JP2010107635A

JP2010107635A - 電子カメラのシャッター制御方法

Info

Publication number: JP2010107635A
Application number: JP2008277979A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sato; 広之佐藤; Yuji Ogino; 祐史荻野; Yasunori Nakai; 靖典中井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-05-13

Abstract

【課題】高速連写が可能なシャッター機能を有する撮像装置を提供する。
【解決手段】ノーマリーオープンタイプのシャッター制御方式を採用する電子カメラにおいて、連写モード時に、先幕３１をチャージした後、先幕３１の走査、後幕３２の走査により撮像素子８への露光が完了した後、先幕３１及び後幕３２の駆動部材にショートブレーキをかけることなく次の撮影を行うことで、高速連写撮影を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速連写が可能なシャッター機能を有する撮像装置に関する。

近年、電子カメラに関する技術は飛躍的な進歩をとげており、小型、軽量化の他に、撮像素子の高画素化にともなう高画質化、その他、電子カメラに特有の画像処理技術、顔認識技術等の進歩によって、従来のフィルムカメラよりも広く一般ユーザに浸透するに至っている。

このような要素技術の中で、シャッターは主要な要素の一つであり、その方式、制御方法にもあらゆる種類がある。大きくはメカニカルシャッターおよび電子シャッターに分類され、メカニカルシャッターはさらに、レンズ側に配置されたタイプ及びカメラ本体側に配置されたタイプに分類される。
電子シャッターについては、メカニカルシャッターの制御に電気信号を用いる上位概念的な電子シャッター、および、撮像素子への電荷の転送自体を制御する下位概念的な電子シャッターの双方が含まれる。ここでは電子カメラに焦点をあて、後者の意味で電子シャッターという用語を用いる。
また、近年、高画質な写真撮影を望むユーザ層の間では、電子カメラの中でもレンズ交換が可能な、いわゆる一眼レフカメラが急速に普及している。
ここで、上記電子シャッターによる撮影では、撮像素子への電荷の転送中にも、撮像素子に対する露光は遮断されないため、撮像素子が光にさらされることとなり、その光が転送中の電荷に加えられ、結果として写真には立て方向に漏れた電荷、すなわち縦方向の光の筋が写ってしまうことがある。このような現象をスミアと呼ぶが、高画質な写真撮影が求められる一眼レフカメラではスミアを防止するため、メカニカルシャッターが使われている。
また、一眼レフカメラはレンズ交換式であることから、メカニカルシャッターはカメラ本体側に配置され、そのほとんどは、被写体像が結像される撮像素子のすぐ前面に配置されるフォーカルプレーンシャッターと呼ばれるタイプのものである。
以下に従来のフォーカルプレーンシャッターの動きについて説明する。
図２６は、従来の一眼レフカメラの断面を示す。図中、１００はカメラ本体、３００は交換可能なレンズで、その中には少なくとも１枚以上のレンズ玉２１０が配置されている。３がシャッターユニット、４００がミラーであり、本図はシャッターボタン（レリーズボタン）が押される前の状態、即ち、撮影待機状態を示す。５００はプリズム等で構成される反射ユニット、６００は反射ユニット５００から出射された被写体像を拡大するルーペ、７００は接眼ファインダー、８は撮像素子、９は表示部であり、撮像素子８に入力された被写体ｘに関する光の情報が電気信号に変換された後、映像信号として表示部９に表示される。
被写体ｘに関する光の情報は図中１点鎖線で示したように、まずレンズ３００を通過し、ミラー４００に反射した上で反射ユニット５００に入射する。反射ユニット５００から出射した後はルーペ６００を通過した後接眼ファインダー７００に投影され、撮影者の瞳により視認可能となる。一方、被写体Ｘに関する光の情報は撮像素子８には届かない。従って、表示部９には何も表示されない。
ただ、待機状態においてもミラー４００の動きを制御する等の方法で、待機状態における被写体Ｘの情報を表示部９に表示させる、いわゆる「ライブビュー」機能が多くの電子式一眼レフカメラに搭載されてきている。
カメラ本体を撮影者の顔から離して撮影するような場面、例えば、人混みでのハイアングルからの撮影、または地面に生える草花をローアングルで撮影するような場面では、従来の一眼レフカメラは待機状態における撮像画像の確認が接眼ファインダーのみでしか実現出来なかったため、撮影者は無理な姿勢を強いられるか、あるいは接眼ファインダーを確認せずに撮影していた。このような場面においても「ライブビュー」機能が搭載されているカメラであればカメラ本体が身体から離れた状態であっても撮影者は撮影画像を確認出来るため、有用な機能として認識されている。
図２７は、従来の一眼レフカメラにおいて、シャッターボタンが押された状態、即ち写真撮影中の状態を示す。シャッターボタンが押されると、ミラー４００が図示のように上方に移動し、被写体ｘに関する光の情報は直接シャッターユニット３を介して撮像素子８に入射する。この時、被写体ｘに関する光の情報は反射ユニット５００に入射しないため、接眼ファインダー７００には何も表示されない。

