JP5828401B2 - 画像生成装置および画像生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像生成装置および画像生成方法に関する。

従来、電子シャッターによる先幕と機械式シャッターによる後幕を利用した撮影において、レンズの位置などのレンズ状態が異なることによって受光センサー上の位置毎の露光時間が変化してしまうことが知られている。このため、電子シャッターによって先幕、機械式シャッターによって後幕を構成する撮影装置において機械式シャッターによる後幕の走行特性およびレンズ状態に応じて電子シャッターによる先幕の走行特性が変化するように調整することで露光時間を均一化させる各種の技術が開発されている。例えば、特許文献１においては、レンズの射出瞳距離等が変化することに起因して受光センサー上の位置毎の露光量が不均一になることを防止するため、レンズの射出瞳距離に基づいて電子シャッターによる先幕の走行パターンを調整する技術が開示されている。

特開２００７−５３７４２号公報

従来の技術においては、高精度に露光時間を均一化させることが困難であった。すなわち、特許文献１の技術においては、射出瞳距離に基づいて電子シャッターによる先幕の走行パターンを調整するため、射出瞳距離毎に複数個の走行パターンを記憶媒体に記憶させておく必要がある。しかし、連続的に変化し得るレンズの射出瞳距離の全てに対応した走行パターンを記憶することはできず、任意の射出瞳距離に応じて正確に走行パターンを制御することはできない。さらに、シャッター速度が１／４０００などの高速である場合や受光センサーの受光素子の画素ピッチが数μｍ程度である場合に鑑みると、走行パターンの制御は極めて短い時間内の微小な差異を調整することが必要とされ、このような詳細な調整を射出瞳距離毎に実行することは困難であった。
本発明は上記課題にかんがみてなされたもので、高精度に露光時間を均一化させることが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明にかかる画像生成装置は、受光センサーによって露光が開始された後、受光される光をシャッターによって遮断することによって露光を終了させることが可能であり、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間内に受光センサーが受光した光量に応じた画像データを生成する。この構成において、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間の受光センサーの受光素子間でのずれを抑制するように、レンズの状態に基づいてシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる構成とする。

すなわち、画像生成装置においては露光の開始からシャッターによる光の遮断までの時間が露光時間となるが、同一のタイミングで露光を開始させた場合、レンズの状態が異なると当該露光時間が受光センサーの受光素子間でずれてしまう。そこで、本発明にかかる画像生成装置は、レンズの状態に基づいて当該ずれを抑制するようにシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる。この結果、レンズの状態が異なることによって露光時間が受光センサーの受光素子間で不均一化となる状態を抑制することができる。そして、シャッターや受光センサーは、レンズを移動させるための公知の技術等を利用して高精度に移動させることが可能であり、高精度に露光時間を均一化させることが可能である。

ここで、受光センサーは、１枚以上のレンズ群で構成されレンズの状態（位置等）が可変であるレンズを通過した光を受光する受光センサーであれば良く、例えば、受光量に応じた情報を出力する受光素子が２次元的に配置された受光センサーによって構成可能である。シャッターは、受光センサーに向けて進行する光が遮断される状態と遮断されない状態とを機械的に切り替えることができれば良く、例えば、受光センサーよりも被写体側に備えられた幕が移動して被写体からの光を遮光する機械式シャッターによって構成される。

露光開始制御部は、受光センサーに露光を開始させることができればよく、例えば、受光素子における受光量を示す蓄積電荷を放電させるリセット動作を契機に露光が開始される受光センサーにおいて、リセット動作を行わせることができればよい。なお、露光開始タイミングを制御することによって先幕の走行特性を調整するためには、受光センサーにおける受光素子においてライン毎に露光を開始するリセット動作（ＣＭＯＳセンサーであればローリングシャッター）を順次実行できるように構成される。

また、各受光素子における露光開始タイミングは、シャッターの動作に応じて制御されればよく、少なくとも１種類の露光開始タイミングパターン（先幕の走行パターン）で露光が開始されればよい。例えば、特定のレンズの状態を基準とし、当該基準の状態において受光センサーの受光素子毎（受光センサー上の位置毎）の露光時間のずれが抑制されるタイミングで露光を開始するように露光開始タイミングを制御する構成とする。そして、任意のレンズの状態において、基準のレンズの状態と同等の露光時間となるようにシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる構成とすれば、任意のレンズの状態において、受光センサーの受光素子毎の露光時間のずれが抑制される。

移動制御部は、レンズの状態に基づいてシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させることで、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間の受光センサーの受光素子間でのずれを抑制することができればよい。すなわち、シャッターと受光センサーとの少なくとも一方が特定の移動方向に沿って往復移動可能である構成においては、特定の移動方向に沿った往復移動のうちの一方向に向けてシャッター（あるいは受光センサー）を移動させると露光時間のずれが幾何学的に抑制され、往復移動のうちの他方向に向けてシャッター（あるいは受光センサー）を移動させると露光時間のずれが抑制されない状態となる。そこで、特定の移動方向に沿った往復移動のうち、露光時間のずれが抑制される方向にシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させることにより、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間の受光センサーの受光素子間でのずれを抑制することができる。

むろん、露光時間のずれが抑制される方向にシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる場合であっても、移動量が過大になると露光時間のずれが抑制されない状態となり得る。そこで、ここでは、露光時間が抑制される範囲内の移動量となるように、レンズの状態に基づいてシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる。この結果、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間の受光センサーの受光素子間でのずれを確実に抑制することができる。

なお、レンズの状態は、受光センサーの受光素子間での露光時間のずれを生じさせる要因、あるいは当該ずれの大きさを変化させる要因となり得る状態であればよく、例えば、レンズの種類やレンズの位置（複数のレンズによって構成される場合は各レンズの位置）が挙げられる。

画像生成部は、露光時間内における受光センサーの受光量に応じて画像データを生成することができればよい。すなわち、露光開始制御部によって露光が開始された後、シャッターによって露光が終了されるまでの間において受光センサーで受光した光量に応じて画像データを生成することができればよい。むろん、当該画像データの生成に伴って各種の画像処理を実行しても良い。

