JP5646968B2 - 撮像装置及び測光値演算方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及び測光値の予測方法に関し、更に詳しくは、低輝度下において測光時間を短縮するための撮像装置及び測光値の予測方法に関するものである。

一眼レフカメラ等の撮像装置においては、被写体の輝度を、フォトダイオードの光電流をダイオード等のＬＯＧ特性を利用して、広ダイナミックレンジで測光する測光センサが広く利用されている。

このようなＬＯＧ特性を利用した測光回路においては、電源電圧投入時に、特に光電流の微小な低輝度下において、被写体光を受光してから正確な測光出力を得るまでに長い安定待ち時間を必要としていた。また、特に一眼レフカメラのように、撮影時にミラーが退避してフォトダイオードへの光が遮光されるシステムにおいては、光応答性による低輝度下での測光性能の悪化は、レリーズタイムラグの増大や連写速度の低下など、非常に大きな問題となる。

更に、近年のデジタルカメラにおいては、撮像素子の感度向上や画像処理の高度化により、ＩＳＯ感度が数万といった高感度なカメラが登場しているため、カメラの測光回路においては、さらなる低輝度下での測光性能の向上が必要になっている。

このような問題点を解消するために、例えば、特許文献１では、無受光期間に予備電流を流し、フォトダイオード及び対数圧縮用ダイオードの寄生容量を充電することによって、測光回路の応答性を改善するものが開示されている。また、例えば、特許文献２では、無受光期間に発光素子で予備照射し、光電流を発生させてフォトダイオード及び対数圧縮用ダイオードの寄生容量を予備充電することで、測光回路の応答性を改善するものが開示されている。

特開２００５−０７７９３８号公報 特開２００８−３０９７３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、予備電流と光電流との違いが誤差要因となるため、この差分を補償するための補償回路を設ける必要があり、回路規模が大きくなってしまう。

また、特許文献２に記載の発明においても、予備照射で発生する光電流と測光時の光電流との差分が誤差要因になる。また、予備照射のために発光素子が必要であり、コスト、実装スペースなども必要になるという欠点がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、低輝度下において測光に要する時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、被写体の測光を行い、測光値を出力する測光手段と、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算手段と、を有し、前記取得手段は、前記測光手段に対するリセット動作を行ってから所定時間が経過するまでの間に測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得し、前記演算手段は、当該複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算する。

本発明によれば、低輝度下において測光に要する時間を短縮することができる。

実施の形態における一眼レフタイプのデジタルカメラシステムの概略構成を示すブロック図。 測光回路の回路図の一例を示す図。 異なる輝度に対する測光回路の応答性を模式的に表す図。 測光回路から出力される測光値の差分と、測定誤差との関係を示す図。 本実施の形態における撮影シーケンスを示すフローチャート。 プリ測光動作を示すフローチャート。 測光動作を示すフローチャート。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態である一眼レフタイプのデジタルカメラシステムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態のデジタルカメラシステムでは、カメラ本体１００に、撮影レンズユニット２００が不図示のマウント機構を介し着脱可能に取り付けられて構成されている。マウント部は、電気的接点群２１０を有している。接点群２１０はカメラ本体１００と撮影レンズユニット２００との間で制御信号、状態信号、データ信号などを伝え合うと共に、各種電圧の電流供給する機能を有する。接点群２１０は、更に、撮影レンズユニット２００がカメラ本体１００に接続されると、システムコントローラ１２０へ信号を送信する機能も備えている。これによりカメラ本体１００と撮影レンズユニット２００との間で通信を行い、撮影レンズユニット２００内の撮影レンズ２０１、絞り２０２の駆動を行うことが可能となる。また、接点群２１０は電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としても良い。なお、図１では、撮影レンズ２０１を便宜上１枚のレンズで示しているが、実際は多数のレンズから構成されていることは周知の通りである。

不図示の被写体像からの光束が、撮影レンズ２０１及び絞り２０２を介して、矢印で示す方向に駆動可能なクイックリターンミラー１０２に導かれる。クイックリターンミラー１０２の中央部はハーフミラーになっており、クイックリターンミラー１０２がダウンした際に一部の光束が透過する。そして、この透過した光束は、クイックリターンミラー１０２の背後に設置されたサブミラー１０３で下方に向けて反射される。

