(57)【要約】【課題】電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングが、ラインごとまたは画素ごとに制御されるイメージセンサを備えた撮像装置について、フラッシュ撮影を行うときのフラッシュの発光量を最適化する。【解決手段】光電変換素子から出力される画素信号を用いて画像を形成するとともに、所定期間フラッシュをプレ発光させ（Ｓ２０７）、形成された画像から、予備発光期間の開始時以前に電荷の蓄積が開始され且つ予備発光期間の終了時以降に電荷の蓄積が終了した光電変換素子から出力された画素信号（有効画素信号）を抽出する（Ｓ２０８）。抽出された画素信号に基づいて所定の演算を実行することにより、フラッシュの本発光の発光量を決定し（Ｓ２０９）、決定した発光量でフラッシュを本発光させるとともに本画像を取得する（Ｓ２１０）。【選択図】図１０
2010087663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配置され且つランダムアクセスが可能な複数の光電変換素子により構成されるイメージセンサと、
前記光電変換素子の電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングを、ラインごとまたは画素ごとに制御する制御手段と、
前記光電変換素子から出力される画素信号を用いて画像を形成する画像形成手段と、
設定された予備発光期間および本発光期間に、フラッシュライトを駆動するフラッシュライト駆動手段と、
前記画像形成手段により形成された画像から、前記予備発光期間の開始時以前に前記電荷の蓄積が開始され且つ前記予備発光期間の終了時以降に前記電荷の蓄積が終了した光電変換素子から出力された画素信号を抽出し、抽出された画素信号に基づいて所定の演算を実行することにより、フラッシュの本発光の発光量を求める発光量演算手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記発光量演算手段は、前記所定の演算に用いるパラメータを、前記抽出された画素信号の数および／または該画素信号に対応する画素の位置に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画像形成手段により形成された画像と、前記抽出された画素信号に対応する画素を示す目印とを所定画面に出力する表示制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記所定の演算に使用されない画素信号が存在するときに、所定の警告出力を行う警告手段を備え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。
【請求項５】
画像形成手段により形成された画像を所定の記録媒体に記録する手段であって、前記抽出された画素信号を特定する情報を前記画像の付加情報として記録する画像記録手段をさらに備えた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。
【請求項６】
フラッシュ撮影機能を備える撮像装置のフラッシュの制御方法であって、
マトリックス状に配置され且つランダムアクセスが可能な複数の光電変換素子により構成されるイメージセンサについて、前記光電変換素子の電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングを、ラインごとまたは画素ごとに制御し、
所定の予備発光期間、フラッシュを予備発光させるとともに、前記光電変換素子から出力される画素信号を用いて画像を形成し、
前記形成された画像から、前記予備発光期間の開始時以前に前記電荷の蓄積が開始され且つ前記予備発光期間の終了時以降に前記電荷の蓄積が終了した光電変換素子から出力された画素信号を抽出し、
抽出された画素信号に基づいて所定の演算を実行することにより、フラッシュの本発光の発光量を決定し、
フラッシュの発光量を前記決定された発光量に設定して、フラッシュの本発光を行うことを特徴とするフラッシュの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュ撮影機能を備えた撮像装置と、フラッシュの制御方法に関する。詳しくは、電荷の蓄積開始および終了のタイミングを画素単位で制御することが可能な撮像素子により画像を取得し、その画像を使ってフラッシュの発光量を最適化する撮像装置と、その発光量の最適化の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラなどに搭載される撮像素子の主流は、ＣＣＤイメージセンサからＣＭＯＳイメージセンサへと移行しつつある。ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳ  ＬＳＩと同様のプロセスで製造できるため、イメージセンサ以外の回路を同じチップに組み込むことが容易であり、いわゆるシステム・オン・チップに適している。また、信号転送時のノイズ（スミア）の影響を受けにくい、電源の数が少なくてよいなど、ＣＣＤイメージセンサにはない利点がある。
【０００３】
