(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子と、
前記撮像素子の受光面を遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、
前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させるための走査のタイミングを制御する制御手段と、
前記撮像素子の目標露光時間を設定する設定手段と、
前記遮光羽根の走行方向の異なる位置に設けられた、当該遮光羽根の走行方向側の端が通過したことを検知する複数の検知部を有する検知手段と、
前記撮像素子の領域毎の、前記検知手段の検知結果に基づいて決定された前記電荷の蓄積を開始してから前記遮光羽根により遮光されるまでの露光時間と前記設定手段により設定された前記目標露光時間に対応した目標値との比を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された比に基づく補正値を用いて、前記撮像素子に蓄積された電荷に基づく画像データに対して輝度補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体輝度を取得する輝度取得手段を有し、
前記設定手段は、前記輝度取得手段により取得された前記被写体輝度に基づいて前記目標露光時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記画像データの領域毎に異なるゲイン補正を行うことで前記輝度補正を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の受光面を遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させるための走査のタイミングを制御する制御手段と、前記遮光羽根の走行方向の異なる位置に設けられた、当該遮光羽根の走行方向側の端が通過したことを検知する複数の検知部を有する検知手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像素子の目標露光時間を設定する設定ステップと、
前記撮像素子の領域毎の、前記検知手段の検知結果に基づいて決定された前記電荷の蓄積を開始してから前記遮光羽根により遮光されるまでの露光時間と前記設定ステップで設定された前記目標露光時間に対応した目標値との比を演算する演算ステップと、
前記演算ステップで演算された比に基づく補正値を用いて、前記撮像素子に蓄積された電荷に基づく画像データに対して輝度補正を行う補正ステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子における電荷の蓄積開始または読み出しのタイミングを制御する電子シャッター機能と、遮光羽根にて撮像素子の受光面を遮光するメカニカルシャッター機能とを併用した露光制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９、図１０は単板式のデジタル一眼レフカメラの概略構成を示す断面図である。図９は光学ファインダーを用いて被写体像を観察するときの状態を示したものであり、図１０は背面液晶モニターを用いて被写体像を観察するときの状態を示したものである。
【０００３】
１０１はカメラ本体であり、１０２はカメラ本体１０１に着脱可能な交換レンズ装置である。１０２は公知のマウント機構を介してカメラ本体１０１に電気的、機械的に接続された交換レンズ装置である。交換レンズ装置１０２の種類を取り替えることにより、異なる画角の撮影画像を得ることが可能である。交換レンズ装置１０２は内部の結像光学系１０３を光軸Ｌ１方向に沿って移動させることで、合焦状態を調節する。この結像光学系１０３には赤外線カットフィルターも形成されている。
【０００４】
１０６はパッケージ１２４に収納された増幅型固体撮像素子の１つであるＣＭＯＳプロセスコンパチブルのセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサと称する）である。ＣＭＯＳセンサは任意の画素へのランダムアクセスが可能であり、後述する表示装置１０７での表示用画像を生成するための間引き読み出しが容易であり、高いフレームレートでの画像読み出しが行える。
【０００５】
１５６は結像光学系１０３から撮像素子１０６に至る光路中に設けられた光学ローパスフィルターであり、撮像素子１０６上に、被写体から必要以上に高い空間周波数成分が伝達されないように構成されている。
【０００６】
１０７はカメラ本体１０１の背面に設けられた液晶モニターからなる表示装置であり、撮像素子１０６で捉えられた被写体の画像データはこの表示装置１０７上に表示される。
【０００７】
１１１は結像光学系１０３からの光束を分割し、その一部を光学ファインダーに導くための可動型のハーフミラーである。１０５は被写体の予定結像面に配置されたフォーカシングスクリーンであり、１１２はペンタプリズムである。
【０００８】
１０９はフォーカシングスクリーン１０５に投影された被写体の像を観察するためのレンズである。フォーカシングスクリーン１０５、ペンタプリズム１１２、レンズ１０９はファインダー光学系を構成する。ハーフミラー１１１の背後には可動型のサブミラー１２２が設けられ、ハーフミラー１１１を透過した光束のうち光軸に近い光束を焦点検出装置１２１に偏向している。本実施形態の焦点検出装置１２１は位相差検出方式の焦点検出を行っている。
【０００９】
