(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を測光する測光手段と、
前記測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセット手段と、
前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算手段と、
前記測光値演算手段により演算された測光値に基づいて露出演算を行う露出演算手段と、
測光時の状態に基づいて、前記測光値演算手段の演算に用いる前記測光手段の出力値が出力されるタイミングを決定する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第２の出力値が所定の閾値未満の場合、前記第２の出力値が当該所定の閾値以上の場合よりも前記第２の時間を長くすることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第３の出力値が第１の閾値未満の場合、
前記制御手段は、前記リセットを行ってから前記第２の時間よりも長い第３の時間が経過したときに前記測光手段に第４の出力値を出力させ、
前記測光値演算手段は、前記第１の出力値の代わりに当該第４の出力値に基づいて前記測光値の演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
被写体を測光する測光手段と、
前記測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセット手段と、
前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算手段と、
前記測光値演算手段により演算された測光値に基づいて露出演算を行う露出演算手段と、
測光時の状態に基づいて、前記測光値演算手段の演算に用いる前記測光手段の出力値が出力されるタイミングを決定する制御手段と、を有し、
前記第３の出力値が第１の閾値未満の場合、
前記制御手段は、前記リセットを行ってから前記第２の時間よりも長い第３の時間が経過したときに前記測光手段に第４の出力値を出力させ、
前記測光値演算手段は、前記第１の出力値の代わりに当該第４の出力値に基づいて前記測光値の演算を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記第３の出力値が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上の場合、
前記露出演算手段は、当該第３の出力値に基づいて露出演算を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体を測光する測光手段と、
前記測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセット手段と、
前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算手段と、
前記測光値演算手段により演算された測光値に基づいて露出演算を行う露出演算手段と、
測光時の状態に基づいて、前記測光値演算手段の演算に用いる前記測光手段の出力値が出力されるタイミングを決定する制御手段と、
温度を検出する温度検出手段を有し、
前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度より高い場合、前記検出された温度が当該所定温度以下の場合よりも前記第１の時間及び前記第２の時間を長くすることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
被写体を測光する測光手段と、
前記測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセット手段と、
前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算手段と、
前記測光値演算手段により演算された測光値に基づいて露出演算を行う露出演算手段と、
前記測光手段の出力値あるいは前記測光値演算手段により演算された測光値に基づいて前記リセットを行う際の前記所定値を設定する設定手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記設定手段は、前回の露出制御に用いた前記測光手段の出力値あるいは前記測光値演算手段により演算された測光値に基づいて前記所定値を設定することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の出力値を予め記憶する記憶手段を有し、
前記測光値演算手段は、前記記憶手段に記憶された前記第１の出力値を前記測光値の演算に用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の出力値は、前記リセットを行った直後の前記測光手段の出力値であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の出力値は、前記リセット中の前記測光手段の出力値であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
露出演算に用いる測光値の演算方法であって、
被写体を測光する測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセットステップと、
前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算ステップと、
