ' 、ＧG ' 、ＢG ' ：補正後のデジタルゲイン
Ｋ：補正係数
によって補正する。また、補正係数Ｋは、シャッタスピードで補正できない感度低下値ΔＥV の残りの低下分の補正値ΔＳV に基づいて図８に示すテーブルから読み出す。尚、図８に示すテーブルは、ＥＥＰＲＯＭ２５に記憶されている。
【００７０】
ＣＰＵ２０は上記補正後のデジタルゲインＲG ' 、ＧG ' 、ＢG ' を信号処理回路７に付与し、信号処理回路７では、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号に対してそれぞれデジタルゲインＲG ' 、ＧG ' 、ＢG ' を乗算することによりホワイトバランス補正とともに、絞り依存感度低下分の補正を行う。
【００７１】
尚、この実施の形態では、ホワイトバランス補正用のデジタルゲインＲG 、ＧG 、ＢG を補正して絞り依存感度低下分を補正するようにしたが、ホワイトバランス補正とは別々にデジタルゲインを補正してもよい。また、アナログゲインを補正することにより絞り依存感度低下分を補正するようにしてもよい。
【００７２】
次に、ストロボ撮影（スローシンクロ、日中シンクロ）時における絞り依存感度低下の補正動作について説明する。
【００７３】
上記実施の形態では、絞り依存感度低下分をシャッタスピードとデジタルゲインとの組み合わせで補正するようにしたが、シンクロ撮影時には、シャッタスピードの代わりにストロボ発光量を補正し、ストロボ発光量とデジタルゲインとの組み合わせで補正する。ストロボ撮影時にはシャッタスピードによる受光量の補正が適正に行われなくなるからである。
【００７４】
ストロボ発光量による絞り依存感度低下の補正は、図５（Ａ）に示すように感度低下値ΔＥV のうち±0.1 ＥV をストロボ発光量で補正する。即ち、ΔＥV ≧0.1 ＥV の場合には、ストロボ発光量による補正値ΔＳＳv ＝0.1 ＳＳv とし、ΔＥV ≦0.1 ＥV の場合には、ストロボ発光量による補正値ΔＳＳv ＝−0.1 ＳＳV とし、｜ΔＥV ｜＜0.1 ＥV の場合には、ストロボ発光量による補正値ΔＳＳv ＝０とする。尚、ストロボ発光量で補正できない感度低下値ΔＥV の残りの低下分は、デジタルゲインで補正するが、前述した場合と同様であるため、その詳細については省略する。
【００７５】
次に、上記ストロボ発光量の制御について説明する。
【００７６】
図９は図６に示したストロボ制御装置２３によるオートストロボ制御の概念図である。
【００７７】
図９（Ａ）に示すようにストロボ発光装置２４のキセノン管Ｘｅで発光した光が被写体に反射し、受光センサ（フォトトランジスタ）Ｔｒに入射すると、ここで光電変換される。光電変換された電流Ｉｃが積分コンデンサＣに流れ、積分コンデンサＣで積分されると、コンパレータCompの正入力に加わる電圧Ｖinが上昇する。
【００７８】
コンパレータCompの負入力には基準電圧Ｖref が加えられており、コンパレータCompは２入力の関係がＶin＞Ｖref となったときにコンパレータ出力が変化し、発光停止信号を発生し、キセノン管Ｘｅでの発光を停止させる。
【００７９】
ストロボ制御装置２４は、上記基準電圧Ｖref を変えることでストロボ発光量を変化させる。図９（Ｂ）は発光時間とＶin、Ｖref との関係を示すグラフである。
【００８０】
いま、絞りＦ2.8 ( ＡV ３）で撮影したときに適正に撮れる基準電圧をＶref0とすると、ある絞りＡV1で撮影したときの基準電圧Ｖref は、次式、
【００８１】
【数４】
Ｖref ＝Ｖref0×２Av1-3
で表される。従って、絞り依存感度低下をストロボ発光量で補正する場合、各絞りでの適切な基準電圧をＶref1とすると、感度低下を補正するための基準電圧Ｖref'は、次式、
【００８２】
【数５】
Ｖｒｅｆ’＝Ｖｒｅｆ１×２ｄＳＳｖ
（ｄＳＳｖ：ストロボ発光量で補正する補正値）
で表される。
【００８３】
ストロボ制御装置２４は、図９（Ａ）のコンパレータCompの負入力に加える基準電圧Ｖref を、上記［数５］に示した基準電圧Ｖref'にすることにより感度低下を補正するストロボ発光量を得るようにしている。
【００８４】
