露出制御装置および露出制御方法
【課題】露出制御装置は、広い露出調整範囲において、高い応答性でかつ高い精度で目標の露出値へ制御すること。
【解決手段】露出制御装置は、輝度信号による露出評価値ＥＶ(pv)と露出目標値ＥＶ(sp)とを用いて、複数の露出調整部により露出調整範囲ＥＲにて露出制御する。露出目標値ＥＶ(sp)と露出評価値ＥＶ(pv)との偏差ＥＶ(err)を求め、偏差ＥＶ(err)が所定以下の定常状態でありかつゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇで露出制御しているときに、ゲイン露出調整部６２が主制御量Ｃｉ−ｍにて露出制御するとともに、絞り露出調整部６１の絞り補正量Ｃｉ−ｓも加わる。
【解決手段】露出制御装置は、輝度信号による露出評価値ＥＶ(pv)と露出目標値ＥＶ(sp)とを用いて、複数の露出調整部により露出調整範囲ＥＲにて露出制御する。露出目標値ＥＶ(sp)と露出評価値ＥＶ(pv)との偏差ＥＶ(err)を求め、偏差ＥＶ(err)が所定以下の定常状態でありかつゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇで露出制御しているときに、ゲイン露出調整部６２が主制御量Ｃｉ−ｍにて露出制御するとともに、絞り露出調整部６１の絞り補正量Ｃｉ−ｓも加わる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動的に露出を調整するカメラの露出制御装置および露出制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のスチルカメラやビデオカメラは、自動的に露出を調整する、いわゆる自動露出機能を備えるものが多い。こうした自動露出機能として、例えば、複数の露出調整部を被写体の明るさに応じて切り換えることで広い露出調整範囲に対応するとともに、撮影した画像の輝度値から算出される評価値が露出目標値となるようにフィードバック制御する機構が知られている（特許文献１，２参照）。複数の露出調整部として、レンズを通る光量を絞る絞り露出調整部、撮像素子からの信号を増幅するゲイン露出調整部、および撮像素子に蓄積する電荷の蓄積時間を変更する電子シャッタ調整部などが用いられている。
【０００３】
しかし、従来の複数の露出調整部を用いた構成では、各々の露出調整部の特性を十分に活かすことができず、つまり被写体の明るさに対応した広い露出調整範囲において、高い応答性でかつ高い精度で目標の露出値へ制御することが難しいという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２９０２５
【特許文献２】特開２００３−２４１２４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の技術の問題点を解決することを踏まえ、広い露出調整範囲において、高い応答性でかつ高い精度で目標露出値へ制御することができる露出制御装置および露出制御方法を簡単な構成で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
適用例１は、被写体を撮像し、輝度信号を含む映像信号を出力する撮像素子と、上記輝度信号に基づいて算出された露出評価値と該露出評価値に対して目標露出とする露出目標値とを用いて、露出調整をする第１露出調整部、および該第１露出調整部より大きい露出調整速度でかつ低い分解能で露出調整する第２露出調整部により露出制御する露出制御手段と、を備えた露出制御装置であって、
上記露出制御手段は、
上記輝度信号に応じて露出調整される露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて設定する露出領域設定部と、
上記第１露出調整部により露出調整可能である露出制御量を、主調整量と補正量とに設定する露出制御量設定部と、
上記露出目標値と上記露出評価値との偏差を求め、上記偏差が所定以下であり、上記第２露出制御範囲で露出制御しているときに、上記第２露出調整部による露出制御に加えて、上記第１露出調整部が上記補正量にて露出制御する露出補正制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
適用例１にかかる露出制御装置では、被写体を撮像する撮像素子からの輝度信号に基づいて算出された露出評価値と露出目標値とを用いて、第１露出調整部および該第１露出調整部より露出調整速度の大きくかつ分解能の低い第２露出調整部により露出制御する。こうした露出制御は、被写体の明るさに対応した露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて第１および第２露出調整部により実行される。第１露出調整部は、露出調整可能である露出調整量を、主調整量および補正量に分けて設定されている。露出目標値が第２露出制御範囲にあり、露出目標値と露出評価値との偏差が所定以下の定常状態であるときに、第２露出調整部による露出制御に加えて、第１露出調整部は、その補正量で露出制御する。したがって、第２露出制御範囲にて、分解能の低い第２露出調整部による露出制御に加えて、分解能の高い第１露出調整部による露出制御も行なわれるから、露出目標値へ露出値を小さい誤差で収束させることができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例２の第１および第２露出調整部は、上記撮像素子への光量を制御する絞り露出調整部、上記撮像素子の映像信号を増幅するゲイン露出調整部、または上記撮像素子に蓄積される電荷の蓄積時間を変更する電子シャッタ調整部のいずれかである構成をとることができる。
【００１０】
［適用例３］
適用例３は、被写体を撮像する撮像素子からの輝度信号に基づいて算出された露出評価値と該露出評価値に対して目標露出とする露出目標値とを用いて、露出調整する第１露出調整部、および該第１露出調整部より大きい露出調整速度でかつ低い分解能で露出調整する第２露出調整部により露出制御する露出制御方法において、
上記輝度信号に応じて露出調整される露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて設定し、
上記第２露出調整部により露出調整可能である露出制御量を、主調整量と補正量とに分けて設定し、
上記露出目標値と上記露出評価値との偏差を求め、上記偏差が所定以下であり、上記第２露出制御範囲で露出制御しているときに、上記第２露出調整部による露出制御に加えて、上記第１露出調整部が上記補正量にて露出制御することを特徴とする露出制御方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例にかかる露出制御装置を備えたビデオカメラの概略構成を示す説明図である。
【図２】マイクロコンピュータに備えられたビデオカメラの露出制御装置を説明するブロック図である。
【図３】複数の露出調整部を用いた場合における露出制御量と露出調整範囲との関係を説明する説明図である。
【図４】露出調整部による露出値の時間的変化を説明する説明図である。
【図５】露出制御処理を説明する説明図である。
【図６】マイクロコンピュータにより実行される応答領域判定処理を説明するフローチャートである。
【図７】過渡状態露出値分配処理を説明するフローチャートである。
【図８】定常状態露出値分配処理を説明するフローチャートである。
【図９】絞り露出制御範囲における露出制御処理を説明する説明図である。
【図１０】ゲイン露出制御範囲における露出制御処理を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、上述した本発明の作用・効果を一層明らかにするため、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。
【００１３】
（１）ビデオカメラの構成：
