JP4815330B2 - 撮影装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、イメージセンサで画像を撮影する撮影装置及びその制御方法に関するものである。

近年、ＣＣＤ，ＭＯＳ型等のイメージセンサで撮影した被写体像をデジタルの画像データに変換して、内蔵メモリやメモリカードなどの記録媒体に記録するデジタルカメラが普及している。デジタルカメラの多くでは、自動露出制御（ＡＥ）処理，オートフォーカス（ＡＦ）処理を行っており、これらの処理にはイメージセンサで得られる画像信号が参照されている。

ＡＥ処理では、被写体像をイメージセンサで露光することによって得られる画像信号から被写体輝度を検出し、その輝度レベルに応じて適正露出が得られるようにシャッタ速度と絞り値の組み合せ、すなわち露出値を決定するようにしている。また、ＡＦ処理では、被写体像を露光することによって得られる画像信号の高周波成分の積算値が最大、すなわち被写体像のコントラストが最も高くなる位置を合焦位置として検出し、その合焦位置に撮影レンズのピント位置を移動させるコントランスト検出方式が多く採用されている。

上記のようにＡＦ処理を行う場合には、撮影レンズのピント位置を順次に移動させながらコントラストを評価し、そのコントラストが最大となる合焦位置を検出するように制御するが、暗い室内等で撮影する場合のように輝度レベルの低い被写体像からは十分なコントラストを得ることができない。このため、輝度レベルの低い被写体像に対しては、ＬＥＤ等の光源からＡＦ補助光を被写体に向けて照射し、被写体輝度を増大されるようにしたデジタルカメラが知られている。

しかし、ＡＦ処理では、その直前に検出した輝度レベルに応じた露出値を固定的に用いてその処理を行っていたため、ＡＦ補助光が照射されて輝度レベルが変化した場合には露光量が適正でなくなり、合焦位置を十分な精度で検出できなくなる場合があった。このような問題を解決するために、特許文献１では、ＡＦ補助光を照射する前後で被写体の輝度レベルを検出して露出量をそれぞれ求め、ＡＦ補助光の照射後の露出量が照射前よりも所定量以上増加したときには照射前の露出量を用いて、また増加していないときには照射後の露出量を用いて露出制御を行うようにしている。また、ＡＦ補助光の照射前と、最大光量での照射中との被写体輝度の差違を求め、この差違から最適なＡＦ補助光の光量を決定するデジタルカメラも知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２００３−８９８５号公報 特開２００３−１１４３７４号公報

ところで、イメージセンサは、ダイナミックレンジが小さいため、１回のイメージセンサの露光で測定できる被写体輝度の範囲が狭い。このため、精度良く被写体輝度を測定しようとする場合には、シャッタ速度や絞りの組み合せを変化させた異なる露出値での複数回の露光を行うことにより、測定可能な被写体輝度の範囲をずらした複数回の測定を行っている。しかしながら、ＡＦ補助光を照射した状態での被写体輝度を測定するために、複数回の測定をＡＦ処理の直前に行うと合焦位置の検出までに大きな遅延が生じてしまうという問題があった。特にレリーズボタンの操作に応答して静止画の露光が行われる直前に行うＡＦ処理の直前にこのような測定を行うと、レリーズボタンの操作から実際に静止画撮影のための露光が行われるまでのレリーズタイムラグを大きくしてしまうという問題がある。

本発明は上記問題を解消するためになされたもので、照明光を照射してオートフォーカス処理を行う際の露出値を短時間で精度良く決定でき、レリーズタイムラグを小さくしながら、高い精度でオートフォーカス処理を行うことできる撮影装置とその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の撮影装置では、照明光を照射しない状態でのイメージセンサの露光から得られる画像信号に基づいて被写体輝度を検出する第１の輝度検出を行うとともに、第１の輝度検出後に、照明光を照射した状態でのイメージセンサの露光から得られる画像信号に基づいて被写体輝度を検出する第２の輝度検出を行う輝度検出手段と、第１の輝度検出に基づいて決定した第１の露出値を用いて第２の露出値を決定し、この第２の露出値を用いて第２の輝度検出のための露光を前記イメージセンサに行わせ、第２の輝度検出で検出された被写体輝度に基づいてオートフォーカス処理の際の第３の露出値を決定する露出制御手段とを備えたものである。

請求項２記載の撮影装置では、露出制御手段を、照明光照射手段から照射される照明光の光量に基づいたシフト量で第１の露出値をプラス側にシフトして第２の露出値を決定するようにしたものである。

請求項３記載の撮影装置では、通常撮影距離の被写体を撮影する通常撮影モードと、この通常撮影距離よりも距離が短く近接した被写体を撮影するマクロ撮影モードとを有し、露出制御手段は、通常撮影モードが選択されているときには、通常撮影モードに対応して予め決められたシフト量を用いて第２の露出値を決定し、マクロ撮影モードが選択されているときには、通常撮影モードのシフト量よりも大きい値としてマクロ撮影モードに対応して予め決められシフト量を用いて第２の露出値を決定するものである。

請求項４記載の撮影装置では、露出制御手段を、照明光照射手段からの照明光を照射したときに、予め決められた最短撮影距離の被写体の輝度が測定可能範囲内となるように決められたシフト量を用いて第２の露出値を決定するようにしたものである。

請求項５記載の撮影装置では、第１の輝度検出を、静止画の撮影の際の露出値を決定するために行われる被写体輝度の検出とし、輝度検出手段が、レリーズボタンの操作に応答して、第１の輝度検出を行うようにしたものである。

請求項６記載の撮影装置では、イメージセンサに入射する光量を調節する絞り手段を備えるとともに、前記イメージセンサが、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有し、露出制御手段は、第２の輝度検出に用いる前記記絞り手段による絞り値とオートフォーカス処理の際に用いる絞り値とを同一とし、この絞り値の下で第２の露出値及び第３の露出値となるように前記電子シャッタ機能のシャッタ速度を決定するものである。

