(57)【要約】【課題】被写体の光量変化特性を精度よく算出するとともに測光の際のダイナミックレンジを拡大する。【解決手段】ＡＥセンサー１１１は２次元マトリックス状に配列された複数の単位画素領域を備え、単位画素領域は複数の画素を有し、ＡＥセンサーは複数の画素の出力を合成して画像信号を出力する。カメラＣＰＵ１１９の制御下で、ＡＥＣＰＵ１１８は単位画素領域において複数の画素毎に蓄積時間を設定し、フリッカー光源のフリッカー周期においてＡＥセンサーで複数の撮像を行ってフリッカー周期とそのピーク位置を検出するフリッカー検出モードとＡＥセンサーで撮像を行って被写体輝度を検出するための被写体輝度検出モードとのいずれかを選択する。フリッカー検出モードを選択すると、ＡＥＣＰＵはＡＥセンサーを制御して単位画素領域の全てにおいて複数の画素における同一の画素について蓄積時間の重心位置を一致させる。【選択図】図１
2015231095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元マトリックス状に配列された複数の単位画素領域を備える撮像素子を備え、前記撮像素子から画像信号を得る撮像装置であって、
前記単位画素領域に含まれる第１の画素と第２の画素の蓄積時間をそれぞれ設定する設定手段と、
被写体からの光の光量変化特性を算出するために用いる画像信号を取得する第１のモードと被写体輝度を検出するために用いる画像信号を取得する第２のモードとのいずれかを選択するモード選択手段と、を有し、
前記設定手段は、前記モード選択手段によって前記第１のモードが選択された場合、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第１の画素の蓄積時間の重心位置である第１の重心位置と、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第２の画素の蓄積時間の重心位置である第２の重心位置とが一致するように、前記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を設定することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記設定手段は、前記モード選択手段によって前記第１のモードが選択された場合、前記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を同一の長さに設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記設定手段は、前記モード選択手段によって前記第２のモードが選択された場合、前記第１の重心位置と前記第２の重心位置とが一致しないように、前記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記モード選択手段によって前記第２のモードが選択された場合、記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を互いに異なる長さに設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の画素と前記第２の画素は互いに感度が異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記モード選択手段によって前記第２のモードが選択された場合、前記第１の画素と前記第２の画素のうち、感度の高い方が蓄積時間の長さが長くなるように設定することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
２次元マトリックス状に配列された複数の単位画素領域を備える撮像素子を備え、前記撮像素子から画像信号を得る撮像装置の制御方法であって、
前記単位画素領域に含まれる第１の画素と第２の画素の蓄積時間をそれぞれ設定する設定ステップと、
被写体からの光の光量変化特性を算出するために用いる画像信号を取得する第１のモードと被写体輝度を検出するために用いる画像信号を取得する第２のモードとのいずれかを選択するモード選択ステップと、を有し、
前記設定ステップは、前記モード選択ステップで前記第１のモードが選択された場合、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第１の画素の蓄積時間の重心位置である第１の重心位置と、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第２の画素の蓄積時間の重心位置である第２の重心位置とが一致するように、前記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を設定することを特徴とする制御方法。
