JP2004326119A - シャッタ遅れの校正方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 全電子式のシャッタ動作と、電子式および電気機械式の複合シャッタ動作との違いによる、シャッタ遅れを測定する
【解決手段】 ａ）シャッタ１０２に関するあるシャッタ遅れ時間を想定するステップ４０２と、ｂ）第１の目標露出時間を目標として、第１の写真露出を行うステップ４０４と、ｃ）該第１の写真露出の第１の露出レベルを求めるステップ４０６と、ｄ）第２の目標露出時間を目標として、第２の写真露出を行うステップ４０８と、ｅ）該第２の写真露出の第２の露出レベルを求めるステップ４１０と、ｆ）前記第１の目標露出時間および前記第２の目標露出時間と、前記第１の露出レベルおよび前記第２の露出レベルと、前記想定されたシャッタ遅れ時間とに基づいて、実際のシャッタ遅れを算出するステップ４１２とを含んでなる、シャッタ遅れを測定する方法および装置を提供する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、一般に、デジタル写真撮影に関し、詳細には、シャッタ遅れ（shutter delay）の校正または測定に関する。

代表的なデジタルカメラは、電子アレイ型光センサを用いる。例えば、このセンサは、感光「ピクセル(pixel)」が入射光を電荷へと変換し、その電荷を電荷結合素子のアレイに蓄積する電荷結合素子（以下、「ＣＣＤ」とよぶ）センサでありうる。通常、レンズは、シーンのイメージをこのセンサの表面上へと投影して、センサの場所がシーンの場所に対応づけられ、蓄積された電荷のアレイがそのシーンの写真を表現するようにしている。

代表的な一連の写真撮影作業では、任意の蓄積された電荷も、リセット操作において、電子アレイ型光センサから処分され、つまり消去（flush）され、また、このセンサがこのシーンからの光にしばらくさらされて電荷が蓄積され、これらの蓄積された電荷が、電子アレイ型光センサから読み出されて、そのシーンを表現するデジタル数値へと変換される。その結果として得られたデジタル数値のアレイ（配列）は、デジタル写真、デジタルイメージ、イメージ・ファイル、または、単に写真と呼ばれることもある。

シーンの光をセンサ上に投影して電荷を蓄積させる期間は、露出時間と呼ばれる。撮影者は、露出時間を選択するか、または、カメラが露出時間を自動的に選択して写真の露出レベルがカメラのダイナミックレンジに入るようにする場合がある。予測可能で正確な写真結果が得られるようにするために、カメラが指定した時間の間、写真を露出することが望ましい。

露出時間は、電子的もしくは電気機械式のシャッタにより、または、それらを組み合わせたものにより、制御されることがある。図１Ａおよび図１Ｂは、一体なシャッタ１０２を有するカメラレンズ１０１を示している。代表的なカメラレンズは、いくつかの要素を含みうる。図１Ａでは、シャッタ１０２が開けられ、シーンからの光がレンズ１０１で集められて、電子アレイ型光センサ１０３上へと投影されている。図１Ｂでは、シャッタ１０２が閉じられており、シーンからの任意の光も電子アレイ型光センサ１０３には到達していない。

全解像度イメージに対して比較的に長い読出し時間中の追加露出を防止するために、電子式手段と電気機械式手段との組合せを用いて、写真の露出時間を制御することが有利であることが多い。図２に示される代表的な一連の作業は、１）（前回操作から、シャッタがまだ開かれてない場合には）電気機械式シャッタ１０２を開くこと、２）電子アレイ型光センサ１０３をリセットして、露出時間を開始すること、３）電荷をしばらく蓄積させること、４）電気機械式シャッタ１０２を閉じるよう指示する信号を、そのシャッタに送ること、５）様々な電気的および機械的な現象により、「シャッタ遅れ」が発生した後で、シャッタ１０２が閉じて、露出時間を終了することでありうる。露出時間が終了すると、カメラは、電子アレイ型光センサ１０３から、結果として得られたイメージを読み出す。

上記のシャッタ遅れは、電気回路の応答時間、機械摩擦、慣性、または、他の要因に起因することがある。通常、シャッタ遅れは１ミリ秒から３ミリ秒の範囲にあり、この時間は、カメラが提供するのが望ましい短い露出時間に対してかなり大きな変動量である。カメラは、写真の露出を終了する前に、シャッタ１０２を閉じるコマンドを送ることにより、シャッタ遅れを補償する。その結果として得られる露出時間が正確であるように、シャッタ遅れの推定値が必要である。

