JPH07333059A

JPH07333059A - 測光装置

Info

Publication number: JPH07333059A
Application number: JP6125340A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Iwasaki; 宏之岩崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 1995-12-22
Also published as: US5627620A

Abstract

(57)【要約】【目的】オフセット電圧を考慮して補正し、正確な測
光値を得ことを可能にする。【構成】被写界からの光を光電変換して、光強度に応
じた電気信号を出力する蓄積型の受光素子９と，受光素
子９の蓄積時間を設定する蓄積時間設定部（Ｓ１１１）
と，蓄積時間設定部（Ｓ１１１）の情報に基づいて、受
光素子９の蓄積を行う蓄積操作部（φｉｎｔ）と，受光
素子９からの測光出力を入力する測光値入力部（Ｖｏｕ
ｔ）と，蓄積時間設定部と測光値入力部との出力に基づ
いて、被写界の輝度値を算出する輝度値算出部（Ｓ１０
６）とを備え、輝度値演算部は、蓄積時間設定部から入
力した受光素子の蓄積時間を補正（ｔ０）して、被写界
の輝度値を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラなどに使用する
測光装置に関し、特に、ＣＣＤ等の蓄積型の受光素子を
備えた測光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の測光装置としては、例え
ば、クロック発生手段によって発生されたクロックによ
りマイクロプロセッサを動作させ、そのマイクロプロセ
ッサ内で作られたクロック信号により受光素子を動作さ
せて、その受光素子から得られた測光信号をマイクロプ
ロセッサに入力し、以下に示す手法によって、被写体の
輝度値を得る構造のものが知られている。

【０００３】まず、受光素子の出力Ｖに基づいて、数式
１により、受光素子上の照度Ｌを求める。〔数１〕Ｌ＝Ｖ／（Ｓ・ｔ）ここで、Ｖは受光素子から出力される出力電圧〔単位
Ｖ〕、Ｓは受光素子の感度値〔単位Ｖ／Ｌｘ・ｓ〕、ｔ
は受光素子に与えた蓄積時間〔単位ｓ〕、Ｌは受光素子
９の受光面上の照度〔単位Ｌｘ〕である。

【０００４】そして、数式１で求められた照度Ｌ及びレ
ンズ内ＲＯＭから得られるレンズのデータを基にして求
められる補正係数Ｚ〔単位なし〕、開放絞り値の補正係
数Ｆ０〔単位ＡＶ〕を用いて、数式２により被写界の輝
度値ＢＶを求める。〔数２〕ＢＶ＝（ｌｏｇＬ／ｌｏｇ２）＋Ｚ＋Ｆ０ここで、ＢＶは、被写界の輝度値〔単位ＢＶ〕である。

【０００５】また、数式３のように、受光素子上の照度
Ｌを求めずに、被写界輝度値ＢＶを直接求める手法もあ
る。〔数３〕ＢＶ＝（ｌｏｇ（Ｖ／ｔ）／ｌｏｇ２）＋
Ｚ’＋Ｆ０この場合には、補正係数Ｚの代わりに、受光素子の感度
値Ｓの補正も考慮した補正係数Ｚ’を用いればよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、受光素子の
動作の一例を示した線図である。以上の数式１〜３は、
受光素子の蓄積時間ｔと出力電圧Ｖとの関係が、図１０
（ａ）に示すように、グラフをｔ＝０方向に延長する
と、ｔ＝０においてＶ＝０になるような関係であると、
想定して設定されている。ところが、実際には、図１０
（ｂ）に示すように、グラフを延長してもｔ＝０でＶ＝
０とならずに、オフセット電圧Ｖ０がのってしまう。こ
れは主にスミア現象によるものである。

