(57)【要約】      （修正有）【課題】リニア出力タイプの測光センサを用いた測光において適正な被写体輝度が検出されるまでの時間を短縮できる撮像装置の技術を提供する。【解決手段】撮像装置は、露光により複数の画素それぞれで生成される電荷信号を異なる２つのゲインでリニアに増幅し、２つの測光値を出力するリニア出力タイプの測光センサを備え、測定輝度に関して低輝度領域Ｌａと高輝度領域Ｌｃと、これらの間の輝度である中輝度領域Ｌｂとに分け、各輝度領域Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃにおいて以下のように２つのグラフＨａ、Ｈｃのうち拡張デジタル値として採用する１つのグラフを決定し各画素Ｐｘの拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)を生成する。この生成された測光データに基づき次の測光で設定する露光条件を導出すれば、適正な被写体輝度が検出されるまでの時間を短縮できることとなる。【選択図】図１０
2011081306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光により所定の光電変換セルを有した複数の光電ユニットそれぞれにて生成される電荷信号を異なる複数のゲインでリニアに増幅して複数の測光値を生成し、当該複数の測光値を第１のダイナミックレンジで出力する測光センサと、
第１の露光条件に設定された測光により前記測光センサから出力される複数の測光値と前記ゲインとに基づき、前記第１のダイナミックレンジより広い第２のダイナミックレンジを持つ測光データを生成するとともに、当該測光データに基づいて前記第１の露光条件に設定された測光に係る次の測光で設定する第２の露光条件を導出する測光制御手段と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記測光制御手段は、
前記測光センサによって検出される被写体輝度が第１の閾値より小さい場合には、前記複数のゲインのうち最大のゲインで増幅された測光値に基づき、前記測光データを生成する第１生成手段と、
前記第１の閾値より大きい第２の閾値と比べて前記被写体輝度が大きい場合には、前記複数のゲインのうち最小のゲインで増幅された測光値に基づき、前記測光データを生成する第２生成手段と、
前記被写体輝度が前記第１の閾値以上で前記第２の閾値以下である場合には、前記複数の測光値それぞれに係るゲインの逆数を当該測光値に乗じることで得られた演算値に基づき、前記測光データを生成する第３生成手段と、
を有する請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記測光センサからは、前記複数の光電ユニットそれぞれにおいて、複数の色それぞれの感度を有した各色の測光データが得られるとともに、
前記測光制御手段は、
前記複数の光電ユニットそれぞれにおいて前記各色の測光データのうちの最大の測光データを代表値とし、当該代表値に基づき第２の露光条件を導出する露光条件導出手段、
を有する請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記露光条件導出手段は、
前記複数の光電ユニットそれぞれに係る前記代表値全てのうちから最大の代表値および最小の代表値を抽出するとともに、前記代表値全てについての平均値を算出する手段と、
前記最大の代表値と前記最小の代表値と前記平均値とに基づき、前記第２の露光条件を導出する手段、
を有する請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記測光制御手段は、
前記最小の代表値が所定の閾値より大きい場合には、前記次の測光によって得られる前記最小の代表値が所定の値となるように前記第２の露光条件を導出する手段、
を有する請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記測光制御手段は、
前記最大の代表値が特定の閾値より小さい場合には、前記次の測光によって得られる前記最大の代表値が特定の値となるように前記第２の露光条件を導出する手段、
を有する請求項４記載の撮像装置。
【請求項７】
露光により所定の光電変換セルを有した複数の光電ユニットそれぞれにて生成される電荷信号を異なる複数のゲインでリニアに増幅して複数の測光値を生成し、当該複数の測光値を第１のダイナミックレンジで出力する測光工程と、
第１の露光条件に設定された測光により前記測光工程で出力される複数の測光値と前記ゲインとに基づき、前記第１のダイナミックレンジより広い第２のダイナミックレンジを持つ測光データを生成するとともに、当該測光データに基づいて前記第１の露光条件に設定された測光に係る次の測光で設定する第２の露光条件を導出する測光制御工程と、
を備える測光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光により複数の光電変換ユニットそれぞれで生成される電荷信号をリニアに増幅して測光値を生成する測光センサを備えた撮像装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル一眼レフカメラなどの撮像装置においては、測光センサにより被写体の輝度を検出し、これを露出制御に活用するものがある。
【０００３】
上記の測光センサに関しては、例えばＣＣＤとして構成されるリニア出力タイプやＬＯＧセンサとして構成される対数圧縮タイプのものがある。ここで、リニア出力タイプの測光センサにおいては、高精度な測光出力を得ることができたり、フラッシュ発光時でも測光を行えるなどの利点を有している。一方、リニア出力タイプでは、測光のダイナミックレンジが対数圧縮タイプに比べて比較的狭いレンジ(例えば６ＥＶ程度)となるため、このダイナミックレンジから被写体輝度が外れて白飛びや黒潰れが生じる場合がある。このような場合には、積分時間(露光時間)等の測光条件を変更した再度の測光を行う必要があり、適正な被写体輝度が検出されるまでの時間が長くなってしまう。
【０００４】
このリニア出力タイプの欠点を改善する技術としては、例えば特許文献１に開示されるものが提案されている。この技術においては、光電変換作用により光電変換素子で生成された電荷信号を異なるゲイン(増幅率)で増幅し、その増幅された複数の増幅信号を同時にセンサから出力することで、ダイナミックレンジの拡大が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８９５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、異なるゲインが乗じられた複数の増幅信号がセンサから出力されるものの、これらの増幅信号から最適なものを選択する制御を行わなければ、適正な被写体輝度が得られず、その検出時間の短縮に繋がらない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、リニア出力タイプの測光センサを用いた測光において適正な被写体輝度が検出されるまでの時間を短縮できる撮像装置の技術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１つの側面は、撮像装置であって、露光により所定の光電変換セルを有した複数の光電ユニットそれぞれにて生成される電荷信号を異なる複数のゲインでリニアに増幅して複数の測光値を生成し、当該複数の測光値を第１のダイナミックレンジで出力する測光センサと、第１の露光条件に設定された測光により前記測光センサから出力される複数の測光値と前記ゲインとに基づき、前記第１のダイナミックレンジより広い第２のダイナミックレンジを持つ測光データを生成するとともに、当該測光データに基づいて前記第１の露光条件に設定された測光に係る次の測光で設定する第２の露光条件を導出する測光制御手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、露光により所定の光電変換セルを有した複数の光電ユニットそれぞれにて生成される電荷信号を異なる複数のゲインでリニアに増幅して複数の測光値を生成し、当該複数の測光値を第１のダイナミックレンジで出力する測光センサを備え、第１の露光条件に設定された測光により測光センサから出力される複数の測光値とゲインとに基づき第１のダイナミックレンジより広い第２のダイナミックレンジを持つ測光データを生成するとともに、当該測光データに基づいて次の測光で設定する第２の露光条件を導出する。その結果、リニア出力タイプの測光センサを用いた測光において適正な被写体輝度が検出されるまでの時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。
