攝影裝置及攝影方法
2023-12-10 01:14:51
專利名稱：攝影裝置及攝影方法
技術領域：
本發明涉及利用電子快門和機械快門來控制曝光時間以對圖像進行攝影的技術。
背景技術：
現有技術中，提出了通過電子快門來控制使多個光電轉換元件的曝光開始的定時，通過機械快門來控制使曝光結束的定時的攝影裝置(參照專利文獻1 幻。在這樣的攝影裝置中，通過按照追隨於機械快門使曝光結束的定時的方式，由電子快門來控制使曝光進行開始的定時，從而實現有關各光電轉換元件的曝光時間的均勻化。專利文獻專利文獻1 JP特開平11-41523號公報專利文獻2 JP特開2006-101492號公報專利文獻3 JP特開2008-147979號公報然而，機械快門使曝光結束的定時依賴於遮光幕的運動，且具有非線形特性，因此難以按照完全追隨於機械快門使曝光結束的定時的方式，由電子快門來控制使曝光進行開始的定時。即，存在的問題在於，在具有非線形特性的定時必須使電子快門工作，從而高速進行工作的電子快門的控制電路的處理負荷變大。
發明內容
本發明就是鑑於上述課題而開發的，其目的在於減輕電子快門的控制負荷。為了實現上述目的，本發明的攝影裝置利用電子快門與機械快門對曝光時間進行控制。電子快門通過在多個光電轉換元件開始電荷的累積，從而使多個光電轉換元件開始曝光。機械快門通過使遮光部移動，來對到達多個光電轉換元件的光進行機械遮光，從而使多個光電轉換元件結束曝光。判定部判定曝光時間是比規定的閾值短還是長。在曝光時間比閾值短的情況下，在第1曝光開始定時，通過電子快門使多個光電轉換元件開始曝光，該第1曝光開始定時是對機械快門使多個光電轉換元件結束曝光的曝光結束定時進行追隨的曝光開始定時。另一方面，在曝光時間比閾值長的情況下，在第2曝光開始定時，通過上述電子快門開始多個光電轉換元件的曝光，該第2曝光開始定時對曝光結束定時的追隨度比第1曝光開始定時對曝光結束定時的追隨度低。另外，在本說明書中，所謂曝光是指，攝影光到達光電轉換元件且光電轉換元件根據該攝影光的光量來累積電荷的狀態。由於第2曝光開始定時與第1曝光開始定時相比，前者對曝光結束定時的追隨度低，因此，與在第1曝光開始定時使曝光開始的情況相比，在第2曝光開始定時使曝光開始的情況下的各光電轉換元件的曝光時間的誤差變大。另外，由於曝光開始定時通過電子快門而進行控制，曝光結束定時通過機械快門而進行控制，因此曝光開始定時和曝光結束定時之間基本上不進行追隨，在光電轉換元件之間會產生曝光時間的誤差。這是因為由於通過機械快門進行曝光的結束，是通過使遮光部進行物理上的運動來實現的，故而採用機械快門進行的曝光所結束的定時特性依賴於遮光部的加速運動特性，相對於此，通過電子快門進行的曝光所開始的定時不依賴於遮光部的加速運動特性。在此，即使在曝光時間產生誤差的情況下，曝光時間越長，曝光時間的誤差對曝光時間整體的影響越小。因此，在曝光時間比閾值長的情況下，即使在對曝光結束定時的追隨度低的第2曝光開始定時使曝光開始，因曝光時間的誤差所引起的曝光量的偏差也難以作為光量不均而被覺察到。因此，在曝光時間比閾值長的情況下，通過在第2曝光開始定時使曝光開始，從而能夠減輕使曝光開始的定時的控制負荷，以使得所攝影的圖像的光量不均不會成為問題。另一方面，在曝光時間比閾值短的情況下，通過在第1曝光開始定時使曝光開始，從而能夠抑制曝光時間的誤差，能夠抑制曝光量的偏差。作為第2曝光開始定時的適當例，也可以通過電子快門使元件面上所有的多個光電轉換元件的曝光同時開始。按照這樣，從而能夠大大減輕在曝光時間比閾值長的情況下的電子快門的控制負荷。如上述，由於通過機械快門進行的曝光結束的定時的特性依賴於遮光部的加速運動特性，通過電子快門進行的曝光所開始的定時不依賴於遮光部的運動性，因此難以使基於電子快門的第1曝光開始定時完全追隨於機械快門的曝光結束定時，即使在第1曝光開始定時使曝光開始，也難以使各光電轉換元件的曝光時間的誤差完全消除。因此，優選進行對由於多個光電轉換元件的第1曝光開始定時與曝光結束定時之差引起的曝光量的偏差進行抑制的補正。從而，能夠得到一種既抑制第1曝光開始定時對曝光結束定時的追隨度， 即抑制在第1曝光開始定時使曝光進行開始時的電子快門的控制負荷，同時獲得對曝光量的偏差進行了抑制的圖像。當然，對曝光量的偏差進行抑制的補正也可以在第2曝光開始定時使曝光開始的情況下進行。本發明的攝影裝置並非僅限於作為單個的裝置來實現，本發明的攝影裝置所具備的各機構也可以設置在其他裝置中。另外，權利要求書中所記載的各機構的功能也可採用由構成自身對功能進行特定的硬體資源、由程序對功能進行特定的硬體資源或者其組合來實現。另外，這些各機構的功能，並非僅限定於利用各自在物理上相互獨立的硬體資源來實現。進而，本發明作為攝影程序的記錄介質也成立。當然，該電腦程式的記錄介質既可以是磁記錄介質，也可以是光磁記錄介質，還可以是今後開發的任何記錄介質。
