(57)【要約】【課題】カメラ等の撮像装置で適正露出値を算出するまでの時間を短縮する。【解決手段】高感度画素及び低感度画素が形成された受光量検出素子を用いて測光を行う構成とする。この受光量検出素子の高感度画素の測光線図は、特性線Ａ，特性線Ｃ，…となり、低感度画素画素の測光線図は特性線Ｂ，特性線Ｄ，…となる。これにより、一回の測光で、特性線Ａと特性線Ｂを用いた０ＥＶ〜８ＥＶの範囲の測定が可能となり、高感度画素と低感度画素とが共に飽和している場合には、絞りを絞るなどして再度測光を行うことにより、特性線Ｃと特性線Ｄを用いた８ＥＶ〜１６ＥＶの範囲の測定が可能となる。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高感度画素及び低感度画素が形成された固体撮像素子と、該固体撮像素子から出力される前記高感度画素の検出信号値および前記低感度画素の検出信号値に基づき露出値を算出する制御手段と、前記露出値の基で前記固体撮像素子により撮像された画像データを読み出し処理する信号処理手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体画像を撮像する撮像手段と、高感度画素及び低感度画素が形成された受光量検出手段と、該受光量検出手段から出力される前記高感度画素の検出信号値および前記低感度画素の検出信号値に基づき露出値を算出し該露出値の基で前記撮像手段により被写体画像を撮像させる制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
撮像装置の露出値を算出する測光装置において、高感度画素及び低感度画素を搭載した受光量検出手段と、該受光量検出手段から出力される前記高感度画素の検出信号値および前記低感度画素の検出信号値に基づき露出値を算出する算出手段とを備えることを特徴とする測光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ等の撮像装置と測光装置に係り、特に、広いダイナミックレンジの測光を短時間で行うことができる撮像装置及び測光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラ等の撮像装置に搭載された従来の測光装置として、例えば特開平６―１３０４６２号公報に記載されたものが知られている。この従来技術に係る測光装置では、ＣＣＤ等の受光素子の電荷蓄積時間を長くした測光（低輝度を重視した測光）と、受光素子の電荷蓄積時間を短くした測光（高輝度を重視した測光）を交互に行い、広いダイナミックレンジの測光を可能としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の測光装置では、低輝度を重視した測光と高輝度を重視した測光を繰り返すため、広いダイナミックレンジの測光が可能となるが、電荷蓄積時間を変更して何度も測光を行うため、レリーズボタンを半押ししてから露出値が決定されるまでに時間がかかってしまうという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、測光の繰り返し回数を減らし且つ広いダイナミックレンジの測光を短時間に行うことができる撮像装置及び測光装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する撮像装置は、高感度画素及び低感度画素が形成された固体撮像素子と、該固体撮像素子から出力される前記高感度画素の検出信号値および前記低感度画素の検出信号値に基づき露出値を算出する制御手段と、前記露出値の基で前記固体撮像素子により撮像された画像データを読み出し処理する信号処理手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この構成により、一回の測光で検出感度の異なる測光データが得られ、高感度画素が飽和していて高感度画素からの測光データが使用できない場合でも、低感度画素が飽和していなければ低感度画素による測光データが使用でき、短時間に適正な露出値を算出することが可能となる。
【０００７】
上記目的を達成する撮像装置はまた、被写体画像を撮像する撮像手段と、高感度画素及び低感度画素が形成された受光量検出手段と、該受光量検出手段から出力される前記高感度画素の検出信号値および前記低感度画素の検出信号値に基づき露出値を算出し該露出値の基で前記撮像手段により被写体画像を撮像させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によっても、一回の測光で検出感度の異なる測光データが得られ、高感度画素が飽和していて高感度画素からの測光データが使用できない場合でも、低感度画素が飽和していなければ低感度画素による測光データが使用でき、短時間に適正な露出値を算出することが可能となる。
【０００９】
