JP2011250247A - 撮像装置 - Google Patents

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幹夫 櫻井
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治夫 井阪
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Abstract

【課題】シャッタ幕体が遮光動作するときの幕速特性が変化しても、精度の高い露光時間制御が可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】カメラボディ300は、被写体像を露光し電荷を蓄積する撮像部と、撮像部の電荷蓄積の開始を制御する電子シャッタ制御部と、撮像部の露光を遮光動作により規制するメカニカルシャッタ部と、メカニカルシャッタ部の遮光動作の通過状況に基づいて、電子シャッタ制御部が制御する電荷蓄積開始のタイミングを制御する制御部を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、撮像装置に関する。特に、シャッタ手段として電子先幕を有する撮像装置に関する。
一般に、カメラは、被写体像の露光時間を調節するために、光路開口用の先幕となるシャッタ手段を開くことにより露光を開始し、光路遮断用の後幕となるシャッタ手段を閉じることにより露光を終了させる。最近では、特許文献1に開示のカメラのように、先幕として、撮像素子の各画素に蓄積された電荷のリセット動作である電子シャッタを採用し、後幕として光路を機械的に遮光するメカニカルシャッタを採用するものが出現してきている。
特開2007−251382号公報
メカニカルシャッタのシャッタ幕体が遮光動作するときの幕速特性は、温度、湿度、カメラ姿勢や、シャッタ構成部品の経年劣化等によって変化する。しかしながら、特許文献1に開示のカメラは、後幕としてのシャッタ幕体の幕速特性の変化を考慮せず、先幕としての電子シャッタ動作の開始タイミングを決定する。そのため、設定された露光時間が同じであれば、幕速特性が変化したとしても電子シャッタ動作の開始タイミングは同じになる。従って、幕速特性が変化した分、設定された露光時間と、実際の露光時間との差異が生じることになり、露光時間制御の精度が悪くなるという課題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、シャッタ幕体が遮光動作するときの幕速特性が変化しても、精度の高い露光時間制御が可能な撮像装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の撮像装置は、被写体像を露光し電荷を蓄積する撮像部と、撮像部の電荷蓄積の開始を制御する電子シャッタ制御部と、撮像部の露光を遮光動作により規制するメカニカルシャッタ部と、メカニカルシャッタ部の遮光動作状況に基づいて、電子シャッタ制御部が制御する電荷蓄積開始のタイミングを制御する制御部とを備える。
本発明によれば、シャッタ幕体が遮光動作するときの幕速特性が変化しても、精度の高い露光時間制御が可能な撮像装置を提供することができる。
実施の形態1に係るカメラシステム100の構成ブロック図 実施の形態1に係るシャッタユニット303とPI301の構成模式図 実施の形態1に係るシャッタ動作のフローチャート 実施の形態1に係るシャッタ動作のタイムチャート 実施の形態2に係るシャッタ動作のフローチャート 実施の形態2に係るシャッタ動作のタイムチャート 他の実施の形態に係るシャッタユニット303とPI301の構成模式図
(実施の形態1)
実施の形態1に係るカメラボディ300は、シャッタ幕330が経年変化を起こす前の初期状態のおける幕速特性情報と、シャッタ幕330がPI位置P22を通過した情報とに基づいて電子先幕動作を開始する。
以下、実施の形態1に係るカメラシステム100の構成および動作について図面を参照して説明する。
〔1−1 全体構成の概要〕
まず、実施の形態1に係るカメラシステム100の全体構成の概要を説明する。図1は、本実施の形態に係るカメラシステム100の構成図である。
カメラシステム100は、カメラボディ300と、カメラボディ300に着脱可能な交換レンズ200とから構成される。また、カメラボディ300は、交換レンズ200から通知されるレンズデータに従って、各種レンズ制御を実行する。ここで、レンズデータとは、レンズID、Fナンバー、焦点距離、瞳位置等の交換レンズ200の特性値である。
交換レンズ200は、対物レンズ、ズームレンズ、フォーカスレンズなどを含むレンズ201、レンズ201を駆動させるレンズ駆動部202、絞り203、絞り203を駆動させる絞り駆動部204、レンズ制御回路205、レンズマイコン206、レンズ側マウント207を備える。交換レンズ200は、不図示のROMに格納されたレンズデータを読み出してカメラボディ300に送信可能に構成されている。また、交換レンズ200は、カメラボディ300から制御信号を受信可能に構成されている。
カメラボディ300は、フォトインタラプタ301(PI301)シャッタユニット303、シャッタ駆動部304、シャッタ制御回路305、CMOSセンサ307、アナログフロントエンド308(AFE308)、映像信号処理回路309、SDRAM310、LCD駆動回路311、液晶ディスプレイ312(LCD312)、バッファメモリ313、メモリコントローラ314、フラッシュメモリ315、メモリカードスロット316、ボディマイコン317、操作部319、操作回路320、電源321、電源供給回路322、ボディ側マウント326を備える。カメラボディ300は、ボディマイコン317によって生成された制御信号を交換レンズ200に送信可能に構成されている。また、ボディマイコン300は、交換レンズ200からレンズデータを受信可能に構成されている。
〔1−2. 交換レンズ200の構成〕
図1を用いて、交換レンズ200の構成を説明する。
