JP2017005563A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メカニカルシャッタと電子シャッタを併用する露出制御において、露光ムラのない撮影画像を提供する。【解決手段】電子シャッタとメカニカルシャッタとを併用した露出制御を行うデジタルカメラにおいて、メカニカルシャッタにおける後幕羽根２２Ａの先端部２２Ｔの基準ラインＨＬに対する傾斜角度αを撮影画像の両側部分の露光量の差から検出する。そして、検出された傾斜角度αに応じて、手振れ補正機構によりイメージセンサ３１をその角度分だけ傾斜させる。【選択図】図５

Description

本発明は、カメラなどの撮像装置に関し、特に、電子シャッタとメカニカルシャッタとを併用した露出制御に関する。

一眼レフ型のデジタルカメラでは、電子シャッタとフォーカルプレーンシャッタとを併用して露出制御を行うものがある。この場合、先幕を電子シャッタ、後幕をメカニカルシャッタで構成し、後幕の走行に先行して、ＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子に対し、画素のリセット走査をラインごとに行う。すなわち、電荷蓄積走査開始ラインを移動させていく。これにより、従来の先幕羽根と後幕羽根で構成したフォーカルプレーンシャッタと同様な露出制御を行なうことができる。

電子シャッタとメカニカルシャッタを併用した露出制御の場合、メカニカルシャッタは複数の部品により構成されているため、寸法誤差や組み立て誤差が生じる。そのため、後幕シャッタの先端面が撮像素子のライン方向に対して傾きが生じる。その結果、メカニカルシャッタの走査方向と電子シャッタの走査方向との間にずれが生じ、露光ムラが生じる。

このような走査方向と走行方向のずれを解消するため、後幕メカニカルシャッタの位置を調整可能な位置調整部を設けるカメラが提案されている（特許文献１参照）。そこでは、スリット形成羽根に連結するアーム部材を回転可能に支持する調整板を設け、その調整板に設けられた調整軸の位置を調整することでメカニカルシャッタの傾きを補正する。

特開２００８−２９９０８９号公報

メカニカルシャッタに対して傾き調整用の部材を設けても、その走行方向を精度よく電子シャッタの走査ラインに合わせることが難しい。また、調整部を設けることでメカニカルシャッタの構造が複雑となり、組み立て製造が煩雑となる。

したがって、メカニカルシャッタの構成を複雑化させることなく、シャッタ傾きに起因する露光ムラを抑えることが求められる。

本発明の撮像装置は、例えばＸ−Ｙアドレス型などの撮像素子の受光面を遮光する遮光部を有するメカニカルシャッタと、遮光部を走査方向に沿って走行させるとともに、その走行に合わせて、撮像素子の画素をラインごとに順次リセットする露出制御部と、撮像素子の位置を補正可能な制御部とを備える。例えばメカニカルシャッタは、先幕／後幕羽根などのように先端部分がライン状になっている遮光部を備え、先端部分は撮像素子の垂直方向に沿って走行する。ライン毎に順次リセットする電子シャッタを先に走査させてメカニカルシャッタを後から走行させてもよく、逆にメカニカルシャッタを先に走行させ、後から追うように電子シャッタを走査させてもよい。

本発明では、制御部が、遮光部先端面の基準ラインに対する傾きに応じて、撮像素子の位置を補正する。ここで、「基準ライン」とは、遮光部先端部分が本来傾いてなければそれに平行となるラインを示し、例えば、カメラの水平方向ラインに相当し、イメージセンサの水平方向（横方向）に沿ったラインに相当する。制御部は、撮像素子のリセット走査ラインと遮光部先端部分とが平行となるように、撮像素子を傾かせればよい。

制御部は、遮光部先端部分の基準ラインに対する傾きを、傾き補正しないで撮影したときに得られる画像の露光量に基づいて、取得することが可能である。また、撮像素子シフト型の手振れ補正機構を備えた撮像装置の場合、振れ補正機構を制御して撮像素子の位置を補正することができる。例えば、制御部は、検出される手振れ補正量に対し、前記遮光部先端部分の基準ラインに対する傾きに応じてオフセット調整を行うことができる。

