JP5266077B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、フラッシュ撮影機能を備えた撮像装置と、その制御方法に関する。詳しくは、至近距離の被写体をフラッシュ撮影するときに、イメージセンサが受光する光の量を調整する技術に関する。

至近距離の被写体をフラッシュ撮影すると、被写体からの反射光が強すぎるために、いわゆる白とびが発生することがある。白とびは、フラッシュの発光量を微小光量とすることで、防止することができる。しかし、フラッシュの発光量の下限値は、フラッシュライトの放電管の特性により決まるため、その下限値を下回る発光量でフラッシュ発光を行うことはできない。すなわち、フラッシュの発光量を直接調整する方法では、白とびを有効に防止できない場合がある。

一方、特許文献１、２には、撮像素子への電荷の蓄積が、フラッシュの発光期間の全部ではなく一部の期間においてのみ行われるように、露光の開始タイミングや電荷の出力（掃き捨て）タイミングを制御する方法が示されている。これらの方法では、上記下限値を下回る微小な発光量でフラッシュを発光させることにより得られる画像と、同等の画像を生成することができる。すなわち、フラッシュ発光量の下限値を実質的に引き下げることができる。

特開２００４−５６２５７号公報 特開２００２−２１４６９２号公報

しかし、特許文献１の方法は算出されたシャッタースピードに基づいて電子シャッターの動作タイミングを制御するものであり、特許文献２の方法はパルス発光のタイミングに基づいて電子シャッターのタイミングを制御するものである。すなわち、これらの方法は、撮像素子が受光する光の量が正確に所望の光量となるように、電子シャッターの動作を制御しているわけではない。このため、シャッタースピードの算出結果やパルス発光の回数や間隔によっては、依然として白とびが生じる可能性がある。

本発明は、至近距離の被写体をフラッシュ撮影するときに、確実に白とびを防止することを課題とする。

本発明の撮像装置は、マトリックス状に配置された複数の光電変換素子により生成され蓄積された電荷を画素信号として出力するＣＣＤ（Charged Coupled Device）などのイメージセンサと、イメージセンサから出力される画素信号を用いて画像を形成する画像形成手段と、フラッシュライトに対しフラッシュの発光開始および発光停止を指示することにより、設定された予備発光期間（プレ発光期間）および本発光期間にフラッシュを発光させるフラッシュライト駆動手段と、本画像の形成に必要な第１必要光量を算出する必要光量算出手段と、光電変換素子の電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングを制御する制御手段を備える。

必要光量算出手段は、予備発光期間の少なくとも一部を含む期間に、被写体からの反射光情報を取得し、その反射光情報に基づいて、本画像の形成に必要な第１必要光量を算出する。なお、本画像は、撮影の目的物たる画像であり、最終的に画像ファイルとして記録媒体に記録される画像である。

制御手段は、光電変換素子の電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングを制御することにより、光電変換素子に、必要光量算出手段により算出された第１必要光量に相当する光量の光を受光させる。制御手段は、本発光期間の開始後終了前に、光電変換素子による電荷蓄積を開始および／または終了させることが可能であり、算出された第１必要光量に応じて、次の４通りの制御のうち、いずれかの制御を行う。

（ａ）本発光期間の開始時から所定時間が経過したときに光電変換素子に電荷の蓄積を開始させ、本発光期間が終了した後に、電荷の蓄積を終了させる。所定時間は、電荷の蓄積開始から本発光期間の終了時までの期間に光電変換素子が受光する光の光量が、必要光量算出手段により算出された第１必要光量に相当する光量となるように設定される。すなわち、所定時間は、算出された第１必要光量によって異なる時間となる。

（ｂ）本発光期間の開始時以前に光電変換素子に電荷の蓄積を開始させ、本発光期間中、光電変換素子が必要光量算出手段により算出された第１必要光量に相当する光量の光を受光した時点で、電荷の蓄積を終了させる。

（ｃ）本発光期間の開始時から所定時間が経過したときに光電変換素子に電荷の蓄積を開始させ、光電変換素子が必要光量算出手段により算出された第１必要光量に相当する光量の光を受光した時点で、本発光期間が終了していなくても、電荷の蓄積を終了させる。この場合の所定時間は、予め決められた一定の（不変の）時間とする。

（ｄ）一般に行われている制御方法と同様、本発光期間の開始時以前に光電変換素子に電荷の蓄積を開始させ本発光期間の終了後に電荷の蓄積を終了させる。この場合、本発光期間は、本発光期間の開始から終了までに光電変換素子が受光する光の光量が、必要光量算出手段により算出された第１必要光量と等しくなるように設定される。

ここで、本発光期間が開始する時点および終了する時点は、フラッシュライト駆動手段による前記指示のタイミングに基づいて判断することもできるが、フラッシュライトが、フラッシュライト駆動手段が指示したタイミングよりも所定の反応時間遅れて発光を開始および／または停止するものであるときは、フラッシュライト駆動手段の指示タイミングのみならず反応時間も考慮して判断することが好ましい。そのためには、制御手段は、フラッシュライト駆動手段がフラッシュの発光停止を指示した後でも、光電変換素子による電荷蓄積を開始させることが可能な手段とすることが好ましい。

なお、本明細書では、（ａ）〜（ｃ）の制御において、フラッシュは発光しているが電荷は蓄積されない期間を、発光無効期間と称する。また、発光無効期間の長さを、発光無効時間と称する。

本発明の方法は、上記撮像装置の制御方法であり、次の手順にしたがって撮像装置の動作を制御する。まず、予備発光期間として設定された期間、フラッシュを発光させ、予備発光期間の少なくとも一部を含む期間に、被写体からの反射光情報を取得し、その反射光情報に基づいて、本画像の形成に必要な第１必要光量を算出する。続いて、本発光期間として設定された期間、フラッシュを発光させる。そして、本発光期間の開始後終了前に、光電変換素子による電荷蓄積を開始および／または終了させることにより、光電変換素子に必要光量算出手段により算出された前記第１必要光量に相当する光量の光を受光させる。

上記撮像装置の構成および制御方法によれば、本画像の形成に必要な光量は画像ごとに算出され、算出された必要光量がフラッシュ発光により得られる光量を上回るときでも下回るときでも、本画像を形成するにあたり算出されたとおりの必要光量を得ることができる。よって、至近距離の被写体を撮影するときに、白とびを確実に防止することができる。

一実施形態において、必要光量算出手段は、反射光情報として、予備発光時画像（プレ画像）を取得し、その予備発光時画像に基づいて、本画像の形成に必要な第１必要光量を算出する。予備発光時画像は、フラッシュの予備発光期間の少なくとも一部を含む期間に電荷の蓄積を行うことにより形成された画像である。換言すれば、予備発光時画像とは、フラッシュが予備発光（プレ発光）している期間と、画素信号として出力される電荷が蓄積された期間の間に、重複する期間が存在するような画像である。他の形態としては、本画像の形成に用いられるイメージセンサとは別に、被写体からの反射光を受光する受光センサ（イメージセンサであってもよい）を備え、必要光量算出手段が、受光センサから反射光情報を取得する形態が考えられる。

予備発光時画像を用いて第１必要光量を算出する場合、必要光量算出手段は、第１必要光量を算出する前に、予備発光時画像の形成に必要な第２必要光量を設定することが好ましい。そして、制御手段は、予備発光期間の開始後終了前に、光電変換素子による電荷蓄積を開始および／または終了させることにより、光電変換素子に必要光量算出手段により算出された第２必要光量に相当する光量の光を受光させる。第２必要光量は、常に一定の量に設定してもよいし、撮影条件などに基づいて算出された量に設定してもよい。

例えば、撮像装置が被写体までの距離を測定する測距手段を備えるものであるときは、必要光量算出手段は、測距手段により測定された距離に基づいて第２必要光量を算出し、設定することが好ましい。

あるいは、撮像装置が、露出に係る少なくとも１つのパラメータを設定する露出設定手段を備えるものであるときは、必要光量算出手段は、露出設定手段により設定されたパラメータに基づいて第２必要光量を算出し、設定してもよい。露出設定手段により設定されるパラメータとしては、シャッタースピード、ＩＳＯ感度、絞り値などがある。

予備発光は弱い光で行うため、予備発光時画像に白とびが発生する確率は一般には低いものの、至近距離の被写体撮影では、その確率はゼロではない。予備発光時画像に白とびが発生していると、その予備発光時画像を使って算出された第１必要光量は不適切な値となる。上記構成では、予備発光時画像の白とびを防止することができ、これにより本画像の白とびを、より確実に防止することができる。

