撮像装置
【課題】シーンに適した高精度な露出制御を行えるようにする。
【解決手段】被写界を撮像する画像用の受光素子と、被写界からの光を測光する測光用の受光素子とを備える撮像素子と、複数の測光用の受光素子の信号から、撮像の際の測光に用いる測光用の受光素子からの信号を選択する選択回路と、選択回路からの出力を加算平均して１つの信号を出力する第１の加算平均回路と、第１の加算平均回路からの出力をリセット信号が入力されるまで蓄積して、蓄積された電荷に応じた電圧値を出力する積分回路とを備える。
【解決手段】被写界を撮像する画像用の受光素子と、被写界からの光を測光する測光用の受光素子とを備える撮像素子と、複数の測光用の受光素子の信号から、撮像の際の測光に用いる測光用の受光素子からの信号を選択する選択回路と、選択回路からの出力を加算平均して１つの信号を出力する第１の加算平均回路と、第１の加算平均回路からの出力をリセット信号が入力されるまで蓄積して、蓄積された電荷に応じた電圧値を出力する積分回路とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュ撮影を行う場合の撮像装置の制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトデジタルカメラにおけるフラッシュ撮影では、撮像素子の出力を使用してプリ発光が照射されたときの被写体輝度を測光し、適正輝度を得るための発光量を求め、撮影時に発光させて撮影を行う方式（プリ発光方式）が主流となっている。通常のキセノン管の放電現象等を利用したフラッシュには発光量にばらつきがあり、一定の発光時間での発光を行っても輝度は一定とはならない。そのため、発光量の制御を発光時間で制御する方式では、精度の高い調光を行うことは困難である。
【０００３】
この問題に対し、撮像素子で画像撮影のための露光を行いながら測光センサによってフラッシュ発光量を測光し、測光センサの測光値が所定値に達した時点で発光または露光を停止する方法がある。しかし、測光センサを撮像素子とは別途に備えるとコストも掛かり、実装上の制約も大きい。
【０００４】
それに対し特許文献１は、撮像素子の一部の画素を非破壊的に読み出すことのできる構成とし、測光センサとして使用している。撮像素子の露光中に非破壊読み出しを行い、Ａ／Ｄ変換後の信号をＣＰＵで読み取り、露光時間や発光継続の判断を行っている。露光中の撮像素子の一部の画素を非破壊読み出しし、露光制御や調光制御に信号を使用することは、撮像素子と別の測光センサを備えることなく、撮像素子の露光量をリアルタイムに制御できるという利点がある。また撮像素子とは別の測光センサを備える場合と比べ、撮像素子と全く同じ光学系を通り、実際に撮像素子が露光している光の一部を測光できる点において、より高精度の制御を行うことが期待できる。さらに、連続して複数回発光させることのできるフラッシュ発光装置を備えて１回発光するごとに一部の画素を非破壊読み出しし、光量が不足していたら続けて発光を繰り返す方式によりリアルタイム調光制御も実現している。
【０００５】
特許文献２も特許文献１と同様に、連続して複数回発光させることのできるフラッシュ発光装置と、一部の画素を調光用測光センサとして使用する撮像素子により、リアルタイム調光制御を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７８４８４号公報
【特許文献２】特許第３６８２９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高精度なフラッシュ発光制御を行うには、発光量をリアルタイムに監視し、所定の発光量に達した時点で発光を停止することが望ましい。しかし発光量監視のために撮像素子とは別に測光センサを備える場合、露光する光は撮像素子で受光されているものとは別の経路を辿る光であり、調光領域の指定など高機能な調光制御を適用することは困難である。
【０００８】
特許文献１では撮像素子の一部を非破壊読み出しすることでリアルタイムに近い発光制御を行っているが、その構成上Ａ／Ｄ変換を行った信号をＣＰＵで読み取って処理を行っている。そのため、リアルタイム制御を行うことが精度に大きく関係する微小発光においては適用が困難である。
【０００９】
また撮像素子の画像信号を解析して調光領域を設定し、そのときのシーンに適した調光を行うことは、プリ発光方式では一般的であるが測光センサを使用してリアルタイムに発光制御を行う調光方式においては実現できていない。
【００１０】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シーンに適した高精度な露出制御を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係わる撮像装置は、被写界を撮像する画像用の受光素子と、前記被写界からの光を測光する測光用の受光素子とを備える撮像素子と、複数の前記測光用の受光素子の信号から、撮像の際の測光に用いる測光用の受光素子からの信号を選択する選択回路と、前記選択回路からの出力を加算平均して１つの信号を出力する第１の加算平均回路と、前記第１の加算平均回路からの出力を所定の信号が入力されるまで蓄積して、蓄積された電荷に応じた電圧値を出力する積分回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シーンに適した高精度な露出制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの構成を示す図。
【図２】撮像素子の調光用画素の配置を示す図。
【図３】撮像素子の調光用画素の構成を示す図。
【図４】撮像素子の調光用画素の出力回路のブロック図。
【図５】撮像素子の調光用画素の信号選択回路を示す図。
【図６】撮像装置の撮影までの動作を示すフローチャート。
【図７】調光領域の選択を説明する図。
【図８】プリ発光を行う場合の動作を示すフローチャート。
【図９】プリ発光を行う場合のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 図１は、本発明の撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラの構成を示す図である。
【００１５】
図１において、１００はデジタルカメラである。１０は撮影レンズ、１２は絞り機能を備える機械式シャッタ、１４は光学像を電気信号に変換する撮像素子であり、一部の受光素子が調光用（測光用）の受光素子とされる構成となっている。１６は撮像素子１４の画像信号出力（調光用の受光素子出力ではない）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【００１６】
１８は撮像素子１４、 Ａ／Ｄ変換器１６、 Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路であり、メモリ制御回路２２及びシステム制御回路５０により制御される。機械式シャッタ１２以外にも、撮像素子１４のリセットタイミングの制御によって、電子シャッタとして、蓄積時間を制御することが可能であり、動画撮影などに使用可能である。
【００１７】
２０は画像処理回路であり、Ａ／Ｄ変換器１６からのデータ或いはメモリ制御回路２２からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。また画像処理回路２０によって画像の切り出し、変倍処理を行うことで電子ズーム機能が実現される。また、画像処理回路２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてシステム制御回路５０が露光制御部４０、測距制御部４２に対して制御を行う、ＴＴＬ方式のＡＦ処理、ＡＥ処理、ＥＦ処理を行っている。さらに、画像処理回路２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理も行っている。
