JP4724539B2 - 実露光時間算出方法ならびにそれを適用した撮像装置、光学機器、カメラシステムおよび実露光時間測定器 - Google Patents

Description

本発明は、実露光時間算出方法ならびにそれを適用した撮像装置、光学機器、カメラシステムおよび実露光時間測定装置に関する。本発明は、メカニカルシャッタと電子的なシャッタを用いて、動画用撮像素子を用いても固定F値による静止画撮影を行うことが出来るビデオカメラ等の撮像装置、その交換レンズ、またはレンズ検査機などに適用して好適なものである。

近年、多くの光学機器、例えばビデオカメラにおいて、動画撮影以外にも高解像度の静止画撮影を行えるものがある。このカメラはメカニカルシャッタと、撮像素子の電子シャッタを組み合わせることでインターレースしか撮影できない撮像素子でも、時間的にズレのないプログレッシブの静止画撮影が行える（特許文献１）。

この静止画撮影時の露光量は電子シャッタによる撮像素子のリセットオフからメカニカルシャッタが閉じきるまでの時間の露光量で表現される。
このとき電子シャッタは電気的なものなので瞬時に光量のリセットが行えるが、メカニカルシャッタはメカニカルシャッタが閉じるまでに時間がかかるため光量が徐々に変化することになる。
この場合、シャッタ時間と速度は、撮像素子のリセットオフからメカニカルシャッタが閉じ切るまでの時間と速度を示す。このシャッタ開き動作（電子シャッタオフ）から（メカニカル）シャッタが閉じ切るまでの間の総露光量を開放時の単位露光量で規格化したものが実露光時間と定義される。
この実露光時間は主としてメカニカルシャッタの動作の仕方や個体差によってばらつくため、露光量にもばらつきが生じてしまう。このため実露光時間を正確に知ることが適正な撮影のために重要となる。

実露光時間を演算する従来例として特許文献２に記載されたものがある。これは、電子シャッタがなくシャッタ動作をメカ絞りが閉開閉の動作を行うことでシャッタ動作を行うものである。このときのシャッタの実露光時間を演算する特許である。実露光時間は開口面積とシャッタの開閉開動作に要する時間から求めるものであるが、シャッタの閉じ、開け動作を略等加速度運動としているために、一連のシャッタ動作の露光量変化を台形化することが出来る。また、もし特許文献２のシャッタが等加速度運動する場合であっても、その場合はシャッタの開きおよび閉じ動作も等加速度運動となり、ちょうど開閉動作を平均すると略台形動作と置き換えることができる。

ところで、メカニカルシャッタと電気的なシャッタを組み合わせることでシャッタ動作を行う構成では、開き動作に相当する部分が電子シャッタであり、閉じ動作が等加速度運動をするメカニカルシャッタである。このように開き動作と閉じ動作が異なった動作をする場合はシャッタ動作の露光量変化が略台形とはならないため、台形近似の誤差が大きくなる。

また、特許文献２では、実施例内においてシャッタの駆動部材としてステッピングモータ（以下STM）を想定している。STMは制御パルス数をカウントしておくことでSTMの移動量を測定することができるため、開口面積を制御することが出来る。例えば、特許文献２の第００１４段落には「モータの位置の切り替えパルス数によって開口面積を決定する。」と記載されている。このように特許文献２では、シャッタの開閉速度または動作位置を制御できるシャッタ制御手段があるため、いつも決まった台形状に駆動制御でき、実露光量を開口面積とシャッタの開閉開動作に要する時間から求める事が出来る。
特開２００３−１６９２４８号公報 特許第３０４１５４３号公報

しかしながら、STMなどを用いず、いわゆる位置検出がない単純なメカニカルシャッタでは、メカの突き当てによる開閉位置のみしかコントロールできない。またメカニカルシャッタ動作中の動作を一意に制御できないため従来例で示す実露光時間の演算方法ではズレが生じてしまう。
また、メカニカルシャッタの高速化のために、メカニカルシャッタを等速運動するものから加速度運動するものにした場合、メカニカルシャッタと撮像素子の電子シャッタとの組み合わせでは、従来例の演算方法では計算することができない。
このようにシャッタが単純な制御機構しか持たず、加速度運動をするメカニカルシャッタの構成の場合、正確な実露光量を演算によって求めることは困難であった。
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の実露光時間算出方法は、シャッタ閉じ動作中の複数点間の経過時間よりシャッタの加速度を計算し、前記加速度からシャッタ移動量と時間との関係を求める工程と、前記シャッタ移動量と時間との関係を用いて、所定のＦ値の絞りと前記シャッタとがなす開口の面積と時間との関係を求める工程と、前記開口の面積を時間積分して、前記シャッタと絞りが所定のＦ値の開口径を閉じきるまでの期間の総露光量を求める工程と、前記総露光量を前記絞りが所定のＦ値の時の単位時間あたりの露光量で割ることで実露光時間を求める工程と、を有する。