シャッターと受光センサーとは予め決められた方向に沿って移動させることができればよく、例えば、レンズの移動方向と平行にシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる構成を採用可能である。すなわち、現実的なレンズにおいてレンズが移動する方向としては、光軸方向への移動と光軸方向と垂直な方向への移動（レンズシフト）が想定し得る。これらのレンズの移動においては、レンズとシャッターと受光センサーとの相対的な位置関係がレンズの移動方向に沿って変動するため、レンズの移動に伴って受光センサーの受光素子間での露光時間のずれの程度が変動する。そこで、レンズの移動方向と平行にシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる構成とすれば、露光時間のずれが発生しないような相対的な位置関係となるようにレンズと受光センサーと受光センサーとの位置を制御することができる。

また、レンズの光軸方向への移動に合わせてシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる構成の例としては、レンズの主点と受光センサーとの距離が短くなった場合に、シャッターと受光センサーとの距離を短くする構成を採用可能である。すなわち、レンズの移動前と比較してレンズの移動後に当該レンズの主点と受光センサーとの距離が短くなった場合、シャッターと受光センサーとの距離が不変あるいは長くなると露光時間のずれが発生する。そこで、シャッターと受光センサーとの距離を短くすることにより、露光時間のずれを抑制することができる。

さらに、より具体的な例として、レンズの主点と受光センサーとの距離と、シャッターと受光センサーとの距離と、の比が所定の値である状態になるように、シャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる構成としてもよい。すなわち、レンズの主点と受光センサーとの距離と、シャッターと受光センサーとの距離と、の比が所定の値になる場合、レンズの特定の位置から射出される光が受光センサーに到達する位置が幾何学的に一定となる。従って、露光時間のずれを抑制することができる。

さらに、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間が所定の時間より長い場合、シャッターおよび受光センサーを移動させない構成としてもよい。すなわち、露光時間が長い場合には露光時間に占める露光時間のずれの割合が小さくなり、露光時間のずれが画質に与える影響は相対的に小さくなる。そこで、露光時間のずれが画質に与える影響を無視し得るような長さの露光時間を所定の時間として予め定義しておけば、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間が所定の時間より長い場合、シャッターおよび受光センサーを移動させないとすることで、駆動制御を簡易化することが可能である。

さらに、本発明のように、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間の受光センサーの受光素子間でのずれを抑制するように、レンズの状態に基づいてシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる手法は、プログラムや方法としても適用可能である。また、以上のような装置、プログラム、方法は、単独の装置として実現される場合もあれば、複合的な機能を有する装置において共有の部品を利用して実現される場合もあり、各種の態様を含むものである。

本発明の実施形態にかかる画像生成装置を含む撮影装置のブロック図である。 （２Ａ）（２Ｂ）は、レンズの主点位置とシャッターの位置と受光センサーの位置との関係を示す図、（２Ｃ）は、遮光幕のエッジと露光終了位置の時間変化特性を示す図である。 撮影処理を示すフローチャートである。 レンズの位置とシャッターの位置と受光センサーの位置との関係を示す図である。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）画像生成装置の構成：
（２）撮影処理：
（３）他の実施形態：

（１）画像生成装置の構成：
図１は本発明の一実施形態にかかる画像生成装置を含む撮影装置１を示しており、当該撮影装置１には、光学系１０、受光センサー１４、記憶部１５、表示部２０、記録部３０、操作部４０、焦点距離調整部４１、フォーカス調整部４３、絞り調整部４５、シャッター制御部５０、露光制御部６０、ＣＰＵ７０、画像生成部８０が備えられている。ＣＰＵ７０は、所定のプログラムに従って、焦点距離調整部４１、フォーカス調整部４３、絞り調整部４５、シャッター制御部５０、露光制御部６０、記憶部１５、画像生成部８０、表示部２０、記録部３０、操作部４０の動作を制御する。

光学系１０は、受光センサー１４に被写体画像を結像させるレンズ１１、絞り１２、シャッター１３を備えている。本実施形態においてレンズ１１と絞り１２とは鏡筒内に備えられており、当該鏡筒は図示しない筐体に交換可能に取り付けられる。本実施形態において、レンズ１１は光軸に平行な方向に沿って並べられた複数枚のレンズを含むが、図１では簡便のために１枚のレンズのみを表現している。各レンズは外縁部で支持されるとともに、光軸方向に１部又は全部のレンズを移動可能とすることでフォーカス調整を行うことが可能である。また、光軸方向に１部又は全部のレンズを移動可能とすることで焦点距離の変更（光学的なズーム動作）を行うことが可能である。レンズ１１の位置は、フォーカス調整部４３および焦点距離調整部４１によって制御されるように構成されており、当該フォーカス調整部４３がレンズ位置の調整を指示されると、フォーカス調整部４３がレンズ１１を移動させてフォーカス調整を行う。また、焦点距離調整部４１がレンズ位置の調整を指示されると、焦点距離調整部４１がレンズ１１を移動させて焦点距離を調整する。なお、光学系の構成は他の構成を採用しても良く、例えば、レンズを液体レンズによって構成し、レンズを変形させることでフォーカス調整や焦点距離の調整を行う構成としてもよい。

また、本実施形態において、絞り１２は、レンズ１１の光軸に対して垂直な平面内で回動可能に支持された複数の遮蔽板によって構成され、複数の遮蔽板が連動して回動することによって光軸に対して垂直な平面内で遮蔽されていない部分の面積を変化させることが可能である。絞り１２の開口径は絞り調整部４５によって制御されるように構成されており、当該絞り調整部４５が絞り１２の開口径を指示されると、絞り調整部４５が絞り１２を駆動させて当該指示された開口径となるように設定する。

