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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-22
(45)【発行日】2024-12-02
(54)【発明の名称】撮像装置とその制御方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
H04N 23/71 20230101AFI20241125BHJP
G03B 7/091 20210101ALI20241125BHJP
【ＦＩ】
H04N23/71
G03B7/091
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2020123846
(22)【出願日】2020-07-20
(65)【公開番号】P2022020382
(43)【公開日】2022-02-01
【審査請求日】2023-07-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100125254
【弁理士】
【氏名又は名称】別役 重尚
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 朱里
【審査官】池田 博一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１７７３０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２６７５０６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｎ ２３／７１
Ｇ０３Ｂ ７／０９１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
垂直同期信号の同一期間内に複数の電荷蓄積を行うことが可能な撮像素子と、前記撮像素子の駆動を制御する駆動制御手段と、
前記撮像素子から出力される画像信号を用いて適正露出を求める露出制御手段と、を備える撮像装置であって、
前記露出制御手段は、
現在の制御値により得られる測光結果に基づいて、前記垂直同期信号の同一期間内に前記撮像素子での電荷蓄積を行うための、追従制御値と、前記現在の制御値から前記追従制御値への変化方向に前記追従制御値よりも離れた第１の予測制御値と、を設定する設定手段と、
前記追従制御値とその測光値の適正差分および前記第１の予測制御値とその測光値の適正差分の少なくとも一方が所定の許容値以下か否かを判定する判定手段と、
前記所定の許容値以下の適正差分に対応する測光値を適正露出に決定する決定手段と、を有し、
前記現在の制御値は、初期値、または、前記許容値以下の適正差分がない場合の前記追従制御値と前記第１の予測制御値のそれぞれの測光値のうちの一方の測光値であることを特徴とする撮像装置。
【請求項2】
前記駆動制御手段は、前記第１の予測制御値で蓄積された電荷の読み出しを前記追従制御値で蓄積された電荷の読み出しよりも先に行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項3】
前記設定手段は、前記現在の制御値から前記追従制御値への変化方向に前記第１の予測制御値よりも離れた第２の予測制御値を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項4】
前記設定手段は、前記現在の制御値から前記追従制御値への変化方向の逆方向に第２の予測制御値を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項5】
前記駆動制御手段は、前記第２の予測制御値での電荷蓄積を、前記追従制御値と前記第１の予測制御値での電荷蓄積が行われた前記垂直同期信号の同一期間の次の期間に行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像装置。
【請求項6】
前記決定手段は、前記追従制御値とその測光値の適正差分および前記第１の予測制御値とその測光値の適正差分の両方が前記所定の許容値より大きく、且つ、前記第２の予測制御値とその測光値の適正差分が前記所定の許容値以下である場合に、前記第２の予測制御値での測光値を適正露出に決定することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項7】
前記設定手段は、ＡＥ精度の許容値と、前記撮像素子のダイナミックレンジから求められる制御値と測光値の許容露出差分と、に基づいて前記第２の予測制御値を設定することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項8】
