JP2019004416A - 撮像装置、その制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の出力を用いて測光を行う際に撮像光学系の絞りに影響を受けることなく測光を行う。
【解決手段】カメラマイコン１０１は入力部１１２の操作に応じて、撮像素子１０２の出力である画像信号に応じた画像をスルー画として表示部に表示する表示モードとスルー画を表示部に表示しない非表示モードとを切り換える。カメラマイコンは、測光の際に撮像素子に電荷を蓄積する蓄積時間の下限値を、表示モードでは第１の下限値に制御し、非表示モードでは第１の下限値よりも低い第２の下限値に制御する。
【選択図】図２

Description

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、撮像素子を用いた測光制御に関する。

一般に、デジタルカメラなどの撮像装置には、所謂ライブビュー機能を有するものがある。ライブビュー機能では、撮像素子から連続的に読み出した画像信号に応じた画像を、液晶ディスプレイなどの表示装置に順次表示する。これによって、ユーザは容易に被写体の確認を行うことができる。

一方、光学ファインダーによって被写体を確認する際には、被写体をリアルタイムに観測できるという利点があり、ライブビュー機能が搭載された撮像装置においても、光学ファインダーとライブビュー機能とを切り替え可能なものがある。

光学ファインダーとライブビュー機能の双方を搭載する際には、一般に、撮像光学系を透過した光学像を光学ファインダーおよび撮像素子のいずれかに導くように、光路分割用ミラーの位置が切り替えられる。よって、測光装置および測距装置はそれぞれ２つ必要となって、回路構成が複雑となる。

上述のような回路構成の複雑化を防止するため、例えば、ハーフミラーで構成された光路分割用ミラーが撮像光学系から撮像素子までの光路中に設定される場合の測光および測距処理について提案したものがある（特許文献１参照）。ここでは、光路分割用ミラーを透過した光学像に応じて撮像素子から出力される画像信号および焦点検出用信号を用いて測光および測距処理を行っている。

さらに、ハーフミラーを透過した光学像では光量が不足する場合に、光路分割用ミラーを退避させて測光を行うようにしたものがある（特許文献２参照）。

特開２０１０−１６７６２号公報 特開２０１０−７２２０１号公報

ところで、ライブビューの際には、測光は撮像素子から読み出された画像信号に基づいて行われる。この際には、撮像素子から出力されるアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル画像信号に変換して測光が行われる。そして、撮像素子から読み出された画像信号に応じた測光輝度範囲はＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジ特性によって決定される。例えば、Ａ／Ｄ変換器の出力が１４ビットであれば±３段程度が測光輝度範囲となる。

図４は、従来の撮像装置におけるライブビュー中の測光制御を説明するための図である。

いま、ライブビューにおける制御目標とする明るさよりも３段を超える明るさの被写体を測光するとする。この場合、前述のように、測光輝度範囲に制約があると、撮像素子の蓄積時間（ＴＶ）、読み出しゲイン（ＩＳＯ）、および絞り（ＡＶ）を切り替えつつ複数回の測光を行う必要がある。

ここで、光学ファインダーを使用している際に撮像素子から読み出した画像信号による測光を行うとする。ライブビュー中と同様に測光を行うと、撮像光学系の絞りを制御することになる。

一方、光学ファインダーの像は一般に明るい方が望ましい。さらに、ピントの確認を光学ファインダーで行う際には絞りが小絞りでは被写界深度が深くピント確認が困難となる。よって、絞りは開放であることが望ましい。この点は、撮像素子から読み出した画像信号によって測距を行う場合も同様であり、絞りが小絞りでは精度よく測距を行うことができない。ところが、絞りを開放に固定すると、高輝度側における測光限界が狭まってしまうという問題点がある。

そこで、本発明の目的は、撮像素子の出力を用いて測光を行う際に撮像光学系の絞りに影響を受けることなく測光を行う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。

上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子の出力である画像信号に応じた画像をスルー画として表示部に表示する表示モードと前記スルー画を前記表示部に表示しない非表示モードとを切り換える切り換え手段と、測光の際に前記撮像素子に電荷を蓄積する蓄積時間の下限値を、前記表示モードでは第１の下限値に制御し、前記非表示モードでは前記第１の下限値よりも低い第２の下限値に制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の出力を用いて測光を行う際に撮像光学系の絞りに影響を受けることなく測光を行うことができる。

