JP2011099965A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子を用いたフォーカスブラケット撮影に関し、撮像素子の支持機構に対する負担を軽減し、長期に亘って撮像面精度が高い状態で撮影を行え、撮像コマ間の時間差が必要以上に大きくならないようにする。
【解決手段】撮像装置は、撮像素子８を光軸方向に沿って移動させる移動機構９を備える。システム制御部１４は、撮像と同期して移動機構９を制御して撮像素子８を移動させ、複数回の撮像に係る時間間隔及び撮像素子８の蓄積時間に応じて撮像素子８の移動速度を制御する。例えばシステム制御部１４は、連続した複数回の撮影中、撮像素子８を一定速度で移動させ、その途中で撮像素子８の移動を停止しない。またシステム制御部１４は、露光時間が長いほど撮像素子８の移動速度を遅くし、所定時間より長い露光時間の場合、露光中での撮像素子８の移動速度が低下するが、撮像素子８の読出し中の移動速度を速める。
【選択図】 図１

Description

本発明はスチルカメラやビデオカメラ装置等の撮像装置及びその制御方法に関し、特に撮像素子をレンズの光軸方向に移動して撮像する撮像装置及びその制御方法に関する。

近年、従来のフォーカスレンズ駆動によるオートフォーカス（以下、ＡＦと略記する）機構に加えて、撮像素子を移動させるための機構を備えた撮像装置が提案されている。その目的として、高速で移動する被写体に対するピント追従の遅れを補正することや、製造上のばらつき等によるピントのずれを補正することが挙げられる。

フォーカスレンズの移動と撮像素子の移動とを連携させるＡＦシステムにおいて、例えばフォーカスブラケット撮影と称する方法が知られている。この方法では、フォーカスレンズについて予想されるずれ分を補正すべく、フォーカスレンズの予定結像面での撮影に加えて、撮像素子を光軸方向に沿って前後に移動させる。撮像素子を予定結像面の前後に所定量だけ移動させた複数位置での撮影が実行され、これにより複数の画像データを取得できる。特許文献１にはフォーカスレンズの移動後、撮像素子を複数の位置に移動させ、高速で移動する被写体に対応する手段が開示されている。この例では撮像素子の支持枠が光軸と平行なロッドにより前後方向に沿って移動可能に構成されており、この支持枠を駆動用アクチュエータで駆動する構造となっている。撮像素子の移動については、複数回の撮影に際してそれぞれ起動と停止が繰り返される。

特開２００６−１４５６９６号公報

ところで、上記撮像装置では撮像素子の移動機構の安定性や耐久性を高め、撮影精度や画質等を維持することが求められる。高速で移動する被写体に対してフォーカスブラケット撮影を実施するには撮像素子についても高速で移動させる必要がある。よって撮像素子の移動に関して短時間に急激な起動や停止が発生する場合、長期の使用において、撮像素子の支持枠と直進ガイドとの剛性が充分に保証されないと、撮像素子の撮像面精度が経時的に低下してしまうという懸念がある。ここで撮像面精度とは主に光軸に対する撮像面の直角度、倒れ等の程度を指す。撮像面精度が高ければ撮影した画像の周辺まで均等な合焦状態が得られるが、撮像面精度が低いとピントボケ、片ボケ等が発生する。

２つ目の問題は、支持機構への負担軽減を考慮して常に撮像素子を低速で移動させた場合、フォーカスブラケット撮影での複数の撮像コマの間の時間差が大きくなってしまうことである。その結果、被写体の変化が無視できなくなることが考えられる。
そこで本発明の目的は、フォーカスブラケット撮影可能な撮像装置において、撮像素子の支持機構に対する負担を軽減し、長期に亘って撮像面精度が高い状態で撮影を行え、撮像コマ間の時間差が必要以上に大きくならないようにすることにある。

上記課題を解決するために本発明に係る装置は、撮像素子を移動させて複数回の撮像が可能な撮像装置であって、前記撮像素子を光軸方向に沿って移動させる移動機構と、前記撮像素子の蓄積時間を変更する露光制御手段と、撮像と同期して前記移動機構を制御して前記撮像素子を移動させ、前記複数回の撮像に係る時間間隔及び前記蓄積時間に応じて前記撮像素子の蓄積動作中及び読出動作中の移動速度を変更する制御手段を備える。

本発明によれば、撮影間隔や蓄積時間に応じて撮像素子の蓄積動作中及び読出動作中の移動速度を制御し、撮像面の精度低下を防止できる。例えば、撮像素子の移動に関する急激な起動や停止を回避することにより、撮像素子の支持機構への負担を軽減し、長期に亘って撮像面精度が高い状態で撮影を行える。また複数回の撮像に係るコマ間の時間差が必要以上に大きくならないように撮像素子の移動速度を制御できる。

図２乃至６と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、撮像装置の構成例を示すブロック図である。 撮像素子の駆動機構の要部を示す概略的な断面図である。 撮像素子の駆動機構の要部を示す正面図である。 図５と併せて撮像装置の動作例を示すフローチャートであり、処理の前半部を示す。 処理の後半部を示すフローチャートである。 撮像素子の位置変化と撮像動作を例示したタイミングチャートである。 図８及び９と併せて本発明の第２実施形態を説明するために、撮像素子の位置変化と撮像動作を例示したタイミングチャートである。 図９と併せて撮像装置の動作例を示すフローチャートであり、処理の前半部を示す。 処理の後半部を示すフローチャートである。

以下に、本発明の各実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

[第１実施形態]
以下、図１乃至６を参照して、本発明の第１実施形態に係る撮像装置について説明する。なお、本実施形態の撮像装置は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子により被写体像を光電変換して画像情報を生成し、メモリ等の電子的記録媒体に画像情報を記録するデジタル撮像装置である。本装置はフォーカスレンズの移動とともに撮像素子を移動させながら複数回の撮像が可能である。本実施形態では、連続した複数回の撮像を行う際に、複数回に亘って撮像素子の電荷蓄積と読出しを連続して行える撮像装置について説明する。これは一般的には撮像素子の電子シャッタ機能による動作である。