シャッター１３は機械式のフォーカルプレーン型シャッターであり、受光センサー１４の受光センサー面に対して平行な平面板状の遮光部としての開閉式（折り畳み式）の複数の遮光幕１３ａと当該遮光幕１３ａをレンズ１１の光軸方向に移動させる移動機構１３ｂとを備えている。遮光幕１３ａはシャッター制御部５０からの制御信号に応じて光軸に対して垂直な方向に移動するように構成されており、通常は遮光幕１３ａが光軸に平行な方向の光路を遮らない状態で保持されている。また、遮光幕１３ａが光路を遮らない状態で保持されている状態において、所定のトリガが与えられると当該遮光幕１３ａが光路を遮らない状態で保持された状態が解除され、遮光幕１３ａは光軸に対して垂直な方向に駆動して複数の羽根が光路を遮る状態となる。また、図１においては、遮光幕１３ａの移動方向を破線の矢印Ａmで示している。

移動機構１３ｂは、シャッター制御部５０からの制御信号に応じた移動量だけ、遮光幕１３ａを含むシャッター１３をレンズ１１の光軸Ａｓ方向に移動させる。移動機構１３ｂは、シャッター１３を光軸Ａｓ方向に移動させることができればよく、移動のための機構は種々の機構を採用可能である。例えば、遮光幕１３ａを支持する部材を光軸Ａｓ方向に延びるレールで支持し、各種のモーター等の駆動源によって遮光幕１３ａを支持する部材を当該レールに沿って移動させる構成等を採用可能である。むろん、ボールねじやラックピニオン機構等の他の構成を採用してもよいし、レンズ１１を移動させるための機構と同様の機構であってもよいしレンズ１１の移動とシャッター１３の移動とが連動するように構成されていてもよい。

受光センサー１４は、ベイヤー配列されたカラーフィルターと、光量に応じた電荷を光電変換によって画素ごとに蓄積する複数の受光素子（フォトダイオード）とを備えるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサーである。むろん、受光センサーはＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサー等の他のセンサーであってもよい。本実施形態にかかる受光センサー１４は、露光制御部６０が行ごとにリセット指示を行うことによって行ごとに受光素子の受光量に対応した蓄積電荷をリセットするリセット動作を行い、行ごとの各受光素子での露光を開始することができる。また、受光センサー１４は、露光制御部６０が読出指示を行うことによって受光素子の受光量を示す蓄積電荷の情報を図示しない読み出し部に出力し、読み出し部が読み出した情報を記憶部１５に記憶させることができる。

本実施形態にかかる撮影装置１によって記録用の画像を撮影する際（通常の撮影）には、機械式シャッターであるシャッター１３と受光センサー１４の電子シャッターとの組み合わせによって露光時間を制御する。すなわち、本実施形態において通常の撮影の場合には、受光センサー１４における電子シャッターで露光を開始させ、シャッター１３の遮光幕１３ａで露光を終了させる電子先幕−機械後幕シャッター方式によって露光時間が制御される。具体的には、通常の撮影の場合、電子シャッターによりライン順次で露光が開始され、ライン毎の露光時間が、設定されたシャッター速度となるタイミングで各ラインが遮光されるように機械式シャッターによる遮光が開始される。また、撮影装置１においては表示部２０においてライブビュー表示を行うことが可能であり、当該ライブビュー表示を行うためのライブビュー撮影を行うことができる。ライブビュー撮影をする際には、ローリングシャッター方式によって露光時間が制御される。すなわち、先幕も後幕も受光センサー１４によって制御され、機械式シャッターであるシャッター１３は用いない。

操作部４０はシャッターボタンと、撮影モードを切り換えるための操作部と、絞りを切り替えるための操作部と、シャッター速度を切り換えるための操作部と、各種の設定メニューを操作するための操作部とを備えており、利用者は当該操作部４０に対する操作によって撮影装置１に対して各種の指示を与えることができる。なお、本実施形態においてシャッターボタンのストローク量は２段階で検出可能である。すなわち、シャッターボタンが半押しされた状態と全押しされた状態とを区別して検出可能である。また、本実施形態においてシャッターボタンが半押しされた場合にはライブビュー表示を継続しながら露出の決定とフォーカス調整を行う指示が行われたと見なされ、シャッターボタンが全押しされた場合には記録媒体に画像を記録する撮影指示が行われたと見なされる。

表示部２０は、図示しないインターフェース回路、液晶パネルドライバー、液晶パネル、図示しない接眼レンズ等を備えている。本実施形態において、表示部２０は、撮影対象となる被写体を示す画像を表示して利用者に撮影前の被写体の様子および撮影条件等の情報を把握させるＥＶＦ（Electronic View Finder）であり、本実施形態にかかる撮影装置１はＥＶＦを備えたミラーレスデジタルカメラである。

記録部３０は、図示しない記録媒体を挿入することが可能であり、記録部３０に記録媒体が挿入された状態で、記録媒体に対して情報を記録し、また、記録媒体から情報を読み出すことができる。すなわち、撮影した画像を示す画像データを記録媒体に記録することができる。なお、記憶部１５は、受光センサー１４が出力する画像データ（受光素子毎の受光量を示す情報）を一時的に記録しておくメモリである。

画像生成部８０は、受光センサー１４が出力する画素毎、色毎の受光量情報に対して予め決められた手順によって各種の処理を実行して画像データを生成する回路によって構成されている。当該画像生成部８０が実行する画像処理には、ＡＥ（Automatic Exposure）処理を行うための評価値とＡＦ（Automatic Focus）処理を行うための評価値とＡＷＢ(Auto White Ballace)処理を行うための評価値を出力する処理が含まれる。すなわち、画像生成部８０は、撮影された画像内に設定された所定の測距エリアに含まれる被写体の合焦度合いを評価するための評価値（例えば、コントラストの大きさを示す値等）を特定し、ＡＦ処理を行うための評価値として出力することが可能である。ＣＰＵ７０は、ＡＦ処理を行うための評価値に基づいてフォーカス調整部４３に制御信号を出力し、フォーカス調整を行う。