ハーフミラー１１１とサブミラー１２２から成る光路分割手段は、図９に示す第１の状態と図１０に示す第２の状態の２通りのいずれかを選択的にとることができる。光路分割手段は、第１の状態では結像光学系１０３からの光束を分割して一方をファインダー光学系に導き、他方を焦点検出装置１２１に導く。また、第２の状態では結像光学系１０３からの光束をそのまま撮像素子１０６に導く。
【００１０】
不図示の電磁モータとギア列からなるミラー駆動機構は、ハーフミラー１１１とサブミラー１２２の位置を変化させ、これらで構成される光路分割手段の第１の状態と第２の状態とを切り替える。第１の状態は光学ファインダーを用いて被写体像を観察する場合に設定される。そして、第２の状態は表示装置１０７にて被写体を観察する場合、撮像素子１０６を用いて焦点検出動作や測光動作を行う場合、あるいは、動画を撮影する場合に設定される。
【００１１】
１１３は遮光手段としてのフォーカルプレンシャッター、１１９はカメラ本体の電源のオン、オフを切り替えるためのメインスイッチである。１２３は被写体を観察するために光学ファインダーを用いるか、表示装置１０７を用いるかを切り替えるためのファインダーモード切り換えスイッチである。以下、光学ファインダーを用いて被写体を観察させる設定を光学ファインダーモード、表示装置１０７を用いて被写体を観察させる設定を電子ファインダーモードと称することにする。１８０は光学ファインダーを用いて被写体を観察した場合に、シャッター速度や絞り値などの撮影パラメータを表示するための光学ファインダー内情報表示装置である。
【００１２】
電子ファインダー機能を備えるデジタルカメラには、光学ファインダー機能のみを備えるカメラに比較して、多くの種類のシャッター装置を適用することができる。
【００１３】
例えば、銀塩カメラで用いられている先幕と後幕を有するフォーカルプレーンシャッター装置を適用する形態が考えられる。
【００１４】
フォーカルプレーンシャッター装置は、シャッター基板に枢支した２組の羽根ユニットを有する。この羽根ユニットは複数に分割された遮光羽根群を２本のアームで各々回転可能に保持して平行リンクを形成している。一方の羽根ユニットは露光時にシャッター開口部を遮蔽状態から開放状態へ移行させる先羽根（先幕とも称する）として作用する。他方の羽根ユニットは露光時にシャッター開口部を開放状態から遮蔽状態へ移行させる後羽根（後幕とも称する）として作用する。先羽根と後羽根を構成する羽根ユニットは、所定方向への付勢力を与えるばね等の駆動源と制御マグネットに吸着保持されるアマーチャとを有した駆動部材にそれぞれ連結されている。
【００１５】
先羽根を構成する羽根ユニットは、撮影前に不図示のチャージレバーによって駆動部材のアマーチャが制御マグネットのヨーク吸着面に接触する撮影準備位置まで移動され、シャッター開口部を遮蔽した状態で保持される。後羽根を構成する羽根ユニットは、撮影前にやはり不図示のチャージレバーによって駆動部材のアマーチャが制御マグネットのヨーク吸着面に接触する撮影準備位置まで移動され、シャッター開口部を開放した状態で保持される。
【００１６】
不図示のシャッタースイッチが操作されることにより、チャージレバーは羽根ユニットをヨーク吸着面に保持する位置から退避する。それぞれの羽根ユニットは専用のコイルに通電された制御マグネットの磁力により、アマーチャが制御マグネットのヨーク吸着面に吸着した状態で保持される。そして、先に先羽根を構成する羽根ユニットに対応した制御マグネットの通電が断たれて先羽根がシャッター開口部を開放する。シャッター速度を基に設定された所定秒時後、後羽根を構成する羽根ユニットに対応した制御マグネットの通電が断たれて後羽根がシャッター開口部を遮蔽する。こうして撮像面が露光される。これら後羽根ユニットの走行が完了した後、再び不図示のチャージレバーにより、それぞれの羽根ユニットは撮影準備位置へ移動し、次の撮影まで待機する。
【００１７】
図１１に、このカメラにおける撮像素子の蓄積動作と、シャッター装置の先羽根、後羽根の走行タイミングを示す。横軸が時間であり、縦軸が撮像素子の撮像領域の上下方向での位置、つまり、羽根の走行方向における位置を示している。Ｍ１０１は露光開始位置として機能する先羽根の最後部のスリット形成端の位置を示し、Ｍ２０１は遮光開始位置として機能する後羽根の最前部のスリット形成端の位置を示す。Ｅ１０１は撮像素子の蓄積を開始するためのリセット動作のタイミングを示し、Ｅ２０１は撮像素子に蓄積された電荷に相当する信号を得るための読み出し動作のタイミングを示す。撮像素子はシャッター装置の先羽根が走行を開始する前に蓄積動作を開始しており、先羽根、後羽根の両方が走行を完了した後に撮像素子の読み出し動作を行っている。つまり、撮像素子が蓄積動作を行っている期間には、先羽根、後羽根の両方が走行する期間が包含されていることになる。
【００１８】
このような構成のカメラにて電子ファインダーモードを実施しようとすると、表示装置１０７にて被写体を観察する期間は、撮像素子で被写体像を捕らえるために先羽根がシャッター開口部から退避している必要がある。
【００１９】
先羽根をシャッター開口部から退避させるには、チャージレバーを羽根ユニットがヨーク吸着面に保持される位置から退避させ、先羽根の制御マグネット用のコイルへの通電を解除し、先羽根を走行させる。このとき後羽根の制御マグネット用のコイルへの通電は継続し、後羽根をシャッター開口部から退避した位置に保持したままとする。
【００２０】