図１は撮像装置の構成例を示すブロック図であり、撮像装置はカメラ本体１と、これに着脱可能な撮影レンズ２を備える。撮影レンズ２はフォーカスレンズ３と、フォーカスレンズ駆動部４を有する。フォーカスレンズ３は後述の撮像素子８の撮像面に被写体からの光束を結像させる。フォーカスレンズ駆動部４はフォーカスレンズ３を光軸方向に沿って移動可能に支持する支持機構と、駆動用のアクチュエータと、該アクチュエータの駆動回路を含む。

カメラ本体１に取り付けられた測光部５には、撮影レンズ２を通過した光束を計測することにより被写体の輝度を計測するセンサが使用される。シャッタ駆動回路６は後述のシステム制御部１４の指示に従ってシャッタ７の遮光部材を駆動してシャッタ７を開放する時間及び遮光する時間を制御する。シャッタ７はカメラ本体１に固定され、後述の撮像素子８の電荷蓄積に先立ってシャッタ駆動回路６により遮光部材であるシャッタ羽根を開放する。これにより撮像素子８への露光が可能となり、電荷蓄積の終了後にシャッタ７が閉じて撮像素子８が遮光され、撮影時以外の撮像素子８へのゴミの付着が防止される。

撮像素子８にはフォーカスレンズ３を経て被写体からの光が結像し、該素子は撮像面に投影された画像を電気信号に変換する。また撮像素子８は、いわゆる電子シャッタ機能を有しており、画像信号の取り込み開始時点における電子シャッタとしての電子先幕の機能、及び画像信号の取り込み中止を行う電子後幕の機能を有する。すなわち、電子先幕の動作により画像信号の電荷蓄積が開始し、電子後幕の動作により所定の時間後に蓄積が終了する。その後、蓄積された画像信号の読出動作が行われ、後述する信号処理回路１１に画像信号が送出される。
撮像素子８の移動機構９は、撮像素子８を撮影光軸に沿って前後に移動させることでフォーカスブラケット撮影を可能にする。その詳細については後述する。位置検出部１０は撮像素子８の光軸方向における位置を検出し、検出信号を後述のシステム制御部１４に送出する。

信号処理回路１１は、撮像素子８の出力する画像信号を処理して、不図示の表示部に画像を表示させ、また記録媒体１２に画像データを保存するための回路である。信号処理回路１１は、撮像素子８からのアナログ画像信号をデジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換部、タイミング発生回路、画像処理部、メモリ制御部等を備える。
記録媒体１２は撮影した画像データを格納するための記憶手段であり、所定枚数分の画像データを格納するのに十分な記憶容量を有する。また、記録媒体１２はカメラ本体１に対して着脱可能であり、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリによって構成されている。

メモリ１３は、後述するシステム制御部１４の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。またメモリ１３には、後述する撮影条件により異なる情報や数値データが記憶されている。その他、撮像処理用プログラム、画像処理用プログラム、作成した画像ファイルデータを記録媒体１２に記録するためのプログラム、画像ファイルデータを記録媒体１２から読み出すためのプログラム等がメモリ１３に記憶されている。また、メモリ１３には上記プログラムをマルチタスク処理にて実行するＯＳ（オペレーティングシステム）等の各種プログラムも記憶されている。

システム制御部１４はカメラ本体１及び撮影レンズ２の制御手段であり、ＡＦ制御に係る位相差検出機能やコントラスト検出機能、露光制御機能、撮像素子８の移動速度変更機能等を有する。システム制御部１４は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を含むマイクロコンピュータユニットから構成されており、測光部５や位置検出部１０、不図示の位相差検出部等からの信号をプログラムに従って処理することで上記の機能を実現する。例えばシステム制御部１４は撮像素子８の電子シャッタ機能に係る制御のために、被写体の条件に応じた電荷蓄積時間を演算し、蓄積開始、終了、読出しのタイミングを制御する。すなわち、第１実施形態にて撮像素子８の電荷蓄積時間と露光時間は同義である。

カメラ本体１に取り付けられたレリーズボタン１５は２段式スイッチＳＷ１及びＳＷ２をもつ構造とされ、これらのスイッチによる信号はシステム制御部１４に送られる。レリーズボタン１５を１段目まで押し込んだ状態を半押しといい（ＳＷ１がオン状態）、この状態では測光及び焦点状態検出が行われる。半押し状態からさらに２段目まで押すことを全押しといい（ＳＷ２がオン状態）、全押しによって撮影が行われる。

システム制御部１４はレリーズボタン１５の信号を受けて、装置全体のシーケンスの開始や終了を制御する。またシステム制御部１４は、不図示の焦点検出センサからの信号に基づいて位相差検出方式での測定を行い、またフォーカスレンズ駆動部４に対してフォーカスレンズ３の移動量等を指示する。システム制御部１４は撮像素子８の移動機構９を構成する駆動部への通電量を制御して撮像素子８の移動及び停止を行う。そしてシステム制御部１４は位置検出部１０からの検出信号を受けて、撮像素子８がその移動範囲内のどこに位置するかを把握する。なお本実施形態にてシステム制御部１４は、被写体の条件に応じて撮像素子８の露光時間を制御する露光制御手段であるとともに、撮像素子８の移動機構９を制御して撮像素子８の移動速度を変更する制御手段でもある。

次に撮像素子８の移動機構９について説明する。図２は要部の構成を示すために光軸方向に切断した概略的な断面図であり、撮像素子８及び保持板８ａが予定結像面に対応する位置に移動した状態を示している。図３は移動機構９を光軸方向から見た正面図である。
図２に示すように、撮像素子８の撮像面の位置としては、少なくとも位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃの３箇所を、撮像素子９の可動範囲が含むものとする。すなわち位置Ａは後ピント位置であり、位置Ｂに示す予定結像面から光軸方向に沿って、撮影レンズ２の側へ所定量（これをｄと記す）だけ移動した位置である。位置Ｂは予定結像面の位置を示し、位置Ｃは前ピント位置であり、位置Ｂに示す予定結像面から光軸方向に沿って、撮影レンズ２とは反対側へ所定量ｄだけ移動した位置である。

