(57)【要約】【課題】撮像レンズと調光用受光素子との間のパララックスを無くし、高精度に調光して撮像することができるデジタルカメラを提供する。【解決手段】被写体からの光を受光する受光領域ＰＳ内に複数の撮像用受光素子２１を配置するとともに各撮像用受光素子２１に隣接させて調光用受光素子２２を配置した。撮像の際には、受光領域ＰＳ内に配置された調光用受光素子２１で被写体からの反射光を受光し、その受光量に応じてストロボの光量を制御する。イメージセンサの受光領域ＰＳ内に調光用受光素子２２が設けられているため、撮像レンズと調光用受光素子２２との間にパララックスが存在しない。したがって、パララックスによる調光誤差を無くし、適切な露光量で撮像を行うことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光量を制御可能なストロボと、
被写体からの光を受光する受光領域内に複数の撮像用受光素子を配置するとともに各撮像用受光素子に隣接させて調光用受光素子を配置してなるイメージセンサと、
前記調光用受光素子からの出力電荷量に応じて前記ストロボの光量を制御する制御装置と、
を備えたするデジタルカメラ。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記受光領域全体における前記出力電荷量の積分値の平均値に応じて前記ストロボの発光量を制御する請求項１記載のデジタルカメラ。
【請求項３】
前記ストロボは、画角内における出射光の重点的照射範囲を制御可能であり、
前記制御装置は、
前記受光領域を複数の領域に分割し、そのうちの少なくとも１領域を注目領域として当該注目領域における前記出力電荷量の積分値の平均値を算出し、その値に応じて前記重点的照射範囲を制御する請求項１記載のデジタルカメラ。
【請求項４】
前記ストロボは、各々独立して発光制御可能な複数の発光源を有している請求項３記載のデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラに関し、とくにストロボによる自動調光技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、イメージセンサの受光領域の外に設けた調光用受光素子で被写体からの反射光を受光し、その受光量に応じてストロボの発光量を制御する調光手法が知られている。（特許文献１、２等参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１９７２７０号公報
【特許文献２】
特開平６−３０３５０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、イメージセンサの受光領域の外に調光用受光素子が設けられているため、撮像レンズと調光用受光素子との間にパララックス（視差）が存在し調光誤差が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み創案されたものであり、その目的は、撮像レンズと調光用受光素子との間に従来存在していたパララックスを無くし、高精度に調光して撮像することができるデジタルカメラを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のデジタルカメラは、光量を制御可能なストロボと、被写体からの光を受光する受光領域内に複数の撮像用受光素子を配置するとともに各撮像用受光素子に隣接させて調光用受光素子を配置してなるイメージセンサと、前記調光用受光素子からの出力電荷量に応じて前記ストロボの光量を制御（発光量、発光時間等を制御）する制御装置と、を備えたものである。
【０００７】
上記のように構成されたデジタルカメラは、各撮像用受光素子に隣接させて受光領域内に配置された調光用受光素子で被写体からの反射光を受光し、その受光量に応じてストロボの光量を制御する。イメージセンサの受光領域内に調光用受光素子が設けられているため、撮像レンズと調光用受光素子との間にパララックスが存在しない。したがって、パララックスによる調光誤差を無くし、適切な露光量で撮像を行うことができる。
【０００８】
本発明のデジタルカメラにおいて、前記制御装置は、前記受光領域全体における前記出力電荷量の積分値の平均値に応じて前記ストロボの光量を制御することが望ましい。この構成により、画角全体を適切に調光して撮像を行うことができる。
【０００９】