【００１８】
２２はメモリ制御回路であり、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理回路２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮・伸長回路３２を制御する。Ａ／Ｄ変換器１６のデータが画像処理回路２０、メモリ制御回路２２を介して、或いはＡ／Ｄ変換器１６のデータが直接メモリ制御回路２２を介して、画像表示メモリ２４或いはメモリ３０に書き込まれる。
【００１９】
２４は画像表示メモリ、２６はＤ／Ａ変換器、２８はＴＦＴ，ＬＣＤ等から成る画像表示部であり、画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データはＤ／Ａ変換器２６を介して画像表示部２８により表示される。画像表示部２８を用いて撮像した画像データを逐次して所謂ライブ画表示をすれば、電子ファインダー機能を実現することが可能である。また、画像表示部２８は、システム制御回路５０の指示により任意に表示をＯＮ／ＯＦＦすることが可能であり、表示をＯＦＦにした場合にはデジタルカメラ１００の電力消費を大幅に低減することが出来る。
【００２０】
３０は撮影した静止画像や動画像を格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を格納するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、複数枚の静止画像を連続して撮影する連射撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことが可能となる。また、メモリ３０はシステム制御回路５０の作業領域としても使用することが可能である。
【００２１】
３２は適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する圧縮・伸長回路であり、メモリ３０に格納された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えたデータをメモリ３０に書き込む。
【００２２】
４０は絞り機能を備えるシャッタ１２を制御する露光制御部であり、フラッシュ４８と連携することによりフラッシュ調光機能も有するものである。４２は撮影レンズ１０のフォーカシングを制御する測距制御部、４４は撮影レンズ１０のズーミングを制御するズーム制御部、４６はバリアである保護装置１０２の動作を制御するバリア制御手段である。４８は被写界を照明するフラッシュであり、ＡＦ補助光の投光機能、フラッシュ調光機能も有する。フラッシュ調光機能に関しては後述する。
【００２３】
露光制御部４０、測距制御部４２はＴＴＬ方式を用いて制御されており、撮像した画像データを画像処理回路２０によって演算した演算結果に基づき、システム制御回路５０が露光制御部４０、測距制御部４２に対して制御を行う。
【００２４】
５０はデジタルカメラ１００全体を制御するシステム制御回路、５２はシステム制御回路５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリである。５４はシステム制御回路５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する液晶表示装置、スピーカー等の表示部である。表示部５４は、デジタルカメラ１００の操作部近辺の視認し易い位置に設置され、例えばＬＣＤやＬＥＤ、発音素子等の組み合わせにより構成されている。また、表示部５４は、その一部の機能が光学ファインダ１０４内に設置されている。
【００２５】
表示部５４の表示内容のうち、ＬＣＤ等に表示するものとしては、シングルショット／連写撮影表示、セルフタイマー表示、圧縮率表示、記録画素数表示、記録枚数表示、残撮影可能枚数表示などがある。また、シャッタスピード表示、絞り値表示、露出補正表示、フラッシュ表示、赤目緩和表示、マクロ撮影表示などもある。また、ブザー設定表示、電池残量表示、エラー表示、複数桁の数字による情報表示、記録媒体２００及び２１０の着脱状態表示、通信Ｉ／Ｆ動作表示等も可能である。また、表示部５４の表示内容のうち、光学ファインダ１０４内に表示するものとしては、合焦表示、手振れ警告表示、フラッシュ充電表示、シャッタスピード表示、絞り値表示、露出補正表示、等がある。５６は電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。
６０、６２、６４、６６、７０、７２及び７４は、システム制御回路５０の各種の動作指示を入力するための操作部であり、スイッチやダイヤル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。
【００２６】
ここで、これらの操作部の具体的な説明を行う。６０はモードダイヤルスイッチで、電源オフ、自動撮影モード、撮影モード、パノラマ撮影モード、動画撮影モード、再生モード、マルチ画面再生・消去モード、ＰＣ接続モード、テレビ受信モード等の各機能モードを切り替え設定することができる。
【００２７】
６２はシャッタスイッチＳＷ１で、シャッタボタンの操作途中でＯＮとなり、ＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理等の動作開始を指示する。６４はシャッタスイッチＳＷ２で、シャッタボタンの操作完了でＯＮとなる。撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介してメモリ３０に書き込む露光処理、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２での演算を用いた現像処理、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮・伸長回路３２で圧縮を行い、記録媒体２００或いは２１０に書き込む記録処理という一連の処理の動作開始を指示する。
【００２８】
６６は表示切替スイッチで、画像表示部２８の表示切替をすることができる。この機能により、光学ファインダ１０４を用いて撮影を行う際に、ＴＦＴ、ＬＣＤ等から成る画像表示部への電流供給を遮断することにより、省電力を図ることが可能となる。
【００２９】
７０は各種ボタンやタッチパネル等からなる操作部で、メニューボタン、セットボタン、マクロボタン、マルチ画面再生改ページボタン、フラッシュ設定ボタン、単写／連写／セルフタイマー切り替えボタン等がある。またメニュー移動＋（プラス）ボタン、メニュー移動−（マイナス）ボタン、再生画像移動＋（プラス）ボタン、再生画像移動−（マイナス）ボタン、撮影画質選択ボタン、露出補正ボタン、日付／時間設定ボタン等もある。
【００３０】
７２はユーザーが撮像画像の倍率変更指示を行うズーム操作手段としてのズームスイッチ部である。以下、ズームスイッチ７２ともいう。このズームスイッチ７２は、撮像画角を望遠側に変更させるテレスイッチと、広角側に変更させるワイドスイッチからなる。このズームスイッチ７２を用いることにより、ズーム制御部４４に撮影レンズ１０の撮像画角の変更を指示し光学ズーム操作を行うトリガとなる。また、画像処理回路２０による画像の切り出しや、画素補間処理などによる撮像画角の電子的な変更のトリガともなる。７４は被写体検出部で、被写界から特定の被写体を検出する素子などがある。特定の被写体として、顔検出する場合も考えられる。
【００３１】
８０は電源制御部で、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成されており、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。また検出結果及びシステム制御回路５０の指示に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。