請求項７記載の撮影装置では、イメージセンサに入射する光量を調節する絞り手段を備えるとともに、イメージセンサが、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有し、露出制御手段は、オートフォーカス処理の後に行われる静止画の撮影のために用いる前記絞り手段による絞り値と、第２の輝度検出に用いる絞り値と、前記オートフォーカス処理に用いる絞り値とを同一とし、前記電子シャッタ機能のシャッタ速度によって露出値を調節するようにしたものである。

請求項８記載の撮影装置では、露出制御手段を、第２の輝度検出及びオートフォーカス処理に用いるべき電子シャッタ機能のシャッタ速度が所定の速度よりも高速となる場合には、照明光照射手段による照明光を照射しない状態にし、輝度検出手段によって第１の輝度検出を行った直後に第１の露出値の下で前記オートフォーカス処理を行うようにしたものである。

請求項９記載の撮影装置では、露出制御手段を、第２の輝度検出及びオートフォーカス処理に用いるべき電子シャッタ機能のシャッタ速度が所定の速度範囲外となる場合には、絞り手段を駆動して絞り値を変化させて、シャッタ速度を所定の速度範囲内とするようにしたものである。

請求項１０記載の撮影装置では、オートフォーカス処理の際には、第３の露出値に応じて決定された電子シャッタ機能のシャッタ速度で作動させることができるフレームレートのうち最もレートの高いフレームレートを選択してイメージセンサを駆動させるフレームレート変更手段を備えたものである。

請求項１１記載の撮影装置では、照明光照射手段は、被写体輝度が一定レベルよりも低い場合に照明光を照射するようにされ、照明光を照射しない場合には、輝度検出手段によって第１の輝度検出を行った直後に第１の露出値の下でオートフォーカス処理を行うようにしたものである。

請求項１２記載の撮影装置では、輝度検出手段を、第１の輝度検出の際に、異なる複数の露出値を用いてイメージセンサによる露光を行うことによって、測定すべき被写体輝度の範囲を複数の輝度範囲に分割して検出するようにしたものである。

請求項１３記載の撮影装置の制御方法では、照明光を照射する前に測定された被写体輝度に基づいて決定された第１の露出値を用いて第２の露出値を決定し、照明光を照射した状態で前記第２の露出値を用いて、照明光を照射した状態でオートフォーカス処理の際の第３の露出値を決定するための被写体輝度を測定する露光をイメージセンサで行うものである。

請求項１４記載の撮影装置の制御方法では、照明光の光量に基づいたシフト量で第１の露出値をプラス側にシフトして第２の露出値を決定するものである。

本発明によれば、イメージセンサからの画像信号に基づいて撮影レンズの合焦位置を検出するオートフォーカス処理を行う際の露出値を、照明光を照射する前に測定された被写体輝度に基づいて決定された露出値を用いて、例えば照明光の光量に基づいたシフト量でプラ側にシフトさせた露出値でイメージセンサによる露光を行った結果に基づいて決定するから、イメージセンサのダイナミックレンジが狭くても短時間で精度良く照明光を照射した状態の被写体輝度を測定することができ、それに応じた露出値でオートフォーカス処理を行うので、高い精度でオートフォーカス処理を行うことできる。

本発明を実施したデジタルカメラの外観を図１に示す。デジタルカメラ２は、そのカメラ本体３の前面に撮影レンズ４，ストロボ発光部５，照明光照射手段としての補助光照射部６の照射窓６ａを設けてある。また、上面にはレリーズボタン７を設けてあり、背面には各種の操作ボタンと、ＬＣＤ８（図２参照）を設けてある。

レリーズボタン７は、半押しと、この半押しからさらに押し込んだ全押しとの２段操作になっている。撮影モード下で、レリーズボタン７を押圧操作していないときには、撮影範囲内の被写体像がＬＣＤ８に連続的に表示される、いわゆるスルー画像の表示が行われる。レリーズボタン７が半押しとなると、静止画撮影のために、被写体輝度を測定し、その被写体輝度に応じたシャッタ速度，絞り値を決定する静止画用ＡＥ処理と、被写体に撮影レンズ４のピントが合致した合焦位置を調べて、撮影レンズ４をその合焦位置とするＡＦ処理を含む準備処理を行う。また、照射窓６ａからＡＦ補助光を照射してＡＦ処理を行う場合には、静止画用ＡＥ処理の後にＡＦ用ＡＥ処理を行ってからＡＦ処理を行う。

準備処理の後に、静止画撮影処理が行われ、レリーズボタン７を押し込んで全押しとすると、静止画用ＡＥ処理で決定された静止画用のシャッタ速度と絞り値と、ＡＦ処理でピントを合致させた状態で静止画の撮影を行う。この静止画撮影処理で得られる静止画が画像データに変換されて、着脱自在にされたメモリカード９（図２参照）に記録される。

なお、レリーズボタン７を一度の押圧操作で全押しにした場合や、一段操作のレリーズボタン７を押圧操作した場合にも、静止画用ＡＥ処理，ＡＦ用ＡＥ処理，ＡＦ処理を順次に行うように構成することもできる。

ストロボ発光部６は、被写体輝度が不足している場合に、静止画の露光に同期してストロボ光を被写体に向けて照射する。補助光照射部６は、ＡＦ処理のときに被写体輝度が所定レベル以下である場合に、オートフォーカスに必要な明るさを確保するために照射窓６ａから被写体に向けてＡＦ補助光を照射する。

なお、この例では、オートフォーカス処理の際に照明光を被写体に向けて照射する照明光照射手段として、ＡＦ専用に設けた補助光照射部６を用いているが、照明光照射手段としては、これに限られるものではなく、他の目的で設けた光源装置を照明光照射手段として用いてもよい。例えばストロボ装置をオートフォーカス処理の際に発光させてもよいし、暗い場所での撮影者のフレーミングを容易にするための光を照射する光源装置をオートフォーカス処理の際に点灯させてもよい。