前記設定手段は、ＡＥ精度の許容値と、前記撮像素子のダイナミックレンジから求められる制御値と測光値の許容露出差分と、に基づいて前記第１の予測制御値を設定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項9】
前記決定手段は、最初の前記追従制御値の設定から所定の時間が経過するまでに適正露出が決定されない場合に、前記所定の時間の経過時に設定されている追従制御値での測光値を適正露出に決定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項10】
前記決定手段は、撮影指示が入力された場合、前記撮影指示があった時点での最適な測光値を適正露出に決定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項11】
撮像素子と、前記撮像素子の駆動を制御する駆動制御手段と、
前記撮像素子を用いて電荷蓄積を行うことにより得られた信号に基づいて測光を行う測光手段と、
前記撮像素子を用いて被写体を撮像する際の露出制御値を制御する露出制御手段と、
前記被写体を撮像する際の露出制御値が設定された際に、前記撮像素子を用いた電荷蓄積により得られた信号に基づく第１の測光結果と前記露出制御値とを比較することで、前記第１の測光結果が適正露出であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記駆動制御手段は、連続する同期信号の間の１フレーム期間において、同期信号に同期した第１のタイミングと、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングのそれぞれで電荷蓄積を行うように、且つ、前記第１のタイミングで行われる第１の電荷蓄積と前記第２のタイミングで行われる第２の電荷蓄積が前記撮像素子の異なる領域で実行されるように前記撮像素子の駆動を制御し、
前記露出制御手段は、第１のフレーム期間で行われる電荷蓄積により得られた前記第１の測光結果が適正露出であると前記判定手段により判定された場合、前記被写体を撮像する際の露出制御値を前記第１の測光結果に基づく露出制御値に変更し、前記第１の電荷蓄積により得られた信号に基づく測光結果が適正露出ではないと前記判定手段により判定された場合に、次のフレーム期間において、前記第１の電荷蓄積により得られた信号と前記第２の電荷蓄積により得られた信号とに基づく前記測光手段による測光結果を用いて、前記被写体を撮像する際の露出制御値を決定することを特徴とする撮像装置。
【請求項12】
前記測光手段は、前記第１の測光結果が適正露出ではないと前記判定手段により判定された場合に、前記第１のフレーム期間の次の第２のフレーム期間において前記第１の電荷蓄積により得られた信号に基づく第２の測光結果と、前記第２の電荷蓄積により得られた信号に基づく第３の測光結果と、を求めることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項13】
前記露出制御手段は、前記第２の測光結果を得るための前記第１の電荷蓄積を行う際の露出制御値を前記第１の測光結果に基づいて決定し、前記第３の測光結果を得るための前記第２の電荷蓄積を行う際の露出制御値を前記第１の測光結果に基づく露出制御値とは異ならせることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項14】
前記駆動制御手段は、同一のフレーム期間において行われる、前記第１の電荷蓄積と前記第２の電荷蓄積に基づく前記撮像素子からの信号の読み出しをそれぞれ異なるタイミングで行うことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項15】
垂直同期信号の同一期間内に複数の電荷蓄積を行うことが可能な撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、前記撮像素子から出力される画像信号を用いて適正露出を求める処理は、
現在の制御値により得られる測光結果に基づいて、前記垂直同期信号の同一期間内に前記撮像素子での電荷蓄積を行うための、追従制御値と、前記現在の制御値から前記追従制御値への変化方向に前記追従制御値よりも離れた第１の予測制御値と、を設定する工程と、
前記追従制御値とその測光値の適正差分および前記第１の予測制御値とその測光値の適正差分の少なくとも一方が所定の許容値以下か否かを判定する工程と、
前記許容値以下の適正差分に対応する測光値を適正露出に決定する工程と、を有し、
前記現在の制御値は、初期値、または、前記許容値以下の適正差分がない場合の前記追従制御値と前記第１の予測制御値のそれぞれの測光値のうちの一方の測光値であることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項16】
撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、前記撮像素子の駆動を制御する駆動制御工程と、