【請求項８】
２次元マトリックス状に配列された複数の単位画素領域を備える撮像素子を備え、前記撮像素子から画像信号を得る撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
前記撮像装置が備えるコンピュータに、
前記単位画素領域に含まれる第１の画素と第２の画素の蓄積時間をそれぞれ設定する設定ステップと、
被写体からの光の光量変化特性を算出するために用いる画像信号を取得する第１のモードと被写体輝度を検出するために用いる画像信号を取得する第２のモードとのいずれかを選択するモード選択ステップと、を実行させ、
前記設定ステップは、前記モード選択ステップで前記第１のモードが選択された場合、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第１の画素の蓄積時間の重心位置である第１の重心位置と、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第２の画素の蓄積時間の重心位置である第２の重心位置とが一致するように、前記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を設定することを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、被写体の光量変化特性を算出するとともにダイナミックレンジを拡大することのできる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラなどの撮像装置において、交流点灯による照明などに起因する被写体からの光の周期的な光量変化（フリッカー）による露光ムラを抑制することが行われている。例えば、電荷蓄積型の測光素子に、測光のための第１蓄積時間と光源の周期的な輝度変化に起因するフリッカーを検出するための第２蓄積時間とのいずれか一方で電荷の蓄積を行わせるようにした撮像装置がある。この撮像装置では、第１蓄積時間で蓄積された測光素子からの出力に基づいて、測光を行い、第２蓄積時間で蓄積された測光素子からの出力に基づいてフリッカー検出を行うようにしている（特許文献１参照）。
【０００３】
さらに、撮像装置に備えられた撮像部において、画像にフリッカーを発生させる原因となる光源に与えられる電源の周波数を検出するためのフリッカー検出用蓄積を行うとともに、フリッカー検出用蓄積以外の通常の撮像用蓄積を行うようにしたものがある（特許文献２参照）。
【０００４】
また、光源の発光周期と位相とを測定して、光源の発光周期に応じて光量が大きくなるタイミングで電子シャッターとメカニカルシャッターとを同期させて動作させるようにした撮像装置がある（特許文献３参照）。
【０００５】
一方、撮像装置において撮影の結果得られた画像におけるダイナミックレンジを拡大するため、撮像装置に備えられた撮像素子に互いに感度の異なる複数の画素を配列するようにしたものがある。そして、この撮像装置では、一回の露光動作においてダイナミックレンジの広い画像を生成するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２３５３２５号公報
【特許文献２】特開２０１３−４２２９８号公報
【特許文献３】特開２００４−１９３９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、フリッカーの検出といった被写体の光量変化特性の算出と測光におけるダイナミックレンジの拡大とを両立させることは困難であり、測光の際のダイナミックレンジを拡大しようとすれば、被写体の光量変化特性を正確に算出することは困難である。
【０００８】
