(57)【要約】【課題】画像全体の階調を保ちつつ、高輝度領域の輝度をダイナミックレンジ内に収める。【解決手段】撮像装置は、被写体光を受光して、撮像信号を出力する撮像素子と、被写体光が撮像素子に入射する側に配置され、複数の領域ごとに被写体光の透過率を制御する光透過率制御素子と、撮像信号に基づいて、閾値以上の輝度の被写体光が入射した高輝度領域の輝度を光透過率制御素子で低下させる第１制御部と、高輝度領域以外の領域の輝度を変更する第２制御部と、を有する。【選択図】図１
2017102393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を受光して、撮像信号を出力する撮像素子と、
前記被写体光が前記撮像素子に入射する側に配置され、複数の領域ごとに前記被写体光の透過率を制御する光透過率制御素子と、
前記撮像信号に基づいて、閾値以上の輝度の前記被写体光が入射した高輝度領域の輝度を前記光透過率制御素子で低下させる第１制御部と、
前記高輝度領域以外の領域の輝度を変更する第２制御部と、を有する撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記第２制御部は、前記高輝度領域以外の領域の輝度を前記光透過率制御素子で変更する撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記光透過率制御素子は、前記高輝度領域以外の領域においては、輝度の高い前記被写体光を受光した前記撮像素子の領域に対応する前記領域の透過率を、輝度の低い前記被写体光を受光した前記撮像素子の領域に対応する前記領域の透過率よりも減少量を大きくする撮像装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の撮像装置において、
前記光透過率制御素子は、前記高輝度領域において、最も高い輝度である第１輝度が前記閾値と一致するように、前記領域の透過率を減少させ、前記第１輝度よりも低い第２輝度の前記被写体光を受光した前記撮像素子の領域に対応する前記領域の透過率を、前記第２輝度よりも低い第３輝度の前記被写体光を受光した前記撮像素子の領域に対応する前記領域の透過率よりも減少量を大きくする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記光透過率制御素子の全領域を最大の透過率に設定した状態で前記撮像素子から出力された前記撮像信号に基づいて、輝度が前記閾値と一致する領域を前記高輝度領域として検出する検出部を更に備え、
前記光透過率制御素子は、前記検出した前記高輝度領域のうちの前記第１輝度が前記閾値以下になるまで透過率を減少させたときの減少量と、前記閾値以下となった前記第１輝度を前記閾値と一致させるための比率と、に基づいて、前記第１輝度が前記閾値と一致するように透過率を変更する撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、
前記光透過率制御素子は、前記検出部によって検出された前記高輝度領域に対応する前記領域の透過率を、前記第１輝度が前記閾値以下となるまで減少させる撮像装置。
【請求項７】
請求項２乃至６の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記光透過率制御素子の周辺の温度を検出する温度検出器を備え、
前記光透過率制御素子は、前記温度検出器で検出された前記温度を加味して、前記領域の透過率を制御する撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記第２制御部は、前記高輝度領域以外の領域の前記撮像信号に対して画像処理を施して、前記輝度を変更する撮像装置。
【請求項９】
被写体光を受光して、前記被写体光の輝度に応じた撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像信号に基づいて、閾値以上の輝度の前記被写体光が入射した高輝度領域を検出する検出部と、
前記高輝度領域が検出された場合には、前記高輝度領域における輝度が閾値以下となるように前記撮像素子の出力を制御し、前記高輝度領域以外については入射した前記被写体光の輝度に応じて前記撮像信号の出力を制御する制御部と、を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶シャッタにより撮像素子に入射する被写体光の光量を調整する撮像装置が知られている（たとえば特許文献１）。しかしながら、画像の一部の領域のみ透過率を変更するため、画質が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３６８７号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、撮像装置は、被写体光を受光して、撮像信号を出力する撮像素子と、前記被写体光が前記撮像素子に入射する側に配置され、複数の領域ごとに前記被写体光の透過率を制御する光透過率制御素子と、前記撮像信号に基づいて、閾値以上の輝度の前記被写体光が入射する高輝度領域の輝度を前記光透過率制御素子で低下させる第１制御部と、前記高輝度領域以外の領域の輝度を変更する第２制御部とを有する。