前記撮像素子を用いて被写体を撮像する際の露出制御値を制御する露出制御工程と、
前記露出制御工程にて前記被写体を撮像する際の露出制御値が設定された際に、前記撮像素子を用いた電荷蓄積により得られた信号に基づく第１の測光結果と前記露出制御値とを比較することで、前記第１の測光結果が適正露出であるか否かを判定する判定工程と、を有し、
前記駆動制御工程では、連続する同期信号の間の１フレーム期間において、同期信号に同期した第１のタイミングと、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングのそれぞれで電荷蓄積を行い、且つ、前記第１のタイミングで行われる第１の電荷蓄積と前記第２のタイミングで行われる第２の電荷蓄積を前記撮像素子の異なる領域で実行し、
前記露出制御工程では、前記判定工程にて第１のフレーム期間で行われる電荷蓄積により得られた前記第１の測光結果が適正露出であると判定された場合、前記被写体を撮像する際の露出制御値を前記第１の測光結果に基づく露出制御値に変更し、前記判定工程にて前記第１の電荷蓄積により得られた信号に基づく測光結果が適正露出ではないと判定された場合に、次のフレーム期間において、前記第１の電荷蓄積により得られた信号と、前記第２の電荷蓄積により得られた信号とに基づく測光結果を用いて、前記被写体を撮像する際の露出制御値を決定することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項17】
コンピュータを請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置の前記露出制御手段として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、撮像装置とその制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像センサを備える撮像装置でのＡＥ（自動露出）制御では、露出制御値に従って撮像センサで電荷が蓄積され、当該蓄積された電荷に基づく信号に応じて適正な露出値の演算（測光演算）が行われる。しかし、被写体の明るさに対して露出制御値が適切ではない場合には、撮像センサのダイナミックレンジの影響で、電荷蓄積による階調飽和が発生して精度の高い露出値を算出することできない場合がある。この問題を解決する手法として、測光演算で得られた測光値に基づく最適な制御値を設定して測光演算を繰り返す「追い込み」という手法があり、追い込みを行うことにより精度の高い露出条件を算出する（ＡＥ精度を高める）ことが可能になる。
【0003】
しかしながら、ＡＥ精度を高めるために追い込みを行うと、適正露出が得られるまでに時間を要してしまうことによって、撮影タイミングを逃してしまうことや被写体に対する合焦精度が低下してしまう等の問題が生じることがある。一方で、これら問題が生じないように追い込みを行わない場合には、前述したようにＡＥ精度が低下してしまう。
【0004】
そこで、追い込みを行うことによるメリットとデメリットのトレードオフの関係を改善して、必要なＡＥ精度を保ちながら適正露出を取得するまでの時間を短縮する技術が求められている。このような課題に関連する技術として、例えば、特許文献１は、ＡＦ（オートフォーカス）サーチ中に垂直同期信号（ＶＤ）ごとに露出を変更して得られる複数の測光結果から適正露出を算出する技術を提案している。また、特許文献２は、同一ＶＤ中に予想される複数の制御値を設定して複数の電荷蓄積結果を取得することで、適正露出を得るまでの時間を短縮する技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平１１－３４１３４２号公報
【文献】特開２０１５－１７７３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献１に記載された技術では、ＡＦサーチ中に追い込みを行うが、追い込み時間そのものが短縮されているわけではない。また、ＡＦとＡＥが同一のセンサで行われる撮像センサでＡＦサーチ中に追い込みを行うと、ＡＥでの露出変動がＡＦ精度を左右してしまうという問題がある。
【0007】
また、上記特許文献２に記載された技術では、事前に設定された複数の制御値を用いて複数の電荷蓄積を行う。そのため、設定された制御値が適正露出となる制御値から乖離していた場合には、適正露出値を得るまでに追い込みを行う場合よりも長い時間を要する場合がある。
【0008】
本発明は、適正露出を取得するまでの時間を短縮すると共に高いＡＥ精度を得ることが可能な撮像装置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】
【0009】
