JP2008060640A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子シャッタによる電荷蓄積リセット走査時間を短くし、ストロボ同調秒時を高速にして、撮影の際の自由度を向上させる。
【解決手段】電子シャッタと機械シャッタを併用する撮像装置であって、露光を終了させる機械シャッタの走行に先行して撮像素子の電荷蓄積リセット走査を行う走査手段と、ストロボを用いて高速シャッタ秒時で撮影を行う場合に、走査手段による電荷蓄積リセット走査に要する時間を、機械シャッタの走行に要する時間よりも短くする（図３（ｂ）の１５）リセット走査時間制御手段とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子シャッタと機械シャッタを併用して撮影を行う撮像装置に関するものである。

一眼レフタイプのデジタルカメラには、フォーカルプレーン型のシャッタ（機械シャッタ）と電子シャッタを併用して撮像動作を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。この種のデジタルカメラは、機械シャッタで構成される後幕と、この後幕の走行に先行して、撮像素子の画素毎もしくはライン毎に画素の蓄積電荷量を一旦ゼロにする電荷蓄積開始走査（以下、リセット走査とも記す）する電子シャッタ（電子先幕）とにより、撮影を行うものである。なお、電荷の蓄積は、上記リセット走査が開始されてから後幕が走行するまでの間に行われ、蓄積された電荷の信号読出し走査は、上記後幕の走行が終了した画素毎もしくはライン毎に行われる。また、上記電子先幕によるリセット走査は、すべての領域での露光時間を等しくするために、後幕の機械シャッタの走行特性に合わせた走査パターンとなっている。
特開平１１−４１５２３号公報（段落番号００４４〜００５０、図１〜図３等）

ここで、フォーカルプレーンシャッタを使って露出制御を行う一眼レフタイプのデジタルカメラでのストロボ撮影においては、フォーカルプレーンシャッタが撮像素子に対して全画面を開口しているとき、すなわちシャッタが全開になったときにストロボ発光が許可される。これは、先幕の機械シャッタの走行が完了するために要する時間よりも短い露光時間（以下、シャッタ秒時とも記す）を設定してストロボ発光すると、フォーカルプレーンシャッタの羽根部材により一部の光が遮られてしまい、いわゆる露光むらが生じてしまうためである。なお、露光むらを生じない最も短いシャッタ秒時を、ストロボ同調秒時という。

これは先幕としてリセット走査を、後幕として機械シャッタを用いる構成のシャッタ装置についても同じことがいえる。リセット走査が完了するために要する時間よりも短いシャッタ秒時を設定してストロボ発光すると、一部の領域はストロボ発光後にリセット走査が行われるか、あるいは、機械シャッタの羽根部材により一部の光が遮られてしまう。したがって、ストロボ発光時のシャッタ秒時の選択の自由度を高めるためには、できるだけストロボ同調秒時を短くすればよい。ストロボ同調秒時を短くするには、機械シャッタの幕速を速くすればよい。しかし、機械シャッタの幕速を速くした場合、チャージ力が重くなったり、コスト的にも高くなったりして、幕速を速くするには種々の問題があった。

本発明の目的は、電子シャッタによる電荷蓄積リセット走査時間を短くし、ストロボ同調秒時を高速にして、撮影の際の自由度を向上させることのできる撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、電子シャッタと機械シャッタを併用する撮像装置であって、露光を終了させる前記機械シャッタの走行に先行して、撮像素子の電荷蓄積リセット走査を行う走査手段と、ストロボ発光を伴う撮影であるか否かに応じて、前記走査手段による電荷蓄積リセット走査に要する時間を変更するリセット走査時間制御手段とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、電子シャッタによる電荷蓄積リセット走査時間を短くし、ストロボ同調秒時を高速にして、撮影の際の自由度を向上させることができる撮像装置を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。

図１は本発明の一実施例に係わる撮像装置のシステム構成を示すブロック図である。本実施例における撮像装置は、装置本体１００と装置本体１００に装着される交換レンズ１０１とで構成される。

先ず、装置本体１００側内の構成について説明する。

撮像装置が非撮影状態（図１に示す状態）にある場合について説明する。この場合、撮影レンズ１１６を通過した被写体光束のうちの一部光束が、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。