本発明の第２の態様によれば、撮像装置は、被写体光を受光して、前記被写体光の輝度に応じた撮像信号を出力する撮像素子と、前記撮像信号に基づいて、閾値以上の輝度の前記被写体光が入射した高輝度領域を検出する検出部と、前記高輝度領域が検出された場合には、前記高輝度領域における輝度が閾値以下となるように前記撮像素子の出力を制御し、前記高輝度領域以外については入射した前記被写体光の輝度に応じて前記撮像信号の出力を制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】第１の実施の形態による撮像装置の要部構成を示すブロック図
【図２】撮像素子の各画素に入射する被写体光の光量（輝度）を模式的に示す図
【図３】第１の実施の形態による撮像装置の動作を説明するフローチャート
【図４】第２の実施の形態による撮像装置の要部構成を示すブロック図
【図５】第２の実施の形態による撮像装置の動作を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００６】
−第１の実施の形態−
図面を参照して、第１の実施の形態における撮像装置を説明する。図１はデジタルカメラ１の要部構成を示すブロック図である。デジタルカメラ１は、撮影レンズＬ１と、撮像素子１０１と、制御回路１０２と、操作部１０３と、液晶シャッタ１０４と、液晶シャッタ駆動部１０５とを備える。撮影レンズＬ１は、結像レンズや焦点調節レンズ等の種々の光学レンズ群を含んで構成される。なお、図１では撮影レンズＬ１を１枚のレンズで代表して表している。
【０００７】
撮像素子１０１は、撮像面上において行列状に多数配列されたＣＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換素子（画素）や画素の駆動を制御する各種の回路により構成される。撮像素子１０１は、後述する制御回路１０２の制御に応じて駆動して、撮影レンズＬ１を通して入力される被写体像を撮像し、撮像して得た撮像信号を出力する。撮像素子１０１の撮像面には、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）のカラーフィルタが画素位置に対応するように設けられている。撮像素子１０１がカラーフィルタを通して被写体像を撮像するため、撮像素子１０１から出力される撮像信号はＲＧＢ表色系の色情報を有する。
なお、カラーフィルタが設けられる撮像素子１０１に限定されるものではなく、モノクロの撮像素子１０１であっても良いし、光電変換素子が積層された撮像素子１０１でも良い。
【０００８】
制御回路１０２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、制御プログラムに基づいて、デジタルカメラ１の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行したりする演算回路である。制御プログラムは、制御回路１０２内の不図示の不揮発性メモリに格納されている。制御回路１０２は、高輝度検出部１０２ｂと、透過率算出部１０２ｃと、変更部１０２ｄとを機能として備える。高輝度検出部１０２ｂは、撮像素子１０１から出力された撮像信号を用いて、デジタルカメラ１によって画像データ上で再現可能な光量の範囲（すなわちダイナミックレンジ）を超える光量の被写体光が入射した画素を検出する。透過率算出部１０２ｃは、画像全体の階調を保持した状態にて高輝度領域の輝度をデジタルカメラ１のダイナミックレンジ内に収めるような液晶シャッタ１０４の透過率を算出する。変更部１０２ｄは、液晶シャッタ１０４が透過率算出部１０２ｃによって算出された透過率となるように駆動電力を算出し、液晶シャッタ駆動部１０５に駆動信号として出力する。なお、高輝度検出部１０２ｂと、透過率算出部１０２ｃと、変更部１０２ｄとの詳細については説明を後述する。
【０００９】