本発明に係る撮像装置は、垂直同期信号の同一期間内に複数の電荷蓄積を行うことが可能な撮像素子と、前記撮像素子の駆動を制御する駆動制御手段と、前記撮像素子から出力される画像信号を用いて適正露出を求める露出制御手段と、を備える撮像装置であって、前記露出制御手段は、現在の制御値により得られる測光結果に基づいて、前記垂直同期信号の同一期間内に前記撮像素子での電荷蓄積を行うための、追従制御値と、前記現在の制御値から前記追従制御値への変化方向に前記追従制御値よりも離れた第１の予測制御値と、を設定する設定手段と、前記追従制御値とその測光値の適正差分および前記第１の予測制御値とその測光値の適正差分の少なくとも一方が所定の許容値以下か否かを判定する判定手段と、前記所定の許容値以下の適正差分に対応する測光値を適正露出に決定する決定手段と、を有し、前記現在の制御値は、初期値、または、前記許容値以下の適正差分がない場合の前記追従制御値と前記第１の予測制御値のそれぞれの測光値のうちの一方の測光値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、適正露出を取得するまでの時間を短縮すると共に高いＡＥ精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である
【図3】第１実施形態に係る露出制御方法のフローチャートである。
【図4】第１実施形態に係る露出制御方法でのタイミングチャートである。
【図5】第２実施形態に係る露出制御方法のフローチャートである。
【図7】第２実施形態に係る露出制御方法でのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、具体的には、デジタルカメラ又はデジタルビデオカメラであるが、これに限られず、撮像素子による撮像機能を備える各種の電子機器、例えば、スマートフォン、タブレットＰＣ、携帯ゲーム機等であってもよい。
【0013】
撮像装置１００は、レンズ群１０１、レンズ制御部１０２、撮像素子１０３、信号処理部１０４、記憶処理部１０５、記憶媒体１０６、カメラ制御部１０７、操作部１０８及び露出制御部１０９を有する。
【0014】
レンズ群１０１は、絞りや減光フィルタにより露出を制御する機構と、合焦動作（ピント合わせ）やズーム動作を行うためのレンズ及び駆動機構を含み、被写体からの入射光を撮像素子１０３に結像させる。レンズ制御部１０２は、カメラ制御部１０７からの指令に従ってレンズ群１０１による露出制御、合焦動作及びズーム動作を制御する。
【0015】
撮像素子１０３は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサである。撮像素子１０３は、その結像面に結像した光学像を光電変換によりアナログ電気信号に変換し、更にアナログ電気信号をデジタル信号からなる画像信号に変換して、信号処理部１０４へ出力する。信号処理部１０４は、撮像素子１０３から取得した画像信号に対して、ゲイン補正等の輝度補正、ホワイトバランス補正等の色補正及びその他の所定の信号処理等を行って画像データを生成し、生成した画像データを記憶処理部１０５へ送る。
【0016】
記憶処理部１０５は、信号処理部１０４から送られてきた画像データを記憶媒体１０６に保存可能な形式のデータに変換し、また、必要な圧縮処理等を施して、記憶媒体１０６へ書き込む。なお、画像データの形式変換は信号処理部１０４で行うようにしてもよい。記憶媒体１０６としては、撮像装置１００に内蔵された半導体記憶装置（ＥＥＰＲＯＭ）や撮像装置１００に対して着脱可能なＳＤカード等が挙げられるが、これらに限られず、周知の記憶媒体を用いることができる。
【0017】
操作部１０８は、ユーザからの操作を受け付けるボタンやスイッチ、タッチパネル等を含む。カメラ制御部１０７は、所謂マイクロコンピュータであり、操作部１０８からの入力を受けて、撮像装置１００での全体的な動作を制御する。例えば、カメラ制御部１０７は、操作部１０８を通じて撮影が指示されると、露出制御部１０９に対して露出演算を指示する。そして、カメラ制御部１０７は、露出制御部１０９から取得した露出演算結果に基づいて、絞りの駆動や減光フィルタの変更をレンズ制御部１０２へ指示する。更に、カメラ制御部１０７は、撮像動作のための撮像素子１０３の駆動制御（蓄積時間の制御や電気信号の増幅率の制御等）を行う。そして、カメラ制御部１０７は、撮像動作によって撮像素子１０３から出力される画像信号に対する一連の画像処理を制御する。露出制御部１０９は、撮像装置１００での露出に関する各種の設定値（以下「カメラ設定」という）等をカメラ制御部１０７から取得して露出演算を行い、露出演算結果をカメラ制御部１０７へ送る。露出制御部１０９の詳細については後述する。
【0018】
なお、レンズ制御部１０２、信号処理部１０４、記憶処理部１０５、カメラ制御部１０７及び露出制御部１０９の各機能は、ハードウェアにより実現されてもよいし、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって（ソフトウェアにより）実現されてもよい。また、露出制御部１０９は、撮像装置１００の特徴的構成であるためにカメラ制御部１０７の機能から分離させているが、露出制御部１０９の機能をカメラ制御部１０７に持たせてもよい。