図３に上記デジタルカメラ２の構成を示す。システム制御部１０は、レリーズボタン７や各種の操作ボタン等からなる操作部１１からの操作信号に基づいて、デジタルカメラ２の各部を制御する。

撮影レンズ４の背後にイメージセンサ１２を配してあり、この撮影レンズ４を透過した被写体光がイメージセンサ１２の受光面に入射する。撮影レンズ４には、ピントを調節するためのフォーカス機構１３，イメージセンサ１２への入射光量を調節するための絞り機構１４を組み込んである。フォーカス機構１３は、撮影レンズ４を構成するフォーカスレンズを移動してピント合せを行うものであり、フォーカスレンズの他に、これ移動させるモータやモータドライバ等で構成される。絞り機構１４は、撮影レンズ４の光軸上に絞り開口を形成する絞り羽根やこれを駆動するアクチュエータ等から構成してある。これらフォーカス機構１３、絞り機構１４は、システム制御部１０によって駆動が制御される。

イメージセンサ１２は、例えばＣＣＤ型のものを用いており、その受光面に多数の受光素子を設けてある。このイメージセンサ１２は、タイミングジェネレータ１６からの各種の駆動信号により駆動され、各受光素子で被写体光を電荷に変換して蓄積し、その蓄積した電荷をアナログの画像信号に変換して出力する。これにより、露光した被写体像を電気的な信号に変換している。なお、イメージセンサ１２としては、ＣＣＤ型のものに限られるものではない。

イメージセンサ１２は、タイミングジェネレータ１６からの電子シャッタパルスの入力によって、それまでに蓄積した電荷を掃き出して消去することで電荷蓄積時間を調節する電子シャッタ機能を有しており、電子シャッタパルスのフレーム期間中の入力期間を調節することで、露光時間すなわち電子シャッタのシャッタ速度を調節することができる。この例では、このイメージセンサ１２の電子シャッタのシャッタ速度と、絞り機構１４の絞り値によって、露光量を調節する。

タイミングジェネレータ１６は、各種動作を所定のタイミングで行うための各種のパラメータがシステム制御部１０によって設定され、イメージセンサ１２を駆動するための駆動信号や各部を同期動作させるための同期信号等を発生する。このタイミングジェネレータ１６に設定するパラメータにより、イメージセンサ１２の電子シャッタのシャッタ速度や、イメージセンサ１２が電荷の蓄積、電荷の読出しを繰り返し行う際のフレームレートを変更することができる。なお、この例におけるタイミングジェネレータ１６は、パラメータが設定された次のフレーム期間にその設定内容が有効になるものを用いている。

イメージセンサ１２からの画像信号は、アナログ信号処理部１７に送られる。アナログ信号処理部１７は、ＣＤＳ回路，ＡＭＰ回路から構成してあり、相関二重サンプリング，画像信号の増幅をイメージセンサ１２の電荷読み出し動作に同期して行う。Ａ／Ｄ変換器１８は、アナログ信号処理部１７からの画像信号を画像データに変換して出力する。

Ａ／Ｄ変換器１８からの画像データは、画像入力コントローラ１９に送られる。画像入力コントローラ１９は、バス２１への画像データの入力を制御する。バス２１には、システム制御部１０，画像処理部２２，圧縮伸張部２３，ＡＦ検出部２４，ＡＥ検出部２５，メディアコントローラ２６，内部メモリ２７，ＶＲＡＭ２８が接続されており、これら各部はバス２１を介してシステム制御部１０に制御されるとともに、相互間でデータの授受が可能になっている。

画像処理部２２は、画像データに対して、色補間，γ補正，ホワイトバランス補正，ＹＣ変換等の所定の画像処理を行う。圧縮伸張部２３は、メモリカード９に記録すべき画像データを所定の圧縮形式、例えばＪＰＥＧ形式によってデータ圧縮し、またメモリカード９から読み出した画像データのデータ伸張を行う。

ＡＦ検出部２４は、システム制御部１０，フォーカス機構１３とともにピント制御手段を構成している。このＡＦ検出部２４は、撮影レンズ４のピント合せのために、画像入力コントローラ１９からの画像データを用いて、撮影画面内に設定された所定の検出領域から高周波成分を抽出し、各高周波成分を積算したＡＦ評価値をシステム制御部１０に出力する。システム制御部１０は、ＡＦ評価値が最大となるように、すなわち被写体画像のコントラストが最大となる位置を合焦位置として、撮影レンズ４のピント位置が合焦位置となるようにフォーカス機構１３を駆動して、被写体に撮影レンズ４のピントを合致させる。

ＡＥ検出部２５は、イメージセンサからの画像信号に基づいて被写体の輝度を検出する輝度検出手段であり、画像入力コントローラ１９からの画像データに基づいて、検出領域についての被写体輝度の検出を行い、それを露出制御手段として機能するシステム制御部１０に送る。システム制御部１０は、被写体輝度に基づいてイメージセンサ１２のシャッタ速度，絞り装置１４の絞り値を決定する。

なお、ＡＦ評価値を生成するための検出領域と、被写体輝度を生成するため検出領域とは必ずしも同じでなくてもよいが、後述するＡＦ用ＡＥ処理を行う場合における検出領域はＡＦ評価値を生成するための検出領域と同じにする。

メディアコントローラ２６は、メモリカード９のデータの書き込み及び読み出しを制御する。記録すべき画像データは、画像処理部２２，圧縮伸張部２３によって画像処理，データ圧縮処理が施されてから、メディアコントローラ２６に送られて、メモリカード９に書き込まれる。また、再生時には、メディアコントローラ２６によってメモリカード９から画像データが読み出され、圧縮処理部２２によってデータ伸長が行われる。