なお、必要光量算出手段は、予備発光時画像が、予備発光期間の全部を含む期間に電荷の蓄積を行うことにより形成されたものとして本画像の形成に必要な光量を算出し、予備発光時画像が、予備発光期間の一部のみを含む期間に電荷の蓄積を行うことにより形成された画像であるときに、本画像の形成に必要な光量として算出された光量を補正することにより第１必要光量を求めることが好ましい。予備発光時画像が、予備発光期間の一部のみを含む期間に電荷の蓄積を行うことにより形成された画像であるときには、予備発光時画像の輝度が低いため、通常の演算式により求められた必要光量は真に必要な光量よりも多くなるが、補正を行うことで、正確な必要光量を求めることができる。

また、（ａ）〜（ｃ）の制御方法では、本発光期間のうち前記電荷の蓄積が行われない時間、すなわち発光無効時間が長すぎると十分な光量が得られず本画像が暗くなりすぎる恐れがある。よって、発光無効時間に上限値を設けることで本画像について必要最小限の明るさを確保することが好ましい。例えば、撮像装置が備えるメモリに、発光無効時間の上限値を、撮影感度（ＩＳＯ感度）ごとに記憶しておく。上限値は、絞り値ごとに記憶しておいてもよいし、撮影感度と絞り値の組み合わせごとに記憶しておいてもよい。そして（ａ）の制御において所定時間を設定するときや、（ｂ）または（ｃ）の制御において電荷の蓄積終了タイミングを決定するときに、発光無効時間がその上限値を超えないように設定値やタイミングを調整する。

また、処理を高速化するためには、制御手段は、参照テーブルを用いて電荷の蓄積開始タイミングを制御することが好ましい。例えば、撮像装置が備えるメモリに、必要光量と、フラッシュの発光時間と、本発光期間のうち電荷の蓄積を行わない時間との対応づけを規定する参照テーブルを記憶しておく。そして、制御手段が、メモリに記憶された参照テーブルに基づいて、電荷の蓄積開始タイミングを制御する。これにより、高速なタイミング制御が可能になる。

必要光量算出手段と制御手段の一方もしくは両方の動作は、撮像装置の動作モードに基づいて選択的に切り替えられることが好ましい。例えば、近距離撮影に適した撮影条件を自動設定するモードがある場合、ユーザがそのモードを設定したときにのみ、第１必要光量を算出し、算出結果に基づいて電荷蓄積開始タイミングを制御することとしてもよい。また、第２必要光量を、測距手段により測定された距離に基づいて算出するか、露出設定に基づいて算出するかを、動作モードに応じて切り替えてもよい。これにより、ユーザは、動作モードを設定するだけで、白とびのない適正な明るさの画像を取得することができる。

また、上記撮像装置は、画像形成手段により形成された画像を所定の記録媒体に記録する手段であって、電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングに係る情報を、画像の付加情報として記録する画像記録手段を備えていてもよい。これにより、ユーザは、記録媒体から画像とともにこれらの情報を読み出して確認することができる。また、画像ファイルをパソコンに転送してパソコン上で画像処理を施すときに、これらの情報を画像処理に利用することができる。

デジタルカメラの外観を示す図（斜視図） デジタルカメラの外観を示す図（背面図） デジタルカメラの内部構成を示す図 フラッシュ撮影時のデジタルカメラの動作を示すフローチャート（実施形態１） フラッシュ撮影時のデジタルカメラの動作を示すフローチャート（実施形態１） 画像の分割例を示す図 必要光量の算出処理の概要を示すフローチャート 各ブロックの重み付けの設定例を示す図 発光期間とＣＣＤの動作とシャッターの開閉状態を示す図（実施形態１） 発光指示と発光期間の関係を示す図 参照テーブルの一例を示す図 発光無効時間の上限値の設定例を示す図 フラッシュ撮影時のデジタルカメラの動作を示すフローチャート（実施形態２） 第３プレ画像取得のための動作を示すフローチャート（実施形態２、３） フラッシュとＣＣＤの動作とシャッターの開閉状態を示す図（実施形態２、３） フラッシュ撮影時のデジタルカメラの動作を示すフローチャート（実施形態３） 発光期間とＣＣＤの動作とシャッターの開閉状態を示す図（実施形態４） フラッシュ撮影時のデジタルカメラの動作を示すフローチャート（実施形態４） 発光期間とＣＣＤの動作とシャッターの開閉状態を示す図（他の実施形態）

以下、本発明の実施形態として、フラッシュ撮影機能を備えたデジタルカメラと、その制御方法を示す。

［実施形態１］
図１は、デジタルカメラ１の外観を示す斜視図である。この図に示すように、デジタルカメラ１の前面には、撮像レンズ２が備えられ、デジタルカメラ１の上面には、シャッターレリーズボタン３、フラッシュライト４、付属品の取付口であるホットシュー５、各種設定操作を行うためのモードダイヤル６１、コマンドダイヤル６２、フラッシュボタン６３などの設定操作ボタン６が備えられている。

シャッターレリーズボタン３は、２段階の押下により２種類の動作を指示できる構造を有する。例えば、自動露出調整機能（ＡＥ：Auto Exposure）、自動焦点調節機能（ＡＦ：Auto Focus）を利用した撮影では、デジタルカメラ１は、シャッターレリーズボタン３が軽く押下（半押しともいう）されたときに、自動的に、最適な露出、焦点を設定する。その状態で、シャッターレリーズボタン３が強く押下（全押しともいう）されると、デジタルカメラ１は設定された条件で露光を開始し、露光により得られた１フレーム分の画像データをメモリカードに記録する。

フラッシュライト４はフラッシュ収納部７に内蔵されており、シャッターレリーズボタン３の２段階目の押下操作（全押し操作）と連動して発光動作を行う。フラッシュ収納部７は、自動または手動の操作によりカメラ上部方向に開閉する。図は、フラッシュ収納部７が開いた状態を示している。

フラッシュの発光動作は、ユーザにより設定された撮影モードおよびフラッシュモードによって決まる。撮影モードとしては、撮影に係る全設定をカメラが自動で行うＡＵＴＯモード、撮影に係る全設定をユーザが手動で行うマニュアルモードのほか、プログラムオートモード、シャッター優先オートモード、絞り優先オートモード、ブレ軽減モード、ナチュラルフォトモード、マクロ（接写）モード、その他人物、風景、夜景など撮影シーンごとのモードが用意されている。撮影モードは、モードダイヤル６１の操作により設定することができる。また、フラッシュモードとしては、周囲の明るさから発光の要否を判断して自動的に発光するオートフラッシュモード、周囲の明るさに拘わらず発光する強制発光モード、接写に適したフラッシュ制御を行うマクロフラッシュモードなどが用意されている。フラッシュモードは、フラッシュボタン６３を押下し、後述するモニタに表示される設定画面において設定することができる。

デジタルカメラ１は、フラッシュ収納部７を閉じた状態で、ホットシュー５に外付フラッシュライトを取り付けて使用することもできる。外付フラッシュライトは、ホットシュー５に取付けられることで機械的・電気的にデジタルカメラ１に接続され、これにより、フラッシュ収納部７に内蔵されたフラッシュライト４と同様、設定されたモードに応じて、シャッターレリーズボタン３の押下操作と連動した発光動作を行うようになる。本発明は、フラッシュライトが内蔵か外付けかによらず適用可能な発明である。

図２は、デジタルカメラ１の背面図である。この図に示すように、デジタルカメラ１の背面には、モニタ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）９と、設定を行うときの選択操作に用いられる十字キー６４、その他ズーム設定ボタンなどの各種設定操作ボタンが備えられている。またデジタルカメラ１の側面に備えられたスロットカバー１０は開閉可能であり、中にはメモリカード用スロットが備えられている。デジタルカメラ１により撮影された画像は、メモリカード用スロットに装填された例えばｘＤ−ピクチャーカードなどのメモリカード（記録メディア８）に記録される。

図３は、デジタルカメラ１の内部構成を示す図である。この図に示すように、デジタルカメラ１は、ＣＰＵ４２と、撮影動作の制御に関わる各種制御プログラムおよび各種設定値を記憶する内部メモリ４８を備える。また、デジタルカメラ１は、ＣＰＵ４２からの指示に応じて、前述のシャッターレリーズボタン３および各種設定操作ボタン６を含む操作系から入力される情報を取り込む操作系制御部４３を備えている。ＣＰＵ４２は、デジタルカメラ１を構成する各部と直接もしくはシステムバス５４を介して信号を送受信し、操作系制御部４３から入力される操作情報と、内部メモリ４８に記憶されている制御プログラムにしたがって、内部メモリ４８に記憶されている設定値の更新や、以下に説明する各部の動作を、統括的に制御する。