図１は本発明の実施例としてのビデオカメラ１０の概略構成を示す説明図である。図示するように、ビデオカメラ１０は、レンズユニット２０と、撮像素子３０と、ＡＧＣ回路３２と、画像処理ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３４と、マイクロコンピュータ４０とを備えている。
【００１４】
レンズユニット２０は、被写体側の最前面から順に、ユニット内に固定された第１レンズ２１と、光軸方向に移動して変倍動作を行うズームレンズ２２と、ユニット内を透過する光量を調整するアイリス機構２３と、ユニット内に固定された第３レンズ２４と、光軸方向に移動して焦点位置を調整するフォーカスレンズ２５とを備えている。また、インナーフォーカス式のレンズユニットにおいては、ズームレンズのことをバリエータレンズと、フォーカスレンズのことをコンペンセータレンズと呼ぶ場合がある。
【００１５】
ズームレンズ２２には、ズームレンズ２２を光軸方向に往動あるいは復動させるリードスクリューを備えたズームモータ２２Ｍが接続されている。ズームモータ２２Ｍはステッピングモータであり、当該ズームモータ２２Ｍの駆動を行うズームドライバ２２Ｄを介して、マイクロコンピュータ４０に接続されている。したがって、ズームレンズ２２は、マイクロコンピュータ４０から指定されたステップ数に応じて、レンズユニット２０内を光軸方向に移動し、変倍動作を行なうことができる。
【００１６】
フォーカスレンズ２５には、フォーカスレンズ２５を光軸方向に往動あるいは復動させるリードスクリューを備えたフォーカスモータ２５Ｍが接続されている。フォーカスモータ２５Ｍは、ステッピングモータであり、当該フォーカスモータ２５Ｍの駆動を行うフォーカスドライバ２５Ｄを介して、マイクロコンピュータ４０に接続されている。したがって、フォーカスレンズ２５は、マイクロコンピュータ４０から指定されたステップ数に応じて、レンズユニット２０内を光軸方向に移動し、焦点位置を調整することができる。
【００１７】
アイリス機構２３には、当該アイリス機構２３の絞りを調整するアイリスモータ２３Ｍが接続されている。アイリスモータ２３Ｍは、ガルバノメータであり、当該アイリスモータ２３Ｍの駆動を行うアイリスドライバ２３Ｄを介して、マイクロコンピュータ４０に接続されている。したがって、アイリス機構２３は、マイクロコンピュータ４０からの指示に応じて、レンズユニット２０を透過する光量を調整することができる。なお、本実施例では、ズームモータ２２Ｍやフォーカスモータ２５Ｍはステッピングモータであるとし、アイリスモータ２３Ｍは、ガルバノメータであるとしたが、直流モータなど他の形式のモータを採用してもよい。
【００１８】
上述したように、ズームレンズ２２とフォーカスレンズ２５とは、レンズユニット２０内を光軸方向に移動する。そのため、レンズユニット２０は、これらのレンズが予め定めた基準位置である原点に移動したかを検出するために、第１原点センサ２２Ｓと、第２原点センサ２５Ｓとを備えている。第１原点センサ２２Ｓと第２原点センサ２５Ｓとは、フォトインタラプタによって構成されており、マイクロコンピュータ４０に接続されている。また、アイリス機構２３は、開口面積を変更することにより絞りを調節するよう駆動される。このため、絞り量を検出するためにアイリス用位置センサ２３Ｓを備え、マイクロコンピュータ４０に接続されている。
【００１９】
撮像素子３０は、レンズユニット２０を透過した光を受光し、この光を電気信号に変換するイメージセンサである。ＡＧＣ回路３２は、撮像素子３０から出力される電気信号を入力し、この電気信号の出力を適切な出力に増幅する回路である。画像処理ＤＳＰ３４は、ＡＧＣ回路３２から電気信号を入力し、この信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことで画像データを生成する。画像処理ＤＳＰ３４は、こうして生成された画像データを、コンポジットビデオ信号やＳビデオ信号に変換し、これを出力端子３６を介して、テレビモニタや録画装置等の外部機器に出力する。さらに、画像処理ＤＳＰ３４は、Ａ／Ｄ変換によって生成した画像データから、輝度信号を抽出し、これをマイクロコンピュータ４０に出力する機能を備えている。画像処理ＤＳＰ３４は、他にも、画像データに対してガンマ補正やアパーチャ補正、ホワイトバランスの調整など、種々の画像処理を施す機能を備えている。
【００２０】
図２はマイクロコンピュータ４０に備えられたビデオカメラ１０の露出制御装置を説明するブロック図である。露出制御装置は、画像処理ＤＳＰ３４（図１）から出力される輝度信号に基づいて作成された露出評価値ＥＶ(pv)と、使用者による設定値やマイクロコンピュータ４０にて設定されている露出目標値ＥＶ(sp)とを入力とし、それらの誤差が最小となるようにフィードバック制御するものであり、露出値算出部５１、露出値分配部５２、絞り露出調整部６１（本発明にかかる第１露出調整部）、ゲイン露出調整部６２（本発明にかかる第２露出調整部）および電子シャッタ調整部６３を備えている。
【００２１】
露出値算出部５１は、露出目標値ＥＶ(sp)と露出評価値ＥＶ(pv)との差分から求められた偏差ＥＶ(err)を入力し、偏差ＥＶ(err)をゼロとする露出制御量Ｃを算出し、つまり、露出評価値ＥＶ(pv)が露出目標値ＥＶ(sp)へ収束する露出制御量Ｃを算出する。露出値分配部５２は、露出値算出部５１から出力される露出制御量Ｃおよび露出評価値ＥＶ(pv)に基づいて、絞り露出調整部６１に送る絞り露出制御量Ｃｉ、ゲイン露出調整部６２に送るゲイン露出制御量Ｃｇ、および電子シャッタ調整部６３に送るシャッタ露出制御量Ｃｓを算出する。絞り露出調整部６１は、上述したアイリスドライバ２３Ｄ、アイリスモータ２３Ｍおよびアイリス機構２３から構成される機構であり、露出値分配部５２からの絞り露出制御量Ｃｉにより、アイリス機構２３の絞りを開閉することで露出値を調節する。ゲイン露出調整部６２は、露出値分配部５２からのゲイン露出制御量Ｃｇにより、撮像素子３０の出力レベルを増減することで露出値を調節する。電子シャッタ調整部６３は、露出値分配部５２からのシャッタ露出制御量Ｃｓにより、撮像素子３０の電荷蓄積時間を増減することで露出値を調節する。
【００２２】
図３は複数の露出調整部を用いた場合における露出制御量Ｃと露出調整範囲ＥＲとの関係を説明する説明図である。ここでは、図２に示すように、複数の露出調整部として、絞り露出調整部６１、ゲイン露出調整部６２および電子シャッタ調整部６３を用いた場合について説明する。露出調整範囲ＥＲは、被写体の明るさに応じて、４つの範囲に分けられ、つまり、低速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＬ、ゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇ、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉおよび高速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＨに分けられている。
【００２３】
低速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＬは、被写体が最も暗い状態にて、電子シャッタ調整部６３により露出調整される範囲であり、シャッタ露出制御量Ｃｓによる制御、つまり、電子シャッタ調整部６３の電荷蓄積時間を１フレームの時間より長い時間で変更することにより調節される。このとき、ゲイン露出調整部６２によるゲイン露出制御量Ｃｇは最大値に、絞り露出調整部６１による絞り露出制御量Ｃｉは全開になっている。
【００２４】
ゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇは、被写体が比較的暗い状態にて、ゲイン露出調整部６２により主に露出調整される範囲であり、ゲイン露出制御量Ｃｇの制御、つまり、映像信号のゲインを増減することにより調整され、さらに、後述する定常状態にて、絞り露出調整部６１により副次的に絞り補正量Ｃｉ−ｓで調整される。このとき、電子シャッタ調整部６３は、シャッタ露出制御量Ｃｓが一定値になっている。
【００２５】
絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉは、被写体が通常の明るさの状態にて、絞り露出調整部６１により主に露出調整される範囲であり、絞り露出制御量Ｃｉの制御、つまり、光学的な絞り量を変更することにより調整され、さらに、後述する過渡状態にて、ゲイン露出調整部６２により副次的にゲイン補正量Ｃｇ−ｓで調整される。このとき、電子シャッタ調整部６３は、シャッタ露出制御量Ｃｓが一定値になっている。
【００２６】
高速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＨは、被写体が最も明るい状態にて、電子シャッタ調整部６３により露出調整される範囲であり、シャッタ露出制御量Ｃｓによる制御、つまり、電子シャッタ調整部６３の電荷蓄積時間を１フレームの時間より短い時間で変更することにより調整される。このとき、ゲイン露出調整部６２は最小値、絞り露出調整部６１は、最小の絞り量になっている。
【００２７】
図４は露出調整部による露出値の時間的変化を説明する説明図であり、実線が絞り露出調整部６１の絞り露出制御量Ｃｉの時間的変化を示し、破線がゲイン露出調整部６２のゲイン露出制御量Ｃｇの時間的変化を示している。ここで、露出評価値ＥＶ(pv)から所定の露出値ＥＶ０に達するまでの時間を時定数で定義すると、絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２の時定数は、Ｔｉ、Ｔｇでそれぞれ表される。このとき、Ｔｇ＜Ｔｉであるから、ゲイン露出調整部６２により露出制御されるゲイン露出制御量Ｃｇは、絞り露出調整部６１より露出制御される絞り露出制御量Ｃｉより、露出目標値ＥＶ(sp)へ速く収束することが分かる。また、露出値ＥＶは、フレーム単位毎に所定制御量で制御され、絞り露出調整部６１の絞り露出制御量Ｃｉが小さく、高い分解能で制御され、一方、ゲイン露出調整部６２のゲイン露出制御量Ｃｇは、デジタル量で低い分解能で制御されている。よって、露出値ＥＶが露出目標値ＥＶ(sp)に向けて制御された場合に、ゲイン露出調整部６２のゲイン露出制御量Ｃｇによる最終的な誤差ΔＥＶｇとなり、一方、絞り露出調整部６１の絞り露出制御量Ｃｉとによる最終的な誤差ΔＥＶｉとなり、ΔＥＶｇ＞ΔＥＶｉであることが分かる。すなわち、絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２は、露出目標値ＥＶ(sp)への応答性、分解能で制御特性がそれぞれ異なっている。なお、電子シャッタ調整部６３の特性については、ここでは省略するが、シャッタ露出制御量Ｃｓは、ゲイン露出制御量Ｃｇと同様にデジタル的な値でかつ異なった特性に設定されている。
【００２８】
（２） 露出制御処理：
図５は露出制御処理を説明する説明図である。露出制御は、露出調整範囲ＥＲにおいて、絞り露出調整部６１、ゲイン露出調整部６２および電子シャッタ調整部６３により、それぞれ領域を分けて、露出評価値ＥＶ(pv)が露出目標値ＥＶ(sp)に収束するように実行され、つまり、通常の明るさである絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにて、光学的な調整手段である絞り露出調整部６１により露出調整することにより、自然な映像を作成し、それより暗いゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇおよび低速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＬにてゲイン露出調整部６２および電子シャッタ調整部６３により電気的な露出調整を行い、また、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉより明るい高速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＨにて、電子シャッタ調整部６３により電気的な露出調整を行なっている。
【００２９】
図６はマイクロコンピュータ４０により実行される応答領域判定処理を説明するフローチャートである。図６に示すように、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉおよびゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇにて、応答領域判定処理が実行される。すなわち、露出目標値ＥＶ(sp)との偏差ＥＶ(err)が算出され（ステップＳ１０１）、偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈ以上または以下であるかの判定が実行され（ステップＳ１０２）、肯定判定の場合に過渡状態露出値分配処理が実行され（ステップＳ１１０）、否定判定の場合に定常状態露出値分配処理が実行される（ステップＳ１２０）。
【００３０】
図７に示す過渡状態露出値分配処理において、露出制御量Ｃが算出され（ステップＳ１１２）、その後、露出評価値ＥＶ(pv)に基づいて、露出調整範囲ＥＲが決定される（ステップＳ１１４）。続くステップＳ１１６にて、露出補正手段が選択される。すなわち、露出評価値ＥＶ(pv)が絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにあれば、ゲイン露出調整部６２を露出補正手段として選択する。さらにステップＳ１１８にて、露出補正手段のゲイン補正量Ｃｇ−ｓを算出する。すなわち、図５に示すように、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにて、露出評価値ＥＶ(pv1)と露出目標値ＥＶ(sp1)との偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈ以上であるときには、絞り露出制御量Ｃｉの主制御量Ｃｉ−ｍに加えて、ゲイン露出調整部６２によりゲイン補正量Ｃｇ−ｓで露出制御される。
【００３１】
図８に示す定常状態露出値分配処理において、露出制御量Ｃが算出され（ステップＳ１２２）、その後、露出評価値ＥＶ(pv)に基づいて、露出調整範囲ＥＲが決定される（ステップＳ１２４）。続くステップＳ１２６にて、露出補正手段を選択する。すなわち、露出調整範囲ＥＲがゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇであれば、絞り露出調整部６１を露出補正手段として選択する。さらにステップＳ１２８にて、露出補正手段の絞り補正量Ｃｉ−ｓを算出する。すなわち、図５に示すように、ゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇにて、露出評価値ＥＶ(pv2)と露出目標値ＥＶ(sp2)との偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈ以下であるときには、ゲイン露出制御量Ｃｇの主制御量Ｃｇ−ｍに加えて、絞り露出調整部６１により絞り補正量Ｃｉ−ｓで露出制御される。
【００３２】