【００３２】
８２はコネクタ、８４はコネクタ、８６はアルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉイオン電池等の二次電池、ＡＣアダプター等からなる電源部である。
【００３３】
９０及び９４はメモリカードやハードディスク等の記録媒体とのインタフェース、９２及び９６はメモリカードやハードディスク等の記録媒体と接続を行うコネクタである。なお、本実施形態では記録媒体を取り付けるインターフェース及びコネクタを２系統持つものとして説明している。もちろん、記録媒体を取り付けるインターフェース及びコネクタは、単数或いは複数、いずれの系統数を備える構成としても構わない。また、異なる規格のインターフェース及びコネクタを組み合わせて備える構成としても構わない。インターフェース及びコネクタとしては、ＳＤカードやＣＦ（コンパクトフラッシュ（登録商標））カード等の規格に準拠したものを用いて構成して構わない。
【００３４】
さらに、インタフェース９０及び９４、そしてコネクタ９２及び９６をＰＣＭＣＩＡカードやＣＦカード等の規格に準拠したものを用いて構成することも可能である。すなわちＬＡＮカードやモデムカード、ＵＳＢカード、ＩＥＥＥ１３９４カード、ＳＣＳＩカード、ＰＨＳ等の通信カード、等の各種通信カードを接続することにより、他のコンピュータやプリンタ等の周辺機器との間で画像データや画像データに付属した管理情報を転送し合うことが出来る。
【００３５】
１０２は、デジタルカメラ１００のレンズ１０を含む撮像部を覆うことにより、撮像部の汚れや破損を防止するバリアである保護装置である。１０４は光学ファインダであり、画像表示部２８による電子ファインダ機能を使用すること無しに、光学ファインダのみを用いて撮影を行うことが可能である。また、光学ファインダ１０４内には、表示部５４の一部の機能、例えば、合焦表示、手振れ警告表示、フラッシュ充電表示、シャッタスピード表示、絞り値表示、露出補正表示などが設置されている。
【００３６】
１１０は通信部でＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＬＡＮ、無線通信、等の各種通信機能を有する。１１２は通信部１１０により画像処理装置１００を他の機器と接続するコネクタ或いは無線通信の場合はアンテナである。
【００３７】
２００はメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。記録媒体２００は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０２、デジタルカメラ１００とのインタフェース２０４、デジタルカメラ１００と接続を行うコネクタ２０６を備えている。
【００３８】
２１０はメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。記録媒体２１０は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２１２、デジタルカメラ１００とのインタフェース２１４、デジタルカメラ１００と接続を行うコネクタ２１６を備えている。
【００３９】
図２は、本実施形態における、一部の受光素子が調光用の受光素子となされる撮像素子の受光部を図示した図である。受光素子を含む画素が隙間なく配列されている中に図２のように調光用受光素子として利用される画素（調光用画素）が配置されている。
【００４０】
図３は、画像用画素中に配置された調光用画素の回路の略図である。画像用画素が信号読み出し用の回路構成にされているのに対し、調光用画素では受光素子出力がそのまま出力されるようになっている。
【００４１】
図４は、調光用画素の出力の先の回路構成を示した図である。４−１は増幅回路であり、調光用画素の出力信号を増幅している。４−２は信号選択回路であり、予め与えられた信号選択指示により選択された信号のみを出力する。４−３は第１の加算平均回路であり、信号選択回路４−２の出力信号を全て加算平均する処理を行い１つの信号を出力する。４−４は積分回路であり、リセット入力部を備えている。リセット信号の入力がなされてから次のリセット信号の入力がなされるまで入力信号電荷を蓄積して蓄積電荷に応じた電圧値を出力する。４−５は比較回路であり、与えられた目標電圧値と入力される積分回路４−４の出力電圧値を比較し、２値の出力がなされる。この信号をフラッシュ４８の発光停止トリガに使用することで、フラッシュ４８の発光量のリアルタイム制御が可能となる。４−６はサンプルホールド回路であり、積分回路４−４の出力電圧値を任意のタイミングでサンプルホールドすることができる。４−７はＡ／Ｄ変換器であり、サンプルホールド回路４−６でサンプルホールドされた電圧値をデジタル信号に変換し、デジタル変換された信号は露光制御部４０で読み込むことができる構成となっている。
【００４２】
図５は、信号選択回路の概要を説明する図であり、調光用画素を明示した受光部の図と信号選択回路から成る。調光用画素の出力が信号選択回路に入力される前に、図のように複数の信号毎に第２の加算平均回路に入力され、信号が領域毎に加算平均された後に信号選択回路に入力される。第２の加算平均回路の処理は、入力信号が加算されるだけでもよく、同時に信号増幅されるような回路構成でもよい。信号選択回路は図５のようにＳｅｌｅｃｔｏｒとスイッチから成り、Ｓｅｌｅｃｔｏｒには予め与えられた信号選択指示が入力され、その指示に従ってスイッチのＯＮ／ＯＦＦを決定している。信号選択指示は信号選択回路が備えるシリアル信号受信部でシリアル通信を受けて与えられる構成となっている。
【００４３】
なお、第２の加算平均回路は、複数の調光用の受光素子を複数のグループごとに分け、その複数のグループごとに信号を加算平均または加算して、複数のグループのそれぞれにつき１つの信号を生成し、生成された信号を信号選択回路に出力する。また、複数のグループは、図５に示すように、撮像素子の受光部を複数の合同な長方形で区切った領域に含まれる測光用の受光素子のグループである。さらに、複数の測光用の受光素子は、撮像素子の受光部に均一な密度で配置されている。
【００４４】
図６は、フラッシュ撮影処理のフローチャートである。デジタルカメラ１００の撮影モードがＰｏｗｅｒＯｎされると、Ｓ６０１に示すシステム起動が行われる。これはシステム制御回路５０を初め、撮像素子１４やメモリ３０など、デジタルカメラシステムの動作開始を示す。システム起動が終了した時点で、画像表示部２８にはライブ画が表示され、操作部７０からの記録開始トリガ入力を待機する状態（撮影待機状態）となる。この段階で、操作部７０の操作部材操作により、デジタルカメラの撮影に関する設定を行うことが可能となっている。ユーザーはフラッシュ撮影の許可／禁止、フラッシュ強制発光などの設定を行うことが可能である。Ｓ６０２は、撮影待機状態におけるフラッシュ設定の確認を示している。即ち、ユーザーによるフラッシュ設定に従い、フラッシュ撮影が行われる可能性のある状態であるならばＳ６０３へと進み、フラッシュ４８では発光に必要なエネルギーを蓄えるメインコンデンサの充電制御が開始される。Ｓ６０４、Ｓ６０５、Ｓ６０６はそれぞれ、ＡＥ、ＡＦ、ＷＢ処理を表し、ライブ画を適正な露出、ピント、色で表示できるようにフィードバック制御を繰り返すものである。Ｓ６０７で操作部７０からの撮影準備指示入力であるＳＷ１の有無を確認し、入力が無い場合にＳ６０２に戻っているのはそのフィードバック制御を示している。Ｓ６０７でＳＷ１入力を検知すると、撮影準備が行われる。まずＳ６０８で撮影用のＡＥが行われ、続いてＳ６０９で撮影用のＡＦが行われる。Ｓ６１０では発光判断が行われる。発光判断基準は様々であり、強制発光ならば常にＹｅｓ、それ以外の発光許可状態であれば、露光時間、逆光判定などの条件に従い、発光を行うかどうかを判断する。Ｓ６１０での発光判定でＮｏ（非発光）であった場合、Ｓ６１４の、操作部７０からの撮影指示トリガ入力（ＳＷ２）を待機する状態へと移行する。Ｓ６１０での発光判定がＹｅｓだった場合、撮影時の発光に備えて再度のメインコンデンサ１１７の充電状態チェックが行われる（Ｓ６１３）。この時点で充電電圧が目標充電レベルに達しているならばそのままＳ６１４のＳＷ２待機状態へと移行するが、目標充電レベルに達していない場合はＳ６１２で補充電を行い、目標充電レベルに達してからＳ６１４へと進む。ＳＷ２が入力されると、Ｓ６１５へと進み、非発光の場合はＳ６２１の非発光撮影が行われ、発光の場合はＳ６１６へと進む。