一方、ＣＭＯＳイメージセンサは、その構造上、ＣＣＤイメージセンサのように、すべての画素から同時に信号を出力することができないため、信号の読み出しはラインごとあるいは画素ごとに行われる。この際、信号を出力した画素はその時点から次の電荷の蓄積を開始するので、各画素における電荷の蓄積開始タイミングおよび蓄積終了タイミングは、信号を出力するタイミングに応じて、それぞれ異なることとなる。
【０００４】
一方、デジタルカメラのフラッシュの制御方法として、本撮影前にフラッシュを予備的に発光させ（以下、プレ発光）、プレ発光時に取得された画像を利用して、本撮影時に行うフラッシュ発光（以下、本発光）の発光量を最適化する方法が知られている。この方法は、撮像素子がＣＣＤのときは有効であるものの、画素ごとに電荷の蓄積開始／終了タイミングが異なるＣＭＯＳイメージセンサの場合には不都合が生じる。このため、ＣＭＯＳイメージセンサを備えるデジタルカメラでは、ＣＭＯＳイメージセンサとは別に調光用センサを設け、調光用センサが取得した情報に基づいてフラッシュを制御することが一般的である。
【０００５】
ＣＭＯＳイメージセンサで取得された画像を使用してフラッシュ制御を行う方法としては、特許文献１に示される方法がある。同文献には、上記不都合を解消する方法として、特定のブロック内の画素に電荷が蓄積される期間にプレ発光が行われるように、工場出荷時にプレ発光のタイミングを調節しておき、そのブロックから読み出した信号を用いて本発光を制御する方法が提案されている。
【特許文献１】特許第３６３９７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示される方法は、同文献の第００２８〜００３０段落で説明されているように、プレ発光のタイミングにあわせて特定のブロックから信号を読み出すものである。この方法では、プレ発光の有無に応じて異なる読出制御を行わなければならないが、制御方法の頻繁な切り替えは、動作エラーなどの弊害を生じさせる可能性があり、好ましくない。また、プレ発光や発光量の最適化は、シャッターレリーズボタンの押下後に行われるため、高速処理が要求される。処理時間の観点からも、制御方法の頻繁な切り替えを伴う複雑な処理は、好ましくない。
【０００７】
本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサを備える撮像装置のフラッシュの制御方法として、シャッタースピードが早いとき（すなわち露光時間が短いとき）でも、複雑な読出制御を行うことなく、フラッシュの発光量を最適化することができる方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、マトリックス状に配置され且つランダムアクセスが可能な複数の光電変換素子により構成されるイメージセンサと、光電変換素子の電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングを、ラインごとまたは画素ごとに制御する制御手段を備える。また、その光電変換素子から出力される画素信号を用いて画像を形成する画像形成手段と、設定された予備発光期間および本発光期間に、フラッシュライトを駆動するフラッシュライト駆動手段と、フラッシュの本発光の発光量を求める発光量演算手段を備える。発光量演算手段は、画像形成手段により形成された画像から、予備発光期間の開始時以前に電荷の蓄積が開始され且つ予備発光期間の終了時以降に電荷の蓄積が終了した光電変換素子から出力された画素信号を抽出し、抽出された画素信号に基づいて所定の演算を実行することにより、フラッシュの本発光の発光量を求める。
【０００９】
本発明の方法は、上記撮像装置のフラッシュの制御方法の発明であり、次の手順にしたがってフラッシュを動作させる。まず、所定の予備発光期間、フラッシュを予備発光させるとともに、光電変換素子から出力される画素信号を用いて画像を形成する。続いて、形成された画像から、予備発光期間の開始時以前に電荷の蓄積が開始され且つ予備発光期間の終了時以降に電荷の蓄積が終了した光電変換素子から出力された画素信号を抽出し、抽出された画素信号に基づいて所定の演算を実行することにより、フラッシュの本発光の発光量を決定する。そして、フラッシュの発光量を決定された発光量に設定して、フラッシュの本発光を行う。
【００１０】
ＣＭＯＳイメージセンサのような撮像素子では、電荷の蓄積開始から蓄積終了までの期間が短いとき、すなわちシャッタースピードが速いときに、プレ発光時の被写体からの反射光を受光できない、もしくは一部しか受光できないラインまたは画素が存在することとなる。これに対し、本発明の撮像装置および方法は、本発光時の発光量の演算に、プレ発光時の被写体からの反射光を全て受光した画素の信号のみを使用するので、シャッタースピードが速いときでも、本発光時の発光量を適正な値に設定することができる。
【００１１】
発光量の演算に用いるパラメータは、抽出された画素信号の数（すなわち、演算に利用する画像領域の大きさ）、あるいは画素信号に対応する画素の位置（演算に利用する画像領域の画像全体の中での配置位置）、もしくはその両方に基づいて決定することが好ましい。これにより、発光量を求める演算処理において、抽出された画素信号の数や画素の位置に拘らず、常に均質な演算結果を得ることができる。