レンズ201は、対物レンズ、ズームレンズ、フォーカスレンズを含んで構成され、被写体からの光を集光する。ズームレンズやフォーカスレンズは可動レンズである。レンズ駆動部202は、レンズ制御回路205から供給された制御信号に基づいて、ズームレンズやフォーカスレンズを光軸方向に進退駆動させる。レンズ駆動部202は、DCモータやステッピングモータなどにより実現できる。
絞り203は、レンズ201を通過してCMOSセンサ307に入射する光の量を調整するものである。絞り203は、5枚羽などで構成される開口部を有する。光の量の調整は、開口部を大きくしたり、小さくしたりすることで可能である。絞り駆動部204は、絞り203の5枚羽を駆動することにより開口部の大きさを変更するものである。絞り駆動部204は、レンズ制御回路205から供給された制御信号に基づいて、絞り203の開口部の大きさを変更する。
レンズ制御回路205は、レンズマイコン206から通知された焦点距離情報や絞り値情報に基づいて制御信号を生成し、レンズ駆動部202や絞り駆動部204に供給する。
レンズマイコン206は、交換レンズ200全体を制御するものである。レンズマイコン206は、不図示のEEPROMに記憶されている交換レンズ200のレンズ特性を示すレンズデータを読み出すことができる。レンズマイコン206は、交換レンズ200がカメラボディ300に装着された状態で、カメラボディ300の電源がON状態になると、不図示のEEPROMに記憶されたレンズデータを読み出して、ボディマイコン317に送信する。
レンズ側マウント207は、カメラボディ300のボディ側マウント326と相俟って、交換レンズ200の着脱を可能にする部材である。レンズ側マウント207は、ボディ側マウント326と接続端子等を用い電気的に接続可能であるとともに、係止部材等のメカニカルな部材によって機械的にも接続可能である。レンズ側マウント207は、ボディマイコン317からの信号をレンズマイコン206へ入力できるとともに、レンズマイコン206からの信号をボディマイコン317に出力できる。
〔1−3. カメラボディ300の構成〕
図1を用いてカメラボディ300の構成を説明する。カメラボディ300は、交換レンズ200のレンズ系によって集光された被写体像を撮像して、画像情報として記録できるように構成されている。
CMOSセンサ307は、レンズ201を通して形成された被写体像を撮像して画像情報を生成する。CMOSセンサ307の受光面には多数のフォトダイオードが2次元的に配列されている。また、各フォトダイオードに対応してR、G、Bの原色カラーフィルタが所定の配列構造で配置されている。撮像対象となる被写体からの光は、レンズ201を通過した後に、CMOSセンサ307に結像される。結像された被写体像は、各フォトダイオードへ入射した光量に応じてR、G、Bに仕分けられたそれぞれ色情報に変換される。その結果、被写体像を示す全体の画像情報が生成される。なお、CMOSセンサ307は、ボディマイコン317から受信した制御信号に従って、露光、転送、電子シャッタなどの各種の動作を行う。ボディマイコン317から受信する制御信号はパルス信号になっており、この各種動作はタイミングが制御される。
電子シャッタは、CMOSセンサ307がボディマイコン317から受信する制御信号に従って動作する。CMOSセンサ307は、制御信号を受信すると、それまでに蓄積された不要な電荷を廃棄し、被写体像の露光を可能な状態とする。すなわち、CMOSセンサ307は、蓄積電荷のリセット動作を実行する。このとき、レンズ201等を介して入射した光の光路がCMOSセンサ307に到達するまでに遮断されていなければ、リセット動作の完了タイミングが、被写体像の電荷蓄積開始のタイミングとなる。CMOSセンサ307の画素ラインが上から、画素ライン1、画素ライン2、画素ライン3、・・・、画素ラインNであるとき、CMOSセンサ307は、画素ライン1から画素ラインNまで順番に蓄積電荷のリセット動作を行う。従って、CMOSセンサ307は、画素ライン1から画素ラインNまで順番に電荷蓄積を開始する。
フォトインタラプタ301(PI301)は、対向する位置に配置された発光部と受光部とから構成される。実施の形態1に係るデジタルカメラ100においては、シャッタユニット303を両側から挟むように発光部と受光部とが配置される。発光部は、受光部に向けて検出用の光を照射する。一方、受光部は、発光部から照射されている光が遮光されたか否かを検出することができる。受光部は、検出結果をPI制御回路302に通知する。発光部は発光ダイオード等により実現可能である。また、受光部はフォトダイオードやフォトトランジスタ等を一体化した集積回路により実現可能である。なお、PI301の検出分解能を上げるために、発光部や受光部にスリットを設けてもよい。
PI制御回路302は、PI301の発光部の発光を制御する。また、PI制御回路302は、受光部から通知される検出結果に基づいて、シャッタユニット303の遮光動作状況を判定し、判定結果をボディマイコン317に通知する。シャッタユニット303の遮光動作状況の判定については、詳細動作を後述する。
シャッタユニット303は、CMOSセンサ307と、レンズ201との間に配置される。シャッタユニット303は、シャッタ駆動部304により機械的に駆動される。シャッタユニット303は、電子シャッタに対して、メカニカルシャッタと呼ばれる。図2は、実施の形態1に係るシャッタユニット303とPI301の構成模式図を示す。図2に示すように、シャッタユニット303は、露光用開口部333、シャッタ幕330、シャッタアーム331、シャッタ保持部334、PI用開口部332を有する。
露光用開口部333は、CMOSセンサ307で被写体像を露光するためにシャッタユニット303の中央部付近に開けられた口である。
シャッタ幕330は、複数の羽が重なるようにして構成された幕体である。シャッタアーム331は、シャッタ保持部334の内部で、シャッタ幕330を構成するそれぞれの羽根と、バネ、マグネット等からなるシャッタチャージ部とを接続している。そのため、シャッタ駆動部304は、後述するシャッタチャージ部の、バネ弾性力の解放、保持動作によるシャッタアーム331の駆動により、シャッタ幕330がシャッタユニット303内部に折り畳まれた状態と、露光用開口部333を閉じる状態とを遷移するように動作させることができる。シャッタ幕330の降下方向は、CMOSセンサ307の画素ラインのライン方向と略垂直である。
