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図面 (11)

課題

測光及び焦点検出各々に対して適した画素露光時間を設定することを可能にした撮像装置を提供すること。

解決手段

本発明の一側面としての撮像装置は、画素毎或いは画素グループ毎に露光時間を変更可能な撮像手段と、前記撮像手段により得られた撮影画像から測光値演算する測光値演算手段と、前記撮像手段により得られた撮影画像から焦点検出を行う焦点検出手段と、前記画素或いは画素グループ毎の露光時間を、前記測光値に基づいて露光時間を設定する露光時間設定手段と、前記撮像手段の画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を、前記露光時間設定手段の設定値に基づいて制御する露光時間制御手段と、を有し、前記測光値に基づく露光時間の設定値は、測光用と、焦点検出用とで異なることを特徴とする。

概要

背景

従来、撮像素子の各画素に対する露光時間を制御して、撮影画像ダイナミックレンジを拡大する手法が提案されている。特許文献1には、画素グループ毎に露光時間を変更可能な撮像素子により、画素グループ毎の測光値を評価し、該測光値評価結果に基づいて画素グループ毎の露光時間を決定する方法が開示されている。明るい被写体露出領域では露光時間を短くし、暗い被写体露出領域では露光時間を長くすることで、ダイナミックレンジを拡大する事が出来る。

一方で、特許文献2には、撮影画像のスルー画像を表示するライブビュー撮影において、焦点検出画素グループの露光時間を表示画素グループの露光時間とは独立して変更する事で、ライブビュー表示によくない影響を与えることなく、焦点検出画素グループの露出を適正化する手法が開示されている。焦点検出用の画素と表示用の画素を別々に有する撮像素子では、ライブビュー表示を行いながら焦点検出用画素を使用して合焦状態を算出し、AFオートフォーカス)制御を行うことができる。しかしながら、画素グループ毎に露光時間を変更できない撮像素子では、AFに最適な露出条件に設定すると、表示にとっては最適と言えず、よくない影響を及ぼすことがあった。特許文献2の手法により、この課題を解決できる。

概要

測光及び焦点検出各々に対して適した画素毎露光時間を設定することを可能にした撮像装置を提供すること。 本発明の一側面としての撮像装置は、画素毎或いは画素グループ毎に露光時間を変更可能な撮像手段と、前記撮像手段により得られた撮影画像から測光値を演算する測光値演算手段と、前記撮像手段により得られた撮影画像から焦点検出を行う焦点検出手段と、前記画素或いは画素グループ毎の露光時間を、前記測光値に基づいて露光時間を設定する露光時間設定手段と、前記撮像手段の画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を、前記露光時間設定手段の設定値に基づいて制御する露光時間制御手段と、を有し、前記測光値に基づく露光時間の設定値は、測光用と、焦点検出用とで異なることを特徴とする。

目的

本発明の目的は、測光及び焦点検出各々に対して適した画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を設定することを可能にした撮像装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

画素毎或いは画素グループ毎露光時間を変更可能な撮像手段と、前記撮像手段により得られた撮影画像から測光値演算する測光値演算手段と、前記撮像手段により得られた撮影画像から焦点検出を行う焦点検出手段と、前記画素或いは画素グループ毎の露光時間を、前記測光値に基づいて露光時間を設定する露光時間設定手段と、前記撮像手段の画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を、前記露光時間設定手段の設定値に基づいて制御する露光時間制御手段と、を有し、前記測光値に基づく露光時間の設定値は、測光用と、焦点検出用とで異なることを特徴とする撮像装置

請求項2

前記露光時間設定手段は、前記測光値の最小値に対して露光時間の最大値を設定し、前記測光値の最大値に対して露光時間の最小値を設定し、前記測光値の最小値から最大値までの間の値に対しては、前記露光時間の最大値から最小値までの値を補間して設定す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

前記露光時間設定手段は、前記露光時間の最大値及び最小値を、測光用と、焦点検出用とで異なる設定値にすることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。

請求項4

前記露光時間設定手段は、前記測光用の露光時間の最大値を、前記焦点検出用の露光時間の最大値より短い時間に設定し、前記測光用の露光時間の最小値を、前記焦点検出用の露光時間の最小値より長い時間に設定す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

前記測光値に対する前記撮像手段の画素の出力値を設定する画素出力値設定手段を有し、前記露光時間設定手段は、前記露光時間を、前記出力値に基づいて設定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。

請求項6

前記画素出力値設定手段は、前記測光値の最小値に対して出力値の最小値を設定し、前記測光値の最大値に対して出力値の最大値を設定し、前記測光値の最小値から最大値までの間の値に対しては、前記出力値の最小値から最大値までの値を補間した出力値を設定することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。

請求項7

前記画素出力値設定手段は、前記出力値の最大値及び最小値を、前記測光用と、前記焦点検出用とで異なる設定値にすることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。

請求項8

前記画素出力値設定手段は、前記測光用の出力値の最大値を、前記焦点検出用の出力値の最大値より大きい値に設定し、前記測光用の出力値の最小値を、前記焦点検出用の出力値の最小値より小さい値に設定することを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。

請求項9

画素毎或いは画素グループ毎に露光時間を変更可能な撮像手段と、測光値を演算する測光値演算手段と、前記撮像手段により取得した撮影画像に第1の画像領域と、第1の画像領域より大きい第2の画像領域とを設定し、前記測光値演算手段により取得した前記第1の画像領域における測光値から前記第1の画像領域に対応する画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を算出し、前記測光値演算手段により取得した前記第2の画像領域における測光値から前記第2の画像領域に対応する画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を算出し、前記画素或いは画素グループ毎の露光時間を、前記算出した露光時間に設定する露光時間設定手段と、前記撮像手段の画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を、前記露光時間設定手段による設定値に基づいて制御する露光時間制御手段と、を有する撮像装置。

請求項10

前記撮像手段により得られた撮影画像から焦点検出を行う焦点検出手段と、複数の焦点検出領域から一つの焦点検出領域を選択する焦点検出領域選択手段と、を有し、前記第1の画像領域は前記焦点検出領域選択手段により選択された焦点検出領域を含み、前記第2の画像領域は前記第1の画像領域を含むことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。

請求項11

前記焦点検出領域選択手段は、第1のモードにおいては、ユーザが任意に一つの焦点検出領域を選択可能であり、第2のモードにおいては、ユーザが複数の焦点検出領域をまとめたゾーンを選択可能であり、第3のモードにおいては、全焦点検出領域から自動選択で複数の焦点検出領域を選択可能であり、第1のモードにおいては、前記第1の画像領域は選択された一つの焦点検出領域を含み、第2のモードにおいては、前記第1の画像領域は選択されたゾーンを含み、第3のモードにおいては、前記第1の画像領域は自動選択された複数の焦点検出領域を含むことを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。

請求項12

前記撮像手段により得られた撮影画像から焦点検出を行う焦点検出手段と、撮影画像から被写体を検出する被写体検出手段と、を有し、前記第1の画像領域は前記被写体検出手段により検出された被写体領域を含み、前記第2の画像領域は前記第1の画像領域を含むことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。

請求項13

前記焦点検出手段による焦点検出結果に基づく複数のオートフォーカスモードを選択するオートフォーカスモード選択手段を有し、第1のモードは、被写体へ合焦した後にフォーカスを固定するワンショットフォーカスモードであり、第2のモードは、合焦した被写体が移動した場合にフォーカスを追従して被写体に合焦し続けるサーボフォーカスモードであり、前記サーボフォーカスモード時は、前記ワンショットフォーカスモード時よりも、前記第1の画像領域を大きくすることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。

請求項14

被写体の動き量を検出する動き量検出手段を有し、前記第1の画像領域の大きさを、前記動き量検出結果の検出結果に基づいて決定することを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。

