JP2007282128A - Imaging device and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置において、メカニカルシャッターおよび電子シャッターを併用して撮像動作を行なう技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for performing an imaging operation using both a mechanical shutter and an electronic shutter in an imaging apparatus.
従来、一眼レフレックスタイプのデジタルカメラでは、撮像素子の被写体側にフォーカルプレーンシャッター(以下、メカニカルシャッターと呼ぶ)が設けられているのが一般的である。メカニカルシャッターには、シャッターを開閉するための先幕と後幕が設けられており、これらの先幕および後幕は一般的にバネ力で駆動され、先幕及び後幕の走行開始位置における保持は電磁石による吸着力を用いて行なわれる。 Conventionally, in a single-lens reflex digital camera, a focal plane shutter (hereinafter referred to as a mechanical shutter) is generally provided on the subject side of an image sensor. The mechanical shutter is provided with a front curtain and a rear curtain for opening and closing the shutter. These front curtain and rear curtain are generally driven by a spring force, and the front curtain and the rear curtain are held at the travel start position. Is performed using the attractive force of an electromagnet.
ところで、従来より、一眼レフレックスタイプのデジタルカメラにおいて、上記のメカニカルシャッターと撮像素子の電子シャッターを併用して撮像動作を行なう技術が知られている(特許文献1参照)。具体的には、撮像素子の露光開始タイミングを電子シャッターによるライン毎のリセット動作により決定し(以下、電子先幕と呼ぶ)、露光終了タイミングをメカニカルシャッターの後幕を用いて決定する(以下、メカ後幕と呼ぶ)方法である。
このように、電子先幕とメカ後幕を用いて露光動作を行う場合においては、撮影画面の全領域における露光量を一定とするためには、メカ後幕の走行開始の時間及び走行曲線の変化に応じて電子先幕の駆動タイミングを制御する必要がある。 As described above, when performing an exposure operation using the electronic front curtain and the mechanical rear curtain, in order to make the exposure amount constant in the entire area of the shooting screen, the time for starting the mechanical rear curtain and the traveling curve It is necessary to control the driving timing of the electronic front curtain according to the change.
しかしながら、特許文献1では、電子シャッターの駆動パターンをメカニカルシャッターの後幕の走行パターンに略合致させる具体的な方法は開示されていなかった。
However,
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、メカシャッターと電子シャッターを併用して撮像動作を行なう場合に、電子シャッターの駆動パターンとメカシャッターの後幕の走行パターンを略合致させるようにすることである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to drive the driving pattern of the electronic shutter and the trailing shutter of the mechanical shutter when performing an imaging operation using both the mechanical shutter and the electronic shutter. It is to make the pattern substantially match.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、複数の画素ラインを有する撮像素子と、前記撮像素子への光路を開放するための先幕と前記光路を遮蔽するための後幕とを有するシャッター装置と、前記先幕と後幕の走行状態を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記先幕及び後幕の走行特性の時間差分を記憶する記憶手段と、前記先幕の走行タイミングから前記記憶手段に記憶されている前記時間差分だけ遅れて前記各画素ラインをリセットするリセット手段と、前記各画素ラインのリセットのタイミングから前記撮像素子の目標とする露光時間だけ遅れて前記後幕を走行させる後幕駆動手段と、を具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an imaging apparatus according to the present invention includes an imaging device having a plurality of pixel lines, a front curtain for opening an optical path to the imaging device, and the optical path. A shutter device having a rear curtain for detecting, a detecting means for detecting a running state of the front curtain and the rear curtain, and a time difference between the running characteristics of the front curtain and the rear curtain detected by the detecting means. Storage means; reset means for resetting each pixel line delayed by the time difference stored in the storage means from the travel timing of the front curtain; and a target of the image sensor from the reset timing of each pixel line. And rear curtain drive means for causing the rear curtain to travel with a delay of the exposure time.