シャッタ駆動部304は、モータ等の機構部品からなる。シャッタ駆動部304は、ボディマイコン317から供給される制御信号に従ってシャッタ保持部334のレバーを動かし、シャッタ保持部334の状態を変化させることが出来る。シャッタ幕330がシャッタユニット303内部に折畳まれた状態になっているとき、シャッタ保持部334は、バネ等の弾性力が蓄積された状態になる。このとき、シャッタ保持部334は、磁力などによりバネ等の弾性力を保持することができる。すなわち、シャッタ幕330がシャッタユニット303内部に折畳まれた状態を保持することができる。シャッタ保持部334は、ボディマイコン317からの制御信号に従って磁力をチャージしたり、解除したりすることができる。シャッタ保持部334が磁力を解除すると、バネの弾性力が開放される。そして、シャッタ幕330は降下し、入射光路が遮断される。なお、シャッタ保持部334は、上記のように磁力によるシャッタ幕330の保持に限定されず、機構的にシャッタ幕330を保持する構成にしてもよい。
PI用開口部332は、PI301の発光部からの光を、シャッタユニット303を両側から挟むように対向して配置されたPI301の受光部へと照射するための開口である。PI用開口部332は、シャッタユニット303を貫通する開口であり、シャッタ幕330が折畳まれる位置と露光用開口部333の位置との間に備えられている。すなわち、PI用開口部332は、シャッタ幕330が遮光動作に伴って通過する位置に備えられている。これにより、PI301は、シャッタ幕330の遮光動作に伴う通過状況を検出することができる。
CMOSセンサ307による被写体像の露光時間は、電子シャッタのリセット機能によりCMOSセンサ307上の被写体像の露光を開始してから、シャッタ幕330により光路が遮断されるまでの時間である。つまり、ボディマイコン317は、電子シャッタ機能の動作のタイミングと、シャッタ幕330の動作タイミングを制御することにより、露光時間を設定することができる。電子シャッタ機能により被写体像の露光が開始されるので、このとき電子シャッタは露光の先幕機能を有する。これを電子先幕と呼ぶことにする。同様に、シャッタ330により光路が遮断されるので、このときシャッタ330は露光の後幕機能を有する。これをメカ後幕と呼ぶことにする。ここで、電子先幕の特性は、メカ後幕の特性に合わせることが望ましい。なお、以下の説明においてシャッタスピードとは、露光時間の逆数である。また、図2において、シャッタ幕330の複数の羽のうち、遮光動作の先頭である羽の位置をメカ後幕開始位置P21、PI301がシャッタ幕330の通過を検出する位置をPI位置P22、露光用開口部333の上端部に対応しCMOSセンサ307が電荷蓄積を開始する位置を電子先幕動作開始位置P23、露光用開口部333の下端部に対応しシャッタ幕330が遮光動作を終了する位置を動作終了位置P24とそれぞれ以下の説明において呼ぶことにする。
AFE308は、CMOSセンサ307が生成した画像情報に対して、相関二重サンプリングによる雑音抑圧、アナログゲインコントローラによるADコンバータの入力レンジ幅への増幅、ADコンバータによるAD変換を施す。その後、AFE308は、画像情報を映像信号処理回路309に出力する。
映像信号処理回路309は、ADコンバータによってデジタル信号に変換された画像情報に、所定の画像処理を施すものである。所定の画像処理としては、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、YC変換、電子ズーム処理、圧縮処理、伸張処理等が考えられるが、これに限られるものではない。また、映像信号処理回路309は、CMOSセンサ307が生成する画像情報から輝度情報を取得し、被写体像を露光する際の露光量を演算する。映像信号処理回路309は、演算した露光量をボディマイコン317に通知する。SDRAM310は、映像信号処理回路309で処理を行う際に、ワークメモリとして作用する。
液晶ディスプレイ312(LCD312)は、カメラボディ300の背面に配置されるものであり、CMOSセンサ307で生成された画像情報、または所定の処理が施された画像情報を表示可能である。LCD駆動回路311はDAコンバータなどを含んでおり、入力された画像情報が、液晶ディスプレイ312に表示可能な信号形式になるよう変換する。なお、図示していないが、液晶ディスプレイ312と合わせて、電子ビューファインダをカメラボディ300に配置してもよい。
フラッシュメモリ315は、カメラボディ300の内蔵メモリとして用いられる記憶媒体である。フラッシュメモリ315は、画像情報またはその画像情報に所定の処理が施された画像情報を記憶可能である。加えて、映像信号処理回路309やボディマイコン317の制御のためのプログラムや設定値などを記憶可能である。
メモリカードスロット316は、メモリカードを着脱するためのスロットである。メモリカードは、画像情報、または所定の処理が施された画像情報を記憶可能である。
メモリコントローラ314は、映像信号処理回路309によって処理された画像情報の、フラッシュメモリ315やメモリカードスロット316に装着されたメモリカードへの書き込み記憶処理を制御する。また、メモリコントローラ314は、フラッシュメモリ315やメモリカードスロット316に装着されたメモリカードに記憶された画像情報の読み出し処理を制御する。バッファメモリ313は、メモリコントローラ314が画像情報を書き込み記憶する際のワークメモリとして作用する。
操作部319は、使用者による操作を受け付ける。操作部319は、レリーズ釦などを含む。レリーズ釦は、カメラボディ300の上面に設けられた釦であり、使用者からの半押しおよび全押し操作がなされると、操作回路320に配置されたスイッチの通電状態を切り替える。操作回路320は、通電状態が切り替えられると、操作検知信号をボディマイコン317に出力する。ボディマイコン317は、入力された操作検知信号に基づいて、様々な制御を行なう。