測光時の状態に基づいて、前記測光値演算ステップでの演算に用いる前記測光手段の出力値が出力されるタイミングを決定する制御ステップと、を有し、
前記制御ステップは、前記第２の出力値が所定の閾値未満の場合、前記第２の出力値が当該所定の閾値以上の場合よりも前記第２の時間を長くすることを特徴とする測光値の演算方法。
【請求項１２】
露出演算に用いる測光値の演算方法であって、
被写体を測光する測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセットステップと、
前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算ステップと、
測光時の状態に基づいて、前記測光値演算ステップでの演算に用いる前記測光手段の出力値が出力されるタイミングを決定する制御ステップと、を有し、
前記第３の出力値が第１の閾値未満の場合、
前記制御ステップは、前記リセットを行ってから前記第２の時間よりも長い第３の時間が経過したときに前記測光手段に第４の出力値を出力させ、
前記測光値演算ステップは、前記第１の出力値の代わりに当該第４の出力値に基づいて前記測光値の演算を行うことを特徴とする測光値の演算方法。
【請求項１３】
露出演算に用いる測光値の演算方法であって、
被写体を測光する測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセットステップと、
前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算ステップと、
測光時の状態に基づいて、前記測光値演算ステップでの演算に用いる前記測光手段の出力値が出力されるタイミングを決定する制御ステップと、
温度を検出する温度検出ステップと、を有し、
前記制御ステップは、前記温度検出ステップで検出された温度が所定温度より高い場合、前記検出された温度が当該所定温度以下の場合よりも前記第１の時間及び前記第２の時間を長くすることを特徴とする測光値の演算方法。
【請求項１４】
露出演算に用いる測光値の演算方法であって、
被写体を測光する測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセットステップと、
前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算ステップと、
前記測光手段の出力値あるいは前記測光値演算ステップで演算された測光値に基づいて前記リセットを行う際の前記所定値を設定する設定ステップと、を有することを特徴とする測光値の演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び測光値の予測方法に関し、さらに詳しくは、低輝度下において測光時間を短縮するための撮像装置及び測光値の予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフカメラ等の撮像装置においては、被写体の輝度を、フォトダイオードの光電流をダイオード等のＬＯＧ特性を利用して、広ダイナミックレンジで測光する測光センサが広く利用されている。
【０００３】
このようなＬＯＧ特性を利用した測光回路においては、電源投入時に、特に光電流の微小な低輝度下において、被写体光を受光してから正確な測光出力を得るまでに長い安定待ち時間を必要としていた。また、特に一眼レフカメラのように、撮影時にミラーが退避してフォトダイオードへの光が遮光されるシステムにおいては、光応答性による低輝度下での測光性能の悪化は、レリーズタイムラグの増大や連写速度の低下など、非常に大きな問題となる。
【０００４】
さらに、近年のデジタルカメラにおいては、撮像素子の感度向上や画像処理の高度化により、ＩＳＯ感度が数万といった高感度なカメラが登場しているため、カメラの測光回路においては、さらなる低輝度下での測光性能の向上が必要になっている。
【０００５】
このような問題点を解消するために、例えば、特許文献１では、無受光期間に予備電流を流し、フォトダイオード及び対数圧縮用ダイオードの寄生容量を充電することによって、測光回路の応答性を改善するものが開示されている。また、例えば、特許文献２では、無受光期間に発光素子で予備照射し、光電流を発生させてフォトダイオード及び対数圧縮用ダイオードの寄生容量を予備充電することで、測光回路の応答性を改善するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０７７９３８号公報
【特許文献２】特開２００８−３０９７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、予備電流と光電流との違いが誤差要因となるため、この差分を補償するための補償回路を設ける必要があり、回路規模が大きくなってしまう。
【０００８】
また、特許文献２に記載の発明においても、予備照射で発生する光電流と測光時の光電流との差分が誤差要因になる。また、予備照射のために発光素子が必要であり、コスト、実装スペースなども必要になるという欠点がある。
