JP6094134B2 - デジタルカメラ、電子先幕制御方法、および先幕制御情報の編集方法 - Google Patents

Description

本発明はデジタルカメラ、電子先幕制御方法、および先幕制御情報の編集方法に関する。

従来、電子シャッターにより電荷の蓄積を開始し機械シャッターにより光を遮って電荷の蓄積を終了するデジタルカメラが知られている。先幕としての電子シャッターは後幕としての機械シャッターの走行に先行して撮像素子の画素を領域毎にリセットする。機械シャッターによって遮光されるまでに撮像素子に蓄積された電荷は、撮像素子に入射する光が遮られている期間中に読み出される。ここで各画素の露光時間は、ある画素がリセットされてからその画素に入射する光を機械シャッターが遮るまでの時間となる。各画素の露光時間が領域によって異なると、領域によって露出アンダーになったり露出オーバーになる所謂露出ムラが生ずる。したがって各画素の露光時間を一定にするため、先幕としての電子シャッターによって電荷が蓄積されるタイミングを機械シャッターの走行特性に対応させる必要がある。

さらに、特許文献１に記載されているように、機械シャッターの走行特性が一定であっても、焦点位置、射出瞳距離、フォーカス時のレンズ操り出し量、絞りの開口径、レンズ光軸のオフセット量、レンズのあおり角度等が異なれば各画素に入射する光を機械シャッターが遮るタイミングが異なることが知られている。これは、撮像素子から離れた位置にある機械シャッターの影が撮像素子の受光面を走行するからである。

特許第４９７４５９６号公報

特許文献１には、先幕としての電子シャッターによって電荷の蓄積を開始するタイミングを領域毎に制御する情報である走査パターンを光学系ユニットの属性に対応付けてデジタルカメラに複数記憶しておくことが記載されている。このように記憶された走査パターンのいずれかが、撮影に使用される光学系ユニットの属性に応じて選択される。

ところでこのような走査パターンの適正値を、焦点位置、射出瞳距離、フォーカス時のレンズ操り出し量、絞りの開口径、レンズ光軸のオフセット量、レンズのあおり角度等の属性値から算出することは容易ではない。そして、機械シャッターによる遮光特性に対する電子シャッターの不適合から生ずる露出ムラは、露出時間が短いほど顕在化する。しかし、特許文献１には、光学系ユニットの属性値から走査パターンを正確に導出する方法について具体的な開示がない。

本発明は、光学系ユニットの属性に応じて変わる機械シャッターの影に対して先幕としての電子シャッターを正確に適合させることを目的の１つとする。

（１）上記目的を達成するためのデジタルカメラは、光学系ユニットを通過した光を受光して電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させる電子シャッターと、前記撮像素子に入射する光を遮る機械シャッターと、前記撮像素子が電荷の蓄積を開始するタイミングを領域毎に定める先幕制御情報を前記光学系ユニットの属性毎に記憶する記憶ユニットと、前記光学系ユニットの属性に対応する前記先幕制御情報に基づいて前記電子シャッターを制御する制御ユニットと、を備える。そして、前記先幕制御情報は、所定の属性を有する前記光学系ユニットを通過した光を受光した前記撮像素子の出力に基づいて編集され前記記憶ユニットに記憶される。ここで光学系ユニットの属性とは、焦点位置、射出瞳距離、フォーカス時のレンズ操り出し量、絞りの開口径、レンズ光軸のオフセット量、レンズのあおり角度といった、光学系ユニットの光学特性を決める要素あるいはそれらの要素によって決まる光学系ユニットの光学特性を示す情報である。したがって光学系ユニットの属性は、焦点位置等の属性値で構成されても良いし、光学系ユニットの機種識別子や固体識別子で構成されても良いし、光学系ユニットの光学特性の分類を示す識別子で構成されても良い。

撮像素子に投影される機械シャッターの影は、焦点位置、射出瞳距離、フォーカス時のレンズ操り出し量、絞りの開口径、レンズ光軸のオフセット量、レンズのあおり角度など、使用されている光学系ユニットの実際の属性に応じて変わる。本発明によると、撮像素子が電荷の蓄積を開始するタイミングを領域毎に定める先幕制御情報は、実際に、所定の属性を有する光学系ユニットを通過した光を撮像素子に受光させ、その結果得られる撮像素子の出力に基づいて編集されるものである。このように定められる先幕制御情報は、光学系ユニットの属性の仕様値と実際の属性との誤差や、計算誤差等の影響を大きく受けることなく、撮像素子に投影される機械シャッターの影と正確に適合させることが可能である。したがって本発明によると、光学系ユニットの属性に応じて変わる機械シャッターの影に対して先幕としての電子シャッターを正確に適合させることができる。なお、先幕制御情報は、デジタルカメラに実際に取り付けられている光学系ユニットを用いて編集されたものでもよいし、デジタルカメラに実際に取り付けられている光学系ユニットに対応する標準個体を用いて編集されたものでもよいし、デジタルカメラに実際に取り付けられている光学系ユニットと光学特性が近似している別の光学系ユニットを用いて編集されたものでもよい。

（２）上記目的を達成するためのデジタルカメラにおいて、前記先幕制御情報は、第一の面均一な光を前記光学系ユニットに入射させたとき、領域毎に一定期間だけ前記撮像素子に電荷を蓄積させて得られる前記撮像素子の出力と、第二の面均一な光を前記光学系ユニットに入射させたとき、前記撮像素子を照射する光を、前記撮像素子の各領域が同時に電荷の蓄積を開始した後に前記機械シャッターで遮って得られる前記撮像素子の出力と、に基づいて編集される。ここで、「前記撮像素子の各領域が同時に電荷の蓄積を開始した後に前記機械シャッターで遮って」とは、領域毎に、電荷の蓄積開始後に機械シャッターによる遮光が行われることを意味し、機械シャッターの始動が電荷の蓄積に先行してもよい。