【００４５】
Ｓ６１６では、撮像素子１４の調光用画素の信号選択回路に対して調光領域を設定する。調光領域としては、被写体検出部７４の機能を用いて撮影シーンに適した領域を選択することが可能である。図７は、被写体検出部７４の機能である顔検出機能を用いて調光領域選択を行う場合を例示したものである。７−１は画像データであり、撮像素子１４の画像用画素信号をタイミング発生回路の発生する信号に基づいて読み出した画像信号を示している。画像データは画像処理回路２０にて画素補間や変倍処理が施された後、画像表示部２８でのライブ画表示に使用されると同時に被写体検出部７４などの回路でも使用されている。画像処理回路２０では、撮像素子の欠陥画素の信号を補間する画素補間処理も施されるが、画素信号が読み出されない調光用画素のデータも欠陥画素として補間される。７−１のような画像データに被写体検出部７４の顔検出機能を適用すると、７−２に示すように顔が検出されて顔領域が枠として抽出される。７−３は検出された顔枠だけを図示したものである。この顔枠情報は、画像センサ（撮像素子）の画像用画素出力信号から得られた画像データに基づいて得られたものであるが、調光用画素も画像センサ上に配置されたものであり、顔枠情報は調光用画素の調光選択領域として適用することができる。７−４では、７−３で図示した枠情報に対応した選択データを信号選択回路に設定していることを示している。このような構成により、７−５のように、被写体検出部７４の出力に応じた調光領域を選択することが可能となる。
【００４６】
図６の説明に戻り、Ｓ６１７へと進む。Ｓ６１７では撮像素子１４の調光用画素の比較回路に、画像用画素出力から得られた画像データの目標輝度値に対応する、調光用画素出力の積分電圧値を設定する。このとき、Ｓ６０６のＷＢ演算結果や被写体検出部７４により検出された被写体の種類や距離あるいは逆光や夜景など撮影シーンに応じて、目標輝度値を変更している。
【００４７】
Ｓ６１８でフラッシュ４８の発光開始トリガを設定する。フラッシュ発光タイミングには、撮影用露光開始タイミングと同期して発光開始する先幕シンクロ、撮影用露光終了タイミングに近いタイミングで発光する後幕シンクロがある。ユーザーからの操作やシステム制御部５０での設定により先幕シンクロが指示されていた場合は、露光開始タイミングと同期して発光開始するようにフラッシュ４８に設定する。後幕シンクロが指示されていた場合は、露光開始からＳ６０８でＡＥにより決められた露光時間経過したタイミングで発光開始するようにフラッシュ４８に設定する。このとき、機械式シャッタ１２はＳ６０８でＡＥにより決められた時間では閉じず、調光用画素信号の積分値がＳ６１７で設定した比較回路の目標電圧値に達したときにアサートされる信号をトリガとしてフラッシュ４８の発光を停止すると同時に機械式シャッター１２を閉じる。所定時間経過しても積分値が目標電圧値に達しない場合も機械式シャッター１２を閉じる。この方式によれば、Ｓ６０８でＡＥにより決められた露出値よりも露出オーバーとなるが、後幕シンクロ設定を許可する露光時間を想定されるフラッシュ発光時間よりも十分に長い時間（例えば１／８０秒くらい）に設定することで、後幕シンクロが行われるシーンにおいては露出オーバー分は誤差範囲内の軽微なものとなる。
【００４８】
Ｓ６１９では、調光用画素の積分回路の積分値を露光開始タイミングと同期してリセットする設定を行う。Ｓ６２０では、フラッシュ撮影を行う。なお、調光用画素の積分回路の信号は、画像用の受光素子からの信号の読み出しとは独立したタイミングで読みだすことができる。
【００４９】
Ｓ６１６での調光領域設定において、被写体検出部７４により調光の対象とすべき被写体が検出できていない場合、プリ発光を行うことで被写体の検出を行う。図８は、プリ発光を行う場合のフローチャートを示したものである。Ｓ８１５は、図６のＳ６１５と同じであり、Ｓ８２２〜Ｓ８２４は図６のＳ６２２〜Ｓ６２４と同じである。プリ発光の反射率による被写体検出を行うためのフローが、Ｓ８２５からＳ８２８までである。
【００５０】
図９はこのフローに対応するタイミングチャートである。Ｓ８２５ではＳ８２２同様、画像用画素の露光開始タイミングで調光用画素の積分回路がリセットされるよう設定する。続いてＳ８２６で、調光用画素の比較回路に、画像用画素出力から得られる画像データが飽和しない程度の輝度値に相当する積分電圧値を設定する。また設定した積分電圧値に達しなくても所定のプリ発光量が発光されたら発光を停止するように発光時間設定も行っておく。Ｓ８２７で、画像用画素の露光と同時に調光用画素の積分回路がリセットされて新たに積分が開始され、画像用画素の露光終了タイミングから上記の発光時間設定の時間だけ手前のタイミングでフラッシュ４８を発光（プリ発光）させる。プリ発光は設定した積分電圧値に達したタイミングまたは露光期間終了タイミングにおいて発光停止される制御となる。この方法をとることにより、被写体が非常に至近にあった場合であってもやや距離のある場所にあった場合であっても、白飛びしてしまうことや発光が届かないことを防ぐことができる。
【００５１】
Ｓ８２８の調光領域演算は、画像用画素から読み出した画像データに基づいて演算を行う。外光のみによる画像データと、外光＋プリ発光反射光による画像データの輝度比較から、反射率の大きな領域、その中で全反射はしていないと判断できる領域などを抽出し、画像データの中心近傍に分布している領域を調光すべき被写体と判断する。外光量が非常に小さいために被写体検出部７４で被写体検出ができなかった場合を考慮して、プリ発光反射光を含む画像データから被写体検出部７４で再度被写体検出処理を行っても良い。Ｓ８１６の調光領域設定の後、再度調光領域だけの外光量を取得して図６のように発光制御してもよいが、Ｓ８２３で取得された画像用画素出力に基づく画像データから所望の発光停止積分電圧値を算出しても良い。Ｓ８１７以降は図６のＳ６１７以降と同じである。
【００５２】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュ撮影を行う場合の撮像装置の制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトデジタルカメラにおけるフラッシュ撮影では、撮像素子の出力を使用してプリ発光が照射されたときの被写体輝度を測光し、適正輝度を得るための発光量を求め、撮影時に発光させて撮影を行う方式（プリ発光方式）が主流となっている。通常のキセノン管の放電現象等を利用したフラッシュには発光量にばらつきがあり、一定の発光時間での発光を行っても輝度は一定とはならない。そのため、発光量の制御を発光時間で制御する方式では、精度の高い調光を行うことは困難である。
【０００３】
この問題に対し、撮像素子で画像撮影のための露光を行いながら測光センサによってフラッシュ発光量を測光し、測光センサの測光値が所定値に達した時点で発光または露光を停止する方法がある。しかし、測光センサを撮像素子とは別途に備えるとコストも掛かり、実装上の制約も大きい。
【０００４】