【００１２】
また、上記撮像装置は、画像形成手段により形成された画像と、抽出された画素信号に対応する画素を示す目印とを所定画面に出力する表示制御手段をさらに備えることが好ましい。これにより、ユーザは、発光量の演算に使用される画像信号の範囲をモニタで確認することができる。
【００１３】
また、上記撮像装置は、前記演算に使用されない画素信号が存在するときに、所定の警告出力を行う警告手段を備えることが好ましい。この警告出力により、ユーザは、発光量の演算に使用される画像信号の範囲が制限されたことを知り、必要に応じてシャッタースピードを調整することができる。
【００１４】
また、上記デジタルカメラは、画像形成手段により形成された画像を所定の記録媒体に記録する手段であって、抽出された画素信号を特定する情報を画像の付加情報として記録する画像記録手段をさらに備えることが好ましい。これにより、ユーザは、記録媒体から画像とともにこれらの情報を読み出して確認することができる。また、画像ファイルをパソコンに転送してパソコン上で画像処理を施すときに、これらの情報を画像処理に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の撮像装置および制御方法の実施形態として、フラッシュ撮影機能を備えた一眼レフのデジタルカメラと、そのデジタルカメラのフラッシュの制御方法を示す。
【００１６】
図１は、デジタルカメラ１の外観を示す斜視図である。この図に示すように、デジタルカメラ１の前面には、撮像レンズ２が備えられ、デジタルカメラ１の上面には、シャッターレリーズボタン３、フラッシュライト４、付属品の取付口であるホットシュー５、各種設定操作を行うためのモードダイヤル６１、コマンドダイヤル６２、フラッシュボタン６３などの設定操作ボタン６が備えられている。
【００１７】
シャッターレリーズボタン３は、２段階の押下により２種類の動作を指示できる構造を有する。例えば、自動露出調整機能（ＡＥ：Auto Exposure）、自動焦点調節機能（ＡＦ：Auto Focus）を利用した撮影では、デジタルカメラ１は、シャッターレリーズボタン３が軽く押下（半押しともいう）されたときに、自動的に、最適な露出、焦点を設定する。その状態で、シャッターレリーズボタン３が強く押下（全押しともいう）されると、デジタルカメラ１は設定された条件で露光を開始し、露光により得られた１フレーム分の画像データをメモリカードに記録する。
【００１８】
フラッシュライト４はフラッシュ収納部７に内蔵されており、シャッターレリーズボタン３の２段階目の押下操作（全押し操作）と連動して発光動作を行う。フラッシュ収納部７は、自動または手動の操作によりカメラ上部方向に開閉する。図は、フラッシュ収納部７が開いた状態を示している。
【００１９】
フラッシュの発光動作は、ユーザにより設定された撮影モードおよびフラッシュモードによって決まる。撮影モードとしては、撮影に係る全設定をカメラが自動で行うＡＵＴＯモード、撮影に係る全設定をユーザが手動で行うマニュアルモードのほか、プログラムオートモード、シャッター優先オートモード、絞り優先オートモード、ブレ軽減モード、ナチュラルフォトモード、その他人物、風景、夜景など撮影シーンごとのモードが用意されている。撮影モードは、モードダイヤル６１の操作により設定することができる。また、フラッシュモードとしては、周囲の明るさから発光の要否を判断して自動的に発光するオートフラッシュモード、周囲の明るさに拘わらず発光する強制発光モードなどが用意されている。フラッシュモードは、フラッシュボタン６３を押下し、後述するモニタに表示される設定画面において設定することができる。
【００２０】
デジタルカメラ１は、フラッシュ収納部７を閉じた状態で、ホットシュー５に外付フラッシュライトを取り付けて使用することもできる。外付フラッシュライトは、ホットシュー５に取付けられることで機械的・電気的にデジタルカメラ１に接続され、これにより、フラッシュ収納部７に内蔵されたフラッシュライト４と同様、設定されたモードに応じて、シャッターレリーズボタン３の押下操作と連動した発光動作を行うようになる。本発明は、フラッシュライトが内蔵か外付けかによらず適用可能な発明である。
【００２１】
図２は、デジタルカメラ１の背面図である。この図に示すように、デジタルカメラ１の背面には、モニタ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）９と、設定を行うときの選択操作に用いられる十字キー６４、その他ズーム設定ボタンなどの各種設定操作ボタンが備えられている。またデジタルカメラ１の側面に備えられたスロットカバー１０は開閉可能であり、中にはメモリカード用スロットが備えられている。デジタルカメラ１により撮影された画像は、メモリカード用スロットに装填されたｘＤ−ピクチャーカードなどの記録メディアに記録される。
【００２２】