【0019】
図２は、露出制御部１０９の構成を示すブロック図である。露出制御部１０９は、評価値生成部２０１、測光演算部２０２、測光演算メモリ２０３、制御値演算部２０４及び露出演算部２０５を有する。
【0020】
カメラ制御部１０７を介して、画像信号と、その画像信号を生成するために実行された電荷蓄積時の制御値情報（以下「画像信号取得時の制御値情報」という）と、カメラ設定が評価値生成部２０１へ入力される。評価値生成部２０１は、色成分の信号値を算出するための評価枠を設定して評価値を生成し、生成した評価値を測光演算部２０２へ送る。測光演算部２０２は、カメラ設定に基づき、評価値生成部２０１から取得した評価値を用いて測光演算を行う。測光演算部２０２が生成した測光演算結果（測光結果）と画像信号取得時の制御値情報は紐付けされて（対応関係がわかるように）測光演算メモリ２０３に保存され、蓄積されていく。こうして測光演算メモリ２０３に保存された複数の測光演算結果と画像信号取得時の制御値情報に基づき、制御値演算部２０４によって次回の制御値が決定される。次回の制御値は複数生成可能であり、その詳細については図４乃至図７を参照して後述する。露出演算部２０５は、次回の制御値とカメラ設定に基づいて露出設定を決定し、カメラ制御部１０７に伝達する。なお、画像信号を取得する際の制御値としては、撮像素子１０３の電荷蓄積時間、撮影感度（アナログゲイン以外にデジタルゲインを含んでいてもよい）、レンズ群１０１に含まれる不図示の絞りの開口径に関する絞り値に関する情報がある。
【0021】
次に、撮像装置１００での第１実施形態に係る露出制御方法（追い込み制御）について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、第１実施形態に係る露出制御方法での露出追従の開始から適正露出の決定までの処理を説明するフローチャートである。図３のフローチャートの各処理は、カメラ制御部１０７が所定のプログラムを実行して、撮像装置１００の各部の動作を統括的に制御することにより実現される。図４は、第１実施形態に係る露出制御方法でのタイミングチャートの一例である。
【0022】
撮像装置１００が起動すると、Ｓ３０１にてカメラ制御部１０７は、垂直同期信号（ＶＤ）にしたがって、事前に指定された制御値の初期値（以下「制御値１」という）で撮像素子１０３での電荷蓄積（露出）を行う。そして、露出制御部１０９は、制御値１と、電荷蓄積により得られた信号に基づく測光演算により測光値１を算出する。なお、連続する、１つの垂直同期信号から次の垂直同期信号が出力されるまでの期間を、撮像素子１０３を用いて被写体を撮像する際の１フレーム期間とする。
【0023】
ここで、本実施形態における露出制御に係る制御値（露出制御値）及び測光値は、所謂ＡＰＥＸ（ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＳＹＳＴＥＭ ＯＦ ＰＨＯＴＯＧＲＡＰＨＩＣ ＥＸＰＯＳＵＲＥ）システムで表されるＢｖ値を基準として求める構成であればよい。すなわち、ＡＰＥＸシステムにおける１Ｂｖ分の明るさの違いが、制御値に含まれる各露出パラメータ（蓄積時間Ｔｖ、撮影感度Ｓｖ、絞り値Ａｖ）の１段分の違いに相当する構成であればよい。なお、露出制御値および測光値は、上述したＡＰＥＸシステムとは異なる単位系で制御する構成であってもよい。
【0024】
Ｓ３０２にてカメラ制御部１０７は、適正差分を用いて測光値１が適正露出であるか否かを判定する。適正差分とは制御値と測光値との差分であり、適正差分が小さい場合には階調飽和が変化しないため、適正露出を算出することができる。測光演算により算出される測光値（測光結果）は、被写体を撮像する際の制御値（露出制御値）に依存して変化する。そのため、被写体を撮像する際の制御値が、撮像装置１００において予め定められている、被写体が適正な明るさとなるような露出基準（目標露出）から大きく乖離していると、測光演算の結果である測光値と制御値との差分も大きくなる。したがって、測光値１が適正露出であるか否かは、適正差分が許容値以下か否かによって判定される。適正差分の許容値（許容露出差分）を‘Ｄｉｆｆ’として、許容値Ｄｉｆｆは、下記式１により求めることができる。ここで、‘Ｒａｎｇｅ’は撮像素子１０３のダイナミックレンジの幅の段数、‘Ｌｉｍｉｔ’はＡＥ測光誤差の許容値である。許容値Ｄｉｆｆを用いることで、撮像素子１０３の性能と必要なＡＥ精度を追い込みに反映することができる。
【0025】
【数1】
【0026】