【０００７】以下に、スミア現象について詳しく述べ
る。図５は、受光素子の一例を示す図である。受光素子
９は、ＣＣＤエリアセンサによって構成されている。図
中斜線で示した部分は、複数に分割された受光部（光電
変換部）であり、この受光部には、複数のＨレジスタ
が、また、それぞれのＨレジスタ９５Ｈ−１〜９５Ｈ−
１２は、１本のＶレジスタ９５Ｖに接続されており、Ｖ
レジスタ９５Ｖの先頭部分から測光出力が時系列的に出
力されるようになっている。ここで、受光素子９上で受
光部以外の部分（斜線以外の部分）は、被写体からの光
が当たっても光電変換が起きないように、アルミニウム
などで遮光されている。しかし、強い光が受光素子９に
入射すると、光がアルミニウムを透過して光電変換され
るために、見かけ上の蓄積時間が長くなり、出力にオフ
セット電圧となって現れてくる。

【０００８】次に、オフセット電圧の乗るもう１つの現
象について説明する。図６は、受光素子のＨレジスタ部
分の拡大図である。図６において、９１はシャッタード
レイン、９２はシャッターゲート、９３はセンサー部、
９４はリードアウトゲート、９５ＨはＨレジスタであ
る。

【０００９】図７〜図９は、図６のＡ−Ｂ断面のポテン
シャルを示す模式図である。受光素子９は、図７に示す
ように、蓄積前の状態では、シャッターゲート９２が開
いた状態（ポテンシャルが低い状態）になっており、セ
ンサー部９３で発生した電荷は、シャッターゲート９２
を通ってシャッタードレイン９１へ排出される。

【００１０】蓄積開始と同時に、図８の状態になり、セ
ンサー部９３で発生した電荷がセンサー部９３に蓄積さ
れる。そして、蓄積が終了すると、図９に示すように、
リードアウトゲート９４が開き、Ｈレジスタ９５Ｈへと
電荷が導かれて、読み出しが行われる。

【００１１】しかし、これら蓄積開始時に行われるシャ
ッターゲート９２の動作及び蓄積終了時に行われるリー
ドアウトゲート９４の動作には、有限の時間を必要とす
るために、それらの時間中においてもセンサー部９３で
は電荷が発生しており、それらの電荷が蓄積時間中に発
生した電荷に加算され、それがオフセット電圧となって
現れる。

【００１２】従来の測光装置では、このような現象に対
する対策がとられていなかったために、オフセット電圧
分の誤差が測光値にのってしまうという問題点があっ
た。

【００１３】そこで、本発明では、これらのオフセット
電圧を考慮して補正し、正確な測光値を得ることのでき
る測光装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明による測光装置の第１の解決手段は、被写界
からの光を光電変換して、光強度に応じた電気信号を出
力する蓄積型の受光素子と，前記受光素子の蓄積時間を
設定する蓄積時間設定部と，前記蓄積時間設定部の情報
に基づいて、前記受光素子の蓄積を行う蓄積操作部と，
前記受光素子からの測光出力を入力する測光値入力部
と，前記蓄積時間設定部と前記測光値入力部との出力に
基づいて、被写界の輝度値を算出する輝度値算出部とを
備えた測光装置において、前記輝度値演算部は、前記蓄
積時間設定部から入力した前記受光素子の蓄積時間を補
正して、被写界の輝度値を算出することを特徴とする。

【００１５】第２の解決手段は、第１の解決手段の測光
装置において、前記輝度値演算部は、前記蓄積時間設定
部から入力した前記受光素子の蓄積時間に、所定値を加
算した値を用いて、被写界の輝度値を算出することを特
徴とする。

【００１６】第３の解決手段は、第２の解決手段の測光
装置において、前記受光素子は、その受光素子に入力さ
れるクロックパルスに基づいて動作し、前記輝度値演算
部は、前記クロックパルスの周期に応じた所定値を用い
ることを特徴とする。

【００１７】第４の解決手段は、第３の解決手段の測光
装置において、前記受光素子は、前記クロックパルスを
分周した基本クロックパルスを発生させ、前記輝度値演
算部は、前記基本クロックパルスの周期に応じた所定値
を用いることを特徴としている。

【００１８】第５の解決手段は、第４の解決手段の測光
装置において、前記受光素子は、前記クロックパルスを
分周する分周比を切り替える分周比切り替え部を備える
ことを特徴とする。

【００１９】第６の解決手段は、第５の解決手段の測光
装置において、前記輝度値演算部は、基本クロックパル
スの周期が長い方に切り替わったときに、大きい所定値
を用いることを特徴とする。