デジタルカメラ１は、撮像系３０として、撮像レンズ２、絞り３１、シャッター３２、イメージセンサであるＣＣＤ３３およびそれらを駆動制御する駆動部を備えている。撮像レンズ２は、フォーカスレンズ２１およびズームレンズ２２により構成される。各々のレンズは、モータとモータドライバとからなるフォーカスレンズ駆動部３４およびズームレンズ駆動部３５によって光軸方向に移動可能である。フォーカスレンズ駆動部３４は、後述するＡＦ処理部４５から出力されるフォーカス駆動量データに基づいて、ズームレンズ駆動部３５はズームレバーの操作量データに基づいて、各々のレンズの移動を制御する。

絞り３１は、モータとモータドライバとからなる絞り駆動部３６によって駆動される。この絞り駆動部３６は、後述するＡＥ／ＡＷＢ処理部４６から出力される絞り値データに基づいて絞り径の調整を行う。

シャッター３２は、メカニカルシャッターであり、モータとモータドライバとからなるシャッター駆動部３７によって駆動される。シャッター駆動部３７は、シャッターレリーズボタン３の押下により発生する信号と、ＡＥ／ＡＷＢ処理部４６から出力されるシャッタースピードデータとに応じて、シャッター３２の開閉の制御を行う。

ＣＣＤ３３は、これらの光学系の後方に配置される。ＣＣＤ３３は、多数の光電変換素子がマトリックス状に配列された受光面を有する。受光面の前方には、各光電変換素子に光を集光するためのマイクロレンズアレイと、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のフィルタが規則的に配列されたカラーフィルタアレイとが配置されている。光学系を通過した光は、この受光面に結像し、光電変換され、光電変換素子ごとに電荷が蓄積される。

電荷の蓄積時間、すなわち露光時間は、ＡＥ／ＡＷＢ処理部４６が求めたシャッタースピードもしくは設定操作ボタン６の操作により設定されたシャッタースピードに基づいて決定される。蓄積された電荷は、ＣＣＤ駆動部３８から供給される垂直転送クロックおよび水平転送クロックに同期して、１ラインずつアナログ信号として出力される。

ＣＣＤ３３から出力されたアナログ信号は、アナログ信号処理部３９に入力される。アナログ信号処理部３９は、アナログ信号のノイズを除去する相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ）と、アナログ信号のゲインを調節するオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）とからなる。アナログ信号処理部３９に入力されたアナログ信号は、これらの回路により、画素毎にＲ，Ｇ，Ｂの濃度値を持つＲＡＷデジタルデータに変換される。

タイミングジェネレータ４０は、タイミング信号を発生させるものであり、このタイミング信号をシャッター駆動部３７、ＣＣＤ駆動部３８、およびアナログ信号処理部３９に供給することにより、シャッターレリーズボタン３の操作、シャッター３２の開閉、ＣＣＤ３３の各ラインもしくは画素からの電荷の読み出し、およびアナログ信号処理部３９の処理の同期をとる。

画像入力コントローラ４４は、アナログ信号処理部３９から入力されたデジタルデータをフレーム単位にまとめて、フレームメモリ４９に書き込む。すなわち、本実施形態では、アナログ信号処理部３９と画像入力コントローラ４４が画像形成手段として機能する。

フレームメモリ４９は、例えば、一定周期のバスクロック信号に同期してデータ転送を行うＳＤＲＡＭ(Synchronous Dynamic Random Access Memory)であり、画像データに対して後述の各種画像処理（信号処理）を行う際に作業用メモリとして使用される。

表示制御部５０は、フレームメモリ４９に格納された画像データをスルー画像としてモニタ９に表示させたり、再生モード時に記録メディア８に保存されている画像データをモニタ９に表示させたりするためのものである。なお、スルー画像は、撮影モードが選択されている間、所定時間間隔でＣＣＤ３３により連続して撮影される。

ＡＦ処理部４５およびＡＥ／ＡＷＢ処理部４６は、第１プレ画像に基づいて撮影条件を決定する。第１プレ画像は、シャッターレリーズボタン３の半押し操作がＣＰＵ４２により検出されたときに、ＣＣＤ３３により取得され、アナログ信号処理部３９、画像入力コントローラ４４経由でフレームメモリ４９に格納された画像データが表す画像である。

ＡＦ処理部４５は、第１プレ画像に基づいて焦点位置を検出し、フォーカス駆動量データを出力する（ＡＦ処理）。焦点位置の検出方式としては、例えば、所望とする被写体にピントが合った状態では画像のコントラストが高くなるという特徴を利用して合焦位置を検出するパッシブ方式が考えられる。

ＡＥ／ＡＷＢ処理部４６は、第１プレ画像に基づいて被写体輝度を測定し、測定した被写体輝度に基づいてＩＳＯ感度、絞り値およびシャッタースピード等、露出に係るパラメータの値を決定する。そして、決定したＩＳＯ感度データ、絞り値データおよびシャッタースピードデータなどを露出設定値として出力するとともに（ＡＥ処理）、撮影時のホワイトバランスを自動調整する（ＡＷＢ処理）。なお、露出およびホワイトバランスについては、撮影モードがマニュアルモードに設定されている場合には、デジタルカメラ１の撮影者がマニュアル操作により設定可能である。また、露出およびホワイトバランスが自動で設定された場合にも、撮影者が操作系から指示を行うことにより、露出およびホワイトバランスをマニュアル調整することが可能である。

画像処理部４７は、本画像の画像データに対して、階調補正、シャープネス補正、色補正等の画質補正処理、ＲＡＷデジタルデータを輝度信号であるＹデータと、青色色差信号であるＣｂデータおよび赤色色差信号であるＣｒデータとからなるＹＣデータに変換するＹＣ処理を行う。この本画像とは、シャッターレリーズボタン３の全押し操作が検出されたときにＣＣＤ３３により取得され、アナログ信号処理部３９、画像入力コントローラ４４経由でフレームメモリ４９に格納された画像データが表す画像である。本画像の画素数の上限は、ＣＣＤ３３の画素数によって決定されるが、例えば、ファイン、ノーマル等の設定により、記録画素数を変更することができる。一方、スルー画像およびプレ画像の画像数は、本画像よりも少なく、例えば、本画像の１／１６程度の画素数で取り込まれる。

圧縮／伸長処理部５１は、画像処理部４７によって補正・変換処理が行われた本画像の画像データに対して、例えば、ＪＰＥＧ等の圧縮形式で圧縮処理を行い、画像ファイルを生成する。画像ファイルは、Ｅｘｉｆ等の標準フォーマットのファイルであり、画像データに撮影日時等の付帯情報が格納されたタグが付加されている。また、圧縮／伸長処理部５１は、再生モードの場合には、記録メディア８から圧縮された画像ファイルを読み出し、伸長処理を行う。伸長後の画像データは表示制御部５０によりモニタ９に出力される。

メディア制御部５２は、記録メディア８にアクセスして画像ファイルの書き込みと読み込みの制御を行う。

測距部５６は、画像を複数のブロックに分割し、ブロックごとに被写体までの距離を求める。距離の算出は、ＡＦ処理過程で生成される、合焦位置が異なる複数のプレ画像を用いて行う。これらのプレ画像ではピントが合っているブロックで画像のコントラストが最も高くなるので、そのブロック内の被写体までの距離を、合焦位置までの距離として求めることができる。

フラッシュライト４は、撮影モードまたはフラッシュモードがフラッシュ発光を行うモードに設定されている状態で、シャッターレリーズボタン３の全押し操作がＣＰＵ４２により検出されたときに作動する。詳細には、フラッシュライト駆動部４１が、ＣＰＵ４２の制御の下、フラッシュライト４の印加電圧をオン／オフすることで、発光の開始／停止が指示される。発光は、プレ発光と本発光の、計２回行われる。プレ発光、本発光の期間、発光量等は、フラッシュライト駆動部４１、ＣＰＵ４２および必要光量算出部５３により制御される。

必要光量算出部５３は、第２プレ画像および第３プレ画像に基づいて、本画像の形成に必要な光量を算出し、算出された光量を示す第１必要光量データを出力する。第２プレ画像は、シャッターレリーズボタン３の全押し操作が検出された後、プレ発光が行われる前に、ＣＣＤ３３により取得され、アナログ信号処理部３９、画像入力コントローラ４４経由でフレームメモリ４９に格納された画像データが表す画像である。第３プレ画像は、プレ発光が行われたときに、ＣＣＤ３３により取得され、フレームメモリ４９に格納された画像データが表す画像である。