圖1是表示數位相機的框圖。圖2是區域圖像傳感器的示意圖。圖3是表示非追隨動作情況下的曝光的定時的曲線圖。圖4是追隨動作情況下的曝光的定時的曲線圖。圖5是區域圖像傳感器的示意圖以及曝光的定時的曲線圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，按照如下順序來說明本發明的實施方式。另外，對於各圖中相應的構成要素附加相同的符號，並省略重複說明。(1)攝影裝置的構成(2)電子快門的控制
(2-1)非追隨動作(全局快門動作)(2-2)追隨動作(滾動快門動作)(3)變形例 1(4)變形例 2(5)變形例 3(1)攝影裝置的構成圖1是本發明的一實施方式所涉及的攝影裝置1的框圖。本實施方式所涉及的攝影裝置1是具備EVF (Electronic View Finder 電子取景器)的無反射鏡數位相機。攝影裝置1具備光學系統10、區域圖像傳感器15、ASIC200、定時發生器30、顯示部40、CPU50、 SD-RAM52、R0M53、RAM54、操作部55、以及可移動存儲器56。CPU50適當地利用SD-RAM52禾口 RAM54來執行在R0M53中存儲的程序。通過該程序的功能，CPU50根據對操作部55的操作來執行生成表示由區域圖像傳感器15所攝影得到的被攝體的圖像數據的功能。另外，操作部55具備快門按鍵、用於設定曝光時間(快門速度)、光圈12的開口值或曝光值的度盤開關。光學系統10具備鏡頭11、光圈12、機械快門13、以及低通濾波器14。鏡頭11對攝影光進行聚光，以使被攝體的圖像成像在區域圖像傳感器15。鏡頭11和光圈12設置於互換式鏡頭單元中，該互換式鏡頭單元可互換地安裝於攝影裝置1的筐體中。低通濾波器 14通過對區域圖像傳感器15中攝影光的空間高頻成分進行遮斷，從而防止所攝影的圖像的莫爾條紋。光圈12將攝影光的光束取入。圖2A是表示從正面看區域圖像傳感器15的元件面的一部分的示意圖。區域圖像傳感器15是諸如將拜耳(Bayer)排列的濾色器、和用於累積與曝光量相應的電荷的多個光電轉換元件在規定的元件面排列的CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)圖像傳感器或CXD (Charge Coupled Device)圖像傳感器等固體攝像元件。在本實施方式中， 以下，以使用CMOS圖像傳感器的情況為例進行說明。在圖2A中，用正方形來表示各光電轉換元件，並示出在正方形的內側與各光電轉換元件對應地設置的濾色器的顏色(3信道 R(紅色)、G (綠色)、B (藍色))。區域圖像傳感器15的元件面上的多個光電轉換元件的配列位置用正交坐標來規定，由在與一方的坐標軸平行的方向進行排列的多個光電轉換元件來構成行，並且以多個行按照在與另一座標軸平行的方向進行並排的方式進行排列。在本說明書中，將與行平行的方向稱作水平方向，將與行垂直的方向稱作垂直方向。在本實施例的區域圖像傳感器15中，能夠以行為單位對累積在光電轉換元件的電荷進行重置(放電)。即，在屬於同一行的多個光電轉換元件中，將電荷相互同時重置， 並相互同時開始電荷的累積。「光電轉換元件的電荷累積的開始」意味著光電轉換元件中曝光的開始。例如，各光電轉換元件具備通過源極-漏極之間的導通而使電荷進行放電的重置用場效應電晶體，並且在屬於同一行的各光電轉換元件共用用於對重置用場效應電晶體的柵極施加電壓的布線。區域圖像傳感器15以行為單位來讀出在光電轉換元件中累積的電荷。另外，區域圖像傳感器15根據所需的畫質或速度，能夠不從所有行中進行讀出，而是進行間隔地讀出。並且，在光電轉換元件中，在進行電荷的讀出的情況下也將電荷重置。區域圖像傳感器15通過A/D轉換器等，將與所讀出的電荷對應的曝光量的灰度值A進行A/ D轉換後，生成與各像素建立對應的攝像數據。該攝像數據相當於本發明的圖像。攝像數據的像素與光電轉換元件是唯一對應的。從區域圖像傳感器15中讀出的攝像數據備份在 SD-RAM52中，並通過後述的ASIC200執行對攝像數據的各種圖像處理。圖2B是表示從正面看區域圖像傳感器15的元件面整體的示意圖。對於各行，附加隨著成為垂直方向的上方而逐次遞增1的行號L(1 Lmax)，對與行正交的垂直方向的列，附加隨著成為水平方向右側而逐次遞增1的列號C(1 Cmax)。另外，將垂直方向中央的行的行號L表示為Lmid，將水平方向中央的列的列號C表示為Cmid。機械快門13具備作為遮光部的遮光幕(在圖1中用陰影圖示)，遮光幕與排列有多個光電轉換元件的區域圖像傳感器15的元件面大致平行的平面板狀。通過該遮光幕，在排列有多個光電轉換元件的區域圖像傳感器15的元件面上形成曝光區域Rl和遮光區域R2。