【図２】撮像装置の外観構成を示す図である。
【図３】撮像装置の縦断面図である。
【図４】ミラーアップの状態を説明するための図である。
【図５】撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図６】測光センサの構成を説明するための図である。
【図７】測光センサの構成を説明するための図である。
【図８】測光センサの動作を説明するための図である。
【図９】測光センサからの測光出力を説明するための図である。
【図１０】測光のダイナミックレンジを拡張する手法を説明するための図である。
【図１１】撮像装置の基本的な動作を示すフローチャートである。
【図１２】測光処理を示すフローチャートである。
【図１３】測光センサからの測光出力を説明するための図である。
【図１４】測光のダイナミックレンジを拡張する手法を説明するための図である。
【図１５】本発明の変形例に係る測光センサの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施形態＞
［撮像装置の外観構成］
図１および図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。ここで、図１および図２は、それぞれ正面図および背面図を示している。
【００１２】
撮像装置１は、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。
【００１３】
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、把持可能とするためのグリップ部３０３とが設けられている。また、カメラボディ１０には、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。
【００１４】
また、図２において、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された十字キー３１４と、十字キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の上方に配設されたファインダ窓３１６と、ファインダ窓３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、ファインダ窓３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７とが設けられている。さらに、カメラボディ１０は、その背面側にファインダ窓３１６の右方に配設された露出補正ボタン３２３およびＡＥロックボタン３２４と、ファインダ窓３１６の上方に配設されたフラッシュ部３１８および接続端子部３１９とを備えている。
【００１５】
マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図５参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図５参照)が設けられている。
【００１６】
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
【００１７】
グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１を把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池６９Ｂ(図５参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード６７(図５参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。
【００１８】
モード設定ダイアル３０５及び制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、自動露出（ＡＥ）制御モードや自動焦点（ＡＦ；オートフォーカス）制御モード、或いは１枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置１に搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。
【００１９】
シャッターボタン３０７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。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン３０７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（露出制御値の設定や焦点検出等の準備動作）が実行される。また、シャッターボタン３０７が全押しされると、撮影動作（撮像素子１０１(図３参照)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６７等に記録する一連の動作）が実行される。
【００２０】
ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１(図３参照)により被写体を撮像して取得された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、ＬＣＤ３１１に代えて、有機ＥＬやプラズマ表示装置を用いるようにしても良い。
【００２１】
設定ボタン群３１２は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群３１２には、例えばＬＣＤ３１１に表示されるメニュー画面で選択された内容を確定するための選択確定スイッチ、選択取り消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー表示スイッチ、表示オン／オフスイッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる。
【００２２】
十字キー３１４は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部（図中の三角印の部分）を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点（スイッチ）により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン３１５は、十字キー３１４の中央に配置されている。十字キー３１４及びプッシュボタン３１５は、撮影倍率の変更（ズームレンズ２１２(図５参照)のワイド方向やテレ方向への移動）、ＬＣＤ３１１等に再生する記録画像のコマ送り、及び撮影条件（絞り値、シャッタスピード、フラッシュ発光の有無等）の設定等の指示を入力するためのものである。
【００２３】
ファインダ窓３１６は、被写体が撮影される範囲を光学的に表示するものである。すなわち、ファインダ窓３１６には、交換レンズ２からの被写体像が導かれており、ユーザは、このファインダ窓３１６を覗くことにより、実際に撮像素子１０１にて撮像される被写体を視認することができる。
【００２４】
メインスイッチ３１７は、左右にスライドする２接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置１の電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。
【００２５】
フラッシュ部３１８は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける場合には、接続端子部３１９を使用して接続する。
【００２６】
アイカップ３２１は、遮光性を有してファインダ窓３１６への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。
【００２７】
露出補正ボタン３２３は、露出値（絞り値やシャッタースピード）を手動で調整するためのボタンであり、ＡＥロックボタン３２４は、露出を固定するためのボタンである。