また、本発明に係わる撮像装置の制御方法は、複数の画素ラインを有する撮像素子と、前記撮像素子への光路を開放するための先幕と前記光路を遮蔽するための後幕とを有するシャッター装置と、前記先幕と後幕の走行状態を検出する検出手段とを備える撮像装置を制御する方法であって、前記検出手段により検出された前記先幕及び後幕の走行特性の時間差分を記憶する記憶工程と、前記先幕の走行タイミングから前記記憶工程において記憶された前記時間差分だけ遅れて前記各画素ラインをリセットするリセット工程と、前記各画素ラインのリセットのタイミングから前記撮像素子の目標とする露光時間だけ遅れて前記後幕を走行させる後幕駆動工程と、を具備することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for an image pickup apparatus, comprising: an image pickup device having a plurality of pixel lines; a shutter having a front curtain for opening an optical path to the image pickup device; and a rear curtain for shielding the optical path. A method for controlling an imaging apparatus comprising a device and a detecting means for detecting a running state of the front curtain and the rear curtain, wherein a time difference between running characteristics of the front curtain and the rear curtain detected by the detecting means is calculated. A storage step of storing, a reset step of resetting each pixel line delayed by the time difference stored in the storage step from a running timing of the front curtain, and a reset timing of each pixel line, And a rear curtain driving step of causing the rear curtain to travel with a delay of a target exposure time.
本発明によれば、メカシャッターと電子シャッターを併用して撮像動作を行なう場合に、電子シャッターの駆動パターンとメカシャッターの後幕の走行パターンを略合致させることが可能となる。 According to the present invention, when an image pickup operation is performed using both a mechanical shutter and an electronic shutter, it is possible to substantially match the driving pattern of the electronic shutter and the traveling pattern of the rear curtain of the mechanical shutter.
以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の撮像装置の一実施形態である一眼レフレックスタイプのデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a single-lens reflex digital camera which is an embodiment of an imaging apparatus of the present invention.
図1において、デジタルカメラは、カメラ本体100と、カメラ本体100に装着される交換レンズ201とを備えている。
In FIG. 1, the digital camera includes a
まず、交換レンズ201内の構成について説明する。
First, the configuration in the
撮影レンズ201aは、後述する撮像素子104上に被写体像を結像させるために光軸L方向に移動可能となっている。ここで、図1では、1つのレンズだけを示しているが、撮影レンズ201aは複数のレンズユニットで構成されるのが一般的である。レンズCPU201bは、レンズ駆動回路201cを介して、撮影レンズ201aの駆動を制御する。また、レンズCPU201bは、交換レンズ201側の通信接点201dおよびカメラ本体100側の通信接点110を介して、カメラ本体100内のカメラCPU101と通信可能である。
The taking
次に、カメラ本体100内の構成について説明する。
Next, the configuration within the
カメラが非撮影状態(図1に示す状態)にある場合において、撮影レンズ201aを通過した被写体光束のうちの一部の光束は、撮影光路内に位置するミラー部材102で反射されてファインダ光学系103に導かれる。これにより、撮影者は、ファインダ光学系103を介して被写体像を観察することができる。
When the camera is in a non-photographing state (the state shown in FIG. 1), a part of the subject light flux that has passed through the photographing
カメラが非撮影状態から撮影状態に移行すると、ミラー部材102が撮影光路から退避することで、撮影レンズ201aからの被写体光束は、CMOSセンサからなる撮像素子104側に向かう。ここで、撮像素子104の被写体に近い側には、フォーカルプレンシャッター(以下、メカニカルシャッター)105が配置されており、メカニカルシャッター105が閉じた状態から開いた状態に移行することで、被写体光束は撮像素子104に到達する。
When the camera shifts from the non-photographing state to the photographing state, the