即，區域圖像傳感器15 的元件面上的遮光幕的陰影表示遮光區域R2。機械快門13按照如下方式使遮光幕執行動作。本實施方式的機械快門13是常開型，在攝影裝置1的電源關閉的狀態下，遮光幕通過卡合杆而卡合，並且通過永久磁鐵而進行吸附保持。遮光幕對抗在對攝影光整體進行遮光的位置而拉引遮光幕的彈簧的力量，通過卡合杆的卡合以及永久磁鐵的吸附而被卡合在攝影光的光徑的外側。而且，在攝影裝置1的電源打開的狀態下，解除由卡合杆進行的遮光幕的卡合。即使將基於卡合杆對遮光幕的卡合解除，也能通過永久磁鐵將遮光幕進行吸附保持，並繼續保持遮光幕對彈簧力的對抗。並且，當按下快門按鍵時，通過電子快門控制部30al使各光電轉換元件的曝光開始，進而當從曝光開始起經過與曝光時間對應的期間時，對於產生用以將吸附遮光幕的永久磁鐵的磁力抵消的磁力的電磁鐵供給電流，解除通過永久磁鐵所進行的對遮光幕的吸附保持。從而，遮光幕通過彈簧力而被移動，遮光幕移動至將攝影光整體遮光的位置。在圖2B中，示意性示出機械快門13通過彈簧力而使遮光幕移動，從而在區域圖像傳感器15的元件面上的曝光區域Rl與遮光區域R2之間的邊界B進行移動的樣子。在本實施方式中，電磁鐵將遮光幕向下方拉引，彈簧將遮光幕向上方拉引，從而在快門關閉時曝光區域Rl與遮光區域R2之間的邊界B從下方向上方(虛線箭頭的方向)進行移動。另外， 遮光幕從下方向上方平行移動，曝光區域Rl與遮光區域R2之間的邊界B保持與各行的方向平行地進行移動。通過遮光幕的移動使邊界B到達光電轉換元件，從而結束該光電轉換元件的曝光。由於曝光區域Rl與遮光區域R2之間的邊界B與各行的方向平行，因此屬於同一行的各光電轉換元件的曝光同時結束。定時發生器30具備傳感器控制部30a和顯示控制部30b，傳感器控制部30a具備電子快門控制部30al。傳感器控制部30a生成用於對液晶面板42中的各光電轉換元件的各種動作定時進行控制的信號，並輸出給區域圖像傳感器15。另外，顯示控制部30b生成用於對液晶面板42的各顯示像素的顯示定時進行控制的信號，並輸出給液晶面板驅動器41。電子快門控制部30al在通過操作部55將快門按鍵押下時，使電子快門打開。另夕卜，所謂將電子快門打開，是指一旦將區域圖像傳感器15中所有的光電轉換元件的電荷重置後，重新開始電荷的累積，並使曝光開始。如上述，在本實施方式中，能夠以行為單位，對在多個光電轉換元件中累積的電荷進行重置，通過執行對所有的行按順序進行電荷的重置和電荷的累積的開始的動作(滾動快門動作)，從而開始所有的光電轉換元件的累積。另夕卜，電子快門控制部30al也可以針對所有的行同時進行電荷的重置，之後，通過以行為單位依次進行電荷的累積的開始，從而實現滾動快門動作。在任一情況下，在滾動快門動作中光電轉換元件的曝光開始的定時都是按每行而不同的。顯示部40是EVF，其顯示以間隔讀出方式對由區域圖像傳感器15的各光電轉換元件所探測的曝光量的數據進行讀出從而生成的所謂實況瀏覽運動圖像，或者顯示所攝影的被攝體的靜止圖像。顯示部40具備未圖示的接口電路、液晶面板驅動器41、液晶面板42、 以及未圖示的目鏡等。液晶面板驅動器41對液晶面板42輸出用於對各子像素施加電壓來驅動液晶的信號。ASIC200具備圖像數據生成部20。該圖像數據生成部20利用SD-RAM52中預先確保的行緩衝器和幀緩衝器，對由區域圖像傳感器15所攝影的攝像數據進行流水線處理從而執行各種圖像處理。另外，ASIC200可以是圖像處理用DSP (Digital Signal Processor)。 圖像數據生成部20具備像素內插部20a、顏色再現處理部20b、過濾器處理部20c、伽馬補正部20d、以及尺寸重定處理部20e。圖像數據生成部20取得由區域圖像傳感器15所攝影得到的攝像數據。像素內插部20a通過進行採用了周邊像素的灰度值的內插(interpolation)處理，從而計算出與各像素對應的光電轉換元件所具備的濾色器的顏色不同的雙信道的顏色的灰度值。其結果， 針對各像素，生成與3信道的灰度值建立對應的攝像數據。顏色再現處理部20b通過對像素內插結束後的攝像數據的各像素的灰度值進行3X3的矩陣運算從而進行用於顏色匹配的顏色轉換處理。過濾器處理部20c通過過濾處理對攝像數據來執行清晰度調整和去噪處理等。伽馬補正部20d執行對區域圖像傳感器15的攝影數據的灰度值所表示的顏色與由顯示部40等所處理的圖像數據的灰度值所表示的顏色之間的特性差進行補償的伽馬補正。尺寸重定處理部20e逐次參照在該行緩衝器中記錄的數據以進行內插運算處理，通過對像素之間的位置中的各信道的灰度值進行特定，從而例如將尺寸向記錄尺寸進行重新規定。當由尺寸重定處理部20e結束尺寸重定時，便能夠生成圖像數據生成部20中的各圖像處理已結束後的圖像數據。