必要光量算出部５３から出力された第１必要光量データは、ＣＰＵ４２に供給される。ＣＰＵ４２は、第１必要光量データが示す光量に相当する量の光が、ＣＣＤ３３により光電変換され、電荷として蓄積されるように、フラッシュライト駆動部４１およびＣＣＤ駆動部３８の動作を制御する。

図４Ａおよび図４Ｂは、フラッシュ撮影時のデジタルカメラ１の動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ４２によりシャッターレリーズボタン３の半押し操作が検出されると（Ｓ１０１）、ＣＰＵ４２の指示により第１プレ画像が取得され、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ１０２）。第１プレ画像は、前述のようにＡＥ／ＡＷＢ処理部４６により使用され、ＡＥ処理により露光時間が設定される（Ｓ１０３）。

ＣＰＵ４２によりシャッターレリーズボタン３の全押し操作が検出されると（Ｓ１０４）、ＣＰＵ４２の指示により第２プレ画像が取得され、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ１０５）。さらに、フラッシュライト駆動部４１により所定のタイミングでプレ発光が行われ、そのとき取得された第３プレ画像がフレームメモリ４９に格納される（Ｓ１０６）。

続いて、必要光量算出部５３により、本画像の形成に必要な第１必要光量が算出される（Ｓ１０７）。必要光量算出部５３は、フレームメモリ４９から第２プレ画像を読み出し、第２プレ画像を複数の領域ブロックに分割する。図５は、８×８個の領域ブロックに分割したところを例示している。

図６は、図４ＡのステップＳ１０７の処理の詳細を示すフローチャートである。この図に示されるように、必要光量算出部５３は、第２プレ画像について、ブロックごとに平均輝度値を求める（Ｓ２０１）。具体的には、まずＲＧＢ画像である第２プレ画像をＹＣＣ画像に変換することにより画素ごとの輝度値を取得し、画素の輝度値のブロックごとの平均値を算出する。同様の処理により、第３プレ画像についても、画素の輝度値のブロックごとの平均値を算出する（Ｓ２０２）。そして、ブロックごとに、ステップＳ２０２で求めた平均輝度値とステップＳ２０１で求めた平均輝度値の差分を計算する（Ｓ２０３）。

続いて、必要光量算出部５３は、ステップＳ２０３で求めたブロックごとの差分に、それぞれ重み付けを設定して、加重平均を求める（Ｓ２０４）。これによりプレ発光時の反射輝度Ｅ１が求まる。重み付けは、例えば図７に例示するように、画像の中央に近い位置に配置されたブロックほど重み付けを高く設定する。すなわち、中央に配置された対象の反射輝度を、より強く演算結果に反映させる。

必要光量算出部５３は、本撮影により得られる画像の目標輝度をＥ２、フラッシュライトの非発光時に取得された第２プレ画像の画像全体の平均輝度をＥ３として、次式（１）
Ｍ＝（Ｅ２−Ｅ３）／Ｅ１ ・・・（１）
により、本画像の形成に必要な光量の、プレ発光時の発光量に対する倍率Ｍを求める（Ｓ２０５）。そして、この倍率Ｍを示すデータ、もしくはＭに予め規定されているプレ発光の発光量を乗ずることにより算出された本発光時の必要光量を示すデータを、第１必要光量データとして出力する（Ｓ２０６）。

なお、フラッシュライトのプレ発光時に取得された画像を使用して本発光時の必要光量を求める方法は、このほかにも種々提案されている。例えば、画像に含まれる顔を検出する機能を備えるデジタルカメラについては、顔が検出された領域に重み付けをおいた演算を行うことにより必要光量を求める方法が提案されている。必要光量の算出方法としては、そのような公知のあらゆる方法を適用することが可能であり、本実施形態において採用する処理は、あくまでも一例に過ぎない。

また、本発光時の必要光量は、プレ発光時にＣＣＤ３３により取得された画像ではなく、プレ発光時にＣＣＤ３３以外の受光センサにより取得された情報を利用して求めてもよい。例えば、一眼レフのデジタルカメラの中には、光学系の後方に、ＣＣＤ３３とは別にＴＴＬ（Through The Lens）調光専用の受光センサを備えるものがある。あるいは、光学系とは別個に、調光専用の受光センサを備えるものもある。さらには、ＣＣＤ３３のようなイメージセンサを２つ以上備え、本画像と、スルー画像を、異なるイメージセンサにより取得するものもある。デジタルカメラが、そのような受光センサ（イメージセンサを含む）をＣＣＤ３３とは別に備えているときには、受光センサにより被写体からの反射光情報を取得し、その反射光情報に基づいて本画像の形成に必要な必要光量を算出してもよい。

以下、図４Ｂを参照して説明する。必要光量算出部５３から第１必要光量データを受けたＣＰＵ４２は、算出された必要光量を、フラッシュライト４について設定可能な最小光量と比較する（Ｓ１０８）。フラッシュライトについて設定可能な発光量の範囲は、通常、フラッシュライトの構造により制限されている。最小光量とは、その設定可能な光量の下限値である。

以下のステップは、図４Ｂとともに図８を参照しながら説明する。図８はフラッシュの発光期間における発光強度の時間的変化と、フラッシュの発光期間およびその前後の期間のＣＣＤ３３の動作と、シャッター３２（メカニカルシャッター）の開閉状態を示している。

ＣＰＵ４２は、ステップＳ１０８において必要光量が最小光量を下回ると判定したときは、フラッシュライト駆動部４１に対し、発光量が最小光量となる発光時間を指定し、発光を指示する。指示を受けたフラッシュライト駆動部４１は、フラッシュライト４に対し電圧を印加し（発光の開始を指示し）、これによりフラッシュライト４が発光を開始する（Ｓ１０９）。ここでは、発光開始タイミングをｔ１とする。

この段階では、シャッター３２は開いているので、ＣＣＤ３３はフラッシュの反射光を受光しているが、ＣＣＤ３３は前に蓄積された電荷を画像信号として出力する動作を行っているので、新たな電荷は蓄積されない。

ＣＰＵ４２は、発光無効時間として設定された時間が経過したことを検出すると（Ｓ１１０）、ＣＣＤ駆動部３８に対し、電荷の蓄積開始を指示する。ＣＣＤ３３は、ＣＣＤ駆動部３８の制御の下、各画素を構成する素子への電荷の蓄積を開始する（Ｓ１１１）。電荷の蓄積開始タイミングをｔ２とすると、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間が発光無効期間となる。

一方、フラッシュライト駆動部４１は、ステップＳ１０９で指定された発光時間が経過した時点、すなわち発光量が最小光量となる発光時間が経過した時点でフラッシュの発光が停止するように、フラッシュライト４への電圧の印加を停止する（発光停止を指示する）。これにより、指定された発光時間が経過した時点で（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、フラッシュは発光を停止する（Ｓ１１３）。ここでは、発光停止タイミングをｔ３とする。

その後、ＣＰＵ４２は、ステップＳ１０３において設定された露光時間が経過したことを検出し（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、ＣＣＤ駆動部３８に対し、電荷の蓄積終了を指示する。また、シャッター駆動部３７に対してシャッター３２を閉じるよう指示する。ＣＣＤ３３は、ＣＣＤ駆動部３８の制御の下、電荷の蓄積を終了する（Ｓ１１５）。ここでは、電荷の蓄積終了タイミングをｔ４とする。

なお、ＣＰＵ４２は、発光時間が経過する以前に露光時間の経過を検出したときは（Ｓ１１２：ＮＯ，Ｓ１１４：ＹＥＳ）、すなわち図８においてタイミングｔ３より先にタイミングｔ４が到来したときは、ＣＣＤ駆動部３８に対し電荷の蓄積終了を指示する（Ｓ１１５）。ＣＣＤ３３は、ＣＣＤ駆動部３８の制御の下、発光期間の途中で、電荷の蓄積を終了する。

ここで、フラッシュライト駆動部４１による発光開始の指示および発光停止の指示のタイミングについて、補足する。図９は、フラッシュライト４に対しフラッシュライト駆動部４１が発光の開始／停止を指示するタイミングと、実際に発光が開始／停止するタイミングの関係を示す図である。なお、本明細書において、実際に発光が開始するタイミング、停止するタイミングとは、図９に示す発光波形において発光強度が０から正の値になるタイミング、０になるタイミングを指すものとする。

前述のとおり、フラッシュライト駆動部４１は、フラッシュライト４の印加電圧をオン／オフすることで発光の開始／停止を指示するが、放電管の特性上、電圧が印加されてから発光を開始するまで、また電圧の印加が停止されてから発光が停止するまでには、所定の反応時間を要することがある。反応時間の長さはフラッシュライト４の性能によるが、発光時間や発光無効時間に比して反応時間が無視できない長さであるときは、ＣＰＵ４２およびフラッシュライト駆動部４１は、フラッシュライト駆動部４１が発光開始および停止を指示したタイミングのみならず反応時間も考慮に入れて、制御を行う必要がある。