位置検出がない単純なシャッタでは、メカの突き当てによる開閉位置のみしかコントロールできず、またシャッタ動作中の動作を一意に制御できない加速度運動を行う。本発明によれば、このようなシャッタであってもシャッタの加速度とこのシャッタによる絞りの開口面積の時間変化より演算によって実露光時間を求めることでズレのない実露光時間を測定することが出来る。

本発明の好ましい実施の形態においては、シャッタ閉じ動作中の２点間の経過時間よりシャッタの加速度を計算し、前記加速度から時間経過で移動するシャッタのシャッタ移動量を求める。また、シャッタ移動量と絞りの物理的形状から、所定のF値の絞りと時間変化するシャッタとがなす開口の時間変化する面積（開口面積）を求める。また、前記シャッタ移動量と開口面積とから計算される単位時間あたりの露光量を積分することから、シャッタと絞りが所定のF値の開口径を閉じきるまでの期間の総露光量の合計を求める。そして、前記総露光量を所定のF値の開放径時の開口面積から計算される単位時間あたりの露光量で割ることで実露光時間を演算する。ここで、所定のF値の開放径時の開口面積とは、絞りのF値が所定のF値であるとき、その絞りを通過する光束をシャッタが遮らないときの開口面積である。

前記実施の形態は、ビデオカメラ等の撮像装置に適用される。この撮像装置は、絞りとメカニカルシャッタと撮像手段を有し、撮像手段の撮像リセット機能よりシャッタの開き動作を行い、メカニカルシャッタによってシャッタの閉じ動作を行うことで露光量を制御する。この制御のために、前記実施の形態を適用して実露光時間を演算する。そして、例えばこの演算結果に基づいて、前記撮像手段の撮像リセットのタイミングおよび前記メカニカルシャッタの閉じ動作開始タイミングの少なくとも一方を制御する。

前記実施の形態は、交換レンズ等の光学機器に適用される。第１の光学機器は、絞りと前記絞り以外にメカニカルシャッタを備える。さらに、前記シャッタの閉じきりを検知する検知手段（いわゆる端スイッチ）を備える。そして、シャッタ閉じ動作開始とシャッタ閉じきりの２点間の経過時間より前記実施の形態におけるシャッタの加速度を計算する。
第２の光学機器は、絞りと前記絞り以外にメカニカルシャッタを備える。但し、第１の光学機器と異なり、前記シャッタの閉じきりを検知する検知手段（いわゆる端スイッチ）は無い。この場合は、あらかじめ定められた絞りの加速度データを、前記実施の形態におけるシャッタの加速度として用いる。加速度データは、例えば複数のＦ値について後述する実露光時間測定器で予め計測した値や本発明の算出法により予め算出した値をメモリに格納しておく。格納された加速度データが無いＦ値については、直線補間等により加速度を算出する。

前記実施の形態は、カメラＣＰＵを有したカメラ本体にレンズＣＰＵを有したレンズ本体を着脱可能に装着し、前記カメラＣＰＵと前記レンズＣＰＵで相互に情報通信を行うようにした交換可能なカメラシステムに適用される。このカメラシステムは、レンズ本体に絞りとメカニカルシャッタを有し、レンズ本体に撮像手段を有し、撮像手段の撮像リセット機能よりシャッタの開き動作を行い、メカニカルシャッタによってシャッタの閉じ動作を行うことで露光量を制御する。この露光量制御のために、前記実施の形態を適用して実露光時間を演算する。そして、例えばこの演算結果に基づいて、前記撮像手段の撮像リセットのタイミングおよび前記メカニカルシャッタの閉じ動作開始タイミングの少なくとも一方を制御する。

前記実施の形態は、レンズ装置に備えられたメカニカルシャッタの実露光時間を測定する実露光時間測定器に適用される。この実露光時間測定器は、光源と受光器を備える。また、測定するレンズに対してシャッタ閉じ動作開始信号を発生させる閉じ信号発生手段を備える。そして、前記受光器で受光量が０になることでシャッタの閉じ時間を検知し、前記シャッタの閉じ信号発生時間からシャッタの閉じ時間までの時間を計測し、前記計測した時間より前記実施の形態に示される加速度を計算する。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の実施例１に係るレンズ交換式の撮影システムの構成を示している。該撮影システムは、レンズ装置１１７と該レンズ装置１１７が着脱可能に装着されるカメラ本体（撮像装置）１１８とから構成される。

レンズ装置１１７に入射した被写体Ｏからの光は撮影光学系を通ってカメラ本体１１８に導かれる。撮影光学系は、被写体側から順に、固定レンズユニット１０１、変倍を行うズームレンズユニット（バリエータ）１０２、絞り（アイリス）１０４、メカニカルシャッタ１０５、固定第３レンズユニット１０６およびフォーカシングを行うフォーカスレンズユニット（コンペンセータ）１０７により構成される。
また、ズームレンズユニット１０２と絞り１０４の間には、ＮＤフィルタ１０３を出し入れすることができ、光量を段階的に調節することができる。絞り１０４は、メカニカル絞りであり、光量を段階的または連続的に調節することが出来る。メカニカルシャッタ１０５は、絞り１０４とは別に設けられ、その動作（開放から全閉じへの動作）により静止画撮影を可能とする。