電子ファインダーモードの間、先羽根用の制御マグネットのヨーク吸着面は剥き出しの状態となり、撮影が終了して再び羽根ユニットが撮影準備位置へ移動されるまでこの剥き出しの状態は続く。撮影者が構図を決めるまでに時間を要すれば、それだけ制御マグネットのヨーク吸着面が剥き出しになる時間が長くなる。そのため、制御マグネットのヨークの吸着面へゴミが侵入する可能性が高くなり、このゴミに起因した先羽根の吸着不良によってシャッター秒時精度が悪化したり、吸着不良によってアマーチャ自体を保持できなくなるといった不都合が生じる可能性がある。
【００２１】
そこで、このような課題を生じない構成として、特開平１１−４１５２３号公報に開示されたシャッター装置を備えることが考えられる。
【００２２】
このシャッター装置は後羽根としての羽根ユニットのみを備え、ＸＹアドレス型の撮像素子の電荷蓄積開始を後羽根の走行特性に一致させることで撮像素子の露光時間を制御している。
【００２３】
図１２に、このカメラにおける撮像素子の蓄積動作と、シャッター装置の後羽根の走行タイミングおよび走行特性を示す。Ｍ２０２は遮光開始位置として機能する後羽根の最前部のスリット形成端の位置を示す。Ｅ１０２は撮像素子の蓄積を開始するためのリセット動作のタイミングを示し、Ｅ２０２は撮像素子に蓄積された電荷に相当する信号を得るための読み出し動作のタイミングを示す。撮像素子は、設定されたシャッター速度に応じて、シャッター装置の後羽根が走行を開始するよりも所定秒時前に蓄積動作を開始する。この蓄積動作の開始のタイミングは、加速しながら走行する後羽根の走行特性にあわせて、すべての領域において露光量が均等になるように、撮像素子のライン毎に制御されている。撮像素子は後羽根としての羽根ユニットの走行が完了してから、蓄積された電荷の読み出しを行う。
【００２４】
この構成によれば、先羽根としての羽根ユニットが不要となり、スミアが発生しない動画撮影を行うことができ、さらに、十分な精度のシャッター動作で静止画撮影も行うことができることになる。さらに先羽根の吸着不良によってシャッター秒時精度の悪化したり、吸着不良によってアマーチャ自体を保持できなくなるといった不都合が生じることもない。
【００２５】
しかしながら、羽根ユニットはカメラ本体の姿勢や使用環境温度の変化などによって、その走行特性が変化するものであり、これらの影響を無視すれば、特に高速のシャッター速度が設定されたときに露光時間のムラによる影響が大きくなる。先羽根と後羽根の両方を機械的な羽根ユニットで構成した場合は、両方の羽根ユニットに対して均等な影響が及ぶことが多く、羽根ユニット間の走行特性の差異は気にせずとも、さほど問題は生じない。しかしながら、撮像素子によるリセット動作によって露光を開始するタイミングを制御する場合は、リセット動作と後羽根とで使用環境温度等が影響を与える程度が大きく異なってしまう場合があり、この影響を無視することはできない。
【００２６】
一方、特開２００１−２３５７７９号公報には先羽根としての羽根ユニットと、後羽根としての羽根ユニットの走行特性の差をフォトリフレクターを用いて検知し、これを次の羽根ユニットの駆動に反映させることが開示されている。
【００２７】
また、特開２００５−１５９４１８号公報には先羽根の羽根ユニットの走行特性を検知して、この検知結果を用いてリセット動作によって露光を開始するタイミングを制御することが開示されている。この構成は、撮影直前にこれから走行させる後羽根としての走行ユニットの走行特性を推定できるため、画面全体の露光時間のばらつきを低減できる可能性が高い。
【特許文献１】特開平１１−４１５２３号公報
【特許文献２】特開２００１−２３５７７９号公報
【特許文献３】特開２００５−１５９４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、特開２００１−２３５７７９号公報に開示された構成では、後羽根としての羽根ユニットが実際に走行してみないと、この羽根ユニットの走行特性を検知することはできない。よって、蓄積動作の開始のタイミングと羽根ユニットの走行特性の差分を求めたとしても、この結果が反映されるのは次回以降の撮影となる。この次回以降の撮影が羽根ユニットの走行特性を検知したときと同じ条件で撮影されるのであれば、精度の高い露光時間を確保できるが、必ずしもそうはならない。なぜなら、カメラの姿勢、使用環境温度、湿度、電源状態、作動回数、撮影間隔等の数多くの要因が羽根ユニットの走行特性に影響を与える可能性があるためである。
【００２９】
また、特開２００５−１５９４１８号公報に開示された構成では、リセット動作を行ってから後羽根が走行するまでの時間で露光時間を制御するにも関わらず、走行特性を検知するための先羽根としての羽根ユニットが必須となる。
【００３０】
本発明は、このような従来の問題点に着眼してなされたものであり、撮像素子の領域別に生じる露光時間のばらつきやズレを、従来よりも適正に補償することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記課題を解決するため、本願にかかる発明の１つは、受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の受光面を遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させるための走査のタイミングを制御する制御手段と、前記撮像素子の目標露光時間を設定する設定手段と、前記遮光羽根の走行方向の異なる位置に設けられた、当該遮光羽根の走行方向側の端が通過したことを検知する複数の検知部を有する検知手段と、前記撮像素子の領域毎の、前記検知手段の検知結果に基づいて決定された前記電荷の蓄積を開始してから前記遮光羽根により遮光されるまでの露光時間と前記設定手段により設定された前記目標露光時間に対応した目標値との比を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された比に基づく補正値を用いて、前記撮像素子に蓄積された電荷に基づく画像データに対して輝度補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置とするものである。