【０００９】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、低輝度下において測光に要する時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明にかかる撮像装置は、被写体を測光する測光手段と、前記測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセット手段と、前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算手段と、前記測光値演算手段により演算された測光値に基づいて露出演算を行う露出演算手段と、測光時の状態に基づいて、前記測光値演算手段の演算に用いる前記測光手段の出力値が出力されるタイミングを決定する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記第２の出力値が所定の閾値未満の場合、前記第２の出力値が当該所定の閾値以上の場合よりも前記第２の時間を長くすることを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明にかかる測光値の演算方法は、露出演算に用いる測光値の演算方法であって、被写体を測光する測光手段の出力値が所定値となるように当該測光手段をリセットするリセットステップと、前記リセットを行ったときの前記測光手段の第１の出力値と、当該リセットを行ってから第１の時間が経過したときの前記測光手段の第２の出力値と、当該リセットを行ってから前記第１の時間よりも長い第２の時間が経過したときの前記測光手段の第３の出力値と、に基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する測光値演算ステップと、測光時の状態に基づいて、前記測光値演算ステップでの演算に用いる前記測光手段の出力値が出力されるタイミングを決定する制御ステップと、を有し、前記制御ステップは、前記第２の出力値が所定の閾値未満の場合、前記第２の出力値が当該所定の閾値以上の場合よりも前記第２の時間を長くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低輝度下において測光に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における撮像装置の概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態における撮像装置のブロック図。
【図３】本発明の第１の実施形態における測光回路の回路図の一例を示した図。
【図４】本発明の第１の実施形態における測光回路の応答性を示した図。
【図５】測光出力の時間特性を予測する予測関数を示した図。
【図６】本発明の第１の実施形態における測光動作のメインフローチャート。
【図７】図５のメインフローチャートで取得される測光値と時間の関係を示した図。
【図８】測光出力の時間特性を予測する予測関数を決定するフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態における測光動作のメインフローチャート。
【図１０】測光回路からの読み出しと時間との関係を示した図。
【図１１】本発明の第３の実施形態における測光関連部分を示した図。
【図１２】本発明の第４の実施形態における撮影動作のタイムチャート。
【図１３】本発明の第５の実施形態における測光関連部分を示した図。
【図１４】本発明の第５の実施形態における測光出力と時間の関係を示した図。
【図１５】本発明の第６の実施形態における測光動作のメインフローチャート。
【図１６】本発明の第６の実施形態における測光回路の温度による応答性の違いを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面において、同一の要素部品は同じ符号としている。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の概略構成図である。同図において、１０１はＣＰＵ（中央演算処理装置）であり、本撮像装置の各部の動作はこのＣＰＵ１０１により制御される。
【００１６】
不図示の被写体像からの光束が、レンズユニット内の撮影レンズ１１５及び絞り１１２を介してクイックリターンミラー１１０に導かれる。クイックリターンミラー１１０の中央部はハーフミラーになっており、一部の光束が透過する。そして、この透過した光束は、クイックリターンミラー１１０に設置されたサブミラー１１６によって、１１７、１１８、１１９からなる公知の位相差方式焦点検出ユニットに導かれる。ここで１１７はフィールドレンズ、１１８は２次結像レンズ、１１９はＡＦセンサである。ＡＦセンサ１１９の出力に基づいて、ＣＰＵ１０１は撮影レンズ駆動制御部１２５に撮影レンズ１１５の駆動させるための駆動パルスを送る。撮影レンズ駆動制御部１２５は送られてきた駆動パルスに応じてパルスモータを駆動させ、撮影レンズ１１５を合焦位置に駆動させることで自動焦点調節を行う。
【００１７】
一方、クイックリターンミラー１１０で反射された光束は、焦点検出板（以降「ピント板」と称す）１２０、ペンタプリズム１２１を介して接眼レンズ１２２に導かれる。なお、ピント板１２０は撮影レンズ１１５の撮像素子１１３結像面と等価の結像面に配され、クイックリターンミラー１１０で反射された被写体像はピント板１２０で１次結像する。
【００１８】
また、接眼レンズ１２２の近傍に配置された測光回路１００は、測光プリズム１２３、測光レンズ１２４によってピント板１２０に結像した被写体像を測光回路１００のチップ上に２次結像させることで被写体の測光を行う。
【００１９】
撮影者が不図示のレリーズボタンを押すと、クイックリターンミラー１１０は撮像素子１１３への光路外に退避する。一方、撮影レンズ１１５によって集光された光束はフォーカルプレーンシャッタ１１１（以下、シャッタとする）にて光量制御がなされ、ＣＭＯＳ等の撮像素子１１３によって光電変換処理された後、撮影画像として不図示の記録メディアに記録される。
【００２０】