１０４は、結像面近傍に配置された不図示のフィールドレンズ、反射ミラー、２次結像レンズ、絞り、複数のＣＣＤから成るラインセンサ等から構成されている周知の位相差方式のＡＦセンサユニットである。焦点検出回路１０５は、システムコントローラ１２０からの制御信号に基づいてＡＦセンサユニット１０４を制御して、周知の位相差方式の焦点検出を行う。

一方、クイックリターンミラー１０２で反射された光束は、ペンタプリズム１０１、接眼レンズ１０６を介して撮影者の目に至る。

また、測光回路１０７は、接眼レンズ１０６の近傍に配設された被写体の輝度を測定するための測光センサを含み、その出力は測光回路１０７からシステムコントローラ１２０へ供給される。

また、クイックリターンミラー１０２がアップした際には、サブミラー１０３は折り畳まれ、光路から退避するようになっている。そして、撮影レンズ２０１及び絞り２０２を介して入射した光束は、機械シャッターであるフォーカルプレーンシャッタ１０８、フィルタ１０９を介してイメージセンサ１１２に至る。イメージセンサ１１２としては、例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳイメージセンサ、ＣｄＳ−Ｓｅ密着型イメージセンサ、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）密着型イメージセンサ、バイポーラ密着型イメージセンサ等があり、いずれを用いてもよい。

フィルタ１０９は２つの機能を有している。１つは赤外線をカットし可視光線のみをイメージセンサ１１２へ導く機能であり、もう１つは光学ローパスフィルタとしての機能である。また、フォーカルプレーンシャッタ１０８は先幕及び後幕を有し、撮影レンズ２０１及び絞り２０２を介した光束の透過、遮断を制御する。

また、本実施の形態のカメラ本体１００は、デジタルカメラシステム全体の制御手段となり、制御を司るＣＰＵにより構成されるシステムコントローラ１２０を備え、後述する各部の動作を適宜制御する。

システムコントローラ１２０には、レンズ制御回路２０４と絞り制御回路２０６とがレンズ制御マイコン２０７を介して接続されている。レンズ制御回路２０４は撮影レンズ２０１を光軸方向に移動してピント合わせを行うためのレンズ駆動機構２０３を制御し、絞り制御回路２０６は絞り２０２を駆動するための絞り駆動機構２０５を制御する。また、レンズ制御マイコン２０７は、例えば、焦点距離、開放絞り、レンズ個々に割り振られるレンズＩＤ等のレンズ固有の情報と、システムコントローラ１２０から受け取った情報を記憶するレンズ記憶装置を有している。システムコントローラ１２０は、レンズ制御マイコン２０７を介してレンズ駆動機構２０３を制御することにより、被写体像をイメージセンサ１１２上に結像する。また、システムコントローラ１２０は、設定されたＡｖ値に基づいて、絞り２０２を駆動する絞り駆動機構２０５を制御すると共に、設定されたＴｖ値に基づいて、シャッター制御回路１１１へ制御信号を出力することで露出制御を行う。シャッター制御回路１１１は、Ｔｖ値に基づいて、フォーカルプレーンシャッタ１０８の先幕、後幕の走行を制御する。

また、システムコントローラ１２０には、クイックリターンミラー１０２のアップ・ダウンの駆動及びフォーカルプレーンシャッタ１０８のシャッタチャージを制御するシャッタチャージ・ミラー駆動機構１１０が接続されている。フォーカルプレーンシャッタ１０８の先幕及び後幕の駆動源はバネにより構成されており、シャッター走行後、次の動作のためにバネチャージを要する。シャッタチャージ・ミラー駆動機構１１０は、このバネチャージを制御する。また、シャッタチャージ・ミラー駆動機構１１０によりクイックリターンミラー１０２のアップ・ダウンが行われる。

更に、システムコントローラ１２０には、ＥＥＰＲＯＭ１２２が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ１２２には、カメラ本体１００を制御する上で調整が必要なパラメータやデジタルカメラの個体識別が可能なカメラＩＤ情報や基準レンズで調整されたＡＦ補正データや自動露出補正値などが記憶されている。

また、システムコントローラ１２０には、画像データコントローラ１１５が接続されている。画像データコントローラ１１５は、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）により構成され、イメージセンサ１１２の制御や、イメージセンサ１１２から入力された画像データの補正や加工などをシステムコントローラ１２０の指令に基づいて実行するものである。画像データの補正・加工の項目の中にはオートホワイトバランスも含まれており、システムコントローラ１２０からの命令により補正量を変更することが可能である。