【００２８】
交換レンズ２は、被写体からの光（光像）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１に導くための撮影光学系として機能するものである。この交換レンズ２は、上述のレンズ交換ボタン３０２を押下操作することで、カメラボディ１０から取り外すことが可能となっている。
【００２９】
交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図５参照)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図５参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図５参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ(図３参照)方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。
【００３０】
［撮像装置１の内部構成］
次に、撮像装置１の内部構成について説明する。図３は、撮像装置１の縦断面図である。図３に示すように、カメラボディ１０の内部には、撮像素子１０１、ファインダ部１０２（ファインダ光学系）、ミラー部１０３、位相差ＡＦモジュール１０７などが備えられている。
【００３１】
撮像素子１０１は、カメラボディ１０に交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２が備えているレンズ群２１の光軸ＬＴ上において、光軸ＬＴに対して垂直となる方向に配置されている。撮像素子１０１としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に２次元配置され、各画素の受光面に、それぞれ分光特性の異なる例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが１：２：１の比率で配設されてなるベイヤー配列のＣＭＯＳカラーエリアセンサ（ＣＭＯＳ型の撮像素子）が用いられる。撮像素子１０１は、交換レンズ２を通って結像された被写体の光像をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。
【００３２】
上記の光軸ＬＴ上において、被写体光をファインダ部１０２へ向けて反射される位置には、ミラー部１０３が配置されている。交換レンズ２を通過した被写体光は、ミラー部１０３（後述の主ミラー１０３１）によって上方へ反射される。交換レンズ２を通過した被写体光の一部はこのミラー部１０３を透過する。
【００３３】
ファインダ部１０２は、ペンタプリズム１０５、接眼レンズ１０６及びファインダ窓３１６を備えている。ペンタプリズム１０５は、断面５角形を呈し、その下面から入射された被写体光像を内部での反射によって当該光像の天地左右を入れ替えて正立像にするためのプリズムである。接眼レンズ１０６は、ペンタプリズム１０５により正立像にされた被写体像をファインダ窓３１６の外側に導く。このような構成により、ファインダ部１０２は、本撮影前の撮影待機時において被写体を確認するためのファインダとして機能する。
【００３４】
ミラー部１０３は、主ミラー１０３１及びサブミラー１０３２から構成されており、主ミラー１０３１の背面側において、サブミラー１０３２が主ミラー１０３１の背面に向けて倒れるように回動可能に設けられている。主ミラー１０３１を透過した被写体光の一部はサブミラー１０３２によって反射され、この反射された被写体光は位相差ＡＦモジュール１０７に入射される。
【００３５】
上記のミラー部１０３は、所謂クイックリターンミラーとして構成されており、露光時(本撮影時)には図４に示すように回転軸１０３３を回動支点として上方に向けて跳ね上がる。この際、サブミラー１０３２は、上記のミラー部１０３がペンタプリズム１０５の下方位置で停止したときには、主ミラー１０３１と略平行となるように折り畳まれた状態となる。これにより、ミラー部１０３によって遮られることなく、光軸ＬＴ上の光路に沿って交換レンズ２から導光された被写体光が、撮像素子(撮像センサ)１０１で受光される。撮像素子１０１が露光される撮像動作が終了すると、ミラー部１０３は元の位置（図３に示す位置）に復帰する。
【００３６】
また、ミラー部１０３を本撮影(画像記録用の撮影)の前に図４に示すミラーアップの状態にすることにより撮像装置１は、撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体をＬＣＤ３１１に表示するライブビュー(プレビュー)表示が可能となっている。すなわち、本撮影前の撮像装置１では、上記のライブビュー表示が行われる電子ファインダ(ライブビューモード)、または光学ファインダを選択して被写体の構図決めが可能である。なお、電子ファインダと光学ファインダとの切替えは、図２に示す切替スイッチ８５を操作することにより行われる。
【００３７】
また、ファインダ部１０２におけるペンタプリズム１０６の下方には、焦点板（フォーカシングスクリーン）７７が配設されるとともに、ペンタプリズム１０６の上部後方に測光センサ７８が設けられている。
【００３８】
焦点板７７では、主ミラー１０３１で反射されて上方に進路を変更した被写体光が結像される。
【００３９】
測光センサ７８は、受光量に比例した測光値が出力されるリニア出力タイプ(リニア積分タイプ)の測光素子として構成されており、焦点板７７を通ってペンタプリズム１０５内に入射された被写体光を受光し、被写体に関する測光値を取得する。この測光センサ７８の構成および動作については、後で詳述する。
【００４０】
位相差ＡＦモジュール１０７は、被写体のピント情報を検出する測距素子等からなる所謂ＡＦセンサとして構成されている。この位相差ＡＦモジュール１０７は、ミラー部１０３の底部に配設されており、位相差検出方式の焦点検出(以下では「位相差ＡＦ」ともいう)により合焦位置を検出する。すなわち、撮影待機時においてユーザがファインダ窓３１６で被写体を確認する場合には、図３に示すように主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２がダウンされた状態で位相差ＡＦモジュール１０７に被写体からの光が導かれる。そして、位相差ＡＦモジュール１０７からの出力に基づき交換レンズ２内のフォーカスレンズ２１１が駆動されてピント合わせが行われる。
【００４１】
撮像素子１０１の光軸方向前方には、シャッタユニット４０が配置されている。このシャッタユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、その開動作および閉動作により光軸ＬＴに沿って撮像素子１０１に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタとして構成されている。なお、シャッタユニット４０は、撮像素子１０１が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。
【００４２】
また、交換レンズ２には、カメラボディ１０に備えられた撮像素子１０１へ入射される光量を調節するための絞り２３が設けられている。
【００４３】
［撮像装置１の電気的構成］
図５は、撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図４と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。
【００４４】
交換レンズ２は、上述したレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。
【００４５】
レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１及びズームレンズ２１２と絞り２３とが、鏡胴２２内において光軸ＬＴ(図３)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで撮像素子１０１に結像させる。ＡＦ制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで焦点調節が行われる。
【００４６】
フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介してメイン制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させるために必要な、ＡＦアクチュエータ７１Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。
【００４７】
レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイド及び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、ＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向及び移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向及び回転数に従う。
【００４８】
レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部２４で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。
【００４９】
レンズ制御部２６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。
【００５０】
また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０のメイン制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データや、レンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報をメイン制御部６２に送信できるとともに、メイン制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。
【００５１】
絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７６Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。
【００５２】
続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０は、先に説明した撮像素子１０１、シャッタユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５および画像処理部６１、画像メモリ６１４、メイン制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５、カードＩ／Ｆ６６、メモリカード６７を備えて構成される。また、カメラボディ１０は、通信用Ｉ／Ｆ６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、ミラー駆動制御部７２Ａ及びミラー駆動アクチュエータ７２Ｍ、シャッタ駆動制御部７３Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍ、絞り駆動制御部７６Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７６Ｍを備えて構成されている。
【００５３】
撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、当該撮像素子１０１の露光動作の開始（及び終了）や、撮像素子１０１が備える各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。
【００５４】
ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えるとともに、撮像素子１０１から出力される被写体の画像信号に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力するものである。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。
【００５５】
タイミング制御回路５１は、メイン制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して撮像素子１０１に出力し、撮像素子１０１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２やＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。
【００５６】
信号処理部５２は、撮像素子１０１から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すもので、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路及びクランプ回路等が設けられている。このＡＧＣ回路では、撮像素子１０１で生成された画像信号を増幅率(ゲイン)可変に増幅することができる。また、Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を、タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換するものである。
【００５７】
画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス補正回路６１２及びガンマ補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１へ取り込まれた画像データは、撮像素子１０１の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおいて処理が行われる。
【００５８】
黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。
【００５９】
ホワイトバランス補正回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行うものである。すなわち、ホワイトバランス補正回路６１２は、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの色成分の積分（または平均）と、Ｇ／Ｒ比及びＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲイン（ホワイトバランスゲイン）としてレベル補正する。
【００６０】
ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路６１３は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。
【００６１】
画像メモリ６１４は、撮影モード時には、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。
【００６２】
メイン制御部６２は、マイクロコンピュータとして構成されており、主にＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備えている。このメイン制御部６２は、ＲＯＭ内に格納されるプログラムを読み出し、当該プログラムをＣＰＵで実行することによって、各種機能をソフトウェア的に実現する。例えば、メイン制御部６２は、位相差ＡＦモジュール１０７およびフォーカス駆動制御部７１Ａ等と協動して、フォーカスレンズ２１１の位置を制御する合焦制御動作を行う。
【００６３】
また、メイン制御部６２は、ソフトウェア的に実現される測光制御部６２１を有している。この測光制御部６２１は、後述のように測光センサ７８からの出力に基づき拡張デジタル値(測光データ)を生成して次回測光時の露光時間を導出する動作を制御する。なお、メイン制御部６２のＲＯＭには、測光センサ７８においての露光時間(積分時間)のデフォルト値(例えば１ms)が記憶されている。
【００６４】
フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部６２により設定された発光量に制御するものである。
【００６５】
