JP4426427B2 - カメラ及び露出制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラ及び露出制御方法に関する。また、本発明は、起動時間の短縮を可能にするカメラ及び露出制御方法に関する。

従来、自動焦点調節（ＡＦ）用の測距センサと自動露出調節（ＡＥ）用の測光センサとを備えるデジタルカメラがある。また、ＡＥ用の測光センサをＡＦ用の測距センサと兼用し、測距センサの出力を用いてスポット測光データを得るデジタルカメラが提案されている。そして、測距センサの分光感度に起因する測光誤差を低減し、測距センサの出力から正確なスポット測光情報を得ようとするカメラも提案されている（特許文献１参照）。

ところで、デジタルカメラでは、本撮影（被写体の画像データの記憶）の前に、露出及びフォーカス（合焦位置）を決めるために事前に画像を継続的に取り込み、表示デバイスに表示させることが一般的になっている。撮影者は、表示画像を見ながらフレーミングを決定し、取り込み画像の輝度レベル及び合焦位置の確認をすることができる。ここで、ＡＥは、取り込み画像の輝度レベルが目標レベルになっているか否かを評価することで行う。そして、目標レベルでない場合は、取り込み画像の輝度レベルに基づいて絞り及びシャッタースピードなどを徐々に変更するフィードバック制御により、適切な露出に近づけてゆく。

一方、デジタルカメラの電源投入直後は、今撮ろうとする画像のデータがデジタルカメラ内にない状態である。そこで、電源投入直後は、予め定めた基準値（固定値）又は過去の電源ＯＦＦの直前等に記録した取り込み画像のデータ等（電源ＯＦＦ時の値）を読み出して、これを前記フィードバック制御における初期値として絞り及びシャッタースピードなどを再設定することによりＡＥすることが一般的である。
特開平９−２０３８５７号公報

しかしながら、従来のデジタルカメラは、極端に被写体輝度が明るい又は暗い状況下で電源投入した場合では、固定値から露出が適切な状態に安定するまでに時間を要することになる。また、過去の電源ＯＦＦ時の値を読み出す場合においても、その電源ＯＦＦ時と現在との撮影環境が大きく異なった場合は、固定値を用いるとき以上に、露出が安定するまでに時間を要することとなる。したがって、従来のデジタルカメラでは、電源投入時から露出が適切な状態に安定するまでに時間を要し、電源投入から１枚目が撮影可能となるまでの時間（起動時間）の短縮化を妨げているという問題点がある。また、特許文献１に記載されたカメラにおいても、電源投入時などにおいて露出を迅速に適切な状態に近づけて、起動時間を短くするという技術思想がない。現在のデジタルカメラなどでは、起動時間の長短が製品価値についての大きな判断要素となっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、起動時において露出を適正な状態に迅速に近づけることができ、起動時間を短縮することができるカメラ及び露出制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、被写体の輝度が急激に変化した場合でも、露出を適正な状態に迅速に近づけることができるカメラ及び露出制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のカメラは、被写体を撮像する撮像手段（レンズ、ＣＣＤ等）と、絞りを変更する絞り可変部、シャッタースピードを変更するシャッタースピード可変部、前記撮像手段の出力についての増幅度を可変するゲイン可変部のうちの少なくとも１つからなるものであって、前記撮像手段における露出状態を変更する露出変更手段と、前記撮像手段の出力に基づいて前記露出変更手段の状態を可変制御する自動露出調節手段と、被写体までの距離を測定するものであって少なくとも光電変換機能を有する測距センサと、前記測距センサの出力に基づいて、少なくとも前記自動露出調節手段における可変制御の初期状態又は基準状態を設定する高速露出制御手段とを有することを特徴とする。

この発明によれば、高速露出制御手段により、ＡＦなどに用いられる測距センサの出力を用いて露出制御における初期値を設定することができる。したがって、本発明は、時間がかかる従来のＡＥ（撮像手段の出力を用いたＡＥ）を実行するの前又はその途中に、高速露出制御手段によって高速に露光状態を最適値近傍に近づけることができる。そこで、本発明は起動時又は被写体の輝度急変時などにおいて露出を適正な状態に迅速に近づけることができ、起動時間及び撮影間隔を短縮することができる。
すなわち、ＡＦなどに用いられる測距センサは、一般に光電変換機能を有するので、被写体の輝度の大まかな値を検出できる。したがって、測距センサが検出した被写体の輝度に基づいて、直接的に高速に露出（絞り、シャッタースピード、ゲイン等）を制御できる。
ここで、従来のデジタルカメラのＡＥでは、撮像手段をなすＣＣＤへの露光期間、ＣＣＤからメモリへの画像データ転送期間及びＡＥ演算期間などが１つの露出制御シーケンスをなしている。この露出制御シーケンスの各期間は、１画面の画像データの取り込み及び転送の基準となる垂直同期信号（ＶＤ）に同期するので、その垂直同期信号の１周期（１フィールド＝１フレーム）が必要となる。そして、従来のＡＥでは、ＣＣＤの出力から被写体の輝度レベルを検出し、その検出結果を用いて露光状態を変更し、さらに輝度レベルの検出及び露光状態の変更を繰り返すフィードバック制御を行っているので、測距センサに基づいて単純に露光制御する高速露出制御手段に比べて、ＡＥに長時間を要する。一方、本発明における高速露出制御手段によれば、１フィールド未満の時間で、露出状態を最適値に近づけることができる。
また、従来のデジタルカメラでは、撮像手段による撮像状態をモニタ表示している。そして、モニタ表示の画像が急に明るくなる又は暗くなると表示品質が悪いとされるので、前記フィードバック制御における１ループでの露光可変量を小さくし、少しずつ露光状態を最適な状態にシフトさせている。これにより、従来のＡＥは、前記ループを多数回繰り返して適切な露光状態にするので、露光制御するのに長時間を要している。
また、カメラの電源投入時においては、被写体の輝度は全く分からない状態であるので、所定の基準値（初期設定値）で取りあえず露光状態を設定し、この状態から被写体輝度に応じた露光に上記フィードバック制御することとなる。これにより、電源投入時の被写体の輝度が非常に小さい又は大きい場合は、従来のＡＥでは上記フィードバック制御に時間がかかり、電源投入後の第１枚目の撮影に長時間がかかってしまう。本発明によれば、このような従来のＡＥをする前に、高速露光制御手段が高速に露光状態を最適値近傍に近づけることができるので、起動時又は被写体の輝度急変時などにおいて露出を適正な状態に迅速に近づけることができ、起動時間及び撮影間隔を短縮することができる。