内部メモリ２７は、画像処理部２２で処理中の画像データなどが一時的に書き込まれる。また、ＶＲＡＭ２８には、ＬＣＤ８に表示すべき画像データが書き込まれる。Ｄ／Ａ変換器３１は、所定の周期でＶＲＡＭ２８上の画像データを読み出すことにより、画像データに基づいた画像をＬＣＤ８に表示する。撮影モード下では、イメージセンサ１２による露光が繰り返され、その画像データが画像処理を施されてから次々にＶＲＡＭ２８に書き込まれることにより、スルー画像がＬＣＤ８に表示される。また、再生モード下では、メモリカード９から読み出されてデータ伸張された画像データがＶＲＡＭ２８に書き込まれることにより、メモリカード９に記録されている撮影済みの画像が表示される。

ストロボ装置３２は、ストロボ発光部５の内部に組み込まれたストロボ放電管やそれを発光させるための回路から構成されており、システム制御回路１０の制御下でストロボ光を出力する。

補助光照射部６は、光源としてのＬＥＤ３３，このＬＥＤ３３を駆動する駆動回路３４から構成してある。この補助光照射部６は、システム制御部１０に制御されており、被写体輝度が一定レベルより低い場合に、駆動回路３４によってＬＥＤ３３が一定の明るさで点灯され、その光がＡＦ補助光として照射窓６ａから被写体に向けて照射される。なお、補助光照射部６によるＡＦ補助光の照射エリアは、ＡＦ評価値を生成するための検出領域をカバーするように決められている。また、ＡＦ補助光を照射するか否かの判断基準となる被写体輝度の一定レベルは、例えば被写体像のコントラストを十分な精度で検出できるか、正確に合焦位置を検出できるかどうかを基準に決定すればよく、ストロボ光等の補助光を照射しない通常撮影で適正な露光量が得られる輝度レベルであるどうかの基準と同じにする必要はない。

レリーズボタン７の半押しに応答して行われる静止画用ＡＥ処理は、レリーズボタン７の全押しに応答して静止画を撮影する際に用いる露出値、すなわちイメージセンサ１２の電子シャッタ機能のシャッタ速度、絞り機構１４の絞り値の組み合せを決定するための処理である。この静止画用ＡＥ処理では、イメージセンサ１２のダイナミックレンジが狭いことを考慮して、種々想定される撮影シーンの明るさ範囲を、イメージセンサ１２によって測定可能な範囲の複数の測定範囲に分割して測定する。この測定のために、システム制御部１０の制御により、測定範囲ごとに測定範囲に対応したシャッタ速度、絞り値の組み合せの下でイメージセンサ１２による露光を行う。

ＡＦ用ＡＥ処理は、ＡＦ補助光を照射した状態でＡＦ処理を行うために、イメージセンサ１２の電子シャッタ機能のシャッタ速度、絞り機構１４の絞り値の組み合せを決定する処理である。このＡＦ用ＡＥ処理は、静止画用ＡＥ処理で測定した被写体輝度が一定レベルよりも低いとシステム制御部１０によって判断された場合に実行される。

ＡＦ用ＡＥ処理は、ＡＦ補助光を被写体に向けて照射した状態でイメージセンサ１２が露光したときに得られる画像データに基づいて、ＡＥ検出部２５によって被写体輝度を検出し、その被写体輝度に基づいてシステム制御部１０がシャッタ速度、絞り値を決定する。このＡＦ用ＡＥ処理におけるイメージセンサ１２の露光時には、ＡＦ補助光を照射することによって測定すべき被写体輝度が増大することが予想されることを考慮し、静止画用ＡＥ処理で求めた露出値をプラス側にシフトした露出値を用いて露光を行う。

図３に示すように、静止画用ＡＥ処理によって求められた露出値をＥＶ１とした場合、この設定された露出値ＥＶ１を挟んでイメージセンサ１２の性能等から決まる一定の測定可能範囲の被写体輝度が測定可能となる。ＡＦ用ＡＥ処理では、ＡＦ補助光の照射により、測定すべき被写体輝度が上昇することが予想されるため、静止画用ＡＥ処理によって決めた露出値ＥＶ１よりもプラス側にΔＥＶだけシフトした露出値ＥＶ２を用いて露光を行う。これにより、ＡＦ用ＡＥ処理での被写体輝度の測定可能範囲をΔＥＶだけプラス側にシフトさせ、ＡＦ補助光の照射に対応できるようにする。すなわち、ＡＦ補助光の照射により、ＡＦ補助光を照射した状態で被写体輝度を測定する際に、過度の露出オーバとなって被写体輝度が測定できなくならないようにしている。

シフト量ΔＥＶは、ＡＦ補助光の光量に関連づけて決定される。例えば、ＡＦ補助光が有効に照射されかつ通常想定される撮影距離の被写体にＡＦ補助光を照射した場合の輝度増加分だけ露出値をプラス側にシフトするように決定するのもよい。また、撮影レンズや撮影モードに応じてピント位置が合致する撮影距離の範囲が決まっているから、その撮影距離の範囲内の最短撮影距離の被写体にＡＦ補助光を照射したときに、その被写体の輝度が測定可能範囲内に入るようにシフト量ΔＥＶを決めておくことも好ましい。なお、撮影距離が遠くなるほど被写体輝度の増加が少なくなり、ある程度の距離になれば被写体輝度がほとんど増加しないことになる。このため、イメージセンサ１２のダイナミックレンジを考慮して、露出値ＥＶ２としたときに、静止画用ＡＥ処理で測定した被写体輝度（ＥＶ１）が測定可能範囲内となるようにシフト量ΔＥＶを決定するのが好ましい。

ＡＦ処理では、ＡＦ補助光を照射しない場合には静止画ＡＥ処理で決定された露出値を用いて、またＡＦ補助光を照射する場合にはＡＦ用ＡＥ処理で決定された露出値を用いてイメージセンサ１２の露光を各ピント位置で行い、得られるＡＦ評価値を参照してコントラストの増減を判断し、最もコントラストの高い位置にする。なお、この例では、いわゆる山登り方式でピントが合致する位置を検出するが、イメージセンサ１２からの画像信号に基づいた他の方式でピントが合致する位置を検出してもよい。

