JP3824225B2 - デジタルカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像素子の出力を利用して自動露出制御を行なう、いわゆるイメージャＡＥを行なうデジタルカメラが知られている。
例えば、固体撮像素子に入射する光の量を制御する絞りと、固体撮像素子からの映像信号が供給される映像増幅器を有し、絞りの変化に拘わらず、固体撮像素子の平均出力レベルの最低被写体照度を保証するデジタルカメラが開示されている（特許文献１）。このようなデジタルカメラでは絞り値を検出して前記映像増幅器の利得を補正している。
このようにデジタルカメラでは、絞りの開口度と、映像信号の利得とを制御することで露出制御が行なわれる。また、前記撮像素子の電子シャッター量（シャッタースピード）を制御することによっても同様に露出制御を行なうことができる。
ところで、デジタルカメラにおける撮影時の動作モードは、モニタリングモード、撮影準備モード、撮影モードの順番に遷移する。
すなわち、前記モニタリングモードは、シャッタボタンを押す前に撮影範囲や構図を決めるために前記表示部に被写体の画像を表示させるモードである。このモニタリングモードにおける絞りの開口度は、前記撮像素子においてスミアが発生しない値に設定される。
前記撮影準備モードは、シャッタボタンを半押しした状態であって、前記撮像信号に基づいて前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得の３つの値が計算されて設定されるモードである。この撮影準備モードでは、前記絞りは設定された開口度となるように駆動される。
前記撮影モードは、シャッタボタンを全押しした状態であって、前記撮影準備モードで設定された前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得の状態で撮像素子の電子シャッターが動作し、撮像素子から撮像信号が出力されて画像データがメモリに書き込まれるモードである。
このように構成された従来のデジタルカメラは、前記絞りが機械的に構成されているため、絞りの開口度にヒステリシス誤差とばらつき誤差が含まれている。
すなわち、ヒステリシス誤差とは、絞りの開口度をある目標値に設定する場合、絞りが開放側から小絞り側に動作した場合の開口度と、絞りが小絞り側から開放側に動作した場合の開口度との間に生じる誤差である。
また、ばらつき誤差は、絞りの開口度をある目標値に設定する場合、絞りの開口度がある範囲にばらつく誤差である。
このため、従来は前記ヒステリシス誤差を取り除くために、撮影準備モードから撮影モードに遷移した後に、いったん絞りを開放側に設定し、次いで絞りを目標値に絞り込むように、すなわち絞りを必ず一方向から動作させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２３６３３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように絞りのヒステリシス誤差を取り除くように構成された従来のデジタルカメラは、撮影モードにおいて絞りをいったん開放側に設定してから目標値まで絞り込むための動作時間がかかるため、シャッタボタンを押してから撮像素子の電子シャッターが作動して画像信号の取込がなされるまでの時間、すなわちシャッタラグが長くなるという欠点があった。また、絞りを目標値に設定される際に生じる絞りの開口度のばらつきを取り除くことができないので、露出精度の向上を図る上で不利であった。
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シャッタラグの短縮化を図るとともに、露出精度の向上を図る上で有利なデジタルカメラを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目標を達成するために、撮影レンズ光学系と、前記撮影レンズ光学系の光路の開口度が制御可能な絞りと、前記撮影レンズ光学系によって結像される被写体像を電子シャッターの動作に連動して検出することにより撮像信号を出力する撮像素子と、利得の制御が可能で前記撮像信号を増幅する利得制御手段と、前記撮像信号に基づいて輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、撮影を行なうためのシャッタボタンとを備え、前記シャッタボタンが押されない状態で、前記撮像信号に基づいて生成された被写体の画像が表示部に表示されるモニタリングモードが実行され、前記モニタリングモード中に前記シャッタボタンが半押しされると、前記絞りの開口度、前記電子シャッターの電子シャッター量、前記利得制御手段の利得の３つの値が計算され設定される撮影準備モードが実行され、前記撮影準備モード中にシャッタボタンが全押しされると、前記撮影準備モードで計算された前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得に基づいて撮影が行なわれる撮影モードが実行されるデジタルカメラにおいて、前記撮影準備モードにおいて前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第１の開口度として演算する第１の露出量演算手段と、前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第２の開口度として演算する第２の露出量演算手段と、前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量を演算する第３の露出量演算手段と、前記撮影モードにおいて前記第３の露出量演算手段で演算された前記シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子の電子シャッターのシャッタースピードを補正するシャッタースピード補正手段とを備えることを特徴とする。
そのため、撮影準備モードにおいて第１の露出量演算手段によって撮像素子から出力された撮像信号の輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第１の開口度が演算され、撮影準備モードにおいて第２の露出量演算手段によって前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第２の開口度が演算され、撮影準備モードにおいて第３の露出量演算手段によって前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量が演算され、撮影モードにおいてシャッタースピード補正手段によって前記シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子の電子シャッターのシャッタースピードが補正される。
また、本発明は、撮影レンズ光学系と、前記撮影レンズ光学系の光路の開口度が制御可能な絞りと、前記撮影レンズ光学系によって結像される被写体像を電子シャッターの動作に連動して検出することにより撮像信号を出力する撮像素子と、利得の制御が可能で前記撮像信号を増幅する利得制御手段と、前記撮像信号に基づいて輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、撮影を行なうためのシャッタボタンとを備え、前記シャッタボタンが押されない状態で、前記撮像信号に基づいて生成された被写体の画像が表示部に表示されるモニタリングモードが実行され、前記モニタリングモード中にシャッタボタンが半押しされると、前記絞りの開口度、前記電子シャッターの電子シャッター量、前記撮影準備モード中に利得制御手段の利得の３つの値が計算され設定される撮影準備モードが実行され、前記シャッタボタンが全押しされると、前記撮影準備モードで計算された前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得に基づいて撮影が行なわれる撮影モードが実行されるデジタルカメラにおいて、前記撮影準備モードにおいて前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第１の開口度として演算する第１の露出量演算手段と、前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第２の開口度として演算する第２の露出量演算手段と、前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記利得制御回路の利得の補正量を演算する第４の露出量演算手段と、前記撮影モードにおいて前記第４の露出量演算手段で演算された前記利得制御回路の利得の補正量に基づいて前記利得制御回路の利得を補正する利得補正手段とを備えることを特徴とする。
そのため、撮影準備モードにおいて第１の露出量演算手段によって撮像素子から出力された撮像信号の輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第１の開口度が演算され、撮影準備モードにおいて第２の露出量演算手段によって前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第２の開口度が演算され、撮影準備モードにおいて第４の露出量演算手段によって前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記利得の補正量が演算され、撮影モードにおいて利得補正手段によって前記利得の補正量に基づいて前記利得制御手段の利得が補正される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるデジタルカメラの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施の形態におけるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