製造上のばらつきのために、シャッタ遅れは、個々のシャッタごとに異なる場合がある。それゆえ、それぞれのシャッタの特性を決定して、そのシャッタ遅れ情報をカメラに伝えて、写真撮影中にシャッタ遅れを補償するときに、このシャッタ遅れ情報をカメラが利用できるようにする。シャッタ・モデルの特性を決定して、このモデルのそれぞれのシャッタに対して、同じ遅れ時間を使用するだけでは充分でない。それぞれのシャッタの特性を決定する。

シャッタ遅れを測定する一方法は、シャッタを介して受光素子上へと光を向ける取り付け具にシャッタを取り付けることである。駆動回路がこのシャッタを駆動して、オシロスコープなどの計器がこの受光素子の出力を記録する。撮影者は、このオシロスコープの出力を解釈して、シャッタ遅れを読み取る。しかしながら、この方法は、手間がかかり、カメラの電子回路の任意のばらつきも明らかにされず、シャッタと、カメラに転送されるそのシャッタの遅れデータとを結び付けるシステムを必要とする。

２０００年６月２３日出願され、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／６０３，１３３号は、シャッタ遅れを測定する他の方法を開示している。この方法では、カメラは、全電子式のシャッタ動作と、電子式および電気機械式の組合せシャッタ動作とを両方とも用いて、光源に対して露出を行う。このシャッタ遅れは、上記の２つの方法が一致するまで調整される。

しかしながら、全電子式のシャッタ動作と、電子式および電気機械式の複合シャッタ動作との違いにより、シャッタ遅れ測定誤差がもたらされかねない。シャッタ遅れを測定する改良された方法が必要となる。

レンズ、シャッタ、もしくはセンサの集成体（アセンブリ）、または完成品のカメラは、安定した光源に対して、目標露出時間を目標として写真露出を行う。この露出時間は、電子的に開始され、電気機械式のシャッタを用いて終了する。シャッタ遅れの公称値が想定される。この第１の露出の露出レベルを記録する。第２の写真露出は、同じ光源に対して同じ方法により行われるが、異なる目標露出時間を目標とする。上記の２回の写真露出の露出レベルと、目標露出時間と、シャッタ遅れの想定値とを使用して、実際のシャッタ遅れを算出する。実際のシャッタ遅れが、任意選択的に、このシャッタと結び付けられることがある。

図３は、本発明に例示の実施形態により、シャッタ遅れを校正できる校正システムを示している。イメージング・アセンブリ３０１は、電気機械式のシャッタ１０２が一部となりうるレンズ１０１と、電子アレイ型光センサ１０３とを含む。光源３０２は、ほぼ安定した明るさの光を供給する。例えば、Ｋｙｏｒｉｔｓｕ ＬＢ−５０００ Ｌｉｇｈｔ Ｂｏｘなどの校正された光源が利用されることがある。電子コントロールユニット３０３は、電気機械式のシャッタ１０２の作動を信号で伝える働きと、電子アレイ型光センサ１０３を制御する働きと、電子アレイ型光センサ１０３からイメージデータを読み取る働きとを含んでおり、イメージング・アセンブリ３０１の働きを制御する。

イメージング・アセンブリ３０１は、完成品のカメラの中に入っているか、または、後にカメラ中へと組み込まれるサブシステムでありうる。イメージング・アセンブリ３０１は、コントロールユニット３０３の制御を受けながら、光源に対して、調整された写真露出を行うに足るだけ動作できる。コントロールユニット３０３は、カメラの電子制御部分または専用校正システムの一部であって、コンピュータを含みうる。デジタルカメラの電子制御部分は、通常、マイクロプロセッサおよび／またはデジタル信号処理装置や、タイミング発生回路や、データ・ストレージや、ユーザ制御入力などを含む。このような用途の目的では、デジタルカメラの電子制御部分は、電子アレイ型光センサを含まない。

コントロールユニット３０３がコンピュータを含む場合には、コントロールユニット３０３は、適切なインターフェース３０４を使って、データおよびコマンドをイメージング・アセンブリ３０１と交換することがある。インターフェース３０４は、例えば、ＵＳＢインターフェースもしくは他の何らかの標準インターフェース、または、特にこの用途に設計されたインターフェースである。

光源３０２は、好ましくは、イメージング・アセンブリのダイナミックレンジのかなりの部分を用いるデジタルイメージを生成するのに比較的に短い露出時間で足りるくらいの充分な明るさである。例えば、電子アレイ型光センサ１０３の電荷蓄積容量を飽和させるのに、１５ミリ秒の露出時間で充分であるように光源が選択されることがある。好ましくは、光源の強さは５秒〜１０秒の期間内ではほぼ変化しない程度に安定している。