カメラ本体１１８に導かれた撮影光学系からの光は、インターレースＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサにより構成される撮像素子１０８上に到達する。撮像素子１０８は、その受光面上に形成された被写体像を電気信号に変換する。
撮像素子１０８からの出力信号は、撮像処理回路１０９によってＡＧＣ（オートゲインコントロール）や色調整などの処理が施された後、記録処理回路１１０に送られ、ここで映像信号として不図示の記録媒体に録画される。このとき撮影される映像（動画）は、例えばＮＴＳＣ方式の場合には、１秒間に６０フィールドを有する映像となり、ＰＡＬ方式の場合は、１秒間に５０フィールドを有する映像となる。

また、撮像処理回路１０９から出力される映像信号をもとに、光量検出器１１６は、現在の映像信号が適正な光量か否かを計測し、撮像素子１０８に入射する光の評価値としての検波評価値信号をカメラマイクロコンピュータ１１１に送る。
カメラマイクロコンピュータ１１１はそのデータをレンズマイクロコンピュータ１１５と電気的な接点を介して通信する。この通信周期は、ＮＴＳＣ方式ならば１／６０秒に１回、ＰＡＬ方式ならば１／５０秒に１回の周期である。具体的には、通信開始信号の通信とそれをトリガにしたシリアル通信によってレンズ−カメラ本体間で互いのデータを交換する。データには、カメラ設定情報、レンズ設定情報、ＡＦ（オートフォーカス）情報、ＺＯＯＭ（ズーム）情報、絞り情報、シャッタ情報等、レンズ制御やカメラ制御に必要なデータが含まれる。

レンズマイクロコンピュータ１１５は、光量検出器１１６からのデータをもとに絞り制御を行う。絞り１０４には、開口状態（開口径）に対応する絞り羽根の位置を検出する絞り位置検出器１１３が設けられている。これにより、現在の絞り位置、つまりは絞り値（Ｆ値）を電気的に検出することができる。また、この絞り位置を変化させるための絞り駆動回路１１３が設けられており、レンズマイクロコンピュータ１１５は、光量検出器１１６から得られた検波評価値に応じた絞り値にするための絞り羽根の駆動量を計算する。そして、絞り駆動回路１１３を介して絞り羽根の位置サーボ制御を行うことにより、開口径を制御する。この検波評価から絞り駆動までの一連の動作を繰り返すことにより、最適な光量制御を行うことができる。
メカニカルシャッタ１０５は、開放状態と全閉じ状態の２つの安定状態を有し、動画撮影時はシャッタ駆動回路１１４を通じて開放状態に固定される。

さらに、カメラ本体１１８には、静止画撮影時に操作されるレリーズスイッチ１１６が設けられている。レリーズスイッチ１１６の半押し操作（Ｓ１ ＯＮ）により静止画撮影準備動作が開始される。ここで、静止画撮影準備動作は、被写体に対する撮影光学系のピント合わせ動作や、適正露出を得るための絞り駆動動作を含む。
静止画撮影時には、通常は、露出はＡＧＣ、絞り値およびシャッタスピードによって自動的に決定されるが、シャッタ速度優先や絞り優先などのモードを撮影者が不図示の選択手段をもって選択することもできる。

レリーズスイッチ１１６が全押し操作（Ｓ２ ＯＮ）されると、メカニカルシャッタ制御と電子シャッタ制御による静止画撮影が行われる。以下、このときの動作を図２のタイミングチャートを用いて説明する。
図２において、一番上は、理想的な露光の様子を、２番目は撮像素子上での実際の露光量を示している。他は、下から順に、レリーズスイッチ１１６の全押し操作に応じたレリーズ信号Ｓ２の出力タイミング、ＣＣＤ動作（電子シャッタ制御）のタイミング、ＣＣＤ転送信号の出力タイミング、メカニカルシャッタの位置、シャッタ閉じ信号の出力タイミングを示している。

レリーズスイッチ１１６の全押し操作（Ｓ２ ＯＮ）を開始条件として、まず電子シャッタ制御の１つとして、撮像素子１０８に蓄積された電荷をリセットするＣＣＤリセット動作が行われる。ＣＣＤリセット動作において、ＣＣＤリセット後、リセットオフ（電子シャッタレリーズ）が行なわれる。これにより、撮像素子１０８での電荷蓄積（撮像）が開始されるとともに、シャッタ閉じ信号（指令信号）がカメラマイクロコンピュータ１１１からレンズマイクロコンピュータ１１５に送信される。このとき、メカニカルシャッタ１０５は全開位置にある。