液晶シャッタ１０４は、撮像素子１０１と撮影レンズＬ１との間に配置される。液晶シャッタ１０４は、複数の素子や素子の駆動を制御する各種の回路により構成され、１つの素子は撮像素子１０１の１つの画素を被覆するような対応関係を有して行列状に二次元配列される。液晶シャッタ１０４は、液晶シャッタ駆動部１０５を介して制御回路１０２により駆動が制御されることにより、撮影レンズＬ１を通過した被写体からの光（被写体光）を透過させるための透過率が各素子ごとに制御可能な光透過率制御素子として機能する。すなわち、液晶シャッタ１０４の各素子は、液晶シャッタ駆動部１０５により供給される電力に応じてその透過率が制御可能な光透過領域である。
なお、液晶シャッタ１０４の各素子が撮像素子１０１の各画素に対して対応関係を有して設けられるものに限定されない。液晶シャッタ１０４の各素子は撮像素子１０１の複数の画素を被覆可能な面積を有しても良いし、液晶シャッタ１０４の複数の素子にて撮像素子１０１の１つの画素を被覆可能となる面積を有しても良い。
また、液晶シャッタ１０４は、カラーフィルタを備える撮像素子１０１に適用しても良いし、モノクロの撮像素子１０１に適用しても良いし、光電変換素子が積層された撮像素子１０１に適用しても良い。
【００１０】
操作部１０３はユーザによって操作される種々の操作部材に対応して設けられた種々のスイッチを含み、操作部材の操作に応じた操作信号を制御回路１０２へ出力する。操作部材は、たとえばレリーズボタンや、不図示のモニタにメニュー画面を表示させるためのメニューボタンや、各種の設定等を選択操作する時に操作される十字キー、十字キーにより選択された設定等を決定するための決定ボタン、撮影モードと再生モードとの間でデジタルカメラ１の動作を切替えるモード切替ボタン等を含む。また、操作部１０３により、撮影モードとして静止画撮影モードや動画撮影モード、撮像素子１０１で撮像した画像をリアルタイムに表示するライブビュー表示を行うためのライブビューモードの設定が可能である。
【００１１】
以下、第１の実施の形態のデジタルカメラ１の動作について説明する。
本実施の形態によるデジタルカメラ１の制御回路１０２は、画像全体の階調を保持した状態にて高輝度領域の輝度をデジタルカメラ１のダイナミックレンジ内に収めるように液晶シャッタ１０４の透過率を制御する。すなわち、制御回路１０２は、高輝度領域の輝度をダイナミックレンジ内に収めるように透過率を決定し、高輝度領域以外については輝度に応じた透過率を決定する。
制御回路１０２の変更部１０２ｄは、ライブビュー画像を生成する際に、液晶シャッタ駆動部１０５に制御信号を出力して、液晶シャッタ１０４の透過率を最大（すなわち透過率を１００パーセント）に設定する。撮像素子１０１は、この状態で撮影レンズＬ１を通過した被写体光を液晶シャッタ１０４を介して受光し、撮像信号を出力する。高輝度検出部１０２ｂは、撮像素子１０１からの撮像信号に基づいて、被写体に高輝度領域が存在するか否かを検出する。この場合、高輝度検出部１０２ｂは、撮像素子１０１の各画素のうち、入射した被写体光の輝度（光量）がデジタルカメラ１のダイナミックレンジの上限値（たとえば８ｂｉｔで２５５）に達した画素を高輝度領域として抽出する。なお、高輝度検出部１０２ｂは、ダイナミックレンジの上限値に限定されず、所定の輝度を閾値として設定し、閾値以上の輝度を有する被写体光が入射した画素を高輝度領域として抽出してもよい。
【００１２】
図２（ａ）に示すように、被写体として中央に太陽等の非常に明るい高輝度被写体Ｓ１が存在する場合、高輝度被写体Ｓ１からの被写体光は他の被写体光と比べて輝度が非常に高くなる。なお、図２（ａ）においては、説明の理解の都合上、高輝度被写体Ｓ１を矩形で示す。図２（ａ）の様な被写体に対して、デジタルカメラ１のダイナミックレンジが無限大と仮定した場合には、撮像素子１０１の各画素に入射する被写体光の輝度は、図２（ｂ）のように模式的に示すことができる。なお、図２（ｂ）では、撮像素子１０１の各画素に付した数字により各画素に入射した被写体光の輝度を示す。この場合、撮像素子１０１の画素のうち、高輝度被写体Ｓ１に対応する位置に配置された画素Ｒ１に入射した被写体光の輝度は、他に配置された画素に入射した被写体光の輝度よりも高い。
【００１３】
ただし、デジタルカメラ１のダイナミックレンジにより、図２（ｂ）に示す輝度の分布に代わり、撮像素子１０１からの撮像信号に基づいて、図２（ｃ）に示す輝度の分布が得られる。図２（ｃ）に示すように、高輝度被写体Ｓ１に対応する位置に配置された画素Ｒ１に入射した被写体光の輝度は、実際に入射した光量に拘わらず全てダイナミックレンジの上限値（本実施形態では２５５）として得られる。高輝度検出部１０２ｂは、この輝度がダイナミックレンジの上限値となった画素Ｒ１を高輝度領域Ｒ２（図２（ｃ）において破線で囲われた領域）として検出する。
【００１４】