撮像装置において水準器が備えられている場合、モニタなどに写し出される水平ラインと実際の水平方向とのずれを解消することを考慮すれば、制御部は、撮像装置に設けられた水準器の水平ラインを、傾きに応じてオフセット調整すればよい。

本発明の他の態様におけるプログラムは、撮像素子の受光面を遮光する遮光部を走査方向に沿って走行させるとともに、その走行に合わせて、撮像素子の画素をラインごとに順次リセットする露出制御手段と、撮像素子の位置を補正可能な制御手段として機能させ、遮光部先端部分の基準ラインに対する傾きに応じて、撮像素子の位置を補正するように、制御手段として機能させる。

このように本発明によれば、メカニカルシャッタと電子シャッタを併用する露出制御において、露光ムラのない撮影画像を得ることができる。

本実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。 手振れ補正機構を示した図である。 電子シャッタとメカニカルシャッタとを併用した露出制御を示した図である。 メカニカルシャッタの傾いた状態を示した図である。 イメージセンサを基準ラインから傾けた状態を示した図である。 システムコントロール回路によって実行される撮影および記録処理のフローチャートである。

以下では、図面を参照して本実施形態について説明する。

図１は、本実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。図２は、手振れ補正機構を示した図である。

デジタルカメラ１０は、ここでは一眼レフ型デジタルカメラで構成されている。ＡＳＩＣなどで構成されるシステムコントロール回路４０は、モードダイヤル、レリーズボタン、十字ボタン、実行ボタン（いずれも図示せず）などに対する入力操作に応じて、撮影動作、画像記録処理、再生表示処理などカメラ全体の動作制御を行なう。操作スイッチ５０は、これら一連の入力部材に対する入力操作を検出する。カメラ動作制御に関するプログラムは、ＲＯＭ（図示せず）などのメモリに記憶されている。

レンズ鏡筒１０’内の撮影光学系１２を通った被写体からの光は、クイックリターンミラーなどの可動ミラー１４によって光学ファインダ２０の方向へ導かれ、ピント板１６、ペンタゴナルダハプリズム１７を経由して接眼レンズ１８から射出する。これにより、ユーザは、接眼レンズ１８を通じて被写体像を視認することができる。

レリーズボタンが半押しされると、位相差式によるＡＦ処理が実行される。可動ミラー１４の下方に設けられたＡＦセンサモジュール（図示せず）によって合焦状態が検出されると、システムコントロール回路４０は、レンズ駆動回路１１を制御して撮影光学系１２のフォーカシングレンズを駆動し、焦点調整を行う。また、光学ファインダ２０内に設けられた測光部（図示せず）から出力される信号に基づいて被写体像の明るさが検出されるのに従い、シャッタスピード、絞り値などの露出値を演算する。

レリーズボタンが全押しされると、露出制御部４２は、シャッタ駆動回路２７、ミラー駆動回路２８、絞り駆動回路２９などを制御し、可動ミラー１４をアップして光路外へ退避させるとともに、演算された絞り値、シャッタスピードに基づいて絞り１３、シャッタ２２の開閉動作を行うとともにこれにより、撮影光学系１２を通った光が、イメージセンサ３２の受光面に結像される。

イメージセンサ３２は、ＣＭＯＳイメージセンサなどのＸ−Ｙアドレス型撮像素子によって構成されており、各画素の信号読み出しを独立して行うことができる。イメージセンサ３２の受光面上、すなわち撮影光学系側光路上には、ローパスフィルタなどの光学フィルタ２４が光軸に沿って配置されている。

イメージセンサ（ＩＳ）駆動回路３１’によってイメージセンサ３２から１フレーム分の画素信号が読み出されると、画像信号処理回路４４は、イメージセンサ３２から順次出力される１フィールド／フレーム分の画素信号に対してホワイトバランス調整、色変換処理などの画像信号処理などを施し、静止画像データを生成する。