また、画像生成部８０は、受光センサー１４による撮影範囲内に設定された所定の測光エリアに含まれる画素の明るさを評価した結果として評価値（例えば、輝度の平均値等）を算出し、ＡＥ処理を行うための評価値として出力することが可能である。ＣＰＵ７０は、ＡＥ処理を行うための評価値に基づいて絞り調整部４５、シャッター制御部５０、露光制御部６０に制御信号を出力し、適正露出となるように露出を調整する。すなわち、ＣＰＵ７０は、操作部４０における指示やデフォルト設定に基づいて画像データを撮影する際の撮影条件を特定し、当該撮影条件通りに各部を設定する機能を備えている。具体的には、ＣＰＵ７０が上述のＡＥ処理を行うための評価値に基づいて適正露出となるために必要な撮影条件を特定し、当該撮影条件通りに絞り１２、シャッター速度が設定されるように、絞り調整部４５、シャッター制御部５０、露光制御部６０に対して制御信号を出力する。なお、適正露出となるための必要な撮影条件は、各種の前提条件（例えば、絞り優先、シャッター速度優先等の撮影モード）において特定可能である。

ここで、シャッター速度は受光センサー１４に光が当たっている露光時間を示しており、ＣＰＵ７０は、予め決められた先幕の走行パターンとなるように受光センサー１４の各ラインにおける露光開始タイミングを調整する。すなわち、ＣＰＵ７０は、受光センサー１４の露光開始からシャッター１３の遮光幕１３ａによる光の遮断までの時間によって所定の露光時間（シャッター速度が示す時間）となるようにライン毎の露光時間を調整する。さらに、本実施形態において、ＣＰＵ７０は、シャッター制御部５０に対して制御信号を出力することにより、シャッター１３の遮光幕１３ａの光軸方向の位置を調整する。すなわち、シャッター１３の遮光幕１３ａの位置を光軸方向に調整することによって露光時間のライン毎のずれを抑制するように構成されている。

具体的には、本実施形態のように、機械式シャッターと電子シャッターとを併用する撮影方式を採用すると、機械式シャッターの遮光幕１３ａの走行がばねの付勢力による走行であることから等速ではなく、かつ、一定の時間（例えば３ｍｓ）がかかることから、機械式シャッターの移動方向に沿って露光量が不均一になる。これを避けるため、露光制御部６０により機械式シャッターの遮光幕１３ａの走行特性に近くなるように画素リセットのタイミングを調整し、概略均一な露光時間となるようにする。しかし、当該不均一の度合いはレンズの種類や位置等の条件によって変動することが知られている。すなわち、機械式シャッターと電子シャッターとを併用する撮影方式においては機械式シャッターの位置と電子シャッターの位置である受光センサー１４の位置が異なるため、機械式シャッターによって遮光される光路がレンズ１１の位置（主点位置等）によって変化する。この結果、受光センサー１４上で機械式シャッターの影（遮光幕１３ａの影）の位置が変化する時間変化特性が、機械式シャッターの移動方向に沿って変化する。

図２Ａおよび図２Ｂは、レンズ１１の光軸方向の位置が位置Ｐ₁であるとともにシャッターの遮光幕１３ａの光軸方向の位置が位置Ｐ₃である場合と、レンズ１１の光軸方向の主点位置が位置Ｐ₂であるとともにシャッターの遮光幕１３ａの光軸方向の位置が位置Ｐ₄である場合とを同時に示す模式図であり、前者を実線、後者を破線で示している。また、図２Ａは遮光幕１３ａによる遮光動作の過程のある時点、図２Ｂは遮光幕１３ａによる遮光動作の過程において図２Ａよりも後の時点（遮光幕１３ａのエッジが光軸中心に達した時点）を示している。なお、これらの図においては光軸中心を一点鎖線で示している。また、図２Ａおよび図２Ｂにおいては、遮光幕１３ａおよびシャッター１３の構造を単純化して模式的に示している。

図２Ａのように遮光幕１３ａによる遮光動作の過程のある時点において、位置Ｐ₁に存在するレンズ１１の下端から射出される光が、位置Ｐ₃に存在する遮光幕１３ａのエッジ付近を通過して受光センサー１４に到達する場合、同図２Ａにおいて実線で示すような光路Ｖ_1aを通る。一方、図２Ａにおいて、位置Ｐ₂に存在するレンズ１１の下端から射出される光が、位置Ｐ₃に存在する遮光幕１３ａのエッジ付近を通過して受光センサー１４に到達する場合、同図２Ａにおいて二点鎖線で示すような光路Ｖ_2aを通る。従って、レンズ１１の下方から射出した光が到達し得る部分の受光センサー１４上の面積は前者の方が大きく、後者の方が小さい。このため、遮光幕１３ａの位置が同一でありかつ遮光幕１３ａの走行パターンが同一であれば、シャッター速度が同一であってもレンズ１１の位置が異なることによって受光センサー１４の位置毎の露光量が異なってしまう。

また、図２Ｂのように遮光幕１３ａのエッジが光軸中心に到達した段階において、位置Ｐ₁に存在するレンズ１１の下端から射出される光が、位置Ｐ₃に存在する遮光幕１３ａのエッジ付近を通過して受光センサー１４に到達する場合、同図２Ｂにおいて実線で示すような光路Ｖ_1bを通る。ここで、光路Ｖ_1a、Ｖ_1bと受光センサー１４との交点の位置と、遮光幕１３ａのエッジの位置と、の差を光軸に垂直な方向で定義すると、当該差は図２ＡにおいてΔa、図２ＢにおいてΔbとなる。そして、ΔaとΔbとを比較すると、光路Ｖ_1a、Ｖ_1bの光軸に対する傾斜角が図２Ｂの方が大きいことに起因してΔbの方が大きくなる。遮光幕１３ａの走行はばねの付勢力によって行われるため、時間とともに速度は上昇する。従って、遮光幕１３ａによって形成される受光センサー１４上の影の面積の単位時間当たりの増加度合いは受光センサー１４の下方よりも上方の方が大きくなる。