該圖像數據在SD-RAM52中被進行緩衝，並顯示在顯示部40，同時記錄在可移動存儲器56中。(2)電子快門的控制CPU50取得通過自動設定功能中的CPTOO的計算和模式度盤等所設定的曝光時間 TE，判定該曝光時間是否比規定的閾值TH短。另外，CPU50構成判定部。電子快門控制部 30al在所設定的曝光時間TE比閾值TH短的情況下，進行追隨動作(滾動快門動作)，在所設定的曝光時間TE為閾值TH以上的情況下，進行非追隨動作(全局快門動作)。以下，針對追隨動作和非追隨動作的詳細情況進行說明。(2-1)非追隨動作(全局快門動作)圖3的左圖是表示進行非追隨動作的情況下的曝光的定時的曲線圖。在圖3的左圖中，橫軸表示時刻，縱軸表示行號L。圖3的左圖中的左側直線表示區域圖像傳感器15中的各行的光電轉換元件開始曝光的定時，該定時(時刻)由行號L的函數X(L)來提供。在非追隨動作中，該定時X(L)是不依賴於行號L的常數。圖3的左圖中的右側的曲線表示曝光結束的定時，該定時(時刻)由與各光電轉換元件的行號L的函數Y(L)來提供。以下， 在不需要指出特定的行號L的情況等下，有時會省略各函數中的變量(L)的表示。將從屬於最下方的行的光電轉換元件的曝光結束的定時Y(I)起至屬於最上方的行的光電轉換元件的曝光結束的定時Y(Lmax)為止的期間{Y(LmaX)-Y(l)}設為最大誤差期間TF。圖3的右圖表示各光電轉換元件的實際曝光時間TA(L)。在圖3的右圖中，橫軸表示時間，縱軸表示行號L。在此，各光電轉換元件的實際曝光時間TA(L)是從通過電子快門進行的曝光的開始至通過機械快門13進行的曝光的結束為止的期間，圖3的左圖的橫軸方向的定時X和定時Y之間的差分{Y (L)-X (L)}相當於圖3的右圖所示的光電轉換元件的實際曝光時間TA(L)。在此，雖然機械快門13的遮光幕是受彈簧力和摩擦力等影響而執行動作，但為了簡單說明，以下就基於彈簧力進行等加速運動的情況進行說明。這種情況下，曝光區域Rl 和遮光區域R2之間的邊界B在垂直方向的位置漸漸地推移成傾斜度增加的拋物線狀。因此，如定時Y所示，光電轉換元件的曝光結束的行號，隨著時間的經過而呈拋物線狀增加。 艮口，定時Y成為二次函數的逆函數。在非追隨動作的情況下，如圖3的左圖所示，同時進行屬於所有行的所有光電轉換元件的電荷重置以及電荷累積的開始，同時開始所有光電轉換元件的曝光。即，如圖3的左圖所示，曝光開始的定時X呈直線狀，因此，對拋物線狀的曝光結束的定時Y的追隨度變低。另外，在進行非追隨動作的情況下的定時X相當於第2曝光開始定時。在此，按照在使所有的光電轉換元件的曝光同時開始之後，在僅待機從所設定的曝光時間TE中減去最大誤差期間TF所得到的期間後，以使有關最下方的行的曝光結束的方式來使機械快門13進行動作。由此，如圖3的右圖所示，最上方的行(行號Lmax)的光電轉換元件的實際曝光時間TA (Lmax)和所設定的曝光時間TE—致。另一方面，關於與最上方的行進行相比曝光的結束更早到來的下方的行，實際曝光時間TA(L)比所設定的曝光時間TE短，實際曝光時間 TA(L)和所設定的曝光時間TE之間會產生誤差(以陰影圖示)。並且，最下方的行(行號 1)的光電轉換元件的實際曝光時間TA(I)和所設定的曝光時間TE之間的誤差為最大，該誤差的大小是與從使機械快門13結束最下方的行的曝光結束起至使最上方的行的曝光結束為止的最大誤差期間TF相等。另外，即使所設定的曝光時間TE產生變化，遮光幕也會因彈簧力而產生同樣的運動，因此，實際曝光時間TA的最大誤差即最大誤差期間TF不依賴於所設定的曝光時間TE而保持恆定。並且，曝光結束後，保持機械快門13進行遮光的狀態，讀出在區域圖像傳感器15的各光電轉換元件中累積的電荷，以生成攝像數據。並且圖像數據生成部20根據該攝像數據來生成圖像數據。在此，在以所設定的曝光時間TE在固定的環境下對靜止的相同被攝體進行攝影的情況下，設每單位時間內光電轉換元件所接受的單位光量為ΔΕ。這種情況下，應由所有光電轉換元件所接受的基準曝光量ES成為ΔΕΧΤΕ。如上述，最上方的行(行號Lmax)的光電轉換元件的實際曝光時間TA(Lmax)與所設定的曝光時間TE相等，因此，最上方的行的光電轉換元件所接受的曝光量EE(Lmax)與基準曝光量ES相等。另一方面，最下方的行(行號1)的光電轉換元件的實際曝光時間TA(I)成為從所設定的曝光時間TE中減去最大誤差期間TF所得到的時間(TE-TF)。因此，最下方的行的光電轉換元件所接受的曝光量EE(I) 由Δ EX (TE-TF)表示，與基準曝光量ES進行相比變小了誤差Δ EXTF。該誤差Δ EXTF相對於基準曝光量ES的比率即誤差比率ER成為(AEXTF)/(AEXTE) = TF/TE。