JP2012027155A - シャッター装置、撮像装置及びシャッター制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根部材の閉動作を検出するセンサを用いることなく、シャッタースピードを高速化できるようにする。
【解決手段】被写体の光束が入射する開口部を開閉すると共に、当該開口部の開口面積を調整する羽根部材と、前記羽根部材を絞りとして開閉駆動するための第１の駆動制御と、シャッターとして開閉駆動するための第２の駆動制御とが可能な駆動手段と、を備えたシャッター装置で、被写体を撮像素子により撮像するときに、前記羽根部材を絞りとして閉じ方向に駆動した第１の位置から、一旦羽根部材を開く方向に駆動した後、前記羽根部材を全閉位置まで作動させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、絞り機能付きシャッター装置、及び該シャッター装置を搭載した撮像装置に関する。

従来の銀塩カメラに搭載されていた絞り機能付きシャッター装置では幕速（羽根部材の駆動速度）に応じたＦ値まで羽根部材を開き、すぐに羽根部材を閉じるという動作でシャッターを切っていた。羽根部材が開き始めたら露光開始となり、所定の絞り値となった時点で羽根部材の駆動方向を開く方向から閉じる方向に反転させる（図８（ｂ）参照）。

一方、電子カメラなどの撮像装置では、撮像素子が露光された状態で撮像素子に蓄積されている電荷をリセット（リセット走査）して電荷の蓄積を開始させることで、羽根部材を往復動作させずに開いた状態から閉じ方向に動作させるだけで撮影が可能である。

しかしながら、羽根部材の閉動作を指示してから実際に閉動作が開始されるまでの遅延時間が長い場合、羽根部材への閉動作の指示を基準にしてリセット走査を行う構成だとシャッタースピードの高速化が困難である。

特許文献１には、電子カメラのシャッター装置におけるシャッター羽根の閉動作をセンサで検出し、閉動作の検出時点を起点として、測光データに基づく露光時間に対応させて露光開始タイミングを設定する技術が記載されている（図８（ａ）参照）。引用文献１に記載された技術を用いると、羽根部材の閉動作を指示してから実際に閉動作が開始されるまでの遅延時間が長い場合であってもシャッタースピードの高速化が可能である。

特開２００１−３３７３６１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、シャッター機構やシャッター駆動機構とは別にシャッター羽根の閉動作を検出するセンサが必要となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、羽根部材の閉動作を検出するセンサを用いることなく、シャッタースピードを高速化できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、撮像装置に搭載される絞り機能付きシャッター装置であって、被写体の光束が入射する開口部を開閉すると共に、当該開口部の開口面積を調整する羽根部材と、前記羽根部材を絞りとして開閉駆動するための第１の駆動制御と、シャッターとして開閉駆動するための第２の駆動制御とが可能な駆動手段と、前記駆動手段と撮像素子とを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、被写体を撮像素子により撮像するときに適正な露出となるように、前記羽根部材を絞りとして閉じ方向に駆動した第１の位置から、一旦羽根部材を開く方向に駆動した後、前記羽根部材を全閉位置まで作動させる途中で前記撮像素子への露光を開始する。

また前記制御手段は、シャッター駆動開始タイミングからシャッター全閉状態までの遅延時間を考慮した第１のシャッタータイミング制御と、シャッター羽根が閉動作途中の撮像素子の露光開始からシャッター全閉状態までの遅延時間を考慮した第２のシャッタータイミング制御とを備え、露光時間とシャッター装置の幕速時間との比較結果に応じて前記シャッター制御手段を使い分けることで、前記羽根部材を開いた位置から全閉位置へ作動開始するタイミングと、撮像素子への露光を開始するタイミングを決定する。