例えば、図に示すように、発光開始の指示から発光開始までの反応時間がｄ１であるときは、ステップＳ１１０において発光無効時間が経過したか否かを判定するときに、発光を指示した時点ｔ１´から反応時間ｄ１遅れた時点を発光開始時ｔ１と判断する。そして、発光無効時間が経過したか否かを判定するときは、発光を指示した時点ｔ１´ではなく、発光開始時ｔ１と判断した時点を基準として時間を計測する。また、図に示すように、発光停止の指示から発光停止までの反応時間がｄ２であるときは、発光停止を指示した時点ｔ３´よりも反応時間ｄ２遅れた時点を発光停止時ｔ３と判断し、ステップＳ１１２では、発光を停止させたいタイミングｔ３よりも、反応時間ｄ２分早く、発光停止を指示するようにする。

このようなケースでは、図９に例示するように、電荷の蓄積を開始するタイミングｔ２が、フラッシュライト４に発光停止を指示するタイミングｔ３´よりも後になる場合もある。すなわち、図４Ｂに示すフローチャートにおいて、フラッシュライト駆動部４１が発光停止を指示するタイミングは、ステップＳ１１０より前になる場合もあるし、ステップＳ１１１より後になる場合もある。

なお、図９は、発光開始時と発光停止時の反応時間が両方とも無視できない長さの場合を例示しているが、既存のフラッシュライトの多くは、発光開始の指示とともに緩やかに発光を開始し、発光停止の指示とともに徐々に光が弱まって発光を停止する。よって、多くの場合は、発光停止時の反応時間の遅れのみを考慮して制御を行えばよい。

電荷の蓄積が終了すると、続いて、電荷の読出し、すなわち画素信号の出力が開始される。ＣＣＤ３３から出力された画素信号は、アナログ信号処理部３９を介して画像入力コントローラ４４に供給され、画像入力コントローラ４４により形成された本画像がフレームメモリ４９に格納される（Ｓ１１６）。さらに、メディア制御部５２によりフレームメモリ４９から読み出された本画像が、記録メディア８に記録される（Ｓ１１７）。本画像は、必要に応じて圧縮／伸長処理部５１により圧縮された後、所定フォーマットの画像ファイル（例えば、Ｅｘｉｆファイル）として記録される。

この際、本実施形態では、電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングの決定に係わった情報、すなわち算出された必要光量、指定された発光時間、発光無効時間などを、本画像とともに画像ファイルの所定領域に記録する。あるいは、決定されたタイミングそのもの、すなわちタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４を記録してもよい。これらの情報は、例えばＥｘｉｆファイルのＴＡＧ領域のメーカ定義領域（ＭａｋｅｒＮｏｔｅ）に記録する。

一方、ＣＰＵ４２は、ステップＳ１０８において必要光量が最小光量以上であると判定したときは、フラッシュライト駆動部４１に対しフラッシュの発光開始を指示するとともに、ＣＣＤ駆動部３８に対し電荷の蓄積開始を指示する（Ｓ１１８）。そして、指定された発光時間の経過を検出したときに（Ｓ１１９）、フラッシュライト駆動部４１に対しフラッシュの発光停止を指示し（Ｓ１２０）、ステップＳ１０３で設定された露光時間の経過を検出したときに（Ｓ１２１）、ＣＣＤ駆動部３８に対し電荷の蓄積終了を指示する（Ｓ１２２）。

電荷の蓄積が終了すると、電荷の読出しが開始され、本画像がフレームメモリ４９に格納される（Ｓ１１６）。さらに、メディア制御部５２によりフレームメモリ４９から読み出された本画像が、記録メディア８に記録される（Ｓ１１７）。

以上に説明した処理では、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの期間の発光強度の積分値、すなわち図８の斜線部の面積が、ステップＳ１０７において算出された必要光量と等しくなるように、タイミングｔ１、ｔ２およびｔ３を制御する必要がある。本実施形態では、内部メモリ４８に、必要光量と、その必要光量が得られるフラッシュの発光時間と、フラッシュは発光しているが前記電荷の蓄積は行われない発光無効時間との対応づけを規定する参照テーブルが記憶されており、ＣＰＵ４２は、この参照テーブルが規定する対応づけに基づいて、フラッシュ発光期間中の電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングを制御する。

図１０に、参照テーブルの一例を示す。図の例では、設定可能な最小光量は−２Ａｖであり、最小光量を得るための発光時間は１０μｓである。−２Ｖ以上の必要光量に対しては、その必要光量を得るための発光時間がそれぞれ対応づけられており、発光無効時間は０μｓに設定されている。一方、−２Ｖを下回る必要光量に対しては、最小光量を得るための発光時間である１０μｓが対応づけられており、発光無効時間がそれぞれ設定されている。例えば、必要光量が−５Ａｖのときには、図８に示すタイミングｔ１からタイミングｔ３までの時間が１０μｓで、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの時間が８μｓとなるように、フラッシュライト４およびＣＣＤ３３が制御される。

発光強度の時間的な変化は、フラッシュライトを構成する放電管の特性と管電圧により定まるものであるので、所定の必要光量を得るための発光時間および発光無効時間は、演算により求めることも可能であるが、これらの対応づけを予め参照テーブルとして記憶しておくことで、制御にかかる時間を大幅に短縮することができる。

なお、参照テーブルを用いるか否かに拘わらず、発光無効時間には上限値を設けておき、上限値を超えた発光無効時間が設定されないようにすることが好ましい。第２プレ画像や第３プレ画像の取得時に外乱の影響により適切な画像が得られなかった場合には、算出される必要光量の値が適正値を大きく外れた値となることがあるが、そのような場合でも本発光時に最小限の受光量を確保するためである。

発光無効時間の上限値は、参照テーブルの一部として、もしくは参照テーブルとは別に、内部メモリ４８に記憶しておく。例えば、図１０に例示した参照テーブルを用いて制御を行うときに発光無効時間の上限値を９μｓとし、算出された必要光量が−７以下であれば、発光時間を１０μｓ、発光無効時間を９μｓに設定する。

発光無効時間の上限値は常に同じ値としてもよいが、好ましくは、ＩＳＯ感度ごと、または絞り値ごとに最適な上限値を設定するのがよい。特に、図１１に示すように、ＩＳＯ感度と絞り値の組み合わせごとに、発光無効時間の上限値を設定しておき、設定されたＩＳＯ感度と絞り値に応じて、上限値を切り替えるとよい。撮影感度が低いときには、撮影感度が高いときよりも受光量は多くてよい。また絞り値が大きいときには、絞り値が小さいときよりも受光量は多くてよい。よって、発光無効時間の上限値は、図１１に例示するように、撮影感度が低いときほど、また絞り値が大きいときほど、小さな値となるように設定するのがよい。なお、上限値として適切な値は、本発光の発光時間によっても異なり、図に示す値はあくまでも一例に過ぎない。

以上に説明したように、本実施形態のデジタルカメラでは、本画像の形成に必要な光量は、微小光量のフラッシュ発光を伴う撮影で取得された被写体の画像に基づいて算出されるので、本画像の必要光量として最適な光量が設定される。さらには、設定された必要光量が、フラッシュ発光により得られる最小光量を下回るときでも、電荷の蓄積開始から蓄積終了までの期間をフラッシュの発光期間よりも短い期間に制限することで、本撮影時に設定どおりの光量を得ることができる。よって、至近距離の被写体をフラッシュ撮影するときでも、画素信号の値が飽和することはなく、白とびを確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、プレ発光の発光量（第２必要光量）は予め決められた量に設定されており、変動しないものとする。プレ発光は、通常のプレ発光と同じく、露光期間内に開始し、終了してもよいが、プレ発光について設定された発光量が小さければ、プレ発光期間について発光無効期間を設け、発光開始後に露光（電荷の蓄積）が開始されるようにしてもよい。

また、上記例では、算出された必要光量が、フラッシュライト４について設定可能な最小光量を下回る場合にのみ、発光無効期間を設けているが、必要光量が設定可能な最小光量を下回るか否かに拘わらず、発光無効期間を設けてもよい。例えば、フラッシュライト４を常に最大の発光量で発光させることとし、発光無効時間を変化させることで受光量を調整してもよい。フラッシュライト４の発光量が一定であれば、図１０に例示したような参照テーブルを用いて制御を行うときに、必要光量と発光無効時間の関係のみを規定、参照すればよいので、制御が簡単になる。