絞り機構１４を駆動する場合に、これを所定の絞り値とするまでにタイムロスが生じる。このため、ＡＦ用ＡＥ処理とＡＦ処理とで同じ絞り値を用いるようにし、ＡＦ用ＡＥ処理からＡＦ処理に移行する際のタイムロスをなくしている。また、レリーズボタン７の全押しに応答して行われる静止画の撮影に用いる絞り値、すなわち静止画用ＡＥ処理で決定される絞り値をＡＦ処理を用いることで、ＡＦ処理から静止画の撮影に移行する際に絞り機構１４を駆動することによるタイムロスをなくしている。なお、このようにすることにより、ＡＦ用ＡＥ処理に用いられる絞り値にいついても、静止画用ＡＥ処理で決定されて静止画の撮影に用いられるものと同一のものが用いられる。

具体的には、絞り機構１４を静止画用ＡＥ処理で決定された絞り値に駆動したのち、ＡＦ用ＡＥ処理では、シャッタ速度をシフト量ΔＥＶだけ高速側にシフトして露光を行い、ＡＦ用ＡＥ処理で決定される露出値に対してもシャッタ速度を変化させることにより対応する。

図４に一例を示すように、静止画用ＡＥ処理で求められた露出値ＥＶ１に対して、所定のプログラム線ＰＬによりシャッタ速度ＴＶ１、絞り値ＡＶ１が決定された場合、ＡＦ用ＡＥ処理では、露出値をシフト量ΔＥＶ増加させる際に、絞り値ＡＶ１を固定したまま、シャッタ速度を高速側にシフト量ΔＥＶでシフトしたシャッタ速度ＴＶ２（＝ＴＶ１＋ΔＥＶ）とする。また、ＡＦ用ＡＥ処理において測定された被写体輝度に対する適正な露出値をＥＶ３とすれば、ＡＦ処理では、絞り値ＡＶ１の下で露出値ＥＶ３となるシャッタ速度ＴＶ３（＝ＥＶ３―ＡＶ１）を用いる。

また、この例ではＡＦ処理を高速化するために、静止画ＡＥ処理またはＡＦ用ＡＥ処理で決定されたシャッタ速度に応じて、ＡＦ処理の際のイメージセンサ１２のフレームレートを切り換える。ＡＦ処理用のフレームレートには、異なる例えば３種類のフレームレートが用意されており、設定されるシャッタ速度でイメージセンサ１２を駆動することができる最もレートの高いフレームレートをシステム制御部１０が選択し、その選択したフレームレートでイメージセンサ１２を駆動するようにタイミングジェネレータ１６にパラメータを設定する。これにより、ＡＦ処理中のフレーム期間の長さを短くしてピント合せに必要な時間を短縮させている。

なお、この例におけるＡＦ処理ではイメージセンサ１２に電子シャッタパルスを入力している期間に撮影レンズ４のピント位置の移動を行って同一のフレーム期間中に撮影レンズ４のピント位置の移動と露光とを行うようにしているから、その撮影レンズ４のピント位置の移動に要する時間も考慮してフレームレートが選択される。また、絞り値を固定したままシャッタ速度を変えるようにしているが、撮影感度が可変の場合には、シャッタ速度の他に撮影感度を変化させてもよい。また、ＡＦ用ＡＥ処理で決定しＡＦ処理で用いる露出値ＥＶ３は、ＡＦ処理において良好に合焦位置を検出できる値として決定することができる。

次に上記構成の作用について、図５のフローチャートと、図６，図７のタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図６は、ＡＦ補助光を照射しない場合のタイミングチャートを示しており、図７はＡＦ補助光を照射する場合のタイミングチャートを示している。

レリーズボタン７を半押しとすると、これ応答して静止画用ＡＥ処理が開始される。レリーズボタン７が半押しとされた直後のフレーム期間を１番目とすると、例えばこの１番目のフレーム期間中に、静止画用ＡＥ処理の第１回の測光のためのシャッタ速度を含むパラメータがシステム制御部１０によってタイミングジェネレータ１６に設定される。

そして、２番目のフレーム期間となると、その期間開始時から電子シャッタパルスの入力されている間に、システム制御部１０により絞り機構１４が駆動されて、第１回の測光のための絞り値とされ、この後に電子シャッタパルスの入力が停止されて、イメージセンサ１２による露光Ｅ０１が行われる。この露光Ｅ０１のシャッタ速度は、１番目のフレーム期間中にタイミングジェネレータ１６に設定されたパラメータに基づくものとなっている。

露光Ｅ０１の完了後、３番目のフレーム期間となると、露光Ｅ０１によってイメージセンサ１２に蓄積された各電荷の転送が開始されて画像信号が出力される。この画像信号は、アナログ信号処理回路１７，Ａ／Ｄ変換器１８を介して画像データに変換されてから、画像入力コントローラ１９を介してＡＥ検出部２５に送られる。

また、露光Ｅ０１が行われている２番目のフレーム期間には、露出値を第１回の測光よりも小さくした第２回の測光のためのシャッタ速度を含むパラメータがタイミングジェネレータ１６に設定され、３番目のフレーム期間となると、絞り機構１４が第２回の測光のための絞り値とされてから、イメージセンサ１２による露光Ｅ０２が行われる。そして、４番目のフレーム期間に露光Ｅ０２による画像信号が出力され、その画像データがＡＥ検出部２５に送られる。

同様にして、露光Ｅ０２が行われている３番目のフレーム期間に、第３回の測光のためのシャッタ速度が設定され、４番目のフレーム期間に絞り機構１４が第３回の測光のための絞り値とされてから、露光Ｅ０３が行われる。そして、５番目のフレーム期間に露光Ｅ０３の画像データがＡＥ検出部２５に送られる。

