(57)【要約】【課題】  ＡＦ制御を行うに際し、撮像センサの線形特性領域と対数特性領域との特質を考慮しつつ、最適なＡＦ制御を行うことができるようにする。【解決手段】  線形特性領域と対数特性領域とを備える撮像センサを備える撮像装置において、撮像センサの対数特性領域から得られた第１のＡＦ評価値に基づいて第１のＡＦ制御を行わせた後に、撮像センサの線形特性領域から得られた第２のＡＦ評価値に基づいて第２のＡＦ制御を行わせるＡＦ動作制御部を具備させる。ＡＦ動作制御部は、第１のＡＦ評価値を取得するときに被写体の輝度範囲に対応するセンサ出力が対数特性領域から得られ、また第２のＡＦ評価値を取得するときにはセンサ出力が線形特性領域から得られるよう、光電変換特性を制御する。【選択図】  図２０
2006003727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が第１の特性に変換されて出力される第１特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が第１の特性よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２の特性に変換されて出力される第２特性領域とを備える撮像センサと、
前記撮像センサによる撮影画像から得られる画像信号に基づいて、被写体を撮影するに際してのオートフォーカス評価値を検出するオートフォーカス評価値検出手段と、
前記オートフォーカス評価値に基づいてフォーカス設定値を定め、当該撮像装置のオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御手段とを備えた撮像装置において、
前記撮像センサの第２特性領域から得られた第１のオートフォーカス評価値に基づいて第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、前記撮像センサの第１特性領域から得られた第２のオートフォーカス評価値に基づいて第２のオートフォーカス制御を行わせるオートフォーカス動作制御部を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
撮像センサによる撮影領域の特定区画が測距エリアとされ、オートフォーカス評価値検出手段は前記測距エリアからオートフォーカス評価値を検出するものであり、
オートフォーカス制御手段は、前記オートフォーカス評価値に基づいて画像の明瞭度を評価することで合焦点位置を求めるものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１のオートフォーカス評価値を検出するに際し、被写体が撮像センサの第２特性領域で撮影されるよう光電変換特性を変化させると共に、
前記第２のオートフォーカス評価値を検出するに際し、被写体が撮像センサの第１特性領域で撮影されるよう光電変換特性を変化させる光電変換特性制御手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
被写体の輝度範囲を求める被写体輝度範囲検出手段を備え、
光電変換特性制御手段は、前記被写体の輝度範囲に応じて撮像センサの第１特性領域から第２特性領域への変曲点を制御するものであることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
光電変換特性制御手段は、第１のオートフォーカス評価値を検出するに際しては撮像センサの光電変換特性を全て第２特性領域に変化させ、
第２のオートフォーカス評価値を検出する際しては撮像センサの光電変換特性を全て第１特性領域に変化させるものであることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項６】
入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が第１の特性に変換されて出力される第１特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が第１の特性よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２の特性に変換されて出力される第２特性領域とを備える撮像センサと、
前記撮像センサによる撮影画像から得られる画像信号に基づいて、被写体を撮影するに際してのオートフォーカス評価値を検出するオートフォーカス評価値検出手段と、
前記オートフォーカス評価値に基づいてフォーカス設定値を定め、当該撮像装置のオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御手段と、
前記光電変換特性における第１特性領域と第２特性領域との割合が変化するように光電変換特性を変化させる光電変換特性制御手段と、
撮像センサの出力から得られるオートフォーカス評価値に基づいてオートフォーカス制御を行わせるオートフォーカス動作制御部とを備え、
前記オートフォーカス動作制御部は、第２特性領域から得られた第１のオートフォーカス評価値に基づく第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、第１特性領域から得られた第２のオートフォーカス評価値に基づく第２のオートフォーカス制御を行わせるものであり、第１のオートフォーカス評価値と第２のオートフォーカス評価値とを取得するに際して光電変換特性を異ならせるものであって、前記第１のオートフォーカス評価値取得時において光電変換特性を、評価値を得るための画像信号の輝度範囲に対して第２特性領域が支配的になるよう制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記第２特性は、入射光量に対して対数的な出力となる対数特性であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１特性は、入射光量に対して線形的な出力となる線形特性であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】
入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が第１の特性に変換されて出力される第１特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が第１の特性よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２の特性に変換されて出力される第２特性領域とを備える撮像センサを備える撮像装置を用い、
被写体の輝度範囲を前記撮像センサの第２特性領域で撮影させて得られた粗測距モードによる画像信号から第１のオートフォーカス評価値を取得し、該第１のオートフォーカス評価値に基づいて第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、
被写体の輝度範囲を前記撮像センサの第１特性領域で撮影させて得られた詳測距モードによる画像信号から第２のオートフォーカス評価値を取得し、該第２のオートフォーカス評価値に基づいて第２のオートフォーカス制御を行わせることを特徴とする撮像方法。
【請求項１０】
入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が第１の特性に変換されて出力される第１特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が第１の特性よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２の特性に変換されて出力される第２特性領域とを備える撮像センサと、前記光電変換特性における第１特性領域と第２特性領域との割合が変化するように光電変換特性を変化させる光電変換特性制御手段とを備える撮像装置を用い、
被写体の輝度範囲に対して、前記撮像センサを第２特性領域が支配的な第１の光電変換特性にして撮影させて得られた粗測距モードによる画像信号から第１のオートフォーカス評価値を取得し、該第１のオートフォーカス評価値に基づいて第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、
被写体の輝度範囲に対して、前記撮像センサを第１特性領域が支配的な第２の光電変換特性にして撮影させて得られた詳測距モードによる画像信号から第２のオートフォーカス評価値を取得し、該第２のオートフォーカス評価値に基づいて第２のオートフォーカス制御を行わせることを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光量に応じた電気信号を発生する撮像センサを具備する撮像装置に関し、特に、その光電変換特性として入射光量に対して前記電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とを備えている（線形特性の動作と対数特性の動作とが切り替え可能とされている）撮像センサに代表される、２つの異なる特性領域を有する光電変換特性を示す撮像センサを用いた撮像装置及び撮像方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトダイオード等の光電変換素子をマトリクス状に配置してなる固体撮像素子に、ＭＯＳＦＥＴ等を備えた対数変換回路を付加し、前記ＭＯＳＦＥＴのサブスレッショルド特性を利用することで、固体撮像素子の出力特性を入射光量に対して電気信号が対数的に変換されるようにした撮像センサ（「ＬＯＧセンサ」とも呼ばれている）が知られている。このような撮像センサにおいて、固体撮像素子本来の出力特性、すなわち入射光量に応じて電気信号が線形的に変換されて出力される線形動作状態と、前述の対数動作状態とを切り替えることが可能とされた撮像センサが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、ＭＯＳＦＥＴに特定のリセット電圧を与えることで、線形動作状態から対数動作状態へ自動的に切り替え可能とすると共に、前記各画素の前記切り替え点を等しくした撮像装置が開示されている。また特許文献２にも、線形動作状態から対数動作状態へ自動的に切り替え可能とすると共に、ＭＯＳＦＥＴのリセット時間を調整することでＭＯＳＦＥＴのポテンシャル状態を調整可能とした撮像装置が開示されている。
【０００４】
上記のような撮像センサを線形動作状態で用いた場合、光電変換素子で発生した電荷量に比例した出力が得られることから、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる等の利点がある反面、ダイナミックレンジが狭くなってしまうという不都合がある。一方、撮像センサを対数動作状態で用いた場合、入射光量に対して自然対数的に変換された出力が得られることから、広いダイナミックレンジが確保できるという利点がある反面、画像信号が対数圧縮されることからコントラスト性が悪くなるという不都合がある。
【特許文献１】特開２００２−７７７３３号公報
【特許文献２】特開２００２−３００４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、デジタルカメラ等の撮像装置では、一般的に撮像レンズの焦点調節を自動的に行うオートフォーカス制御（以下、ＡＦ制御という）機構が装備されているが、かかるオートフォーカス制御機構としては、いわゆる「山登り方式」と呼ばれる方式が汎用されている。この「山登り方式」は、撮像センサによる撮影画像より得られる画像信号（出力信号）からオートフォーカス評価値（以下、ＡＦ評価値という）を取得しながら撮像レンズの焦点位置を徐々に変化させ、コントラストが最大となる位置を合焦位置とする方式である。この方式によれば、撮像センサを測距センサとして使用することから特別な測距機構を必要としないという利点があり、デジタルカメラ等において広く用いられている。
【０００６】
しかしながら、線形特性領域と対数特性領域とを備える撮像センサによって上記「山登り方式」のＡＦ制御を行った場合、各々の特性領域が備える特質によって次のような不都合が生じる場合がある。
（１）ＡＦ評価値を線形特性領域で撮影された画像信号から取得しようとすると、コントラスト性に優れることから被写体に対する詳細な測距（詳測距）は可能となるものの、上述の通りダイナミックレンジが狭いことから、例えば撮像センサの測距エリアに明るい被写体像が入ってしまうと、コントラスト情報自体が読み取れないという不都合がある。
（２）ＡＦ評価値を対数特性領域で撮影された画像信号から取得しようとすると、ダイナミックレンジが広いことから広い輝度範囲での測距は可能となるものの、画像信号が対数圧縮され、ＡＦ評価値のコントラスト情報も対数圧縮されることから、詳測距は行えず粗い測距（粗測距）しか行えないという不都合がある。
【０００７】
従って本発明は、ＡＦ制御を行うに際し、撮像センサの線形特性領域と対数特性領域といったような互いに異なる２つの特性領域の特質を考慮しつつ、最適なＡＦ制御を行うことができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１にかかる撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が第１の特性に変換されて出力される第１特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が第１の特性よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２の特性に変換されて出力される第２特性領域とを備える撮像センサと、前記撮像センサによる撮影画像から得られる画像信号に基づいて、被写体を撮影するに際してのオートフォーカス評価値を検出するオートフォーカス評価値検出手段と、前記オートフォーカス評価値に基づいてフォーカス設定値を定め、当該撮像装置のオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御手段とを備えた撮像装置において、前記撮像センサの第２特性領域から得られた第１のオートフォーカス評価値に基づいて第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、前記撮像センサの第１特性領域から得られた第２のオートフォーカス評価値に基づいて第２のオートフォーカス制御を行わせるオートフォーカス動作制御部を具備することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、比較的広いダイナミックレンジを確保できることになる第２特性領域から第１のオートフォーカス評価値を取得し、これに基づいて第１のオートフォーカス制御を行い、これに続いて比較的高コントラストな画像信号を抽出できることになる第１特性領域から第２のオートフォーカス評価値を取得して第２のオートフォーカス制御を行う構成であるので、撮影対象となる被写体を先ずは第２特性領域の広いダイナミックレンジで捕えて粗い測距が行われ（第１のオートフォーカス制御）、しかる後、第１特性領域のコントラスト性に優れる特性を活用して詳細な測距が行われる（第２のオートフォーカス制御）ようになる。
【００１０】
上記構成において、撮像センサによる撮影領域の特定区画が測距エリアとされ、オートフォーカス評価値検出手段は前記測距エリアからオートフォーカス評価値を検出するものであり、オートフォーカス制御手段は、前記オートフォーカス評価値に基づいて画像の明瞭度を評価することで合焦点位置を求めるよう構成することが望ましい（請求項２）。この構成によれば、ターゲットとする被写体を測距エリアに置くことで、ターゲット被写体の測距が確実に行われる。
【００１１】
さらに、前記請求項１又は請求項２の構成において、前記第１のオートフォーカス評価値を検出するに際し、被写体が撮像センサの第２特性領域で撮影されるよう光電変換特性を変化させると共に、前記第２のオートフォーカス評価値を検出するに際し、被写体が撮像センサの第１特性領域で撮影されるよう光電変換特性を変化させる光電変換特性制御手段を設けることが望ましい（請求項３）。この構成によれば、光電変換特性制御手段により撮像センサの光電変換特性を、第１のオートフォーカス評価値の取得時、或いは第２のオートフォーカス評価値の取得時に、それぞれ最適な特性に変化させた上で各々の評価値を取得できるようになる。
【００１２】
請求項３の構成において、被写体の輝度範囲を求める被写体輝度範囲検出手段を備え、  光電変換特性制御手段は、前記被写体の輝度範囲に応じて撮像センサの第１特性領域から第２特性領域への変曲点を制御するものと構成することが好ましい（請求項４）。この構成によれば、光電変換特性制御手段は被写体の輝度範囲に応じて光電変換特性の変曲点を制御できるようになる。例えば、被写体が比較的明るい場合は、当該被写体の輝度範囲が確実に第２特性領域で捕えられるよう出力レベルが比較的低いポイントに変曲点を設定して第１のオートフォーカス評価値を取得し、続いて前記当該被写体の輝度範囲が確実に第１特性領域で捕えられるよう出力レベルが比較的高いポイントに変曲点を設定して第２のオートフォーカス評価値を取得する、というようなオートフォーカス制御が行えるようになる。
【００１３】
さらに請求項３の構成において、光電変換特性制御手段は、第１のオートフォーカス評価値を検出する際しては撮像センサの光電変換特性を全て第２特性領域に変化させ、第２のオートフォーカス評価値を検出するに際しては撮像センサの光電変換特性を全て第１特性領域に変化させるものと構成することができる（請求項５）。この構成によれば、第１のオートフォーカス評価値が確実に第２特性領域から取得され、また第２のオートフォーカス評価値が確実に第１特性領域から取得されるようになる。