図２は、本実施形態の撮像装置のブロック図である。測光回路１００は被写界を複数の領域に分割して測光し、それぞれの領域の測光データを順次出力する。測光回路１００から出力された測光データは記憶部１０２に記憶される。記憶部１０２に記憶された測光データは、測光値判定部１０３、測光制御部１０４、予測関数算出部１０６及び露出演算部１０７へ出力される。測光値判定部１０３は、測光回路１００から出力された測光データが測光回路１００の安定時に出力された測光データか否かを、出力された測光データの値と記憶部１０２に保持された閾値との比較に基づいて判定する。
【００２１】
測光制御部１０４は、記憶部１０２に記憶されている測光データと測光値判定部１０３の判定結果に基づいて、測光回路１００の電荷の蓄積及び蓄積された電荷の読み出しを行うタイミングを制御する。測光回路１００の動作の詳細については、後に詳しく説明する。
【００２２】
露出演算部１０７では、記憶部１０２に格納されている測光データと、レンズデータ１０８内に収められているレンズユニットの焦点距離、開放絞り値、射出瞳位置、ケラレ情報などのレンズデータなどに基づいて、被写体の適正露出値の演算を行う。
【００２３】
露出制御部１０９は、不図示のレリーズボタンが押されると、露出演算部１０７により演算された適正露出値に基づいてクイックリターンミラー１１０、シャッター１１１、絞り１１２などを制御し、露光を行う。なお、記憶部１０２、測光値判定部１０３、測光制御部１０４、予測関数算出部１０６、露出演算部１０７、及び露出制御部１０９はすべてＣＰＵ１０１によって実現されているが、その機能の一部あるいは全部を他の電気回路によって実現することも可能である。
【００２４】
図３は、本実施形態の測光回路１００の詳細な構成を示す回路図の一例である。図３において、Ｑ１は入射光に応じて電荷を発生する光電変換領域をベースに有するＮＰＮのフォトトランジスタ、ＭＰ１はＱ１のベース電位を固定するためのＰＭＯＳ、ＩはＭＰ１の負荷である電流源である。ＭＰ２はＭＰ１のゲート電位をＭＰ１のドレインにフィードバックするためのＰＭＯＳ、ＭＰ３はＱ１にキャリアの注入を強制的に行うための画素リセット（以下、リセット動作ともいう）用のＰＭＯＳである。そして、２０６はＱ１のエミッタ電流を対数圧縮するための対数圧縮部である。
【００２５】
なお、測光回路１００の構成は図３に示す回路構成に限られるものではなく、フォトトランジスタのベース電位（光電変換領域）をリセットできる構成を有する回路構成であればよい。例えば、特開２０００−７７６４４号公報、特開２０１０−４５２９３号公報、特開２０１０−４５２９４号公報等に記載された回路のフォトトランジスタのベース電位をリセット可能な構成として、測光回路１００に利用することができる。
【００２６】
定電流が流れたＭＰ１のゲート電圧は、電圧ＶＣＣに対して、一定の電位差Ｖｔｈとなるので、Ｑ１のベース電位もＱ１に入射する光強度によらず一定電位となる。また、ＭＰ２を用いてフィードバックを形成することにより、さらにＱ１のベース電位を安定化させている。これにより、大きなベース容量Ｃｃｂの充放電は行う必要がない。したがって、図３に示した測光回路の応答性は、コレクタ容量よりは小さい、エミッタ容量Ｃｅｂ及びＭＰ２のドレイン容量と光電流により決定される。したがって、応答性による影響が見え始める低輝度下では、測光値は、実際の輝度に相当する値よりも高くなってしまうため、実際の輝度に相当する値よりも高い測光値に基づいて露出制御を行い撮影することで露出アンダーの撮影画像になってしまう。
【００２７】
図４は、測光回路１００の応答性を示す図であって、測光出力の時間特性を模式的に示している。図４（ａ）は、被写体輝度に応じて測光出力の時間特性がどのように変化するかを示した図である。縦軸は、測光回路１００の出力値を示し、横軸は、リセット動作後の経過時間を示している。グラフの各系列は、輝度による違いの例であり、それぞれ輝度＝ＢＶ０、ＢＶ−２、ＢＶ−３、ＢＶ−４、ＢＶ−６の時の測光出力の変化を示している。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、測光出力はリセット動作を行うと輝度＝ＢＶ−１のときと同程度の値となり、その後、エミッタ容量Ｃｅｂ及びＭＰ２のドレイン容量の充放電に伴い、適正な値に安定する。輝度＝ＢＶ０の系列で示すように、輝度がＢＶ−１よりも高輝度な被写体を測光する場合、リセット動作後の時間Ｔ１において直ちに値は安定する。Ｔ１は例えば１０ｍｓといった極めて短い時間である。しかし、輝度がＢＶ−１よりも低輝度になるにつれて測光出力の値が安定するまでの時間は長くなる。これは、エミッタ容量Ｃｅｂ及びＭＰ２のドレイン容量の充放電時間が光電流に比例しているためである。
【００２９】
測光回路１００は、図３で説明した測光回路を複数集積させることで、被写体を分割した複数の領域ごとに測光することができる。しかしながら、そうした構成においては、画素ごと、あるいはチップごとにリセット動作電位や寄生容量、トランジスタの電流増幅率ｈＦＥがばらついてしまい、図４（ａ）にて説明した測光出力の時間特性にもバラツキが生じてしまう。そのため、以下のような問題が生じる。
【００３０】
図４（ｂ）及び（ｃ）はセンサ特性の違いによる測光出力の違いを説明する図であり、チップ内で異なる位置にあるセンサ特性の異なる２つの画素をそれぞれ画素Ａ、画素Ｂとして説明する。なお、図４（ｂ）及び（ｃ）は、画素Ａ及び画素Ｂについて、同一の輝度の被写体を測光した場合の測光出力の時間特性を示し、時間Ｔ１及び時間（Ｔ１＋Ｔ２）において読み出された測光出力をプロットしている。
【００３１】