撮像装置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させられるので、撮影レンズ１１６からの被写体光束は、ＣＭＯＳセンサである撮像素子１０４側に向かう。ここで、撮像素子１０４に対する物体側には、フォーカルプレーンシャッタ（以下、機械シャッタ）１０５が配置されており、この機械シャッタ１０５は、少なくとも1枚の遮光羽根で構成される機械先幕（メカ先幕とも記す）と少なくとも１枚の遮光羽根で構成される機械後幕（メカ後幕とも記す）を有している。

上記の状態において、装置本体１００の各種制御を行うＣＰＵ１１３（以下、カメラＣＰＵ１１３）は、シャッタ駆動回路１０６を介して機械シャッタ１０５の駆動を制御する。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の垂直走査用のクロックは、垂直駆動変調回路１０８によって、クロック周波数が所定の周波数に変調されて、撮像素子１０４に入力される。この垂直駆動変調回路１０８によって電子先幕によるリセット走査の走査パターンが決定される。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。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。この画像データは、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。

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。カメラＣＰＵ１１３は、スイッチユニット１１２の操作に応じた動作を実行する。ストロボ制御回路１１５は、カメラＣＰＵ１１３からの信号に応じて内蔵されたストロボ１１４の発光等の制御を行う。

次に、交換レンズ１０１内の構成について説明する。

撮影レンズ１１６は、光軸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、ズームレンズ等、複数のレンズユニットで構成することもできる。レンズＣＰＵ１１７は、レンズ駆動回路１２０を介して、撮影レンズ１１６の駆動を制御する。絞り駆動機構１１８は、被写体輝度に応じて、絞り駆動回路１１９からの信号により絞りの制御を行う。ズーム駆動機構１２１は、一般に手動操作でズーム位置が決定され、そのズーム位置はズーム位置検出回路１２２により検出されて、レンズＣＰＵ１１７に送られる。レンズＣＰＵ１１７は、交換レンズ１０１側の通信接点１２３および装置本体１００側の通信接点１２４を介して、装置本体１００内のカメラＣＰＵ１１３と通信可能となっている。

本実施例における撮像装置では、従来の一般的な機械シャッタのみでの撮影（電子先幕を使用せずに、機械先幕を使用した撮影）のみならず、メカ先幕に代えて電子先幕を用い、後幕はメカ後幕を用いて、本撮影を行うこともできるようになっている。以下、図２および図３を用いて、電子先幕とメカ後幕を用いて本撮影を行うときの動作について説明を行う。

図２は、撮像素子１０４およびメカ後幕の正面図であり、電子先幕によるリセット走査およびメカ後幕の走行が途中にあるときの状態を示している。

矢印１は、電子先幕によるリセット走査（詳細説明は省略するが、読み出し走査もこの方向で順次行われる）と、メカ後幕の走行方向を示す。撮影動作で電子先幕によるリセット走査を行う場合、撮影レンズ１１６を介して撮像素子１０４の撮像面で結像した被写体像は上下が反転するため、撮像面の下側から上側に向かってリセット走査が行われることになる。２は撮像素子１０４の撮像面である。３はメカ後幕であり、撮像面２の一部の領域を遮光している。４は撮像素子１０４のうちの電荷リセットされる画素のライン（リセットライン）を示しており、このリセットライン４は電子先幕の先端に相当する。５はメカ後幕３の先端である。

リセットライン４とメカ後幕３の先端５との間のスリットによって形成される領域は、撮像素子１０４において露光による電荷蓄積が行われている領域（電荷蓄積領域）である。すなわち、撮像素子１０４内の特定の画素において、リセットライン４が通過してから、つまりリセット動作が開始されてから、メカ後幕３によって遮光状態となるまでの時間が、上記特定の画素における露光による電荷蓄積時間となる。また、電荷蓄積の開始タイミングは、撮像素子１０４のライン毎で異なっており、撮像面のうち最も下に位置するラインで電荷蓄積動作が最も早く開始され、最も上に位置するラインで電荷蓄積動作が最も遅く開始される。

図３は電子先幕によるリセット走査の走査パターンとメカ後幕３の走行パターンとの関係を示すもので、横軸は時間、縦軸は撮像素子１０４の撮像面上の下から上への距離を示している。本実施例では、メカ後幕の先端５が撮像素子１０４の撮像面上を通過するために要する時間よりも短くない露光時間（シャッタ秒時）が設定されている撮影を通常の撮影といい、短い露光時間（シャッタ秒時）が設定されている撮影を高速の撮影というものとする。