レンズマイクロコンピュータ１１５は、シャッタ閉じ信号を受信した後、タイマによる時間カウントを行い、撮像素子１０８の電荷蓄積が開始されてから所定時間が経過した時点でシャッタ駆動回路１１４にメカニカルシャッタ１０５の閉じ動作を開始させる。メカニカルシャッタ１０５は、開放位置からほぼ一定の加速度で全閉じ位置まで動作する。開放位置と全閉じ位置の２点間の経過時間からシャッタの加速度を計算することができる。このとき、メカニカルシャッタ１０５が絞り開口を通過する光束を遮光し始めるまでは、単位時間当たり一定の光量が撮像素子１０８により受光される。そして、メカニカルシャッタ１０５による絞り開口を通過する光束の遮光が進むにつれて、露光量が０に近づき、最終的に露光量が０になる。

このときの露光量変化が、図２中の「露光量」に示されている。図２中のＴｒ＋、Ｔｒ−で示されるＴｒ期間は電子シャッタ終了（レリーズ）からメカニカルシャッタ１０５が閉じ動作を開始する間の期間を表す。期間Ｔ１は、メカニカルシャッタ１０５が閉じ動作を開始してからメカニカルシャッタ１０５が絞り開口を通過する光束を遮光し始めるまでの時間を示す。また、期間Ｔ２は、メカニカルシャッタ１０５が絞り開口を通過する光束の遮光開始してから、メカニカルシャッタ１０５が全閉じ位置に達するまでの時間を示す。この期間Ｔ２において、撮像素子１０８に対する露光量は徐々に減少する。

ここで、撮像素子１０８の電荷蓄積が開始されてから、メカニカルシャッタ１０５が全閉じ位置に達するまでの全露光量は、「露光量」のチャート中に四角形で示された期間Ｔ１と、半円で示された期間Ｔ２の露光量の和からＴｒを増減させた全露光量である。そして、この全露光量をこの撮影における絞り値（開口径）での単位時間当たりの露光量ｈで除した値は、実露光時間Ｔｅを示す。この実露光時間Ｔｅは、メカニカルシャッタ１０５の開口の漸次変化を考慮しない理想的な露光動作が行われる際のシャッタ開時間に相当する。そして、実露光時間Ｔｅの逆数が、実露光スピードとなる。
ここでＴｒはシャッタ閉じ信号を発生させた時点を０として、シャッタ閉じ信号発生前を正、発生後を負と定義する。また、指定がない限り実露光時間Ｔｅは、Ｔｒ＝０の時の実露光時間を示しているものとする。

このようにしてメカニカルシャッタ１０５が閉じられた後に、「ＣＣＤ動作」に示すように、ＣＣＤ転送信号の出力タイミングで撮像素子１０８における奇数番目の垂直画素（ＯＤＤ）の電荷が読み出され、これが終了すると、次のＣＣＤ転送信号の出力タイミングにより偶数番目の垂直画素（ＥＶＥＮ）の電荷が読み出される。ここで、ＯＤＤとＥＶＥＮとでは読み出される時間が異なるため、ＯＤＤとＥＶＥＮで本来の露光時間が異なることになるが、メカニカルシャッタ１０５がＯＤＤ読み出し直前に閉じているため、ＯＤＤとＥＶＥＮの実際の露光量は同じになる。
ＣＣＤのＯＤＤ、ＥＶＥＮ読み出しが終了すると、次に、メカニカルシャッタの開き動作を開始し最終的に完全に開ききって、次の静止画撮影を待つことになる。

ここで、メカニカルシャッタ１０５は定電流回路などによって、常に開放位置から全閉じ位置まで一定時間を要して動作する。しかし、このままでは、シャッタスピードは常に一定である。このため、本実施例では、シャッタスピードを可変とするために、電子シャッタのＣＣＤリセットオフのタイミングを変更する。これにより、シャッタスピードおよび実露光時間を自由に変更することができる。

図３（Ａ）は、絞り値（Ｆ値）がＦ２とＦ４の場合に同時にメカニカルシャッタ１０５の動作を開始したときの露光量変化を示している。縦軸が露光量、横軸が時間を示す。
本実施例では、絞り１０４とメカニカルシャッタ１０５とは別構成の要素であり、またメカニカルシャッタ１０５は定電流駆動によって等加速度で動作するため、Ｆ値によるメカニカルシャッタ１０５の全開位置から全閉じ位置までの動作時間に変化はない。しかし、Ｆ値に応じて単位時間当たりの露光量（ｈ）は変化する。
さらに、Ｆ値に応じて、メカニカルシャッタ１０５が開放位置から閉じ始めて、絞り開口を通過する光束を遮光し始める位置（以下、遮光開始位置という）に到達するまでの期間（Ｔ１のうちの一部）とそこから全閉じ位置に達するまでの期間Ｔ２の長さが変化する。
Ｆ２とＦ４の場合の期間Ｔ１、Ｔ２の長さを図３（Ｂ）に示す。Ｆ２の場合とＦ４の場合とを比べると、Ｆ４の場合方がＦ２の場合よりも期間Ｔ１が長く期間Ｔ２が短い。期間Ｔ１が長いほど実露光時間は長くなるので、図３（Ｃ）に示すように、実露光時間はＦ２の場合よりもＦ４の場合の方が長くなる。つまり、Ｆ値によって実露光時間が変化し、Ｆ値が大きくなるほど実露光時間は長くなる。