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図である。 図１に示すカメラで行われる撮影処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図１に示すカメラにおいて用いられるシャッタースピードの一例を示す図である。 従来の撮像装置におけるライブビュー中の測光制御を説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態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。

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図である。

図示の撮像装置は、例えば、一眼レフタイプのデジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、撮像装置本体（カメラ本体）１００および交換レンズユニット（以下単に交換レンズと呼ぶ）２００を有している。そして、交換レンズ２００はカメラ本体１００に着脱可能である。

カメラ本体１００はマイクロコンピュータ（ＣＣＰＵ：以下カメラマイコンと呼ぶ）１０１を有しており、図示はしないが、カメラマイコン１０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭなどを備えている。そして、カメラマイコン１０１はカメラ全体の制御を司る。

撮像素子１０２は、赤外カットフィルタおよびローパスフィルタなどを備えるＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像素子１０２には交換レンズ２００を介して光学像（被写体像）が結像する。

撮像素子１０２の前側にはシャッター１０３が配置され、シャッター１０３は撮像素子１０２から画像を読み出す際には撮像素子１０２を遮光する。一方、ライブビュー又は撮影の際には、シャッター１０２が開かれて撮像素子１０２に光学像が結像する。

なお、図示はしないが、シャッター制御回路は、カメラマイコン１０１の制御下でシャッターを駆動制御する。ここでは、シャッター１０３はフォーカルプレンシャッターであり、シャッター制御回路はフォーカルプレンシャッターを構成するシャッター駆動マグネットを制御してシャッター幕を走行させて露出動作を行う。

さらに、シャッター１０３にはフォトインタラプタが内蔵され、フォトインタラプタによってシャッター１０３の羽の位置が検出され、カメラマイコン１０１は当該検出結果に応じてシャッター走行完了などのタイミングを判定する。

シャッター１０３の前側には、ハーフミラーで構成される光束分割器１０４が配置されている。光束分割器１０４は非撮影時および非ライブビュー時に、交換レンズ２００から入射する光の一部を反射してピント板１０５に結像させる。ユーザはピント板１０５に結像した光学像を光学ファインダーで目視してピントを確認する。

測光回路（ＡＥ）１０６は、デジタル信号処理回路（以下単に信号処理回路と呼ぶ）１１１と協働して、撮像素子１０２によって得られた画像信号に応じて測光制御を行う。焦点検出回路（ＡＦ）１０７は、信号処理回路１１１と協働して、撮像素子１０２によって得られた画像信号に応じて焦点検出を行う。

ゲイン切換え回路１０８は撮像素子１０２の出力を増幅するための増幅ゲインを切換える。増幅ゲインの切換えは、撮影の条件およびユーザの入力などに応じてカメラマイコン１０１によって制御される。Ａ／Ｄ変換器１０９は撮像素子１０２の出力であるアナログ画像信号（増幅後）をデジタル画像信号に変換する。タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１０はＡ／Ｄ変換器１０９へのアナログ画像信号の入力とＡ／Ｄ変換器１０９の変換タイミングとを同期させるためのタイミング信号を出力する。

信号処理回路１１１は、所定のパラメータに基づいて、Ａ／Ｄ変換器１０９の出力であるデジタル画像信号に所定の画像処理を施して画像データを生成する。ペンタプリズム１１４はピント板１０５に結像した光学像を光学ファインダーに導く。なお、ここでは、画像データを記憶するメモリなどの記憶部については説明を省略する。

カメラ本体１００には、レンズマウント（図示せず）が備えられており、このレンズマウントは後述するレンズマイコン２０１とのインタフェースである。レンズマウントは、レンズマイコン２０１とカメラマイコン１０１とがデータ通信するための通信端子を備えている。当該データ通信によってカメラマイコン１０１は交換レンズ２００の種類および状態を知ることができる。

入力部１１２は、例えば、レリーズボタン（ＳＷ１およびＳＷ２）およびライブビュー切り替えボタンを備えている。さらに、入力部１１２には、測光モードの切り替え、ＡＦエリアの任意選択モードと多点／顔追尾モードとの切り替えを行うスイッチおよびボタンが疎に得られている。また、入力部１１２はシャッター速度優先モードと絞り優先モードを含む撮影モードの切り替えダイヤルなどを有しており、ユーザはカメラの設定などを、入力部１１２を用いて入力することができる。なお、ＳＷ１は測光釦を兼ねている。