【００１４】
本発明の請求項６にかかる撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が第１の特性に変換されて出力される第１特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が第１の特性よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２の特性に変換されて出力される第２特性領域とを備える撮像センサと、前記撮像センサによる撮影画像から得られる画像信号に基づいて、被写体を撮影するに際してのオートフォーカス評価値を検出するオートフォーカス評価値検出手段と、前記オートフォーカス評価値に基づいてフォーカス設定値を定め、当該撮像装置のオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御手段と、前記光電変換特性における第１特性領域と第２特性領域との割合が変化するように光電変換特性を変化させる光電変換特性制御手段と、撮像センサの出力から得られるオートフォーカス評価値に基づいてオートフォーカス制御を行わせるオートフォーカス動作制御部とを備え、前記オートフォーカス動作制御部は、第２特性領域から得られた第１のオートフォーカス評価値に基づく第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、第１特性領域から得られた第２のオートフォーカス評価値に基づく第２のオートフォーカス制御を行わせるものであり、第１のオートフォーカス評価値と第２のオートフォーカス評価値とを取得するに際して光電変換特性を異ならせるものであって、前記第１のオートフォーカス評価値取得時において光電変換特性を、評価値を得るための画像信号の輝度範囲に対して第２特性領域が支配的になるよう制御することを特徴とする。この構成によれば、第１のオートフォーカス評価値取得時に光電変換特性を完全に第２特性領域に変化させるのではなく、第１特性領域と第２特性領域とが並存した状態とされながらも、評価値を得るための画像信号の輝度範囲に応じて前記画像信号が専ら第２特性領域から得られるように制御される。
【００１５】
上記請求項１〜６のいずれかの構成において、前記第２特性は、入射光量に対して対数的な出力となる対数特性である構成とすることができる（請求項７）。この構成によれば、対数圧縮した出力特性となることから、第２特性領域は非常に広いダイナミックレンジを持つようになる。なお、このような対数特性は、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性を利用して容易に実現することが可能である。
【００１６】
また、上記請求項１〜７のいずれかの構成において、前記第１特性は、入射光量に対して線形的な出力となる線形特性である構成とすることができる（請求項８）。この構成によれば、第１特性領域は線形出力特性となることから、コントラスト性に優れたオートフォーカス評価値を取得できるようになる。
【００１７】
本発明の請求項９にかかる撮像方法は、入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が第１の特性に変換されて出力される第１特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が第１の特性よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２の特性に変換されて出力される第２特性領域とを備える撮像センサを備える撮像装置を用い、被写体の輝度範囲を前記撮像センサの第２特性領域で撮影させて得られた粗測距モードによる画像信号から第１のオートフォーカス評価値を取得し、該第１のオートフォーカス評価値に基づいて第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、
被写体の輝度範囲を前記撮像センサの第１特性領域で撮影させて得られた詳測距モードによる画像信号から第２のオートフォーカス評価値を取得し、該第２のオートフォーカス評価値に基づいて第２のオートフォーカス制御を行わせることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、広いダイナミックレンジを確保できる特徴がある第２特性領域（例えば対数特性領域）で撮影させて得られた粗測距モードによる画像信号から第１のオートフォーカス評価値を取得し、これに基づいて第１のオートフォーカス制御を行い、これに続いて高コントラストな画像信号を抽出できる特徴がある第１特性領域（例えば線形特性領域）で撮影させて得られた詳測距モードによる画像信号から第２のオートフォーカス評価値を取得して第２のオートフォーカス制御を行う構成であるので、撮影対象となる被写体を先ずは第２特性領域の広いダイナミックレンジで捕えて粗い測距が行われ（第１のオートフォーカス制御）、しかる後、第１特性領域のコントラスト性に優れる特性を活用して詳細な測距が行われる（第２のオートフォーカス制御）ようになる。
【００１９】
本発明の請求項１０にかかる撮像方法は、入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が第１の特性に変換されて出力される第１特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が第１の特性よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２の特性に変換されて出力される第２特性領域とを備える撮像センサと、前記光電変換特性における第１特性領域と第２特性領域との割合が変化するように光電変換特性を変化させる光電変換特性制御手段とを備える撮像装置を用い、被写体の輝度範囲に対して、前記撮像センサを第２特性領域が支配的な第１の光電変換特性にして撮影させて得られた粗測距モードによる画像信号から第１のオートフォーカス評価値を取得し、該第１のオートフォーカス評価値に基づいて第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、被写体の輝度範囲に対して、前記撮像センサを第１特性領域が支配的な第２の光電変換特性にして撮影させて得られた詳測距モードによる画像信号から第２のオートフォーカス評価値を取得し、該第２のオートフォーカス評価値に基づいて第２のオートフォーカス制御を行わせることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、第１、第２のオートフォーカス評価値取得時に光電変換特性を完全に第２特性領域又は第１特性領域に変化させるのではなく、第１特性領域と第２特性領域とが並存した状態とされながらも、評価値を得るための画像信号の輝度範囲に応じて、前記画像信号がいずれかの特性領域が支配的になるような第１の光電変換特性又は第２の光電変換特性によって評価値が取得されるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１にかかる撮像装置によれば、撮影対象となる被写体を第２特性領域の広いダイナミックレンジで捕えて粗い測距を行う第１のオートフォーカス制御と、第１特性領域のコントラスト性に優れる特性を活用して詳細な測距を行う第２のオートフォーカス制御とが順次行われるので、明るい被写体が測距対象になった場合でも確実にコントラスト情報を読み取って第１のオートフォーカス制御が行えると共に、これに続く第２のオートフォーカス制御にて高コントラスト情報に基づいた精度の良いフォーカス制御が行える。従って、どのような輝度の被写体であっても、結果的に高速度で且つ高精度のオートフォーカス制御を実行させることができるという効果を奏する。
【００２２】
請求項２にかかる撮像装置によれば、ターゲットとする被写体を測距エリアに置くことで、ターゲット被写体の測距が確実に行われので、例えば主被写体をターゲットとして前記第１、第２のオートフォーカス制御により高速度で且つ高精度のオートフォーカス制御を実行させることができるようになる。
【００２３】
請求項３にかかる撮像装置によれば、光電変換特性制御手段により撮像センサの光電変換特性を、第１のオートフォーカス評価値の取得時、或いは第２のオートフォーカス評価値の取得時に、それぞれ最適な特性に変化させた上で各々の評価値を取得できるので、被写体の輝度がどのようなものであっても（高輝度被写体、低輝度被写体に拘わらず）、所期のオートフォーカス評価値を各々の特性領域から取得できることから、本発明に基づくオートフォーカス制御を確実に実行できるという効果を奏する。
【００２４】
請求項４にかかる撮像装置によれば、光電変換特性制御手段による変曲点制御によって、例えば被写体が比較的明るい場合は、当該被写体の輝度範囲が確実に第２特性領域で捕えられるよう出力レベルが比較的低いポイントに変曲点を設定して第１のオートフォーカス評価値を取得し、続いて前記当該被写体の輝度範囲が確実に第１特性領域で捕えられるよう出力レベルが比較的高いポイントに変曲点を設定して第２のオートフォーカス評価値を取得するというように、被写体の輝度範囲に応じてオートフォーカス評価値を各々の特性領域から取得できることから、本発明に基づくオートフォーカス制御を一層確実に実行できるようになる。従って、より高速度で且つ高精度なオートフォーカス制御を実行させることができるという効果を奏する。
【００２５】
請求項５にかかる撮像装置によれば、第１のオートフォーカス評価値が確実に第２特性領域から取得され、また第２のオートフォーカス評価値が確実に第１特性領域から取得されるようになることから、本発明に基づくオートフォーカス制御を確実に実行できるようになる。しかも、撮像センサの光電変換特性を全て第２特性領域、又は第１特性領域とするという単純な制御方法であるので、オートフォーカス制御をより高速度に実行させることができるようになる。
【００２６】
請求項６にかかる撮像装置によれば、第１特性領域と第２特性領域とが並存した状態とされながらも、評価値を得るための画像信号の輝度範囲に応じて前記画像信号が専ら第２特性領域から得られるように制御されるので、例えば被写体輝度範囲の輝度分布が多い高輝度領域を第２特性領域で、輝度分布が少ない低輝度領域を第１特性領域でカバーするようにしてオートフォーカス評価値を取得できるようになる。従って、コントラスト性を維持しつつ且つ画素飽和することなくオートフォーカス評価値を検出することができる。
【００２７】
請求項７にかかる撮像装置によれば、第２特性として対数特性を採用することで、例えば明るい被写体が測距対象となった場合でも、先ずは対数特性領域から第１のオートフォーカス評価値を取得するので、対数圧縮されているとはいえ確実に被写体のコントラスト情報を読み取ることができることから、少なくとも粗い測距は確実に実行可能となる。
【００２８】
請求項８にかかる撮像装置によれば、第１特性として線形特性を採用することで、線形特性領域から第２のオートフォーカス評価値を取得して高いコントラスト情報を読み取れるので、詳細な測距を行えるようになる。また、線形特性を用いて評価値を取得するようにすれば、確率された完成度の高い技術を利用して確実にオートフォーカス制御を行うことができるという利点もある。
【００２９】
請求項９にかかる撮像方法によれば、撮影対象となる被写体を第２特性領域（例えば対数特性領域）の広いダイナミックレンジで捕えて粗い測距（粗測距モード）を行う第１のオートフォーカス制御と、第１特性領域（例えば線形特性領域）のコントラスト性に優れる特性を活用して詳細な測距（詳測距モード）を行う第２のオートフォーカス制御とが順次行われるので、例えば明るい被写体が測距対象になった場合でも確実にコントラスト情報を読み取って第１のオートフォーカス制御が行えると共に、これに続く第２のオートフォーカス制御にて高コントラスト情報に基づいた精度の良いフォーカス制御が行える。従って、どうような輝度の被写体であっても、結果的に高速度で且つ高精度のオートフォーカス制御を実行させることができるという効果を奏する。
【００３０】
請求項１０にかかる撮像方法によれば、第１特性領域と第２特性領域とが並存した状態とされながらも、評価値を得るための画像信号の輝度範囲に応じて、前記画像信号がいずれかの特性領域が支配的になるような第１の光電変換特性又は第２の光電変換特性によって評価値が取得されるので、例えば被写体輝度範囲の輝度分布が多い高輝度領域を第２特性領域で、輝度分布が少ない低輝度領域を第１特性領域でカバーするようにしてオートフォーカス評価値を取得できるようになる。従って、コントラスト性を維持しつつ且つ画素飽和することなくオートフォーカス評価値を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
（撮像装置の外観構造の説明）
図１は、本発明にかかる撮像装置が好適に適用される小型のデジタルカメラ１の外観を示す図であって、図１（ａ）はその上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図をそれぞれ示している。このデジタルカメラ（撮像装置）１は、カメラ本体ボディ１０の頂面には電源スイッチ１０１及びレリーズスイッチ１０２等が、正面側にはフラッシュ発光部１０３及び撮影レンズ窓１０４等が、また背面側にはモード設定スイッチ１０５などの各種の操作ボタンや液晶モニター（ＬＣＤ）からなるＬＣＤ表示部１０６等がそれぞれ配置されている。そして本体ボディ１０の内部には、各種本体機器のほか、屈曲型の鏡胴２０が配置されている。
【００３２】
電源スイッチ１０１は、カメラ１の電源をＯＮ（起動）、ＯＦＦ（起動停止）するための押下スイッチであり、押下動作によりカメラ電源のＯＮ、ＯＦＦが順次繰り返される。またモード設定スイッチ１０５は、静止画を撮影する静止画撮影モードと、動画を撮影する動画撮影モードとの２つのモードを設定するためのものである。
【００３３】
レリーズスイッチ１０２は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。例えば前記静止画撮影モードにおいて、レリーズスイッチ１０２が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（後述の自動露出制御や自動焦点制御等の準備動作）が実行され、レリーズスイッチ１０２が全押しされると、撮影動作（後述する撮像センサを露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作）が実行される。また、前記動画撮影モードにおいて、レリーズスイッチ１０２が全押しされると、所定の動画撮影動作が実行され、再度レリーズスイッチ１０２が全押しされると、動画撮影動作が終了される。
【００３４】
フラッシュ発光部１０３は、レリーズスイッチ１０２が半押しされている状態（静止画撮影モード）において、被写体像が暗い場合に発光して被写体を照明する。撮影レンズ窓１０４は、被写体の光学像を、本体ボディ１０の内部に配置された屈曲型鏡胴２０へ取り入れるための開口部である。また表示部１０６は、内蔵する記録媒体に記録された記録画像を再生表示させたり、撮影待機中や動画撮影モードにおいてビデオ撮影された被写体のスルー画像（ライブビュー画像）を表示させたりするものである。なお、前記モード設定スイッチ１０５以外に、ズームスイッチ、メニュー選択スイッチ、選択決定スイッチ等のプッシュスイッチ群が備えられている。
【００３５】
屈曲型の鏡胴２０は、前記撮影レンズ窓１０４を通して被写体像を取り入れ、本体ボディ１０の内部に配置されている撮像センサ３０へ導く撮影レンズ系を構成するものである。この鏡胴２０は、ズーミングやフォーカシング駆動時においてもその長さが変動しない、つまり本体ボディ１０から外部に突出することのない鏡胴である。この鏡胴２０の内部には、光軸に沿って直列的に配置されるズームレンズブロックや固定レンズブロックからなる撮影光学系を構成するレンズ群２１（図２参照）と、このレンズ群２１の適所に配置される絞り２２とが備えられている。さらに前記レンズ群２１の適所にはシャッタ２３が配置されており、該シャッタ２３の開閉動作により撮影光学系の光路が遮光若しくは通光されるようになっている。すなわち、絞り２２の開口面積設定度合い及びシャッタ２３の開閉動作制御等により、撮像センサ３０の露光量が制御されるものである。
【００３６】
（撮像装置の電気的構成の全体的な説明）
図２は、本実施形態に係るデジタルカメラ１による撮像処理ブロック図である。このデジタルカメラ１は、操作部１００、上述した屈曲型の鏡胴２０、撮像センサ３０、信号処理部４０、全体制御部５０、及び駆動部６０などを備えている。なお操作部１００は、前記で説明した電源スイッチ１０１、レリーズスイッチ１０２及びモード設定スイッチ１０５などからなる。
【００３７】
撮像センサ３０は、鏡胴２０内のレンズ群２１により結像された被写体光像の光量に応じ、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各成分の画像信号（撮像センサ３０の各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号）に光電変換して信号処理部４０へ出力するものである。この撮像センサ３０としては、入射光量に対して出力画素信号（光電変換により発生する出力電気信号）が線形的ではなく対数的に変換されて出力される対数変換型固体撮像素子が用いられる。なお当該撮像センサ３０は、入射光量が少ない場合は、出力画素信号が線形的に変換されて出力される特性を有しており、その光電変換特性が線形的である領域（線形特性領域＝暗時）と対数的である領域（対数特性領域＝明時）とを備えている。さらに前記線形特性領域と対数特性領域との切り替り点（変曲点）が、特定の制御信号（光電変換特性制御手段による制御信号）により任意に制御可能とされている。この撮像センサ３０の構成、動作等については後に詳述する。
