【課題】 被写体を最適な露光状態で、且つ所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像する。
【解決手段】 入射光量に対して電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とからなる光電変換特性を有する撮像センサ３０（３０ａ）と、被写体の輝度情報に基づいて露出の制御に関する露出評価値を検出する評価値検出部４０５と、評価値検出部４０５によって検出された露出評価値に基づいて露出制御する全体制御部５０（５０ａ）（露出制御手段）とを備え、全体制御部５０（５０ａ）は、露出評価値を用いて光電変換特性に基づき露光量を制御する露光量制御パラメータ算出部５１１（５１１ａ）と、露出評価値を用いて光電変換特性に基づきダイナミックレンジを制御するダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（５１２ａ）とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光量に応じた電気信号を発生する撮像センサを具備する撮像装置に関し、特に、その光電変換特性として入射光量に対して前記電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とを備えている（線形特性の動作と対数特性の動作とが切り替え可能とされている）撮像センサを用いた撮像装置及び撮像方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトダイオード等の光電変換素子をマトリクス状に配置してなる固体撮像素子に、ＭＯＳＦＥＴ等を備えた対数変換回路を付加し、前記ＭＯＳＦＥＴのサブスレッショルド特性を利用することで、固体撮像素子の出力特性を入射光量に対して電気信号が対数的に変換されるようにした撮像センサ（「ＬＯＧセンサ」とも呼ばれている）が知られている。このような撮像センサにおいて、固体撮像素子本来の出力特性、すなわち入射光量に応じて電気信号が線形的に変換されて出力される線形動作状態と、前述の対数動作状態とを切り替えることが可能とされた撮像センサが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、ＭＯＳＦＥＴに特定のリセット電圧を与えることで、線形動作状態から対数動作状態へ自動的に切り替え可能とすると共に、前記各画素の前記切り替え点を等しくした撮像装置が開示されている。また特許文献２にも、線形動作状態から対数動作状態へ自動的に切り替え可能とすると共に、ＭＯＳＦＥＴのリセット時間を調整することでＭＯＳＦＥＴのポテンシャル状態を調整可能とした撮像装置が開示されている。
【０００４】
ところで、撮像センサを線形動作状態で用いた場合、光電変換素子で発生した電荷量に比例した出力が得られることから、低輝度の被写体でも高コントラストな（高い階調性を有した）画像信号が得られる等の利点がある反面、ダイナミックレンジが狭くなってしまうという不都合がある。一方、撮像センサを対数動作状態で用いた場合、入射光量に対して自然対数的に変換された出力が得られることから、広いダイナミックレンジが確保できるという利点がある反面、画像信号が対数圧縮されることからコントラスト性が悪くなるという不都合がある。
【特許文献１】特開２００２−７７７３３号公報
【特許文献２】特開２００２−３００４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１及び特許文献２に係る撮像装置は、撮像センサを線形動作状態から対数動作状態へ自動的に切り替え可能とすることを開示しているに止まる。しかしながら、上述の線形動作状態及び対数動作状態の長所並びに短所に鑑みた場合、単に自動切り替えさせるだけでなく、それぞれの動作状態が備える長所を積極的に活用して撮像動作を行わせる構成とすることが望ましいと言える。例えば自動露光制御を行う場合においても、ターゲットとなる被写体の輝度と、撮像センサの線形動作状態から対数動作状態への切り替り点とを関連付けてその制御を行えば、専ら各動作状態が備える長所を活用した最適な自動露光制御を行い得る可能性がある。
【０００６】
従って本発明は、撮像装置の露出制御を、当該撮像装置が備える撮像センサの光電変換特性と関連づけて行うことで、被写体からの光量（被写体輝度）に応じて、被写体を最適な露光状態で、しかも所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１にかかる撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、前記入射光量に対して電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、前記入射光量に対して電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とからなる光電変換特性を有する撮像センサと、被写体の輝度情報に基づいて、被写体を撮像するに際しての露出の制御に関する露出評価値を検出する露出評価値検出手段と、前記露出評価値検出手段によって検出された露出評価値に基づいて露出制御する露出制御手段とを備え、前記露出制御手段は、前記露出評価値を用いて、所要の露光量を確保するべく前記光電変換特性に基づき露光量を制御する露光量制御手段と、前記露出評価値を用いて、所要のダイナミックレンジを確保するべく前記光電変換特性に基づきダイナミックレンジを制御するダイナミックレンジ制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、被写体の輝度情報に基づいて露出評価値検出手段により露出評価値が検出される。そして、この露出評価値を用いて、光電変換特性に基づき露光量制御手段により露光量の制御が行われると共に、この露出評価値を用いて、光電変換特性に基づきダイナミックレンジ制御手段によりダイナミックレンジの制御が行われる。このように、撮像装置が備える撮像センサの光電変換特性と関連付けて、露光量制御手段による露光量制御とダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とを行うことによって当該撮像装置の露出制御を行うことができるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で、しかも所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができる。
【０００９】
ここで、本発明で言う「露出制御（以下、適宜「ＡＥ制御」という）」の概念に関する定義につき、図６に基づいて説明しておく。いわゆる銀塩カメラと異なり、デジタルカメラやデジタルムービィ等の撮像装置においては、ＡＥ制御のための制御要素としては、撮像センサの光電変換特性に関連づけて（光電変換特性を作為的に変化させて）制御する方法と、撮像センサの撮像面に届く光の総量と光電変換後の光電変換電流の積分時間を調整する方法とがある。本明細書では、前者を「ダイナミックレンジ制御」と呼び、後者を「露光量制御」と呼ぶものとする。なお、前記「ダイナミックレンジ制御」は、例えば撮像センサの線形特性領域と対数特性領域との切り替わり点（以下、変曲点という）を制御することで実行される。また、前記「露光量制御」は、例えば絞りの開口量調整や、或いはメカニカルシャッタのシャッタスピードの調整、又は撮像センサに対するリセット動作の制御による電荷の積分時間制御により実行される。
【００１０】
請求項２にかかる撮像装置は、請求項１において、前記露光量制御手段は、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が前記線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する露光量設定値を算出する露光量設定値算出手段を備え、前記露光量設定値算出手段により算出した露光量設定値に基づいて露光量を制御することを特徴とする。この構成によれば、線形特性領域において、露光量設定用の或る被写体輝度に対する撮像センサの出力が、所定の目標出力レベルとなるような（このような光電変換特性が得られる）露光量設定値を用いて露光量の制御が行われるため、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所望の露光量を確保することができる。
【００１１】
請求項３にかかる撮像装置は、請求項２において、絞り装置をさらに備え、前記露光量設定値は、撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値及び／又は前記絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値であって、前記露光量制御手段は、露光量設定値算出手段により算出された露光時間設定値に基づく撮像センサの露光時間の制御及び／又は露光量設定値算出手段により算出された絞り設定値に基づく絞り装置の絞り開口面積の制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、露光量の制御が、露光時間設定値に基づく制御、すなわち撮像センサに対する露光時間（撮像センサの電荷蓄積に関する積分時間或いはシャッタの開放時間）、及び／又は絞り設定値に基づく制御、すなわち絞り装置に対する絞り開口面積の制御によってなされるため、特に露光量制御用の装置を新規に設けることなく、既設の撮像センサ及び絞り装置等を利用して露光量を制御できるだけでなく、当該複数の制御手段（撮像センサ及び絞りの制御）を用いて、より精度の高い且つ自由度の高い露光量制御を行うことが可能となる。
【００１２】
請求項４にかかる撮像装置は、請求項１において、前記ダイナミックレンジ制御手段は、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が所定の飽和出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応するダイナミックレンジ設定値を算出するダイナミックレンジ設定値算出手段を備え、前記ダイナミックレンジ設定値算出手段により算出したダイナミックレンジ設定値に基づいてダイナミックレンジを制御することを特徴とする。この構成によれば、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が、所定の飽和出力レベルとなるような（このような光電変換特性が得られる）ダイナミックレンジ設定値を用いてダイナミックレンジの制御が行われるため、例えばダイナミックレンジ設定用の被写体輝度を被写体の最大輝度として当該被写体最大輝度が飽和出力レベルとなるように、すなわち被写体輝度（被写体輝度の範囲）に対するセンサ出力が、撮像センサの出力レベル範囲に入るように制御することができ、撮像に対する所望のダイナミックレンジ（被写体輝度の範囲）を確保することができる。
【００１３】
請求項５にかかる撮像装置は、請求項４において、前記ダイナミックレンジ設定値は、撮像センサに対する光電変換特性の調整に関する光電変換特性設定値であって、前記ダイナミックレンジ制御手段は、ダイナミックレンジ設定値算出手段により算出された光電変換特性設定値に基づいて、光電変換特性の変曲点位置を制御することを特徴とする。この構成によれば、ダイナミックレンジの制御が、光電変換特性の調整に関する光電変換特性設定値を用いた、光電変換特性の変曲点位置の制御、すなわち変曲点位置を変化（光電変換特性の状態を変化）させることによる光電変換特性自体の制御によってなされるため、特にダイナミックレンジ制御用の装置を新規に設けることなく、既設の撮像センサ（撮像センサの光電変換特性を変化させる手段）を利用してダイナミックレンジ制御を行うことができると共に、変曲点位置のみの制御に基づいて光電変換特性の制御が行うことができ、より簡易な方法でのダイナミックレンジ制御が可能となる。
【００１４】
請求項６にかかる撮像装置は、請求項３において、前記露光量設定値算出手段は、線形特性領域における第１の被写体輝度に対する出力レベル及び／又は対数特性領域における第２の被写体輝度に対する出力レベルから、前記露光量設定用の被写体輝度に対する出力レベルとしての平均出力レベルを算出すると共に、該平均出力レベルが前記目標出力レベルとなるよう、前記露光時間設定値及び絞り設定値を算出することを特徴とする。この構成によれば、線形特性領域を代表する或る被写体輝度に対する出力レベル及び／又は対数特性領域を代表する或る被写体輝度に対する出力レベルから、これらの平均出力レベル、すなわち光電変換特性を代表する出力レベルが算出され、この平均出力レベルが目標出力レベルとなる（このような光電変換特性が得られる）露光量が得られるような露光時間（露光時間設定値）及び絞りの開口面積（絞り設定値）が算出されるため、平均出力レベルを用いた、或いはこの平均出力レベルを目標出力レベルにするといった簡易な演算によって露光時間設定値及び絞り設定値を求めることができる。
【００１５】
請求項７にかかる撮像装置は、請求項６において、前記露光量設定値算出手段は、前記目標出力レベルに対する前記平均出力レベルの第１の増幅率を算出し、該第１の増幅率から、露出制御前の露光時間に対する露出制御後の露光時間の第２の増幅率と、露出制御前の絞り開口面積に対する露出制御後の絞り開口面積の第３の増幅率とを決定すると共に、該第２及び第３の増幅率からそれぞれ露出制御後の露光時間に対応する前記露光時間設定値、及び露出制御後の絞り開口面積に対応する前記絞り設定値を算出することを特徴とする。この構成によれば、目標出力レベルに対する平均出力レベルの第１の増幅率から、露光時間の第２の増幅率及び絞り開口面積の第３の増幅率が決定され、当該第２及び第３の増幅率から露光時間設定値及び絞り設定値が得られるため、第１の増幅率が得られるような第２及び第３の増幅率を任意に（第１の増幅率に対する第２及び第３の増幅率それぞれの比率を任意に）、すなわち所要の露光量が得られるような露光時間設定値及び絞り設定値を任意に、且つ簡易な演算によって求めることができる。
【００１６】
請求項８にかかる撮像装置は、請求項７において、前記露光量設定値算出手段は、前記第２の増幅率による露光量の制御及び前記第３の増幅率による露光量の制御のいずれかを優先させるよう、第１の増幅率から第２及び第３の増幅率を決定することを特徴とする。この構成によれば、第１の増幅率から第２及び第３の増幅率を決定する際に、第２の増幅率及び第３の増幅率のいずれかを優先させて決定するため、露光量の制御を、露光時間の制御及び絞りの制御のいずれかを優先させて行うことができ、すなわち、必ずしも露光時間制御と絞り制御とによる露光量制御を行わずともよく、一方の制御に依存させてより簡易に露光量制御を行わせることが可能となる。
【００１７】
請求項９にかかる撮像装置は、請求項６〜８のいずれかにおいて、所定のデータ変換を行うための変換情報を記憶する変換情報記憶手段をさらに備え、前記露光量設定値算出手段は、前記変換情報記憶手段に記憶された変換情報を用いたデータ変換に基づいて、対数特性領域における前記第２の被写体輝度の出力レベルを、該対数特性領域に対応する線形特性領域における出力レベルに換算することを特徴とする。この構成によれば、変換情報を用いたデータ変換を行うことにより、対数特性領域における被写体輝度に対する出力レベルの値が線形特性領域における出力レベルの値に換算されるため、すなわち各被写体輝度に対する出力レベルのデータを、一旦線形特性領域でのデータに統一して扱うことができるため、当該各データを用いた演算を容易に且つ確実に行えるようになり、ひいては演算速度（処理速度）が向上し、迅速な露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【００１８】
請求項１０にかかる撮像装置は、請求項５において、前記ダイナミックレンジ設定値算出手段は、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定した被写体最大輝度に対する出力レベルの変化量を算出し、前記光電変換特性設定値を算出することを特徴とする。この構成によれば、光電変換特性設定値が、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定された被写体最大輝度に対する出力レベルの変化量の算出に基づいて算出されるため、より簡易な方法によって光電変換特性設定値を求めることができる。
【００１９】
請求項１１にかかる撮像装置は、請求項１〜１０のいずれかにおいて、前記露出評価値検出手段は、前記被写体の撮影画像を、少なくとも主被写体領域と該主被写体領域の周辺に位置する周辺被写体領域とに区画して該撮影画像の輝度の検出を行う分割測光手段を備え、前記分割測光手段による輝度の検出によって得られる主被写体領域及び周辺被写体領域それぞれに対する主被写体輝度及び周辺被写体輝度に基づいて、前記露出評価値を検出することを特徴とする。この構成によれば、所謂分割測光方式により、被写体の撮影画像が主被写体領域と周辺被写体領域とに区画されて当該撮影画像の輝度が検出され、当該各主被写体領域及び周辺被写体領域に対する主被写体輝度及び周辺被写体輝度に基づいて露出評価値の検出が行われるため、露出制御を行う際に、常に撮影画像（撮像領域）全体の輝度情報を用いるのではなく、露出制御における各制御（露光量制御又はダイナミックレンジ制御）に対応して最適な露出評価値（輝度情報）が用いられるように、当該露出評価値（輝度情報）を得る領域（ここでは主被写体領域又は周辺被写体領域）を選択することが可能となる。
【００２０】
請求項１２にかかる撮像装置は、請求項１１において、前記露出評価値検出手段は、主被写体領域に対する主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体領域に対する周辺被写体輝度ヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段をさらに備え、該主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラムに基づいて、前記露出評価値を検出することを特徴とする。この構成によれば、露出評価値が、ヒストグラム算出手段による輝度ヒストグラム（主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラム）に基づいて検出されるため、各領域における被写体輝度から容易に且つ確実に所要の露出評価値の検出を行うことができる。
【００２１】
請求項１３にかかる撮像装置は、請求項１２において、前記ヒストグラム算出手段は、前記主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラムにおける所定の閾値より小さい度数の輝度データを、前記露出評価値の算出に用いないことを特徴とする。この構成によれば、輝度ヒストグラムにおける所定の閾値より小さい度数の輝度データを用いない、すなわち所定の閾値によって輝度データの所謂「足切り」を行うため、撮像におけるノイズ等による輝度の誤差を低減することができる。
【００２２】
請求項１４にかかる撮像装置は、請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記第１の被写体輝度及び第２の被写体輝度は、それぞれ撮像センサによる線形特性領域及び対数特性領域において検出された主被写体輝度を平均してなる主被写体平均輝度であることを特徴とする。この構成によれば、第１の被写体輝度及び第２の被写体輝度が主被写体領域での輝度（主被写体輝度）から得られるため、主被写体領域での被写体の輝度を露光量の制御に反映させることができる。また、第１の被写体輝度として線形特性領域での主被写体輝度の平均値を、第２の被写体輝度として対数特性領域での主被写体輝度の平均値を用いるため、当該第１及び第２の被写体輝度（主被写体平均輝度）を、それぞれ線形特性領域及び対数特性領域における被写体輝度を反映（代表）するものとして容易に設定（算出）することができる。
【００２３】
請求項１５にかかる撮像装置は、請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記第１の増幅率は、前記主被写体輝度の最大値である主被写体最大輝度及び主被写体輝度の最小値である主被写体最小輝度に基づいて算出されることを特徴とする。この構成によれば、第１の増幅率が主被写体領域での輝度（主被写体輝度）から得られるため、主被写体領域での被写体の輝度を露光量の制御に反映させることができる。また、第１の増幅率が主被写体最大輝度及び主被写体最小輝度に基づいて算出されるため、第１の増幅率、すなわち目標出力レベルに対する平均出力レベルの増幅率、を得るための露光量の制御に用いられる被写体輝度を、上記最大値或いは最小値として容易に設定（算出）することができる。
【００２４】
請求項１６にかかる撮像装置は、請求項１４又は１５において、前記主被写体平均輝度、並びに主被写体最大輝度及び主被写体最小輝度は、それぞれレッド、グリーン及びブルーの各色の輝度データを用いた色空間変換に基づいて算出されることを特徴とする。この構成によれば、主被写体平均輝度、並びに主被写体最大輝度及び主被写体最小輝度が、ＲＧＢの３原色の輝度データから算出されるため、当該算出された各輝度に基づいてより精度の高い露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【００２５】
請求項１７にかかる撮像装置は、請求項１６において、前記各色の輝度データが対数特性領域における輝度データである場合には、前記変換情報記憶手段に記憶された変換情報に基づいて、当該対数特性領域における各色の輝度データを線形特性領域における輝度データに換算することを特徴とする。この構成によれば、変換情報を用いたデータ変換を行うことにより、各色の輝度データに対する出力レベルのデータを、一旦線形特性領域でのデータに統一して扱うことができるため、当該各輝度データを用いた演算を容易に且つ確実に行えるようになり、ひいては演算速度が向上し、迅速な露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【００２６】
請求項１８にかかる撮像装置は、請求項１１において、前記ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定した被写体最大輝度は、対数特性領域において検出された主被写体輝度及び周辺被写体輝度をそれぞれ平均してなる主被写体平均輝度及び周辺被写体平均輝度のうちの大きな方の輝度であることを特徴とする。この構成によれば、ダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度として、主被写体平均輝度及び周辺被写体平均輝度のうちの大きな方の輝度が採用されるため、撮影画像における被写体の最大輝度を反映（代表）するダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度を、容易に設定（算出）することができる。
【００２７】
請求項１９にかかる撮像装置は、請求項１１において、前記ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定した被写体最大輝度は、主被写体輝度の最大値である主被写体最大輝度、及び周辺被写体輝度の最大値である周辺被写体最大輝度のうちの大きな方の輝度であることを特徴とする。この構成によれば、ダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度として、主被写体最大輝度及び周辺被写体最大輝度のうちの大きな方の輝度が採用されるため、撮影画像における被写体の最大輝度を反映（代表）するダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度を、容易に設定（算出）することができる。
【００２８】
請求項２０にかかる撮像装置は、請求項１２において、前記ヒストグラム算出手段は、主被写体領域及び周辺被写体領域を合わせた全撮像領域に対する全領域輝度ヒストグラムを算出し、前記露出評価値検出手段は、前記全領域輝度ヒストグラムに基づいて、撮像センサの出力レベルが飽和出力レベルに達しているか否かを判別する飽和判別手段をさらに備えることを特徴とする。この構成によれば、ヒストグラム算出手段により算出された全領域輝度ヒストグラムに基づいて、撮像センサの出力レベルが飽和出力レベルに達しているか否かが飽和判別手段によって判別されるため、当該飽和出力レベルに達しているか否かの判別が容易に行えると共に、この飽和出力レベルの判別を利用して露出を最適に制御する、例えば撮像センサに対する入射光量が多くなって撮像センサが飽和出力レベルに達した場合等に、ダイナミックレンジを広げるように光電変換特性を制御する、といったことが可能となる。
【００２９】
請求項２１にかかる撮像装置は、請求項２０において、前記飽和判別手段は、前記全領域輝度ヒストグラムにおける、被写体輝度及び度数が所定の閾値以上となる領域の飽和輝度データ数が所定数以上となる場合に、前記飽和出力レベルに達したと判別することを特徴とする。この構成によれば、被写体輝度及び度数が所定の閾値以上となる飽和輝度データ数が所定数以上となったか否かの判別によって、撮像センサが飽和出力レベルに達したか否かを判別するため、当該撮像センサが飽和出力レベルに達したか否かの判別を容易に行うことができる。
【００３０】
請求項２２にかかる撮像装置は、請求項２１において、前記ダイナミックレンジ制御手段は、前記飽和判別手段により撮像センサが飽和出力レベルに達したと判別された場合に、前記飽和輝度データ数に比例して光電変換特性の変曲点に対する出力レベルを下げるよう、当該変曲点位置の制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、撮像センサが飽和出力レベルに達した場合に、飽和輝度データ数に比例して光電変換特性の変曲点に対する出力レベルが下げられるため、撮像センサの出力レベルの飽和の度合いに応じた（飽和輝度データ数に応じた）ダイナミックレンジの制御（ダイナミックレンジを広げる制御）を自動的に行うことができる。
【００３１】
請求項２３にかかる撮像方法は、入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、前記入射光量に対して電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、前記入射光量に対して電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とからなる光電変換特性を有する撮像センサを備える撮像装置を用い、被写体の輝度情報に基づいて、被写体を撮像するに際しての露出制御に関する露出評価値を検出し、前記露出評価値を用いて、所要の露光量を確保するべく前記光電変換特性に基づき露光量制御を行うと共に、所要のダイナミックレンジを確保するべく光電変換特性に基づきダイナミックレンジ制御を行うことで、撮像にあたっての露出制御を行うことを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、被写体の輝度情報に基づいて露出評価値検出手段により露出評価値が検出される。そして、この露出評価値を用いて、光電変換特性に基づき露光量制御手段により露光量の制御が行われると共に、この露出評価値を用いて、光電変換特性に基づきダイナミックレンジ制御手段によりダイナミックレンジの制御が行われる。このように、撮像装置が備える撮像センサの光電変換特性と関連付けて、露光量制御手段による露光量制御とダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とを行うことによって当該撮像装置の露出制御を行うことができるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で、しかも所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができる。
【００３３】
請求項２４にかかる撮像装置は、請求項１において、前記撮像センサは、対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成されたものであって、絞り装置をさらに備え、前記露光量制御手段は、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量を制御する絞り制御手段及び／又は撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量を制御する露光時間制御手段を備え、前記露出制御手段は、それぞれ独立に露出制御が可能に構成された絞り制御手段及び／又は露光時間制御手段、並びに前記ダイナミックレンジ制御手段によって露出制御を行うことを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、撮像センサが対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成され、露光量制御手段が備える絞り制御手段による絞り開口面積の調整に関する絞り設定値、及び／又は露光量制御手段が備える露光時間制御手段による露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量が制御され、露出制御手段によって、それぞれ独立に露出制御が可能、すなわち絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御それぞれに応じて光電変換特性を変化させて各設定値（制御パラメータ）を得ることが可能に構成された絞り制御手段及び／又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段による露出制御が行われる。このように、撮像センサの（対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという）光電変換特性と関連付けて、露出制御が、絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御の互いに独立した複数種類の制御を用いて実行されることで、より自由度の高い、またこれら各制御の組み合わせに応じて効率の良い露出制御を行うことが可能となる。