【００３２】
同様に上記課題を解決するため、本願にかかる発明の１つは、受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の受光面を遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、前記撮像素子の領域毎に電荷の蓄積を開始させるための走査のタイミングを制御する制御手段と、前記遮光羽根の走行方向の異なる位置に設けられた、当該遮光羽根の走行方向側の端が通過したことを検知する複数の検知部を有する検知手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、前記撮像素子の目標露光時間を設定する設定ステップと、前記撮像素子の領域毎の、前記検知手段の検知結果に基づいて決定された前記電荷の蓄積を開始してから前記遮光羽根により遮光されるまでの露光時間と前記設定ステップで設定された前記目標露光時間に対応した目標値との比を演算する演算ステップと、前記演算ステップで演算された比に基づく補正値を用いて、前記撮像素子に蓄積された電荷に基づく画像データに対して輝度補正を行う補正ステップと、を有することを特徴とするものである。
【００３４】
また、上記の画像画像データの補正方法をコンピュータに実行させるためのプログラムコードを備えたことを特徴とするプログラムとするものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、撮像素子の領域別に生じる露光時間のばらつきやズレを補償した画像データを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明を行う。以下ではデジタル一眼レフカメラを例にあげて説明を行うが、これに限られるものではない。電気信号としての画像データを出力する撮像素子を備え、遮光部材としての羽根ユニットを用いて撮像素子の露光時間を制御する構成を備えた撮像装置であれば、他の構成を有する撮像装置についても本発明を適用することは可能である。
【００３７】
本実施形態にかかるデジタル一眼レフカメラの概略構成は、従来の技術として説明した図９、図１０に示すものと同じである。つまり、ハーフミラー１１１とサブミラー１２２から成る光路分割手段を備え、図９に示す第１の状態と図１０に示す第２の状態の２通りのいずれかを選択的にとることができる構成を有している。また、光学ファインダーを用いて被写体を観察させる設定である光学ファインダーモードと、表示装置１０７を用いて被写体を観察させる設定である電子ファインダーモードを切り替える構成も有している。
【００３８】
図１に本実施形態にかかるデジタル一眼レフカメラ２００の回路のブロック図を示す。
【００３９】
２０１は結像光学系１０３を含むレンズ部であり、２０２はレンズ駆動装置である。レンズ駆動装置２０２がレンズ部２０１に含まれる不図示のズーム光学系、結像光学系１０３を移動させることによって、ズーム制御やフォーカス制御などが行われる。２０３は遮光手段としてのシャッター装置で、本実施形態では、一眼レフカメラに使用される所謂フォーカルプレーン型のシャッター装置の後羽根に相当する羽根ユニットを供えている。２０４はシャッター装置２０３を駆動するためのシャッター駆動装置であり、上述したチャージレバーや制御マグネットにて構成されている。
【００４０】
図２にシャッター装置２０３の概略構成を示す。３０１はシャッター地板、３０１ａは被写体にて反射された光束を通過させるためにシャッター地板３０１に形成されたシャッター開口部である。３０２は第１アーム、３０３は第２アームであり、それぞれシャッター地板３０１に設けられた軸の周りに回転自在に取り付けられている。３１１乃至３１４は後羽根であり、第１のアームに設けられたダボと第２のアームに設けられたダボによって、これらアームに対して回転自在に支持されている。第１のアーム３０２、第２のアーム３０３、および、遮光羽根としての後羽根３１１乃至３１４によって平行リンクを形成した羽根ユニットを構成する。
【００４１】
チャージレバーによって撮影準備位置へ移動された図２に示す状態から、シャッター駆動装置２０４の制御マグネット用のコイルの通電を切る。すると後羽根３１１、後羽根３１２、後羽根３１３、後羽根３１４の順にシャッター開口部３０１ａを覆い始める。３１１ａは後羽根３１１の進行方向先端のスリット形成端であり、後述の撮像素子２０５にて電荷蓄積が開始され、このスリット形成端３１１ａにて遮光されるまでの時間が、撮像素子の、その領域における露光時間となる。
【００４２】
なお、図２及び後述する図６に記載のシャッター装置２０３は、撮影準備位置では図２の下方に後羽根が位置し、撮影時にこの羽根ユニットが図２の上方に向かって移動する向きに記載されている。説明の便宜上の都合により、上述した図１１と図１２、後述する図７と図８では、撮影時に後羽根が図の上方から下方に向かって移動するものとして記載する。
【００４３】
図１に戻り、２０５は被写体からの光束を受光することにより、その光量に応じて電荷を蓄積し、これを基に被写体の画像データを生成する撮像素子であり、図９、図１０における撮像素子１０６に該当する。２０６は画像信号処理回路であり、撮像素子２０５より出力される画像データのアナログ信号を増幅する。また、画像信号処理回路２０６は画像データをアナログ信号からディジタル信号に変換をするＡ／Ｄ変換処理や、Ａ／Ｄ変換後の画像データに各種の補正処理を施したり、画像データに圧縮処理を施したりする。