図４（ｂ）はリセット電位の違いが測光出力に与える影響を示したものである。画素Ｂは画素Ａよりリセット電位が高いため、同じ輝度の被写体を測光しているにもかかわらず、画素Ｂのほうが画素Ａよりも時間Ｔ１及び時間（Ｔ１＋Ｔ２）において読み出された２つの測光出力の差分は大きくなる。
【００３２】
また、図４（ｃ）は寄生容量の違いが測光出力に与える影響を示したものである。画素Ｂは画素Ａより寄生容量が大きいため、寄生容量の充放電に時間がかかり、画素Ｂのほうが画素Ａよりも時間Ｔ１及び時間（Ｔ１＋Ｔ２）において読み出された２つの測光出力の差分は小さくなる。そのため、測光出力が安定するまでの間に得られた２つの測光出力に基づいて安定後の測光出力の値を予測する場合に、画素Ａ及び画素Ｂのそれぞれの予測測光値は、センサ特性のバラツキにより同一の輝度の被写体を測光したとしても異なる値になってしまう。つまり、センサ特性のバラツキを考慮した上で測光値予測を行うには、センサ特性由来のパラメータからなる予測関数で測光値予測を行う必要がある。
【００３３】
そこで、本実施形態では、図５に示すように測光出力の時間特性を３つのパラメータからなる予測関数
Ｖ＝（ＶＲ−ＶＴ）ｅｘｐ（−ｋｔ）＋ＶＴ      （１）
で表し、３つの測光出力により上記の式のパラメータを決定することによって測光値を予測する。ここで、Ｖはリセット動作後、時間ｔ経過したときの測光出力の値、ＶＲ、ＶＴ、ｋは測光出力の時間特性を決めるパラメータである。つまり、Ｖの値はｔ＝∞の時に、過渡状態から安定した際の測光値となるということをこの式は示している。ｔ＝０でＶ＝ＶＲとなることから、ＶＲはリセット電位に関するパラメータ、ｔ→∞でＶ＝ＶＴとなり、予測測光値であるＶＴに収束する。ｋは測光出力の時間特性のカーブの曲率を規定するパラメータであり、寄生容量やｈＦＥ、光電流などに依存する。
【００３４】
以上のように、上記の式（１）を用いて３つの測光出力からセンサ特性由来のパラメータを決定して測光値を予測するため、画素ごとに予測関数を調整する必要がなくなる。
【００３５】
図６は、本実施形態における測光動作を説明するフローチャートである。ＣＰＵ１０１は、ステップＳ５０１で測光回路１００を動作させてリセット動作を行い、リセット動作を行った後、直ちにステップＳ５０２で測光回路１００の出力の読み出しを行い、読み出して得られた測光値ＡＥ０（第１の出力値）を記憶部１０２に記憶する。
【００３６】
ステップＳ５０３でＣＰＵ１０１は測光安定待ちを時間Ｔ１（第１の時間）行う。安定待ち時間Ｔ１は、たとえば図４の説明と同様の１０ｍｓに設定される。ステップＳ５０４でＣＰＵ１０１は測光回路１００の出力の読み出しを行い、読み出して得られた測光値ＡＥ１（第２の出力値）を記憶部１０２に記憶する。ステップＳ５０５では測光値判定部１０３によって判定が行われ、測光値ＡＥ１の値が所定の閾値以上（ＢＶａ以上）であれば、ステップＳ５０６へ進み、ＣＰＵ１０１は測光安定待ちを時間Ｔ２行う。
【００３７】
測光値ＡＥ１の値が所定の閾値未満（ＢＶａ未満）の場合は、ステップＳ５０７へ進み、ＣＰＵ１０１は測光安定待ちを時間Ｔ２より長い時間Ｔ２’行う。これは、図４（ａ）で示したように、輝度＝ＢＶ−４、ＢＶ−６のような極低輝度では、経過時間が（Ｔ１＋Ｔ２）（第２の時間）となる頃まで測光出力が同様に推移するため、測光安定待ち時間がＴ２では正しい予測演算が行えないからである。そこで、Ｔ２より長い時間Ｔ２’だけ測光安定待ちを行うことにより、極低輝度における予測の精度を高めるものである。
【００３８】
したがって、時間Ｔ１における測光出力をもとに極低輝度か否かを判定するために、ＢＶａは例えばＢＶ−２．７などに設定する。ただ、予測精度よりも測光時間を短くすることを優先したい場合は、閾値（ＢＶａ）を適宜下げることにより、ステップＳ５０６に進みやすくしておけばよい。
【００３９】
ステップＳ５０５の判定結果に基づいて測光安定待ちを行った後、ステップＳ５０８でＣＰＵ１０１は３つ目の測光値ＡＥ２（第３の出力値）を取得し、記憶部１０２に記憶する。ステップＳ５０９で予測関数算出部１０６は３つの測光値ＡＥ１〜ＡＥ２の値から予測関数である式（１）の各パラメータを決定し、ステップＳ５１０でＣＰＵ１０１は予測測光値を算出して露出演算に用いる測光値として記憶部１０２に記憶して測光動作を終了する。
【００４０】
次に、予測演算に用いる３つの測光値と取得時間の関係を図７に示す。図７中の時間特性において、実線部は測光動作中であることを示し、破線部は３つの測光値から予測された時間特性を示している。
【００４１】
図７に示すように、リセット動作を行ってから時間Ｔ１が経過してから得る２つ目の測光値ＡＥ１が所定の閾値以上（ＢＶａ以上）の場合には、時間Ｔ１から更に時間Ｔ２経過してから３つ目の測光値ＡＥ２を得て予測演算を行う。そのため、リセット動作を行ってから時間（Ｔ１＋Ｔ２）だけ経過すれば測光出力が安定したときの出力値を正確に予測することができ、測光出力が安定するまで待つ場合に比べて測光に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４２】
また、２つ目の測光値ＡＥ１が所定の閾値未満（ＢＶａ未満）の場合には、時間Ｔ１から更に時間Ｔ２’経過してから３つ目の測光値ＡＥ２を得て予測演算を行う。そのため、極低輝度下であっても、リセット動作を行ってから時間（Ｔ１＋Ｔ２’）だけ経過すれば測光出力が安定したときの出力値を正確に予測することができ、測光出力が安定するまで待つ場合に比べて測光に要する時間を短縮することができる。
【００４３】