図９は絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにおける露出制御処理を説明する説明図であり、縦軸が露出値を示し、横軸が時間を示す。本制御処理は、時刻ｔ１から、露出評価値ＥＶ(pv1)が露出目標値ＥＶ(sp1)へ収束している場合を示している。露出目標値ＥＶ(sp1)と露出評価値ＥＶ(pv1)との偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈを越えたと判定されると、過渡状態露出値分配処理が実行され、すなわち、絞り露出制御量Ｃｉに加えて、ゲイン補正量Ｃｇ−ｓも露出制御量Ｃに加えられ、補正後の露出制御量Ｃは、（Ｃｉ ＋ Ｃｇ）の値になる。したがって、絞り露出調整部６１による露出制御によるなだらかな値に加えて、ゲイン露出調整部６２による大きな値の変化を有するゲイン補正量Ｃｇ−ｓも加わり、露出評価値ＥＶ(pv1)は、速やかに露出目標値ＥＶ(sp1)に近づく。そして、時刻ｔ２にて、偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈ以下と判定されると、定常状態露出値分配処理が実行され、つまり、絞り露出制御量Ｃｉによる露出制御だけが実行され、露出目標値ＥＶ(sp1)に誤差の小さい値で収束していく。
【００３３】
図１０はゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇにおける露出制御処理を説明する説明図である。本制御処理は、時刻ｔ１から、露出評価値ＥＶ(pv2)が露出目標値ＥＶ(sp2)へ収束している場合を示している。すなわち、露出目標値ＥＶ(sp2)と露出評価値ＥＶ(pv2)との偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈを越えて過渡状態と判定されると、応答性の高いゲイン露出調整部６２が選択されて、ゲイン露出制御量Ｃｇにより制御される。そして、偏差ＥＶ(err)が閾値ｔｈ以下と判定されると（時刻ｔ２）、定常状態露出値分配処理が実行される。定常状態露出値分配処理では、ゲイン露出制御量Ｃｇに加えて、絞り補正量Ｃｉ−ｓも露出制御量Ｃに加えられ、補正後の露出制御量Ｃは、（Ｃｉ＋Ｃｇ）の値になる。したがって、ゲイン露出調整部６２による応答性の高い露出制御に加えて、絞り露出調整部６１による分解能の高い絞り補正量Ｃｉ−ｓも加わり、露出評価値ＥＶ(pv2)は、速やかに露出目標値ＥＶ(sp2)に収束する。
【００３４】
（３） 実施例の作用・効果
上記実施例の構成により、以下の作用・効果を奏する。
（３）−１ 図９に示すように、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにて、絞り露出調整部６１により高い分解能で露出制御が実行されるが、露出調整速度Ｖｓの遅い応答性能を補うために、露出調整速度が大きいゲイン露出調整部６２による露出制御も加わり、露出目標値ＥＶ(sp)への迅速な露出制御を行なうことができる。
【００３５】
（３）−２ 図１０に示すように、ゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇにて、ゲイン露出調整部６２により速い露出調整速度が実行されるが、分解能の低い特性を補うために、分解能の高い絞り露出調整部６１による露出制御も加わり、露出目標値ＥＶ(sp)へ高い精度で収束させることができる。
【００３６】
（３）−３ 図５に示すように、露出調整範囲ＥＲの広い範囲にて、絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２のそれぞれの補正値を用い、切り換えることにより、迅速かつ高精度での露出制御を行なうことができる。
【００３７】
（３）−４ 本実施例の絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２は、汎用の絞り露出調整手段であり、従来の露出調整部に特殊な機構を加える必要がなく、応答特性の改善および高い露出調整精度を得ることができる。
【００３８】
（４） 他の実施例
この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３９】
（４）−１ 上記実施例では、絞り露出調整部６１、ゲイン露出調整部６２および電子シャッタ調整部６３の特性につき、絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２の分解能と応答性とを補う構成としたが、露出調整部の特徴に応じて、他の露出範囲の特性を補う手法であれば、種々設定することができ、また補正する露出制御範囲についても、複数の範囲にわたってもよい。また、これらの露出調整部は、同じ種類のものを、分解能や応答性を異なった特性として構成に適用してもよく、例えば、絞り露出調整部６１で露出制御される範囲を複数に分けて、それらの分解能や応答性を変更するように構成してもよい。
【００４０】
（４）−２ 上記実施例では、露出調整範囲を補正する補正量を一定とした場合について説明したが、偏差の大小に応じて変化させたり、その補正量自体に中間値を設定するように適宜設定してもよい。
【００４１】
（４）−３ 上記実施例では、露出調整部として、絞り露出調整部、ゲイン露出調整部および電子シャッタ調整部について説明したが、これに限らず、ニュートラルデンシティフィルタ、メカニカルシャッタ、液晶シャッタなどの露出調整することができる手段であれば特に限定されない。
【符号の説明】
【００４２】
１０…ビデオカメラ
２０…レンズユニット
２１…第１レンズ
２２…ズームレンズ
２２Ｄ…ズームドライバ
２２Ｍ…ズームモータ
２２Ｓ…第１原点センサ
２３…アイリス機構
２３Ｄ…アイリスドライバ
２３Ｍ…アイリスモータ
２３Ｓ…アイリス用位置センサ
２４…第３レンズ
２５…フォーカスレンズ
２５Ｄ…フォーカスドライバ
２５Ｍ…フォーカスモータ
２５Ｓ…第２原点センサ
３０…撮像素子
３４…画像処理ＤＳＰ
３６…出力端子
４０…マイクロコンピュータ
５１…露出値算出部
５２…露出値分配部
６１…絞り露出調整部
６２…ゲイン露出調整部
６３…電子シャッタ調整部
Ｃｇ…ゲイン露出制御量
Ｃｇ−ｓ…ゲイン補正量
Ｃｉ…絞り露出制御量
Ｃｉ−ｍ…主制御量
Ｃｉ−ｓ…絞り補正量
Ｃｓ…シャッタ露出制御量
ＥＲ…露出調整範囲
ＥＲ−ｇ…ゲイン露出制御範囲
ＥＲ−ｉ…絞り露出制御範囲
ＥＲ−ｓＨ…高速シャッタ露出制御範囲
ＥＲ−ｓＬ…低速シャッタ露出制御範囲
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動的に露出を調整するカメラの露出制御装置および露出制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のスチルカメラやビデオカメラは、自動的に露出を調整する、いわゆる自動露出機能を備えるものが多い。こうした自動露出機能として、例えば、複数の露出調整部を被写体の明るさに応じて切り換えることで広い露出調整範囲に対応するとともに、撮影した画像の輝度値から算出される評価値が露出目標値となるようにフィードバック制御する機構が知られている（特許文献１，２参照）。複数の露出調整部として、レンズを通る光量を絞る絞り露出調整部、撮像素子からの信号を増幅するゲイン露出調整部、および撮像素子に蓄積する電荷の蓄積時間を変更する電子シャッタ調整部などが用いられている。
【０００３】
しかし、従来の複数の露出調整部を用いた構成では、各々の露出調整部の特性を十分に活かすことができず、つまり被写体の明るさに対応した広い露出調整範囲において、高い応答性でかつ高い精度で目標の露出値へ制御することが難しいという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２９０２５
【特許文献２】特開２００３−２４１２４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の技術の問題点を解決することを踏まえ、広い露出調整範囲において、高い応答性でかつ高い精度で目標露出値へ制御することができる露出制御装置および露出制御方法を簡単な構成で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