請求項15

前記撮像手段は、前記撮像手段の画素を領域毎に少なくとも測光用と焦点検出用の2つの用途に分けて使用することが可能であることを特徴とする請求項1又は9に記載の撮像装置。

請求項16

前記撮像手段は、撮影フレーム毎に用途を変更して動作させる動作制御手段を有し、前記動作制御手段は、第1のフレームは測光用として動作し、第2のフレームは焦点検出用として動作するように制御することを特徴とする請求項1又は9に記載の撮像装置。

請求項17

前記撮像装置は、少なくとも2種類の測光モードを有し、前記露光時間設定手段は、前記2種類の測光モードのうち第1の測光モードにおいては、前記画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を、画素毎或いは画素グループ毎に異なる既定の値に設定する事を特徴とする請求項1又は9に記載の撮像装置。

請求項18

前記2種類の測光モードのうち第2の測光モードにおいては、前記露光時間設定手段は、前記第1の測光モードにより取得した測光値に基づいて、前記画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を設定することを特徴とする請求項17に記載の撮像装置。

請求項19

前記露光時間設定手段は、前記第1の画像領域及び第2の領域各々における前記測光値の最小値に対する前記露光時間の最大値を設定し、前記第1の画像領域及び第2の領域各々における前記測光値の最大値に対する前記露光時間の最小値を設定し、前記第2の領域の測光値の最小値から前記第1の領域の測光値の最小値までの間の値及び第1の領域の測光値の最小値から前記第1の領域の測光値の最大値までの間の値及び第1の領域の測光値の最大値から前記第2の領域の測光値の最大値までの間の値に対して、各々補間した露光時間を設定することを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。

請求項20

前記測光値に対する前記撮像手段の画素の出力値を設定する画素出力値設定手段を有し、前記画素出力値設定手段は、前記第1の画像領域及び第2の領域各々における前記測光値の最小値に対する前記出力値の最小値を設定し、前記第1の画像領域及び第2の領域各々における前記測光値の最大値に対する前記出力値の最大値を設定し、前記第2の領域の測光値の最小値から前記第1の領域の測光値の最小値までの間の値及び第1の領域の測光値の最小値から前記第1の領域の測光値の最大値までの間の値及び第1の領域の測光値の最大値から前記第2の領域の測光値の最大値までの間の値に対して、各々補間した値を設定し、前記露光時間設定手段は、前記露光時間を、前記出力値に基づいて設定することを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。

請求項21

前記撮像手段により得られた撮影画像の表示する表示手段を有し、前記露光時間設定手段は、表示用の露光時間は、測光値に対する露光時間設定値の関係が線形となり、焦点検出用の露光時間は、測光値に対する露光時間設定値の関係が非線形となるように設定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。

請求項22

前記撮像手段は位相差検出用の画素を有し、前記露光時間設定手段は、前記位相差検出用の画素の内、位相差を検出する組みとなる画素の露光時間が、同じになるように設定することを特徴とする請求項1又は9に記載の撮像装置。

請求項23

コンピュータを、請求項1乃至22のいずれか1項に記載された電子機器の各手段として機能させるためのプログラム

請求項24

コンピュータを、請求項1乃至22のいずれか1項に記載された電子機器の各手段として機能させるためのプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体

技術分野

0001

本発明は、撮像画素或いは画素グループ単位露光制御を行う撮像装置に関する。

背景技術

0002

従来、撮像素子の各画素に対する露光時間を制御して、撮影画像ダイナミックレンジを拡大する手法が提案されている。特許文献1には、画素グループ毎に露光時間を変更可能な撮像素子により、画素グループ毎の測光値を評価し、該測光値評価結果に基づいて画素グループ毎の露光時間を決定する方法が開示されている。明るい被写体露出領域では露光時間を短くし、暗い被写体露出領域では露光時間を長くすることで、ダイナミックレンジを拡大する事が出来る。

0003

一方で、特許文献2には、撮影画像のスルー画像を表示するライブビュー撮影において、焦点検出画素グループの露光時間を表示画素グループの露光時間とは独立して変更する事で、ライブビュー表示によくない影響を与えることなく、焦点検出画素グループの露出を適正化する手法が開示されている。焦点検出用の画素と表示用の画素を別々に有する撮像素子では、ライブビュー表示を行いながら焦点検出用画素を使用して合焦状態を算出し、AFオートフォーカス)制御を行うことができる。しかしながら、画素グループ毎に露光時間を変更できない撮像素子では、AFに最適な露出条件に設定すると、表示にとっては最適と言えず、よくない影響を及ぼすことがあった。特許文献2の手法により、この課題を解決できる。

先行技術

0004

特開2012−175234号公報
特開2009−49858号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、測光或いは焦点検出各々に適した露光時間設定に関しては議論されていない。本来、測光及び焦点検出には各々適した露光時間を存在する。

0006

そこで、本発明の目的は、測光及び焦点検出各々に対して適した画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を設定することを可能にした撮像装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一側面としての撮像装置は、
画素毎或いは画素グループ毎に露光時間を変更可能な撮像手段と、
前記撮像手段により得られた撮影画像から測光値を演算する測光値演算手段と、
前記撮像手段により得られた撮影画像から焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記画素或いは画素グループ毎の露光時間を、前記測光値に基づいて露光時間を設定する露光時間設定手段と、
前記撮像手段の画素毎或いは画素グループ毎の露光時間を、前記露光時間設定手段の設定値に基づいて制御する露光時間制御手段と、
を有し、
前記測光値に基づく露光時間の設定値は、測光用と、焦点検出用とで異なることを特徴とする。

発明の効果

0008

本発明によれば、測光及び焦点検出各々に対して適した画素毎露光時間を設定可能な撮影装置の提供を実現できる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の実施例1に係る撮像装置の処理動作を示すフローチャートである。
本発明の実施例に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
本発明の実施例に係る撮像素子の画素構成回路、及び露光制御処理を示す図である。
本発明の実施例に係る1フレーム撮影で表示及び測光用画像焦点検出用画像を取得する方法を示す図である。
本発明の実施例に係るプリ測光モードにおける画素グループ毎の露光時間制御方法を示す図である。
本発明の実施例に係る測光値、露光時間、画素出力値の関係を示すグラフである。
本発明の実施例に係る測光値と露光時間の関係を示す図である。
本発明の実施例に係る1フレームで表示及び測光用画像と焦点検出用画像を取得する方法と、1フレーム毎交互に表示及び測光用画像と焦点検出用画像を取得する方法との差異を説明するためのタイムチャートである。
本発明の実施例2に係る撮像装置の処理動作を示すフローチャートである。
本発明の実施例2に係る撮像装置の第1の画像領域と第2の画像領域を説明するための図である。

0010

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

0011

<撮像装置の構成>
図2は本発明の第1の実施形態に係る表示装置を備えたレンズユニット交換式撮像装置100の構成を示すブロック図である。

0012

120は撮像装置100全体を制御するシステム制御部である。

0013

121は撮像素子であり、例えばCMOSイメージセンサなどによって構成される。レンズ210、絞り211、レンズマウント102及び202、シャッター144を介して不図示の被写体の光学像結像し、その光学像を電気信号に変換する。なお、本撮像素子121は、撮像面位相差AFを可能にするための画素部をアレイ状に並べている。また、本撮像素子は、画素グループ毎の露光時間制御を可能にしている。説明は後述する。

0014

122はA/D変換部であり、撮像素子121のアナログ信号出力デジタル信号に変換する。A/D変換部122でA/D変換されたデジタル信号は、メモリ制御部125及びシステム制御部120により制御され、メモリ126に格納される。A/D変換部は撮像素子121と同一チップ上の構成としてもよいし、撮像素子121と異なるチップ上にある構成としてもよい。