【００３８】
タイミング生成回路（タイミングジェネレータ）３１は、撮像センサ３０による撮影動作（露光に基づく電荷蓄積や蓄積電荷の読出し等）を制御するものである。タイミング生成回路３１は、全体制御部５０からの撮影制御信号に基づいて所定のタイミングパルス（画素駆動信号、水平同期信号、垂直同期信号、水平走査回路駆動信号、垂直走査回路駆動信号等）を生成して撮像センサ３０に出力し、動画撮影モード時（スルー画表示モード時）には、例えば１／３０（秒）毎にフレーム画像を取り込み、順次信号処理部４０に出力させる。また、静止画撮影モード時の露光中には撮像センサ３０の露光動作に連動して電荷を蓄積させ（すなわち、被写体光像を画像信号に光電変換させ）、その蓄積電荷を信号処理部４０に出力させる。さらにタイミング生成回路３１は、後述のＡ／Ｄ変換器４０２において用いられるＡ／Ｄ変換用のクロックも生成する。
【００３９】
信号処理部４０は、撮像センサ３０から送出される画像信号に所定のアナログ信号処理およびデジタル信号処理を施すもので、前記画像信号の信号処理は、該画像信号を構成するそれぞれの画素信号ごとに行われる。この信号処理部４０は、アナログ信号処理部４０１、Ａ／Ｄ変換器４０２、黒基準補正部４０３、ＦＰＮ補正部４０４、評価値検出部４０５、ホワイトバランス制御部４０６、色補間部４０７、３×３色補正部４０８、階調変換部４０９、ノイズキャンセル部４１０及び画像メモリ４１１を備えている。
【００４０】
アナログ信号処理部４０１は、撮像センサ３０から出力される画像信号（撮像センサ３０の各画素で受光されたアナログ信号群）に所定のアナログ信号処理を施すもので、アナログ画像信号に含まれるリセット雑音を低減するＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路）と、アナログ画像信号のレベルを補正するＡＧＣ回路（オートゲインコントロール回路）とを備えている。なおＡＧＣ回路は、適正露出が得られなかった場合等に、後段のＡ／Ｄ変換器４０２の入力電圧範囲に合うよう、アナログ画像信号を適正な増幅率で増幅して撮影画像のレベル不足を補償するアンプ機能も有している。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換器４０２は、アナログ信号処理部４０１から出力されるアナログ画像信号を、例えば１２ビットのデジタル画像信号（画像データ）に変換する役目を果たす。このＡ／Ｄ変換器４０２は、前記タイミング生成回路３１から入力されるＡ／Ｄ変換用のクロックに基づいて、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
【００４２】
黒基準補正部４０３は、Ａ／Ｄ変換器４０２から入力されるデジタル画像信号の黒レベル（暗黒時の画像信号レベル）を基準の値（例えば、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号レベルで０）に補正するために、Ａ／Ｄ変換器４０２から入力される画像信号レベルをＳＤ１とし、また暗黒時の画像信号レベルをＳＤ２とするときに、
ＳＤ１−ＳＤ２
の演算を行う。なお、かかる黒基準補正は、全体制御部５０から入力される撮像センサ３０の光電変換特性に対応した撮像ダイナミックレンジ情報に基づいて行われる。これは、本発明にかかるデジタルカメラ１においては、撮像センサ３０の光電変換特性が制御可能とされており、従ってＡ／Ｄ変換器４０２から入力されるデジタル画像信号の暗黒時における画像信号レベルが、撮像センサ３０の光電変換特性の変化により変動することから、その変動に追従した正確な黒基準補正が行えるようにするためである。
【００４３】
ＦＰＮ（Fixed  Pattern  Noise）補正部４０４は、黒基準補正部４０３から入力される画像信号のＦＰＮ（固定パターンノイズ）を除去するためのものである。固定パターンノイズとは、撮像センサ３０の各画素回路が備えるＦＥＴの閾値バラツキ等が要因となって生じる、各画素が発生する画像信号の出力値のバラツキに起因するノイズである。ＦＰＮ補正部４０４は、黒基準補正部４０３から入力される画像信号レベルをＳＤ３とし、また黒基準補正部４０３から入力される画像信号の固定パターン成分をＳＤ４とするとき、
ＳＤ３−ＳＤ４
の演算を行う。
【００４４】
評価値検出部４０５は、撮像センサ３０で実際に撮影された画像信号から、自動露出制御（ＡＥ）、自動焦点制御（ＡＦ；オートフォーカス）、或いはホワイトバランス制御等を行うに際してのベース値となる評価値、すなわちＡＥ評価値、ＡＦ評価値、ホワイトバランス評価値（以降、ＷＢ評価値という）等を検出する。例えばＡＥ制御を行う場合、
（１）撮像ターゲットとなる被写体の輝度レベル及び輝度範囲を計測し、
（２）その輝度レベル及び輝度範囲に適合する出力が撮像センサから得られるよう、必要な露出制御量を算出し、
（３）前記算出結果に基づいて露光量等を具体的に調整し、本撮像に臨む、
というステップが一般的に採られるが、この評価値検出部４０５においては、前記ステップ（１）の役目を担うべく、撮像センサ３０で実際に撮影された画像信号から被写体の輝度レベル及び輝度範囲が求められ、これがＡＥ評価値として全体制御部５０へ出力され、後段ステップにおけるＡＥ制御動作用に供される。
【００４５】
またＡＦ評価値を検出する場合、前記評価値検出部４０５は、全体制御部５０からの指示を受けて撮像センサ３０が実際に撮影した画像からコントラスト情報を得てオートフォーカス制御値を算出するのであるが、この際、後述する２段階ＡＦモードが設定されている場合、
（イ）撮像センサ３０の対数特性領域（第１特性領域よりも入射光量に対する出力の変化が小さい第２特性領域）にて撮影された画像信号から第１のオートフォーカス評価値を取得し、これを第１のオートフォーカス制御に供すると共に、
（ロ）撮像センサ３０の線形特性領域（第１特性領域）にて撮影された画像信号から第２のオートフォーカス評価値を取得し、これを第２のオートフォーカス制御に供する
という動作を行う。すなわちＡＦ制御の場合は、例えばフォーカスレンズ（レンズ群２１）の光軸方向の駆動と撮像センサ３０による撮像動作とを交互に行いながら、その撮像動作により得た画像のコントラストが最大となるフォーカスレンズの位置が求められ（画像の明瞭度を評価して合焦点位置を求める所謂「山登り方式」）、これがＡＦ評価値として全体制御部５０へ出力され、後段ステップにおけるＡＦ制御動作の用に供されるのであるが、上記２段階ＡＦモードが設定されている場合は、かかるＡＦ評価値を対数特性領域にて撮影された画像信号から取得する（第１のオートフォーカス評価値）と共に、線形特性領域にて撮影された画像信号からも取得する（第２のオートフォーカス評価値）ものである。
【００４６】
さらにホワイトバランス制御は、出力画像の色を被写体の光源色に適したものに補正することを目的とするもので、この場合、前段のＦＰＮ補正部４０４から入力される画像信号に基づいてＲ、Ｇ、Ｂ各色の輝度比及び輝度差が評価値検出部４０５で算出され、これがＷＢ評価値として全体制御部５０へ出力されるものである。以上の評価値の具体的な取得方法等については、後に詳述する。
【００４７】
ホワイトバランス制御部４０６は、全体制御部５０から与えられる撮像ダイナミックレンジ情報と前記ＷＢ評価値とに基づいて、画像信号の色バランスが所定の色バランスになるよう、各色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素データのレベルを変換する補正を行う。なお本実施形態では、撮像センサ３０として線形特性領域と対数特性領域とを備えるものを用いることから、線形特性領域及び対数特性領域ごとにＷＢ評価値を取得し、各々の領域に適したホワイトバランス補正を行うようにすることが望ましい。
【００４８】
色補間部４０７は、ホワイトバランス制御部４０６から入力される画像信号の各色成分Ｒ、Ｇ、Ｂごとに、フレーム画像の不足する画素位置のデータを補間するものである。すなわち、本実施形態で用いられる対数変換型の撮像センサ３０のカラーフィルタ構造は、Ｇが市松状でＲ、Ｂが線順次配列された所謂ベイヤー方式が採用されている関係上、色情報が不足していることから、色補間部４０７は、実在する複数の画素データを用いて実在しない画素位置の画素データを補間するものである。
【００４９】
具体的には色補間部４０７は、高帯域まで画素を持つＧの色成分のフレーム画像については、フレーム画像を構成する画像データを所定のフィルタパターンでマスキングした後、メディアン（中間値）フィルターを用いて、補間すべき画素位置の周辺に実在する画素データのうち、最大値と最小値とを除去した画素データの平均値を演算し、その平均値を当該画素位置の画素データとして補間する。また、Ｒ，Ｂの色成分については、フレーム画像を構成する画像データを所定のフィルタパターンでマスキングした後、補間すべき画素位置の周辺に実在する画素データの平均値を演算し、その平均値を当該画素位置の画素データとして補間する。
【００５０】
図３に、撮像センサ３０のカラーフィルタ構造の一例を示す。かかるカラーフィルタ構造において、前記色補間による各画素における色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号は、例えば以下のようにして生成される。
（イ）アドレス１１（Ｂ１１）の色補間式
Ｒ１１＝（Ｒ００＋Ｒ２０＋Ｒ０２＋Ｒ２２）／４
Ｇ１１＝（Ｇｒ１０＋Ｇｂ０１＋Ｇｂ２１＋Ｇｒ１２）／４
Ｂ１１＝Ｂ１１
（ロ）アドレス１１（Ｇｒ１２）の色補間式
Ｒ１２＝（Ｒ０２＋Ｒ２２）／２
Ｇ１２＝Ｇｒ１２
Ｂ１２＝（Ｂ１１＋Ｂ１３）／２
（ハ）アドレス２１（Ｇｂ２１）の色補間式
Ｒ２１＝（Ｒ２０＋Ｒ２２）／２
Ｇ２１＝Ｇｂ１２
Ｂ２１＝（Ｂ１１＋Ｂ３１）／２
（ニ）アドレス２２（Ｒ２２）の色補間式
Ｒ２２＝Ｒ２２
Ｇ２２＝（Ｇｂ２１＋Ｇｒ１２＋Ｇｒ３２＋Ｇｂ２３）／４
Ｂ２２＝（Ｂ１１＋Ｂ３１＋Ｂ１３＋Ｂ３３）／４
【００５１】
３×３色補正部４０８は、色補間部４０７から入力される色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号の彩度を補正（色合いを補正）するものである。３×３色補正部４０８は、色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号のレベル比を変換する３種類の変換係数を有し、撮影シーンに応じた変換係数で前記レベル比を変換して画像データの彩度を補正する。例えば、ａ１〜ｃ３の合計９個の変換係数を用い、次のように画像信号を線形変換する。
Ｒ´＝ａ１＊Ｒ＋ａ２＊Ｇ＋ａ３＊Ｂ
Ｇ´＝ｂ１＊Ｒ＋ｂ２＊Ｇ＋ｂ３＊Ｂ
Ｂ´＝ｃ１＊Ｒ＋ｃ２＊Ｇ＋ｃ３＊Ｂ
【００５２】
階調変換部４０９は、３×３色補正部４０８から入力される色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号が適切な出力レベルになるよう、画像信号のレベルを色成分毎に所定のガンマ特性を用いて非線形変換すると共にオフセット調整する。すなわち階調変換部４０９は、ホワイトバランス調整及び色補正がなされた画像信号の階調特性（γカーブやデジタルゲイン）を、ＬＣＤ表示部１０６や外部出力されるモニターテレビ等の階調特性に補正するものである。階調変換部４０９においては、全体制御部５０から入力されるダイナミックレンジ情報と、評価値検出部４０５で検出されたＡＥ評価値等に基づいて、画像信号の階調特性を変化させる。
【００５３】
ノイズキャンセル部４１０は、階調変換部４０９から入力される画像信号のノイズ成分を除去すると共に、エッジ成分のみを抽出・強調することで、画像のシャープネスを良好な状態に補正するものである。ノイズキャンセル部４１０は、全体制御部５０から入力されるダイナミックレンジ情報に基づいて、コアリング係数（画像信号のノイズ成分のみを除去し、エッジ成分を抽出する係数及び強調する係数）を変化させることで、適正な補正を行う。
【００５４】
画像メモリ４１１は、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリからなり、信号処理部４０での信号処理を終えた画像データを一時的に保存するもので、例えば１フレーム分の画像データを記憶し得る容量を有している。
【００５５】
メモリカードＩ／Ｆ部４１２は、信号処理部４０で生成されたメモリカード記録用画像データを、メモリカード１０７に記録させるべく出力するためのインターフェイスである。またメモリカード１０７は、静止画像や動画像などの画像データを記録して保存しておくためのメモリであって、デジタルカメラ１に対して取り外し自在とされており、外部の記録媒体との画像データ交換を可能とするものである。ＬＣＤ表示Ｉ／Ｆ部４１３は、信号処理部４０で生成されたＬＣＤ表示用画像データを、例えばＮＴＳＣ方式若しくはＰＡＬ方式の画像信号に変換してＬＣＤ表示部１０６に出力するためのインターフェイスである。
【００５６】
全体制御部５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等からなり、デジタルカメラ１の撮影動作を集中制御するものである。すなわち全体制御部５０は、前記信号処理部４０の各部から送られてくる情報（前述のＡＥ評価値、ＡＦ評価値、ＷＢ評価値等）と、本デジタルカメラ１の動作モード等に基づき、信号処理部４０の各部が必要とするパラメータ等の動作情報を算出して送信することで、各処理部の動作を制御する。このほか全体制御部５０は、撮影動作のためのタイミング生成回路３１の制御、レンズ群２１のズーミングやフォーカシング駆動、並びに絞り２２及びシャッタ２３の駆動のための駆動部６０の制御、画像信号の出力制御などを行う。
【００５７】
図４は、全体制御部５０の機能を説明するための機能ブロック図である。全体制御部５０は、情報受信部５０１及び情報送信部５０２、メモリ部５１５を具備する演算部５１０、制御信号発生部５２０、ＡＦ（オートフォーカス）動作制御部５３０及び入出力部５４０を備えている。
【００５８】
情報受信部５０１は、信号処理部４０の評価値検出部４０５にて検出されるＡＥ評価値、ＡＦ評価値及びＷＢ評価値を取得し、これらを演算部５１０が備える各パラメータ算出部へ振り分けて送信する。一方、情報送信部５０２は、信号処理部４０において必要とされる情報（ダイナミックレンジ情報やコアリング係数等）をメモリ部５１５から適宜取り出し、信号処理部４０の各処理部に適時振り分けて送信する。
【００５９】
演算部５１０は、前記情報受信部５０１から与えられる評価値に基づいて制御パラメータを算出する動作を為すもので、露光量制御パラメータ算出部５１１及びダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２からなるＡＥ制御パラメータ算出部５１１０、ＡＦ制御パラメータ算出部５１３、ホワイトバランス制御パラメータ算出部５１４及びメモリ部５１５を備えている。
【００６０】
前記メモリ部５１５はＲＯＭやＲＡＭ等からなり、撮像センサ３０のダイナミックレンジ情報、すなわち光電変換特性の設定値を記憶する光電変換特性情報記憶部５１６、ノイズキャンセル部４１０において用いられるコアリング係数の設置位置を記憶するコアリング係数記憶部５１７、撮像センサ３０の線形特性領域と対数特性領域とで得られたデータを相互変換するＬＵＴ（Look Up Table）等を記憶するＬＵＴ記憶部５１８等から構成されている。なお、光電変換特性情報記憶部５１６には、光電変換特性そのもの（後述する図１０に示すような光電変換特性曲線）が記憶される構成であってもよい。また、ＬＵＴ記憶部５１８は、上記ＬＵＴの他に、後述する露光時間や絞りの開口面積の値と露光時間設定値や絞り設定値とのデータ変換を行うＬＵＴ、光電変換特性の変曲点の値（出力レベル）と光電変換特性設定値とのデータ変換を行うＬＵＴ、飽和画素数の値と変曲点変化量の値とのデータ変換を行うＬＵＴ、最大輝度レベルから光電変換設定値を出力するＬＵＴ若しくは最大輝度出力レベルの変化量から光電変換設定値の変化量を出力するＬＵＴ等、種々のデータ変換用のＬＵＴを記憶している。また、上述した通り、光電変換特性情報記憶部５１６、コアリング係数記憶部５１７及びＬＵＴ記憶部５１８に記憶されているデータ値は、適宜情報送信部５０２から信号処理部４０の適所へ送信されるようになっている。
【００６１】
ＡＥ制御パラメータ算出部５１１０は、被写体の輝度に応じた露出制御（ＡＥ制御）を行うべく、撮影の際の最適な露光量と撮像センサ３０の光電変換特性とに設定するための制御パラメータを算出する。すなわち、ＡＥ制御パラメータ算出部５１１０の露光量制御パラメータ算出部５１１は、露光時間や絞りを最適化するための制御パラメータを算出するもので、露光量制御パラメータ算出部５１１は評価値検出部４０５にて検出されるＡＥ評価値と、前記光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている前記ＡＥ評価値取得時点における撮像センサ３０のダイナミックレンジ情報（光電変換特性）とに基づいて、被写体輝度に応じた露光時間設定値や絞り設定値を算出する。
【００６２】
またダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２は、被写体輝度に応じ撮像センサ３０の光電変換特性を最適化するための制御パラメータを算出するものである。ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２は、例えばダイナミックレンジ設定用の被写体輝度が、当該撮像センサ３０における所望の飽和出力レベルになるような光電変換特性設定値を算出する。この算出に際しても、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている前記ＡＥ評価値取得時点における撮像センサ３０のダイナミックレンジ情報が参照される。
【００６３】
ＡＦ制御パラメータ算出部５１３は、評価値検出部４０５にて検出されるＡＦ評価値に基づいて、被写体の撮影にあたり最適な焦点距離に設定するための制御パラメータを算出する。本実施形態においてはこの制御パラメータの算出にあたり、ＡＦ動作制御部５３０からの制御信号に応じて、撮像センサ３０の対数特性領域から得たＡＦ評価値（第１のオートフォーカス評価値）に基づいて第１のオートフォーカス制御用の制御パラメータを算出し、これに続いて、撮像センサ３０の線形特性領域から得たＡＦ評価値（第２のオートフォーカス評価値）に基づいて第２のオートフォーカス制御用の制御パラメータを算出する。
【００６４】
ホワイトバランス制御パラメータ算出部５１４は、評価値検出部４０５にて検出されるＷＢ評価値に基づいて、画像信号の色バランスが所定の色バランスに設定するための制御パラメータを算出する。この制御パラメータの算出にあたり、同様に参照するＷＢ評価値を、撮像センサ３０の対数特性領域及び線形特性領域のそれぞれで取得し、それぞれの特性領域に応じた制御パラメータを算出するよう構成することが好ましい。
【００６５】
制御信号発生部５２０は、前記演算部５１０で算出された各種の制御パラメータに応じて、各制御動作要素を駆動させるための制御信号を生成するもので、該制御信号発生部５２０は、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１、センサ露光時間制御信号発生部５２２、シャッタ制御信号発生部５２３、ズーム／フォーカス制御信号発生部５２４及び絞り制御信号発生部５２５を備えて構成されている。
【００６６】
ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、前記ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２において算出された撮像センサ３０の光電変換特性設定値に応じて、光電変換特性が線形特性領域から対数特性領域に切り替える出力レベルポイント（変曲点）を調整する撮像センサ３０の駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。タイミング生成回路３１は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ３０のダイナミックレンジを制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０を駆動させる。具体的には、後述するように撮像センサ３０の光電変換特性は、当該撮像センサ３０に対する信号φＶＰＳ（φＶＰＳにおける電圧ＶＰＨの高さ、あるいは時間ΔＴの長さ）を制御することでその変曲点が変動することから、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、光電変換特性設定値に応じて、前記信号φＶＰＳを制御するためのタイミング生成回路３１に対する駆動信号を制御することで、撮像センサ３０のダイナミックレンジを被写体の輝度に適するよう制御する。
【００６７】
このような動作に加え、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、ＡＦ評価値の取得に際して、後述のＡＦ動作制御部５３０（ＡＦ用光電変換特性制御部５３０５）からの制御信号を受けて、第１のオートフォーカス評価値が撮像センサ３０の対数特性領域での撮影画像信号から取得されるよう、また第２のオートフォーカス評価値が撮像センサ３０の線形特性領域での撮影画像信号から取得されるよう、撮像センサ３０の光電変換特性を変化させる光電変換特性制御手段としても機能する。すなわち、光電変換特性制御手段としてのダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、第１のオートフォーカス評価値を取得するモード（粗測距モード）では、ＡＦ動作制御部５３０からの制御信号に応じて、例えば前記信号φＶＰＳを制御する等して、撮像センサ３０の線形特性領域と対数特性領域との変曲点を制御し、光電変換特性を対数特性領域が支配的になるよう変化させて撮像動作を行わせる。また第２のオートフォーカス評価値を取得するモード（詳測距モード）では、ＡＦ動作制御部５３０からの制御信号に応じて、撮像センサ３０の線形特性領域と対数特性領域との変曲点を制御し、光電変換特性を線形特性領域が支配的になるよう変化させてＡＦ評価値取得のための撮像動作を行わせる。なお、「光電変換特性を対数特性領域（又は線形特性領域）が支配的になるよう変化させる」とは、撮影対象となる被写体（特に、主となる被写体）が専ら対数特性領域（又は線形特性領域）にて撮影される状態に変化させることを意味し、撮影領域の全てを対数特性領域（又は線形特性領域）に変化させることを含むものである。
【００６８】
センサ露光時間制御信号発生部５２２は、撮像センサ３０の露光時間（積分時間）を、絞り２２やシャッタ２３等のメカ操作に依らず、電子回路的な制御動作により制御するための制御信号を発生するものである。センサ露光時間制御信号発生部５２２は、前記露光量制御パラメータ算出部５１１にて算出された最適な露光量に基づいて、所期の露光時間が確保されるよう撮像センサ３０の駆動信号（具体的には、後述するように撮像センサ３０に対する信号φＶＰＳが中電位Ｍとなる時間ΔＳを制御する信号）を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。タイミング生成回路３１は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ３０の露光時間を制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０を駆動させる。
【００６９】
シャッタ制御信号発生部５２３は、同様に露光量制御パラメータ算出部５１１にて算出された最適な露光量に基づいて、シャッタ２３のシャッタスピードを露光時間に合わせて設定する制御信号を生成する。またズーム／フォーカス制御信号発生部５２４は、前記ＡＦ制御パラメータ算出部５１３にて算出された最適な焦点距離に基づいて、レンズ群２１を駆動させるための制御信号を生成する。さらに絞り制御信号発生部５２５は、前記露光量制御パラメータ算出部５１１にて算出された最適な露光量に基づいて、絞り２２の開口面積を設定する制御信号を生成する。これらシャッタ制御信号発生部５２３、ズーム／フォーカス制御信号発生部５２４及び絞り制御信号発生部５２５にて生成された制御信号は、駆動部６０の対応箇所へそれぞれ送信される。
【００７０】
ＡＦ動作制御部５３０は、撮像センサ３０の対数特性領域から得られた粗測距モードとしての第１のオートフォーカス評価値に基づいて第１のオートフォーカス制御を行わせた後に、撮像センサ３０の線形特性領域から得られた詳測距モードとしての第２のオートフォーカス評価値に基づいて第２のオートフォーカス制御を行わせるというオートフォーカスに関する動作制御を行うことができるように構成されている。すなわち、単純に撮影画像から被写体のＡＦ評価値が取得されるのではなく、前記粗測距モードにおいては対数特性領域からＡＦ評価値が取得されるよう、また前記詳測距モードにおいては線形特性領域からＡＦ評価値が取得されるよう動作制御を行う必要が有るが、かかる動作制御がＡＦ動作制御部５３０によって為される。このＡＦ動作制御部５３０の詳細構成については、後に詳述する。
【００７１】
入出力部５４０は、メモリカードＩ／Ｆ部４１２及びＬＣＤ表示Ｉ／Ｆ部４１３と接続され、操作部１００からの指示信号等に対応して、撮影画像に対して所定の画像処理を行った後、その撮影画像信号をメモリカード１０７に記録させたり、ＬＣＤ表示部１０６に表示させたり、或いは逆にメモリカード１０７から画像信号を取り入れたりする出入力作用を為す。
【００７２】
図２に戻って、駆動部６０は、前記制御信号発生部５２０で生成された制御信号に基づいて、実際に当該デジタルカメラ１が具備するメカ駆動部を動作させるもので、シャッタ駆動部６１、ズーム／フォーカス駆動部６２及び絞り駆動部６３を備えている。
【００７３】
シャッタ駆動部６１は、前記シャッタ制御信号発生部５２３から与えられる制御信号に応じて、シャッタ２３が所定時間開放されるようシャッタ２３を開閉駆動する。ズーム／フォーカス制御部６２は、ズーム／フォーカス制御信号発生部５２４から与えられる制御信号に応じて、レンズ群２１のズームレンズブロックまたはフォーカスレンズブロックを動作させるモータ等を動作させ、前記レンズブロックを焦点位置に移動させる。さらに絞り駆動部６３は、絞り制御信号発生部５２５から与えられる制御信号に応じ、絞り２２を駆動し、所定の開口量に絞りを設定するものである。
【００７４】
（撮像センサについての説明）
本実施形態においては、その光電変換特性として入射光量に対して前記電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とを備える撮像センサ３０を用いることが前提とされている関係上、先ず撮像センサ３０の基本的特性について、その具体的な一例を詳述する。
【００７５】
図５は、撮像センサ３０の一例である二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の概略構成図である。同図において、Ｇ１１〜Ｇｍｎは、行列（マトリクス）配列された画素を示している。この画素Ｇ１１〜Ｇｍｎからなる画素部の外周縁部近傍には、垂直走査回路３０１と水平走査回路３０２とが配設されている。垂直走査回路３０１は、行のライン（信号線）３０４−１、３０４−２、・・・３０４−ｎ（これらを纏めて行ライン３０４という）を順次走査する。水平走査回路３０２は、各画素から出力信号線３０６−１、３０６−２、・・・３０６−ｍ（これらを纏めて出力信号線３０６という）に導出された光電変換信号を画素毎に水平方向に順次読み出す。なお、各画素は電源ライン３０５により電力供給がなされている。各画素には、前記各ラインや出力信号線だけでなく、他のライン（例えばクロックライン）も接続されているが、図５では図示を省略している。
【００７６】
出力信号線３０６−１、３０６−２、・・・３０６−ｍには、それぞれ、後述のトランジスタＴ５と対になって増幅回路を構成する定電流源３０７−１、３０７−２、・・・３０７−ｍ（これらを纏めて定電流源３０７という）が設けられている。ただし、この増幅回路として、定電流源３０７に代えて抵抗やトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）を設けてもよい。この出力信号線３０６を介して出力される各画素の撮像時の画像データ及びリセット時の補正データが、順次、選択回路（サンプルホールド回路）３０８−１、３０８−２、・・・３０８−ｍ（これらを纏めて選択回路３０８という）に出力される。この選択回路３０８に対して、行毎に画像データ及び補正データが出力されてサンプルホールドされる。サンプルホールドされた画像データ及び補正データは、列毎に、補正回路３０９に出力され、補正回路３０９において、感度バラツキによるノイズ成分が除去されるように、補正データに基づいて画像データの補正が行われる。そして、補正回路３０９から各画素の感度バラツキが補正された画像データが、各画素毎にシリアルに出力される。
【００７７】
図６は、図５に示す各画素Ｇ１１〜Ｇｍｎの回路構成例を示している。同図に示すように、画素は、フォトダイオードＰＤ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）としてのトランジスタＴ１〜Ｔ６、及び積分用のコンデンサとしてのキャパシタＣから構成されている。トランジスタＴ１〜Ｔ６は、ここではＰチャンネルＭＯＳＦＥＴが採用されている。φＶＤ、φＶ、φＶＰＳ、φＲＳＴ、φＳ及びＲＳＢは、各トランジスタやキャパシタＣに対する信号（電圧）を示し、ＧＮＤは接地を示している。
【００７８】
フォトダイオードＰＤは、感光部（光電変換部）であり、被写体からの入射光量に応じた電気信号（光電流ＩＰＤ）を出力する。トランジスタＴ５は、図５に示す定電流源３０７と対になってソースフォロワ増幅用の増幅回路（ソースフォロワアンプ）を構成するものであり、後述する電圧ＶＯＵＴに対する増幅（電流増幅）を行う。トランジスタＴ６は、ゲートに印加する電圧に応じてオン、オフされるスイッチとして動作する信号読み出し用のトランジスタである。すなわち、トランジスタＴ６のソースは、図５に示す出力信号線３０６に接続されており、オンした場合、トランジスタＴ５で増幅された電流を出力電流として出力信号線３０６へ導出する。
【００７９】
トランジスタＴ２は、同トランジスタのゲートに、光電流ＩＰＤに対して線形変換又は対数変換した電圧を発生させる。ところで、ＭＯＳＦＥＴでは、ゲート電圧が閾値以下の時に、サブスレッショルド電流と呼ばれる微小電流が流れるが、トランジスタＴ２はこのサブスレッショルド特性を利用して前記線形変換又は対数変換を行う。
【００８０】
具体的には、撮像する被写体の輝度が低い（被写体が暗い）場合、すなわち、フォトダイオードＰＤに入射される入射光量が少ない場合には、トランジスタＴ２のゲート電位が同トランジスタのソース電位より高くなっており、トランジスタＴ２が所謂カットオフ状態でありトランジスタＴ２にサブスレッショルド電流が流れず（トランジスタＴ２がサブスレッショルド領域で動作せず）、フォトダイオードＰＤで発生する光電流がフォトダイオードＰＤの寄生容量に流れて電荷が蓄積され、蓄積電荷量に応じた電圧が発生する。このときＴ１はオンされているので、上記の寄生容量に蓄積された電荷の量に応じた電圧が、電圧ＶＧとしてトランジスタＴ２、Ｔ３のゲートに発生する。この電圧ＶＧにより、トランジスタＴ３に電流が流れ、この電圧ＶＧに比例した量の電荷がキャパシタＣに蓄積される（トランジスタＴ３とキャパシタＣとで積分回路を構成している）。そして、トランジスタＴ３とキャパシタＣとの接続ノードａ、すなわち出力ＶＯＵＴには、光電流ＩＰＤの積分値に対して線形的に比例した電圧が現れる。このときトランジスタＴ４はオフ状態である。そして、トランジスタＴ６がオンされると、キャパシタＣに蓄積された電荷がトランジスタＴ５を介して出力電流として出力信号線３０６に導出される。この出力電流は、光電流ＩＰＤの積分値を線形的に変換した値となっている。これが当該撮像センサ３０の、線形特性領域における動作である。
【００８１】
一方、撮像する被写体の輝度が高く（被写体が明るく）、フォトダイオードＰＤに入射される入射光量が多い場合には、トランジスタＴ２のゲート電位が同トランジスタのソース電位以下となり、トランジスタＴ２にサブスレッショルド電流が流れ（トランジスタＴ２がサブスレッショルド領域で動作し）、光電流ＩＰＤを自然対数的に変換した値の電圧ＶＧがトランジスタＴ２、Ｔ３のゲートに発生する。そして、この電圧ＶＧにより、トランジスタＴ３に電流が流れ、キャパシタＣに、光電流ＩＰＤの積分値を自然対数的に変換した値と同等の電荷が蓄積される。これにより、キャパシタＣとトランジスタＴ３との接続ノードａ（出力ＶＯＵＴ）には、光電流ＩＰＤの積分値を自然対数的に変換した値に比例した電圧が生じる。このときトランジスタＴ４はオフ状態である。そして、トランジスタＴ６がオンされると、キャパシタＣに蓄積された電荷がトランジスタＴ５を介して出力電流として出力信号線３０６に導出される。この出力電流は、光電流ＩＰＤの積分値を自然対数的に変換した値となっている。これが当該撮像センサ３０の、対数特性領域における動作である。以上のように、各画素によって、入射光量（被写体輝度）に応じて線形的又は自然対数的に比例した電圧が出力される。
【００８２】
トランジスタＴ１は、リセット時のノイズデータ（トランジスタＴ２の製造バラツキに起因して発生するノイズ信号）を取り出す際に用いるスイッチである。トランジスタＴ１は、リセット時以外にはオン状態とされており、トランジスタＴ２（のドレイン）及びフォトダイオードＰＤ間に光電流ＩＰＤが流れるようになっている。リセット時には、オフ状態となりフォトダイオードＰＤの光電流ＩＰＤが遮断され、前記のバラツキ分だけが取り出される。この取り出されたバラツキ分（ノイズ信号）は、後述の映像信号から減算される。
【００８３】
トランジスタＴ４は、該トランジスタＴ４のゲートに印加される電圧に応じてオン、オフされるスイッチとして動作する、キャパシタＣをリセットするためのトランジスタである。トランジスタＴ４がオンされるとリセット電圧（前記信号ＲＳＢの電圧）が印加され、キャパシタＣに蓄積されていた電荷（電荷量）が元の状態、すなわち積分開始前の状態に戻される。
【００８４】