デジタルカメラ１００は、撮影レンズ光学系１、絞り２、撮像素子３、保持利得制御回路４、Ａ／Ｄ変換器５、映像信号処理回路６、絞り駆動部７、絞り駆動回路８、タイミング発生回路９、マイクロコンピュータ１０、輝度レベル検出器１１、露出制御回路１２、デバイス制御回路１３、操作手段１４、記録用映像信号処理回路１５などを備えている。
前記撮影レンズ光学系１は、被写体像を導く光路１０１および被写体像を結像する撮影レンズ１０３を含んで構成されている。
前記絞り２は前記光路１０１に配設され、該絞り２に入力される絞り駆動信号に基づいて前記撮影レンズ光学系１を通過した光が通過する光路１０１の開口度が制御されるように構成され、従来と同様に開口の口径が機械的に変化するものである。
なお、前記絞り２は、開口を構成する部材の部分にＮＤフィルタが設けられた形態のものであってもよいことは勿論である。
【０００７】
前記撮像素子３は、前記撮影レンズ光学系１で結像された被写体像を検出することによりアナログ信号としての撮像信号を生成出力するように構成されている。本実施の形態において撮像素子３は例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などによって構成される。
前記撮像素子３には電子シャッターが設けられており、該電子シャッターのシャッタースピードに応じた期間で前記被写体像の検出を行ない、前記撮像信号を生成する。
【０００８】
前記保持利得制御回路４は、前記撮像素子３から出力されるアナログ信号としての前記撮像信号のサンプルホールドと利得制御を行なうように構成されている。すなわち、この保持利得制御回路４は、該保持利得制御回路４に設定された利得に基づいて前記撮像信号の増幅を行なう。
前記Ａ／Ｄ変換器５は、前記保持利得制御回路４から出力される利得制御された前記撮像信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するように構成されている。
前記映像信号処理回路６は、前記Ａ／Ｄ変換器５から出力された前記撮像信号に対して各種の信号処理を施すとともに、この信号処理が施された撮像信号を映像信号として前記記録用映像信号処理回路１５へ出力するとともに、前記映像信号を前記輝度レベル検出器１１に出力するように構成されている。
前記記録用映像信号処理回路１５は記憶手段１５０２を有し、前記映像信号に基づいて画像データを生成し、この画像データを前記記憶手段１５０２に一時的に格納し、格納されている画像データを図外の液晶表示器などからなる表示部に出力して表示させたり、前記画像データを図外のインターフェースを介して所定の記録媒体（メモリデバイス）に記録させるように構成されている。
また、前記記録用映像信号処理回路１５は、前記記憶手段１５０２に格納されている画像データに対して露出補正に相当する画像処理を含む画像処理を行なうことができるように構成されている。
前記輝度レベル検出器１１は、前記映像信号処理回路６から出力された前記映像信号から所定画像領域の輝度信号を抽出し、該抽出した輝度信号の積分値を輝度レベルとして検出するように構成されている。
前記操作手段１４は、撮影を行なうためのシャッタボタン、各種撮影モードの設定、シャッタースピードの設定、絞りの開口度の設定、利得の設定を行なうための操作スイッチを含んで構成されている。
前記操作手段１４で設定された前記各種撮影モード、シャッタースピード、絞りの開口度および利得の内容は電気信号として前記露出制御回路１２に伝達される。
【０００９】
なお、前記撮影モードとしては、例えばシャッタースピード優先モード、絞り優先モード、オートモード、ポートレートモードなどがある。
前記シャッタースピード優先モードとは、撮影者によって予め設定された前記電子シャッターのスピードと前記輝度レベル検出器１１によって検出された輝度レベルとに応じて、前記絞り２の開口度および前記保持利得制御回路４の利得を設定するモードである。
前記絞り優先モードとは、撮影者によって予め設定された絞り２の開口度と前記輝度レベル検出器１１によって検出された輝度レベルとに応じて、前記電子シャッターのスピードおよび前記保持利得制御回路４の利得を設定するモードである。
前記オートモードとは、予め、前記電子シャッターのスピードと前記絞り２の開口度と前記保持利得制御回路４の利得との組み合わせが前記輝度レベルに対応して予め設定されており、前記輝度レベル検出器１１によって検出された輝度レベルに応じて、前記予め組み合わされた前記電子シャッターのスピードと前記絞り２の開口度と前記保持利得制御回路４の利得とを設定するモードである。
前記ポートレートモードは、前記撮影レンズ光学系１のピントを被写体に合わせたときに被写体の背後のピントがずれてぼけが生じるように、すなわち被写界深度が浅くなるように、絞り２の開口度をほぼ開放値に設定するモードである。
【００１０】
前記マイクロコンピュータ１０は、前記露出制御回路１２と前記デバイス制御回路１３を含んでいる。
前記露出制御回路１２はＲＡＭ１２０２を含んで構成されている。
前記露出制御回路１２は、前記操作手段１４から出力される各種撮影モード、シャッタースピード、絞りの開口度および利得の各設定値を前記ＲＡＭ１２０２に格納するように構成されている。
また、前記露出制御回路１２は、前記輝度レベル検出器１１から供給される輝度レベルに基づいて適正な露出が行なわれているか否を判定し、この判定結果に基づいて適正な露出が行なわれるために必要な前記絞り２の開口度、撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピード、保持利得制御回路４の利得の３つの値を演算する。以下、前記絞り２の開口度、撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピード、保持利得制御回路４の利得の３つの値を合わせて「露出量」と呼ぶ。
そして、前記演算された露出量を、絞り２、撮像素子３の電子シャッターおよび保持利得制御回路４のそれぞれに反映させるために必要な３つの制御データ、すなわち絞り制御データ、電子シャッター制御データ、利得制御データをそれぞれ演算するように構成されている。これら３つの制御データは必要に応じて前記ＲＡＭ１２０２に格納される。
前記露出制御回路１２による前記露出量、前記絞り制御データ、電子シャッター制御データ、利得制御データの演算は、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記各種撮影モード、シャッタースピード、絞りの開口度および利得の各設定値と、前記輝度レベル検出器１１から出力される輝度レベルとに基づいて行なわれる。
また、前記露出制御回路１２は、後述するモニタリングモードの期間、前記撮像素子３にスミアが発生しないように、前記輝度レベル検出器１１から供給される輝度レベルに基づいて絞り２の開口度を制御するための制御データを演算するようにも構成されている。
【００１１】
前記デバイス制御回路１３は、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記絞り制御データを該ＲＡＭ１２０２から読み出すとともに、この絞り制御データに基づいて第１の制御信号Ｓ１を生成して前記絞り駆動回路８に供給するように構成されている。
また、前記デバイス制御回路１３は、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記電子シャッター制御データを該ＲＡＭ１２０２から読み出すとともに、この電子シャッター制御データに基づいて第２の制御信号Ｓ２を生成して前記タイミング発生回路９に供給するように構成されている。
前記デバイス制御回路１３は、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記利得制御データを該ＲＡＭ１２０２から読み出すとともに、この利得制御データに基づいて第３の制御信号Ｓ３を生成して前記保持利得制御回路４に供給する。これにより前記保持利得制御回路４は前記第３の制御信号Ｓ３に基づいて利得が制御されるように構成されている。
【００１２】
前記絞り駆動回路８は、前記第１の制御信号Ｓ１に基づいて前記絞り駆動部７に駆動信号を供給し、これにより前記絞り駆動部７が絞り２の開口度を制御するように構成されている。
前記タイミング発生回路９は、前記第２の制御信号Ｓ２に基づいて前記撮像素子２にタイミング信号を供給し、これにより前記撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピードを制御するように構成されている。
【００１３】
次に、上述した構成のデジタルカメラ１００による絞りの補正制御の動作について説明する。
図２は絞りの開口度の補正制御の動作を示すフローチャート、図３、図４はデジタルカメラの各部の動作タイミングを説明する説明図である。
まず、図３、図４について説明する。
図３、図４の（Ａ）はデジタルカメラ１００の動作モードを示している。この動作モードはモニタリングモードＭ１、撮影準備モードＭ２、撮影モードＭ３の３つのモードを含んでいる。
前記モニタリングモードＭ１は、前記シャッタボタンが押下される前の状態であって、撮影範囲や構図を決めるために前記表示部に被写体の画像を表示させるモードである。