面均一な光を光学系ユニットに入射させて領域毎に一定期間だけ撮像素子に電荷を蓄積させると、光学系ユニットへの入射光量、絞りの開口径、および、光学系ユニットによる周辺光量低下に応じた出力が撮像素子から得られる。なお、領域毎に一定期間だけ撮像素子に電荷を蓄積させるとは、機械シャッターの特性による領域毎の蓄積時間の誤差が露光時間に対して十分小さい状態で電荷を蓄積させることを意味する。具体的には例えば、露光時間を十分長くすることにより、機械シャッターの特性による領域毎の蓄積時間の誤差が露光時間に対して占める割合を小さくして領域毎の電荷蓄積時間を一定にすることを含む。一定期間だけ撮像素子に電荷を蓄積させる方法としては、領域毎に電荷蓄積時間を精度良く一定に制御できる方法であればよく、機械シャッターを先幕および後幕に用いても良いし、電子シャッターを先幕および後幕に用いても良いし、機械シャッターと電子シャッターを併用しても良い。機械シャッターを先幕または後幕に用いる場合であっても、シャッター速度が高くなければ領域毎に電荷蓄積時間を精度良く一定に制御できる。以下、領域毎に一定期間だけ撮像素子に電荷を蓄積させて得られる撮像素子の出力を基準出力というものとする。ここで、撮像素子の各領域の基準出力は、光学系ユニットへの入射光量、絞りの開口径、および、電荷の蓄積期間に比例する成分と、光学系ユニットの周辺光量低下成分とを含む。光学系ユニットの周辺光量低下成分は、最大の基準出力が得られる領域の出力と注目領域の出力との差分であるため、撮像素子の各領域の基準出力に基づいて導出することができる。

面均一な光を光学系ユニットに入射させるとき、撮像素子を照射する光を、撮像素子の各領域が同時に電荷の蓄積を開始した後に機械シャッターで遮ると、光学系ユニットへの入射光量、絞りの開口径、および、光学系ユニットによる周辺光量低下に加えて、焦点位置、射出瞳距離、フォーカス時のレンズ操り出し量、絞りの開口径、レンズ光軸のオフセット量およびレンズのあおり角度に応じて変わる機械シャッターの影の走行特性に応じた出力が撮像素子から得られる。以下、この出力を比較出力というものとする。撮像素子の各領域の比較出力は、光学系ユニットへの入射光量、絞りの開口径、および、電荷の蓄積開始から機械シャッターの影が各領域に到達するまでの期間に比例する成分と、光学系ユニットの周辺光量低下成分とを含む。

第一の面均一な光と第二の面均一な光が同じ明るさである場合、撮像素子の各領域について、比較出力と光学系ユニットの周辺光量低下成分との差分は、光学系ユニットへの入射光量、絞りの開口径、および、電荷の蓄積開始から機械シャッターの影が各領域に到達するまでの期間に比例する成分となる。このことから、比較出力と基準出力に基づけば、機械シャッターの影の変位に応じた各領域の電荷の蓄積開始タイミングを正確に導出できることがわかる。なお、第一の面均一な光と第二の面均一な光の明るさが異なる場合でも、基準出力、比較出力のいずれかを増幅すれば同じ結果を得ることができる。

すなわち、比較出力と基準出力に基づいて先幕制御情報を編集することにより、機械シャッターの影に対して先幕としての電子シャッターを正確に適合させることができる。

（３）上記目的を達成するためのデジタルカメラにおいて、前記デジタルカメラに取り付けられた前記光学系ユニットに対応する前記先幕制御情報を編集する先幕制御情報編集ユニットをさらに備えてもよい。
デジタルカメラに実際に取り付けられている光学系ユニットを用いて先幕制御情報を編集することにより、より正確に、機械シャッターの影に対して電子シャッターを適合させることができる。また、光学系ユニットが着脱可能である場合、不特定多数の先幕制御情報を記憶しておかなくても、デジタルカメラに実際に取り付けられている光学系ユニットに応じた先幕制御情報を利用可能になる。

（４）上記目的を達成するためのデジタルカメラにおいて、前記光学系ユニットは前記デジタルカメラに着脱可能であって、前記記憶ユニットは、複数の前記先幕制御情報を記憶し、前記制御ユニットは、前記デジタルカメラに取り付けられた光学系ユニットの属性に応じて前記複数の先幕制御情報のいずれかを選択し、選択した前記先幕制御情報に基づいて前記電子シャッターを制御してもよい。
これにより、光学系ユニットが着脱可能であっても、実際に取り付けられている光学系ユニットに応じて電子シャッターを正確に適合させることができる。

（５）上記目的を達成するための先幕制御方法は、光学系ユニットを通過した光を受光して電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させる電子シャッターと、前記撮像素子に入射する光を遮る機械シャッターと、を備えるデジタルカメラの先幕制御方法である。そして、前記撮像素子が電荷の蓄積を開始するタイミングを領域毎に定める先幕制御情報であって所定の属性を有する前記光学系ユニットを通過した光を受光した前記撮像素子の出力に基づいて編集され前記光学系ユニットの当該属性に対応付けられている先幕制御情報を前記光学系ユニットの属性毎に記憶し、前記光学系ユニットの属性に対応する前記先幕制御情報に基づいて前記電子シャッターを制御する、ことを含む。
本発明によると、光学系ユニットの属性に応じて変わる機械シャッターの影に対して先幕としての電子シャッターを正確に適合させることができる。