【００３５】
請求項２５にかかる撮像装置は、請求項２４において、前記絞り制御手段は、当該絞りの制御に応じて、線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性全体を変化させて露光量制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、絞り制御手段による絞りの制御に応じて、線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性全体を変化させて露光量制御が行われるため、光電変換特性における線形特性領域を変化させて該線形特性領域での露光量調整を行いつつ、対数特性領域を変化させてダイナミックレンジの調整（対数特性領域での露光量調整）も同時に行うことができ、暗い画像に対する露光量を全体的に増加させる（全体的に明るくする）といった露出制御を効率良く行うことが可能となる。
【００３６】
請求項２６にかかる撮像装置は、請求項２５において、前記絞り制御手段は、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が前記線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する絞り設定値を算出する絞り設定値算出手段を備え、当該絞り設定値算出手段により算出した絞り設定値に基づいて前記絞りの制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、絞り制御手段によって、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応する絞り設定値が、絞り制御手段が備える絞り設定値算出手段により算出され、当該算出された絞り設定値に基づいて絞りの制御が行われため、或る被写体輝度に対して所定の目標出力レベルが得られる光電変換特性から絞り設定値を求めるという簡易な演算に基づいて当該絞り制御による露光量制御を実現することができる。
【００３７】
請求項２７にかかる撮像装置は、請求項２４〜２６のいずれかにおいて、前記露光時間制御手段は、当該露光時間の制御に応じて、光電変換特性における対数特性領域を固定した状態で線形特性領域を変化させて露光量制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、露光時間制御手段による露光時間の制御に応じて、光電変換特性における対数特性領域が固定された状態で線形特性領域が変化されて露光量制御が行われるため、対数特性領域を固定してダイナミックレンジを変化させることなく（所定のダイナミックレンジを維持した状態で）線形特性領域を変化させて該線形特性領域での露光量調整のみを実行することができ、画像の全体的な明るさは維持したまま低輝度部分だけ明るくするといった露出制御を行うことが可能となる。
【００３８】
請求項２８にかかる撮像装置は、請求項２７において、前記露光時間制御手段は、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が前記線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する露光時間設定値を算出する露光時間設定値算出手段を備え、当該露光時間設定値算出手段により算出した露光時間設定値に基づいて前記露光時間の制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、露光時間制御手段によって、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応する露光時間設定値が、露光時間制御手段が備える露光時間設定値算出手段により算出され、当該算出された露光時間設定値に基づいて露光時間の制御が行われるため、或る被写体輝度に対して所定の目標出力レベルが得られる光電変換特性から露光時間設定値を求めるという簡易な演算に基づいて当該露光時間制御による露光量制御を実現することができる。
【００３９】
請求項２９にかかる撮像装置は、請求項２４〜２８のいずれかにおいて、シャッタ装置をさらに備え、前記露光時間制御手段は、撮像センサの積分時間及び／又はシャッタ装置のシャッタ開放時間の制御に基づいて露光時間の制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、露光時間制御手段によって、撮像センサの積分時間（電荷の蓄積時間）及び／又はシャッタ装置のシャッタ開放時間の制御に基づいて露光時間の制御が行われるため、当該積分時間及び／又はシャッタ開放時間の制御を用いた自由度の高い露光時間制御が可能となる。
【００４０】
請求項３０にかかる撮像装置は、請求項２４〜２９のいずれかにおいて、前記ダイナミックレンジ制御手段は、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が所定の飽和出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応するダイナミックレンジ設定値を算出するダイナミックレンジ設定値算出手段を備え、前記ダイナミックレンジ設定値算出手段により算出したダイナミックレンジ設定値に基づいてダイナミックレンジを制御することを特徴とする。この構成によれば、ダイナミックレンジ制御手段によって、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が所定の飽和出力レベルとなる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応するダイナミックレンジ設定値が、ダイナミックレンジ制御手段が備えるダイナミックレンジ設定値算出手段により算出され、当該算出されたダイナミックレンジ設定値に基づいてダイナミックレンジの制御が行われるため、或る被写体輝度に対して所定の飽和出力レベルが得られる光電変換特性からダイナミックレンジ設定値を求めるという簡易な演算に基づいてダイナミックレンジ制御を実現することができる。
【００４１】
請求項３１にかかる撮像装置は、請求項３０において、前記ダイナミックレンジ設定値は、撮像センサに対する光電変換特性の調整に関する光電変換特性設定値であって、前記ダイナミックレンジ制御手段は、ダイナミックレンジ設定値算出手段により算出された光電変換特性設定値に基づいて光電変換特性の変曲点位置を制御することでダイナミックレンジを制御することを特徴とする。この構成によれば、ダイナミックレンジ制御手段によって、光電変換特性設定値に基づく光電変換特性の変曲点位置の制御によりダイナミックレンジが制御されるため、より簡易な方法でのダイナミックレンジ制御が可能となる。
【００４２】
請求項３２にかかる撮像装置は、請求項２４〜３１のいずれかにおいて、前記撮像センサは、入射光に対して光電流を発生させるフォトダイオードからの電荷を蓄積して該電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンと、該フローティングディフュージョンに対するリセットバイアス印加用のトランジスタとを備え、該トランジスタのゲート電圧がハイ電位及びロー電位間の中電位に設定されることで前記線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号を出力することを特徴とする。この構成によれば、撮像センサにフローティングディフュージョンとリセットバイアス印加用のトランジスタとが備えられ、該トランジスタのゲート電圧が中電位に設定されることで線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号が出力されるため、簡易な構成による撮像センサを用いて、線形特性領域及び対数特性領域を有する光電変換特性を得ることが可能となると共に、露出制御に関してそれぞれ独立した制御である（各制御別に異なる光電変換特性の変化が得られる）絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御による露出制御を実現することが可能となる。
【００４３】
請求項３３にかかる撮像方法は、請求項２３において、前記撮像センサは、対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成されたものであって、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量を制御する絞り制御及び／又は撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量を制御する露光時間制御を行い、露出制御に関してそれぞれ独立に露出制御が可能とされた前記絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御によって露出制御を行うことを特徴とする。
【００４４】
この構成によれば、撮像センサが対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成され、露光量制御手段が備える絞り制御手段による絞り開口面積の調整に関する絞り設定値、及び／又は露光量制御手段が備える露光時間制御手段による露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量が制御され、露出制御手段によって、それぞれ独立に露出制御が可能とされた絞り制御手段及び／又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段による露出制御が行われる。このように、撮像センサの（対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという）光電変換特性と関連付けて、露出制御が、絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御の互いに独立した複数種類の制御を用いて実行されることで、より自由度の高い、またこれら各制御の組み合わせに応じて効率の良い露出制御を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００４５】
請求項１にかかる撮像装置によれば、撮像装置が備える撮像センサの光電変換特性と関連付けて、露光量制御手段による露光量制御とダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とを行うことによって当該撮像装置の露出制御を行うことができるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で、しかも所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができる。
【００４６】
請求項２にかかる撮像装置によれば、線形特性領域において、露光量設定用の或る被写体輝度に対する撮像センサの出力が、所定の目標出力レベルとなるような（このような光電変換特性が得られる）露光量設定値を用いて露光量の制御が行われるため、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所望の露光量を確保することができる。
【００４７】
請求項３にかかる撮像装置によれば、特に露光量制御用の装置を新規に設けることなく、既設の撮像センサ及び絞り装置等を利用して露光量を制御できるだけでなく、当該複数の制御手段（撮像センサ及び絞りの制御）を用いて、より精度の高い且つ自由度の高い露光量制御を行うことが可能となる。
【００４８】
請求項４にかかる撮像装置によれば、被写体輝度（被写体輝度の範囲）に対するセンサ出力が、撮像センサの出力レベル範囲に入るように制御することができ、撮像に対する所望のダイナミックレンジ（被写体輝度の範囲）を確保することができる。
【００４９】
請求項５にかかる撮像装置によれば、特にダイナミックレンジ制御用の装置を新規に設けることなく、既設の撮像センサ（撮像センサの光電変換特性を変化させる手段）を利用してダイナミックレンジ制御を行うことができると共に、変曲点位置のみの制御に基づいて光電変換特性の制御が行うことができ、より簡易な方法でのダイナミックレンジ制御が可能となる。
【００５０】
請求項６にかかる撮像装置によれば、平均出力レベルを用いた、或いはこの平均出力レベルを目標出力レベルにするといった簡易な演算によって露光時間設定値及び絞り設定値を求めることができる。
【００５１】
請求項７にかかる撮像装置によれば、第１の増幅率が得られるような第２及び第３の増幅率を任意に（第１の増幅率に対する第２及び第３の増幅率それぞれの比率を任意に）、すなわち所要の露光量が得られるような露光時間設定値及び絞り設定値を任意に、且つ簡易な演算によって求めることができる。
【００５２】
請求項８にかかる撮像装置によれば、露光量の制御を、露光時間の制御及び絞りの制御のいずれかを優先させて行うことができ、すなわち、必ずしも露光時間制御と絞り制御とによる露光量制御を行わずともよく、一方の制御に依存させてより簡易に露光量制御を行わせることが可能となる。
【００５３】
請求項９にかかる撮像装置によれば、各被写体輝度に対する出力レベルのデータを、一旦線形特性領域でのデータに統一して扱うことができるため、当該各データを用いた演算を容易に且つ確実に行えるようになり、ひいては演算速度（処理速度）が向上し、迅速な露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【００５４】
請求項１０にかかる撮像装置によれば、光電変換特性設定値が、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定された被写体最大輝度に対する出力レベルの変化量の算出に基づいて算出されるため、より簡易な方法によって光電変換特性設定値を求めることができる。
【００５５】
請求項１１にかかる撮像装置によれば、露出制御を行う際に、常に撮影画像（撮像領域）全体の輝度情報を用いるのではなく、露出制御における各制御（露光量制御又はダイナミックレンジ制御）に対応して最適な露出評価値（輝度情報）が用いられるように、当該露出評価値（輝度情報）を得る領域（主被写体領域又は周辺被写体領域）を選択することが可能となる。
【００５６】
請求項１２にかかる撮像装置によれば、露出評価値が、ヒストグラム算出手段による輝度ヒストグラム（主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラム）に基づいて検出されるため、各領域における被写体輝度から容易に且つ確実に所要の露出評価値の検出を行うことができる。
【００５７】
請求項１３にかかる撮像装置によれば、輝度ヒストグラムにおける所定の閾値より小さい度数の輝度データを用いない、すなわち所定の閾値によって輝度データの所謂「足切り」を行うため、撮像におけるノイズ等による輝度の誤差を低減することができる。
【００５８】
請求項１４にかかる撮像装置によれば、第１の被写体輝度及び第２の被写体輝度が主被写体領域での輝度（主被写体輝度）から得られるため、主被写体領域での被写体の輝度を露光量の制御に反映させることができる。また、第１の被写体輝度として線形特性領域での主被写体輝度の平均値を、第２の被写体輝度として対数特性領域での主被写体輝度の平均値を用いるため、当該第１及び第２の被写体輝度（主被写体平均輝度）を、それぞれ線形特性領域及び対数特性領域における被写体輝度を反映（代表）するものとして容易に設定（算出）することができる。
【００５９】
請求項１５にかかる撮像装置によれば、第１の増幅率が主被写体領域での輝度（主被写体輝度）から得られるため、主被写体領域での被写体の輝度を露光量の制御に反映させることができる。また、第１の増幅率が主被写体最大輝度及び主被写体最小輝度に基づいて算出されるため、第１の増幅率、すなわち目標出力レベルに対する平均出力レベルの増幅率、を得るための露光量の制御に用いられる被写体輝度を、上記最大値或いは最小値として容易に設定（算出）することができる。
【００６０】
請求項１６にかかる撮像装置によれば、主被写体平均輝度、並びに主被写体最大輝度及び主被写体最小輝度が、ＲＧＢの３原色の輝度データから算出されるため、当該算出された各輝度に基づいてより精度の高い露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【００６１】
請求項１７にかかる撮像装置によれば、変換情報を用いたデータ変換を行うことにより、各色の輝度データに対する出力レベルのデータを、一旦線形特性領域でのデータに統一して扱うことができるため、当該各輝度データを用いた演算を容易に且つ確実に行えるようになり、ひいては演算速度が向上し、迅速な露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【００６２】
請求項１８にかかる撮像装置によれば、ダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度として、主被写体平均輝度及び周辺被写体平均輝度のうちの大きな方の輝度が採用されるため、撮影画像における被写体の最大輝度を反映（代表）するダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度を、容易に設定（算出）することができる。
【００６３】
請求項１９にかかる撮像装置によれば、ダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度として、主被写体最大輝度及び周辺被写体最大輝度のうちの大きな方の輝度が採用されるため、撮影画像における被写体の最大輝度を反映（代表）するダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度を、容易に設定（算出）することができる。
【００６４】
請求項２０にかかる撮像装置によれば、撮像センサが飽和出力レベルに達しているか否かの判別が容易に行えると共に、この飽和出力レベルの判別を利用して露出を最適に制御する、例えば撮像センサに対する入射光量が多くなって撮像センサが飽和出力レベルに達した場合等に、ダイナミックレンジを広げるように光電変換特性を制御する、といったことが可能となる。
【００６５】
請求項２１にかかる撮像装置によれば、被写体輝度及び度数が所定の閾値以上となる飽和輝度データ数が所定数以上となったか否かの判別によって、撮像センサが飽和出力レベルに達したか否かを判別するため、当該撮像センサが飽和出力レベルに達したか否かの判別を容易に行うことができる。
【００６６】
請求項２２にかかる撮像装置によれば、撮像センサが飽和出力レベルに達した場合に、飽和輝度データ数に比例して光電変換特性の変曲点に対する出力レベルが下げられるため、撮像センサの出力レベルの飽和の度合いに応じた（飽和輝度データ数に応じた）ダイナミックレンジの制御（ダイナミックレンジを広げる制御）を自動的に行うことができる。
【００６７】
請求項２３にかかる撮像方法によれば、撮像装置が備える撮像センサの光電変換特性と関連付けて、露光量制御手段による露光量制御とダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とを行うことによって当該撮像装置の露出制御を行うことができるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で、しかも所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができる。
【００６８】
請求項２４にかかる撮像装置によれば、撮像センサの（対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという）光電変換特性と関連付けて、露出制御が、絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御との互いに独立した複数種類の制御を用いて実行されることで、より自由度の高い、またこれら各制御の組み合わせに応じて効率の良い露出制御を行うことが可能となる。
【００６９】
請求項２５にかかる撮像装置によれば、絞り制御手段による絞りの制御に応じて、線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性全体を変化させて露光量制御が行われるため、光電変換特性における線形特性領域を変化させて該線形特性領域での露光量調整を行いつつ、対数特性領域を変化させてダイナミックレンジの調整（対数特性領域での露光量調整）も同時に行うことができ、暗い画像に対する露光量を全体的に増加させる（全体的に明るくする）といった露出制御を効率良く行うことが可能となる。
【００７０】
請求項２６にかかる撮像装置によれば、絞り制御手段によって、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応する絞り設定値が、絞り制御手段が備える絞り設定値算出手段により算出され、当該算出された絞り設定値に基づいて絞りの制御が行われため、或る被写体輝度に対して所定の目標出力レベルが得られる光電変換特性から絞り設定値を求めるという簡易な演算に基づいて当該絞り制御による露光量制御を実現することができる。
【００７１】
請求項２７にかかる撮像装置によれば、露光時間制御手段による露光時間の制御に応じて、光電変換特性における対数特性領域が固定された状態で線形特性領域が変化されて露光量制御が行われるため、対数特性領域を固定してダイナミックレンジを変化させることなく（所定のダイナミックレンジを維持した状態で）線形特性領域を変化させて該線形特性領域での露光量調整のみを実行することができ、画像の全体的な明るさは維持したまま低輝度部分だけ明るくするといった露出制御を行うことが可能となる。
【００７２】
請求項２８にかかる撮像装置によれば、露光時間制御手段によって、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応する露光時間設定値が、露光時間制御手段が備える露光時間設定値算出手段により算出され、当該算出された露光時間設定値に基づいて露光時間の制御が行われるため、或る被写体輝度に対して所定の目標出力レベルが得られる光電変換特性から露光時間設定値を求めるという簡易な演算に基づいて当該露光時間制御による露光量制御を実現することができる。
【００７３】
請求項２９にかかる撮像装置によれば、露光時間制御手段によって、撮像センサの積分時間（電荷の蓄積時間）及び／又はシャッタ装置のシャッタ開放時間の制御に基づいて露光時間の制御が行われるため、当該積分時間及び／又はシャッタ開放時間の制御を用いた自由度の高い露光時間制御が可能となる。
【００７４】
請求項３０にかかる撮像装置によれば、ダイナミックレンジ制御手段によって、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が所定の飽和出力レベルとなる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応するダイナミックレンジ設定値が、ダイナミックレンジ制御手段が備えるダイナミックレンジ設定値算出手段により算出され、当該算出されたダイナミックレンジ設定値に基づいてダイナミックレンジの制御が行われるため、或る被写体輝度に対して所定の飽和出力レベルが得られる光電変換特性からダイナミックレンジ設定値を求めるという簡易な演算に基づいてダイナミックレンジ制御を実現することができる。
【００７５】
請求項３１にかかる撮像装置によれば、ダイナミックレンジ制御手段によって、光電変換特性設定値に基づく光電変換特性の変曲点位置の制御によりダイナミックレンジが制御されるため、より簡易な方法でのダイナミックレンジ制御が可能となる。
【００７６】
請求項３２にかかる撮像装置によれば、撮像センサにフローティングディフュージョンとリセットバイアス印加用のトランジスタとが備えられ、該トランジスタのゲート電圧が中電位に設定されることで線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号が出力されるため、簡易な構成による撮像センサを用いて、線形特性領域及び対数特性領域を有する光電変換特性を得ることが可能となると共に、露出制御に関してそれぞれ独立した制御である（各制御別に異なる光電変換特性の変化が得られる）絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御による露出制御を実現することが可能となる。
【００７７】
請求項３３にかかる撮像方法によれば、撮像センサの（対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという）光電変換特性と関連付けて、露出制御が、絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御との互いに独立した複数種類の制御を用いて実行されることで、より自由度の高い、またこれら各制御の組み合わせに応じて効率の良い露出制御を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７８】
（実施形態１）
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施形態につき説明する。
（撮像装置の外観構造の説明）
図１は、第１の実施形態にかかる撮像装置が好適に適用される小型のデジタルカメラ１の外観を示す図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図をそれぞれ示している。このデジタルカメラ（撮像装置）１は、カメラ本体ボディ１０の頂面には電源スイッチ１０１及びレリーズスイッチ１０２等が、正面側にはフラッシュ発光部１０３及び撮影レンズ窓１０４等が、また背面側にはモード設定スイッチ１０５などの各種の操作ボタンや液晶モニター（ＬＣＤ）からなるＬＣＤ表示部１０６等がそれぞれ配置されている。そして本体ボディ１０の内部には、各種本体機器のほか、屈曲型の鏡胴２０が配置されている。
【００７９】
電源スイッチ１０１は、カメラ１の電源をＯＮ（起動）、ＯＦＦ（起動停止）するための押下スイッチであり、押下動作によりカメラ電源のＯＮ、ＯＦＦが順次繰り返される。またモード設定スイッチ１０５は、静止画を撮影する静止画撮影モードと、動画を撮影する動画撮影モードとの２つのモードを設定するためのものである。
【００８０】
レリーズスイッチ１０２は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。例えば前記静止画撮影モードにおいて、レリーズスイッチ１０２が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（後述の自動露出制御や自動焦点制御等の準備動作）が実行され、レリーズスイッチ１０２が全押しされると、撮影動作（後述する撮像センサを露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作）が実行される。また、前記動画撮影モードにおいて、レリーズスイッチ１０２が全押しされると、所定の動画撮影動作が実行され、再度レリーズスイッチ１０２が全押しされると、動画撮影動作が終了される。
【００８１】
フラッシュ発光部１０３は、レリーズスイッチ１０２が半押しされている状態（静止画撮影モード）において、被写体像が暗い場合に発光して被写体を照明する。撮影レンズ窓１０４は、被写体の光学像を、本体ボディ１０の内部に配置された屈曲型鏡胴２０へ取り入れるための開口部である。また表示部１０６は、内蔵する記録媒体に記録された記録画像を再生表示させたり、撮影待機中や動画撮影モードにおいてビデオ撮影された被写体のスルー画像（ライブビュー画像）を表示させたりするものである。なお、前記モード設定スイッチ１０５以外に、ズームスイッチ、メニュー選択スイッチ、選択決定スイッチ等のプッシュスイッチ群が備えられている。
【００８２】
屈曲型の鏡胴２０は、前記撮影レンズ窓１０４を通して被写体像を取り入れ、本体ボディ１０の内部に配置されている撮像センサ３０へ導く撮影レンズ系を構成するものである。この鏡胴２０は、ズーミングやフォーカシング駆動時においてもその長さの変動しない、つまり本体ボディ１０から外部に突出することのない鏡胴である。この鏡胴２０の内部には、光軸に沿って直列的に配置されるズームレンズブロックや固定レンズブロックからなる撮影光学系を構成するレンズ群２１（図２参照）と、このレンズ群２１の適所に配置される絞り２２とが備えられている。さらに前記レンズ群２１の適所にはシャッタ２３が配置されており、該シャッタ２３の開閉動作により撮影光学系の光路が遮光若しくは通光されるようになっている。すなわち、絞り２２の開口面積設定度合い及びシャッタ２３の開閉動作制御等により、撮像センサ３０の露光量が制御されるものである。
【００８３】
（撮像装置の電気的構成の全体的な説明）
図２は、本発明にかかるデジタルカメラ１における撮像処理ブロック図である。このデジタルカメラ１は、操作部１００、上述した屈曲型の鏡胴２０、撮像センサ３０、信号処理部４０、全体制御部５０、及び駆動部６０などを備えている。なお、操作部１００は、前記で説明した電源スイッチ１０１、レリーズスイッチ１０２及びモード設定スイッチ１０５などからなる。
【００８４】
撮像センサ３０は、鏡胴２０内のレンズ群２１により結像された被写体光像の光量に応じ、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各成分の画像信号（撮像センサ３０の各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号）に光電変換して信号処理部４０へ出力するものである。本実施形態においては、この撮像センサ３０として、入射光量に対して出力画素信号（光電変換により発生する出力電気信号）が線形的ではなく対数的に変換されて出力される対数変換型固体撮像素子が用いられる。なお当該撮像センサ３０は、入射光量が少ない場合は、出力画素信号が線形的に変換されて出力される特性を有しており、その光電変換特性が線形的である領域（線形特性領域＝暗時）と対数的である領域（対数特性領域＝明時）とを備えている。さらに前記線形特性領域と対数特性領域との切り替り点（変曲点）が、特定の制御信号（ダイナミックレンジ制御信号）により任意に制御可能とされている。この撮像センサ３０の構成、動作等については後に詳述する。
