JP2018084772A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】メカニカルシャッタを用いて静止画撮影を行う撮像装置において、連写速度向上と像消失削減を実現しつつ確実な測距等を可能にする。
【解決手段】
撮影レンズにより結像された被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、撮像素子を遮光状態と露光状態にさせることが可能なメカニカルシャッタと、撮像素子の出力に基づいてライブビュー表示を行う表示部とを有する撮像装置は、撮像素子により静止画を撮影した後にライブビューの撮像を開始し、その開始後にメカニカルシャッタが全開状態であることを検出し、その検出後にライブビューの撮像による上記撮像素子の出力に基づいて測距演算等を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、メカニカルシャッタを用いて静止画撮影を行う撮像装置及びその制御方法に関する。
従来、撮像装置の一例として、デジタル一眼カメラが知られている。
デジタル一眼カメラは、一般的に、フォーカルプレーンシャッタ(以下単に「シャッタ」ともいう)を備えており、そのシャッタにより静止画撮影の露光時間が制御される。また、デジタル一眼カメラは、撮像素子に結像された像を表示デバイスに表示するライブビューと称する機能を備えており、その機能を利用してフレーミングが行われる。
このようなデジタル一眼カメラでは、ライブビュー中に測距、測光、人物認識等の被写体解析が行われ、静止画撮影のレンズ位置、露出量が決定される。ここで、静止画撮影とライブビューの切り替えが速やかに行なわれることは、動き回る被写体をフレーミングする上で重要である。しかしながら、シャッタが撮像素子の一部を遮光している状態でライブビューが行われてしまうと、ライブビュー表示の画質劣化が懸念される。また、撮像素子の一部が遮光されているフレーム(フレーム画像)を用いて測距演算が行われてしまうと、誤判断(誤った合焦判断)の要因となる。そのため、静止画撮影後は、シャッタが確実に全開になるまで待機してからライブビューが行われている。
デジタル一眼カメラの一例として、次のようなカメラが知られている。このカメラでは、シャッタ装置の開口部が遮蔽されている状態から全開状態に向けて開き始めた後、その開口部が全開に至る前の所定量開口した状態となったときに、撮像素子からの画像信号の取り込み開始、合焦手段の動作、露出決定手段の動作が行われる(例えば、特許文献1参照)。このカメラでは、静止画撮影後に、シャッタが閉じた状態(撮像素子が遮光された状態)から開き始め、撮像素子に結像される像にシャッタハネ(以下単に「ハネ」ともいう)の影響が無くなる位置までシャッタが駆動した直後に、撮像素子からの画像信号の取り込み開始等を行うことが狙いであると考えられる。
特許第5760188号公報
撮像素子に結像された像を基に被写体の合焦状態を判断するAF(オートフォーカス)制御においては、シャッタハネにより被写体からの光線の一部が遮られた像を基に合焦状態の判断が行われると、その判断が誤判断となる可能性がある。そのため、シャッタが全開であるときの像を基に合焦状態を判断する必要がある。
また、耐性、経年劣化、過酷条件によるシャッタ駆動速度の低下やシャッタ全開後にハネがバウンドして一部のハネが一時的に画枠内へ入ってしまうことを想定した堅実性の高いカメラを目指す場合には、なるべく全開に近い位置でシャッタ位置(ハネ位置)を検出するようセンサを配置することが望ましい。
一方で、撮像素子からの画像信号の取り込み開始を指示してから実際に取り込み開始するまでの遷移時間は、撮像素子により異なる。例えば、その遷移時間に1.5msを要する撮像素子を採用した場合、その遷移時間がカメラのレスポンスに影響を与えないようにするためには、シャッタが全開になるタイミングから1.5ms前に、画像信号の取り込み開始を指示すべきである。この場合、一般的なデジタル一眼カメラの幕速(シャッタハネの速度)から計算すると、画面中央(画枠中央)にシャッタハネがあるタイミングでシャッタ位置検出信号を発生させる必要がある。しかしながら、これでは、検出されるシャッタ位置が、検出されるべきシャッタ全開位置から遠くなってしまうので、例えばシャッタ全開後にハネがバウンドでして撮像素子が一部遮光されてしまった場合にはシャッタ位置を検出できない等の課題がある。
さらに、表示デバイスの表示周期にタイミングを合わせる目的で、静止画撮影後の画像信号取り込み開始タイミングを、あえて数ms程度遅らせることが、カメラの表示を含めたレスポンス向上につながる場合がある。