それに対し特許文献１は、撮像素子の一部の画素を非破壊的に読み出すことのできる構成とし、測光センサとして使用している。撮像素子の露光中に非破壊読み出しを行い、Ａ／Ｄ変換後の信号をＣＰＵで読み取り、露光時間や発光継続の判断を行っている。露光中の撮像素子の一部の画素を非破壊読み出しし、露光制御や調光制御に信号を使用することは、撮像素子と別の測光センサを備えることなく、撮像素子の露光量をリアルタイムに制御できるという利点がある。また撮像素子とは別の測光センサを備える場合と比べ、撮像素子と全く同じ光学系を通り、実際に撮像素子が露光している光の一部を測光できる点において、より高精度の制御を行うことが期待できる。さらに、連続して複数回発光させることのできるフラッシュ発光装置を備えて１回発光するごとに一部の画素を非破壊読み出しし、光量が不足していたら続けて発光を繰り返す方式によりリアルタイム調光制御も実現している。
【０００５】
特許文献２も特許文献１と同様に、連続して複数回発光させることのできるフラッシュ発光装置と、一部の画素を調光用測光センサとして使用する撮像素子により、リアルタイム調光制御を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７８４８４号公報
【特許文献２】特許第３６８２９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高精度なフラッシュ発光制御を行うには、発光量をリアルタイムに監視し、所定の発光量に達した時点で発光を停止することが望ましい。しかし発光量監視のために撮像素子とは別に測光センサを備える場合、露光する光は撮像素子で受光されているものとは別の経路を辿る光であり、調光領域の指定など高機能な調光制御を適用することは困難である。
【０００８】
特許文献１では撮像素子の一部を非破壊読み出しすることでリアルタイムに近い発光制御を行っているが、その構成上Ａ／Ｄ変換を行った信号をＣＰＵで読み取って処理を行っている。そのため、リアルタイム制御を行うことが精度に大きく関係する微小発光においては適用が困難である。
【０００９】
また撮像素子の画像信号を解析して調光領域を設定し、そのときのシーンに適した調光を行うことは、プリ発光方式では一般的であるが測光センサを使用してリアルタイムに発光制御を行う調光方式においては実現できていない。
【００１０】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シーンに適した高精度な露出制御を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係わる撮像装置は、被写界を撮像する画像用の受光素子と、前記被写界からの光を測光する測光用の受光素子とを備える撮像素子と、複数の前記測光用の受光素子の信号から、撮像の際の測光に用いる測光用の受光素子からの信号を選択する選択回路と、前記選択回路からの出力を加算平均して１つの信号を出力する第１の加算平均回路と、前記第１の加算平均回路からの出力を所定の信号が入力されるまで蓄積して、蓄積された電荷に応じた電圧値を出力する積分回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シーンに適した高精度な露出制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの構成を示す図。
【図２】撮像素子の調光用画素の配置を示す図。
【図３】撮像素子の調光用画素の構成を示す図。
【図４】撮像素子の調光用画素の出力回路のブロック図。
【図５】撮像素子の調光用画素の信号選択回路を示す図。
【図６】撮像装置の撮影までの動作を示すフローチャート。
【図７】調光領域の選択を説明する図。
【図８】プリ発光を行う場合の動作を示すフローチャート。
【図９】プリ発光を行う場合のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 図１は、本発明の撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラの構成を示す図である。
【００１５】
図１において、１００はデジタルカメラである。１０は撮影レンズ、１２は絞り機能を備える機械式シャッタ、１４は光学像を電気信号に変換する撮像素子であり、一部の受光素子が調光用（測光用）の受光素子とされる構成となっている。１６は撮像素子１４の画像信号出力（調光用の受光素子出力ではない）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【００１６】
１８は撮像素子１４、 Ａ／Ｄ変換器１６、 Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路であり、メモリ制御回路２２及びシステム制御回路５０により制御される。機械式シャッタ１２以外にも、撮像素子１４のリセットタイミングの制御によって、電子シャッタとして、蓄積時間を制御することが可能であり、動画撮影などに使用可能である。
【００１７】
２０は画像処理回路であり、Ａ／Ｄ変換器１６からのデータ或いはメモリ制御回路２２からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。また画像処理回路２０によって画像の切り出し、変倍処理を行うことで電子ズーム機能が実現される。また、画像処理回路２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてシステム制御回路５０が露光制御部４０、測距制御部４２に対して制御を行う、ＴＴＬ方式のＡＦ処理、ＡＥ処理、ＥＦ処理を行っている。さらに、画像処理回路２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理も行っている。
【００１８】
２２はメモリ制御回路であり、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理回路２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮・伸長回路３２を制御する。Ａ／Ｄ変換器１６のデータが画像処理回路２０、メモリ制御回路２２を介して、或いはＡ／Ｄ変換器１６のデータが直接メモリ制御回路２２を介して、画像表示メモリ２４或いはメモリ３０に書き込まれる。
【００１９】
２４は画像表示メモリ、２６はＤ／Ａ変換器、２８はＴＦＴ，ＬＣＤ等から成る画像表示部であり、画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データはＤ／Ａ変換器２６を介して画像表示部２８により表示される。画像表示部２８を用いて撮像した画像データを逐次して所謂ライブ画表示をすれば、電子ファインダー機能を実現することが可能である。また、画像表示部２８は、システム制御回路５０の指示により任意に表示をＯＮ／ＯＦＦすることが可能であり、表示をＯＦＦにした場合にはデジタルカメラ１００の電力消費を大幅に低減することが出来る。
【００２０】
３０は撮影した静止画像や動画像を格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を格納するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、複数枚の静止画像を連続して撮影する連射撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことが可能となる。また、メモリ３０はシステム制御回路５０の作業領域としても使用することが可能である。
【００２１】
３２は適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する圧縮・伸長回路であり、メモリ３０に格納された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えたデータをメモリ３０に書き込む。
【００２２】