さらに、画像データコントローラ１１５によって、画像信号を領域分割し、それぞれの領域でベイヤ画素毎に積分した値をシステムコントローラ１２０に供給し、システムコントローラ１２０で積分信号を評価することで測光することもできる。

画像データコントローラ１１５には、タイミングパルス発生回路１１４、Ａ／Ｄコンバータ１１３、ＤＲＡＭ１２１、Ｄ／Ａコンバータ１１６、画像圧縮回路１１９が接続されている。タイミングパルス発生回路１１４は、イメージセンサ１１２を駆動する際に必要なパルス信号を出力する。Ａ／Ｄコンバータ１１３は、イメージセンサ１１２と共にタイミングパルス発生回路１１４で発生されたタイミングパルスを受けて、イメージセンサ１１２から出力される被写体像に対応したアナログ信号をデジタル信号（画像データ）に変換する。ＤＲＡＭ１２１は、Ａ／Ｄコンバータ１１３により変換された画像データを一時的に記憶しておくと共に、加工や所定のフォーマットへのデータ変換が行われる前の画像データを一時的に記憶するために使用される。

画像圧縮回路１１９は、ＤＲＡＭ１２１に記憶された画像データの圧縮や変換（例えばＪＰＥＧ）を行うための回路である。画像圧縮回路１１９には記録媒体４０１が接続され、画像圧縮回路１１９により変換された画像データは、記録媒体４０１へ格納される。この記録媒体４０１としては、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ、マイクロＤＡＴ、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＷＲ等の光ディスク、ＤＶＤ等の相変化型光ディスク等が使用されるが、これらに限るものではない。

また、Ｄ／Ａコンバータ１１６には、エンコーダ回路１１７を介して画像表示回路１１８が接続される。画像表示回路１１８は、イメージセンサ１１２で撮像された画像データを表示するための回路であり、一般にはカラーの液晶表示素子により構成される。画像データコントローラ１１５は、ＤＲＡＭ１２１上の画像データを、Ｄ／Ａコンバータ１１６によりアナログ信号に変換してエンコーダ回路１１７へ出力するように制御する。エンコーダ回路１１７はこのＤ／Ａコンバータ１１６の出力を、画像表示回路１１８を駆動する際に必要な映像信号（例えばＮＴＳＣ信号）に変換する。

画像データコントローラ１１５は、補正した画像データに対し、所定の周波数特性を持つフィルタを通し、所定のガンマ処理を行って得られる画像信号の所定方向のコントラストを評価し、その結果をシステムコントローラ１２０に供給する。システムコントローラ１２０は、レンズ制御回路２０４と通信を行い、コントラスト評価値が所定レベルよりも高くなるように焦点位置を調節することで、コントラスト方式の焦点調節を行うことができる。

更に、システムコントローラ１２０には、カメラ本体１００の動作モードの情報や露出情報（シャッター秒時、絞り値等）等を、外部液晶表示装置１２４や内部液晶表示装置１２５に表示させる動作表示回路１２３が接続されている。また、ユーザーが所望の動作をデジタルカメラシステムに実行させるべくモードを設定する撮影モード選択ボタン１３０と、メイン電子ダイヤル１３１と、決定ＳＷ１３２とが接続されている。また、ＡＦセンサユニット１０４が持つ複数の焦点検出位置から使用する焦点検出位置を選択するための測距点選択ボタン１３３と、ＡＦモード選択ボタン１３４と、測光モード選択ボタン１３５とが接続されている。更に、測光及び焦点調節などの撮影準備動作を開始させるためのレリーズスイッチＳＷ１（１３６）と、撮像動作を開始させるためのレリーズスイッチＳＷ２（１３７）と、ファインダーモード選択スイッチＳＷ１３８とが接続されている。

ファインダーモード選択スイッチＳＷ１３８は、接眼レンズ１０６により被写体を確認することが可能な光学ファインダーモードと、イメージセンサ１１２からの画像信号を逐次、画像表示回路１１８に表示するライブビュー表示モードとを切り替える。また、通信インターフェース回路１２６は、システムコントローラ１２０の制御により、外部装置との通信のインターフェースを行う。