撮像素子８はその背面にて保持板８ａに取り付けられている。保持板８ａは背面側から複数（本例では３つ）のスプリング１６により、常に前方（撮影レンズ２側）に付勢されている。保持板８ａは、カメラ本体に固定された複数（本例では２本）のガイド軸1７に沿って移動可能な状態で支持されている。従って撮像素子８は、その受光面が保持板８ａの取付面に対して平行に固定された状態で、ガイド軸1７に沿って光軸方向（図２の左右方向）に進退し、フォーカスレンズ３による被写体の撮像面への結像状態が調節可能である。

保持板８ａに固定された撮像素子８を移動させる駆動部は、保持板８ａに固定された複数のマグネット９ａと、カメラ本体１に固定された複数のコイル９ｂを備え、コイル９ｂへの通電によって電磁力が発生する。マグネット９ａは厚み方向に２極に着磁された永久磁石である。本例では撮像素子８を中心として１２０度の角度間隔でマグネット９ａが３箇所に配置されており、それぞれＮ極を撮影レンズ２の側に向けて撮像素子８の保持板８ａに固定されている。コイル９ｂは被覆導線を用いた巻き線コイルであり、本例ではカメラ本体１の不図示の支持部に３個のコイル９ｂがそれぞれ取り付けられおり、各コイルはマグネット９ａと所定の間隔をもって対向するように配置されている。コイル９ｂの通電時における電流の向きに応じて発生する電磁力の向きが変化し、通電量により電磁力の大きさが変化する。以上のように、保持板８ａ、マグネット９ａ、コイル９ｂは撮像素子８の移動手段を構成している。

位置検出部１０にはホール素子が用いられ、該素子は、保持板８ａに固定されたマグネット９ａに対向する位置にてカメラ本体１に固定されている。本例では各コイル９ｂの内径部にホール素子が配置されている。ホール素子はマグネット９ａの磁力を検出し、両者の遠近に応じた出力信号の変化をシステム制御部１４が演算によって求め、撮像素子８及び保持板８ａの光軸方向における位置を検出することができる。

付勢手段であるスプリング１６は、その一端部が保持板８ａに固定され、他端部がカメラ本体１の支持部に固定されており、本例では、光軸を中心に１２０度の角度間隔をもって３箇所に配置されている。スプリング１６は、保持板８ａの背面８ｄを常に撮影レンズ２の側に押圧する圧縮スプリングである。すなわち、スプリング１６の弾性力は撮像素子８を前進させる力となっている。また、撮像素子８及び保持板８ａがマグネット９ａとコイル９ｂとの電磁的な反発力により後退する際には、スプリング１６が押圧されて徐々に圧縮される。

互いに平行な２本のガイド軸１７は、カメラ本体１の不図示の支持面に対して垂直に固定されている。図３に示すようにガイド軸１７の一方は、保持板８ａに形成した嵌合孔８ｂに挿通され、ガイド軸１７の他方は長孔８ｃに遊挿されている。つまり、長孔８ｃを回転止めとして回転を防止しながら撮像素子８をガイド軸１７に沿って円滑に移動させることができる。図２に示す複数のストッパ１８はカメラ本体１に固定されており、コイル９ｂの非通電時に保持板８ａがスプリング１６の押圧力によりストッパ１８に当接する。このとき、撮像素子８は位置Ａに来ている。

フォーカスブラケット撮影では、フォーカスレンズ３の予定結像面での撮影に加え、撮像素子８を光軸方向に沿って所定量ずらした位置でも撮影が行われる。この所定量は、被写体への追従性を考慮した場合、例えば被写界深度を超えた量で決定される。あるいはカメラの焦点状態検出系の製造誤差による測定結果のズレを考慮した場合、レンズの製造誤差によるフォーカスレンズ３の駆動位置のズレを積み重ねた結果と設計値のズレ等から所定量が決定される。また、予定結像面の前後において何コマ撮影するかについても選択が可能である。本例では設計位置を予定結像面の位置とした場合、その後ピント位置と前ピント位置でそれぞれ１コマ撮影するとして、合計３コマの撮影が行われものとし、コマ数分の撮影画像データはメモリ１３に格納される。

次に撮像素子８の移動に関して説明する。コイル９ｂへの通電時の電流量に応じて光軸方向に発生する電磁力が変化するので、コイル９ｂとこれに対向するマグネット９ａの表面磁束との間に反発力を発生させた場合、スプリング１６との間で力の均衡状態を変化させることが可能となる。撮像素子８及び保持板８ａは、２本のガイド軸１７によって光軸方向に移動可能に支持されているので、コイル９ｂに流れる電流の向き及び電流量を制御すれば、これらに応じて撮像素子８及び保持板８ａの光軸方向における移動量を制御可能である。また、通電量を時間的に変化させることで、撮像素子８及び保持板８ａの光軸方向における移動速度が変化する。ここでは説明を容易にする為、マグネット９ａとコイル９ｂが互いに反発する方向の電磁力を発生させ、撮像素子８及び保持板８ａが撮影レンズ２とは反対側に後退するように、コイル９ｂへの通電を行うことを正通電と称することにする。また、その逆の通電を行うこと、つまりマグネット９ａとコイル９ｂが互いに引き付け合う電磁力を発生させ、撮像素子８及び保持板８ａが撮影レンズ２の側へ前進するように、コイル９ｂへの通電を行うことを逆通電と称することにする。システム制御部１４は、コイル９ｂへの通電の向き及び通電量を変化させることで撮像素子８の移動速度を制御することができる。これにより撮像素子８及び保持板８ａを所望の位置へと前進又は後退させること、及びその移動速度を制御することができる。