操作部６４は、上述のモード設定ダイアル３０５、制御値設定ダイアル３０６、シャッターボタン３０７、設定ボタン群３１２、十字キー３１４、プッシュボタン３１５、メインスイッチ３１７等を含み、操作情報をメイン制御部６２に入力するためのものである。
【００６６】
ＶＲＡＭ６５は、ＬＣＤ３１１の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部６２とＬＣＤ３１１との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７とメイン制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、メイン制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。
【００６７】
電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、メイン制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、ニッケル水素充電池等の二次電池や、アルカリ乾電池等の一次電池からなり、撮像装置１全体に電力を供給する電源である。
【００６８】
ミラー駆動制御部７２Ａは、撮影動作のタイミングに合わせて、ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動させる駆動信号を生成するものである。ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍは、ミラー部１０３（クイックリターンミラー）を、水平姿勢若しくは傾斜姿勢に回動させるアクチュエータである。
【００６９】
シャッタ駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍは、シャッタユニット４０の開閉駆動(開閉動作)を行うアクチュエータである。
【００７０】
絞り駆動制御部７６Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７６Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。
【００７１】
［測光センサ７８の構成および動作］
図６および図７は、測光センサ７８の構成を説明するための図である。ここで、図６は、測光センサ７８の受光面を示しており、図７は、測光センサ７８の電気的な構成を示している。また、図８は、測光センサ７８の動作を説明するための図であり、左から右に向かって時間の経過が表されたタイムチャートとなっている。
【００７２】
測光センサ７８においては、図６に示すように赤色(Ｒ)、緑色(Ｇ)および青色(Ｂ)のカラーフィルタＦｒ、Ｆｇ、Ｆｂがベイヤー配列で配置されており、各カラーフィルタＦｒ、Ｆｇ、Ｆｂの下方(背後)にはフォトダイオードＰＤ(図７)が設けられている。そして、測光センサ７８では、上下左右に隣接する４個のフォトダイオードＰＤで構成される光電ユニット(以下では「画素」ともいう)Ｐｘが規定されている。これにより、測光センサ７８に配設された複数の画素(光電ユニット)Ｐｘそれぞれにおいて３原色それぞれの感度を有したＲＧＢ各色の測光データが得られ、１つの画素ＰｘからＲＧＢ各色の輝度情報(濃度情報)を取得することが可能となる。
【００７３】
また、測光センサ７８は、光電変換作用によりフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷信号が、水平シフトレジスタＲｈおよび垂直シフトレジスタＲｖを通って、ゲイン(増幅率)αが設定されたアンプ(増幅器)Ａｐと、ゲインβ(ここでβ＜α)が設定されたアンプＡｑとに入力される構成を備えている。なお、アンプＡｐのゲインαは、アンプＡｑのゲインβに対して例えば３ＥＶに相当する８倍に設定されている。このような構成により、測光センサ７８の出力端子Ｂｐおよび出力端子Ｂｑでは、アンプＡｐによってゲイン（以下では「Ｈゲイン」ともいう）αが乗算された測光値（以下では「Ｈ出力値」ともいう）と、アンプＡｑによってゲイン（以下では「Ｌゲイン」ともいう）βが乗算された測光値（以下では「Ｌ出力値」ともいう）とが同時に得られることとなる。ただし、これらの測光値は、例えば６ＥＶ程度のダイナミックレンジで制限されて測光センサ７８から出力される。
【００７４】
以上のような構成を有する測光センサ７８では、図８に示すように露光時間Ｔｅの露光動作(積分動作)によってフォトダイオードＰＤで電荷信号を生成した後に、各フォトダイオードＰＤ内の電荷信号の読出しを期間Ｔｐに渡って実行することで、各出力端子Ｂｐ、Ｂｑ(図７)から上述のＨ出力値およびＬ出力値が適切に得られることとなる。
【００７５】
このように測光センサ７８では、露光により光電変換セルをそれぞれ構成する４つのフォトダイオードＰＤを有した各画素(光電ユニット)Ｐｘにて生成される電荷信号を異なる２つのゲインα、βでリニアに増幅して２つの測光値(Ｈ出力値およびＬ出力値)を生成し、これらのＨ／Ｌ出力値を予め定められたダイナミックレンジ(信号レンジ)で出力する。以下では、測光センサ７８を用い次回測光時の露光時間Ｔｅを精度良く導出して適正な被写体輝度が検出されるまでの時間の短縮を図る測光制御について詳しく説明する。
【００７６】
［測光制御について］
図９は、測光センサ７８からの測光出力を説明するための図である。この図９では、横軸が被写体に対しての測定輝度(ＥＶ)を示し、縦軸が測光センサ７８の測光出力を１０bitのＡ／Ｄ変換器で変換した際のデジタル値を示している。
【００７７】
図９において、測光センサ７８からのＨ出力値とＬ出力値とに関しては、曲線部Ｇａ１および直線部Ｇａ２からなるグラフＧａと、曲線のグラフＧｂとで表される。ここで、Ｈ出力値に関するグラフＧａでは高輝度部分で直線部Ｇａ２のように飽和しているが、これは比較的高いゲインαで増幅された測光値(Ｈ出力値)が高輝度においてレンジオーバーするためである。なお、リニア出力タイプの測光センサ７８は受光量(測定輝度)に応じて出力値が比例して増減するリニア特性を有しているが、図９のように横軸のみが対数化されている場合には、その測光出力が曲線のグラフＧａ１、Ｇｂで表されることとなる。
【００７８】
以上のグラフＧａ、ＧｂようなＨ出力値およびＬ出力値が得られる測光センサ７８を用い、次回測光時の露光時間Ｔｅを精度良く導出して適正な被写体輝度が検出されるまでの時間の短縮を図るには、１回の測光(測光センサ７８の露光)で適切な測光値(測光データ)を得ることが必要である。ここで、１回の測光によって妥当な測光データを得るには、低輝度や高輝度の被写体に対しても、黒潰れや白飛びが生じないようにするのが好ましい。このような測光は、そのダイナミックレンジを広く設定することで実現可能となるものの、リニア出力タイプの測光センサ７８は上述のように対数圧縮タイプに比べてダイナミックレンジが比較的狭い。そこで、本実施形態の撮像装置１では、測光センサ７８からのＨ出力値とＬ出力値とを有効活用することにより、測光のダイナミックレンジを擬似的に拡張できるようになっている。このダイナミックレンジを拡張する手法について、以下で詳しく説明する。
【００７９】
図１０は、測光のダイナミックレンジを拡張する手法を説明するための図である。この図１０では、横軸が被写体に対しての測定輝度(ＥＶ)を示し、縦軸が測光センサ７８を用いて得られた測光データについてのデジタル値(後述の拡張デジタル値)を対数変換したものを示している。
【００８０】
直線部Ｈａ１および直線部Ｈａ２からなる折れ線状のグラフＨａと直線状のグラフＨｂとは、図９に示すグラフＧａとグラフＧｂとを縦軸方向に対数圧縮したものである。
【００８１】
測光センサ７８からのＨ出力値については、グラフＨａ１のように低輝度の被写体に対して黒潰れが生じる可能性を低減できるというメリットがあるものの、高輝度領域Ｌｃでは直線部Ｈａ２のように飽和して適切な測光データが得られない。そこで、グラフＨｂ上の各値を８倍（＝ゲインα／β）にしたグラフＨｃを測光制御部６２１で生成し、このグラフＨｃにおける高輝度領域Ｌｃの測光データでグラフＨａの飽和部分(直線部Ｈａ２)を補完するようにして各グラフＨａ、Ｈｃを合成する。これにより、測光センサ７８の出力に基づき得られる測光データに関してのダイナミックレンジが１０bitから１３bitに仮想的に拡張されることとなる。このように拡張された測光データのデジタル値を、以下では「拡張デジタル値」とも称する。