４０は絞り機能を備えるシャッタ１２を制御する露光制御部であり、フラッシュ４８と連携することによりフラッシュ調光機能も有するものである。４２は撮影レンズ１０のフォーカシングを制御する測距制御部、４４は撮影レンズ１０のズーミングを制御するズーム制御部、４６はバリアである保護装置１０２の動作を制御するバリア制御手段である。４８は被写界を照明するフラッシュであり、ＡＦ補助光の投光機能、フラッシュ調光機能も有する。フラッシュ調光機能に関しては後述する。
【００２３】
露光制御部４０、測距制御部４２はＴＴＬ方式を用いて制御されており、撮像した画像データを画像処理回路２０によって演算した演算結果に基づき、システム制御回路５０が露光制御部４０、測距制御部４２に対して制御を行う。
【００２４】
５０はデジタルカメラ１００全体を制御するシステム制御回路、５２はシステム制御回路５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリである。５４はシステム制御回路５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する液晶表示装置、スピーカー等の表示部である。表示部５４は、デジタルカメラ１００の操作部近辺の視認し易い位置に設置され、例えばＬＣＤやＬＥＤ、発音素子等の組み合わせにより構成されている。また、表示部５４は、その一部の機能が光学ファインダ１０４内に設置されている。
【００２５】
表示部５４の表示内容のうち、ＬＣＤ等に表示するものとしては、シングルショット／連写撮影表示、セルフタイマー表示、圧縮率表示、記録画素数表示、記録枚数表示、残撮影可能枚数表示などがある。また、シャッタスピード表示、絞り値表示、露出補正表示、フラッシュ表示、赤目緩和表示、マクロ撮影表示などもある。また、ブザー設定表示、電池残量表示、エラー表示、複数桁の数字による情報表示、記録媒体２００及び２１０の着脱状態表示、通信Ｉ／Ｆ動作表示等も可能である。また、表示部５４の表示内容のうち、光学ファインダ１０４内に表示するものとしては、合焦表示、手振れ警告表示、フラッシュ充電表示、シャッタスピード表示、絞り値表示、露出補正表示、等がある。５６は電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。
６０、６２、６４、６６、７０、７２及び７４は、システム制御回路５０の各種の動作指示を入力するための操作部であり、スイッチやダイヤル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。
【００２６】
ここで、これらの操作部の具体的な説明を行う。６０はモードダイヤルスイッチで、電源オフ、自動撮影モード、撮影モード、パノラマ撮影モード、動画撮影モード、再生モード、マルチ画面再生・消去モード、ＰＣ接続モード、テレビ受信モード等の各機能モードを切り替え設定することができる。
【００２７】
６２はシャッタスイッチＳＷ１で、シャッタボタンの操作途中でＯＮとなり、ＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理等の動作開始を指示する。６４はシャッタスイッチＳＷ２で、シャッタボタンの操作完了でＯＮとなる。撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介してメモリ３０に書き込む露光処理、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２での演算を用いた現像処理、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮・伸長回路３２で圧縮を行い、記録媒体２００或いは２１０に書き込む記録処理という一連の処理の動作開始を指示する。
【００２８】
６６は表示切替スイッチで、画像表示部２８の表示切替をすることができる。この機能により、光学ファインダ１０４を用いて撮影を行う際に、ＴＦＴ、ＬＣＤ等から成る画像表示部への電流供給を遮断することにより、省電力を図ることが可能となる。
【００２９】
７０は各種ボタンやタッチパネル等からなる操作部で、メニューボタン、セットボタン、マクロボタン、マルチ画面再生改ページボタン、フラッシュ設定ボタン、単写／連写／セルフタイマー切り替えボタン等がある。またメニュー移動＋（プラス）ボタン、メニュー移動−（マイナス）ボタン、再生画像移動＋（プラス）ボタン、再生画像移動−（マイナス）ボタン、撮影画質選択ボタン、露出補正ボタン、日付／時間設定ボタン等もある。
【００３０】
７２はユーザーが撮像画像の倍率変更指示を行うズーム操作手段としてのズームスイッチ部である。以下、ズームスイッチ７２ともいう。このズームスイッチ７２は、撮像画角を望遠側に変更させるテレスイッチと、広角側に変更させるワイドスイッチからなる。このズームスイッチ７２を用いることにより、ズーム制御部４４に撮影レンズ１０の撮像画角の変更を指示し光学ズーム操作を行うトリガとなる。また、画像処理回路２０による画像の切り出しや、画素補間処理などによる撮像画角の電子的な変更のトリガともなる。７４は被写体検出部で、被写界から特定の被写体を検出する素子などがある。特定の被写体として、顔検出する場合も考えられる。
【００３１】
８０は電源制御部で、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成されており、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。また検出結果及びシステム制御回路５０の指示に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。
【００３２】
８２はコネクタ、８４はコネクタ、８６はアルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉイオン電池等の二次電池、ＡＣアダプター等からなる電源部である。
【００３３】
９０及び９４はメモリカードやハードディスク等の記録媒体とのインタフェース、９２及び９６はメモリカードやハードディスク等の記録媒体と接続を行うコネクタである。なお、本実施形態では記録媒体を取り付けるインターフェース及びコネクタを２系統持つものとして説明している。もちろん、記録媒体を取り付けるインターフェース及びコネクタは、単数或いは複数、いずれの系統数を備える構成としても構わない。また、異なる規格のインターフェース及びコネクタを組み合わせて備える構成としても構わない。インターフェース及びコネクタとしては、ＳＤカードやＣＦ（コンパクトフラッシュ（登録商標））カード等の規格に準拠したものを用いて構成して構わない。
【００３４】
さらに、インタフェース９０及び９４、そしてコネクタ９２及び９６をＰＣＭＣＩＡカードやＣＦカード等の規格に準拠したものを用いて構成することも可能である。すなわちＬＡＮカードやモデムカード、ＵＳＢカード、ＩＥＥＥ１３９４カード、ＳＣＳＩカード、ＰＨＳ等の通信カード、等の各種通信カードを接続することにより、他のコンピュータやプリンタ等の周辺機器との間で画像データや画像データに付属した管理情報を転送し合うことが出来る。
【００３５】
１０２は、デジタルカメラ１００のレンズ１０を含む撮像部を覆うことにより、撮像部の汚れや破損を防止するバリアである保護装置である。１０４は光学ファインダであり、画像表示部２８による電子ファインダ機能を使用すること無しに、光学ファインダのみを用いて撮影を行うことが可能である。また、光学ファインダ１０４内には、表示部５４の一部の機能、例えば、合焦表示、手振れ警告表示、フラッシュ充電表示、シャッタスピード表示、絞り値表示、露出補正表示などが設置されている。
【００３６】
１１０は通信部でＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＬＡＮ、無線通信、等の各種通信機能を有する。１１２は通信部１１０により画像処理装置１００を他の機器と接続するコネクタ或いは無線通信の場合はアンテナである。
【００３７】