次に撮影処理例について図４、図５のフローチャート及び図６のタイミングチャートを用いて説明する。図４は処理の前半部を示し、図５は処理の後半部を示しており、システム制御部１４にて実行されるプログラムに従って処理が行われる。図６はフォーカスブラケット撮影中の第１コマから第３コマまでの連続した複数回の撮影動作において、撮像素子８の位置変化と撮像動作を例示したタイミングチャートである。（ａ）乃至（ｃ）の各図において上側に示すグラフ線は、像面位置の時間的な変化を表す。つまり、このグラフ線は、時間経過に伴って撮像素子８が待機位置である位置Ａから予定結像面である位置Ｂを経て、位置Ｃへと移動した場合の位置を表す。その傾きは移動速度を表し、電荷蓄積動作中の移動速度をＶｓと記し、読出動作中の移動速度をＶｒと記す。また下側のグラフ線は撮像素子８の動作状態、つまり電荷の蓄積と読出しの状態を表している。なお、蓄積時間をＴｓと記し、読出時間をＴｒと記す。撮像素子８の蓄積時間Ｔｓは被写体の輝度に応じて変化するが、読出時間Ｔｒは画素数が一定であるため、一定時間としている。

図６（ａ）は露光時間が短い場合、例えばＴｓが１／６０秒の場合の動作を示す。図６（ｂ）は露光時間が中程度の場合、例えばＴｓ＝１／３０秒の場合の動作を示し、図６（ｃ）は露光時間が長い場合、例えば長秒時としてＴｓ＝１／１５秒の場合の動作を示している。ここで本実施形態での露光時間とは、撮像素子８の蓄積時間であることに注意を要する。
以下、図４及び図５のフローチャートに従い、まず図６（ａ）を参照しながらＴｓ＝１／６０秒の場合の動作を説明する。尚、基本的な処理の流れはＴｓの値が１／６０秒より短い場合でも同様である。

Ｓ１０１で処理が開始し、電源のオン状態にてシステム制御部１４はレリーズボタン１５の状態を判定する（Ｓ１０２）。該ボタンの半押しによりＳＷ１がオン状態となったと判定された場合、測光部５により被写体の測光が行われる。被写体の輝度に応じてシステム制御部１４の露光制御により、不図示の絞り装置による光量制限量、及び撮像素子８の電子シャッタの露光時間としての蓄積時間が演算される。その後、蓄積時間Ｔｓと所定の読出時間Ｔｒ、及び撮像素子８の像面位置の間隔ｄに基づいて、撮像素子８の移動速度Ｖｓが計算される。すなわち、システム制御部１４は「Ｖｓ＝ｄ/（Ｔｓ＋Ｔｒ）」に基づき、撮像素子８の電荷蓄積中の移動速度Ｖｓを算出する。この速度をもって３コマの撮像が行われる間、撮像素子８は停止することなく一定速度で移動する。また、演算と同時に、撮像素子８の待機位置である位置Ａへのセット動作が行われる。セット動作とは、コイル９ｂが無通電の状態で保持板８ａをスプリング１６の付勢力により、ストッパ１８に当接させることである。撮像素子８が確実に図２の位置Ａに来るようにするために、コイル９ｂへの逆通電が行われ、これにより撮像素子８及び保持板８ａが撮影レンズ２の側へ前進する（Ｓ１０３）。

撮像素子８が目標位置である位置Ａに到達した否かの判定処理（Ｓ１０４）は、位置検出部１０の検出出力と、システム制御部１４が記憶している目標位置でのホール素子の出力とを比較することで行われる。両者が一致した場合、システム制御部１４は撮像素子８が目標位置に到達したと判定する。位置Ａへの到達判定が下された場合、Ｓ１０５に進むが、そうでない場合、Ｓ１０３に戻る。

待機位置（位置Ａ）にてコイル９ｂへの通電が停止され、撮像素子８及び保持板８ａの移動が停止する（Ｓ１０５）。次に不図示の焦点状態検出部及びシステム制御部１４によって、ＡＦ制御に係る位相差検出方式での測定が行われ（Ｓ１０６）、システム制御部１４は測定結果に基づいてフォーカスレンズ駆動部４に指令を送りフォーカスレンズ３を移動させる。つまり位置Ｂを予定結像面として、被写体の距離に応じたフォーカスレンズ位置へとフォーカスレンズ３が移動する（Ｓ１０７）。つまり、このフォーカスレンズ位置は撮像素子８の予定結像面を位置Ｂとして演算した場合の位置である。

次に撮影者による撮影続行の操作を確認すべく、システム制御部１４はＳＷ１の状態を判定する（Ｓ１０８）。その結果、ＳＷ１がオン状態であると判定された場合、Ｓ１０９に進むが、ＳＷ１がオフ状態であると判定された場合にはＳ１０３に戻る。
次にシステム制御部１４はＳＷ２の状態を判定する（Ｓ１０９）。レリーズボタン１５の全押しによりＳＷ２がオン状態であると判定された場合、Ｓ１１０に進むが、ＳＷ２がオフ状態であると判定された場合にはＳ１０８に戻る。