上記目的を達成する測光装置は、撮像装置の露出値を算出する測光装置において、高感度画素及び低感度画素を搭載した受光量検出手段と、該受光量検出手段から出力される前記高感度画素の検出信号値および前記低感度画素の検出信号値に基づき露出値を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、一回の測光で検出感度の異なる測光データが得られ、高感度画素が飽和していて高感度画素からの測光データが使用できない場合でも、低感度画素が飽和していなければ低感度画素による測光データが使用でき、短時間に適正な露出値を算出することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。このデジタルスチルカメラは、撮影レンズ１０と、固体撮像素子１１と、この両者の間に設けられた絞り１２と、赤外線カットフィルタ１３と、光学ローパスフィルタ１４と、デジタルスチルカメラ全体を制御するＣＰＵ１５と、フラッシュ用の発光部１６及び受光部１７と、撮影レンズ１０の位置調整を行うレンズ駆動部１８と、絞り１２を調整する絞り駆動部１９と、固体撮像素子１１を動作させる撮像素子駆動部２０と、固体撮像素子２０の出力信号を取り込みアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２３とを備える。
【００１３】
ＣＰＵ１５は、レンズ駆動部１８を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、更に、撮像素子駆動部２０を介して固体撮像素子１１を駆動制御し、撮影レンズ１０を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ１５には、操作部２１を通してユーザの指示信号が入力され、ＣＰＵ１５はこの指示に従って各種制御を行う。固体撮像素子１１は、ハニカム画素配置のＣＣＤやベイヤー方式のＣＣＤ、あるいはＣＭＯＳセンサである。
【００１４】
デジタルスチルカメラのデジタル処理系は、メインメモリ２４に接続されたメモリ制御部２５と、デジタル信号処理部２６と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部２７と、測光データを積算する積算部２８と、着脱自在の記録媒体２９が接続される外部メモリ制御部３０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部３１が接続される表示制御部３２とを備え、これらは、制御バス３３及びデータバス３４によって相互に接続され、ＣＰＵ１５からの指令によって制御される。
【００１５】
図１に示すデジタル信号処理部２６や、アナログ信号処理部２２，Ａ／Ｄ変換回路２３等は、これを夫々別回路としてデジタルスチルカメラに搭載することもできるが、これらを固体撮像素子１１と同一半導体基板上にＬＳＩ製造技術を用いて製造し、１つの固体撮像装置とするのがよい。
【００１６】
上述したデジタルスチルカメラでは、図示しないレリーズボタンがユーザによって全押しされ静止画像の撮像指令が入力される前に、レリーズボタンの半押し状態で、焦点位置合わせと適正露出量の算出処理が行われる。
【００１７】
適正露出量の算出処理を行うとき、ＣＰＵ１５は、レリーズボタンの半押し状態中に電子シャッタスピードや絞りを種々可変調整し、レリーズボタン半押し状態中における固体撮像素子１１の出力信号を処理し、積算部２８で積算された測光データに基づき、公知の算出方法により適正露出量を算出する。そして、ＣＵＰ１５は、この適正露出量に基づく電子シャッタスピードと絞りを設定し、レリーズボタンが全押しされたとき、静止画像を撮像し、この静止画像のデータを処理して記録媒体２９に格納する。
【００１８】
図２は、本実施形態のデジタルスチルカメラに搭載される固体撮像素子１１の画素配置図である。この固体撮像素子１１には、大きな８角形で図示する高感度画素５１と、小さな丸で図示する低感度画素５２とが同一半導体基板上に形成されている。これにより、例えば、高感度画素５１による撮像画像と、低感度画素５２による撮像画像とが１枚の撮像画像として合成され、ダイナミックレンジの広い１枚の静止画像が生成される。
【００１９】
固体撮像素子１１には、同一寸法形状のフォトダイオードが多数形成され、各フォトダイオードの前面位置に設けられるマイクロレンズや色フィルタ等の面積の大小によって、高感度画素５１と低感度画素５２とが区別される。
【００２０】
図３は、高感度画素５１から得られる高感度信号Ｈと低感度画素５２から得られる低感度信号Ｌの露光量に対する信号レベルの一般的傾向を示す図である。図２に示す固体撮像素子１１では、高感度画素５１と低感度画素５２は同じ寸法形状のフォトダイオードを持っているためその飽和信号レベルの値４ｎは同一である。しかし、受光する面積が異なるため、高感度画素５１が受光量ｍで飽和するのに対し、図示する例では、低感度画素５２は受光量１６ｍで飽和する様になっている。
【００２１】
図４は、図２に示す固体撮像素子１１における測光線図である。縦軸が検出値（多数の画素の検出信号値の平均値として求められる。）で、横軸が被写体輝度値（ＥＶ）である。
【００２２】
本実施形態の固体撮像素子１１の高感度画素５１の測光線図は、特性線Ａ，特性線Ｃ，…となり、低感度画素画素５２の測光線図は特性線Ｂ，特性線Ｄ，…となる。一回の測光で、特性線Ａと特性線Ｂを用いた０ＥＶ〜８ＥＶの範囲の測定が可能であり、高感度画素５１と低感度画素５２とが共に飽和している場合には、絞りの開口量を絞ったり電子シャッタスピードを高速にするなどして再度測光を行うことにより、特性線Ｃと特性線Ｄを用いた８ＥＶ〜１６ＥＶの範囲の測定が可能となる。
【００２３】
図５は、ＣＰＵ１５の行う露出値算出処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１５は、先ず、絞り１２の開口量と固体撮像素子１１の電子シャッタスピードを設定し（ステップＳ１）、固体撮像素子１１の撮像信号から測光データを取得する（ステップＳ２）。この測光データは、例えば図６に示す様に、固体撮像素子１１の露光部分の全面を８×８＝６４のブロックに分け、各ブロック毎に取得する。