本発明によれば、羽根部材の閉動作を検出するセンサを用いることなく、シャッタースピードを高速化できる。

本実施の形態におけるシャッター装置の分解斜視図。 本実施の形態におけるシャッター装置のカバーを外した状態を示す斜視図。 本実施の形態におけるシャッター装置のカバーを取り付けた状態を示す斜視図。 本実施の形態におけるシャッター装置を駆動するためのステッピングモータの駆動状態を説明する図。 本実施の形態におけるシャッター装置を備えた撮像装置のブロック図。 本実施の形態における撮像装置の撮影動作を示すフローチャート。 本実施の形態における撮像素子及びシャッター装置の制御タイミングを示す図。 従来のシャッター装置の撮影時の動作を示す図。

以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

［装置構成］先ず、図１乃至図３を参照して、本実施の形態における撮像装置に搭載される絞り機能付きシャッター装置（以下、絞り兼用シャッターとも称す）の構成について説明する。

本実施の形態の絞り兼用シャッターは、被写体の光束が入射する開口領域の面積（開口面積）を調整する羽根部材４，５を備える。これらの羽根部材４，５の開閉動作は、入射光量を調節する絞りとして開閉駆動するための第１の駆動制御と、露光時間を調節するシャッターとして開閉駆動するための第２の駆動制御とが可能である。

図中、１はステッピングモータ、２は地板、３はアームである。アーム３はステッピングモータ１の駆動軸１ａに取り付けられて、ステッピングモータ１の回転動作に従い揺動する。地板２の一方面にはステッピングモータ１が固定され、他方面には２枚の羽根部材４，５が担持されている。地板２の他方面から突設されたガイド軸２ａに羽根部材４，５に形成された長孔４ｂ，５ｂを係合させてガイドすることにより、羽根部材４，５が長孔４ｂ，５ｂに沿って互いに近接する方向又は離間する方向に直線的に移動する。

６は地板２の他方面にビス７により取り付けられるカバー部材であり、地板２との間に羽根部材４，５を収容して閉塞する。カバー６には絞りの開放径（最大開口径）を決める開口部６ａが形成されている。アーム３の両端部に突設された軸３ａ，３ｂは、地板２に形成された円弧孔を介してそれぞれ２枚の羽根部材４，５に形成された孔４ａ，５ａに嵌装されている。アーム３がステッピングモータ１の駆動軸１ａの回転により揺動すると、軸３ａ，３ｂが孔４ａ，５ａを押す又は引くことにより２枚の羽根部材４，５がそれぞれ同一直線上で互いに相反する方向にスライドする。このことにより、６の開口部６ａで規定される最大開口径が羽根部材４，５の曲線部４ｃ，５ｃが重なることで形成される絞りの形状により遮蔽され、開口面積が大きくなったり小さくなったりする。

絞りの開口面積はステッピングモータ１の回動によりアーム３の回転位相を制御することによって所望の値に調整可能である（図３（ｂ）参照）。

また、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、アーム３が紙面に対して時計回りに回転し、軸３ａが右端及び軸３ｂが左端（開ストッパー）にあるステップ０の位置にあるときに開口面積が最大となり開放（全開）状態になる。このようなステッピングモータ１のステップ数と開口面積との関係についての詳細は後述する。この最大の開口面積は開口部６ａの面積より大きくなるように設定されており、絞りとしての開放径は開口部６ａの面積で決まることになる。なお、本実施の形態では、開口部２ｂの面積を開口部６ａより大きく設定し、開放径を開口部６ａにより規定する場合を説明するが、開口部２ｂの面積を開口部６ａより小さく設定し、開口部２ｂで開放径を規定してもよい。あるいは、開口部２ｂ及び開口部６ａの両者により開放径を規定するようにしてもよい。

レバー３が紙面に対して反時計方向に回転し、軸３ａが左端及び軸３ｂが右端（閉ストッパー）にあるステップ８の位置にあるときに開口部６ａが曲線部４ｃ，５ｃの重なりにより完全に塞がれることで図２（ｂ）に示すように全閉状態になる。