本実施例では、静止画撮影時において、レンズマイクロコンピュータ１１から、検出Ｆ値（絞り位置検出器１１２により検出された絞り１０４の開口状態）に応じた実露光時間Ｔｅを、カメラマイクロコンピュータ１１１に送信する。カメラマイクロコンピュータ１１１は、受け取った実露光時間Ｔｅに基づいて、電子シャッタ制御におけるＣＣＤリセットのタイミングを制御する。これにより、静止画撮影における所望のシャッタスピードを設定することができる。

ここで、カメラマイクロコンピュータ１１１が、実露光時間Ｔｅを用いて、電子シャッタ制御におけるＣＣＤリセットタイミングをどのように算出するかについて説明する。
例えば、Ｆ値がＦ２である場合、
Ｔ１＝１２ｍｓ
Ｔ２＝２ｍｓ
Ｔ１＋Ｔ２＝１４ｍｓ
Ｔｅ＝１３ｍｓ
とする。
このとき１/１００秒のシャッタスピードで撮影を行いたいとすると、１/１００秒は１０ｍｓであるので下記のようになる。
Ｔｅ−（シャッタ時間）＝１３−１０＝＋３ｍｓ＝Ｔｒ
これにより、メカニカルシャッタ１０５の閉じ動作開始から３ｍｓ後までＣＣＤリセット動作を行うことで、１/１００秒のシャッタスピードでの撮影を行うことができる。

また、例えば、１/６０秒のシャッタスピードを得たい場合は、１/６０秒は１６．６ｍｓであるので、下記のようになる。
Ｔｅ−（シャッタ時間）＝１３−１６．６＝−３．６ｍｓ＝Ｔｒ
したがって、メカニカルシャッタ１０５の閉じ動作開始よりも３．６ｍｓ前までＣＣＤリセット動作を行うことで、実露光時間Ｔｅに対応するシャッタスピードより遅いシャッタスピードも実現することができる。

なお、Ｆ値に応じたＴ２およびＴｅの値は、後述する方法によって演算によって求めることが出来る。またその演算結果をレンズマイクロコンピュータ１１５内のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）に記憶させることで、実露光時間および限界シャッタ時間（若しくは実露光スピードおよび限界シャッタスピード）をＦ値ごとに予め用意しておくことができる。

次に、本実施例のレンズマイクロコンピュータ１１５の処理手順を、図４に示すフローチャットを用いて説明する。
まず、Ｓ４００から始まり、レンズマイクロコンピュータ１１５は、カメラマイクロコンピュータ１１１からの通信開始信号を受信したか否かを判断する（Ｓ４０１）。通信開始信号を受信した場合は、Ｓ４０２の処理に移る。通信開始信号を受信していない場合は、STARTに戻り通信開始信号を待つ。Ｓ４０２において、レンズマイクロコンピュータ１１５は、通信にＳ２信号が含まれていたか否かを判別し、含まれていなかった場合にはＳ４０９に進む。Ｓ４０９で現在の絞り位置（Ｆ値）を検出するとともに、該Ｆ値に対応する実露光時間と限界シャッタ時間の情報をレンズマイクロコンピュータ１１５から読み出して、カメラマイクロコンピュータ１１１に送信する。これらの情報は一定の周期でカメラマイクロコンピュータ１１１に送られ、カメラマイクロコンピュータ１１１は最新に受信した情報を用いて電子シャッタ制御を行う。一方、Ｓ２信号が含まれていた場合は、Ｓ４０３に進み、シャッタ閉じ動作をスタートさせるまでの時間を計測するタイマをスタートさせる。

Ｓ４０４においてシャッタ閉じ動作をスタートさせるまでの時間が経過すると、Ｓ４０５に進み、シャッタ駆動回路１１４を通じてメカニカルシャッタ１０５の閉じ動作を開始させる。このとき時間Ｔcの間シャッタ閉じ動作を待つのは、レンズ装置やメカニカルシャッタの個体差によって、レンズ装置ごとにシャッタ動作タイミングにばらつきが生じるからである、この待ち時間によって閉じ動作が同じ時間に終了するように調節するためである。また、ＣＣＤリセットの時間を変更する代わりにシャッタ閉じ動作をスタートさせるまでの時間を変更することによって所望のシャッタスピードを得る事にも利用できる。
次に、時間Ｔoを計測するタイマをスタートさせる（Ｓ４０６）。時間Ｔoが経過すると（Ｓ４０７）すでにＣＣＤのＯＤＤ、ＥＶＥＮ読み出しが終わっているので、シャッタ駆動回路１１４を通じてメカニカルシャッタ１０５を全閉じ位置から開放位置に戻す（Ｓ４０８）。以上で静止画撮影時の処理を終了する。