適用例１は、被写体を撮像し、輝度信号を含む映像信号を出力する撮像素子と、上記輝度信号に基づいて算出された露出評価値と該露出評価値に対して目標露出とする露出目標値とを用いて、露出調整をする第１露出調整部、および該第１露出調整部より大きい露出調整速度でかつ低い分解能で露出調整する第２露出調整部により露出制御する露出制御手段と、を備えた露出制御装置であって、
上記露出制御手段は、
上記輝度信号に応じて露出調整される露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて設定する露出領域設定部と、
上記第１露出調整部により露出調整可能である露出制御量を、主調整量と補正量とに設定する露出制御量設定部と、
上記露出目標値と上記露出評価値との偏差を求め、上記偏差が所定以下であり、上記第２露出制御範囲で露出制御しているときに、上記第２露出調整部による露出制御に加えて、上記第１露出調整部が上記補正量にて露出制御する露出補正制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
適用例１にかかる露出制御装置では、被写体を撮像する撮像素子からの輝度信号に基づいて算出された露出評価値と露出目標値とを用いて、第１露出調整部および該第１露出調整部より露出調整速度の大きくかつ分解能の低い第２露出調整部により露出制御する。こうした露出制御は、被写体の明るさに対応した露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて第１および第２露出調整部により実行される。第１露出調整部は、露出調整可能である露出調整量を、主調整量および補正量に分けて設定されている。露出目標値が第２露出制御範囲にあり、露出目標値と露出評価値との偏差が所定以下の定常状態であるときに、第２露出調整部による露出制御に加えて、第１露出調整部は、その補正量で露出制御する。したがって、第２露出制御範囲にて、分解能の低い第２露出調整部による露出制御に加えて、分解能の高い第１露出調整部による露出制御も行なわれるから、露出目標値へ露出値を小さい誤差で収束させることができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例２の第１および第２露出調整部は、上記撮像素子への光量を制御する絞り露出調整部、上記撮像素子の映像信号を増幅するゲイン露出調整部、または上記撮像素子に蓄積される電荷の蓄積時間を変更する電子シャッタ調整部のいずれかである構成をとることができる。
【００１０】
［適用例３］
適用例３は、被写体を撮像する撮像素子からの輝度信号に基づいて算出された露出評価値と該露出評価値に対して目標露出とする露出目標値とを用いて、露出調整する第１露出調整部、および該第１露出調整部より大きい露出調整速度でかつ低い分解能で露出調整する第２露出調整部により露出制御する露出制御方法において、
上記輝度信号に応じて露出調整される露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて設定し、
上記第２露出調整部により露出調整可能である露出制御量を、主調整量と補正量とに分けて設定し、
上記露出目標値と上記露出評価値との偏差を求め、上記偏差が所定以下であり、上記第２露出制御範囲で露出制御しているときに、上記第２露出調整部による露出制御に加えて、上記第１露出調整部が上記補正量にて露出制御することを特徴とする露出制御方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例にかかる露出制御装置を備えたビデオカメラの概略構成を示す説明図である。
【図２】マイクロコンピュータに備えられたビデオカメラの露出制御装置を説明するブロック図である。
【図３】複数の露出調整部を用いた場合における露出制御量と露出調整範囲との関係を説明する説明図である。
【図４】露出調整部による露出値の時間的変化を説明する説明図である。
【図５】露出制御処理を説明する説明図である。
【図６】マイクロコンピュータにより実行される応答領域判定処理を説明するフローチャートである。
【図７】過渡状態露出値分配処理を説明するフローチャートである。
【図８】定常状態露出値分配処理を説明するフローチャートである。
【図９】絞り露出制御範囲における露出制御処理を説明する説明図である。
【図１０】ゲイン露出制御範囲における露出制御処理を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、上述した本発明の作用・効果を一層明らかにするため、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。
【００１３】
（１）ビデオカメラの構成：
図１は本発明の実施例としてのビデオカメラ１０の概略構成を示す説明図である。図示するように、ビデオカメラ１０は、レンズユニット２０と、撮像素子３０と、ＡＧＣ回路３２と、画像処理ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３４と、マイクロコンピュータ４０とを備えている。
【００１４】
レンズユニット２０は、被写体側の最前面から順に、ユニット内に固定された第１レンズ２１と、光軸方向に移動して変倍動作を行うズームレンズ２２と、ユニット内を透過する光量を調整するアイリス機構２３と、ユニット内に固定された第３レンズ２４と、光軸方向に移動して焦点位置を調整するフォーカスレンズ２５とを備えている。また、インナーフォーカス式のレンズユニットにおいては、ズームレンズのことをバリエータレンズと、フォーカスレンズのことをコンペンセータレンズと呼ぶ場合がある。
【００１５】
ズームレンズ２２には、ズームレンズ２２を光軸方向に往動あるいは復動させるリードスクリューを備えたズームモータ２２Ｍが接続されている。ズームモータ２２Ｍはステッピングモータであり、当該ズームモータ２２Ｍの駆動を行うズームドライバ２２Ｄを介して、マイクロコンピュータ４０に接続されている。したがって、ズームレンズ２２は、マイクロコンピュータ４０から指定されたステップ数に応じて、レンズユニット２０内を光軸方向に移動し、変倍動作を行なうことができる。
【００１６】
フォーカスレンズ２５には、フォーカスレンズ２５を光軸方向に往動あるいは復動させるリードスクリューを備えたフォーカスモータ２５Ｍが接続されている。フォーカスモータ２５Ｍは、ステッピングモータであり、当該フォーカスモータ２５Ｍの駆動を行うフォーカスドライバ２５Ｄを介して、マイクロコンピュータ４０に接続されている。したがって、フォーカスレンズ２５は、マイクロコンピュータ４０から指定されたステップ数に応じて、レンズユニット２０内を光軸方向に移動し、焦点位置を調整することができる。
【００１７】
アイリス機構２３には、当該アイリス機構２３の絞りを調整するアイリスモータ２３Ｍが接続されている。アイリスモータ２３Ｍは、ガルバノメータであり、当該アイリスモータ２３Ｍの駆動を行うアイリスドライバ２３Ｄを介して、マイクロコンピュータ４０に接続されている。したがって、アイリス機構２３は、マイクロコンピュータ４０からの指示に応じて、レンズユニット２０を透過する光量を調整することができる。なお、本実施例では、ズームモータ２２Ｍやフォーカスモータ２５Ｍはステッピングモータであるとし、アイリスモータ２３Ｍは、ガルバノメータであるとしたが、直流モータなど他の形式のモータを採用してもよい。
【００１８】
上述したように、ズームレンズ２２とフォーカスレンズ２５とは、レンズユニット２０内を光軸方向に移動する。そのため、レンズユニット２０は、これらのレンズが予め定めた基準位置である原点に移動したかを検出するために、第１原点センサ２２Ｓと、第２原点センサ２５Ｓとを備えている。第１原点センサ２２Ｓと第２原点センサ２５Ｓとは、フォトインタラプタによって構成されており、マイクロコンピュータ４０に接続されている。また、アイリス機構２３は、開口面積を変更することにより絞りを調節するよう駆動される。このため、絞り量を検出するためにアイリス用位置センサ２３Ｓを備え、マイクロコンピュータ４０に接続されている。