【００８５】
タイミング生成回路（タイミングジェネレータ）３１は、撮像センサ３０による撮影動作（露光に基づく電荷蓄積や蓄積電荷の読出し等）を制御するものである。タイミング生成回路３１は、全体制御部５０からの撮影制御信号に基づいて所定のタイミングパルス（画素駆動信号、水平同期信号、垂直同期信号、水平走査回路駆動信号、垂直走査回路駆動信号等）を生成して撮像センサ３０に出力し、動画撮影モード時（スルー画表示モード時）には、例えば１／３０（秒）毎にフレーム画像を取り込み、順次信号処理部４０に出力させる。また、静止画撮影モード時の露光中には撮像センサ３０の露光動作に連動して電荷を蓄積させ（すなわち、被写体光像を画像信号に光電変換させ）、その蓄積電荷を信号処理部４０に出力させる。さらにタイミング生成回路３１は、後述のＡ／Ｄ変換器４０２において用いられるＡ／Ｄ変換用のクロックも生成する。
【００８６】
信号処理部４０は、撮像センサ３０から送出される画像信号に所定のアナログ信号処理およびデジタル信号処理を施すもので、前記画像信号の信号処理は、該画像信号を構成するそれぞれの画素信号ごとに行われる。この信号処理部４０は、アナログ信号処理部４１、Ａ／Ｄ変換器４０２、黒基準補正部４０３、ＦＰＮ補正部４０４、評価値検出部４０５、ホワイトバランス（ＷＢ）制御部４０６、色補間部４０７、３×３色補正部４０８、階調変換部４０９、ノイズキャンセル部４１０及び画像メモリ４１１を備えている。
【００８７】
アナログ信号処理部４１は、撮像センサ３０から出力される画像信号（撮像センサ３０の各画素で受光されたアナログ信号群）に所定のアナログ信号処理を施すもので、アナログ画像信号に含まれるリセット雑音を低減するＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路）と、アナログ画像信号のレベルを補正するＡＧＣ回路（オートゲインコントロール回路）とを備えている。なお、ＡＧＣ回路は、適正露出が得られなかった場合等に、後段のＡ／Ｄ変換器４０２の入力電圧範囲に合うよう、アナログ画像信号を適正な増幅率で増幅して撮影画像のレベル不足を補償するアンプ機能も有している。
【００８８】
Ａ／Ｄ変換器４０２は、アナログ信号処理部４１から出力されるアナログ画像信号を、例えば１２ビットのデジタル画像信号（画像データ）に変換する役目を果たす。このＡ／Ｄ変換器４０２は、前記タイミング生成回路３１から入力されるＡ／Ｄ変換用のクロックに基づいて、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
【００８９】
黒基準補正部４０３は、Ａ／Ｄ変換器４０２から入力されるデジタル画像信号の黒レベル（暗黒時の画像信号レベル）を基準の値（例えば、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号レベルで０）に補正するために、Ａ／Ｄ変換器４０２から入力される画像信号レベルをＳＤ１とし、また暗黒時の画像信号レベルをＳＤ２とするときに、
ＳＤ１−ＳＤ２
の演算を行う。なお、かかる黒基準補正は、全体制御部５０から入力される撮像センサ３０の光電変換特性に対応した撮像ダイナミックレンジ情報に基づいて行われる。これは、本実施形態にかかるデジタルカメラ１においては、撮像センサ３０の光電変換特性が制御可能とされており、従ってＡ／Ｄ変換器４０２から入力されるデジタル画像信号の暗黒時における画像信号レベルが、撮像センサ３０の光電変換特性の変化により変動することから、その変動に追従した正確な黒基準補正が行えるようにするためである。
【００９０】
ＦＰＮ（Fixed Pattern Noise）補正部４０４は、黒基準補正部４０３から入力される画像信号のＦＰＮ（固定パターンノイズ）を除去するためのものである。固定パターンノイズとは、撮像センサ３０の各画素回路が備えるＦＥＴの閾値バラツキ等が要因となって生じる、各画素が発生する画像信号の出力値のバラツキに起因するノイズである。ＦＰＮ補正部４０４は、黒基準補正部４０３から入力される画像信号レベルをＳＤ３とし、また黒基準補正部４０３から入力される画像信号の固定パターン成分をＳＤ４とするとき、
ＳＤ３−ＳＤ４
の演算を行う。
【００９１】
評価値検出部４０５は、撮像センサ３０で実際に撮影された画像信号から、自動露出制御（ＡＥ）、自動焦点制御（ＡＦ；オートフォーカス）、或いはホワイトバランス制御（ＷＢ制御）等を行うに際してのベース値となる評価値、すなわちＡＥ評価値、ＡＦ評価値、ホワイトバランス評価値（以降、ＷＢ評価値という）等を検出する。例えばＡＥ制御を行う場合、
（１）撮像ターゲットとなる被写体の輝度レベル及び輝度範囲を計測し、
（２）その輝度レベル及び輝度範囲に適合する出力が撮像センサから得られるよう、必要な露出制御量を算出し、
（３）前記算出結果に基づいて露光量等を具体的に調整し、本撮像に臨む、
というステップが一般的に採られるが、この評価値検出部４０５においては、前記ステップ（１）の役目を担うべく、撮像センサ３０で実際に撮影された画像信号から被写体の輝度レベル及び輝度範囲が求められ、これがＡＥ評価値として全体制御部５０へ出力され、後段ステップにおけるＡＥ制御動作用に供される。
【００９２】
またＡＦ制御の場合は、例えばフォーカスレンズ（レンズ群２１）の光軸方向の駆動と撮像センサ３０による撮像動作とを交互に行いながら、その撮像動作により得た画像のコントラストが最大となるフォーカスレンズの位置が求められ（所謂山登り検出方式）、これがＡＦ評価値として全体制御部５０へ出力され、後段ステップにおけるＡＦ制御動作の用に供される。さらにホワイトバランス制御は、出力画像の色を被写体の光源色に適したものに補正することを目的とするもので、この場合、前段のＦＰＮ補正部４０４から入力される画像信号に基づいてＲ、Ｇ、Ｂ各色の輝度比及び輝度差が評価値検出部４０５で算出され、これがＷＢ評価値として全体制御部５０へ出力されるものである。これら評価値の具体的な取得方法等については、後に詳述する。
【００９３】
ホワイトバランス制御部４０６は、全体制御部５０から与えられるダイナミックレンジ情報と前記ＷＢ評価値とに基づいて、画像信号の色バランスが所定の色バランスになるよう、各色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素データのレベルを変換する補正を行う。なお本実施形態では、撮像センサ３０として線形特性領域と対数特性領域とを備えるものを用いることから、線形特性領域及び対数特性領域ごとにＷＢ評価値を取得し、各々の領域に適したホワイトバランス補正を行うようにすることが望ましい。
【００９４】
色補間部４０７は、ホワイトバランス制御部４０６から入力される画像信号の各色成分Ｒ、Ｇ、Ｂごとに、フレーム画像の不足する画素位置のデータを補間するものである。すなわち、本実施形態で用いられる対数変換型の撮像センサ３０のカラーフィルタ構造は、Ｇが市松状でＲ、Ｂが線順次配列された所謂ベイヤー方式が採用されている関係上、色情報が不足していることから、色補間部４０７は、実在する複数の画素データを用いて実在しない画素位置の画素データを補間するものである。
【００９５】
具体的には色補間部４０７は、高帯域まで画素を持つＧの色成分のフレーム画像については、フレーム画像を構成する画像データを所定のフィルタパターンでマスキングした後、メディアン（中間値）フィルターを用いて、補間すべき画素位置の周辺に実在する画素データのうち、最大値と最小値とを除去した画素データの平均値を演算し、その平均値を当該画素位置の画素データとして補間する。また、Ｒ、Ｂの色成分については、フレーム画像を構成する画像データを所定のフィルタパターンでマスキングした後、補間すべき画素位置の周辺に実在する画素データの平均値を演算し、その平均値を当該画素位置の画素データとして補間する。
【００９６】
図３に、撮像センサ３０のカラーフィルタ構造の一例を示す。かかるカラーフィルタ構造において、前記色補間による各画素における色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号は、例えば以下のようにして生成される。
（イ）アドレス１１（Ｂ１１）の色補間式
Ｒ１１＝（Ｒ００＋Ｒ２０＋Ｒ０２＋Ｒ２２）／４
Ｇ１１＝（Ｇｒ１０＋Ｇｂ０１＋Ｇｂ２１＋Ｇｒ１２）／４
Ｂ１１＝Ｂ１１
（ロ）アドレス１２（Ｇｒ１２）の色補間式
Ｒ１２＝（Ｒ０２＋Ｒ２２）／２
Ｇ１２＝Ｇｒ１２
Ｂ１２＝（Ｂ１１＋Ｂ１３）／２
（ハ）アドレス２１（Ｇｂ２１）の色補間式
Ｒ２１＝（Ｒ２０＋Ｒ２２）／２
Ｇ２１＝Ｇｂ２１
Ｂ２１＝（Ｂ１１＋Ｂ３１）／２
（ニ）アドレス２２（Ｒ２２）の色補間式
Ｒ２２＝Ｒ２２
Ｇ２２＝（Ｇｂ２１＋Ｇｒ１２＋Ｇｒ３２＋Ｇｂ２３）／４
Ｂ２２＝（Ｂ１１＋Ｂ３１＋Ｂ１３＋Ｂ３３）／４
【００９７】
３×３色補正部４０８は、色補間部４０７から入力される色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号の彩度を補正（色合いを補正）するものである。３×３色補正部４０８は、色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号のレベル比を変換する３種類の変換係数を有し、撮影シーンに応じた変換係数で前記レベル比を変換して画像データの彩度を補正する。例えば、ａ１〜ｃ３の合計９個の変換係数を用い、次のように画像信号を線形変換する。
Ｒ´＝ａ１＊Ｒ＋ａ２＊Ｇ＋ａ３＊Ｂ
Ｇ´＝ｂ１＊Ｒ＋ｂ２＊Ｇ＋ｂ３＊Ｂ
Ｂ´＝ｃ１＊Ｒ＋ｃ２＊Ｇ＋ｃ３＊Ｂ
【００９８】
階調変換部４０９は、３×３色補正部４０８から入力される色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号が適切な出力レベルになるよう、画像信号のレベルを色成分毎に所定のガンマ特性を用いて非線形変換すると共にオフセット調整する。すなわち階調変換部４０９は、ホワイトバランス調整及び色補正がなされた画像信号の階調特性（γカーブやデジタルゲイン）を、ＬＣＤ表示部１０６や外部出力されるモニターテレビ等の階調特性に補正するものである。階調変換部４０９においては、全体制御部５０から入力されるダイナミックレンジ情報と、評価値検出部４０５で検出されたＡＥ評価値等に基づいて、画像信号の階調特性を変化させる。
【００９９】
ノイズキャンセル部４１０は、階調変換部４０９から入力される画像信号のノイズ成分を除去すると共に、エッジ成分のみを抽出・強調することで、画像のシャープネスを良好な状態に補正するものである。ノイズキャンセル部４１０は、全体制御部５０から入力されるダイナミックレンジ情報に基づいて、コアリング係数（画像信号のノイズ成分のみを除去し、エッジ成分を抽出する係数及び強調する係数）を変化させることで、適正な補正を行う。
【０１００】
画像メモリ４１１は、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリからなり、信号処理部４０での信号処理を終えた画像データを一時的に保存するもので、例えば１フレーム分の画像データを記憶し得る容量を有している。
【０１０１】
メモリカードＩ／Ｆ部４１２は、信号処理部４０で生成されたメモリカード記録用画像データを、メモリカード１０７に記録させるべく出力するためのインターフェイスである。またメモリカード１０７は、静止画像や動画像などの画像データを記録して保存しておくためのメモリであって、デジタルカメラ１に対して取り外し自在とされており、外部の記録媒体との画像データ交換を可能とするものである。ＬＣＤ表示Ｉ／Ｆ部４１３は、信号処理部４０で生成されたＬＣＤ表示用画像データを、例えばＮＴＳＣ方式若しくはＰＡＬ方式の画像信号に変換してＬＣＤ表示部１０６に出力するためのインターフェイスである。
【０１０２】
全体制御部５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等からなり、デジタルカメラ１の撮影動作を集中制御するものである。すなわち全体制御部５０は、前記信号処理部４０の各部から送られてくる情報（前述のＡＥ評価値、ＡＦ評価値、ＷＢ評価値等）と、本デジタルカメラ１の動作モード等に基づき、信号処理部４０の各部が必要とするパラメータ等の動作情報を算出して送信することで、各処理部の動作を制御する。このほか全体制御部５０は、撮影動作のためのタイミング生成回路３１の制御、レンズ群２１のズーミングやフォーカシング駆動、並びに絞り２２及びシャッタ２３の駆動のための駆動部６０の制御、画像信号の出力制御などを行う。
【０１０３】
図４は、全体制御部５０の機能を説明するための機能ブロック図である。全体制御部５０は、情報受信部５０１及び情報送信部５０２、メモリ部５１５を具備する演算部５１０、制御信号発生部５２０及び入出力部５３０を備えている。
【０１０４】
情報受信部５０１は、信号処理部４０の評価値検出部４０５にて検出されるＡＥ評価値、ＡＦ評価値及びＷＢ評価値を取得し、これらを演算部５１０が備える各パラメータ算出部へ振り分けて送信する。一方、情報送信部５０２は、信号処理部４０において必要とされる情報（光電変換特性情報やコアリング係数等）をメモリ部５１５から適宜取り出し、信号処理部４０の各処理部に適時振り分けて送信する。
【０１０５】
演算部５１０は、前記情報受信部５０１から与えられる評価値に基づいて制御パラメータを算出する動作を為すもので、露光量制御パラメータ算出部５１１及びダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２からなるＡＥ制御パラメータ算出部５１１０、ＡＦ制御パラメータ算出部５１３、ホワイトバランス（ＷＢ）制御パラメータ算出部５１４及びメモリ部５１５を備えている。
【０１０６】
前記メモリ部５１５はＲＯＭやＲＡＭ等からなり、撮像センサ３０の光電変換特性の情報（撮影に際しての所望の光電変換特性を得るための情報）、すなわち、後述する露光時間設定値や絞り設定値、或いは光電変換特性設定値（該光電変換特性に対応するダイナミックレンジ情報）を記憶する光電変換特性情報記憶部５１６、ノイズキャンセル部４１０において用いられるコアリング係数の設置位置を記憶するコアリング係数記憶部５１７、撮像センサ３０の線形特性領域と対数特性領域とで得られたデータに対するデータ変換（相互変換）を行うための変換情報、すなわちＬＵＴ（Look Up Table）等を記憶するＬＵＴ記憶部５１８等から構成されている。
【０１０７】
なお、光電変換特性情報記憶部５１６には、光電変換特性そのもの（後述する図１０に示すような光電変換特性曲線）が記憶される構成であってもよい。また、ＬＵＴ記憶部５１８は、上記ＬＵＴの他に、後述する露光時間（Ｔ１）や絞りの開口面積（Ｓ２）の値と露光時間設定値や絞り設定値とのデータ変換を行うＬＵＴ、光電変換特性の変曲点の値（出力レベル）と光電変換特性設定値とのデータ変換を行うＬＵＴ、最大輝度出力レベルから光電変換特性設定値を出力するＬＵＴもしくは最大輝度出力レベルの変化量から光電変換特性設定値の変化量を出力するＬＵＴ、或いは飽和画素数の値と変曲点変化量（ΔＶｔｈ）の値とのデータ変換を行うＬＵＴ等、種々のデータ変換用のＬＵＴを記憶している。また、上述した通り、光電変換特性情報記憶部５１６、コアリング係数記憶部５１７及びＬＵＴ記憶部５１８に記憶されているデータ値は、適宜情報送信部５０２から信号処理部４０の適所へ送信されるようになっている。
【０１０８】
ＡＥ制御パラメータ算出部５１１０は、被写体の輝度に応じた露出制御（ＡＥ制御）を行うべく、撮影の際の最適な露光量と撮像センサ３０の光電変換特性とに設定するための制御パラメータを算出する。すなわち、ＡＥ制御パラメータ算出部５１１０の露光量制御パラメータ算出部５１１は、露光時間や絞りを最適化するための制御パラメータを算出するものであり、露光量制御パラメータ算出部５１１は、評価値検出部４０５にて検出されるＡＥ評価値と、前記光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている前記ＡＥ評価値取得時点における撮像センサ３０の光電変換特性情報とに基づいて、被写体輝度に応じた露光時間設定値や絞り設定値を算出する。
【０１０９】
またダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２は、被写体輝度に応じ撮像センサ３０の光電変換特性を最適化するための制御パラメータを算出するものである。ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２は、例えばダイナミックレンジ設定用の被写体輝度が、当該撮像センサ３０における所望の飽和出力レベルになるような光電変換特性設定値を算出する。この算出に際しても、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている前記ＡＥ評価値取得時点における撮像センサ３０の光電変換特性情報が参照される。このＡＥ制御パラメータ算出部５１１０の動作等については、後に詳述する。
【０１１０】
ＡＦ制御パラメータ算出部５１３は、評価値検出部４０５にて検出されるＡＦ評価値に基づいて、被写体の撮影にあたり最適な焦点距離に設定するための制御パラメータを算出する。この制御パラメータの算出にあたり、参照するＡＦ評価値を、撮像センサ３０の対数特性領域及び線形特性領域のそれぞれで取得し、それぞれの特性領域の特徴を活用して粗測距（対数特性領域から得たＡＦ評価値）用、詳測距（線形特性領域から得たＡＦ評価値）用の制御パラメータを算出するよう構成することが好ましい。
【０１１１】
ホワイトバランス制御パラメータ算出部５１４は、評価値検出部４０５にて検出されるＷＢ評価値に基づいて、画像信号の色バランスが所定の色バランスに設定するための制御パラメータを算出する。この制御パラメータの算出にあたり、同様に参照するＡＦ評価値を、撮像センサ３０の対数特性領域及び線形特性領域のそれぞれで取得し、それぞれの特性領域に応じた制御パラメータを算出するよう構成することが好ましい。
【０１１２】
制御信号発生部５２０は、前記演算部５１０で算出された各種の制御パラメータに応じて、各制御動作要素を駆動させるための制御信号を生成するもので、該制御信号発生部５２０は、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１、センサ露光時間制御信号発生部５２２、シャッタ制御信号発生部５２３、ズーム／フォーカス制御信号発生部５２４及び絞り制御信号発生部５２５を備えて構成されている。
【０１１３】
ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、前記ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２において算出された撮像センサ３０の光電変換特性設定値に応じて、光電変換特性が線形特性領域から対数特性領域に切り替える出力レベルポイント（変曲点）を調整する撮像センサ３０の駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。タイミング生成回路３１は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ３０のダイナミックレンジを制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０を駆動させる。具体的には、後述するように撮像センサ３０の光電変換特性は、当該撮像センサ３０に対する信号φＶＰＳ（φＶＰＳにおける電圧ＶＰＨの高さ、或いは時間ΔＴの長さ）を制御することでその変曲点が変動することから、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、光電変換特性設定値に応じて、前記信号φＶＰＳを制御するためのタイミング生成回路３１に対する駆動信号を制御することで、撮像センサ３０のダイナミックレンジを被写体の輝度に適するよう制御する。
【０１１４】
センサ露光時間制御信号発生部５２２は、撮像センサ３０の露光時間（積分時間）を、絞り２２やシャッタ２３等のメカ操作に依らず、電子回路的な制御動作により制御するための制御信号を発生するものである。センサ露光時間制御信号発生部５２２は、前記露光量制御パラメータ算出部５１１にて算出された最適な露光量に基づいて、所期の露光時間が確保されるよう撮像センサ３０の駆動信号（具体的には、後述するように撮像センサ３０に対する信号φＶＰＳが中電位Ｍとなる時間ΔＳを制御する信号）を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。タイミング生成回路３１は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ３０の露光時間を制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０を駆動させる。
【０１１５】
シャッタ制御信号発生部５２３は、同様に露光量制御パラメータ算出部５１１にて算出された最適な露光量に基づいて、シャッタ２３のシャッタスピード（シャッタ開放時間）を露光時間に合わせて設定する制御信号を生成する。またズーム／フォーカス制御信号発生部５２４は、前記ＡＦ制御パラメータ算出部５１３にて算出された最適な焦点距離に基づいて、レンズ群２１を駆動させるための制御信号を生成する。さらに絞り制御信号発生部５２５は、前記露光量制御パラメータ算出部５１１にて算出された最適な露光量に基づいて、絞り２２の開口面積を設定する制御信号を生成する。これらシャッタ制御信号発生部５２３、ズーム／フォーカス制御信号発生部５２４及び絞り制御信号発生部５２５にて生成された制御信号は、駆動部６０の対応箇所へそれぞれ送信される。
【０１１６】
入出力部５３０は、メモリカードＩ／Ｆ部４１２及びＬＣＤ表示Ｉ／Ｆ部４１３と接続され、操作部１００からの指示信号等に対応して、撮影画像に対して所定の画像処理を行った後、その撮影画像信号をメモリカード１０７に記録させたり、ＬＣＤ表示部１０６に表示させたり、或いは逆にメモリカード１０７から画像信号を取り入れたりする出入力作用を為す。
【０１１７】
図２に戻って、駆動部６０は、前記制御信号発生部５２０で生成された制御信号に基づいて、実際に当該デジタルカメラ１が具備するメカ駆動部を動作させるもので、シャッタ駆動部６１、ズーム／フォーカス駆動部６２及び絞り駆動部６３を備えている。
【０１１８】
シャッタ駆動部６１は、前記シャッタ制御信号発生部５２３から与えられる制御信号に応じて、シャッタ２３が所定時間開放されるようシャッタ２３を開閉駆動する。ズーム／フォーカス駆動部６２は、ズーム／フォーカス制御信号発生部５２４から与えられる制御信号に応じて、レンズ群２１のズームレンズブロックまたはフォーカスレンズブロックを動作させるモータ等を動作させ、前記レンズブロックを焦点位置に移動させる。さらに絞り駆動部６３は、絞り制御信号発生部５２５から与えられる制御信号に応じ、絞り２２を駆動し、所定の開口量に絞りを設定するものである。
【０１１９】
（動作の全体的なフローの説明）
以上の通り構成された本実施形態にかかるデジタルカメラ１の動作につき、先ず全体的なフローを説明する。図５は、デジタルカメラ１の全体的な動作の一例を示すフローチャートである。図示する通り、動作を大略的に区分すると、ＡＥ評価値、ＡＦ評価値、及びＷＢ評価値等の評価値を検出する評価値検出ステップ（ステップＳ１）と、得られた評価値に基づき各種パラメータを算出する制御パラメータ算出ステップ（ステップＳ２）と、算出された各種パラメータを該当するデジタルカメラ１各部に設定し、当該パラメータに応じた撮影状態となるようにデジタルカメラ１各部を駆動する制御パラメータを設定する制御パラメータ設定ステップ（ステップＳ３）とからなる。
【０１２０】
前記各ステップＳ１〜Ｓ３においては、具体的には以下の処理が行われる。
先ず、評価値検出ステップＳ１では、各種の制御のベースとなる評価値情報を取得し、該評価値情報に基づいて評価値を算出する。ＡＥ制御の場合は、撮像ターゲットとなる被写体の輝度レベルが計測（検出）され、この計測値からＡＥ評価値が算出されることとなる。前記輝度レベル及び輝度範囲の検出に際しては、撮像センサ３０により実際に撮像された撮影画像から求めることが合理的であり、撮像センサ３０は静止画及び動画の撮像が可能であることから、
（ステップＳ１−１）静止画からの検出：撮像センサ３０により、評価値検出用の画像を本撮影前の静止画にて取得して輝度レベル及び輝度範囲を計測する。
（ステップＳ１−２）動画からの計測：撮像センサ３０により、評価値検出用の画像を本撮影前の動画にて取得して輝度レベル及び輝度範囲を計測する。
という２通りの輝度情報の取得ステップを例示することができる。しかる後、
（ステップＳ１−３）評価値の算出：取得した画像の輝度情報に基づいてＡＥ評価値を含む各種評価値を評価値検出部４０５により算出する。
というステップが行われる。
【０１２１】
次にステップＳ２では、評価値に基づき各種パラメータが算出されるが、ＡＥ制御の場合は、露光量又はダイナミックレンジがＡＥ制御の要素となることから、これらの制御パラメータが、前記ＡＥ評価値に基づいて算出される。すなわちステップＳ２としては、
（ステップＳ２−１）露光量制御パラメータの算出：全体制御部５０により、ＡＥ評価値に基づいて露光量制御パラメータを算出する。
（ステップＳ２−２）ダイナミックレンジ制御パラメータの算出：全体制御部５０により、ＡＥ評価値に基づいてダイナミックレンジ制御パラメータを算出する。
という２通りのパラメータ算出ステップを例示することができる。
【０１２２】
最後にステップＳ３では、デジタルカメラ１各部を駆動する制御パラメータの設定が為される。ＡＥ制御の場合は、前記（ステップＳ２−１）又は（ステップＳ２−２）に基づく制御パラメータの設定が行われる、すなわちステップＳ３としては、
（ステップＳ３−１）露光量制御パラメータの設定：算出された露光量制御パラメータに基づいてメモリ部５１５や制御信号発生部５２０等に当該パラメータを設定し、タイミング生成回路３１や駆動部６０を動作させる。
（ステップＳ３−２）ダイナミックレンジ制御パラメータの設定：算出されたダイナミックレンジ制御パラメータに基づいて、メモリ部５１５や制御信号発生部５２０等に当該パラメータを設定し、タイミング生成回路３１を動作させる。
という２通りのパラメータ設定ステップを例示することができる。
【０１２３】
（本実施形態で用いる撮像センサの基本的特性について）
以下、上述した各ステップにつき順次詳述するが、本実施形態においては、その光電変換特性として入射光量に対して前記電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とを備える撮像センサ３０を用いることが前提とされている関係上、先ず本実施形態で用いられる撮像センサ３０の基本的特性について、その具体的な一例を詳述する。
【０１２４】
図７は、撮像センサ３０の一例である二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の概略構成図である。同図において、Ｇ１１〜Ｇｍｎは、行列（マトリクス）配列された画素を示している。この画素Ｇ１１〜Ｇｍｎからなる画素部の外周縁部近傍には、垂直走査回路３０１と水平走査回路３０２とが配設されている。垂直走査回路３０１は、行のライン（信号線）３０４−１、３０４−２、・・・３０４−ｎ（これらを纏めて行ライン３０４という）を順次走査する。水平走査回路３０２は、各画素から出力信号線３０６−１、３０６−２、・・・３０６−ｍ（これらを纏めて出力信号線３０６という）に導出された光電変換信号を画素毎に水平方向に順次読み出す。なお、各画素は電源ライン３０５により電力供給がなされている。各画素には、前記各ラインや出力信号線だけでなく、他のライン（例えばクロックライン）も接続されているが、図７では図示を省略している。
【０１２５】
出力信号線３０６−１、３０６−２、・・・３０６−ｍには、それぞれ、後述のトランジスタＴ５と対になって増幅回路を構成する定電流源３０７−１、３０７−２、・・・３０７−ｍ（これらを纏めて定電流源３０７という）が設けられている。ただし、この増幅回路として、定電流源３０７に代えて抵抗やトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）を設けてもよい。この出力信号線３０６を介して出力される各画素の撮像時の画像データ及びリセット時の補正データが、順次、選択回路（サンプルホールド回路）３０８−１、３０８−２、・・・３０８−ｍ（これらを纏めて選択回路３０８という）に出力される。この選択回路３０８に対して、行毎に画像データ及び補正データが出力されてサンプルホールドされる。サンプルホールドされた画像データ及び補正データは、列毎に、補正回路３０９に出力され、補正回路３０９において、感度バラツキによるノイズ成分が除去されるように、補正データに基づいて画像データの補正が行われる。そして、補正回路３０９から各画素の感度バラツキが補正された画像データが、各画素毎にシリアルに出力される。
【０１２６】
図８は、図７に示す各画素Ｇ１１〜Ｇｍｎの構成例を示す回路図である。同図に示すように、画素は、フォトダイオードＰＤ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）としてのトランジスタＴ１〜Ｔ６、及び積分用のコンデンサとしてのキャパシタＣから構成されている。トランジスタＴ１〜Ｔ６は、ここではＰチャンネルＭＯＳＦＥＴが採用されている。φＶＤ、φＶ、φＶＰＳ、φＲＳＴ、φＳ及びＲＳＢは、各トランジスタやキャパシタＣに対する信号（電圧）を示し、ＧＮＤは接地を示している。
【０１２７】
フォトダイオードＰＤは、感光部（光電変換部）であり、被写体からの入射光量に応じた電気信号（光電流ＩＰＤ）を出力する。トランジスタＴ５は、図７に示す定電流源３０７と対になってソースフォロワ増幅用の増幅回路（ソースフォロワアンプ）を構成するものであり、後述する電圧ＶＯＵＴに対する増幅（電流増幅）を行う。トランジスタＴ６は、ゲートに印加する電圧に応じてオン、オフされるスイッチとして動作する信号読み出し用のトランジスタである。すなわち、トランジスタＴ６のソースは、図７に示す出力信号線３０６に接続されており、オンした場合、トランジスタＴ５で増幅された電流を出力電流として出力信号線３０６へ導出する。
【０１２８】