また、本発明のカメラは、前記自動露出調節手段が、前記撮像手段の出力から該撮像手段が撮像した画像の輝度レベルを検出し、該輝度レベルに基づいて前記露出変更手段を制御することにより、前記画像の輝度レベルが所望レベル（ターゲットレベル）になるように前記露出状態を制御するフィードバック制御部を有する構成とすることが望ましい。
この発明によれば、例えば、高速露出制御手段によって大まかな露出制御を高速に実行した後に、自動露出調節手段によって高精度な露出制御をすることができる。したがって本発明は、露出制御について高速化と高精度化の両立を図ることができる。

また、本発明のカメラは、前記高速露出制御手段が、前記カメラの電源投入の直後に、前記測距センサの出力に基づいて前記自動露出調整手段における初期状態を設定する起動時設定部を有する構成とすることが望ましい。
この発明によれば、カメラの電源投入の直後に、高速露出制御手段が高速に露出制御することができる。したがって、本発明は、デジタルカメラなどで重要視されている起動時間を短縮することができる。

また、本発明のカメラは、前記露出変更手段が、前記カメラの電源投入の後であって、前記自動露出調節手段が前記露出変更手段の状態を設定する前に、前記測距センサの出力に基づいて前記自動露出調整手段における初期状態を設定する起動時設定部を有する構成とすることが望ましい。
この発明によれば、例えば、カメラの電源投入時に、撮像素子ドライバへシャッタースピードなどの画像取り込み諸条件をセットする前に、測距センサを用いて被写体輝度がおおよそどれ位の輝度域にあるかを調べることができる。したがって、本発明は、電源投入時に、従来のＡＥよりも早く、露出についての諸条件を設定でき、起動時間を短縮することができる。

また、本発明のカメラは、前記高速露出制御手段が、前記撮像手段の出力又は前記測距センサの出力に基づいて、所定時間間隔における前記被写体の輝度の変化値が基準値以上か否かを判断し、基準値以上と判断したときに、前記測距センサの出力に基づいて前記自動露出調節手段における可変制御の状態を設定する輝度急変時設定部を有する構成とすることが望ましい。
この発明によれば、カメラ起動後のフレーミング最中などにおいて、被写体輝度が極端に変化したことを検出できる。そして、被写体輝度が極端に変化したとき、測距センサの出力に基づいて、露出を適正な状態に迅速に近づけることがでる。したがって、本発明のカメラは、急激に輝度が変化する被写体を従来よりも高品位に撮影することもできる。

また、本発明のカメラは、前記高速露出制御手段が、前記測距センサの出力に基づいて前記露出変更手段の状態をフィードバック制御する高速フィードバック露出制御部を有し、前記高速フィードバッック露出制御部は、露出状態が適正値を挟んで振動しないようにフィードバック量を小さくするスムーズ表示化部を有する構成とすることが望ましい。
この発明によれば、高速露出制御手段のみによって、最適な露出状態（ＡＥターゲット値）の近傍に露出制御することができる。ここで、高速露出制御手段は、露出状態（すなわちモニタ表示）が明るすぎ・暗すぎを交互に繰り返すようなことを回避することができる。したがって、本発明は、カメラのモニタ表示などで、取り込み画像が最適な露出状態に自然に移っていく。そこで、本発明は、高速な露出制御としながら、モニタ表示などを、常時、高品位な画像にすることができる。

また、本発明のカメラは、前記高速露出制御手段が、複数の露出設定値を予め記憶しており、前記測距センサの出力に基づいて、該複数の露出設定値のうちから１つの露出設定値を選択し、該選択した露出設定値に基づいて前記初期状態又は基準状態を設定する選択部を有する構成とすることが望ましい。
この発明によれば、例えば高速露出制御手段によって、最適な露出設定に近い露出設定値を選んで露出制御することができる。その後は、自動露出調節手段によって高精度に露出制御することができる。そこで、本発明は、構成要素の簡素化を図りつつ、露出制御についての高速化及び高精度化を図ることができる。

また、本発明のカメラは、前記測距センサは、自動焦点調節に用いられるセンサであって、被写体に対して測距用の補助光を投射せずに、該被写体からの光を用いて測距するパッシブＡＦセンサと、被写体に対して測距用の補助光を投射して、該投射時の被写体からの光を用いて測距するアクティブＡＦセンサとのうちのいずれかであることが望ましい。
この発明によれば、従来からＡＦに用いられているパッシブＡＦセンサ又はアクティブＡＦセンサを用いて、高速なＡＥをすることができ、起動時間及び撮影間隔などを短縮することができる。
パッシブＡＦセンサとしては、セパレータレンズ又は２つのレンズと、複数の光電変換素子が直線状に配置されているとともに前記セパレータレンズ又は２つのレンズで集光された光が該複数の光電変換素子のいずれかに照射されるように配置されたラインセンサとを有して構成されるものを用いることが望ましい。
また、アクティブＡＦセンサとしては、受光手段が赤外光のみを取り出すように定常光成分をキャンセルする構成のものがあるが、定常光成分をキャンセルしない構成の方が好ましい。このようにすると、被写体からの大凡の光量検知をすることができる。

また、本発明のカメラは、前記高速露出制御手段が、前記測距センサの出力の積分値に基づいて、少なくとも前記自動露出調節手段における可変制御の初期状態又は基準状態を設定するものであることが望ましい。
この発明によれば、例えば、測距センサとして上記パッシブＡＦセンサを用いた場合、パッシブＡＦセンサを構成するラインセンサの各光電変換素子の出力を積分するだけで、被写体輝度レベルの大まかな値を検出することができる。