第３回の測光は、最も絞り値が小さくされており、スメアの影響を受けやすいため、第３回の測光の後に絞りを変えずにスメア検出を行う。４番目のフレーム期間中にタイミングジェネレータ１６に対してスメア検出のための設定が行われ、５番目のフレーム期間中に露光Ｅ０４が行われる。この露光Ｅ０４は、露光Ｅ０３と同じシャッタ速度で電荷蓄積を行うが、その蓄積した電荷をイメージセンサ１２の垂直転送路に移動させずに、６番目のフレーム期間中に、垂直，水平転送路内での電荷が転送させるように駆動を行う。これにより、被写体像の成分を含まないスメア成分だけの画像データをＡＥ検出部２５に取り込む。

上記のようにして、スメア成分の画像データの入力が完了すると、７番目のフレーム期間では、ＡＥ検出回路２５によってスメア成分の画像データに基づいて露光Ｅ０３の画像データからスメア成分を除去する補正が行われる。そして、この補正された画像データと、第１，第２回の各測光で得られる画像データを用いて、検出領域の被写体輝度がＡＥ検出部２５によって求められ、この被写体輝度がシステム制御部１０に送られる。

被写体輝度がシステム制御部１０に入力されると、この被写体輝度から静止画を撮影するための露出値ＥＶ１が求められ、この露出値ＥＶ１が所定のプログラム線に基づいてシャッタ速度ＴＶ１と絞り値ＡＶ１との組み合せに変換される。さらに、被写体輝度からＡＦ補助光の発光の要否がシステム制御部１０によって判定される。

例えば、被写体輝度が一定レベル以上の場合には、ＡＦ補助光が不要と判定される。そして、この場合には、図６に示されるように、静止画用ＡＥ処理に続いてＡＦ処理が開始される。８番目のフレーム期間となってＡＦ処理が開始されると、まずこの８番目のフレーム期間に、静止画用ＡＥ処理で決定された絞り値ＡＶ１となるように絞り機構１４が駆動されるとともに、そのシャッタ速度ＴＶ１を含むパラメータがタイミングジェネレータ１６に設定される。また、この８番目のフレーム期間と続く９番目のフレーム期間に、フォーカス機構１３が合焦位置を検出する動作の初期位置に駆動される。

初期位置への駆動が完了して１０番目のフレーム期間になると、合焦位置を検出するための１回目の露光Ｅ１１が行われ、１１番目のフレーム期間にその露光Ｅ１１の結果が画像信号として出力され、１２番目のフレーム期間中にはその露光のＡＦ評価値がＡＦ検出部２４によって求められシステム制御部１０に送られる。

また、１１番目のフレーム期間では、イメージセンサ１２に電子シャッタパルスが入力されている間に、フォーカス機構１３が次のピント位置に駆動され、その駆動後に２回目の露光Ｅ１２が行われる。そして、露光Ｅ１２の画像信号が１２番目のフレーム期間中に出力されて１３番目のフレーム期間中にＡＦ評価値がＡＦ検出部２４によって求められシステム制御部１０に送られる。以降、同様にして、フォーカス機構１３を駆動しながら、露光を順次に行いＡＦ評価値が最大となる合焦位置を検出する。そして、合焦位置が検出されると、フォーカス機構１３をその合焦位置とするように駆動してから、静止画撮影処理が開始されレリーズボタンが全押しとされるのを待つ待機状態となる。

待機状態中にレリーズボタン７が全押しとされると、タイミングジェネレータ１６に、静止画用ＡＥ処理で決定されたシャッタ速度ＴＶ１を含む静止画を撮影するためのパラメータが設定され、その設定後のフレーム期間で、絞り値ＡＶ１，シャッタ速度ＴＶ１で静止画のための露光が行われる。この露光で得られる画像データが画像処理部２２による画像処理、圧縮伸張部２３によるデータ圧縮を経てメディアコントローラ２６に送られてメモリカード９に記録される。

一方、被写体輝度が一定レベルよりも低い場合には、システム制御部１０によってＡＦ補助光が必要と判定される。この場合には、図７に示されるように、８番目のフレーム期間となってＡＦ用ＡＥ処理が開始されると、静止画用ＡＥ処理で決定された絞り値ＡＶ１となるように絞り機構１４が駆動されるとともに、ＡＦ補助光を照射にともなう被写体輝度の増大に対応できるようにするために、静止画用ＡＥ処理で決定されたシャッタ速度ＴＶ１をシフト量ΔＥＶだけ増加させたシャッタ速度ＴＶ２を含むパラメータがタイミングジェネレータ１６に設定される。また、ＬＥＤ３３が点灯されてＡＦ補助光の照射が開始される。

なお、上記のようにしてシャッタ速度をシフト量ΔＥＶで補正した結果、そのシャッタ速度ＴＶ２がイメージセンサ１２の最も高速なシャッタ速度ＴＶｍａｘを超える場合には、ＡＦ補助光を用いなくてもある程度の明るさがあるものとして、シャッタ速度の補正をキャンセルしＡＦ補助光を照射しない場合と同じ処理を行う。

９番目のフレーム期間になると、上記のように設定された絞り値ＡＶ１，シャッタ速度ＴＶ２によってＡＦ用ＡＥ処理における露光Ｅ２１行われ、１０番目のフレーム期間にその露光Ｅ２１の結果が画像信号として出力される。そして、１１番目のフレーム期間中には、その露光Ｅ２１の画像データからＡＥ検出部２５によって被写体輝度が求められ、その被写体輝度がシステム制御部１０に送られる。これにより、ＡＦ補助光を照射しながらＡＦ処理を行う際の検出領域の被写体輝度に対して適切な露出値ＥＶ３が求められ、さらにこの露出値ＥＶ３と、絞り値ＡＶ１とからＡＦ処理で用いるシャッタ速度ＴＶ３がシステム制御部１０によって求められる。