前記撮影準備モードＭ２は、前記シャッタボタンを半押しした状態であって、前記露出制御回路１２は、前記輝度レベルに基づいて、適正露出で撮影するために必要な絞り制御データ、電子シャッター制御データ、利得制御データを計算するモードである。
前記撮影モードＭ３は、前記シャッタボタンを全押しした状態であって、前記記録映像信号処理回路が前記映像信号処理回路６から出力された映像信号に基づいて生成した画像データを記録媒体に書き込むモードである。
【００１４】
図３、図４の（Ｂ）は絞り２の設定、動作、（Ｃ）は電子シャッターの動作、（Ｄ）は映像信号処理回路６での処理動作、（Ｅ）は露出制御回路１２での各制御データの演算動作を示している。本例では、これら各動作が行なわれる時間単位が前記撮像素子３から出力される撮像信号のフレームレートで示されている。
各フレームレートには説明の便宜上、時間経過の順番にフレームレート番号を付しており、前記モニタリングモードＭ１の最後のフレームレートの番号を「１」としている。
また、図３、図４に示すように、あるフレームレートの撮像信号に対する（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）の各動作は時間経過とともに１フレームレートずつ順番に実行される。
【００１５】
次に、図２、図３に基づいてデジタルカメラ１００による絞りの補正制御の動作について説明する。
まず、モニタリングモードＭ１の期間では、前記露出制御回路１２は、前記輝度レベル検出器１１から供給される輝度レベルに基づいて前記撮像素子３においてスミアが発生しないように絞り制御データを演算している。これにより、前記演算された絞り制御データに基づいて前記絞り駆動回路８、絞り駆動部７が動作して絞り２の開口度をフレームレート単位で順次設定し、その開口度が絞り２に反映されている（ステップＳ１０）。
前記露出制御回路１２は、前記撮像素子３の電子シャッターの動作によって被写体像が取り込まれることで該撮像素子３から出力された撮像信号が保持利得制御回路４、Ａ／Ｄ変換器５を介して映像信号処理回路６によって処理されることにより、該映像信号処理回路６から供給される輝度レベルに基づいて適正露出とするための露出量と、該露出量に対応する前記開口度および該開口度に対応する絞り制御データ、電子シャッターのシャッタースピードおよび該シャッタースピードに対応する電子シャッター制御データ、利得および該利得に対応する利得制御データをフレームレート単位で順次演算し続けている。
前記演算されている前記露出量とは、前述した種々の撮影モード（シャッタースピード優先モード、絞り優先モード、ポートレートモードなど）に対応したものである。
【００１６】
次に、前記シャッタボタンが半押しされると撮影準備モードＭ２に遷移し、露出制御回路１２は、図３（Ｅ）に示すように、前記シャッタボタンが半押しされる直前のフレームレート番号「１」に対応する、適正露出となるための露出量Ｅ１をＲＡＭ１２０２に格納（バックアップ）する（ステップＳ１２）。
次いで、露出制御回路１２は、図３（Ｂ）に示すように、前記露出量Ｅ１のＲＡＭ１２０２への格納後、フレームレート番号「５」のタイミングで、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記露出量Ｅ１に対応した開口度の絞り制御データを絞り駆動回路８に供給し、これにより絞り駆動部７が絞り２に対して開口度を設定する。
絞り２は、例えば１フレームレート分の動作時間を要するため、次のフレームレート番号「６」のタイミングで絞り２に前記絞り制御データに対応した開口度が反映される（ステップＳ１４）。すなわち、モニタリングモードＭ１の期間に設定されていた開口度と異なる開口度が絞り２に反映されることになる。
ここで、実際に絞り２に反映された開口度は、ステップＳ１２で演算された露出量Ｅ１の開口度に対して絞り２の機械的動作に起因するヒステリシス誤差およびばらつき誤差を含んだものとなっている。
また、露出制御回路１２は、図３（Ｂ）に示すように、前記露出量Ｅ１のＲＡＭ１２０２への格納後、フレームレート番号「５」のタイミングで、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記露出量Ｅ１に対応した電子シャッター制御データと利得データをデバイス制御回路１３に供給し、これにより電子シャッターのシャッタースピードと利得が設定される。
このように絞り２の開口度、シャッタースピード、利得が設定された後、図３（Ｄ）のフレームレート番号「６」に示すように、前記撮像素子３による被写体像の取込が行なわれる。
【００１７】
次に、前記露出制御回路１２は、図３（Ｅ）に示すように、前記絞り２に前記開口度が反映されたフレームレート番号「６」に対応する輝度レベルに基づいて、適正露出とするための露出量Ｅ２を演算する（ステップＳ１６）。
そして、前記ＲＡＭ１２０２にバックアップされていた前記露出量Ｅ１と、ステップＳ１６で演算された露出量Ｅ２との差を演算する（ステップＳ１８）。すなわち、露出量Ｅ１における絞り２の開口度（第１の開口度）と、露出量Ｅ２における絞り２の開口度（第２の開口度）との差を演算する。
ステップＳ１６で演算された露出量Ｅ２の絞り２の開口度には、前述したように絞り２のヒステリシス誤差およびばらつき誤差が含まれているので、ステップＳ１８で得られる露出量Ｅ１とＥ２の差、すなわち開口度の差は、前記絞り２のヒステリシス誤差およびばらつき誤差に相当したものとなる。
ここで、前記露出制御回路１２は、図３（Ｅ）のフレームレート番号「６」のタイミングで前記ステップＳ１８で得られた露出量Ｅ１における絞り２の開口度と、露出量Ｅ２における絞り２の開口度との差を補正するために必要な電子シャッターのシャッタースピードの補正値を演算する。そして、図３（Ｅ）のフレームレート番号「６」の次のフレームレートに相当する図３（Ｃ）のフレームレート番号「９」のタイミングで前記補正量Ｅ２のうちシャッタースピードの補正のみを行ない、補正された補正量Ｅ２で各部の設定を行なう。すなわち絞り２の開口度、撮像素子３のシャッタースピード、保持利得制御回路４の利得の設定を行なう（ステップＳ２０）。また、ここで設定された絞り２の開口度、撮像素子３のシャッタースピード、保持利得制御回路４の利得は、前記シャッターボタンが半押しされている期間、すなわち撮影準備モードＭ２の期間の間は固定されている。
そして、図３（Ｃ）のフレームレート番号「９」以降のタイミングで前記シャッターボタンが全押しされると撮影モードＭ３に遷移して、前記シャッタースピードが補正された露出量Ｅ２に基づいて撮像素子３による被写体像が取り込まれ、映像信号処理回路６から出力された映像信号が前記記録用映像信号処理回路１５によって前記記憶手段１５０２に画像データとして一時的に格納される（ステップＳ２２）。
そして、前記露出制御回路１２は、前記ステップＳ２０による露出量の補正が行なわれたか否を判定する（ステップＳ２４）。
そして、ステップＳ２４の判定結果が肯定（“Ｙ”）ならば、前記記録用映像信号処理回路１５の記憶手段１５０２に格納されていた前記画像データが前記記録媒体に記録される（ステップＳ２８）。
【００１８】
次に、ステップＳ２４の判定結果が否定（“Ｎ”）となる場合について説明する。ステップＳ２４で露出量の補正がなされていないと判定される場合とは、前記ステップＳ１２でシャッタボタンが半押しされた後、十分な時間をおかずに全押しされたため、図２に破線で示すように、ステップＳ１４乃至Ｓ２０の全てが終了する前に撮影モードＭ３に遷移して撮影が行なわれる場合に相当する。言い換えれば、絞り２の開口度の補正が行なわれる前に撮影が行なわれることになる。
この場合は、以下に示すように前記記録用映像信号処理回路１５において前記記憶手段１５０２に格納されている画像データに対する補正処理が行なわれる（ステップＳ２６）。
以下、ステップＳ２６に関する具体的な動作について図４を参照して説明する。
撮影準備モードＭ２におけるフレームレート番号「６」のタイミングまでの動作は図３と同様であり、図４（Ｂ）に示すように、フレームレート番号「６」のタイミングで絞り２の開口度の設定が完了する。ここでシャッタボタンが全押しされることにより撮影モードＭ３に遷移する。
したがって、図４（Ｃ）に示すように、フレームレート番号「６」のタイミングで撮像素子３による被写体像の取込、撮影が行なわれ、映像信号処理回路６から出力された映像信号は前記記録用映像信号処理回路１５により画像データとして前記記憶手段１５０２に一時的に格納される。
そして、前記露出制御回路１２は、図４（Ｅ）に示すように、フレームレート番号「６」に対応する輝度レベルに基づいて、適正露出とするための露出量Ｅ２を演算する。
そして、前記ＲＡＭ１２０２にバックアップされていた前記露出量Ｅ１と、前記露出量Ｅ２との差を演算する。すなわち、露出量Ｅ１における絞り２の開口度と、露出量Ｅ２における絞り２の開口度との差を演算する。
ここで、前記露出制御回路１２は、前記露出量Ｅ１における絞り２の開口度と、露出量Ｅ２における絞り２の開口度との差を画像処理によって補正するために必要な画像処理用の補正値を演算し、その補正値を前記記録用映像信号処理回路１５に供給する。
前記記録用映像信号処理回路１５は、前記補正値に基づいて前記記憶手段１５０２に格納されている前記画像データ（第１の画像データ）に対して露出補正に相当する画像処理を実行する。
これにより、前記画像データは、適正露出で撮影されたのと同等の画像データ（第２の画像データ）となるように補正される。
そして、前記記録用映像信号処理回路１５の記憶手段１５０２に格納されていた前記画像データが前記記録媒体に記録される（ステップＳ２８）。
【００１９】