トランジスタＴ２は、同トランジスタのゲートに、光電流ＩＰＤに対して線形変換又は対数変換した電圧を発生させる。ところで、ＭＯＳＦＥＴでは、ゲート電圧が閾値以下の時に、サブスレッショルド電流と呼ばれる微小電流が流れるが、トランジスタＴ２はこのサブスレッショルド特性を利用して前記線形変換又は対数変換を行う。
【０１２９】
具体的には、撮像する被写体の輝度が低い（被写体が暗い）場合、すなわち、フォトダイオードＰＤに入射される入射光量が少ない場合には、トランジスタＴ２のゲート電位が同トランジスタのソース電位より高くなっており、トランジスタＴ２が所謂カットオフ状態でありトランジスタＴ２にサブスレッショルド電流が流れず（トランジスタＴ２がサブスレッショルド領域で動作せず）、フォトダイオードＰＤで発生する光電流がフォトダイオードＰＤの寄生容量に流れて電荷が蓄積され、蓄積電荷量に応じた電圧が発生する。このときＴ１はオンされているので、上記の寄生容量に蓄積された電荷の量に応じた電圧が、電圧ＶＧとしてトランジスタＴ２、Ｔ３のゲートに発生する。この電圧ＶＧにより、トランジスタＴ３に電流が流れ、この電圧ＶＧに比例した量の電荷がキャパシタＣに蓄積される（トランジスタＴ３とキャパシタＣとで積分回路を構成している）。そして、トランジスタＴ３とキャパシタＣとの接続ノードａ、すなわち出力ＶＯＵＴには、光電流ＩＰＤの積分値に対して線形的に比例した電圧が現れる。このときトランジスタＴ４はオフ状態である。そして、トランジスタＴ６がオンされると、キャパシタＣに蓄積された電荷がトランジスタＴ５を介して出力電流として出力信号線３０６に導出される。この出力電流は、光電流ＩＰＤの積分値を線形的に変換した値となっている。これが当該撮像センサ３０の、線形特性領域における動作である。
【０１３０】
一方、撮像する被写体の輝度が高く（被写体が明るく）、フォトダイオードＰＤに入射される入射光量が多い場合には、トランジスタＴ２のゲート電位が同トランジスタのソース電位以下となり、トランジスタＴ２にサブスレッショルド電流が流れ（トランジスタＴ２がサブスレッショルド領域で動作し）、光電流ＩＰＤを自然対数的に変換した値の電圧ＶＧがトランジスタＴ２、Ｔ３のゲートに発生する。そして、この電圧ＶＧにより、トランジスタＴ３に電流が流れ、キャパシタＣに、光電流ＩＰＤの積分値を自然対数的に変換した値と同等の電荷が蓄積される。これにより、キャパシタＣとトランジスタＴ３との接続ノードａ（出力ＶＯＵＴ）には、光電流ＩＰＤの積分値を自然対数的に変換した値に比例した電圧が生じる。このときトランジスタＴ４はオフ状態である。そして、トランジスタＴ６がオンされると、キャパシタＣに蓄積された電荷がトランジスタＴ５を介して出力電流として出力信号線３０６に導出される。この出力電流は、光電流ＩＰＤの積分値を自然対数的に変換した値となっている。これが当該撮像センサ３０の、対数特性領域における動作である。以上のように、各画素によって、入射光量（被写体輝度）に応じて線形的又は自然対数的に比例した電圧が出力される。
【０１３１】
トランジスタＴ１は、リセット時のノイズデータ（トランジスタＴ２の製造バラツキに起因して発生するノイズ信号）を取り出す際に用いるスイッチである。トランジスタＴ１は、リセット時以外にはオン状態とされており、トランジスタＴ２（のドレイン）及びフォトダイオードＰＤ間に光電流ＩＰＤが流れるようになっている。リセット時には、オフ状態となりフォトダイオードＰＤの光電流ＩＰＤが遮断され、前記のバラツキ分だけが取り出される。この取り出されたバラツキ分（ノイズ信号）は、後述の映像信号から減算される。
【０１３２】
トランジスタＴ４は、該トランジスタＴ４のゲートに印加される電圧に応じてオン、オフされるスイッチとして動作する、キャパシタＣをリセットするためのトランジスタである。トランジスタＴ４がオンされるとリセット電圧（前記信号ＲＳＢの電圧）が印加され、キャパシタＣに蓄積されていた電荷（電荷量）が元の状態、すなわち積分開始前の状態に戻される。
【０１３３】
図９は、撮像センサ３０（画素）の撮像動作に関するタイミングチャートの一例である。ここではＰチャンネルＭＯＳＦＥＴの極性上、以下のようにＨｉ（ハイ）でオフ、Ｌｏｗ（ロー）でオンとなる。先ず、信号φＶが符号３１１に示す位置でＬｏｗとなり、トランジスタＴ６がオンされ、映像信号が読み出される、すなわちキャパシタＣに蓄積されている電荷が出力電流（映像信号）として出力信号線３０６に導出される。次に信号φＳが符号３１２に示す位置でＨｉとなり、トランジスタＴ１がオフされてフォトダイオードＰＤが切り離される。次に信号φＶＰＳが符号３１３に示す位置でＨｉとなり、トランジスタＴ２のリセットが行われる。また、トランジスタＴ２がリセットされるのと同時に、信号φＲＳＴが符号３１４に示す位置でＬｏｗとなり、トランジスタＴ４がオンされ、キャパシタＣ（接続ノードａ）に信号ＲＳＢによるリセット電圧が印加されて（接続ノードａの電位がＲＳＢの電位（ＶＲＳＢ）となり）、キャパシタＣの（電荷の）リセットが行われる。このようにトランジスタＴ２及びキャパシタＣがリセットされた後、符号３１５に示す位置で信号φＶが再度ＬｏｗとなってトランジスタＴ６がオンされ、出力信号線３０６にノイズ信号が導出される。
【０１３４】
次に、信号φＳが符号３１６に示す位置でＬｏｗになり（トランジスタＴ１がオンされ）、フォトダイオードＰＤの切り離しが解除される。そして、信号φＶＰＳが符号３１８に示す位置で中電位Ｍとなって、残像低減のためにフォトダイオードＰＤの寄生容量のリセットを行う。また、次フレームの積分開始電圧を一定にするために、信号φＲＳＴが符号３１７に示す位置で再度ＬｏｗとなってトランジスタＴ４がオンされ、キャパシタＣのリセットが再度行われる。
【０１３５】
その後、信号φＶＰＳが符号３１９に示す位置でＭからＬｏｗになり、フォトダイオードＰＤの寄生容量のリセットが終了する。併せて、信号φＲＳＴもＬｏｗからＨｉとなりキャパシタＣのリセット動作も終了される。このときの時刻ｔ１からキャパシタＣの積分が開始され、信号φＶがＨｉからＬｏｗとなる符号３１１に示す位置、すなわち次フレームにおける映像信号の読み出しが開始される時刻ｔ２までの間、当該積分が継続される。この時刻ｔ１、ｔ２間の時間がキャパシタＣの積分時間、すなわち撮像における露光時間となる。この露光時間は、前記中電位Ｍとなる信号φＶＰＳを与える時間ΔＳ（長さ）を制御することで制御される。この時間ΔＳは、タイミング生成回路３１を介したセンサ露光時間制御信号発生部５２２によって制御される。
【０１３６】
信号φＶＤは、前記増幅回路（ソースフォロワアンプ）の動作範囲に合わせ込むべく、或いは映像信号やノイズ信号に発生するオフセットの調整を行うべく電位操作を行うものである。信号φＶＤのＶｈ、Ｖｍ及びＶｌは、それぞれ高電位、中電位及び低電位を示している。
【０１３７】
撮像センサ３０は、上述のように被写体の輝度に応じて線形変換又は対数変換した出力信号を得ることが可能であり、図１０に示すような光電変換特性３２０を有している。同図に示すように、光電変換特性３２０は、変曲点３２１を境にして線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。この変曲点３２１は、線形特性領域から対数特性領域へ切り替わる点であり、この変曲点３２１のセンサ出力の値をＶｔｈで示している。一般的に、線形特性領域では、幅広い輝度範囲の被写体の撮像は不可能であるものの（ダイナミックレンジが狭い）、画像全体の階調性を高くすることができ（高いコントラストを得ることができ）、暗い被写体（例えば曇天時や日陰での被写体）であっても階調性豊かな高品位な画像を得ることができる。一方、対数特性領域では、高輝度での階調性は乏しくなるが、幅広い輝度範囲の被写体の撮像が可能であり（ダイナミックレンジが広い）、明るい被写体（例えば直射日光が照射されていたり、直射日光が背後に存在たりする被写体）であっても、暗い部分も含め、奥行きのある高品位な画像を得ることができる。
【０１３８】
ところで、この光電変換特性３２０（変曲点３２１）は、トランジスタＴ２のソースに入力されている信号φＶＰＳの、Ｈｉ及びＬｏｗの電圧の差を変化させることにより変化（移動）させることができる。すなわち、当該Ｈｉ時の電圧をＶＰＨとし、Ｌｏｗ時の電圧をＶＰＬとすると、電圧の差ΔＶＰＳ（＝ＶＰＨ−ＶＰＬ）（図９参照）を変化させることにより、図１１に示すように、光電変換特性３２０（変曲点３２１）から、光電変換特性３２２（変曲点３２４）や光電変換特性３２３（変曲点３２５）へ任意に変化させることができる。このように光電変換特性が変化することにより、線形特性領域と対数特性領域との比率が変化し、光電変換特性３２２に示すように線形特性領域の割合が大きな光電変換特性、或いは光電変換特性３２３に示すように対数特性領域の割合が大きな光電変換特性を得ることができる。この場合、光電変換特性の全てが線形特性領域又は対数特性領域となるように変化させてもよい。
【０１３９】
本実施形態では、電圧ＶＰＨを変化させることによりΔＶＰＳを変化させ、撮像センサ３０の光電変換特性を変化させている。図１１では、ＶＰＨが高くなるほど（ΔＶＰＳが大きくなるほど）、線形特性領域の割合が増えて光電変換特性３２２側へ変化し、ＶＰＨが低くなるほど（ΔＶＰＳが小さくなるほど）、対数特性領域の割合が増えて光電変換特性３２３側へ変化する。この電圧ＶＰＨは、タイミング生成回路３１を介したダイナミックレンジ制御信号発生部５２１によって制御される。
【０１４０】
なお、光電変換特性を上述のように変化させるために、電圧ＶＰＨとなる信号φＶＰＳを与える時間ΔＴを変化させてもよい。この場合、時間ΔＴを長いほど線形特性領域の割合が大きくなり、短いほど対数特性領域の割合が大きくなるように光電変換特性が変化する。図１１では、前記時間ΔＴが長い場合が光電変換特性３２２に、時間ΔＴが短い場合が光電変換特性３２３に相当する。
【０１４１】
（評価値検出ステップＳ１）
続いて、信号処理部４０の評価値検出部４０５におけるＡＥ評価値等の評価値の具体的な取得方法について説明する。
（ステップＳ１−１）静止画からの評価値検出例
図１２は、上述した撮像センサ３０が実際に撮像した静止画像から、被写体のＡＥ評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである。すなわち、本実施形態にかかるデジタルカメラ１で静止画を撮影（本撮影）する場合において、その本撮影の前にＡＥ評価値を取得するための静止画を撮影（予備撮影）し、該予備撮影画像に基づいてＡＥ評価値を算出するフローを示している。この評価値検出手法は、デジタル一眼レフカメラ等の、撮影準備段階において被写体光像が光学ファインダに入射され撮像センサ３０には入光しないタイプの撮像装置に好適な手法である。
【０１４２】
先ず、本デジタルカメラ１の電源スイッチ１０１が押下され電源ＯＮとされている状態において、撮影開始の操作が為されたかが確認され（ステップＳ１１１）、レリーズスイッチ１０２が操作（例えば半押し操作）されると（ステップＳ１１１のＹＥＳ）、予備撮影準備の動作が開始される（ステップＳ１１２）。
【０１４３】
ステップＳ１１２では、ＡＥ評価値を算出するために予備撮影を行うに当り、当該予備撮影のためのダイナミックレンジ制御が行われる。ここでのダイナミックレンジ制御は、被写体の輝度を広い範囲で感知できるよう、撮像センサ３０が最大のダイナミックレンジを備えるように制御される。つまり、デジタル一眼レフカメラ等においては、予備撮影のチャンスは本撮影の前の１回しかないことから、いかなる被写体であってもその輝度を確実に検出できるよう、広いダイナミックレンジに設定される。
【０１４４】
このため、撮像センサ３０が全領域において対数変換出力動作をなすよう、撮像センサ３０の動作状態が制御される。具体的には、レリーズスイッチ１０２が半押しされると、全体制御部５０から予備撮影モードへの移行指示が各部に出され、これを受けてダイナミックレンジ制御信号発生部５２１が、例えば図８に示すトランジスタＴ２のソースに入力されている信号φＶＰＳの、Ｈｉ及びＬｏｗの電圧の差を変化させる（この場合、前述のΔＶＰＳを小さくする。図９参照）信号を発生し、これにより撮像センサ３０の対数特性領域の割合が増加されるよう制御される。なお、広いダイナミックレンジを確保するという観点からは全領域を対数特性領域とすることが望ましいが、必ずしも全領域を対数特性領域に変換せずとも良く、ある程度線形特性領域が残存していてもよい。
【０１４５】
続いて、予備撮影のための露出制御が行われ、予備撮影が行われる（ステップＳ１１３）。具体的には、例えばセンサ露光時間制御信号発生部５２２が、前記信号φＶＰＳが中電位Ｍとなる時間ΔＳの長さを所定の露光時間に合わせて設定する駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路３１に送ることで撮像センサ３０の予備撮影用露出制御（露光量制御）が行われる。この他、シャッタ制御信号発生部５２３によって生成された制御信号に基づくシャッタ駆動部６１によるシャッタ２３のシャッタスピードの調整、及び絞り制御信号発生部５２５によって生成された制御信号に基づく絞り駆動部６３により絞り２２の調整によっても露出制御が行われる。このような露出制御が為された上で、静止画の予備撮影が行われる。そして、撮影された予備撮影画像に基づいて、評価値検出部４０５によりＡＥ評価値が算出される（ステップＳ１１４）。このＡＥ評価値算出ステップについては、後記で詳述する。ＡＥ評価値が算出されると予備撮影は終了し（ステップＳ１１５）、当該ＡＥ評価値に基づく露出制御が行われた上で本撮影が開始されることとなる（ステップＳ１１６）。なお、以上はＡＥ評価値を取得する場合について説明したが、ＡＦ評価値やホワイトバランス評価値についても同様にして取得することができる。
【０１４６】
（ステップＳ１−２）動画からの評価値検出例
図１３は、撮像センサ３０が継続的に撮像している動画像から、被写体のＡＥ評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである。すなわち、本デジタルカメラ１が撮影待機中にある場合や、動画撮影モードにある場合、或いは本実施形態の撮像装置をデジタルムービィに適用した場合において、撮像センサ３０が撮像している全てのフレーム画像を用いて、ＡＥ評価値を算出するフローを示している。
【０１４７】
先ず、撮影開始の操作が為されたかが確認され（ステップＳ１２１）、例えばモード設定スイッチ１０５が操作されて動画撮影モードに移行され撮影開始が確認されると（ステップＳ１２１のＹＥＳ）、動画の撮影が開始される（ステップＳ１２２）。この撮影開始時における撮像ダイナミックレンジ、露光時間、及び絞り等の各制御値は、初期設定値とされる。
【０１４８】
続いて、ステップＳ１２２において撮像された画像に基づいて、評価値検出部４０５によりＡＥ評価値が算出される（ステップＳ１２３）。そして検出されたＡＥ評価値に基づいて、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１により信号φＶＰＳの設定を変化させてダイナミックレンジを制御し、またシャッタ駆動信号発生部５２３及び絞り制御信号発生部５２５にて生成される制御信号により絞りを制御する等して、所定の撮像ＡＥ制御が行われる（ステップＳ１２４）。
【０１４９】
そして撮影が終了したかが確認され（ステップＳ１２５）、撮影の終了指令が無い場合は（ステップＳ１２５のＮＯ）、前記ステップＳ１２３に戻り同様なＡＥ評価値算出、及びステップＳ１２４の撮像ＡＥ制御が繰り返されるものである。すなわち、動画撮影が行われているときに、その撮影画像の全てがＡＥ評価値検出のための評価画像として活用され、得られたＡＥ評価値に基づいて次の撮影のための撮像ＡＥ制御が行われるというサイクルが繰り返されるものである。なお、撮影画像の全てを評価画像とせず、撮影画像の一部（例えば撮影画像の数フレームに１枚の割合）を評価画像とし、該評価画像からＡＥ評価値を取得するようにしてもよい。
【０１５０】
（ステップＳ１−３）評価値の算出
次に、上記のフローにおける評価値算出のステップ（上記ステップＳ１１４、Ｓ１２３）について詳述する。図１４は、評価値検出部４０５の機能を説明するための機能ブロック図である。評価値検出部４０５は、分割測光部４０５１、ヒストグラム算出部４０５２及び飽和判別部４０５５を備えている。
【０１５１】
分割測光部４０５１は、被写体に対する分割測光（マルチパターン測光）方式による測光を行うものである。すなわち、分割測光部４０５１は、撮像センサ３０による撮像によって得られた撮影画像を所定数の領域（及び区画）に分割し、当該撮影画像（各領域や区画）における輝度を画像信号（画像データ）から検出するものである。図１５は、撮像センサによる分割測光に際しての撮像領域（測光範囲）の分割の状態を示す模式図である。符号３３０は、撮像センサ３０による撮像によって得られた撮像領域（撮像領域３３０）であり、この撮像領域３３０において被写体が撮影（撮像）される。この撮像領域３３０には撮像センサ３０を構成する撮像素子に対応した多数の画素情報、すなわち被写体の輝度情報が含まれている。撮像領域３３０は、例えば撮像領域３３０の中央部である中央領域と、この中央領域の周辺部である周辺領域とに区分されており、さらに中央領域及び周辺領域はそれぞれ所定数の検出ブロック（検出区画）に分割されている。中央領域は、例えばＡ、Ｂ、Ｃ、・・・Ｚ、ＡＡ、ＡＢ、・・・ＡＪブロック（Ａ〜ＡＪブロック）といった３６個の検出ブロックに分割されており、周辺領域は、例えば第１〜第１６ブロックといった１６個の検出ブロックに分割されている。本実施形態では、この中央領域に撮像されている被写体を主被写体とし（以降、中央領域のことを主被写体領域３３１という）、周辺領域に撮像されている被写体を周辺被写体と称する（以降、周辺領域のことを周辺被写体領域３３２という）。なお、主被写体領域３３１の中央部におけるＯ、Ｐ、Ｕ及びＶブロックから形成される領域は、フォーカス制御のためのＡＦ評価値の検出が行われるＡＦ領域（ＡＦ領域３３３）となっている。また、主被写体領域３３１における（撮影画像の）輝度を主被写体輝度、周辺被写体領域３３２における輝度を周辺被写体輝度という。
【０１５２】
ヒストグラム算出部４０５２は、各Ａ〜ＡＪブロック毎の主被写体輝度ヒストグラム（分布）を算出すると共に、このＡ〜ＡＪブロック毎の主被写体輝度ヒストグラムを用いて、図１６（ａ）に示すような主被写体領域３３１全体における主被写体全体輝度ヒストグラムを算出する。また、各第１〜第１６ブロック毎の周辺被写体輝度ヒストグラムを算出すると共に、この第１〜第１６ブロック毎の主被写体輝度ヒストグラムを用いて、図１６（ｂ）に示すような周辺被写体領域３３２全体における周辺被写体全体輝度ヒストグラムを算出する。
【０１５３】
また、ヒストグラム算出部４０５２は、前記算出した主被写体全体輝度ヒストグラム及び周辺被写体全体輝度ヒストグラムを用いて、主被写体全体の輝度範囲及び周辺被写体全体の輝度範囲を算出する。この算出の際、所定の閾値を用いて足切りを行う、すなわちこの閾値より小さい度数の輝度データを使用しない。主被写体においては、図１６（ａ）に示すように閾値Ｄ１にて足切りを行い、Ｄ１以上の度数を有する輝度の最小値Ｌ１〜最大値Ｌ８の範囲を主被写体全体輝度範囲とする。同様に、周辺被写体においては、図１６（ｂ）に示すように閾値Ｄ２にて足切りを行い、Ｄ２以上の度数を有する輝度の最小値Ｌ１２〜最大値Ｌ１９の範囲を主被写体全体輝度範囲とする。この閾値による「足切り」は、ノイズ等による誤差を低減するために行われる。なお、図１６に示す各輝度ヒストグラムの輝度（画像（輝度）データ）は、ここでは説明の便宜上、Ｌ１〜Ｌ１９などとしているが、実際には、例えば８ビットでの画像データを扱う場合には、２５６段階（階調）で表し、例えばＬ１〜Ｌ２５６となる。
【０１５４】
ヒストグラム算出部４０５２は、平均輝度算出部４０５３及び最大／最小輝度算出部４０５４を備えている。平均輝度算出部４０５３は、各Ａ〜ＡＪブロック毎の主被写体の平均輝度、及び各第１〜第１６ブロック毎の周辺被写体の平均輝度を算出する。この平均輝度は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対して算出される。当該平均輝度の算出においては、各Ａ〜ＡＪブロック及び各第１〜第１６ブロック毎にそれぞれ主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラムを算出し、前記と同様に所定の閾値を設定して「足切り」を行い、この足切り後の各輝度値を平均することにより各平均輝度を得る。
【０１５５】
最大／最小輝度算出部４０５４は、各Ａ〜ＡＪブロック毎の主被写体の最大／最小輝度、及び各第１〜第１６ブロック毎の周辺被写体の最大／最小輝度を算出する。この場合も同様に、各ブロック毎に算出した主被写体輝度ヒストグラム又は周辺被写体輝度ヒストグラムに対して所定の閾値での「足切り」を行い、足切り後の各輝度値（輝度範囲）から最大又は最小輝度を算出する。
【０１５６】
なお、ヒストグラム算出部４０５２は、後述の飽和判別部４０５５による飽和判別に用いるべく、主被写体領域３３１及び周辺被写体領域３３２を合わせた全撮像領域（撮像領域３３０）における全領域輝度ヒストグラムを算出する。ただし、この全領域輝度ヒストグラムは、上記主被写体全体輝度ヒストグラム及び周辺被写体全体輝度ヒストグラムを合わせることによって算出してもよい。
【０１５７】
飽和判別部４０５５は、前記ヒストグラム算出部４０５２によって算出された全領域輝度ヒストグラムに基づいて、ＡＥ（ＡＦ、ＷＢ）評価値検出時に撮像センサ３０の出力が飽和しているか否かを判別するものである。
【０１５８】
図１７は、撮像センサの出力飽和時における全領域輝度ヒストグラムの一例を示すグラフ図である。同図中におけるＰｍａｘは、撮像センサ３０が飽和出力レベルＶｍａｘ（撮像センサ３０の出力レベルの最大値）となっているときのセンサ入射輝度（飽和輝度）を示し、Ｐｍａｘｔｈは、飽和／非飽和の判別を行うべく所定の閾値として設定されたセンサ出力Ｖｍａｘｔｈに対するセンサ入射輝度（輝度閾値）を示している。また、Ｄｔｈは、同様に飽和／非飽和の判別を行うべく予め閾値として設定された度数（度数閾値）を示している。ただし、前記Ｖｍａｘは、実際の最大出力レベルとしての飽和出力レベルとしてもよいし、任意に設定した（例えばこの実際の最大出力レベルより幾分低く設定された出力レベルとしての）飽和出力レベルとしてもよい。
【０１５９】
飽和判別部４０５５は、全領域輝度ヒストグラム３４１において、輝度閾値Ｐｍａｘｔｈ以上及び度数閾値Ｄｔｈ以上となる同図中の符号３４２に示す斜線領域（飽和領域３４２という）における総度数、すなわち総画素数（飽和領域での総画素数を飽和画素数という）を算出し、該飽和画素数が所定数以上である場合に、撮像センサ３０の出力レベルが飽和していると判別する（所定数より少ない場合は飽和していないと判別する）。なお、飽和／非飽和の判別は、飽和輝度Ｐｍａｘの度数（画素数）のみを用いて行ってもよい。
【０１６０】
評価値検出部４０５は、上述のように、分割測光を行い、主被写体及び周辺被写体領域の各検出ブロックにおける輝度情報（画像データ）から、平均輝度、最大／最小輝度、輝度ヒストグラム或いは輝度範囲等の情報をＡＥ（ＡＦ、ＷＢ）評価値として検出する。この評価値データは、情報受信部５０１を介して演算部５１０の各種評価値に対応するパラメータ算出部、例えばＡＥ評価値であればＡＥ制御パラメータ算出部５１１０に、ＡＦ評価値であればＡＦ制御パラメータ算出部５１３に、ＷＢ評価値であればホワイトバランス制御パラメータ算出部５１４に出力され、当該各算出部においてこの評価値に基づき各種制御パラメータが算出される。
【０１６１】
（ＡＥ制御パラメータ算出ステップＳ２）
続いて、本実施形態における、撮像センサ３０の光電変換特性に基づいた露光量制御及びダイナミックレンジ制御によるＡＥ制御について以下に詳述する。図１８は、ＡＥ制御を行う場合において、撮像センサの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、（ａ）は、露光量制御を行う場合の変化を示し、（ｂ）は、ダイナミックレンジ制御を行う場合の変化を示す図である。図１８（ａ）、（ｂ）は、横軸がセンサ入射輝度、縦軸がセンサ出力であり、横軸は対数座標（センサ入射輝度の対数値）となっている。ただし、センサ入射輝度とは、撮像センサ３０に入射された被写体の輝度を示しており、以降、単に輝度という。
【０１６２】
本実施形態によるＡＥ制御は、光電変換特性に基づく露光量の制御（露光量制御）、及び光電変換特性に基づくダイナミックレンジの制御（ダイナミックレンジ制御）によって行われる。具体的には、以下（Ａ）、（Ｂ）の各制御に基づいてＡＥ制御が行われる。
（Ａ）シャッタ２３及び／又は撮像センサ３０における露光時間、すなわちシャッタ２３の開放時間及び／又は撮像センサ３０の積分時間、及び／又は絞り２３の開口面積の制御に基づく露光量制御。
（Ｂ）撮像センサ３０の光電変換特性の制御（具体的には、光電変換特性の変曲点位置の制御；図２２参照）に基づくダイナミックレンジ制御。
【０１６３】
（ステップＳ２−１）露光量制御パラメータの算出
先ず（Ａ）の場合の露光量制御について図１８（ａ）を用いて説明する。光電変換特性６０１は、ＡＥ評価値取得時点において光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている撮像センサ３０の光電変換特性である。光電変換特性６０１は変曲点６０３（このときのセンサ出力はＶｔｈ）を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。この光電変換特性６０１が、露光量設定用の所定の輝度（露光量設定用輝度）に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性６０２へ変化する露光量を得るための露光量制御パラメータ（露光量設定値）、すなわち前記露光時間を制御するための露光時間設定値及び絞りの開口面積を制御するための絞り設定値が、露光量制御パラメータ算出部５１１によって算出される。
【０１６４】
ここでは、光電変換特性６０１の線形特性領域における所定の輝度Ｌｔ１（前記露光量設定用輝度に相当）に対するセンサ出力の値（点６０５でのセンサ出力）が、Ｖｔａｒｇｅｔ（点６０６でのセンサ出力）となるような光電変換特性６０２を算出する、換言すれば、光電変換特性６０１を、点６０６を通る光電変換特性６０２となるように符合６０８に示す矢印方向（矢印６０８方向）に向けて変化（移動）させる（このとき、変曲点６０３は変曲点６０４へ平行移動され、センサ出力Ｖｔｈの値は変化しない）。ただし、Ｖｔａｒｇｅｔとは、センサ出力の或る目標となるターゲット出力であり、予め設定された値である。このＶｔａｒｇｅｔは露光量制御パラメータ算出部５１１等に記憶されている。
【０１６５】
この場合、輝度Ｌｔ１におけるセンサ出力が、光電変換特性６０１の点６０５でのセンサ出力から光電変換特性６０２の点６０６でのセンサ出力（Ｖｔａｒｇｅｔ）まで増加するように、すなわち同じ大きさの輝度に対するセンサ出力が増加するように、露光量の増加を図ることができる露光時間設定値や絞り設定値が算出される。別の見方をすれば、Ｖｔａｒｇｅｔに相当する輝度がＬｔ２（点６０７での輝度）からＬｔ１へ変化し、すなわちＶｔａｒｇｅｔのセンサ出力を得るための輝度がＬｔ２より小さいＬｔ１で済むように当該露光量が増加される露光時間設定値や絞り設定値が、露光量制御パラメータ算出部５１１によって算出される。このとき、当該露光時間設定値や絞り設定値に基づいて、シャッタ２３の開放時間又は撮像センサ３０による積分時間が増加され、また、絞り２２の開口面積が増加されるように制御される。
【０１６６】
なお、光電変換特性６０１から光電変換特性６０２へ変化する場合、Ｖｍａｘにおける輝度がＬｍ２からＬｍ１まで変化（低下）し、ダイナミックレンジは低下する。Ｖｍａｘとは、撮像センサ３０におけるセンサ出力の最大値、すなわち飽和出力レベルである。ただし、当該Ｖｍａｘは、物理的な最大出力レベルとしての飽和出力レベルとしてもよいし、任意に設定した（例えばこの物理的な最大出力レベルより幾分低く設定された出力レベルとしての）飽和出力レベルとしてもよい。
【０１６７】
また、図１８（ａ）の場合では、露光量設定用輝度（Ｌｔ１）に対してＶｔａｒｇｅｔを得るために、光電変換特性を矢印６０８方向に変化させているが、矢印６０８方向と逆方向（右方向）に向けて変化（移動）させてもよい。また、ＡＥ評価値取得時における光電変換特性が、既に上述のように露光量設定用輝度に対してＶｔａｒｇｅｔが得られるものとなっている場合には、光電変換特性は変化（移動）されない。ただし、この場合、前回のＡＥ評価値取得時における露光時間設定値や絞り設定値と同じ値になったとしても、今回における露光時間設定値や絞り設定値の算出が行われる構成であってもよい。
【０１６８】
（ステップＳ２−２）ダイナミックレンジ制御パラメータの算出
次に、前記（Ｂ）の場合のダイナミックレンジ制御について図１８（ｂ）を用いて説明する。光電変換特性７０１は、ＡＥ評価値取得時において光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されている撮像センサ３０の光電変換特性である。光電変換特性７０１は変曲点７０３（このときのセンサ出力はＶｔｈ１）を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。ダイナミックレンジ制御パラメータ（光電変換特性設定値）は、この光電変換特性７０１が、ダイナミックレンジ設定用の所定の輝度（ダイナミックレンジ設定用輝度）に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性７０２へと変化されるような光電変換特性の制御値、具体的には、変化後の光電変換特性（７０２）における変曲点（変曲点７０４）の位置（該変曲点に対する出力レベル）に関する設定値として求められる。この光電変換特性設定値はダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２により算出される。
【０１６９】
ここでは、ダイナミックレンジにおける最大輝度として設定した輝度Ｌｍ２０をダイナミックレンジ設定用被写体輝度とし、該輝度Ｌｍ２０に対するセンサ出力の値が、撮像センサ３０の飽和出力レベルであるＶｍａｘ（図１８（ａ）に示すＶｍａｘと同様）となるように光電変換特性曲線７０２を算出する。換言すれば、光電変換特性７０１を、点７０４を通る光電変換特性７０２となるように符合７０５に示す矢印方向（矢印７０５方向）に向けて変化させる。このとき、変曲点７０３は変曲点７０４へ移り、該変曲点に対するセンサ出力もＶｔｈ１からＶｔｈ２へ変化する。