図３は、デジタルカメラ１の内部構成を示す図である。この図に示すように、デジタルカメラ１は、ＣＰＵ４２と、撮影動作の制御に関わる各種制御プログラムおよび各種設定値を記憶する内部メモリ４８を備える。また、デジタルカメラ１は、ＣＰＵ４２からの指示に応じて、前述のシャッターレリーズボタン３および各種設定操作ボタン６を含む操作系から入力される情報を取り込む操作系制御部４３を備えている。ＣＰＵ４２は、デジタルカメラ１を構成する各部と直接もしくはシステムバス５４を介して信号を送受信し、操作系制御部４３から入力される操作情報と、内部メモリ４８に記憶されている制御プログラムにしたがって、内部メモリ４８に記憶されている設定値の更新や、以下に説明する各部の動作を、統括的に制御する。
【００２３】
デジタルカメラ１は、撮像系３０として、撮像レンズ２、絞り３１、シャッター３２、ＣＭＯＳイメージセンサ３３およびそれらを駆動制御する駆動部を備えている。撮像レンズ２は、フォーカスレンズ２１およびズームレンズ２２により構成される。各々のレンズは、モータとモータドライバとからなるフォーカスレンズ駆動部３４およびズームレンズ駆動部３５によって光軸方向に移動可能である。フォーカスレンズ駆動部３４は、後述するＡＦ処理部４５から出力されるフォーカス駆動量データに基づいて、ズームレンズ駆動部３５はズームレバーの操作量データに基づいて、各々のレンズの移動を制御する。
【００２４】
絞り３１は、モータとモータドライバとからなる絞り駆動部３６によって駆動される。この絞り駆動部３６は、後述するＡＥ／ＡＷＢ処理部４６から出力される絞り値データに基づいて絞り径の調整を行う。
【００２５】
シャッター３２は、メカニカルシャッターであり、モータとモータドライバとからなるシャッター駆動部３７によって駆動される。シャッター駆動部３７は、シャッターレリーズボタン３の押下により発生する信号と、ＡＥ／ＡＷＢ処理部４６から出力されるシャッタースピードデータとに応じて、シャッター３２の開閉の制御を行う。
【００２６】
撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサ３３は、これらの光学系の後方に配置される。ＣＭＯＳイメージセンサ３３は、多数の光電変換素子をマトリックス状に配列した受光面を有する。受光面の前方には、各光電変換素子に光を集光するためのマイクロレンズアレイと、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のフィルタが規則的に配列されたカラーフィルタアレイとが配置されている。光学系を通過した光は、この受光面に結像し、光電変換され、光電変換素子ごとに電荷が蓄積される。
【００２７】
蓄積された電荷は、各光電変換素子の後段に配置された増幅素子により、それぞれ増幅される。そして、ＣＭＯＳ駆動部３８から供給される垂直転送クロックおよび水平転送クロックに同期して、１ラインずつアナログ信号として出力される。
【００２８】
以下の説明では、光電変換素子と増幅素子からなる一画素分の素子を、単位素子と称する。また、受光面の最上列をライン１とし、以降順番にライン２、ライン３・・・ラインＮ（Ｎは総列数）と称する。
【００２９】
図４は、ＣＭＯＳイメージセンサ３３の各ラインを構成する単位素子の動作を、横軸を時間の流れとして表したチャート図である。同図が示すように、各単位素子に蓄積された電荷を、ライン１から順番にラインごとに出力した場合、１ラインあたりの出力時間をＴoとすると、１フレームの出力にかかる時間はＴo・Ｎとなる。
【００３０】
従来、撮像素子として採用されることが多かったＣＣＤは、１フレーム分の出力が完了した後に、全単位素子が一斉に次の露光（電荷の蓄積）を開始する。これに対し、ＣＭＯＳイメージセンサの各単位素子は、蓄積されていた電荷を出力すると直ちに次の電荷の蓄積を開始する。このためＣＭＯＳイメージセンサでは、電荷を出力するタイミングを制御することで、ラインごとに、もしくは単位素子ごとに、電荷の蓄積を開始するタイミングを制御することができる。ライン単位で信号が読み出されるように出力タイミングを制御すれば、図に示すように、各ラインを構成する単位素子の露光期間は、ラインごとに時間Ｔoずれることになる。
【００３１】
電荷の出力にかかる時間Ｔｏは、デバイスの仕様（性能）により決まる時間であり、内部メモリ４８に記憶されている。一方、各画素の電荷蓄積期間、すなわち露光時間Ｔｅは、ＣＭＯＳ駆動部３８から与えられる電子シャッター駆動信号によって制御される。ＣＭＯＳ駆動部３８は、ＡＥ／ＡＷＢ処理部４６が求めたシャッタースピードもしくは設定操作ボタン６の操作により設定されたシャッタースピードに基づいて、露光時間Ｔｅを決定する。そして、各単位素子が、露光時間Ｔｅが経過した時点で電荷を出力するように、クロック制御を行う。
【００３２】
以下、再び図３を参照して説明する。ＣＭＯＳイメージセンサ３３から出力されたアナログ信号は、アナログ信号処理部３９に入力される。アナログ信号処理部３９は、アナログ信号のノイズを除去する相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ）と、アナログ信号のゲインを調節するオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）とからなる。アナログ信号処理部３９に入力されたアナログ信号は、これらの回路により、画素毎にＲ，Ｇ，Ｂの濃度値を持つＲＡＷデジタルデータに変換される。
【００３３】