Ｓ１１０ではシャッタ駆動回路６の指示によりシャッタ７が開放される。これよりフォーカスブラケット撮影が開始し、システム制御部１４はコイル９ｂに正通電を行い、徐々にその通電量を増加させて前述の移動速度Ｖｓを維持して撮像素子８及び保持板８ａの後退を開始させる（Ｓ１１１）。同時に撮像素子８の電子シャッタ動作により、第１コマ目の撮像について露光が開始し、つまり画像信号の蓄積が開始し、１／６０秒の蓄積時間の経過後に露光が終了する（Ｓ１１２）。続いて第１コマ目の読出しが行われる（Ｓ１１３）。図６（ａ）の上側のグラフ線に示すように、露光時間１／６０秒は所定の基準時間（本例では１／３０秒とする）よりも短い。この時のフォーカスブラケット撮影では複数回の撮像にてＶｓ＝Ｖｒであるので、蓄積中及び読出し中のいずれの期間でも移動速度がＶｓであって、撮像素子８が定速にて停止することなく後退を続ける（図５のＳ１１４）。撮像素子８の後退は継続され、徐々にコイル９ｂへの通電量が増加して前述の移動速度Ｖｓを維持して撮像素子８は、第２コマ目の撮像位置である位置Ｂに向かう。システム制御部１４は撮像素子８が位置Ｂに到達したか否かを判定する（Ｓ１１５）。位置検出部１０の検出出力と、システム制御部１４が記憶している位置Ｂにおけるホール素子の出力が比較され、両者の一致によって目標位置Ｂへの撮像素子８の到達が判定される。位置Ｂへの到達判定が下された場合、Ｓ１１６に進むが、未到達の場合、Ｓ１１４に戻る。

予定結像面である位置Ｂは、既に移動しているフォーカスレンズ３の予定結像面の位置である。被写体が前述の位相差検出時と同じ位置にあって、撮像装置１における製造誤差等を無視すれば、この位置において丁度ピントの合った撮影画像が得られることになる。
予定結像面における第２コマ目の撮影を行うため、撮像素子８の電子シャッタ動作により第２コマ目の撮像について露光が開始し、つまり電荷の蓄積が開始して、１／６０秒の蓄積時間の経過後に露光が終了する（Ｓ１１６）。撮像素子８が適正露光に必要な時間分の蓄積を終えると、続いて第２コマ目の読出しが行われる（Ｓ１１７）。読出し中も前述の移動速度Ｖｒ（＝Ｖｓ）でもって、撮像素子８は定速にて停止することなく後退を続ける（Ｓ１１８）。撮像素子８の後退は継続され、徐々にコイル９ｂへの通電量を増加させて前述の移動速度Ｖｓを維持しつつ、撮像素子８は第３コマ目の撮影位置である位置Ｃに向かう。位置Ｃは既に移動しているフォーカスレンズ３の予定結像面の位置Ｂから所定量ｄだけ後退した位置であり、被写体の移動がなく、製造誤差等を無視すれば、前ピントとなる画像が得られる位置である。システム制御部１４は、撮像素子８が位置Ｃに到達したか否かを判定する（Ｓ１１９）。位置検出部１０の検出出力と、システム制御部１４が記憶している位置Ｃでの位置検出部１０の出力が比較され、両者の一致により目標位置Ｃへの到達が判定される。位置Ｃへの到達判定が下された場合、Ｓ１２０に進むが、未到達の場合にはＳ１１８に戻る。

位置Ｃにおける第３コマ目の撮影を行うため、撮像素子８の電子シャッタ動作により第３コマ目の撮像について露光が開始し、つまり電荷の蓄積が開始し、１／６０秒の蓄積時間の経過後に露光が終了する（Ｓ１２０）。撮像素子８が適正露光に必要な時間分の蓄積を終えると、続いて第３コマ目の読出しが行われる（Ｓ１２１）。次にシステム制御部１４はシャッタ駆動回路６に指令を送り、シャッタ７が閉じて、撮像素子８が遮光される（Ｓ１２２）。

撮像素子８及び保持板８ａは第３コマ目の蓄積時間が経過するまでの間、前述の移動速度Ｖｓを維持しながら移動する。その後、蓄積及び読出しが終了すると、次回のフォーカスブラケット撮影に備えて撮像素子８を位置Ａに復帰させる必要がある。そのため、システム制御部１４は徐々にコイル９ｂへの通電量を減らして撮像素子８の移動速度をＶｓから減速させる。スプリング１６の押圧力がコイル９ｂの電磁力を上回ると、撮像素子８の移動方向は後退から前進に転じる（Ｓ１２３）。移動方向の反転は徐々に行われるため、撮像素子８の支持機構に対して過大な負荷がかかることはない。システム制御部１４は撮像素子８が位置Ａに到達したか否かを判定する（Ｓ１２４）。その結果、位置Ａへの到達判定が下された場合、Ｓ１２５に進むが、未到達の場合にはＳ１２３に戻る。

Ｓ１２５にてコイル９ｂへの通電が停止し、撮像素子８の前進が停止する。その後、システム制御部１４はＳＷ１の状態を判定する（Ｓ１２６）。レリーズボタン１５の状態が判定され、ＳＷ１がオフ状態の場合には上記一連の処理が終了する（Ｓ１２７）が、ＳＷ１がオン状態の場合、つまり、撮影者に連写撮影の意図があれば、図４のＳ１０２に戻って連続撮影が実行される。

上記した複数回の撮像動作により、メモリ１３には、撮影時の撮像素子８の位置が異なる３枚の画像データが記憶される。これらの画像データの中で最も評価値の高い画像データが最もピントの合った画像のデータとして選択され、該データが記録媒体２０に記録され、他の画像のデータはメモリ１３から消去される。画像の評価方法としては公知のコントラスト検出等が用いられ、システム制御部１４は、例えば位相差検出方式のＡＦ時に選択した焦点検出エリアに相当する領域における画像のコントラストを画像毎に求める。このようにして毎回の撮影毎に最良のピント状態の画像データのみを記録媒体に記録して保存することができる。

次に図６（ｂ）に示す、露光時間が中程度（Ｔｓ＝１／３０秒）の場合の動作について説明する。前記の式「Ｖｓ＝ｄ/（Ｔｓ＋Ｔｒ）」にて、Ｔｓ＝１／３０秒であり、Ｔｒ、ｄの値は図６（ａ）の場合と同じであるため、Ｔｓ＝１／３０秒の場合、撮像素子８の蓄積中の移動速度Ｖｓは、Ｔｓ＝１／６０秒の場合に比べて低下する。しかし、Ｖｓ＝Ｖｒであり、３コマの撮像が行われる間、撮像素子８は停止することなく一定速度で移動する。その他のシーケンスについては図６（ａ）にて説明した内容と同じであり、よって説明は省略する。