上記目的を達成するために、本発明のカメラは、被写体を撮像する撮像手段と、絞りを変更する絞り可変部、シャッタースピードを変更するシャッタースピード可変部、前記撮像手段の出力についての増幅度を可変するゲイン可変部のうちの少なくとも１つからなるものであって、前記撮像手段における露出状態を変更する露出変更手段と、前記撮像手段の出力に基づいて前記露出変更手段の状態を可変制御する自動露出調節手段と、前記被写体に向けて光を照射するフラッシュと、前記フラッシュによって光を照射した時の前記被写体の輝度を検出するフラッシュ調光用センサと、前記フラッシュ調光用センサの出力に基づいて、少なくとも前記自動露出調節手段における可変制御の初期状態又は基準状態を設定する高速露出制御手段とを有することを特徴とする。

この発明によれば、高速露出制御手段により、フラッシュ調光用センサの出力に基づいて露出制御における初期値を設定することができる。したがって、本発明は、時間がかかる従来のＡＥ（撮像手段の出力を用いたＡＥ）を実行するの前又はその途中に、高速露出制御手段によって高速に露光状態を最適値近傍に近づけることができる。そこで、本発明は起動時又は被写体の輝度急変時などにおいて露出を適正な状態に迅速に近づけることができ、起動時間及び撮影間隔を短縮することができる。

上記目的を達成するために、本発明の露出制御方法は、カメラの電源投入直後又は被写体の輝度が急激に変化した時を少なくとも除く時に、撮像手段の出力に基づいて、露出制御し、カメラの電源投入直後又は被写体の輝度が急激に変化した時は、測距センサの出力に基づいて、露出制御することを特徴とする。
この発明によれば、従来のＡＥでは特に時間がかかる電源投入時又は被写体輝度急変時に、測距センサの出力に基づいて、高速に露出制御することができる。したがって、本発明は、カメラにおける起動時間及び撮影間隔を短縮することができ、シャッターチャンスを逃すことを大幅に低減することができる。

本発明によれば、起動時間を短縮することができる。すなわち、撮像手段の出力に対するフィードバック制御によるＡＥの場合、「撮像」、「撮像素子からメモリへの転送」、「ＡＥ演算」などのそれぞれが１フィールド以上ずつ期間を要する。そして、フィードバック制御によるＡＥでは、これらの少なくとも３フィールドを１単位として露出制御値の更新が実行される。このため、初期設定が被写体の輝度レベルとかけ離れていると露出が安定するまで数十フレーム必要となり、１枚目の撮影が可能となる起動時間へ大きな影響を与える。本発明によれば、測距センサなどの出力に基づいて、１フィールド未満の時間で、露出状態を最適値に近い状態（本発明の初期状態又は基準状態）にすることができる。したがって、本発明は、起動時間を短縮でき、撮影間隔を短縮することもできる。

また、本発明によれば、カメラ起動後のフレーミング最中などにおいて、被写体輝度が急激に変化したときも、測距センサなどの出力に基づいて、１フィールド未満の時間で、露出状態を最適値に近い状態にすることができる。したがって、本発明は、急激に輝度が変化する被写体を従来よりも高品位に撮影することもできる。

次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るカメラの全体構成の一例を示すブロック図である。本実施形態では、本発明に係るカメラの一例としてデジタルカメラを挙げて説明する。

本実施形態のデジタルカメラは、ズームレンズ１、アイリス（絞り）２、フォーカスレンズ３、撮像素子（ＣＣＤ）４、ズームモータ５、アイリスモータ６、フォーカスモータ７、タイミング発生器８及びＣＤＳ及びＡＧＣ回路９を有している。ここで、ズームレンズ１、アイリス２、フォーカスレンズ３及び撮像素子４は、被写体を撮像する撮像手段をなしている。

アイリスモータ６は、アイリス２の開度を変更する絞り可変部をなしている。タイミング発生器８は、シャッタースピードを変更するシャッタースピード可変部をなしている。ＣＤＳ(Corelated Double Sampling)及びＡＧＣ(Automatic Gain Control)回路９は、撮像手段の出力をなす撮像素子４の出力について、増幅度を可変するゲイン可変部をなしている。そして、アイリスモータ６と、タイミング発生器８と、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９とは、撮像手段における露出状態を変更する露出変更手段を構成している。

ズームレンズ１の位置は、ズームモータ５により移動可能とされている。アイリス２の開度は、アイリスモータ６により制御可能とされている。フォーカスレンズ３の位置は、フォーカスモータ７により制御可能とされている。ズームレンズ１、アイリス２及びフォーカスレンズ３を介された被写体像光は、撮像素子４の受光面に結像される。

撮像素子４は、その受光面に結像された被写体像光を光電変換する。撮像素子４としては、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)撮像素子、ＣＭＯＳ(Complementary MOS)撮像素子などが用いられる。撮像素子４の前面には、色フィルタが配列されている。色フィルタの配列の構成としては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の原色系フィルタを用いる場合と、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）、Ｙｅ（黄色）の補色系フィルタを用いる場合とがある。撮像素子４は、タイミング発生器８からのタイミング信号により駆動される。

また、本実施形態のデジタルカメラは、Ａ／Ｄコンバータ１０、画像入力コントローラ１１、画像信号処理回路１２、画像圧縮／伸長回路１３、ビデオエンコーダ１４、画像表示装置１５、モータドライバ１６，１７，１８、ＣＰＵ１９、ＡＦ検出回路２０、ＡＥ及びＡＷＢ検出回路２１、メモリ２２、ＶＲＡＭ２３、メディアコントローラ２４、記録メディア２５及びパッシブＡＦセンサ２６を有している。また、本実施形態のデジタルカメラは、シャタースイッチＳＷ１、記録／再生スイッチＳＷ２、ズームスイッチＳＷ３、ストロボスイッチＳＷ４及び撮影モード選択スイッチＳＷ５を有している。