２００はメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。記録媒体２００は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０２、デジタルカメラ１００とのインタフェース２０４、デジタルカメラ１００と接続を行うコネクタ２０６を備えている。
【００３８】
２１０はメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。記録媒体２１０は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２１２、デジタルカメラ１００とのインタフェース２１４、デジタルカメラ１００と接続を行うコネクタ２１６を備えている。
【００３９】
図２は、本実施形態における、一部の受光素子が調光用の受光素子となされる撮像素子の受光部を図示した図である。受光素子を含む画素が隙間なく配列されている中に図２のように調光用受光素子として利用される画素（調光用画素）が配置されている。
【００４０】
図３は、画像用画素中に配置された調光用画素の回路の略図である。画像用画素が信号読み出し用の回路構成にされているのに対し、調光用画素では受光素子出力がそのまま出力されるようになっている。
【００４１】
図４は、調光用画素の出力の先の回路構成を示した図である。４−１は増幅回路であり、調光用画素の出力信号を増幅している。４−２は信号選択回路であり、予め与えられた信号選択指示により選択された信号のみを出力する。４−３は第１の加算平均回路であり、信号選択回路４−２の出力信号を全て加算平均する処理を行い１つの信号を出力する。４−４は積分回路であり、リセット入力部を備えている。リセット信号の入力がなされてから次のリセット信号の入力がなされるまで入力信号電荷を蓄積して蓄積電荷に応じた電圧値を出力する。４−５は比較回路であり、与えられた目標電圧値と入力される積分回路４−４の出力電圧値を比較し、２値の出力がなされる。この信号をフラッシュ４８の発光停止トリガに使用することで、フラッシュ４８の発光量のリアルタイム制御が可能となる。４−６はサンプルホールド回路であり、積分回路４−４の出力電圧値を任意のタイミングでサンプルホールドすることができる。４−７はＡ／Ｄ変換器であり、サンプルホールド回路４−６でサンプルホールドされた電圧値をデジタル信号に変換し、デジタル変換された信号は露光制御部４０で読み込むことができる構成となっている。
【００４２】
図５は、信号選択回路の概要を説明する図であり、調光用画素を明示した受光部の図と信号選択回路から成る。調光用画素の出力が信号選択回路に入力される前に、図のように複数の信号毎に第２の加算平均回路に入力され、信号が領域毎に加算平均された後に信号選択回路に入力される。第２の加算平均回路の処理は、入力信号が加算されるだけでもよく、同時に信号増幅されるような回路構成でもよい。信号選択回路は図５のようにＳｅｌｅｃｔｏｒとスイッチから成り、Ｓｅｌｅｃｔｏｒには予め与えられた信号選択指示が入力され、その指示に従ってスイッチのＯＮ／ＯＦＦを決定している。信号選択指示は信号選択回路が備えるシリアル信号受信部でシリアル通信を受けて与えられる構成となっている。
【００４３】
なお、第２の加算平均回路は、複数の調光用の受光素子を複数のグループごとに分け、その複数のグループごとに信号を加算平均または加算して、複数のグループのそれぞれにつき１つの信号を生成し、生成された信号を信号選択回路に出力する。また、複数のグループは、図５に示すように、撮像素子の受光部を複数の合同な長方形で区切った領域に含まれる測光用の受光素子のグループである。さらに、複数の測光用の受光素子は、撮像素子の受光部に均一な密度で配置されている。
【００４４】
図６は、フラッシュ撮影処理のフローチャートである。デジタルカメラ１００の撮影モードがＰｏｗｅｒＯｎされると、Ｓ６０１に示すシステム起動が行われる。これはシステム制御回路５０を初め、撮像素子１４やメモリ３０など、デジタルカメラシステムの動作開始を示す。システム起動が終了した時点で、画像表示部２８にはライブ画が表示され、操作部７０からの記録開始トリガ入力を待機する状態（撮影待機状態）となる。この段階で、操作部７０の操作部材操作により、デジタルカメラの撮影に関する設定を行うことが可能となっている。ユーザーはフラッシュ撮影の許可／禁止、フラッシュ強制発光などの設定を行うことが可能である。Ｓ６０２は、撮影待機状態におけるフラッシュ設定の確認を示している。即ち、ユーザーによるフラッシュ設定に従い、フラッシュ撮影が行われる可能性のある状態であるならばＳ６０３へと進み、フラッシュ４８では発光に必要なエネルギーを蓄えるメインコンデンサの充電制御が開始される。Ｓ６０４、Ｓ６０５、Ｓ６０６はそれぞれ、ＡＥ、ＡＦ、ＷＢ処理を表し、ライブ画を適正な露出、ピント、色で表示できるようにフィードバック制御を繰り返すものである。Ｓ６０７で操作部７０からの撮影準備指示入力であるＳＷ１の有無を確認し、入力が無い場合にＳ６０２に戻っているのはそのフィードバック制御を示している。Ｓ６０７でＳＷ１入力を検知すると、撮影準備が行われる。まずＳ６０８で撮影用のＡＥが行われ、続いてＳ６０９で撮影用のＡＦが行われる。Ｓ６１０では発光判断が行われる。発光判断基準は様々であり、強制発光ならば常にＹｅｓ、それ以外の発光許可状態であれば、露光時間、逆光判定などの条件に従い、発光を行うかどうかを判断する。Ｓ６１０での発光判定でＮｏ（非発光）であった場合、Ｓ６１４の、操作部７０からの撮影指示トリガ入力（ＳＷ２）を待機する状態へと移行する。Ｓ６１０での発光判定がＹｅｓだった場合、撮影時の発光に備えて再度のメインコンデンサ１１７の充電状態チェックが行われる（Ｓ６１３）。この時点で充電電圧が目標充電レベルに達しているならばそのままＳ６１４のＳＷ２待機状態へと移行するが、目標充電レベルに達していない場合はＳ６１２で補充電を行い、目標充電レベルに達してからＳ６１４へと進む。ＳＷ２が入力されると、Ｓ６１５へと進み、非発光の場合はＳ６２１の非発光撮影が行われ、発光の場合はＳ６１６へと進む。
【００４５】
Ｓ６１６では、撮像素子１４の調光用画素の信号選択回路に対して調光領域を設定する。調光領域としては、被写体検出部７４の機能を用いて撮影シーンに適した領域を選択することが可能である。図７は、被写体検出部７４の機能である顔検出機能を用いて調光領域選択を行う場合を例示したものである。７−１は画像データであり、撮像素子１４の画像用画素信号をタイミング発生回路の発生する信号に基づいて読み出した画像信号を示している。画像データは画像処理回路２０にて画素補間や変倍処理が施された後、画像表示部２８でのライブ画表示に使用されると同時に被写体検出部７４などの回路でも使用されている。画像処理回路２０では、撮像素子の欠陥画素の信号を補間する画素補間処理も施されるが、画素信号が読み出されない調光用画素のデータも欠陥画素として補間される。７−１のような画像データに被写体検出部７４の顔検出機能を適用すると、７−２に示すように顔が検出されて顔領域が枠として抽出される。７−３は検出された顔枠だけを図示したものである。この顔枠情報は、画像センサ（撮像素子）の画像用画素出力信号から得られた画像データに基づいて得られたものであるが、調光用画素も画像センサ上に配置されたものであり、顔枠情報は調光用画素の調光選択領域として適用することができる。７−４では、７−３で図示した枠情報に対応した選択データを信号選択回路に設定していることを示している。このような構成により、７−５のように、被写体検出部７４の出力に応じた調光領域を選択することが可能となる。
【００４６】
図６の説明に戻り、Ｓ６１７へと進む。Ｓ６１７では撮像素子１４の調光用画素の比較回路に、画像用画素出力から得られた画像データの目標輝度値に対応する、調光用画素出力の積分電圧値を設定する。このとき、Ｓ６０６のＷＢ演算結果や被写体検出部７４により検出された被写体の種類や距離あるいは逆光や夜景など撮影シーンに応じて、目標輝度値を変更している。