電源321は、例えば乾電池であってもよいし、充電池などにより実現される。また、電源コードにより外部から供給される電力をカメラシステム100に供給するものであってもよい。電源供給回路322は、電源からカメラシステム100に電力を供給する。
ボディ側マウント326は、交換レンズ200のレンズ側マウント207と相俟って、交換レンズ200の着脱を可能にする部材である。ボディ側マウント326は、レンズ側マウント207と接続端子等を用い電気的に接続可能であるとともに、係止部材等のメカニカルな部材によって機械的にも接続可能である。ボディ側マウント326は、交換レンズ200に含まれるレンズマイコン206からの信号をボディマイコン317へ出力できるとともに、ボディマイコン317からの信号をレンズマイコン206に出力できる。すなわち、ボディマイコン317は、レンズマイコン206と制御信号やレンズ系に関する情報などを送受信可能である。
ボディマイコン317は、カメラボディ300の全体を制御するものである。ボディマイコン317は、不図示のEEPROMに格納された各種制御動作などのプログラムを読み出し、オートフォーカス制御やオート露出制御など各種の制御を実行する。ボディマイコン317は、オート露出制御において、映像信号処理回路309から通知された露光量に基づき、被写体像の撮像を行う際の絞り値(AV値)や、露光時間(TV値)や、ISO感度(SV値)の露光条件を設定する。また、ボディマイコン317は、タイミングジェネレータを備えており、CMOSセンサ307の露光、転送、電子シャッタなどの各種動作のタイミングを制御するためのパルス信号である制御信号を生成する。また、シャッタユニット303の動作タイミングを制御するための制御信号を生成する。
なお、本発明においては、測光センサを別途備えておき、CMOSセンサ307により撮像された画像情報に基づいて、測光センサが露光量の演算および露光条件の設定を実行するように構成してもよい。
なお、図示していないが、超音波防塵フィルタ(SSWF)、光学的ローパスフィルタ(LPF)を、CMOSセンサ307とシャッタユニット303との間に配置してもよい。
〔1−5.本発明との対応関係〕
CMOSセンサ307は、本発明の撮像部の一例である。ボディマイコン317は、本発明の電子シャッタ制御部の一例である。シャッタユニット303は、本発明のメカニカルシャッタ部の一例である。ボディマイコン317は、本発明の制御部の一例である。PI301は、本発明の検出部の一例である。カメラボディ300は、本発明の撮像装置の一例である。
〔1−5. シャッタ動作〕
実施の形態1に係るカメラボディ300のシャッタ動作について説明する。図3は、実施の形態1に係るシャッタ動作のフローチャートである。
カメラボディ300の電源321がONされると、ボディマイコン317は、カメラボディ300内の各部に電力を供給する。またこのとき、ボディマイコン317は、ボディ側マウント326およびレンズ側マウント207を介して交換レンズ200に電力を供給する。続いて、ボディマイコン317は、レンズマイコン206から不図示のEEPROMに記憶されたレンズデータを取得する。これにより、ボディマイコン317は、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じた制御が可能となる。例えば、ボディマイコン317は、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じた電子先幕の幕速特性(傾き)を設定することが可能となる。
カメラボディ300が撮影モードにあるとき、ボディマイコン317は、使用者によりレリーズ釦が半押し操作されたか否かを監視する(S301)。ボディマイコン317は、使用者によるレリーズ釦の半押し操作を受け付けるまでこの監視を続ける(S301におけるNo)。ボディマイコン317は、使用者によるレリーズ釦の半押し操作を受け付けると(S301におけるYes)、CMOSセンサ307が撮像している被写体についてオートフォーカス制御と、オート露出制御を実行する。このオート露出制御において、ボディマイコン317は、シャッタスピードすなわち露光時間E11を決定する(S302)。
使用者によりレリーズ釦が半押し操作された後、カメラボディ300は、続いてレリーズ釦が全押し操作されたか否かを監視する(S303)。ボディマイコン317は、レリーズ釦の半押し操作を受け付けている限り、続いて全押し操作を受け付けるまでこの監視を続ける(S303におけるNo)。
ボディマイコン317は、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じて電子先幕の幕速特性(傾き)を設定する。そのため、ボディマイコン317のシャッタ動作制御は、電子先幕の幕速特性と、露光時間設定のされ方とにより、メカ後幕を電子先幕よりも先に開始する場合と、メカ後幕を電子先幕よりも後に開始する場合に分かれる。その場合分けの閾値となるシャッタスピードは、電子先幕の走行特性が露出に与える影響が無視できるシャッタスピード、ここでは例えば1/1000秒であるとする。なお、シャッタスピードは、電子先幕開始位置P23と動作終了位置P24の真ん中における露光時間の逆数と定義するとする。ボディマイコン317は、レリーズ釦の全押し操作を受け付けると(S303におけるYes)、ステップS302にて決定した露光時間E11に基づいてシャッタスピード(SS)が1/1000秒よりも高速であるか否かを判定する(S304)。シャッタスピードが1/1000秒よりも高速である場合(ステップS304におけるYes)、ボディマイコン317は、メカ後幕を電子先幕よりも先に動作を開始させる。一方、シャッタスピードが1/1000秒よりも低速である場合(ステップS304におけるNo)、ボディマイコン317は、メカ後幕を電子先幕よりも後に動作を開始させる。