【０１７０】
この場合、輝度Ｌｍ２０におけるセンサ出力が点７０６でのセンサ出力（Ｖｏｖｅｒ：Ｖｍａｘを超えるセンサ出力値）から点７０７でのセンサ出力（Ｖｍａｘ）まで減少されるような光電変換特性設定値が算出される。別の見方をすれば、センサ出力Ｖｍａｘを得ることが可能な最大輝度がＬｍ１０（点７０８での輝度）からＬｍ２０へと大きくなるような（ダイナミックレンジを広げるような）光電変換特性設定値が、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２によって算出される。
【０１７１】
なお、光電変換特性７０１から光電変換特性７０２へ変化する場合、Ｖｔａｒｇｅｔにおける輝度はＬｔ１０からＬｔ２０まで変化（増加）し、露光量は低下する。ただし、この図１８（ｂ）に示すＶｔａｒｇｅｔは、露光量の変化について説明するために設定したものであり、図１８（ａ）に示すＶｔａｒｇｅｔの値とは異なっていてもよい。
【０１７２】
また、図１８（ｂ）の場合では、ダイナミックレンジ設定用輝度（Ｌｍ２０）に対してＶｍａｘを得るために、光電変換特性を矢印７０５方向に変化させているが、矢印７０５方向と逆方向（上方向）に向けて変化させてもよい。また、ＡＥ評価値取得時点における光電変換特性が、上述のようにダイナミックレンジ設定用輝度に対してＶｍａｘが得られるものとなっている場合には、光電変換特性は変化されない。ただし、この場合、前回のＡＥ評価値取得時における光電変換特性設定値と同じ値になったとしても今回における光電変換特性設定値の算出が行われる構成であってもよい。
【０１７３】
このように前記（Ａ）の露光量制御、及び（Ｂ）のダイナミックレンジ制御によるＡＥ制御により、露光量設定用輝度を光電変換特性の線形特性領域で撮影し、且つ所定のセンサ出力レベルで出力すると共に、ダイナミックレンジ設定用輝度（ここでは被写体の最大輝度；ダイナミックレンジにおける最大輝度）がセンサ飽和出力レベル以下となるようにして撮影することが可能となる。
【０１７４】
（露光量制御パラメータの算出方法の詳細説明）
ここで、前記図１８（ａ）の露光量制御の場合における、評価値検出部４０５によって検出されたＡＥ評価値に基づく、露光量制御パラメータ算出部５１１による露光量制御パラメータ（露光時間設定値及び絞り設定値）の算出について、より具体的に説明する。
【０１７５】
図１９は、図１８（ａ）における輝度Ｌｔ１（露光量設定用輝度）に対するセンサ出力の値がＶｔａｒｇｅｔとなるようにするための演算方法の一例について説明する図である。同図における光電変換特性α１は、ＡＥ評価値取得時における光電変換特性であり、変曲点６１１（これに対するセンサ出力はＶｔｈ）を境として線形特性領域６１２と対数特性領域６１３とに分かれている。光電変換特性β１は、光電変換特性α１における対数特性領域６１３を線形特性（線形特性領域６１４）に変換した場合の、すなわち全て線形特性領域となる光電変換特性を示している。
【０１７６】
図１９に示すＡ点におけるＬｔＬｉｎは、光電変換特性α１の線形特性領域６１２における平均輝度（線形特性領域平均輝度）であり、この輝度ＬｔＬｉｎに対するセンサ出力がＶｔＬｉｎとなっている。また、Ｂ点におけるＬｔＬｏｇは、光電変換特性α１の対数特性領域６１３における平均輝度（対数特性領域平均輝度）であり、この輝度ＬｔＬｏｇに対するセンサ出力がＶｔＬｏｇとなっている。先ず、この光電変換特性α１の対数特性領域６１３におけるＬｔＬｏｇに対するＢ点が、線形特性領域６１４上のＣ点に移るように、すなわち対数特性領域６１３におけるＬｔＬｏｇに対するセンサ出力の値（ＶｔＬｏｇ）が線形特性領域６１４での値（ＶｔＬｏｇＬｉｎ）となるようにデータ変換が行われる（これにより、光電変換特性α１での各データを線形特性領域でのデータに統一して扱えるようになる）。前記対数特性領域６１３（光電変換特性α１）から線形特性領域６１４（光電変換特性β１）へのデータ変換は、ＬＵＴ記憶部５１８に記憶されているＬＵＴを用いて行われる。そして、Ａ点でのＶｔＬｉｎとＣ点でのＶｔＬｏｇＬｉｎとから、以下の式により、Ｄ点でのセンサ出力ＶｔＡｖｅが算出される。なお、ＶｔＡｖｅにおける輝度ＬｔＡｖｅが、図１８（ａ）に示す露光量設定用輝度としてのＬｔ１に相当する。
【０１７７】
ＶｔＡｖｅ＝（ＶｔＬｉｎ＊ｋ１）＋（ＶｔＬｏｇＬｉｎ＊（１−ｋ１））
ただし、ｋ１＝ｍ／（ｍ＋ｎ）
ｍ：Ａ点の輝度ＬｔＬｉｎの算出時に用いた総画素数
ｎ：Ｂ点の輝度ＬｔＬｏｇの算出時に用いた総画素数
このように、ＬｔＬｉｎ及びＬｔＬｏｇの値から、ＶｔＬｉｎ及びＶｔＬｏｇＬｉｎの値を算出し、ＶｔＬｉｎ及びＶｔＬｏｇＬｉｎの値からＶｔＡｖｅを算出する。
【０１７８】
次に、このＶｔＡｖｅが、図１８（ａ）に示すＶｔａｒｇｅｔとなるような露光量の増幅率Ｇａｉｎ（ゲイン）、この露光量の増幅率Ｇａｉｎに基づく露光時間の増幅率Ｇｔ及び絞りの増幅率Ｇｓ、さらに、増幅率Ｇｔ及びＧｓに基づくそれぞれ露光時間Ｔ２及び絞りの開口面積Ｓ２を以下の式により算出する。ただし、当該各式を用いたＧｔ及びＧｓの値の算出は、以下図２０に示すフローチャートによる場合分けによって決定される。
【０１７９】
Ｇａｉｎ＝Ｖｔａｒｇｅｔ／ＶｔＡｖｅ
Ｇｔ＊Ｇｓ＝Ｇａｉｎ
【０１８０】
≪露光時間に関する増幅率を算出する式≫
Ｔｍａｘ／Ｔ１＝Ｇｔｍａｘ（露光時間の最大増幅率）
Ｔｍｉｎ／Ｔ１＝Ｇｔｍｉｎ（露光時間の最小増幅率）
Ｇａｉｎ／Ｇｔｍａｘ＝ＧＧｔｍａｘ（最大増幅率での不足分を補うための増幅率）
Ｇａｉｎ／Ｇｔｍｉｎ＝ＧＧｔｍｉｎ（最小増幅率での不足分を補うための増幅率）
Ｔ２＝Ｔ１＊Ｇｔ
ただし、Ｔ１：ＡＥ評価値検出時の露光時間
Ｔ２：ＡＥ補正後の露光時間
Ｔｍａｘ：撮像センサ３０の最大露光時間
Ｔｍｉｎ：撮像センサ３０の最小露光時間
【０１８１】
≪絞りに関する増幅率を算出する式≫
Ｓｍａｘ／Ｓ１＝Ｇｓｍａｘ（絞りの最大増幅率）
Ｓｍｉｎ／Ｓ１＝Ｇｓｍｉｎ（絞りの最小増幅率）
Ｇａｉｎ／Ｇｓｍａｘ＝ＧＧｓｍａｘ（最大増幅率での不足分を補うための増幅率）
Ｇａｉｎ／Ｇｓｍｉｎ＝ＧＧｓｍｉｎ（最小増幅率での不足分を補うための増幅率）
Ｓ２＝Ｓ１＊Ｇｓ
ただし、Ｓ１：ＡＥ評価値検出時の絞りの開口面積
Ｓ２：ＡＥ補正後の絞りの開口面積
Ｓｍａｘ：絞り２２の最大開口率
Ｓｍｉｎ：絞り２２の最小開口率
【０１８２】
図２０のフローチャートに示すように、先ず、ＶｔＡｖｅがＶｔａｒｇｅｔの値と同じ値である場合、すなわち露光量の増幅率Ｇａｉｎ＝１．０であり、露光量の制御（露光量制御パラメータの変更）が必要ない場合には（ステップＳ１１のＹＥＳ）、露光時間の増幅率Ｇｔ＝１．０及び絞りの増幅率Ｇｓ＝１．０となり（ステップＳ１２）、露光時間及び絞りの開口面積は変更されない。増幅率Ｇａｉｎ＝１．０でなく（ステップＳ１１のＮＯ）、また、Ｇａｉｎ＞１．０であり（ステップＳ１３のＹＥＳ）、且つＧａｉｎ＞Ｇｔｍａｘでない場合には（ステップＳ１４のＮＯ）、すなわちＧａｉｎが１．０より大きく、露光量の制御が必要であり、露光量の増幅率Ｇａｉｎが露光時間の増幅率Ｇｔ（最大増幅率Ｇｔｍａｘ以下の増幅率Ｇｔ）にて対応できる場合には、Ｇｔ＝Ｇａｉｎ及びＧｓ＝１．０となる（ステップＳ１５）。
【０１８３】
前記ステップＳ１３において、Ｇａｉｎ＞１．０でなく（ステップＳ１３のＮＯ）、且つＧａｉｎ＜Ｇｔｍｉｎでない場合には（ステップＳ１６のＮＯ）、前記ステップＳ１５の場合と同様に、Ｇａｉｎが１．０より小さく露光量の制御が必要であり、露光量の増幅率Ｇａｉｎが、露光時間の増幅率Ｇｔ（最小増幅率Ｇｔｍｉｎ以上の増幅率Ｇｔ）にて対応できるため、Ｇｔ＝Ｇａｉｎ及びＧｓ＝１．０となる（ステップＳ１７）。
【０１８４】
前記ステップＳ１４において、Ｇａｉｎ＞Ｇｔｍａｘであり（ステップＳ１４のＹＥＳ）、且つＧｓｍａｘ＞ＧＧｔｍａｘである場合には（ステップＳ１８のＹＥＳ）、Ｇｔ＝Ｇｔｍａｘ及びＧｓ＝ＧＧｔｍａｘとなる（ステップＳ１９）。このステップＳ１９では、露光量の増幅率Ｇａｉｎが、露光時間の最大増幅率Ｇｔｍａｘよりも大きな値となってしまい、絞りの増幅率Ｇｓを変化させることなく（Ｇｓ＝１．０）、露光時間の増幅率Ｇｔだけで対応することできないため、当該Ｇａｉｎに対するＧｔの増幅率の不足分を、絞りの増幅率Ｇｓを変化させることで対応（補充）している。ただし、この絞りの増幅率Ｇｓの値としては、露光時間の最大増幅率Ｇｔｍａｘでの不足分を補うための増幅率ＧＧｔｍａｘが用いられる。これは、増幅率ＧＧｔｍａｘが、絞りの最大増幅率Ｇｓｍａｘよりも小さい値であるため（絞りの最大増幅率Ｇｓｍａｘを用いる必要がなく）、露光時間に関する増幅率ＧＧｔｍａｘを用いている。これにより、絞りを制御するための値（増幅率
）を、前記絞りに関する増幅率を算出する式を用いて算出する手間が省かれる。
【０１８５】
また、前記ステップＳ１６において、Ｇａｉｎ＜Ｇｔｍｉｎであり（ステップＳ１６のＹＥＳ）、且つＧｓｍｉｎ＜ＧＧｔｍｉｎである場合には（ステップＳ２１のＹＥＳ）、Ｇｔ＝Ｇｔｍｉｎ及びＧｓ＝ＧＧｔｍｉｎとなる（ステップＳ２２）。この場合も前記ステップＳ１９と同様に、露光量の増幅率Ｇａｉｎが、露光時間の最小増幅率Ｇｔｍｉｎよりも小さな値となってしまい、絞りの増幅率Ｇｓを変化させることなく（Ｇｓ＝１．０）、露光時間の増幅率Ｇｔだけで対応することできないため、Ｇａｉｎに対するＧｔの増幅率の不足分を、絞りの増幅率Ｇｓを変化させることで対応している。ただし、この絞りの増幅率Ｇｓの値としては、露光時間の最小増幅率Ｇｔｍｉｎでの不足分を補うための増幅率ＧＧｔｍｉｎが用いられる。これは、増幅率ＧＧｔｍｉｎが、絞りの最小増幅率Ｇｓｍｉｎよりも小さい値であるため（絞りの最小増幅率Ｇｓｍｉｎを用いる必要がなく）、露光時間に関する増幅率ＧＧｔｍｉｎを用いている。この場合も同様に、絞りを制御するための値（増幅率）を、前記絞りに関する増幅率を算出する式を用いて算出する手間が省かれる。
【０１８６】
前記ステップＳｅ８において、Ｇｓｍａｘ＞ＧＧｔｍａｘでない場合には（ステップＳ１８のＮＯ）、Ｇｔ＝Ｇｔｍａｘ及びＧｓ＝Ｇｓｍａｘとなる（ステップＳ２０）。また、前記ステップＳ２１において、Ｇｓｍｉｎ＜ＧＧｔｍｉｎでない場合には（ステップＳ２１のＮＯ）、Ｇｔ＝Ｇｔｍｉｎ及びＧｓ＝Ｇｓｍｉｎとなる（ステップＳ２３）。前記ステップＳ２０においては、増幅率ＧＧｔｍａｘが、絞りの最大増幅率Ｇｓｍａｘ以上の値となる場合に、絞りの増幅率Ｇｓの値として最大増幅率Ｇｓｍａｘが用いられている。同様に、前記ステップＳ２３においては、増幅率ＧＧｔｍｉｎが、絞りの最小増幅率Ｇｓｍｉｎ以下の値となる場合に、絞りの増幅率Ｇｓの値として最小増幅率Ｇｓｍｉｎが用いられている。
【０１８７】
なお、本実施形態では、図２０のフローチャートに示すように、露光量の増幅率Ｇａｉｎを得るための制御パラメータを選択する際、露光時間の増幅率Ｇｔを優先させている（露光時間の制御を優先させている）が、絞りの増幅率Ｇｓを優先させる（絞りの制御を優先させる）構成であってもよい。また、本実施形態では、１つの露光量設定用輝度（Ｌｔ１）に対して、増幅率Ｇｔ及びＧｓの算出を行っているが、２つ以上の露光量設定用輝度に対して同様の算出を行ってもよく、この場合には、それぞれで算出した増幅率（Ｇｔ、Ｇｓ）の平均値、或いは最大値や最小値を用いる構成であってもよい。
【０１８８】
このようにして増幅率Ｇｔ、Ｇｓが算出され、このＧｔ、ＧｓからそれぞれＡＥ補正後の露光時間Ｔ２、ＡＥ補正後の絞りの開口面積Ｓ２が算出される。そして、これらＴ２及びＳ２に応じた撮像センサ３０やシャッタ２３に対する設定値（露光時間設定値）、或いは絞り２２に対する設定値（絞り設定値）が、それぞれＬＵＴを用いたデータ変換によって算出される。そして、当該データ変換によって得られた露光時間設定値や絞り設定値は、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶される（或いは前回のＡＥ評価値取得時点における露光時間設定値や絞り設定値を、当該新たに得られた同設定値で更新する構成であってもよい。以下の光電変換特性設定値に対しても同様である）。
【０１８９】
なお、シャッタ制御信号発生部５２３及び絞り制御信号発生部５２５は、それぞれ露光量制御パラメータ算出部５１１で算出された露光時間設定値及び絞り設定値に基づいて、撮像センサ３０やシャッタ２３による露光時間（積分時間）が前記Ｔ２となるような、或いは絞り２２の開口面積が前記Ｓ２となるような、シャッタ駆動部６１及び絞り駆動部６３に対する制御信号を発生させる。
【０１９０】
ここで、前記図１９に示す線形特性領域平均輝度ＬｔＬｉｎに対応するセンサ出力レベルＶｔＬｉｎ及び対数特性領域平均輝度ＬｔＬｏｇに対応するセンサ出力レベルＶｔＬｏｇの具体的な算出方法について説明する。先ず、線形特性領域平均輝度ＬｔＬｉｎに対応するセンサ出力レベルＶｔＬｉｎの算出方法について説明する。図１５に示す主被写体領域３３１における各検出ブロック（Ａ〜ＡＪブロック）によって検出した被写体の輝度情報を基に、当該各検出ブロック毎の線形特性領域での平均輝度（ブロック線形平均輝度という）を算出する。このブロック線形平均輝度の算出は、Ｒ、Ｇ及びＢの３色それぞれの線形特性領域の平均値（色線形平均値という）を用いて行う。すなわち、Ａ〜ＡＪブロックから得られるＲ色の色線形平均値をそれぞれＡｖｅＲＡ、ＡｖｅＲＢ、・・・ＡｖｅＲＡＪとして算出し、同様に、Ｇ色、及びＢ色の色線形平均値をそれぞれＡｖｅＧＡ、ＡｖｅＧＢ、・・・ＡｖｅＧＡＪ、及びＡｖｅＢＡ、ＡｖｅＢＢ、・・・ＡｖｅＢＡＪとして算出する。そして、これらＲＧＢ各色の色線形平均値を用いて、以下の色空間変換を行う式により、Ａ〜ＡＪブロック毎のブロック線形平均輝度を算出する。例えばＡブロックに対するブロック線形平均輝度をＡｖｅＹＡとすると、ＡｖｅＹＡは次式にて求めることができる。
【０１９１】
ＡｖｅＹＡ＝ＡｖｅＲＡ＊Ｋ１＋ＡｖｅＧＡ＊Ｋ２＋ＡｖｅＢＡ＊Ｋ３
ただし、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３：ＲＧＢからＹＣｂＣｒへの色空間変換に用いる係数であり、例えばＫ１＝０．２９８９、Ｋ２＝０．５８６６、Ｋ３＝０．１１４５である。
【０１９２】
他のＢ〜ＡＪブロックに対しても同様に演算し、この結果、Ａ〜ＡＪブロック毎のブロック線形平均輝度ＡｖｅＹＡ、ＡｖｅＹＢ、・・・ＡｖｅＹＡＪを算出する。そして、さらにこれらブロック線形平均輝度ＡｖｅＹＡ、ＡｖｅＹＢ、・・・ＡｖｅＹＡＪ全体での平均値を算出する。この平均値のことをＭａｉｎＹとすると、ＭａｉｎＹが前記線形特性領域平均輝度ＬｔＬｉｎに対応するセンサ出力レベルＶｔＬｉｎとなる。
【０１９３】
一方、対数特性領域平均輝度ＬｔＬｏｇに対応するセンサ出力レベルＶｔＬｏｇの算出も、前記線形特性領域平均輝度ＬｔＬｉｎの場合と同様にして行う。すなわち、図１５に示す主被写体領域３３１におけるＡ〜ＡＪブロックによって検出した被写体の輝度情報を基に、当該各検出ブロック毎の対数特性領域での平均輝度（ブロック対数平均輝度という）を算出する。このブロック対数平均輝度の算出は、Ｒ、Ｇ及びＢの３色それぞれの対数特性領域の平均値（色対数平均値という）を用いて行う。すなわち、Ａ〜ＡＪブロックから得られるＲ色の色対数平均値をそれぞれＡｖｅＲＬｏｇＡ、ＡｖｅＲＬｏｇＢ、・・・ＡｖｅＲＬｏｇＡＪとして算出し、同様に、Ｇ色、及びＢ色の色対数平均値をそれぞれＡｖｅＧＬｏｇＡ、ＡｖｅＧＬｏｇＢ、・・・ＡｖｅＧＬｏｇＡＪ、及びＡｖｅＢＬｏｇＡ、ＡｖｅＢＬｏｇＢ、・・・ＡｖｅＢＬｏｇＡＪとして算出する。
【０１９４】
ところで、これら対数特性領域でのＲＧＢ各色の色対数平均値は、一旦、ＬＵＴ記憶部５１８に記憶されているＬＵＴを用いて線形特性領域での値に変換して線形データとしておき、この線形データに変換された値を用いて前記と同様に色空間変換の式を用い、Ａ〜ＡＪブロック毎のブロック対数平均輝度ＡｖｅＹＬｏｇＡ、ＡｖｅＹＬｏｇＢ、・・・ＡｖｅＹＬｏｇＡＪを算出する。そして、さらにこれらブロック対数平均輝度ＡｖｅＹＬｏｇＡ、ＡｖｅＹＬｏｇＢ、・・・ＡｖｅＹＬｏｇＡＪ全体での平均値を算出する。この平均値のことをＭａｉｎＹＬｏｇとすると、ＭａｉｎＹＬｏｇが前記線形特性領域平均輝度ＬｔＬｏｇに対応するセンサ出力レベルＶｔＬｏｇＬｉｎとなる。なお、前記各Ａ〜ＡＪブロックでの各色の色線形平均値（色対数平均値）は、当該各Ａ〜ＡＪブロック毎の線形特性領域（対数特性領域）での輝度ヒストグラムを算出すると共に輝度ヒストグラムの「足切り」を行い、該足切り後の各輝度値を平均することにより算出してもよい。
【０１９５】
ところで、前記図１９、２０において説明した増幅率Ｇａｉｎ（露光量制御パラメータ）の具体的な算出方法は、以下に示すものであってもよい。先ず、主被写体領域３３１における各Ａ〜ＡＪブロックでのＲＧＢ各色における輝度の最大値（色最大値という）を算出する。すなわち、Ｒ色の最大値をそれぞれＭａｘＲＡ、ＭａｘＲＢ、・・・ＭａｘＲＡＪとして算出し、同様に、Ｇ色、及びＢ色の最大値をそれぞれＭａｘＧＡ、ＭａｘＧＢ、・・・ＭａｘＧＡＪ、及びＭａｘＢＡ、ＭａｘＢＢ、・・・ＭａｘＢＡＪとして算出する。そして、これら各色毎の輝度の最大値を用いて、以下の色空間変換を行う式により、Ａ〜ＡＪブロック毎のブロック最大輝度を算出する。例えばＡブロックに対するブロック最大輝度をＭａｘＹＡとすると、ＭａｘＹＡは次式にて求めることができる。
【０１９６】
ＭａｘＹＡ＝ＭａｘＲＡ＊Ｋ１＋ＭａｘＧＡ＊Ｋ２＋ＭａｘＢＡ＊Ｋ３
ただし、前記と同様に例えばＫ１＝０．２９８９、Ｋ２＝０．５８６６、Ｋ３＝０．１１４５である。他のＢ〜ＡＪブロックに対しても同様に演算し、この結果、Ａ〜ＡＪブロック毎のブロック最大輝度ＭａｘＹＡ、ＭａｘＹＢ、・・・ＭａｘＹＡＪを算出する。そして、さらにこれらブロック最大輝度ＭａｘＹＡ、ＭａｘＹＢ、・・・ＭａｘＹＡＪ全体での最大値（主被写体領域３３１での最大輝度値という）を算出する。この最大輝度値のことをＭａｘＹとすると、ＭａｘＹが、図２１に示す輝度Ｌｔｍａｘに対応するセンサ出力レベルＶｔＡｖｅ２となる。
【０１９７】
同様に、各Ａ〜ＡＪブロックでのＲＧＢ各色における輝度の最小値（色最小値）を、それぞれＭｉｎＲＡ、ＭｉｎＲＢ、・・・ＭｉｎＲＡＪ、及びＭｉｎＧＡ、ＭｉｎＧＢ、・・・ＭｉｎＧＡＪ、及びＭｉｎＢＡ、ＭｉｎＢＢ、・・・ＭｉｎＢＡＪとして算出し、これらの最小値を用いて前記と同様の色空間変換の式によりＡ〜ＡＪブロック毎のブロック最小輝度ＭｉｎＹＡ、ＭｉｎＹＢ、・・・ＭｉｎＹＡＪを算出する。そして、さらにこれらブロック最小輝度ＭｉｎＹＡ、ＭｉｎＹＢ、・・・ＭｉｎＹＡＪ全体での最小値（主被写体領域ａ２での最小輝度値という）を算出する。この最小輝度値のことをＭｉｎＹとすると、ＭｉｎＹが、図２１に示す輝度Ｌｔｍｉｎに対応するセンサ出力レベルＶｔＡｖｅ１となる。
【０１９８】
ただし、前記色最大値及び色最小値のうちで対数特性領域での値であるものに対しては、同様にＬＵＴを用いての線形特性領域への変換を行った後に色空間変換を行う。また、各Ａ〜ＡＪブロックでの各色の色最大値及び色最小値は、当該各Ａ〜ＡＪブロック毎に輝度ヒストグラムを算出すると共に輝度ヒストグラムの「足切り」を行い、該足切り後の各輝度値から算出してもよい。
【０１９９】
そして、図２１に示すように、輝度Ｌｔｍｉｎに対するセンサ出力値ＶｔＡｖｅ１が、予め設定されたターゲット出力値であるＶｔａｒｇｅｔ１となるような増幅率（Ｖｔａｒｇｅｔ１／ＶｔＡｖｅ１；第１増幅率という）を算出すると共に、輝度Ｌｔｍａｘに対するセンサ出力値ＶｔＡｖｅ２が、予め設定されたターゲット出力値であるＶｔａｒｇｅｔ２となるような増幅率（Ｖｔａｒｇｅｔ２／ＶｔＡｖｅ２；第２増幅率という）を算出し、これら２つの増幅率のうちの小さい方の増幅率を選択し、当該選択された増幅率を前記露光量の増幅率Ｇａｉｎとして、前記図２０に示すように場合分けを行い、露光時間の増幅率Ｇｔ及び絞りの増幅率Ｇｓを算出する構成であってもよい。
【０２００】
なお、上述のように第１及び第２増幅率のうちの大きい方を選択してもよく、或いは、第１及び第２増幅率を比較して一方を選択するのではなく、第１又は第２増幅率のみを算出して用いる構成であってもよい。また、これら第１及び第２増幅率を平均したものを用いる構成であってもよい。また、上記Ｖｔａｒｇｅｔ１やＶｔａｒｇｅｔ２の値は、露光量制御パラメータ算出部５１１等に記憶されている。
【０２０１】
また、前記最小輝度値ＭｉｎＹ及び最大輝度値ＭａｘＹは、各Ａ〜ＡＪブロックの輝度ヒストグラムを纏めてなるＡ〜ＡＪブロック全体での全体輝度ヒストグラムから算出してもよい。この場合、同様に「足切り」を行うことで当該全体輝度ヒストグラムにおける輝度範囲を算出し、この輝度範囲から最小輝度値ＭｉｎＹ及び最大輝度値ＭａｘＹを算出する。なお、当該算出時に、最小輝度値ＭｉｎＹ＝最大輝度値ＭａｘＹ−輝度範囲、或いは最大輝度値ＭａｘＹ＝最小輝度値ＭｉｎＹ＋輝度範囲というように、最小又は最大輝度値の一方の輝度値と輝度範囲とから、他方の輝度値を求めてもよい。
【０２０２】
（ダイナミックレンジ制御パラメータの算出方法の詳細説明）
続いて、前記図１８（ｂ）の露光量制御の場合における、評価値検出部４０５によって検出されたＡＥ評価値に基づく、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２によるダイナミックレンジ制御パラメータ（光電変換特性設定値）の算出についてより具体的に説明する。
【０２０３】
図２２は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出に際しての、光電変換特性における変曲点の位置の算出方法について説明するグラフ図であり、（ａ）は、輝度Ｌｍａｘに対して所定のセンサ出力となるように光電変換特性を変化させた場合の図であり、（ｂ）は、光電変換特性をモデル化した場合の図である。先ず、図２２（ａ）において、輝度Ｌｍａｘは、ダイナミックレンジ設定用輝度であり、例えば図１８（ｂ）に示すＬｍ２０に相当するものとする。光電変換特性α２は変曲点７１１を有する変化前の光電変換特性、光電変換特性β２は変曲点７１２を有する変化後の光電変換特性を示している。Ｖｍａｘ２は、撮像センサ３０の飽和出力レベル（最大出力レベル）を示している。輝度Ｌｍａｘに対するセンサ出力の値が、光電変換特性α２上のＥ点でのＶｍａｘ１から光電変換特性β２上のＦ点でのＶｍａｘ２へ移るように光電変換特性を変化させる。この場合、光電変換特性α２は、変曲点７１１でのセンサ出力Ｖｔｈ１から変曲点７１２でのセンサ出力Ｖｔｈ２となる変曲点の変化量ΔＶｔｈに応じて光電変換特性β２の状態へ変化する。
【０２０４】
ところで、前記Ｖｔｈ２は、Ｅ、Ｆ点間のセンサ出力ΔＶｍａｘ（＝Ｖｍａｘ２−Ｖｍａｘ１）から算出される。これについて説明する。図２２（ｂ）に示すように、光電変換特性α２、β２における線形特性領域及び対数特性領域をそれぞれモデル化（グラフ化）して関数（数式）で表すと、以下のように表される。
【０２０５】
線形特性領域をモデル化した関数：Ｖ＝Ｋ２＊Ｌ（光電変換特性α２、β２で共通）
対数特性領域をモデル化した関数：Ｖ＝Ｋ１＊ｌｎ（Ｌ）＋Ｗα（光電変換特性α２）
：Ｖ＝Ｋ１＊ｌｎ（Ｌ）＋Ｗβ（光電変換特性β２）
ただし、Ｋ１、Ｋ２は定数、Ｌはセンサ入射輝度（図２２の横軸座標）、Ｗα及びＷβは切片を示している。
【０２０６】
ここで、ΔＶｍａｘは、ΔＶｍａｘ＝Ｗβ−Ｗαと表されるので、前記Ｖ＝Ｋ１＊ｌｎ（Ｌ）＋Ｗβの数式は、Ｖ＝Ｋ１＊ｌｎ（Ｌ）＋Ｗα＋ΔＶｍａｘと表される。この数式と、前記Ｖ＝Ｋ２＊Ｌの数式との交点７１３におけるセンサ出力値がＶｔｈ２となる。したがって、交点７１３（の座標）を算出するための当該２つの数式の連立式；Ｋ１＊ｌｎ（Ｌ）＋Ｗα＋ΔＶｍａｘ＝Ｋ２＊Ｌを満たす「Ｌ」の値、すなわち図２２（ｂ）に示す輝度Ｌを求めることによって、該輝度Ｌに対応するセンサ出力のＶｔｈ２が算出される。ただし、算出された出力レベルＶｔｈ２が飽和出力レベルＶｍａｘ２より大きくなる場合には、撮像センサ３０は、対数特性領域の無い線形特性領域のみの光電変換特性を有することとなる。
【０２０７】
そして、上述のように算出したＶｔｈ２に応じた撮像センサ３０に対する設定値、すなわち、光電変換特性の変曲点がＶｔｈ２の位置となるように光電変換特性を変化させるための設定値（光電変換特性設定値）が、ＬＵＴを用いた当該Ｖｔｈ２のデータ変換によって算出される。そして、当該データ変換によって得られた変曲点Ｖｔｈ２に対応する光電変換特性設定値は、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶される。なお、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２で算出された光電変換特性設定値に基づいて、撮像センサ３０の光電変換特性（の変曲点位置）が上述のように変化するような、タイミング生成回路３１に対する制御信号を発生させる。
【０２０８】
ところで、前記図２２に示すダイナミックレンジ設定用輝度である輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力レベルＶｍａｘ１の具体的な算出方法は以下のとおりである。先ず、前記図１９における対数特性領域平均輝度ＬｔＬｏｇに対応するセンサ出力レベルＶｔＬｏｇの算出と同様に、図１５に示す主被写体領域３３１（Ａ〜ＡＪブロック）での対数特性領域平均輝度を算出すると共に、周辺被写体領域３３２（第１〜第１６ブロック）での対数特性領域平均輝度を、主被写体領域３３１での場合と同様に算出する。そして、これら主被写体領域３３１及び周辺被写体領域３３２で算出した対数特性領域平均輝度を比較して大きな方の対数特性領域平均輝度を選択し、該選択した対数特性領域平均輝度に対応するセンサ出力レベルをＶｍａｘ１とする。
【０２０９】
なお、主被写体領域３３１及び周辺被写体領域３３２において、前記対数特性領域平均輝度だけでなく、図１９における線形特性領域平均輝度ＬｔＬｉｎと同様の線形特性領域平均輝度に対応するセンサ出力も算出し、主被写体領域３３１及び周辺被写体領域３３２毎にこれら線形特性領域平均輝度と対数特性領域平均輝度とを平均した全特性領域平均輝度を算出し、これら各領域における全特性領域平均輝度のうちの大きな方を輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力とする構成であってもよい。ただし、当該輝度が同じ大きさであった場合には、いずれの輝度値を輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力としてもよい（以降も同様）。
【０２１０】
また、主被写体領域３３１のみでの対数特性領域平均輝度（或いは線形特性領域平均輝度と合わせた全特性領域平均輝度）から輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力を得る構成であってもよいし、周辺被写体領域３３２のみでの対数特性領域平均輝度（或いは線形特性領域平均輝度と合わせた全特性領域平均輝度）から輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力を得る構成であってもよい。
【０２１１】
さらに、輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力の具体的な算出方法は、以下に示すものであってもよい。すなわち、先ず、前記図２１における最大輝度値Ｌｔｍａｘ（ＭａｘＹ）に対応するセンサ出力の算出と同様に、主被写体領域３３１での最大輝度値を算出すると共に、周辺被写体領域３３２での最大輝度値を、主被写体領域３３１での場合と同様に算出する。そして、これら主被写体領域３３１及び周辺被写体領域３３２で算出した最大輝度値を比較して大きな方の最大輝度値を選択し、該選択した最大輝度値に対応するセンサ出力レベルを求め、この出力レベルに対応する輝度を輝度Ｌｍａｘとする。なお、主被写体領域３３１のみでの最大輝度値から輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力を得る構成であってもよいし、周辺被写体領域３３２のみでの最大輝度値から輝度Ｌｍａｘに対応するセンサ出力を得る構成であってもよい。
【０２１２】
ところで、図２２に示すような、光電変換特性設定値に基づく光電変換特性（変曲点位置）の制御は、実際には、前記図１５で説明したように、飽和判別部４０５５（図１４参照）によって撮像センサ３０の出力レベルが飽和していないと判別された場合に行われ、該出力レベルが飽和していると判別された場合には、飽和画素数に応じて、図２３（ａ）に示すようにΔＶｔｈ分だけ変曲点での出力レベルを低下させるように、すなわち、撮像センサ３０によって、より高輝度側での撮影を可能とするべくダイナミックレンジを広げるように光電変換特性を変化させる。ここでは、光電変換特性α３から光電変換特性β３へ変化させる。ただし、このΔＶｔｈの値は、図２３（ｂ）に示すように、飽和画素数が増加するにつれて増加するように設定されており、該飽和画素数に対応するΔＶｔｈの算出は、ＬＵＴによるデータ変換によって行われる構成となっている。そして、この算出されたΔＶｔｈを、ＡＥ評価値時算出時における光電変換特性α３の変曲点７２１での出力レベルＶｔｈ１から減算することにより、変化後の光電変換特性β３（光電変換特性α３と比較してダイナミックレンジが広くなる特性）の変曲点７２２での出力レベルＶｔｈ２が得られる。さらに、当該得られたＶｔｈ２に応じた撮像センサ３０に対する設定値（光電変換特性設定値）が、ＬＵＴによるデータ変換によって算出される。そして、当該データ変換によって得られた変曲点Ｖｔｈ２に対応する光電変換特性設定値は、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶される。
【０２１３】
（ステップＳ３−１）露光量制御パラメータの設定
上記ステップＳ２−１で説明したような手法でＡＥ制御のための露光量制御パラメータが算出されたならば、該露光量制御パラメータに基づいてＡＥ制御が行われ、実際の撮像動作が行われる。すなわち、静止画像を撮影する場合は、予備撮影画像より取得されたＡＥ評価値に基づいたＡＥ制御がなされた上で本撮影が行われる。また、動画像を撮影する場合は、例えば直前に撮影された撮影画像より取得されたＡＥ評価値に基づいたＡＥ制御がなされた上で順次動画撮影が行われる。