なお、本実施の形態おいて、前記保持利得制御回路４は特許請求の範囲の利得制御手段を構成し、前記輝度レベル検出器１１は特許請求の範囲の輝度レベル検出手段を構成している。また、前記露出制御回路１２およびデバイス制御回路１３は特許請求の範囲の第１乃至第３の露出量演算手段およびシャッタースピード補正手段を構成している。また、前記Ａ／Ｄ変換器５、映像信号処理回路６、記録用映像信号処理回路１５は特許請求の範囲の画像データ生成手段を構成し、記録用映像信号処理回路１５は特許請求の範囲の画像処理手段を構成している。
【００２０】
以上詳述したように本実施の形態によれば、撮像素子３から出力された撮像信号すなわち映像信号の輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第１の開口度を演算し、この第１の開口度が前記絞り２に設定された後で前記輝度レベル検出器で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第２の開口度を演算し、前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量を演算し、該シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピードを補正するようにした。
したがって、絞り２が動作する際に生じるヒステリシス誤差およびばらつき誤差を撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピードによって補正することができる。電子シャッターのシャッタースピードは高精度に制御することができるため、露出精度を向上させる上で有利となる。
また、絞り２のヒステリシス誤差を取り除くために絞り２の動作を一方向から行なうことが不要なので、絞り２の動作時間を短くすることができ、シャッターラグを短縮化する上で有利となる。
また、電子シャッターのシャッタースピードを補正するので、撮影された画像データに対する画像処理はなされず、前記補正による画像データの劣化を抑制する上で有利となる。
また、撮影モードのうち、ポートレートモードなどでは絞り２の開口度がほぼ開放値となるように設定されるため、モニタリングモードから撮影準備モードに遷移するときに絞り２の開口度が大きく変化する。したがって、このような場合には絞り２が動作することによる開口度の誤差も大きなものとなる。しかしながら、本実施の形態によれば、このような開口度の誤差も確実に検出して露出の補正を行なうので、絞り２の開口度の誤差が大きくなりがちな撮影モードにおいて露出精度を顕著に向上させることが可能となる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、図２のステップＳ１８、Ｓ２０の処理で、前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量を演算し、該シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピードを補正するようにしたが、これに代えて第４の露出量演算手段によって前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記保持利得制御回路４における前記利得の補正量を演算し、利得補正手段によって前記利得の補正量に基づいて保持利得制御回路４の利得を補正するようにしてもよく、上述したのと同様の効果を奏することができる。
この場合、撮像信号の利得を補正するので、上述した実施の形態に比較して撮像信号のＳ／Ｎ比が若干低下するものの撮影された画像データに対する画像処理はなされないので、前記補正による画像データの劣化を抑制する上で有利となる。
また、この場合、第４の露出量演算手段および利得補正手段は前記露出制御回路１２およびデバイス制御回路１３によって構成される。
【００２２】
なお、本出願人は、固体撮像素子を用いた画質補正方法として以下のような技術を既に提案している（特願２００１−３０７９２１号（段落番号００２３、図１、図２）。
すなわち、固体撮像素子から読み出された画像信号を一時的に記憶させ、記憶させた画像信号を読み出して所定の検波を行ない、記憶させた画像信号を再び読み出して、所定の検波による検波データに基づいて、再び読み出した画像信号に対して画質補正のための所定の信号処理を行なう。
この技術では、前記固体撮像素子から読み出されたアナログ信号としての画像信号は、Ａ／Ｄ変換処理によるデジタル信号への変換処理や種々の信号処理からなる前処理がなされてから一時的に記憶される。このため、固体撮像素子から読み出された直後のアナログ信号としての画像信号に比較して、前記一時的に記憶されている画像信号は情報量の低下が避けられない。したがって、このような劣化した画像信号に対してさらに信号処理が行なわれることになり、この画像信号から得られる画像データも情報量の低下が避けられない。
これに対して、本実施の形態によって保持利得制御回路４において撮像信号を増幅する際の利得を補正する場合には、この利得の補正が前記撮像信号に信号処理がなされる前の段階でなされるため、前記技術のような信号の劣化や画像データの情報量の低下が生じないという点で有利である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のデジタルカメラによれば、シャッタボタンを押下してから撮像信号が取り込まれるまでに要するシャッタラグの短縮化を図るとともに、露出精度の向上を図る上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態におけるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】絞りの開口度の補正制御の動作を示すフローチャートである。
【図３】デジタルカメラの各部の動作タイミングを説明する説明図である。
【図４】デジタルカメラの各部の動作タイミングを説明する説明図である。
【符号の説明】
１００……デジタルカメラ、１……撮影レンズ光学系、２……絞り、３……撮像素子、４……保持利得制御回路、６……映像信号処理回路、１１……輝度レベル検出器、１２……露出制御回路。
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像素子の出力を利用して自動露出制御を行なう、いわゆるイメージャＡＥを行なうデジタルカメラが知られている。
例えば、固体撮像素子に入射する光の量を制御する絞りと、固体撮像素子からの映像信号が供給される映像増幅器を有し、絞りの変化に拘わらず、固体撮像素子の平均出力レベルの最低被写体照度を保証するデジタルカメラが開示されている（特許文献１）。このようなデジタルカメラでは絞り値を検出して前記映像増幅器の利得を補正している。
このようにデジタルカメラでは、絞りの開口度と、映像信号の利得とを制御することで露出制御が行なわれる。また、前記撮像素子の電子シャッター量（シャッタースピード）を制御することによっても同様に露出制御を行なうことができる。
ところで、デジタルカメラにおける撮影時の動作モードは、モニタリングモード、撮影準備モード、撮影モードの順番に遷移する。
すなわち、前記モニタリングモードは、シャッタボタンを押す前に撮影範囲や構図を決めるために前記表示部に被写体の画像を表示させるモードである。このモニタリングモードにおける絞りの開口度は、前記撮像素子においてスミアが発生しない値に設定される。
前記撮影準備モードは、シャッタボタンを半押しした状態であって、前記撮像信号に基づいて前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得の３つの値が計算されて設定されるモードである。この撮影準備モードでは、前記絞りは設定された開口度となるように駆動される。
前記撮影モードは、シャッタボタンを全押しした状態であって、前記撮影準備モードで設定された前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得の状態で撮像素子の電子シャッターが動作し、撮像素子から撮像信号が出力されて画像データがメモリに書き込まれるモードである。
このように構成された従来のデジタルカメラは、前記絞りが機械的に構成されているため、絞りの開口度にヒステリシス誤差とばらつき誤差が含まれている。
すなわち、ヒステリシス誤差とは、絞りの開口度をある目標値に設定する場合、絞りが開放側から小絞り側に動作した場合の開口度と、絞りが小絞り側から開放側に動作した場合の開口度との間に生じる誤差である。
また、ばらつき誤差は、絞りの開口度をある目標値に設定する場合、絞りの開口度がある範囲にばらつく誤差である。
このため、従来は前記ヒステリシス誤差を取り除くために、撮影準備モードから撮影モードに遷移した後に、いったん絞りを開放側に設定し、次いで絞りを目標値に絞り込むように、すなわち絞りを必ず一方向から動作させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２３６３３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように絞りのヒステリシス誤差を取り除くように構成された従来のデジタルカメラは、撮影モードにおいて絞りをいったん開放側に設定してから目標値まで絞り込むための動作時間がかかるため、シャッタボタンを押してから撮像素子の電子シャッターが作動して画像信号の取込がなされるまでの時間、すなわちシャッタラグが長くなるという欠点があった。また、絞りを目標値に設定される際に生じる絞りの開口度のばらつきを取り除くことができないので、露出精度の向上を図る上で不利であった。