0015

119は撮像素子121の露光時間制御部であり、システム制御部からの指示に従い、画素グループ毎の露光時間を変更するための制御信号を撮像素子121に出力する。詳細は後述する。

0016

123は画像処理部であり、A/D変換部122でA/D変換されたデジタル信号のデータ或いはメモリ制御部125からのデータに対して所定の画素補間処理色変換処理を行う。画像処理部123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も備える。メモリ126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126に書き込むことも可能である。ディスプレイ153及びEVF151の表示画像データを生成し、明るさ調整、コントラスト調整ガンマ補正カラーバランス調整等の種々の画像処理を行うことも可能である。

0017

124はAE演算部である。AE(自動露出)処理を行うために、撮影画像から測光値を演算することができる。AE処理の詳細については、後述する。

0018

125はメモリ制御部である。A/D変換部122、画像処理部123、AE演算部124、AF信号処理部129、露光時間算出部130、顔検出部156、動き量検出部157、ディスプレイ駆動部152、EVF駆動部150、外部着脱メモリ部128とメモリ126間のデータ送受を制御する。A/D変換部122のデータが画像処理部123、メモリ制御部125を介して、或いはA/D変換部122のデータが直接メモリ制御部125を介して、メモリ126に書き込まれる。

0019

126は撮影した静止画像及び動画像再生用表示のための画像のデータを格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像や動画像を格納するのに十分な記憶量を備える。なお、メモリ126はシステム制御部120のプログラムスタック領域、ステータス記憶領域演算用領域、ワーク用領域、画像表示データ用領域が確保されている。各種の演算は、メモリ126の演算用領域を利用し、システム制御部120により実行される。

0020

127は電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばフラッシュメモリやEEPROM等が用いられる。不揮発性メモリ127には、撮影状態の保存や、撮像装置100を制御するプログラムが格納されている。

0021

129はAF信号処理部であり、撮像素子121からA/D変換部122を通して出力されるAF用の2つの像信号を基に、相関演算を行い、デフォーカス量、信頼性情報(二像一致度、二像急峻度コントラスト情報飽和情報キズ情報等)を算出する。算出したデフォーカス量と、信頼性情報をシステム制御部120へ出力する。AF処理の詳細については、後述する。

0022

128はコンパクトフラッシュ登録商標)やSDカードといった記録媒体画像ファイルの記録や読出を行うための外部着脱メモリ部である。

0023

131は電源部であり、電池電池検出回路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、検出結果及びカメラ制御部140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、各ブロック部へ供給する。

0024

140はカメラ制御部であり、シャッター制御部141、レンズ制御部204、ストロボ発光制御部302との送受信によりカメラとしての一連の動作を制御する。また、カメラ全体の電源制御や、カメラの動作モードの遷移制御を行う。

0025

141はシャッター制御部であり、AE演算部124からの露出情報に基づいて、絞り211を制御するレンズ制御部203と連携しながら、シャッター144を制御する。

0026

132、133、134、135、136、137及び138は、カメラ制御部140への各種の動作指示を入力するための操作手段である。操作手段は、スイッチやダイヤル、等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。ここで、これらの操作手段の具体的な説明を行う。132は再生表示スイッチであり、ディスプレイ153に所定の画像データを表示する再生表示モード操作ができる。外部着脱メモリ部128に格納された画像ファイルを再生表示する場合は、必ずこの再生スイッチ132により操作する。また、再生表示モードにてこの操作が行われた場合には、再生表示モードから撮影モードへの切り替えができる。

0027

133はメニュースイッチであり、ディスプレイ153に各種項目一覧を表示する。この表示内容としては撮影に関する状態設定、記録媒体のフォーマット時計の設定、現像パラメータ設定、及びユーザ機能設定(カスタム機能の設定)がある。

0028

134はモードダイアルである。自動撮影モードプログラム撮影モードシャッター速優先撮影モード、絞り優先撮影モード、マニュアル撮影モードポートレート撮影モード風景撮影モードスポーツ撮影モード夜景撮影モード動画モード等の各機能撮影モードを切り替えることができる。

0029

135はレリーズスイッチであり、レリーズスイッチの半押し(SW1)及び全押し(SW2)で各々ONとなるスイッチである。半押し状態ではAF処理、AE処理、AWB(オートホワイトバランス)処理、EF(フラッシュ調光)処理等の動作開始を指示する。全押し状態では、撮像素子121から読み出した信号をA/D変換部122、メモリ制御部125を介してメモリ126に画像データを書き込む撮像処理、画像処理部123やメモリ126での演算を用いた現像処理を行う。さらに、メモリ126から画像データを読み出し、画像処理部123で圧縮を行い、外部着脱メモリ部128に画像データを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。

0030

136は各種ボタンスイッチからなる操作部であり、撮影モード、連写モード、セット、マクロページ送りフラッシュ設定メニュー移動ホワイトバランス選択、撮影画質選択、露出補正、日付/時間設定ができる。さらにライブビュー撮影開始及び停止を行うスイッチや、上下左右方向スイッチ再生画像ズーム倍率変更スイッチ、撮影直後に撮影画像を自動再生するクイックレビューON/OFFスイッチ、再生画像を消去するスイッチがある。ディスプレイ153及びEVF151の画像表示ON/OFFスイッチも兼ねている。その他、レリーズスイッチ半押し状態でAFの合焦状態を保ち続けるワンショットAFモードと、連続してAF動作を続けるサーボAFモードとを設定するAFモード設定スイッチ等がある。また上下左右方向スイッチを使って、EVF151やディスプレイ153に表示される、現在オートフォーカスが行われている測距点を示す枠(AF枠)を移動することができる。また、AF設定を1点選択、ゾーン選択、或いは自動多点選択のいずれにするか選択するAF領域選択スイッチがある。ここで、1点選択とは、ユーザが任意のAF枠を1点選択できる機能である。また、ゾーンAFとは、AF枠全体を複数のゾーンに分け、ユーザが選択したゾーンの中の何れか1点のAF枠をカメラが選択し、選択したAF枠に基づいて焦点調節する機能である。一方で自動多点選択とは、カメラ側が被写体の構図に合わせて自動で複数のAF枠を選択する機能である。

0031

137は電子ダイヤルであり、シャッタースピード、絞り値、露出等を設定することができる。

0032

138は電源スイッチであり、撮像装置100の電源オン電源オフの各モードを切り替え設定することができる。また、撮像装置100に接続されたレンズユニット200、ストロボユニット300、記録媒体等の各種付属装置の電源オン、電源オフの設定も合わせて切り替え設定することができる。

0033

139はタイマーであり、時計機能カレンダー機能タイマーカウンター機能、アラーム機能があり、スリープモードへの移行時間や、アラーム通知等のシステム管理に用いられる。

0034

150はEVF駆動部であり、EVF151を駆動するための駆動タイミング信号を供給する。

0035

151はEVFであり、有機L型液晶型等により構成される。後述のディスプレイ153と同様に、システム制御部120の指示により、メニュー画面、画像ファイル、ライブビュー表示等が可能である。ディスプレイ153及びEVF151は、操作ボタン136等により各々の表示を独立にON/OFF制御することが可能であり、同時に表示することも当然のことながら可能である。EVF151には、AF枠や、カメラの設定状態を表すアイコンなどを表示することができる。

0036

152はディスプレイ駆動部であり、ディスプレイ153を駆動するための駆動タイミング信号を供給する。

0037

153はディスプレイであり、有機EL型や液晶ディスプレイ型等により構成される。154はバックライト照明であり、LEDや蛍光管、有機EL等の光源及び光を面発光にするための導光板反射板拡散板から構成されている。ディスプレイ153の背面に固定されており、ディスプレイ153を背面から投光する。ディスプレイ153には、AF枠や、カメラの設定状態を表すアイコンなどを表示することができる。