【００２４】
前述した様に、本実施形態に係る固体撮像素子１１には、高感度画素５１と低感度画素５２とが設けられているため、各ブロック毎の測光データとして、一度の測光タイミングで感度の異なる２種類の測光データが得られる。また、高感度画素５１が飽和してしまい測光不能となっても、低感度画素５２が飽和していなければ、低感度画素５２による測光データを露出量算出に使用することができる。
【００２５】
次にステップＳ３では、全ブロックで適正な測光データが得られたか否かを判定し、全ブロックで適正な測光データが得られていない場合には、ステップＳ４に進み、絞りと電子シャッタスピードとを再設定し、再び固体撮像素子１１の撮像信号から測光データを取得する（ステップＳ２）。
【００２６】
ステップＳ３で、全ブロックで適正な測光データが得られたと判定された場合には、ステップＳ５に進み、全ブロックの測光データに基づいて露出値を算出し、この露出値算出処理を終了する。
【００２７】
このように、本実施形態のデジタルスチルカメラでは、１回の測光で２種類の感度の異なる測光データが得られるため、ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ２と繰り返す回数が低減され、短時間に適正露出量の算出が可能となる。
【００２８】
図７は、本発明の別実施形態に係るデジタルスチルカメラに搭載される固体撮像素子の画素配置図である。本実施形態に係る固体撮像素子では、各画素６０内が高感度画素６１の領域と低感度画素６２の領域に区分けされており、各高感度画素６１の信号電荷と低感度画素６２の信号電荷とを区別して垂直転送路に読み出し転送することができるようになっている。
【００２９】
図８は、高感度画素６１から読み出した高感度信号Ｈと低感度画素６２から読み出した低感度信号Ｌの露光量に対する信号レベルの一般的傾向を示す図である。図示する例では、低感度信号Ｌの信号飽和レベルｎに対して高感度信号Ｈの信号飽和レベルは４倍の４ｎとなっており、信号レベルが飽和レベルに達する光量は、高感度画素６１の光量ｍに対して低感度画素６２では２倍の光量２ｍとなっている。
【００３０】
図９は、図７に示す固体撮像素子における測光線図である。縦軸が検出値で、横軸が被写体輝度値（ＥＶ）である。本実施形態の固体撮像素子の高感度画素６１の測光線図は、特性線Ａ，特性線Ｃ，…となり、低感度画素画素６２の測光線図は、特性線Ｂ，特性線Ｄ，…となる。一回の測光で、特性線Ａと特性線Ｂを用いた０ＥＶ〜６ＥＶの範囲の測定が可能であり、高感度画素６１と低感度画素６２とが共に飽和している場合には、絞りの開口量を絞ったり電子シャッタスピードを高速にするなどして再度測光を行うことにより、特性線Ｃと特性線Ｄを用いた６ＥＶ〜１０ＥＶの範囲の測定が可能となる。
【００３１】
斯かる固体撮像素子を搭載したデジタルスチルカメラでも、図５で説明したと同じ手順により露出値算出処理を行う。この場合にも、一回の測光で感度の異なる２種類の測光データが得られるため、測光の繰り返し回数が少なくなり、短時間で適正露出量の算出が可能となる。
【００３２】
尚、上述した実施形態では、固体撮像素子の出力信号を測光にも利用したデジタルスチルカメラを例に説明したが、固体撮像素子とは別に、高感度画素と低感度画素の両方を設けた受光量検出素子を撮像装置に搭載し、受光量検出素子の出力信号から測光データを得る構成とすることでもよい。この場合、撮像手段は固体撮像素子に限るものではなく、フィルムカメラにも適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、高感度画素の出力と低感度画素の出力を共に測光に利用するため、広いダイナミックレンジの測光を短時間に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラのブロック構成図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の画素配置図である。
【図３】図２に示す固体撮像素子の信号と露光量との関係を示すグラフである。
【図４】図２に示す固体撮像素子の測光線図である。
【図５】図１に示すＣＰＵが実行する露出値算出処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す固体撮像素子の測光領域を示すブロック分割図である。
【図７】本発明の別実施形態に係るデジタルスチルカメラに搭載する固体撮像素子の画素配置図である。
【図８】図７に示す固体撮像素子の信号と露光量との関係を示すグラフである。
【図９】図７に示す固体撮像素子の測光線図である。
【符号の説明】
１０　撮影レンズ
１１　固体撮像素子
１２　絞り
１５　ＣＰＵ
１９　絞り駆動部
２０　撮像素子駆動部
２２　アナログ信号処理部
２３　Ａ／Ｄ変換回路２３
２６　デジタル信号処理部
２８　積算部
５１，６１　高感度画素
５２，６２　低感度画素
Ｈ　高感度信号
Ｌ　低感度信号
【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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