（６）上記目的を達成するための先幕制御情報の編集方法は、光学系ユニットを通過した光を受光して電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させる電子シャッターと、前記撮像素子に入射する光を遮る機械シャッターと、前記光学系ユニットの属性に対応する先幕制御情報に基づいて前記電子シャッターを制御する制御ユニットと、を備えるデジタルカメラにおいて用いられる前記先幕制御情報の編集方法である。そして、所定の属性を有する前記光学系ユニットを通過した光を受光した前記撮像素子の出力に基づいて、前記光学系ユニットの当該属性に対応付けて編集される、ことを含む。
本発明によると、光学系ユニットの属性に応じて変わる機械シャッターの影に対して先幕としての電子シャッターを正確に適合させる先幕制御情報を編集することができる。

なお、各ユニットの機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせにより実現される。また、各ユニットの機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。さらに、本発明は先幕制御プログラム、先幕制御情報の編集プログラムまたはそれらの記録媒体としても成立する。むろん、その記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体であってもよい。

本発明の実施形態にかかるデジタルカメラを示すブロック図。 本発明の実施形態にかかる電荷蓄積時間の制御方式を説明するための平面図。 本発明の実施形態にかかる機械シャッターの特性を説明するための平面図。 本発明の実施形態にかかるエリアイメージセンサーの出力を示すグラフ。 本発明の実施形態にかかる機械シャッターの走行特性を示すグラフ。 本発明の実施形態にかかるエリアイメージセンサーの出力を示すグラフ。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。

１．第一実施例
（１）デジタルカメラの構成
図１は本発明の一実施形態にかかるデジタルカメラ１の構成を示すブロック図である。デジタルカメラ１には、図示しない筐体に光学系ユニット１０を着脱可能であって、機械シャッター１３、撮像素子としてのエリアイメージセンサー１５、画像処理のためのＡＳＩＣ２００、タイミングジェネレーター３０、表示部４０、メインＣＰＵ５０、ＶＲＡＭ５１、ＳＤ−ＲＡＭ５２、ＲＯＭ５３、ＲＡＭ５４、操作部５５等が備えられている。操作部５５はシャッターボタンと、モードを切り換えるためのモード切換手段としてのスイッチと、絞りとシャッター速度を切り換えるためのスイッチと、各種の設定メニューを操作するためのキーとを備えている。ユーザーは操作部５５に対する操作によってデジタルカメラ１に対して各種の指示を与えることができる。制御ユニットとしてのメインＣＰＵ５０は、ユーザーから与えられる指示に応じ、ＶＲＡＭ５１、ＳＤ−ＲＡＭ５２、ＲＡＭ５４を適宜利用してＲＯＭ５３に記録されたプログラムを実行可能である。当該プログラムによりメインＣＰＵ５０は、操作部５５に対する操作に応じて機械シャッター１３を駆動し、エリアイメージセンサー１５にて撮影された被写体を示す画像データを生成する機能を実行する。記憶ユニットとしてのＲＯＭ５３には、機械シャッター１３を制御するための先幕制御情報が記録されている。

光学系ユニット１０は、レンズ１１、絞り１２、レンズ駆動回路１１ｃ、絞り駆動回路１２ａ、レンズＣＰＵ１６等を備える。光学系ユニット１０は、デジタルカメラ１の図示しない筐体に交換可能に取り付けられる。レンズ１１は図１では簡略化して１枚のレンズで表しているが、光軸方向に並べられた複数枚のレンズを含み、各レンズは外縁部で支持される。レンズ駆動回路１１ｃは、光軸方向に少なくとも１枚のレンズを移動させることにより、エリアイメージセンサー１５に被写体を結像させたり、ズーム倍率を調整する。絞り１２は、開口径を変化させることのできる複数の遮光板で構成されている。絞り駆動回路１２ａは、絞り１２を駆動して絞り１２の開口径を制御する。レンズＣＰＵ１６は、メインＣＰＵ５０と通信可能に接続され、光学系ユニット１０の属性としてのレンズＩＤ、レンズの操出量、ズーム位置、絞りの開口径等を示す属性値をメインＣＰＵ５０に通知する。

光学系ユニット１０とエリアイメージセンサー１５の間には、機械シャッター１３およびローパスフィルター１４が備えられている。機械シャッター１３は先幕と後幕とを備えるフォーカルプレーン型である。メインＣＰＵ５０の指示に従ってシャッター駆動回路１３ａが先幕と後幕を駆動することで、レンズ１１を通過した光がエリアイメージセンサー１５を照射する状態と、レンズ１１を通過した光を機械シャッター１３の先幕と後幕の少なくとも一方で遮光する状態と、を切り替えることができる。

エリアイメージセンサー１５としては、例えば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、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサー等の固体撮像素子が用いられる。エリアイメージセンサー１５の画素の位置は直交座標系における座標で規定され、一方の座標軸に平行な方向に並ぶ複数の画素によってラインが構成され、複数のラインが他方の座標軸に平行な方向に並ぶように構成されている。本明細書では、ラインに平行な方向を水平方向、ラインに垂直な方向を垂直方向と呼ぶ。また本実施形態においてエリアイメージセンサー１５の全画素によって構成される１画面を１フレームと呼ぶ。