0038

155はタッチパネルであり、ディスプレイ153の上に設置されている。タッチ検出方式としては、抵抗膜方式静電容量方式光学式方式等が使用される。

0039

156は顔検出部であり、撮影画像から顔領域を検出することができる。以下に顔検出方法について説明する。システム制御部120は、顔検出対象の画像データを顔検出部156に送る。システム制御部120の制御下で顔検出部156は、当該画像データに水平方バンドパスフィルタを作用させる。また、システム制御部120の制御下で顔検出部156は処理された画像データに垂直方向バンドパスフィルタを作用させる。これら水平及び垂直方向のバンドパスフィルタにより、画像データよりエッジ成分が検出される。その後、顔検出部156は、検出されたエッジ成分に関してパターンマッチングを行い、目及び、口、候補群を抽出する。そして、抽出された目の候補群の中から、予め設定された条件(例えば2つの目の距離、傾き等)を満たすものを、目の対と判断し、目の対があるもののみ目の候補群として絞り込む。そして、絞り込まれた目の候補群とそれに対応する顔を形成する他のパーツ(鼻、口、耳)を対応付け、また、予め設定した非顔条件フィルタを通すことで、顔を検出する。顔検出部156は、顔の検出結果に応じて上記顔情報を出力し、処理を終了する。このとき、顔の数などの特徴量をメモリ126に記憶する。

0040

157は動き量検出部であり、連続した2枚の静止画像を動き検出手段である動き量検出部157に入力すると、2枚の撮像画像の中に写っている被写体がどのように動いたかを動き情報動きベクトル)として検出することができる。

0041

102及び202はレンズマウントであり、撮像装置100をレンズユニット200と接続するためのインターフェイスである。101及び201は撮像装置100をレンズユニット200と電気的に接続するコネクタであり、カメラ制御部140により制御される。
111及び301はアクセサリシューであり、撮像装置100をストロボユニット300と接続するためのインターフェイスである。

0042

200は交換レンズタイプのレンズユニットであり、不図示の被写体の光学像をレンズ210から、絞り211、レンズマウント202及び102、シャッター144を介して導き、撮像素子121上に結像することができる。

0043

203はレンズユニット200全体を制御するレンズ制御部である。レンズ制御部203は、動作用の定数変数、プログラム等を記憶するメモリやレンズユニット200固有の番号等の識別情報管理情報開放絞り値や最小絞り値、焦点距離等の機能情報、現在や過去の各設定値等を保持する不揮発メモリの機能も備える。レンズ制御部203は、画像演算部124より測定された画像の合焦状態に応じて、レンズ210のフォーカシングを制御し、撮像素子121に入射する被写体像結像位置を変更することでAF動作を行うことが可能である。また、レンズ制御部203は絞り211の制御や、レンズ210のズーミングを制御する機能も兼ね備える。

0044

300はアクセサリシュー111に接続するストロボユニットである。301はアクセサリシュー111内において、ストロボユニット300と撮像装置100と電気的に接続するインターフェイスである。302はストロボユニット300全体を制御するストロボ発光制御部であり、不図示のキセノン管等の発光部に対し、AE演算部124らの露出情報に基づいて発光量や発光タイミングを制御することでEF制御を行う。

0045

<撮像素子の構成>
図3に撮像素子121の受光面の一部を示す。撮像素子121は、撮像面位相差AFを可能にするために、一つのマイクロレンズに対して光電変換手段として受光部であるフォトダイオードを2つ保持している画素部をアレイ状に並べている。これにより、各画素部で、レンズユニット200の射出瞳を分割した光束を受光することが可能になっている。

0046

図3(a)は、一つのマイクロレンズに対して光電変換手段としてのフォトダイオードを2つ保持している画素部例である。こうした構成を有する画像センサーは、各画素部から位相差AF用の2つの信号(以下、A像信号、B像信号ともいう)を出力できるようになっている。また、2つのフォトダイオードの信号を加算した表示用や撮像の記録用の信号(A像信号+B像信号)も出力できるようになっている。

0047

更に、撮像素子121は、1フレーム間の撮影にて、ディスプレイ153或いはEVF151に表示するための表示用及び測光用の測光画素と、AFに使用するAF用画素を同時に取得する事が可能である。図4を用いて詳細を説明する。400は1フレームで取得される撮影画像全体を表している。取得可能な撮影画像の画素数は、表示に必要な画素数に比べて十分に多い。401は400の一部の画素領域の拡大図を示しており、図3(a)に示す画素配列となっている。402は表示及び測光用の画素グループである。一方、403はAF用の焦点検出用画素グループである。表示に必要な最低画素数を上回る画素が402として確保され、残りの画素は403に割り当てられる。この時、本撮像素子はどの画素でもA像信号及びB像信号を読み出せるため、403で示すAF用画素グループは、撮影モード毎違う画素グループを割り当てる構成としても構わない。

0048

次に撮像素子121による読み出し方法について説明する。まず撮像素子121は、403で示すAF用画素グループを間引き、402で示す画素グループのみの読み出し1が実施される。この時、2つのフォトダイオードの信号を加算したA像信号+B像信号の形式で読み出される。また、402は表示画素に用いるには列方向に余分な画素が存在する。そこで、表示に必要な最低画素数分確保できるように、列方向に加算した画素を読み出す。例えば撮像素子の有効画素数が表示に必要な画素数の2倍あれば、隣接列を加算して1/2の数の画素列を読み出す。読み出し1により、405に示す表示及び測光用画像を取得する事が出来る。

0049

次に、撮像素子121は、403で示すAF用画素グループのみの読み出し2を実施する。このとき、まずA像信号+B像信号の形式で読み出され、406に示す焦点検出用A像+B像画像を取得する。次に、403で示すAF用画素グループのみの読み出し2を、B像画素のみ対象として実施する。AF信号処理部129にて、先に読みだされたA+B像画像から、後に読みだされたB像画像を減算する事により、A像画像を取得することができる。以上の過程により、407に示す焦点検出用A像画像と、408で示す焦点検出用B像画像を取得する事が出来る。このような撮像素子121からの出力信号を使って、AF信号処理部129が2つの像信号の相関演算を行い、デフォーカス量や各種信頼性などの情報を算出する。

0050

なお、図3では、一つのマイクロレンズに対して光電変換手段としてのフォトダイオードを2つ保持している画素部をアレイ状に並べている例を示した。この点、一つのマイクロレンズに対して光電変換手段としてのフォトダイオードを3つ以上保持している画素部をアレイ状に並べているようにしてもよい。また、マイクロレンズに対して受光部の開口位置が異なる画素部を複数有するようにしてもよい。つまり、結果としてA像信号とB像信号といった位相差検出可能な位相差AF用の2つの信号が得られるようになっていればよい。

0051

AF制御処理>
次に、システム制御部120が実行するAF制御処理について説明する。本処理は、1フレーム画像を生成するための撮像素子121からの撮像信号読み出し周期垂直同期周期)で実行される。この点、垂直同期期間(以下、フレーム期間とも呼ぶ)内に複数回繰り返すようにしてもよい。

0052

まずAF信号処理部129により、A像信号とB像信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量を演算する。

0053

次に、相関量から、A像とB像の像ずれ量を算出する。次に、像ずれ量からデフォーカス量を演算する。デフォーカス量は、その大きさが被写体像の結像位置から撮像面までの距離に相当する。デフォーカス量と像ずれ量には概ね比例の関係があり、像ずれ量からデフォーカス量を算出する事が可能である。この点、デフォーカス量は、合焦位置からの絶対的な距離やパルス数で規定してもよいし、そういった概念次元、単位の異なる相対的な概念でもよい。どれだけ合焦状態から離れていると判断できるか、どれだけフォーカス制御すれば合焦状態に移行できると判断できるかを示す量であればよい。