【００８２】
以上のように測光のダイナミックレンジを擬似的に拡張することが可能な撮像装置１の具体的な動作について、以下で詳しく説明する。
【００８３】
［撮像装置１の動作］
図１１は、撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。この動作については、特に測光に関しての動作を示しており、主にメイン制御部６２の測光制御部６２１によって実行される。
【００８４】
メインスイッチ３１７に対してのユーザ操作により撮像装置１の電源オンが行われると、シャッターボタン３０７がユーザによって半押しされたかを判定する(ステップＳＴ１)。ここで、シャッターボタン３０７が半押しされた場合には、ステップＳＴ２に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ１を継続する。
【００８５】
ステップＳＴ２では、フォーカスレンズ２１１の駆動を伴ったＡＦ制御動作などの撮影準備動作を行う。
【００８６】
ステップＳＴ３では、測光センサ７８からの出力に基づき測光処理を行う(後で詳述)。
【００８７】
ステップＳＴ４では、シャッターボタン３０７の半押しが継続しているかを判定する。ここで、半押しが継続している場合には、ステップＳＴ２に戻り、半押しが解除されている場合には、本フローチャートを抜ける。
【００８８】
図１２は、上記のステップＳＴ３に対応しており、測光処理を示すフローチャートである。
【００８９】
ステップＳＴ１１では、測光センサ７８による１回目の測光であるかを判定する。この１回目の測光とは、シャッターボタン３０７が半押しされた直後において測光センサ７８が最初に行う測光である。ここで、１回目の測光である場合には、ステップＳＴ１２に進み、２回目以降の測光である場合には、ステップＳＴ１３に進む。
【００９０】
ステップＳＴ１２では、測光センサ７８の露光時間(積分時間)をデフォルト値(例えば１ms)に設定する。また、ここでは、次回(２回目以降)の測光での目標値(動作点)として、予め定められたデフォルト値(例えばデジタル値で「２５６」)を設定する。
【００９１】
ステップＳＴ１３では、設定された露光時間(第１の露光条件)で測光センサ７８の露光(測光積分)を行う。
【００９２】
ステップＳＴ１４では、ステップＳＴ１３の露光動作によって測光センサ７８で生成された電荷信号に基づく測光値を読み出す。そして、このＡ／Ｄ変換した測光データをＨ出力値とＬ出力値とに分けて例えばメイン制御部６２のＲＡＭに格納する。ここで、測光センサ７８での画素位置(ｉ,ｊ)の画素Ｐｘにおいては、ＲＧＢ各色毎にＨ／Ｌ出力値で得られる測光データのデジタル値を、次のように定義する。
【００９３】
・赤色(Ｒ)のＨ／Ｌ出力値に係るデジタル値：ＬＢｒＨ(i,j)およびＬＢｒＬ(i,j)
・緑色(Ｇ)のＨ／Ｌ出力値に係るデジタル値：ＬＢｇＨ(i,j)およびＬＢｇＬ(i,j)
・青色(Ｒ)のＨ／Ｌ出力値に係るデジタル値：ＬＢｂＨ(i,j)およびＬＢｂＬ(i,j)
なお、各画素Ｐｘは図６のように緑色のカラーフィルタＦｇを２つ備えているが、これら２つの緑色のカラーフィルタＦｇを介して被写体光を受光する各フォトダイオードＰＤからの電荷信号に基づく出力値を平均化したものをＬＢｇＨ(i,j)およびＬＢｇＬ(i,j)に設定(代入)することとする。なお、以下では、ＬＢｒＨ(i,j)、ＬＢｇＨ(i,j)およびＬＢｂＨ(i,j)を総称してＬＢｘＨ(i,j)と表記し、ＬＢｒＬ(i,j)、ＬＢｇＬ(i,j)およびＬＢｂＬ(i,j)を総称してＬＢｘＬ(i,j)と表記することもある。
【００９４】
次のステップＳＴ１５〜１７の動作は、測光センサ７８を用いて得られた測光値の処理を示しているが、この各動作を以下で詳しく説明する。
【００９５】
ステップＳＴ１５では、測光センサ７８から得られた測光データのデジタル値を、上述した拡張デジタル値に変換する。すなわち、図１０のように、グラフＨｂ上の各値を８倍にしたグラフＨｃを新たに生成する。そして、グラフＨｃにおける高輝度領域Ｌｃの測光データでグラフＨａの飽和部分(直線部Ｈａ２)を補うようにして、測光のダイナミックレンジを拡張する。以下では、この拡張デジタル値の変換(生成)について具体的に説明する。
【００９６】
図１０のように測定輝度に関して低輝度領域Ｌａと高輝度領域Ｌｃと、これらの間の輝度である中輝度領域Ｌｂとに分け、各輝度領域Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃにおいて以下のように２つのグラフＨａ、Ｈｃのうち拡張デジタル値として採用する１つのグラフを決定し各画素Ｐｘの拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)を生成する。
【００９７】
(ｉ)低輝度領域Ｌａ
図１０のようにＬ出力値を表すグラフＨｂにおいて閾値Ｔｈ１(例えばＴｈ１＝１６)より小さい低輝度領域Ｌａの測定輝度では、Ｈ出力値を表すグラフＨａを拡張デジタル値として採用する。すなわち、ＬＢｘＬ(i,j)＜Ｔｈ１の場合には、拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)＝ＬＢｘＨ(i,j)とする。
【００９８】
(ii)中輝度領域Ｌｂ
図１０のようにＬ出力値を表すグラフＨｂにおいて閾値Ｔｈ１(例えばＴｈ１＝１６)以上で閾値Ｔｈ２(例えばＴｈ２＝１２８)以下となる中輝度領域Ｌｂの測定輝度では、２つのグラフＨａ、Ｈｃのうち出力値が大きい方を拡張デジタル値として採用する。すなわち、Ｔｈ１≦ＬＢｘＬ(i,j)≦Ｔｈ２の場合には、拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)＝Max(ＬＢｘＨ(i,j),ＬＢｘＬ(i,j)×８)とする。なお、関数Max(ａ,ｂ,・・・)は、引数ａ、ｂ、・・・のうち最大、つまり大きい方を出力する関数である。このように出力値の大きい方を拡張デジタル値に設定すれば、被写体輝度を高めに検出できるため、そのフィードバック制御により次回の測光時において白飛びの抑制が図れることとなる。
【００９９】
ここで、上述した拡張デジタル値として採用するグラフに関しては、ゲインβを基準としたゲインαの倍率(＝８倍)の逆数をＨ出力値ＬＢｘＨ(i,j)に乗じた演算値(＝ＬＢｘＨ(i,j)/８)と、ゲインβを基準とした自身(ゲインβ)の倍率(＝１倍)の逆数をＬ出力値ＬＢｘＬ(i,j)に乗じた演算値とを比較し、大きい演算値を選択することによっても、２つのグラフＨａ、Ｈｃから適切なものを選び出すことが可能である。
【０１００】
(iii)高輝度領域Ｌｃ
図１０のようにＬ出力値を表すグラフＨｂにおいて閾値Ｔｈ２(例えばＴｈ２＝１２８)より大きい高輝度領域Ｌｃの測定輝度では、Ｌ出力値を８倍したグラフＨｃを拡張デジタル値として採用する。すなわち、ＬＢｘＬ(i,j)＞Ｔｈ２の場合には、拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)＝ＬＢｘＬ(i,j)×８とする。
【０１０１】
以上のように測光センサ７８によって得られるＬ出力値(被写体輝度)が閾値(第１の閾値)Ｔｈ１より小さい場合には、２つのゲインα、βのうち最大のゲインαで増幅された測光値（Ｈ出力値）に基づき拡張デジタル値(測光データ)を生成する一方、閾値Ｔｈ１より大きい閾値（第２の閾値）Ｔｈ２と比べてＬ出力値が大きい場合には、２つのゲインα、βのうち最小のゲインβで増幅された測光値(Ｌ出力値)を８倍したものに基づき、拡張デジタル値を生成する。また、Ｌ出力値が閾値Ｔｈ１以上で閾値Ｔｈ２以下である場合には、上述のように２つの測光値(Ｈ出力値およびＬ出力値)それぞれに係るゲインα、βの逆数を、その測光値に乗じることで得られた各演算値を比較して、拡張デジタル値を生成する。以上のように拡張デジタル値を生成することにより、ダイナミックレンジが適切に拡張された測光データが得られることとなる。
【０１０２】
ステップＳＴ１６では、各画素Ｐｘで代表値を決定する。具体的には、測光センサ７８の画素Ｐｘそれぞれにおいて、次のように輝度の代表値ＥＢｄ(i,j)と、その代表値の色情報Ｅcol(i,j)とを設定する。
【０１０３】
・輝度の代表値：ＥＢｄ(i,j)＝Max(ＥＢｒ(i,j),ＥＢｇ(i,j),ＥＢｂ(i,j))