【０２１４】
具体的には、全体制御部５０の露光量制御パラメータ算出部５１１で算出された露光量制御パラメータは制御信号発生部５２０に入力され、実際の露光量制御動作を行わせる駆動信号を生成するタイミング生成回路３１や駆動部６０を動作させるための制御信号が制御信号発生部５２０の各部で生成される。すなわち、制御信号発生部５２０のセンサ露光時間制御信号発生部５２２は、前記露光量制御パラメータに応じて、所期の露光時間が確保されるよう撮像センサ３０の制御信号を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。ここでの制御信号は、例えば図９に示すタイミングチャートにおいて、撮像センサ３０に対する信号φＶＰＳが中電位Ｍとなる時間ΔＳを、露光量制御パラメータに応じて適宜な時間に設定する信号（つまり、フォトダイオードＰＤの寄生容量のリセット動作終了時刻ｔ１から次フレームの映像信号読み出しが開始される時刻ｔ２までの積分時間を適宜な時間に設定する信号）である。タイミング生成回路３１は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ３０の露光時間を制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０を駆動させる。
【０２１５】
またシャッタ制御信号発生部５２３は、同様に露光量制御パラメータに基づいて、シャッタ２３のシャッタスピード（シャッタ開放時間）を露光時間に合わせて設定する制御信号を生成する。この制御信号は駆動部６０のシャッタ駆動部６１へ送られ、シャッタ駆動部６１は該制御信号に基づいてシャッタ２３の駆動信号を生成し、露光量制御パラメータに応じたシャッタ２３のシャッタ開放動作を行わせる。
【０２１６】
さらに絞り制御信号発生部５２５も、同様に露光量制御パラメータに基づいて、絞り２２の開口面積を設定する制御信号を生成する。この制御信号は絞り駆動部６３へ送られ、絞り駆動部６３は該制御信号に基づいて絞り２２の駆動信号を生成し、露光量制御パラメータに応じた絞り２２の開口面積設定動作を行わせる。
【０２１７】
以上のように、露光量制御（積分時間の制御）の要素としては、タイミング生成回路３１のよる撮像センサ３０の駆動制御、シャッタスピード制御及び絞り制御があり、これら３つの制御を全て行うようにしても良いが、高速に制御を達成する観点からは、図２１のフローチャートに基づいて説明したように、タイミング生成回路３１による電子回路的な露光量制御を優先させるようにすることが望ましい。
【０２１８】
（ステップＳ３−２）ダイナミックレンジ制御パラメータの設定
一方、ダイナミックレンジ制御により本実施形態にかかるＡＥ制御を行う場合、全体制御部５０のダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２で算出されたダイナミックレンジ制御パラメータは制御信号発生部５２０に入力され、そのダイナミックレンジ制御信号発生部５２１において、実際のダイナミックレンジ制御動作を行わせる制御信号が生成される。
【０２１９】
すなわちダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２において算出された撮像センサ３０の光電変換特性設定値に応じて、光電変換特性が線形特性領域から対数特性領域に切り替わる出力レベルポイント（変曲点）を調整する撮像センサ３０の制御信号を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。ここでの制御信号は、例えば図９に示すタイミングチャートにおいて、撮像センサ３０に対する信号φＶＰＳを、算出されたダイナミックレンジ制御パラメータに応じて適宜設定する制御信号である。
【０２２０】
つまり、前記φＶＰＳにおける電圧ＶＰＨの高さ、或いは時間ΔＴの長さを制御することでその変曲点が変動されることから、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１は、ダイナミックレンジ制御パラメータに基づいてφＶＰＳを制御する制御信号を生成し、これをタイミング生成回路３１へ送信する。そしてタイミング生成回路３１は、入力された制御信号に応じて、撮像センサ３０のダイナミックレンジを制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０を、所定の光電変換特性の状態として実際に駆動させるものである。
【０２２１】
以上、ＡＥ制御を中心に説明したが、実際のデジタルカメラ１においては、ＡＦ制御やＷＢ制御等も行われる。ＡＦ制御の場合も同様に、撮像センサ３０の撮影画像から取得したＡＦ評価値に基づいて制御を行うことができる。例えば、図１４に示した主被写体領域３３１のＯ、Ｐ、Ｕ及びＶブロックから検出される輝度ヒストグラムを活用し、評価値検出部４０５にて隣接輝度とのコントラストが最大となるポイントを求める所謂「山登り法」等によってＡＦ評価値を算出することができる。この場合、撮像センサ３０の線形特性領域及び対数特性領域の各々からＡＦ評価値を検出し、それぞれの特性領域の特徴を生かし、例えば対数特性領域から得られるＡＦ評価値を、ＡＦ制御に際しての粗測距用として用い、また線形特性領域から得られるＡＦ評価値を、詳測距用として用いるようにすることが望ましい。
【０２２２】
このようにして評価値検出部４０５で検出されたＡＦ評価値は、全体制御部５０のＡＦ制御パラメータ算出部５１３へ送られる。ＡＦ制御パラメータ算出部５１３は、該ＡＦ評価値に応じたＡＦ制御パラメータを算出し、これをズーム／フォーカス制御信号発生部５２４へ送信する。該ズーム／フォーカス制御信号発生部５２４にて、入力されたＡＦ制御パラメータに応じた制御信号が生成され、これがズーム／フォーカス駆動部６２へ送信される。そして、ズーム／フォーカス駆動部６２により前記制御信号に応じた駆動信号が生成され、該駆動信号により鏡胴２０のレンズ群２１がフォーカス駆動されるものである。
【０２２３】
またＷＢ制御についても、撮像センサ３０の撮影画像から取得したＷＢ評価値に基づいて制御を行うことができる。この場合も、撮像センサ３０の線形特性領域及び対数特性領域の各々からＷＢ評価値を検出することが望ましい。すなわち、撮影画像に基づきニュートラルな画像によるＷＢ評価値検出を行うものとし、前記ニュートラル画像として線形特性領域と対数特性領域との２種類の画像に基づき、各ＲＧＢレベル（Ｒ−Ｌｏｇ，Ｇ−Ｌｏｇ，Ｂ−Ｌｏｇ，Ｒ−Ｌｉｎ，Ｇ−Ｌｉｎ，Ｂ−Ｌｉｎ）を検出するよう構成することが望ましい。評価値検出部４０５はこのようなＷＢ評価値を検出し、該ＷＢ評価値をホワイトバランス制御部４０６へ送り、ホワイトバランス制御部４０６により適宜な色バランスとなるようホワイトバランス補正が行われるものである。
【０２２４】
（実施形態２）
以下、図面に基づいて、本発明の第２の実施形態につき説明する。
第２の実施形態では、第１の実施形態とＡＥ制御方法が異なるものとなっている。第１の実施形態におけるＡＥ制御は、図１８（ａ）に示す露光量制御と、図１８（ｂ）に示すダイナミックレンジ制御とによって行われ、以下、（Ａ）、（Ｂ）に示すように（この（Ａ）（Ｂ）は前述の内容を要約したもの）、露光量制御は、露光時間（撮像センサの積分時間、或いはシャッタの開放時間）と、絞り（絞りの開口面積）との制御によってなされ、一方、ダイナミックレンジ制御は、光電変換特性（変曲点位置）の制御によってなされる構成であった。
（Ａ）露光量制御（露光時間制御（積分時間やシャッタ開放時間制御）、或いは絞り制御（絞りの開口面積制御））
（Ｂ）ダイナミックレンジ制御（光電変換特性制御（変曲点位置制御））
【０２２５】
これに対し、第２の実施形態におけるＡＥ制御では、以下［Ａ］〜［Ｃ］に示すように、露光量制御を、絞り制御に基づく露光量制御と積分時間やシャッタ開放時間の制御に基づく露光量制御との各場合で（独立して）行い、ダイナミックレンジ制御を、前記と同様に光電変換特性（変曲点位置）の制御によって行うようにする。
［Ａ］露光量制御（絞り制御（絞りの開口面積制御））
［Ｂ］ダイナミックレンジ制御（光電変換特性制御（変曲点位置制御））
［Ｃ］露光量制御（露光時間制御（積分時間制御やシャッタ開放時間制御））
【０２２６】
このようなＡＥ制御方法の違いに関し、第１の実施形態と本実施形態とでは、図２４に示すように、撮像センサ３０ａ、全体制御部５０ａ（演算部５１０ａ、制御信号発生部５２０ａ）及びタイミング生成回路３１ａ等が異なる構成とされている。第１の実施形態と同様の構成を有するものについては同一の番号を付し、この説明を省略する。なお、第２の実施形態におけるデジタルカメラをデジタルカメラ１ａとする。
【０２２７】
先ず、撮像センサ３０ａについて詳述する。図２５は、第２の実施形態にかかるデジタルカメラ１ａの撮像センサ３０ａにおける各画素の回路構成図の一例を示すものであり、第１の実施形態の図７に示す各画素Ｇ１１〜Ｇｍｎに相当するものである。同図に示すように、撮像センサ３０ａの各画素Ｇ１１〜Ｇｍｎは、フォトダイオードＰＤ１、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）としてのトランジスタＴ１０〜Ｔ１３、及びＦＤ（Floating Diffusion）から構成されている。トランジスタＴ１０〜Ｔ１３は、ここではＮチャンネルＭＯＳＦＥＴが採用されている。ＶＤＤ、φＲＳＢ、φＲＳＴ、φＴＸ及びφＶは、各トランジスタに対する信号（電圧）を示し、ＧＮＤは接地を示している。
【０２２８】
フォトダイオードＰＤ１は、感光部（光電変換部）であり、被写体からの入射光量に応じた電気信号（光電流ＩＰＤ１）を出力する。トランジスタＴ１２は、図７に示す定電流源３０７と対になってソースフォロワ増幅用の増幅回路（ソースフォロワアンプ）を構成するものであり、後述する電圧Ｖ１ＯＵＴに対する増幅（電流増幅）を行う。トランジスタＴ１３は、ゲートに印加する電圧（信号φＶ）に応じてオン、オフされるスイッチとして動作する信号読み出し用のトランジスタである。トランジスタＴ１３のソースは、図７に示す出力信号線３０６に接続されており、トランジスタＴ１３がオンした場合、トランジスタＴ１２で増幅された電流を出力電流として出力信号線３０６へ導出する。
【０２２９】
トランジスタＴ１０は、同トランジスタのゲートに印加される電圧に応じてオン、オフされるスイッチとして動作するものであって、当該ゲート電位の高低によるオン、オフ切り替えに応じて、フォトダイオードＰＤ１で発生した光電流ＩＰＤ１（電荷）のＦＤに対する転送、非転送の切り替えを行う所謂転送ゲートとなるものである。フォトダイオードＰＤ１で発生した光電流ＩＰＤ１はフォトダイオードＰＤ１の寄生容量に流れてその電荷が蓄積され、蓄積電荷量に応じた電圧が発生する。このときトランジスタＴ１０がオン状態であれば、この寄生容量に蓄積された電荷（負電荷）がＦＤへ向けて移動する。ＦＤは、電荷（信号電荷）を一旦保持しておく電荷保持部であり、この保持した電荷を電圧に変える（電荷電圧変換を行う）所謂キャパシタの役割を担うものである。
【０２３０】
トランジスタＴ１１（リセットゲートトランジスタ）は、同トランジスタのゲート電圧の高低によるオン、オフ切り替えに応じてＦＤに対するリセットバイアスの印加、非印加の切り替えを行うものであるとともに（例えばトランジスタＴ１１がオン状態の場合、トランジスタＴ１０もオン状態となっており、トランジスタＴ１１、ＦＤ、トランジスタＴ１０及びフォトダイオードＰＤ１を挟んだφＲＳＢ及びＧＮＤ間にリセットバイアスがかけられた状態となる）、ゲート電圧を後述のＭｉｄ電位（中電位）とすることで、フォトダイオードＰＤ１からＦＤに移動する電荷（ＦＤを流れる電流）のＦＤ及びトランジスタＴ１１による電荷電圧変換によってそれぞれ線形変換及び対数変換を行わせるものである。
【０２３１】
この場合、トランジスタＴ１１にはＭｉｄ電位に応じた電流（リセット電流）が流れ、トランジスタＴ１１のソースが当該リセット電流に応じた電位となる。そして、フォトダイオードＰＤ１から移動してくる電荷による電位が、Ｍｉｄ電位に応じたトランジスタＴ１１のソース電位より小さい場合には（撮像する被写体の輝度が低く、つまり被写体が暗く、フォトダイオードＰＤ１に入射される入射光量が少ない場合には）、ＦＤにおいて線形変換としての電荷電圧変換が行われ、一方、当該ソース電位を超える場合には（撮像する被写体の輝度が高く、つまり被写体が明るく、フォトダイオードＰＤ１に入射される入射光量が多い場合には）、トランジスタＴ１１において対数変換としての電荷電圧変換が行われる。
【０２３２】
これにより、ＦＤとトランジスタＴ１２との接続ノード、すなわち出力Ｖ１ＯＵＴには、ＦＤにおける光電流ＩＰＤ１の積分値による線形出力としての電圧、或いはトランジスタＴ１１における光電流ＩＰＤ１に応じた電流−電圧変換による対数出力としての電圧が現れる。すなわち、光電変換特性における線形特性領域での出力値は、当該ＦＤにおける光電流ＩＰＤ１の積分値となるが、対数特性領域については、ＦＤ部に蓄えられた電荷による電位がトランジスタＴ１１（リセットゲート）のソース電流を超えた領域において、光電流ＩＰＤ１と等しい電流が該トランジスタＴ１１に流れ、このトランジスタＴ１１において光電流ＩＰＤ１が電流−電圧変換された値（電圧）が当該出力値としてＦＤ部に現れる。このトランジスタＴ１１での電流−電圧変換が上記対数変換に相当する。したがって、後述するように、線形特性領域での出力値にはＦＤ部や寄生容量部での積分効果が現れて、撮像センサ３０ａの露光時間に応じて該線形特性領域（線形特性領域の傾き）が変化するが、対数特性領域での出力値には、ＦＤ部や寄生容量部での積分効果は現れず、撮像センサ３０ａの露光時間に関わらず該対数特性領域の光電変換特性は固定となる（この場合の対数特性領域には時間の概念が含まれないと表現することもできる）。そして、トランジスタＴ１３がオンされると、これら各電圧に応じたトランジスタＴ１２による増幅電流が、トランジスタＴ１３を介して出力電流として出力信号線３０６に導出される。このように第２の実施形態において、撮像センサ３０ａ（各画素）は、前記撮像センサ３０におけるキャパシタＣやトランジスタＴ３からなる積分回路を備えておらず、当該積分回路を備えずにＦＤ（或いはこのＦＤに対する転送ゲートやリセットゲート等）を備えた回路構成とされることで、被写体輝度（或いはセンサ入射輝度）に応じて線形変換又は対数変換された出力信号を得ることが可能となる。
【０２３３】
なお、撮像センサ３０ａは、撮像センサ３０と比べて回路構成がより簡易なものとなっていることから（例えば上述のようにキャパシタＣやトランジスタＴ３からなる積分回路等が削除された回路構成となっているため）、撮像センサ３０ａの開口率が増加し、センサ面に入射される光に対する感度（センサ出力）が向上する。
【０２３４】
図２６は、図２５に示す撮像センサ３０ａにおける各画素の撮像動作に関するタイミングチャートの一例であり、図２６（ａ）は、全画素における垂直ブランク期間中の電荷蓄積（露光）動作に関するタイミングチャートを示し、図２６（ｂ）は、水平ブランク期間中における、電荷蓄積終了後の垂直走査による各行の画素の電荷掃き出し動作に関するタイミングチャートを示している。ここではＮチャンネルＭＯＳＦＥＴの極性上、以下のようにＨｉ（ハイ）でオン、Ｌｏｗ（ロー）でオフとなる。
【０２３５】
まず、図２６（ａ）において、符号８０１で示す位置で信号φＲＳＴをＨｉ、符号８０２で示す位置で信号φＴＸをＨｉにする。これによりＦＤに対して前記リセットバイアスが印加される。そして、信号φＲＳＴ、φＴＸの両方がＨｉである期間内に、符号８０３で示す位置で信号φＲＳＢを一旦Ｌｏｗとすることで、ＦＤ部の電位を高輝度光入射時の状態にセットし（電荷ゼロの状態から電荷蓄積が開始できるようにセットし）、さらに当該電位を符号８０４に示す位置でＨｉに戻すことで、全画素のＦＤに対するリセット（リフレッシュ）動作を行う。このＦＤに対するリセット動作によりＦＤ部の電荷の安定性が保たれるようになる。
【０２３６】
その後、符号８０５に示す位置で、全画素同時にトランジスタＴ１１のゲートに対する信号φＲＳＴをＨｉから中（Ｍｉｄｄｌｅ）電位（この電位をＭｉｄと表現する）とし、このＭｉｄ電位となっている期間（符号８０５の位置から後述の符号８０６の位置までの区間）において、ＦＤでの電荷の蓄積及びこの蓄積電荷に対する線形変換又は対数変換での電圧変換を行う。このとき、信号φＲＳＴのＨｉ電位とＭｉｄ電位との差分（この差分をΔＲＳＴとする）の大きさに応じて、線形変換（又は対数変換）される割合が変化する。
【０２３７】
具体的には、ΔＲＳＴが大きいほど、撮像センサ３０ａの光電変換特性の変曲点におけるセンサ出力レベル（Ｖｔｈ）が高くなり、つまり光電変換特性における線形特性領域の割合が大きくなり（対数特性領域の割合が小さくなり）、ΔＲＳＴが小さいほど、同変曲点レベルが低くなり、線形特性領域の割合が小さくなる（対数特性領域の割合が大きくなる）。このように、差分ΔＲＳＴの大きさを制御することによって、前記図１１での説明と同様、撮像センサ３０ａの光電変換特性の変曲点の出力レベル（変曲点位置）が制御されることになる（これは後述の図２９に示す場合に相当する）。
【０２３８】
なお、前記ΔＲＳＴ（Ｍｉｄレベル）の制御は、線形特性領域と対数特性領域との傾きがいずれも固定された状態で変曲点の位置を変化させていく、つまり光電変換特性における線形特性から対数特性への切り替わり点（オフセット）を変化させる制御であるとも言える。
【０２３９】
ところで、上述のように信号φＴＸがＨｉの状態において、信号φＲＳＴがＨｉからＭｉｄとなる時点を開始点として、信号φＴＸがＨｉからＬｏｗとなり且つ信号φＲＳＴがＭｉｄからＬｏｗとなる時点を終了点とした期間、すなわち信号φＲＳＴがＭｉｄとなっている期間（この期間をΔＬとする）が、ここではこの期間ΔＬが撮像センサ３０ａの各画素の露光時間（積分時間）つまり電荷の蓄積時間（蓄積時間ΔＬ）となる。この蓄積時間ΔＬの長さの制御は、後述するタイミング生成回路３１ａを介したセンサ露光時間制御信号発生部５２２ａによって行われる。なお、前記ΔＲＳＴ値の大きさの制御、すなわち信号φＲＳＴをＨｉからＭｉｄにするときのＭｉｄ電位のレベルの制御は、後述するタイミング生成回路３１ａを介したダイナミックレンジ制御信号発生部５２１ａによって行われる。
【０２４０】
そして、符号８０６の位置で信号φＴＸをＨｉからＬｏｗにするとともに、符号８０７の位置で信号φＲＳＴをＭｉｄからＬｏｗにすることで、電荷蓄積期間（この電荷蓄積期間をΔＬとする）内にＦＤに蓄積された電荷がホールドされる（全画素同時に電荷の蓄積動作が終了される）。
【０２４１】
次に、図２６（ｂ）において、前記図２６（ａ）での全画素に対する電荷蓄積が終了した後、図７に示す垂直走査回路３０１による垂直走査によって選択された行（画素行）の信号φＶを、符号８１１に示す位置でＨｉとすることでトランジスタＴ１３をオンし、当該選択された行の各画素のＦＤに蓄積された電荷を垂直信号線（図７に示す出力信号線３０６−１、３０６−２、・・・３０６−ｍ）に読み出す（掃き出す）。ただし、この符号８１１に示す位置での電荷読み出し動作は、図２６（ａ）の符号８０６（８０７）に示す位置での電荷蓄積終了を受けて開始されることを示している。そして、この読み出した信号電荷を垂直信号線で伝送させ、図７に示す各選択回路３０８に備えるサンプルホールド回路に一旦保持させる。
【０２４２】
その後、符号８１２に示す位置において、前記選択された行の（各画素に対する）信号φＲＳＴをＬｏｗからＨｉに変化させ、同時に、符号８１３に示す位置において当該選択された行の信号φＲＳＢをＨｉからＬｏｗにすることで、ＦＤ部の電位を高輝度入射時の状態にセットする。そして、信号φＲＳＴをＨｉにしたままの状態で、符号８１４に示す位置において信号φＲＳＢをＨｉに戻し、リセットゲート（トランジスタＴ１１）の閾値に応じた値にＦＤをリセットする。この状態で信号φＶを符号８１５に示す位置でＨｉとすることで、ノイズ信号を垂直信号線に読み出し、図７に示す後段の補正回路３０９に備えたノイズ用サンプルホールド回路に保持する。
【０２４３】
ところで、図２６（ｂ）に示す信号φＳＨＳ及びφＳＨＮは、それぞれ後段の選択回路３０８における（シグナル用）サンプルホールド回路及び補正回路３０９におけるノイズ用サンプルホールド回路でのサンプルホールド制御信号を示している。これらサンプルホールド制御信号に基づいて、符号８１６及び符号８１７に示すように、前記符号８１１、８１５に示す信号φＶがＨｉとなるタイミングに応じて、それぞれ各サンプルホールド回路によりシグナル（画像信号）及びノイズ（ノイズ信号）がサンプルホールドされる。そして、このサンプルホールドにより得られた画像信号とノイズ信号との差分をとる（シグナル信号からノイズ信号を減算する）ことで、当該各行の各画素に対する、リセットゲートの閾値ばらつきが除去された画像信号が得られる。なお、信号φＴＸは、水平ブランク期間中において常時Ｌｏｗレベルとなっている。
【０２４４】
図２４に戻って、デジタルカメラ１ａの全体制御部５０ａでは、ＡＥ制御パラメータ算出部５１１０ａにおいて、第１の実施形態と同様、被写体輝度に応じた露出制御（ＡＥ制御）を行うべく、撮影の際の最適な露光量と撮像センサ３０ａの光電変換特性（ダイナミックレンジ）とに設定するための制御パラメータが算出される。これに関し、第２の実施形態では、上述した［Ａ］、［Ｂ］、［Ｃ］の各場合の制御に関する制御パラメータが算出される。ＡＥ制御パラメータ算出部５１１０ａは、露光量制御パラメータ算出部５１１ａとしての露光時間制御パラメータ算出部５１１１及び絞り制御パラメータ算出部５１１２と、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａとを備えて構成されている。
【０２４５】
露光時間制御パラメータ算出部５１１１は、露光時間を最適化するための制御パラメータを算出するものであり、前記評価値検出部４０５において検出されるＡＥ評価値と、前記光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されているＡＥ評価値取得時点における撮像センサ３０ａの光電変換特性情報とに基づいて、被写体輝度に応じた露光時間設定値を算出する。この露光時間設定値は、露光量設定用の所定の輝度（露光量設定用輝度）に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性へと変化する露光量となるように、露光時間（撮像センサ３０ａの積分時間、或いはシャッタ２３の開放時間）を制御するためのための設定値である。
【０２４６】
絞り制御パラメータ算出部５１１２は、絞りを最適化するための制御パラメータを算出するものであり、前記露光時間設定値と同様に、評価値検出部４０５にて検出されるＡＥ評価値と、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されているＡＥ評価値取得時点における撮像センサ３０ａの光電変換特性情報とに基づいて、被写体輝度に応じた絞り設定値を算出する。この絞り設定値は、露光量設定用輝度に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性へと変化する露光量となるように、絞り（絞り２２の開口面積）を制御するための設定値である。
【０２４７】
ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａは、被写体輝度に応じて撮像センサ３０ａの光電変換特性（ダイナミックレンジ）を最適化するための制御パラメータを算出するものである。ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａは、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対して撮像センサ３０ａが飽和出力レベルとなる光電変換特性（ダイナミックレンジ）が得られるように、光電変換特性の変曲点位置を制御するための光電変換特性設定値を算出する。この算出に際しても、光電変換特性情報記憶部５１６に記憶されているＡＥ評価値取得時点における撮像センサ３０ａの光電変換特性情報が参照される。
【０２４８】
全体制御部５０ａの露光量制御パラメータ算出部５１１ａ及びダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａにより算出された露光量制御パラメータ（露光時間制御パラメータや絞り制御パラメータ）、及びダイナミックレンジ制御パラメータは、制御信号発生部５２０ａに入力され、実際の露光量制御動作を行わせる駆動信号を生成するタイミング生成回路３１ａや駆動部６０を動作させるための制御信号が制御信号発生部５２０ａの各部で生成される。この制御信号発生部５２０ａでは、特にダイナミックレンジ制御信号発生部５２１ａ及びセンサ露光時間制御信号発生部５２２ａにおける動作が、撮像センサ３０ａに対するものとして第１の実施形態の場合と異なっている。
【０２４９】
すなわち、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１ａは、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａにおいて算出された撮像センサ３０ａの光電変換特性設定値に応じて、線形特性領域から対数特性領域への切り替わり点である変曲点の出力レベルを調整するためのタイミング生成回路３１ａ（撮像センサ３０ａ）に対する駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路３１ａへ送信する。上述したように撮像センサ３０ａの光電変換特性は当該撮像センサ３０ａに対する信号φＲＳＴのＨｉとＭｉｄとの差分ΔＲＳＴを制御することでその変曲点が変動することから、ダイナミックレンジ制御信号発生部５２１ａは、この信号φＲＳＴのΔＲＳＴ（Ｍｉｄレベル）の大きさを制御するべくタイミング生成回路３１ａに対する駆動信号を制御することで、撮像センサ３０ａのダイナミックレンジが被写体の輝度に適するよう制御する。なお、タイミング生成回路３１ａは、入力された当該ΔＲＳＴに対応する駆動信号に応じて、撮像センサ３０ａのダイナミックレンジを制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０ａを駆動させる。
【０２５０】
また、センサ露光時間制御信号発生部５２２ａは、露光時間制御パラメータ算出部５１１１において算出された露光時間設定値に応じて、所要の露光時間を確保するためのタイミング生成回路３１ａに対する駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路３１ａへ送信する。ここでの駆動信号は、上述したように撮像センサ３０ａに対する信号φＲＳＴが中電位Ｍｉｄとなる蓄積時間ΔＬを、露光時間設定値に応じて適宜な時間に設定する制御信号である。なお、タイミング生成回路３１ａは、上記と同様、入力されたΔＬに対応する駆動信号に応じて、撮像センサ３０ａの露光時間を制御するタイミング信号を生成して撮像センサ３０ａを駆動させる。
【０２５１】
なお、前記絞り制御パラメータ算出部５１１２によって算出された絞り設定値は絞り制御信号発生部５２５に入力され、絞り制御信号発生部５２５では、この絞り設定値に基づいて、絞り２２の開口面積を設定するための駆動部６０に対する駆動信号を生成し、これを駆動部６０へ送信する。また、シャッタ制御信号発生部５２３では、同様に、露光時間制御パラメータ算出部５１１１にて算出された露光時間設定値に基づいて、シャッタ２３のシャッタスピード（シャッタ開放時間）を該露光時間に合わせて設定する制御信号を生成し、これを駆動部６０へ送信する。
【０２５２】
次に、図２７〜図２９を用いて、本実施形態のＡＥ制御における、上述の［Ａ］絞り制御に基づく露光量制御、［Ｂ］光電変換特性制御に基づくダイナミックレンジ制御、［Ｃ］露光時間制御に基づく露光量制御について説明する。
【０２５３】
図２７は、［Ａ］における、「絞り制御」に基づく露光量制御を行う場合の撮像センサ３０ａの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。ただし、同図の横軸は、第１の実施形態における光電変換特性グラフ（例えば図１８）の横軸に示す「センサ入射輝度」ではなく、「被写体輝度」となっている（図２８、２９も同じ）。これは、ここで扱う横軸の輝度が、被写体からの輝度光によって撮像センサが所定時間（積分時間、シャッタ開放時間）露光された結果得られる値としての所謂時間の概念を含む輝度値（センサ入力輝度）ではなく、被写体の輝度そのものの値（絶対的な輝度値）であることを示すものである。なお、縦軸は第１の実施形態と同じくセンサ出力を示している。
【０２５４】
図２７に示すように、絞り、すなわち絞り２２の開口面積が制御されることで、撮像センサ３０ａの光電変換特性全体が、符号Ｈで示す矢印方向に変化（移動）する。具体的には、第１の実施形態における図１８（ａ）の場合と同様に、例えば、光電変換特性８２１の線形特性領域における所定の輝度Ｌｔ１（露光量設定用輝度）に対するセンサ出力の値（点８２２でのセンサ出力）が、Ｖｔａｒｇｅｔ（点８２３でのセンサ出力）となる（ここでは輝度Ｌｔ１でのセンサ出力は点８２２から点８２３へ増加している）ような光電変換特性８３１を算出する（このとき、変曲点８２４は変曲点８２５へ平行移動され、センサ出力Ｖｔｈの値は変化しない）。換言すれば、Ｖｔａｒｇｅｔとなるセンサ出力を得るための被写体輝度が、輝度Ｌｔ２からＬｔ１へと変化（低下）するように光電変換特性が変化する。なお、上述したように被写体輝度を扱うことにより、露光時間に依存せず、すなわち時間（露光時間）の概念とは関係なく、絞りの開口面積を変化させて、その絶対的な輝度としての被写体輝度に対して得られるセンサ出力値を変化させることができる。これにより、図２７に示すように光電変換特性全体が変化するように制御することが可能となる。
【０２５５】
ここで、前記露光量設定用輝度（輝度Ｌｔ１）に対するセンサ出力の値が、Ｖｔａｒｇｅｔとなるよう光電変換特性を変化させるために必要な絞り２２の開口面積は、第１の実施形態と同様にして算出する。具体的には、例えば前記図１９、２１で説明した方法と同様にして増幅率Ｇａｉｎ（＝Ｖｔａｒｇｅｔ／ＶｔＡｖｅ）を求め、この増幅率Ｇａｉｎから、前記図２０に示すように場合分けを行うなどして増幅率Ｇｔ及び増幅率Ｇｓを算出し（Ｇａｉｎ＝Ｇｔ＊Ｇｓ）、さらにこれら増幅率Ｇｔ及び増幅率Ｇｓから露光時間Ｔ２及び絞りの開口面積Ｓ２を算出するという方法で行う（当該演算によって得られる絞りの開口面積Ｓ２が、図２７での露光量制御で用いられる絞りの開口面積に相当し、この絞り開口面積が得られるよう調整するための設定値が「絞り設定値」となる）。