ＣＰＵ１９は、本デジタルカメラ全体を制御するものである。ＡＥ(Automatic Exposure)及びＡＷＢ(Automatic White Balance)検出回路２１は、露光及びホワイトバランスを行うために、画像信号レベルを検出するものである。そして、ＣＰＵ１９とＡＥ及びＡＷＢ検出回路２１とは、撮像素子４の出力に基づいて露出変更手段（アイリスモータ６と、タイミング発生器８と、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９）の状態を可変制御する自動露出調節手段を構成している。

パッシブＡＦセンサ２６は、ＡＦに用いられるセンサであって、被写体までの距離を測定するものであり、光電変換機能を有する測距センサである。例えばパッシブＡＦセンサ２６は、セパレータレンズ（又は平行に配置された２つのレンズ）と、複数の光電変換素子が直線状に配置されているとともに前記セパレータレンズで２箇所に集光された光が該複数の光電変換素子のいずれかに照射されるように配置されたラインセンサとを有して構成される。セパレータレンズで２箇所に結像されたその結像の間隔をラインセンサで検出することにより、被写体までの距離を測定する。また、パッシブＡＦセンサ２６の出力は、本発明に係る高速露出制御手段の入力ともなる。さらに本デジタルカメラについて詳細に説明する。

撮像素子４の出力信号は、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９を介して、Ａ／Ｄコンバータ１０に供給される。Ａ／Ｄコンバータ１０では画像信号がデジタル化される。Ａ／Ｄコンバータ１０の出力信号は、画像入力コントローラ１１を介してＣＰＵ１９に取り込まれる。

ＣＰＵ１９には、シャタースイッチＳＷ１、記録／再生スイッチＳＷ２、ズームスイッチＳＷ３、ストロボスイッチＳＷ４、撮影モード選択スイッチＳＷ５などから入力信号が与えられる。また、ＣＰＵ１９からは、ズームレンズ１を移動させるためのズーム駆動信号、フォーカスレンズ３を移動させるためのフォーカス駆動信号、アイリス２を開閉させるためのアイリス駆動信号、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインを制御するためのゲイン制御信号が出力される。

また、ＣＰＵ１９は、パッシブＡＦセンサ２６の出力を入力する。そして、ＣＰＵ１９は、パッシブＡＦセンサ２６の出力に基づいて、本デジタルカメラから被写体までの距離を算出し、その算出した距離に基づいてフォーカス制御（ＡＦ）をする。すなわち、ＣＰＵ１９は、この算出した距離に応じて、モータドライバ１８を介してフォーカスモータ７にフォーカス駆動信号を与え、フォーカスレンズ３を合焦点の位置に制御する。

ＡＦ(Automatic Focus)検出回路２０は、撮像素子４の出力に基づいてＡＦをためのものである。なお、本デジタルカメラでは、パッシブＡＦセンサを用いてＡＦをすることができるが、より高精度にＡＦするために、ＡＦ検出回路２０を用いたＡＦをすることもできる。したがって、本デジタルカメラでは、ＡＦ検出回路２０は必ずしも必要なものではない。具体的には、ＡＦ検出回路２０は、フォーカス制御を行うために、画像信号の高周波成分レベルを検出する。つまり、合焦点では、画像信号の高周波成分レベルが大きくなる。したがって、画像信号の高周波成分レベルを検出すれば、合焦状態が判断できる。ＡＦ検出回路２０により、画像信号の高周波成分レベルが検出され、この画像信号の高周波成分レベルが所定のフォーカスエリアの間積分されて、ＡＦ評価値が求められる。求められたＡＦ評価値がＣＰＵ１９に供給される。ＣＰＵ１９は、このＡＦ評価値に応じて、モータドライバ１８を介してフォーカスモータ７にフォーカス駆動信号を与え、フォーカスレンズ３を合焦点の位置に制御する。

ＡＥ及びＡＷＢ検出回路２１は、露光及びホワイトバランスを行うために、画像信号レベルを検出するものである。ＡＥ及びＡＷＢ検出回路２１により画像信号レベルが検出され、露光制御信号及びホワイトバランス制御信号が形成される。この露光制御信号及びホワイトバランス制御信号がＣＰＵ１９に供給される。

通常時は、ＡＥ及びＡＷＢ検出回路２１が出力する露光制御信号に応じて、ＣＰＵ１９からアイリス駆動信号が出力されると共に、ゲイン設定信号が出力される。そして、ＣＰＵ１９からのアイリス駆動信号がモータドライバ１７を介してアイリスモータ６に供給され、所定の信号レベルとなるように、アイリス２の開度が制御される。また、ＣＰＵ１９からのゲイン制御がＣＤＳ及びＡＧＣ回路９に供給され、所定の信号レベルとなるように、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインが制御される。また、ＡＥ及びＡＷＢ検出回路２１からのホワイトバランス制御信号に応じて、画像信号処理回路１２で３原色信号のゲインが制御される。この通常時のＡＥ、すなわちＡＥ基本動作については、後で詳細に述べるが、比較的時間のかかる動作である。

起動時、すなわち本デジタルカメラの電源ＯＮの直後は、ＣＰＵ１９がパッシブＡＦセンサ２６の出力に基づいて自動露出調節手段における可変制御の初期状態（又は基準状態）を設定する高速露出制御手段となる。また、被写体の輝度が極端に且つ急激に変化したときも、ＣＰＵ１９は高速露出制御手段となる。このパッシブＡＦセンサ２６を用いたＡＥ動作（高速露出制御手段の動作）についても、後で詳細に述べる。

ズームスイッチＳＷ３は、ズームレンズ１を移動させるスイッチである。すなわち、ズームスイッチＳＷ３が操作されると、これに応じて、ＣＰＵ１９からズーム駆動信号が出力される。このズーム駆動信号がモータドライバ１６を介してズームモータ５に供給されて、ズームレンズ１が移動される。