図７は、撮像センサ３０（画素）の撮像動作に関するタイミングチャートの一例である。ここではＰチャンネルＭＯＳＦＥＴの極性上、以下のようにＨｉ（ハイ）でオフ、Ｌｏｗ（ロー）でオンとなる。先ず、信号φＶが符号３１１に示す位置でＬｏｗとなり、トランジスタＴ６がオンされ、映像信号が読み出される、すなわちキャパシタＣに蓄積されている電荷が出力電流（映像信号）として出力信号線３０６に導出される。次に信号φＳが符号３１２に示す位置でＨｉとなり、トランジスタＴ１がオフされてフォトダイオードＰＤが切り離される。次に信号φＶＰＳが符号３１３に示す位置でＨｉとなり、トランジスタＴ２のリセットが行われる。また、トランジスタＴ２がリセットされるのと同時に、信号φＲＳＴが符号３１４に示す位置でＬｏｗとなり、トランジスタＴ４がオンされ、キャパシタＣ（接続ノードａ）に信号ＲＳＢによるリセット電圧が印加されて（接続ノードａの電位がＲＳＢの電位（ＶＲＳＢ）となり）、キャパシタＣの（電荷の）リセットが行われる。このようにトランジスタＴ２及びキャパシタＣがリセットされた後、符号３１５に示す位置で信号φＶが再度ＬｏｗとなってトランジスタＴ６がオンされ、出力信号線３０６にノイズ信号が導出される。
【００８５】
次に、信号φＳが符号３１６に示す位置でＬｏｗになり（トランジスタＴ１がオンされ）、フォトダイオードＰＤの切り離しが解除される。そして、信号φＶＰＳが符号３１８に示す位置で中電位Ｍとなって、残像低減のためにフォトダイオードＰＤの寄生容量のリセットを行う。また、次フレームの積分開始電圧を一定にするために、信号φＲＳＴが符号３１７に示す位置で再度ＬｏｗとなってトランジスタＴ４がオンされ、キャパシタＣのリセットが再度行われる。
【００８６】
その後、信号φＶＰＳが符号３１９に示す位置でＬｏｗになり、フォトダイオードＰＤの寄生容量のリセットが終了する。併せて、信号φＲＳＴもＨｉとなりキャパシタＣのリセット動作も終了される。このときの時刻ｔ１からキャパシタＣの積分が開始され、信号φＶの符号３１１に示す位置、すなわち次フレームにおける映像信号の読み出しが開始される時刻ｔ２までの間、当該積分が継続される。この時刻ｔ１、ｔ２間の時間がキャパシタＣの積分時間、すなわち撮像における露光時間となる。この露光時間は、前記中電位Ｍとなる信号φＶＰＳを与える時間ΔＳ（長さ）を制御することで制御される。この時間ΔＳは、タイミング生成回路３１を介したセンサ露光時間制御信号発生部５２２によって制御される。
【００８７】
信号φＶＤは、前記増幅回路（ソースフォロワアンプ）の動作範囲に合わせ込むべく、あるいは映像信号やノイズ信号に発生するオフセットの調整を行うべく電位操作を行うものである。信号φＶＤのＶｈ、Ｖｍ及びＶｌは、それぞれ高電位、中電位及び低電位を示している。
【００８８】
撮像センサ３０は、上述のように被写体の輝度に応じて線形変換又は対数変換した出力信号を得ることが可能であり、図８に示すような光電変換特性３２０を有している。同図に示すように、光電変換特性３２０は、変曲点３２１を境にして線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。この変曲点３２１は、線形特性領域から対数特性領域へ切り替わる点であり、この変曲点３２１のセンサ出力の値をＶｔｈで示している。一般的に、線形特性領域では、幅広い輝度範囲の被写体の撮像は不可能であるものの（ダイナミックレンジが狭い）、画像全体の階調性を高くすることができ（高いコントラストを得ることができ）、暗い被写体（例えば曇天時や日陰での被写体）であっても階調性豊かな高品位な画像を得ることができる。一方、対数特性領域では、高輝度での階調性は乏しくなるが、幅広い輝度範囲の被写体の撮像が可能であり（ダイナミックレンジが広い）、明るい被写体（例えば直射日光が照射されていたり、直射日光が背後に存在したりする被写体）であっても、暗い部分も含め、奥行きのある高品位な画像を得ることができる。
【００８９】
ところで、この光電変換特性３２０（変曲点３２１）は、トランジスタＴ２のソースに入力されている信号φＶＰＳの、Ｈｉ及びＬｏｗの電圧の差を変化させることにより変化（移動）させることができる。すなわち、当該Ｈｉ時の電圧をＶＰＨとし、Ｌｏｗ時の電圧をＶＰＬとすると、電圧の差ΔＶＰＳ（＝ＶＰＨ−ＶＰＬ）（図７参照）を変化させることにより、図９に示すように、光電変換特性３２０（変曲点３２１）から、光電変換特性３２２（変曲点３２４）や光電変換特性３２３（変曲点３２５）へ任意に変化させることができる。このように光電変換特性が変化することにより、線形特性領域と対数特性領域との比率が変化し、光電変換特性３２２に示すように線形特性領域の割合が大きな光電変換特性、あるいは光電変換特性３２３に示すように対数特性領域の割合が大きな光電変換特性を得ることができる。この場合、光電変換特性の全てが線形特性領域又は対数特性領域となるように変化させてもよい。
【００９０】
本実施形態では、電圧ＶＰＨを変化させることによりΔＶＰＳを変化させ、撮像センサ３０の光電変換特性を変化させている。図９では、ＶＰＨが高くなるほど（ΔＶＰＳが大きくなるほど）、線形特性領域の割合が増えて光電変換特性３２２側へ変化し、ＶＰＨが低くなるほど（ΔＶＰＳが小さくなるほど）、対数特性領域の割合が増えて光電変換特性３２３側へ変化する。この電圧ＶＰＨは、タイミング生成回路３１を介したダイナミックレンジ制御信号発生部５２１によって制御される。
【００９１】
なお、光電変換特性を上述のように変化させるために、電圧ＶＰＨとなる信号φＶＰＳを与える時間ΔＴを変化させてもよい。この場合、時間ΔＴを長いほど線形特性領域の割合が大きくなり、短いほど対数特性領域の割合が大きくなるように光電変換特性が変化する。図９では、前記時間ΔＴが長い場合が光電変換特性３２２に、時間ΔＴが短い場合が光電変換特性３２３に相当する。
【００９２】
（ＡＦ動作制御部５３０についての詳細説明）
続いて、本実施形態の特徴部分であるＡＦ動作制御部５３０について詳細に説明する。図１０は、ＡＦ動作制御部５３０の機能を説明するための機能ブロック図である。ＡＦ動作制御部５３０は、測距モード設定部５３０１、ＡＦ評価値取得部５３０２、輝度範囲情報取得部５３０３、ＡＦ評価値判別部５３０４、及びＡＦ用光電変換特性制御部５３０５から構成されている。
【００９３】
測距モード設定部５３０１は、通常の測距モードとしてＡＦ制御を行う（単純ＡＦモード）か、粗測距モード及び詳測距モードを順次実行させてＡＦ制御を行う（２段階ＡＦモード）かの設定を受け付ける。かかる設定は、例えば操作部１００からの入力情報に基づいて行われるよう構成することができる。前記２段階ＡＦモードが設定されると、測距モード設定部５３０１は、撮像センサ３０の対数特性領域から得られた粗測距モードとしての第１のオートフォーカス（ＡＦ）評価値に基づいて第１のオートフォーカス（ＡＦ）制御を行わせ、しかる後、線形特性領域から得られた詳測距モードとしての第２のオートフォーカス（ＡＦ）評価値に基づいて第２のオートフォーカス（ＡＦ）制御を行わせるというシーケンスを本デジタルカメラ１が実行可能な状態とする。
【００９４】
ＡＦ評価値取得部５３０２は、評価値検出部４０５が検出する被写体輝度評価値の中から、ＡＦ制御のために必要なＡＦ評価値を適宜取得する。具体的には、撮像センサ３０による撮影領域の特定区画を測距エリア（後述の測距エリア３３３）として定め、所謂「山登り方式」のＡＦ制御により当該測距エリアからレンズ群２１（フォーカスレンズ）の移動に応じて検出される被写体の輝度情報（コントラスト値）をＡＦ評価値として順次取得する。ＡＦ評価値取得部５３０２が取得したＡＦ評価値は、前記ＡＦ制御パラメータ算出部５１３に送信される。そしてＡＦ制御パラメータ算出部５１３において、複数点で算出したＡＦ評価値の大小の比較や、変化するコントラスト値の傾き等から画像の明瞭度を評価しつつＡＦ制御パラメータを逐次算出してズーム／フォーカス制御信号発生部５２４を介してフォーカスレンズを駆動させ、コントラスト値が最大となるピーク位置を判断し、これを合焦点位置としてフォーカスレンズを位置設定するものである。
【００９５】
そして、測距モード設定部５３０１により前記２段階ＡＦモードに設定されている場合は、ＡＦ評価値取得部５３０２は、先ず撮像センサ３０の対数特性領域から得られた粗測距モードとしての第１のＡＦ評価値を取得してＡＦ制御パラメータ算出部５１３に順次送信し、ＡＦ制御パラメータ算出部５１３は第１のＡＦ制御としてのパラメータ算出を行う。該第１のＡＦ制御においてコントラスト値が最大となるピーク位置が求められたら、ＡＦ評価値取得部５３０２は、線形特性領域から得られた詳測距モードとしての第２のＡＦ評価値を取得してＡＦ制御パラメータ算出部５１３に順次送信し、ＡＦ制御パラメータ算出部５１３は第２のＡＦ制御としてのパラメータ算出を行う。この第２のＡＦ制御においてコントラスト値が最大となるピーク位置が求められるまで、ＡＦ評価値取得部５３０２は、第２のＡＦ評価値をＡＦ制御パラメータ算出部５１３へ送信する。
【００９６】
輝度範囲情報取得部５３０３は、測距対象となる被写体の輝度範囲に関する情報を取得する。ここで取得される被写体の輝度範囲は、例えば測距エリアとして定められた区画から取得される被写体（通常、主となる被写体）の輝度範囲である。かかる輝度範囲情報は、評価値検出部４０５（後述のヒストグラム算出部４０５２）から取得することができる。
【００９７】
ＡＦ評価値判別部５３０４は、前記輝度範囲情報取得部５３０３において取得された被写体の輝度範囲に相当する出力レベルが、撮像センサ３０の対数特性領域若しくは線形特性領域から得られているかを判別する。すなわちＡＦ評価値判別部５３０４は、第１のＡＦ制御時においては被写体の輝度範囲の下限値に相当するセンサ出力が、対数特性領域から得られているか否かを判別する。また、第２のＡＦ制御時においては被写体の輝度範囲の上限値に相当するセンサ出力が、線形特性領域から得られているか否かを判別する。
【００９８】
そして、ＡＦ評価値判別部５３０４は、第１のＡＦ制御時において被写体の輝度範囲の下限値に相当するセンサ出力が対数特性領域から得られている場合、光電変換特性を特段変更する必要がないので、この場合は「変更不要」との信号を生成してＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に送信する。一方、被写体の輝度範囲の下限値に相当するセンサ出力が線形特性領域に入り込んでいる場合、「変更要」との信号を生成してＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に送信する。また、第２のＡＦ制御時において被写体の輝度範囲の上限値に相当するセンサ出力が線形特性領域から得られている場合、光電変換特性を特段変更する必要がないので、この場合は「変更不要」との信号を生成してＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に送信する。一方、被写体の輝度範囲の上限値に相当するセンサ出力が対数特性領域に入り込んでいる場合、「変更要」との信号を生成してＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に送信する。
【００９９】
ＡＦ用光電変換特性制御部５３０５は、前記ＡＦ評価値判別部５３０４からの「変更不要」又は「変更要」の信号に基づいて、光電変換特性制御手段としてのダイナミックレンジ制御信号発生部５２１に対して、光電変換特性の変曲点変化に関する制御信号を生成して送信する。すなわちＡＦ用光電変換特性制御部５３０５は、ＡＦ評価値判別部５３０４から「変更不要」との信号が入力された場合は、現状の光電変換特性（光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている光電変換特性）を維持させる制御信号を発生する。これに対しＡＦ評価値判別部５３０４から「変更要」との信号が入力された場合は、前記輝度範囲情報取得部５３０３にて取得された被写体の輝度範囲に合わせて、第１のＡＦ制御時にあっては、被写体の輝度範囲の下限値に相当するセンサ出力が対数特性領域から得られるように変曲点を変更させる制御信号を発生する。また、第２のＡＦ制御時にあっては、被写体の輝度範囲の上限値に相当するセンサ出力が線形特性領域から得られるように変曲点を変更させる制御信号を発生する。
【０１００】
なお、上記のように輝度範囲情報取得部５３０３にて取得される被写体の輝度範囲情報に関連付けず、前記測距モード設定部５３０１の設定情報のみに関連付けて、第１のＡＦ制御時にあっては撮像センサの光電変換特性を全て対数特性領域に変化させ、第２のＡＦ制御時にあっては撮像センサの光電変換特性を全て線形特性領域に変化させるような制御信号を、ＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に生成させるようにしても良い。
【０１０１】
（評価値検出部４０５の詳細説明）
本実施形態において評価値検出部４０５は、前記ＡＦ評価値をはじめ、ＡＥ評価値、ＷＢ評価値等の様々な制御のための評価値を検出する機能を果たす。図１１は、かかる評価値検出部４０５のブロック図である。評価値検出部４０５は、分割測光部４０５１、ヒストグラム算出部４０５２及び飽和判別部４０５５を備えている。
【０１０２】
分割測光部４０５１は、被写体に対する分割測光（マルチパターン測光）方式による測光を行うものである。すなわち、分割測光部４０５１は、撮像センサ３０による撮像によって得られた撮影画像を所定数の領域（及び区画）に分割し、当該撮影画像（各領域や区画）における輝度を画像信号（画像データ）から検出するものである。図１２は、分割測光における撮像領域（測光範囲）の分割の状態を示す図である。符号３３０は、撮像センサ３０による撮像によって得られた撮像領域（撮像領域３３０）であり、この撮像領域３３０において被写体が撮影（撮像）される。この撮像領域３３０には撮像センサ３０を構成する撮像素子に対応した多数の画素情報、すなわち被写体の輝度情報が含まれている。撮像領域３３０は、例えば撮像領域３３０の中央部である中央領域と、この中央領域の周辺部である周辺領域とに区分されており、さらに中央領域及び周辺領域はそれぞれ所定数の検出ブロック（検出区画）に分割されている。中央領域は、例えばＡ、Ｂ、Ｃ、・・・Ｚ、ＡＡ、ＡＢ、・・・ＡＪブロック（Ａ〜ＡＪブロック）といった３６個の検出ブロックに分割されており、周辺領域は、例えば第１〜第１６ブロックといった１６個の検出ブロックに分割されている。本実施形態では、この中央領域に撮像されている被写体を主被写体とし（以降、中央領域のことを主被写体領域３３１という）、周辺領域に撮像されている被写体を周辺被写体と称する（以降、周辺領域のことを周辺被写体領域３３２という）。なお、主被写体領域３３１の中央部におけるＯ、Ｐ、Ｕ及びＶブロックから形成される領域は、フォーカス制御のためのＡＦ評価値の検出が行われるＡＦ領域（ＡＦ領域３３３）となっている。また、主被写体領域３３１における（撮影画像の）輝度を主被写体輝度、周辺被写体領域における輝度を周辺被写体輝度という。
【０１０３】
ヒストグラム算出部４０５２は、各Ａ〜ＡＪブロック毎の主被写体輝度ヒストグラム（分布）を算出すると共に、このＡ〜ＡＪブロック毎の主被写体輝度ヒストグラムを用いて、図１３（ａ）に示すような主被写体領域３３１全体における主被写体全体輝度ヒストグラムを算出する。また、各第１〜第１６ブロック毎の周辺被写体輝度ヒストグラムを算出すると共に、この第１〜第１６ブロック毎の主被写体輝度ヒストグラムを用いて、図１３（ｂ）に示すような周辺被写体領域３３２全体における周辺被写体全体輝度ヒストグラムを算出する。
【０１０４】
また、ヒストグラム算出部４０５２は、前記算出した主被写体全体輝度ヒストグラム及び周辺被写体全体輝度ヒストグラムを用いて、主被写体全体の輝度範囲及び周辺被写体全体の輝度範囲を算出する。この算出の際、所定の閾値を用いて足切りを行う。すなわち、主被写体においては、図１３（ａ）に示すように閾値Ｄ１にて足切りを行い、Ｄ１以上の度数を有する輝度の最小値Ｌ１〜最大値Ｌ８の範囲を主被写体全体輝度範囲とする。同様に、周辺被写体においては、図１３（ｂ）に示すように閾値Ｄ２にて足切りを行い、Ｄ２以上の度数を有する輝度の最小値Ｌ１２〜最大値Ｌ１９の範囲を主被写体全体輝度範囲とする。この閾値による「足切り」は、ノイズ等による誤差を低減するために行われる。なお、図１３の各輝度ヒストグラムの輝度（画像（輝度）データ）は、ここでは説明の便宜上、Ｌ１〜Ｌ１９などとしているが、実際には、例えば８ビットでの画像データを扱う場合には、２５６段階（階調）で表し、例えばＬ１〜Ｌ２５６となる。
【０１０５】
ヒストグラム算出部４０５２は、平均輝度算出部４０５３及び最大／最小輝度算出部４０５４を備えている。平均輝度算出部４０５３は、各Ａ〜ＡＪブロック毎の主被写体の平均輝度、及び各第１〜第１６ブロック毎の周辺被写体の平均輝度を算出する。この平均輝度は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対して算出される。当該平均輝度の算出においては、各Ａ〜ＡＪブロック及び各第１〜第１６ブロック毎にそれぞれ主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラムを算出し、前記と同様に所定の閾値を設定して「足切り」を行い、この足切り後の各輝度値を平均することにより各平均輝度を得る。
【０１０６】
最大／最小輝度算出部４０５４は、各Ａ〜ＡＪブロック毎の主被写体の最大／最小輝度、及び各第１〜第１６ブロック毎の周辺被写体の最大／最小輝度を算出する。この場合も同様に、各ブロック毎に算出した主被写体輝度ヒストグラム又は周辺被写体輝度ヒストグラムに対して所定の閾値での「足切り」を行い、足切り後の各輝度値（輝度範囲）から最大又は最小輝度を算出する。
【０１０７】
なお、ヒストグラム算出部４０５２は、後述の飽和判別部４０５５による飽和判別に用いるべく、主被写体全体輝度ヒストグラム及び周辺被写体全体輝度ヒストグラムから、さらにこれらを合わせた全領域（撮像領域３３０）での全領域輝度ヒストグラムを算出する。飽和判別部４０５５は、前記ヒストグラム算出部４０５２によって算出された全領域輝度ヒストグラムに基づいて、ＡＥ、ＡＦ、ＷＢ評価値検出時に撮像センサ３０の出力が飽和しているか否かを判別するものである。