更に、カメラ本体１００には、不図示のマウント機構を介してストロボ装置３００を着脱可能に取り付けることができる。マウント部は、電気的接点群３１０を有している。接点群３１０はカメラ本体１００とストロボ装置３００との間で制御信号、状態信号、データ信号などを伝え合うと共に、発光タイミングを制御するＸ端子（発光端子）を備えている。更に、ストロボ装置３００がカメラ本体１００に接続されると、システムコントローラ１２０へ信号を送信する機能も備えている。これによりカメラ本体１００とストロボ装置３００との間で通信を行い、ストロボの発光制御を行うことが可能となる。また、接点群３１０は電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としても良い。

ストロボ装置３００には、キセノン（Ｘｅ）管３０１、反射笠３０２、Ｘｅ管３０１の発光を制御するＩＧＢＴなどで構成された発光制御回路３０３、充電回路３０４、電源３０５、ストロボ制御マイコン３０６から構成される。充電回路３０４は、Ｘｅ管３０１に給電するために３００Ｖ程度の電圧を発生する。電源３０５は、充電回路３０４に給電する電池などであり、ストロボ制御マイコン３０６は、ストロボの発光、充電などを制御するとともに、カメラ本体１００側のシステムコントローラ１２０との通信を制御する。

図２は図１に示す測光回路１０７の詳細な構成を示す回路図の一例である。図２において、Ｑ１は、入射光に応じて電荷を発生する光電変換領域をベースに有する、ＮＰＮのフォトトランジスタ、ＭＰ１は、フォトトランジスタＱ１のベース電位を固定するためのＰＭＯＳ、Ｉは、ＰＭＯＳ（ＭＰ１）の負荷である電流源である。ＭＰ２は、ＰＭＯＳ（ＭＰ１）のゲート電位をＭＰ１のドレインにフィードバックするためのＰＭＯＳ、ＭＰ３は、フォトトランジスタＱ１にキャリアの注入を強制的に行うためのリセット動作用のＰＭＯＳである。そして、２５６は、フォトトランジスタＱ１のエミッタ電流を対数圧縮するための対数圧縮回路である。

なお、測光回路１０７の構成は図２に示す回路構成に限られるものではなく、フォトトランジスタのベース電位（光電変換領域）をリセットできる構成を有する回路構成であればよい。例えば、特開２０００−７７６４４号公報、特開２０１０−４５２９３号公報、特開２０１０−４５２９４号公報等に記載された回路のフォトトランジスタのベース電位をリセット可能な構成として、測光回路１０７に利用することができる。

定電流が流れたＰＭＯＳ（ＭＰ１）のゲート電圧は、電圧ＶＣＣに対して、一定の電位差Ｖthとなるので、フォトトランジスタＱ１のベース電位もフォトトランジスタＱ１に入射する光強度によらず一定電位となる。また、ＰＭＯＳ（ＭＰ２）を用いてフィードバックを形成することにより、さらにフォトトランジスタＱ１のベース電位を安定化させている。これにより、大きなベース容量Ｖcbの充放電は行う必要がない。従って、図２の測光回路の応答性は、コレクタ容量よりは小さい、エミッタ容量Ｖeb及びＰＭＯＳ（ＭＰ２）のドレイン容量と光電流により決定される。従って、応答性による影響が見え始める低輝度下では、測光値は、実際の輝度よりも高くなってしまうため、実際の輝度よりも高い測光値に基づいて露出制御を行うことで露出アンダーの画像が撮像されてしまう。

図３は、異なる輝度に対する測光回路の応答性（変換特性）を模式的に表す図である。図３（ａ）は、被写体輝度と図２の測光回路１０７のリセット動作から定常出力に達するまでの安定待ち時間の関係を示しており、前述したエミッタ容量Ｖeb及びＰＭＯＳ（ＭＰ２）のドレイン容量と、光電流の関係で決まるものである。図から明らかなように、輝度に対応した値であるＥＶ値が０の辺りから、安定待ち時間がカメラの動作シーケンスに影響を与えるほど増加し始め、ＥＶ値が０より暗くなるに従って、指数的に安定待ち時間が増加する。

図３（ｂ）は、測光回路１０７の出力が時間とともにどのように安定化していくかを示した図である。縦軸は、測光回路１０７の出力をＡ／Ｄ変換した結果を示し、横軸は、リセット動作からの経過時間を示しており、図３（ｂ）の例では、１０、２０、５０、１５０、２５０ｍｓに測光回路１０７の出力（測光出力）を読み出し、その値をプロットしている。グラフの系列は輝度であり、それぞれＥＶ値が２、０、−２、−４の時の測光回路１０７からの出力の変化を表している。図から明らかなように、リセット動作から定常出力に達するまでの軌跡がＥＶ値によって異なっているが、ＥＶ値が同じであれば軌跡のばらつきはほとんど生じない。そのため、定常状態に達するまでの期間に複数回読み出しを実施することで、定常状態での測光出力を予測することが可能である。