表示部１１３には、設定された各種モードおよびその他の撮影情報、そして、撮影によって得られた画像などが表示される。なお、表示部１１３には液晶表示装置および発光素子などが備えられている。

交換レンズ２００は、マイクロコンピュータ（ＬＰＵ：以下レンズマイコンと呼ぶ）２０１を有しており、図示はしないが、レンズマイコン２０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭなどを備えている。そして、レンズマイコン２０１は交換レンズ全体の制御を司る。

レンズ群２０２は複数枚のレンズを備えており、例えば、レンズ群２０２には、光軸に沿って移動し焦点調節を行うフォーカスレンズが含まれている。

レンズ駆動部２０３はレンズ群２０２を光軸に沿って移動させる。カメラマイコン２０１は焦点検出回路１０７の出力に基づいてレンズ群２０２の駆動量を求める。そして、レンズマイコン２０１は当該駆動量に基づいてレンズ駆動部２０３を制御して、レンズ群２０２を合焦位置に移動させる。

なお、レンズ群２０２を駆動する際には、エンコーダ２０４によってレンズ群２０２の位置が検出される。そして、レンズマイコン２０１はエンコーダ２０４による検出結果に応じてレンズ駆動部２０３を制御する。さらに、焦点検出の際には、カメラマイコン１０１からレンズマイコン２０１にレンズ群２０２の駆動方向および駆動速度が送られる。そして、レンズマイコン２０１は、当該駆動方向および駆動速度に基づいてレンズ群２０２を駆動制御する。

絞り２０５は光量を調節する際に用いられる。絞り駆動回路２０６は、レンズマイコン２０１の制御下で絞り２０５を駆動する。なお、絞り２０５を制御する際に必要な絞り駆動量はカメラマイコン１０１からレンズマイコン２０１に通知される。なお、レンズ群２０２の焦点距離は単焦点であっても、ズームレンズのように焦点距離が可変であってもよい。

図２は、図１に示すカメラで行われる撮影処理の一例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、カメラマイコン１０１の制御下で行われる。

まず、カメラマイコン１０１は入力部１１２で設定されたファインダーモードがライブビューモード（ＬＶ）であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここでは、ユーザは入力部１１２に備えられたＬＶ開始ボタンによって光学ファインダーモード（非表示モード）およびライブビューモード（ＬＶ：表示モード）を選択的に切り替えることができる。

光学ファインダーモードにおいては、光束分割器１０４がダウン位置、つまり、撮影光路に配置されて、ピント板１０５に結像した光学像をペンタプリズム１１４を介して光学ファインダーで観測することができる。一方、ライブビューモードにおいては、は光束分割器１０４がアップ位置、つまり、撮影光路から退避した位置となり、撮像素子１０２によって得られた画像を表示部１１３で観測することができる。

ファインダーモードがＬＶであると（ステップＳ１０１において、ＹＥＳ）、カメラマイコン１０１は、撮像素子１０２における電荷蓄積時間について高速秒時側の限界時間（第１の限界時間：第１の下限値）を設定する（ステップＳ１０２）。なお、ここでは、限界時間としてＴＶ値が設定される。

図３は、図１に示すカメラにおいて用いられるシャッタースピードの一例を示す図である。

図３においては、上段に１／８段刻みに規定されたＴＶ値の実時間（秒）が示され、示され、下段には設定可能なＨＤ数への換算が示されている。図１に示す撮像素子１０２においては、電荷蓄積制御はローリングシャッター方式で行われ、電荷蓄積時間の分解能は水平１ライン毎の読み出し周期であるＨＤクロックの基準単位時間で決定される。ここでは、ＨＤの単位時間が１５μ秒である場合について換算表が示されている。

例えば、ＴＶ１／３０秒の場合には、ＨＤ数として”２０８３”が設定される。下段の表において斜線で示す部分は１／８段刻みにおけるＴＶ値設定がリニアリティーを保てない領域を示す。例えば、ＴＶ１／４０００秒＋７／８とＴＶ１／８０００秒では、本来であれば１／８段の露出差が必要になる。ところが、ＨＤの単位時間に対して電荷蓄積時間の差が相対的に短くなるので、ＨＤ数への換算値については双方ともに”８”という値となってしまい、露出差が確保できない。