図８は、予測関数算出部１０６が３つの測光値ＡＥ０〜ＡＥ２から式（１）の各パラメータを決定する方法を説明するフローチャートである。ステップＳ５０９で予測関数生成のサブルーチンが実行されると、ステップＳ６０１で１つ目の測光値ＡＥ０をＶＲとする。次に、ステップＳ６０２で２つ目の測光値ＡＥ１と測光値ＡＥ１を取得した時間Ｔ１、及び、３つ目の測光値ＡＥ２と測光値ＡＥ２を取得した時間（Ｔ１＋Ｔ２）をそれぞれ式（１）に代入する。なお、測光値ＡＥ２を取得した時間が（Ｔ１＋Ｔ２’）の場合には、それを式（１）に代入する。ステップＳ６０３では、ステップＳ６０２で得られたＶＴ及びｋに関する連立方程式を解くことにより、予測関数の各パラメータを決定する。なお、予測演算を行うＣＰＵ１０１の性能により複雑な演算ができない場合は、１つ目の測光値ＡＥ１及び２つ目の測光値ＡＥ２を取得する際の安定待ち時間をそろえておくとよい。すなわち、それぞれの安定待ち時間Ｔ１＝Ｔ２とすると、
ＡＥ１＝（ＡＥ０−ＶＴ）ｅｘｐ（−ｋＴ１）＋ＶＴ          （２）
ＡＥ２＝（ＡＥ０−ＶＴ）ｅｘｐ（−ｋ・２Ｔ１）＋ＶＴ      （３）
が得られる。式（２）、（３）からｋを消去するとＶＴに関する一次方程式に帰着でき、
ＶＴ＝（ＡＥ０・ＡＥ２−ＡＥ１２）／（ＡＥ０＋ＡＥ２−ＡＥ１）      （４）
と、比較的単純な演算により予測測光値を求めることができる。
【００４４】
以上のように、測光出力が安定するまでの間に得られた３つの測光出力に基づいて安定後の測光出力を予測する予測関数の各パラメータを決定し、予測測光値を演算することで、センサ特性のバラツキに影響されない正確な予測測光値を得ることができる。また、測光出力が安定するまでの間に得られた３つの測光出力に基づいて安定後の測光出力を予測することで、測光出力が安定するまでの時間が長い低輝度下において、測光に要する時間を短縮することができる。また、極低輝度下においても、安定待ち時間を変更して測光値の予測に用いる測光出力が出力されるタイミングを変更することで、正確な予測測光値を得ることができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
図９は、本発明にかかる第２の実施形態における測光動作を説明するフローチャートである。測光に要する時間を短縮するために測光安定待ち時間Ｔ１を短くしようとした場合、図４で示したように、測光安定待ち時間Ｔ１が短くなるほど２つ目の測光値ＡＥ１の輝度ごとの差が小さくなる。そのため、第１の実施形態で説明した測光値の予測方法では正確な予測測光値が得られない場合がある。そこで、第１の実施形態では図６のステップＳ５０５において２つ目の測光値ＡＥ１の値に応じて分岐させているところを、本実施形態では、３つ目の測光値ＡＥ２に応じて分岐させる。
【００４６】
まず、ステップＳ７０１でＣＰＵ１０１は測光回路１００を動作させてリセット動作を行い、リセット動作を行った後、直ちにステップＳ７０２で測光回路１００の出力の読み出しを行い、読み出して得られた測光値ＡＥ０を記憶部１０２に記憶する。続いて、ＣＰＵ１０１は第１の実施形態と同様にして２つ目の測光値ＡＥ１、３つ目の測光値ＡＥ２を取得し、それぞれ記憶部１０２に記憶する。ここで、測光に要する時間を短縮するため、測光安定待ち時間Ｔ１やＴ２は、例えば５ｍｓといった短時間に設定する。ステップＳ７０６で３つ目の測光値ＡＥ２を取得後、ステップＳ７０７で３つ目の測光値ＡＥ２の値に応じて分岐させる。
【００４７】
まず、測光値ＡＥ２が第２の閾値以上（例えばＢＶ０以上）の場合、測光値判定部１０３は測光出力が十分に安定していると判定し、ＣＰＵ１０１はステップＳ７０８で測光値ＡＥ２をそのまま露出演算に用いる測光値とする。一方、測光値ＡＥ２が第１の閾値以上で第２の閾値未満（例えばＢＶ−３．５以上０未満）といった範囲にある場合、ステップＳ７０９、ステップＳ７１０で第１の実施形態と同様に、ＣＰＵ１０１は３つの測光値ＡＥ０〜ＡＥ２に基づいて予測測光値を得る。また、測光値ＡＥ２が第１の閾値未満（ＢＶ−３．５未満）だった場合は、３つ目の測光値取得時点でもなお注入キャリアの影響が大きいほどの極低輝度だと考えられる。そのため、ＣＰＵ１０１はステップＳ７１１で測光安定待ちを時間Ｔ３（第３の時間）行い、ステップＳ７１２で４つ目の測光値ＡＥ３（第４の出力値）を取得し、記憶部１０２に記憶する。そして、ＣＰＵ１０１はステップＳ７０９、ステップＳ７１０で直近の３つの測光値ＡＥ１〜ＡＥ３に基づいて予測測光値を得る。
【００４８】
以上のように、安定待ち時間を短く設定する場合であっても、測光出力に応じて測光回数を変えることにより、必要最小限の時間で測光を行い、正確な予測測光値を得ることができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、３つ目の測光値ＡＥ２が第２の閾値未満の場合には、更に測光を行って得られた４つ目の測光値ＡＥ３を予測演算に用いているが、測光値ＡＥ３も第２の閾値未満の場合に更に測光を行って５つ目の測光値ＡＥ４を得るようにしてもよい。
【００５０】
（第３の実施形態）
図１０は、第１及び第２の実施形態にかかる測光回路１００の測光出力と時間との関係を示す図である。第１及び第２の実施形態では、ｔ＝０でＶ＝ＶＲとなることから、リセット動作直後に得られた測光値ＡＥ０をｔ＝０でのＶとみなし、ＡＥ０＝ＶＲとして式（１）を用いて予測演算を行っている。
【００５１】
しかしながら、測光回路１００からリセット動作直後の測光出力を読み出す場合、測光回路１００では一定時間電流を蓄積しなくてはならず時間ｔ０’まで蓄積した値を読み出さなければならない。そのため、図１０に示すようにリセット動作してから時間ｔ０’が経過するまでの間にも測光出力は変化しており、リセット動作直後に得た測光値ＡＥ０とリセット動作を行ったときの測光値にはわずかながら誤差が生じている。