図４は、予測のアルゴリズムを説明するための図である。同図を用いて、予測動作を説明する。同図において、縦軸は、リセット動作後、１０ｍｓに読み出した測光出力と、定常状態に達したときの測光出力との差分、即ち、各ＥＶ値での１０ｍｓに読み出した場合の測定誤差を表す。横軸は、リセット動作後、各ＥＶ値での１０ｍｓに読み出した測光出力と、２０ｍｓに読み出した測光出力との差分（差分測光値）を表している。

図中の実線は、測光出力を基に算出されたものであり、輝度が暗くなるほど（ＥＶ値が小さくなるほど）、測定誤差及び差分測光値は共に大きくなっており、また、両者は相関関係にあることを示している。また、図中の破線は、実線で示すグラフを３次の予測関数でフィッティングしたものである。図４に示すように、ＥＶ値が２から−４程度までは良好に一致しており、予測による測光が可能であることが分かる。また、ＥＶ値が−４より低い輝度では、予測精度が徐々に失われていくのが分かる。ＥＶ値が−６のような非常な低輝度では、リセット動作を行ってフォトトランジスタＱ１のベースにキャリア注入を行った後の安定待ちの初期状態では、フォトトランジスタＱ１のエミッタ電流成分として、注入キャリアによるものが圧倒的に支配的である。そのため、充分な予測精度を得ることが困難となる。精度を向上させるためには、更に読み出しを行い、予測関数の次数や係数を変えて予測すればよい。予測を行うための読み出し回数は、カメラに許されるレリーズタイムラグ、連写、単写などの撮影モード、あるいは搭載されるカメラの連写速度などを考慮して、バランスの良い回数を設定すればよい。また、あるいはカメラによっては、予測読み出しを行うための安定待ち時間を変えるなどの対応も可能である。

図５は、本実施の形態における撮影シーケンスを示すフローチャートである。まず、電源がＯＮになると、Ｓ５０１で、詳細説明は省略するが、ＣＰＵなどのメモリの初期化など、電源投入直後の起動処理を行う。Ｓ５０２では、レリーズボタンの操作の有無に関わらずプリＡＦ動作を行う。プリＡＦ動作に関しては公知の技術であるため、ここでは説明を省略する。同様に、Ｓ５０３でプリ測光動作を行う。ここで行われるプリ測光動作の詳細は後述する。プリ測光による測光結果は、露出表示などに反映される。

Ｓ５０４で、レリーズボタンが第一のストロークまで押し込まれるとＯＮするレリーズスイッチＳＷ１（１３６）の状態をチェックする。ＳＷ１がＯＦＦであればＳ５０２に戻り、ＯＮであればＳ５０５に進む。Ｓ５０５では焦点検出回路１０５を動作させ、撮影レンズ２０１の焦点状態を検出するＡＦ動作を行う。ＡＦ動作は公知の技術であるのでここでは説明を省略する。Ｓ５０６では、測光回路１０７を使って測光動作を行う。ここで行われる測光動作は、詳細に後述する。Ｓ５０７では、Ｓ５０５における焦点状態の検出結果に基づいて撮影レンズ２０１を合焦位置に駆動して、Ｓ５０８に進む。

Ｓ５０８では、レリーズボタンが、第二のストロークまで押し込まれたときにＯＮするレリーズスイッチＳＷ２（１３７）の状態をチェックし、ＯＦＦであればＳ５０８に戻り、レリーズスイッチのチェックを継続する。ＯＮであればＳ５０９に進み、Ｓ５０６における測光結果より演算された絞り値に基づいて、絞り制御回路２０６を動作させて、絞り駆動機構２０５により絞り２０２を制御する。この制御と平行して、クイックリターンミラー１０２を撮影待機位置（ミラーダウン）から撮影位置（ミラーアップ）に移動させる。そして、測光結果に基づいて演算されたシャッター速度で露光動作を行う。露光動作終了後、絞り２０２、クイックリターンミラー１０２を再び撮影待機位置に戻して、露光動作が完了する。