記録／再生スイッチＳＷ２は、記録モード又は再生モードに設定するスイッチである。記録モードに設定されているとき、撮像素子４の出力信号は、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９を介して、Ａ／Ｄコンバータ１０でデジタル化された後に、画像信号処理回路１２に供給される。画像信号処理回路１２で、ガンマ補正、エッジ強調、ホワイトバランス等の画像処理が行われる。この画像信号は、ビデオエンコーダ１４に供給される。ビデオエンコーダ１４で、コンポーネントカラービデオ信号が形成され、このカラービデオ信号がＶＲＡＭ（Video RAM）２３に展開される。このカラービデオ信号がＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等の画像表示装置１５に供給され、画像表示装置１５に、撮影中のモニタ画像が映出される。

シャタースイッチＳＷ１は、画像を撮影するときに押されるスイッチである。シャタースイッチＳＷ１が押されると、タイミング発生器８にシャッター信号が送られ、そのときの画像が撮像素子４に取り込まれる。そして、このときの１画面分の画像信号がメモリ２２に蓄積される。

メモリ２２に取り込まれた１画面分の画像信号は、画像信号処理回路１２で画像処理が施された後に、画像圧縮／伸長回路１３に供給される。画像圧縮／伸長回路１３は、画像データを圧縮符号化する。画像データの圧縮方式としては、例えば、ＪＰＥＧ(Joint Photographic Experts Group)が用いられる。ＪＰＥＧはＤＣＴ(Discrete Cosine Transform)を用いて画像圧縮するための規格である。なお、画像データの圧縮方式は、ＪＰＥＧに限定されるものではない。

圧縮符号化された画像信号は、メディアコントローラ２４を介して、記録メディア２５に供給され、記録メディア２５に記録される。記録メディア２５は、例えばフラッシュメモリを使ったカード型の着脱自在のメモリが用いられる。なお、記録メディア２５としては、デジタルカメラ内蔵の不揮発メモリ、磁気テープ、磁気ディスク、光ディスクなどを適用してもよい。

再生時には、記録／再生スイッチＳＷ２が再生側に操作される。記録／再生スイッチＳＷ２が再生側に操作されると、再生モードに設定される。再生モードでは、記録メディア２５の画像ファイルが開かれ、画像データが読み出される。記録メディア２５から読み出された画像データは、画像圧縮／伸長回路１３に供給される。画像圧縮／伸長回路１３により、画像信号の伸長処理が行われる。画像圧縮／伸長回路１３の出力がビデオエンコーダ１４に供給される。ビデオエンコーダ１４の出力信号が画像表示装置１５に供給され、画像表示装置１５に再生画像が映出される。

撮影モード選択スイッチＳＷ５は、人物撮影モード、スポーツモード、風景モード、夜間モードなどのなかから、撮影状況などに応じて一つの撮影モードを選択するためのスイッチである。なお、人物撮影モードは、人物の撮影に好適なモードである。スポーツモードは、動きのある被写体を撮影するのに好適なモードである。風景モードは、遠くの風景などを高品位に撮影するのに好適なモードである。夜間モードは、夜景を鮮明に撮るのに好適なモードである。

次に、本デジタルカメラの電源ＯＮ時からの動作を説明する。電源スイッチ（図示せず）の操作にて本デジタルカメラの主電源がＯＮ／ＯＦＦされる。電源ＯＮされると、本デジタルカメラは、メモリ、ズーミング、ＤＳＰ、各種ドライバ（１６、１７、１８）などの初期化を行う。

画像の取り込みは、先ず、撮像素子４での電荷蓄積時間（電子シャッター時間）、アイリス２の開度（絞り）及びメカニカルシャッターによって、露光量を決定する。次いで、その露光量で撮像素子４に露光され、撮像素子４からはアナログ画像信号が出力される。このアナログ画像信号は、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９によってゲイン制御され、Ａ／Ｄコンバータ１０でデジタル画像信号に変換される。このデジタル画像信号は、画像入力コントローラ１１を介してＣＰＵ１９又はメモリ２２に取り込まれる。その後、取り込まれたデジタル画像信号は、画像信号処理回路１２でガンマ補正、エッジ強調、ホワイトバランス、ＹＣ変換等の画像処理が施され、画像圧縮／伸長回路１３でデータ圧縮され、記録メディア２５に記録される。

（ＡＥ基本動作）
図２は、ＡＥ基本動作（通常時のＡＥ）におけるＡＥ測光エリアを示す図である。図２を参照して、本デジタルカメラのＡＥ基本動作について説明する。ＡＥ基本動作は、本発明に係る自動露出調節手段が行うＡＥであり、撮像素子４の出力に基づいて露光制御する動作である。ＡＥ測光エリアは、撮像素子４がなす画面内を５×５のブロックに分割し、画面中央に重みを付けたものである。すなわち、撮像素子４の各画素の出力値について、その画素の位置に応じて重み付けする。ＣＰＵ１９は、撮像素子４の１フレームの出力について、図２のＡＥ測光エリアを用いて加重平均された値により、被写体の輝度レベルを評価し、これをＡＥ評価値とする。下記数１はＡＥ評価値を求める数式の一例である。下記数１において、ｋ（ｈ，ｖ）はＡＥ測光エリアの各ブロックの重み付け係数である。また、Ｙ（ｈ，ｖ）は各ブロック内の入力輝度平均値を示している。

そして、ＣＰＵ１９は、加重平均値（ＡＥ評価値）がターゲット値（適切な露光時の値）よりも大きいとき、すなわち被写体の輝度が明るく露光し過ぎのときは、シャッタースピードを早める、アイリス２の開度を狭める又はＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインを小さくすることにより、撮像素子４への光量を減少させる。逆に、加重平均値がターゲット値よりも小さいときは、シャッタースピードを遅くする、アイリス２の開度を広める又はＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインを大きくすることにより、撮像素子４への光量を増大させる。このように、撮像素子４の出力に基づいてシャッタースピード、絞り、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインなどを制御するのが、本デジタルカメラのＡＥ基本動作である。