【００５２】
そこで、本実施形態では、上述した誤差を考慮して予測演算を行う構成としている。図１１は、本実施形態における測光関連部分の構成を示した図である。３１０はリセット電圧設定部、３００は測光回路１００、φＲＥＳ入力部３０１、ＶＲＥＳ入力部３０２、出力部３０３からなる測光ユニットである。
【００５３】
リセット電圧設定部３１０は、ＤＣＤＣコンバーターなどからなっており、測光ユニット３００に最適とされる電圧を供給する。一方で、測光ユニット３００内部の測光回路１００に達するまでにＶＲＥＳ入力部３０２を介するので、Ｑ１に達するまでにリセット電圧設定部３１０で設定した電圧は変化してしまう。
【００５４】
Ｑ１での電圧は非常にシビアなものであり、ちょっとした差が、測光結果に大きく影響されてしまうことになる。そのため、リセット電圧を厳密に管理しても測光ユニット３００のリセット動作を行ったときの測光出力を予測することは困難である。
【００５５】
そこで、本実施形態では、以下のようにして、リセット動作時の測光出力を工場での組み立て時などに読み出して予め記憶部１０２に記憶しておく。
【００５６】
まず、ＣＰＵ１０１は、測光制御部１０４よりφＲＥＳ信号を出力し、ＭＰ３をオンする。そうするとリセット電圧設定部３１０で設定された電圧が、ＶＲＥＳ入力部３０２より入力されＱ１のベース電位を確定する。
【００５７】
この状態のまま対数圧縮部２０６を所定時間動作させることにより出力部３０３を経由してＡＤ変換部１０５にリセットした状態での電圧（リセット中の電圧）が読み込まれる。読み込まれた値は記憶部１０２に記憶される。
【００５８】
本実施形態では、以上のようにして記憶部１０２に記憶した測光値をリセット動作を行ったときの測光値ＡＥ０として用いるため、リセット動作を行った直後に測光は行わない。その後の測光動作は、図６のステップＳ５０３以降、あるいは、図９のステップＳ７０３以降と同様の処理を行えばよいので説明は省略する。
【００５９】
以上のように、測光値の予測演算に用いるリセット動作時の測光値を予め記憶しておくことで、正確な予測測光値を得ることができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
本実施形態では、第３の実施形態とは異なり、撮影直前にリセット動作直後の測光値を読み出して記憶部１０２に記憶しておく場合について説明する。
【００６１】
図１２は、本実施形態におけるリセット動作直後の測光値を読み出すタイミングを示したタイミングチャートである。
【００６２】
図１２（ａ）は、撮像装置の電源がＯＮになってからのタイミングチャートを示している。まず、撮像装置の電源がＯＮになったあと期間Ｔｐが経過するまではクイックリターンミラー１１０の位置が不定であり、測光回路１００に光束が安定して導かれているとは限らない。そのため、このＴｐの期間の測光出力は、露出演算などに用いるのには適さない。一方、測光回路１００のリセット動作は外部からの光束の有無によらず行うことが可能である。つまり、測光回路１００のリセット動作中（φＲＥＳを出力してＭＰ３をオンにした状態）は、測光回路１００に導かれる光束の光量は測光値には影響しない。
【００６３】
そのため、ＣＰＵ１０１はこの期間Ｔｐの間にリセット状態での読み出しを行い記憶部１０２に測光値を記憶しておく。そして、時間ｔ０になってリセット動作を解除し本来の測光動作を開始する。
【００６４】
連写撮影を行う場合は図１２（ｂ）のように動作する。本実施形態における撮像装置は、露光中（撮像素子１１３に光が導かれている状態）は、クイックリターンミラー１１０がアップした状態かミラー駆動の途中であり、測光回路１００には光束が安定して導かれておらず、その期間は正確に測光ができない期間となる。
【００６５】
そこで、本実施形態では、ＣＰＵ１０１はこの期間Ｔｐの間にリセット状態での読み出しを行い記憶部１０２に測光値を記憶しておく。そして、時間ｔ０になってリセット動作を解除し本来の測光動作を開始する。
【００６６】
その後の測光動作は、図６のステップＳ５０３以降、あるいは、図９のステップＳ７０３以降と同様の処理を行えばよいので説明は省略する。
【００６７】
以上のように、測光を行うのに適さない期間においてリセット動作時の測光値を取得し記憶しておくことで、予測演算により正確な予測測光値を得ることができる。
【００６８】
（第５の実施形態）
本実施形態は、測光回路１００のリセット動作におけるリセット電圧を輝度に応じて変更可能な点が第４の実施形態と異なっている。図１３は、本実施形態の測光関連部分を示した図であり、図１１のリセット電圧設定部３１０が可変式リセット電圧設定部３１１に変更されていて、その他の部分は図１１と同様である。
【００６９】
安定待ち時間は、図４に示すように、低輝度においてリセット時の測光出力の値と収束する測光出力の値との差が大きいほど長くなる。そこで、測光により得られるであろう測光値を測光を行う前に予測しておき、リセット電位を予測した測光値にできる限り近づける。なお、リセット電位は連続的に変化できることが望ましいが、説明の簡単化のため、以下では離散的にリセット電位を設定する回路で説明する。
【００７０】