次に、従来の一眼レフカメラにおいて、まず１枚だけ撮影する動作、いわゆる「単写」時のシャッターボタンが押されてからのシャッターユニット３の動作について説明する。
図２乃至５は、シャッターボタンが押されてからのシャッターユニットの状態を順次示したものであり、それぞれの左側の図は、図２７におけるシャッターユニット３を被写体Ｘ側から見た時の状態を示し、それぞれの右側の図はその断面図である。図中破線にて撮像素子８の外形を示す。
まず、シャッターユニット３には開口部３０が設けられ、開口部３０が開口された状態で被写体Ｘに関する光の情報が撮像素子８に伝わる。
また、開口部３０を覆うようにシャッター羽根、即ち、先幕３１及び後幕３２が構成されている。
ここで、先幕３１及び後幕３２はそれぞれ駆動部材２００（図１８〜２５に記載）に連結しており、シャッターボタンが押されるとこの駆動部材２００が回動することで、先幕３１及び後幕３２が開口部３０の上下方向に駆動され、開口部の開閉制御を行う。
先幕３１はその可動範囲が、開口部３０の全面を覆う上端位置から、開口部３０の全面を開口する下端位置までであり、常に下端位置側に付勢されている。
一方、後幕３２はその可動範囲が、開口部３０の全面を開口する上端位置から、開口部３０の全面を覆う下端位置までであり、常に下端位置側に付勢されている。
また、先幕３１及び後幕３２は駆動部材２００によりそれぞれの上端位置に達した時に電子制御式マグネットで固定され、マグネット信号がＯＦＦになると再びそれぞれの下端位置に移動する構成となっている。また、通常の待機状態では図２に示したように先幕３１が開口部３０全体を覆っているため、被写体ｘに関する光の情報は一切撮像素子には届かない。いわゆるノーマリークローズドタイプのシャッター構成となっている。
図１８は、先幕３１及び後幕３２の駆動部材２００を示したものであり、駆動部材２００は回動中心２１０の周りに回動可能に設けられ、さらにその上にはカム面２２０を有している。駆動部材２００の側面に配置された２１５はフォトインタラプタの検出素子で、駆動部材２００の位相を検出できる構成となっている。先幕３１は先幕駆動ピン３５０に、後幕３２は後幕駆動ピン３６０に連動し、図１８から図２０のように駆動部材２００が図中矢印Ａ方向に回動すると先幕駆動ピン３５０及び後幕駆動ピン３６０が上方に移動する。この動作により、先幕３１及び後幕３２はともにその下端位置から上端位置へと駆動される。
まず、準備動作（リセット動作）として、
駆動部材２００が矢印Ａ方向に回動を開始し、それに伴い、先幕駆動ピン３５０及び後幕駆動ピン３６０が上方に駆動され、図２０のタイミングで先幕３１及び後幕３２は上端位置に達する。ここで駆動部材２００の回転にブレーキをかけ、駆動部材は、図２１の状態で待機状態となる。次にシャッターボタンが押されるとマグネット信号がＯＮとなり、先幕３１及び後幕３２が上端位置に固定される。その後、駆動部材２００は、A方向に回動を開始し、フォトインタラプタによって位相を検出されており、所定のブレーキ信号を所定のタイミングで入力されることにより、図２２の状態を経た後、あらかじめ定められた位相、例えば図２３のような位相で停止する。先幕３１及び後幕３２はマグネットにより上端位置に固定されているため、先幕駆動ピン３５及び後幕駆動ピン３６は上端位置にとどまっている。
次に先幕３１のマグネット信号がＯＦＦとなり、先幕３１は図３のように下降を開始する。先幕駆動ピン３５０が下降途中の駆動部材２００の状態を示したのが図２４である。その後、設定されたシャッタースピードに相当するだけの間隔をあけた後に後幕３２のマグネット信号がＯＦＦとなり、後幕３２も下降を開始し、駆動部材２００は図２５の状態となる。シャッターユニット３は図４を経て図５の状態となる。
図５の状態で撮像素子８への露光は完了するが、次に撮像素子から電荷の転送がなされる。この間に回動を停止していた駆動部材２００に再び駆動信号が入力され、駆動部材２００は図２５の状態からさらに矢印Ａ方向に回動を続け、図２１の状態まで戻り、次の撮影に備える。
次に、従来の一眼レフカメラにおける連写時の動作について説明する。
まずシャッターボタンが押されると、単写時の動作と同様に駆動部材２００は図２１の状態から図２５の状態を経て図２１の状態、即ち２枚目の撮影待機状態まで矢印A方向に回動し、１枚目の撮影を完了する。
ここで、連写時はシャッターボタンが押されたままの状態であるので、マグネット信号をＯＮとし、先幕３１及び後幕３２が上端位置に固定される。この状態を示したものが図２である。
そして、改めて駆動部材２００に駆動信号が入力されることで回動を再開し、図２２から図２５を経て図２１の状態になり、次の撮影が完了する。
ただし、ここで、シャッターボタンから撮影者が指を離した時は連写が停止される。すなわち、駆動部材２００は図２１の状態で停止し、マグネット信号がOFFではあるが、先幕３１及び後幕３２は駆動部材２０のカム面２２により上端位置に固定されているため、マグネット信号がＯＦＦの状態でも先幕駆動ピン３５０及び後幕駆動ピン３６０が下降せず、次の撮影が行われることはない。
ただ、連写時における上記従来のシャッター制御方法では、図２０から図２１にかけてのブレーキ操作に７０〜８０msの時間を要し、高速連写機能に対する課題となっていた。
また、ノーマリークローズドタイプのシャッター制御方法のため、ライブビュー機能を搭載しがたい構成となっていた。
その他、従来の技術としては特許文献１があげられる。特許文献１には、機械式シャッターと電子シャッターを適宜使い分けることで、最後まで連写が可能な方法が記載されている。
特開２００８−６０６３０号公報