以下、図3および図4を用いて、シャッタスピードが1/1000秒よりも高速である場合の(ステップS304におけるYes)カメラボディ300のシャッタ動作詳細について説明する。図4は、シャッタスピードが1/1000秒よりも高速である場合のシャッタ動作のタイムチャートである。図4の縦軸は、シャッタ幕330による遮光動作および、電子シャッタ機能による電荷蓄積開始動作の位置軸である。図4の縦軸に示すメカ後幕動作開始位置P21、PI位置22、電子先幕動作開始位置P23、動作終了位置P24は、図2に示すものに対応している。一方、図4の横軸は、シャッタ幕330による遮光動作および、電子シャッタ機能による電荷蓄積開始動作の時間軸である。また、メカ後幕Aと表記の曲線は、シャッタユニット303が経年変化する前の初期状態における幕速特性を示す。メカ後幕Bと表記の曲線は、シャッタユニット303が経年変化した後の幕速特性を示す。ここでは経年変化としたが、温度、姿勢差、繰り返しバラツキ等による変化も当てはまる。
シャッタ幕330がメカ後幕Aの幕速特性のとき、シャッタ幕330は、タイミングT31にてメカ後幕動作開始位置P21から遮光動作を開始する。続いて、シャッタ幕330は、タイミングT34にてPI位置P22を通過する。ここで、メカ後幕Aがメカ後幕動作開始位置P21からPI位置P22への動作に要する時間をTx(T34−T31)とし、メカ後幕Aがメカ後幕動作開始位置P21から電子先幕動作開始位置P23への動作に要する時間をTa(T35−T31)とする。このとき、ボディマイコン317は、経年変化する前の初期状態であるメカ後幕AのTxやTaに関する情報を不図示のEEPROM内に予め格納している。ボディマイコン317は、シャッタ幕330がPI位置P22を通過した後のタイミングT32において、CMOSセンサ307の電荷蓄積動作を開始する。ボディマイコン317は、電子先幕開始位置P23に対応する画素ラインから順次電荷蓄積動作を開始していく。ここで、電荷蓄積動作の開始とは、フォトダイオードのリセット動作を表す。タイミングT33において、動作終了位置P24に対応する画素ラインまで電荷蓄積動作が開始されると、ボディマイコン317は電子先幕動作を終了する。
一方、シャッタ幕330は、タイミングT35にて電子先幕動作開始位置P23に達し、CMOSセンサ307の遮光を開始する。シャッタ幕330は、タイミングT36にて動作終了位置P24に達すると、CMOSセンサ307の遮光動作を終了する。
シャッタ幕330がメカ後幕Bの幕速特性のとき、シャッタ幕330は、タイミングT31にてメカ後幕動作開始位置P21から遮光動作を開始する(S305)。続いて、シャッタ幕330は、タイミングT39にてPI位置P22を通過する。このとき、PI301は、タイミングT39にてシャッタ幕330がPI用開口部332の位置を通過したことを検出する(S306)。メカ後幕Bがメカ後幕動作開始位置P21からPI位置P22への動作に要する時間をTy(T39−T31)とすると、続いてPI制御回路302は、Tyに関する情報をボディマイコン317に通知する。ここで、メカ後幕Bがメカ後幕動作開始位置P21から電子先幕動作開始位置P23への動作に要する時間をTb(T40−T31)とする。このとき、メカ後幕Aの幕速特性を示すTxおよびTaと、メカ後幕Bの幕速特性を示すTyおよびTbとは比例関係があり、次式のように表される。
Tx:Ta=Ty:Tb …(式1)
従って、ボディマイコン317は、予めEEPROMに格納されているTx、Taに関する情報および、PI301の検出結果であるTyに関する情報に基づいて、Tbを次式により算出する。
Tb=Ta・(Ty/Tx) …(式2)
続いて、ボディマイコン317は、算出したTbと、ステップS302にて決定した露光時間E11から、CMOSセンサ307の電荷蓄積を開始するタイミングT37を次式により算出する(S307)。
T37=T31+Tb−E11 …(式3)
ボディマイコン317は、シャッタ幕330がPI位置P22を通過した後、算出したタイミングT37において、CMOSセンサ307の電荷蓄積動作を開始する(S308)。ボディマイコン317は、電子先幕開始位置P23に対応する画素ラインから順次電荷蓄積動作を開始していく。タイミングT38において、動作終了位置P24に対応する画素ラインまで電荷蓄積動作が開始されると、ボディマイコン317は電子先幕動作を終了する。
ここで、電子先幕aが電子先幕動作開始位置P23から動作終了位置P24への動作に要する時間をTm(T33−T32)とする。また、電子先幕bが電子先幕動作開始位置P23から動作終了位置P24への動作に要する時間をTn(T38−T37)とする。このとき、メカ後幕Aの幕速特性を示すTxおよびメカ後幕Aに沿って設定された電子先幕の特性Tmと、メカ後幕Bの幕速特性を示すTyおよびメカ後幕Bに沿って設定された電子先幕の特性Tnとは比例関係があり、次式のように表される。
Tx:Tm=Ty:Tn …(式4)
従って、ボディマイコン317は、予めEEPROMに格納されているTxに関する情報と、メカ後幕Aに沿って設定されるTmと、PI301の検出結果であるTyに関する情報に基づいて、Tnを次式により算出する。
Tn=Tm・(Ty/Tx) …(式5)
これにより、ボディマイコン317は、電子先幕bのP23からP24までの通過時間を調整することも可能である。
一方、シャッタ幕330は、タイミングT40にて電子先幕動作開始位置P23に達し、CMOSセンサ307の遮光を開始する。シャッタ幕330は、タイミングT41にて動作終了位置P24に達すると、CMOSセンサ307の遮光動作を終了する。露光された被写体像の電荷はCMOSセンサ307から読み出され、画像情報として後段の映像信号処理回路309に処理される。画像処理された画像情報は、メモリカードスロット316を介してメモリカードに記録される(S309)。
シャッタスピードが1/1000秒よりも低速である場合(ステップS304におけるNo)、ボディマイコン317は、電子先幕動作を先に開始し(S310)、設定されたシャッタスピードに従ってメカ後幕を後に開始する(S311)。その後のステップS309の動作は上述の通りであるため、説明を省略する。
以上説明したように、実施の形態1に係るカメラボディ300は、被写体像を露光し電荷を蓄積するCMOSセンサ307と、CMOSセンサ307の電荷蓄積の開始を制御するボディマイコン317と、CMOSセンサ307の露光を遮光動作により規制するシャッタユニット303と、シャッタユニット303の遮光動作の通過状況に基づいて、ボディマイコン317が制御する電荷蓄積開始のタイミングを制御するボディマイコンを備える。すなわち、ボディマイコン317は、シャッタユニット303の遮光動作の通過状況に基づいて、電荷蓄積開始のタイミングを制御する。これにより、カメラボディ300は、シャッタ幕体が遮光動作するときの幕速特性(傾き)が変化しても、精度の高い露光時間制御が可能となる。