また、前記ストロボは、画角内における出射光の重点的照射範囲を制御可能であり、前記制御装置は、前記受光領域を複数の領域に分割し、そのうちの少なくとも１領域を注目領域として当該注目領域における前記出力電荷量の積分値の平均値を算出し、その値に応じて前記重点的照射範囲を制御することが望ましい。この構成により、画角中心領域や主要被写体領域など、画角内の任意の領域を重点的に露光することが可能となる。
【００１０】
前記ストロボは、各々独立して制御可能（発光量や発光時間を制御可能）な複数の発光源を有していることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明のデジタルカメラに搭載されるイメージセンサの構成例を示している。イメージセンサの受光領域ＰＳには、複数の画素ＰＩＸが、各行において１列おきに配置されると共に、各列において１行おきに配置され、いわゆるハニカム構造を構成している。垂直電荷転送路６は、各列に近接して蛇行して配置されている。
【００１３】
受光領域ＰＳの右側には、垂直転送電極ＥＬを駆動する垂直電荷転送駆動回路２が配置されている。また、受光領域ＰＳの下方には、垂直電荷転送路６から電荷を受け、横方向（左方向）に転送する水平電荷転送路３が配置されている。水平電荷転送路３の左端には出力アンプ４が接続されている。
【００１４】
図２（ａ）は受光領域の部分平面図であり、受光領域ＰＳ内の相隣接する２つの画素ＰＩＸを示している。各画素ＰＩＸは、それぞれフォトダイオードからなる撮像用受光素子２１と調光用受光素子２２とを有している。撮像用受光素子２１は調光用受光素子２２よりも広い受光面を有している。画素ＰＩＸの左右両側には、垂直電荷転送路６が配置されている。
【００１５】
垂直電荷転送路６の上方には、点線で示すように、４相駆動するためのポリシリコン電極１４、１５、１８、・・・、１９（ＥＬ）が配置されている。２層ポリシリコンで転送電極を形成する場合、転送電極１４、１８は第１層ポロシリコン層で形成され、転送電極１５、１９は第２層ポロシリコン層で形成される。転送電極１４は、調光用受光素子２２から垂直電荷転送路６への電荷読み出しも制御する。転送電極１５は、撮像用受光素子２１から垂直電荷転送路６への電荷読み出しも制御する。
【００１６】
図２（ｂ）、図２（ｃ）はそれぞれ図２（ａ）中のＩＢ線、ＩＣ線に沿った断面図である。図２（ｂ）に示すように、ｎ型半導体基板１６の表面に、ｐ型ウエル１７が形成されている。ｐ型ウエル１７の表面領域に、２つのｎ型領域が形成され、これらが撮像用受光素子２１および調光用受光素子２２を構成している。ｐ＋型領域２７は、画素ＰＩＸ、垂直電荷転送路６などの電気的な分離を行うためのチャネルストップ領域である。
【００１７】
撮像用受光素子２１を構成するｎ型領域の近傍には、図２（ｃ）に示すように、垂直電荷転送路６を構成するｎ型領域が配置されている。両者の間のｐ型ウエル１７が読み出しトランジスタを構成する。
【００１８】
ｎ型半導体基板１６の表面には、酸化シリコン膜などの絶縁層が形成され、その上にポリシリコンで形成された転送電極ＥＬが形成されている。転送電極ＥＬは、垂直電荷転送路６の上方を覆うように配置されている。転送電極ＥＬの上には更に酸化シリコン等の絶縁層が形成され、その上に垂直電荷転送路６等の覆うようにして、上方に開口部を有する遮光膜１２がタングステン等により形成されている。遮光膜１２は、ホスホシリケートガラス等で形成された層間絶縁膜１３により覆われている。
【００１９】
層間絶縁膜１３の表面は平坦化されており、その上にはカラーフィルタ層１０が形成されている。カラーフィルタ層１０は、たとえば赤色領域２５、緑色領域２６等３色以上の色領域を含む。カラーフィルタ層１０の上に、各画素ＰＩＸに対応してマイクロレンズ１１がレジスト材料などにより形成されている。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１１は各画素ＰＩＸの上に１つずつ形成されており、その下方には２種類のカラーフィルタ２５が配置されている。カラーフィルタ２５を透過した光は撮像用受光素子２１に入射する。マイクロレンズ１１は、上方より入射する光を、遮光膜１２の開口部に集光させる。
【００２１】
図３は本発明にかかるデジタルカメラの構成例を示すブロック図である。デジタルカメラ１００は、光学系１１０、イメージセンサ１２０、アナログ信号処理部１３０、Ａ／Ｄ変換部１４０、デジタル信号処理部１５０、バッファメモリ１６０、圧縮・伸長処理部１７０、ＹＣ→ＲＧＢ変換部１８０、メディアドライバ１９０、ＬＣＤドライバ２００、モニタ用ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）２１０、操作部２２０、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ  ）２３０、ストロボ２４０、ストロボ制御部２５０、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ  ）２６０、等を備えて構成される。