透過率算出部１０２ｃは、高輝度検出部１０２ｂにより検出された高輝度領域Ｒ２の輝度がダイナミックレンジに収まるような輝度となるように、被写体光を制限するために必要となる液晶シャッタ１０４の透過率を以下のようにして算出する。
まず、透過率算出部１０２ｃは、最大に設定されている液晶シャッタ１０４の透過率を減少させる。この場合、透過率算出部１０２ｃは、例えば、所定の定数βを用いて、液晶シャッタ１０４の透過率を最大透過率の１／β倍に設定する。変更部１０２ｄは、液晶シャッタ駆動部１０５に制御信号を出力して、液晶シャッタ１０４の透過率を最大透過率の１／β倍に設定する。
【００１５】
高輝度検出部１０２ｂは、この状態で、次フレームの撮像素子１０１から出力された撮像信号に基づいて、高輝度領域Ｒ２の輝度がダイナミックレンジ以上か否かを検出する。換言すると、高輝度検出部１０２ｂは、液晶シャッタ１０４の透過率を最大から１／β倍に減少させた状態で被写体光を受光した場合に、高輝度領域Ｒ２の輝度がダイナミックレンジ以上か否かを検出する。高輝度領域Ｒ２が存在する場合には、高輝度検出部１０ｂは、液晶シャッタ１０４の透過率をさらに１／β倍に減少させた状態、すなわち最大透過率の（１／β）２倍に減少させた状態で、更に次フレームの撮像素子１０１から出力された撮像信号に基づいて、高輝度領域Ｒ２の輝度がダイナミックレンジ以上か否かを検出する。上記の処理は、撮像素子１０１の全ての画素に入射する被写体光の輝度がダイナミックレンジの上限値未満となるまで繰り返し行われる。なお、制御回路１０２は、上記の液晶シャッタ１０４の透過率を１／β倍にする処理を行った回数ｋを所定のメモリ（不図示）に記録する。
【００１６】
上記の処理により、高輝度領域Ｒ２に対応する画素Ｒ１に入射した被写体光の輝度がダイナミックレンジの上限値未満となると、透過率算出部１０２ｃは、ダイナミックレンジの上限値よりも小さくなった輝度のうち、最大輝度の被写体光の輝度をダイナミックレンジと一致させるための比率αを算出する。すなわち、最大輝度は１／βｋに減少しているので、最大輝度（図２（ｂ）における輝度が５００）を１／βｋ倍にした値に比率αを乗じたものがダイナミックレンジの上限値の２５５となるように比率αが算出される。
なお、所定の輝度を閾値として設定し、閾値以上の輝度の被写体光が入射した領域を高輝度領域Ｒ２として検出した場合には、透過率算出部１０２ｃは、最大輝度の被写体光の輝度を閾値と一致させるように比率αを算出しても良い。
【００１７】
透過率算出部１０２ｃは、上記の比率αと、所定の定数βと、透過率を減少させた回数ｋとに基づいて、最大輝度をダイナミックレンジに一致させた場合であっても画像全体の輝度の階調を保持した状態にて撮影するために必要となる液晶シャッタ１０４の透過率を算出する。透過率算出部１０２ｃは、液晶シャッタ１０４の各素子ごとに透過率の算出を行う。
【００１８】
透過率算出部１０２ｃは、液晶シャッタ１０４の透過率を算出するために、各素子ごとに透過率の変更量Ｚを算出する。この変更量Ｚを算出するために、各画素から出力された出力値Ｘ１、詳しくは液晶シャッタ１０４の透過率を１／βｋ倍にして最大輝度がダイナミックレンジの上限値を下回った際に各画素から出力された値から算出した実際の輝度（すなわち図２（ｂ）に示す輝度）Ｘ２と、画像全体の輝度の階調を保持した状態で最大輝度をダイナミックレンジの上限値に一致させるために各画素から出力されるべき出力値Ｙとが用いられる。
【００１９】
まず、透過率の変更量Ｚを算出するため用いる各画素の実際の輝度Ｘ２の算出について説明する。輝度Ｘ２は、各画素からの出力値Ｘ１を用いて算出される。各画素の出力値Ｘ１は、液晶シャッタ１０４の透過率を１／βｋ倍にして最大輝度がダイナミックレンジの上限値を下回った際に各画素から出力された値である。したがって、輝度Ｘ２は、出力値Ｘ１を用いて、式（１）により表される。
Ｘ２＝Ｘ１×βｋ  …（１）
なお、高輝度領域Ｒ２の外部の画素については、液晶シャッタ１０４の透過率を１／βｋ倍にする前の出力値をそのまま実際の輝度Ｘ２として用いても良い。
【００２０】
次に、画像全体の輝度の階調を保持した状態で最大輝度をダイナミックレンジの上限値に一致させるために各画素から出力されるべき出力値Ｙの算出について説明する。出力値Ｙは、式（１）により表される輝度Ｘ２に基づいて、一例として以下の式（２）を用いて表すことができる。
Ｙ＝Ω×（Ｘ２×（α／βｋ）／Ω）γ  …（２）
なお、式（２）において、Ωはダイナミックレンジの上限値（本実施の形態では２５５）、γはガンマ値である。また、式（２）は一例であり、各画素から出力されるべき出力値Ｙを算出可能な他の方法を用いることができる。
【００２１】