次に図６（ｃ）に示す、露光時間が長秒時（Ｔｓ＝１／１５秒）の場合の動作について説明する。前記の式「Ｖｓ＝ｄ/（Ｔｓ＋Ｔｒ）」にて、Ｔｓ＝１／１５秒であり、Ｔｒ、ｄの値は図６（ａ）の場合と同じであるため、Ｔｓ＝１／１５秒の場合、Ｖｓの値は図６（ａ）、（ｂ）の場合に比べて小さくなる。しかし、ここではＶｓ≠Ｖｒであり、読出し中の移動速度Ｖｒについては、前述のＴｓ＝１／３０秒の場合の値を採用する。すなわち蓄積後、徐々に加速してＶｓ（＜Ｖｒ）からＶｒに切換わるので、図６（ｃ）のグラフ線のように３コマの撮像の間、蓄積と読出動作の切換えに同期して撮像素子８の移動速度も切換わることになる。その他のシーケンスについては図６（ａ）にて説明した内容と同じであり、よって説明は省略する。

以上のように、露光時間の判定に係る基準時間をＴｊと記すとき、露光時間が基準時間以下（Ｔｓ≦Ｔｊ）の場合、Ｖs＝Ｖrとして、連続した複数回の撮像動作中、撮像素子８は一定速で移動する。すなわち、フォーカスブラケット撮影の際、所定の露光時間以下では露光時間の長さに応じた移動速度で撮像素子８が停止することなく移動しながら複数回の撮影が行われる。またＴｓ＞Ｔｊの場合には、Ｖs＜Ｖr、つまり蓄積動作中の移動速度が読出動作中の移動速度未満となるように設定され、連続した複数回の撮像動作中、撮像素子の移動速度がＶｓとＶｒとの間で切換わる。すなわち、所定の露光時間を越える長秒時撮影においては、露光中と露光後とで撮像素子８の移動速度が異なる。

本実施形態においては基準時間Ｔｊの長さを１／３０秒に規定している。この露光時間以下の露光時間での撮像においては蓄積中及び読出し中の撮像素子８の移動速度が等しく、複数回の撮像の間、撮像素子８は停止することなく一定速度で移動する。そのときの移動速度は露光時間が長くなるにつれて低下する。また、露光時間が基準時間以上の長秒時の場合、蓄積中及び読出し中の移動速度が異なり、撮像の際に移動速度が切換わる。長秒時の場合、撮像素子８の移動速度は低下しているので、移動速度を切換えても撮像素子８の支持機構に過度の負担は生じない。また、露光時間が長いので、支持機構への負荷を減らすように十分な加減速を行うことも可能である。

以上により、撮像素子８の高速移動が必要な場合（露光時間が短い場合）、撮像素子８の移動速度の変化や、急激な起動や停止動作が起きないので、撮像素子の支持機構にかかる負荷を軽減でき、撮像素子８の撮像面精度の低下を防止できる。また長秒時の撮影においては露光中の撮像素子８の移動速度に比べて、露光後の撮像素子の移動速度が速くなるように制御しているので、複数回に亘る撮影の時間間隔が必要以上に延びることがない。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では撮像の際、メカニカルシャッタによる露光及び遮光が必要な撮像素子を用いた撮像装置について説明する。また、撮像装置には連続撮影コマ数として、例えば１秒間に１０コマの撮影を行うといった仕様があり、これは撮像素子の所定の蓄積時間や、読出時間、メカニカルシャッタ機構等のチャージ動作に必要な時間によって決定される。従って、１秒間に１０コマの撮影を行う場合、コマ毎の撮影間隔が約１００ミリ秒を超える長さでは撮影できない。一方、被写体が暗い場合等のように、露光時間（蓄積時間）が数秒といった長秒時の場合にはそれに応じて撮影間隔は長くなる。よって、連続した複数回の撮像を行う際、露光時間が所定時間よりも短い場合には、上記の撮影間隔を考慮して撮像素子８の移動速度が計算される。また露光時間が所定時間よりも長い場合には、露光時間に応じて撮像素子８の移動速度が計算される。

第２実施形態では、電子シャッタ機能を有する撮像素子を用いた第１実施形態と異なり、メカニカルシャッタ方式の撮像を行う。第２実施形態に係る装置構成は、シャッタ以外は第１実施形態の場合と同じであり、よって以下では相違点を中心に説明する。なお第２実施形態に係る撮像装置は連続撮影速度として１秒間に１０コマ撮影が可能な性能を有するものとする。

先ず、装置構成について説明する。図１に示すシャッタ駆動回路６はシステム制御部１４の演算結果に従い、シャッタ７の遮光部材である先幕及び後幕を駆動してシャッタ７を開放する時間及び遮光する時間を制御する。シャッタ７はカメラ本体１に固定されたメカニカルシャッタであり、シャッタ駆動回路６により遮光部材である先幕と後幕を走行させることで撮像素子８の露光と遮光が行われ、電荷の蓄積量が制御される。第２実施形態においてはシャッタ駆動回路６とシャッタ７が露光制御手段である。

撮像素子８はフォーカスレンズ３によって被写体からの光が結像され、撮像面に投影された画像を電気信号に変換する。シャッタ７の開放に先立ち、一度、撮像素子８の電荷を捨て去り、電荷蓄積の準備処理が行われる。シャッタ７の先幕の走行後、撮像素子８への露光により撮像素子８が電荷蓄積を開始する。続いてシャッタ７の後幕の走行によって撮像素子８が遮光され、電荷蓄積が終了する。
システム制御部１４は撮像素子８に対し、被写体条件に応じた蓄積時間の演算、電荷の蓄積及び読出しのタイミング制御を行い、シャッタ駆動回路６に指令を送ってシャッタ７の開放及び遮光の制御を行う。