次に、Ｓ５１０で、撮影モードの確認を行い、連写モードに設定されていればＳ５０５に、設定されていなければＳ５０２に戻る。以上が、カメラの撮影シーケンスの概略である。なお、電源操作、その他のスイッチ操作などがなされた場合などの動作は、本発明に直接関係がないので、説明を省略する。

図６は、図５のＳ５０３で行われるプリ測光動作の詳細を示すフローチャートである。以下、図６を参照しながらプリ測光動作の詳細説明を行う。プリ測光動作が始まると、Ｓ６０１で、測光回路１０７を動作させてリセット動作を行う。この時、ＰＭＯＳ（ＭＰ３）をオンして、フォトトランジスタＱ１のベースにキャリアを強制的に注入する。Ｓ６０２で、測光安定待ちを時間Ｔ０行い、フォトトランジスタＱ１のエミッタ容量及びＰＭＯＳ（ＭＰ２）のドレイン容量が、入射光に応じたレベルに安定するまで待機する。プリ測光は、レリーズボタンが操作されたわけではないため、ある程度の時間を確保しても差し支えない。従って、例えば、２００ｍｓ程度の時間に設定する。図３（ｂ）に示すように、安定待ち時間Ｔ０後では、ＥＶ値が−４まで、正しい測光が可能になる。Ｓ６０３では、測光回路１０７の出力を読み出して、測光値ＡＥ０としてメモリに記憶する。Ｓ６０４では、測光値ＡＥ０から輝度値ＢＶを演算し、更にカメラの設定をもとにＡＰＥＸ値のＴｖ、Ａｖを算出して、プリ測光を終了する。

プリ測光時は、ある程度の時間を確保しても差し支えなければ、長い安定待ち時間を設定することが可能である。しかしなから、プロユースで使用されるカメラにおいては、電源ＯＮの後、すばやく起動を完了し、撮影可能状態になることが優先される。このようなプロユースのカメラにおいては、プリ測光時も、以下に図７を参照して説明する予測動作（Ｓ７０６〜Ｓ７２０）により測光値を予測してもよい。

図７は、図５のＳ５０６で行われる測光動作の詳細を説明するフローチャートである。以下、図７を参照しながら測光動作の詳細説明を行う。測光動作のサブルーチンが実行されると、Ｓ７０１で、連写モードが設定されているか否かを判定する。連写モードでなければＳ７０４に、連写モードであればＳ７０２に進む。

Ｓ７０２で、今回が連写撮影における１回目の撮影か否かを判定する。１回目であれば、Ｓ７０４に、２回目以降であれば、Ｓ７０３に進む。Ｓ７０３では、連写撮影における前回の輝度値が、所定の輝度値ＢＶ０以上であったか否かを判定する。輝度値ＢＶ０以上であればＳ７０４に、輝度値ＢＶ０未満であれば、Ｓ７０６に進む。Ｓ７０３における判断は、以下の理由により行う。１回目の露光動作により、クイックリターンミラーが撮影位置に退避して、測光回路１０７に入射していた光が遮断されると、遮光されている間に、フォトトランジスタＱ１のベースは、受光時の安定状態から無受光時の安定状態に向けて遷移する。所定輝度値ＢＶ０未満では、この遷移した状態（無受光時の安定状態）からの安定待ち時間が長くなるため、予測動作を行う必要が生じる。また、無受光時の安定状態への遷移は、図３（ａ）から分かるように、長い時間がかかる。そのため、前回撮影時の輝度値に応じて、シャッター秒時が短く、無受光期間が短い場合、即ち、輝度が所定の輝度値ＢＶ０以上であれば、予測を行わないようにすることで、予測動作に入るシーンを少なくする。これにより、後述するように測光時間の短い撮影シーンを増やすことができる。なお、ここでは前回の輝度値が所定の輝度値ＢＶ０以上の場合に予測動作を行わないものとして説明したが、前回のシャッタースピードが所定のシャッター秒時より短い場合に予測動作を行わないようにしても構わない。

Ｓ７０４では、予測動作を行わず、測光安定待ちを時間Ｔ１だけ行う。プリ測光動作により、測光回路１０７は安定状態にあるため、測光安定待ち時間は、５ｍｓ程度の短時間でよい。同様に、前回の輝度値が所定の輝度値ＢＶ０以上の場合も安定状態との差が小さくほぼ安定状態にあるため、測光安定待ち時間は、５ｍｓ程度の短時間でよい。Ｓ７０５では、測光回路１０７の読み出しを行い、測光値ＡＥ１をメモリに記憶して、Ｓ７１４において、Ｓ６０４と同様にして露出演算を行う。