図３（ａ）は通常の撮影時におけるリセット走査の走査パターンとメカ後幕３の走行パターンとの関係を示したものである。図中、１２はメカ後幕の走行カーブを示し、走行開始から徐々に速度が上がる状態を示し、１１は電子先幕によるリセット走査の走査パターンを示している。１３はリセット走査を開始してから、メカ後幕３が撮像素子１０４の撮像面上の走行を開始するまでの時間であり、撮像面の最下部での露光時間となる。この露光時間１３はカメラＣＰＵ１１３が設定したシャッタ秒時に相当する。１４は撮像面中央での露光時間を示している。１５はリセット走査開始から全開に到るまでのリセット走査時間（全開到達時間）である。リセット走査パターン１１はメカ後幕の走行カーブ１２に沿うように設定されており、撮像面のすべての部位において、リセット走査が開始されてからメカ後幕によって遮光状態となるまでの時間がほぼ一致している。つまり、露光時間１３と露光時間１４は一致する。この通常の撮影では、ストロボ発光はリセット走査が完了してからメカ後幕の走行が開始されるまでの間に行われる。

図３（ｂ）はストロボ発光を伴う高速の撮影時におけるリセット走査の走査パターンとメカ後幕３の走行パターンとの関係を示したものである。通常の撮影とは違って、リセット走査に要する時間をメカ後幕の走行に要する時間よりも短くしている。本実施例ではメカ後幕３の走行カーブ１２とは無関係に全画面に対してほぼ同時にリセット走査を行い、リセット走査を開始してからシャッタ秒時に相当する露光時間１３の経過後にメカ後幕３が走行する。この時、リセット走査時間１５は通常の撮影時よりも極端に短くなり、撮像面中央での露光時間１４は撮像面最下部での露光時間１３に比較して長くなる。ストロボ発光は従来と同様に、リセット走査が完了してからメカ後幕の走行が開始されるまでの間に行われるが、リセット走査に要する時間を極端に短くできるため、ストロボ同調秒時を短くすることができる。リセット走査が完了してからメカ後幕３が撮像素子１０４の撮像面上の走行を開始するまでにストロボ発光を行えば、ストロボ発光を伴う露光時間は撮像面上の全ての領域で均等になる。よって、撮像素子１０４の撮像面の露光時間は下側ほど短くなり、上側ほど長くなるが、得られる画像の輝度値はストロボ発光による光量が支配的に作用するため、露光時間の差に起因する外光による露光むらの影響は小さくて済む。

図３（ｃ）はストロボ発光を伴わずに、図３（ｂ）と同じシャッタ秒時を設定した高速の撮影時におけるリセット走査の走査パターンとメカ後幕３の走行パターンとの関係を示したものである。図３（ｂ）とは違って、リセット走査の走査パターン１１はメカ後幕３の走行カーブ１２に沿うように設定されている。このように、高速の撮影時はシャッタ秒時が同じであっても、ストロボ発光を伴うか否かでリセット走査の走査パターンが異なる。

次に、上記構成の撮像装置における撮影動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。

撮影待機状態であるステップＳ１０１から動作を開始し、ステップＳ１０２では、レリーズ釦の第１ストロークがなされてスイッチＳＷ１がＯＮになっているかどうかを判定する。スイッチＳＷ１がＯＮになっていなければこのステップ１０２に留まる。スイッチＳＷ１がＯＮになるとステップＳ１０３へ進み、電子先幕を使うモードになっているかどうかを判定し、電子先幕を使うモードの場合はステップＳ１０５へ進む。電子先幕を使わないモードの場合はステップＳ１０４へ進んで、通常の撮影シーケンスにて撮影を行う。この場合、撮像素子１０４への露光制御は機械シャッタ１０５のみで行われることになる。

電子先幕を使うモードであるとしてステップＳ１０３からステップＳ１０５へ進むと、ここではストロボ１１４を使用するどうかを判定し、ストロボ１１４を使用すると判定した場合はステップＳ１０７へ進む。ストロボ１１４を使用しないと判定した場合はステップＳ１０６へ進み、電子先幕を使った撮影を行う。電子先幕は、図３（ａ）あるいは図３（ｃ）に示したように、メカ後幕３と同じ走行パターンでリセット走査が行われ、その後、所定の時間経過後にメカ後幕３が走行して撮像素子１０４への露光が終了する。