エリアイメージセンサー１５はタイミングジェネレーター３０が出力する各種信号に同期した動作を行う。エリアイメージセンサー１５は、垂直同期信号SVsyncに応じて１フレーム分の出力データSDの出力を開始し、水平同期信号SHsyncにて規定される期間内にドットクロック信号SDotclockに応じたタイミングでエリアイメージセンサー１５の１ライン分の画素に対応するフォトダイオードの検出結果を示す出力データSDを逐次読み出す。またエリアイメージセンサー１５は、水平リセット信号（SHreset）に応じて、対応する１ライン分のフォトダイオードの電荷を破棄する。

表示部４０は、被写体を示す画像を表示してユーザーに記録前の被写体を把握させるディスプレイユニットである。表示部４０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４０ａ，液晶パネル４０ｂ等を備えている。液晶パネルドライバー４０ａは、各サブピクセルに電圧を印加して液晶を駆動するための信号を液晶パネル４０ｂに対して出力する。液晶パネルドライバー４０ａは、液晶パネル４０ｂにおける表示を行うための各種信号、例えば、１フレーム分の表示を行うための期間を規定する垂直同期信号（DVsync）、１ライン分の表示を行うための期間を規定する水平同期信号（DHsync）、各ライン内での画像データの取り込み期間を規定するデータアクティブ信号（DDactive）、各画素の画像データの取り込みタイミング等を規定するドットクロック信号（DDotclock）、各画素の画像データ（DD）を出力するように構成されている。

ＡＳＩＣ２００は、画像データ生成部２０と画像データ出力部２０１を備えている。画像データ生成部２０は、画素補間部２０ａ、色再現処理部２０ｂ、フィルター処理部２０ｃ、ガンマ補正部２０ｄおよびリサイズ処理部２０ｅを備えている。画素補間部２０ａ、色再現処理部２０ｂ、フィルター処理部２０ｃ、ガンマ補正部２０ｄおよびリサイズ処理部２０ｅは、ＳＤ−ＲＡＭ５２に予め確保された複数ライン分のラインバッファー５２ａ〜５２ｄを利用し、表示部４０にて被写体の像を表示するための画像データをパイプライン処理によって生成する処理を行う回路である。

具体的には、エリアイメージセンサー１５から出力データが出力されると画像データ生成部２０によって当該出力データがラインバッファー５２ａに一時記録される。画素補間部２０ａは、ベイヤー配列において各画素で欠落している２チャネルの色を生成するために必要な画素数のデータをラインバッファー５２ａから取り込みながら補間処理によって当該２チャネルの色を生成する。この結果、各画素において３チャネルのデータが生成される。次に、色再現処理部２０ｂは、生成されたデータに基づいて３×３の行列演算を行うことによって色再現処理とカラーマッチングのための色変換処理を同時に行う。これら一連の色変換処理によって生成されたデータはラインバッファー５２ｂに一時記録される。次にフィルター処理部２０ｃは、シャープネス調整やノイズ除去処理などをフィルター処理によって実行する。次にガンマ補正部２０ｄはエリアイメージセンサー１５の出力データの階調値が示す色と表示部４０で扱う画像データの階調値が示す色との特性差を補償するガンマ補正を実行する。ガンマ補正によって生成されたデータはラインバッファー５２ｃに一時記録される。次にリサイズ処理部２０ｅは、ラインバッファー５２ｃから読み込むデータに対して、リムーバブルメモリ５６への画像データの記録サイズや表示部４０の画面サイズに応じて縮小処理を実施する。縮小された画像データはラインバッファー５２ｄに一次記憶される。

画像データ出力部２０１は、ライブビュー表示モードにおいて、ラインバッファー５２ｄに記録された画像データ（DD）を表示部４０に対して線順次に出力する。この結果、エリアイメージセンサー１５で撮影された被写体の像が液晶パネル４０ｂに表示される。また、画像データ出力部２０１は、液晶パネル４０ｂの表示を行う際に、ＶＲＡＭ５１に記録されたＯＳＤデータを画像データ（DD）として表示部４０に対して線順次に出力する。この結果、撮影条件等の文字が液晶パネル４ｂに表示される。また、画像データ出力部２０１は、記録モードにおいて、ラインバッファー５２ｄに記録された画像データ（DD）をリムーバブルメモリ５６に記録する。

（２）電子先幕制御方法
ライブビュー表示モードにおいてユーザーが操作部５５のシャッターボタンを操作して記録指示を行った場合、画像データがリムーバブルメモリ５６に記録されるまでの期間中、ライブビュー表示モードから記録モードに一時的に遷移する。記録モードにおいて、メインＣＰＵ５０は、次のように機械シャッター１３、タイミングジェネレーター３０、ＡＳＩＣ２００を制御して画像データをリムーバブルメモリ５６に記録する。なお、本実施例では露光時間が短く、電子シャッターによる先幕と機械シャッターによる後幕を用いる電子先幕制御方法について説明する。

まず記録指示が行われるとき、機械シャッター１３は光学系ユニット１０からエリアイメージセンサー１５への光路を開いた状態にあるため、エリアイメージセンサー１５には光が入射しており、各画素は受光量に応じた電荷を蓄積している。そしてユーザーがシャッターボタンを押しきることによって行われる記録指示に先行して、ユーザーがシャッターボタンを所定量押し下げることによってフォーカスロック指示が行われる。フォーカスロック指示が行われると、メインＣＰＵ５０は撮影条件を取得する。撮影条件には、光学系ユニット１０の種類と状態（レンズの操出量、絞りの開口径、ズーム位置等）を示す光学系ユニット１０の属性と、シャッター速度とが含まれている。次にメインＣＰＵ５０は、シャッター速度と光学系ユニット１０の属性に対応する先幕制御情報を取得する。