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シャッタラグの短縮化を図るとともに、露出精度の向上を図る上で有利なデジタルカメラを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目標を達成するために、撮影レンズ光学系と、前記撮影レンズ光学系の光路の開口度が制御可能な絞りと、前記撮影レンズ光学系によって結像される被写体像を電子シャッターの動作に連動して検出することにより撮像信号を出力する撮像素子と、利得の制御が可能で前記撮像信号を増幅する利得制御手段と、前記撮像信号に基づいて輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、撮影を行なうためのシャッタボタンとを備え、前記シャッタボタンが押されない状態で、前記撮像信号に基づいて生成された被写体の画像が表示部に表示されるモニタリングモードが実行され、前記モニタリングモード中に前記シャッタボタンが半押しされると、前記絞りの開口度、前記電子シャッターの電子シャッター量、前記利得制御手段の利得の３つの値が計算され設定される撮影準備モードが実行され、前記撮影準備モード中にシャッタボタンが全押しされると、前記撮影準備モードで計算された前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得に基づいて撮影が行なわれる撮影モードが実行されるデジタルカメラにおいて、前記撮影準備モードにおいて前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第１の開口度として演算する第１の露出量演算手段と、前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第２の開口度として演算する第２の露出量演算手段と、前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量を演算する第３の露出量演算手段と、前記撮影モードにおいて前記第３の露出量演算手段で演算された前記シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子の電子シャッターのシャッタースピードを補正するシャッタースピード補正手段とを備えることを特徴とする。
そのため、撮影準備モードにおいて第１の露出量演算手段によって撮像素子から出力された撮像信号の輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第１の開口度が演算され、撮影準備モードにおいて第２の露出量演算手段によって前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第２の開口度が演算され、撮影準備モードにおいて第３の露出量演算手段によって前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量が演算され、撮影モードにおいてシャッタースピード補正手段によって前記シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子の電子シャッターのシャッタースピードが補正される。
また、本発明は、撮影レンズ光学系と、前記撮影レンズ光学系の光路の開口度が制御可能な絞りと、前記撮影レンズ光学系によって結像される被写体像を電子シャッターの動作に連動して検出することにより撮像信号を出力する撮像素子と、利得の制御が可能で前記撮像信号を増幅する利得制御手段と、前記撮像信号に基づいて輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、撮影を行なうためのシャッタボタンとを備え、前記シャッタボタンが押されない状態で、前記撮像信号に基づいて生成された被写体の画像が表示部に表示されるモニタリングモードが実行され、前記モニタリングモード中にシャッタボタンが半押しされると、前記絞りの開口度、前記電子シャッターの電子シャッター量、前記撮影準備モード中に利得制御手段の利得の３つの値が計算され設定される撮影準備モードが実行され、前記シャッタボタンが全押しされると、前記撮影準備モードで計算された前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得に基づいて撮影が行なわれる撮影モードが実行されるデジタルカメラにおいて、前記撮影準備モードにおいて前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第１の開口度として演算する第１の露出量演算手段と、前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第２の開口度として演算する第２の露出量演算手段と、前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記利得制御回路の利得の補正量を演算する第４の露出量演算手段と、前記撮影モードにおいて前記第４の露出量演算手段で演算された前記利得制御回路の利得の補正量に基づいて前記利得制御回路の利得を補正する利得補正手段とを備えることを特徴とする。
そのため、撮影準備モードにおいて第１の露出量演算手段によって撮像素子から出力された撮像信号の輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第１の開口度が演算され、撮影準備モードにおいて第２の露出量演算手段によって前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第２の開口度が演算され、撮影準備モードにおいて第４の露出量演算手段によって前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記利得の補正量が演算され、撮影モードにおいて利得補正手段によって前記利得の補正量に基づいて前記利得制御手段の利得が補正される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるデジタルカメラの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施の形態におけるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
デジタルカメラ１００は、撮影レンズ光学系１、絞り２、撮像素子３、保持利得制御回路４、Ａ／Ｄ変換器５、映像信号処理回路６、絞り駆動部７、絞り駆動回路８、タイミング発生回路９、マイクロコンピュータ１０、輝度レベル検出器１１、露出制御回路１２、デバイス制御回路１３、操作手段１４、記録用映像信号処理回路１５などを備えている。
前記撮影レンズ光学系１は、被写体像を導く光路１０１および被写体像を結像する撮影レンズ１０３を含んで構成されている。
前記絞り２は前記光路１０１に配設され、該絞り２に入力される絞り駆動信号に基づいて前記撮影レンズ光学系１を通過した光が通過する光路１０１の開口度が制御されるように構成され、従来と同様に開口の口径が機械的に変化するものである。
なお、前記絞り２は、開口を構成する部材の部分にＮＤフィルタが設けられた形態のものであってもよいことは勿論である。
【０００７】
前記撮像素子３は、前記撮影レンズ光学系１で結像された被写体像を検出することによりアナログ信号としての撮像信号を生成出力するように構成されている。本実施の形態において撮像素子３は例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などによって構成される。
前記撮像素子３には電子シャッターが設けられており、該電子シャッターのシャッタースピードに応じた期間で前記被写体像の検出を行ない、前記撮像信号を生成する。
【０００８】
前記保持利得制御回路４は、前記撮像素子３から出力されるアナログ信号としての前記撮像信号のサンプルホールドと利得制御を行なうように構成されている。すなわち、この保持利得制御回路４は、該保持利得制御回路４に設定された利得に基づいて前記撮像信号の増幅を行なう。
前記Ａ／Ｄ変換器５は、前記保持利得制御回路４から出力される利得制御された前記撮像信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するように構成されている。
前記映像信号処理回路６は、前記Ａ／Ｄ変換器５から出力された前記撮像信号に対して各種の信号処理を施すとともに、この信号処理が施された撮像信号を映像信号として前記記録用映像信号処理回路１５へ出力するとともに、前記映像信号を前記輝度レベル検出器１１に出力するように構成されている。
前記記録用映像信号処理回路１５は記憶手段１５０２を有し、前記映像信号に基づいて画像データを生成し、この画像データを前記記憶手段１５０２に一時的に格納し、格納されている画像データを図外の液晶表示器などからなる表示部に出力して表示させたり、前記画像データを図外のインターフェースを介して所定の記録媒体（メモリデバイス）に記録させるように構成されている。
また、前記記録用映像信号処理回路１５は、前記記憶手段１５０２に格納されている画像データに対して露出補正に相当する画像処理を含む画像処理を行なうことができるように構成されている。
前記輝度レベル検出器１１は、前記映像信号処理回路６から出力された前記映像信号から所定画像領域の輝度信号を抽出し、該抽出した輝度信号の積分値を輝度レベルとして検出するように構成されている。