次に第２実施形態に係る撮影動作例について図７のタイミングチャート及び図８、図９のフローチャートを用いて説明する。図７（ａ）は、露光時間が短い場合、例えばＴｓ＝１／６０秒の場合の動作を示し、（ｂ）は露光時間が中程度、例えばＴｓ＝１／３０秒の場合の動作を示し、（ｃ）は露光時間が長秒時、例えばＴｓ＝１／１５秒の場合の動作を示している。図中のＴｉは撮影間隔を表す。また図８は処理の前半部を示し、図９は図８に続く処理の後半部を示す。
まず図７（ａ）を参照しながら、露光時間が１／６０秒の場合の動作を説明する。尚、露光時間が１／６０秒より短い場合も基本的な処理の流れは同様である。

図８のＳ２０１にて処理が開始し、Ｓ２０２でレリーズボタン１５の半押しによりＳＷ１がオン状態になると、測光部５により被写体の測光が行われる。被写体の輝度に応じてシステム制御部１４は、不図示の絞り装置の絞り値及びシャッタ７の開放時間としての蓄積時間を演算する。すなわち、撮影待機状態では撮像素子は遮光され、撮影直前に一斉に画素の電荷が捨てられる。続いてシャッタ７の開放によって電荷蓄積が開始し、適正量の露光が終わるとシャッタ７が閉じて撮像素子８が遮光され、蓄積された電荷が電気信号に変換される。その後、システム制御部１４は撮影間隔Ｔｉ、蓄積時間Ｔｓ、読出時間Ｔｒ、及び撮像素子８の像面位置の間隔ｄに基づいて、撮像素子８の移動速度Ｖｓを計算する。すなわち、露光時間が所定の基準時間（例えば、１／３０秒）よりも短い場合には、移動速度Ｖｓが撮影間隔の長さによって規定される。蓄積中の撮像素子８の移動速度Ｖｓと、読出し中の撮像素子８の移動速度Ｖｒは等しく、「Ｖｓ＝Ｖｒ＝ｄ/Ｔｉ」により移動速度が算定される。撮像素子８が移動速度Ｖｓをもって３コマの撮像の間、停止することなく一定速で移動する。

Ｓ２０３乃至２０９の処理は図４のＳ１０３乃至１０９の処理と同様であり、説明を省略する。
Ｓ２０９でＳＷ２がオン状態になると、フォーカスブラケット撮影が開始し、第１コマ目の撮像が始まる。その際、撮影間隔Ｔｉの計時動作が不図示のタイマーによって開始する。

Ｓ２１０に進み、システム制御部１４はコイル９ｂへの正通電を行い、徐々にその通電量を増加させて前述の移動速度Ｖｓを維持しつつ撮像素子８及び保持板８ａの後退を開始させる。同時にシャッタ駆動回路６によりシャッタ７の先幕が動作し、シャッタ７が開放する（Ｓ２１１）。撮像素子８は第１コマ目の撮像に係る画像信号の電荷蓄積を開始し（Ｓ２１２）、１／６０秒後の経過後にシャッタ駆動回路６によりシャッタ７の後幕が動作して撮像素子８が遮光され（Ｓ２１３）、電荷蓄積が終了する。

続いて第１コマ目の読出しが行われ、読出された画像信号が後段の信号処理回路１１に送られて処理される(図９のＳ２１４)。この露光時間１／６０秒は所定の基準時間１／３０秒よりも短い。よって図７（ａ）の上側に示す一直線のグラフ線のように、フォーカスブラケット撮影における複数回の撮像の間、「Ｖｓ＝Ｖｒ」であり、蓄積中及び読出し中ともに撮像素子８は同じ移動速度で、停止することなく後退を続ける。

その後も撮像素子８の後退は継続し、徐々にコイル９ｂの通電量が増加して、撮像素子８は前述の移動速度Ｖｓを維持しつつ撮影の第２コマ目の位置である位置Ｂに向かう（Ｓ２１５）。目標位置Ｂへの到達時点と撮影間隔Ｔｉの経過時点（計時終了時点）は同時である。Ｓ２１６にて撮像素子８が位置Ｂに到達したと判定された場合、Ｓ２１７に進むが、未到達の場合にはＳ２１５に戻る。

撮像素子８が位置Ｂに達すると、シャッタ駆動回路６によりシャッタ７の先幕が動作してシャッタ７が開放され、撮影間隔Ｔｉの計時動作が開始する（Ｓ２１７）。これと同時に撮像素子８が第２コマ目の撮像に係る画像信号の電荷蓄積を開始し（Ｓ２１８）、１／６０秒の経過後にシャッタ駆動回路６によりシャッタ７の後幕が動作して撮像素子８が遮光され（Ｓ２１９）、電荷蓄積が終了する。

続いて第２コマ目の読出しが行われ、画像信号が後段の信号処理回路１１に送られる(Ｓ２２０)。撮像素子８の後退は継続し、徐々にコイル９ｂの通電量が増加して、撮像素子８は前述の移動速度Ｖｓを維持しつつ第３コマ目の撮影位置Ｃに向かう（Ｓ２２１）。目標位置Ｃへの到達時点と撮影間隔Ｔｉの経過時点は同時である。Ｓ２２２で撮像素子８が位置Ｃに到達したか否かが判定され、撮像素子８が位置Ｃに到達した場合、Ｓ２２３に進むが、未到達の場合、Ｓ２２１に戻る。

撮像素子８が位置Ｃに到達すると同時にシャッタ駆動回路６によりシャッタ７の先幕が動作してシャッタ７が開放し、撮影間隔Ｔｉの計時動作が開始する（Ｓ２２３）。これと同時に撮像素子８が第３コマ目の撮像に係る画像信号の電荷蓄積を開始し（Ｓ２２４）、１／６０秒の経過後にシャッタ駆動回路６によりシャッタ７の後幕が動作して撮像素子８が遮光され（Ｓ２２５）、電荷蓄積が終了する。続いて第３コマ目の読出しが行われ、画像信号が信号処理回路１１に送られる(Ｓ２２６)。
Ｓ２２７乃至２３１の処理は、図４のＳ１２３乃至１２７の処理と同様であり、よってそれらの説明は省略する。