このように、ＡＦ補助光を照射しない状態、すなわち直前に行われた静止画ＡＥ処理の露出値ＥＶ１をシフト量ΔＥＶで増加させた露出値ＥＶ２を用いてＡＦ補助光を照射した状態での被写体輝度を測定しているため、１回の測定で被写体輝度を精度良く測定することができ、露出値を変えながら複数回の露光を行うよりも高速に被写体輝度の測定を行うことができる。また、露出オーバによる測定ミスも防止できる。

１２番目のフレーム期間となってＡＦ処理が開始されると、ＡＦ処理用のシャッタ速度ＴＶ３を含むパラメータがタイミングジェネレータ１６に設定される。このときに、フレームレートのパラメータとしては、シャッタ速度ＴＶ３でイメージセンサ１２を駆動することができる最もレートの高いフレームレートのものが設定される。また、この１２番目のフレーム期間と続く１３番目のフレーム期間に、フォーカス機構１３が合焦位置を検出する動作の初期位置に駆動される。以降、１３番目のフレーム期間からの動作はＡＦ補助光を照射しない場合のＡＦ処理と同様な手順により、フォーカス機構１３を駆動しながら、露光を順次に行いＡＦ評価値が最大となる合焦位置が検出され、その合焦位置とするように駆動される。このときに、ＡＦ用ＡＥ処理で決定した露出値でイメージセンサ１２の露光を行うため、良好な状態で合焦位置を検出することができる。

ＬＥＤ３３を消灯してから、静止画撮影処理の待機状態となり、この待機状態中にレリーズボタン７が全押しとされると、タイミングジェネレータ１６に、静止画を撮影するためのパラメータが設定され、絞り値ＡＶ１，シャッタ速度ＴＶ１で静止画のための露光が行われる。このときに、絞り機構１４を駆動する必要がないので小さいタイムラグで静止画のための露光を開始することができる。そして、この露光で得られる画像データに画像処理、データ圧縮を施したものがメモリカード９に記録される。

図８は、マクロ撮影を行う場合と、通常撮影を行う場合とで、ＡＦ用ＡＥ処理の際の露出値のシフト量を変えるようにした例を示すものである。なお、以下に詳細を説明する他は、上記実施形態と同様であり、実質的に同一の構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

デジタルカメラ２は、撮影距離が数ｍ〜無限遠に適した通常撮影モードと、被写体に近接した撮影距離、例えば数十ｃｍ前後の被写体の撮影に適したマクロ撮影モードとを操作部１１の操作で選択できるようにしてある。

図８に示されるように、通常撮影モード下でのＡＦ用ＡＥ処理では、この通常撮影モード下においてＡＦ補助光が有効に照射されかつ通常想定される撮影距離の被写体にＡＦ補助光を照射した場合の輝度増加分だけ露出値をプラス側にシフトするように決定されたΔＥＶａを用いて、露出値をプラス側にシフトする。一方、マクロ撮影モード下でのＡＦ用ＡＥ処理では、撮影距離が近いため、ＡＦ補助光を照射した場合には通常撮影モードよりも被写体輝度が大きく増大すること予想されるためシフト量ΔＥＶａよりも大きなシフト量ΔＥＶｂを用いて露出値をプラス側にシフトする。シフト量ΔＥＶｂは、例えばマクロ撮影モードで通常想定される撮影距離とＡＦ補助光の光量に基づいて決定してもよく、それぞれの撮影モードの最短撮影距離の被写体にＡＦ補助光を照射したときに、その被写体の輝度が測定可能範囲内に入るようにシフト量ΔＥＶを決めておくことも好ましい。

なお、この例ではマクロ撮影と通常撮影とで露出値のシフト量を切り換えているが、これに限らず他の撮影距離の範囲が異なるモードごとにシフト量を切り換えるようにすることができる。

図９は、シャッタ速度をシフト量ΔＥＶで補正した結果、そのシャッタ速度ＴＶ２がイメージセンサ１２の最も高速なシャッタ速度ＴＶｍａｘを超える場合に、シャッタ速度ＴＶ２がシャッタ速度ＴＶｍａｘ以下となるように絞り機構１４を絞り込み、ＡＦ用ＡＥ処理，ＡＦ処理を実施するようにした例を示すものである。これによれば、絞りを駆動するための時間が必要になるものの補助光ＡＦを照射して好ましい状態で精度の高いＡＦ処理を行うことができる。なお、シャッタ速度が最も高速なシャッタ速度ＴＶｍａｘを超える場合の他にも、動作可能なシャッタ速度の範囲外となる場合にも絞りを駆動して、動作可能なシャッタ速度の範囲内とするようにしてもよい。また、絞り値に変えて撮影感度を変えるようにしてもよい。

上記各実施形態では、撮影装置としてデジタルカメラについて説明したが、イメージセンサからの画像信号に基づいて合焦位置の検出、被写体輝度の検出を行う各種の撮影装置及びその制御方法に本発明を利用することができる。

本発明を実施したデジタルカメラの外観を示す斜視図である。 デジタルカメラの構成を示すブロック図である。 静止画用ＡＥ処理で決定される露出値とＡＦ用ＡＥ処理で用いられる露出値の関係を示すグラフである。 静止画用ＡＥで決定される絞り値，シャッタ速度と、ＡＦ用ＡＥ処理，ＡＦ処理で用いられる絞り値，シャッタ速度との関係の一例を示すグラフである。 レリーズボタンの操作に応答して行われる撮影の手順を示すフローチャートである。 ＡＦ補助光を照射しない場合におけるレリーズ半押し時の各部の動作を示すタイミングチャートである。 ＡＦ補助光を照射する場合におけるレリーズ半押し時の各部の動作を示すタイミングチャートである。 通常撮影モードとマクロ撮影モードとでシフト量を切り換える例における撮影の手順を示すフローチャートである。 ＡＦ用ＡＥ処理の際に絞りの駆動を許容した例における撮影の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ デジタルカメラ
６ 補助光照射部
１０ システム制御部
１２ イメージセンサ
１３フォーカス機構
１４ 絞り機構
１２ イメージセンサ
２４ ＡＦ検出部
２５ ＡＥ検出部