［実施形態２］
一般に、プレ発光の発光量は微小であるため、プレ画像の画素信号の値が飽和することはあまりない。しかし、被写体の距離が極めて近く、また被写体が特に明るい色である場合などには、微小発光量であっても画素値が飽和し、第３プレ画像に白とびが生じる可能性がある。

次に説明する形態では、プレ発光期間に取得される第３プレ画像について、本画像と同様に電荷の蓄積期間を制限することにより、第３プレ画像の白とびを防止する。なお、デジタルカメラの構成と、フラッシュライト駆動部およびＣＣＤ駆動部以外の処理部の動作は、実施形態１のデジタルカメラ１と同じであるため、説明を省略する。

図１２に、実施形態２のデジタルカメラのフラッシュ撮影時の動作を示す。本実施形態では、ＣＰＵ４２によりシャッターレリーズボタン３の半押し操作が検出されると（Ｓ３０１）、ＣＰＵ４２の指示により第１プレ画像が取得され、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ３０２）。第１プレ画像はＡＥ／ＡＷＢ処理部４６により使用され、ＡＥ処理の過程で露光時間が設定される（Ｓ３０３）。一方で、ＡＦ処理部４５がピント合わせを行なう過程で、被写体までの距離が測定される（Ｓ３０４）。

ＣＰＵ４２によりシャッターレリーズボタン３の全押し操作が検出されると（Ｓ３０５）、ＣＰＵ４２の指示により第２プレ画像が取得され、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ３０６）。

次に、ＣＰＵ４２はステップＳ３０４において求められた被写体距離を所定の閾値と比較する（Ｓ３０７）。閾値は、プレ発光により白とびが発生する可能性がある被写体の距離と、白とびが発生する恐れがない被写体の距離との境界を示す値である。この閾値は、テスト撮影を繰り返すことにより経験的に取得され、デジタルカメラの製造元においてデジタルカメラに設定される。

測定された被写体距離が閾値を下回る場合、すなわちプレ発光により白とびが発生する恐れがある場合には、ＣＰＵ４２は、プレ発光について、測定された被写体距離に応じた発光無効時間を設定する（Ｓ３０８）。なお、発光無効時間は、本発光、プレ発光のそれぞれについて、別個に設定されるため、ここで設定される発光無効時間は、通常、本発光について設定される発光無効時間とは異なる時間となる。

次に、ＣＰＵ４２は、プレ発光を開始した後、設定された発光無効時間が経過してからＣＣＤ駆動部３８に電荷の蓄積開始を指示することにより、プレ発光期間のうち発光無効期間を除く期間に電荷の蓄積が行われるようにする。これにより、第３プレ画像を取得する（Ｓ３０９）。

続いて、ＣＰＵ４２は、ステップＳ３０６で取得された第２プレ画像とステップＳ３０９で取得された第３プレ画像を使用して、図６を参照して説明した処理により、本発光時の必要光量を算出する（Ｓ３１０）。この際、必要光量を算出する過程で、発光無効時間に応じた算出値の補正を行う。

一方、測定された被写体距離が閾値以上である場合には発光無効期間は設定されず（もしくは値０に設定され）、ＣＰＵ４２は、通常の方法によりプレ発光および第３画像取得処理を行う（Ｓ３１１）。その後、ステップＳ３０６で取得された第２プレ画像とステップＳ３１１で取得された第３プレ画像を使用して、図６を参照して説明した処理により、本発光時の必要光量を算出する（Ｓ３１２）。

本発光の必要光量を算出した後の処理は実施形態１と同様であり、図４ＢのステップＳ１０８〜Ｓ１２２の処理として説明済みであるため、ここでは説明を省略する。

以下、ステップＳ３０９の処理について、さらに説明する。図１３はステップＳ３０９の処理の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ３０９において、ＣＰＵ４２は、フラッシュライト駆動部４１に対し、所定の発光時間を指定し、発光を指示する。これにより、フラッシュライト４が発光を開始する（Ｓ５０１）。

ここで、プレ発光の発光時間は、被写体距離などに応じて変動させることも可能であるが、本実施形態では、常に一定の時間とする。図１０に例示したように、必要光量と発光時間とを予め対応づけて参照テーブルに記憶しておくためには、フラッシュの発光強度曲線は常に同じでなければならない。しかし、フラッシュライトのコンデンサの充電状態が変化すれば発光強度曲線も変化するため、プレ発光の発光時間が毎回異なると、参照テーブルを用いて設定した発光時間や発光無効時間に、誤差が生じることがある。これに対し、プレ発光の発光時間を常に同じにしておけば、プレ発光を行った後のフラッシュライトの残エネルギー（充電率）は常に同じになるため、参照テーブルを用いても誤差が生じることがなく、高速且つ正確に発光時間および発光無効時間を設定することができる。

ＣＰＵ４２は、ステップＳ３０８で設定した発光無効時間が経過したことを検出すると（Ｓ５０２）、ＣＣＤ駆動部３８に対し、電荷の蓄積開始を指示する。ＣＣＤ３３は、ＣＣＤ駆動部３８の制御の下、各画素を構成する素子への電荷の蓄積を開始する（Ｓ５０３）。

ＣＰＵ４２は、指定された発光時間が経過したことを検出すると（Ｓ５０４）、フラッシュライト駆動部４１に対し、フラッシュの発光停止を指示する。フラッシュライト４は、フラッシュライト駆動部４１の制御の下、発光を停止する（Ｓ５０５）。

その後、ＣＰＵ４２は、ステップＳ１０３において設定された露光時間が経過したことを検出し（Ｓ５０６）、ＣＣＤ駆動部３８に対し、電荷の蓄積終了を指示する。また、シャッター駆動部３７に対してシャッター３２を閉じるよう指示する。ＣＣＤ３３は、ＣＣＤ駆動部３８の制御の下、電荷の蓄積を終了する（Ｓ５０７）。電荷の蓄積が終了すると、電荷の読出しが開始され、第３プレ画像がフレームメモリ４９に格納される（Ｓ５０８）。

以下、図１２のステップＳ３１０の処理について、さらに説明する。本実施形態では、実施形態１と同様、前述の（１）式により本画像の形成に必要な光量を算出するが、（１）式によれば、被写体からの反射光が少ないほど、すなわちプレ発光時の反射輝度Ｅ１が低いほど、本発光において多くの光量が必要と判断される。

これに対し、本実施形態では、プレ発光について発光無効期間を設定することによりプレ発光時のＣＣＤの受光量を抑えるため、被写体からの反射光が十分大きくても、プレ発光時の反射輝度Ｅ１は低い値となり、算出される倍率Ｍはその分大きな値となる。例えば発光無効期間が設定されていない場合のＣＣＤの受光量が０Ｅｖであり、発光無効期間が設定されることによりＣＣＤの受光量が−４Ｅｖ、すなわち１／１６になるとすると、（１）式により算出される倍率Ｍは、発光無効期間が設定されていない場合に算出される倍率の１６倍になる。すなわち、（１）式に基づいて必要光量を算出すると、必要光量が不必要に大きな値に設定されてしまう。

そこで、ステップＳ３１０では、（１）式に基づいて倍率Ｍを算出した後、その倍率Ｍを、もしくは算出された必要光量を、補正する。例えば、前述の例のように、発光無効期間が設定されることによりＣＣＤの受光量が−４Ｅｖになる場合であれば、倍率Ｍもしくは算出された必要光量に、１／１６を乗ずることにより、算出結果を補正する。これにより、プレ発光について発光無効期間を設定するか否かに拘わらず常に同じ演算式を使用して本発光の必要光量を求めることができ、且つ、必要に応じて算出結果を補正することで、必要光量を常に正確に見積もることができる。

図１４は、本実施形態における、フラッシュとＣＣＤの動作とシャッターの開閉状態を示す図である。同図に示すように、本実施形態では、プレ発光、本発光ともに、フラッシュ発光により得られる全発光量ではなく、必要光量に相当する光量のみが電荷として蓄積される。

本実施形態によれば、第３プレ画像を構成する画素の値が飽和することはなく、適切な値の画素により構成される第３プレ画像を用いて本発光の必要発光量を算出するので、至近距離でフラッシュ撮影を行う場合に、確実に白とびを防止することができる。

［実施形態３］
実施形態２は、被写体の距離に基づいてプレ発光期間内の発光無効時間を設定しているが、実施形態３では、露出に係るパラメータの値に基づいてプレ発光期間内の発光無効時間を設定する。なお、デジタルカメラの構成と、フラッシュライト駆動部およびＣＣＤ駆動部以外の処理部の動作は、実施形態１、２のデジタルカメラ１と同じであるため、説明を省略する。