ユーザーがシャッターボタンを次の所定位置まで押しきると、取得した先幕制御情報によって定められるタイミングにおいてタイミングジェネレーター３０からエリアイメージセンサー１５の各ラインに水平リセット信号を出力させる。水平リセット信号が入力されると、エリアイメージセンサー１５の対応するラインを構成する全画素において、蓄積されていた電荷が一旦全て破棄され、その後に再び電荷の蓄積が開始される。すなわち、タイミングジェネレーター３０は、エリアイメージセンサー１５の領域毎に電荷の蓄積を開始させる電子シャッターとして機能する。最初の水平リセット信号がエリアイメージセンサー１５に入力されてからシャッター速度に対応する所定の時間が経過すると、メインＣＰＵ５０は光学系ユニット１０を通過した光を機械シャッター１３の後幕によって遮らせる。

図２は、エリアイメージセンサー１５と機械シャッター１３の後幕とをレンズ１１側からレンズ１１の光軸方向に見た模式的な平面図である。図２に示す矢印Ｓは機械シャッター１３の後幕の走行方向を示している。ｘｙ軸は、エリアイメージセンサー１５の画素の位置を示すための座標軸である。ｘ軸はラインに平行であり、ｙ軸は画像の上から下に向かって増加するようにエリアイメージセンサー１５の下から上に向かって正方向がとられている。そして矢印Ｓで示すように、機械シャッター１３の後幕はエリアイメージセンサー１５の下から上に向かって走行する。

先幕に相当する水平リセット信号は、機械シャッター１３の後幕に先行するように、エリアイメージセンサー１５の下から上に向かって順次エリアイメージセンサーに入力される。エリアイメージセンサー１５の撮像領域ａのうち電荷蓄積領域ｂは、水平リセット信号が入力されたことによって、記録される画像データの画素値に対応する電荷を蓄積している領域である。電荷蓄積領域ｂは、時間の経過に伴ってエリアイメージセンサー１５の下から上に向かって拡張していく。このとき、電荷蓄積領域ｂの先端の位置は、先幕制御情報に定められたタイミングで１ラインずつ上昇するが、そのタイミングは機械シャッター１３の走行速度に合わせられている。具体的には、露光ムラは各画素の電荷蓄積時間の不一致によるものであるため、各画素の電荷蓄積時間が一致するように水平リセット信号の出力タイミングが定められるのである。したがって、機械シャッター１３の後幕の走行速度が一定でない場合は、電荷蓄積領域ｂの先頭ラインと後幕の先端との距離は後幕の走行速度に応じて増減する。ここで電荷蓄積時間は、ある画素に水平リセット信号が印加されてから、その画素に機械シャッター１３の後幕の影の先端が到達するまでの期間である。したがって、各画素に機械シャッター１３の後幕の影の先端が到達するタイミングから一定時間前のタイミングに水平リセット信号が印加されるように、先幕制御情報で水平リセット信号のタイミングを定めることになる。

図３は、レンズ１１、機械シャッター１３およびエリアイメージセンサー１５をｘ軸方向から見た模式図である。図３において、レンズ１１ａは焦点距離が相対的に短いレンズを示し、レンズ１１ｂは焦点距離が相対的に長いレンズを示している。図３Ａに示すように、機械シャッター１３の後幕の先端がレンズ１１の光軸を横切るまでは、機械シャッター１３の後幕の影の先端は、機械シャッター１３の後幕自体よりも遅く走行する。そして、焦点距離の長いレンズ１１ｂを通る光によって投影される機械シャッター１３の後幕の影の方が、焦点距離の短いレンズ１１ａを通る光によって投影される機械シャッター１３の後幕の影よりも速く走行する。一方、図３Ｂに示すように機械シャッター１３の後幕の先端がレンズ１１の光軸を横切った後は、機械シャッター１３の後幕の影の先端は、機械シャッター１３の後幕自体よりも速く走行する。そして、焦点距離の短いレンズ１１ａを通る光によって投影される機械シャッター１３の後幕の影の方が、焦点距離の長いレンズ１１ｂを通る光によって投影される機械シャッター１３の後幕の影よりも速く走行する。このように機械シャッター１３の後幕の影の走行速度は、後幕の走行速度と一致しないし、レンズ１１の焦点距離によっても異なる。また、機械シャッター１３の後幕の影の走行速度は、レンズ１１の操出量やあおり角度によっても異なる。さらにまた、絞り１２の開口径によっても異なる。

したがって、ある画素に水平リセット信号が印加されてから、その画素に機械シャッター１３の後幕の影の先端が到達するまでの期間を全画素について一定にするためには、機械シャッター１３の後幕の走行特性のみならず、レンズ１１の焦点距離、操出量、あおり角度および絞り１２の開口径に応じて水平リセット信号のタイミングを個別に定める必要がある。しかし、これらの光学系ユニット１０の属性値に基づいて水平リセット信号のタイミングを正確に導出することは、設計仕様値に対応する属性値と製造公差によって個体毎に異なる実際の値との誤差や、導出過程で生ずる計算誤差があるため、極めて困難である。そこで本実施形態では、光学系ユニット１０の属性値を計算自体に利用するかわりに、リニアイメージセンサー１５の出力に基づいて、水平リセット信号のタイミングを次のように定める。

水平リセット信号のタイミングを定める先幕制御情報は、デジタルカメラ１に光学系ユニット１０を取り付けた状態で編集され、ＲＯＭ５３に記憶される。特定の光学系ユニット１０の属性に対応する先幕制御情報を編集するために、少なくとも２回、エリアイメージセンサー１５において電荷を蓄積させて出力させる。