透過率の変更量Ｚは、上記の式（１）および（２）を用いて算出された輝度Ｘ２と出力値Ｙとを用いて、次のようにして算出される。透過率算出部１０２ｃは、撮影時に撮像素子１０１の各画素から式（２）で表される出力値Ｙが得られるように、以下の式（３）を用いて、それぞれの画素に対応関係にある液晶シャッタ１０４の各素子ごとに透過率を変更するための変更量Ｚを算出する。
Ｚ＝Ｙ／Ｘ２＝Ω×Ｘ２（γ―１）×（（α／βｋ）／Ω）γ  …（３）
【００２２】
透過率算出部１０２ｃは、液晶シャッタ１０４の各素子の最大透過率に式（３）で算出した変更量Ｚを乗じた値を、撮影時に設定されるべき液晶シャッタ１０４の透過率として算出する。液晶シャッタ１０４の透過率をＴ、液晶シャッタ１０４の最大透過率をＴ０とすると、透過率算出部１０２ｃは、以下の式（４）を用いて、撮影時に設定されるべき液晶シャッタ１０４の透過率Ｔが表される。
Ｔ＝Ｚ×Ｔ０  …（４）
透過率算出部１０２ｃは、以上の処理を液晶シャッタ１０４のそれぞれの素子に対して式（１）〜（４）を用いて、各素子ごとの透過率Ｔを算出する。
【００２３】
なお、液晶シャッタ１０４の全素子の最大透過率Ｔ０はおよそ１００パーセントと見なすことができる。この場合、算出された液晶シャッタ１０４の透過率Ｔは、変更量Ｚに近い値となる。しかし、液晶シャッタ１０４の各画素の最大透過率Ｔ０が１００パーセントと見なせないような誤差がある場合には、変更率Ｚを液晶シャッタ１０４の透過率Ｔとして用いると、輝度の階調が崩れた画像データが生成される虞がある。これに対して、本実施の形態では、透過率Ｔを式（４）を用いて算出することにより、液晶シャッタ１０４の各素子の最大透過率Ｔ０に誤差がある場合であっても、輝度の階調を崩すことなく画像データを生成できる。
【００２４】
変更部１０２ｄは、透過率算出部１０２ｃにより上記式（４）を用いて算出された液晶シャッタ１０４の各素子ごとの透過率Ｔとなるように、液晶シャッタ駆動部１０５に駆動信号を出力する。これにより、液晶シャッタ１０４の各素子は、高輝度領域Ｒ２の輝度がダイナミックレンジ以下となるように透過率が制御され、高輝度領域Ｒ２以外の領域は被写体光の輝度に応じて透過率が変更される。制御回路１０２は、液晶シャッタ１０４の各素子について透過率が変更された状態で、撮影処理を行い、撮像素子１０１に撮像信号を出力させる。換言すると、制御回路１０２は、高輝度領域Ｒ２における輝度がダイナミックレンジ以下となるように撮像素子１０１からの撮像信号の出力を制御し、高輝度領域Ｒ２以外の領域では入射した被写体光の輝度に応じて撮像信号の出力を変更する。制御回路１０２は、この撮像信号を用いて生成した画像データをメモリカード等の記録媒体に記録し、生成した画像データに対応する画像をモニタ（不図示）等に表示する。
【００２５】
図２（ｄ）は、上記のようにして液晶シャッタ１０４の透過率が変更された状態で図２（ａ）の被写体に対して撮影処理を行った場合における撮像素子１０１の各画素からの出力値を模式的に示す。なお、図２（ｄ）では、上記の式（２）、（３）のγの値を１／１．５に設定した場合を示している。高輝度領域Ｒ２に含まれる画素からの出力値は、入射する被写体光の輝度に応じて減衰し、かつ、ダイナミックレンジの上限値に収まる。高輝度領域Ｒ２のうち最大輝度の画素（例えば図２（ｂ）においては輝度が５００）の輝度が減少し、ダイナミックレンジの上限値の２５５と一致する。高輝度領域Ｒ２のうち最大輝度ではないがダイナミックレンジの上限値を超えていた画素（図２（ｂ）においては輝度が４００および３００）の画素は、ダイナミックレンジの上限値に収まる輝度（図２（ｄ）においては輝度が２２０および１８１）に減少する。したがって、画像上における白とびの発生を防ぐことができる。
【００２６】
高輝度領域Ｒ２以外の画素からの出力値は、入射する被写体光の輝度に応じて減衰する。すなわち、比較的輝度が高い領域の画素（例えば図２（ｂ）においては輝度が１００）については出力値の減少量が大きく、図２（ｄ）に示すように輝度が８７に減少する。輝度が低い領域の画素（図２（ｂ）においては輝度が７０）については出力値の減少量が小さく、図２（ｄ）に示すように輝度が６９に減少する。この結果、高輝度領域Ｒ２の外部の画素からの出力については、液晶シャッタ１０４の透過率を１／βｋ倍にすることなく得られる出力値（すなわち、図２（ｃ）に示す値）から大きく変化させることがない。
【００２７】
これに対して従来の方法を用いて液晶シャッタ１０４の透過率を変更させた場合の輝度の分布を図２（ｅ）に示す。高輝度領域Ｒ２内の画素はダイナミックレンジの上限値に収まる輝度に減少する。しかし、図に斜線を付して示す領域Ｒ３の画素（図２（ｂ）においては輝度が１００）では、輝度が５１にまで減少する。このため、領域Ｒ３の外周部の画素（輝度が１００）との間に大きな輝度の差が発生する。この輝度の差は入射する被写体光には存在しない（図２（ｂ）参照）。すなわち、従来の方法を用いる場合には、高輝度領域Ｒ２の輝度を減少させることにより、本来存在しないコントラストが画像上に発生し、画質が低下する。