従って、遮光幕１３ａのエッジの位置と遮光幕１３ａの影の位置との時間変化特性は異なる。図２Ｃは、シャッター１３の遮光幕１３ａのエッジの位置の時間変化特性を示す図であり、横軸を時間、縦軸をシャッターの移動方向の位置とし、破線によってシャッター１３の遮光幕１３ａのエッジの位置の時間変化特性を示している。遮光幕１３ａは図示しないばねによって駆動されるため、遮光幕１３ａが光路を遮らない状態で保持された状態が解除されると時間とともに速度が大きくなり、時間とともに傾きが急峻になる図２Ｃにて破線に示す２次曲線のような時間変化特性で遮光幕１３ａのエッジの位置が変化する。

一方、レンズ１１の下端からの光路（例えば、光路Ｖ_1a）と受光センサー１４との交点には、レンズ１１の他の位置からの光が到達するため、影の上端は不明瞭となるが、おおむね、上述のように受光センサー１４の下方よりも上方の方が影の面積の単位時間当たりの増加度合いが大きい。従って、当該影による受光センサー１４上での露光終了タイミングは、図２Ｃにて破線で示す遮光幕１３ａのエッジの位置の時間変化特性と比較して、より急峻になる。このため、例えば、２Ｃにて実線で示すようなタイミングで遮光幕１３ａによって受光センサー１４上での露光が終了する。すなわち、光路Ｖ_1a、Ｖ_1bと受光センサー１４との交点の位置と、光軸の位置と、の差Δａ，Δｂは、図２Ａ，２Ｂに示すようにΔｂの方が大きくなり、遮光幕１３ａの進行とともに当該差が拡大するため、遮光幕１３ａの動作の初期と終期とで比較すると、初期においては遮光幕１３ａに遮られていない光路が多く終期においては光路が少なくなり、遮光幕１３ａによる影の時間変化は初期において終期よりも少なくなる。この結果、図２Ｃに示すように初期においては、破線で示す遮光幕１３ａのエッジの位置の方が先行し、露光が終了するラインの位置は遅れるが、やがて両者は逆転する。

このため、受光センサー１４のライン毎の露出が一定になるように制御するためには、露光開始タイミングを、シャッター１３の遮光幕１３ａのエッジの位置ではなく図２Ｃに実線で示すような遮光幕１３ａによる露光終了タイミングにあわせて変化させる必要がある。そこで、遮光幕１３ａによる露光終了タイミングにあわせて露光開始タイミングをするため、本実施形態においては、レンズ１１の主点が基準の位置に存在し、遮光幕１３ａが基準の位置に存在する場合における遮光幕１３ａによる露光終了タイミングの変化特性が図示しないメモリに記録されている。ＣＰＵ７０は、当該変化特性を参照し、当該変化特性に合わせて受光センサー１４における露光開始タイミングを調整する（先幕の走行特性を調整する）。

このような制御によれば、レンズ１１の主点が基準の位置に存在し、遮光幕１３ａが基準の位置に存在する場合に、受光センサー１４の位置毎に露光時間がずれることを抑制することができるが、レンズ１１の主点が基準の位置に存在しない状態で遮光幕１３ａが基準の位置に存在する場合は露光時間のずれを解消することができない。そこで、本実施形態においては、レンズ１１の主点位置に応じてシャッター１３の遮光幕１３ａの位置を光軸方向に移動させるように構成してある。

すなわち、ＣＰＵ７０は、シャッター制御部５０に制御信号を出力し、レンズ１１の主点と受光センサー１４との距離と、シャッター１３の遮光幕１３ａと受光センサー１４との距離と、の比が所定の値になるように遮光幕１３ａの位置を調整させる。例えば、図２Ａ，２Ｂに示す位置Ｐ₁がレンズ１１の主点の基準の位置、位置Ｐ₃が遮光幕１３ａの基準の位置であり、この位置におけるレンズ１１の主点と受光センサー１４との距離がＬ₁、シャッター１３の遮光幕１３ａと受光センサー１４との距離がＬ₃である場合、上述の比はＬ₁／Ｌ₃となる。そこで、レンズ１１の主点の位置が例えば図２Ａ，２Ｂに示す位置Ｐ₂に移動された場合、シャッター１３の遮光幕１３ａの位置Ｐ₄は、レンズ１１の主点と受光センサー１４との距離をＬ₂、シャッター１３の遮光幕１３ａと受光センサー１４との距離をＬ₄とした場合に、比Ｌ₂／Ｌ₄が一定値Ｌ₁／Ｌ₃と等しくなるように調整される。

すなわち、レンズ１１の主点と受光センサー１４との距離が短くなれば、シャッター１３の遮光幕１３ａと受光センサー１４との距離が短くなるように遮光幕１３ａの位置が調整される。以上の構成によれば、図２Ａ，２Ｂに示すように、位置Ｐ₁に存在するレンズ１１の下端から射出される光（光路Ｖ_1a）が受光センサー１４に到達する位置と位置Ｐ₂に存在するレンズ１１の下端から射出される光（破線で示す光路Ｖ_3a）が受光センサー１４に到達する位置とが等しくなる。これは、レンズ１１の他の位置から射出される光であっても同様であり、受光センサー１４上の遮光幕１３ａの影のでき方がほぼ等しくなる。従って、受光センサー１４の受光素子の位置毎の露光時間のずれが生じることはなく、受光センサー１４の全ラインにおいて露光時間を均一化させることができる。

（２）撮影処理：
次に、本実施形態における撮影処理を詳細に説明する。図３は電源がオンされて、初期化処理の終了後、撮影モードがユーザーに選択されたことで開始する撮影処理のフローチャートである。本実施形態における撮影装置１においては、表示部２０において被写体のライブビュー表示を行い、利用者が当該ライブビュー表示を視認することによってフォーカス調整を行うための指示や記録用画像の撮影指示等を行う。このため、ＣＰＵ７０は、撮影処理においてステップＳ１００〜Ｓ１１０にてライブビュー表示を行うための準備処理を行う。

具体的には、ＣＰＵ７０は、まず、シャッター１３を開放する（ステップＳ１００）。すなわち、ＣＰＵ７０は、シャッター制御部５０に制御信号を出力し、遮光幕１３ａが光路を遮らない状態で保持された状態とする。また、ＣＰＵ７０は、絞り１２を開放する（ステップＳ１０５）。すなわち、ＣＰＵ７０は、絞り調整部４５に制御信号を出力し、絞り１２の開口径が最大径になるように制御する。なお、ここでは、ライブビュー表示時の受光センサー１４への入射光量を最大にするために絞り１２の開口径を最大径にしているが、むろん、ここで絞り１２の開口径をより小さくする構成等を採用してもよい。また、シャッター１３を開放する前に絞り１２の制御を行ってもよい。