【００１９】
撮像素子３０は、レンズユニット２０を透過した光を受光し、この光を電気信号に変換するイメージセンサである。ＡＧＣ回路３２は、撮像素子３０から出力される電気信号を入力し、この電気信号の出力を適切な出力に増幅する回路である。画像処理ＤＳＰ３４は、ＡＧＣ回路３２から電気信号を入力し、この信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことで画像データを生成する。画像処理ＤＳＰ３４は、こうして生成された画像データを、コンポジットビデオ信号やＳビデオ信号に変換し、これを出力端子３６を介して、テレビモニタや録画装置等の外部機器に出力する。さらに、画像処理ＤＳＰ３４は、Ａ／Ｄ変換によって生成した画像データから、輝度信号を抽出し、これをマイクロコンピュータ４０に出力する機能を備えている。画像処理ＤＳＰ３４は、他にも、画像データに対してガンマ補正やアパーチャ補正、ホワイトバランスの調整など、種々の画像処理を施す機能を備えている。
【００２０】
図２はマイクロコンピュータ４０に備えられたビデオカメラ１０の露出制御装置を説明するブロック図である。露出制御装置は、画像処理ＤＳＰ３４（図１）から出力される輝度信号に基づいて作成された露出評価値ＥＶ(pv)と、使用者による設定値やマイクロコンピュータ４０にて設定されている露出目標値ＥＶ(sp)とを入力とし、それらの誤差が最小となるようにフィードバック制御するものであり、露出値算出部５１、露出値分配部５２、絞り露出調整部６１（本発明にかかる第１露出調整部）、ゲイン露出調整部６２（本発明にかかる第２露出調整部）および電子シャッタ調整部６３を備えている。
【００２１】
露出値算出部５１は、露出目標値ＥＶ(sp)と露出評価値ＥＶ(pv)との差分から求められた偏差ＥＶ(err)を入力し、偏差ＥＶ(err)をゼロとする露出制御量Ｃを算出し、つまり、露出評価値ＥＶ(pv)が露出目標値ＥＶ(sp)へ収束する露出制御量Ｃを算出する。露出値分配部５２は、露出値算出部５１から出力される露出制御量Ｃおよび露出評価値ＥＶ(pv)に基づいて、絞り露出調整部６１に送る絞り露出制御量Ｃｉ、ゲイン露出調整部６２に送るゲイン露出制御量Ｃｇ、および電子シャッタ調整部６３に送るシャッタ露出制御量Ｃｓを算出する。絞り露出調整部６１は、上述したアイリスドライバ２３Ｄ、アイリスモータ２３Ｍおよびアイリス機構２３から構成される機構であり、露出値分配部５２からの絞り露出制御量Ｃｉにより、アイリス機構２３の絞りを開閉することで露出値を調節する。ゲイン露出調整部６２は、露出値分配部５２からのゲイン露出制御量Ｃｇにより、撮像素子３０の出力レベルを増減することで露出値を調節する。電子シャッタ調整部６３は、露出値分配部５２からのシャッタ露出制御量Ｃｓにより、撮像素子３０の電荷蓄積時間を増減することで露出値を調節する。
【００２２】
図３は複数の露出調整部を用いた場合における露出制御量Ｃと露出調整範囲ＥＲとの関係を説明する説明図である。ここでは、図２に示すように、複数の露出調整部として、絞り露出調整部６１、ゲイン露出調整部６２および電子シャッタ調整部６３を用いた場合について説明する。露出調整範囲ＥＲは、被写体の明るさに応じて、４つの範囲に分けられ、つまり、低速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＬ、ゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇ、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉおよび高速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＨに分けられている。
【００２３】
低速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＬは、被写体が最も暗い状態にて、電子シャッタ調整部６３により露出調整される範囲であり、シャッタ露出制御量Ｃｓによる制御、つまり、電子シャッタ調整部６３の電荷蓄積時間を１フレームの時間より長い時間で変更することにより調節される。このとき、ゲイン露出調整部６２によるゲイン露出制御量Ｃｇは最大値に、絞り露出調整部６１による絞り露出制御量Ｃｉは全開になっている。
【００２４】
ゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇは、被写体が比較的暗い状態にて、ゲイン露出調整部６２により主に露出調整される範囲であり、ゲイン露出制御量Ｃｇの制御、つまり、映像信号のゲインを増減することにより調整され、さらに、後述する定常状態にて、絞り露出調整部６１により副次的に絞り補正量Ｃｉ−ｓで調整される。このとき、電子シャッタ調整部６３は、シャッタ露出制御量Ｃｓが一定値になっている。
【００２５】
絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉは、被写体が通常の明るさの状態にて、絞り露出調整部６１により主に露出調整される範囲であり、絞り露出制御量Ｃｉの制御、つまり、光学的な絞り量を変更することにより調整され、さらに、後述する過渡状態にて、ゲイン露出調整部６２により副次的にゲイン補正量Ｃｇ−ｓで調整される。このとき、電子シャッタ調整部６３は、シャッタ露出制御量Ｃｓが一定値になっている。
【００２６】
高速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＨは、被写体が最も明るい状態にて、電子シャッタ調整部６３により露出調整される範囲であり、シャッタ露出制御量Ｃｓによる制御、つまり、電子シャッタ調整部６３の電荷蓄積時間を１フレームの時間より短い時間で変更することにより調整される。このとき、ゲイン露出調整部６２は最小値、絞り露出調整部６１は、最小の絞り量になっている。
【００２７】
図４は露出調整部による露出値の時間的変化を説明する説明図であり、実線が絞り露出調整部６１の絞り露出制御量Ｃｉの時間的変化を示し、破線がゲイン露出調整部６２のゲイン露出制御量Ｃｇの時間的変化を示している。ここで、露出評価値ＥＶ(pv)から所定の露出値ＥＶ０に達するまでの時間を時定数で定義すると、絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２の時定数は、Ｔｉ、Ｔｇでそれぞれ表される。このとき、Ｔｇ＜Ｔｉであるから、ゲイン露出調整部６２により露出制御されるゲイン露出制御量Ｃｇは、絞り露出調整部６１より露出制御される絞り露出制御量Ｃｉより、露出目標値ＥＶ(sp)へ速く収束することが分かる。また、露出値ＥＶは、フレーム単位毎に所定制御量で制御され、絞り露出調整部６１の絞り露出制御量Ｃｉが小さく、高い分解能で制御され、一方、ゲイン露出調整部６２のゲイン露出制御量Ｃｇは、デジタル量で低い分解能で制御されている。よって、露出値ＥＶが露出目標値ＥＶ(sp)に向けて制御された場合に、ゲイン露出調整部６２のゲイン露出制御量Ｃｇによる最終的な誤差ΔＥＶｇとなり、一方、絞り露出調整部６１の絞り露出制御量Ｃｉとによる最終的な誤差ΔＥＶｉとなり、ΔＥＶｇ＞ΔＥＶｉであることが分かる。すなわち、絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２は、露出目標値ＥＶ(sp)への応答性、分解能で制御特性がそれぞれ異なっている。なお、電子シャッタ調整部６３の特性については、ここでは省略するが、シャッタ露出制御量Ｃｓは、ゲイン露出制御量Ｃｇと同様にデジタル的な値でかつ異なった特性に設定されている。
【００２８】
（２） 露出制御処理：