静止画像データは、カメラ１０に着脱自在なメモリ（メモリカードなど）７０に記録される。ユーザによって再生モードが設定されると、メモリカード７０に記憶された一連の記録画像のうち選択された画像のデータが読み出され、記録画像がＬＣＤ６０に再生表示される。

図２に示すように、撮影光学系１２の後方に光軸に沿って配置された手振れ補正機構３０は、光軸垂直平面に沿った水平−垂直（Ｘ−Ｙ）方向に独立して移動可能な矩形状移動ステージ３１と、移動ステージ３１に対向配置される矩形状固定ステージ（ここでは図示せず）とを備える。カメラ本体上部に設けられた手振れボタン（図示せず）が操作されると、手振れ補正処理が実行される。

イメージセンサ３２は、移動ステージ３１の中央部に取り付けられており、イメージセンサ３２の側面には、Ｘ、Ｙ方向に沿ってボイスコイル３４Ｘ１、３４Ｘ２、ボイスコイル３４Ｙ１、３４Ｙ２がそれぞれ設置されている。固定ステージは、光軸方向に沿って移動ステージ３１に近接した状態で対向配置されており、イメージセンサ３２の受光面領域に合わせて開口部が形成されている。

ボイスコイル３４Ｘ１、３４Ｘ２に駆動電流（駆動信号）が流れると、ボイスコイル３４Ｘ１、３４Ｘ２は電磁石として機能し、コイル近傍において磁界変化が生じる。そして、ボイスコイルの設置位置に合わせて固定ステージに設けられた永久磁石（図示せず）との磁気相互作用により、移動ステージ３１がＸ−Ｙ方向に沿って移動する。

図１に示す角速度検出センサ３６は、カメラ１０の姿勢変動（ヨーイング、ピッチング、ローリングなど）を検知するジャイロセンサによって構成される。撮影時、システムコントロール回路４０は、検出された角速度信号に基づいて手振れ量（変位量）を演算し、手振れ補正（ＳＲ）駆動回路２６へ制御信号を出力する。これにより、手振れによる像ブレを相殺するように、移動ステージ３１が移動する。

例えば、カメラ１０が手振れによってローリングする（光軸Ｃ周りに回転する）場合には、移動ステージ３１を手振れ相殺方向に傾斜させることにより、イメージセンサ３２の位置は、手振れ補正のない状態の位置、すなわちカメラ本体に規定される基準となる横／水平方向ライン（Ｘ方向）に対し傾斜することになる。

移動ステージ３１のイメージセンサ１１周囲には、ホール素子などの磁気センサが３７Ｘ、３７ＹがＹ、Ｙ方向に沿ってそれぞれ配置されている。移動ステージ３１が移動すると、磁気センサ３７Ｘ、３７Ｙは、永久磁石に対する相対的位置変化に応じて磁界変化を検知する。システムコントロール回路４０は、磁気変化に基づいて移動ステージ３１の移動量を検出する。システムコントロール回路４０は、検出され移動量に基づいて手振れ補正機構３０をフィードバック制御する。

電子水準器（図１参照）８０は、カメラ１０の傾きを検出する。システムコントロール回路４０は、カメラ１０の傾きをＬＣＤ６０に表示させることが可能である。これにより、ユーザは水平ラインを確認しながら構図をとり、撮影することができる。

図３は、電子シャッタとメカニカルシャッタとを併用した露出制御を示した図である。図４は、メカニカルシャッタの傾いた状態を示した図である。

フォーカルプレーンタイプのシャッタ２２は、遮光部である矩形状後幕羽根２２Ａだけを備えた構成であり、後幕羽根２２Ａはセンサ垂直方向に沿って移動可能である。後幕羽根２２Ａは、開口部を形成したシャッタ地板（図示せず）に取り付けられたアーム（図示せず）によって支持されている。

撮影時、露出制御部４２は後幕羽根２２Ａを走行させるが、それに先立って、イメージセンサ３２の水平ラインごとに画素をリセットさせる電子シャッタ機能を利用したリセット走査を行う。そして、リセット走査ラインがイメージセンサ３２の垂直方向に沿って移動を追いかけるように、後幕羽根２２Ａを同じ方向に走行させる（以下では、ラインごとの画素リセットを行う電子シャッタを、先幕電子シャッタともいう）。なお、イメージセンサ３２に形成される被写体像は上下左右反転しているため、イメージセンサ３２下側から上側に向かって走査／走行させる。