従って、本発明の目的は、被写体の光量変化特性を精度よく算出するとともに、測光の際のダイナミックレンジを拡大することのできる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、２次元マトリックス状に配列された複数の単位画素領域を備える撮像素子を備え、前記撮像素子から画像信号を得る撮像装置であって、前記単位画素領域に含まれる第１の画素と第２の画素の蓄積時間をそれぞれ設定する設定手段と、被写体からの光の光量変化特性を算出するために用いる画像信号を取得する第１のモードと被写体輝度を検出するために用いる画像信号を取得する第２のモードとのいずれかを選択するモード選択手段と、を有し、前記設定手段は、前記モード選択手段によって前記第１のモードが選択された場合、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第１の画素の蓄積時間の重心位置である第１の重心位置と、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第２の画素の蓄積時間の重心位置である第２の重心位置とが一致するように、前記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を設定することを特徴とする。
【００１０】
本発明による制御方法は、２次元マトリックス状に配列された複数の単位画素領域を備える撮像素子を備え、前記撮像素子から画像信号を得る撮像装置の制御方法であって、前記単位画素領域に含まれる第１の画素と第２の画素の蓄積時間をそれぞれ設定する設定ステップと、被写体からの光の光量変化特性を算出するために用いる画像信号を取得する第１のモードと被写体輝度を検出するために用いる画像信号を取得する第２のモードとのいずれかを選択するモード選択ステップと、を有し、前記設定ステップは、前記モード選択ステップで前記第１のモードが選択された場合、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第１の画素の蓄積時間の重心位置である第１の重心位置と、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第２の画素の蓄積時間の重心位置である第２の重心位置とが一致するように、前記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を設定することを特徴とする。
【００１１】
本発明による制御プログラムは、２次元マトリックス状に配列された複数の単位画素領域を備える撮像素子を備え、前記撮像素子から画像信号を得る撮像装置で用いられる制御プログラムであって、前記撮像装置が備えるコンピュータに、前記単位画素領域に含まれる第１の画素と第２の画素の蓄積時間をそれぞれ設定する設定ステップと、被写体からの光の光量変化特性を算出するために用いる画像信号を取得する第１のモードと被写体輝度を検出するために用いる画像信号を取得する第２のモードとのいずれかを選択するモード選択ステップと、を実行させ、前記設定ステップは、前記モード選択ステップで前記第１のモードが選択された場合、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第１の画素の蓄積時間の重心位置である第１の重心位置と、複数の前記単位画素領域に含まれる複数の前記第２の画素の蓄積時間の重心位置である第２の重心位置とが一致するように、前記第１の画素と前記第２の画素の蓄積時間を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被写体の光量変化特性を精度よく算出するとともに測光の際のダイナミックレンジを拡大することのできる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すＡＥセンサーの構成についてその一例を示すブロック図である。
【図３】図２に示すＡＥセンサーの動作を説明するためのタイミング図である。
【図４】図２に示すＡＥセンサーの出力と輝度（ＥＶ）との関係を説明するための図であり、（ａ）は合成前の状態を示す図、（ｂ）は合成後の状態を示す図である。
【図５】図１に示すカメラで行われる被写体輝度検出モードおよびフリッカー検出モードにおける蓄積および読み出しとフリッカー光源との関係を説明するための図であり、（ａ）は被写体輝度検出モードにおける蓄積および読み出しとフリッカー光源との関係を示す図、（ｂ）はフリッカー検出モードにおける蓄積および読み出しとフリッカー光源との関係を示す図である。
【図６】図１に示すカメラで行われる撮影処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示す断面図である。
【００１６】
図示の撮像装置は、所謂デジタル一眼レフカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、カメラ本体１０１と撮影レンズユニット（以下単に撮影レンズと呼ぶ）１０２とを有している。そして、撮影レンズ１０２はカメラ本体１０１の前面に装着される。撮影レンズ１０２はカメラ本体１０１に対して交換可能であって、カメラ本体１０１と撮影レンズ１０２とはマウント接点群１１２を介して電気的に接続される。