タイミングジェネレータ４０は、タイミング信号を発生させるものであり、このタイミング信号をシャッター駆動部３７、ＣＭＯＳ駆動部３８、およびアナログ信号処理部３９に供給することにより、シャッターレリーズボタン３の操作、シャッター３２の開閉、ＣＭＯＳイメージセンサ３３の各ラインもしくは画素からの電荷の読み出し、およびアナログ信号処理部３９の処理の同期をとる。
【００３４】
画像入力コントローラ４４は、アナログ信号処理部３９から入力されたデジタルデータをフレーム単位にまとめて、フレームメモリ４９に書き込む。すなわち、本実施形態では、アナログ信号処理部３９と画像入力コントローラ４４が画像形成手段として機能する。
【００３５】
フレームメモリ４９は、例えば、一定周期のバスクロック信号に同期してデータ転送を行うＳＤＲＡＭ(Synchronous Dynamic Random Access Memory)であり、画像データに対して後述の各種画像処理（信号処理）を行う際に作業用メモリとして使用される。
【００３６】
表示制御部５０は、フレームメモリ４９に格納された画像データをスルー画像としてモニタ９に表示させたり、再生モード時に記録メディア８に保存されている画像データをモニタ９に表示させたりするためのものである。なお、スルー画像は、撮影モードが選択されている間、所定時間間隔でＣＭＯＳイメージセンサ３３により連続して撮影される。
【００３７】
ＡＦ処理部４５およびＡＥ／ＡＷＢ処理部４６は、第１プレ画像に基づいて撮影条件を決定する。第１プレ画像は、シャッターレリーズボタン３の半押し操作がＣＰＵ４２により検出されたときに、ＣＭＯＳイメージセンサ３３により取得され、アナログ信号処理部３９、画像入力コントローラ４４経由でフレームメモリ４９に格納された画像データが表す画像である。
【００３８】
ＡＦ処理部４５は、第１プレ画像に基づいて焦点位置を検出し、フォーカス駆動量データを出力する（ＡＦ処理）。焦点位置の検出方式としては、例えば、所望とする被写体にピントが合った状態では画像のコントラストが高くなるという特徴を利用して合焦位置を検出するパッシブ方式が考えられる。
【００３９】
ＡＥ／ＡＷＢ処理部４６は、第１プレ画像に基づいて被写体輝度を測定し、測定した被写体輝度に基づいてＩＳＯ感度、絞り値およびシャッタースピード等を決定し、ＩＳＯ感度データ、絞り値データおよびシャッタースピードデータを露出設定値として出力するとともに（ＡＥ処理）、撮影時のホワイトバランスを自動調整する（ＡＷＢ処理）。なお、露出およびホワイトバランスについては、撮影モードがマニュアルモードに設定されている場合には、デジタルカメラ１の撮影者がマニュアル操作により設定可能である。また、露出およびホワイトバランスが自動で設定された場合にも、撮影者が操作系から指示を行うことにより、露出およびホワイトバランスをマニュアル調整することが可能である。
【００４０】
画像処理部４７は、本画像の画像データに対して、階調補正、シャープネス補正、色補正等の画質補正処理、ＲＡＷデジタルデータを輝度信号であるＹデータと、青色色差信号であるＣｂデータおよび赤色色差信号であるＣｒデータとからなるＹＣデータに変換するＹＣ処理を行う。この本画像とは、シャッターレリーズボタン３の全押し操作が検出されたときにＣＭＯＳイメージセンサ３３により取得され、アナログ信号処理部３９、画像入力コントローラ４４経由でフレームメモリ４９に格納された画像データが表す画像である。本画像の画素数の上限は、ＣＭＯＳイメージセンサ３３の画素数によって決定されるが、例えば、ファイン、ノーマル等の設定により、記録画素数を変更することができる。一方、スルー画像およびプレ画像の画像数は、本画像よりも少なく、例えば、本画像の１／１６程度の画素数で取り込まれる。
【００４１】
圧縮／伸長処理部５１は、画像処理部４７によって補正・変換処理が行われた本画像の画像データに対して、例えば、ＪＰＥＧ等の圧縮形式で圧縮処理を行い、画像ファイルを生成する。画像ファイルは、Ｅｘｉｆ等の標準フォーマットのファイルであり、画像データに撮影日時等の付帯情報が格納されたタグが付加されている。また、圧縮／伸長処理部５１は、再生モードの場合には、記録メディア８から圧縮された画像ファイルを読み出し、伸長処理を行う。伸長後の画像データは表示制御部５０によりモニタ９に出力される。
【００４２】
メディア制御部５２は、記録メディア８にアクセスして画像ファイルの書き込みと読み込みの制御を行う。
【００４３】
フラッシュライト４は、撮影モードまたはフラッシュモードがフラッシュ発光を行うモードに設定されている状態で、シャッターレリーズボタン３の全押し操作がＣＰＵ４２により検出されたときに、フラッシュライト駆動部４１により駆動され、発光する。発光は、プレ発光と本発光の、計２回行われる。フラッシュの発光は、フラッシュライト駆動部４１、ＣＰＵ４２および発光量演算部５３により制御される。
【００４４】
発光量演算部５３は、第２プレ画像および第３プレ画像に基づいて、本発光時の発光量を決定する。第２プレ画像は、シャッターレリーズボタン３の全押し操作が検出された後、プレ発光が行われる前に、ＣＭＯＳイメージセンサ３３により取得され、アナログ信号処理部３９、画像入力コントローラ４４経由でフレームメモリ４９に格納された画像データが表す画像である。第３プレ画像は、プレ発光期間を含む期間に、ＣＭＯＳイメージセンサ３３により取得され、フレームメモリ４９に格納された画像データが表す画像である。