図５は露出制御処理を説明する説明図である。露出制御は、露出調整範囲ＥＲにおいて、絞り露出調整部６１、ゲイン露出調整部６２および電子シャッタ調整部６３により、それぞれ領域を分けて、露出評価値ＥＶ(pv)が露出目標値ＥＶ(sp)に収束するように実行され、つまり、通常の明るさである絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにて、光学的な調整手段である絞り露出調整部６１により露出調整することにより、自然な映像を作成し、それより暗いゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇおよび低速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＬにてゲイン露出調整部６２および電子シャッタ調整部６３により電気的な露出調整を行い、また、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉより明るい高速シャッタ露出制御範囲ＥＲ−ｓＨにて、電子シャッタ調整部６３により電気的な露出調整を行なっている。
【００２９】
図６はマイクロコンピュータ４０により実行される応答領域判定処理を説明するフローチャートである。図６に示すように、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉおよびゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇにて、応答領域判定処理が実行される。すなわち、露出目標値ＥＶ(sp)との偏差ＥＶ(err)が算出され（ステップＳ１０１）、偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈ以上または以下であるかの判定が実行され（ステップＳ１０２）、肯定判定の場合に過渡状態露出値分配処理が実行され（ステップＳ１１０）、否定判定の場合に定常状態露出値分配処理が実行される（ステップＳ１２０）。
【００３０】
図７に示す過渡状態露出値分配処理において、露出制御量Ｃが算出され（ステップＳ１１２）、その後、露出評価値ＥＶ(pv)に基づいて、露出調整範囲ＥＲが決定される（ステップＳ１１４）。続くステップＳ１１６にて、露出補正手段が選択される。すなわち、露出評価値ＥＶ(pv)が絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにあれば、ゲイン露出調整部６２を露出補正手段として選択する。さらにステップＳ１１８にて、露出補正手段のゲイン補正量Ｃｇ−ｓを算出する。すなわち、図５に示すように、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにて、露出評価値ＥＶ(pv1)と露出目標値ＥＶ(sp1)との偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈ以上であるときには、絞り露出制御量Ｃｉの主制御量Ｃｉ−ｍに加えて、ゲイン露出調整部６２によりゲイン補正量Ｃｇ−ｓで露出制御される。
【００３１】
図８に示す定常状態露出値分配処理において、露出制御量Ｃが算出され（ステップＳ１２２）、その後、露出評価値ＥＶ(pv)に基づいて、露出調整範囲ＥＲが決定される（ステップＳ１２４）。続くステップＳ１２６にて、露出補正手段を選択する。すなわち、露出調整範囲ＥＲがゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇであれば、絞り露出調整部６１を露出補正手段として選択する。さらにステップＳ１２８にて、露出補正手段の絞り補正量Ｃｉ−ｓを算出する。すなわち、図５に示すように、ゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇにて、露出評価値ＥＶ(pv2)と露出目標値ＥＶ(sp2)との偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈ以下であるときには、ゲイン露出制御量Ｃｇの主制御量Ｃｇ−ｍに加えて、絞り露出調整部６１により絞り補正量Ｃｉ−ｓで露出制御される。
【００３２】
図９は絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにおける露出制御処理を説明する説明図であり、縦軸が露出値を示し、横軸が時間を示す。本制御処理は、時刻ｔ１から、露出評価値ＥＶ(pv1)が露出目標値ＥＶ(sp1)へ収束している場合を示している。露出目標値ＥＶ(sp1)と露出評価値ＥＶ(pv1)との偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈを越えたと判定されると、過渡状態露出値分配処理が実行され、すなわち、絞り露出制御量Ｃｉに加えて、ゲイン補正量Ｃｇ−ｓも露出制御量Ｃに加えられ、補正後の露出制御量Ｃは、（Ｃｉ ＋ Ｃｇ）の値になる。したがって、絞り露出調整部６１による露出制御によるなだらかな値に加えて、ゲイン露出調整部６２による大きな値の変化を有するゲイン補正量Ｃｇ−ｓも加わり、露出評価値ＥＶ(pv1)は、速やかに露出目標値ＥＶ(sp1)に近づく。そして、時刻ｔ２にて、偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈ以下と判定されると、定常状態露出値分配処理が実行され、つまり、絞り露出制御量Ｃｉによる露出制御だけが実行され、露出目標値ＥＶ(sp1)に誤差の小さい値で収束していく。
【００３３】
図１０はゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇにおける露出制御処理を説明する説明図である。本制御処理は、時刻ｔ１から、露出評価値ＥＶ(pv2)が露出目標値ＥＶ(sp2)へ収束している場合を示している。すなわち、露出目標値ＥＶ(sp2)と露出評価値ＥＶ(pv2)との偏差ＥＶ(err)が所定の閾値ｔｈを越えて過渡状態と判定されると、応答性の高いゲイン露出調整部６２が選択されて、ゲイン露出制御量Ｃｇにより制御される。そして、偏差ＥＶ(err)が閾値ｔｈ以下と判定されると（時刻ｔ２）、定常状態露出値分配処理が実行される。定常状態露出値分配処理では、ゲイン露出制御量Ｃｇに加えて、絞り補正量Ｃｉ−ｓも露出制御量Ｃに加えられ、補正後の露出制御量Ｃは、（Ｃｉ＋Ｃｇ）の値になる。したがって、ゲイン露出調整部６２による応答性の高い露出制御に加えて、絞り露出調整部６１による分解能の高い絞り補正量Ｃｉ−ｓも加わり、露出評価値ＥＶ(pv2)は、速やかに露出目標値ＥＶ(sp2)に収束する。
【００３４】
（３） 実施例の作用・効果
上記実施例の構成により、以下の作用・効果を奏する。
（３）−１ 図９に示すように、絞り露出制御範囲ＥＲ−ｉにて、絞り露出調整部６１により高い分解能で露出制御が実行されるが、露出調整速度Ｖｓの遅い応答性能を補うために、露出調整速度が大きいゲイン露出調整部６２による露出制御も加わり、露出目標値ＥＶ(sp)への迅速な露出制御を行なうことができる。
【００３５】
（３）−２ 図１０に示すように、ゲイン露出制御範囲ＥＲ−ｇにて、ゲイン露出調整部６２により速い露出調整速度が実行されるが、分解能の低い特性を補うために、分解能の高い絞り露出調整部６１による露出制御も加わり、露出目標値ＥＶ(sp)へ高い精度で収束させることができる。
【００３６】
（３）−３ 図５に示すように、露出調整範囲ＥＲの広い範囲にて、絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２のそれぞれの補正値を用い、切り換えることにより、迅速かつ高精度での露出制御を行なうことができる。
【００３７】
（３）−４ 本実施例の絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２は、汎用の絞り露出調整手段であり、従来の露出調整部に特殊な機構を加える必要がなく、応答特性の改善および高い露出調整精度を得ることができる。