以上述べたように、２枚の羽根部材４，５で開口面積を制御することで絞りの機能を実現し、開口部６ａを全開又は全閉にすることでシャッター機能を実現している。

次に、図４を用いてステッピングモータ１の駆動状態を説明する。図４（ａ）はステッピングモータ１のステップ数（ＳＴＥＰ）、位相（ＰＨＡＳＥ）、ステータス（ＳＴＡＴＵＳ）、絞りのＦ値、開閉位置を例示している。図４（ａ）におけるステップは位相に記述されている１−２相駆動の際のステップで表している。なお、ステッピングモータ１をマイクロステップ駆動することにより、ステッピングモータ１の特定の１相、２相などの位相位置以外の角度にもアーム３を回転させることができる。よって、絞り開口面積は位相ごとのステップ数だけでなく、マイクロステップ駆動の分割数に応じた分解能でステップ間の途中の位置に自在に制御可能となる。マイクロステップ駆動はステッピングモータに送るパルスの１周期分の矩形波を正弦波にして、その正弦波を分割数で除したパルスに細分化したものである。

図４（ｂ）は撮影時のステッピングモータ１の動作を模式的に示している。図４（ｂ）の縦軸はステッピングモータ１のステップ数を表しており絞りの開口面積の大きさに対応している。すなわち、図４（ａ）に示した対応関係に基づき、縦軸の上方であるほど絞りの開口面積が大きくなる。図１（ｂ）の横軸は時間ｔを表している。

図４（ｂ）に示す開口面積を時間ｔで積分した値、すなわち露光が開始されてから開口部６ａが閉じるまでの面積の積算値によって露光量が決定される。シャッタースピードを高速化するためには、露光開始してから羽根部材４，５により開口部６ａを全閉するまでの時間が短ければよく、羽根部材４，５の閉じる速度が速ければよい。そのためには、羽根部材４，５の動き始めの曲線部分ができるだけ露光時間内に入らないようにすればよい。

図４（ｂ）では、露光を開始させる際に、一旦羽根部材４，５を開動作させてから閉動作を行う制御を示している。このような制御を行うことで、羽根部材４，５の動き始めの曲線部分が露光時間に入らないようにし、高速のシャッタースピードを実現することができる。

［制御フロー］以下に、図５乃至図７を参照して、本実施の形態の絞り機能付きシャッター装置を備えた撮像装置の制御構成及び撮影動作について説明する。なお、図５は、上述した絞り機能付きシャッター装置を備えた撮像装置のブロック図であり、図６は、該撮像装置の撮影動作を示すフローチャートである。また、図７は、該撮像装置の撮影時における、撮像素子及びシャッター装置の制御タイミングを示す図である。なお、以下の述べる動作は、特に記述しない限り、撮像装置のマイクロコンピュータ１０が電源オン時にファームウェアのプログラムをＲＯＭからＲＡＭへロードして実行することにより実現される。

図５及び図６において、電源スイッチ１７がオンされるとプログラムが起動し（Ｓ１０１）、ステッピングモータ１を駆動して羽根部材４，５を第１の位置に開動作させる（Ｓ１０２）。次に、撮像素子１３による露光を開始し、同時に逐次得られる被写体の撮像信号に基づく撮像画像を表示部１５に表示する（Ｓ１０３）。この、撮像素子１３による露光を行って逐次得られる撮像信号に基づく撮像画像を表示部１５に表示する機能は、ＥＶＦ（電子ビューファインダ）あるいはライブビューと呼ばれ、一般的に用いられている。

次に、不図示の測光センサを用いて、あるいは上述した撮像信号に基づいて被写体の測光を行って適正な露出か否かを判定する（Ｓ１０４）。そして、適正露出でなければステッピングモータ１をマイクロステップ駆動して（Ｓ１０５）、羽根部材４，５で再度露出を判定する。これを適正な露出と判定されるまで繰り返した後、適正な露出値から静止画撮影時の絞りとシャッタースピードを算出してメモリ１６に記憶する（Ｓ１０６）。ここで、Ｓ１０５でマイクロステップ駆動を行うのは、前述したように単位駆動あたりの絞り量（開口面積）の増加量又は減少量の分解能を高くするためである。