ストロボ１１４を使用すると判定してステップＳ１０５からステップＳ１０７へ進むと、ストロボ撮影時のシャッタ秒時を高速側に設定するかを、撮影者により不図示の切換えスイッチ等で高速側が設定されているかどうかで判定する。その結果、シャッタ秒時が高速側に設定されていると判定した場合はステップＳ１０９へ進む。シャッタ秒時が高速側に設定されていないと判定した場合はステップＳ１０８へ進み、前述した図３（ａ）での説明のような、電子先幕を用いての通常ストロボ撮影を行う。

シャッタ秒時を高速側に設定したと判定したとしてステップＳ１０７からステップＳ１０９へ進むと、電子先幕の走行パターンを、図３（ｂ）で説明したように全画面をほぼ同時にリセット走査を行うような走行パターンに変更する。その後はステップＳ１１０へ進み、レリーズ釦の第２ストロークがなされてスイッチＳＷ２がＯＮされたかどうかを判定し、スイッチＳＷ２がＯＮされていなければステップＳ１０２に戻る。

一方、スイッチＳＷ２がＯＮされたとしてステップＳ１１１へ進むと、ミラー１０２をアップして交換レンズ１０１内の絞り駆動機構１１８を所定の絞りに制御する。そして、電子先幕によるリセット走査を開始し、リセット動作が終了するとステップＳ１１２へ進む。ステップＳ１１２では、電子先幕によるリセット走査の終了後にストロボ１１４の発光を行う。ストロボ１１４は被写体の明るさに応じて適正な露光量になるように制御される。そして、電子先幕によるリセット走査開始後からシャッタ秒時経過後にステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１１３へ進むと、メカ後幕３の走行を開始して、通常のストロボ撮影より高速側でのシャッタ秒時にて撮影を終了する。続くステップＳ１１４では、ミラー１０２のダウンとシャッターチャージを行って、一連の撮影シーケンスを終了する。

上記実施例では、ストロボ撮影時にストロボ同調秒時を高速側にするか、高速側にしないかについては撮影者の判断にしたがって切り換えるようにしていた。しかし、それ以外に、撮影画面の輝度やカメラの姿勢によってストロボ同調秒時の高速側への変更に制限を加えるような制御も、本発明に含まれるものである。

以上の実施例によれば、電子先幕とメカ後幕とを併用しての高速ストロボ撮影時には、電子先幕によるリセット走査時間を短くして、ストロボ同調秒時を高速化可能な構成にしている。これにより、撮像素子１０４に対してシャッタの全開到達時間を短くすることが可能になり、通常のストロボ撮影時のシャッタ秒時より高速秒時でのストロボ撮影が可能となる。よって、撮影の際の自由度を向上させることが可能となる。

本発明の一実施例に係る撮像装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例における電子先幕とメカ後幕の関係を示す正面図である。 本発明の一実施例における電子先幕のリセット走査曲線とメカ後幕の走行曲線の関係を示す図である。 本発明の一実施例に係る撮像装置のストロボ撮影動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 装置本体
１０１ 交換レンズ
１０４ 撮像素子
１０５ 機械シャッタ
１０６ シャッタ制御回路
１０７ パルス発生回路
１０８ 垂直駆動変調回路
１１３ カメラＣＰＵ
１１４ ストロボ
１１５ ストロボ制御回路
１１６ 撮影レンズ
１１７ レンズＣＰＵ

Claims (2)

1. 電子シャッタと機械シャッタを併用する撮像装置であって、
   露光を終了させる前記機械シャッタの走行に先行して、撮像素子の電荷蓄積リセット走査を行う走査手段と、
   ストロボ発光を伴う撮影であるか否かに応じて、前記走査手段による電荷蓄積リセット走査に要する時間を変更するリセット走査時間制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記リセット走査時間制御手段は、露光時間として、前記機械シャッタの先端部が前記撮像素子の撮像面上を通過するために要する時間よりも短い時間が設定されている場合に、前記走査手段による電荷蓄積リセット走査に要する時間を、前記機械シャッタの先端部が前記撮像素子の撮像面上を通過するために要する時間よりも短くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
   

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