メカニカルシャッター105は、複数の遮光羽根でそれぞれ構成されるメカ先幕およびメカ後幕を有しており、メカ先幕及びメカ後幕の走行特性をシャッター幕走行検出部113によりそれぞれ検出し、その時間差分をカメラCPU101が記憶する。このメカ先幕及びメカ後幕の走行特性の時間差分の検出については後に詳述する。
The
ここで、カメラCPU101は、シャッター駆動回路106を介してメカニカルシャッター105の駆動を制御する。また、撮像素子104には、パルス発生回路107から走査クロックや所定の制御パルスが供給される。パルス発生回路107で発生した走査クロックのうち垂直走査用のクロックは、垂直駆動変調回路108によって所定の周波数に変調されて、撮像素子104に入力される。そして、撮像素子104は、その受光面に入射する光量に応じて発生する電荷を蓄積する蓄積モード、蓄積された電荷を排出するリセットモード、及び蓄積された電荷を読み出す読み出しモードなどで制御される。これらのモードにおける撮像素子104の駆動制御はCPU101によって行われる。また、パルス発生回路107は、信号処理回路109にもクロック信号を出力する。
Here, the
信号処理回路109は、撮像素子104から読み出された信号に対して所定の処理(色処理やガンマ補正等)を施すことにより画像データを生成する。生成された画像データは、映像表示回路110に出力されて撮影画像として表示されたり、画像記録回路111に記録されたりする。
The
スイッチユニット112は、撮影条件等を設定するために操作されるスイッチや、撮影準備動作および撮影動作を開始させるために操作されるスイッチを含む。そして、カメラCPU101は、スイッチユニット112の操作に応じた動作を行う。
The
本実施形態のデジタルカメラでは、後述するように、メカ先幕に代えて電子シャッターによる撮像素子14の1ライン毎のリセット動作(電子先幕)を用いるとともに、メカ後幕を用いて、本撮影(静止画像を得るための撮影)を行うことができる。
In the digital camera of this embodiment, as will be described later, a reset operation (electronic front curtain) of the
ここで、電子先幕とメカ後幕を用いて撮影を行う場合でも、メカ先幕が必要である理由について、以下に説明する。 Here, the reason why the mechanical front curtain is necessary even when shooting using the electronic front curtain and the mechanical rear curtain will be described below.
撮像素子としてプログレッシブスキャンタイプのCCD(PS−CCD)を用いた場合、機能面ではメカニカルシャッターを配置する必要がないように考えられるが、実際にはスミア対策のためにメカニカルシャッターを配置する必要がある。 When a progressive scan type CCD (PS-CCD) is used as an image sensor, it is considered that it is not necessary to dispose a mechanical shutter in terms of function, but in reality it is necessary to dispose a mechanical shutter as a countermeasure against smear. is there.
具体的には、メカニカルシャッターが無かった場合には、電子シャッターによる蓄積動作を終了させるために各画素からの電荷読み出しを開始すると、この電荷の読み出し開始から読み出し終了までの僅かな間にも、各画素には電荷が蓄積されてしまう。この読み出し時間の間に蓄積される電荷がスミアの原因となり、スミアを完全に除去することができない。これを避けるために、メカニカルシャッターが必要となる。 Specifically, when there is no mechanical shutter, when charge reading from each pixel is started in order to end the accumulation operation by the electronic shutter, even during a short period from the start of reading of the charge to the end of reading, Charges are accumulated in each pixel. The charges accumulated during the readout time cause smear, and the smear cannot be completely removed. In order to avoid this, a mechanical shutter is required.
また、近年、大判のCMOSセンサの技術開発が進み、大型の撮像素子が必要とされる一眼レフレックスカメラでは、CCDよりもCMOSセンサを用いるほうが好ましくなってきている。この場合、CMOSセンサは、PS−CCDのように全ての画素において一括して電子シャッターにて蓄積動作を終了させる機能を有していない。そのため、CCDではなくCMOSセンサを用いる場合でも、メカニカルシャッターの先幕及び後幕がともに必要となる。 In recent years, technological development of large-format CMOS sensors has progressed, and in a single-lens reflex camera that requires a large image sensor, it is preferable to use a CMOS sensor rather than a CCD. In this case, the CMOS sensor does not have a function to end the accumulation operation with the electronic shutter in all pixels like the PS-CCD. Therefore, even when a CMOS sensor is used instead of a CCD, both the front curtain and rear curtain of the mechanical shutter are required.