一方、Ｓ７０３で輝度値ＢＶ０未満であると判断されると、Ｓ７０６でリセット動作を行う。Ｓ７０７でリセット動作後の測光安定待ちを時間Ｔ２行う。安定待ち時間Ｔ２は、注入キャリアがある程度放電し、フォトトランジスタＱ１のエミッタ電流に入射光による光電流の割合が増すまで、例えば１０ｍｓに設定される。Ｓ７０８で、測光回路１０７の読み出しを行い、測光値ＡＥ２としてメモリに記憶する。Ｓ７０９では、再び測光安定待ちをＴ３だけ行う。この時の安定待ち時間は、予測に必要な傾きが得られる時間に設定され、例えば１０ｍｓ程度である。Ｓ７１０では、測光回路１０７の読み出しを行い、測光値ＡＥ３としてメモリに記憶する。Ｓ７１１では、ＡＥ２とＡＥ３の差分を算出して、ΔＡＥとして、メモリに記憶する。Ｓ７１２では、ΔＡＥの値に基づいて、以下に説明する３つの処理のいずれかを行う。

まず、０＜ΔＡＥ＜βの場合は、Ｓ７１３に進んで予測演算１を実行して、測光値を算出する。予測演算１は、例えば、３次式でフィッティングを行い、
ＡＥ＝ＡＥ２−ａ×ΔＡＥ³＋ｂ×ΔＡＥ^２＋ｃ×ΔＡＥ＋ｄ …（１）
のように予測される。この結果をもとに、Ｓ７１４で露出演算を行い、サブルーチンを終了する。予測演算１を実行した場合は、３０ｍｓから５０ｍｓ程度の時間で、図４に示すＥＶ−４程度まで良好な測光が可能になる。予測を行わない場合には２００ｍｓ程度の安定待ち時間が必要なので、この予測動作により測光に要する時間を大幅に短縮することが可能になる。

また、ΔＡＥ≧βの場合は、図４で説明したように、注入キャリアによる影響で、式（１）による予測では困難である低輝度のシーンと考えられるので、Ｓ７１７に進んで、更に測光安定待ちを時間Ｔ４行い、Ｓ７１８で測光値ＡＥ４を取得する。時間Ｔ４は、Ｔ３と同程度の１０ｍｓ程度である。Ｓ７１９で、ＡＥ３とＡＥ４の差分を算出して、ΔＡＥとしてメモリに記憶し、Ｓ７２０で予測演算２を実行する。予測演算２は、例えば、３次式でフィッティングを行い、
ＡＥ＝ＡＥ３−Ａ×ΔＡＥ³＋Ｂ×ΔＡＥ^２＋Ｃ×ΔＡＥ＋Ｄ …（２）
のように予測される。この結果をもとに、Ｓ７１４で露出演算を行い、サブルーチンを終了する。予測演算２を実行すると、予測演算１に対して、さらに２０ｍｓから３０ｍｓの時間が必要になるが、予測を行わない場合の２００ｍｓ程度の安定待ち時間と比較して、測光に要する時間を大幅に短縮することが可能である。

ΔＡＥ≦０の場合はＳ７１５に進み、更に、Ｓ７１５で、ΔＡＥの値が−γ＜ΔＡＥ≦０の場合は、Ｓ７１６に進む。ΔＡＥが０付近の場合は、結果的に入射光がある程度大きく、測光回路１０７が予測動作中に充分に安定した場合である。従ってγの値は、測光出力のばらつきやカメラの露出の許容値をもとに、たとえば、１／８から１／３段程度の値が設定される。Ｓ７１６では、ＡＥ２とＡＥ３の平均値を算出し、この値をもとに、Ｓ７１４で露出演算を行い、このサブルーチンを終了する。ΔＡＥ≦−γの場合は、撮影シーンの変更があり、被写体輝度が明るく変化したと考えられるので、Ｓ７０１に戻って再測光を実施する。

上記の通り本実施の形態によれば、測光回路１０７の光電変換領域をリセットしてから、測光回路１０７の被写体に対する、時間経過に伴う測光値への変換特性に基づいて、測光値を予測することが可能になる。これにより、低輝度下における測光回路の応答性を向上することができる。

また、被写体の輝度やデジタルカメラシステムの動作状態により、測光値を予測する必要があるか否かを判断して、必要がある場合にのみ予測を行うことで、状況に応じた適切な測光を行うことが可能となる。