【００４７】
Ｓ６１８でフラッシュ４８の発光開始トリガを設定する。フラッシュ発光タイミングには、撮影用露光開始タイミングと同期して発光開始する先幕シンクロ、撮影用露光終了タイミングに近いタイミングで発光する後幕シンクロがある。ユーザーからの操作やシステム制御部５０での設定により先幕シンクロが指示されていた場合は、露光開始タイミングと同期して発光開始するようにフラッシュ４８に設定する。後幕シンクロが指示されていた場合は、露光開始からＳ６０８でＡＥにより決められた露光時間経過したタイミングで発光開始するようにフラッシュ４８に設定する。このとき、機械式シャッタ１２はＳ６０８でＡＥにより決められた時間では閉じず、調光用画素信号の積分値がＳ６１７で設定した比較回路の目標電圧値に達したときにアサートされる信号をトリガとしてフラッシュ４８の発光を停止すると同時に機械式シャッター１２を閉じる。所定時間経過しても積分値が目標電圧値に達しない場合も機械式シャッター１２を閉じる。この方式によれば、Ｓ６０８でＡＥにより決められた露出値よりも露出オーバーとなるが、後幕シンクロ設定を許可する露光時間を想定されるフラッシュ発光時間よりも十分に長い時間（例えば１／８０秒くらい）に設定することで、後幕シンクロが行われるシーンにおいては露出オーバー分は誤差範囲内の軽微なものとなる。
【００４８】
Ｓ６１９では、調光用画素の積分回路の積分値を露光開始タイミングと同期してリセットする設定を行う。Ｓ６２０では、フラッシュ撮影を行う。なお、調光用画素の積分回路の信号は、画像用の受光素子からの信号の読み出しとは独立したタイミングで読みだすことができる。
【００４９】
Ｓ６１６での調光領域設定において、被写体検出部７４により調光の対象とすべき被写体が検出できていない場合、プリ発光を行うことで被写体の検出を行う。図８は、プリ発光を行う場合のフローチャートを示したものである。Ｓ８１５は、図６のＳ６１５と同じであり、Ｓ８２２〜Ｓ８２４は図６のＳ６２２〜Ｓ６２４と同じである。プリ発光の反射率による被写体検出を行うためのフローが、Ｓ８２５からＳ８２８までである。
【００５０】
図９はこのフローに対応するタイミングチャートである。Ｓ８２５ではＳ８２２同様、画像用画素の露光開始タイミングで調光用画素の積分回路がリセットされるよう設定する。続いてＳ８２６で、調光用画素の比較回路に、画像用画素出力から得られる画像データが飽和しない程度の輝度値に相当する積分電圧値を設定する。また設定した積分電圧値に達しなくても所定のプリ発光量が発光されたら発光を停止するように発光時間設定も行っておく。Ｓ８２７で、画像用画素の露光と同時に調光用画素の積分回路がリセットされて新たに積分が開始され、画像用画素の露光終了タイミングから上記の発光時間設定の時間だけ手前のタイミングでフラッシュ４８を発光（プリ発光）させる。プリ発光は設定した積分電圧値に達したタイミングまたは露光期間終了タイミングにおいて発光停止される制御となる。この方法をとることにより、被写体が非常に至近にあった場合であってもやや距離のある場所にあった場合であっても、白飛びしてしまうことや発光が届かないことを防ぐことができる。
【００５１】
Ｓ８２８の調光領域演算は、画像用画素から読み出した画像データに基づいて演算を行う。外光のみによる画像データと、外光＋プリ発光反射光による画像データの輝度比較から、反射率の大きな領域、その中で全反射はしていないと判断できる領域などを抽出し、画像データの中心近傍に分布している領域を調光すべき被写体と判断する。外光量が非常に小さいために被写体検出部７４で被写体検出ができなかった場合を考慮して、プリ発光反射光を含む画像データから被写体検出部７４で再度被写体検出処理を行っても良い。Ｓ８１６の調光領域設定の後、再度調光領域だけの外光量を取得して図６のように発光制御してもよいが、Ｓ８２３で取得された画像用画素出力に基づく画像データから所望の発光停止積分電圧値を算出しても良い。Ｓ８１７以降は図６のＳ６１７以降と同じである。
【００５２】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写界を撮像する画像用の受光素子と、前記被写界からの光を測光する測光用の受光素子とを備える撮像素子と、
複数の前記測光用の受光素子の信号から、撮像の際の測光に用いる測光用の受光素子からの信号を選択する選択回路と、
前記選択回路からの出力を加算平均して１つの信号を出力する第１の加算平均回路と、
前記第１の加算平均回路からの出力を所定の信号が入力されるまで蓄積して、蓄積された電荷に応じた電圧値を出力する積分回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記積分回路の出力を、前記画像用の受光素子からの信号の読み出しとは独立したタイミングで読み出す読み出し手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
複数の前記測光用の受光素子を複数のグループに分け、該複数のグループごとに前記測光用の受光素子の信号を加算平均または加算して、前記複数のグループのそれぞれにつき１つの信号を生成し、生成された信号を前記選択回路に出力する第２の加算平均回路をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数のグループは、前記撮像素子の受光部を複数の合同な長方形で区切った領域に含まれる前記測光用の受光素子のグループであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
複数の前記測光用の受光素子は、前記撮像素子の受光部に均一な密度で配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１】
被写界を撮像する画像用の受光素子と、前記被写界からの光を測光する測光用の受光素子とを備える撮像素子と、
複数の前記測光用の受光素子の信号から、撮像の際の測光に用いる測光用の受光素子からの信号を選択する選択回路と、
前記選択回路からの出力を加算平均して１つの信号を出力する第１の加算平均回路と、
前記第１の加算平均回路からの出力を所定の信号が入力されるまで蓄積して、蓄積された電荷に応じた電圧値を出力する積分回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記積分回路の出力を、前記画像用の受光素子からの信号の読み出しとは独立したタイミングで読み出す読み出し手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
複数の前記測光用の受光素子を複数のグループに分け、該複数のグループごとに前記測光用の受光素子の信号を加算平均または加算して、前記複数のグループのそれぞれにつき１つの信号を生成し、生成された信号を前記選択回路に出力する第２の加算平均回路をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数のグループは、前記撮像素子の受光部を複数の合同な長方形で区切った領域に含まれる前記測光用の受光素子のグループであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
複数の前記測光用の受光素子は、前記撮像素子の受光部に均一な密度で配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２４９１９５（Ｐ２０１２−２４９１９５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２０９８７（Ｐ２０１１−１２０９８７）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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