0054

次に、システム制御部120は、得られたデフォーカス量をカメラ制御部140に通知する。カメラ制御部140は、デフォーカス量に基づいてレンズ駆動量、および駆動方向を演算し、レンズ制御部204に駆動命令発行する。レンズ制御部204は発行された駆動命令に従い、レンズ210を駆動する事でフォーカス位置を調節し、合焦状態とする。

0055

<画素毎露光制御>
撮像素子121の画素部は図3(b)に示すように、画素グループφ1、φ2、φ3、φ4等の、既定の画素グループ毎に異なるタイミングでリセット制御信号を与えることで、画素露光時間を変更する事が出来る。

0056

各画素の構成を図3(c)に示す。図3(c)は、撮像素子121の一構成であるCMOSイメージセンサにおける画素構造を示しており、点線枠内が一画素に相当する。図3(c)において、1001はフォトダイオード(PD)、1002、1003、1004、1005はトランジスタMOSFET)、1006はフローティングディフュージョンFD)を表している。また、RESリセット信号、TXは転送信号、SELは水平線選択信号、SIGは垂直線信号を表している。

0057

撮像素子121は、まず画素電荷リセットするため、リセット信号RESを駆動してトランジスタ1003をオンし、FD1006内の蓄積電荷をリセットする。FD1006の電位が十分にリセットレベルに達したところで、水平選択信号SELによりトランジスタ1005をオンする。これにより、FD1006のリセットレベルに応じたトランジスタ1004のソース電流垂直信号線SIGに流れる。この結果、リセットレベルに相当する画素信号を得られる。

0058

次に、リセット信号RESによりトランジスタ1003をオフにし、且つ水平選択信号SELによりトランジスタ1005をオフにする。そして、転送信号TXによりトランジスタ1002をオンにする。これにより、PD1001に蓄積された電荷がFD1006へ転送される。この後、リセットレベル転送時と同じ手順で垂直信号線SIGにFDの電荷量に応じたトランジスタ1004のソース電流を流すことで、FDレベルに応じた画素信号を取得できる。

0059

次に、後段の処理にて、先に保持されていたリセットレベルに相当する画素信号と、後に得たFDレベルに相当する画素信号の差分を得る。これにより、正確な画素信号を得ることができる。該画素信号の差分は差動アンプ等の回路で構成して取得しても良いし、A/Dコンバータ122によりデジタル信号に変換した後、減算処理する構成としても構わない。

0060

以上に示した回路構成とした場合、リセット信号RESを駆動してFD1006内の蓄積電荷をリセットしてから、FD1006の電荷を水平選択信号SELにより垂直信号線SIGに伝達する読み出し動作までが、撮像素子121の露光時間となる。このため、各画素グループリセットタイミング可変とする回路構成にすることで、各画素グループの露光時間を変更する事が可能となる。図3(d)に画素グループφ1、φ2、φ3、φ4の画素露光時間を可変にする例を示す。リセットタイミングを早い順にφ2、φ4、φ1、φ3とすることで、φ2>φ4>φ1>φ3の関係にある露光時間を経ることができる。本構成では、焦点検出用信号の組となる画素であるA像画素とB像画素は、各々同じ画素露光時間となるように画素グループを形成している。本構成とすることで、AF演算が容易になる特徴がある。以上、画素グループ毎の露光時間を変更する一構成例を示したが、本発明は画素毎の露光時間の制御方式によって制約を受けるものではない。画素グループ毎の露光時間が変更可能であれば、どのような方式であっても構わない。

0061

以下、図1を参照して、本発明の第1の実施例による、撮像装置100のライブビュー撮影によるAE制御及びAF制御について説明する。撮像装置100は電源を起動すると、ライブビュー撮影モードで起動する。

0062

撮影処理フロー>
テップS101では、システム制御部120は、プリ測光モードに移行する。本モードにおいて、システム制御部120は、露光時間制御部119を通して、撮像素子121の各画素グループの露光時間を既定の露光時間に制御し、画像取得を実施する。プリ測光モードについては詳細を後述する。システム制御部120はメモリ制御部125に指示を出し、取得した画像をメモリ126に格納する。

0063

ステップS102では、システム制御部120は、メモリ制御部125に指示を出し、ステップS101でメモリ126に格納されたプリ測光画像をAE演算部124に送信する。AE演算部124は、受信したプリ測光画像から測光値を演算する。

0064

ステップS103では、システム制御部120は、ステップS102で得られた測光値を露光時間算出部130に通知する。露光時間算出部130は、受信した測光値に基づき、各画素グループの露光時間を算出する。露光時間算出方法については後述する。

0065

ステップS104では、システム制御部120は、露光時間制御部119を通して、撮像素子121の各画素グループの露光時間を、ステップS103或いはステップS108で算出した露光時間となるように制御する。

0066

ステップS105では、システム制御部120は、撮像装置100全体を制御し、撮影画像を取得する。システム制御部120はメモリ制御部125に指示を出し、取得した表示及び測光画像405、焦点検出用A像画像407及び焦点検出用B像画像408を、メモリ126に格納する。

0067

ステップS106では、システム制御部120は、メモリ制御部125に指示を出し、ステップS105でメモリ126に格納された表示及び測光画像405を画像処理部123に送信する。画像処理部123は受信した表示及び測光画像405を表示用にリサイズする。システム制御部120は、再びメモリ制御部125に指示を出し、リサイズが完了した表示用画像を、EVF駆動部150を通してEVF151に送信する。EVF駆動部150は、EVF151を駆動し、EVF151に該画像を表示する。尚、ディスプレイ駆動部152を通してディスプレイ153に表示用画像を表示する構成としても構わない。

0068

ステップS107では、システム制御部120は、メモリ制御部125に指示を出し、ステップS105でメモリ126に格納された表示及び測光画像405を、AE演算部124に送信する。AE演算部124は、受信した表示及び測光画像405から測光値を演算する。

0069

ステップS108では、システム制御部120は、ステップS107で得られた測光値を露光時間算出部130に通知する。露光時間算出部130は受信した測光値に基づき、各画素グループの露光時間をステップS103と同様に算出する。露光時間算出方法については後述する。

0070

ステップS109では、システム制御部120は、メモリ制御部125に指示を出し、ステップS105でメモリ126に格納された焦点検出用A像画像407及び焦点検出用B像画像408を、AF信号処理部129に送信する。AF129は、受信した焦点検出用A像画像407及び焦点検出用B像画像408からデフォーカス量を演算する測距演算を実施する。演算結果はシステム制御部120に通知される。

0071

ステップS110では、システム制御部120はAF操作があったか否かを判断する。具体的には、ユーザがレリーズスイッチ135の半押し(SW1)すると、カメラ制御部140はSW1を検知し、検知結果をシステム制御部120に通知する。通知を受けたシステム制御部120は、AF操作があったと判断する。ステップS110にてAF操作があったと判断されれば、ステップS111に移行する。AF操作がないと判断されれば、ステップS112に移行する。

0072

ステップS111では、システム制御部120はカメラ制御部140に、ステップS109で取得したデフォーカス量を通知する。カメラ制御部140は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量、および駆動方向を演算し、レンズ制御部204に駆動命令を発行する。レンズ制御部204は発行された駆動命令に従い、レンズ210を駆動する事でフォーカス位置を調節し、合焦状態とする。

0073

ステップS112では、システム制御部120はライブビュー撮影の終了操作があったか否かを判断する。具体的には、ユーザが電源スイッチ138をオフにするか、レンズユニット200を外すか、ライブビュー撮影終了に該当するスイッチ操作を行うか、或いは、タイマー139のカウント既定値に達してスリープモードに移行する、等の条件がある。ステップS112にてライブビュー撮影の終了操作があったと判断されれば、本処理フローを終了する。ライブビュー撮影の終了操作がないと判断されれば、ステップS104に戻る。