【００４４】
２０７は固体撮像素子２０５、撮像信号処理回路２０６に、タイミング信号を出力するタイミング発生部であり、２０８は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部である。２０９は撮像装置全体の動作を統括して制御し、また、撮影パラメータや画像データの補正処理の係数を演算するための制御回路である。２１０は記録媒体２１１への画像データの記録、あるいは、記録媒体２１１から画像データの読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部である。２１１は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、２１２は外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部である。
【００４５】
２１３はペンタプリズム１１２の近傍に配置され、光学ファインダーモードのときに光学ファインダーに進入してきた光束を用いて被写体の輝度を測定する測光装置である。２１４は光学ファインダーモードのときにハーフミラー１１１およびサブミラー１２２にて反射された光束を用いて被写体の焦点状態を検出する焦点検出装置であり、図９、図１０の焦点検出装置１２１に該当する。２１５は重力センサーを用いてカメラ本体の向きを検知する姿勢検知装置である。２１６は電子ファインダーモードのときに被写体を動画として表示したり、撮影した画像を表示するための表示装置であり、図９、図１０の表示装置１０７に該当する。
【００４６】
次にＸＹアドレス型の撮像素子の走査方法について説明する。撮像素子の画素毎、または、ライン毎に蓄積された不要電荷を除去する走査（以下、リセット動作と称する）を実行する。そして、画素毎、または、ライン毎に信号電荷を読み出す走査を行うことで蓄積動作を終了する。このようにリセット走査と読み出し走査を撮像素子の領域別に時間差で行う機能を、以下、ローリング電子シャッターと称する。
【００４７】
続いて、図３、図４を用いてＸＹアドレス型の撮像素子の構造と駆動方法について述べ、ローリング電子シャッター動作を説明する。
【００４８】
図３はＸＹアドレス型の走査方法を採る撮像素子の構成を表したものである。４０１は単位画素である。４０２は光を電荷に変換するフォトダイオード（以下、ＰＤと称する）である。４０３は転送パルスφＴＸによってＰＤで発生した電荷を後述するＦＤに転送する転送スイッチである。４０４は電荷を一時的に蓄積しておく電荷検出部（以下、ＦＤと称する）であり、４０５はソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプである。４０６は選択パルスφＳＥＬＶによって画素を選択する選択スイッチであり、４０７はリセットパルスφＲＥＳによってＦＤに蓄積された電荷を除去するリセットスイッチである。ＦＤ４０４、増幅ＭＯＳアンプ４０５、及び後述する定電流源４０９でフローティングディフュージョンアンプが構成される。そして、選択スイッチ４０６で選択された画素の電荷が電圧に変換され信号出力線４０８を経て読み出し回路４１３に出力される。４０９は増幅ＭＯＳアンプ４０５の負荷となる定電流源である。
【００４９】
４１０は読み出し回路４１３から出力信号を選択する選択スイッチであり、水平走査回路４１４によって駆動される。また、４１２はスイッチ４０３、４０６、４０７を選択するための垂直走査回路である。
【００５０】
φＴＸ、φＲＥＳ、φＳＥＬＶそれぞれにおいて垂直走査回路４１２によって走査選択されたｎ番目の走査ラインをφＴＸｎ、φＲＥＳｎ、φＳＥＬＶｎとする。
【００５１】
図４は従来のローリング電子シャッター動作における駆動パルスと動作シーケンスを表したものである。なお図４では垂直走査回路４１２によって走査選択されたｎラインからｎ＋３ラインに関して記述している。
【００５２】
ローリング電子シャッター動作では、ｎラインにおいて、まず時刻ｔ４１からｔ４２の間、φＲＥＳｎとφＴＸｎにパルスを印加され転送スイッチ４０３及びリセットスイッチ４０７をオンにする。そして、ｎライン目のＰＤ４０２とＦＤ４０４に蓄積されている不用電荷を除去するリセット動作を行う。
【００５３】
リセット動作が行われると、時刻ｔ４２で転送スイッチ４０３がオフになり、ＰＤに発生した光電荷が蓄積される蓄積動作が開始される。次に時刻ｔ４４においてφＴＸｎにパルスを印加され転送スイッチ４０３をオンにし、ＰＤ４０２に蓄積された光電荷をＦＤ４０４に転送する転送動作を行う。なお、リセットスイッチ４０７は、転送動作に先んじてオフする必要があり、本図では、時刻ｔ４２で転送スイッチ４０３と同時にオフとなる。ここで、時刻ｔ４２から時刻ｔ４４までが蓄積時間となる。
【００５４】
ｎライン目の転送動作終了後φＳＥＬＶｎにパルスが印加され選択スイッチ４０６がオンすることにより、ＦＤ４０４で保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路４１３に出力される。読み出し回路４１３で一時的に保持された信号が水平走査回路４１２によって時刻ｔ４６より順次出力される。時刻ｔ４４の転送開始から時刻ｔ４７の読み出し終了までをｎラインでのＴ４ｒｅａｄとし、時刻ｔ４１から時刻ｔ４３までの時間をｎ＋１ラインでのＴ４ｗａｉｔとする。他のラインにおいても同様に、転送開始から読み出し終了までの時間がＴ４ｒｅａｄとなり、あるラインのリセット開始から次のラインのリセット開始までの間の時間がＴ４ｗａｉｔとなる。