次に図７（ｂ）に示す、露光時間が中程度（１／３０秒）の場合の動作について説明する。本実施形態において露光時間が１／３０秒のとき、蓄積時間Ｔｓと読出時間Ｔｒの合計と撮影間隔Ｔｉとが同一になる。従って撮影間隔Ｔｉは図７（ａ）の場合と同じ時間長あるから、この時の撮像素子８の移動速度も図７（ａ）の場合と同一であり、「Ｖｓ＝Ｖｒ＝ｄ/Ｔｉ」となる。撮像素子８は移動速度Ｖｓでもって３コマ分の撮像の間、停止することなく一定速度で移動する。その他のシーケンスについては図７（ａ）説明した内容と同じであり、よって説明は省略する。

次に図７（ｃ）に示す、露光時間が長秒時（１／１５秒）の場合の動作について説明する。本実施形態において露光時間が１／１５秒のとき、撮影間隔Ｔｉは前述した１／６０秒、１／３０秒の場合と異なり、延長されてＴｉ２となる。すなわち、「Ｔｓ＋Ｔｒ＝Ｔｉ２＞Ｔｉ」である。従って、撮像素子８の蓄積中の移動速度Ｖｓ及び読出し中の移動速度Ｖｒは、「Ｖｓ＝ｄ/Ｔｓ， Ｖｒ＝ｄ/Ｔｒ」から求まる。Ｔｓが１／１５秒であり、Ｔｒ、ｄは前述の場合と同一であるため、Ｔｓ＝１／１５秒の場合の移動速度Ｖｓは前述の場合に比べて遅い速度となる。しかし、ここでは「Ｖｓ≠Ｖｒ」であって、読出し中の移動速度Ｖｒについては前述のＴｓ=１／３０秒の場合のＶｒを採用する。すなわち、蓄積後に徐々に加速してＶｓからＶｒへの切換えが行われる。つまり図７（ｃ）の上側に示すグラフ線のように、３コマの撮像の間、蓄積動作と読出動作の切換えに同期して、撮像素子８の移動速度が切換えられる。その他のシーケンスについては図７（ａ）にて説明した内容と同じであり、よって説明を省略する。

第２実施形態は、撮像素子８を光軸方向に沿って移動させる移動機構９を備え、最短の撮影間隔（時間間隔）が設定されている撮像装置に好適である。つまり最短の撮影間隔に影響のない露光時間での撮像の場合、撮像素子８を一定速度で停止させずに移動させながら複数回の撮影を行える。また、最短の撮影間隔を延長するような長秒時の露光時間での撮像の場合、露光中と露光後とで撮像素子の移動速度を異なる速度に変更して、撮像が行われる。すなわち長秒時撮影では、露光中の撮像素子の移動速度に比べて、露光後の撮像素子の移動速度を速めることで、撮影間隔が必要以上に長くならないように回避できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば本実施形態ではマグネット９ａとコイル９ｂが光軸に直角な面内にそれぞれ配置されて、ビオサバール則に従い、互いの反発力により撮像素子８を移動させる。これに限らず、マグネット９ａの着磁方向とコイル９ｂを光軸に平行な面内に配置し、磁場に関するガウスの法則に従い、互いにずれる力により撮像素子８を移動させるように構成してもよい。

１ カメラ本体
２ 撮影レンズ
３ フォーカスレンズ
７ シャッタ
８ 撮像素子
８ａ 保持板
９ 移動機構
１０ 位置検出部
１４ システム制御部

Claims (6)

1. 撮像素子を移動させて複数回の撮像が可能な撮像装置であって、
   前記撮像素子を光軸方向に沿って移動させる移動機構と、
   前記撮像素子の蓄積時間を変更する露光制御手段と、
   撮像と同期して前記移動機構を制御して前記撮像素子を移動させ、前記複数回の撮像に係る時間間隔及び前記蓄積時間に応じて前記撮像素子の蓄積動作中及び読出動作中の移動速度を変更する制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記蓄積時間を予め決められた基準時間と比較し、前記蓄積時間が前記基準時間以下であると判定した場合、前記撮像素子の蓄積動作中の移動速度と、前記撮像素子の読出動作中の移動速度とを等しく設定して、当該移動速度で前記撮像素子を移動させながら前記蓄積動作及び読出動作を行うように制御することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記蓄積時間が前記基準時間より長いと判定した場合、前記撮像素子の蓄積動作中の移動速度を、前記撮像素子の読出動作中の移動速度未満に設定して、前記撮像素子を移動させながら前記蓄積動作及び読出動作を行うように制御することを特徴とする、請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記蓄積時間が前記基準時間以下であると判定した場合、前記撮像素子の蓄積動作中の移動速度及び前記撮像素子の読出動作中の移動速度を、前記複数回の撮像に係る時間間隔に基づいて算定した移動速度に設定して、当該移動速度で前記撮像素子を移動させながら前記蓄積動作及び読出動作を行うように制御することを特徴とする、請求項２又は３に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記蓄積時間が前記基準時間より長いと判定した場合、前記複数回の撮像に係る時間間隔を前記蓄積時間が前記基準時間以下である場合よりも延長し、前記撮像素子の蓄積動作中の移動速度から加速して、前記撮像素子の読出動作中の移動速度へと切換えることを特徴とする、請求項４に記載の撮像装置。
6. 撮像素子を移動させて複数回の撮像が可能な撮像装置の制御方法であって、
   撮像と同期して前記撮像素子が光軸方向に沿って移動する際、前記複数回の撮像に係る時間間隔及び前記撮像素子の蓄積時間に応じて前記撮像素子の蓄積動作中及び読出動作中の移動速度を変更することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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