【００４５】
本実施形態では、発光量演算部５３は、画像の中央部分の輝度に基づいて、本発光量の発光量を決定する。発光量演算部５３は、フレームメモリ４９から第２プレ画像を読み出し、第２プレ画像を複数の領域ブロックに分割する。図５は、８×８個の領域ブロックに分割したところを例示している。
【００４６】
図６は発光量演算部５３の処理の概要を示すフローチャートである。この図に示されるように、発光量演算部５３は、第２プレ画像について、ブロックごとの平均輝度値を求める（Ｓ１０１）。具体的には、まずＲＧＢ画像である第２プレ画像をＹＣＣ画像に変換することにより画素ごとの輝度値を取得し、画素の輝度値のブロックごとの平均値を算出する。同様の処理により、第３プレ画像についても、画素の輝度値のブロックごとの平均値を算出する（Ｓ１０２）。そして、ブロックごとに、ステップＳ１０２で求めた平均輝度値とステップＳ１０１で求めた平均輝度値の差分を計算する（Ｓ１０３）。
【００４７】
続いて、発光量演算部５３は、ステップＳ１０３で求めたブロックごとの差分に、それぞれ重み付けを設定して、加重平均を求める（Ｓ１０４）。これによりプレ発光時の反射輝度Ｅ１が求まる。重み付けは、例えば図７に例示するように、画像の中央に近い位置に配置されたブロックほど重み付けを高く設定する。すなわち、中央に配置された対象の反射輝度を、より強く演算結果に反映させる。
【００４８】
発光量演算部５３は、本撮影により得られる画像の目標輝度をＥ２、フラッシュライトの非発光時に取得された第２プレ画像の画像全体の平均輝度をＥ３として、次式（１）
Ｍ＝（Ｅ２−Ｅ３）／Ｅ１  ・・・（１）
により、プレ発光時の発光量に対する本発光時の発光量の倍率Ｍを求める（Ｓ１０５）。そして、この倍率Ｍを示すデータ、もしくはＭに予め規定されているプレ発光の発光量を乗ずることにより算出された本発光時の発光量を示すデータを、発光量データとして出力する（Ｓ１０６）。
【００４９】
発光量演算部５３から出力された発光量データは、ＣＰＵ４２を介してフラッシュライト駆動部４１に供給される。フラッシュライト駆動部４１は、本発光時の発光量が、発光量データが示す発光量となるように、フラッシュライト４の管電圧および発光時間を調整した後、フラッシュライト４を駆動する。
【００５０】
なお、フラッシュライトの非発光時に取得された画像とプレ発光時に取得された画像を使用して本発光時の発光量を求める方法は、このほかにも種々提案されている。例えば、画像に含まれる顔を検出する機能を備えるデジタルカメラについては、顔が検出された領域に重み付けをおいた演算を行うことにより発光量を求める方法が提案されている。発光量演算部５３による発光量の演算方式としては、そのような公知のあらゆる方法を適用することが可能であり、本実施形態において採用した処理は、あくまでも一例に過ぎない。
【００５１】
以下、デジタルカメラ１のフラッシュの制御に関わる動作について、さらに説明する。図８および図９は、第３プレ画像が取得されるときのフラッシュライト４の発光期間とＣＭＯＳイメージセンサ３３の動作の関係を示す図である。図８は通常の（高速でない）シャッタースピードが設定された場合の関係、図９はシャッタースピードが高速に設定された場合の関係を示している。
【００５２】
図８に示すように、通常のシャッタースピードでは、図４に示した単位素子の露光時間Ｔｅは、電荷の出力時間Ｔｏに比べて、十分長い時間となる。この場合、全単位素子が電荷蓄積中である期間が、比較的長く存在する。よって、例えばライン１の単位素子の電荷蓄積開始時からラインＮの単位素子の電荷蓄積終了時までの期間のほぼ中間時点でプレ発光を行えば、プレ発光期間の反射光はＣＭＯＳイメージセンサを構成する全ラインの全単位素子により受光される。換言すれば、ＣＭＯＳイメージセンサを構成する全ラインの全単位素子が、プレ発光期間の開始時以前に電荷の蓄積を開始し、プレ発光期間の終了時以降に電荷の蓄積を終了する。そして、それらの単位素子から出力された画素信号により第３プレ画像が形成される。
【００５３】
一方、図９に示すように、シャッタースピードが速い場合、すなわち露光時間Ｔｅが短い場合には、全単位素子が同じフレームの電荷を蓄積している期間は存在しないか、存在したとしても非常に短くなる。このため、図に示すように、プレ発光期間の開始時以前に電荷の蓄積を開始し、プレ発光期間の終了時以降に電荷の蓄積を終了するのは、限られたラインの単位素子のみとなる。この場合、第３プレ画像の一部のラインを構成する画素信号は、プレ発光期間の反射光を表すものとならない。
【００５４】
発光量演算部５３は、第３プレ画像からプレ発光期間を含む期間の被写体からの反射光を表す画素信号のみを有効な画素信号として抽出し、その有効な画素信号に基づいて本発光時の発光量を算出する。なお、図８の例示のように、画像を構成する全画素信号がプレ発光期間を含む期間の被写体からの反射光を表しているときには、画像を構成する全画素信号が、有効な画素信号として抽出される。
【００５５】