なお、本実施例では、撮像素子１０８としてＣＣＤセンサが用いられた場合の処理について説明したが、撮像素子１０８としてＣＭＯＳセンサが用いられた場合も、基本的にはＣＣＤセンサが用いられる場合と同様の処理が行われる。ＣＭＯＳセンサの場合は、電子シャッタ動作はＣＣＤと同様に瞬時に全ての画素をリセットできるために画素ごとのずれはない。しかし画素を読み出す際は、電荷を読み出す単位として、１画素単位や１ライン単位などが使われており、ＣＭＯＳ転送信号として、順次、画素もしくはラインを指定することで、電荷を読み出すことができる。このため、画素の読み出しタイミングに時間的ずれが発生する。したがって、ＣＣＤセンサの場合と同様に、全ての画素の露光時間を同じにするためには、ＣＭＯＳセンサの全画素をリセットして露光開始時間を揃え、かつメカニカルシャッタ１０５を閉じて露光終了時間を揃えることが必要である。

ここでシャッタの実露光時間の計算方法を説明する。
図６はシャッタと絞りの模式図であり、図１のシャッタ１０５、アイリス１０４に対応する図である。
シャッタ本体６０１は、永久磁石の突起物６０２がレール６０３にしたがって上下から矢印の方向に閉じることによってシャッタが閉じ、絞り６０５の光束を完全に遮り、メカ端６０６に当たるまで動作する。
シャッタは、レール６０３に巻かれたコイルに電流が流されることによって、シャッタ上に設置された永久磁石の突起物６０２と前記コイルとの間に発生するローレンツ力によって動作している。コイルに流される電流は不図示の駆動回路によって定電流が流されるためいつも一定の力が加えられて駆動される。そのためシャッタは等加速度運動のもとで駆動される。

一方、絞り６０５は光束の形が略円形になるように絞ることが出来る構造をしている。
この絞りとシャッタにおいて実露光時間を計算するために、図６の絞りとシャッタの光束に関係するものとして、図７の絞り７０２とシャッタ７０１の光量面積の関係図を参照しながら説明する。図７に示された記号は、それぞれ、絞りの半径ｒ、絞り中心からシャッタのスタート位置までの距離L、シャッタの進み量ｘ、シャッタと絞りの光束外形との接点と絞り中心とシャッタへの垂線の成す角θ、シャッタがｘ進んだときの光束の面積Sと定義する。また絞りのF値が小さい（明るい）時は図７の絞りの半径ｒが大きく、F値が大きい（暗い）場合は半径ｒが小さくなる変数である。

シャッタが全開しているときの円で示された面積が、絞りが或るF値の時の単位時間あたりの露光量に相当し、上下のシャッタで切られた灰色に塗られた面積Sがシャッタが絞りの光束を遮る位置にある時の面積である。
面積Sはθで示される扇型から内包する三角形面積をそれぞれ引いたものであるので、下記のように計算される。

また、上式は時間によってθの角度が時間によって変化することを表す式である。
一方シャッタが閉じるときの移動量ｘは等加速度運動なので下記のように表わされる。

上式は、シャッタ閉じ動作中のシャッタ移動量ｘと時間ｔとの関係を表す式である。ここで、ａは加速度（段落００２３に述べたように、開放位置と全閉じ位置の２点間の経過時間から計算することができる。）、ｔはシャッタ定電流駆動回路ＯＮからの時間、ｔ０はシャッタ定電流駆動回路ＯＮからシャッタが実際に動き出すまでの時間、ｖ０はシャッタの初速である。
また幾何の関係より

またＴ＝ｔ−ｔ０とすると

の関係式が導き出される。ただし、上式のθは０〜９０°の範囲、またはx>L−ｒで有効である。これより下記の関係式が導き出される。

面積Sの式は下記のような変数Tの式で置き換えられる。この式は、所定のＦ値の絞りとシャッタとがなす開口の面積Sと時間Tとの関係を表す式である。

ただし、この式はシャッタが絞りの光束を遮っている間に有効なので、Ｔ１は別に計算する必要がある。つまり、この式はシャッタが絞りの光束に接し始めてから閉まり切るまで有効で、前記光束に接したときの速度Ｖをｖ０とすると、Ｖ＝ａｔより

またシャッタが絞りの光束の位置に到達するまでの時間Ｔ１とその時の速度ｖ０は下記のようになる。

よって求める実露光時間は総露光量をあるF値の開放時の単位時間当たりの露光量で割った値に、シャッタが絞りに到達するまでの時間T1を足したものであり

となる。ここで、分子の積分は、開口面積を時間積分して、シャッタと絞りが所定のF値の開口径を閉じきるまでの期間の総露光量を求める工程である。
また、参考としてＴ１＋Ｔ２は

となる。
各F値に対する実露光時間を求める際は、絞りとシャッタの配置、形状から決まる固定値Lと絞りのF値から決まるFを代入し、個々のシャッタによるバラツキがおこる原因になっている加速度aを代入することで求めることが出来る。
加速度aは

より計算できるので、後述するシャッタの閉じきり時間Ｔ１＋Ｔ２を測定器で測定する方法や、端検知スイッチ内臓のシャッタで、Ｔ１＋Ｔ２の時間を測定して、上記式のｔに代入することで加速度を求めることが出来る。
以上のことにより加速度が求まり、また上記式に代入することで各F値の実露光時間を求めることが出来る。