【００１７】
撮影レンズ１０２は絞り１１３を備えており、当該絞り１１３によってカメラ本体１０１に入射する光量が調整される。さらに、撮影レンズ１０２はフォーカシングレンズ１１６を備えており、フォーカシングレンズ１１６を光軸に沿って移動させて焦点調節が行われる。なお、撮影レンズ１０２にはレンズＣＰＵ１２０が備えられ、レンズＣＰＵ１２０はマウント接点部１１２によって、カメラ本体１０１に備えられたカメラＣＰＵ１１９と接続される。
【００１８】
カメラ本体１０１にはメインミラー１０３が配置されており、このメインミラー１０３は、例えば、ハーフミラーである。メインミラー１０３はファインダー観察状態においては撮影光路（つまり、光軸）上に斜めに位置づけられる。これによって、メインミラー１０３は撮影レンズ１０２から入射した光学像をファインダー光学系に反射する一方、メインミラー１０３を透過した透過光はサブミラー１０４を介してＡＦユニット１０５に入射する。
【００１９】
なお、撮影状態となると、メインミラー１０３およびサブミラー１０４は撮影光路外に退避される。
【００２０】
図示の例では、ＡＦユニット１０５は所謂位相差検出方式のＡＦセンサーである。なお、位相差方式による焦点検出については既知であるので、詳細な制御に関しては説明を省略する。位相差方式による焦点検出においては、撮影レンズ１０２の二次結像面が焦点検出ラインセンサー上に形成される。これによって、撮影レンズ１０２の焦点調節状態を検出して、当該検出結果に応じてフォーカシングレンズ１１６を駆動して自動焦点検出が行われる。
【００２１】
サブミラー１０４の後側には、フォーカルプレーンシャッター１０７、ローパスフィルター１０６、および撮像素子１０８が配置されている。また、メインミラー１０９の上側には、ピント板１０９が配置されている。ピント板１０９はファインダー光学系を構成し、撮影レンズ１０２の予定結像面に配置される。
【００２２】
ピント板１０９の上側にはファインダー光路変更用のペンタプリズム１１０が配置される。そして、ペンタプリズムを通過した光学像はアイピース１１４に送られる。これによって、撮影者はアイピース１１４からピント板１０９を観察することによって、破線で示すように撮影画面を確認することができる。
【００２３】
さらに、ペンタプリズム１１０を介して実線で示すように光学像がＡＥセンサー１１１に入射する。これによって、ＡＥセンサー１１１は光学像（つまり、被写体像）の明るさを測光する。ＡＥＣＰＵ１１８は、ＡＥセンサー１１１を制御して、ＡＥセンサー１１１による測光結果を読み出す。そして、ＡＥＣＰＵ１１８は後述するようにして、被写体からの光の光量変化周期や光量が所定の条件を満たすタイミング（例えば、光量が最大や最少となるタイミング）などの光量変化特性を算出する変化特性演算（以下、フリッカー検出演算とする）を行う。さらに、ＡＥＣＰＵ１１８は後述するようにして、被写体輝度検出演算を行う。なお、ＡＥＣＰＵ１１８は双方向通信ライン（図示せず）によって後述するカメラ用ＣＰＵ１１９と接続されている。
【００２４】
カメラ本体１０１には内蔵ＬＣＤ１１５が配置されており、この内蔵ＬＣＤ１１５は各種の撮影情報を表示するために用いられる。撮影者であるユーザーがアイピース１１４を覗いている際には、ユーザーは内蔵ＬＣＤ１１５によって露出条件などの撮影情報を確認することができる。ここでは、図中一点鎖線で示すように、ユーザーがアイピース１１４を覗くと画面下側に各種の撮影情報が表示される。
【００２５】
カメラ本体１０１の後面にはディスプレイユニット１１７が配置されている。このディスプレイユニット１１７は、例えば、液晶パネルによって構成される。ディスプレイユニット１１７には、撮影の結果得られた画像が表示される。さらには、撮像素子１０８で得られた画像信号をリアルタイムにディスプレイユニット１１７に表示すれば、ユーザーは被写体の様子を観測することができる。
【００２６】
カメラＣＰＵ１１９はカメラ全体の制御を行うカメラ用マイコンであって、ＡＥＣＰＵ１１８、レンズＣＰＵ１２０、画像処理チップ、ＡＦＣＰＵ、および各種のスイッチ（ともに図とせず）などと接続されている。
【００２７】
レンズＣＰＵ１２０は、前述のように、カメラＣＰＵ１２０とマウント接点部１１２を介して接続され、カメラＣＰＵ１２９の制御下で、撮影レンズ１０２のフォーカスおよび絞り駆動などのレンズ制御を行う。