実施の形態1のカメラボディ300は、シャッタ幕330がPI位置P22を通過してから、CMOSセンサ307の電荷蓄積開始タイミングを制御する。そのため、CMOセンサ307の電荷蓄積開始タイミングよりも前にシャッタ幕330の通過を検出できるようメカ後幕動作開始位置P21と電子先幕動作開始位置P23の間にPI位置P22が配置している。これにより、カメラボディ300は、レリーズ釦の全押し操作されて、被写体像が露光される度に、シャッタ幕330の通過状況に基づいて電荷蓄積開始タイミングを制御することができる。なお、(式2)のTy/Txの項が大きくなるほど、PI301によるシャッタ幕330の通過検出の精度が良くなる。従って、シャッタ幕330の遮光動作中において、PI301は、動作終了位置P24に近い位置にてシャッタ幕330の通過を検出するのが望ましい。しかし、実施の形態1のカメラボディ300において、PI位置P22を電子先幕動作開始位置P23に近づけ過ぎると、決定された露光時間が短い場合に、電荷蓄積開始動作が間に合わなくなる。そのため、PI位置P22は、シャッタ幕330の通過検出の精度と、電荷蓄積開始動作のタイミングとの兼ね合いの中において適切な場所に設けられている。
(実施の形態2)
実施の形態2に係るカメラボディ300は、シャッタ幕330がPI位置P22を通過したことをトリガーとして、電子先幕動作を開始する。実施の形態2に係るカメラボディ330および、カメラボディ330の装着可能な交換レンズ200の構成は、図1や図2に示す実施の形態1の場合と同様である。そのため、構成の説明を省略する。また、同様の構成には実施の形態1の場合と同符号を付す。以下、実施の形態2に係るカメラボディ330の動作について説明する。
図5は、実施の形態2に係るシャッタ動作のフローチャートである。カメラボディ300の電源321がONされると、ボディマイコン317は、カメラボディ300内の各部に電力を供給する。またこのとき、ボディマイコン317は、ボディ側マウント326およびレンズ側マウント207を介して交換レンズ200に電力を供給する。続いて、ボディマイコン317は、レンズマイコン206から不図示のEEPROMに記憶されたレンズデータを取得する。これにより、ボディマイコン317は、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じた制御が可能となる。例えば、ボディマイコン317は、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じた電子先幕の幕速特性を設定することが可能となる。
カメラボディ300が撮影モードにあるとき、ボディマイコン317は、使用者によりレリーズ釦が半押し操作されたか否かを監視する(S501)。ボディマイコン317は、使用者によるレリーズ釦の半押し操作を受け付けるまでこの監視を続ける(S501におけるNo)。ボディマイコン317は、使用者によるレリーズ釦の半押し操作を受け付けると(S501におけるYes)、CMOSセンサ307が撮像している被写体についてオートフォーカス制御と、オート露出制御を実行する。このオート露出制御において、ボディマイコン317は、シャッタスピードすなわち露光時間E11を決定する(S502)。また、ボディマイコン317は、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じて電子先幕の幕速特性(傾き)を設定する。ボディマイコン317は、メカ後幕がPI位置P22を通過したことをトリガーとして電子先幕動作を開始させるまでの遅延時間を、ここで設定した電子先幕の幕速特性に応じて決定する(S503)。
使用者によりレリーズ釦が半押し操作された後、カメラボディ300は、続いてレリーズ釦が全押し操作されたか否かを監視する(S504)。ボディマイコン317は、レリーズ釦の半押し操作を受け付けている限り、続いて全押し操作を受け付けるまでこの監視を続ける(S504におけるNo)。
ボディマイコン317は、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じて電子先幕の幕速特性(傾き)を設定する。そのため、ボディマイコン317のシャッタ動作制御は、電子先幕の幕速特性と、露光時間設定のされ方とにより、メカ後幕を電子先幕よりも先に開始する場合と、メカ後幕を電子先幕よりも後に開始する場合に分かれる。その場合分けの閾値となるシャッタスピードが電子先幕の走行特性が露出に与える影響が無視できるシャッタスピード、ここでは例えば1/1000秒であるとする。なお、シャッタスピードは、電子先幕開始位置P23と動作終了位置P24の真ん中における露光時間の逆数と定義するとする。ボディマイコン317は、レリーズ釦の全押し操作を受け付けると(S504におけるYes)、ステップS502にて決定した露光時間E11に基づいてシャッタスピード(SS)が1/1000秒よりも高速であるか否かを判定する(S505)。シャッタスピードが1/1000秒よりも高速である場合(ステップS505におけるYes)、ボディマイコン317は、メカ後幕を電子先幕よりも先に動作を開始させる。一方、シャッタスピードが1/1000秒よりも低速である場合(ステップS505におけるNo)、ボディマイコン317は、メカ後幕を電子先幕よりも後に動作を開始させる。
以下、図5および図6を用いて、シャッタスピードが1/1000秒よりも高速である場合の(ステップS505におけるYes)カメラボディ300のシャッタ動作について説明する。図6は、実施の形態2に係るシャッタ動作のタイムチャートである。図6の縦軸は、シャッタ幕330による遮光動作および、電子シャッタ機能による電荷蓄積開始動作の位置軸である。図6の縦軸に示すメカ後幕動作開始位置P21、PI位置22、電子先幕動作開始位置P23、動作終了位置P24は、図2に示すものに対応している。一方、図6の横軸は、シャッタ幕330による遮光動作および、電子シャッタ機能による電荷蓄積開始動作の時間軸である。メカ後幕Cと表記の曲線は、シャッタユニット303が経年変化した後の幕速特性を示す。特に、経年変化による幕速の傾きの変化は無視できる程度であるが、シャッタ動作の開始初速が無視できない程度の変化した場合を示す。ここでは経年変化としたが、温度、姿勢差、繰り返しバラツキ等による変化も当てはまる。