上述のように、特許文献１に記載のシャッター制御方法では、連写撮影時に機械式シャッターのみを使用していると高温になり、耐久性に問題が生じるので、そのような場合には電子シャッターを使うという記載はあるものの、機械式シャッターのみを使用して高速に連写が可能という点については記載がない。

そこで、本発明のシャッター制御方法では、連写時におけるシャッターの不必要なブレーキ動作を省略することで高速連写機能を実現するとともに待機状態において先幕３１及び後幕３２が開口部３０全体を覆っていない、いわゆる「ノーマリーオープン」タイプのシャッター制御方法をとったことにより、ライブビュー機能を実現出来るものとした。

本発明によれば、ノーマリーオープンタイプのシャッター制御方法をとることでライブビュー機能を実現出来るとともに、連写時のブレーキ動作を省略することで高速連写が可能な電子カメラを実現出来る。

以下、本発明のシャッター制御方法について説明する。
図６は本発明のシャッター制御方法の単写時におけるタイミングを示す図である。図中、１０１は先幕３１をその上端位置で固定する先幕マグネット信号、１０２は後幕３２をその上端位置で固定する後幕マグネット信号、１０３は先幕３１の動作を示し、上端は開口部３０全面を覆った状態、下端は開口部３０全面を開口させた状態である。１０４は後幕３１の動作を示し、上端は開口部３０全面を開口させた状態、下端は開口部３０全面を覆った状態である。１０５は先幕３１及び後幕３２をそれぞれの上端位置〜下端位置まで制御する駆動部材２０（図９〜１８に記載）の制御信号を示し、ＯＮは駆動部材２０を回動させるための駆動信号を送っている状態、ＯＦＦは駆動信号を送っていない状態で、その中間はブレーキをかけている状態、即ち、慣性をもって回動を続けようとする駆動部材２０に対し、停止するための信号を送っている状態を示す。
ここで、駆動部材２０の構成の一例を図９に示す。図に示すように、駆動部材２０は回動中心２１を中心に回動可能に構成され、その上には先幕用カム面２１及び後幕用カム面２２を配している。また、駆動部材２０の位相を検出できるよう、図９右側の側面図に示したように、フォトインタラプタ検出部材３７がたとえば駆動部材２０の側面に配置され、光の反射／吸収、あるいは透過／遮光の切り替えを行う構成となっている。
１０７は駆動部材２０の位置状態を検出するフォトインタラプタの信号であり、フォトインタラプタ検出部材３７により駆動部材２０の位相によって切り替わる。