【００２８】
図２は、図１に示すＡＥセンサー１１１の構成についてその一例を示すブロック図である。図示のＡＥセンサー１１１は、例えば、ＣＭＯＳセンサー又はＣＣＤなどの撮像素子であり、ここでは簡略化のため、ＡＥセンサー１１１はＣＭＯＳセンサーであり、２行×２列の画素配列で示されている。
【００２９】
ＡＥセンサー１１１は単位ユニットを構成する単位画素領域（以下単に単位画素と呼ぶ）２０１を有しており、これら単位画素２０１は２次元マトリックス状に配列されている。単位画素２０１の各々は高感度画素２０２と、当該高感度画素２０２よりも感度が低い低感度画素２０３を有している。図示の例では、高感度画素２０２および低感度画素２０３は互いに画素面積（受光面積）が異なり、これによって感度に差が設定される。
【００３０】
図示はしないが、これら高感度画素２０２および低感度画素２０３の各々はフォトダイオード、画素アンプ、浮遊容量（以下ＦＤ容量という）を有している。さらに、フォトダイオードおよびＦＤ容量をリセットするためのリセットトランジスタ、および画素アンプを選択するための選択トランジスタを有している。なお、ＣＭＯＳセンサーの構成については、既知であるので、ここでは、詳細な説明は省略する。
【００３１】
なお、高感度画素２０２および低感度画素２０３の画素面積を同一として、配線層によって開口部の面積を異ならせるようにしてもよく、さらには、フィルターの透過率を異ならせて、感度に差を設定するようにしてもよい。また、ここでは、単位画素２０１は互いに感度が異なる２つの画素を備えているが、互いに感度が異なる３つ以上の画素で単位画素２０１を構成するようにしてもよい。さらには、単位画素２０１を１つの画素で構成するようにしてもよい。
【００３２】
図示のＡＥセンサー１１１においては、列毎にＡＤ変換器２０４（ＡＤ０＿Ｈ、ＡＤ０＿Ｌ、ＡＤ１＿Ｈ、およびＡＤ１＿Ｌ）が配置されており、これによって、１行毎に画素信号をＡＤ変換することができる。合成部２０５は、高感度画素２０２および低感度画素２０３の出力である画素信号を単位画素２０１毎に合成して出力する。
【００３３】
高感度画素２０２および低感度画素２０３はリセット信号２０６によってリセットされる。ここでは、高感度画素２０２はリセット信号ＲＥＳ０＿Ｈ又はＲＥＳ１＿Ｈによってリセットされ、低感度画素２０３はリセット信号ＲＥＳ０＿Ｌ又はＲＥＳ１＿Ｌによってリセットされる。ＡＥＣＰＵ１１８は高感度画素２０２および低感度画素２０３をそれぞれ異なるタイミングでリセット制御することができる。
【００３４】
高感度画素２０２および低感度画素２０３の各々においてフォトダイオードに蓄積された電荷は転送制御信号２０７によってＦＤ容量に転送される。ここでは、高感度画素２０２および低感度画素２０３の各々において、転送制御信号ＴＸ０又はＴＸ１によって電荷がＦＤ容量に転送される。
【００３５】
高感度画素２０２および低感度画素２０３の各々において、画素アンプは選択信号２０８によって選択制御される。ここでは、高感度画素２０２および低感度画素２０３の各々において、選択信号ＳＥＬ０又はＳＥＬ１によって画素アンプが選択制御される。画素アンプはＦＤ容量に転送された電荷を電圧に変換するためのものであり、選択信号２０８によって画素アンプの出力が選択されて、ＡＤ変換器２０４に与えられる。なお、リセット信号２０６、転送制御信号２０７、および選択信号２０８は行毎に制御される。
【００３６】
なお、ＡＥセンサー１１１が図２に示した全てのブロックを有していなくてもよく、例えばＡＥＣＰＵ１１８が合成部２０５を有していてもよい。
【００３７】
図３は、図２に示すＡＥセンサー１１１の動作を説明するためのタイミング図である。
【００３８】
ここでは、ＡＥセンサー１１１における電荷の蓄積および読み出しについて既知のローリングシャッターによる制御によって説明する。図３において、横軸は時間の経過を示しており、ローリングシャッターの動作に応じて、行単位で画素のリセット、蓄積、転送、ＡＤ変換、画素合成、および読み出しが連続的に行われる。なお、ここでは、ＡＥセンサー１１１の単位画素配列は４行×４列であるとして説明する。
【００３９】
また、縦軸は垂直走査の順序を示しており、高感度０および低感度０から、高感度３および低感度３まで順次走査が行われる。画素リセット３０１のタイミングで、１行目から順次ローリングリセット動作が行われる。なお、高感度画素と低感度画素とは、互いに異なるタイミングで画素リセット動作が行われる。すなわち、高感度画素と低感度画素とは、互いに異なるタイミングで露光（電荷蓄積）が開始される。