【００２０】

【作用】第１の解決手段では、蓄積時間を補正して、被
写界の輝度値を算出するようにしたので、正確な被写界
の輝度値を算出することが可能となった。

【００２１】第２の解決手段では、蓄積時間に所定値を
加算して、被写界の輝度値を算出するようにしたので、
安定した補正が可能となった。

【００２２】第３の解決手段では、クロックパルスの周
期に応じた所定値を用いるようにしたので、クロックパ
ルスの周期が変化しても、正確な補正をすることが可能
になった。

【００２３】第４の解決手段では、基本クロックパルス
の周期に応じた所定値を用いたので、より正確な補正が
可能となった。

【００２４】第５の解決手段では、受光素子は、クロッ
クパルスを分周する分周比を切り替える分周比切り替え
部を備えるようにしたので、分周比が切り替えられて
も、その分周比に応じた補正が可能となった。

【００２５】第６の解決手段では、基本クロックパルス
の周期が長い方に切り替わると、大きい所定値を用いる
ようにしたので、基本クロックパルスの周期の変化に応
じた補正値を得ることが可能となった。

【００２６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例に係わる測光
装置の概略の構成を示すブロック図である。マイクロプ
ロセッサ１０は、露光制御や受光素子９等の制御を行な
う制御回路であり、クロック発生手段１５からこのプロ
セッサ１０が動作するための２０ＭＨｚのクロック信号
を入力する。マイクロプロセッサ１０は、このクロック
信号を２分周した１０ＭＨｚのシステムクロックに基づ
いて、内蔵されている各種タイマー、Ａ／Ｄ変換器、シ
リアル通信インターフェース、ＲＡＭへの読み書きおよ
び出入力端子の動作を制御する。

【００２７】受光素子９は、ＣＣＤセンサ等の蓄積型の
素子である。図３は、受光素子９の測光分割形状を被写
界に照らし合わせた図である。図３に示したように、被
写界のほぼ全体を横２０個、縦１２個の２４０領域に分
割して測光を行う。

【００２８】マイクロプロセッサ１０及び受光素子９に
は、基準電圧発生回路１１から基準電圧が入力される。
受光素子９は、この基準電圧からの電位差によって出力
信号を出力し、マイクロプロセッサ１０は、この基準電
圧を基準とするＡ／Ｄ変換器によって、受光素子９から
の出力信号をデジタル信号に変換する。

【００２９】マイクロプロセッサ１０から受光素子９に
向けて出力される信号は、受光素子９の動作の基となる
マスタークロックφＭＣＫ、蓄積の開始及び終了を制御
するφｉｎｔ、初期設定を行うＶｓｃｉｎ信号、マスタ
ークロックの分周比を切り替えるｒａｔｅ信号及び出力
回路のゲインを切り替えるｇａｉｎ信号である。一方、
受光素子９からマイクロプロセッサ１０への信号は、出
力信号を取り込むためのタイミング信号Ｖｔｉｍ及び出
力信号Ｖｏｕｔである。

【００３０】マイクロプロセッサ１０は、出力信号Ｖｏ
ｕｔの電圧を、タイミング信号Ｖｔｉｍの立ち下がりに
同期してＡ／Ｄ変換し、測光時の蓄積時間ｔとして、Ｒ
ＡＭに格納する。また、レンズ内ＲＯＭ１２から得られ
る撮影レンズの開放絞り値Ｆ０、焦点距離ｆ、射出瞳距
離ＰＯ等の情報を基にして補正値ｔ０を演算する。そし
て、測光時の蓄積時間ｔ及び補正値ｔ０に基づいて、被
写界の輝度値を各分割エリア毎に算出する。輝度値の算
出の仕方については、後述する。マイクロプロセッサ１
０は、求められた輝度値に基づいて、公知の手法を用い
て適正露出値を算出し、不図示のレリーズ釦の全押しの
信号を検出したときに、適正露出値に応じて、絞り１３
とシャッター１４を制御し、フィルムの露光を行う。