Claims (15)

1. 被写体の測光を行い、測光値を出力する測光手段と、
   測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算手段と、を有し、
   前記取得手段は、前記測光手段に対するリセット動作を行ってから所定時間が経過するまでの間に測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得し、前記演算手段は、当該複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算することを特徴とする撮像装置。
2. 被写体の測光を行い、測光値を出力する測光手段と、
   測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算手段と、を有し、
   前記取得手段は、前記測光手段から出力される測光値が安定していない期間において、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得し、前記演算手段は、当該複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算することを特徴とする撮像装置。
3. 被写体の測光を行い、測光値を出力する測光手段と、
   測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算手段と、を有し、
   前記演算手段は、前記複数の測光値のうちの第１の測光値と第２の測光値との差に応じて、当該第１の測光値と第２の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算するか否かを変更することを特徴とする撮像装置。
4. 前記第２の測光値は前記第１の測光値よりも後に取得される測光値であって、前記演算手段は、前記第２の測光値が前記第１の測光値以上の場合、当該第１の測光値と第２の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算しないことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記取得手段は、前記第１の測光値が前記第２の測光値よりも所定値以上大きい場合、当該第２の測光値を取得した後に第３の測光値を取得し、
   前記演算手段は、前記取得手段により前記第３の測光値を取得した場合、当該第３の測光値と前記第２の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記演算手段は、前記第１の測光値と第２の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記被写体の輝度を演算しない場合、当該第１の測光値と第２の測光値との平均値を前記露出演算に用いる測光値として演算することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
7. 被写体の測光を行い、測光値を出力する測光手段と、
   測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算手段と、を有し、
   前記演算手段は、連写撮影の１回目の撮影を行う前は、前記取得手段により取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算しないことを特徴とする撮像装置。
8. 被写体の測光を行い、測光値を出力する測光手段と、
   測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記複数の測光値と、測光を開始してからの経過時間に従って変化する、被写体の輝度と測光値との関係を表す特性である前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
9. 前記取得手段は、前記測光手段から出力される測光値が前記被写体の輝度に対応した測光値とならない期間において、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得し、前記演算手段は、当該複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記演算手段は、前記取得手段により取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記被写体の輝度に対応した測光値を予測し、予測した測光値に基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 被写体の測光を行う測光手段を用いて測光値を演算する測光値演算方法であって、
    取得手段が、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得工程と、
    演算手段が、前記取得工程で取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算工程と、を有し、
    前記取得工程は、前記測光手段に対するリセット動作を行ってから所定時間が経過するまでの間に測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得し、前記演算工程は、当該複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算することを特徴とする測光値演算方法。
12. 被写体の測光を行う測光手段を用いて測光値を演算する測光値演算方法であって、
    取得手段が、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得工程と、
    演算手段が、前記取得工程で取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算工程と、を有し、
    前記取得工程は、前記測光手段から出力される測光値が安定していない期間において、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得し、前記演算工程は、当該複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算することを特徴とすることを特徴とする測光値演算方法。
13. 被写体の測光を行う測光手段を用いて測光値を演算する測光値演算方法であって、
    取得手段が、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得工程と、
    演算手段が、前記取得工程で取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算工程と、を有し、
    前記演算工程は、前記複数の測光値のうちの第１の測光値と第２の測光値との差に応じて、当該第１の測光値と第２の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算するか否かを変更することを特徴とする測光値演算方法。
14. 被写体の測光を行う測光手段を用いて測光値を演算する測光値演算方法であって、
    取得手段が、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得工程と、
    演算手段が、前記取得工程で取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算工程と、を有し、
    前記演算工程は、連写撮影の１回目の撮影を行う前は、前記取得工程で取得された前記複数の測光値と前記測光手段の出力変化特性とに基づいて前記露出演算に用いる測光値を演算しないことを特徴とする測光値演算方法。
15. 被写体の測光を行う測光手段を用いて測光値を演算する測光値演算方法であって、
    取得手段が、測光条件を変えずに前記測光手段から複数の測光値を取得する取得工程と、
    演算手段が、前記取得工程で取得された前記複数の測光値と、測光を開始してからの経過時間に従って変化する、被写体の輝度と測光値との関係を表す特性である前記測光手段の出力変化特性とに基づいて、露出演算に用いる測光値を演算する演算工程と、
    を有することを特徴とする測光値演算方法。

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