次に、ＣＰＵ７０は、電子先幕、電子後幕で露出調整するように設定する（ステップＳ１１０）。すなわち、ライブビュー表示中においては、シャッター１３の遮光幕１３ａを駆動せず、受光センサー１４においてローリングシャッターによって露光の開始と終了とを実行するモードとなるように設定する。

次に、ＣＰＵ７０は、撮影および表示を開始する（ステップＳ１１５）。すなわち、ＣＰＵ７０は、露光制御部６０に対して制御信号を出力し、予め決められたフレームレートで撮影が行われるように受光センサー１４における露光開始タイミングおよび露光終了タイミングを制御する。この結果、受光センサー１４から受光素子毎の受光量を示す情報が記憶部１５に出力されるため、ＣＰＵ７０は当該情報を画像生成部８０に受け渡す。画像生成部８０は、当該情報に対して所定の画像処理を行う。画像処理後の画像データはＣＰＵ７０に受け渡され、さらに、表示部２０に受け渡される。この結果、表示部２０においては、予め決められたフレームレートで画像が表示される。

撮影と表示に並行してＣＰＵ７０は、露出調整を行う（ステップＳ１２０）。すなわち、ステップＳ１１５において生成される画像データに基づいて画像生成部８０がＡＥ処理を行うための評価値を出力すると、ＣＰＵ７０は、露光制御部６０に対して制御信号を出力して当該評価値が予め決められた適正範囲に含まれる状態となるように露光時間を調整することにより、露出が適正露出となるように露光時間をフィードバック制御する。

次に、ＣＰＵ７０は、フォーカス調整を行う（ステップＳ１２５）。すなわち、本実施形態においては、ライブビュー表示中にフォーカスを自動調整するモードが採用されており、ステップＳ１１５において生成される画像データに基づいて画像生成部８０がＡＦ処理を行うための評価値を出力すると、ＣＰＵ７０は、当該評価値を取得する。そして、ＣＰＵ７０は、当該評価値に基づいてフォーカス調整部４３に制御信号を出力し、当該評価値が所定の合焦範囲に含まれるようにレンズ１１を移動させてフォーカス調整を行う。

次に、ＣＰＵ７０は、シャッターボタンが半押しされたか否かを判定し（ステップＳ１３０）、半押しされたと判定されるまでステップＳ１１５以降の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１３０において、シャッターボタンが半押しされたと判定された場合、ＣＰＵ７０は、ステップＳ１３５〜Ｓ１５０において記録用の画像を撮影するための準備を行う。ここで、ステップＳ１３５はステップＳ１１５、ステップＳ１４０はステップＳ１２０、ステップＳ１４５はステップＳ１２５とほぼ同様の処理である。但し、ステップＳ１４０においては、絞り１２の開口径とシャッター速度が制御対象とすることがある。例えば、絞り優先モードにおいてステップＳ１４０が実行される場合、ＣＰＵ７０は絞り調整部４５に制御信号を出力し、利用者が指示した開口径となるように絞り１２を制御し、露光制御部６０に対して制御信号を出力してＡＥ処理に従い適正な露出となるシャッター速度を決定し、指定する。

これは、ステップＳ１０５において絞りを開放することで、できるだけ明るい画像をライブビュー表示にて見せるように制御したのに対し、ステップＳ１４０においては、これから撮影する画像に近いライブビュー表示をユーザーに提供するためである。ステップＳ１４０では撮像モードやＡＥ評価値を反映して露出に関わるパラメータが決定され、決定したら半押しが解除されるまで変更しない。これをＡＥロックという。また、ステップＳ１４５は撮影のためのフォーカス調整を行い、合焦位置が定まったら以降は半押しが解除されるまで変更しない。これをＡＦロックという。ＡＥロックやＡＦロックはユーザーの指示や設定次第で行う場合も行わない場合もあるが、これらの点でＳ１１５〜Ｓ１２５の処理とは異なる処理が行われる

ステップＳ１５０において、ＣＰＵ７０は、撮影装置１において設定済の状態を表示する。すなわち、ＣＰＵ７０は、表示部２０に対してＯＳＤ表示用のデータを出力し、各種設定値（例えば、絞り１２のＦ値、シャッター速度、フォーカスエリア等）を示す表示を行わせる。ステップＳ１１５の表示でもＯＳＤ表示用のデータを出力する事はあるが、ステップＳ１５０では、ステップＳ１３５〜Ｓ１４５における撮像条件の結果を表示し、これから撮影する画像の条件をユーザに通知するのが目的であり、露出警告のような特別な通知を行う事もある。。

次に、ＣＰＵ７０は、シャッターボタンの半押しが解除されたか否かを判定し（ステップＳ１５５）、半押しが解除されたと判定された場合には、再度ステップＳ１１５以降を実行してライブビュー表示を継続する。一方、ステップＳ１５５において、シャッターボタンの半押しが解除されたと判定されない場合、さらに、ＣＰＵ７０は、シャッターボタンが全押しされたか否かを判定し（ステップＳ１６０）、全押しされたと判定されない場合、ステップＳ１３５以降の処理を繰り返して、これから撮影する画像に近いライブビュー表示を繰り返す。なお、このときユーザーはシャッターチャンス到来を待っているため、指定されたシャッター速度などの撮影条件に近い表示をするだけでなく、より高速なフレームレートでの撮影を優先してもよい。

一方、ステップＳ１６０において、シャッターボタンが全押しされたと判定された場合、ＣＰＵ７０は、電子先幕、機械後幕で露出調整するように設定する（ステップＳ１６５）。すなわち、記録用の画像を撮影するために、受光センサー１４において露光制御部による電子シャッター動作により露光を開始し、シャッター１３の遮光幕１３ａで遮光することによって露出を終了するモードとなるように設定する。