【００２８】
本実施の形態では、液晶シャッタ１０４を、透過率算出部１０２ｃによって式（４）を用いて算出された透過率Ｔにした状態で撮影処理を行うことにより、図２（ｄ）に示すように画像全体の輝度の階調を保持することができる。したがって、高輝度領域Ｒ２の輝度を減少させた場合であっても、画像上における黒つぶれの発生や、本来存在しないコントラストの発生を防ぐことができる。
【００２９】
図３に示すフローチャートを参照して、デジタルカメラ１により行われる処理について説明する。図３に示す処理は制御回路１０２でプログラムを実行して行われる。このプログラムは、メモリ（不図示）に格納されており、制御回路１０２により起動され、実行される。
ステップＳ１０１では、液晶シャッタ１０４の全領域の透過率を最大に設定し、撮像素子１０１に撮像信号を出力させてステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、撮像素子１０１の全画素に入射した被写体光の輝度がダイナミックレンジの上限値より小さいか否かを判定する。全画素について、入射した被写体光の輝度がダイナミックレンジの上限値より小さい場合には、ステップＳ１０２が肯定判定されて後述するステップＳ１０８へ進む。ダイナミックレンジの上限値以上の輝度の被写体光が入射した画素が存在する場合には、ステップＳ１０２が否定判定されてステップＳ１０３へ進む。
【００３０】
ステップＳ１０３では、液晶シャッタ１０４の全領域の透過率を最大値の１／β倍に設定し、撮像素子１０１に撮像信号を出力させてステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２と同様に、撮像素子１０１の全画素に入射した被写体光の輝度がダイナミックレンジの上限値より小さいか否かを判定する。全画素について、入射した被写体光の輝度がダイナミックレンジの上限値より小さい場合には、ステップＳ１０４が肯定判定されてステップＳ１０５へ進む。このとき、液晶シャッタ１０４の透過率を１／β倍に設定した回数ｋをメモリ（不図示）に記録する。ダイナミックレンジの上限値以上の輝度の被写体光が入射した画素が存在する場合には、ステップＳ１０４が否定判定されてステップＳ１０３へ戻る。
【００３１】
ステップＳ１０５では、最大輝度の被写体光が入射した画素の出力値をダイナミックレンジと一致させるための比率αを算出してステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、比率α、所定の定数β、回数ｋの値に基づいて、上記の式（４）を用いて、液晶シャッタ１０４の各素子ごとに透過率を算出してステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、液晶シャッタ１０４の各素子の透過率を、ステップＳ１０６で算出された透過率に設定してステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、撮影処理、すなわち撮像素子１０１から出力された撮像信号を用いて画像データを生成して記録、表示等の処理を行って処理を終了する。
【００３２】
上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）液晶シャッタ１０４は、高輝度検出部１０２ｂにより検出された高輝度領域Ｒ２に対応する素子の透過率を制御して高輝度領域Ｒ２の輝度をダイナミックレンジ内に収め、高輝度領域Ｒ２以外の領域に対応する素子については、被写体光の輝度に応じて透過率を変更する。したがって、撮影された画像において、白とびや黒つぶれの発生を抑制しつつ、本来存在しないコントラストの発生を防ぐことができるので、高画質の画像を生成することが可能となる。
【００３３】
（２）液晶シャッタ１０４は、高輝度領域Ｒ２以外の領域においては、輝度の高い被写体光を受光した撮像素子１０１の画素に対応する素子の透過率を、輝度の低い被写体光を受光した撮像素子１０１の画素に対応する素子の透過率よりも減少量を大きくする。したがって、高輝度領域Ｒ２以外の領域において、急激に輝度が変化する領域の発生を防ぐことができる。
【００３４】