前記操作手段１４は、撮影を行なうためのシャッタボタン、各種撮影モードの設定、シャッタースピードの設定、絞りの開口度の設定、利得の設定を行なうための操作スイッチを含んで構成されている。
前記操作手段１４で設定された前記各種撮影モード、シャッタースピード、絞りの開口度および利得の内容は電気信号として前記露出制御回路１２に伝達される。
【０００９】
なお、前記撮影モードとしては、例えばシャッタースピード優先モード、絞り優先モード、オートモード、ポートレートモードなどがある。
前記シャッタースピード優先モードとは、撮影者によって予め設定された前記電子シャッターのスピードと前記輝度レベル検出器１１によって検出された輝度レベルとに応じて、前記絞り２の開口度および前記保持利得制御回路４の利得を設定するモードである。
前記絞り優先モードとは、撮影者によって予め設定された絞り２の開口度と前記輝度レベル検出器１１によって検出された輝度レベルとに応じて、前記電子シャッターのスピードおよび前記保持利得制御回路４の利得を設定するモードである。
前記オートモードとは、予め、前記電子シャッターのスピードと前記絞り２の開口度と前記保持利得制御回路４の利得との組み合わせが前記輝度レベルに対応して予め設定されており、前記輝度レベル検出器１１によって検出された輝度レベルに応じて、前記予め組み合わされた前記電子シャッターのスピードと前記絞り２の開口度と前記保持利得制御回路４の利得とを設定するモードである。
前記ポートレートモードは、前記撮影レンズ光学系１のピントを被写体に合わせたときに被写体の背後のピントがずれてぼけが生じるように、すなわち被写界深度が浅くなるように、絞り２の開口度をほぼ開放値に設定するモードである。
【００１０】
前記マイクロコンピュータ１０は、前記露出制御回路１２と前記デバイス制御回路１３を含んでいる。
前記露出制御回路１２はＲＡＭ１２０２を含んで構成されている。
前記露出制御回路１２は、前記操作手段１４から出力される各種撮影モード、シャッタースピード、絞りの開口度および利得の各設定値を前記ＲＡＭ１２０２に格納するように構成されている。
また、前記露出制御回路１２は、前記輝度レベル検出器１１から供給される輝度レベルに基づいて適正な露出が行なわれているか否を判定し、この判定結果に基づいて適正な露出が行なわれるために必要な前記絞り２の開口度、撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピード、保持利得制御回路４の利得の３つの値を演算する。以下、前記絞り２の開口度、撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピード、保持利得制御回路４の利得の３つの値を合わせて「露出量」と呼ぶ。
そして、前記演算された露出量を、絞り２、撮像素子３の電子シャッターおよび保持利得制御回路４のそれぞれに反映させるために必要な３つの制御データ、すなわち絞り制御データ、電子シャッター制御データ、利得制御データをそれぞれ演算するように構成されている。これら３つの制御データは必要に応じて前記ＲＡＭ１２０２に格納される。
前記露出制御回路１２による前記露出量、前記絞り制御データ、電子シャッター制御データ、利得制御データの演算は、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記各種撮影モード、シャッタースピード、絞りの開口度および利得の各設定値と、前記輝度レベル検出器１１から出力される輝度レベルとに基づいて行なわれる。
また、前記露出制御回路１２は、後述するモニタリングモードの期間、前記撮像素子３にスミアが発生しないように、前記輝度レベル検出器１１から供給される輝度レベルに基づいて絞り２の開口度を制御するための制御データを演算するようにも構成されている。
【００１１】
前記デバイス制御回路１３は、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記絞り制御データを該ＲＡＭ１２０２から読み出すとともに、この絞り制御データに基づいて第１の制御信号Ｓ１を生成して前記絞り駆動回路８に供給するように構成されている。
また、前記デバイス制御回路１３は、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記電子シャッター制御データを該ＲＡＭ１２０２から読み出すとともに、この電子シャッター制御データに基づいて第２の制御信号Ｓ２を生成して前記タイミング発生回路９に供給するように構成されている。
前記デバイス制御回路１３は、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記利得制御データを該ＲＡＭ１２０２から読み出すとともに、この利得制御データに基づいて第３の制御信号Ｓ３を生成して前記保持利得制御回路４に供給する。これにより前記保持利得制御回路４は前記第３の制御信号Ｓ３に基づいて利得が制御されるように構成されている。
【００１２】
前記絞り駆動回路８は、前記第１の制御信号Ｓ１に基づいて前記絞り駆動部７に駆動信号を供給し、これにより前記絞り駆動部７が絞り２の開口度を制御するように構成されている。
前記タイミング発生回路９は、前記第２の制御信号Ｓ２に基づいて前記撮像素子２にタイミング信号を供給し、これにより前記撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピードを制御するように構成されている。
【００１３】
次に、上述した構成のデジタルカメラ１００による絞りの補正制御の動作について説明する。
図２は絞りの開口度の補正制御の動作を示すフローチャート、図３、図４はデジタルカメラの各部の動作タイミングを説明する説明図である。
まず、図３、図４について説明する。
図３、図４の（Ａ）はデジタルカメラ１００の動作モードを示している。この動作モードはモニタリングモードＭ１、撮影準備モードＭ２、撮影モードＭ３の３つのモードを含んでいる。
前記モニタリングモードＭ１は、前記シャッタボタンが押下される前の状態であって、撮影範囲や構図を決めるために前記表示部に被写体の画像を表示させるモードである。
前記撮影準備モードＭ２は、前記シャッタボタンを半押しした状態であって、前記露出制御回路１２は、前記輝度レベルに基づいて、適正露出で撮影するために必要な絞り制御データ、電子シャッター制御データ、利得制御データを計算するモードである。
前記撮影モードＭ３は、前記シャッタボタンを全押しした状態であって、前記記録映像信号処理回路が前記映像信号処理回路６から出力された映像信号に基づいて生成した画像データを記録媒体に書き込むモードである。
【００１４】
図３、図４の（Ｂ）は絞り２の設定、動作、（Ｃ）は電子シャッターの動作、（Ｄ）は映像信号処理回路６での処理動作、（Ｅ）は露出制御回路１２での各制御データの演算動作を示している。本例では、これら各動作が行なわれる時間単位が前記撮像素子３から出力される撮像信号のフレームレートで示されている。
各フレームレートには説明の便宜上、時間経過の順番にフレームレート番号を付しており、前記モニタリングモードＭ１の最後のフレームレートの番号を「１」としている。
また、図３、図４に示すように、あるフレームレートの撮像信号に対する（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）の各動作は時間経過とともに１フレームレートずつ順番に実行される。
【００１５】
次に、図２、図３に基づいてデジタルカメラ１００による絞りの補正制御の動作について説明する。
まず、モニタリングモードＭ１の期間では、前記露出制御回路１２は、前記輝度レベル検出器１１から供給される輝度レベルに基づいて前記撮像素子３においてスミアが発生しないように絞り制御データを演算している。これにより、前記演算された絞り制御データに基づいて前記絞り駆動回路８、絞り駆動部７が動作して絞り２の開口度をフレームレート単位で順次設定し、その開口度が絞り２に反映されている（ステップＳ１０）。
前記露出制御回路１２は、前記撮像素子３の電子シャッターの動作によって被写体像が取り込まれることで該撮像素子３から出力された撮像信号が保持利得制御回路４、Ａ／Ｄ変換器５を介して映像信号処理回路６によって処理されることにより、該映像信号処理回路６から供給される輝度レベルに基づいて適正露出とするための露出量と、該露出量に対応する前記開口度および該開口度に対応する絞り制御データ、電子シャッターのシャッタースピードおよび該シャッタースピードに対応する電子シャッター制御データ、利得および該利得に対応する利得制御データをフレームレート単位で順次演算し続けている。
前記演算されている前記露出量とは、前述した種々の撮影モード（シャッタースピード優先モード、絞り優先モード、ポートレートモードなど）に対応したものである。
【００１６】
次に、前記シャッタボタンが半押しされると撮影準備モードＭ２に遷移し、露出制御回路１２は、図３（Ｅ）に示すように、前記シャッタボタンが半押しされる直前のフレームレート番号「１」に対応する、適正露出となるための露出量Ｅ１をＲＡＭ１２０２に格納（バックアップ）する（ステップＳ１２）。
次いで、露出制御回路１２は、図３（Ｂ）に示すように、前記露出量Ｅ１のＲＡＭ１２０２への格納後、フレームレート番号「５」のタイミングで、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記露出量Ｅ１に対応した開口度の絞り制御データを絞り駆動回路８に供給し、これにより絞り駆動部７が絞り２に対して開口度を設定する。