図４（ｂ）では、撮影動作の開始指示時（トリガー時）には撮像装置がＥＶＦモードであり、ステップ３まで開口径が絞られている。撮影動作の開始指示（トリガー）は撮像装置に設けられたレリーズスイッチ１４のオン／オフを判定して行われる（Ｓ１０７）。レリーズスイッチ１４がオフならば、Ｓ１０４に戻り、適正露出の判定を行う。レリーズスイッチ１４がオンならば撮影動作の開始指示を行いＥＶＦ表示を停止する（Ｓ１０８）。ＥＶＦ表示を停止させるときは、表示部１５の表示をブラックアウトさてもよいし、ＥＶＦ表示の停止直前の撮像画像を表示させ続けてもよい。

次に、ステッピングモータ１にステップ０の位相までパルスを送り、一旦羽根部材４，５を開ストッパー（図２（ａ）及び図３（ａ）で示す全開位置）まで作動させる（Ｓ１０９）。Ｓ１０９まではステッピングモータ１はマイクロステップ駆動で動作する。これはＥＶＦ時の絞りの位置がマイクロステップ駆動によって駆動された位置にあり、この位置から動作させるため、動き出しをスムーズにして、脱調や逆転などを防止するためである。

次に、Ｓ１０６で記憶されたシャッタースピードから、図７における露光開始タイミングｔ１、ｔ１１及びシャッター駆動開始タイミングｔ２、ｔ１２を算出する。なお、ここでのシャッター駆動開始タイミングとは、２枚の羽根部材４，５による閉動作を開始させるタイミングのことを指し、２枚の羽根部材４，５による閉動作を開始させる制御信号を以下ではシャッター駆動トリガーとする。

まず、羽根部材４，５が開口部６ａを遮光し始めるタイミング（ｔ３またはｔ１３）から全閉状態になるタイミング（ｔ５またはｔ１５）までの羽根部材４，５の幕速時間Ｔｍと撮影露光時間（シャッタースピード）Ｔｅとを比較する（Ｓ１１０）。

撮影露光時間Ｔｅが幕速時間Ｔｍよりも長い場合は、シャッター駆動トリガーをかけてから全閉状態となるまでの羽根部材４，５の遅延動作に基づく露光量のずれを補償するために、第１の制御を用いる（Ｓ１１１）。

図７（ａ）において、シャッター駆動トリガーをかけたタイミングｔ２から全閉状態となるタイミングｔ５までの露光量を、初期値のままＦ値が一定である場合の露光時間に変換した露光時間Ｔａが第１の制御における補正量とする。そして、撮像素子１３の露光開始タイミングｔ１から撮影露光時間Ｔｅが経過した時点をｔ４とすると、ｔ４よりも時間Ｔａだけ速いｔ２のタイミングでシャッター駆動トリガーをかけることで所望する露光量となる。

一方、露光時間Ｔｅが幕速時間Ｔｍ以下の場合は、羽根部材４，５の閉動作中に露光が開始されるため、撮像素子１３の露光開始タイミングｔ１１におけるＦ値を考慮して、第２の制御を用いる（Ｓ１１４）。

図７（ｂ）において、撮像素子１３の露光開始タイミングｔ１１から全閉状態となるタイミングｔ１５までの露光量を、ｔ１１のままＦ値が一定である場合の露光時間に変換した露光時間Ｔｅとし、ｔ１１時点からＴｅだけ経過した時点をｔ１４とする。シャッター駆動トリガーをかけたタイミングｔ１２からｔ１４までの時間Ｔｂが第２の制御における補正量となる。補正量Ｔｂは第１の制御における補正量Ｔａ（第１の補正量）に対し、ｔ４時点とｔ１４時点の差を補正した量（第２の補正量）となる。