図2は、本実施形態における固体撮像素子104とメカニカルシャッター105、さらにはシャッター幕走行検出部113を交換レンズ201側から見た正面図である。
FIG. 2 is a front view of the solid-
図2において、シャッター幕走行検出部113は、シャッター幕の走行方向(矢印20の方向)に配置された複数の発光部7−1,7−2,…7−nと、これらの発光部7−1〜7−nに対向する位置にそれぞれ配置されている不図示の複数の受光部とを備える。これらの発光部と受光部の組み合わせにより複数のフォトインタラプタ7A−1,7A−2,…7A−nを構成している。フォトインタラプタ7A−1〜7A−nは撮像素子104のNライン(Nは自然数)に1つの割合で設けられ、発光部7−1〜7−nと受光部の間を先幕2及び後幕3が通過するように配置される。
2, the shutter curtain
図2から分かるように、先幕2と後幕3のスリット部分にあるフォトインタラプタ7A−i(iは1〜nのいずれか)の受光部が発光部7−iからの光を受光することができる。そのため、先幕2または後幕3により発光部7−1〜7−nの光が遮られているときは、受光部からの出力は低くなり、発光部7−1〜7−nと受光部との間に先幕2及び後幕3が無いときには、受光部からの出力は高くなる。その出力差で先幕2及び後幕3の走行を順次検出することができる。
As can be seen from FIG. 2, the light receiving portion of the
言い換えると、例えば、発光部7−1に対応する受光部の出力が低い状態から高い状態に変化する瞬間に、先幕2の先端がフォトインタラプタ7A−1の位置を通り過ぎたことを検出することができる。同様に、発光部7−1に対応する受光部の出力が高い状態から低い状態に変化する瞬間に後幕3の先端がフォトインタラプタ7A−1の位置を通り過ぎたことを検出することができる。
In other words, for example, when the output of the light receiving unit corresponding to the light emitting unit 7-1 changes from a low state to a high state, it is detected that the tip of the
次に、メカニカルシャッター105の先幕2と後幕3の走行特性の差分を求める方法について説明する。図3は、先幕2及び後幕3の走行特性を示す図である。
Next, a method for obtaining the difference in running characteristics between the
まず、カメラの製造工程において、メカニカルシャッター105を駆動して、先幕2と後幕3を走行させ、先幕2の走行特性曲線21と後幕3の走行特性曲線22の差分を求める。このとき、先幕2及び後幕3は、従来と同様にバネ力により走行するものとする。また、先幕2は後幕3よりも走行速度を遅くして、先幕駆動部の機械的構成を容易にするものとする。この場合、先幕2と後幕3を同時に走行開始させると後幕3が先幕2を追い越してしまうこととなるので、後幕3が先幕2を追い越さない余裕をとった時間ΔTだけ後幕3の走行開始タイミングを遅らせて走行させる。
First, in the camera manufacturing process, the
図3において、先幕2と後幕3を走行させて先幕2の先端がフォトインタラプタ7A−1の位置を通り過ぎた瞬間の時刻をTF1、後幕3の先端がフォトインタラプタ7A−1の位置を通り過ぎた瞬間の時刻をTS1とする。そうすれば、TS1−TF1により、フォトインタラプタ7A−1の位置を通過する先幕2と後幕3の時間差ΔT1を求めることができる。同様に、先幕2の先端がフォトインタラプタ7A−2の位置を通り過ぎた瞬間の時刻をTF2、後幕3の先端がフォトインタラプタ7A−2の位置を通り過ぎた瞬間の時刻をTS2とする。そうすれば、TS2−TF2により、フォトインタラプタ7A−2の位置を通過する先幕2と後幕3の時間差ΔT2を求めることができる。
In FIG. 3, the time at the moment when the
このようにして、図3に示すような先幕2と後幕3の走行特性の時間差ΔT1〜ΔTnが得られる。そして、CPU101は、カメラの製造工程において、これらの先幕2と後幕3の各フォトインタラプタ7A−1〜7A−nを通過する時間差ΔT1,ΔT2,…ΔTnの値を記憶しておく。また、各フォトインタラプタの間の位置における先幕2と後幕3の通過時間差は、ΔT1,ΔT2,…ΔTnの値から適当な関数を用いて補間する。
In this way, time differences ΔT1 to ΔTn between the running characteristics of the
次に、図2及び図4を参照して、実際の撮影時の電子シャッターとメカニカルシャッターの動作について説明する。 Next, operations of the electronic shutter and the mechanical shutter during actual photographing will be described with reference to FIGS.