シャッタスピードが1/1000秒よりも高速である場合、ボディマイコン317は、ステップS504にてレリーズ釦の全押し操作を受け付けると、シャッタ幕330がタイミングT51にてメカ後幕動作開始P21から遮光動作を開始するよう制御する(S506)。続いて、シャッタ幕330は、タイミングT52にてPI位置P22を通過する。このとき、PI301は、タイミングT52にてシャッタ幕330がPI用開口部332の位置を通過したことを検出する(S507)。ボディマイコン317は、シャッタ幕330がPI位置P22を通過したことをトリガーとして、ステップS503にて設定した電子先幕開始の遅延時間を経過したか否かを監視する(S508)。電子先幕開始の遅延時間は、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じて設定される。例えば、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じて設定された電子先幕の幕速特性が図6に示す電子先幕1である場合、シャッタ幕330がPI位置P22を通過してからの遅延時間はT53−T52となる。同様に、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じて設定された電子先幕の幕速特性が図6に示す電子先幕2である場合、シャッタ幕330がPI位置P22を通過してからの遅延時間はT57−T52となる。以下では、装着された交換レンズ300のレンズ特性に応じて設定された電子先幕の幕速特性が電子先幕1である場合で説明する。
電子先幕開始の遅延時間が経過したことが認められると、ボディマイコン317は、タイミングT53にてCMOSセンサ307の電荷蓄積動作を開始する(S509)。CMOセンサ307の各画素ラインにおける露光期間は、電子先幕1の幕速特性と、ステップS502にて決定された露光時間によって定まる。ボディマイコン317は、電子先幕開始位置P23に対応する画素ラインから順次電荷蓄積動作を開始していく。タイミングT54において、動作終了位置P24に対応する画素ラインまで電荷蓄積動作が開始されると、ボディマイコン317は、電子先幕動作を終了する。
一方、シャッタ幕330は、タイミングT55にて電子先幕動作開始位置P23に達し、CMOSセンサ307の遮光を開始する。シャッタ幕330は、タイミングT56にて動作終了位置P24に達すると、CMOSセンサ307の遮光動作を終了する。
以上のように、実施の形態2のカメラボディ317は、シャッタ幕330がPI用開口部332の位置を通過したことをトリガーとして、電子先幕の幕速特性に応じて設定された遅延時間を経過した後に、電子先幕動作を開始する。これにより、カメラボディ300は、シャッタ幕体が遮光動作するときの幕速特性が変化しても、精度の高い露光時間制御が可能となる。特に、幕速特性の傾きの変化は無視できる程度であるが、シャッタ動作の初速、動き出し開始までのラグ時間が大きく変化したときなどには、実施の形態2のカメラボディ317を実施することにより精度の高い露光時間制御が可能となる。
(他の実施の形態)
本発明の実施の形態として、実施の形態1および実施の形態2を例示した。しかし、本発明はこれら実施の形態に限定されず、他の実施の形態においても実現可能である。そこで、本発明の他の実施の形態を以下にまとめて説明する。
上記実施の形態では、CMOSセンサ307を撮像部の一例として説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、電子シャッタ機能をシャッタ先幕として使用可能な撮像部であれば他の撮像部でも本発明に適用可能である。
上記実施の形態では、ボディマイコン317を電子シャッタ制御部および制御部を兼任する構成としたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、制御部をボディマイコン317によって実現し、電子シャッタ制御部をAFE308によって実現する構成にしてもよい。
上記実施の形態では、シャッタユニット303の上方から下方に向かってシャッタ幕330が動作し、電子シャッタ機能においても上方から下方に向かって電荷蓄積を開始する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、シャッタユニット303の下方から上方に向かってシャッタ幕330が動作し、電子シャッタ機能においても下方から上方に向かって電荷蓄積を開始する場合であっても、本発明を適用可能である。
上記実施の形態では、シャッタユニット303として、バネ方式のシャッタ機構の場合で説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、シャッタユニット303として電磁駆動方式のシャッタ等を採用しても本発明に適用可能である。
上記実施の形態では、シャッタユニット303として、メカ単幕機構の場合で説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、シャッタユニット303としてメカ先幕、メカ後幕両備のシャッタを採用し、電子先幕モードとして、メカ後幕だけ使用しても本発明に適用可能である。