図１０は、本発光時の発光量の決定に関わるデジタルカメラ１の動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ４２によりシャッターレリーズボタン３の半押し操作が検出されると（Ｓ２０１）、ＣＰＵ４２の指示により第１プレ画像が取得され、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ２０２）。第１プレ画像は、前述ようにＡＥ／ＡＷＢ処理部４６により使用され、ＡＥ処理により単位素子の露光時間Ｔｅが設定される（Ｓ２０３）。
【００５６】
発光量演算部５３は、設定された露光時間Ｔｅと、内部メモリ４８に記憶されている出力時間Ｔｏと、ライン１の単位素子が電荷の蓄積を開始した時点からプレ発光が開始されるまでの時間Ｔｆと、プレ発光時間Ｔｐとに基づいて、演算に使用するラインを決定する（Ｓ２０４）。なお、プレ発光の発光時間Ｔｐは予め定められており、プレ発光の終了タイミングは、時間（Ｔｆ＋Ｔｐ）により規定される。
【００５７】
例えば、演算に使用するラインのうち、ライン番号が最小のラインをＬmin、最大のラインをＬmaxとし、次式（２）
Ｌmin＝（Ｔｆ＋Ｔｐ―Ｔｅ）／Ｔｏ＋１、  Ｌmax＝Ｔｆ／Ｔｏ＋１・・・（２）
により使用する範囲を決定する。但し、Ｌmin＜１のときはＬmin＝１、Ｌmax＞ＮのときはＬmax＝Ｎとする。決定された範囲を特定する上記ライン番号は、内部メモリ４８に記憶される。
【００５８】
時間Ｔｆは、例えば、プレ発光の開始タイミングが、ライン１の単位素子の電荷蓄積開始時からラインＮの単位素子の電荷蓄積終了時までの期間のほぼ中間時点に設定されている場合、次式（３）
Ｔｆ＝（Ｔｅ＋Ｔｏ・（Ｎ−１））／２・・・（３）
により求められる。
【００５９】
なお、本実施形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ３３は、ラインごとに画素信号を出力するが、単位素子ごとに信号を出力するタイミングを異ならせることもできる。そのような出力制御を行う場合には、ライン単位ではなく画素単位で範囲を決定し、例えば範囲の四隅に位置する画素の行列番号の組み合わせにより範囲を特定するといった方法が考えられる。
【００６０】
ＣＰＵ４２によりシャッターレリーズボタン３の全押し操作が検出されると（Ｓ２０５）、ＣＰＵ４２の指示により第２プレ画像が取得され、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ２０６）。さらに、フラッシュライト駆動部４１により上記時間Ｔｆが示すタイミングでプレ発光が開始され、そのとき取得された第３プレ画像がフレームメモリ４９に格納される（Ｓ２０７）。
【００６１】
発光量演算部５３は、フレームメモリ４９から第２プレ画像および第３プレ画像を読み込み、それぞれのプレ画像から有効な画素信号、すなわち（２）式に基づき決定した範囲の画素信号を抽出する（Ｓ２０８）。そして、（２）式に基づき決定した範囲を複数のブロックに分割して、抽出した画素信号のみを対象として、図６のフローチャートに示した処理を行うことで、本発光時の発光量を求める（Ｓ２０９）。
【００６２】
発光量が求まると、ＣＰＵ４２の指示により本発光が行われ、そのときに取得された本画像が、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ２１０）。フレームメモリ４９に格納された本画像は、メディア制御部５２を介して記録メディア８に記録される（Ｓ２１１）。本画像は、必要に応じて圧縮／伸長処理部５１により圧縮された後、所定フォーマットの画像ファイル（例えば、Ｅｘｉｆファイル）として記録される。
【００６３】
ここで、本実施形態では、ステップＳ２０９において、演算に用いるパラメータを、抽出した画素信号の数、抽出した画素信号に対応する画素の位置、もしくはその両方に基づいて調整する。前述のとおり発光量の演算方法は種々提案されており、演算に影響するパラメータは方法ごとに異なるが、本実施形態では、図７に例示した重み係数が発光量の演算結果に影響するので、この重み係数を調整する。
【００６４】
具体的には、有効な画素信号の数が限られているときには、抽出した画素信号の数が少ないほど、すなわち（２）式に基づき決定した範囲が狭いときほど、重み付けを最大にするブロックの数を減少させる。例えば、画像を８割を超える画素信号が有効であるときは図７に例示した重み係数を使用し、有効な画素信号が８割以下のときには、図１１に例示するように、重み係数が最大であるブロックの数を半減させる。
【００６５】
あるいは、抽出した画素信号に対応する画素の位置、すなわち決定した範囲が、画像の中央からずれている場合に、図１２に例示するように、決定した範囲内のブロックに対し、最大の重み付けが設定されるように、各ブロックの重み係数を変更する。
【００６６】
図１１に例示した変更と図１２に例示した変更を組み合わせた変更を行ってもよい。また、重み係数に限らず、発光量の演算に使用される他のパラメータを変更してもよい。ステップＳ２０９において調整されたパラメータは、内部メモリ４８に記憶される。
【００６７】
また、本実施形態では、ステップＳ２０４において、図１３に例示するように、モニタ９に、第３プレ画像とともに、抽出された画素信号に対応する画素を示す目印として、決定した範囲を示す範囲枠１１を表示する。