カメラ制御部１０７は、制御値１と測光値１の適正差分が許容値Ｄｉｆｆ以下である（測光値１が適正露出である）と判定した場合（Ｓ３０２でＹＥＳ）、処理をＳ３０７へ進める。Ｓ３０７にてカメラ制御部１０７は、許容位置Ｄｉｆｆ以下と判定された測光値を適正露出に決定し、追い込みを終了する。処理がＳ３０２からＳ３０７へ進んだ場合には、測光値１が適切露出に設定されることになる。
【0027】
一方、カメラ制御部１０７は、制御値と測光値１の適正差分が許容値Ｄｉｆｆより大きい（測光値１が適正露出ではない）と判定した場合（Ｓ３０２でＮＯ）、処理をＳ３０３へ進める。なお、図４には、測光値１は適正露出から外れており、且つ、適正露出よりも明るいと判定されて、Ｓ３０２からＳ３０３へ処理が進んだ状態が示されている。
【0028】
Ｓ３０３～Ｓ３０６の処理については、Ｓ３０２から最初にＳ３０３へ進んだ場合について具体的に説明する。Ｓ３０３にてカメラ制御部１０７は、制御値１での測光値１を次の制御値（以下「追従制御値２」という）に設定する。また、Ｓ３０３にてカメラ制御部１０７は、制御値１と追従制御値２の変化方向に、許容値Ｄｉｆｆに基づく制御値（以下「予測制御値３」という）を設定する。なお、Ｓ３０３～Ｓ３０６のルーチンが繰り返される場合を考慮し、図３では単に、‘測光値’、‘追従制御値’及び‘予測制御値’と記している。
【0029】
予測制御値３をＢｖＰとし、追従制御値２をＢｖＳとし、制御値１をＢｖ´として、これらと許容値Ｄｉｆｆを用いて予測制御値３を下記式２により求めることができる。その際、本実施形態では、追従制御値２と予測制御値３は、許容値Ｄｉｆｆの２倍の幅が持てるように設定される。
【0030】
【数2】
【0031】
Ｓ３０４にてカメラ制御部１０７は、追従制御値２と予測制御値３での電荷蓄積を行う。追従制御値２と予測制御値３での電荷蓄積は、制御値１の演算終了タイミングの次のＶＤ信号の同一期間内に行うことができる。追従制御値２と予測制御値３での電荷蓄積が完了すると、追従制御値２と予測制御値３でのそれぞれの蓄積電荷が、図４に示されるように、異なるタイミングで読み出される。Ｓ３０５にて露出制御部１０９は、追従制御値２とその電荷蓄積結果から測光演算により測光値２を算出し、また、予測制御値３とその電荷蓄積結果から測光演算により測光値３を算出する。なお、図４に示されるように、測光演算はそれぞれの電荷蓄積完了後に速やかに行われる。
【0032】
ここで、追従制御値２による蓄積電荷の読み出しと予測制御値３による蓄積電荷の読み出しを異なるタイミングで制御する場合、予測制御値３での蓄積電荷の読み出しが先に完了するよう制御する。これは、追従制御値２に対する測光演算後に直ぐに比較演算を行うことが可能になることによって、撮像動作等のシーケンスを変更する場合に露光開始までのタイムラグを短縮することができるからである。
【0033】
Ｓ３０６にてカメラ制御部１０７は、追従制御値２と測光値２の適正差分及び予測制御値３と測光値３の適正差分の少なくとも一方が許容値Ｄｉｆｆ以下か否かを判定する。つまり、測光値２と測光値３の少なくとも一方が適正露出であるか否かが判定される。Ｓ３０６での判定手法は、Ｓ３０２での判定手法と同じであり、ここでの説明は省略する。
【0034】
カメラ制御部１０７は、追従制御値２と測光値２の適正差分及び予測制御値３と測光値３の適正差分の少なくとも一方が許容値Ｄｉｆｆ以下であると判定した場合（Ｓ３０６でＹＥＳ）、処理をＳ３０７へ進める。Ｓ３０７にてカメラ制御部１０７は、許容値Ｄｉｆｆ以下の適正差分となっている測光値を適正露出に決定して、追い込みを終了する。なお、適正露出となる複数の測光値がある場合（許容値Ｄｉｆｆ以下の複数の適正差分がある場合）には、適正差分が小さい方の測光値を適正露出に決定して、Ｓ３０７の処理を行うことが望ましい。
【0035】
一方、カメラ制御部１０７は、追従制御値２と測光値２の適正差分及び予測制御値３と測光値３の適正差分の両方が許容値Ｄｉｆｆより大きいと判定した場合（Ｓ３０６でＮＯ）、処理をＳ３０３へ戻す。こうして、適正露出が得られるまでＳ３０３～Ｓ３０６のループが繰り返される。なお、図４には、測光値２は適正露出ではないと判定され、測光値３が適正露出であると判定された例が示されている。
【0036】
本実施形態では、処理がＳ３０３に戻された場合のＳ３０３では、直前のＳ３０６での判定対象となった２つの測光値のうち、制御値の変化方向に離れている方の測光値が次の追従制御値に設定されると共に次の予測制御値が演算されて設定される。但し、必ずしも直前のＳ３０６での判定対象となった２つの制御値のうち制御値の変化方向に離れている方の測光値を次の追従制御値に設定しなければならないわけではなく、例えば、現在の追従制御値での測光値を常に次の追従制御値に設定するようにしてもよい。
【0037】