【００４０】
ここでは、画素毎に蓄積時間が設定される。例えば、低感度画素における蓄積時間３０４は、高感度画素の蓄積時間３０２と同一又は高感度画素の蓄積時間３０２よりも短い時間に設定される。これによって、ダイナミックレンジの広い出力を得ることができる。
【００４１】
電荷の転送タイミングは、同じ単位画素領域内では高感度画素と低感度画素とで同一である。すなわち、高感度画素と低感度画素とは、同一のタイミングで露光（電荷蓄積）が終了される。
【００４２】
高感度画素の蓄積時間重心３０３は、１行目の高感度画素の蓄積開始から４行目の高感度画素の蓄積終了までの時間の重心を示し、１フレームにおける高感度画素全体の蓄積時間の中心を示す重心位置である。低感度画素の蓄積時間重心３０５は、１行目の低感度画素の蓄積開始から４行目の低感度画素の蓄積終了までの時間の重心を示し、１フレームにおける低感度画素全体の蓄積時間の中心を示す重心位置である。高感度画素および低感度画素の蓄積時間を異ならせると、両者の蓄積時間の重心位置は異なることになる。
【００４３】
図４は、図２に示すＡＥセンサー１１１の出力と輝度（ＥＶ）との関係を説明するための図である。そして、図４（ａ）は合成前の状態を示す図であり、図４（ｂ）は合成後の状態を示す図である。
【００４４】
図４において、縦軸は画素の出力を示し、横軸はＥＶ（ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｖａｌｕｅ）値を示す。図４（ａ）において、高感度画素は所定の蓄積時間に設定され、画素出力（つまり、画素信号）３０６を出力する。ここでは、Ｅｖ２からＥｖ１２程度まで画素出力３０６が得られる。低感度画素の蓄積時間を高感度画素の蓄積時間と一致させると、低感度画素から画素出力３０７が出力される。
【００４５】
ここで、高感度画素と低感度画素との感度差を８倍とすると、Ｅｖ５からＥｖ１５程度まで画素出力３０７が得られる。そして、画素出力３０６および３０７を合成すれば、Ｅｖ２からＥｖ１５まで３段程度ダイナミックレンジが拡大した合成出力が得られる。
【００４６】
一方、低感度画素の蓄積時間を高感度画素の蓄積時間の１／８に設定すると、低感度画素は画素出力３０８を出力する。ここでは、Ｅｖ８からＥｖ１８程度まで画素出力３０８が得られることを示している。そして、画素出力３０６および３０８を合成すれば、Ｅｖ２からＥｖ１８までさらに３段ダイナミックレンジが拡大した合成出力が得られる。
【００４７】
このように、低感度画素の蓄積時間を高感度画素の蓄積時間よりも短く設定することによって、単位画素のダイナミックレンジを広げることができる。また、両者の感度が同一であっても、蓄積時間に差を設けるようにすれば、蓄積時間の差に応じてダイナミックレンジを拡大することができる。
【００４８】
図２で説明した合成部２０５は、高感度画素の画素出力を所定値、例えば、５１２カウントと比較する。そして、高感度画素の画素出力が所定値以下であると、合成部２０５は高感度画素の画素出力を選択して当該画素出力を出力する。
【００４９】
一方、高感度画素の画素出力が所定値よりも大きいと、合成部２０５は低感度画素の画素出力を選択する。この際、合成部２０５は感度差および蓄積時間の比に応じて、低感度画素の画素出力をゲイン補正した後に出力する。
【００５０】
図４（ｂ）に示す合成後の画素出力３０９において、実線の部分は高感度画素の画素出力を示し、破線の部分はゲイン補正された低感度画素の画素出力を示す。このようにして、合成部２０５によって低感度画素の画素出力をゲイン補正することによって、後段における補正が不要となって、信号処理を簡単にすることができる。
【００５１】
図５は、図１に示すカメラで行われる被写体輝度検出モードおよびフリッカー検出モードにおける蓄積および読み出しとフリッカー光源との関係を説明するための図である。フリッカー検出モードとは、被写体からの光の光量変化周期や光量が所定の条件を満たすタイミング（例えば、光量が最大や最少となるタイミング）などの光量変化特性を算出する際に用いる画像信号を取得するモードである。そして、図５（ａ）は被写体輝度検出モードにおける蓄積および読み出しとフリッカー光源との関係を示す図であり、図５（ｂ）はフリッカー検出モードにおける蓄積および読み出しとフリッカー光源との関係を示す図である。なお、ここでは、フリッカー光源の一例として、周波数５０Ｈｚで点灯する光源を例に挙げて説明する。
【００５２】