絞り２は、例えば１フレームレート分の動作時間を要するため、次のフレームレート番号「６」のタイミングで絞り２に前記絞り制御データに対応した開口度が反映される（ステップＳ１４）。すなわち、モニタリングモードＭ１の期間に設定されていた開口度と異なる開口度が絞り２に反映されることになる。
ここで、実際に絞り２に反映された開口度は、ステップＳ１２で演算された露出量Ｅ１の開口度に対して絞り２の機械的動作に起因するヒステリシス誤差およびばらつき誤差を含んだものとなっている。
また、露出制御回路１２は、図３（Ｂ）に示すように、前記露出量Ｅ１のＲＡＭ１２０２への格納後、フレームレート番号「５」のタイミングで、前記ＲＡＭ１２０２に格納されている前記露出量Ｅ１に対応した電子シャッター制御データと利得データをデバイス制御回路１３に供給し、これにより電子シャッターのシャッタースピードと利得が設定される。
このように絞り２の開口度、シャッタースピード、利得が設定された後、図３（Ｄ）のフレームレート番号「６」に示すように、前記撮像素子３による被写体像の取込が行なわれる。
【００１７】
次に、前記露出制御回路１２は、図３（Ｅ）に示すように、前記絞り２に前記開口度が反映されたフレームレート番号「６」に対応する輝度レベルに基づいて、適正露出とするための露出量Ｅ２を演算する（ステップＳ１６）。
そして、前記ＲＡＭ１２０２にバックアップされていた前記露出量Ｅ１と、ステップＳ１６で演算された露出量Ｅ２との差を演算する（ステップＳ１８）。すなわち、露出量Ｅ１における絞り２の開口度（第１の開口度）と、露出量Ｅ２における絞り２の開口度（第２の開口度）との差を演算する。
ステップＳ１６で演算された露出量Ｅ２の絞り２の開口度には、前述したように絞り２のヒステリシス誤差およびばらつき誤差が含まれているので、ステップＳ１８で得られる露出量Ｅ１とＥ２の差、すなわち開口度の差は、前記絞り２のヒステリシス誤差およびばらつき誤差に相当したものとなる。
ここで、前記露出制御回路１２は、図３（Ｅ）のフレームレート番号「６」のタイミングで前記ステップＳ１８で得られた露出量Ｅ１における絞り２の開口度と、露出量Ｅ２における絞り２の開口度との差を補正するために必要な電子シャッターのシャッタースピードの補正値を演算する。そして、図３（Ｅ）のフレームレート番号「６」の次のフレームレートに相当する図３（Ｃ）のフレームレート番号「９」のタイミングで前記補正量Ｅ２のうちシャッタースピードの補正のみを行ない、補正された補正量Ｅ２で各部の設定を行なう。すなわち絞り２の開口度、撮像素子３のシャッタースピード、保持利得制御回路４の利得の設定を行なう（ステップＳ２０）。また、ここで設定された絞り２の開口度、撮像素子３のシャッタースピード、保持利得制御回路４の利得は、前記シャッターボタンが半押しされている期間、すなわち撮影準備モードＭ２の期間の間は固定されている。
そして、図３（Ｃ）のフレームレート番号「９」以降のタイミングで前記シャッターボタンが全押しされると撮影モードＭ３に遷移して、前記シャッタースピードが補正された露出量Ｅ２に基づいて撮像素子３による被写体像が取り込まれ、映像信号処理回路６から出力された映像信号が前記記録用映像信号処理回路１５によって前記記憶手段１５０２に画像データとして一時的に格納される（ステップＳ２２）。
そして、前記露出制御回路１２は、前記ステップＳ２０による露出量の補正が行なわれたか否を判定する（ステップＳ２４）。
そして、ステップＳ２４の判定結果が肯定（“Ｙ”）ならば、前記記録用映像信号処理回路１５の記憶手段１５０２に格納されていた前記画像データが前記記録媒体に記録される（ステップＳ２８）。
【００１８】
次に、ステップＳ２４の判定結果が否定（“Ｎ”）となる場合について説明する。ステップＳ２４で露出量の補正がなされていないと判定される場合とは、前記ステップＳ１２でシャッタボタンが半押しされた後、十分な時間をおかずに全押しされたため、図２に破線で示すように、ステップＳ１４乃至Ｓ２０の全てが終了する前に撮影モードＭ３に遷移して撮影が行なわれる場合に相当する。言い換えれば、絞り２の開口度の補正が行なわれる前に撮影が行なわれることになる。
この場合は、以下に示すように前記記録用映像信号処理回路１５において前記記憶手段１５０２に格納されている画像データに対する補正処理が行なわれる（ステップＳ２６）。
以下、ステップＳ２６に関する具体的な動作について図４を参照して説明する。
撮影準備モードＭ２におけるフレームレート番号「６」のタイミングまでの動作は図３と同様であり、図４（Ｂ）に示すように、フレームレート番号「６」のタイミングで絞り２の開口度の設定が完了する。ここでシャッタボタンが全押しされることにより撮影モードＭ３に遷移する。
したがって、図４（Ｃ）に示すように、フレームレート番号「６」のタイミングで撮像素子３による被写体像の取込、撮影が行なわれ、映像信号処理回路６から出力された映像信号は前記記録用映像信号処理回路１５により画像データとして前記記憶手段１５０２に一時的に格納される。
そして、前記露出制御回路１２は、図４（Ｅ）に示すように、フレームレート番号「６」に対応する輝度レベルに基づいて、適正露出とするための露出量Ｅ２を演算する。
そして、前記ＲＡＭ１２０２にバックアップされていた前記露出量Ｅ１と、前記露出量Ｅ２との差を演算する。すなわち、露出量Ｅ１における絞り２の開口度と、露出量Ｅ２における絞り２の開口度との差を演算する。
ここで、前記露出制御回路１２は、前記露出量Ｅ１における絞り２の開口度と、露出量Ｅ２における絞り２の開口度との差を画像処理によって補正するために必要な画像処理用の補正値を演算し、その補正値を前記記録用映像信号処理回路１５に供給する。
前記記録用映像信号処理回路１５は、前記補正値に基づいて前記記憶手段１５０２に格納されている前記画像データ（第１の画像データ）に対して露出補正に相当する画像処理を実行する。
これにより、前記画像データは、適正露出で撮影されたのと同等の画像データ（第２の画像データ）となるように補正される。
そして、前記記録用映像信号処理回路１５の記憶手段１５０２に格納されていた前記画像データが前記記録媒体に記録される（ステップＳ２８）。
【００１９】
なお、本実施の形態おいて、前記保持利得制御回路４は特許請求の範囲の利得制御手段を構成し、前記輝度レベル検出器１１は特許請求の範囲の輝度レベル検出手段を構成している。また、前記露出制御回路１２およびデバイス制御回路１３は特許請求の範囲の第１乃至第３の露出量演算手段およびシャッタースピード補正手段を構成している。また、前記Ａ／Ｄ変換器５、映像信号処理回路６、記録用映像信号処理回路１５は特許請求の範囲の画像データ生成手段を構成し、記録用映像信号処理回路１５は特許請求の範囲の画像処理手段を構成している。
【００２０】
以上詳述したように本実施の形態によれば、撮像素子３から出力された撮像信号すなわち映像信号の輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第１の開口度を演算し、この第１の開口度が前記絞り２に設定された後で前記輝度レベル検出器で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な第２の開口度を演算し、前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量を演算し、該シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピードを補正するようにした。
したがって、絞り２が動作する際に生じるヒステリシス誤差およびばらつき誤差を撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピードによって補正することができる。電子シャッターのシャッタースピードは高精度に制御することができるため、露出精度を向上させる上で有利となる。
また、絞り２のヒステリシス誤差を取り除くために絞り２の動作を一方向から行なうことが不要なので、絞り２の動作時間を短くすることができ、シャッターラグを短縮化する上で有利となる。
また、電子シャッターのシャッタースピードを補正するので、撮影された画像データに対する画像処理はなされず、前記補正による画像データの劣化を抑制する上で有利となる。
また、撮影モードのうち、ポートレートモードなどでは絞り２の開口度がほぼ開放値となるように設定されるため、モニタリングモードから撮影準備モードに遷移するときに絞り２の開口度が大きく変化する。したがって、このような場合には絞り２が動作することによる開口度の誤差も大きなものとなる。しかしながら、本実施の形態によれば、このような開口度の誤差も確実に検出して露出の補正を行なうので、絞り２の開口度の誤差が大きくなりがちな撮影モードにおいて露出精度を顕著に向上させることが可能となる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、図２のステップＳ１８、Ｓ２０の処理で、前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量を演算し、該シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子３の電子シャッターのシャッタースピードを補正するようにしたが、これに代えて第４の露出量演算手段によって前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記保持利得制御回路４における前記利得の補正量を演算し、利得補正手段によって前記利得の補正量に基づいて保持利得制御回路４の利得を補正するようにしてもよく、上述したのと同様の効果を奏することができる。