該誤差比率ER越小，則即使在最下方的行的光電轉換元件的實際曝光時間TA(I) 產生了最大誤差期間TF的情況下，該最大誤差期間TF所引起的曝光量的誤差AEXTF相對於基準曝光量ES的影響也越小，因該誤差AEXTF所引起的圖像的光量不均越難以被觀察者覺察到。在本實施方式中，對誤差比率ER設定規定的閾值th，將滿足th = TF/TE的曝光時間TE = TF/th設定為曝光時間TE的閾值TH。例如，將閾值th設定為3%，設定與該閾值th相應的曝光時間TE的閾值TH。並且，僅在曝光時間TE為閾值TH以上的情況下，通過使之進行全局快門動作，從而能夠保證在固定的環境下通過全局快門動作對相同被攝體進行攝影的情況下的圖像的光量的面內誤差為3%以下。另外，由於光量不均的覺察方式因觀察者而異，因此，閾值th(TH)只要根據對操作部55的操作來設定即可。並且，由於對光量不均的容許度會因所攝影圖像的用途或因被攝體而不同，因此，閾值th(TH)只要根據攝影模式或攝影場景等來設定即可。另一方面，在曝光時間TE比閾值TH短的情況下，當使之進行全局快門動作時，則將使圖像中的光量的面內誤差大於3%。因此，在所設定的曝光時間TE比閾值TH短的情況下，進行追隨動作。在該追隨動作中，為了實現屬於各行的光電轉換元件的實際曝光時間 TA(L)的均一化，將電子快門的定時X設為追隨機械快門13的定時Y的折線形狀。(2-2)追隨動作(滾動快門動作)圖4的左圖是表示在執行追隨動作的情況下的曝光定時的曲線圖。在圖4的左圖中，橫軸表示時刻，縱軸表示行號L。追隨動作中的電子快門的定時X按照以下的方式來設定。首先，基於遮光幕的運動方程式或實際的測定結果來對邊界B到達各行的定時Y(L)進行特定。然後，製作將定時Y(L)向提早了所設定的曝光時間TE的時刻的一側進行偏置的偏置曲線Z(以虛線圖示)。接著，製作分別在行號Li、L2、Lmax相對於該偏置曲線Z進行連接的切線。另外，設1<1^1<1^2<1^皿。然後，以在行號L1、L2處分別與偏置曲線Z連接的兩個切線的交點、以及在行號L2、Lmax處分別與偏置曲線連接的兩個切線的交點作為曲折點，製作3段折線，將該3段折線作為電子快門的定時X。電子快門的定時X追隨斜率漸漸地增加的拋物線，因此從下方數起第1段的折線的斜率比第2段的折線小，第2段的折線的斜率比第3段的折線小。另外，折線的段數並不限於3段，還可以是1段(即直線)或 2段、4段以上。電子快門控制部30al以行號的升序來執行使光電轉換元件開始曝光的滾動快門動作，將所相鄰的行間的曝光開始定時的間隔設為與3段折線的定時X的斜率對應的長度。即，確保與第n(n為3以下的自然數)段的折線對應的行號的相鄰行間的曝光開始定時的間隔成為固定，且比與第(n+1)段的折線對應的相鄰行號的行間的曝光開始定時的間隔長。另外，當快門按鍵被押下時，首先電子快門控制部30al從最下方的行起開始光電轉換元件的電荷的累積，在從該開始的定時起待機規定期間之後，機械快門13向電磁鐵供給電流以使永久磁鐵對遮光幕的吸附解除，通過彈簧力使遮光幕移動。所謂上述規定期間，是指與所設定的曝光時間TE基本相等，在行號Ll、L2、LmaX的行的光電轉換元件中，屬於水平方向中央的列(列號Cmid)的光電轉換元件的實際曝光時間TA(L，Cmid)與所設定的曝光時間TE相等的期間。並且，在曝光結束後並保持機械快門13遮光的狀態下，讀出在區域圖像傳感器15的各光電轉換元件中累積的電荷，以生成攝像數據。並且，圖像數據生成部20 根據該攝像數據來生成圖像數據。如以上所述，通過電子快門控制部30al按照追隨於機械快門13的定時Y(L， Cmid)的方式來對於使屬於各行的光電轉換元件開始曝光的定時進行控制，從而能夠使各光電轉換元件的實際曝光時間TA(L)與所設定的曝光時間TE近似。圖4的右圖表示各光電轉換元件的實際曝光時間TA(L)。在圖4的右圖中，橫軸表示時間，縱軸表示行號L。如圖4的右圖所示，通過進行滾動快門動作，從而，各光電轉換元件的實際曝光時間TA(L)= IY(L)-X(L)I與所設定的曝光時間TE近似。因此，在圖4的右圖中，如陰影部分所示，能夠使實際曝光時間TA(L)與所設定的曝光時間TE之間的誤差比非追隨動作的情況下小，能夠使因該誤差而引起的曝光量的誤差小。另外，在進行追隨動作的情況下的定時X(L)相當於第1曝光開始定時。另外，與在使電子快門進行追隨動作的情況下的折線狀的定時X(L)相比，在使電子快門進行非追隨動作的情況下的直線狀的定時X(L)即第2曝光開始定時對機械快門13的拋物線狀的定時Y(L)的追隨度低。在本實施方式中，所謂追隨度，對於實際曝光時間TA(L)與所設定的曝光時間TE之間根據其誤差便能夠掌握，例如，根據圖3和圖4 的右圖的陰影部分的面積的倒數等來能夠進行定量化。