１回の出力は、面均一な光を特定の属性の光学系ユニット１０に入射させたとき、エリアイメージセンサー１５の全ラインに一定期間だけ電荷を蓄積させて得る。この出力が基準出力となる。基準出力は機械シャッター１３の後幕の走行特性と実質的に無関係に定める必要があるため、機械シャッター１３の後幕と先幕の走行間隔を長くして各ラインの露光時間を長く制御することが好ましい。

別の１回の出力は、面均一な光を当該光学系ユニット１０に入射させたとき、エリアイメージセンサー１５を照射する光を、エリアイメージセンサー１５の全ラインが同時に電荷の蓄積を開始した後に所定のシャッター速度で駆動される機械シャッター１３の後幕で遮って得る。この出力が比較出力となる。タイミングジェネレーター３０から水平リセット信号をエリアイメージセンサー１５の全ラインに同時に印加することにより、エリアイメージセンサー１５の全ラインが同時に電荷の蓄積を開始する。その後にエリアイメージセンサー１５の各ラインに入射する光を機械シャッターの後幕で遮ることで電荷の蓄積を終了し、その結果蓄積された電荷が比較出力としてエリアイメージセンサー１５から出力される。したがって比較出力は機械シャッター１３の後幕の走行特性を示すものとなる。なお、基準出力を得るために用いる面均一な光と、比較出力を得るために用いる面均一な光の特性は、同一であることが好ましいが、同一でない場合は基準出力及び比較出力を正規化すればよい。また、後幕としての機械シャッター１３の走行開始タイミングは、各ラインに電荷を蓄積させる時間の長さによって、電荷の蓄積タイミングよりも先行する場合もあれば、電荷の蓄積タイミング後になる場合もある。

図４は、特定の属性のレンズ１１が用いられたときの基準出力のうちエリアイメージセンサー１５の垂直方向に並ぶ１列分の画素領域の値を示すグラフである。横軸にはエリアイメージセンサー１５の各画素のｙ位置をとり、縦軸には画素値に対応する輝度をとっている。図４に示すように、基準出力はエリアイメージセンサー１５の垂直方向の中央領域で最大となり、垂直方向の両端部に向かって小さくなる。これは、レンズ１１の光軸から離れるほどエリアイメージセンサー１５への入射光量が低下するためである。したがって、基準出力のうち水平方向に並ぶ１列分、すなわち１ラインの値をとった場合も同様に、エリアイメージセンサー１５の水平方向の中央領域で最大となり、水平方向の両端部に向かって小さくなる。つまり、基準出力は、レンズ１１の光軸上の画素が最大値を取り、レンズ１１の光軸上の画素を中心としてエリアイメージセンサー１５の外側に向かうにつれて低くなる。ここで基準出力の最大値と基準出力の各画素の値との差分を周辺光量低下成分というものとする。各画素の基準出力は電荷の蓄積時間に比例するため、特定の面均一な光に対して特定の電荷蓄積時間を設定して基準出力の最大値を得ると、任意の電荷蓄積時間に対して得られる基準出力の最大値を導出することができる。

図５は機械シャッター１３の後幕の走行特性を示すグラフである。細線は後幕自体の走行特性を示し、太線は後幕の影の走行特性を示している。横軸には後幕が走行開始してから経過した時間をとり、縦軸には後幕の先端の変位をエリアイメージセンサー１５のｙ軸の変位としてとっている。既に述べたとおり、後幕自体の走行速度は、後幕の先端がレンズ１１の光軸を横切るまで後幕の影の走行速度よりも高く、後幕の先端がレンズ１１の光軸を横切った後には後幕の影の走行速度よりも低くなる。グラフは、後幕の先端変位がｙ＝ｙｃになったときに後幕の先端がレンズ１１の光軸を横切ったことを表している。なお、機械シャッター１３とレンズ１１とエリアイメージセンサー１５の位置が図３に示す関係にある場合には、後幕の先端がレンズ１１の光軸を横切ったときに後幕自体の変位と後幕の影の変位は一致する。しかし、後幕自体の変位と後幕の影の変位が一致するタイミングは、機械シャッター１３とレンズ１１とエリアイメージセンサー１５の位置関係によって変動し、必ずしも後幕の先端がレンズ１１の光軸を横切ったときに後幕自体の変位と後幕の影の変位が一致するわけではない。

図６に示す破線は、特定の属性のレンズ１１が用いられたときに得られる比較出力のうち垂直方向に並ぶ１列分の画素領域の値を示すグラフである。横軸にはエリアイメージセンサー１５の各画素のｙ位置をとり、縦軸には画素値に対応する輝度をとっている。全画素一斉に電荷の蓄積を開始するため、機械シャッター１３の後幕の影が相対的に早く到達する画素ほど、電荷蓄積時間が短くなり出力は相対的に小さくなる。また、機械シャッター１３の後幕の影が相対的に遅く到達する画素ほど電荷蓄積時間が長くなるため出力が相対的に大きくなる。すなわち、比較出力には各画素の電荷の蓄積開始から各画素に後幕の影が到達するまでの期間に比例する成分が含まれている。