先幕電子シャッタ（リセット走査ラインＬ）の走査スピードと同じスピードで後幕羽根２２Ａを走行させることで、露光領域ＳＬが移動していく。リセット走査ラインＬを通過してから後幕羽根２２Ａにおける細長平面状の先端部（遮光部先端部分）２２Ｔが通過するまでの期間が、露光期間（電荷蓄積期間）となる。

ここで、リセット走査ラインＬと後幕羽根２２Ａの先端部２２Ｔが互いに平行な場合には走査方向と走行方向一致し、露光領域ＳＬは幅一定となる。イメージセンサ３２が手振れ補正機構３０によって位置変動していない場合、イメージセンサ３２は、カメラ１０の水平方向ライン（筐体横方向）に平行であって光軸Ｃを通るライン（図２参照）を基準ラインＨＬとして、位置決めされており、イメージセンサ３２の行方向ライン、すなわちリセット走査ラインは基準ラインと平行にある。

しかしながら、後幕羽根２２Ａの先端部２２Ｔは、取り付け誤差などによって基準ラインＨＬから微小傾斜傾して位置決めされてしまう場合がある。その結果、後幕羽根２２Ａの先端部２２Ｔは基準ラインＨＬ、すなわちリセット走査ラインＬと平行にならない。これによって、走査ラインと走行ラインの間にずれが生じ、台形状の露光領域ＳＬ’が移動していくことによって、撮影画像の両側部分ＴＳ、ＴＲでは露光量の差が生じてしまう。ただし、図４では傾斜角度を誇張して描いている。

そこで本実施形態では、手振れ補正機構３０を利用してイメージセンサ３２を傾斜させ、リセット走査ラインＬと後幕羽根２２Ａの先端部２２Ｔが平行となるようにする。

図５は、イメージセンサ３２を基準ラインＨＬから傾けた状態を示した図である。事前に明るさ均一な被写体を撮影することにより、撮影画像の両側部分ＴＳ、ＴＲ（図４参照）の露光量差を検出し、後幕羽根２２Ａの先端部２２Ｔの基準ラインＨＬに対する傾斜角度αを求める。この傾斜角度αに基づいてイメージセンサ３２を光軸Ｃ周りに回転（ローリング）させる。これに伴い、システムコントロール回路４０は、水準器８０の水平ラインについて、傾斜角度α分だけオフセット調整する。

図６は、システムコントロール回路によって実行される撮影および記録処理のフローチャートである。

モード設定画面などにおいてユーザにより傾き検出モードが選択されると、レリーズボタン操作に従って１フレーム分の画像が取得されるとともに、撮影画像の両側部分の露光量差が検出される。これに基づき、後幕羽根２２Ａの先端部２２Ｔの傾き角度が検出される（Ｓ１０１）。そして、手振れ補正機構３０を制御することにより、イメージセンサ３２の位置を、検出された傾き角度分だけ補正する（Ｓ１０２）。

レリーズボタンが半押しされてＡＦ処理、露出値の演算が行われた後、レリーズボタンが全押しされると（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）、露出制御により、イメージセンサ３２におけるリセット走査ラインＬの移動速度がシャッタスピードに対応するように、ＩＳ駆動回路３１がイメージセンサ３２を駆動する。それとともに、後幕羽根２２Ａをシャッタスピードに従って走行させる（Ｓ１０６）。そして、イメージセンサ３２から読み出された１フレーム分の画像信号に基づいて生成された画像データを、メモリ７０に記録する（Ｓ１０７）。

なお、撮影時に手振れ補正機能がＯＮ状態に設定されている場合、検出された手振れ補正量に対し、先端部２２Ｔの傾き角度分だけオフセット調整される。これにより、像ブレを抑え、かつ露光量差が生じない撮影画像が得られる。