【０１０８】
図１４は、飽和時の全領域輝度ヒストグラムの一例を示している。同図中におけるＰｍａｘは、撮像センサ３０が飽和出力レベルＶｍａｘ（撮像センサ３０の出力レベルの物理的な最大値）となっているときのセンサ入射輝度（飽和輝度）を示し、Ｐｍａｘｔｈは、飽和／非飽和の判別を行うべく所定の閾値として設定されたセンサ出力Ｖｍａｘｔｈに対するセンサ入射輝度（輝度閾値）を示している。また、Ｄｔｈは、同様に飽和／非飽和の判別を行うべく予め閾値として設定された度数（度数閾値）を示している。
【０１０９】
飽和判別部４０５５は、全領域輝度ヒストグラム３４１において、輝度閾値Ｐｍａｘｔｈ以上及び度数閾値Ｄｔｈ以上となる同図中の符号３４２に示す斜線領域（飽和領域３４２という）における総度数、すなわち総画素数（飽和領域での総画素数を飽和画素数という）を算出し、該飽和画素数が所定数以上である場合に、撮像センサ３０の出力レベルが飽和していると判別する（所定数より少ない場合は飽和していないと判別する）。なお、飽和／非飽和の判別は、飽和輝度Ｐｍａｘの度数（画素数）のみを用いて行ってもよい。
【０１１０】
評価値検出部４０５は、上述のように、分割測光を行い、主被写体領域３３１の中央部におけるＯ、Ｐ、Ｕ及びＶブロックから形成される領域（ＡＦ領域３３３）から得られる平均輝度等の輝度情報から、ＡＦ評価値を検出する。さらに主被写体及び周辺被写体領域の各検出ブロックにおける輝度情報（画像データ）から、平均輝度、最大／最小輝度、輝度ヒストグラムあるいは輝度範囲等の情報をＡＥ、ＷＢ評価値として検出する。これら評価値データは、情報受信部５０１を介して演算部５１０の各種評価値に対応するパラメータ算出部、例えばＡＥ評価値であればＡＥ制御パラメータ算出部５１１０に、ＡＦ評価値であればＡＦ動作制御部５３０を介してＡＦ制御パラメータ算出部５１３に、ＷＢ評価値であればＷＢ制御パラメータ算出部５１４に出力され、当該各算出部においてこの評価値に基づき各種制御パラメータが算出される。
【０１１１】
（動作の全体的なフローの説明）
以上の通り構成されたデジタルカメラ１の動作につき、先ず全体的なフローを説明する。図１５は、デジタルカメラ１の全体的な動作の一例を示すフローチャートである。図示する通り、動作を大略的に区分すると、ＡＥ評価値、ＡＦ評価値、及びＷＢ評価値等の評価値を検出する評価値検出ステップ（ステップＳ１）と、得られた評価値に基づき各種パラメータを算出する制御パラメータ算出ステップ（ステップＳ２）と、算出された各種パラメータを該当するデジタルカメラ１各部に設定し、当該パラメータに応じた撮影状態となるようにデジタルカメラ１各部を駆動する制御パラメータを設定する制御パラメータ設定ステップ（ステップＳ３）とからなる。
【０１１２】
このような動作フローが、例えばＡＥ制御、ＡＦ制御及びＷＢ制御それぞれにおいて実行されることとなる。以下の説明では、先ずＡＥ制御を行う場合についての動作ステップ（ステップＳ１〜ステップＳ３）の概要を順次説明し、これに続いて本実施形態の特徴部分であるＡＦ制御についての動作ステップを詳細に説明する。
【０１１３】
（ＡＥ制御；評価値検出ステップＳ１）
先ず、評価値検出ステップＳ１では、各種の制御のベースとなる評価値情報を取得し、該評価値情報に基づいて評価値を算出する。ＡＥ制御の場合は、撮像ターゲットとなる被写体の輝度レベルが計測（検出）され、この計測値からＡＥ評価値が算出されることとなる。前記輝度レベル及び輝度範囲の検出に際しては、撮像センサ３０により実際に撮像された撮影画像から求めることが合理的であり、撮像センサ３０は静止画及び動画の撮像が可能であることから、撮像センサ３０により、評価値検出用の画像を本撮影前の静止画にて取得して輝度レベル及び輝度範囲を計測する（静止画からの検出）方法と、撮像センサ３０により、評価値検出用の画像を本撮影前の動画にて取得して輝度レベル及び輝度範囲を計測する（動画からの検出）方法との、２通りの輝度情報の取得ステップを例示することができる。しかる後、取得した画像の輝度情報に基づいてＡＥ評価値を含む各種制御用の評価値を評価値検出部４０５により算出するというステップが行われる。
【０１１４】
図１６は、上述した撮像センサ３０が実際に撮像した静止画像から、被写体のＡＥ評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである（静止画からの評価値検出例）。すなわち、本実施形態にかかるデジタルカメラ１で静止画を撮影（本撮影）する場合において、その本撮影の前にＡＥ評価値を取得するための静止画を撮影（予備撮影）し、該予備撮影画像に基づいてＡＥ評価値を算出するフローを示している。この評価値検出手法は、デジタル一眼レフカメラ等の、撮影準備段階において被写体光像が光学ファインダに入射され撮像センサ３０には入光しないタイプの撮像装置に好適な手法である。
【０１１５】
先ず、本デジタルカメラ１の電源スイッチ１０１が押下され電源ＯＮとされている状態において、撮影開始の操作が為されたかが確認され（ステップＳ１１１）、レリーズスイッチ１０２が操作（例えば半押し操作）されると（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、予備撮影準備の動作が開始される（ステップＳ１１２）。
【０１１６】
ステップＳ１１２では、ＡＥ評価値を算出するために予備撮影を行うに当り、当該予備撮影のためのダイナミックレンジ制御が行われる。ここでのダイナミックレンジ制御は、被写体の輝度を広い範囲で感知できるよう、撮像センサ３０が最大のダイナミックレンジを備えるように制御される。つまり、デジタル一眼レフカメラ等においては、予備撮影のチャンスは本撮影の前の１回しかないことから、いかなる被写体であってもその輝度を確実に検出できるよう、広いダイナミックレンジに設定される。
【０１１７】
このため、撮像センサ３０が全領域において対数変換出力動作をなすよう、撮像センサ３０の動作状態が制御される。具体的には、レリーズスイッチ１０２が半押しされると、全体制御部５０から予備撮影モードへの移行指示が各部に出され、これを受けてダイナミックレンジ制御信号発生部５２１が、例えば図６に示すトランジスタＴ２のソースに入力されている信号φＶＰＳの、Ｈｉ及びＬｏｗの電圧の差を変化させる（この場合、前述のΔＶＰＳを小さくする。図７参照）信号を発生し、これにより撮像センサ３０の対数領域の割合が増加されるよう制御される。なお、広いダイナミックレンジを確保するという観点からは全領域を対数領域とすることが望ましいが、必ずしも全領域を対数領域に変換せずとも良く、ある程度線形領域が残存していても良い。
【０１１８】
続いて、予備撮影のための露出制御が行われ、予備撮影が行われる（ステップＳ１１３）。具体的には、例えばセンサ露光時間制御信号発生部５２２が、前記信号φＶＰＳが中電位Ｍとなる時間ΔＳの長さを所定の露光時間に合わせて設定する駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路３１に送ることで撮像センサ３０の予備撮影用露出制御（露光量制御）が行われる。この他、シャッタ制御信号発生部５２３によって生成された制御信号に基づくシャッタ駆動部６１によるシャッタ２３のシャッタスピードの調整、及び絞り制御信号発生部５２５によって生成された制御信号に基づく絞り制御部６３により絞り２２の調整によっても露出制御が行われる。このような露出制御が為された上で、静止画の予備撮影が行われる。そして、撮影された予備撮影画像に基づいて、評価値検出部４０５によりＡＥ評価値が算出される（ステップＳ１１４）。このＡＥ評価値算出ステップについては、後記で詳述する。ＡＥ評価値が算出されると予備撮影は終了し（ステップＳ１１５）、当該ＡＥ評価値に基づく露出制御が行われた上で本撮影が開始されることとなる（ステップＳ１１６）。なお、以上はＡＥ評価値を取得する場合について説明したが、ＡＦ評価値やホワイトバランス評価値についても同様にして取得することができる。
【０１１９】
図１７は、撮像センサ３０が継続的に撮像している動画像から、被写体のＡＥ評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである（動画からの評価値検出例）。すなわち、本デジタルカメラ１が撮影待機中にある場合や、動画撮影モードにある場合、或いは本発明の撮像装置をデジタルムービィに適用した場合において、撮像センサ３０が撮像している全てのフレーム画像を用いて、ＡＥ評価値を算出するフローを示している。
【０１２０】
先ず、撮影開始の操作が為されたかが確認され（ステップＳ１２１）、例えばモード設定スイッチ１０５が操作されて動画撮影モードに移行され撮影開始が確認されると（ステップＳ１２１でＹｅｓ）、動画の撮影が開始される（ステップＳ１２２）。この撮影開始時における撮像ダイナミックレンジ、露光時間、及び絞り等の各制御値は、初期設定値とされる。
【０１２１】
続いて、ステップＳ１２２において撮像された画像に基づいて、評価値検出部４０５によりＡＥ評価値が算出される（ステップＳ１２３）。そして検出されたＡＥ評価値に基づいて、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１により信号φＶＰＳの設定を変化させてダイナミックレンジを制御し、またシャッタ駆動信号発生部５２３及び絞り制御信号発生部５２５にて生成される制御信号により絞りを制御する等して、所定の撮像ＡＥ制御が行われる（ステップＳ１２４）。
【０１２２】
そして撮影が終了したかが確認され（ステップＳ１２５）、撮影の終了指令が無い場合は（ステップＳ１２５でＮｏ）、前記ステップＳ１２３に戻り同様なＡＥ評価値算出、及びステップＳ１２４の撮像ＡＥ制御が繰り返されるものである。すなわち、動画撮影が行われているときに、その撮影画像の全てがＡＥ評価値検出のための評価画像として活用され、得られたＡＥ評価値に基づいて次の撮影のための撮像ＡＥ制御が行われるというサイクルが繰り返されるものである。なお、撮影画像の全てを評価画像とせず、撮影画像の一部（例えば撮影画像の数フレームに１枚の割合）を評価画像とし、該評価画像からＡＥ評価値を取得するようにしても良い。
【０１２３】
上記のフローにおける評価値算出のステップ（上記ステップＳ１１４、Ｓ１２３）においては、先に図１４に基づいて説明した評価値検出部４０５によって、各種制御用の評価値が検出される。すなわち、分割測光部４０５１により分割測光を行い、主被写体及び周辺被写体領域の各検出ブロックにおける輝度情報に基づいて、ヒストグラム算出部４０５２により平均輝度、最大／最小輝度、輝度ヒストグラムあるいは輝度範囲等が求められ、これらの情報がＡＥ（ＡＦ、ＷＢ）評価値として検出される。
【０１２４】
（ＡＥ制御；制御パラメータ算出ステップＳ２）
次にステップＳ２では、評価値に基づき各種パラメータが算出される。ＡＥ制御の場合は、露光量又はダイナミックレンジがＡＥ制御の要素となることから、これらの制御パラメータが、前記ＡＥ評価値に基づいて算出される。なお、デジタルカメラやデジタルムービィ等の撮像装置においては、ＡＥ制御のための制御要素としては、撮像センサの光電変換特性に関連づけて（光電変換特性を作為的に変化させて）制御する方法と、撮像センサの撮像面に届く光の総量を調整する方法とがある。本明細書では、前者を「ダイナミックレンジ制御」と呼び、後者を「露光量制御」と呼ぶものとする。
【０１２５】
図１８は、ＡＥ制御を行う場合において、撮像センサ３０の光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、（ａ）は、露光量制御を行う場合の変化を示し、（ｂ）は、ダイナミックレンジ制御を行う場合の変化を示す図である。図１８（ａ）、（ｂ）は、横軸がセンサ入射輝度、縦軸がセンサ出力であり、横軸は対数座標（センサ入射輝度の対数値）となっている。ただし、センサ入射輝度とは、撮像センサ３０に入射された被写体の輝度を示しており、以降、単に輝度という。
【０１２６】
このＡＥ制御は、光電変換特性に基づく露光量の制御（露光量制御）、及び光電変換特性に基づくダイナミックレンジの制御（ダイナミックレンジ制御）によって行うことができる。具体的には、以下（Ａ）、（Ｂ）の各制御に基づいてＡＥ制御が行われる。
（Ａ）シャッタ２３及び／又は撮像センサ３０における露光時間、すなわちシャッタ２３の開放時間及び／又は撮像センサ３０の積分時間、及び／又は絞り２３の開口面積の制御に基づく露光量制御。
（Ｂ）撮像センサ３０の光電変換特性の制御（具体的には、光電変換特性の変曲点位置の制御）に基づくダイナミックレンジ制御。
【０１２７】
（ステップＳ２−１）露光量制御パラメータの算出
先ず（Ａ）の場合の露光量制御について図１８（ａ）を用いて説明する。光電変換特性６０１は、ＡＥ評価値取得時点において光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている撮像センサ３０の光電変換特性である。光電変換特性６０１は変曲点６０３（このときのセンサ出力はＶｔｈ）を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。この光電変換特性６０１が、露光量設定用の所定の輝度（露光量設定用輝度）に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性６０２へ変化する露光量を得るための露光量制御パラメータ（露光量設定値）、すなわち前記露光時間を制御するための露光時間設定値及び絞りの開口面積を制御するための絞り設定値が、露光量制御パラメータ算出部５１１によって算出される。つまり、ＡＥ評価値に基づく露出設定用の被写体輝度と、前記光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている光電変換特性６０１とに基づいて露光量制御パラメータが算出される。
【０１２８】
ここでは、光電変換特性６０１の線形特性領域における所定の輝度Ｌｔ１（前記露光量設定用輝度に相当）に対するセンサ出力の値（対数特性領域の点６０５でのセンサ出力）が、Ｖｔａｒｇｅｔ（線形特性領域の点６０６でのセンサ出力）となるような光電変換特性６０２を算出する。換言すれば、光電変換特性６０１が、点６０６を通る光電変換特性６０２となるように符合６０８に示す矢印方向（矢印６０８方向）に向けて変化（移動）させる（このとき、変曲点６０３は変曲点６０４へ平行移動され、センサ出力Ｖｔｈの値は変化しない）ことにより、グラフ図的に表現すると光電変換特性６０１の状況下にあっては対数特性領域において交差している輝度Ｌｔ１のセンサ出力（点６０５）が、線形特性領域において交差されるよう（その交差点が点６０６）、新たな光電変換特性６０２が算出されるものである。なお、Ｖｔａｒｇｅｔとは、センサ出力の或る目標となるターゲット出力であり、予め設定された値である。このＶｔａｒｇｅｔは露光量制御パラメータ算出部５１１等に記憶されている。
【０１２９】
この場合、輝度Ｌｔ１におけるセンサ出力が、光電変換特性６０１の点６０５でのセンサ出力から光電変換特性６０２の点６０６でのセンサ出力（Ｖｔａｒｇｅｔ）まで増加するように、すなわち同じ大きさの輝度に対するセンサ出力が増加するように、露光量の増加を図ることができる露光時間設定値や絞り設定値が算出される。別の見方をすれば、Ｖｔａｒｇｅｔに相当する輝度がＬｔ２（点６０７での輝度）からＬｔ１へ変化し、すなわちＶｔａｒｇｅｔのセンサ出力を得るための輝度がＬｔ２より小さいＬｔ１で済むように当該露光量が増加される露光時間設定値や絞り設定値が、露光量制御パラメータ算出部５１１によって算出される。このとき、当該露光時間設定値や絞り設定値に基づいて、シャッタ２３の開放時間又は撮像センサ３０による積分時間が増加され、また、絞り２３の開口面積が増加されるように制御される。
【０１３０】
なお、光電変換特性６０１から光電変換特性６０２へ変化する場合、Ｖｍａｘにおける輝度がＬｍ２からＬｍ１まで変化（低下）し、ダイナミックレンジは低下する。Ｖｍａｘとは、撮像センサ３０におけるセンサ出力の最大値、すなわち飽和出力レベルである。ただし、当該Ｖｍａｘは、物理的な最大出力レベルとしての飽和出力レベルとしてもよいし、任意に設定した（例えばこの物理的な最大出力レベルより幾分低く設定された出力レベルとしての）飽和出力レベルとしてもよい。
【０１３１】
また、図１８（ａ）の場合では、露光量設定用輝度（Ｌｔ１）に対してＶｔａｒｇｅｔを得るために、光電変換特性を矢印６０８方向に変化させているが、矢印６０８方向と逆方向（右方向）に向けて変化（移動）させてもよい。また、ＡＥ評価値取得時における光電変換特性が、既に上述のように露光量設定用輝度に対してＶｔａｒｇｅｔが得られるものとなっている場合には、光電変換特性は変化（移動）されない。ただし、この場合、前回のＡＥ評価値取得時における露光時間設定値や絞り設定値と同じ値になったとしても、今回における露光時間設定値や絞り設定値の算出が行われる構成であってもよい。
【０１３２】
（ステップＳ２−２）ダイナミックレンジ制御パラメータの算出
次に、前記（Ｂ）の場合のダイナミックレンジ制御について図１８（ｂ）を用いて説明する。光電変換特性７０１は、ＡＥ評価値取得時において光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている撮像センサ３０の光電変換特性である。光電変換特性７０１は変曲点７０３（このときのセンサ出力はＶｔｈ１）を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。ダイナミックレンジ制御パラメータ（光電変換特性設定値）は、この光電変換特性７０１が、ダイナミックレンジ設定用の所定の輝度（ダイナミックレンジ設定用輝度）に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性７０２へと変化されるような光電変換特性の制御値、具体的には、変化後の光電変換特性（７０２）における変曲点（変曲点７０４）の位置（該変曲点に対する出力レベル）に関する設定値として求められる。この光電変換特性設定値はダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２により算出される。