上記実施の形態では、PI301によりシャッタ幕330の遮光動作において通過した時間を検出する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、シャッタ幕330が遮光動作において通過した速度を検出するセンサを設け、検出した速度に基づいて先幕としての電子シャッタの開始タイミングを制御するように構成してもよい。このとき、ボディマイコン317は、不図示のEEPROM内に、シャッタ幕330がPI位置P22や、電子先幕動作開始位置P23に達したときの速度情報を格納するようにしておけばよい。また、シャッタ幕330の遮光動作における位置を検出するセンサを設け、検出した位置に基づいて先幕としての電子シャッタの開始タイミングを制御するようにしてもよい。すなわち、本発明の撮像装置は、シャッタ幕330の遮光動作状況に基づいて、先幕としての電子シャッタの開始タイミングを制御する。また、上記実施の形態では、シャッタ幕330の遮光動作に伴う通過を検出する手段としてPI301を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、シャッタ幕303の遮光動作状況を検出できるものであれば、本発明に適用可能である。
上記実施の形態では、シャッタユニット303を構成するシャッタ幕330がPI用開口部332を通過した時間をPI301により検出する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、シャッタアーム331が遮光動作に伴って通過する位置にPI開口部332およびPI301を設け、シャッタアーム331の通過結果に基づいて、電子シャッタの開始タイミングを制御するようにしてもよい。
上記実施の形態では、シャッタ幕330がシャッタユニット303内に折畳まれた位置(メカ後幕動作開始位置P21)と、露光用開口部333の位置(電子先幕動作開始位置P23)の間にPI用開口部332を設けるように構成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、PI用開口部332を設ける位置は、シャッタ幕330が遮光動作に伴って通過する位置、もしくはシャッタ幕330の遮光動作に伴う位置を検出できる箇所であれば、いずれの位置でも本発明に適用可能である。また、上述の通り、通過を検出する対象はシャッタアーム331でもよいので、PI用開口部332を設ける位置は、シャッタアーム331が遮光動作に伴って通過する位置であれば、いずれの位置でも本発明に適用可能である。なお、上述の通り、(式2)のTy/Txの項が大きくなるほど、PI301によるシャッタ幕330の通過検出の精度が良くなる。従って、シャッタ幕330の遮光動作中において、PI301は、動作終了位置P24に近い位置にてシャッタ幕330の通過を検出するのが望ましい。例えば図7に示す、PI301は、シャッタ幕330が動作終了位置P24を更に通過した位置(PI位置25)にて通過を検出する実施形態も考えられる。この場合、通過検出精度は得られるものの、被写体像が露光される度に電荷蓄積開始タイミングを補正することができない。この実施形態の場合には、カメラボディ300は、シャッタ幕330の幕速特性補正モードを備えておき、該補正モードが選択されたときに、シャッタ幕330の通過状況を検出して電荷蓄積開始のタイミングを補正設定するようにしてもよい。このときは、次回被写体像を露光する際に適切な電荷蓄積開始タイミングが設定されることになる。
上記実施の形態では、交換レンズ200を着脱可能なカメラボディ300の場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、レンズとカメラボディが一体型のカメラにおいても本発明は適用可能である。
以上のように、本発明の思想を具体化した一例であるカメラボディ300は、シャッタ幕体が遮光動作するときの幕速特性が変化しても、精度の高い露光時間制御が可能である。
本発明は、カメラボディ300への適用に限定されない。すなわち、ムービーカメラや、カメラ付き携帯電話等、シャッタ手段として電子先幕とメカ後幕を有する撮像装置に適用可能である。
100 カメラシステム
200 交換レンズ
201 レンズ
202 レンズ駆動部
203 絞り
204 絞り駆動部
205 レンズ制御回路
206 レンズマイコン
207 レンズ側マウント
300 カメラボディ
301 フォトインタラプタ(PI)
302 PI制御回路
303 シャッタユニット
304 シャッタ駆動部
305 シャッタ制御回路
307 CMOSセンサ
308 アナログフロントエンド(AFE)
309 映像信号処理回路
310 SDRAM
311 LCD駆動回路
312 液晶ディスプレイ(LCD)
313 バッファメモリ
314 メモリコントローラ
315 フラッシュメモリ
316 メモリカードスロット
317 ボディマイコン
319 操作部
320 操作回路
321 電源
322 電源供給回路
326 ボディ側マウント

Claims (3)

  1. 被写体像を露光し電荷を蓄積する撮像部と、
    前記撮像部の電荷蓄積の開始を制御する電子シャッタ制御部と、
    前記撮像部の露光を遮光動作により規制するメカニカルシャッタ部と、
    前記メカニカルシャッタ部の遮光動作状況に基づいて、前記電子シャッタ制御部が制御する電荷蓄積開始のタイミングを制御する制御部と、を備えた、
    撮像装置。
  2. 前記メカニカルシャッタ部の通過を検出する検出部を更に備え、
    前記制御部は、前記検出部が検出した通過結果に基づいて、前記電子シャッタ制御部が制御する電荷蓄積開始のタイミングを制御する、
    請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記検出部は、前記メカニカルシャッタ部が遮光動作を開始する位置と、前記メカニカルシャッタ部が前記撮像部の露光規制を開始する位置の間に配置されている、
    請求項2に記載の撮像装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012186682A (ja) * 2011-03-07 2012-09-27 Seiko Epson Corp デジタルカメラおよびその露光制御方法
JP2012191312A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Seiko Epson Corp デジタルカメラおよびそのシャッター動作推定方法

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