図３は、ＡＥ基本動作の一例を示す図である。ＡＥ評価値は、１２ビットで表され、十進数では０〜４０９５までの整数で表されるものとする。ターゲット値は十進数で６４０とする。例えば、ＡＥ評価値が６６０から４０９５の範囲内にある場合は、シャッタースピードを早める、アイリス２の開度を狭める又はＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインを小さくする。これにより、ＡＥ評価値を６２１から６５９の範囲内に追い込む。一方、ＡＥ評価値が０から６２０の範囲内にある場合は、シャッタースピードを遅くする、アイリス２の開度を広める又はＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインを大きくする。これにより、ＡＥ評価値を６２１から６５９の範囲内に追い込む。

図４は、ＡＥ基本動作の具体的なシーケンス例を示す図である。ＡＥ基本動作では、「露光期間」、「転送期間」及び「ＡＥ演算期間」が１つの露光制御シーケンスをなしている。ここで、露光期間は、撮像素子４に露光される期間である。転送期間は、撮像素子４の出力をメモリ２２に転送するのに要する期間である。ＡＥ演算期間は、メモリ２２に転送されたデータについて、数１を用いてＡＥ評価値を算出するとともに、その算出結果に基づいてシャッタースピード、アイリス２の開度及びＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインの変更するのに要する期間である。

そして、１つの露光制御シーケンスが１つのフィードバックループとして多数回繰り替えされて、ＡＥ評価値を６２１から６５９の範囲内にしている。また、露光期間、転送期間及びＡＥ演算期間は、それぞれ垂直同期信号ＶＤに同期している。垂直同期信号ＶＤは、１画面の画像を取り込む又は表示するときの基準となる信号であり、一般に１／３０［秒］間隔のパルスである。そのパルス間隔が１フレーム期間となる。なお、シャッタースピードが１／２５０［秒］であっても、露光期間は１／３０［秒］必要となる。

このように、ＡＥ基本動作のシーケンスでは、３フレーム以上毎にしか露光状態を変更できないので、ターゲット値に追い込むには演算回数（フィードバック回数）×３のフレーム期間を要することとなる。さらに、電源ＯＮ時において、被写体輝度が極端に明るい又は暗い場合など基準状態から離れている場合は、露出（ＡＥ評価値）をターゲット値に追い込むまでに数十フレーム要することもある。したがって、ＡＥ基本動作のみでは、起動時間に大きな影響を与える場合がある。

（パッシブＡＦセンサを利用したＡＥ動作）
図５は、本デジタルカメラにおけるパッシブＡＦセンサを利用したＡＥ動作を説明するための図である。図５を参照して、パッシブＡＦセンサ２６を利用したＡＥ動作について説明する。パッシブＡＦセンサ２６は、セパレータレンズで結像させたときの像間距離から被写体までの距離（ピント）を求める測距用センサである。ここで、パッシブＡＦセンサ２６は、像間距離をラインセンサで検出しているので、精度は比較的低いものの光量の測定にも活用できる。すなわち、パッシブＡＦセンサ２６の出力によって被写体の輝度レベルをおおよそ把握することができる。

ここで、パッシブＡＦセンサ２６はラインセンサを有して構成されるので、パッシブＡＦセンサ２６の出力はそのラインセンサをなす各光電変換素子の出力である。そこで、例えば各光電変換素子から順次出力された値について積分し、その積分値を本実施形態に係るパッシブＡＦセンサ２６の出力としてもよい。なお、ラインセンサをなす各光電変換素子の出力における最大値を、本実施形態に係るパッシブＡＦセンサ２６の出力としてもよい。

ＣＰＵ１９は、パッシブＡＦセンサ２６の出力に基づいて、シャッタースピード、アイリス２の開度又はＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインを制御することで、露出制御することができる。これが、パッシブＡＦセンサ２６を利用したＡＥ動作であり、本発明に係る高速露出制御手段の動作の基本をなすものであり、ＣＰＵ１９がその高速露出制御手段として機能する。

特に、本デジタルカメラでは、パッシブＡＦセンサ２６を利用したＡＥ動作を、電源ＯＮ時（カメラ起動時）に行う。電源ＯＮ時は、メモリ２２などに予め設定した基準値（固定値）又は過去の電源ＯＦＦの直前等に記録した取り込み画像のデータ等（電源ＯＦＦ時の値）を読み出して、これを初期値として、上記ＡＥ基本動作を行う手法が考えられる。しかし、固定値又は電源ＯＦＦ時の値のどちらを用いても、ターゲット値（図３における６２１〜６５９）まで露出制御するのに長時間かかる状況が生じる。

そこで、電源ＯＮ時は、先ず、ＣＰＵ１９がパッシブＡＦセンサ２６の出力を用いて被写体の大まかな輝度レベルを観測する。ＣＰＵ１９は、この観測値から上記ＡＥ基本動作の初期設定値を決定する。すなわち、ＣＰＵ１９が本発明に係る起動時設定部として機能する。この起動時設定部の動作は、タイミング発生器８へのシャッタースピードのセットなどの画像取り込み諸条件をセットするまえに行う。これにより、カメラ起動時にＡＥが落ち着くまでの平均時間のバラツキを大幅に軽減することができる。

例えば、図５に示すように、パッシブＡＦセンサ２６の出力が「０」であり、被写体の輝度レベルが非常に低い場合、ＡＥ基本動作の初期設定値を（シャッタースピード１／３０秒、絞りＦ２．８、ゲイン６ｄＢ）とする。この初期設定値により、露光状態がダイレクトに大きくなり、ターゲット値にダイレクトに近づく。一方、パッシブＡＦセンサ２６の出力が「１０２３」であり、被写体の輝度レベルが非常に高い場合、ＡＥ基本動作の初期設定値を（シャッタースピード１／２５０秒、絞りＦ４．０、ゲイン６ｄＢ）とする。この初期設定値により、露光状態がダイレクトに小さくなり、ターゲット値にダイレクトに近づく。

これらにより、本実施形態のデジタルカメラは、カメラ起動時はパッシブＡＦセンサ２６を利用して、ＡＥ基本動作の初期設定値（初期状態）を決定するので、カメラ起動後にＡＥが落ち着くまでの平均時間のバラツキを軽減することができる。したがって、本デジタルカメラは、起動時間を短縮することができる。