本発明に例示の実施形態による校正の間に、シャッタ遅れの推定値を想定して、所定の目標露出時間を用いて、イメージング・アセンブリ３０１を光源３０２にさらすことにより、第１の写真露出が行われる。この露出時間は、電子的に開始され、電気機械式のシャッタ１０２を用いて終了する。例えば、この想定されたシャッタ遅れは２ミリ秒であり、この目標露出時間は５ミリ秒である。このような例示の場合には、コントロールユニット３０３は、イメージング・アセンブリ３０１を制御して、１）電気機械式のシャッタ１０２が確実に開くようにし、２）電子アレイ型光センサ１０３をリセットして、露出時間を開始し、３）（５ミリ秒の目標露出時間から、２ミリ秒の想定されたシャッタ遅れを引いた値である）３ミリ秒の遅れの後に、電気機械式のシャッタ１０２を閉じるよう信号で知らせ、４）シャッタ１０２が閉じた後に、電子アレイ型光センサ１０３からデジタルイメージを読み取る。

目標露出時間から、この想定されたシャッタ遅れを引いた値である期間の後に、電気機械式のシャッタ１０２を閉じるよう信号により知らせるプロセスは、目標露出時間に等しい露出時間を「目標とする（targeting）」と呼ばれることがある。

そして、その結果として得られたデジタルイメージの露出レベルを求めて保存する。そのデジタルイメージの露出レベルを求めるいくつかの方法のうちの任意のものを使用してもよい。例えば、コントロールユニット３０３は、デジタルイメージのヒストグラムを作図する専用ハードウェアを有するカメラの電子制御部分でありうる。ヒストグラムは、等間隔の明るさの値域に分けられるイメージ・ピクセルの数のリストである。コントロールユニット３０３は、デジタルイメージのヒストグラム中の中央値として、この露出レベルを測定することがある。別法として、コントロールユニット３０３は、デジタルイメージ中のあらゆるピクセルの数値を単に合計または平均するか、または、デジタルイメージ中のピクセルのサブセットの数値を合計または平均する。同様に、コントロールユニット３０３は、ヒストグラムを算出する専用ハードウェアを使用せずに、プロセッサ上で実行するプログラムを用いて、ヒストグラムと、このヒストグラムの中央値とを算出する。デジタルイメージの露出レベルを求める他の方法が用いられることもある。

任意選択的に、同じ目標露出時間を用いて、２回以上の露出を行い、その結果として得られる複数のデジタルイメージの露出レベルを平均して、特定の目標露出時間に対して露出レベルの決定をさらに改善することがある。このように平均することは、デジタルイメージ中の電子ノイズ、または、このような露出レベルの決定の精度を損なう可能性がある他の現象の影響を減らすのに役立つ。

第１の写真露出の後に、シャッタ遅れに対して同一の想定値を用いるが、異なる露出時間を目標として、光源３０２に対して第２の写真露出を行う。（第１の写真露出と第２の写真露出との順序を逆にする場合もあることに留意する）。例えば、第２の写真露出では、シャッタ遅れは２ミリ秒であると想定されるが、目標露出時間は１０ミリ秒であることもある。したがって、第２の写真露出を行うときに、コントロールユニット３０３は、イメージング・アセンブリ３０１を制御して、１）電気機械式のシャッタ１０２が確実に開くようにし、２）電子アレイ型光センサ１０３をリセットして、露出時間を開始し、３）（１０ミリ秒の目標露出時間から、上記の２ミリ秒の想定されたシャッタ遅れを引いた値である）８ミリ秒の遅れの後に、電気機械式のシャッタ１０２を閉じるよう信号により知らせ、４）シャッタ１０２が閉じた後に、電子アレイ型光センサ１０３から、デジタルイメージを読み取る。そして、第１の写真露出の露出を求めるのに使用された方法と同じ方法を用いて、第２の写真露出の露出レベルを求めて記録する。

イメージング・アセンブリ３０１およびコントロールユニット３０３の応答は、一般に線形（linear）である。すなわち、このシステムを用いて得られるデジタルイメージ中の数値は、このシステムにより集められる光の量に正比例することになる。光源３０２がほぼ安定しており、第１の写真露出と第２の写真露出との間に他のパラメータがまったく変更されなければ、この２回の写真露出の露出レベルは、この２回の写真露出の露出時間にほぼ比例している。