【００５５】
このようにローリング電子シャッター動作では撮像素子の上下の領域で蓄積されるタイミングは異なるが、それぞれの蓄積に要する時間は撮像素子の上下の領域で等しくすることが可能である。
【００５６】
ここで、本実施形態においては、リセット動作によって電荷の蓄積動作を開始してから羽根ユニットによって遮光するまでの時間を変更することによって撮像素子の露光時間を制御する構成となっている。
【００５７】
この構成では、撮像素子をリセットしてから羽根ユニットによって遮光されるまでが実質的な撮像素子の露光時間となるため、蓄積に要する時間を撮像素子の上下の領域で等しくする必要はない。本実施形態では、撮像素子のＰＤとＦＤのリセット動作をライン毎に等間隔で行うのではなく、このリセット動作を後羽根の走行特性に合わせる必要がある。ここで、後羽根の走行特性とは、後羽根の走行時の、時間経過に対する後羽根の走行位置を示した特性のことである。
【００５８】
図５は本実施形態のローリング電子シャッター動作における撮像素子の駆動パルスと動作シーケンスを表したものである。図４と同様に、図５も垂直走査回路４１２によって走査選択されたｎラインからｎ＋３ラインに関して記述している。
【００５９】
電子先幕シャッターでは、ｎラインにおいて、まず時刻ｔ５１からｔ５２の間、φＲＥＳｎとφＴＸｎにパルスを印加され転送スイッチ４０３及びリセットスイッチ４０７をオンにする。これにより、ｎライン目のＰＤ４０２とＦＤ４０４に蓄積されている不用電荷を除去するリセット動作を行う。
【００６０】
時刻ｔ５２で転送スイッチ４０３がオフになり、ＰＤに発生した光電荷が蓄積される蓄積動作が始まる。次に時刻ｔ５４においてφＴＸｎにパルスを印加され転送スイッチ４０３をオンにし、ＰＤ４０２に蓄積された光電荷をＦＤ４０４に転送する転送動作を行う。なお、リセットスイッチ４０７は、転送動作に先んじてオフする必要があり、本図では、時刻ｔ５２で転送スイッチ４０３と同時にオフとなる。ここで、時刻ｔ５２から時刻ｔ５４までがｎラインの蓄積時間となる。
【００６１】
ｎライン目の転送動作終了後φＳＥＬＶｎにパルスが印加され選択スイッチ４０６がオンする事により、ＦＤ４０４で保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路４１３に出力される。読み出し回路４１３で一時的に保持された信号が水平走査回路４１２によって時刻ｔ５６より順次出力される。時刻ｔ５４の転送開始から時刻ｔ５７の読み出し終了までをＴ５ｒｅａｄとし、時刻ｔ５１から時刻ｔ５３までの時間をＴ５ｗａｉｔとする。この時刻ｔ５３で、ｎ＋１ライン目での蓄積動作が始まる。他のラインにおいても同様に、転送開始から読み出し終了までの時間はＴ５ｒｅａｄとなるが、あるラインのＰＤとＦＤのリセット開始から次のラインのＰＤとＦＤのリセット開始までの間の時間Ｔ５ｗａｉｔは等間隔とはならない。あるラインのＰＤとＦＤのリセット開始から次のラインのＰＤとＦＤのリセット開始までの間の時間Ｔ５ｗａｉｔは、後羽根の走行特性が通過するまでの時間が全てのラインでほぼ同じ間隔になるように、後羽根の走行特性に沿うようにそのタイミングを制御する。
【００６２】
しかしながら、後羽根の走行特性はある程度は予測できても、カメラの姿勢、使用環境温度、湿度、電源状態、作動回数、撮影間隔等の数多くの要因によって変化するため、撮像素子のリセット動作を後羽根の走行特性に一致させることは困難である。
【００６３】
そこで、本実施形態では後述する方法によって、撮像素子の領域毎の露光時間のばらつきやズレを低減させる処理を行っている。
【００６４】
ここで、本実施形態におけるデジタル一眼レフカメラの撮影時の動作について説明する。ここでは、ファインダーモードとして光学ファインダーモードが設定されている場合を例にあげて説明する。
【００６５】
メインスイッチ１１９が操作されて電源がオンすると、画像信号処理回路２０６やタイミング発生部２０７などの撮像系回路の電源がオンされる。
【００６６】
図示しないレリーズボタンが一段分押され、撮影準備動作に入ることを指示されると、制御回路２０９は測光装置２１３に測光を行わせて被写体輝度を判定する。制御回路２０９は判定した被写体輝度に応じて、適正なシャッター速度（以下、目標露光時間と称する）と絞り値を決定する。また、制御回路２０９は焦点検出装置２１４から出力された信号をもとに、被写体の高周波成分を取り出し、被写体までの距離を演算する。
【００６７】
レンズ部を駆動して主たる被写体と判定された対象が合焦状態となるよう、レンズ駆動装置２０２にレンズ部２０１の位置を調節させる。主たる被写体が合焦状態になると、音や焦点検出枠を点灯させる等の方法によってその旨を使用者に知らせる。
【００６８】
そして、カメラの姿勢、使用環境温度、湿度、電源状態、作動回数、撮影間隔等の複数の要因を記憶した補正テーブルを用いて後羽根である羽根ユニットの走行特性を推測し、撮像素子２０５のライン毎のリセット動作のタイミングを演算する。
【００６９】
図示しないレリーズボタンが更にもう一段分押され撮影を開始することを指示されると、制御回路２０９はハーフミラー１１１とサブミラー１２２から成る光路分割手段を跳ね上げて図１０に示す状態とする。
【００７０】