まず、単写時について説明する。待機状態において、先幕３１は図６の１０３に示すごとく、その下端位置、即ち開口部３０の全面を開口する位置にあり、後幕３２は１０４に示すごとく、その上端位置、即ち開口部３０の全面を開口する位置にあり、開口部３０全面が開口された状態となっている。この時、シャッターユニット３は図１の状態にあり、駆動部材２０は図９の状態にある。

次にシャッターボタンが押されると先幕マグネット信号１０１及び後幕マグネット信号１０２がＯＮとなるとともに、駆動部材２０の制御信号１０５がＯＮとなり、駆動部材２０が図９の矢印Ａ方向に回動を開始し、図１０を経て図１１の状態となる。それに連動して１０３に示すごとく、先幕３１が開口部３０の上端まで移動し、マグネットによって開口部３０の上端で固定され、開口部３０は先幕３１によって全面を塞がれた状態となる。この状態は先幕３１がチャージされた状態である。

次に駆動部材２０の位置をフォトインタラプタが検出し、１０５に示すように駆動部材２０にブレーキがかけられるが、駆動部材２０は慣性で回動を続けるため、図１３に示す位相状態で停止するようなタイミングを見計らってブレーキ信号を送る。

次に先幕マグネット信号１０１がＯＦＦになると同時に、先幕３１は開口部３０の下端に向かって図３に示すごとく移動を開始し、さらに設定されたシャッタースピード経過の後、後幕マグネット信号１０２がＯＦＦとなると同時に、後幕３２が開口部３０の下端に向かって図４に示すごとく移動を開始することで、設定されたシャッタースピードに相当する分だけ、被写体に関する光の情報が撮像素子８に入射される。

このときの駆動ピンの状態を示したものが図１３及び図１４及び図１５である。

次に撮像素子８に入射された被写体に関する光の情報は電荷情報となってメモリ部に転送され、撮像素子８内部の情報は空乏化される。

次に撮像素子８からの電荷転送終了のタイミングを見計らって、再び駆動部材２０の駆動信号１０５がＯＮとなり、駆動部材２０は図１５の状態からさらに矢印Ａ方向に回動する。このとき、図１６の状態から図１７を経て図９の状態への移行にあたり、先幕３１を駆動する先幕駆動ピン３５はカム面２１に連動し、後幕３２を駆動する後幕駆動ピン３６はカム面２２に連動しているため、先幕３１は上昇することなく、後幕３２はその上端位置まで移動し、図１に示すように開口部３０が全面開口された状態となる。

ここで駆動部材２０の位相の変化が検出されることで、駆動部材２０には図６に示すＣの区間だけ、ブレーキがかけられ、その後、待機状態に戻る。つまり駆動部材２０は図１７に示す位相状態でブレーキがかけられ、図９に示す待機状態で停止される。

次に、図７を用いて連写時について説明する。

連写前の待機状態については単写時と同じである。シャッターボタンが押された後も、単写時と同様の動作が続き、撮像素子８からの電荷転送のタイミングを見計らって、駆動部材２０の駆動信号１０５がＯＮとなり、駆動部材２０は図１５の状態からさらに矢印Ａ方向に回動する。
次に、駆動部材２０の位相の変化が検出されるが、ブレーキはかけられることなく、２ショット目の撮影動作へと移行する。この時、先幕マグネット信号１０１及び後幕マグネット信号１０２がＯＮとなり、先幕３１が上端位置にチャージされた状態となり、次の撮影に備える。
つまり、撮像素子８への露光および電荷転送が完了し、先幕３１及び後幕３２が待機位置に戻り、駆動部材の位相変化が初期の状態になった図中Ｅの時点が、次の撮影動作において駆動部材が回動を開始する図中Ｄの時点に相当する。
このように、連写時においては、シャッターボタンが押されている間、図７におけるＤ〜Ｅの区間の動作が繰り返され、撮影後における図６のCに示すようなブレーキ動作は発生しないため、高速連写が可能となる。
最後に、シャッターボタンの押し下げが解除されると、図８のＥのタイミングで駆動部材２０にブレーキがかけられ、先幕マグネット信号１０１及び後幕マグネット信号１０２はＯＦＦのまま、先幕３１が新たにチャージされることもなく、一連の連写撮影が完了する。図７及び図８はＥのタイミングより左側は全く同じである。
このように、連写動作時におけるブレーキ動作を省略することにより、図６におけるブレーキ期間、即ち期間Ｃに相当する分が短縮できることとなる。
なお、上記説明では先幕３１が後幕３２よりも被写体側に設置された例で説明したが、かならずしも先幕３１と後幕３２の前後関係がこれに限定されるわけではない。
また、先幕３１及び後幕３２は開口部３０の上下方向に移動する例で説明したが、左右方向に移動する構成でも本発明の効果を得ることが出来る。
また、上記説明では先幕３１及び後幕３２を模式的に１枚構成で説明したが、これに限られるものではなく、それぞれが折りたたみ式に構成されていても本発明の効果を得ることが出来る。