上記遷移時間分の時間をカメラのレスポンスに影響させず、且つ、確実なAF制御を行うためのセンサ配置を決定することは困難である。
また、シャッタ駆動とライブビュー表示に関し、特許文献1には、ライブビュー表示のためのシャッタ開口タイミングに関する開示があるものの、シャッタを閉じる方向へ駆動している間のライブビュー表示を継続できるフレームに関する提案はない。
本発明は、上記実状に鑑み、メカニカルシャッタを用いて静止画撮影を行う撮像装置において、連写速度向上と像消失削減を実現しつつ確実な測距(必要に応じて測光や被写体解析等)を行うことが可能な撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、被写体からの光を撮影レンズにより結像させ、結像した像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、上記撮像素子の出力に基づいてライブビュー表示を行う表示部を有する撮像装置において、上記撮像素子を遮光状態と露光状態にさせる制御が可能であるメカニカルシャッタと、上記メカニカルシャッタが全開状態であることを検出する全開検出手段と、上記撮像素子の出力に基づいて測距演算を行う測距演算手段と、上記撮像素子と上記メカニカルシャッタにより静止画の撮影とライブビューの撮像を制御する制御手段と、を備え、上記制御手段は、上記撮像素子により静止画を撮影した後にライブビューの撮像を開始するよう制御し、上記測距演算手段は、上記メカニカルシャッタが全開状態であることが上記全開検出手段により検出された後の、ライブビューの撮像による上記撮像素子の出力を用いて測距演算を行う、撮像装置を提供する。
本発明の第2の態様は、第1の態様において、上記制御手段は、静止画の連写撮影の時に、上記測距演算手段により測距演算が行われた後に上記メカニカルシャッタを閉じる制御を開始する、撮像装置を提供する。
本発明の第3の態様は、第1の態様において、上記撮影レンズの開口を調節する絞りを有し、上記制御手段は、静止画の連写撮影の時に、上記測距演算手段により測距演算が行われた後に上記絞りの駆動を開始するよう制御する、撮像装置を提供する。
本発明の第4の態様は、第1乃至3のいずれか一つの態様において、上記撮影レンズは、フォーカスを調節可能なフォーカスレンズを有し、上記制御手段は、上記測距演算手段により測距演算が行われた後で、上記撮像素子が撮像している途中の場合、当該フレームの撮像素子の出力を取得してから、上記フォーカスレンズの駆動を開始し、上記表示部が上記フレームの出力に基づいてライブビュー表示を行うよう制御する、撮像装置を提供する。
本発明の第5の態様は、被写体からの光を撮影レンズにより結像させ、結像した像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、上記撮像素子の出力に基づいてライブビュー表示を行う表示部を有する撮像装置において、上記撮像素子を遮光状態と露光状態にさせる制御が可能であるメカニカルシャッタと、上記メカニカルシャッタが全開状態であることを検出する全開検出手段と、上記撮像素子の出力に基づいて被写体の明るさを測定する測光演算手段と、上記撮像素子と上記メカニカルシャッタにより静止画の撮影とライブビューの撮像を制御する制御手段と、を備え、上記制御手段は、上記撮像素子により静止画を撮影した後にライブビューの撮像を開始するよう制御し、上記測光演算手段は、上記メカニカルシャッタが全開であることが上記全開検出手段により検出された後の、ライブビューの撮像による上記撮像素子の出力を用いて測光演算を行う、撮像装置を提供する。
本発明の第6の態様は、第5の態様において、上記制御手段は、静止画の連写撮影の時に、上記測光演算手段により測光演算が行われた後に上記メカニカルシャッタを閉じる制御を開始する、撮像装置を提供する。
本発明の第7の態様は、第5の態様において、上記撮影レンズの開口を調節する絞りを有し、上記制御手段は、静止画の連写撮影の時に、上記測光演算手段により測光演算が行われた後に上記絞りの駆動を開始するよう制御する、撮像装置を提供する。
本発明の第8の態様は、第5乃至7のいずれか一つの態様において、上記制御手段は、上記測光演算手段により測光演算が行われた後で、上記撮像素子が撮像している途中の場合、当該フレームの撮像素子の出力を取得してから、上記表示部が上記フレームの出力に基づいてライブビュー表示を行うよう制御する、撮像装置を提供する。