いま、後述するフリッカー検出モードにおいてフリッカー光源が検出された場合には、被写体検出モードにおいては、フリッカーの影響を除去して平均測光値が得られるように蓄積時間が設定されて測光が行われる。図５（ａ）に示す例では、高感度画素の蓄積時間は２０ｍｓ、低感度画素の蓄積時間は１０ｍｓに設定される。つまり、ここでは、蓄積時間はそれぞれフリッカー周期のｎ倍（所定倍）に設定されて、それぞれフリッカーの影響が除去された平均測光値（ＡＥａｖｅ）を得ることができる。
【００５３】
この際、高感度画素と低感度画素とにおいて蓄積時間に差を設けるようにすれば、広いダイナミックレンジを得ることができる。そして、蓄積時間の差を、被写体輝度およびフリッカー検出の有無に応じて設定すれば、さらに広いダイナミックレンジを得ることができる。
【００５４】
図５（ｂ）に示す例では、周波数５０Ｈｚのフリッカー光源を６００Ｈｚのフレームレートで測光した例が示されている。６００Ｈｚのフレームレートにおいては、周波数５０Ｈｚのフリッカー光源では１２フレーム分測光すれば、フリッカー光源の２周期分をサンプリングすることができる。なお、周波数６０Ｈｚのフリッカー光源では、１０フレーム分測光すれば、フリッカー光源の２周期分をサンプリングすることができる。
【００５５】
フリッカー光源の２周期分を測光するようにすれば、ＡＥＣＰＵ１１８はサンプリング開始時点ｔ０からフリッカー光源のピーク位置ｔｐｅａｋまでの時間を求めて、２周期分の各々のピーク位置の時間差に応じてフリッカー光源の周波数を検出することができる。ピーク位置ｔｐｅａｋは、真のピーク位置ｔｐｅａｋを跨ぐ複数のサンプリングポイントのデータを用いて補間演算などによって求めることができる。補間演算の詳細については既知の方法が種々提案されているので、ここでは説明を省略する。
【００５６】
サンプリング開始時点ｔ０を起点として、ピーク位置ｔｐｅａｋおよびフリッカー周期が分かれば、ＡＥＣＰＵ１１８はシャッター１０７を動作させるための同期信号（フリッカー同期信号）をピーク位置ｔｐｅａｋの周期に合わせて生成する。なお、同期信号はシャッター１０７の動作のタイムラグなども考慮して生成される。これによって、フリッカー同期信号を用いて、本露光のシャッタータイミングをフリッカー光源のピーク位置ｔｐｅａｋに同期させることが可能になって、フリッカー光源下においても高速シャッターを用いてフリッカーを抑制した撮影を行うことができる。
【００５７】
また、フリッカー検出モードにおいては、前述のように、６００Ｈｚなどの高フレームレートで測光を行うので、蓄積時間は１．６６ｍｓまでの設定となる。このため、低輝度まで検出するためには、単位画素の出力を全画素又は所定のブロックに区切って加算して、Ｓ／Ｎ比を向上させることが必要になる。
【００５８】
上述のＡＥセンサー１１１においては、ダイナミックレンジを広くするため単位画素に複数の感度の異なる画素を備えるとともに、これら画素の蓄積時間を異ならせて、ダイナミックレンジを拡大するようにしている。
【００５９】
一方、画素の蓄積時間を異ならせてダイナミックレンジを拡大しようとすると、図２に示す合成部２０５によって合成処理を行う関係上、合成後の画素出力が得られるのみである。そして、ＡＥセンサー１１１で得られた画像の全画面又は所定のブロックにおいては、蓄積時間の異なる画素信号が混在することになって、全画面又はブロックにおいて蓄積時間の重心位置を正確に推定することができない。このため、フリッカー検出の精度が悪化してしまう。
【００６０】
このため、図５（ｂ）に示すように、高感度画素および低感度画素のローリングリセットのタイミングを同一として、蓄積時間の重心位置が合成部２０５による合成処理に拘わらず変化しないようにする。つまり、高感度画素および低感度画素における蓄積および読み出し制御が略同一に行われるようにして、合成部２０５における合成処理に拘わらず正確にフリッカー検出を行うことができるようにする。
【００６１】
図６は、図１に示すカメラで行われる撮影処理を説明するためのフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理は、カメラＣＰＵ１１９の制御下で行われる。
【００６２】
撮影処理を開始すると、カメラ用ＣＰＵ１１９はＡＥＣＰＵ１１８に測光動作の開始を指示する。これによって、ＡＥＣＰＵ１１８は測光動作を開始する。まず、ＡＥＣＰＵ１１８はフリッカー光源の有無、そして、ピーク位置およびフリッカー周期を検出するためのフリッカー検出モードを実行するようにＡＥセンサー１１１を制御する。そして、ＡＥＣＰＵ１１８はＡＥセンサー１１１から画像信号を得る（ステップＳ６０１）。