図１５に、実施形態３のデジタルカメラのフラッシュ撮影時の動作を示す。本実施形態では、ＣＰＵ４２によりシャッターレリーズボタン３の半押し操作が検出されると（Ｓ４０１）、ＣＰＵ４２の指示により第１プレ画像が取得され、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ４０２）。第１プレ画像はＡＥ／ＡＷＢ処理部４６により使用され、ＡＥ処理の過程で露光時間が設定される（Ｓ４０３）。

ＣＰＵ４２によりシャッターレリーズボタン３の全押し操作が検出されると（Ｓ４０４）、ＣＰＵ４２の指示により第２プレ画像が取得され、フレームメモリ４９に格納される（Ｓ４０５）。

次に、ＣＰＵ４２はＡＥ処理の過程で設定された露出に係るパラメータの値を、所定の閾値と比較する（Ｓ４０６）。本実施形態では、絞り値ＡｖとＩＳＯ感度Ｓｖ値の差分値を、閾値と比較する。この他、露出に係るパラメータとしては、シャッタースピードＴｖなどがある。閾値は、プレ発光により白とびが発生する可能性があるパラメータ値の範囲と、白とびが発生する恐れがないパラメータ値の範囲との境界を示す値である。この閾値は、テスト撮影を繰り返すことにより経験的に取得され、デジタルカメラの製造元においてデジタルカメラに設定される。

測定された被写体距離が閾値を下回る場合、すなわちプレ発光により白とびが発生する恐れがある場合には、ＣＰＵ４２は、絞り、感度に応じた発光無効時間を設定し（Ｓ４０７）、プレ発光および第３プレ画像の取得処理を行う（Ｓ４０８）。ステップＳ４０８の処理は、実施形態２のステップ３０９の処理と同様であり、先に図１３を参照して説明したとおりである。

続いて、ステップＳ４０５で取得された第２プレ画像とステップＳ４０８で取得された第３プレ画像を使用して、図６を参照して説明した処理により、本発光時の必要光量を算出する（Ｓ４０９）。この際、必要光量を算出する過程で、発光無効時間に応じた算出値の補正を行う。ここで行う補正は、実施形態２のステップ３１０の処理と同様であり、先に説明したとおりである。

一方、パラメータ値が閾値以上である場合には発光無効期間は設定されず（もしくは値０に設定され）、ＣＰＵ４２は、通常の方法によりプレ発光および第３画像取得処理を行う（Ｓ４１０）。その後、ステップＳ４０５で取得された第２プレ画像とステップＳ４１０で取得された第３プレ画像を使用して、図６を参照して説明した処理により、本発光時の必要光量を算出する（Ｓ４１１）。

本発光の必要光量を算出した後の処理は実施形態１と同様であり、図４ＢのステップＳ１０８〜Ｓ１２２の処理として説明済みであるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態によれば、第３プレ画像を構成する画素の値が飽和することはなく、適切な値の画素により構成される第３プレ画像を用いて本発光の必要発光量を算出するので、至近距離でフラッシュ撮影を行う場合に、確実に白とびを防止することができる。

［実施形態４］
実施形態１、２および３では、本発光期間の開始後に電荷の蓄積を開始し、本発光期間の後半に発せられた光を利用して本画像を取得しているが、実施形態４では、本発光期間の前半に発せられた光を利用して本画像を取得する。デジタルカメラの構成と、フラッシュライト駆動部およびＣＣＤ駆動部以外の処理部の動作は、実施形態１、２、３のデジタルカメラ１と同じであるため、説明を省略する。

図１６に、フラッシュの発光期間における発光強度の時間的変化と、フラッシュの発光期間およびその前後の期間のＣＣＤ３３の動作と、シャッター３２の開閉状態を示す。図１７のフローチャートは、デジタルカメラの動作のうち、電荷の蓄積開始／停止とフラッシュの発光開始／停止に関わる動作のみを示すものである。同図中に図４Ｂのフローチャートのステップ番号を記したとおり、電荷の蓄積を開始する以前の動作、発光を停止した後の動作および必要光量が最小光量を上回る場合の動作は、実施形態１と同じである。

本実施形態では、ＣＰＵ４２は、ステップＳ１０８において必要光量が最小光量を下回ると判定すると、ＣＣＤ駆動部３８に対し電荷の蓄積開始を指示する。ＣＣＤ３３は、ＣＣＤ駆動部３８の制御の下、各画素を構成する素子への電荷の蓄積を開始する（Ｓ６０１）。

ＣＰＵ４２は、所定時間が経過したことを検出すると（Ｓ６０２）、フラッシュライト駆動部４１に対し、発光量が最小光量となる発光時間を指定し、発光を指示する。指示を受けたフラッシュライト駆動部４１は、フラッシュライト４に対し電圧を印加する。これによりフラッシュライト４が発光を開始する（Ｓ６０３）。

その後、ＣＰＵ４２は、設定された露光時間が経過したことを検出すると（Ｓ６０４）、ＣＣＤ駆動部３８に対し、電荷の蓄積終了を指示する。また、シャッター駆動部３７に対してシャッター３２を閉じるよう指示する。ＣＣＤ３３は、ＣＣＤ駆動部３８の制御の下、電荷の蓄積を終了する（Ｓ６０５）。

一方、フラッシュライト駆動部４１は、指定された発光時間が経過した時点でフラッシュの発光が停止するように、フラッシュライト４への電圧の印加を停止する。これにより、指定された発光時間が経過した時点で（Ｓ６０６）、フラッシュは発光を停止する（Ｓ６０７）。

電荷の蓄積開始から発光を開始するまでの時間、すなわちステップＳ６０２の所定時間は、ＡＥ処理において設定された露光時間と、第１必要光量データが示す光量とに基づいて、露光期間内に第１必要光量データが示す光量に相当する光を受光できるような時間に設定される。所定時間は、露光時間と第１必要光量データから演算により求めてもよいが、第１実施形態と同様、必要光量と発光時間と発光無効時間の対応付けを参照テーブルに予め記憶しておけば、次式（２）により短時間で算出、設定することができる。
所定時間 ＝ 露光時間−（発光時間−発光無効時間） ・・・ （２）
もしくは、必要光量と露光時間と所定時間の関係を必要光量ごとに規定した参照テーブルを予めメモリに記憶しておき、算出された必要光量に対応する所定時間を参照テーブルから直接導き出せば、さらに処理時間を短縮することができる。

フラッシュライトの光は発光初期から発光後期にかけて徐々に安定するため、発光初期の光が不安定な場合には実施形態１、２および３のように発光後期の光を本画像の取得に利用することが好ましいが、発光初期の光が充分に安定しているときには、本実施形態のような制御を行ってもよい。

［他の実施形態］
以上、４つの実施形態を示したが、さらに他の実施形態として、図１８に示すように、本発光期間の初期と終期を除外した期間に発せられた光を利用して、本画像を取得する形態も考えられる。本発光期間の開始時から所定時間が経過したときに光電変換素子に電荷の蓄積を開始させ、光電変換素子が必要光量算出手段により算出された第１必要光量に相当する光量の光を受光した時点で、本発光期間終了前であっても、電荷の蓄積を終了させる。この形態は、所定時間は、予め決められた一定の（不変の）時間とし、ＡＥ処理において設定された露光時間を、必要光量データに基づいて調整もしくは再設定することで実現できる。

また、各実施形態の中で説明した処理は、組み合わせて用いることもできる。例えば、実施形態２、３および４において、フラッシュライトの発光開始または発光停止もしくは開始と停止の両方が、指示されたタイミングよりも所定の反応時間遅れるときには、実施形態１と同様、反応時間を考慮した制御を行うことが好ましい。

また、実施形態４において、実施形態２あるいは３と同様の方法により、予備発光時画像の形成に必要な第２必要光量を設定し、予備発光期間の開始後終了前に電荷の蓄積を開始あるいは終了することにより、光電変換素子に第２必要光量に相当する光量の光を受光させるようにしてもよい。この際、予備発光期間中の電荷の蓄積期間を制限する方法としては、実施形態２と３の中で例示した方法に代えて、予備発光期間の開始時以前に電荷の蓄積を開始し、予備発光期間中、第２必要光量に相当する光量の光を受光した時点で、電荷の蓄積を終了させる方法、予備発光期間の開始時から所定時間が経過したときに電荷の蓄積を開始し、第２必要光量に相当する光量の光を受光した時点で、予備発光期間が終了していなくても、電荷の蓄積を終了させる方法を採用してもよい。すなわち、本発光を制御する方法として図８、図１６および図１８を参照して説明した方法は、いずれも予備発光を制御する方法としても適用可能である。