なお、第１の制御では、Ｆ値毎に補正量Ｔａをメモリに記憶しておき、開動作を行った後のＦ値に応じた補正量Ｔａを用いてシャッター駆動開始タイミングの補正を行う。また、第２の制御では、露光開始時のＦ値により変化するｔ４とｔ１４のズレを考慮した補正量Ｔｂを露光時間毎にメモリに記憶しておき、Ｓ１０６で記憶されたシャッタースピードに応じた補正量Ｔｂを用いてシャッター駆動開始タイミングの補正を行う。

撮影露光時間Ｔｅが幕速時間Ｔｍよりも長い場合、前述のように羽根部材４，５の閉動作を開始する前に露光を開始する（Ｓ１１２）。

その後、ステップ０からステップ１に遷移するようにステッピングモータ１にパルスを送り、羽根部材４，５を閉じ方向に作動させる。このときステッピングモータ１は１−２相駆動で逆転される（Ｓ１１３）。

撮影露光時間Ｔｅが幕速時間Ｔｍ以下の場合、ステップ０からステップ１に遷移するようにステッピングモータ１にパルスを送り、羽根部材４，５を閉じ方向に作動させる（Ｓ１１５）。このときステッピングモータ１は１−２相駆動で逆転される。

次に、ステッピングモータ１にステップ１から順次パルスを送り、羽根部材４，５の閉動作を行い、閉動作の途中で撮像素子１３の電荷をリセットして露光を開始する（Ｓ１１６）。なお、撮影露光時間Ｔｅが幕速時間Ｔｍと等しい場合には、羽根部材４，５の閉動作の開始と同時に露光を開始する。

次に、ステッピングモータ１にステップ８までパルスを送り、羽根部材４，５を閉ストッパー（図２（ｂ）の全閉位置）に到達するまで作動させる（Ｓ１１７）。

更に、ステッピングモータ１にステップ１０までパルスを送ってステッピングモータ１の駆動を終了する（Ｓ１１８）。これは、ステップ８までパルスを送った直後にステッピングモータ１への通電を切ってしまうと、羽根部材４，５が閉ストッパーに衝突して跳ね返り、羽根部材４，５に隙間ができて再び露光されてしまう可能性があるからである。ステップ８以降も図４（ａ）に示すステップ９，１０のように／Ｂ、／Ａ／Ｂ相のパルスをステッピングモータ１に送り続けることにより、羽根部材４，５がステップ８でストッパーに衝突した後もステッピングモータ１にさらに閉側に回転するトルクが作用する。このトルクが、羽根部材４，５の跳ね返りによりステッピングモータ１が逆転しようとするトルクと相殺されるため跳ね返りを防止することができる。

全閉状態になると露光を終了し（Ｓ１１９）、撮像素子１３からの撮像信号が撮像装置の信号処理部１１に転送され、メモリカードなどの記憶媒体１２に静止画データとして保存される。

その後、Ｓ１０２の羽根部材４，５を開く状態まで戻る。

以上述べたように、羽根部材４，５を、一旦開放位置まで作動させてから閉動作させることにより、閉動作を開始してから露光開始時までに羽根部材４，５の幕速を加速することができ、露光開始時の羽根部材４，５の幕速を高速にできる。そのため、羽根部材の閉動作を検出するセンサを用いることなく、シャッタースピードを高速化することができる。

また、撮影時の露光時間を羽根部材４，５の幕速時間と比較し、露光開始タイミングとシャッター制御タイミングを、第一の制御と第２の制御とで使い分けることで、露光時間によらず適正な露出制御が可能となる。

なお、本実施の形態によれば、羽根部材４，５を駆動するためのアクチュエータとして、動作の途中で停止できるステッピングモータ１を用いて、絞り機能付きシャッター装置を実現している。また、羽根部材４，５を一旦開放位置に移動した後、開放位置からの助走距離を駆動し、駆動途中から露光を開始するため、露光開始時の羽根部材４，５の速度が上がりシャッタースピードを高速化できる。