【００６３】
次に、ＡＥＣＰＵ１１８は画像信号についてフリッカー検出演算を行って、フリッカーの有無、そして、ピーク位置およびフリッカー周期を求める（ステップＳ６０２）。そして、ＡＥＣＰＵ１１８はフリッカー検出結果をチェックして、フリッカーが検出されたか否かを判定する（ステップＳ６０３）。フリッカーが検出されると（ステップＳ６０３において、ＹＥＳ）、ＡＥＣＰＵ１１８は、検出の結果得られたピーク位置およびフリッカー周期に応じて、前述のフリッカー同期信号を生成して、当該フリッカー同期信号をカメラＣＰＵ１１９に出力する（ステップＳ６０４）。
【００６４】
続いて、ＡＥＣＰＵ１１８は、前述の被写体輝度検出モードを行って、被写体輝度を測光する（ステップＳ６０５）。なお、フリッカーが検出されないと（ステップＳ６０３において、ＮＯ）、ＡＥＣＰＵ１１８はステップＳ６０５の処理に進む。
【００６５】
被写体輝度検出モードの実行によって、ＡＥセンサー１１１からダイナミックレンジの広い画像信号を得ることができるので、飽和および黒つぶれによる誤検出が防止されて測光精度の向上させることができる。なお、ＡＥ用ＣＰＵ１１８は、フリッカー検出モードおよび被写体輝度検出モードが完了すると、その旨をカメラＣＰＵ１１９に通知する。
【００６６】
次に、カメラＣＰＵ１１９は、レリーズボタン（図示せず）が全押しされてスイッチＳＷ２がオンしたか否かを判定する（ステップＳ６０６）。スイッチＳＷ２がオフであると（ステップＳ６０６において、ＮＯ）、カメラＣＰＵ１１９はステップＳ６０１の処理に戻って、ＡＥＣＰＵ１１８にフリッカー検出モードを行わせる。
【００６７】
スイッチＳＷ２がオンとなると（ステップＳ６０６において、ＹＥＳ）、カメラＣＰＵ１１９は被写体輝度検出モードで得られた被写体輝度検出結果をＡＥＣＰＵ１１８から受けて、当該検出結果に応じて露光条件を決定して、シャッタースピード、絞り、およびＩＳＯ感度を設定する（ステップＳ６０７）。そして、カメラＣＰＵ１１９はフリッカー検出結果を参照してフリッカーが検出されているか否かを判定する（ステップＳ６０８）。
【００６８】
フリッカーが検出されていると（ステップＳ６０８において、ＹＥＳ）、カメラＣＰＵ１１はフリッカー同期信号に応じてフリッカーピーク位置に同期させてシャッターを動作させて撮像素子１０８を露光する（ステップＳ６０９）。そして、カメラＣＰＵ１１９は撮影処理を終了する。
【００６９】
一方、フリッカー検出されていないと（ステップＳ６０８において、ＮＯ）、カメラＣＰＵ１１９はシャッターを動作させて撮像素子１０８を露光して（ステップＳ６１０）、撮影処理を終了する。
【００７０】
このように、本発明の実施の形態では、ＡＥセンサー１１１の単位画素に備えられた互いに感度の異なる複数の画素においてその蓄積時間をフリッカー検出モードと被写体輝度検出モードとで異ならせる。これによって、フリッカーを抑制するとともに、測光又は撮像の際のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００７１】
上述の説明から明らかなように、図１に示す例では、ＡＥセンサー１１１は撮像素子であり、ＡＥＣＰＵ１１８およびカメラＣＰＵ１１９は設定手段、モード選択手段として機能する。
【００７２】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【００７３】
例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。
【００７４】
上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも設定ステップ、モード選択ステップ、および制御ステップを有している。
【００７５】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【００７６】
１０２  撮影レンズ
１０３  メインミラー
１０５  ＡＦユニット
１０７  シャッター
１０８  撮像素子
１１１  ＡＥセンサー
１１８  ＡＥＣＰＵ
１１７  ディスプレイユニット
１１９  カメラＣＰＵ
１２０  レンズＣＰＵ
【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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