次に、ＣＰＵ７０は、絞り１２を制御する（ステップＳ１７０）。すなわち、ＣＰＵ７０は、絞り調整部４５に制御信号を出力し、シャッターボタンの半押し後に確定された絞り１２の開口径（ステップＳ１４０において設定された開口径）となるように当該絞り１２を制御する。なお、ステップＳ１４０で絞りを制御済みの場合は必要ないが、そうでない場合はこの時点で撮影時の絞りになっている必要がある。

次に、ＣＰＵ７０は、レンズ１１の位置に応じてシャッター１３を移動させる（ステップＳ１７５）。すなわち、ＣＰＵ７０は、ステップＳ１４５におけるフォーカス調整に際してフォーカス調整部４３に出力した制御信号に基づいて、当該ステップＳ１４５におけるレンズ１１の状態を特定するとともにその主点位置を特定し、レンズ１１の主点位置と受光センサー１４との距離（図２Ａおよび２Ｂに示す例では距離Ｌ₂）を特定する。また、ＣＰＵ７０は、レンズ１１の主点位置と受光センサー１４との距離と、シャッター１３の遮光幕１３ａと受光センサー１４との距離（図２Ａおよび２Ｂに示す例では距離Ｌ₄）との比が所定の値（図２Ａおよび２Ｂに示す例ではＬ₁／Ｌ₃）となるような遮光幕１３ａの位置を特定する。そして、ＣＰＵ７０は、シャッター制御部５０に制御信号を出力し、当該位置に遮光幕１３ａが位置するようにシャッター１３を移動させる。

次に、ＣＰＵ７０は、露光を開始する（ステップＳ１８０）。すなわち、ＣＰＵ７０は、図示しないメモリに記録されている変化特性（レンズ１１の主点が基準の位置に存在し、遮光幕１３ａが基準の位置に存在する場合における遮光幕１３ａの影の位置の変化特性）を取得する。そして、露光制御部６０に対して制御信号を出力し、レンズ１１の主点が基準の位置に存在し、遮光幕１３ａが基準の位置に存在する場合において、受光センサー１４上の各位置で概略均一な露光となるのと同じタイミングで受光センサーを制御し、各ラインの露光を開始させる。例えば、図２Ｃに示す例において、時刻Ｔ₁で受光センサー１４の最初のラインの露光を開始した場合、光軸に対して垂直な方向の位置毎の露光開始タイミングが一点鎖線で示すタイミングとなるように、露光開始タイミングを制御する。

次に、ＣＰＵ７０は、シャッター１３による遮光を開始する（ステップＳ１８５）。すなわち、ＣＰＵ７０は、露光時間がシャッター速度となるように、遮光幕１３ａの移動を開始させる。具体的には、ＣＰＵ７０は、受光センサー１４上の最初のラインの露光を開始したタイミング（図２Ｃに示す例ではＴ₁）とシャッター１３の遮光幕１３ａの影が受光センサー１４上の最初のラインに到達するタイミング（図２Ｃに示す例ではＴ₂）との間の時間がシャッター速度に対応するように、シャッター制御部５０に対して制御信号を出力してシャッター１３の遮光幕１３ａの移動を開始させる。なお、ここで、シャッター速度は、シャッターボタンの半押し後に確定されたシャッター速度（ステップＳ１４０において設定されたシャッター速度）である。この結果、シャッター１３の遮光幕１３ａの影の位置の時間変化特性が図２Ｃに示す実線のように変化し、受光センサー１４による電子先幕とシャッター１３による後幕とによって各ラインが露光される時間が受光センサー１４上の位置によらず一定となる。

シャッター１３の遮光幕１３ａの移動が完了すると、ＣＰＵ７０は、画像データを記録する（ステップＳ１９０）。すなわち、ＣＰＵ７０は、露光制御部６０に制御信号を出力して受光センサー１４上の全画素の読み出しを図示しない読み出し部によって行う。この結果、受光センサー１４から記憶部１５に対して画像データが出力されるため、ＣＰＵ７０は、画像生成部８０に対して制御信号を出力し、記憶部１５に出力された画像データに対して所定の画像処理を実行させ、結果を示す画像データを記録部３０に挿入された記録媒体に記録させる。以上の処理によれば、受光センサー１４の位置毎の露光時間が均一化された状態で被写体を撮影することができる。

（３）他の実施形態：
以上の実施形態は本発明を実施するための一例であり、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間の受光センサーの受光素子間でのずれを抑制するように、レンズの状態に基づいてシャッターと受光センサーとの少なくとも一方を移動させる限りにおいて、下記の変形例を適宜組み合わせでも良いし、その他にも種々の実施形態を採用可能である。

例えば、上述の実施形態において表示部２０は液晶パネルを用いたＥＶＦであったが、表示部２０はＥＶＦ以外の表示部、例えば、撮影装置１の背面に取り付けられる液晶パネルを用いた表示部であっても良いし、液晶パネル以外の方式を用いたものであっても良い。また、撮影装置１はミラーを備えた一眼レフカメラでも良く、さらにムービーカメラであっても良いし、撮影機能を備えた携帯電話等の装置であっても良い。さらに、上述の受光センサー１４において、カラーフィルターはベイヤー配列であったが、ベイヤー配列以外の配列で構成されたセンサーを利用した画像生成装置に本発明を適用しても良い。例えば、３ＣＣＤや３層式センサーを利用した画像生成装置に本発明を適用しても良い。

さらに、シャッター１３の移動方向はレンズ１１の主点の移動方向と平行であればよく、撮影装置１に取り付けられるレンズ１１がシフト可能なレンズである場合に、レンズ１１のシフトに応じてシャッター１３を移動させる構成としてもよい。図４は、レンズ１１が光軸に対して垂直な方向にシフトする例を示しており、光軸がレンズ１１の中心を通る位置に存在するレンズ１１を破線で示し、光軸に対して垂直な方向に移動したレンズ１１を実線で示す図である。図４に示す実施例において、レンズ１１の中心が破線で示す位置である場合、シャッター１３は破線で示す位置に配置される。すなわち、シャッター１３の遮光幕１３ａが開口された状態において開口部の中心と光軸とが一致するようにシャッター１３が配置される。