即，圖3和圖4的右圖的陰影部分的面積越小，曝光開始定時對曝光結束定時(定時Y)的追隨度越高。(3)變形例 1如圖4的右圖所示，即使在電子快門進行追隨動作的情況下，也很難使陰影部分所示的誤差完全消除。這是因為，為了使電子快門進行的曝光開始的定時x(折線)完全追隨機械快門13的定時Y(L)(雖然用拋物線來表現，但嚴格上來講與拋物線是不同的)，必須對定時進行複雜的控制，從而電子快門的控制負荷會變大。進而，在上述實施方式中，雖然曝光區域Rl與遮光區域R2之間的邊界B保持與各行的方向平行地進行移動，但在邊界 B與各行交差的情況下，在各行的光電轉換元件間會產生曝光時間的偏差。因此，即使在電子快門進行追隨動作的情況下，優選進行用於抑制由於曝光時間的偏差而引起的曝光量的偏差的補正。圖5A是表示從正面觀看本變形例中的區域圖像傳感器15的元件面整體的示意圖。在本實施方式的機械快門13中，以在區域圖像傳感器15的元件面的右側所設置的未圖示的旋轉軸為中心可旋轉移動地支撐遮光幕。在本實施方式中，在邊界B到達垂直方向中央的行時，邊界B與行處於平行。在邊界B到達垂直方向中央的行之前，邊界B以右端向上的方式傾斜，並緩緩與行接近平行。當邊界B到達垂直方向中央的行後，邊界B緩緩增加右端向下的傾斜角。即，區域圖像傳感器15的元件面上的邊界B的方向並非固定，基本上邊界B與行交差。另外，如果將遮光幕的旋轉軸設置在距離區域圖像傳感器15的元件面足夠遠的位置，則雖然能視為各行與邊界B平行，但在本變形例中，根據攝影裝置1的小型化或機械快門13的動作高速化等的要求，在邊界B與行交差的位置設置遮光幕的旋轉軸。圖5B是表示屬於區域圖像傳感器15的各列的光電轉換元件的曝光的定時的曲線圖。在該圖中，將屬於水平方向中央的列的各光電轉換元件的曝光結束的定時Y(L，Cmid) 用實線表示，將屬於左端以及右端的列的各光電轉換元件的曝光結束的定時Y(L，C1)、Y(L， Cmax)分別用單點劃線和雙點劃線來表示。在本變形例中，由於各光電轉換元件的曝光結束的定時Y還依賴於列號C，因此，定時Y成為行號L以及列號C的函數。本變形例中，在進行追隨動作的情況下的電子快門的定時X(L)，成為追隨於與表示曝光結束的定時的平均傾向的水平方向中央的列有關的定時Y(L，Cmid)的3段折線。由於光電轉換元件的電荷的重置是以行為單位同時進行的，因此，在本變形例中，電子快門的定時X成為僅行號L的函數。 如圖5A所示，由於曝光區域Rl與遮光區域R2之間的邊界B —邊改變方向一邊移動，因此，定時Y(L，C)按每個列號C而不同。即，在邊界B到達垂直方向中央的行(行號Lmid)之前，由於邊界B成為右端向上，故而越是接近右端的光電轉換元件，越早結束曝光。因此，在邊界B到達垂直方向中央的行之前，定時Y (L，Cmax)先於定時Y (L，Cmid)，定時Y (L，Cmid) 先於定時Y(L，C1)。另一方面，在邊界B到達垂直方向中央的行之後，由於邊界B成為右端向下，故而，越是接近左端的光電轉換元件，越早結束曝光。因此，在邊界B到達垂直方向中央的行之後，定時Y (L，Cl)先於定時Y (L，Cmid)，定時Y (L，Cmid)先於定時Y (L，Cmax)。另夕卜，屬於垂直方向中央的行(行號Lmid)的全部光電轉換元件的曝光同時結束，行號Lmid 的定時 Y(Lmid，Cl)、Y(Lmid，Cmid)、Y (Lmid，Cmax)均一致。按照這樣，根據光電轉換元件在水平方向的位置來結束曝光的定時Y (L，Cl)、Y (L， Cmid)、Y(L，Cmax)互不相同。與此相對，由於根據對有關水平方向中央列的光電轉換元件的定時Y(L，Cmid)進行追隨的定時X(L)，來使屬於所有列的光電轉換元件的曝光開始，因此，比起有關屬於水平方向中央列的光電轉換元件的實際曝光時間TA(L，Cmid)，屬於水平方向中央列以外的列的光電轉換元件的實際曝光時間TA(L，Cl)、AE(L，Cmax)的偏差更大。 另外，由於用於使電荷高速重置的布線的制約，使曝光開始的定時X無法按光電轉換元件的每列進行控制。即，只要邊界B與行交差，則不管通過電子快門的追隨動作對開始曝光的定時X怎樣進行調整，都無法防止依賴於光電轉換元件在水平方向的位置的曝光時間的偏差。因此，為了抑制因如以上所說明的曝光時間的偏差而引起的曝光量的偏差，本變形例的圖像數據生成部20具備曝光量補正部。曝光量補正部參照在R0M53中記錄的 LUT (Look Up Table)，按每個像素對在像素內插部20a進行像素內插之前的攝像數據中的曝光量的灰度值進行補正。LUT是按區域圖像傳感器15所具備的多個光電轉換元件的每一個所應乘以的曝光量的增益GE (L，C)，即規定了補正量的數據，其是按所設定的每個曝光時間TE來預先準備的。曝光量補正部取得在攝影時所設定的曝光時間，並參照與該曝光時間對應的LUT。