尚、この実施の形態では、シャッタスピード、デジタルゲイン及びストロボ発光量による感度低下の補正を、それぞれ0.1 ＥV 刻みで段階的に補正するようにしたが、これに限らず、リニアに補正するようにしてもよい。また、絞りも虹彩絞りに限らず、複数の絞り孔が設けられたターレット板を回転させて所望の絞り孔を選択するターレット型絞りでもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、絞り依存感度低下や絞りの精度誤差に起因して生じる、実際の受光量と本来受光すべき受光量との差分を、画像信号に対する利得を制御することにより、又は露光時間を補正するとともに、利得を制御することにより補正したため、絞り依存感度低下や絞りの精度誤差にかかわらず、正確な露出制御ができる。また、利得制御と露光時間による補正とを併用したため、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制し、かつ正確な露出制御ができる。更に、閃光撮影時には、閃光手段の光量補正と利得制御とを併用したため、画像信号のＳ／Ｎの劣化を抑制し、かつ正確な露出制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】撮影時に使用する絞りによって絞り依存感度低下が生じることを説明するために用いた図
【図２】各絞りの絞り依存感度低下、各絞りの理論値との誤差及び各絞りにおけるトータルの感度誤差を示すグラフ
【図３】図２に示したグラフを数値で表した図表
【図４】露出制御用のプログラム線図
【図５】シャッタスピード、ストロボ発光量及びデジタルゲインによる感度低下の補正内容を示すグラフ
【図６】本発明に係る撮像装置の実施の形態を示すブロック図
【図７】画像表示装置の表示画面の一例を示す図
【図８】デジタルゲインの補正値ΔＳV と補正係数との関係を示す図表
【図９】図６に示したストロボ制御装置によるオートストロボ制御の概念図
【符号の説明】
１…レンズ光学系、２…虹彩絞り、３…固体撮像素子（ＣＣＤ）、７…信号処理回路、１０…画像表示装置、１５…ＡＥ／ＡＷＢ検出回路、２０…中央処理装置（ＣＰＵ）、２２…シャッタボタン、２３…ストロボ制御装置、２４…ストロボ発光装置（閃光手段）、２５…不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
Claims (5)
- 撮影光学系と、
複数段又は無段階の絞りを有する絞り手段と、
前記撮影光学系及び絞り手段を介して被写体像を受光し、該被写体像を示す画像信号を出力する撮像素子と、
前記絞り手段での使用絞りごとに前記撮像素子により実際に得られる画像信号の明るさを示す信号量と、前記使用絞りを用いたときに本来得られる信号量との差分を記憶する記憶手段と、
閃光手段と、
閃光撮影時における前記絞り手段の使用絞りに基づいて前記記憶手段から前記差分を読み出し、前記画像信号に対する利得及び前記閃光手段の光量を制御することによって、前記撮像素子により実際に得られる画像信号の信号量を補正する補正手段であって、前記差分の絶対値が大きいほど前記閃光手段の発光時間を長くすることによって、前記信号量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記閃光撮影時はスローシンクロ又は日中シンクロ撮影時であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記補正手段が、前記差分が所定範囲内の場合に、前記閃光手段の光量制御のみによって前記信号量を補正し、前記差分が前記所定範囲を超えた場合に、前記閃光手段の光量制御及び前記画像信号に対する利得制御によって前記信号量を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
- 前記閃光手段が、加えられる基準電圧が高いほど発光時間が長くなるように構成されており、
前記補正手段が、前記使用絞りにおける適正な撮影のための基準電圧をＶｒｅｆ、前記信号量の補正量をｄＳＳｖとしたときに、前記閃光手段に加える基準電圧Ｖｒｅｆ´を、
Ｖｒｅｆ´＝Ｖｒｅｆ×２ｄＳＳｖ，
により設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像装置。 - 前記画像信号のデジタル値に対してデジタルゲイン値を乗算するデジタルゲイン乗算手段を有し、
前記補正手段は、前記画像信号に対する利得を制御する際に、前記デジタルゲイン乗算手段に付与するデジタルゲイン値を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の撮像装置。
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