・代表値の色情報：Ｅcol(i,j)＝ＥＢｄ(i,j)の色番号(例えば１=Ｒ,２=Ｇ,３=Ｂ)
このように測光センサ７８の全画素(光電ユニット)ＰｘそれぞれにおいてＲＧＢ各色の拡張デジタル値(測光データ)のうち最大のものを代表値にすることによれば、この代表値に基づき後述のステップＳＴ１８にて次回測光時の露光時間(第２の露光条件)を導出することで、適切な測光データに基づいた露光時間の導出が可能となる。
【０１０４】
ステップＳＴ１７では、次のステップＳＴ１８にて利用すべく測光データに関しての中間的なパラメータ(以下では「中間パラメータ」ともいう)を算出する。具体的には、最大値、最小値および平均値に関する中間パラメータＥＢmax、ＥＢmin、ＥＢaveを、次のように設定する。
【０１０５】
・最大値ＥＢmax：全ての画素PｘにおけるＥＢｄ(i,j)の最大値
・最小値ＥＢmin：全ての画素PｘにおけるＥＢｄ(i,j)の最小値
・平均値ＥＢave：全ての画素PｘにおけるＥＢｄ(i,j)の平均値
このように測光センサ７８の画素(光電ユニット)Ｐｘそれぞれに関しての代表値全てのうちから最大値(最大の代表値)ＥＢmaxおよび最小値(最小の代表値)ＥＢminを抽出するとともに、各画素Ｐｘに係る代表値全てについての平均値ＥＢaveを算出することによれば、これらの中間パラメータＥＢmax、ＥＢmin、ＥＢaveに基づき後述のステップＳＴ１８にて次回測光時の露光時間(第２の露光条件)を導出することで、的確な測光情報に基づいた露光時間の導出が可能となる。
【０１０６】
ステップＳＴ１８では、次回測光時の露光時間を算出する。以下では、ステップＳＴ１３における今回の測光で設定された露光時間をＴｅ１とし、次回の測光で設定する露光時間Ｔｅ２の算出手法について具体的に説明する。
【０１０７】
(ｉ)今回の測光で白飛びが生じているケース
ステップＳＴ１７で算出された最小値の中間パラメータＥＢmin＞Ｔｈ３（例えばＴｈ３＝７１６８）の場合には、次の式(１)によって次回測光時の露光時間Ｔｅ２を求める。
【０１０８】
Ｔｅ２＝Ｔｅ１×(１２８/ＥＢmin)  ・・・・・・・(１)
このように最小値の中間パラメータ(最小の代表値)ＥＢminが閾値Ｔｈ３より大きい場合には、次回の測光によって得られる最小値の中間パラメータが予め定められた値、つまり上式(１)右辺の「１２８」となるように次回の露光時間(第２の露光条件)Ｔｅ２を導出することで、次回測光時の白飛びを適切に抑えることが可能となる。
【０１０９】
(ii)今回の測光で黒潰れが生じているケース
ステップＳＴ１７で算出された最大値の中間パラメータＥＢmax＜Ｔｈ１（例えばＴｈ１＝１６）の場合には、次の式(２)によって次回測光時の露光時間Ｔｅ２を求める。
【０１１０】
Ｔｅ２＝Ｔｅ１×(８９６/ＥＢmax)  ・・・・・・・(２)
このように最大値の中間パラメータ(最大の代表値)ＥＢmaxが閾値Ｔｈ１より小さい場合には、次回の測光によって得られる最大値の中間パラメータが予め定められた値、つまり上式(２)右辺の「８９６」となるように次回の露光時間(第２の露光条件)Ｔｅ２を導出することで、次回測光時の黒潰れを適切に抑えることが可能となる。
【０１１１】
(iii)今回の測光で白飛びや黒潰れが生じていないケース
上記のケース(ｉ)およびケース(ii)に該当しない場合には、次の各ケース(iii-a)、(iii-b)を除き、ステップＳＴ１２で設定した動作点(＝２５６)を用いて次の式(３)により次回測光時の露光時間Ｔｅ２を求める。これにより、次回測光時の平均輝度を適正値に制御することが可能となる。
【０１１２】
Ｔｅ２＝Ｔｅ１×(２５６/ＥＢave)  ・・・・・・・(３)
(iii-a)今回の測光で得られた平均輝度が高いケース
例えばステップＳＴ１７で算出された平均値の中間パラメータＥＢave＞１０２４の場合には、次の式(４)によって次回測光時の露光時間Ｔｅ２を求める。これにより、次回測光時の最低輝度を適正値、つまり下式(４)右辺の「１６」に制御することが可能となる。
【０１１３】
Ｔｅ２＝Ｔｅ１×(１６/ＥＢmin)  ・・・・・・・・(４)
(iii-b)今回の測光で得られた平均輝度が低いケース
例えばステップＳＴ１７で算出された平均値の中間パラメータＥＢave＜１６の場合には、次の式(５)によって次回測光時の露光時間Ｔｅ２を求める。これにより、次回測光時の最大輝度を適正値、つまり下式(５)右辺の「８９６」に制御することが可能となる。
【０１１４】
Ｔｅ２＝Ｔｅ１×(８９６/ＥＢmax)  ・・・・・・・(５)
ステップＳＴ１９では、次のステップＳＴ２０の前処理として測光値の正規化を行う。具体的には、ＲＧＢ各色の測光データに対する補正値としてＫｒ(i,j)、Ｋｇ(i,j)およびＫｂ(i,j)を設定し、色が異なっても同等の光強度となるように次の式(６)〜(８)によって正規化された測光値ＥＢｒｃ(i,j)、ＥＢｇｃ(i,j)およびＥＢｂｃ(i,j)を求める。ここで、補正値Ｋｇ(i,j)は、例えば「１」が設定されている。
【０１１５】
ＥＢｒｃ(i,j)＝Ｋｒ(i,j)×ＥＢｒ(i,j)・・・・・・(６)
ＥＢｇｃ(i,j)＝Ｋｇ(i,j)×ＥＢｇ(i,j)・・・・・・(７)
ＥＢｂｃ(i,j)＝Ｋｂ(i,j)×ＥＢｂ(i,j)・・・・・・(８)
なお、図６のようにカラーフィルタが設けられて色の感度差がある測光センサ７８ではなく、色の感度差がない測光センサの場合には、上記のステップＳＴ１９の動作を省略できる。
【０１１６】
ステップＳＴ２０では、Ｙ化および平均化の処理を行う。すなわち、ステップＳＴ１９で正規化されたＲＧＢ各色の測光値ＥＢｒｃ(i,j)、ＥＢｇｃ(i,j)、ＥＢｂｃ(i,j)を用いて被写体の輝度値(Ｙ値)を求め、これを平均化する。具体的には、まず次の式(９)によって各画素ＰｘのＹ値ＥＹ(i,j)を求める。
【０１１７】
ＥＹ(i,j)＝(５×ＥＢrc(i,j)＋９×ＥＢgc(i,j)＋２×ＥＢbc(i,j))/１６・・・(９)
そして、上式(９)で算出された各画素ＰｘのＹ値ＥＹ(i,j)を平均化し、その平均値ＥＹaveを求める。
【０１１８】
ステップＳＴ２１では、ステップＳＴ１３における今回の測光で設定された露光条件から、被写体に関する絶対輝度値を算出する。具体的には、交換レンズ２の絞り２３に関する絞り値(ＡＶ値)ＡＶｔ、今回の測光時の露光時間(ＴＶ値)ＴＶｔ、および測光センサ７８のＨ出力値に関する実効感度(ＳＶ値)ＳＶｔに基づき、次の式(１０)によって絶対輝度値(ＢＶ値)ＢＶｚを求める。
【０１１９】
ＢＶｚ＝ＡＶｔ＋ＴＶｔ−ＳＶｔ  ・・・・・・・・・(１０)
そして、上式(１０)で算出された絶対輝度値ＢＶｚと、ステップＳＴ２０で得られた輝度の平均値ＥＹaveと、ステップＳＴ１２で設定した動作点(＝２５６)とを用い、次の式(１１)によって露出制御の予定値ＢＶｃを求める。
【０１２０】
ＢＶｃ＝ＢＶｚ＋log2(ＥＹave−２５６)・・・・・・・(１１)
ステップＳＴ２２では、ステップＳＴ２１で算出された絶対輝度値ＢＶｚに基づき露出演算を行う。すなわち、本撮影時における露出制御値、具体的には撮像素子１０１の感度(ＳＶ値)ＳＶｃ、絞り値(ＡＶ値)ＡＶｃ、シャッタースピード(ＴＶ値)ＴＶｃおよび露光値(ＥＶ値)ＥＶｃを、次の式(１２)〜(１４)に基づいて決定する。
【０１２１】
ＥＶｃ＝ＳＶｃ＋ＢＶｃ  ・・・・・・・・・・・・・・(１２)
ＡＶｃ＝ＥＶｃ／２  ・・・・・・・・・・・・・・・・(１３)
ＴＶｃ＝ＥＶｃ−ＡＶｃ  ・・・・・・・・・・・・・・(１４)
ただし、上式(１３)〜(１４)で算出される絞り値ＡＶｃやシャッタースピードＴＶｃについては、予め定められたリミット値による制限を受ける。
【０１２２】
以上のような撮像装置１の動作により、ステップＳＴ１３で設定された露光時間(第１の露光条件)による測光を行って測光センサ７８から出力される２つの測光値(Ｈ出力値およびＬ出力値)とゲインα、βとに基づき、図１０に示すように測光センサ７８のダイナミックレンジ(第１のダイナミックレンジ)より広い第２のダイナミックレンジを持つ拡張デジタル値(測光データ)を生成する。そして、この拡張デジタル値に基づき、ステップＳＴ１３の測光に係る次の測光で設定する露光時間(第２の露光条件)を導出する(ステップＳＴ１８)。このように測光のダイナミックレンジが拡張された拡張デジタル値を生成して活用することにより、測光データにおいて黒潰れや白飛びの生じる可能性が低下するため、１回の測光(例えば最初の測光)で被写体輝度を的確に把握することが可能となる。その結果、リニア出力タイプの測光センサ７８を用いた測光において適正な被写体輝度が検出されるまでの時間を短縮できる。