本発明にかかるシャッター制御方法を用いれば、ライブビュー機能を実現出来るとともに、高速連写性能が向上するため、電子カメラに適用すると有効である。

カメラのシャッターユニット構成を示す模式図カメラのシャッターユニット構成を示す模式図カメラのシャッターユニット構成を示す模式図カメラのシャッターユニット構成を示す模式図カメラのシャッターユニット構成を示す模式図本発明のシャッター制御方法の単写時のタイミングを示す図本発明のシャッター制御方法の連写時のタイミングを示す図本発明のシャッター制御方法における連写時最終撮影のタイミングを示す図本発明における先膜／後幕の駆動部材の、待機時における構成及び位相を示す図本発明における先幕／後幕の駆動部材の、撮影開始時における構成及び位相を示す図本発明における先幕／後幕の駆動部材の、先幕がチャージされた状態における構成及び位相を示す図本発明における先幕／後幕の駆動部材の、先膜／後幕が上端で支持された状態における構成及び位相を示す図本発明における先幕／後幕の駆動部材の、先膜が下降を開始した状態における状態を示す図本発明における先幕／後幕の駆動部材の、後幕が下降を開始した状態における状態を示す図本発明における先幕／後幕の駆動部材の、撮像素子への露光を終了した状態を示す図本発明における先幕／後幕の駆動部材の、先膜が次の撮影準備の為に上昇を開始した状態を示す図本発明における先幕／後幕の駆動部材の、先膜がチャージを完了した状態を示す図従来技術における先幕／後幕の駆動部材の、待機時における構成及び位相を示す図従来技術における先幕／後幕の駆動部材の、撮影開始時における構成及び位相を示す図従来技術における先幕／後幕の駆動部材の、先幕／後幕がチャージされた状態における構成及び位相を示す図従来技術における先幕／後幕の駆動部材の、先膜／後幕が上端で支持された状態における構成及び位相を示す図従来技術における先幕／後幕の駆動部材の、先膜／後幕が上端で支持された状態における構成及び位相を示す図従来技術における先幕／後幕の駆動部材の、先膜が下降を開始する直前の状態における構成及び位相を示す図従来技術における先幕／後幕の駆動部材の、先膜が下降を開始した状態における構成及び位相を示す図従来技術における先幕／後幕の駆動部材の、撮像素子への露光を終了した状態における構成及び位相を示す図従来の電子式一眼レフカメラの待機状態における断面図従来の電子式一眼レフカメラの撮影状態における断面図

符号の説明

３シャッターユニット
８撮像素子
９表示部
２０駆動部材
２１先幕用カム面
２２後幕用カム面
３１先幕
３２後幕
３７フォトインタラプタ検出部材
１０１先幕マグネット信号
１０２後幕マグネット信号
１０３先幕３１の動作
１０４後幕３２の動作
１０５駆動部材２０の制御信号
１０７フォトインタラプタの信号

Claims

先幕及び後幕を撮像素子の前面に配し、被写体情報を前記撮像素子に露光することにより撮影を行う電子カメラのシャッター制御方法であって、
前記先幕及び前記後幕はともに一方向に付勢されるとともに、カム面を有した回動部材の回動動作によって反対方向にチャージされ、
撮影待機状態においては前記先幕及び前記後幕のうちいずれか一方のみがチャージされ、前記撮像素子に前記被写体情報が露光可能な状態をとり、
レリーズ動作に連動して他の一方がチャージされ、
撮影完了時には前記回動部材の回動動作に対してブレーキをかけるブレーキ信号が付加される一方、
連続撮影時において少なくとも１枚の撮影完了時から次の撮影に移行する間には前記ブレーキ信号が付加されないこと、
を特徴とする電子カメラのシャッター制御方法。