Claims (14)

1. 撮影レンズからの被写体光を受光して被写体像を電気的な画像信号に変換して出力するイメージセンサと、レリーズボタンの操作に応答して、イメージセンサからの画像信号に基づいて合焦位置を検出するオートフォーカス処理を行うピント制御手段と、オートフォーカス処理の際に照明光を被写体に向けて照射する照明光照射手段とを備えた撮影装置において、
   照明光を照射しない状態でのイメージセンサの露光から得られる画像信号に基づいて被写体輝度を検出する第１の輝度検出を行うとともに、第１の輝度検出後に、照明光を照射した状態でのイメージセンサの露光から得られる画像信号に基づいて被写体輝度を検出する第２の輝度検出を行う輝度検出手段と、
   第１の輝度検出に基づいて決定した第１の露出値を用いて第２の露出値を決定し、この第２の露出値を用いて第２の輝度検出のための露光を前記イメージセンサに行わせ、第２の輝度検出で検出された被写体輝度に基づいてオートフォーカス処理の際の第３の露出値を決定する露出制御手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。
2. 前記露出制御手段は、前記照明光照射手段から照射される照明光の光量に基づいたシフト量で第１の露出値をプラス側にシフトして第２の露出値を決定することを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
3. 通常撮影距離の被写体を撮影する通常撮影モードと、この通常撮影距離よりも距離が短く近接した被写体を撮影するマクロ撮影モードとを有し、前記露出制御手段は、通常撮影モードが選択されているときには、通常撮影モードに対応して予め決められたシフト量を用いて第２の露出値を決定し、マクロ撮影モードが選択されているときには、通常撮影モードのシフト量よりも大きい値としてマクロ撮影モードに対応して予め決められシフト量を用いて第２の露出値を決定することを特徴とする請求項２項に記載の撮影装置。
4. 前記露出制御手段は、前記照明光照射手段からの照明光を照射したときに、予め決められた最短撮影距離の被写体の輝度が測定可能範囲内となるように決められたシフト量を用いて第２の露出値を決定することを特徴とする請求項２または３記載の撮影装置。
5. 前記第１の輝度検出は、静止画の撮影の際の露出値を決定するために行われる被写体輝度の検出であり、前記輝度検出手段は、レリーズボタンの操作に応答して、第１の輝度検出を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮影装置。
6. 前記イメージセンサに入射する光量を調節する絞り手段を備えるとともに、前記イメージセンサは、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有し、前記露出制御手段は、第２の輝度検出に用いる前記絞り手段による絞り値とオートフォーカス処理の際に用いる絞り値とを同一とし、この絞り値の下で第２の露出値及び第３の露出値となるように前記電子シャッタ機能のシャッタ速度を決定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の撮影装置。
7. 前記イメージセンサに入射する光量を調節する絞り手段を備えるとともに、前記イメージセンサは、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有し、前記露出制御手段は、前記オートフォーカス処理の後に行われる静止画の撮影のために用いる前記絞り手段による絞り値と、前記第２の輝度検出に用いる絞り値と、前記オートフォーカス処理に用いる絞り値とを同一とし、前記電子シャッタ機能のシャッタ速度によって露出値を調節することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の撮影装置。
8. 前記露出制御手段は、前記第２の輝度検出及び前記オートフォーカス処理に用いるべき前記電子シャッタ機能のシャッタ速度が所定の速度よりも高速となる場合には、前記照明光照射手段による照明光を照射しない状態にし、前記輝度検出手段によって第１の輝度検出を行った直後に第１の露出値の下で前記オートフォーカス処理を行うことを特徴とする請求項６または７記載の撮影装置。
9. 前記露出制御手段は、前記第２の輝度検出及び前記オートフォーカス処理に用いるべき前記電子シャッタ機能のシャッタ速度が所定の速度範囲外となる場合には、前記絞り手段を駆動して絞り値を変化させて、シャッタ速度を所定の速度範囲内とすることを特徴とする請求項６または７記載の撮影装置。
10. 前記オートフォーカス処理の際には、第３の露出値に応じて決定された前記電子シャッタ機能のシャッタ速度で作動させることができるフレームレートのうち最もレートの高いフレームレートを選択して前記イメージセンサを駆動させるフレームレート変更手段を備えたことを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の撮影装置。
11. 前記照明光照射手段は、被写体輝度が一定レベルよりも低い場合に照明光を照射するようにされ、照明光を照射しない場合には、前記輝度検出手段によって第１の輝度検出を行った直後に第１の露出値の下で前記オートフォーカス処理を行うことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の撮影装置。
12. 前記輝度検出手段は、前記第１の輝度検出の際に、異なる複数の露出値を用いて前記イメージセンサによる露光を行うことによって、測定すべき被写体輝度の範囲を複数の輝度範囲に分割して検出することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の撮影装置。
13. 撮影レンズからの被写体光をイメージセンサで受光して得られる画像信号に基づいて、被写体の輝度を測定するとともに撮影レンズの合焦位置を検出するオートフォーカス処理を行い、このオートフォーカス処理の際に被写体に照明光を照射する照明光照射手段を備えた撮影装置の制御方法において、
    照明光を照射する前に測定された被写体輝度に基づいて決定された第１の露出値を用いて第２の露出値を決定し、照明光を照射した状態で前記第２の露出値を用いて、照明光を照射した状態でオートフォーカス処理の際の第３の露出値を決定するための被写体輝度を測定する露光をイメージセンサで行うことを特徴とする撮影装置の制御方法。
14. 前記照明光の光量に基づいたシフト量で第１の露出値をプラス側にシフトして第２の露出値を決定することを特徴とする請求項１３記載の撮影装置の制御方法。

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