【００６８】
詳細には、発光量演算部５３が、フレームメモリ４９から読み出した第３プレ画像に範囲枠１１の画像を合成し、表示制御部５０を介してモニタ９に出力する。なお、画像の合成は、画像処理部４７で行ってもよい。範囲枠１１は、範囲の制限の有無に拘らず常時表示してもよいし、Ｌmin＞１またはＬmax＜Ｎであるときにのみ表示するようにしてもよい。
【００６９】
また、同じくステップＳ２０４において、発光量演算部５３は、演算に使用しない画素信号が存在するとき、すなわちＬmin＞１またはＬmax＜Ｎであるときに、ＣＰＵ４２を介して、その旨をユーザに伝える警告出力を行なう。すなわち、本実施形態において、発光量演算部５３は、発光量演算手段として機能するとともに警告出力手段としても機能する。
【００７０】
例えば、内部メモリ４８に記憶されている音声メッセージをスピーカ（図示せず）に出力する。あるいは、フレームメモリ４９から読み出した第３プレ画像に警告アイコン１２あるいは警告メッセージを合成し、表示制御部５０を介してモニタ９に出力する。Ｌmin＞１またはＬmax＜Ｎであるときの範囲枠１１の表示も、警告出力の一種といえる。
【００７１】
また、本実施形態では、ステップＳ２１１において、演算に用いる範囲を特定するライン番号などの情報、調整後の重み係数など演算に用いるパラメータの情報を、本画像の付加情報として画像ファイルの所定領域に記録する。例えばＥｘｉｆファイルのＴＡＧ領域のメーカ定義領域（ＭａｋｅｒＮｏｔｅ）に記録する。
【００７２】
以上に説明したように、本実施形態のデジタルカメラ１は、本発光時の発光量の演算に、プレ発光時の被写体からの反射光を受光した素子が出力した画素信号のみを使用するので、シャッタースピードが速いために一部の素子がプレ発光時の反射光を受光できなかったときでも、本発光時の発光量を適正な値に設定することができる。
【００７３】
また、演算に使用する範囲の大きさや位置に応じて、演算に使用するパラメータを調整するので、どの範囲の画素信号が抽出された場合でも、均質な演算結果を得ることができる。但し、本発明において、このような演算パラメータの調整は必須ではない。
【００７４】
また、本実施形態では、ユーザは、発光量の演算に使用された画素信号の範囲をモニタ９で確認することができ、また警告出力により範囲が制限されたことを知ることができる。これにより、ユーザは、必要に応じてシャッタースピードを調整することができる。但し、事前にユーザに確認を求めることなく、本発光および本撮影の処理を実行するようにしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、範囲を特定する情報や演算パラメータの情報が、本画像とともに画像ファイルに記録されるので、ユーザは撮影終了後に画像ファイルから、これらの情報を読み出して確認することができる。また、画像ファイルをパソコンに転送してパソコン上で画像処理を施すときに、これらの情報を画像処理に利用することができる。但し、これらの情報は、必ずしも画像ファイルに記録しなくてもよい。
【００７６】
なお、演算に使用する画素信号の抽出方法、発光量を求める演算式、演算に使用するパラメータ、モニタ表示の内容などは、本明細書において例示したもの以外に種々考えられるが、それらの変形例はいずれも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】デジタルカメラの外観を示す図（斜視図）
【図２】デジタルカメラの外観を示す図（背面図）
【図３】デジタルカメラの内部構成を示す図
【図４】単位素子の露光および出力動作を示すチャート図
【図５】画像の分割例を示す図
【図６】発光量演算部の処理の概要を示すフローチャート
【図７】各ブロックの重み付けの設定例を示す図
【図８】第３プレ画像取得時のフラッシュライトの動作とＣＭＯＳイメージセンサ３３の動作の関係を示す図（シャッタースピード：通常）
【図９】第３プレ画像取得時のフラッシュライトの動作とＣＭＯＳイメージセンサ３３の動作の関係を示す図（シャッタースピード：高速）
【図１０】発光量の決定に関わるデジタルカメラの動作を示すフローチャート
【図１１】演算パラメータの変更の一例を示す図
【図１２】演算パラメータの変更の他の例を示す図
【図１３】範囲枠と警告アイコンの表示例を示す図
【符号の説明】
【００７８】
１  デジタルカメラ、  ２  撮像レンズ、  ３  シャッターレリーズボタン、
４  フラッシュライト、  ５  ホットシュー、  ６  設定操作ボタン、  
６１  モードダイヤル、  ６２  コマンドダイヤル  ６３  フラッシュボタン、
６４  十字キー、  ７  フラッシュ収納部、  ８  記録メディア、  
９  モニタ、  １０  スロットカバー、  １１  範囲枠、  １２  警告アイコン
２１  フォーカスレンズ、  ２２  ズームレンズ、  
３０  撮像系、  ３１  絞り、  ３２  シャッター、  ５４  システムバス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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