0074

なお、本撮影処理フローにおいて、ステップS104からステップS112の処理は、1フレーム期間に相当する周期で行われることとなる。一方で、ステップS101からステップS103の処理は、1フレーム期間に相当する周期で行っても良いし、ステップS101からステップS103までの処理を複数フレーム期間繰り返して、後述する標準の露光時間を最適化した後、ステップS104に移行する方式としても良い。標準の露光時間を最適化することで、ステップS103での露光時間算出精度が向上する。

0075

<プリ測光モード>
プリ測光モードとは、画素グループ毎の露光時間を既定の露光時間に設定して撮影し、合成する事で高ダイナミックレンジの画像を取得するモードである。ここで、プリ測光モードにおける画素グループ毎の露光時間制御のイメージ図を図5に示す。Def.と記載された領域は、基準となる標準の露光時間で制御される画素グループである。一方、−1EV、−2EVと記載された画素グループは、Def.の画素グループに比べて各々Exposure Value(EV)を単位として−1EV、−2EVだけ露光時間が短い。つまり、Def.の画素グループに比べて各々1/2、1/4の露光時間になる。また、+1EV、+2EVと記載された画素グループは、Def.の画素グループに比べて各々+1EV、+2EVだけ露光時間が長い。つまり、Def.の画素グループに比べて各々2倍、4倍の露光時間になる。各画素グループの出力を合成する事で、高ダイナミックレンジの画像を取得する事が出来る。図5の例の場合、斜線部で示すように、Def.の画素グループを基準として上下、左右の隣接する画素グループが合成される。ここで、例えばDef.とその他の蓄積時間の画素グループを各々同数配置する画素構成とすると、有効画素数が元の画像の1/5になってしまう。一方で本実施例の構成によれば、有効画素数の1/2の削減数で、−2EVから2EVまでダイナミックレンジを拡大した画像を取得できる。本実施例の場合、122によるA/D変換後、画像処理部123にて合成処理を実施する。画像の合成方法としては、単純加算ではなく、加算後に入出力特性線形となるように線形化処理が行われる。ただし、撮像素子121内で、A/D変換前に合成する構成としても構わない。また、プリ測光モードとする画素グループは、撮像素子121全体としても良いし、表示用及び測光用画素のみとしても良い。

0076

<露光時間算出方法>
表示用及び測光用画素として使用する画素グループ402と、AF用画素グループ403各々の露光時間を算出する方法について、図6及び図7を参照して説明する。

0077

図6(a)は表示及び測光用画素グループの測光値に対する露光時間設定値を表したグラフである。601で示す点線は表示及び測光用画素グループの最長露光時間を表している。602で示すて点線は同最短露光時間を表している。また603で示す点線は前フレームで取得した測光値の最小値である。また604で示す点線は同測光値の最大値である。図6(b)は表示及び測光用画素グループの測光値に対する出力値を表したグラフである。605で示す点線は表示及び測光用画素グループの最大出力値を表している。606で示す点線は同最小出力値を表している。最長露光時間601は、1フレーム期間内で確保可能な最長露光時間を上限とする。その上で、前フレームで最小測光値を取得した画像エリアに相当する画素グループの出力が、予め定められた最小出力値606以上になるように設定する。一方で、最短露光時間602は、撮像素子121で動作可能な最短露光時間を下限とする。その上で、前フレームで最大測光値を取得した画像エリアに相当する画素グループの出力が、予め定められた最大出力値605以下になるように設定する。最大出力値605は、次フレームでより高輝度な被写体が検出されることを想定し、出力の飽和レベルよりもある程度小さい値に設定する。また最小出力値606は、次フレームでより低輝度な被写体が検出されることを想定し、黒レベルよりもある程度大きい値に設定する。

0078

図6(c)はAF用画素グループの測光値に対する露光時間設定値を表したグラフである。701で示す点線はAF用画素グループの最長露光時間を表している。702で示すて点線は同最短露光時間を表している。図6(d)はAF用画素グループの測光値に対する出力値を表したグラフである。705で示す点線はAF用画素グループの最大出力値を表している。706で示す点線は同最小出力値を表している。最長露光時間701は、601同様に、1フレーム期間内で確保可能な最長露光時間を上限とする。その上で、前フレームで最小測光値を取得した画像エリアに相当する画素グループの出力が、予め定められた最小出力値706以上になるように設定される。一方で、最短露光時間702は、602と同様に、撮像素子121で動作可能な最短露光時間を下限とする。その上で、前フレームで最大測光値を取得した画像エリアに相当する画素グループの出力が、予め定められた最大出力値705以下になるように設定される。最大出力値705は、AF信号処理部129にて、例えばAF演算可能な最大出力値以下の値とする。また、次フレームでより高輝度な被写体が検出されることを想定し、例えばAF演算可能な最大出力値よりもある程度小さい値に設定される。一方、最小出力値706は、AF信号処理部129にて、例えばAF演算可能な最小出力値以上の値とする。また、次フレームでより低輝度な被写体が検出されることを想定し、例えばAF演算可能な最小出力値よりもある程度大きい値に設定される。

0079

表示及び測光用画素グループ402の最大出力値605は可能な限り大きく、また最小出力値606は可能な限り小さく設定することで、表示及び測光用画像405の出力レンジを広くすることができる。これにより、表示及び測光演算に適した画像を取得することができる。一方で、AF用画素グループ403の最大出力値及び最小出力値は、AF演算精度が最適となる出力レンジに設定する事が望ましい。一例としては、AF演算精度に基づいて設定する。ここで、出力レンジが高すぎる場合、或いは低すぎる場合は、A像信号とB像信号の一致度を表す相関量の演算精度が低下する。AF演算精度上最適な出力レンジに設定することが望ましい。よって、本実施例では下記のように出力値を設定する。

0080

・表示及び測光用画素グループの最大出力値605>AF用画素グループの最大出力値705
・表示及び測光用画素グループの最小出力値606<AF用画素グループの最小出力値706
つまり、露光時間設定値は以下の関係になる。

0081

・表示及び測光用画素グループの最長露光時間601<AF用画素グループの最長露光時間701
・表示及び測光用画素グループの最短露光時間602>AF用画素グループの最短露光時間702
上記のように設定する事で、表示及び測光用及びAF用各々の画素グループに適した露個時間設定を行うことができる。また、最小測光値から最大測光値までの間の測光値に対する出力値は、図6に示すように比例関係になるように設定する。そして、該設定された出力値に応じて各画素グループの露光時間を決定する。ただし、本発明はこの設定方法に限定されるものではなく、最小測光値から最大測光値までの間の出力値を補間できる設定値であれば、どのような形式でも構わない。

0082

次に、図7を用いて、表示及び測光用画素で取得した測光値に従い、同エリアに相当する画素グループの露光時間を決定する方法を説明する。例えば、図7(a)に示すように測光エリアを5×3の領域に分割した場合、測光エリア毎に得られる測光値は図7(b)に示すグラフとなる。図7(b)のように取得した測光値から、各エリアに該当する画素グループの露光時間が、図6(a)及び図6(c)に示す条件により、図7(c)のように演算される。以上のように露光時間を演算する事で、測光値が低い画像エリアの画素グループは露光時間を長く、また測光値が高い画素エリアの画グループは露光時間を短く設定する事が出来、飽和や黒つぶれのない高ダイナミックレンジの画像を取得する事が出来る。また、測光用の分割エリアはAF測距用の分割エリアと一致させることが好ましい。両分割エリアを一致させることで露光時間の演算が容易になるメリットがある。