図７の絞りは模式図として書いたが、実際の絞りの面積は完全な円とはならない場合がある。そして、実際のシャッタも上下から垂直に閉じない構造のものもある。
しかし、時間により変化する光束の面積を求める式を立てて、シャッタの加速度を求めてやることにより、上式と同等に実露光時間を完全に計算により求めることが出来る。つまり本発明は絞りの形状にとらわれることなく有効に利用することが出来る。

次に、先に述べたＴ１＋Ｔ２の測定方法を説明する。
まずレンズ内に端検知スイッチをつけた構成での測定方法を説明する。
図１に１１９で示されるシャッタ閉じ検知手段を取り付けた場合、シャッタ閉じ信号の発生時から、シャッタ閉じ検知手段１１９でシャッタ閉じ状態を検知するまでの期間を１１５のマイコンで計測する。その計測値がＴ１＋Ｔ２の時間となる。端検知スイッチは図６に６０６で示すメカ端にスイッチを設けるか、フォトインターラプタなどを使って検知する構成となる。

また、計測器で測定方法を説明する。
図１に１１７で示されるレンズ装置を図５に５０２で示される計測器に不図示のマウントを介して取り付けて測定する。図５において、測定器マイコン５０５が光源５０６を点灯させてレンズ装置５０１を通過した光を受光器５０３で受光し受光量が電気信号に変換される。その電気信号がマイコン５０５に送られマイコン内のＡＤ変換機で変換されデジタル信号となる。測定器マイコン５０５がレンズ装置に対して前述したカメラ本体１１８とレンズ装置１１７間との電気的な通信と同等の方法によって通信する。この通信によって測定器マイコン５０５が絞りを適切に設定した後、シャッタ信号Ｓ２を送り、シャッタ閉じ動作を開始する。そしてシャッタ閉じ動作の信号の発生時間をトリガにして測定器マイコン５０５のタイマを用いて時間を測定し、前記受光器５０３の出力が０になるまでの時間を測定する。この時間がＴ１＋Ｔ２となる。また、測定器ではＴ１、Ｔ２、Ｔｅも測定することが出来る。先の受光器の信号が最初に変化した場所を測定器マイコンが判断し、タイマを使って、シャッタの閉じ動作の信号の発生から受光量信号の変化点までの期間、受光量信号の変化点までの期間から受光信号が０になるまでの期間をそれぞれＴ１、Ｔ２とする。

また、シャッタの閉じ動作の信号の発生から受光信号が０になるまでの期間の受光信号のＡ／Ｄ取り込み値を積分し、開放時の受光信号値で割ることでＴｅを算出することも出来る。
このようなシャッタ試験機で実測したＴｅは外乱光などの影響でズレがある場合がある。そのため代表Ｆ値を数回測定しそれぞれのＦ値毎の平均値をそれぞれのＦ値のＴｅとしている。そして、その結果を５０４に示される表示装置に表示する。
この測定回数を削減するために代表Ｆ値１点のみＴｅおよびＴ１＋Ｔ２を測定し、測定したＴ１＋Ｔ２より加速度を計算し、測定器マイコン５０５内にて先に説明した実露光時間演算を行う。そして実際の測定結果と比較し、計算値と実測値が同じであれば他のＦ値についてのＴｅは演算によって求める。これにより測定回数の削減も行える。

位置検出がない単純なシャッタでは、メカの突き当てによる開閉位置のみしかコントロールできず、またシャッタ動作中の動作を一意に制御できない加速度運動を行う。このようなシャッタであっても、上述の実施例によれば、開口面積変化と絞りの加速度より演算によって実露光時間を求めることでズレのない実露光時間を測定することが出来る。
また、測定器内で実測時間より絞りの加速度を求め、開口面積変化と加速度によって実露光時間を求めることでズレのない実露光時間を測定することが出来る。

なお、上述の実施例においては、シャッタの加速度が略一定（等加速度）であるものとして説明した。しかしながら、本発明は、加速度がシャッタ位置または時間により変化する場合にも適用可能である。その場合は、３点または４点のシャッタ通過時間を計測し、加速度を定数ではなく、１次以上の関数で表現すると良い。

本発明の第１の実施例に係る撮像装置のシステム構成図である。 図１の装置におけるシャッタタイミング図である。 図１の装置における絞りのＦ値ごとのシャッタ動作（Ａ）、シャッタ時間Ｔ_１、Ｔ_２（Ｂ）および実露光時間Ｔｅ（Ｃ）の説明図である。 図１の装置の動作を説明するためのフローチャート図である。 図１におけるレンズ装置のメカニカルシャッタの特性を計測する計測器の構成を示す図である。 図１における絞りとメカニカルシャッタの模式図である。 図１における絞りとメカニカルシャッタで形成される開口面積の説明図である。