由於攝像數據的各像素與區域圖像傳感器15的多個光電轉換元件是唯一對應的，因此，曝光量補正部能夠特定針對各像素應乘以的曝光量的增益。在本變形例中，通過按照如下的方式設定增益GE (L，C)，從而抑制因曝光時間的偏差而引起的曝光量的偏差。在本變形例中，用於製作LUT的計算機預測遮光幕的運動，進而根據攝影光的光線預測來預測元件面中的曝光區域Rl與遮光區域R2之間的邊界B的推移，從而計算出有關所有光電轉換元件的實際曝光時間TA(L，C) = {Y(L，C)-Y(L)}。然後，通過以所設定的曝光時間TE除以實際曝光時間TA (L，C)，從而計算出增益GE (L，C)。或者，通過對同樣明亮度的被攝體進行攝影，從而針對所有的光電轉換元件取得與實際的曝光量成比例地累積的電荷量。然後，通過以曝光時間TA(L，C)清楚的光電轉換元件的電荷量除以曝光時間TA(L， C)不清楚的光電轉換元件的電荷量，從而計算出增益GE(L，C)。另外，在圖5B中，雖然僅圖示了有關屬於水平方向左端、中央以及右端的列的光電轉換元件的定時Y，但會預測屬於所有列的光電轉換元件的定時Y，並計算出增益GE。進而，將增益GE與各光電轉換元件建立對應地保存在LUT中。在此，不需要針對所有像素按照實際曝光時間TA (L，C)比所設定的曝光時間TE短的方式來設計電子快門的動作。只要將實際曝光時間TA(L，C)比所設定的曝光時間TE短的光電轉換元件的增益GE (L，C)設為大於1，相反將實際曝光時間TA(L，C)比所設定的曝光時間TE大的光電轉換元件的增益GE(L，C)設為小於1即可。其中，優選按照增益GE的值必定成為1以上的值的方式來設計電子快門的動作。通過將增益GE的值設為1以上，從而能夠抑制如下情況的發生補正前曝光量飽和了的像素在補正後因曝光量的最大飽和值低於固定數值而產生圖像的光量不均或顏色不均。並且，實際曝光時間TA(L，C)與所設定的曝光時間TE之間的誤差的絕對值越大，增益GE(L，C)越會成為偏離1越大的值。通過將按照以上方式所設定的增益GE乘以曝光量的灰度值，從而能夠使有關實際曝光時間TA(L， C)短的光電轉換元件的曝光量增加，使有關實際曝光時間TA(L，C)長的光電轉換元件的曝光量減少，能夠抑制曝光時間的偏差對曝光量的影響。即，如果採用增益GE (L，C)，則由於能夠以像素為單位，即以光電轉換元件為單位來規定增益GE，因此，能夠抑制因依賴光電轉換元件在垂直方向的位置和在水平方向的位置的雙方而紊亂產生的曝光時間的偏差的影響。尤其是，因曝光區域Rl與遮光區域R2之間的邊界B與行交差而產生的水平方向的曝光時間的偏差即使在使電子快門的定時X完全追隨機械快門13的定時Y(L，Cmid)的情況下也無法消除，但通過進行採用增益GE(L，C)的補正，則還能夠抑制水平方向的曝光時間的偏差的影響。另外，在本變形例中，雖然視為曝光時間與曝光量成比例關係從而乘以增益GE來進行補正，但在考慮曝光時間與曝光量之間的非線形性關係的情況下，也可以在對增益GE進行非線形轉換的基礎上進行曝光量的補正。另外，基於增益GE(L，C)的補正， 也可以在進行非追隨動作的情況下進行。(4)變形例 2第1曝光開始定時對曝光結束定時的追隨度越高，則曝光時間的均一性越優良， 其反面，追隨度越高則所需的處理能力要越高。在該限度下，能夠將第1曝光開始定時與第 2曝光開始定時設為與上述實施方式不同的形態。例如，也可以是，對於第1曝光開始定時， 採用僅對機械快門13的定時Y(L)進行偏置的曲線Z來進行規定，對於第2曝光開始定時， 採用與曲線Z連接的或者近似的3段折線來進行規定。也可以是對於第1曝光開始定時， 採用與對機械快門13的定時Y(L)進行偏置的曲線Z連接的m(m為3以上的整數)段折線來進行規定，對於第2曝光開始定時，採用與曲線Z連接的k(k為2以上且小於m的整數) 段折線來進行規定。這些情況下，與第1曝光開始定時相比，第2曝光開始定時對機械快門 13的定時Y(L)的追隨度低。另外，也可以不採用折線，而採用與曲線Z近似的曲線來規定第2曝光開始定時。該曲線例如通過使η變大從而成為追隨度變高的η次曲線(η為1以上的整數)。(5)變形例 3所設定的曝光時間TE越長，曝光時間的偏差越小。從而，如果是具有多個閾值 THi (0 < THl < ΤΗ2 < · · ·)，且所設定的曝光時間TEi滿足THi彡TE < THi+Ι，則按照在TEi的情況下的第2曝光開始定時的折線的段數比在TEi+Ι的情況下的第2曝光開始定時的折線的段數更多等、對機械快門13的定時Y(L)的追隨度與曝光時間短的情況相比則更高的方式開始曝光。即，在曝光時間TE比最大閾值THmax短的情況下，曝光時間TE與最大閾值THmax近似等，可以使第1曝光定時對機械快門13的定時Y(L)的追隨度降低。另夕卜，在所設定的曝光時間TE為最大閾值THmax以上的情況下，可以不執行非追隨動作(全局快門動作)，而是執行折線段數小的追隨動作(滾動快門動作)。在此，代替折線，可以設為曲線。