0083

以上のように、本実施例1によれば、撮像装置100の1フレーム内において撮像素子121の画素を表示及び測光用画素グループとAF用グループに分割し、各々の画素グループの露光時間をその用途に合わせ、適切に設定する事が出来る。また本実施例は、撮影開始後の最初の測光演算に、プリ測光モードで取得した画像を使用する点に特徴がある。撮影後最初の測光時は、撮影被写体の露出条件が分からず、適切な露光時間を設定する事が難しい。本実施例のように、画素グループ毎に既定の露光時間に設定して撮影するプリ測光モードを使用する事で、高ダイナミックレンジで露出条件を得ることができ、次フレームで画素グループ毎の露光時間決定する上で有効である。また、本実施例では、1フレーム毎の測光値に応じて、次フレームの画素グループ毎の露光時間設定値を変更している。これにより、撮影シーン毎の最適な露光時間設定にダイナミックに変更する事が可能である。更に、表示及び測光用画素グループの露光時間とAF用画素グループの露光時間を異なる設定とする構成とした。本構成とすることで、表示及び測光用画素グループの出力レンジを可能な限り広くし、一方で、AF用画素グループの露出条件を、AFに適した露光条件にすることができる。また、本実施例では、次フレームでより高輝度或いは低輝度な被写体が検出されることを想定し、最長露光時間及び最短露光時間を決定する構成とした。本構成とすることで、より多様な撮影シーンに対応する事が出来る。

0084

なお、本実施例では、撮像装置100の1フレーム内において撮像素子121の画素を表示及び測光用グループとAF用グループに分割する構成とした。一方で、本発明はこの形態に限定されるものではなく、表示及び測光用フレームとAF用フレームの2フレームを、交互に撮影する構成としても構わない。両構成の差異を、図8を参照して説明する。図8(a)は1フレーム内において画素を表示及び測光用グループとAF用グループに分割する構成とした場合の撮像素子121の動作を表したものである。横軸は時間、縦軸は撮像素子121の行数を表している。801は撮像素子121の1フレーム期間中露光期間、802は撮像素子121の読み出し期間を各々表している。本撮像装置100は、画素グループ毎に露光時間を変更可能だが、ここでは簡単のため、各行が同じ露光時間として図示している。803は表示及び測光用画素グループの行を表しており、804はAF用の画素グループの行を表している。図8(a)に示すように、表示及び測光画素とAF用の画素を同一フレーム内に配置する事で、表示及び測光用フレームとAF用フレームとの2フレームで構成した場合と比較して、撮影フレームレート高速化を図ることができる。また、フレームレートが固定であれば、露光時間をより長くすることができる。一方で、図8(b)は、表示及び測光用フレームとAF用フレームの2フレームを、交互に撮影する構成とした場合の撮像素子121の動作を表したものである。805及び806は、表示及び測光用フレームの露光及び読み出し期間を各々表している。807及び808は、AF用フレームの露光及び読み出し期間を各々表している。図8(b)に示すように、表示及び測光用フレームとAF用フレームとの2フレームで構成することで、1フレームの画素全てを焦点検出用画素として使用できるようになるため、焦点検出精度が向上するメリットがある。

0085

なお、本実施例では、AF用画素グループの最大出力値及び最小出力値を、AF演算可能な出力値を基準に決定する構成とした。しかしながら、AF演算可能な出力値は、画像のコントラスト及びシャープネスによって異なる。そこで、AF精度向上のひとつの策として、画像のコントラスト及びシャープネスに従って、AF用画素グループの最大出力値及び最小出力値を変更する仕様としても構わない。具体的には、システム制御部120はメモリ制御部125に指示を出し、ステップS105でメモリ126に格納した表示及び測光画像405を画像処理部123に送る。画像処理部123では、受信した画像に2次元フーリエ変換をかけ、空間周波数に分解する。システム制御部120は画像の空間周波数から、画像の解像度と、コントラスト値を算出する。システム制御部120は、画像の解像度及びコントラスト値が高ければ、AF用画素グループの最大出力値を大きく、同最小出力値を小さく設定する。一方で、システム制御部120は、画像の解像度及びコントラスト値が小さければ、AF用画素グループの最大出力値を小さく、同最小出力値を大きく設定する。以上のように、画像のコントラスト及びシャープネスに従って、AF用画素グループの最大出力値及び最小出力値を変更することで、撮影シーン毎にAF画素グループのダイナミックレンジを最適化する事が出来る。

0086

以下、図9を参照して、本発明の第2の実施例による、撮像装置100のライブビュー撮影によるAF画素グループの露光時間決定演算方法について説明する。

0087

<AF画素グループの露光時間演算フロー
図9は、第1の実施例におけるステップS108のAF画素グループの露光時間決定演算フローである。AF画素グループの露光時間演算以外に関する撮像装置100の処理フローは実施例1と同一であるため、説明は割愛する。

0088

ステップS201では、ステップS105で取得した画像から、顔領域を検出する。システム制御部120はメモリ制御部125に指示を出し、ステップS105でメモリ126に格納した表示及び測光画像405を顔検出部156に送る。顔検出部156は、受信した画像を解析し、顔の有無、数、位置、大きさ等の情報をシステム制御部120に通知する。システム制御部120は顔検出部156の通知結果を受信し、撮影画像に顔があったか否かを判断する。顔が検出されればステップS202に進む。顔が検出されなければステップS203に進む。

0089

ステップS202では、システム制御部120は、検出した顔領域の位置を基準とし、顔領域を含む第1の画像エリアを決定する。第1の画像エリアの位置及び大きさは、検出した顔領域の位置及び大きさによって可変である。例えば、検出した顔領域の中心位置を基準に位置が決定される。また、検出した顔領域が小さければ小さく、また顔領域が大きければ大きくなる。

0090

ステップS203では、システム制御部120は、現在選択されているAF枠の位置を基準とし、選択されているAF枠に対応する画像領域を含む第1の画像エリアを決定する。第1の画像エリアの位置は、選択されているAF枠の位置によって可変である。例えば、選択されたAF枠の中心位置を基準に位置が決定される。また、第1の画像エリアの大きさは、AF枠選択モードによって可変でなる。例えば1点選択モードの場合、選択されている1点のAF枠を含む大きさの第1の画像エリアが設定される。また、ゾーン選択モードの場合、選択されているゾーンを含む大きさの第1の画像エリアが設定される。自動選択モードの場合、選択されている全てのAF枠を含む大きさの第1の画像エリアが設定される。

0091

ステップS204では、システム制御部120は、ステップS202或いはステップS203で設定された第1の画像エリアを基準に、第2の画像エリアを決定する。第2の画像エリアは第1の画像エリアと中心位置を同一とし、第1の画像エリアより大きいエリアに設定される。

0092

ステップS205では、システム制御部120は、ステップS107で得られた測光値から、第1の画像エリアにおける測光値を算出し、露光時間算出部130に通知する。露光時間算出部130は受信した第1の画像エリアにおける測光値から、第1の画像エリアの露光時間を演算する。露光時間の演算方法の詳細は後述する。

0093

ステップS206では、システム制御部120は、ステップS107で得られた測光値から、第2の画像エリアにおける測光値を算出し、露光時間算出部130に通知する。露光時間算出部130は受信した第2の画像エリアにおける測光値から、第2の画像エリアの露光時間を演算する。露光時間の演算方法の詳細は後述する。

0094

<AF画素グループの露光時間演算方法>
図10を参照して、本発明の第2の実施例における、AF画素グループの露光時間演算方法について説明する。

0095

図10(a)において、1100はステップS105で取得した測光用画像である。1101は、ステップS201で検出された顔領域を基準に、ステップS202にて設定された第1の画像エリアである。第1の画像エリアは、検出した顔領域の中心位置を基準に位置が決定され、検出された顔の大きさに対して、既定の比率の大きさで設定される。1102は、ステップS204で設定された第2の画像エリアである。第2の画像エリアは、第1の画像エリアの中心位置を基準に位置が決定され、第1の画像エリアの大きさに対して、既定の比率の大きさで設定される。