撮像素子２０５のリセット動作を開始し、決定された目標露光時間に応じた時間が経過した後、後羽根としての羽根ユニットの走行を開始させる。なお、羽根ユニットの走行を開始するタイミングは、シャッター駆動装置２０４に羽根ユニットの走行を開始させるための信号を出力してから後羽根３１１のスリット形成端が撮像素子２０５を覆うまでの時間も考慮されて決定される。
【００７１】
そして、羽根ユニットの走行が完了し、シャッター開口部３０１ａが後羽根３１１乃至３１４にて完全に覆われた後で、撮像素子２０５はライン毎に蓄積された電荷の読み出し走査を行う。
【００７２】
なお、ファインダーモードとして電子ファインダーモードが設定されている場合は、レリーズボタンが一段押されるよりも前にハーフミラー１１１とサブミラー１２２から成る光路分割手段を跳ね上げて図１０に示す状態とする。撮像素子２０５は読み出し動作を周期的に行い、表示装置２１６に被写体の画像を連続して表示する。そして撮像素子２０５から得られる画像データを基に適正なシャッター速度と絞り値を決定し、主たる被写体と判定された対象が合焦状態となるよう、レンズ駆動装置２０２にレンズ部２０１の位置を調節させる。そして、レリーズボタンが更に一段押されたタイミングにあわせて撮像素子２０５のリセット動作を行い、羽根ユニットを走行させる。
【００７３】
撮影動作が終了すると、撮像素子２０５から出力された画像データは画像信号処理回路２０６にて増幅され、さらに、Ａ／Ｄ変換され、制御回路２０９によりメモリ部２０８に書き込まれる。
【００７４】
その後、メモリ部２０８に蓄積された画像データは、制御回路２０９によって後述するゲイン補正が行われ、補正された画像データは記録媒体制御インターフェース部２１０を介して着脱可能な記録媒体２１１に記録される。
【００７５】
ここで、本実施形態においては、図６に示すように後羽根３１１のスリット形成端３１１ａが撮像素子２０５の撮像領域を覆い始める位置と、覆い終わる位置とに、羽根検知手段３２１、３２２を設けている。羽根検知手段３２１、３２２はそれぞれの位置で後羽根３１１のスリット形成端３１１ａが通過するタイミングを検知する。この羽根検知手段３２１、３２２は例えばフォトインタラプタを用いることが考えられる。
【００７６】
制御回路２０９は羽根検知手段３２１、３２２のそれぞれの検知位置に重畳するラインにおけるリセット動作のタイミングと、羽根検知手段３２１、３２２のそれぞれにて検知されたスリット形成端３１１ａの通過のタイミングの差分を求める。求められた２つの差分の値が、羽根検知手段３２１、３２２での実際の露光時間となる。
【００７７】
実際の露光時間と目標露光時間を比較し、比較結果に応じて、そのときの撮影によって得られた画像データに対して制御回路２０９がゲイン補正を行う。目標露光時間と、羽根検知手段３２１、３２２によって得られた実際の露光時間が等しければ、制御回路２０９によるゲイン補正は不要となる。しかしながら、羽根検知手段３２１によって得られた実際の露光時間と、羽根検知手段３２２によって得られた実際の露光時間の少なくとも一方が目標露光時間と異なるのであれば、画像データの領域毎に異なるゲイン補正を施して、画像データの輝度補正を行う。
【００７８】
図７に本実施形態における撮像素子の蓄積動作と、シャッター装置の後羽根の走行タイミングを示す。Ｍ２１は遮光開始位置として機能する後羽根の最前部のスリット形成端の理想的な位置を示し、Ｍ２２は後羽根の最前部のスリット形成端の実際の位置を示す。Ｅ１１は撮像素子の蓄積を開始するためのリセット動作のタイミングを示し、Ｅ２１は撮像素子に蓄積された電荷に相当する信号を得るための読み出し動作のタイミングを示す。羽根検知手段３２１は図７の撮像素子の最も上のライン、羽根検知手段３２２は図７の撮像素子の最も下のラインにて、後羽根３１１のスリット形成端３１１ａの通過を検知している。
【００７９】
撮像素子のリセット動作が最も上のラインから開始されてから、羽根ユニットによって撮像素子が覆われ始めるまでの目標値をｔ０１、実際に要した時間をｔＡとする。撮像素子のリセット動作が最も下のラインにて開始されてから、羽根ユニットによって撮像素子が覆い終わるまでの目標値をｔ０２、実際に要した時間をｔＢとする。
【００８０】
まず、ｔ０１に対するｔＡの値を、目標値に対する実際の羽根ユニットの走行開始タイミングのずれと考えられるため、画像データ全体に対して、露出時間が以下の式だけ変化しているとみなすことができる。
ｔＡ／ｔ０１    ・・・（１）
【００８１】
次に、羽根ユニットの目標値とする走行特性の形状に対する実際の走行特性の形状のずれは、羽根ユニットの走行特性を一次関数に近似することで、ライン毎に次式で求められる。
（ｔＢ−ｔＡ）／（ｔ０２−ｔ０１）×ｎ／Ｖ    ・・・（２）
ただし、Ｖは撮像素子のラインの総数であり、ｎは図７の上部からのライン数を表している。
【００８２】
この（１）式、（２）式で表される分だけ、撮像素子の各ラインにおける目標値に対して露光時間がずれている。そのため、この逆数を加味した以下の式で表されるゲイン補正を各ラインに相当する画素に対して行えば、露光時間を目標値に一致させたときの画像データに相当する画像データを得ることができる。
１／｛（ｔＡ／ｔ０１）×（ｔＢ−ｔＡ）／（ｔ０２−ｔ０１）×ｎ／Ｖ｝×Ｙ    ・・・（３）
ただし、Ｙは画像データのゲイン補正対象となる画素の輝度信号の値を表している。
【００８３】
図８に、この（３）式で表されるゲイン補正の概念を示す。撮影によって得られた画像データの輝度信号に対して、羽根ユニットの走行開始タイミングのずれと、一次式で近似された目標値に対する実際の走行特性の形状のずれを考慮して、ゲイン補正による輝度補正を行っていることを示している。
【００８４】
なお、実際の露光時間と目標露光時間の差分を補償するための方法はこれだけに限定されるわけではない。