基準出力には周辺光量低下成分が含まれているし、比較出力にも同様に周辺光量低下成分が含まれている。そこでまず、所定の電荷蓄積時間で得られる基準出力の最大値と各画素値の差分を、特定の属性を有する光学系ユニット１０に対応する周辺光量低下成分として導出する。次に、各画素について比較出力に周辺光量低下成分を加えると、後幕の影の走行特性に正確に対応するように比較出力を補正できる。なお、周辺光量低下成分の影響を除去するこれらの補正は画素値の対数をとって実施することが好ましい。各画素についてこのように補正した比較出力と一致する基準出力の最大値（なお、基準出力の最大値は電荷蓄積時間の関数であって、周辺光量低下成分を含んでいない。）に対応する電荷蓄積時間を導出すると、機械シャッター１３の後幕が走行開始してから各画素に機械シャッター１３の影が到達するまでの時間を導出できる。したがって、比較出力を得るときに用いたシャッター速度に対応する先幕制御情報は、このようにして導出する時間をエリアイメージセンサー１５の各ラインについて設定することによって編集することができる。

そして、光学系ユニット１０の属性を変更しながら、その属性毎にここまで述べた先幕制御情報の編集を実施することによって、光学系ユニット１０の属性毎に電荷の蓄積を開始するタイミングを設定した先幕制御情報を編集することができる。このようにして、光学系ユニット１０の属性毎に編集された先幕制御情報がデジタルカメラ１のＲＯＭ５３に記録される。そして、記録モードでは、使用されている光学系ユニット１０の属性に応じた先幕制御情報が参照され、先幕制御情報で定められたタイミングにおいてエリアイメージセンサー１５の各ラインに水平リセット信号が印加される。記録モードにおいて、最初に水平リセット信号が印加されるタイミングと、機械シャッター１３の後幕が走行を開始するタイミングの間隔を先幕制御情報に基づいて制御すると、エリアイメージセンサー１５の全画素における電荷蓄積時間は正確に一定となる。なお、既に述べたとおり、先幕制御情報に基づいて制御されると、最初に水平リセット信号が印加されるタイミングより早いタイミングで機械シャッター１３の後幕が走行開始する場合もある。また、一般的に、シャッター速度（露光時間）毎に機械シャッター１３の後幕自体の走行特性が変化することはない。そこで、シャッター速度（露光時間）毎に先幕制御情報を編集せずに、先幕制御情報によって決まるリセット信号の印加タイミングをシャッター速度（露光時間）に応じて全ラインについて一定量ずらしてもよい。また、上述した先幕制御情報の編集をシャッター速度毎に実施することにより、シャッター速度毎に電荷の蓄積を開始するタイミングを設定した先幕制御情報を編集してデジタルカメラ１のＲＯＭ５３に記録してもよい。

ところで仮に、面均一な光源を被写体として撮影した場合に一様な輝度値を持つ画像データが記録されることを目的とするならば、面均一な光源を被写体として撮影した場合には全画素に一定の電荷が蓄積されるように先幕制御情報を編集すべきである。しかし、本実施形態では全画素に一定の電荷が蓄積されるのではなく、全画素の電荷蓄積時間が一定になるように先幕制御情報を編集する。したがって本実施形態では、先幕制御情報に基づいて水平リセット信号をエリアイメージセンサー１５に印加し、エリアイメージセンサー１５に入射する光を機械シャッター１３の後幕によって遮って得られる画像データは、光学系ユニット１０の周辺光量低下特性を反映した画像を示す。すなわち、その画像は、面均一な光源を被写体としているにもかかわらず、中央が明るく、中央から周辺に向かって徐々に暗くなる。このような画像の特性はＡＳＩＣ２００による画像処理によって補正することも可能であるし、これを所謂レンズの味として補正しないことも可能である。

なお、これまでに述べた先幕制御情報の編集処理は、ユーザーの指示に応じて実行しても良いし、デジタルカメラ１の出荷前に初期設定作業として実行しても良い。例えば、先幕制御情報を編集するための先幕制御情報編集モードでデジタルカメラ１が動作するプログラムをＲＯＭ５３に記憶しておく。そして、そのプログラムをユーザーの指示に応じてメインＣＰＵ５０に実行させることでメインＣＰＵ５０を先幕制御情報編集ユニットとして機能させ、ユーザーが実際に使用する光学系ユニット１０に対応する先幕制御情報をＲＯＭ５３に記憶させても良い。また、例えば、工場出荷前に、そのようなプログラムをリムーバブルメモリ５６を用いてデジタルカメラ１に読み込ませた後にメインＣＰＵ５０で実行させることで、デジタルカメラ１に適合する様々な光学系ユニット１０のそれぞれに対応する先幕制御情報をＲＯＭ５３に記憶させても良い。また例えば、デジタルカメラ１の標準固体と、デジタルカメラ１に適合する様々な光学系ユニット１０の標準固体とを利用して先幕制御情報を編集し、このように編集された先幕制御情報をデジタルカメラ１の全ての固体のＲＯＭ５３に記憶させても良い。

また、属性が互いに異なる複数種類の光学系ユニット１０のそれぞれに対して固有の先幕制御情報をＲＯＭ５３に記憶させることにより、撮影に実際に使用する光学系ユニット１０に応じたいずれかの先幕制御情報を選択し、選択した先幕制御情報に基づいて水平リセット信号を印加するタイミングを制御することができる。ここで、メインＣＰＵ５０はレンズＣＰＵ１６から光学系ユニット１０の属性値を取得し、取得した光学系ユニット１０の属性値に応じて先幕制御情報を選択する。すなわち、デジタルカメラ１に取り付ける光学系ユニット１０を取り替えた場合には、最適な先幕制御情報が自動的に選択される。なお、ユーザーの指示に応じて先幕制御情報を選択してもよい。また、光学系ユニット１０が着脱不可能な場合や、ユーザーの指示に応じて先幕制御情報を編集する場合には、ただ一種類の光学系ユニット１０に応じた先幕制御情報だけをＲＯＭ５３に記録しても良い。ただし、この場合であっても、レンズ１１の操出量や絞り１２の開口径などは可変であるため、これらの光学系ユニット１０に応じた先幕制御情報が参照されることはいうまでもない。