【０１３３】
ここでは、ダイナミックレンジにおける最大輝度として設定した輝度Ｌｍ２０をダイナミックレンジ設定用輝度とし、該輝度Ｌｍ２０に対するセンサ出力の値が、撮像センサ３０の飽和出力レベルであるＶｍａｘ（図１８（ａ）に示すＶｍａｘと同様）となるように光電変換特性曲線７０２を算出する。換言すれば、光電変換特性７０１を、点７０４を通る光電変換特性７０２となるように、符合７０５に示す矢印方向（矢印７０５方向）に向けて変化させる。このとき、変曲点７０３は変曲点７０４へ移り、該変曲点に対するセンサ出力もＶｔｈ１からＶｔｈ２へ変化する。
【０１３４】
この場合、輝度Ｌｍ２０におけるセンサ出力が、点７０６でのセンサ出力（Ｖｏｖｅｒ：Ｖｍａｘを超えるセンサ出力値）から点７０７でのセンサ出力（Ｖｍａｘ）まで減少されるような光電変換特性設定値が算出される。別の見方をすれば、センサ出力Ｖｍａｘを得ることが可能な最大輝度がＬｍ１０（点７０８での輝度）からＬｍ２０へと大きくなるような（ダイナミックレンジを広げるような）光電変換特性設定値が、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２によって算出される。
【０１３５】
なお、光電変換特性７０１から光電変換特性７０２へ変化する場合、Ｖｔａｒｇｅｔにおける輝度はＬｔ１０からＬｔ２０まで変化（増加）し、露光量は低下する。ただし、この図１８（ｂ）に示すＶｔａｒｇｅｔは、露光量の変化について説明するために設定したものであり、図１８（ａ）に示すＶｔａｒｇｅｔの値とは異なっていてもよい。
【０１３６】
また、図１８（ｂ）の場合では、ダイナミックレンジ設定用輝度（Ｌｍ２０）に対してＶｍａｘを得るために、光電変換特性を矢印７０５方向に変化させているが、矢印７０５方向と逆方向（上方向）に向けて変化させてもよい。また、ＡＥ評価値取得時点における光電変換特性が、上述のようにダイナミックレンジ設定用輝度に対してＶｍａｘが得られるものとなっている場合には、光電変換特性は変化されない。ただし、この場合、前回のＡＥ評価値取得時における光電変換特性設定値と同じ値になったとしても今回における光電変換特性設定値の算出が行われる構成であってもよい。
【０１３７】
このように前記（Ａ）の露光量制御、及び（Ｂ）のダイナミックレンジ制御によるＡＥ制御により、露光量設定用輝度を光電変換特性の線形特性領域で撮影し、且つ所定のセンサ出力レベルで出力すると共に、ダイナミックレンジ設定用輝度（ここでは被写体の最大輝度；ダイナミックレンジにおける最大輝度）がセンサ飽和出力レベル以下となるようにして撮影することが可能となる。
【０１３８】
（ＡＥ制御；制御パラメータ設定ステップＳ３）
ステップＳ３では、デジタルカメラ１各部を駆動する制御パラメータの設定が為される。ＡＥ制御の場合は、前記（ステップ２−１）又は（ステップ２−２）に基づく制御パラメータの設定が行われる、すなわちステップＳ３としては、
（イ）露光量制御パラメータの設定：算出された露光量制御パラメータに基づいてメモリ部５１５や制御信号発生部５２０等に当該パラメータを設定し、タイミング生成回路３１や駆動部６０を駆動する（ステップＳ３−１）、
（ロ）ダイナミックレンジ制御パラメータの設定：算出されたダイナミックレンジ制御パラメータに基づいて、メモリ部５１５や制御信号発生部５２０等に当該パラメータを設定し、タイミング生成回路３１を駆動する（ステップＳ３−２）。
という２通りのパラメータ設定ステップが併合的に、或いは独立的に行われる。
【０１３９】
（ステップＳ３−１）露光量制御パラメータの設定
上記ステップＳ２−１で説明したような手法でＡＥ制御のための露光量制御パラメータが算出されたならば、該露光量制御パラメータに基づいて露光量制御が行われる。すなわち、静止画像を撮影する場合は、予備撮影画像より取得されたＡＥ評価値に基づいたＡＥ制御がなされた上で本撮影が行われる。また、動画像を撮影する場合は、例えば直前に撮影された撮影画像より取得されたＡＥ評価値に基づいたＡＥ制御がなされた上で順次動画撮影が行われる。
【０１４０】
具体的には、全体制御部５０の露光量制御パラメータ算出部５１１で算出された露光量制御パラメータは制御信号発生部５２０に入力され、実際の露光量制御動作を行わせる駆動信号を生成するタイミング生成回路３１や駆動部６０を動作させるための制御信号が制御信号発生部５２０の各部で生成される。すなわち、制御信号発生部５２０のセンサ露光時間制御信号発生部５２２は、前記露光量制御パラメータに応じて、所期の露光時間が確保されるよう撮像センサ３０の制御信号を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。ここでの制御信号は、例えば図７に示すタイミングチャートにおいて、撮像センサ３０に対する信号φＶＰＳが中電位Ｍとなる時間ΔＳを、露光量制御パラメータに応じて適宜な時間に設定する信号（つまり、フォトダイオードＰＤの寄生容量のリセット動作終了時刻ｔ１から次フレームの映像信号読み出しが開始される時刻ｔ２までの積分時間を適宜な時間に設定する信号）である。タイミング生成回路３１は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ３０の露光時間を制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０を駆動させる。
【０１４１】
またシャッタ制御信号発生部５２３は、同様に露光量制御パラメータに基づいて、シャッタ２３のシャッタスピード（シャッタ開放時間）を露光時間に合わせて設定する制御信号を生成する。この制御信号は駆動部６０のシャッタ駆動部６１へ送られ、シャッタ駆動部６１は該制御信号に基づいてシャッタ２３の駆動信号を生成し、露光量制御パラメータに応じたシャッタ２３のシャッタ開放動作を行わせる。
【０１４２】
さらに絞り制御信号発生部５２５も、同様に露光量制御パラメータに基づいて、絞り２２の開口面積を設定する制御信号を生成する。この制御信号は絞り駆動部６３へ送られ、絞り駆動部６３は該制御信号に基づいて絞り２２の駆動信号を生成し、露光量制御パラメータに応じた絞り２２の開口面積設定動作を行わせる。
【０１４３】
以上のように、露光量制御（積分時間の制御）の要素としては、タイミング生成回路３１のよる撮像センサ３０の駆動制御、シャッタスピード制御及び絞り制御があり、これら３つの制御を全て行うようにしても良いが、高速に制御を達成する観点からは、タイミング生成回路３１による電子回路的な露光量制御を優先させるようにすることが望ましい。
【０１４４】
（ステップＳ３−２）ダイナミックレンジ制御パラメータの設定
一方、上記ステップＳ２−２で説明したような手法でＡＥ制御のためのダイナミックレンジ制御パラメータが算出されたならば、該ダイナミックレンジ制御パラメータに基づいてダイナミックレンジ制御が行われる。具体的には、全体制御部５０のダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２で算出されたダイナミックレンジ制御パラメータは制御信号発生部５２０に入力され、そのダイナミックレンジ制御信号発生部５２１において、実際のダイナミックレンジ制御動作を行わせる制御信号が生成される。
【０１４５】
すなわちダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２において算出された撮像センサ３０の光電変換特性設定値に応じて、光電変換特性が線形特性領域から対数特性領域に切り替わる出力レベルポイント（変曲点）を調整する撮像センサ３０の制御信号を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。ここでの制御信号は、例えば図７に示すタイミングチャートにおいて、撮像センサ３０に対する信号φＶＰＳを、算出されたダイナミックレンジ制御パラメータに応じて適宜設定する制御信号である。
【０１４６】
つまり、前記φＶＰＳにおける電圧ＶＰＨの高さ、あるいは時間ΔＴの長さを制御することでその変曲点が変動されることから、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、ダイナミックレンジ制御パラメータに基づいてφＶＰＳを制御する制御信号を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。そしてタイミング生成回路３１は、入力された制御信号に応じて、撮像センサ３０のダイナミックレンジを制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０を、所定の光電変換特性の状態として実際に駆動させるものである。
【０１４７】
（ＡＦ制御の説明）
図１９は、ＡＦ制御の動作の一例を示すフローチャートである。このＡＦ制御は、撮像センサ３０の対数特性領域での撮影画像から得られた第１のオートフォーカス評価値に基づいて第１のＡＦ制御（ステップＳ２１〜Ｓ２７；粗測距モードによるＡＦ制御）を行わせた後に、撮像センサ３０の線形特性領域での撮影画像から得られた第２のオートフォーカス評価値に基づいて第２のＡＦ制御（ステップＳ３１〜Ｓ３７；詳測距モードによるＡＦ制御）を行わせるフローを備える。なお、このようにフローが実行されるのは、前記測距モード設定部５３０１（図１０参照）に、２段階ＡＦモードが設定されている場合である。
【０１４８】
静止画撮影における撮影待機状態においてユーザによりレリーズスイッチ１０２が半押しされる等してＡＦ動作が指示された場合、若しくは動画撮影中においてＡＦ動作が開始された場合、粗測距モードの実行が開始され、評価値検出部４０５により被写体に関するＡＥ評価値が検出される（ステップＳ２１）。ここで検出されるＡＥ評価値は、例えば主被写体領域３３１（図１２参照）の中央部におけるＯ、Ｐ、Ｕ及びＶブロックから形成されるＡＦ領域３３３において検出される被写体の輝度範囲に関する情報である。つまり、評価値検出部４０５のヒストグラム算出部４０５２において、前記Ｏ、Ｐ、Ｕ及びＶブロック毎の撮影画像信号に基づいて被写体輝度ヒストグラムを算出すると共に、これらＯ、Ｐ、Ｕ及びＶブロック全体におけるＡＦ用被写体ヒストグラムが算出される。かかるＡＦ用被写体ヒストグラムは、ＡＦ領域３３３における被写体の輝度範囲を示す情報となる。この被写体の輝度範囲に関する情報は、ＡＦ動作制御部５３０の輝度範囲情報取得部５３０３に取得される。
【０１４９】
次に、ステップＳ２１で算出された被写体の輝度範囲に相当する出力が、撮像センサ３０の対数特性領域から得られるようにするための光電変換特性設定値が、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（図４参照）にて算出される（ステップＳ２２）。すなわち、粗測距モードにおいてはＡＦ評価値を対数特性領域からの画像信号から取得させる必要があるので、被写体の輝度範囲に相当する出力が全て対数特性領域から得ることができるような変曲点が求められるものである。
【０１５０】
そして、現状の光電変換特性と、ステップＳ２１で算出された被写体の輝度範囲とが対照され、被写体の輝度範囲が対数特性領域の所定範囲から出力される状態か否かが判定される（ステップＳ２３）。具体的には、ＡＦ評価値判別部５３０４にて、ステップＳ２１でのＡＥ評価値取得時点での光電変換特性（光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている光電変換特性）と、輝度範囲情報取得部５３０３に取得されている被写体輝度範囲情報とが対照され、図２０（ａ）に示すように、被写体輝度範囲の下限値輝度Ｌｍｉｎに対応する出力レベルＶｍｉｎが、対数特性領域から得られているか否かが判定される。
【０１５１】
すなわち、図２０（ａ）における光電変換特性８０１が、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている光電変換特性であり、該光電変換特性８０１は変曲点８０３（このときのセンサ出力をＶｔｈ１とする）を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれているとすると、当該光電変換特性８０１に対して被写体輝度範囲の下限値輝度Ｌｍｉｎに対応するセンサ出力Ｖｍｉｎ（点８０５）が、対数特性領域から得られているか否かが判定される。この場合、点８０５は線形特性領域にあるので（ステップＳ２３でＮｏ）、前記ステップＳ２２で算出された光電変換特性設定値に基づいて、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１にて変曲点が変更され、光電変換特性８０１が新たな光電変換特性８０２に変化される（ステップＳ２４）。
【０１５２】
この新たな光電変換特性８０２は、変曲点８０４（このときのセンサ出力をＶｔｈ２とする）を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれており、前記下限値輝度Ｌｍｉｎに対応するセンサ出力Ｖｍｉｎ（点８０６）が、対数特性領域から得られている。つまり、前記ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２においては、光電変換特性８０１が、対数特性領域の点８０６を通る光電変換特性８０２となるよう、つまり図中符号８０７に示す矢印方向（矢印８０７方向）に向けて変化させる光電変換特性設定値が算出される。具体的には、変曲点８０３を変曲点８０４へ変化させるべく、変曲点に相当する出力レベルをＶｔｈ１からＶｔｈ２へΔＶｔｈ１だけ引き下げる。このときのΔＶｔｈ１は、下限値輝度Ｌｍｉｎに対応するセンサ出力Ｖｍｉｎ＝Ｖｔｈ２とするのではなく、一定のオフセット量を加味して求められる。すなわち、
ΔＶｔｈ１＝Ｖｔｈ１−Ｖｍｉｎ＋Ａ
但し、Ａは所定のオフセット量
として算出される。
【０１５３】
一方、被写体輝度範囲の下限値輝度Ｌｍｉｎに対応するセンサ出力Ｖｍｉｎが、既存の光電変換特性の対数特性領域から得られている場合（ステップＳ２３でＹｅｓ）、ＡＦ領域３３３にある被写体を対数特性領域において撮影することができる状態にあるので、この場合は光電変換特性を変化させない。
【０１５４】
以上のフローを具体的な動作として説明すると、ＡＦ評価値判別部５３０４にて、被写体の下限値輝度Ｌｍｉｎに対応するセンサ出力Ｖｍｉｎが対数特性領域から得られている場合（ステップＳ２３でＹｅｓ）、光電変換特性を特段変更する必要がないので、この場合は「変更不要」との信号を生成してＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に送信する。一方、センサ出力Ｖｍｉｎが線形特性領域に入り込んでいる場合（ステップＳ２３でＮｏ）、「変更要」との信号を生成してＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に送信する。この場合、ＡＦ用光電変換特性制御部５３０５は、輝度範囲情報取得部５３０３にて取得された被写体の輝度範囲情報と共に光電変換特性を変化させる指示信号をダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２に送って上記のようにして光電変換特性設定値を算出させ、その算出値をダイナミックレンジ制御信号発生部５２１へ送信させる制御を行うものである。
【０１５５】
このようにして所定の光電変換特性が設定されたなら、第１のＡＦ制御が実行される。この第１のＡＦ制御自体は、周知のＡＦ制御（山登り方式のＡＦ制御）が実行させる。すなわち、撮像センサ３０による撮影動作を行わせ、ＡＦ領域３３３の被写体を対数特性領域で撮影して得られた画像信号から、被写体のコントラスト情報である第１のＡＦ評価値がＡＦ評価値取得部５３０２において順次取得される（ステップＳ２５）。そして、該ＡＦ評価値に基づいてＡＦ制御パラメータ算出部５１３にて制御パラメータを算出し、ズーム／フォーカス駆動部６２を介してレンズ群２１のフォーカスレンズを駆動させ（ステップＳ２６）、そのコントラスト値（明瞭度）を評価して、合焦点状態か否かが判定され（ステップＳ２７）、フォーカスレンズが合焦点状態に達するまで（ステップＳ２７でＹｅｓ）、ステップＳ２５〜ステップＳ２７が繰り返される。なお合焦点に達したか否かは、順次取得される第１のＡＦ評価値に基づいて、前回求めたＡＦ評価値と今回求めたＡＦ評価値の大小関係から判別する等して、コントラスト値がピークとなるポイントを求めることで判断される。
【０１５６】
以上のような第１のＡＦ制御が完了したならば、粗測距モードにおいてフォーカスレンズは合焦点状態に達していることになる。しかし、粗測距モードにおいては対数特性領域から得られた画像信号に基づいてＡＦ制御を行っており、当該対数特性領域においては画像信号が対数圧縮されていることから、前述のコントラスト情報も圧縮されていることになる。従って、ダイナミックレンジを広く構えて被写体のコントラスト情報を確実に捕えるという観点からは、第１のＡＦ制御は優れているが、圧縮されたコントラスト情報に基づいていることから、精密な合焦点制御は行われていない状態にある。そこで、粗測距モードによる第１のＡＦ制御に続いて、詳測距モードによる第２のＡＦ制御が実施される。