次に、撮像装置１００での第２実施形態に係る露出制御方法について、図５乃至図７を参照して説明する。図５及び図６は、第２実施形態に係る露出制御方法での露出追従の開始から適正露出の決定までの処理を説明するフローチャートである。図５及び図６のフローチャートの各処理は、カメラ制御部１０７が所定のプログラムを実行して、撮像装置１００の各部の動作を統括的に制御することにより実現される。図７は、第２実施形態に係る露出制御方法のタイミングチャートである。
【0038】
Ｓ５０１～Ｓ５０３の処理は、第１実施形態で説明した図３のフローチャートのＳ３０１～Ｓ３０３の処理と同じであるため、ここでの説明を省略する。但し、Ｓ５０３で設定される予測制御値を本実施形態では「第１の予測制御値」と称呼する。また、Ｓ５０２からＳ５０３へ進んだ際に設定される第１の予測制御値を「第１の予測制御値３」とし、Ｓ５０３以降の処理については、Ｓ５０２から最初にＳ５０３へ進んだ場合を例にして具体的に説明する。なお、Ｓ５０３～Ｓ５０７，Ｓ５０９～Ｓ５１６のルーチンが繰り返される場合を考慮し、図５及び図６では、単に、‘測光値’、‘追従制御値’、‘第１の予測制御値’及び‘第２の予測制御値’と記している。
【0039】
Ｓ５０４にて露出制御部１０９は第２の予測制御値４を設定する。第２の予測制御値４をＢｖ４、追従制御値２をＢｖＳ、制御値１をＢｖ´、第１の予測制御値３をＢｖ３とすると、これらと許容値Ｄｉｆｆ用いて第２の予測制御値４は下記式３により求めることができる。
【0040】
【数3】
【0041】
第２の予測制御値４は測光値２及び測光値３を用いずに計算により求めることができるため、追従制御値２及び第１の予測制御値３での蓄積電荷の読み出しや測光演算を待つ必要がない。第２実施形態では、図７に示すように、第１の予測制御値での電荷蓄積を行ったＶＤ期間の次の同一期間内に追従制御値２の電荷蓄積と第２の予測制御値４の電荷蓄積を行うようにしている。
【0042】
Ｓ５０４の後のＳ５０５～Ｓ５０７の処理はそれぞれ、図３のフローチャートのＳ３０４～Ｓ３０６の処理と同じであるため詳細な説明を省略するが、ここでは、追従制御値２と第１の予測制御値３での測光値が算出されて適正差分が判定される。
【0043】
カメラ制御部１０７は、追従制御値２と測光値２の適正差分及び第１の予測制御値３と測光値３の適正差分の少なくとも一方が許容値Ｄｉｆｆ以下であると判定した場合（Ｓ５０７でＹＥＳ）、処理をＳ５０８へ進める。Ｓ５０８の処理は、図３のフローチャートのＳ３０７の処理と同じであり、カメラ制御部１０７は、許容値Ｄｉｆｆ以下と判定された適正差分となっている測光値を適正露出に決定して、追い込みを終了する。
【0044】
カメラ制御部１０７は、追従制御値２と測光値２の適正差分及び第１の予測制御値３と測光値３の適正差分のいずれもが許容値Ｄｉｆｆより大きいと判定した場合（Ｓ５０７でＮＯ）、処理をＳ５０９へ進める。図７にはＳ５０７の判定がＮＯとなった状態が示されており、そのため、後述するように第２の予測制御値４での電荷蓄積が行われ、測光値４が算出されている。
【0045】
Ｓ５０９にてカメラ制御部１０７は、追い込み開始からの経過時間が許容時間内か否かを判定する。カメラ制御部１０７は、追い込み開始からの経過時間が許容時間内であると判定した場合（Ｓ５０９でＹＥＳ）、処理をＳ５１０へ進める。
【0046】
Ｓ５１０の処理は、図３のフローチャートにおいてＳ３０６の判定がＮＯとなってＳ３０３に戻った際のＳ３０３の処理と同じである。つまり、Ｓ５０７又は後述のＳ５１３で用いた追従制御値での測光値又は第１の予測制御値での測光値のうち、制御値の変化方向に離れている方の測光値を次の追従制御値に設定すると共に次の第１の予測制御値を演算する。Ｓ５１０が最初に実行される際に設定される追従制御値と第１の予測制御値をそれぞれ、以下、追従制御値５と第１の予測制御値６とする。なお、本実施形態では、具体的には、第１の予測制御値３での測光値を追従制御値５としている。
【0047】
Ｓ５１１にてカメラ制御部１０７は、第２の予測制御値４での電荷蓄積を行う。Ｓ５１２にて露出制御部１０９は、第２の予測制御値４とその電荷蓄積結果から測光演算により測光値４を算出する。Ｓ５１３にてカメラ制御部１０７は、測光値４が適正露出であるか否か、つまり、第２の予測制御値４と測光値４の適正差分が許容値Ｄｉｆｆ以下か否かを判定する。Ｓ５１３での判定手法は、Ｓ５０７（Ｓ３０６）での判定手法と同じであるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【0048】
カメラ制御部１０７は、第２の予測制御値４と測光値４の適正差分が許容値Ｄｉｆｆ以下であると判定した場合（Ｓ５１３でＹＥＳ）、処理をＳ５０８へ進める。これにより、測光値４が適正露出に設定される。カメラ制御部１０７は、第２の予測制御値４と測光値４の適正差分が許容値Ｄｉｆｆより大きいと判定した場合（Ｓ５１３でＮＯ）、処理をＳ５１４へ進める。図７にはＳ５１３の判定はＮＯとなった状態が示されており、そのため、後述するように追従制御値５と第１の予測制御値６での各測光値（測光値５，６）が求められている。
【0049】