【００２２】
光学系１１０は、レンズ１１１、絞り１１２、およびシャッタ１１３などで構成され、被写体像を撮像デバイス１２０の受光領域ＰＳに結像させる。シャッタ１１３は、撮像デバイス１２０からの信号読み出し時に受光領域ＰＳに光が入射してスミアが発生するのを防止するために設けられているが、撮像デバイス１２０の構成によっては必ずしも必要なものではない。
【００２３】
イメージセンサ１２０は、図３に示した調光用受光素子２２を受光領域有するイメージセンサであり、その受光領域ＰＳの撮像用受光素子２１からの出力電荷量に応じた画像信号をアナログ信号処理部１３０へ出力するとともに、調光用受光素子２２に入射した光の光量に応じた受光信号をストロボ制御部２３０へ出力する。画像信号と受光信号は別々のタイミングで出力されるようになっている。さらに受光信号は、受光領域ＰＳ内の各分割領域ごとに取り出せるようになっている。
【００２４】
アナログ信号処理部１３０は、入力された画像信号にノイズ低減処理、白バランス処理、γ処理などの所定のアナログ信号処理を施し、処理後の信号をＡ／Ｄ変換部１４０へ出力する。Ａ／Ｄ変換部１４０は、入力されたアナログ信号をデジタル画像信号に変換してデジタル信号処理部１５０へ出力する。
【００２５】
デジタル信号処理部１５０は、Ａ／Ｄ変換部１４０からの出力信号にフィルタ処理、欠陥画素補正処理などの所定のデジタル処理を施す。
【００２６】
デジタル信号処理部１５０からの出力信号は、バッファメモリ１６０を介してＹＣ→ＲＧＢ変換部１８０、圧縮・伸長処理部１７０、ＬＣＤドライバ２００などに送られる。圧縮・伸長処理部１７０は、バッファメモリ１６０に蓄積された画像データをＪＰＥＧ方式などの所定の圧縮方式で圧縮して可搬記録メディア１９１に記録したり、可搬記録メディア１９１から読み出された画像データを伸長したりする。ＹＣ→ＲＧＢ変換部１８０は、圧縮・伸長処理部１７０に送られる未圧縮の画像データを輝度データＹと色差データＣｒ，Ｃｂとに変換する。ＹＣ→ＲＧＢ変換部１８０は、可搬記録媒体１９１に記録された画像データ（撮影画像）をモニタ用ＬＣＤ２１０に表示する際に、ＹＣ分離信号を輝度信号、色差信号をＲＧＢ信号に変換する。このＲＧＢ信号に基づいてＬＣＤドライバ２００がモニタ用ＬＣＤ２１０を駆動することにより、モニタ用ＬＣＤ２１０にカラー画像が表示される。
【００２７】
可搬記録メディア１９１には、フラッシュメモリを搭載した小型メモリーカード等が用いられる。可搬記録メディア１９１への画像データの書き込み・読み出しは、メディアドライバ１９０を介して行われる。
【００２８】
操作部２２０には、レリーズボタン２２１やモード選択ボタン２２２を含む各種操作子が設けられている。レリーズボタン２２１は、デジタルカメラ１００に撮影開始を指示するための操作子であり、これを途中まで押すと、光学系１１０のフォーカス制御や絞り制御が行われ、完全に押した時点で撮影すなわち、撮像デバイス１２０、アナログ信号処理部１３０およびＡ／Ｄ変換部１４０による撮像信号の取り込みが行われる。その際、光学系１１０は測光・測距ＣＰＵ（図示省略）によって制御され、撮像デバイス１２０、アナログ信号処理部１３０およびＡ／Ｄ変換部１４０は撮像系制御回路（図示省略）によって制御される。また、ストロボ使用時には、撮像タイミングに合わせてストロボ制御部２３０が作動し、ストロボ２４０が発光駆動される。
【００２９】
モード選択ボタン２２２は、撮影モード（静止画、動画）や調光モード（全体調光、重点調光）など各種モードを選択するための操作子である。全体調光モードは、イメージセンサ１２０の受光領域ＰＳ全体における調光用受光素子２２の出力電荷量の積分値の平均値に応じてストロボ２４０の光量を制御するモードである。重点調光モードは、受光領域ＰＳを複数の領域に分割するとともに、そのうちの任意の分割領域を注目領域として選択し、その注目領域内の調光用受光素子２２からの出力電荷量の積分値の平均値に応じてストロボ２４０を制御するモードである。注目領域には、たとえば画角中央領域、主要被写体領域などがあり、これらの選択はユーザにより行われる。
【００３０】
ストロボ２４０は、個別に駆動制御可能な複数の白色ＬＥＤ（発光源）を備えている。
【００３１】