【００３１】図２は、本発明による測光装置の実施例の
光学系を示すブロック図である。撮影レンズ１を通過し
た光束は、クイックリターンミラー２、拡散スクリーン
３、コンデンサレンズ４、ペンタプリズム５、接眼レン
ズ６を通って、撮影者の目に到達する。一方、拡散スク
リーン３によって拡散された光束の一部は、コンデンサ
レンズ４、ペンタプリズム５、測光用プリズム７、測光
用レンズ８を通して受光素子９へ到達する。

【００３２】受光素子９は、図５に示したように、図中
斜線で塗りつぶした部分がセンサー部分であり、この部
分に入射した光が光電変換され電荷を発生し、Ｈレジス
タ９５Ｈ（９５Ｈ−１〜９５Ｈ−１２）、Ｖレジスタ９
５Ｖを経由して、出力回路２１へ運ばれ、基準信号Ｖｒ
ｅｆからの電位差を出力信号として、Ｖｏｕｔから出力
される。

【００３３】マイクロプロセッサ１０からのｇａｉｎ信
号は、出力回路２１に入力されており、これがＨｉｇｈ
の場合には、出力回路２１の増幅率は１倍であるが、Ｌ
ｏｗになると増幅率が４倍に切り替わるようになってい
る。マスタークロックφＭＣＫ，蓄積指示信号φｉｎ
ｔ，ｒａｔｅ信号及び初期化信号Ｖｓｃｉｎは、タイミ
ングジェネレータ２２に入力されている。

【００３４】タイミングジェネレータ２２では、各Ｈレ
ジスタ９５Ｈ及びＶレジスタ９５Ｖを駆動する基になる
信号が作られ、その信号に基づいて、ドライバ２３によ
って各レジスタ９５Ｈ，９５Ｖの駆動信号が作成され
る。タイミングジェネレータ２２では、ｒａｔｅ信号が
Ｈｉｇｈの場合には、φＭＣＫを３２分周したクロック
信号が作成され、Ｌｏｗの場合には、１６分周したクロ
ック信号が作成される。以後、このタイミングジェネレ
ータ２２によって作成されたクロック信号を基本クロッ
クと呼ぶことにする。

【００３５】また、初期化信号Ｖｓｃｉｎは、通常はＨ
ｉｇｈとなっているが、電源投入時に初期化を行うとき
は一定時間（およそ基本クロック周期の５００倍）Ｌｏ
ｗに落とされる。このときに、タイミングジェネレータ
２２は、基本クロックの８倍の周波数の信号を出力し、
各レジスタ９５Ｈ，９５Ｖの残留電荷を敏速に排出し、
レジスタ９５の初期化を行う。また、初期化信号Ｖｓｃ
ｉｎがＬｏｗのときには、出力回路２１からの信号は、
基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなるようになっている。受光
素子９の蓄積時間は、φｉｎｔのＬｏｗになっている間
に行われる。すなわち、通常はφｉｎｔ＝Ｈとなってい
るが、蓄積開始時にＬｏｗに落とされ、再びＨｉｇｈに
戻されることによって蓄積が終了し、電荷が各レジスタ
９５によって運ばれる。

【００３６】図１１は、ｇａｉｎ及びｒａｔｅの状態を
パラメーターとして、蓄積時間ｔと出力電圧Ｖとの関係
を示した図である。ｔｍｉｎは、ちょうど基本クロック
の周期に相当する時間幅であり、受光素子９において、
設定可能な最小の蓄積時間である。図１１（ａ）は、ｇ
ａｉｎをパラメーターとしている。このように、グラフ
とｔ軸との交点と原点との距離ｔ０は、出力回路２１の
増幅率に係わらず等しい。ところが、図１１（ｂ）に示
すように、ｒａｔｅ＝Ｈとｒａｔｅ＝Ｌの場合には、ｔ
０は異なりそれぞれｔ０Ｈ、ｔ０Ｌとなる。この主な理
由は、蓄積動作時のシャッターゲート９２及びリードア
ウトゲート９４の動作時間が基本クロックの周期に比例
しているためである。これについては、従来の技術の説
明において詳しく説明してあるので、ここでは説明を省
略する。