Ｓ５１４～Ｓ５１６の処理は、実質的にＳ５０５～Ｓ５０７（Ｓ３０４～Ｓ３０６）の処理と同様になる。つまり、Ｓ５１４にてカメラ制御部１０７は、追従制御値５と第１の予測制御値６での電荷蓄積を行う。追従制御値５と第１の予測制御値６での電荷蓄積が完了すると、Ｓ５１５にて露出制御部１０９は、追従制御値５とその電荷蓄積結果から測光演算により測光値５を算出し、また、第１の予測制御値６とその電荷蓄積結果から測光演算により測光値６を算出する。Ｓ５１６にてカメラ制御部１０７は、追従制御値５と測光値５の適正差分及び第１の予測制御値６と測光値６の適正差分の少なくとも一方が許容値Ｄｉｆｆ以下か否かを判定する。
【0050】
カメラ制御部１０７は、追従制御値５と測光値５の適正差分及び第１の予測制御値６と測光値６の適正差分のいずれか一方が許容値Ｄｉｆｆ以下である判定した場合（Ｓ５１６でＹＥＳ）、処理をＳ５０８へ進める。一方、カメラ制御部１０７は、追従制御値５と測光値５の適正差分及び第１の予測制御値６と測光値６の適正差分のいずれもが許容値Ｄｉｆｆより大きいと判定した場合（Ｓ５１６でＮＯ）、処理をＳ５０３へ戻す。これにより、追い込みが続行されることになる。
【0051】
Ｓ５１６からＳ５０３へ戻った際の追従制御値と第１の予測制御値の設定方法は、Ｓ５１０での処理に準ずる。なお、処理がＳ５１６からＳ５０３に戻った後には、それまでに得られた測光値が適正露出に近付いているものと考えられるため、Ｓ５０４，Ｓ５１１～Ｓ５１３の処理をスキップする（第２の予測制御値を設定しない）ようにしてもよい。
【0052】
図７には、第１の予測制御値６と測光値６の適正差分が許容値Ｄｉｆｆ以下と判定されて適正露出として設定された状態が示されている。不図示であるが、例えば、最初のＳ５１３の判定がＹＥＳとなった場合には、追従制御値５と第１の予測制御値６での電荷蓄積が完了する前に測光値４を適正露出に設定して、追い込みを終了することができる。つまり、複数の予測制御値を設定していることによって、追い込みに要する時間を短縮することが可能になる。
【0053】
ところで、Ｓ５０９でカメラ制御部１０７は、追い込み開始からの経過時間が許容時間外になったと判定した場合（Ｓ５０９でＮＯ）、処理をＳ５１７へ進める。Ｓ５１７にてカメラ制御部１０７は、直前のＳ５０７又はＳ５１６で用いた追従制御値での測光値又は第１の予測制御値での測光値のうち、制御値の変化方向に離れている方の測光値を適正露出に設定し、これにより本処理を終了させる。
【0054】
以上の通り、第１実施形態では当初の制御値に対して追従制御値と予測制御値を設定して追い込みを行うことにより、適正露出に到達するまでの時間を短縮することが可能になる。また、第２実施形態では、当初の制御値に対して追従制御値と２つの予測制御値を設定して追い込みを行うことにより、適正露出に到達するまでの時間を更に短縮することが可能になる。
【0055】
なお、本実施形態では、適正露出の算出を目標としているため、追い込み終了後も蓄積を中断しなかった。しかし、シーケンスを大きく変えるような指示（例えば撮影指示等）が操作部１０８を通じて入力された場合、実行中の測光を停止させ、指示があった時点での最適な測光値を適正露出に設定して、撮像動作に移行するようにしてもよい。
【0056】
また、本実施形態では１ＶＤ期間内に追従制御値と予測制御値を１つずつ設定することできるものとしているが、１ＶＤ期間内に複数の予測制御値を設定することが可能な場合には、許容値Ｄｉｆｆに基づいて複数の予測制御値を１ＶＤ期間内に取得してもよい。その場合、１ＶＤ内に新たに設定する予測制御値Ｂｖｐｉは１つ前に設定した予測制御値Ｂｖｐｉ－１が許容値Ｄｉｆｆの２倍の幅が持てるよう設定できるように下記式４により設定する。
【0057】
【数4】
【0058】
そして、複数の予測制御値を設定する場合には、被写体の輝度の急激な変動に対応することができるように、下記式５で表されるように、予測制御値Ｂｖｐｉを追従制御値ＢｖＳの変化方向の逆方向に設定してもよい。
【0059】
【数5】
【0060】
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。更に、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。
【0061】
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【0062】
１００ 撮像装置
１０３ 撮像素子
１０７ カメラ制御部
１０８ 操作部
１０９ 露出制御部
２０２ 測光演算部
２０４ 制御値演算部
２０５ 露出演算部
１０３ 撮像素子
１０７ カメラ制御部
１０８ 操作部
１０９ 露出制御部
２０２ 測光演算部
２０４ 制御値演算部
２０５ 露出演算部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】