また、本実施形態のデジタルカメラは、パッシブＡＦセンサ２６を利用したＡＥの後に、撮像素子４の出力を利用したＡＥ基本動作により高精度なＡＥをすることもできる。したがって、ＡＥの高速化と高精度化の両立を図ることができる。

また、本実施形態のデジタルカメラは、カメラ起動後のフレーミング最中などにおいて上記「パッシブＡＦセンサを利用したＡＥ動作」を行うものとしてもよい。すなわち、ＣＰＵ１９が、撮像素子４の出力又はパッシブＡＦセンサ２６の出力に基づいて、所定時間間隔における被写体の輝度の変化値が基準値以上か否かを判断し、基準値以上と判断したときに、パッシブＡＦセンサ２６の出力に基づいてＡＥ基本動作の設定値（基準状態）を変更する輝度急変時設定部として機能する。このような構成にすると、カメラ起動後のフレーミング最中などにおいて、被写体輝度が極端に変化したとき、露出を適正な状態に迅速に近づけることがでる。したがって、本デジタルカメラは、急激に輝度が変化する被写体を従来よりも高品位に撮影することもでき、撮影間隔を短縮することができる。

また、本実施形態のデジタルカメラは、カメラ起動後のフレーミング最中などにおいて上記「パッシブＡＦセンサを利用したＡＥ動作」を行うか否かを、撮影モード選択スイッチＳＷ５の状態に基づいて判断する構成としてもよい。例えば、撮影モード選択スイッチＳＷ５が「スポーツモード」である場合は、「パッシブＡＦセンサを利用したＡＥ動作」を行う。これにより、スポーツ選手等の被写体の輝度が急激に変化しても、従来よりも高品位に撮影することができる。一方、撮影モード選択スイッチＳＷ５が「風景モード」である場合は、「パッシブＡＦセンサを利用したＡＥ動作」は行わず、「ＡＥ基本動作」のみで露光制御して撮影する。これにより、「パッシブＡＦセンサを利用したＡＥ動作」による電力消費などを回避しながら、遠くの風景等の被写体輝度がほとんど変化しない対象を、高品位に撮影することができる。

また、本実施形態のデジタルカメラは、パッシブＡＦセンサ２６の出力に基づいて露出状態をフィードバック制御する高速フィードバック露出制御部として、ＣＰＵ１９が機能することとしてもよい。ここで、ＣＰＵ１９は、高速フィードバッック露出制御において、露出状態が適正値（ターゲット値）を挟んで振動しないようにフィードバック量を小さくするスムーズ表示化部として機能することが望ましい。すなわち、ＣＰＵ１９は、パッシブＡＦセンサ２６の出力に基づいて露出状態を変更するとき、その変更によりターゲット値を行き過ぎないように、露出がターゲット値の手前に変更されるように、フィードバック制御する。

これにより、本デジタルカメラは、パッシブＡＦセンサ２６の出力のみによって、最適な露出状態（ＡＥターゲット値）の近傍に露出制御でき、さらに、露出変更によりモニタ表示等が明るすぎ・暗すぎを交互に繰り返すようなことを回避することができる。したがって、本デジタルカメラは、高速な露出制御としながら、モニタ表示などで、取り込み画像が最適な露出状態に自然に移っていくように表示することができる。

また、本実施形態のデジタルカメラは、上記「パッシブＡＦセンサ２６を利用したＡＥ動作」をするときに、複数の露出設定値（シャッタースピード、絞り、ゲインなど）を予め記憶しておき、パッシブＡＦセンサ２６の出力に基づいて、その複数の露出設定値のうちから１つ（又は１組）を選択する選択部を有する構成としてもよい。例えばＣＰＵ１９が選択部として機能する。このようにすると、構成要素の簡素化を図りつつ、ＡＥについての高速化及び高精度化を図ることができる。

（変形例）
次に、本実施形態の変形例に係るデジタルカメラについて説明する。本デジタルカメラは、上記実施形態のデジタルカメラにおいて、パッシブＡＦセンサ２６を利用してＡＥ動作をする代わりに、フラッシュ調光用センサ（図示せず）の出力を利用してＡＥ動作するものである。その他は、上記実施形態のデジタルカメラと同一である。すなわち、本デジタルカメラは、図１に示す構成のデジタルカメラに、フラッシュ（図示せず）と、そのフラッシュによって光を照射した時の被写体の輝度を検出するフラッシュ調光用センサと、フラッシュ調光用センサの出力に基づいて、ＡＥ基本動作の初期状態を設定する高速露出制御手段（ＣＰＵ１９）とを有する。

本変形例に係るデジタルカメラによれば、フラッシュ調光用センサの出力に基づいてＡＥの初期値を設定することができる。したがって、時間がかかるＡＥ基本動作を実行するの前又はその途中に、高速に露光状態をターゲット値近傍に近づけることができる。そこで、本デジタルカメラは、起動時又は被写体の輝度急変時などにおいて露出を適正な状態に迅速に近づけることができ、起動時間及び撮影間隔を短縮することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のカメラ及び露出制御方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、測距センサの一例としてパッシブＡＦセンサを挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種のＡＦ用センサなどを測距センサに適用することができる。例えば、パッシブＡＦセンサの代わりに、アクティブＡＦセンサを測距センサに適用してもよい。アクティブＡＦセンサとは、自動焦点調節に用いられるセンサであって、被写体に対して測距用の補助光を投射して、その投射時の被写体からの光を用いて測距するセンサである。このアクティブＡＦセンサを用いても、被写体からの大凡の光量検知でき、露出を適正な状態に迅速に近づけることができる。

本発明は、各種のカメラに有用である。特に、本発明は、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラの露出制御に好適である。

本発明の実施形態に係るカメラを示すブロック図である。 同上のカメラのＡＥ基本動作に用いるＡＥ測光エリアを示す図である。 ＡＥ基本動作の一例を示す図である。 ＡＥ基本動作の具体的なシーケンス例を示す図である。 パッシブＡＦセンサを利用したＡＥ動作を説明するための図である。