再び、図２を参照して、前述のステップＳ１０２の処理では、カメラマイコン１０１はライブビューモードの露出制御に用いる第１の限界時間である最短蓄積時間（ＭｉｎＴＶ）として１／４０００秒を設定する。つまり、１／８段刻みにおける露出制御を考慮した場合にリニアリティーを保って露出制御が可能な範囲でＴＶ値を制御することになる。

続いて、カメラマイコン１０１は、露出制御における絞り範囲と制御可能なＢＶ範囲（輝度制御範囲）とを決定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の処理では、カメラマイコン１０１はＴＶ範囲と交換レンズ２００の絞り制御範囲とに基づいて露出制御のＢＶ範囲を決定する。この際、カメラマイコン１０１は最小ＡＶ（ＭｉｎＡＶ）として小絞りを設定する。ここでは、ＩＳＯ感度についてはＩＳＯ１００からＩＳＯ６４００まで制限なく使用可能なものとする。露出制御ＢＶ値とは、輝度レベルを表しており、既知のＡＰＥＸ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）演算を用いて次の式（１）および式（２）によって求めることができる。

ＥＶ＝ＢＶ＋ＳＶ＝ＴＶ＋ＡＶ （１）
ＢＶ＝ＴＶ＋ＡＶ―ＳＶ （２）
ここで、ＴＶはシャッター速度、ＡＶは絞り値、ＳＶはＩＳＯ感度、ＥＶは被写体輝度を示す。

ファインダーモードがＬＶでないと（ステップＳ１０１において、ＮＯ）、カメラマイコン１０１は、光学ファインダーモードで用いる測光および測距用の限界時間（第２の限界時間：第２の下限値）を設定する（ステップＳ１０４）。例えば、カメラマイコン１０１は第２の限界時間を示す最短蓄積時間（ＭｉｎＴＶ）として１／６４０００秒を設定する。１／６４０００秒は蓄積時間では１５μ秒を設定すればよいが、前後のＴＶ値に対して１／８段のリニアリティーは保証することができない。

光学ファインダーモードにおいては、所謂スルー画を表示しないので、露出を滑らかに切り替える必要はなく、さらに、１／８段単位で適正露出を実現する必要もない。よって、図４に関連して説明したように、適正露出から所定の範囲、例えば、±３段の範囲に露出制御されていれば適正露出の測光が可能となる。

次に、カメラマイコン１０１は、ステップＳ１０４の処理で決定したＴＶ範囲と交換レンズ２００の絞り開放値から露出制御ＢＶ範囲を決定する（ステップＳ１０５）。この際、カメラマイコン１０１はＭｉｎＡＶを開放とする。

ステップＳ１０３又はＳ１０５の処理の後、カメラマイコン１０１は測光結果に基づいて露出制御目標となるＢＶ値（目標ＢＶ値（目標輝度値））を決定する（ステップＳ１０６）。そして、カメラマイコン１０１は目標ＢＶ値が露出制御ＢＶ範囲（制御ＢＶ限界範囲）であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

目標ＢＶ値が制御ＢＶ限界範囲でないと（ステップＳ１０７において、ＮＯ）、カメラマイコン１０１は目標ＢＶ値を制御ＢＶ限界でクリップしてクリップ目標輝度値とする（ステップＳ１０８）。そして、カメラマイコン１０１は目標ＢＶ値に基づいてライブビューおよび測光の際の露出制御値を更新して撮像素子１０２の露出制御を行う（ステップＳ１０９）。なお、目標ＢＶ値が制御ＢＶ限界範囲であると（ステップＳ１０７において、ＹＥＳ）、カメラマイコン１０１はステップＳ１０９の処理に進む。

ここでは、ライブビューおよび測光の際の露出制御値は静止画撮影のために設定されたシャッター速度および絞り値とは無関係に決定することができる。そして、ライブビューモードで表示されるスルー画の明るさは撮影によって得られた静止画の明るさとほぼ等しくなる。