符号の説明

１０４：絞り
１０５：メカニカルシャッタ
１１１：絞り駆動手段
１１２：絞り位置検出手段
１１４：シャッタ駆動手段
１１５：レンズマイクロコンピュータ
１１７：レンズ装置
１１９：シャッタ閉じ切り検知手段

Claims (10)

1. シャッタ閉じ動作中の複数点間の経過時間よりシャッタの加速度を計算し、前記加速度からシャッタ移動量と時間との関係を求める工程と、前記シャッタ移動量と時間との関係を用いて、所定のＦ値の絞りと前記シャッタとがなす開口の面積と時間との関係を求める工程と、前記開口の面積を時間積分して、前記シャッタと絞りが所定のＦ値の開口径を閉じきるまでの期間の総露光量を求める工程と、前記総露光量を前記絞りが所定のＦ値の時の単位時間あたりの露光量で割ることで実露光時間を求める工程と、を有することを特徴とする実露光時間算出方法。
2. 絞りと、メカニカルシャッタと、撮像手段と、前記撮像手段の撮像リセット機能よりシャッタの開き動作を行い、前記メカニカルシャッタによってシャッタの閉じ動作を行うことで露光量を制御する制御手段とを有する撮像装置において、
   前記制御手段は、請求項１に記載の方法により実露光時間を算出することを特徴とする撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記算出した実露光時間に基づいて、前記撮像手段の撮像リセットのタイミングおよび前記メカニカルシャッタの閉じ動作開始タイミングの少なくとも一方を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. 絞りと、前記絞り以外にメカニカルシャッタを備えた光学機器において、
   請求項１に記載の方法により実露光時間を算出する演算手段を備え、
   前記演算手段は、あらかじめ定められたシャッタの加速度データから前記シャッタ移動量と時間との関係を求めることを特徴とする光学機器。
5. 絞りと、前記絞り以外にメカニカルシャッタとを備えた光学機器において、
   前記シャッタの閉じ切りを検知する検知手段と、請求項１に記載の方法により実露光時間を算出する演算手段とを備え、
   前記演算手段は、前記シャッタの加速度をシャッタ閉じ動作開始からシャッタ閉じ切りまでの経過時間より計算することを特徴とする光学機器。
6. カメラＣＰＵを有したカメラ本体にレンズＣＰＵを有したレンズ装置を着脱可能に装着し、前記カメラＣＰＵと前記レンズＣＰＵで相互に情報通信を行うようにしたレンズ交換可能なカメラシステムであって、
   前記レンズ装置に絞りとメカニカルシャッタを有し、前記カメラ本体に撮像手段を有し、前記撮像手段の撮像リセット機能よりシャッタの開き動作を行い、前記メカニカルシャッタによってシャッタの閉じ動作を行うことで露光量を制御するカメラシステムにおいて、
   前記露光量制御の際、請求項１に記載の方法により実露光時間を算出することを特徴とするカメラシステム。
7. 前記露光量制御の際、前記算出した実露光時間に基づいて、前記撮像手段の撮像リセットのタイミングおよび前記メカニカルシャッタの閉じ動作開始タイミングの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項６に記載のカメラシステム。
8. 請求項１に記載の方法を用いてレンズ装置のシャッタの実露光時間を測定する実露光時間測定器において、
   光源と、測定するレンズに対してシャッタ閉じ動作開始信号を発生させる閉じ信号発生手段と、前記光源より出射され前記レンズ装置を通過した光を検出する受光器と、前記受光器で受光量が０になることでシャッタの閉じ時間を検知し、前記シャッタの閉じ信号発生時間からシャッタの閉じ時間までの時間を計測し、前記計測した時間より請求項１に示される加速度を計算する演算手段とを有することを特徴とする実露光時間測定器。
9. 絞りと、シャッタ閉じ動作中の複数点間の経過時間よりシャッタの加速度を計算し、前記加速度からシャッタ移動量と時間との関係を求め、その後、前記シャッタ移動量と時間との関係を用いて、所定のＦ値の絞りと前記シャッタとがなす開口の面積と時間との関係を求め、その後、前記開口の面積を時間積分して、前記シャッタと絞りが所定のＦ値の開口径を閉じきるまでの期間の総露光量を求め、その後、前記総露光量を前記絞りが所定のＦ値の時の単位時間あたりの露光量で割ることで実露光時間を求める演算手段と、を備えたことを特徴とする光学機器。
10. 絞りと、撮像手段と、シャッタ閉じ動作中の複数点間の経過時間よりシャッタの加速度を計算し、前記加速度からシャッタ移動量と時間との関係を求め、その後、前記シャッタ移動量と時間との関係を用いて、所定のＦ値の絞りと前記シャッタとがなす開口の面積と時間との関係を求め、その後、前記開口の面積を時間積分して、前記シャッタと絞りが所定のＦ値の開口径を閉じきるまでの期間の総露光量を求め、その後、前記総露光量を前記絞りが所定のＦ値の時の単位時間あたりの露光量で割ることで実露光時間を求める制御手段と、を備えたことを特徴とするカメラシステム。

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