【０２５６】
前記絞りの開口面積を求めるための演算は（絞りの開口面積を算出する過程で露光時間も自ずと算出される）、演算部５１０ａの絞り制御パラメータ算出部５１１２にて行われる。なお、これに限らず、例えば絞りの開口面積を導出する途中過程での演算（例えば増幅率Ｇｔ及び増幅率Ｇｓの算出）は、露光時間制御パラメータ算出部５１１１にて行い、その後、増幅率Ｇｓからの絞りの開口面積の算出を、絞り制御パラメータ算出部５１１２で行うようにしてもよい。
【０２５７】
なお、上記演算に用いる例えば輝度Ｌｔ１といった輝度情報は、第１の実施形態と同様、分割測光部４０５１にて分割測光を行い主被写体輝度や周辺被写体輝度を求めるとともに、ヒストグラム算出部４０５２や最大／最小輝度算出部４０５４において輝度ヒストグラムや最大・最小輝度の情報等を求め、これらの情報を用いて算出してもよい（以下の［Ｃ］、［Ｂ］の場合も同様である）。
【０２５８】
図２８は、前記［Ｃ］における、「露光時間制御」に基づく露光量制御を行う場合の撮像センサ３０ａの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。第１の実施形態では、露光時間を制御することで線形特性領域及び対数特性領域（光電変換特性全体）が変化していたが（図１８（ａ）参照）、本実施形態では撮像センサ３０ａの特性上、露光時間（積分時間）が変化しようとも、被写体輝度に対して対数変換されて出力されるセンサ出力値は変化しない、つまり対数特性領域には露光時間に関する時間の概念が含まれず、したがって、露光時間を変化させることにより、対数特性領域が固定された状態で（対数特性領域の位置や傾きが変化せずに）線形特性領域の傾きが変化する。
【０２５９】
図２８においては、露光時間が変化することで、例えば実線で示す光電変換特性８４１の線形特性領域における傾きＫ１が、２点鎖線で示す光電変換特性８５１の線形特性領域における傾きＫ２へと変化する（逆の変化もある）。線形特性領域の傾きが変化する一方で、対数特性領域は固定された状態となっているため、見かけ上、線形特性領域と対数特性領域との切り替わり点である変曲点の位置が、符号Ｉで示す矢印方向（対数特性領域の傾きに沿った方向）に例えば変曲点８４２から変曲点８５２に移動されるようにして、光電変換特性８４１から光電変換特性８５１へと変化する。なお、線形特性領域の傾きが変化する（見かけ上の変曲点位置が変化する）ことにより、光電変換特性における線形特性領域と対数特性領域との割合も変化する。
【０２６０】
具体的には、露光時間を制御することによって、例えば同じ被写体輝度（例えばＬｔ１００）に対するセンサ出力が、光電変換特性８４１における符号８４３に示すセンサ出力レベルから光電変換特性８５１における符号８５３に示すセンサ出力レベル（Ｖｔａｒｇｅｔ）まで増加する（被写体輝度が同じでも、それが露光される時間が増加すれば、それに応じてセンサ出力が増加する）。換言すれば、Ｖｔａｒｇｅｔとなるセンサ出力を得るための被写体輝度が、光電変換特性８４１に対するＬｔ２００から光電変換特性８５１に対するＬｔ１００へと変化（低下）するように光電変換特性が変化する。
【０２６１】
ところで、露光時間の制御は、上述したように撮像センサ３０ａの積分時間（蓄積時間ΔＬ）、及び／又はシャッタ２３の開放時間（シャッタ速度）の制御によって行われるが、上記輝度Ｌｔ１００（露光量設定用輝度）に対するセンサ出力の値がＶｔａｒｇｅｔとなるよう光電変換特性を変化させるために必要な撮像センサ３０ａの積分時間、或いはシャッタ２３の開放時間は、上記［Ａ］の絞りの制御による露光量制御の場合と同様にして算出する。すなわち、先ず増幅率Ｇａｉｎ（＝Ｖｔａｒｇｅｔ／ＶｔＡｖｅ）を求め、この増幅率Ｇａｉｎから、増幅率Ｇｔ及び増幅率Ｇｓを算出し（Ｇａｉｎ＝Ｇｔ＊Ｇｓ）、さらにこれら増幅率Ｇｔ及び増幅率Ｇｓから露光時間Ｔ２及び絞りの開口面積Ｓ２を算出するという方法で行う（当該演算によって得られる露光時間Ｔ２が、図２８での露光量制御で用いられる露光時間に相当し、この露光時間が得られるよう調整するための設定値が「露光時間設定値」となる）。
【０２６２】
前記露光時間設定値を求めるための演算は（露光時間を算出する過程で絞りの開口面積も自ずと算出される）、露光時間制御パラメータ算出部５１１１にて行われる。なお、この場合も前記［Ａ］と同様、露光時間を導出する途中過程での演算（増幅率Ｇｔ及び増幅率Ｇｓの算出）は、絞り制御パラメータ算出部５１１２にて行い、その後、増幅率Ｇｔからの露光時間の算出を、露光時間制御パラメータ算出部５１１１において行うようにしてもよい。
【０２６３】
このように、露光時間を制御して、対数特性領域を固定させた状態で線形特性領域を変化させるような露光量制御を行うことで、ダイナミックレンジを維持したまま、つまり図２８においてセンサ出力飽和レベルＶｍａｘに対する被写体輝度Ｌｍ１００の値を変化させることなく、線形特性領域だけ変化させる制御が可能となる。
【０２６４】
換言すれば、当該［Ｃ］の場合の露光量制御が可能となることで、例えば全体的に露光量を調整したい場合、すなわち暗い場所で撮影された画像を全体的に明るくしたい場合には、［Ａ］における光電変換特性全体を変化させてダイナミックレンジを広げることが可能な露光量制御を行い（図２７参照）、一方、例えばダイナミックレンジはこれでよいものの、輝度が低い部分の画像の露光量調整（コントラストや明るさの調整）を行いたい場合には、［Ｃ］の露光量制御を行う、というように、露光量制御方法の選択肢（自由度）が増すことになり、ひいてはより精度の高いＡＥ制御が行えるようになる。なお、デジタルカメラ１ａは、［Ａ］の絞り制御に基づく露光量制御を行う構成、又は［Ｃ］の露光時間制御に基づく露光量制御を行う構成の何れか一方のみを備えている、すなわち当該露光量制御を、絞り制御又は露光時間制御の何れか一方のみの制御により行う構成であってよい。
【０２６５】
図２９は、前記［Ｂ］における、「光電変換特性制御」に基づくダイナミックレンジ制御を行う場合の撮像センサ３０ａの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。ここでは、光電変換特性、すなわち変曲点の出力レベル（センサ出力Ｖｔｈ）が制御されることでダイナミックレンジの制御が行われる。具体的には、第１の実施形態における図１８（ｂ）の場合と同様、例えばダイナミックレンジ設定用被写体輝度である輝度Ｌｍ２０に対するセンサ出力が、光電変換特性８６１における点８６２でのセンサ出力（Ｖｏｖｅｒ）から光電変換特性８７１における点８７２でのセンサ出力（Ｖｍａｘ；撮像センサ３０ａの飽和出力レベル）まで減少するように、別の見方をすれば、センサ出力Ｖｍａｘを得ることが可能な最大輝度が、点８６３での輝度Ｌｍ１０から点８７２での輝度Ｌｍ２０へと大きくなるように（ダイナミックレンジが広がるように）、変曲点位置が変曲点８６４（Ｖｔｈ１）から変曲点８７４（Ｖｔｈ２）に変化される（この変曲点の変化によって、対数特性領域が符号Ｊで示す矢印方向（センサ出力軸方向）に傾きが一定のまま平行移動する）。
【０２６６】
このようにダイナミックレンジを制御するための変曲点位置の制御に関する光電変換特性設定値は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａによって算出される。光電変換特性設定値の算出方法は、図２２に示す第１の実施形態と同様である。すなわち、光電変換特性の線形特性領域及び対数特性領域をそれぞれモデル化することで、所要のダイナミックレンジを確保するべく変化（移動）した後の光電変換特性の変曲点（図２９では例えば変曲点８７４；Ｖｔｈ２）を算出し、変化前の光電変換特性の変曲点（例えば変曲点８６４；Ｖｔｈ１）がこの変化後の変曲点の位置となるよう光電変換特性を変化させるための制御値として「光電変換特性設定値」が算出される。
【０２６７】
この算出された光電変換特性設定値に基づいて、実際に変曲点の出力レベル（Ｖｔｈ）を変化させるための制御信号、つまり上述したΔＲＳＴ（信号φＲＳＴのＭｉｄ電位のレベル）を制御するための信号がダイナミックレンジ制御信号発生部５２１ａにより発生される。そして、このΔＲＳＴが制御されることにより、撮像センサ３０ａの光電変換特性における変曲点での出力レベルが制御される。図２９においては、光電変換特性８６１に対する或るΔＲＳＴによる変曲点８６４の出力レベルがセンサ出力８６５である場合、例えばこのΔＲＳＴを減少させると、センサ出力８６５からセンサ出力８７５へと出力レベルが小さくなり、これに応じて変曲点位置も光電変換特性８７１の変曲点８７４へと移動する（ΔＲＳＴを増加させる場合は逆に変曲点８７４から変曲点８６４へと変化する）。このように、［Ｂ］の場合のダイナミックレンジ制御における光電変換特性の制御は、ΔＲＳＴの制御によって実現される。
【０２６８】
なお、第２の実施形態においても同様に、光電変換特性設定値に基づく光電変換特性（変曲点位置）の制御は、飽和判別部４０５５（図１４参照）によって撮像センサ３０の出力レベルが飽和していないと判別された場合に行われ、該出力レベルが飽和していると判別された場合には、飽和画素数に応じてΔＶｔｈ分だけ変曲点での出力レベルを低下させるように（図２３（ａ）参照）、すなわち撮像センサ３０ａによって、より高輝度側での撮影を可能とするべくダイナミックレンジを広げるように光電変換特性を変化させてもよい。
【０２６９】
以上のように、本発明の第１の実施形態における撮像装置（デジタルカメラ１）によれば、被写体の輝度情報に基づいて、被写体を撮像するに際しての露出の制御に関するＡＥ評価値が評価値検出部４０５によって検出される。そして、このＡＥ評価値を用いて、撮像センサ３０の光電変換特性に基づいて露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量制御手段）によって露光量の制御が行われると共に、このＡＥ評価値を用いて、撮像センサ３０の光電変換特性に基づいてダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（ダイナミックレンジ制御手段）によってダイナミックレンジの制御が行われる。このように、デジタルカメラ１が備える撮像センサ３０の光電変換特性と関連付けて、露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量制御手段）による露光量制御と、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（ダイナミックレンジ制御手段）によるダイナミックレンジ制御とを行うことによってデジタルカメラ１の露出制御を行うことができるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で、且つ所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができる。
【０２７０】
また、露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量制御手段／露光量設定値算出手段）により、線形特性領域において、露光量設定用の被写体輝度（Ｌｔ１）に対する撮像センサ３０のセンサ出力が、所定の目標出力レベル（Ｖｔａｒｇｅｔ）となるような（このような光電変換特性が得られる）露光量設定値を用いて露光量の制御が行われるため、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所望の露光量を確保することができる。
【０２７１】
また、露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量制御手段）による露光量の制御が、露光時間設定値に基づく制御、すなわち撮像センサ３０に対する露光時間（撮像センサ３０の電荷蓄積に関する積分時間或いはシャッタ２３の開放時間）、及び／又は絞り設定値に基づく制御、すなわち絞り２２に対する絞り開口面積の制御によってなされるため、特に露光量制御用の装置を新規に設けることなく、既設の撮像センサ３０及び絞り２２等を利用して露光量を制御できるだけでなく、当該複数の制御手段（撮像センサ３０及び絞り２２の制御）を用いて、より精度の高い且つ自由度の高い露光量制御を行うことが可能となる。
【０２７２】
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（ダイナミックレンジ制御手段／ダイナミックレンジ設定値算出手段）により、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサ３０のセンサ出力が、所定の飽和出力レベル（Ｖｍａｘ）となるような（このような光電変換特性が得られる）ダイナミックレンジ設定値を用いてダイナミックレンジの制御が行われるため、例えばダイナミックレンジ設定用の被写体輝度を被写体の最大輝度として当該被写体最大輝度（Ｌｍ２０）が飽和出力レベル（Ｖｍａｘ）となるように、すなわち被写体輝度（被写体輝度の範囲）に対するセンサ出力が、撮像センサ３０の出力レベル範囲に入るように制御することができ、撮像に対する所望のダイナミックレンジ（被写体輝度の範囲）を確保することができる。
【０２７３】
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（ダイナミックレンジ制御手段）によるダイナミックレンジの制御が、ダイナミックレンジ設定値算出手段（ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２）により算出された光電変換特性の調整に関する光電変換特性設定値を用いた光電変換特性の変曲点位置の制御、すなわち変曲点位置（Ｖｔｈ）を変化（光電変換特性の状態を変化）させることによる光電変換特性自体の制御によってなされるため、特にダイナミックレンジ制御用の装置を新規に設けることなく、既設の撮像センサ３０（撮像センサ３０の光電変換特性を変化させる手段）を利用してダイナミックレンジ制御を行うことができると共に、変曲点位置のみの制御に基づいて光電変換特性の制御が行うことができ、より簡易な方法でのダイナミックレンジ制御が可能となる。
【０２７４】
また、露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量設定値算出手段）により、線形特性領域を代表する被写体輝度（ＬｔＬｉｎ）に対する出力レベル（ＶｔＬｉｎ）及び／又は対数特性領域を代表する被写体輝度（ＬｔＬｏｇ）に対する出力レベル（ＶｔＬｏｇＬｉｎ）から、これらの平均出力レベル（ＶｔＡｖｅ）、すなわち光電変換特性を代表する出力レベルが算出され、この平均出力レベル（ＶｔＡｖｅ）が目標出力レベル（Ｖｔａｒｇｅｔ）となる（このような光電変換特性が得られる）露光量が得られるような露光時間（露光時間設定値）及び絞り２２の開口面積（絞り設定値）が算出されるため、平均出力レベルを用いた、或いはこの平均出力レベルを目標出力レベルにするといった簡易な演算によって露光時間設定値及び絞り設定値を求めることができる。
【０２７５】
また、露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量設定値算出手段）により、目標出力レベルに対する平均出力レベルの第１の増幅率（Ｇａｉｎ）が算出され、この第１の増幅率から、露光時間の第２の増幅率Ｇｔ及び絞り開口面積の第３の増幅率Ｇｓが決定され、さらに当該第２及び第３の増幅率Ｇｔ、Ｇｓから露光時間設定値及び絞り設定値が算出されるため、第１の増幅率Ｇａｉｎが得られるような第２及び第３の増幅率Ｇｔ、Ｇｓを任意に（第１の増幅率Ｇａｉｎに対する第２及び第３の増幅率Ｇｔ、Ｇｓそれぞれの比率を任意に）、すなわち所要の露光量が得られるような露光時間設定値及び絞り設定値を任意に、且つ簡易な演算によって求めることができる。
【０２７６】
また、露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量設定値算出手段）により、第１の増幅率Ｇａｉｎから第２及び第３の増幅率Ｇｔ、Ｇｓを決定する際に、第２の増幅率及び第３の増幅率Ｇｔ、Ｇｓのいずれかが優先されて決定されるため、露光量の制御を、露光時間の制御及び絞りの制御のいずれかを優先させて行うことができ、すなわち、必ずしも露光時間制御と絞り制御とによる露光量制御を行わずともよく、一方の制御に依存させてより簡易に露光量制御を行わせることが可能となる。
【０２７７】
また、露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量設定値算出手段）は、ＬＵＴ記憶部５１８に記憶されている変換情報（ＬＵＴ）を用いてデータ変換を行うことにより、対数特性領域における被写体輝度に対する出力レベル（ＶｔＬｏｇ）の値が線形特性領域における出力レベル（ＶｔＬｏｇＬｉｎ）の値に換算するため、すなわち各被写体輝度に対する出力レベルのデータを、一旦線形特性領域でのデータに統一して扱うことができるため、当該各データを用いた演算を容易に且つ確実に行えるようになり、ひいては演算速度（処理速度）が向上し、迅速な露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【０２７８】
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（ダイナミックレンジ設定値算出手段）により、光電変換特性設定値が、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定された被写体最大輝度に対する出力レベルの変化量の算出に基づいて算出されるため、より簡易な方法によって当該光電変換特性設定値を求めることができる。
【０２７９】
また、評価値検出部４０５（分割測光部４０５１）により、所謂分割測光方式によって被写体の撮影画像（撮像領域３３０）が主被写体領域３３１と周辺被写体領域３３２とに区画されて当該撮影画像の輝度が検出され、当該各主被写体領域３３１及び周辺被写体領域３３２に対する主被写体輝度及び周辺被写体輝度に基づいてＡＥ評価値の検出が行われるため、露出制御を行う際に、常に撮影画像（撮像領域３３０）全体の輝度情報を用いるのではなく、露出制御における各制御（露光量制御又はダイナミックレンジ制御）に対応して最適なＡＥ評価値（輝度情報）が用いられるように、当該ＡＥ評価値（輝度情報）を得る領域（ここでは主被写体領域３３１又は周辺被写体領域３３２）を選択することが可能となる。
【０２８０】
また、評価値検出部４０５により、ＡＥ評価値が、ヒストグラム算出部４０５２による輝度ヒストグラム（主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラム）に基づいて検出されるため、各領域における被写体輝度から容易に且つ確実に所要のＡＥ評価値の検出を行うことができる。
【０２８１】
また、ヒストグラム算出部４０５２により、輝度ヒストグラムにおける所定の閾値（Ｄ１、Ｄ２）より小さい度数の輝度データを用いない、すなわち所定の閾値による輝度データの所謂「足切り」が行われるため、撮像におけるノイズ等による輝度の誤差を低減することができる。
【０２８２】
また、被写体輝度ＬｔＬｉｎ及び被写体輝度ＬｔＬｏｇが主被写体領域３３１での輝度（主被写体輝度）から得られるため、主被写体領域３３１での被写体の輝度を露光量の制御に反映させることができる。また、被写体輝度ＬｔＬｉｎとして線形特性領域での主被写体輝度の平均値を、被写体輝度ＬｔＬｏｇとして対数特性領域での主被写体輝度の平均値を用いるため、当該被写体輝度ＬｔＬｉｎ及びＬｔＬｏｇ（主被写体平均輝度）を、それぞれ線形特性領域及び対数特性領域における被写体輝度を反映（代表）するものとして容易に設定（算出）することができる。
【０２８３】
また、第１の増幅率Ｇａｉｎが主被写体領域３３１での輝度（主被写体輝度）から得られるため、主被写体領域３３１での被写体の輝度を露光量の制御に反映させることができる。また、第１の増幅率Ｇａｉｎが主被写体最大輝度及び主被写体最小輝度に基づいて算出されるため、第１の増幅率Ｇａｉｎ、すなわち目標出力レベル（Ｖｔａｒｇｅｔ）に対する平均出力レベル（ＶｔＡｖｅ）の増幅率Ｇａｉｎ、を得るための露光量の制御に用いられる被写体輝度を、上記最大値或いは最小値として容易に設定（算出）することができる。
【０２８４】
また、主被写体平均輝度、並びに主被写体最大輝度及び主被写体最小輝度が、ＲＧＢの３原色の輝度データから算出されるため、当該算出された各輝度に基づいてより精度の高い露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【０２８５】
また、ＲＧＢの各色の輝度データが対数特性領域における輝度データである場合には、ＬＵＴ記憶部５１８に記憶された変換情報（ＬＵＴ）を用いたデータ変換を行うことにより、各色の輝度データに対する出力レベルのデータを、一旦線形特性領域でのデータに統一して扱うことができるため、当該各輝度データを用いた演算を容易に且つ確実に行えるようになり、ひいては演算速度が向上し、迅速な露光量制御（露出制御）を行うことができる。
【０２８６】
また、ダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度（Ｌｍ２０）として、主被写体平均輝度及び周辺被写体平均輝度のうちの大きな方の輝度が採用されるため、撮影画像における被写体の最大輝度を反映（代表）するダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度を、容易に設定（算出）することができる。
【０２８７】
また、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定した被写体最大輝度（Ｌｍ２０）は、主被写体最大輝度及び周辺被写体最大輝度のうちの大きな方の輝度が採用されるため、撮影画像における被写体の最大輝度を反映（代表）するダイナミックレンジ設定用の被写体最大輝度を、容易に設定（算出）することができる。
【０２８８】
また、ヒストグラム算出部４０５２により算出された全領域輝度ヒストグラムに基づいて、撮像センサ３０の出力レベルが飽和出力レベルに達しているか否かが飽和判別部４０５５によって判別されるため、当該飽和出力レベルに達しているか否かの判別が容易に行えると共に、この飽和出力レベルの判別を利用して露出を最適に制御する、例えば撮像センサ３０に対する入射光量が多くなって撮像センサ３０が飽和出力レベルに達した場合等に、ダイナミックレンジを広げるように光電変換特性を制御する、といったことが可能となる。
【０２８９】
また、飽和判別部４０５５により、被写体輝度（Ｄｔｈ）及び度数が所定の閾値（Ｐｍａｘｔｈ）以上となる飽和輝度データ数が所定数以上となったか否かの判別によって、撮像センサが飽和出力レベルに達したか否かが判別されるため、当該撮像センサ３０が飽和出力レベルに達したか否かの判別を容易に行うことができる。
【０２９０】
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（ダイナミックレンジ制御手段）により、撮像センサ３０が飽和出力レベルに達した場合に、飽和輝度データ数に比例して光電変換特性の変曲点に対する出力レベルが下げられるため、撮像センサ３０の出力レベルの飽和の度合いに応じた（飽和輝度データ数に応じた）ダイナミックレンジの制御（ダイナミックレンジを広げる制御）を自動的に行うことができる。
【０２９１】
さらに第１の実施形態における撮像方法によれば、被写体の輝度情報に基づいて評価値検出部４０５によりＡＥ評価値が検出される。そして、このＡＥ評価値を用いて、光電変換特性に基づき露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量制御手段）により露光量の制御が行われると共に、このＡＥ評価値を用いて、光電変換特性に基づきダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（ダイナミックレンジ制御手段）によりダイナミックレンジの制御が行われる。このように、デジタルカメラ１が備える撮像センサ３０の光電変換特性と関連付けて、露光量制御パラメータ算出部５１１（露光量制御手段）による露光量制御とダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２（ダイナミックレンジ制御手段）によるダイナミックレンジ制御とを行うことによって当該デジタルカメラ１の露出制御を行うことができるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で、しかも所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができる。
【０２９２】
また、本発明の第２の実施形態における撮像装置（デジタルカメラ１ａ）によれば、撮像センサ３０ａが対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成され、露光量制御パラメータ算出部５１１ａ（露光量制御手段）が備える絞り制御パラメータ算出部５１１２（絞り制御手段）による絞り開口面積の調整に関する絞り設定値、及び／又は露光量制御パラメータ算出部５１１ａが備える露光時間制御パラメータ算出部５１１１（露光時間制御手段）による露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量が制御され、全体制御部５０ａ（露出制御手段）によって、それぞれ独立にＡＥ制御が可能、すなわち絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御それぞれに応じて光電変換特性を変化させて各設定値（制御パラメータ）を得ることが可能、に構成された絞り制御パラメータ算出部５１１２及び／又は露光時間制御パラメータ算出部５１１１、並びにダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａ（ダイナミックレンジ制御手段）によるＡＥ制御が行われる。このように、撮像センサ３０ａの（対数特性領域での光電変換が露光時間（撮像センサ３０ａの積分時間、或いはシャッタ開放時間）に依存せず実行されるという）光電変換特性と関連付けて、ＡＥ制御が、絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御の互いに独立した複数種類（２種類又は３種類）の制御を用いて実行されることで、より自由度の高い、またこれら各制御の組み合わせに応じて効率の良いＡＥ制御を行うことが可能となる。
【０２９３】
また、絞り制御パラメータ算出部５１１２による絞りの制御に応じて、線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性全体を変化させて露光量制御が行われるため、光電変換特性における線形特性領域を変化させて該線形特性領域での露光量調整を行いつつ、対数特性領域を変化させてダイナミックレンジの調整（対数特性領域での露光量調整）も同時に行うことができ、暗い画像に対する露光量を全体的に増加させる（全体的に明るくする）といったＡＥ制御を効率良く行うことが可能となる。
【０２９４】
また、絞り制御パラメータ算出部５１１２（絞り制御手段）によって、露光量設定用の被写体輝度（Ｌｔ１；図２７参照）に対する撮像センサ３０ａの出力が線形特性領域において所定の目標出力レベル（Ｖｔａｒｇｅｔ）となる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応する絞り設定値が、絞り制御パラメータ算出部５１１２が備える絞り設定値算出手段により算出され、当該算出された絞り設定値に基づいて絞りの制御が行われため、或る被写体輝度に対して所定の目標出力レベルが得られる光電変換特性から絞り設定値を求めるという簡易な演算に基づいて当該絞り制御による露光量制御を実現することができる。
【０２９５】
また、露光時間制御パラメータ算出部５１１１による露光時間の制御に応じて、光電変換特性における対数特性領域が固定された状態で線形特性領域が変化されて露光量制御が行われるため、対数特性領域を固定してダイナミックレンジを変化させることなく（所定のダイナミックレンジを維持した状態で）線形特性領域を変化させて該線形特性領域での露光量調整のみを実行することができ、画像の全体的な明るさは維持したまま低輝度部分だけ明るくするといったＡＥ制御を行うことが可能となる。
【０２９６】
また、露光時間制御パラメータ算出部５１１１（露光時間制御手段）によって、露光量設定用の被写体輝度（Ｌｔ１００；図２８参照）に対する撮像センサ３０ａの出力が線形特性領域において所定の目標出力レベル（Ｖｔａｒｇｅｔ）となる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応する露光時間設定値が、露光時間制御パラメータ算出部５１１１が備える露光時間設定値算出手段により算出され、当該算出された露光時間設定値に基づいて露光時間の制御が行われるため、或る被写体輝度に対して所定の目標出力レベルが得られる光電変換特性から露光時間設定値を求めるという簡易な演算に基づいて当該露光時間制御による露光量制御を実現することができる。
【０２９７】
また、露光時間制御パラメータ算出部５１１１（露光時間制御手段）によって、撮像センサ３０ａの積分時間（電荷の蓄積時間）及び／又はシャッタ２３のシャッタ開放時間の制御に基づいて露光時間の制御が行われるため、当該積分時間及び／又はシャッタ開放時間の制御を用いた自由度の高い露光時間制御が可能となる。
【０２９８】
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａ（ダイナミックレンジ制御手段）によって、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサ３０ａの出力が所定の飽和出力レベル（Ｖｍａｘ）となる光電変換特性が算出されると共に、当該算出された光電変換特性に対応するダイナミックレンジ設定値が、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａが備えるダイナミックレンジ設定値算出手段により算出され、当該算出されたダイナミックレンジ設定値に基づいてダイナミックレンジの制御が行われるため、或る被写体輝度に対して所定の飽和出力レベルが得られる光電変換特性からダイナミックレンジ設定値を求めるという簡易な演算に基づいてダイナミックレンジ制御を実現することができる。