この場合、撮像信号の利得を補正するので、上述した実施の形態に比較して撮像信号のＳ／Ｎ比が若干低下するものの撮影された画像データに対する画像処理はなされないので、前記補正による画像データの劣化を抑制する上で有利となる。
また、この場合、第４の露出量演算手段および利得補正手段は前記露出制御回路１２およびデバイス制御回路１３によって構成される。
【００２２】
なお、本出願人は、固体撮像素子を用いた画質補正方法として以下のような技術を既に提案している（特願２００１−３０７９２１号（段落番号００２３、図１、図２）。
すなわち、固体撮像素子から読み出された画像信号を一時的に記憶させ、記憶させた画像信号を読み出して所定の検波を行ない、記憶させた画像信号を再び読み出して、所定の検波による検波データに基づいて、再び読み出した画像信号に対して画質補正のための所定の信号処理を行なう。
この技術では、前記固体撮像素子から読み出されたアナログ信号としての画像信号は、Ａ／Ｄ変換処理によるデジタル信号への変換処理や種々の信号処理からなる前処理がなされてから一時的に記憶される。このため、固体撮像素子から読み出された直後のアナログ信号としての画像信号に比較して、前記一時的に記憶されている画像信号は情報量の低下が避けられない。したがって、このような劣化した画像信号に対してさらに信号処理が行なわれることになり、この画像信号から得られる画像データも情報量の低下が避けられない。
これに対して、本実施の形態によって保持利得制御回路４において撮像信号を増幅する際の利得を補正する場合には、この利得の補正が前記撮像信号に信号処理がなされる前の段階でなされるため、前記技術のような信号の劣化や画像データの情報量の低下が生じないという点で有利である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のデジタルカメラによれば、シャッタボタンを押下してから撮像信号が取り込まれるまでに要するシャッタラグの短縮化を図るとともに、露出精度の向上を図る上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態におけるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】絞りの開口度の補正制御の動作を示すフローチャートである。
【図３】デジタルカメラの各部の動作タイミングを説明する説明図である。
【図４】デジタルカメラの各部の動作タイミングを説明する説明図である。
【符号の説明】
１００……デジタルカメラ、１……撮影レンズ光学系、２……絞り、３……撮像素子、４……保持利得制御回路、６……映像信号処理回路、１１……輝度レベル検出器、１２……露出制御回路。
Claims (7)
- 撮影レンズ光学系と、
前記撮影レンズ光学系の光路の開口度が制御可能な絞りと、
前記撮影レンズ光学系によって結像される被写体像を電子シャッターの動作に連動して検出することにより撮像信号を出力する撮像素子と、
利得の制御が可能で前記撮像信号を増幅する利得制御手段と、
前記撮像信号に基づいて輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、
撮影を行なうためのシャッタボタンとを備え、
前記シャッタボタンが押されない状態で、前記撮像信号に基づいて生成された被写体の画像が表示部に表示されるモニタリングモードが実行され、
前記モニタリングモード中に前記シャッタボタンが半押しされると、前記絞りの開口度、前記電子シャッターの電子シャッター量、前記利得制御手段の利得の３つの値が計算され設定される撮影準備モードが実行され、
前記撮影準備モード中に前記シャッタボタンが全押しされると、前記撮影準備モードで計算された前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得に基づいて撮影が行なわれる撮影モードが実行されるデジタルカメラにおいて、
前記撮影準備モードにおいて前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第１の開口度として演算する第１の露出量演算手段と、
前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第２の開口度として演算する第２の露出量演算手段と、
前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記シャッタースピードの補正量を演算する第３の露出量演算手段と、
前記撮影モードにおいて前記第３の露出量演算手段で演算された前記シャッタースピードの補正量に基づいて前記撮像素子の電子シャッターのシャッタースピードを補正するシャッタースピード補正手段と、
を備えることを特徴とするデジタルカメラ。 - 撮影レンズ光学系と、
前記撮影レンズ光学系の光路の開口度が制御可能な絞りと、
前記撮影レンズ光学系によって結像される被写体像を電子シャッターの動作に連動して検出することにより撮像信号を出力する撮像素子と、
利得の制御が可能で前記撮像信号を増幅する利得制御手段と、
前記撮像信号に基づいて輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、
撮影を行なうためのシャッタボタンとを備え、
前記シャッタボタンが押されない状態で、前記撮像信号に基づいて生成された被写体の画像が表示部に表示されるモニタリングモードが実行され、
前記モニタリングモード中に前記シャッタボタンが半押しされると、前記絞りの開口度、前記電子シャッターの電子シャッター量、前記利得制御手段の利得の３つの値が計算され設定される撮影準備モードが実行され、
前記撮影準備モード中に前記シャッタボタンが全押しされると、前記撮影準備モードで計算された前記絞りの開口度、電子シャッター量、前記撮像信号の利得に基づいて撮影が行なわれる撮影モードが実行されるデジタルカメラにおいて、
前記撮影準備モードにおいて前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第１の開口度として演算する第１の露出量演算手段と、
前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度が前記絞りに設定された状態で前記輝度レベル検出手段で検出された輝度レベルに基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記絞りの開口度を第２の開口度として演算する第２の露出量演算手段と、
前記撮影準備モードにおいて前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて適正露出で撮影を行なうために必要な前記利得制御回路の利得の補正量を演算する第４の露出量演算手段と、
前記撮影モードにおいて前記第４の露出量演算手段で演算された前記利得制御回路の利得の補正量に基づいて前記利得制御回路の利得を補正する利得補正手段と、
を備えることを特徴とするデジタルカメラ。 - 前記撮像信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、前記画像データに対して画像処理を行なう画像処理手段とが設けられ、前記シャッタボタンが半押しされたのち時間をおかず全押しされた場合には、前記シャッタースピード補正手段による前記シャッタースピードの補正が実行されることなく、前記絞りに前記第１の開口度が設定された状態で前記画像データ生成手段によって第１の画像データが生成され、前記画像処理手段は、前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて前記第１の画像データに対して画像処理を行なうことにより適正露出で撮影が行なわれた場合と同等の第２の画像データを生成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラ。
- 前記画像データ生成手段から出力される画像データを一時的に格納する記憶手段が設けられ、前記画像処理手段による画像データに対する画像処理は前記記憶手段に格納されている画像データに対して行なわれることを特徴とする請求項３記載のデジタルカメラ。
- 前記撮像信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、前記画像データに対して画像処理を行なう画像処理手段とが設けられ、前記シャッタボタンが半押しされたのち時間をおかず全押しされた場合には、前記利得補正手段による前記利得制御回路の利得の補正が実行されることなく、前記絞りに前記第１の開口度が設定された状態で前記画像データ生成手段によって第１の画像データが生成され、前記画像処理手段は、前記第１の開口度と第２の開口度の差に基づいて前記第１の画像データに対して画像処理を行なうことにより適正露出で撮影が行なわれた場合と同等の第２の画像データを生成するように構成されている特徴とする請求項２記載のデジタルカメラ。
- 前記画像データ生成手段から出力される画像データを一時的に格納する記憶手段が設けられ、前記画像処理手段による画像データに対する画像処理は前記記憶手段に格納されている画像データに対して行なわれることを特徴とする請求項５記載のデジタルカメラ。
- 前記利得制御手段は、前記撮像素子から供給される前記撮像信号をアナログ信号として増幅するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のデジタルカメラ。
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