続いて、カメラマイコン１０１はＳＷ１がオンであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ＳＷ１がオフであると（ステップＳ１１０において、ＮＯ）、カメラマイコン１０１はステップＳ１０６の処理に戻る。一方、ＳＷ１がオンとなると（ステップＳ１１０において、ＹＥＳ）、カメラマイコン１１０は今までの測光結果に基づいて静止画撮影用の露出パラメータを決定する（ステップＳ１１１）。ここでは、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理で決定したライブビューおよび測光用のＴＶ範囲およびＡＶ範囲とは無関係に露出パラメータを決定することができる。

次に、カメラマイコン１０１はＳＷ２がオンされたか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ＳＷ２がオフであると（ステップＳ１１２において、ＮＯ）、カメラマイコン１０１はステップＳ１０６の処理に戻る。一方、ＳＷ２がオンとなると（ステップＳ１１２において、ＹＥＳ）、カメラマイコン１０１は、ステップＳ１１１の処理で決定した露出パラメータに応じて静止画撮影を行う（ステップＳ１１３）。そして、カメラマイコン１０１は撮影処理を終了する。

このように、本発明の実施の形態では、スルー画を表示するライブビューモードにおいては撮像素子１０２の電荷蓄積時間を、段階的に所定の露出差を実現可能な範囲に制御する。これによって、スルー画の露出変化が滑らかとなる。一方、スルー画を表示しない光学ファインダーモードにおいては設定可能な電荷蓄積時間の短秒側限界まで用いる。これによって、絞り開放による測光制御を行うことができる。

この結果、本発明の実施の形態では、撮像素子による測光を撮像光学系の小絞り領域を用いることなく、つまり、撮像光学系の絞りに影響を受けることなく測光を行うことができる。

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。

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。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０１ カメラマイコン（ＣＣＰＵ）
１０２ 撮像素子
１０３ シャッター
１０６ 測光回路（ＡＥ）
１０８ ゲイン切換え回路
１１１ 信号処理回路
１１２ 入力部
２０１ レンズマイコン（ＬＰＵ）
２０５ 絞り
２０６ 絞り駆動回路

Claims (11)

1. 光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、
   前記撮像素子の出力である画像信号に応じた画像をスルー画として表示部に表示する表示モードと前記スルー画を前記表示部に表示しない非表示モードとを切り換える切り換え手段と、
   測光の際に前記撮像素子に電荷を蓄積する蓄積時間の下限値を、前記表示モードでは第１の下限値に制御し、前記非表示モードでは前記第１の下限値よりも低い第２の下限値に制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記非表示モードにおいては前記測光の際にシャッタースピードの下限値を前記表示モードよりも低くして、前記第２の下限値を前記第１の下限値よりも低く制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記光学像を目視するための光学ファインダーを備え、
   前記制御手段は前記非表示モードにおいては前記光学ファインダーに前記光学像
   を導くことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子の出力である画像信号に基づいて測光を行う測光手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記表示モードの際には、絞りを小絞りとして、シャッタースピードの範囲と絞りの制御範囲とに基づいて輝度制御範囲を決定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記非表示モードの際には、絞りを開放して、シャッタースピードの範囲と絞りの制御範囲とに基づいて輝度制御範囲を決定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記測光手段で得られた測光結果に応じて目標とする輝度値を目標輝度値として決定することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記目標輝度値が前記輝度制御範囲にないと、当該目標輝度値を前記輝度制御範囲の限界でクリップしてクリップ目標輝度値とすることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記目標輝度値又は前記クリップ目標輝度値に基づいて露出制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、
    前記撮像素子の出力である画像信号に応じた画像をスルー画として表示部に表示する表示モードと前記スルー画を前記表示部に表示しない非表示モードとを切り換える切り換えステップと、
    測光の際に前記撮像素子に電荷を蓄積する蓄積時間の下限値を、前記表示モードでは第１の下限値に制御し、前記非表示モードでは前記第１の下限値よりも低い第２の下限値に制御する制御ステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
11. 光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備え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、
    前記撮像素子の出力である画像信号に応じた画像をスルー画として表示部に表示する表示モードと前記スルー画を前記表示部に表示しない非表示モードとを切り換える切り換えステップと、
    測光の際に前記撮像素子に電荷を蓄積する蓄積時間の下限値を、前記表示モードでは第１の下限値に制御し、前記非表示モードでは前記第１の下限値よりも低い第２の下限値に制御する制御ステップと、
    を実行させることを特徴とする制御プログラム。

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