ＥＥＰＲＯＭ２５０には、このデジタルカメラ１００の各種機能を実現するためのプログラムとデータが格納されている。ＣＰＵ２６０は、ＥＥＰＲＯＭ２５０に格納されているプログラムを実行することにより、このデジタルカメラ１００を統括制御する。
【００３２】
上記のように構成されたデジタルカメラ１００は、各撮像用受光素子２１に隣接させて受光領域ＰＳ内に配置された調光用受光素子２１で被写体からの反射光を受光し、その受光量に応じてストロボ２４０の光量を制御する。イメージセンサ１２０の受光領域ＰＳ内に調光用受光素子２２が設けられているため、レンズ１１１と調光用受光素子２２との間にパララックスが存在しない。したがって、パララックスによる調光誤差を無くし、適切な露光量で撮像を行うことができる。
【００３３】
図４のフローチャートに従ってデジタルカメラ１００の静止画モードにおける撮像動作について説明する。
【００３４】
レリーズボタン２２１が押圧されると（Ｓ１でＹｅｓ）、ストロボ２４０をプレ発光（事前発光）させた後（Ｓ２）、調光モードが全体調光モードであるか重点調光モードであるかを調べる（Ｓ３）。全体調光モードであれば（Ｓ３でＹｅｓ）、イメージセンサ１２０の全受光信号から受光領域ＰＳ全体における調光用受光素子２２の出力電荷量の積分値Ｓ０を求め（Ｓ４）、その平均値Ｓ０／Ｎ０（Ｎ０は調光用受光素子の全素子数）に応じてストロボ２４０の光量を設定した後（Ｓ５）、ストロボ２４０を発光させるとともに（Ｓ６）、イメージセンサ１２０により撮像する（Ｓ７）。
【００３５】
このように、受光領域ＰＳ全体における調光用受光素子２２の出力電荷量の積分値を算出し、その平均値に応じてストロボ２４０の光量を制御することにより、画角全体を適切に調光して撮像を行うことができる。
【００３６】
重点調光モードの場合（Ｓ３でＮｏ）、イメージセンサ１２０の受光領域ＰＳを複数に分割し、注目領域として選択されている分割領域の受光信号からその分割領域における調光用受光素子２２の出力電荷量の積分値Ｓ１を求め（Ｓ８）、その平均値Ｓ１／Ｎ１（Ｎ１は該当する分割領域内の調光用受光素子数）に応じてストロボ２４０の光量を設定した後（Ｓ９）、ストロボ２４０を発光させるとともに（Ｓ６）、イメージセンサ１２０により撮像する（Ｓ７）。
【００３７】
このように、イメージセンサ１２０の受光領域ＰＳを複数に分割し、そのうちの注目領域における調光用受光素子２２の出力電荷量の積分値を算出し、その平均値に応じてストロボ２４０の光量を制御することにより、画角中心領域や主要被写体領域など、画角内の任意の領域を適切に調光して撮像を行うことができる。
【００３８】
なお、上記の実施の形態では、イメージセンサの例として、ＣＣＤを用いたハニカム構造のものについて説明したが、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のイメージセンサや、マトリクス構造のイメージセンサを用いることも可能である。
【００３９】
また、上記の例では、ストロボ２４０の制御をストロボ制御部２３０が行うこととしたが、この処理をＣＰＵ２６０が行ってもよいことは無論である。
【００４０】
また、上記の例では、発光源としてＬＥＤを用いたストロボを使用したが、ＬＥＤの代わりに発光管を用いたストロボを使用することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデジタルカメラは、撮像レンズと調光用受光素子との間のパララックスを無くすことができるので、高精度に調光して撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデジタルカメラに搭載されるイメージセンサの構成例を示す平面図である。
【図２】本発明のデジタルカメラに搭載されるイメージセンサの構成例を示す概念図である。
（ａ）は受光領域の部分平面図である。
（ｂ）は（ａ）中のＩＢ線に沿った断面図である。
（ｃ）は（ａ）中のＩＣ線に沿った断面図である。
【図３】本発明にかかるデジタルカメラの全体の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明にかかるデジタルカメラの撮像動作を例示するフローチャートである。
【符号の説明】
ＰＩＸ：画素
ＰＳ：受光領域
２１：撮像用受光素子
２２：調光用受光素子
１００：デジタルカメラ
１１０：光学系
１２０：イメージセンサ
２４０：ストロボ
２５０：ストロボ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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