一方、絞り量はステッピングモータ１をマイクロステップ駆動することにより、１−２相駆動時の位相よりも高い分解能で制御することができる。

また、本実施の形態では、マイクロステップ駆動で絞りを制御しているときに撮像信号を表示部１５にＥＶＦ表示すると説明したが、ＥＶＦ表示に限定されるものではなく、動画記録中にマイクロステップ駆動で絞りを制御してもよい。

また、本実施の形態のように、羽根部材４，５が絞りとシャッターを兼ねるので、絞りとシャッターの部品（羽根部材）が共通化され、部品点数（羽根部材の枚数）を低減することができる。

また、本実施形態では、羽根部材４，５を一旦開放位置に移動した後、ステッピングモータ１を１−２相駆動により作動させていたが、これに限定されず、２相駆動で閉動作を行うようにしてもよい。

Claims (7)

1. 撮像装置に搭載されるシャッター装置であって、
   被写体の光束が入射する開口部を開閉すると共に、当該開口部の開口面積を調整する羽根部材と、
   前記羽根部材を絞りとして開閉駆動するための第１の駆動制御と、シャッターとして開閉駆動するための第２の駆動制御とが可能な駆動手段と、を備え、
   前記駆動手段は、被写体を撮像素子により撮像するときに、前記羽根部材を絞りとして閉じ方向に駆動した第１の位置から、一旦羽根部材を開く方向に駆動した後、前記羽根部材を全閉位置まで作動させることを特徴とするシャッター装置。
2. 前記第１の位置から開放位置までは前記第１の駆動制御により前記羽根部材を駆動し、前記開放位置から前記全閉位置までは前記第２の駆動制御により前記羽根部材を駆動することを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
3. 前記羽根部材を開く方向に駆動して停止させる位置は、前記開口部の開口面積が最大となる位置から前記羽根部材をさらに開く方向に駆動した位置であることを特徴とする請求項１または２に記載のシャッター装置。
4. 前記駆動手段は、ステッピングモータであり、
   前記第１の駆動制御は、前記第２の駆動制御で用いる１周期分のパルスを分割したパルスを用いるマイクロステップ駆動を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシャッター装置。
5. 撮像手段と、
   被写体の光束が入射する開口部を開閉すると共に、当該開口部の開口面積を調整する羽根部材と、
   前記羽根部材を絞りとして開閉駆動するための第１の駆動制御と、シャッターとして開閉駆動するための第２の駆動制御とが可能な駆動手段と、
   前記駆動手段と前記撮像手段とを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記撮像手段により被写体を撮像するときに、前記羽根部材を絞りとして閉じ方向に駆動した第１の位置から、一旦羽根部材を開く方向に駆動した後、前記羽根部材を閉じ方向に駆動させ始めてから全閉位置に到達するまでの間に前記撮像手段の露光を開始させることを特徴とする撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記羽根部材の閉動作に基づく露光量のずれを補償するように前記羽根部材の閉動作の開始指示のタイミングの補正を行い、
   前記羽根部材を閉じ方向に駆動させ始めてから全閉位置に到達するまでの間に前記撮像手段の露光を開始させる場合は、前記撮像手段の露光を開始させるときの絞り値に基づく補正量を用いて前記補正を行い、
   前記羽根部材を閉じ方向に駆動させ始める前に前記撮像手段の露光を開始させる場合は、閉動作の前に一旦羽根部材を開いたときの絞り値に基づく補正量を用いて前記補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 被写体の光束が入射する開口部を開閉すると共に、当該開口部の開口面積を調整する羽根部材と、前記羽根部材を絞りとして開閉駆動するための第１の駆動制御と、シャッターとして開閉駆動するための第２の駆動制御とが可能な駆動手段と、を備えたシャッター装置のシャッター制御方法であって、
   被写体を撮像素子により撮像するときに、前記羽根部材を絞りとして閉じ方向に駆動した第１の位置から、一旦羽根部材を開く方向に駆動した後、前記羽根部材を全閉位置まで作動させることを特徴とするシャッター制御方法。

Images