【００３８】
（４） 他の実施例
この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３９】
（４）−１ 上記実施例では、絞り露出調整部６１、ゲイン露出調整部６２および電子シャッタ調整部６３の特性につき、絞り露出調整部６１およびゲイン露出調整部６２の分解能と応答性とを補う構成としたが、露出調整部の特徴に応じて、他の露出範囲の特性を補う手法であれば、種々設定することができ、また補正する露出制御範囲についても、複数の範囲にわたってもよい。また、これらの露出調整部は、同じ種類のものを、分解能や応答性を異なった特性として構成に適用してもよく、例えば、絞り露出調整部６１で露出制御される範囲を複数に分けて、それらの分解能や応答性を変更するように構成してもよい。
【００４０】
（４）−２ 上記実施例では、露出調整範囲を補正する補正量を一定とした場合について説明したが、偏差の大小に応じて変化させたり、その補正量自体に中間値を設定するように適宜設定してもよい。
【００４１】
（４）−３ 上記実施例では、露出調整部として、絞り露出調整部、ゲイン露出調整部および電子シャッタ調整部について説明したが、これに限らず、ニュートラルデンシティフィルタ、メカニカルシャッタ、液晶シャッタなどの露出調整することができる手段であれば特に限定されない。
【符号の説明】
【００４２】
１０…ビデオカメラ
２０…レンズユニット
２１…第１レンズ
２２…ズームレンズ
２２Ｄ…ズームドライバ
２２Ｍ…ズームモータ
２２Ｓ…第１原点センサ
２３…アイリス機構
２３Ｄ…アイリスドライバ
２３Ｍ…アイリスモータ
２３Ｓ…アイリス用位置センサ
２４…第３レンズ
２５…フォーカスレンズ
２５Ｄ…フォーカスドライバ
２５Ｍ…フォーカスモータ
２５Ｓ…第２原点センサ
３０…撮像素子
３４…画像処理ＤＳＰ
３６…出力端子
４０…マイクロコンピュータ
５１…露出値算出部
５２…露出値分配部
６１…絞り露出調整部
６２…ゲイン露出調整部
６３…電子シャッタ調整部
Ｃｇ…ゲイン露出制御量
Ｃｇ−ｓ…ゲイン補正量
Ｃｉ…絞り露出制御量
Ｃｉ−ｍ…主制御量
Ｃｉ−ｓ…絞り補正量
Ｃｓ…シャッタ露出制御量
ＥＲ…露出調整範囲
ＥＲ−ｇ…ゲイン露出制御範囲
ＥＲ−ｉ…絞り露出制御範囲
ＥＲ−ｓＨ…高速シャッタ露出制御範囲
ＥＲ−ｓＬ…低速シャッタ露出制御範囲
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像し、輝度信号を含む映像信号を出力する撮像素子と、上記輝度信号に基づいて算出された露出評価値と該露出評価値に対して目標露出とする露出目標値とを用いて、露出調整をする第１露出調整部、および該第１露出調整部より大きい露出調整速度でかつ低い分解能で露出調整する第２露出調整部により露出制御する露出制御手段と、を備えた露出制御装置であって、
上記露出制御手段は、
上記輝度信号に応じて露出調整される露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて設定する露出領域設定部と、
上記第１露出調整部により露出調整可能である露出制御量を、主調整量と補正量とに設定する露出制御量設定部と、
上記露出目標値と上記露出評価値との偏差を求め、上記偏差が所定以下であり、上記第２露出制御範囲で露出制御しているときに、上記第２露出調整部による露出制御に加えて、上記第１露出調整部が上記補正量にて露出制御する露出補正制御部と、
を備えたことを特徴とする露出制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露出制御装置において、
上記第１および第２露出調整部は、上記撮像素子への光量を制御する絞り露出調整部、上記撮像素子の映像信号を増幅するゲイン露出調整部、または上記撮像素子に蓄積される電荷の蓄積時間を変更する電子シャッタ調整部のいずれかである露出制御装置。
【請求項３】
被写体を撮像する撮像素子からの輝度信号に基づいて算出された露出評価値と該露出評価値に対して目標露出とする露出目標値とを用いて、露出調整する第１露出調整部、および該第１露出調整部より大きい露出調整速度でかつ低い分解能で露出調整する第２露出調整部により露出制御する露出制御方法において、
上記輝度信号に応じて露出調整される露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて設定し、
上記第２露出調整部により露出調整可能である露出制御量を、主調整量と補正量とに分けて設定し、
上記露出目標値と上記露出評価値との偏差を求め、上記偏差が所定以下であり、上記第２露出制御範囲で露出制御しているときに、上記第２露出調整部による露出制御に加えて、上記第１露出調整部が上記補正量にて露出制御すること
を特徴とする露出制御方法。
【請求項１】
被写体を撮像し、輝度信号を含む映像信号を出力する撮像素子と、上記輝度信号に基づいて算出された露出評価値と該露出評価値に対して目標露出とする露出目標値とを用いて、露出調整をする第１露出調整部、および該第１露出調整部より大きい露出調整速度でかつ低い分解能で露出調整する第２露出調整部により露出制御する露出制御手段と、を備えた露出制御装置であって、
上記露出制御手段は、
上記輝度信号に応じて露出調整される露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて設定する露出領域設定部と、
上記第１露出調整部により露出調整可能である露出制御量を、主調整量と補正量とに設定する露出制御量設定部と、
上記露出目標値と上記露出評価値との偏差を求め、上記偏差が所定以下であり、上記第２露出制御範囲で露出制御しているときに、上記第２露出調整部による露出制御に加えて、上記第１露出調整部が上記補正量にて露出制御する露出補正制御部と、
を備えたことを特徴とする露出制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露出制御装置において、
上記第１および第２露出調整部は、上記撮像素子への光量を制御する絞り露出調整部、上記撮像素子の映像信号を増幅するゲイン露出調整部、または上記撮像素子に蓄積される電荷の蓄積時間を変更する電子シャッタ調整部のいずれかである露出制御装置。
【請求項３】
被写体を撮像する撮像素子からの輝度信号に基づいて算出された露出評価値と該露出評価値に対して目標露出とする露出目標値とを用いて、露出調整する第１露出調整部、および該第１露出調整部より大きい露出調整速度でかつ低い分解能で露出調整する第２露出調整部により露出制御する露出制御方法において、
上記輝度信号に応じて露出調整される露出調整範囲を、第１露出制御範囲および第２露出制御範囲に分けて設定し、
上記第２露出調整部により露出調整可能である露出制御量を、主調整量と補正量とに分けて設定し、
上記露出目標値と上記露出評価値との偏差を求め、上記偏差が所定以下であり、上記第２露出制御範囲で露出制御しているときに、上記第２露出調整部による露出制御に加えて、上記第１露出調整部が上記補正量にて露出制御すること
を特徴とする露出制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−８４４２（Ｐ２０１２−８４４２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６０６８（Ｐ２０１０−１４６０６８）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（００００００４２４）株式会社エルモ社 (104)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（００００００４２４）株式会社エルモ社 (104)
【Ｆターム（参考）】
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