【０２９９】
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部５１２ａ（ダイナミックレンジ制御手段）によって、光電変換特性設定値に基づく光電変換特性の変曲点位置の制御によりダイナミックレンジが制御されるため、より簡易な方法でのダイナミックレンジ制御が可能となる。
【０３００】
また、撮像センサ３０ａにフローティングディフュージョン（ＦＤ）とリセットバイアス印加用のトランジスタ（トランジスタＴ１１）とが備えられ、該トランジスタのゲート電圧が中電位（Ｍｉｄ；図２６（ａ）参照）に設定されることで線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号が出力されるため、簡易な構成による撮像センサ３０ａを用いて、線形特性領域及び対数特性領域を有する光電変換特性を得ることが可能となると共に、ＡＥ制御に関してそれぞれ独立した制御である（各制御別に異なる光電変換特性の変化が得られる）絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御によるＡＥ制御を実現することが可能となる。
【０３０１】
さらに、第２の実施形態における撮像方法によれば、撮像センサ３０ａが対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成され、露光量制御パラメータ算出部５１１ａ（露光量制御手段）が備える絞り制御パラメータ算出部５１１２（絞り制御手段）による絞り開口面積の調整に関する絞り設定値、及び／又は露光量制御パラメータ算出部５１１ａが備える露光時間制御パラメータ算出部５１１１による露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量が制御され、全体制御部５０ａ（露出制御手段）によって、それぞれ独立にＡＥ制御が可能とされた絞り制御手段及び／又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段によるＡＥ制御が行われる。このように、撮像センサ３０ａの（対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという）光電変換特性と関連付けて、ＡＥ制御が、絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御の互いに独立した複数種類の制御を用いて実行されることで、より自由度の高い、またこれら各制御の組み合わせに応じて効率の良いＡＥ制御を行うことが可能となる。なお、本発明は、以下の態様をとることができる。
【０３０２】
（Ａ）上記第１の実施形態では、撮像センサ３０の各画素において、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを採用しているが、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴを採用してもよい。また、上記第２の実施形態では、撮像センサ３０ａの各画素において、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴを採用しているが、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを採用してもよい。
【０３０３】
（Ｂ）上記第１及び第２の実施形態について、これら各場合と同様に動作する（第１の実施形態では、例えば露光量制御としての絞り制御及び露光時間制御に応じて光電変換特性全体が変化する。第２の実施形態では、例えば絞り制御により光電変換特性全体が変化するものの、露光時間制御については、線形特性領域では積分効果があり該特性が露光時間に応じて変化するが、対数特性領域では積分効果がなく露光時間に依らず該特性が固定される。ただし、各実施形態も変曲点位置の制御に基づくダイナミックレンジ制御が行われる）撮像センサであれば、いずれの撮像センサであってもよい。
【０３０４】
（Ｃ）上記第１（第２）の実施形態では、撮像センサ３０（撮像センサ３０ａ）によって被写体輝度を検出しているが、撮像センサ３０（撮像センサ３０ａ）とは別に設けた測光素子（被写体の輝度を複数の受光素子にて分割して測光する素子）等を用いて被写体輝度（ＡＥ評価値）を検出するようにしてもよい。ただし、機構の簡略化の観点からは撮像センサ３０（撮像センサ３０ａ）により撮像される実際の撮影画像から得られる画像信号に基づいて被写体輝度（ＡＥ評価値）を検出することが望ましい。
【０３０５】
（Ｄ）上記第１（第２）の実施形態では、シャッタ２３及び撮像センサ３０（撮像センサ３０ａ）の構成を備えて露光時間を制御する構成であるが、シャッタ２３及び撮像センサ３０（撮像センサ３０ａ）のいずれか一方のみの構成を備えて露光時間を制御する構成としてもよい。
【０３０６】
（Ｅ）上記第１の実施形態では、露光時間Ｔ２及び絞りの開口面積Ｓ２をＬＵＴによるデータ変換することにより得られた撮像センサ３０やシャッタ２３、絞り２２に対する設定値を、それぞれ露光時間設定値及び絞り設定値としているが、増幅率Ｇｔ、Ｇｓ（又は露光時間Ｔ２、絞りの開口面積Ｓ２）を、それぞれ露光時間設定値及び絞り設定値としてもよい。同様に、変曲点の出力レベルＶｔｈ２（又はΔＶｔｈ）を光電変換特性設定値としてもよい。第２の実施形態の場合もこれと同様、増幅率Ｇｔ、Ｇｓを、それぞれ露光時間設定値及び絞り設定値としてもよいし、変曲点の出力レベルを光電変換特性設定値としてもよい。
【０３０７】
（Ｆ）上記第１及び第２の実施形態では、評価値算出用の画像データとしてＲＧＢ原色データを用いているが、その他の画像データ、例えば補色画像データ、モノクロ輝度データ等を用いてもよい。
【０３０８】
（Ｇ）撮像領域３３０の分割（領域分割）は、分割測光方式による分割でなくともよく、例えばスポット測光方式或いは中央部部分測光方式等、いずれの方式によってもよい。また、撮像領域３３０の主被写体領域３３１及び周辺被写体領域３３２のブロック構成は、図１５に示すような構成でなくともよい。また、当該ブロック毎に評価値を算出しているが、主被写体領域３３１と周辺被写体領域３３２との２つの領域（２ブロック；各領域を１ブロックとする）における評価値を算出する構成であってもよい。また、撮像領域３３０を主被写体領域３３１及び周辺被写体領域３３２といった２つの領域に分けるのではなく、３つ以上の領域に分け、当該各領域（のブロック）での輝度情報から評価値を算出し、これに基づくＡＥ制御を行う構成としてもよい。或いは撮像領域を分けずに当該１つの撮像領域に対して同様に評価値を算出してＡＥ制御を行う構成としてもよい、さらに、撮像領域３３０の上述のような各領域（ブロック）の領域設定を、ユーザの操作指示に応じて随時行う構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０３０９】
【図１】第１の実施形態にかかる撮像装置が好適に適用される小型のデジタルカメラの外観を示す図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。
【図２】上記デジタルカメラにおける撮像処理ブロック図である。
【図３】上記デジタルカメラに用いられる撮像センサのカラーフィルタ構造の一例を示す模式図である。
【図４】上記デジタルカメラが備える全体制御部の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図５】上記デジタルカメラの全体的な動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】露出制御に関する用語の定義を説明するための表形式の図である。
【図７】撮像センサの一例である、二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の概略構成図である。
【図８】図７に示す各画素Ｇ１１〜Ｇｍｎの構成例を示す回路図である。
【図９】撮像センサの撮像動作に関するタイミングチャートの一例を示す図である。
【図１０】撮像センサの光電変換特性の一例を示す図である。
【図１１】上記光電変換特性の変化動作を説明するためのグラフ図である。
【図１２】撮像センサが実際に撮像した静止画像から、被写体のＡＥ評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである。
【図１３】撮像センサが継続的に撮像している動画像から、被写体のＡＥ評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである。
【図１４】評価値検出部の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図１５】撮像センサによる分割測光に際しての撮像領域（測光範囲）の分割の状態を示す模式図である。
【図１６】上記分割測光による輝度ヒストグラムの一例を示すグラフ図であり、（ａ）は主被写体全体輝度ヒストグラムを、（ｂ）は周辺被写体全体ヒストグラムをそれぞれ示す図である。
【図１７】撮像センサの出力飽和時における全領域ヒストグラムの一例を示すグラフ図である。
【図１８】ＡＥ制御を行う場合において、撮像センサの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、（ａ）は、露光量制御を行う場合の変化を示し、（ｂ）は、ダイナミックレンジ制御を行う場合の変化を示す図である。
【図１９】露光量制御パラメータ算出に際しての線形変換プロセスを説明するためのグラフ図である。
【図２０】露光量制御パラメータ算出のフローの一例を示すフローチャートである。
【図２１】露光量制御パラメータ算出に際してのプロセスを説明するためのグラフ図である。
【図２２】ダイナミックレンジ制御パラメータ算出に際しての、光電変換特性における変曲点の位置の算出方法について説明するグラフ図であり、（ａ）は、輝度Ｌｍａｘに対して所定のセンサ出力となるように光電変換特性を変化させた場合の図であり、（ｂ）は、光電変換特性をモデル化した場合の図である。
【図２３】ダイナミックレンジ制御パラメータ算出に際してのプロセスを説明するためのグラフ図である。
【図２４】第２の実施形態にかかるデジタルカメラが備える全体制御部の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図２５】図２４に示すデジタルカメラの撮像センサにおける各画素の構成例を示す回路図である。
【図２６】図２５に示す撮像センサにおける各画素の撮像動作に関するタイミングチャートの一例であり、（ａ）は、全画素における垂直ブランク期間中の電荷蓄積（露光）動作に関するタイミングチャートであり、（ｂ）は、水平ブランク期間中における、電荷蓄積終了後の垂直走査による各行の画素の電荷掃き出し動作に関するタイミングチャートである。
【図２７】［Ａ］における、「絞り制御」に基づく露光量制御を行う場合の撮像センサの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。
【図２８】［Ｃ］における、「露光時間制御」に基づく露光量制御を行う場合の撮像センサの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。
【図２９】［Ｂ］における、「光電変換特性制御」に基づくダイナミックレンジ制御を行う場合の撮像センサの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【０３１０】
１、１ａ デジタルカメラ（撮像装置）
１００ 操作部
２０ 鏡胴
２１ レンズ群
２２ 絞り（絞り装置）
２３ シャッタ（シャッタ装置）
３０、３０ａ 撮像センサ
３１、３１ａ タイミング生成回路
４０ 信号処理部
４０５ 評価値検出部（露出評価値検出手段）
４０５１ 分割測光部（分割測光手段）
４０５２ ヒストグラム算出部（ヒストグラム算出手段）
４０５５ 飽和判別部（飽和判別手段）
５０、５０ａ 全体制御部（露出制御手段）
５１０、５１０ａ 演算部
５１１、５１１ａ 露光量制御パラメータ算出部（露光量制御手段／露光量設定値算出手段）
５１１０、５１１０ａ ＡＥ制御パラメータ算出部
５１１１ 露光時間制御パラメータ算出部（露光時間制御手段／露光時間設定値算出手段）
５１１２ 絞り制御パラメータ算出部（絞り制御手段／絞り設定値算出手段）
５１２、５１２ａ ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部（ダイナミックレンジ制御手段／ダイナミックレンジ設定値算出手段）
５１６ 光電変換特性情報記憶部
５１８ ＬＵＴ記憶部（変換情報記憶手段）
５２０、５２０ａ 制御信号発生部
５２１、５２１ａ ダイナミックレンジ制御信号発生部
５２２、５２２ａ センサ露光時間制御信号発生部
５２３ シャッタ制御信号発生部
５２５ 絞り制御信号発生部
６０ 駆動部
３２０ 光電変換特性
３３０ 撮像領域
３３１ 主被写体領域
３３２ 周辺被写体領域
ＦＤ フローティングディフュージョン
Ｔ１１ トランジスタ（請求項３２記載のトランジスタ）
ＰＤ１ フォトダイオード

【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、前記入射光量に対して電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、前記入射光量に対して電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とからなる光電変換特性を有する撮像センサと、
被写体の輝度情報に基づいて、被写体を撮像するに際しての露出の制御に関する露出評価値を検出する露出評価値検出手段と、
前記露出評価値検出手段によって検出された露出評価値に基づいて露出制御する露出制御手段とを備え、
前記露出制御手段は、
前記露出評価値を用いて、所要の露光量を確保するべく前記光電変換特性に基づき露光量を制御する露光量制御手段と、
前記露出評価値を用いて、所要のダイナミックレンジを確保するべく前記光電変換特性に基づきダイナミックレンジを制御するダイナミックレンジ制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記露光量制御手段は、
露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が前記線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する露光量設定値を算出する露光量設定値算出手段を備え、
前記露光量設定値算出手段により算出した露光量設定値に基づいて露光量を制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
絞り装置をさらに備え、
前記露光量設定値は、撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値及び／又は前記絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値であって、
前記露光量制御手段は、露光量設定値算出手段により算出された露光時間設定値に基づく撮像センサの露光時間の制御及び／又は露光量設定値算出手段により算出された絞り設定値に基づく絞り装置の絞り開口面積の制御を行うことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ダイナミックレンジ制御手段は、
ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が所定の飽和出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応するダイナミックレンジ設定値を算出するダイナミックレンジ設定値算出手段を備え、
前記ダイナミックレンジ設定値算出手段により算出したダイナミックレンジ設定値に基づいてダイナミックレンジを制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ダイナミックレンジ設定値は、撮像センサに対する光電変換特性の調整に関する光電変換特性設定値であって、
前記ダイナミックレンジ制御手段は、ダイナミックレンジ設定値算出手段により算出された光電変換特性設定値に基づいて、光電変換特性の変曲点位置を制御することを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記露光量設定値算出手段は、線形特性領域における第１の被写体輝度に対する出力レベル及び／又は対数特性領域における第２の被写体輝度に対する出力レベルから、前記露光量設定用の被写体輝度に対する出力レベルとしての平均出力レベルを算出すると共に、該平均出力レベルが前記目標出力レベルとなるよう、前記露光時間設定値及び絞り設定値を算出することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項７】
前記露光量設定値算出手段は、前記目標出力レベルに対する前記平均出力レベルの第１の増幅率を算出し、該第１の増幅率から、露出制御前の露光時間に対する露出制御後の露光時間の第２の増幅率と、露出制御前の絞り開口面積に対する露出制御後の絞り開口面積の第３の増幅率とを決定すると共に、該第２及び第３の増幅率からそれぞれ露出制御後の露光時間に対応する前記露光時間設定値、及び露出制御後の絞り開口面積に対応する前記絞り設定値を算出することを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記露光量設定値算出手段は、前記第２の増幅率による露光量の制御及び前記第３の増幅率による露光量の制御のいずれかを優先させるよう、第１の増幅率から第２及び第３の増幅率を決定することを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
所定のデータ変換を行うための変換情報を記憶する変換情報記憶手段をさらに備え、
前記露光量設定値算出手段は、前記変換情報記憶手段に記憶された変換情報を用いたデータ変換に基づいて、対数特性領域における前記第２の被写体輝度の出力レベルを、該対数特性領域に対応する線形特性領域における出力レベルに換算することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記ダイナミックレンジ設定値算出手段は、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定した被写体最大輝度に対する出力レベルの変化量を算出し、前記光電変換特性設定値を算出することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記露出評価値検出手段は、
前記被写体の撮影画像を、少なくとも主被写体領域と該主被写体領域の周辺に位置する周辺被写体領域とに区画して該撮影画像の輝度の検出を行う分割測光手段を備え、
前記分割測光手段による輝度の検出によって得られる主被写体領域及び周辺被写体領域それぞれに対する主被写体輝度及び周辺被写体輝度に基づいて、前記露出評価値を検出することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記露出評価値検出手段は、主被写体領域に対する主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体領域に対する周辺被写体輝度ヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段をさらに備え、
該主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラムに基づいて、前記露出評価値を検出することを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記ヒストグラム算出手段は、前記主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラムにおける所定の閾値より小さい度数の輝度データを、前記露出評価値の算出に用いないことを特徴とする請求項１２記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第１の被写体輝度及び第２の被写体輝度は、それぞれ撮像センサによる線形特性領域及び対数特性領域において検出された主被写体輝度を平均してなる主被写体平均輝度であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記第１の増幅率は、前記主被写体輝度の最大値である主被写体最大輝度及び主被写体輝度の最小値である主被写体最小輝度に基づいて算出されることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記主被写体平均輝度、並びに主被写体最大輝度及び主被写体最小輝度は、それぞれレッド、グリーン及びブルーの各色の輝度データを用いた色空間変換に基づいて算出されることを特徴とする請求項１４又は１５記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記各色の輝度データが対数特性領域における輝度データである場合には、前記変換情報記憶手段に記憶された変換情報に基づいて、当該対数特性領域における各色の輝度データを線形特性領域における輝度データに換算することを特徴とする請求項１６記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定した被写体最大輝度は、対数特性領域において検出された主被写体輝度及び周辺被写体輝度をそれぞれ平均してなる主被写体平均輝度及び周辺被写体平均輝度のうちの大きな方の輝度であることを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度として設定した被写体最大輝度は、主被写体輝度の最大値である主被写体最大輝度、及び周辺被写体輝度の最大値である周辺被写体最大輝度のうちの大きな方の輝度であることを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記ヒストグラム算出手段は、主被写体領域及び周辺被写体領域を合わせた全撮像領域に対する全領域輝度ヒストグラムを算出し、
前記露出評価値検出手段は、前記全領域輝度ヒストグラムに基づいて、撮像センサの出力レベルが飽和出力レベルに達しているか否かを判別する飽和判別手段をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記飽和判別手段は、前記全領域輝度ヒストグラムにおける、被写体輝度及び度数が所定の閾値以上となる領域の飽和輝度データ数が所定数以上となる場合に、前記飽和出力レベルに達したと判別することを特徴とする請求項２０記載の撮像装置。
【請求項２２】
前記ダイナミックレンジ制御手段は、前記飽和判別手段により撮像センサが飽和出力レベルに達したと判別された場合に、前記飽和輝度データ数に比例して光電変換特性の変曲点に対する出力レベルを下げるよう、当該変曲点位置の制御を行うことを特徴とする請求項２１記載の撮像装置。
【請求項２３】
入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、前記入射光量に対して電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、前記入射光量に対して電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とからなる光電変換特性を有する撮像センサを備える撮像装置を用い、
被写体の輝度情報に基づいて、被写体を撮像するに際しての露出制御に関する露出評価値を検出し、前記露出評価値を用いて、所要の露光量を確保するべく前記光電変換特性に基づき露光量制御を行うと共に、所要のダイナミックレンジを確保するべく光電変換特性に基づきダイナミックレンジ制御を行うことで、撮像にあたっての露出制御を行うことを特徴とする撮像方法。
【請求項２４】
前記撮像センサは、対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成されたものであって、
絞り装置をさらに備え、
前記露光量制御手段は、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量を制御する絞り制御手段及び／又は撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量を制御する露光時間制御手段を備え、
前記露出制御手段は、それぞれ独立に露出制御が可能に構成された絞り制御手段及び／又は露光時間制御手段、並びに前記ダイナミックレンジ制御手段によって露出制御を行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項２５】
前記絞り制御手段は、当該絞りの制御に応じて、線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性全体を変化させて露光量制御を行うことを特徴とする請求項２４記載の撮像装置。
【請求項２６】
前記絞り制御手段は、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が前記線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する絞り設定値を算出する絞り設定値算出手段を備え、
当該絞り設定値算出手段により算出した絞り設定値に基づいて前記絞りの制御を行うことを特徴とする請求項２５記載の撮像装置。
【請求項２７】
前記露光時間制御手段は、当該露光時間の制御に応じて、光電変換特性における対数特性領域を固定した状態で線形特性領域を変化させて露光量制御を行うことを特徴とする請求項２４〜２６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２８】
前記露光時間制御手段は、露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が前記線形特性領域において所定の目標出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する露光時間設定値を算出する露光時間設定値算出手段を備え、
当該露光時間設定値算出手段により算出した露光時間設定値に基づいて前記露光時間の制御を行うことを特徴とする請求項２７記載の撮像装置。
【請求項２９】
シャッタ装置をさらに備え、
前記露光時間制御手段は、撮像センサの積分時間及び／又はシャッタ装置のシャッタ開放時間の制御に基づいて露光時間の制御を行うことを特徴とする請求項２４〜２８のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項３０】
前記ダイナミックレンジ制御手段は、
ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力が所定の飽和出力レベルとなる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応するダイナミックレンジ設定値を算出するダイナミックレンジ設定値算出手段を備え、
前記ダイナミックレンジ設定値算出手段により算出したダイナミックレンジ設定値に基づいてダイナミックレンジを制御することを特徴とする請求項２４〜２９のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項３１】
前記ダイナミックレンジ設定値は、撮像センサに対する光電変換特性の調整に関する光電変換特性設定値であって、
前記ダイナミックレンジ制御手段は、ダイナミックレンジ設定値算出手段により算出された光電変換特性設定値に基づいて、光電変換特性の変曲点位置を制御することでダイナミックレンジを制御することを特徴とする請求項３０記載の撮像装置。
【請求項３２】
前記撮像センサは、入射光に対して光電流を発生させるフォトダイオードからの電荷を蓄積して該電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンと、該フローティングディフュージョンに対するリセットバイアス印加用のトランジスタとを備え、該トランジスタのゲート電圧がハイ電位及びロー電位間の中電位に設定されることで前記線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号を出力することを特徴とする請求項２４〜３１のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項３３】
前記撮像センサは、対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成されたものであって、
絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量を制御する絞り制御及び／又は撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量を制御する露光時間制御を行い、
露出制御に関してそれぞれ独立に露出制御が可能とされた前記絞り制御及び／又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御によって露出制御を行うことを特徴とする請求項２３記載の撮像方法。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【公開番号】特開２００６−１４２７７（Ｐ２００６−１４２７７Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７７５５６（Ｐ２００５−７７５５６）
【出願日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】