0096

図10(b)は、図10(a)の測光用画像から得られた測光値に対するAF用画素グループの出力値を表したグラフである。603、604、705、706は図6で示したのと同じ最小測光値、最大測光値、最大出力値、最小出力値を各々表している。一方で、1103は第1のエリア1101の画素グループの最大出力値であり、1104は同最小出力値である。また、1105及び1106は、第1の画像エリアの最小測光値及び最大測光値を各々表している。1103及び1104は、AF演算を行うのに好適な規定の値に設定される。ただし、1103、1104は705、706同様に、第1の画像エリアのコントラスト及びシャープネス従って、変更する構成としても構わない。第1の画像エリアの測光値1105及び1106に対して、第1の画像エリアの最小出力値1104及び同最大出力値1103が設定される。また、1105から1106までの測光値に対する画素出力は、図10(b)に示すように比例関係になるように設定する。

0097

次に、1107及び1108は第2の画像エリアの最小測光値及び最大測光値を各々表している。実施例1と異なり、第2の画像エリアの測光値1107及び1108に対して、最小出力値706及び最大出力値705が設定される。測光値1107から測光値1105及び測光値1106から測光値1108までの間の期間の測光値に対する画素出力値は、各々の期間で比例関係になるように設定される。図10(b)で設定された測光値に対する画素出力設定値から、各画素グループの露光時間を演算する方法に関しては、実施例1に示した方法と同様であるため、説明は割愛する。

0098

また、図10(c)は、AF選択モードが任意1点選択モードであるときの画像エリアの説明図である。1110はステップS105で取得した測光用画像である。1111は、ステップS203にて設定された第1の画像エリアである。第1の画像エリアは、選択AF枠1113の中心位置を基準に位置が決定され、AF枠の大きさに対して既定の比率の大きさで設定される。1112は、ステップS204で設定された第2の画像エリアである。第2の画像エリアは、第1の画像エリアの中心位置を基準に位置が決定され、第1の画像エリアの大きさに対して、既定の比率の大きさで設定される。

0099

また、図10(d)は、AF選択モードがゾーンAFモードであるときの画像エリアの説明図である。1121は、ステップS203にて設定された第1の画像エリアである。第1の画像エリアは、選択ゾーン枠1123の中心位置を基準に位置が決定され、ゾーン枠の大きさに対して既定の比率の大きさで設定される。1122は、ステップS204で設定された第2の画像エリアである。第2の画像エリアは、第1の画像エリアの中心位置を基準に位置が決定され、第1の画像エリアの大きさに対して、既定の比率の大きさで設定される。

0100

また、図10(e)は、AF選択モードが自動多点選択AFモードであるときの画像エリアの説明図である。1131は、ステップS203にて設定された第1の画像エリアである。第1の画像エリアは、自動選択された複数のAF枠1133の中心位置を基準に位置が決定され、選択された複数のAF枠を全て包括する大きさで設定される。1132は、ステップS204で設定された第2の画像エリアである。第2の画像エリアは、自動選択により選択可能な複数のAF枠全てを包括する規定の大きさで設定される。

0101

以上のように、本実施例2によればAF用画素グループの露光時間を、AF精度を向上させる上で好適な値に設定する事が出来る。本実施例では、選択AF枠或いは検出した顔領域を含む第1の画像エリアと、第1の画像エリアより大きい第2の画像エリアの測光値を基準に、AF用画素グループの露光時間を設定する構成としている。第1の画像エリアの露光時間を、AF演算を行うのに好適な規定の値に設定する事で、AF精度を向上させることができる。また、第1の画像エリアより大きい第2の画像エリアを設定する事で、フレーム間で被写体が第1の画像エリアを超えて移動しても、第2の画像エリアで被写体を捕捉することで、焦点検出を継続して行うことができる。

0102

本実施例においては、第1の画像エリア及び第2の画像エリアを、顔検出領域の大きさ、選択AF枠、選択AFモードに応じて可変とする構成とした。これにより、ユーザの撮影意図に応じて、AF精度に最適且つ被写体を捕捉可能な画像エリアを設定することができる。なお、本発明は、被写体検出が可能であれば、顔検出に限定されない。

0103

なお、第1及び第2の画像エリアは、AFモードに応じて変更する構成としても構わない。例えばサーボAFモード時はワンショットAFモード時よりも、第1及び第2の画像エリアを大きくする構成としても良い。サーボAFモード時は、移動する被写体を撮影していると考えられる。よって、第1及び第2の画像エリアを大きくすることで、フレーム間で大きく移動する被写体を第1或いは第2の画像エリア内で捕捉する事が可能になる。また同理由のため、フレーム間で被写体の動き量を検出して、動き量が大きいほど第1及び第2の画像エリアを大きくする構成としても良い。具体的には、システム制御部120は、メモリ制御部125に指示を出し、ステップS105でメモリ126に格納された表示及び測光画像405を動き量検出部157に送信する。動き量検出部157は受信した表示及び測光画像405から、検出されている顔領域或いはAF枠選択領域を基準に動き検出領域を設定し、表示及び測光画像405の画像を該動き検出領域にリサイズする。そして、前フレームで同様に動き検出部に送られリサイズされた画像と比較し、動き量を演算する。演算した結果はシステム制御部120に通知される。システム制御部120は、受信した動き量に応じて、第1の画像エリア及び第2の画像エリアを設定する。本構成とすることで、フレーム間で動き量が大きい被写体を、第1或いは第2の画像エリア内で捕捉する事が可能になる。

0104

また、本実施例では、第1の画像エリアにおける測光値に対する出力値の関係を示す関数のグラフの傾きは、第2の画像エリアにおける同グラフの傾きよりも大きいものとした。これにより、AFさせたい被写体領域におけるダイナミックレンジを広く確保する事が出来る。また、本実施例では、表示及び測光用画素グループの測光値と出力値を表す関数は検出した全測光領域において線形とし、AF用画素グループの測光値と出力値を表す関数は、第1画像エリアと第2の画像エリアとの間で非線形な関数とした。表示用画像の測光値に対する出力値を非線形とすると表示によくない影響を及ぼすが、AF用画像としては何の問題もない。本構成とすることで、表示用画像によくない影響を与えることなく、AFに最適な露光時間に設定できる特徴がある。

0105

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

0106

例えば、システム制御部120の制御は1つのハードウェアが行ってもよいし、複数のハードウェアが処理を分担することで、装置全体の制御を行ってもよい。また、本撮像素子では画素グループ毎に露光時間を変更可能な構成としたが、1画素毎露光時間を変更可能な構成としても勿論構わない。また、表示及びAF用画素グループを同一の画素として説明したが、異なる画素グループに配置しても構わないし、表示用画素を含まない構成としても構わない。

0107

例えば、本実施例では焦点検出方法位相差方式に基づき説明したが、撮影画像のコントラストが高い点に合焦させるコントラスト方式焦点検出方式でも構わない。

0108

また、本発明をその好適な実施形態として撮像装置100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。本発明は、画素グループ毎に露光時間を変更可能な撮像素子を有する撮像装置であれば、あらゆるものに適用可能である。例えば、監視カメラ工場検査カメラ、或いは撮像機能付きの携帯電話等に適用しても構わない。

実施例

0109

さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

0110

100撮像装置、119露光時間制御部、120システム制御部、
121撮像素子、124AE演算部、129AF信号処理部、
136 その他操作部、151EVF部、153ディスプレイ部、
156顔検出部、157動き量検出部

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