例えば、シャッタ１０２のシャッタ遅れが、事実上、２ミリ秒の想定値である場合には、第１の例証写真露出の露出時間は、事実上、５ミリ秒の目標露出時間であり、第２の例証写真露出の露出時間は、事実上、１０ミリ秒の目標露出時間である。第１の露出の露出レベルおよび第２の露出の露出レベルをそれぞれＥＬ₁およびＥＬ₂とし、この２回の露出の目標露出時間をそれぞれＴ_targ1およびＴ_targ2とし、この２回の露出の露出時間をそれぞれＴ_act1およびＴ_act2とすると、
Ｔ_targ1＝Ｔ_act1＝５ミリ秒
Ｔ_targ2＝Ｔ_act2＝１０ミリ秒

ＥＬ₂／ＥＬ₁＝Ｔ_targ2／Ｔ_targ1＝Ｔ_act2／Ｔ_act1＝１０／５＝２．０
（シャッタ遅れ＝２ｍｓ）

しかしながら、シャッタ遅れが、２．０ミリ秒の想定値とは異なる場合には、上記の数学的関係が、すべて成り立つとは限らないであろう。なぜなら、実際の露出時間が目標露出時間と等しくないからである。例えば、シャッタ遅れが、実際には、想定された２ミリ秒ではなく、１ミリ秒にすぎない場合には、第１の実際の露出時間および第２の実際の露出時間が、それぞれ４ミリ秒および９ミリ秒にすぎないであろう。よって、次式となる。

ＥＬ₂／ＥＬ₁＝Ｔ_act2／Ｔ_act1＝９／４＝２．２５≠Ｔ_act2／Ｔ_act1
（シャッタ遅れ＝１ｍｓ）

シャッタ遅れが、その想定値とは異なるときに、露出レベルの比と、目標露出時間の比とを相違させる上記の結果を使用して、シャッタ遅れを算出することがある。想定されたシャッタ遅れの誤差をＥとすると、
Ｔ_act1＝Ｔ_targ1−Ｅ
Ｔ_act2＝Ｔ_targ2−Ｅ
および、

ＥＬ₂／ＥＬ₁＝Ｔ_act2／Ｔ_act1＝（Ｔ_targ2−Ｅ）／（Ｔ_targ1−Ｅ）

Ｅの値を求めると、次式が与えられる：

Ｅ＝［Ｔ_targ1−｛（ＥＬ₁／ＥＬ₂）×Ｔ_targ2｝］／｛１−（ＥＬ₁／ＥＬ₂）｝

ＥＬ₁／ＥＬ₂＝４／９、Ｔ_targ2＝１０、Ｔ_targ1＝５とする上記の例では、Ｅ＝１であることがわかる。すなわち、この想定されたシャッタ遅れは、実際のシャッタ遅れよりも１ミリ秒だけ長い。

同様に、第１の写真露出用の目標露出時間が５ミリ秒であり（Ｔ_targ1＝５）、第２の写真露出用の目標露出時間が１０ミリ秒であり（Ｔ_targ2＝１０）、仮想シャッタ遅れが２ミリ秒であり、その結果として得られた、この２回の露出の露出レベルの測定値から、ＥＬ₂／ＥＬ₁＝１．９０であることが明らかである場合には、Ｅ＝−０．５５であることがわかる。すなわち、その想定されたシャッタ遅れは、実際のシャッタ遅れよりも、０．５５ミリ秒だけ短い。したがって、実際のシャッタ遅れは、２．５５ミリ秒である。

シャッタ遅れの算出は、例えば、マイクロプロセッサまたはデジタル信号処理装置を用いて、コントロールユニット３０３の中で実行されることがある。コントロールユニット３０３は、完成品のカメラの電子制御部分、やり取りしているカメラとコンピュータの電子制御部分、または、コンピュータも含みうる校正付属品の一部である。

任意選択的に、シャッタ遅れの校正を繰り返すことがある。例えば、シャッタ遅れが上述の通りに算出されると、一連の校正作業は、１回または複数回繰り返され、しかも、想定されたシャッタ遅れとして、ごく最近算出されたシャッタ遅れの推定値を用いて、毎回繰り返される。毎回の繰返しは、シャッタ遅れの校正をさらに改善する。通常、２回から３回の繰返しが用いられる。

実際のシャッタ遅れが判明すると、このシャッタ遅れ値は、測定された特定のシャッタと結び付けられることがある。例えば、このシャッタ遅れ値は、シャッタが取り付けられているカメラの電子制御部分の中にある不揮発性メモリに記憶される。不揮発性メモリは、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓｅａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓｅａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュ・メモリ、または、他のある種の不揮発性記憶装置である。そして、カメラは、測定された実際のシャッタ遅れを利用して、正確な露出時間を用いて写真を撮ることができる。