（３）液晶シャッタ１０４は、高輝度領域Ｒ２において、最大輝度がダイナミックレンジの上限値と一致するように、最大輝度の被写体光を受光した撮像素子１０１の画素に対応する素子の透過率を減少させる。液晶シャッタ１０４は、高輝度領域Ｒ２のうち最大輝度よりも低い輝度の被写体光を受光した撮像素子１０１の画素に対応する素子の透過率を、さらに低い輝度の被写体光を受光した撮像素子１０１の画素に対応する素子の透過率よりも減少量を大きくする。すなわち、高輝度領域Ｒ２内においても、入射した被写体光の輝度が高い程液晶シャッタ１０４の透過率の減少量を大きくする。したがって、高輝度領域Ｒ２において、白とびの発生を防ぎつつ、高輝度領域Ｒ２内においても急激に輝度が変化する領域の発生を防ぐことができる。
【００３５】
（４）高輝度検出部１０２ｂは、液晶シャッタ１０４の全領域を最大の透過率に設定した状態で撮像素子１０１から出力された撮像信号に基づいて、輝度がダイナミックレンジの上限値と一致する領域を高輝度領域Ｒ２として抽出する。液晶シャッタ１０４は、抽出した高輝度領域Ｒ２のうちの最大輝度がダイナミックレンジを下回るまで透過率を減少させたときの減少量と、ダイナミックレンジを下回った最大輝度をダイナミックレンジの上限値と一致させるための比率と、に基づいて、最大輝度がダイナミックレンジの上限値と一致するように透過率を変更する。したがって、白とびや黒つぶれや本来存在しないコントラストの発生を防ぐために最適な液晶シャッタ１０４の各素子の透過率を決定することができる。
【００３６】
以上で説明した第１の実施の形態のデジタルカメラ１を、次のように変形できる。
（変形例１）
図３のフローチャートのステップＳ１０３において、透過率算出部１０２ｃは、最大に設定されている液晶シャッタ１０４の透過率を１／β倍に設定させながら、最大輝度がダイナミックレンジの上限値に収まるまで透過率を減少させるものに代えて、透過率を減少させる割合を徐々に小さくしても良い。この場合、透過率算出部１０２ｃは、１回目の処理で液晶シャッタ１０４の透過率を１／β倍に設定し、２回目でさらに透過率を１／（β＋ｍ）倍（ｍは１以下の値であり、例えば０．１）に設定し、３回目でさらに透過率を１／（β＋ｍ×２）倍に設定すれば良い。すなわち、透過率算出部１０２ｃは、各処理ごとに、液晶シャッタ１０４の透過率を１／（β＋ｍ×（ｋ−１））倍に設定すれば良い。
または、透過率算出部１０２ｃは、１回目の処理で液晶シャッタ１０４の透過率を最大透過率から所定値ｎを減算した値に設定し、２回目の処理でさらに所定値ｎを減算した値に設定する、すなわち透過率をｋｎずつ減少させても良い。
【００３７】
（変形例２）
高輝度検出部１０２ｂは、撮像素子１０１の各画素について被写体光の輝度がダイナミックレンジに収まるか否かを検出するものに代えて、複数の画素が含まれる領域（たとえば９×９の画素領域等）に撮像素子１０１を分割し、各領域ごとに輝度がダイナミックレンジに収まるか否かを検出しても良い。この場合、高輝度検出部１０２ｂは、分割した領域に含まれる複数の画素からの出力値を加算し、加算した値がダイナミックレンジに応じて設定された所定の値を超える場合に、高輝度領域Ｒ２として抽出する。ある画素に入射する高輝度の被写体光は、大気や撮影レンズＬ１やローパスフィルタ（不図示）や撮像素子１０１等の影響によりフレアが大きくなるため、近傍の画素に入射する被写体光の輝度も高くなる。したがって、複数の画素を含む領域ごとに高輝度領域Ｒ２を検出しても検出精度を低下させず、かつ、それぞれの画素に対して高輝度領域Ｒ２を検出する場合よりも処理負荷を低減させることができる。
なお、この場合も、上記の変形例１のように、液晶シャッタ１０４の透過率を１／（β＋ｍ×（ｋ−１））倍に減少させても良いし、ｋｎずつ減少させても良い。
【００３８】
（変形例３）
図３のフローチャートのステップＳ１０３において、高輝度検出部１０２ｂは、液晶シャッタ１０４の全領域の透過率を１／β倍ずつ減少させるものに代えて、最初のフレーム画像にてダイナミックレンジ以上の輝度の被写体光が入射した画素に対応する液晶シャッタ１０４の素子のみ透過率を減少させても良い。換言すると、ダイナミックレンジを下回る輝度の被写体光が入射した画素については、対応する液晶シャッタ１０４の素子の透過率は最大のままに設定される。この結果、モニタ（不図示）に表示されるライブビュー画像の高輝度領域Ｒ２に相当する一部の領域のみが徐々に暗くなるので、ライブビュー画像の全体がフレームレートに相当する時間が経過するごとに暗くなる場合と比べ、ユーザに与える違和感を低減できる。
なお、この場合も、上記の変形例１のように、液晶シャッタ１０４の透過率を１／（β＋ｍ×（ｋ−１））倍に減少させても良いし、ｋｎずつ減少させても良い。また、上記の変形例２のように、複数の画素が含まれる領域に撮像素子１０１を分割して、分割された領域ごとに処理を行っても良い。
【００３９】
−第２の実施の形態−