本發明的具體實施方式
並非限定於上述實施方式和變形例，可以對實施方式和變形例之間進行組合，也可以在不脫離本發明的技術思想的範圍內進行變形。在此，2010年11月15日提交的日本專利申請JP2010-2M579的技術內容通過引用而被加入本申請中。符號說明1...攝影裝置，10...光學系統，11...鏡頭，12...光圈，13...機械快門，
14...低通濾波器，15...區域圖像傳感器，20...圖像數據生成部，20a...像素內插部， 20b...顏色再現處理部，20c...過濾器處理部，20d...伽馬補正部，20e...尺寸重定處理部，30...定時發生器，30a...傳感器控制部，30al...電子快門控制部，30b...顯示控制部，40...顯示部，41...液晶面板驅動器，42...液晶面板，55...操作部，56...可移動存儲
ο
權利要求
1.一種攝影裝置，其特徵在於，通過利用電子快門使多個光電轉換元件開始電荷累積，從而使上述多個光電轉換元件開始曝光，通過利用機械快門使遮光部移動來對到達上述多個光電轉換元件的光進行遮光，從而使上述多個光電轉換元件結束曝光，所述攝影裝置包含判定部，其判定曝光時間是比規定的閾值短還是長；以及電子快門控制部，其在上述曝光時間比上述閾值短的情況下，在第1曝光開始定時，使上述電子快門開始上述多個光電轉換元件的曝光，該第1曝光開始定時是對上述機械快門使上述多個光電轉換元件結束曝光的曝光結束定時進行追隨的曝光開始定時，且在上述曝光時間比上述閾值長的情況下，在第2曝光開始定時，使上述電子快門開始上述多個光電轉換元件的曝光，該第2曝光開始定時對上述曝光結束定時的追隨度比上述第1曝光開始定時對上述曝光結束定時的追隨度低。
2.根據權利要求1所述的攝影裝置，其特徵在於，在上述曝光時間比上述閾值長的情況下，上述電子快門控制部使上述電子快門同時開始上述多個光電轉換元件的所有的上述多個光電轉換元件的曝光。
3.根據權利要求1或2所述的攝影裝置，其特徵在於，在上述曝光時間比上述閾值短的情況下，進行對由於上述多個光電轉換元件的曝光開始定時與上述曝光結束定時之差引起的曝光量的偏差進行抑制的補正。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的攝影裝置，其特徵在於，上述判定部比較多個上述閾值與上述曝光時間並進行判定，在上述曝光時間越為更大的上述閾值以上時，上述電子快門控制部越在追隨度更低的曝光開始定時使上述電子快門開始上述多個光電轉換元件的曝光。
5.根據權利要求1 4中任一項所述的攝影裝置，其特徵在於，在將時刻與開始曝光的上述多個光電轉換元件的位置表示在圖表中的情況下，上述第 1曝光開始定時是用折線表示的定時。
6.根據權利要求1 4中任一項所述的攝影裝置，其特徵在於，在將時刻與開始曝光的上述多個光電轉換元件的位置表示在圖表中的情況下，上述第 1曝光開始定時是用η次曲線表示的定時。
7.一種利用攝影裝置進行圖像攝影的攝影方法，其特徵在於，上述攝影裝置通過利用電子快門使多個光電轉換元件開始電荷累積，從而使上述多個光電轉換元件開始曝光，並通過利用機械快門使遮光部移動來對到達上述多個光電轉換元件的光進行遮光，從而使上述多個光電轉換元件結束曝光，上述攝影方法中，執行如下步驟判定曝光時間是比規定的閾值短還是長；在上述曝光時間比上述閾值短的情況下，在第1曝光開始定時，使上述電子快門開始上述多個光電轉換元件的曝光，該第1曝光開始定時是對上述機械快門使上述多個光電轉換元件結束曝光的曝光結束定時進行追隨的曝光開始定時，且在上述曝光時間比上述閾值長的情況下，在第2曝光開始定時，使上述電子快門開始上述多個光電轉換元件的曝光，該第2曝光開始定時對上述曝光結束定時的追隨度比上述第1曝光開始定時對上述曝光結束定時的追隨度低。全文摘要
本發明提供一種攝影裝置及其方法，判定曝光時間是否比規定的閾值短，在曝光時間比閾值短的情況下，在對於機械快門使多個光電轉換元件結束曝光的曝光結束定時進行追隨的第1曝光開始定時，使電子快門開始多個光電轉換元件的曝光，且在曝光時間為閾值以上的情況下，在第2曝光開始定時，使電子快門開始多個光電轉換元件的曝光，該第2曝光開始定時對曝光結束定時的追隨度比第1曝光開始定時對曝光結束定時的追隨度低。
文檔編號H04N5/235GK102469269SQ20111036222
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者鹽原隆一 申請人:精工愛普生株式會社