なお、露光量差の検出に関しては、出荷前の調整工程などにおいて一様面を撮影して検出し、そのデータをメモリにあらかじめ記憶させるようにしてもよい。この場合、ステップＳ１０３〜Ｓ１０７の実行となる。

このように本実施形態によれば、電子シャッタとメカニカルシャッタとを併用した露出制御を行うデジタルカメラ１０において、シャッタ２２における後幕羽根２２Ａの先端部２２Ｔの基準ラインＨＬに対する傾斜角度αを撮影画像の両側部分の露光量の差から検出する。そして、検出された傾斜角度αに応じて、手振れ補正機構３０によりイメージセンサ３２をその角度分だけ傾斜させる。

イメージセンサ３２の位置を調整することで電子シャッタのリセット走査ラインと遮光部の先端ラインとを平行にすることにより、メカニカルシャッタの機構を複雑にすることなく露光量ムラを抑えることができる。また、傾きがあるときの撮影画像における２次元的な露光量分布特性を利用して傾斜角度を求めることで、傾きを検出するための専用機構、電子部品などを用意する必要がない。

また、手振れ補正機構を利用してイメージセンサの位置を補正するため、イメージセンサ位置調整用の機構を特別に設ける必要がない。一方、水準器の水平ラインをイメージセンサの位置補正に応じてオフセット調整することにより、水準器に合わせて取得した撮影画像が、水平ラインと一致していないという事態を防ぐことができる。

傾き検出は、露光量差以外の方法（実測など）で検出してもよい。また、手振れ補正機構以外の機構によってイメージセンサ位置を変動させてもよい。また、シャッタの構成は実施形態以外の構成でも可能であり、リセット走査ライン（イメージセンサの行方向ライン）に沿って平行になるライン状部分をもつ遮光部で形成すればよい。

本実施形態では、電子シャッタを先に走査させてメカニカルシャッタが後から走行するように構成しているが、メカニカルシャッタを先に走行させ、それを追うように電子シャッタを走査させてもよい。

本実施形態では一眼レフ型デジタルカメラを対象としているが、それ以外の撮像装置などにも適用可能である。

１０ デジタルカメラ
２２ シャッタ（メカニカルシャッタ）
２２Ａ 後幕羽根（遮光部）
２２Ｔ 先端部（遮光部先端部分）
３０ 手振れ補正機構
３２ イメージセンサ
４０ システムコントロール回路（制御部）
４２ 露出制御部
８０ 水準器
ＨＬ 基準ライン
Ｌ リセット走査ライン

Claims (8)

1. 撮像素子の受光面を遮光する遮光部を有するメカニカルシャッタと、
   前記遮光部を走査方向に沿って走行させるとともに、その走行に合わせて、前記撮像素子の画素をラインごとに順次リセットする露出制御部と、
   前記撮像素子の位置を補正可能な制御部とを備え、
   前記制御部が、遮光部先端部分の基準ラインに対する傾きに応じて、前記撮像素子の位置を補正することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御部が、前記遮光部先端部分の基準ラインに対する傾きを、傾き補正しないで撮影したときに得られる画像の露光量に基づいて、取得することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御部が、前記撮像素子をシフトさせることが可能な手振れ補正機構を制御して前記撮像素子の位置を補正することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の撮像装置。
4. 前記制御部が、検出される手振れ補正量に対し、前記遮光部先端部分の基準ラインに対する傾きに応じてオフセット調整を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記制御部が、撮像装置に設けられた水準器の水平ラインを、傾きに応じてオフセット調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 前記制御部が、前記撮像素子のリセット走査ラインと、前記遮光部先端部分とが平行となるように、前記撮像素子を傾かせることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子が、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 撮像装置を、
   撮像素子の受光面を遮光する遮光部を走査方向に沿って走行させるとともに、その走行に合わせて、前記撮像素子の画素をラインごとに順次リセットする露出制御手段と、
   前記撮像素子の位置を補正可能な制御手段として機能させ、
   遮光部先端部分の基準ラインに対する傾きに応じて、前記撮像素子の位置を補正するように、前記制御手段として機能させることを特徴とするプログラム。