また、レンズ１１が光軸に対して垂直な方向に移動すると、シャッター１３はレンズ１１の移動に対して平行な線上で同方向に向けて移動される。図４においては、実線で示すレンズ１１の位置において当該レンズ１１の下端から射出される光であって、実線で示す位置に存在する遮光幕１３ａのエッジ付近を通過して受光センサー１４に到達する光の光路を実線Ｖ₄、破線で示すレンズ１１の位置において当該レンズ１１の下端から射出される光であって、破線で示す位置に存在する遮光幕１３ａのエッジ付近を通過して受光センサー１４に到達する光の光路を破線Ｖ₅で示している。図４においては、レンズ１１の光軸に対して垂直な方向の移動量をＬ₅、シャッター１３の光軸に対して垂直な方向の移動量をＬ₆としている。

図４において、光路Ｖ₄およびＶ₅を二辺とし、受光センサー１４上に頂点が存在する三角形ＡＢＣと、遮光幕１３ａの移動線上に存在する線分を底辺とする三角形ＡＤＥを考えると、三角形ＡＢＣの高さはＬ₁、三角形ＡＤＥの高さＬ₃である。従って、三角形ＡＢＣの底辺の長さがＬ₅であり、三角形ＡＤＥの底辺の長さＬ_６である場合に、比Ｌ₅／Ｌ₆が、レンズ１１の主点と受光センサー１４との光軸方向の距離Ｌ₁と、シャッター１３の遮光幕１３ａと受光センサー１４との光軸方向の距離Ｌ₃との比Ｌ₁／Ｌ₃に等しくなれば、三角形ＡＢＣと三角形ＡＤＥとは常に相似である。このため、光路Ｖ₄が受光センサー１４と交わる点と、光路Ｖ₅が受光センサー１４と交わる点とが一致し、露光時間が位置毎にずれることが防止される。そこで、撮影装置１において、レンズ１１がシフト移動された場合、ＣＰＵ７０がシャッター制御部５０に制御信号を出力してシャッター１３を移動量Ｌ₆（＝Ｌ₅×（Ｌ₃／Ｌ₁））だけ移動させることにより露光時間のずれが防止されるようにシャッター１３を移動させることができる。

また、上述の実施形態においては、自動フォーカス調整に応じてシャッター１３を移動させる構成であったが、これに加えて又はこれに代えて、手動フォーカス調整やレンズのズームやレンズの種類等に応じてシャッター１３を移動させるようにしてもよい。さらに、ユーザーがレンズのピントリングやズームリングを回転させる等で手動でフォーカス調整やズームを行った場合には、ＣＰＵ７０はレンズ鏡筒との通信や連動ピンの検出等によってレンズの主点の位置の情報を取得する。

さらに、上述の実施形態においては、シャッター１３を移動させる構成であったが、受光センサー１４を移動させることによって受光センサー１４上の位置毎の露光時間のずれの発生を防止する構成であってもよい。さらに、露光時間が長い場合には露光時間のずれが画質に与える影響は相対的に小さくなる。そこで、露光時間のずれが画質に与える影響を無視し得るような長さの露光時間を所定の時間として予め定義し、露光の開始からシャッターによる光の遮断までの露光時間が所定の時間より長い場合、シャッターおよび受光センサーを移動させないとすることで、駆動制御を簡易化してもよい。

１０…光学系、１１…レンズ、１３…シャッター、１３ａ…遮光幕、１３ｂ…移動機構、１４…受光センサー、１５…記憶部、２０…表示部、３０…記録部、４０…操作部、４３…フォーカス調整部、４５…調整部、５０…シャッター制御部、６０…露光制御部、７０…ＣＰＵ、８０…画像生成部

Claims (7)

1. レンズを通過した光を受光する受光センサーと、
   前記受光センサーを露光している前記光を遮断するシャッターと、
   前記受光センサーの露光を開始させる露光開始制御部と、
   前記受光センサーの受光素子間における露光時間のずれを抑制するように、前記レンズの状態に基づいて前記シャッターと前記受光センサーとの少なくとも一方を移動させる移動制御部と、
   前記露光時間内に前記受光センサーが受光した光量に応じて画像データを生成する画像生成部と、
   を備える画像生成装置。
2. 前記移動制御部は、前記レンズの種類と前記レンズの主点の位置との少なくともいずれかに応じて前記シャッターと前記受光センサーとの少なくとも一方を移動させる、
   請求項１に記載の画像生成装置。
3. 前記移動制御部は、前記レンズの主点の移動方向と平行に前記シャッターと前記受光センサーとの少なくとも一方を移動させる、
   請求項１または請求項２のいずれかに記載の画像生成装置。
4. 前記移動制御部は、前記レンズの主点と前記受光センサーとの距離が短くなった場合に、前記シャッターと前記受光センサーとの距離を短くする、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像生成装置。
5. 前記移動制御部は、前記レンズの主点と前記受光センサーとの距離と、前記シャッターと前記受光センサーとの距離と、の比が所定の値である状態になるように、前記シャッターと前記受光センサーとの少なくとも一方を移動させる、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像生成装置。
6. 前記移動制御部は、前記露光の開始から前記シャッターによる前記光の遮断までの露光時間が所定の時間より長い場合、前記シャッターおよび前記受光センサーを移動させない、
   請求項１〜請求項５のいずれかに記載の画像生成装置。
7. レンズを通過した光を受光する受光センサーと、
   前記受光センサーを露光している前記光を遮断するシャッターと、
   前記受光センサーの露光を開始させる露光開始制御部とを備える撮影装置における画像生成方法であって、
   前記受光センサーの受光素子間における露光時間のずれを抑制するように、前記レンズの状態に基づいて前記シャッターと前記受光センサーとの少なくとも一方を移動させ、
   前記露光時間内に前記受光センサーが受光した光量に応じて画像データを生成する、
   画像生成方法。

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