【００３７】図４は、マイクロプロセッサ１０のアルゴ
リズムを説明するフローチャート図である。不図示のシ
ャッター釦が半押しされることによってカメラの電源が
入り、マイクロプロセッサ１０内のプログラムが起動さ
れる。ステップＳ１０１において、まずφＭＣＫを出力
させる。φＭＣＫは、システムクロックの１／４の２．
５ＭＨｚである。Ｓ１０２では、ｇａｉｎ＝Ｈ、ｒａｔ
ｅ＝Ｈに設定した後に、所定期間ＶｓｃｉｎをＬｏｗに
落としてＣＣＤの初期化を行う。Ｓ１０３では、最初の
蓄積時間ｔを１ｍｓに設定し、マイクロプロセッサ内の
ＲＡＭの所定番地に格納する。ステップＳ１０４では、
ＲＡＭに格納されている蓄積時間ｔに基づいて、受光素
子９による測光を行う。ステップＳ１０５では、レンズ
内ＲＯＭ１２から装着されている撮影レンズの開放絞り
値Ｆ０、焦点距離値ｆ及び射出瞳距離値ＰＯが読み出さ
れ、これらの値に基づいて、測光領域毎の測光補正値Ｚ
（ｉ，ｊ）、（ただしｉ＝１・・・２０，ｊ＝１・・・
１２）が計算される。ここで、Ｚ（ｉ，ｊ）は横ｉ番
地、縦ｊ番地の測光補正データであることを示してい
る。

【００３８】次にステップ１０７において、各測光領域
において、以下に示す数式４を用いて被写界の輝度値を
算出する。〔数４〕 BV(i,j) = (log(Vout(i,j)/(t+t0))/log2)+Z
(i,j)+F0

【００３９】ここで、蓄積時間補正値ｔ０には、基本ク
ロックの１周期相当の時間が設定されるが、実験によっ
て更に最適な値を調節して与えてもよい。例えば、φＭ
ＣＫ＝２．５ＭＨｚ、ｒａｔｅ＝Ｈの場合には、基本ク
ロックは７８．１２５ｋＨｚであるので、ｔ０＝１２．
８μｓである。また、φＭＣＫ＝２．５ＭＨｚ、ｒａｔ
ｅ＝Ｌの場合には、ｔ０＝２５．６μｓである。

【００４０】また、マイクロプロセッサ１０によってφ
ＭＣＫが変化させられる場合においては、以下の数式５
を用いてｔ０を算出すればよい。〔数５〕ｔ０＝３２／φＭＣＫ(rate=H)，１６／φＭ
ＣＫ(rate=L) 例えば、φＭＣＫ＝１．２５ＭＨｚ、ｒａｔｅ＝Ｈの場
合には、ｔ０＝２５．６μｓである。

【００４１】輝度値算出が終了すると、Ｓ１０７により
公知の手法を用いて露出演算を行い適正露出値を算出す
る。Ｓ１０８では、不図示のレリーズボタンが全押しさ
れたか否かを判別し、全押しされた場合には、Ｓ１０９
へ進み、適正露出値に基づいて露出制御を行う。Ｓ１１
０では、半押しタイマーがタイマー切れであるか否かを
判別し、タイマー切れの場合には、プログラムを終了す
る。そうでない場合には、Ｓ１１１によって、次回の最
適蓄積時間を計算して所定のＲＡＭに格納し、Ｓ１０４
へ戻って同様の処理を繰り返す。次回の最適蓄積時間の
設定方法は、本出願人による特願平４−１７８２９９号
の手法を用いればよい。

【００４２】以上の実施例と請求項に係る発明とは、受
光素子９が受光素子に、Ｓ１１１が蓄積時間設定部に、
φｉｎｔが蓄積操作部に、マイクロプロセッサのＶｏｕ
ｔ入力端子（Ａ／Ｄ変換器）が測光値入力部に、Ｓ１０
６が輝度値算出手段に、ｔ０が補正値に、ｒａｔｅ端子
及びタイミングジェネレータが分周比切り替え部にそれ
ぞれ対応する。