【０１２３】
なお、撮像装置１においては、異なる２つのゲインα、βで増幅された各測光値を出力する測光センサ７８を用いるのは必須でなく、異なる３以上のゲインで増幅された各測光値を出力する測光センサを用いて拡張デジタル値を生成するようにしても良い。以下では、異なる３つのゲイン(Ｈ／Ｍ／Ｌゲイン)が乗算された各測光値を出力する測光センサ７８Ａ(図３〜５)を例に挙げて、その拡張デジタル値の算出について説明する。
【０１２４】
図１３は、測光センサ７８Ａからの測光出力を説明するための図である。この図１３では、横軸が被写体に対しての測定輝度(ＥＶ)を示し、縦軸が測光センサ７８Ａの測光出力を１２bitのＡ／Ｄ変換器で変換した際のデジタル値を示している。
【０１２５】
測光センサ７８Ａは、例えば図７に示す測光センサ７８において２個のアンプＡｐ、Ａｑに加え更に１個のアンプを追加した構成を備えている。これにより、測光センサ７８Ａの３つの出力端子からは、異なる３つのゲインγａ、γｂ、γｃで増幅された測光値(Ｈ／Ｍ／Ｌ出力値)が同時に得られるようになっている。なお、各ゲインについては、例えばゲインγａがゲインγｂの８倍、ゲインγｂがゲインγｃの８倍となる関係、つまりγａ＝８×γｂ＝６４×γｃという関係が成立するように設定されている。
【０１２６】
測光センサ７８ＡからのＨ／Ｍ／Ｌ出力値に関しては、図１３のように、曲線部Ｇｃ１および飽和状態の直線部Ｇｃ２からなるグラフＧｃと、曲線部Ｇｄ１および飽和状態の直線部Ｇｄ２からなるグラフＧｄと、曲線のグラフＧｅとで表される。ここで、Ｈ出力値に関するゲインγａはＭ出力値に関するゲインγｂに対して８倍であるため、グラフＧｃはグラフＧｄに対して低輝度で飽和する。
【０１２７】
図１４は、図１０に対応しており、測光のダイナミックレンジを拡張する手法を説明するための図である。
【０１２８】
直線部Ｈｄ１および直線部Ｈｄ２からなる折れ線状のグラフＨｄと、直線部Ｈｅ１および直線部Ｈｅ２からなる折れ線状のグラフＨｅと、直線状のグラフＨｆとは、図１３に示すグラフＧｃとグラフＧｄとグラフＧｅとを縦軸方向に対数圧縮したものである。また、グラフＨｇは、グラフＨｄ上の各値を８倍にしたものであり、グラフＨｈは、グラフＨｆ上の各値を６４倍にしたものである。
【０１２９】
そして、測定輝度を低輝度領域Ｋａ、中輝度領域Ｋｂおよび高輝度領域Ｋｃに分け、低輝度領域ＫａではグラフＨｄの測光データを拡張デジタル値として採用する。また、中輝度領域Ｋｂでは適切な測光データが得られないグラフＨｄに代わってグラフＨｇの測光データを拡張デジタル値として採用するとともに、高輝度領域Ｋｃでは適切な測光データが得られないグラフＨｇ(Ｈｄ)に代わってグラフＨｈの測光データを拡張デジタル値として採用する。これにより、測光のダイナミックレンジが１２bitから１８bitに適切に拡張されることとなる。
【０１３０】
以上のような拡張デジタル値を生成する撮像装置では、図１１および図１２に示すフローチャートと類似した動作がメイン制御部６２の測光制御部６２１Ａ(図５)によって実行される。ただし、図１２のステップＳＴ１５における拡張デジタル値の変換動作が異なっており、この動作について以下で詳しく説明する。
【０１３１】
まず、測光センサ７８Ａにおける画素位置(ｉ,ｊ)の画素Ｐｘに関して、ＲＧＢ各色毎にＨ／Ｍ／Ｌ出力値で得られる測光データのデジタル値を、次のように定義する。
【０１３２】
・赤色(Ｒ)のＨ／Ｍ／Ｌ出力値：ＬＢｒＨ(i,j)、ＬＢｒＭ(i,j)およびＬＢｒＬ(i,j)
・緑色(Ｇ)のＨ／Ｍ／Ｌ出力値：ＬＢｇＨ(i,j)、ＬＢｇＭ(i,j)およびＬＢｇＬ(i,j)
・青色(Ｒ)のＨ／Ｍ／Ｌ出力値：ＬＢｂＨ(i,j)、ＬＢｂＭ(i,j)およびＬＢｂＬ(i,j)
そして、測光センサ７８Ａから得られた測光データのデジタル値を、上述した拡張デジタル値に変換する。すなわち、図１４のように、グラフＨｄ上の各値を８倍にしたグラフＨｇを新たに生成するとともにグラフＨｆ上の各値を６４倍にしたグラフＨｈを新たに生成する。そして、グラフＨｇにおける中輝度領域Ｋｂの測光データやグラフＨｈにおける高輝度領域Ｋｃの測光データで、グラフＨｄ、Ｈｅの飽和部分(直線部Ｈｄ２、Ｈｅ２)を補うようにする。以下では、この拡張デジタル値の変換(生成)について具体的に説明する。
【０１３３】
図１４に示す低輝度領域Ｋａ、中輝度領域Ｋｂおよび高輝度領域Ｋｃにおいて、以下のように３つのグラフＨｄ、Ｈｇ、Ｈｈのうち拡張デジタル値として採用する１つのグラフを決定し各画素Ｐｘの拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)を生成する。
【０１３４】
(ｉ)低輝度領域Ｋａ
図１４のようにＭ出力値を表すグラフＨｅにおいて閾値Ｔｈａ(例えばＴｈａ＝２５６)より小さい低輝度領域Ｋａの測定輝度では、Ｈ出力値を表すグラフＨｄを拡張デジタル値として採用する。すなわち、ＬＢｘＭ(i,j)＜Ｔｈａの場合には、拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)＝ＬＢｘＨ(i,j)とする。
【０１３５】
(ii)中輝度領域Ｋｂ
図１４のようにＭ出力値を表すグラフＨｅにおいて閾値Ｔｈａ(例えばＴｈ１＝２５６)以上で閾値Ｔｈｂ(例えばＴｈｂ＝２０４８)以下となる中輝度領域Ｋｂの測定輝度では、Ｍ出力を８倍したグラフＨｇを拡張デジタル値として採用する。すなわち、Ｔｈａ≦ＬＢｘＭ(i,j)≦Ｔｈｂの場合には、拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)＝ＬＢｘＭ(i,j)×８とする。
【０１３６】
(iii)高輝度領域Ｋｃ
図１４のようにＭ出力値を表すグラフＨｅにおいて閾値Ｔｈｂ(例えばＴｈｂ＝２０４８)より大きい高輝度領域Ｋｃの測定輝度では、Ｌ出力値を６４倍したグラフＨｈを拡張デジタル値として採用する。すなわち、ＬＢｘＭ(i,j)＞Ｔｈｂの場合には、拡張デジタル値ＥＢｘ(i,j)＝ＬＢｘＬ(i,j)×６４とする。
【０１３７】
以上のように測光センサ７８ＡからのＨ／Ｍ／Ｌ出力値に基づき測光のダイナミックレンジが拡張された拡張デジタル値を生成すれば、１回の測光で被写体輝度を的確に把握できるため、適正な被写体輝度が検出されるまでの時間の短縮が図れる。
【０１３８】
＜変形例＞
上記の実施形態における測光センサについては、ＲＧＢ各色のカラーフィルタを図６のようにベイヤー配列で配置するのは必須でなく、図１５に示すようにストライプ配列で配置するようにしても良い。なお、図１５に示すカラーフィルタ配置では、左右(水平方向)に隣接する赤色(Ｒ)、緑色(Ｇ)および青色(Ｂ)のカラーフィルタＦｒ、Ｆｇ、Ｆｂの組が１つの画素(光電ユニット)Ｐｘを構成することとなる。
【０１３９】
上記の実施形態における測光センサ７８(７８Ａ)については、一眼レフタイプのカメラ(撮像装置)に設けるのは必須でなく、コンパクトタイプのカメラに設けるようにしても良い。また、デジタルカメラに設けるのは必須でなく、銀塩フィルムを用いるカメラに設けても良い。
【０１４０】
本発明は詳細に説明されたが、以上の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１４１】
１  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
６２  メイン制御部
７８、７８Ａ  測光センサ
１０１  撮像素子
６２１、６２１Ａ  測光制御部
Ａｐ、Ａｑ  アンプ
Ｋａ、Ｌａ  低輝度領域
Ｋｂ、Ｌｂ  中輝度領域
Ｋｃ、Ｌｃ  高輝度領域
ＰＤ  フォトダイオード
Ｐｘ  画素(光電ユニット)
【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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【図１４】
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【図１５】
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