図１４は、本実施形態の測光回路１００の測光出力と時間との関係を示す図である。連写撮影中は被写体の輝度が大きく変わりにくいと想定し、例えば、記憶部１０２に記憶された前回の測光出力がＢＶ５だった場合、ＣＰＵ１０１はＢＶ５に近いリセット電圧を出力させるために可変式リセット電圧設定部３１１のＳＷ３１１ａをオンする。そうすると図１４（ａ）のように、リセット動作を行うと測光出力はＲｅｓｅｔＡの値でリセットされる。そのため、リセット動作時の測光出力の値と収束する測光出力の値との差を小さくすることができ、リセット動作後の時間ｔ１において安定した測光出力を得ることができる。すなわち、第１ないし第４の実施形態で説明したような予測演算を行うことなく正確な測光値を得ることができる。
【００７１】
ところが、被写体の輝度が急に変わった場合は、収束する測光出力の値は大きく変わる。例えば、前回の測光出力はＢＶ５に収束したが今回はＢＶ０に収束する場合は、図１４（ｂ）に示すように測光出力は変化する。すなわち、前回の測光出力が収束したＢＶ５に合わせてＲｅｓｅｔＡの値でリセットされるが、リセット動作後に測光出力は急に下落する。このような場合であるかは、時間ｔ１において得る測光出力の値とリセット動作時の測光出力の値との差が所定値以上であるか否かによって判断できる。そのため、このような場合であると判断した場合には、第１ないし第４の実施形態で説明したような予測演算を行うことで正確な予測測光値を得ることができる。そして、今回の測光出力がＢＶ０だったことを記憶部１０２に記憶し、ＣＰＵ１０１はＢＶ０に近いリセット電圧を出力させるために可変式リセット電圧設定部３１１のＳＷ３１１ｂをオンする。そうすると、次にリセット動作を行うと測光出力はＲｅｓｅｔＢの値でリセットされる。
【００７２】
以上のように、測光回路１００のリセット動作におけるリセット電圧を輝度に応じて変更することで、予測演算することなく正確な測光値を得ることができる状況を増やすことができる。
【００７３】
（第６の実施形態）
図１５は本実施形態における測光動作を説明するフローチャートである。本実施形態では、不図示の温度検出手段により取得した撮像装置の温度に応じて測光安定待ち時間を変更する点で他の実施形態と異なる。図１６は、測光回路１００の温度による応答性の違いを示す図であり、４５度などの高温下では、通常使用時に想定される温度範囲下のときに比べて暗電流の影響で定常状態にある測光出力の値が高くなってしまう。その結果、１０ｍｓなどといった短い測光安定待ち時間では、測光安定待ち時間後に得た測光出力の値の輝度による差異が小さくなるため正確な予測測光値を得ることが困難となる。そこで、高温化では測光安定待ち時間を長くすることにより、正確な予測測光値を得ることができるようにする。
【００７４】
以下、図１５のフローチャートについて説明する。まず、ステップＳ８０１でＣＰＵ１０１は測光回路１００を動作させてリセット動作を行い、リセット動作を行った後、直ちにステップＳ８０２で測光回路１００の出力の読み出しを行い、読み出して得られた測光値ＡＥ０を記憶部１０２に記憶する。続いて、ステップＳ８０３で温度検出手段により温度を検出し、検出した温度が所定温度Ｔａより高い場合、ステップＳ８１０へと遷移する。そして、ＣＰＵ１０１は、２つ目、３つ目の測光値取得のための測光安定待ち時間を通常より長く設定し（Ｔ１’、Ｔ２’）、ステップＳ８１１で測光値ＡＥ１、ステップＳ８１３で測光値ＡＥ２をそれぞれ取得して記憶部１０２に記憶する。記憶部１０２に記憶された３つの測光値ＡＥ０〜ＡＥ２からステップＳ８０８で予測関数算出部１０６は測光出力の予測関数を生成する。そして、ＣＰＵ１０１はステップＳ８０９で予測測光値を算出して露出演算に用いる測光値として記憶部１０２に記憶して測光動作を終了する。
【００７５】
ステップＳ８０３で検出した温度が所定温度Ｔａ以下の場合、ＣＰＵ１０１はステップＳ８０４〜Ｓ８０７で通常の測光安定待ち時間（Ｔ１、Ｔ２）で、２つ目、３つ目の測光値ＡＥ１、ＡＥ２を取得する。
【００７６】
以上のように、検出した温度が所定温度より高い場合には、所定温度以下の場合よりも測光安定待ち時間を長くすることで、高温度下であっても正確な予測測光値を得ることができる。
【００７７】
なお、上記の６つの実施形態はそれぞれ他の実施形態と組み合わせることも可能であり、例えば、第１の実施形態の構成に第６の実施形態の構成を組み合わせてもよい。
【００７８】
また、上記の実施形態において、測光安定待ち時間に基づいて測光を行うのではなく、所定周期で測光を繰り返し行い、その中から測光安定待ち時間が経過したときに行った測光の測光出力を予測演算に用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１００  測光回路
１０１  ＣＰＵ
１１１  シャッター
１１２  絞り
１１３  撮像素子
３００  測光ユニット
３１０  リセット電圧設定部
３１１  可変式リセット電圧設定部
【図１】
0005901123.tif 000002
【図２】
0005901123.tif 000003
【図３】
0005901123.tif 000004
【図４】
0005901123.tif 000005
【図５】
0005901123.tif 000006
【図６】
0005901123.tif 000007
【図７】
0005901123.tif 000008
【図８】
0005901123.tif 000009
【図９】
0005901123.tif 000010
【図１０】
0005901123.tif 000011
【図１１】
0005901123.tif 000012
【図１２】
0005901123.tif 000013
【図１３】
0005901123.tif 000014
【図１４】
0005901123.tif 000015
【図１５】
0005901123.tif 000016
【図１６】
0005901123.tif 000017