【００４３】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。例えば、一眼レフカメラの例をあげて説明したが、
レンズシャッタカメラ、ビデオカメラ又は測定対象域の
照度を測定する測定器などにも適用できる。

【００４４】

【発明の効果】以上詳しく説明したように請求項１によ
れば、蓄積時間を補正して、被写界の輝度値を算出する
ようにしたので、正確な被写界の輝度値を算出すること
を可能にした。

【００４５】請求項２によれば、蓄積時間に所定値を加
算して、被写界の輝度値を算出するようにしたので、安
定した補正が可能となった。

【００４６】請求項３によれば、クロックパルスの周期
に応じた所定値を用いるようにしたので、クロックパル
スの周期が変化しても、正確な補正が可能となった。

【００４７】請求項４によれば、基本クロックパルスの
周期に応じた所定値を用いたので、より正確な補正が可
能となった。

【００４８】請求項５によれば、受光素子は、クロック
パルスを分周する分周比を切り替える分周比切り替え部
を備えるようにしたので、分周比が切り替えられても、
その分周比に応じた補正が可能となった。

【００４９】請求項６によれば、基本クロックパルスの
周期が長い方に切り替わると、大きい所定値を用いるよ
うにしたので、基本クロックパルスの周期の変化に応じ
た補正値を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による測光装置の実施例の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】本実施例による測光装置の光学系を示した図で
ある。

【図３】本実施例による測光装置の測光素子の分割状態
を示す図である。

【図４】本実施例による測光装置のアルゴリズムを示す
フローチャート図である。

【図５】受光素子の内部構成を示す図である。

【図６】受光素子の内部構成を示す図である。

【図７】受光素子の動作を説明する模式図である。

【図８】受光素子の動作を説明する模式図である。

【図９】受光素子の動作を説明する模式図である。

【図１０】受光素子の動作を説明する線図である。

【図１１】本実施例による測光装置の受光素子の動作を
説明する線図である。

【符号の説明】

１撮影レンズ２クイックリターンミラー３拡散スクリーン４コンデンサレンズ５ペンタプリズム６接眼レンズ７測光用プリズム８測光用レンズ９受光素子１０マイクロプロセッサ１１基準電圧発生回路１２レンズ内ＣＰＵ１３絞り１４シャッター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写界からの光を光電変換して、光強度
に応じた電気信号を出力する蓄積型の受光素子と，前記
受光素子の蓄積時間を設定する蓄積時間設定部と，前記
蓄積時間設定部の情報に基づいて、前記受光素子の蓄積
を行う蓄積操作部と，前記受光素子からの測光出力を入
力する測光値入力部と，前記蓄積時間設定部と前記測光
値入力部との出力に基づいて、被写界の輝度値を算出す
る輝度値算出部とを備えた測光装置において、前記輝度値演算部は、前記蓄積時間設定部から入力した
前記受光素子の蓄積時間を補正して、被写界の輝度値を
算出することを特徴とする測光装置。
【請求項２】請求項１に記載の測光装置において、前記輝度値演算部は、前記蓄積時間設定部から入力した
前記受光素子の蓄積時間に、所定値を加算した値を用い
て、被写界の輝度値を算出することを特徴とする測光装
置。
【請求項３】請求項２に記載の測光装置において、前記受光素子は、その受光素子に入力されるクロックパ
ルスに基づいて動作し、前記輝度値演算部は、前記クロックパルスの周期に応じ
た所定値を用いることを特徴とする測光装置。
【請求項４】請求項３に記載の測光装置において、前記受光素子は、前記クロックパルスを分周した基本ク
ロックパルスを発生させ、前記輝度値演算部は、前記基本クロックパルスの周期に
応じた所定値を用いることを特徴とする測光装置。
【請求項５】請求項４に記載の測光装置において、前記受光素子は、前記クロックパルスを分周する分周比
を切り替える分周比切り替え部を備えることを特徴とす
る測光装置。
【請求項６】請求項５に記載の測光装置において、前記輝度値演算部は、基本クロックパルスの周期が長い
方に切り替わったときに、大きい所定値を用いることを
特徴とする測光装置。