【０１５７】
第２のＡＦ制御を実施するに当っても、同様に評価値検出部４０５によりＡＦ領域３３３における被写体の輝度範囲情報であるＡＥ評価値が検出される（ステップＳ３１）。ここでのＡＥ評価値は、先にステップＳ２１で求めたＡＥ評価値を用いるようにしても良い。そして、ステップＳ３１で算出された被写体の輝度範囲に相当する出力が、撮像センサ３０の線形特性領域から得られるようにするための光電変換特性設定値が、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２にて算出される（ステップＳ３２）。
【０１５８】
続いて、現状の光電変換特性と、ステップＳ３１で算出された被写体の輝度範囲とが対照され、被写体の輝度範囲が線形特性領域の所定範囲から出力される状態か否かが判定される（ステップＳ３３）。具体的には、ＡＦ評価値判別部５３０４にて、ステップＳ３１でのＡＥ評価値取得時点での光電変換特性（光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている光電変換特性；前記ステップＳ２４において設定された光電変換特性が読み出される場合もある）と、輝度範囲情報取得部５３０３に取得されている被写体輝度範囲情報とが対照され、今度は図２０（ｂ）に示すように、被写体輝度範囲の上限値輝度Ｌｍａｘに対応する出力レベルＶｍａｘが、線形特性領域から得られているか否かが判定される。
【０１５９】
すなわち、図２０（ｂ）における光電変換特性９０１が、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている光電変換特性であり、該光電変換特性９０１は変曲点９０３（このときのセンサ出力をＶｔｈ３とする）を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれているとすると、当該光電変換特性９０１に対して被写体輝度範囲の上限値輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力Ｖｍａｘ（点９０５）が、線形特性領域から得られているか否かが判定される。この場合、点９０５は対数特性領域にあるので（ステップＳ３３でＮｏ）、前記ステップＳ３２で算出された光電変換特性設定値に基づいて、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１にて変曲点が変更され、光電変換特性９０１が新たな光電変換特性９０２に変化される（ステップＳ３４）。
【０１６０】
この新たな光電変換特性９０２は、変曲点９０４（このときのセンサ出力をＶｔｈ４とする）を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれており、前記下限値輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力Ｖｍａｘ（点９０６）が、線形特性領域から得られている。つまり、前記ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２においては、光電変換特性９０１が、線形特性領域の点９０６を通る光電変換特性９０２となるよう、つまり図中符号９０７に示す矢印方向（矢印９０７方向）に向けて変化させる光電変換特性設定値が算出される。具体的には、変曲点９０３を変曲点９０４へ変化させるべく、変曲点に相当する出力レベルをＶｔｈ３からＶｔｈ４へΔＶｔｈ２だけ引き上げる。このときのΔＶｔｈ２は、同様に上限値輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力Ｖｍａｘ＝Ｖｔｈ４とするのではなく、一定のオフセット量を加味して求められる。すなわち、
ΔＶｔｈ２＝Ｖｍａｘ−Ｖｔｈ３＋Ｂ
但し、Ｂは所定のオフセット量
として算出される。
【０１６１】
一方、被写体輝度範囲の上限値輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力Ｖｍａｘが、既存の光電変換特性の対数特性領域から得られている場合（ステップＳ３３でＹｅｓ）、ＡＦ領域３３３にある被写体を線形特性領域において撮影することができる状態にあるので、この場合は光電変換特性を変化させない。
【０１６２】
以上のフローを具体的な動作として説明すると、ＡＦ評価値判別部５３０４にて、被写体の下限値輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力Ｖｍａｘが線形特性領域から得られている場合（ステップＳ３３でＹｅｓ）、光電変換特性を特段変更する必要がないので、この場合は「変更不要」との信号を生成してＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に送信する。一方、センサ出力Ｖｍａｘが対数特性領域に入り込んでいる場合（ステップＳ３３でＮｏ）、「変更要」との信号を生成してＡＦ用光電変換特性制御部５３０５に送信する。この場合、ＡＦ用光電変換特性制御部５３０５は、輝度範囲情報取得部５３０３にて取得された被写体の輝度範囲情報と共に光電変換特性を変化させる指示信号をダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２に送って上記のようにして光電変換特性設定値を算出させ、その算出値をダイナミックレンジ制御信号発生部５２１へ送信させる制御を行う。
【０１６３】
上記のようにして所定の光電変換特性が設定されたなら、詳測距モードによる第２のＡＦ制御が実行される。この第２のＡＦ制御も、所謂山登り方式のＡＦ制御であって、先ずＡＦ領域３３３の被写体を対数特性領域で撮影して得られた画像信号から、被写体のコントラスト情報である第１のＡＦ評価値がＡＦ評価値取得部５３０２において順次取得される（ステップＳ３５）。そして、該ＡＦ評価値に基づいてＡＦ制御パラメータ算出部５１３にて制御パラメータを算出し、ズーム／フォーカス駆動部６２を介してレンズ群２１のフォーカスレンズを駆動させ（ステップＳ３６）、そのコントラスト値（明瞭度）を評価して、合焦点状態か否かが判定され（ステップＳ３７）、フォーカスレンズが合焦点状態に達するまで（ステップＳ３７でＹｅｓ）、ステップＳ３５〜ステップＳ３７が繰り返され、コントラスト値がピークとなるポイントを求める動作が行われる。
【０１６４】
このようにして求められた第２のＡＦ制御による合焦点位置は、線形特性領域のコントラスト性が高い画像信号に基づいたものであって、コントラスト値の評価を詳細に行うことができることから、高精度なものとなる。かかる第２のＡＦ制御が完了したならば、静止画撮影の場合は、レリーズスイッチ１０２が全押しされる等して、本撮影動作が行われることとなる（ステップＳ３８）。また動画撮影の場合は、次のフレーム画像に対するＡＦ制御が行われることとなる。
【０１６５】
以上説明した実施形態では、ＡＦ領域３３３で撮影される被写体輝度情報を参照して光電変換特性の変曲点を制御する場合について説明したが、これを簡略化し、第１のＡＦ制御の前に光電変換特性を全て対数特性領域に変換し、また第２のＡＦ制御の前に光電変換特性を全て線形特性領域に変換する制御を行わせるようにしても良い。
【０１６６】
この場合、図１９に示したフローのうち、ステップＳ２１〜Ｓ２４に代替して、ＡＦ用光電変換特性制御部５３０５は、撮像センサ３０が全領域において対数変換動作を為すよう、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２に制御信号を送ってそのような光電変換特性設定値のパラメータを算出させ、その算出値をダイナミックレンジ制御信号発生部５２１へ送信させる制御を行う。そして全て対数特性領域とされた状態で第１のＡＦ評価値が取得され、第１のＡＦ制御が実行される。また、ステップＳ３１〜Ｓ３４に代替して、ＡＦ用光電変換特性制御部５３０５は、撮像センサ３０が全領域において線形変換動作を為すよう、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２に光電変換特性設定値のパラメータを算出させ、その算出値をダイナミックレンジ制御信号発生部５２１へ送信させる制御を行う。そして全て線形特性領域とされた状態で第２のＡＦ評価値が取得され、第２のＡＦ制御が実行されることになる。
【０１６７】
なお、前記第１のオートフォーカス評価値取得時において光電変換特性を、完全に対数特性領域（第２特性領域）に変化させるのではなく、評価値を得るための画像信号の輝度範囲に対して対数特性領域が支配的になるよう制御するようにしても良い。具体的には、ＡＦ制御時に、ＡＦ用光電変換特性制御部５３０５により対数特性領域と線形特性領域との割合を被写体輝度範囲に応じて変化させるようにし、第１のＡＦ制御時にはＡＦ領域内における画像の輝度データ（輝度範囲）の輝度分布が多い領域並びに上限値が対数特性領域から、一方下限値が線形特性領域から得られるようダイナミックレンジ制御を行うようにしても良い（対数特性領域が支配的な第１の光電変換特性に基づいた第１のＡＦ評価値の取得）。このような方法によれば、例えば被写体輝度範囲の輝度分布が多い高輝度領域を対数特性領域で、輝度分布が少ない低輝度領域を線形特性領域でカバーするようにしてＡＦ評価値を取得できるようになる。従って、コントラスト性を維持しつつ且つ画素飽和することなくオートフォーカス評価値を検出することができる。同様に第２のＡＦ制御時においても、完全に線形特性領域（第１特性領域）に変化させるのではなく、一部対数特性領域を含んだ光電変換特性に基づいて第２のＡＦ評価値を取得（線形特性領域が支配的な第２の光電変換特性に基づいた第２のＡＦ評価値の取得）するようにしても良い。
【０１６８】
また、ＡＦ制御時にＡＦ領域内における画像信号の輝度範囲が全て線形特性領域に存在するようにダイナミックレンジ制御を行うものとし、評価値算出時にＡＦ領域内における前記画像信号の輝度データ上限値が所定のレベル以上（飽和レベル付近）となる場合にのみ、変曲点を制御して撮像センサ３０のダイナミックレンジを広げた上で第１のＡＦ制御を行い、続いて第２のＡＦ制御を行うようにしてもよい。この場合、輝度データ上限値が所定のレベル以下（飽和しないレベル）であれば、線形特性領域から得られたＡＦ評価値に基づく１段階のＡＦ制御が実行されることになる。従って、例えばダイナミックレンジが狭い画像の場合に、粗測距ＡＦ制御（第１のＡＦ制御）を省略することができ、ＡＦ制御が簡素化できるという利点がある。
【０１６９】
なお、本実施形態においては、入射光量に対して電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とを含む光電変換特性を示す撮像センサ３０を用いている。このような撮像センサ３０は非常にダイナミックレンジが広く、しかもＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性を利用することにより、比較的容易に上記のような光電変換特性を持つ画素出力を発生するセンサを実現することができ好ましいものであるが、本発明はこれに限られるものではなく、入射光量に対する出力の変化が互いに異なる２つの特性領域を含む撮像センサであれば種々のものを用いることができる。例えば、第１の特性領域と、これより入射光量に対する出力の変化が小さい第２の線形特性領域とを含む撮像センサであっても良い。
【０１７０】
以上、ＡＥ制御及びＡＦ制御について説明したが、ＷＢ制御についても、撮像センサ３０の撮影画像から取得したＷＢ評価値に基づいて制御を行うことができる。この場合も、撮像センサ３０の線形特性領域及び対数特性領域の各々からＷＢ評価値を検出することが望ましい。すなわち、撮影画像に基づきニュートラルな画像によるＷＢ評価値検出を行うものとし、前記ニュートラル画像として線形特性領域と対数特性領域との２種類の画像に基づき、各ＲＧＢレベル（Ｒ−Ｌｏｇ，Ｇ−Ｌｏｇ，Ｂ−Ｌｏｇ，Ｒ−Ｌｉｎ，Ｇ−Ｌｉｎ，Ｂ−Ｌｉｎ）を検出するよう構成することが望ましい。評価値検出部４０５はこのようなＷＢ評価値を検出し、該ＷＢ評価値をホワイトバランス制御部４０６へ送り、ホワイトバランス制御部４０６により適宜な色バランスとなるようホワイトバランス補正が行われるものである。
【０１７１】
以上説明した通りのデジタルカメラ１によれば、撮影対象となる被写体を対数特性領域の広いダイナミックレンジで捕えて粗い測距を行う第１のオートフォーカス制御と、線形特性領域のコントラスト性に優れる特性を活用して詳細な測距を行う第２のオートフォーカス制御とが順次行われるので、例えば明るい被写体が測距対象になった場合でも確実にコントラスト情報を読み取って第１のオートフォーカス制御が行えると共に、これに続く第２のオートフォーカス制御にて高コントラスト情報に基づいた精度の良いフォーカス制御が行える。従って、どうような輝度の被写体であっても、結果的に高速度で且つ高精度のオートフォーカス制御を実行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】本発明にかかる撮像装置が好適に適用されるデジタルカメラの外観を示す図であって、（ａ）はその上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図をそれぞれ示す。
【図２】上記デジタルカメラの撮像処理ブロック図である。
【図３】上記デジタルカメラに用いられる撮像センサのカラーフィルタ構造の一例を示す模式図である。
【図４】上記デジタルカメラが備える全体制御部の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図５】撮像センサの一例である、二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の概略構成図である。
【図６】図５に示す各画素Ｇ１１〜Ｇｍｎの構成例を示す回路図である。
【図７】撮像センサの撮像動作に関するタイミングチャートの一例である。
【図８】撮像センサの光電変換特性を示すグラフ図である。
【図９】上記光電変換特性の変化動作を説明するためのグラフ図である。
【図１０】ＡＦ動作制御部の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図１１】評価値検出部の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図１２】撮像センサによる分割測光に際しての撮像領域（測光範囲）の分割の状態を示す模式図である。
【図１３】上記分割測光による輝度ヒストグラムの一例を示すグラフ図であって、（ａ）は主被写体全体輝度ヒストグラムを、（ｂ）は周辺被写体全体ヒストグラムをそれぞれ示している。
【図１４】撮像センサの出力飽和時における全領域ヒストグラムの一例を示すグラフ図である。
【図１５】デジタルカメラの全体的な動作の一例を示すフローチャートである。
【図１６】撮像センサが実際に撮像した静止画像から、被写体のＡＥ評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである。
【図１７】撮像センサが継続的に撮像した動画像から、被写体のＡＥ評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである。
【図１８】ＡＥ制御を行う場合において、撮像センサの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、（ａ）は、露光量制御を行う場合の変化を示し、（ｂ）は、ダイナミックレンジ制御を行う場合の変化を示す図である。
【図１９】ＡＦ制御の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２０】ＡＦ制御の際に行う光電変換特性制御方法を説明するためのグラフ図であって、（ａ）は、第１のＡＦ制御を行う場合の変化を示し、（ｂ）は、第２のＡＦ制御を行う場合の変化を示している。
【符号の説明】
【０１７３】
１        デジタルカメラ（撮像装置）
１００    操作部
２０      鏡胴
３０      撮像センサ
３１      タイミング生成回路
４０      信号処理部
４０５    評価値検出部（被写体輝度範囲検出手段）
４０５２  ヒストグラム算出部
５０      全体制御部
５１１    露光量制御パラメータ算出部
５１２    ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部
５１３    ＡＦ制御パラメータ算出部（オートフォーカス制御手段）
５１６    光電変換特性情報記憶部
５２１    ダイナミックレンジ制御信号発生部（光電変換特性制御手段）
５３０    ＡＦ動作制御部（オートフォーカス動作制御部）
５３０１  測距モード設定部
５３０２  ＡＦ評価値取得部
５３０３  輝度範囲情報取得部
５３０４  ＡＦ評価値判別部
５３０５  ＡＦ用光電変換特性制御部（光電変換特性制御手段）
６０      駆動部
６２      ズーム／フォーカス制御信号発生部（オートフォーカス制御手段）
【図１】
2006003727.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2006003727.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2006003727.tif 000020
【図１９】
2006003727.tif 000021
【図２０】
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