図2において、4は撮像面で先幕2が走行開始後、フォトインタラプタ7A−1〜7A−nで先幕2が通過する瞬間を検出する。そして、先幕の通過検出からカメラCPU101が記憶した先幕2及び後幕3の走行特性の時間差分(図3のΔT1〜ΔTn)遅れて撮像素子104の各ラインのリセット(電子先幕)を行い露光を開始(5のライン)する。撮像素子104のフォトインタラプタ7A−1に対応する位置のラインのリセット後、設定されたシャッター秒時6(図4のt)となるよう後幕3が走行を開始し、撮像素子4を覆いメカ的に露光を終了させる。
In FIG. 2, reference numeral 4 denotes an imaging surface, and detects the moment when the
図4は先幕2及び後幕3の走行特性を示す図で、11はメカ先幕走行特性、13はメカ後幕走行特性である。14はカメラCPU101が記憶している先幕2と後幕3との走行特性の時間差分(ΔT1〜ΔTn)であり、12は撮像素子104のリセット走行特性(電子先幕走行特性)でメカ後幕走行特性13とほぼ同等の走行特性となる。そして、設定されたシャッター秒時t後に後幕3を走行させることで露出精度の良いシャッターとなる。
FIG. 4 is a diagram showing the running characteristics of the
また、先幕走行特性11は後幕走行特性13より速度(幕速)が遅く設定されているので先幕駆動部の機械的構成が容易になる。 Further, since the speed (curtain speed) of the front curtain travel characteristic 11 is set slower than that of the rear curtain travel characteristic 13, the mechanical configuration of the front curtain drive unit is facilitated.
また、本実施形態では複数の検出部(フォトインタラプタ7A−1〜7A−n)でそれぞれの時間差を検出し記憶している。しかし、シャッターの先幕及び後幕の走行特性(距離yと時間xの関係)は、y=ax2の二次関数と近似できるので、走行開始、中央、走行完直前の最低3箇所を検出し、係数aが異なる2つの二次関数として記憶しても同様の効果がある。このことにより検出部の数を減らして、検出部の小型化及びローコスト化が可能となる。
In the present embodiment, a plurality of detection units (
図5は本実施形態における撮影動作を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing the photographing operation in the present embodiment.
図5において、カメラの撮影動作を開始すると、ステップS11においてミラーアップを行いステップS12に進みメカ先幕2を走行させる。ステップS13ではメカ先幕の走行をシャッター幕走行検出部113により検出し、ステップS14に進む。ステップS14ではカメラCPU101に記憶したメカ先幕2とメカ後幕3との時間差分後に撮像素子104の各ラインのリセット(電子先幕走行)を開始し、露光を開始する。なお、メカ先幕2とメカ後幕3との時間差分は、カメラの製造工程で既にカメラCPU101に記憶されている値を用いる。ステップS15では設定されたシャッター秒時後にメカ後幕3を走行させ露光を終了する。ステップS16ではシャッター幕走行検出部113により検出したメカ先幕2とメカ後幕3の走行特性の時間差分をカメラCPU101に記憶し、ステップS17へと進む。このとき、シャッター幕走行検出部113により検出したメカ先幕2とメカ後幕3の走行特性の時間差分は、製造時に検出した時間差分には上書きせずに、製造時に検出した時間差分とは別に新たに記憶する。ステップS17では、不図示のチャージモーターを作動させ、ミラーダウン及びシャッターチャージを行い撮影を完了する。
In FIG. 5, when the photographing operation of the camera is started, the mirror is raised in step S11, and the process advances to step S12 to run the mechanical
なお、1回の撮影毎に記憶したメカ先幕2とメカ後幕3の走行特性の時間差分は、所定の回数の撮影毎(例えば100回毎)に平均し、その平均値で製造時に検出した時間差分を更新する。そして、上記の所定の回数の撮影を終了する毎にメカ先幕2とメカ後幕3の走行特性の時間差分を更新していく。このようにすれば、メカニカルシャッターの経時変化によるメカ先幕2とメカ後幕3の走行特性の経時変化を補正することができる。
The time difference between the traveling characteristics of the mechanical
以上説明した通り本実施形態によれば、メカ先幕及びメカ後幕の走行を検出し、メカ先幕及びメカ後幕の走行特性の時間差分を記憶する。また、実際の撮影時には、メカ先幕の走行を検出し、記憶された時間差分後に電子先幕を走行させるようにしている。そのため、電子先幕の駆動パターンとメカシャッターの後幕の走行パターンを略合致させることが可能となる。