図面を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、液晶シャッタの周辺の温度に応じて液晶シャッタの駆動電圧を変化させる点が第１の実施の形態と異なる。
【００４０】
図４は、第２の実施の形態による撮像装置としてのデジタルカメラ１の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態のデジタルカメラ１は、第１の実施の形態のデジタルカメラ１の構成に、さらに温度センサ２００を有する。温度センサ２００は、液晶シャッタ１０４の近傍に配置され、液晶シャッタ１０４の周辺の温度を検出する。温度センサ２００は、検出した温度を示す検出信号を制御回路１０２へ出力する。制御回路１０２の変更部１０２ｄは、透過率算出部１０２ｃによって算出された透過率と温度センサ２００で検出された温度とに基づいて駆動電力を算出し、駆動信号として液晶シャッタ駆動部１０５に出力する。
【００４１】
一般的に、液晶シャッタ１０４は周辺の温度に応じて最適な駆動電力が変化する。特に、高温になる程、液晶シャッタ１０４の最適な駆動電力は低下する傾向がある。温度と液晶シャッタ１０４の透過率とに関連付けされた最適な駆動電力は、検査、実験等に基づいて予めメモリ（不図示）にテーブル等の形式にて記録されており、変更部１０２ｄは、検出された温度と、算出された透過率とを用いて、上記のテーブルから最適な駆動電力を読み出す。または、温度と、最適な駆動電力となるための補正値が予めメモリ（不図示）にテーブル形式で記録されていても良い。この場合、変更部１０２ｄは、透過率算出部１０２ｃで算出された透過率に対応する駆動電力を、検出された温度を用いて上記のテーブルから読み出した補正値を用いて補正して、最適な駆動電力を算出しても良い。
【００４２】
図５に示すフローチャートを参照して、デジタルカメラ１により行われる処理について説明する。図５に示す処理は制御回路１０２でプログラムを実行して行われる。このプログラムは、メモリ（不図示）に格納されており、制御回路１０２により起動され、実行される。
ステップＳ２０１では、温度センサ２００によって検出された液晶シャッタ１０４の周辺の温度を取得してステップＳ２０２へ進む。ステップＳ２０２（液晶シャッタの透過率を最大に設定）からステップＳ２０９（撮影）までの処理は、図３のステップＳ１０１（液晶シャッタの透過率を最大に設定）からステップＳ１０８（撮影）までの処理と同様の処理を行う。ただし、ステップＳ２０２、ステップＳ２０４およびステップＳ２０８においては、ステップＳ２０１にて検出された温度に基づいて、液晶シャッタ１０４の駆動電力に対する温度の影響が加味された駆動信号が出力されることにより液晶シャッタ１０４の透過率が変更される。
【００４３】
上述した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態により得られた（１）〜（４）の作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
液晶シャッタ１０４の周辺の温度を検出する温度センサ２００を備え、液晶シャッタ１０４は、温度センサ２００で検出された温度を加味して素子の透過率を制御する。即ち、液晶シャッタ駆動部１０５から、温度による影響が加味された駆動信号により液晶シャッタ１０４の透過率が制御される。したがって、デジタルカメラ１が使用される環境や、デジタルカメラ１の使用に伴う内部の温度変化に関わらず、所望の透過率を得ることができる。
【００４４】
上述した第１および第２の実施の形態と、変形例１〜３では、高輝度領域Ｒ２の輝度と高輝度領域Ｒ２以外の領域の輝度とを液晶シャッタ１０４の各素子の透過率を制御して変更したが、これに限定されない。この場合、たとえば、高輝度領域Ｒ２の輝度については、公知の方法と同様にして、液晶シャッタ１０４の高輝度領域Ｒ２に対応する素子の透過率を制御して輝度をダイナミックレンジ内に収める。高輝度領域Ｒ２以外の領域については、撮像素子１０１から出力された撮像信号に対して画像処理を施すことにより輝度を変更する。これにより、本来存在しないコントラストの発生を防ぎ、高画質の画像を生成することが可能となる。
【００４５】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１…デジタルカメラ、１０１…撮像素子、１０２…制御回路、
１０２ｂ…高輝度検出部、１０２ｃ…透過率算出部、１０２ｄ…変更部、
１０４…液晶シャッタ、１０５…液晶シャッタ駆動部、２００…温度センサ
【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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