また、ＣＣＤではなく調光専用の受光センサから反射光情報を得て第１必要光量を算出する形態で、受光センサがＣＣＤと同じくマトリクス状に配置された光電変換素子からなるものであるときは、受光センサを構成する光電変換素子の電荷の蓄積開始／停止のタイミングを、ＣＣＤと同様に制御してもよい。すなわち適正な反射光情報が得られるように、第２必要光量を設定し、予備発光期間の開始後終了前に電荷の蓄積を開始あるいは終了することにより、受光センサに第２必要光量に相当する光量の光を受光させてもよい。

さらには、撮影モードあるいはフラッシュモードの設定に応じて、制御処理を切り替える形態も考えられる。例えば、撮影モードがマクロモードのときや、フラッシュモードがマクロフラッシュモードのときには実施形態１〜４に例示した処理のいずれかを実行し、撮影モードやフラッシュモードがそれ以外のモードに設定されているときには、光電変換素子が電荷を蓄積している期間内に本発光が開始し終了するようにする。あるいは、デジタルカメラ１に、実施形態１〜４として例示した制御機能のうち２つ以上の機能を搭載し、制御方法が、設定されたモードに応じて切り替わるようにしてもよい。

この他、発光量を求める演算式、演算に使用するパラメータなどは、本明細書において例示したもの以外に種々考えられる。また、本発明は、フラッシュ撮影機能を備えるあらゆる撮像装置に適用可能な発明であり、本明細書において例示したカメラの他、コンパクトカメラ、カメラ付き携帯電話、内視鏡カメラなどにも適用することができる。

すなわち、各実施形態として示した装置および方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができ、それらの変形例はいずれも本発明の技術的範囲に属する。

１ デジタルカメラ、
２ 撮像レンズ、 ２１ フォーカスレンズ、 ２２ ズームレンズ、
３ シャッターレリーズボタン、 ４ フラッシュライト、 ５ ホットシュー、
６ 設定操作ボタン、 ６１ モードダイヤル、 ６２ コマンドダイヤル
６３ フラッシュボタン、６４ 十字キー、
７ フラッシュ収納部、 ８ 記録メディア、 ９ モニタ、 １０ スロットカバー、
３０ 撮像系、 ３１ 絞り、 ３２ シャッター、 ５４ システムバス

Claims (16)

1. マトリックス状に配置された複数の光電変換素子により生成され蓄積された電荷を画素信号として出力するイメージセンサと、
   前記イメージセンサから出力される画素信号を用いて画像を形成する画像形成手段と、
   フラッシュライトに対しフラッシュの発光開始および発光停止を指示することにより、設定された予備発光期間および本発光期間に前記フラッシュを発光させるフラッシュライト駆動手段と、
   前記予備発光期間の少なくとも一部を含む期間に、被写体からの反射光情報を取得し、該反射光情報に基づいて、本画像の形成に必要な第１必要光量を算出する必要光量算出手段と、
   前記光電変換素子の電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングを制御することにより前記光電変換素子に前記必要光量算出手段により算出された前記第１必要光量に相当する光量の光を受光させる手段であって、前記本発光期間の開始後終了前に、前記光電変換素子による電荷蓄積を開始および／または終了させることが可能な制御手段と、
   必要光量と、フラッシュの発光時間と、本発光期間のうち前記電荷の蓄積を行わない時間との対応づけが規定され、前記必要光量が閾値を上回る領域では前記電荷の蓄積を行わない時間の数値が固定で前記発光時間の数値のみ変動し、前記必要光量が前記閾値を下回る領域では前記発光時間の数値が固定で前記電荷の蓄積を行わない時間の数値のみ変動するように規定された参照テーブルを記憶するメモリとを備え、
   前記制御手段が、前記メモリに記憶された参照テーブルに基づいて、前記電荷の蓄積開始タイミングを制御することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段が、前記本発光期間の開始時から所定時間が経過したときに前記光電変換素子に前記電荷の蓄積を開始させ、前記光電変換素子が前記必要光量算出手段により算出された前記第１必要光量に相当する光量の光を受光した後に、前記電荷の蓄積を終了させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記所定時間が、前記電荷の蓄積開始から前記本発光期間の終了時までの期間に前記光電変換素子が受光する光の光量が、前記必要光量算出手段により算出された前記第１必要光量に相当する光量となるように設定され、
   前記制御手段が、前記本発光期間の終了時以降に前記電荷の蓄積を終了させることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記制御手段が、前記本発光期間の開始時以前に前記光電変換素子に前記電荷の蓄積を開始させ、前記光電変換素子が前記必要光量算出手段により算出された前記第１必要光量に相当する光量の光を受光した時点で、前記電荷の蓄積を終了させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
5. 前記フラッシュライトが、前記フラッシュライト駆動手段が指示したタイミングよりも所定の反応時間遅れて発光を開始および／または停止するものであるときに、
   前記制御手段が、前記本発光期間の開始時および終了時を、前記指示のタイミングと前記反応時間とに基づいて判断することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の撮像装置。
6. 前記制御手段が、前記フラッシュライト駆動手段がフラッシュの発光停止を指示した後に、前記光電変換素子による電荷蓄積を開始させることが可能な手段であることを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
7. 前記必要光量算出手段が、前記反射光情報として、前記予備発光期間の少なくとも一部を含む期間に前記電荷の蓄積を行うことにより形成された予備発光時画像を取得し、該予備発光時画像に基づいて、前記第１必要光量を算出することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の撮像装置。
8. 前記必要光量算出手段が、前記第１必要光量を算出する前に、前記予備発光時画像の形成に必要な第２必要光量を設定し、
   前記制御手段が、さらに、前記予備発光期間の開始後終了前に、前記光電変換素子による電荷蓄積を開始および／または終了させることにより、前記光電変換素子に前記必要光量算出手段により算出された前記第２必要光量に相当する光量の光を受光させることを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
9. 被写体までの距離を測定する測距手段を備え、
   前記必要光量算出手段が、前記測距手段により測定された距離に基づいて、前記第２必要光量を算出し、設定することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
10. 露出に係る少なくとも１つのパラメータを設定する露出設定手段を備え、
    前記必要光量算出手段が、前記露出設定手段により設定されたパラメータに基づいて、前記第２必要光量を算出し、設定することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
11. 前記必要光量算出手段が、
    前記予備発光時画像が、前記予備発光期間の全部を含む期間に前記電荷の蓄積を行うことにより形成されたものとして前記本画像の形成に必要な光量を算出し、
    前記予備発光時画像が、前記予備発光期間の一部のみを含む期間に前記電荷の蓄積を行うことにより形成された画像であるときに、前記本画像の形成に必要な光量として算出された前記光量を補正することにより前記第１必要光量を求める手段であることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項記載の撮像装置。
12. 被写体からの反射光を受光する、前記イメージセンサ以外の受光センサを備え、
    前記必要光量算出手段が、前記受光センサから前記反射光情報を取得することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の撮像装置。
13. 本発光期間のうち前記電荷の蓄積が行われない時間の上限値を、撮影感度および／または絞り値ごとに記憶するメモリをさらに備え、
    前記制御手段が、前記時間が前記上限値を超えないように前記電荷の蓄積開始タイミングを制御することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の撮像装置。
14. 前記必要光量算出手段および／または前記制御手段の動作が、当該撮像装置の動作モードに基づいて選択的に切り替えられることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の撮像装置。
15. 前記画像形成手段により形成された画像を所定の記録媒体に記録する手段であって、前記電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングに係る情報を、前記画像の付加情報として記録する画像記録手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項記載の撮像装置。
16. マトリックス状に配置された複数の光電変換素子により電荷を蓄積することにより画像を取得する撮像装置の制御方法であって、
    必要光量と、フラッシュの発光時間と、本発光期間のうち前記電荷の蓄積を行わない時間との対応づけが規定され、前記必要光量が閾値を上回る領域では前記電荷の蓄積を行わない時間の数値が固定で前記発光時間の数値のみ変動し、前記必要光量が前記閾値を下回る領域では前記発光時間の数値が固定で前記電荷の蓄積を行わない時間の数値のみ変動するように規定された参照テーブルを記憶し、
    予備発光期間として設定された期間、フラッシュを発光させ、
    前記予備発光期間の少なくとも一部を含む期間に、被写体からの反射光情報を取得し、
    該反射光情報に基づいて、本画像の形成に必要な第１必要光量を算出し、
    本発光期間として設定された期間、フラッシュを発光させ、
    前記参照テーブルに基づいて、前記本発光期間の開始後終了前に、前記光電変換素子による電荷蓄積を開始および／または終了させることにより、前記光電変換素子に先に算出された前記第１必要光量に相当する光量の光を受光させることを特徴とする撮像装置の制御方法。

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