さらに、メカ先幕の速度を遅く設定しているのでメカ先幕機構が簡素化できチャージ力の低減、シャッターの小型化が可能となり、安価で更に高速なシャッターを実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, the traveling of the mechanical front curtain and the mechanical rear curtain is detected, and the time difference between the traveling characteristics of the mechanical front curtain and the mechanical rear curtain is stored. In actual photographing, the traveling of the mechanical front curtain is detected, and the electronic front curtain is caused to travel after the stored time difference. Therefore, it becomes possible to substantially match the driving pattern of the electronic front curtain and the traveling pattern of the rear curtain of the mechanical shutter. Further, since the speed of the mechanical front curtain is set to be slow, the mechanical front curtain mechanism can be simplified, the charging force can be reduced, and the shutter can be reduced in size, so that an inexpensive and faster shutter can be realized.
101 カメラCPU
104 撮像素子
105 フォーカルプレンシャッター(メカニカルシャッター)
113 シャッター幕走行検出部
101 Camera CPU
104
113 Shutter curtain running detector
Claims (4)
前記撮像素子への光路を開放するための先幕と前記光路を遮蔽するための後幕とを有するシャッター装置と、
前記先幕と後幕の走行状態を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記先幕及び後幕の走行特性の時間差分を記憶する記憶手段と、
前記先幕の走行タイミングから前記記憶手段に記憶されている前記時間差分だけ遅れて前記各画素ラインをリセットするリセット手段と、
前記各画素ラインのリセットのタイミングから前記撮像素子の目標とする露光時間だけ遅れて前記後幕を走行させる後幕駆動手段と、
を具備することを特徴とする撮像装置。 An image sensor having a plurality of pixel lines;
A shutter device having a front curtain for opening an optical path to the image sensor and a rear curtain for shielding the optical path;
Detecting means for detecting a running state of the front curtain and the rear curtain;
Storage means for storing a time difference between running characteristics of the front curtain and the rear curtain detected by the detection means;
Reset means for resetting each pixel line with a delay of the time difference stored in the storage means from the running timing of the front curtain;
Rear curtain drive means for running the rear curtain with a delay of an exposure time targeted by the imaging device from the reset timing of each pixel line;
An imaging apparatus comprising:
前記検出手段により検出された前記先幕及び後幕の走行特性の時間差分を記憶する記憶工程と、
前記先幕の走行タイミングから前記記憶工程において記憶された前記時間差分だけ遅れて前記各画素ラインをリセットするリセット工程と、
前記各画素ラインのリセットのタイミングから前記撮像素子の目標とする露光時間だけ遅れて前記後幕を走行させる後幕駆動工程と、
を具備することを特徴とする撮像装置の制御方法。 An image sensor having a plurality of pixel lines; a shutter device having a front curtain for opening an optical path to the image sensor; and a rear curtain for shielding the optical path; and a traveling state of the front curtain and the rear curtain. A method for controlling an imaging device comprising a detecting means for detecting,
A storage step of storing a time difference between running characteristics of the front curtain and the rear curtain detected by the detection means;
A reset step of resetting each pixel line delayed by the time difference stored in the storage step from the running timing of the front curtain;
A rear curtain driving step of running the rear curtain delayed by an exposure time targeted by the imaging device from the reset timing of each pixel line;
An image pickup apparatus control method comprising:
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