【００８５】
例えば、（２）式は一次関数として求めたが、決定されたシャッター速度を考慮して二次以上の関数として求めても構わない。また（３）式の代わりに予めゲイン補正の値を補正テーブルに記憶しておき、目標露光時間、ｔ０１、ｔ０２、ｔＡ及びｔＢの値の組み合わせに応じて選択的にゲイン補正の値を読み出してもよい。さらに、羽根検知手段３２１と３２２の間に更に別の羽根検知手段を配置し、より多くの羽根検知手段の出力を用いて、更に正確な羽根ユニットの走行特性を演算しても構わない。
【００８６】
さらに後羽根だけでなく、露光時間の開始タイミングを規定する先羽根もシャッター装置の羽根ユニットによって構成した場合にも本発明を適用することが可能である。後羽根としての羽根ユニットと同様に、先羽根としての羽根ユニットの通過タイミングを検知することにより、２つの羽根ユニットの走行間隔の目標値に対する差分が求められる。さらに、上述の（２）式と同様に求めることで、２つの羽根ユニットの走行特性の差分も求められる。これらの差分を考慮したゲイン補正を撮影した画像に施すことで、先羽根として撮像素子の電子シャッター機能を用いた場合と同様に、撮像素子の領域別に生じる露光時間のばらつきを適正に補償することができる。
【００８７】
また、上述した羽根検知手段を用いずとも、羽根ユニットの走行特性を検知することはできる。例えば均一な輝度を備えた被写体に対して、撮像素子のリセット動作を開始し、決定された適当な時間が経過した後、後羽根としての羽根ユニットの走行を開始させる。撮像素子のリセット動作を行うタイミングが羽根ユニットの走行特性と一致していれば、このとき得られた画像データの輝度は、後羽根の走行方向において均一となるはずである。輝度が均一になっておらず、ばらつきが発生している場合は、そのばらつきから、リセット動作のタイミングに対する羽根ユニットの走行特性のずれを求めることが可能である。この方法によれば、羽根ユニットの動きを検知するための専用のセンサーを設けなくとも、撮像素子の出力を用いるだけで羽根ユニットの走行特性を求めることができる。
【００８８】
なお、上述の輝度補正の処理を、撮影したカメラとは別の装置上で行っても構わない。目標露光時間、ｔ０１、ｔ０２、ｔＡ及びｔＢに相当する値を撮影によって得られた画像データに付随して記録媒体に保存させ、この画像データを読み出した画像処理装置にて上述のゲイン補正を行うことも可能である。つまり、画像データが得られたときの撮像素子の領域別のリセット動作のタイミングを示す情報と、羽根ユニットの走行特性を示す情報があれば、これらの差分等の比較結果から画像データを生成した撮像装置とは別の画像処理装置で輝度補正することが可能である。このとき、上記の機能を達成するために画像処理装置に含まれるコンピュータが読み出すプログラムコードを備えたプログラムも本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本実施形態にかかるデジタル一眼レフカメラの回路のブロック図である。
【図２】本実施形態にかかるシャッター装置の概略構成を示す図である。
【図３】ＸＹアドレス型の走査方法を採る撮像素子の構成を示す図である。
【図４】従来のローリング電子シャッター動作における駆動パルスと動作シーケンスを示す図である。
【図５】本実施形態のローリング電子シャッター動作における撮像素子の駆動パルスと動作シーケンスを示す図である。
【図６】本実施形態におけるシャッター装置の羽根検知手段の配置位置を説明するための図である。
【図７】本実施形態における撮像素子の蓄積動作と、シャッター装置の後羽根の走行タイミングを示す図である。
【図８】本実施形態におけるゲイン補正の概念を示す図である。
【図９】光学ファインダーモードが設定された単板式のデジタル一眼レフカメラの概略構成を示す断面図である。
【図１０】電子ファインダーモードが設定された単板式のデジタル一眼レフカメラの概略構成を示す断面図である。
【図１１】従来のカメラにおける撮像素子の蓄積動作と、羽根ユニットを用いた先羽根、後羽根の走行タイミングを示す図である。
【図１２】従来のカメラにおける別の撮像素子の蓄積動作と、電子シャッター機能を用いた先羽根のリセット動作のタイミング、及び、羽根ユニットを用いた後羽根の走行タイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
２００  デジタル一眼レフカメラ
２０１  レンズ部
２０２  レンズ駆動装置
２０３  シャッター装置
２０４  シャッター駆動装置
２０５  撮像装置
２０６  画像信号処理装置
２０７  タイミング発生部
２０８  メモリ部
２０９  制御回路
２１０  記録媒体制御インターフェース部
２１１  記録媒体
２１２  外部インターフェース部
２１３  測光装置
２１４  焦点検出装置
２１５  姿勢検知装置
２１６  表示装置
３０１  シャッター地板
３０２  第１アーム
３０３  第２アーム
３１１、３１２、３１３、３１４  先羽根
３２１、３２２  羽根検知手段
【図１】
0004819524.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004819524.tif 000009
【図９】
0004819524.tif 000010
【図１０】
0004819524.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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