図４は、本発明の例証実施形態による一方法の流れ図を示している。ステップ４０２では、シャッタ遅れ時間を想定する。ステップ４０４では、第１の目標露出時間を目標として、第１の写真露出を行う。ステップ４０６では、第１の写真露出の露出レベルを求める。ステップ４０８では、第１の目標露出時間とは異なる第２の目標露出時間を目標として、第２の写真露出を行う。ステップ４１０では、第２の写真露出の露出レベルを求める。ステップ４１２では、露出レベルと目標露出時間と想定されたシャッタ遅れとを用いて、実際のシャッタ遅れを算出する。任意選択的なステップ４１４では、この算出された実際のシャッタ遅れを、測定されたシャッタと結び付けることがある。

本発明の以上の説明は、図解および説明の目的で述べられてきた。すべてを挙げるつもりはなく、本発明を開示されている通りの形態に限定するつもりもなく、他の変更および変形が、上記の教示に照らして可能でありうる。例えば、シャッタ校正において用いられる電子アレイ光センサは、電荷結合素子センサではなくて、アクティブ・ピクセル相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサでありうる。この実施形態は、本発明の原理と本発明の実際の適用とを最良に説明するよう選択され、述べられ、それにより、考えられる特定の用途に適した様々な変更例と様々な実施形態とにおいて、他の当業者が本発明を最適に利用できる。併記の特許請求の範囲は、従来技術によって限定される範囲を除き、本発明の他の代替実施形態を含むことを意図している。

Ａは、シャッタが開位置にある場合のカメラレンズとシャッタとセンサとを示す概略図である。Ｂは、シャッタが閉位置にあるときの図１Ａに示すカメラレンズとシャッタとセンサとを示す概略図である。 代表的な一連の写真作業を示すタイミング図である。 本発明の例証実施形態により、シャッタ遅れを校正できる校正システムを示す概略図である。 本発明の例証実施形態による一方法を示す流れ図である。

符号の説明

１０１ レンズ
１０２ シャッタ
１０３ 電子アレイ光センサ
３０１ イメージング・アセンブリ
３０２ 光源
３０３ コントロールユニット

Claims (10)

1. ａ）シャッタに関するあるシャッタ遅れ時間を想定するステップと、
   ｂ）第１の目標露出時間を目標として、第１の写真露出を行うステップと、
   ｃ）該第１の写真露出の第１の露出レベルを求めるステップと、
   ｄ）第２の目標露出時間を目標として、第２の写真露出を行うステップと、
   ｅ）該第２の写真露出の第２の露出レベルを求めるステップと、
   ｆ）前記第１の目標露出時間および前記第２の目標露出時間と、前記第１の露出レベルおよび前記第２の露出レベルと、前記想定されたシャッタ遅れ時間とに基づいて、実際のシャッタ遅れを算出するステップと
   を含んでなる、シャッタ遅れを測定する方法。
2. 前記実際のシャッタ遅れを前記シャッタと結び付けるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記シャッタが電気機械式であり、各写真露出が、電子手段により開始され、該電気機械式のシャッタを用いて終了するものである請求項１に記載の方法。
4. 前記算出するステップが、コンピュータによって実行される請求項１に記載の方法。
5. 写真露出の露出レベルを求めるステップが、デジタルイメージのヒストグラムの中央値を求めることを含む請求項１に記載の方法。
6. ａ）前記想定された遅れ時間を、前記算出された実際のシャッタ遅れ時間に代えるステップと、
   ｂ）請求項１の方法のステップｂ）〜ステップｆ）を繰り返すステップと、
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
7. ａ）電気機械式のシャッタと電子アレイ光センサとを含むイメージング・アセンブリと、
   ｂ）コントロールユニットと、
   ｃ）ほぼ安定した光源と
   を含んでなるシステムであって、
   ｉ．あるシャッタ遅れ時間を想定するステップと、
   ｉｉ．前記ほぼ安定した光源の第１の写真露出および第２の写真露出を、第１の目標露出時間および第２の目標露出時間を目標としてそれぞれ行うステップと、
   ｉｉｉ．前記第１の写真露出の第１の露出レベルと、前記第２の写真露出の第２の露出レベルとをそれぞれ求めるステップと、
   ｉｖ．前記第１の目標露出時間および前記第２の目標露出時間と、前記第１の露出レベルおよび前記第２の露出レベルと、前記想定されたシャッタ遅れ時間とから、実際のシャッタ遅れを算出するステップと
   を含む方法を実行するよう構成されたシステム。
8. レンズをさらに含む請求項７に記載のシステム。
9. 前記コントロールユニットが、デジタルカメラの電子制御部分である請求項７に記載のシステム。
10. 前記コントロールユニットがコンピュータを含む請求項７に記載のシステム。

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