符号の説明

１…ズームレンズ、２…アイリス（絞り）、３…フォーカスレンズ、４…撮像素子、５…ズームモータ、６…アイリスモータ、７…フォーカスモータ、８…タイミング発生器、９…ＣＤＳ及びＡＧＣ回路、１０…Ａ／Ｄコンバータ、１１…画像入力コントローラ、１２…画像信号処理回路、１３…画像圧縮／伸長回路、１４…ビデオエンコーダ、１５…画像表示装置、１６，１７，１８…モータドライバ、１９…ＣＰＵ、２０…ＡＦ検出回路、２１…ＡＥ及びＡＷＢ検出回路、２２…メモリ、２３…ＶＲＡＭ、２４…メディアコントローラ、２５…記録メディア、２６…パッシブＡＦセンサ、ＳＷ１…シャタースイッチ、ＳＷ２…記録／再生スイッチ、ＳＷ３…ズームスイッチ、ＳＷ４…ストロボスイッチ、ＳＷ５…撮影モード選択スイッチ

Claims (11)

1. 被写体を撮像する撮像手段と、
   絞りを変更する絞り可変部、シャッタースピードを変更するシャッタースピード可変部、前記撮像手段の出力についての増幅度を可変するゲイン可変部のうちの少なくとも１つからなるものであって、前記撮像手段における露出状態を変更する露出変更手段と、
   前記撮像手段の出力に基づいて前記露出変更手段の状態を可変制御する自動露出調節手段と、
   被写体までの距離を測定するものであって少なくとも光電変換機能を有する測距センサと、
   前記測距センサの出力に基づいて、少なくとも前記自動露出調節手段における可変制御の初期状態又は基準状態を設定する高速露出制御手段とを有し、
   前記高速露出制御手段は、前記撮像手段の出力又は前記測距センサの出力に基づいて、所定時間間隔における前記被写体の輝度の変化値が基準値以上か否かを判断し、基準値以上と判断したときに、前記測距センサの出力に基づいて前記自動露出調節手段における可変制御の状態を設定する輝度急変時設定部を有することを特徴とするカメラ。
2. 前記自動露出調節手段は、前記撮像手段の出力から該撮像手段が撮像した画像の輝度レベルを検出し、該輝度レベルに基づいて前記露出変更手段を制御することにより、前記画像の輝度レベルが所望レベルになるように前記露出状態を制御するフィードバック制御部を有する特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. 前記高速露出制御手段は、前記カメラの電源投入の直後に、前記測距センサの出力に基づいて前記自動露出調整手段における初期状態を設定する起動時設定部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラ。
4. 前記露出変更手段は、前記カメラの電源投入の後であって、前記自動露出調節手段が前記露出変更手段の状態を設定する前に、前記測距センサの出力に基づいて前記自動露出調整手段における初期状態を設定する起動時設定部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラ。
5. 前記高速露出制御手段は、前記測距センサの出力に基づいて前記露出変更手段の状態をフィードバック制御する高速フィードバック露出制御部を有し、
   前記高速フィードバッック露出制御部は、露出状態が適正値を挟んで振動しないようにフィードバック量を小さくするスムーズ表示化部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のカメラ。
6. 前記高速露出制御手段は、複数の露出設定値を予め記憶しており、前記測距センサの出力に基づいて、該複数の露出設定値のうちから１つの露出設定値を選択し、該選択した露出設定値に基づいて前記初期状態又は基準状態を設定する選択部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のカメラ。
7. 前記測距センサは、自動焦点調節に用いられるセンサであって、被写体に対して測距用の補助光を投射せずに、該被写体からの光を用いて測距するパッシブＡＦセンサと、被写体に対して測距用の補助光を投射して、該投射時の被写体からの光を用いて測距するアクティブＡＦセンサとのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のカメラ。
8. 前記パッシブＡＦセンサは、セパレータレンズ又は２つのレンズと、複数の光電変換素子が直線状に配置されているとともに前記セパレータレンズ又は２つのレンズで集光された光が該複数の光電変換素子のいずれかに照射されるように配置されたラインセンサとを有して構成されることを特徴とする請求項７に記載のカメラ。
9. 前記高速露出制御手段は、前記測距センサの出力の積分値に基づいて、少なくとも前記自動露出調節手段における可変制御の初期状態又は基準状態を設定するものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のカメラ。
10. 被写体を撮像する撮像手段と、
    絞りを変更する絞り可変部、シャッタースピードを変更するシャッタースピード可変部、前記撮像手段の出力についての増幅度を可変するゲイン可変部のうちの少なくとも１つからなるものであって、前記撮像手段における露出状態を変更する露出変更手段と、
    前記撮像手段の出力に基づいて前記露出変更手段の状態を可変制御する自動露出調節手段と、
    前記被写体に向けて光を照射するフラッシュと、
    前記フラッシュによって光を照射した時の前記被写体の輝度を検出するフラッシュ調光用センサと、
    前記フラッシュ調光用センサの出力に基づいて、少なくとも前記自動露出調節手段における可変制御の初期状態又は基準状態を設定する高速露出制御手段とを有し、
    前記高速露出制御手段は、前記撮像手段の出力又は前記フラッシュ調光用センサの出力に基づいて、所定時間間隔における前記被写体の輝度の変化値が基準値以上か否かを判断し、基準値以上と判断したときに、前記フラッシュ調光用センサの出力に基づいて前記自動露出調節手段における可変制御の状態を設定する輝度急変時設定部を有することを特徴とするカメラ。
11. カメラの電源投入直後と被写体の輝度の変化値が基準値以上である時とを少なくとも除く時は、撮像手段の出力に基づいて、露出制御し、
    カメラの電源投入直後と被写体の輝度の変化値が基準値以上である時とは、測距センサの出力に基づいて、露出制御することを特徴とする、とともに、
    前記露出制御する処理は、前記撮像手段の出力又は前記測距センサの出力に基づいて、所定時間間隔における前記被写体の輝度の変化値が基準値以上か否かを判断し、基準値以上と判断したときに、前記測距センサの出力に基づいて前記露出制御する処理を有することを特徴とする露出制御方法。

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