なお、先幕制御情報をどのようなまとまりでファイルとして管理するかや、どのようなデータ構造にするかは適宜選択すればよい。例えば、光学系ユニット１０の種類毎に、対応する光学系ユニット１０の属性値とシャッター速度を参照情報として、水平リセット信号のタイミングを定める別のファイルのアドレスを保持する多次元のルックアップテーブルをファイルとして保存しても良い。また光学系ユニット１０の種類も一次元の参照情報として、水平リセット信号のタイミングを定める別のファイルのアドレスを保持するルックアップテーブルをファイルとして保存しても良い。

１…デジタルカメラ、４ｂ…液晶パネル、１０…光学系ユニット、１１…レンズ、１１ａ…レンズ、１１ｂ…レンズ、１１ｃ…レンズ駆動回路、１２ａ…駆動回路、１３…機械シャッター、１３ａ…シャッター駆動回路、１４…ローパスフィルター、１５…エリアイメージセンサー、２０…画像データ生成部、２０ａ…画素補間部、２０ｂ…色再現処理部、２０ｃ…フィルター処理部、２０ｄ…ガンマ補正部、２０ｅ…リサイズ処理部、３０…タイミングジェネレーター、４０…表示部、４０ａ…液晶パネルドライバー、４０ｂ…液晶パネル、５２ａ…ラインバッファー、５２ｂ…ラインバッファー、５２ｃ…ラインバッファー、５２ｄ…ラインバッファー、５３…ＲＯＭ、５４…ＲＡＭ、５５…操作部、５６…リムーバブルメモリ、２００…ＡＳＩＣ、２０１…画像データ出力部、ａ…撮像領域、ｂ…電荷蓄積領域、１６…レンズＣＰＵ、５０…メインＣＰＵ

Claims (5)

1. 光学系ユニットを通過した光を受光して電荷を蓄積する撮像素子と、
   前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させる電子シャッターと、
   前記撮像素子に入射する光を遮る機械シャッターと、
   前記撮像素子が電荷の蓄積を開始するタイミングを領域毎に定める先幕制御情報を前記光学系ユニットの属性毎に記憶する記憶ユニットと、
   前記光学系ユニットの属性に対応する前記先幕制御情報に基づいて前記電子シャッターを制御する制御ユニットと、
   を備え、
   前記先幕制御情報は、
   第一の面均一な光を前記光学系ユニットに入射させたとき、領域毎に一定期間だけ前記撮像素子に電荷を蓄積させて得られる前記撮像素子の出力と、
   第二の面均一な光を前記光学系ユニットに入射させたとき、前記撮像素子を照射する光を、前記撮像素子の各領域が同時に電荷の蓄積を開始した後に前記機械シャッターで遮って得られる前記撮像素子の出力と、
   に基づいて編集され前記記憶ユニットに記憶される、
   デジタルカメラ。
2. 前記デジタルカメラに取り付けられた前記光学系ユニットに対応する前記先幕制御情報を編集する先幕制御情報編集ユニットをさらに備える、
   請求項１に記載のデジタルカメラ。
3. 前記光学系ユニットは前記デジタルカメラに着脱可能であって、
   前記記憶ユニットは、複数の前記先幕制御情報を記憶し、
   前記制御ユニットは、前記デジタルカメラに取り付けられた光学系ユニットの属性に応じて前記複数の先幕制御情報のいずれかを選択し、選択した前記先幕制御情報に基づいて前記電子シャッターを制御する、
   請求項１又は２に記載のデジタルカメラ。
4. 光学系ユニットを通過した光を受光して電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させる電子シャッターと、前記撮像素子に入射する光を遮る機械シャッターと、を備えるデジタルカメラの先幕制御方法であって、
   前記撮像素子が電荷の蓄積を開始するタイミングを領域毎に定める先幕制御情報であって、
   第一の面均一な光を前記光学系ユニットに入射させたとき、領域毎に一定期間だけ前記撮像素子に電荷を蓄積させて得られる前記撮像素子の出力と、
   第二の面均一な光を前記光学系ユニットに入射させたとき、前記撮像素子を照射する光を、前記撮像素子の各領域が同時に電荷の蓄積を開始した後に前記機械シャッターで遮って得られる前記撮像素子の出力と、
   に基づいて編集され前記光学系ユニットの当該属性に対応付けられている先幕制御情報を前記光学系ユニットの属性毎に記憶し、
   前記光学系ユニットの属性に対応する前記先幕制御情報に基づいて前記電子シャッターを制御する、
   ことを含む先幕制御方法。
5. 光学系ユニットを通過した光を受光して電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させる電子シャッターと、前記撮像素子に入射する光を遮る機械シャッターと、前記光学系ユニットの属性に対応する先幕制御情報に基づいて前記電子シャッターを制御する制御ユニットと、を備えるデジタルカメラにおいて用いられる前記先幕制御情報の編集方法であって、
   第一の面均一な光を前記光学系ユニットに入射させたとき、領域毎に一定期間だけ前記撮像素子に電荷を蓄積させて得られる前記撮像素子の出力と、
   第二の面均一な光を前記光学系ユニットに入射させたとき、前記撮像素子を照射する光を、前記撮像素子の各領域が同時に電荷の蓄積を開始した後に前記機械シャッターで遮って得られる前記撮像素子の出力と、
   に基づいて、前記光学系ユニットの当該属性に対応付けて編集される、
   ことを含む先幕制御情報の編集方法。

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