本発明の第9の態様は、第4又は8の態様において、上記撮影レンズは、フォーカスを調節可能なフォーカスレンズを有し、上記制御手段は、上記撮像素子の出力を取得した後に、上記フォーカスレンズの駆動を行うよう制御する、撮像装置を提供する。
本発明の第10の態様は、第1乃至9のいずれか一つの態様において、上記制御手段は、静止画の撮影後から所定時間経過後にライブビューの撮像を開始するよう制御し、上記表示部の表示タイミングに基づいて上記所定時間を設定する、撮像装置を提供する。
本発明の第11の態様は、撮影レンズにより結像された被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、上記撮像素子を遮光状態と露光状態にさせることが可能なメカニカルシャッタと、上記撮像素子の出力に基づいてライブビュー表示を行う表示部とを有する撮像装置の制御方法であって、上記撮像素子により静止画を撮影した後にライブビューの撮像を開始し、上記開始後に、上記メカニカルシャッタが全開状態であることを検出し、上記検出後に、ライブビューの撮像による上記撮像素子の出力に基づいて測距演算又は測光演算を行う、制御方法を提供する。
本発明によれば、メカニカルシャッタを用いて静止画撮影を行う撮像装置において、連写速度向上と像消失削減を実現しつつ確実な測距(必要に応じて測光や被写体解析等)を行うことが可能になる、という効果を奏する。
第1の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 シャッタユニットの一連の動作例を説明する図(その1)である。 シャッタユニットの一連の動作例を説明する図(その2)である。 シャッタユニットの一連の動作例を説明する図(その3)である。 シャッタユニットの一連の動作例を説明する図(その4)である。 シャッタユニットの一連の動作例を説明する図(その5)である。 第1の実施形態に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。 第1の実施形態に係る撮像装置の動作例を示すフローチャートである。 第1の実施形態に係る静止画撮影処理の一例を示すフローチャートである。 第2の実施形態に係る静止画撮影処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ(以下単に「カメラ」という)の構成例を示す図である。
図1に示したように、本実施形態に係るカメラは、ボディユニット100、レンズユニット200、及びEVFユニット300を含む。
レンズユニット200は、ボディユニット100の前面に設けられた不図示のレンズマウントを介して着脱自在であり、このカメラにおいて交換可能である。
レンズユニット200は、撮影レンズ201(201a、201b)、絞り202、レンズ駆動機構203、及び絞り駆動機構204を含む。
撮影レンズ201は、レンズ駆動機構203内に備えられている不図示のDC(Direct Current)モータによって、光軸方向に駆動される。絞り202は、絞り駆動機構204内に備えられている不図示のステッピングモータによって駆動される。この絞り駆動機構204による絞り202の駆動により、撮影レンズ201を通過する光量の調節が行われる。レンズ駆動機構203や絞り駆動機構204等の、レンズユニット200内の各部は、後述する制御用マイクロコンピュータ110によって制御される。
ボディユニット100は、次のような構成を含む。
レンズユニット200内の撮影レンズ201及び絞り202を介してボディユニット100に入射する不図示の被写体からの光束(光学系を通過した被写体像)は、開状態のシャッタユニット101を通過して、撮像素子102に結像される。シャッタユニット101は、レンズユニット200の光軸上に設けられたフォーカルプレーン式のシャッタユニットである。撮像素子102は、結像された被写体像をアナログ電気信号に光電変換する。撮像素子102による光電変換は、撮像素子駆動IC(Integrated Circuit)103により制御される。撮像素子駆動IC103は、撮像素子102により光電変換されたアナログ電気信号を、画像処理IC104が処理するためのデジタル電気信号に変換する。画像処理IC104は、撮像素子駆動IC103により変換されたデジタル電気信号を画像信号に変換する。
画像処理IC104には、撮像素子102、撮像素子駆動IC103、記憶領域としてのSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)105、背面液晶モニタ106、その背面液晶モニタ106内の液晶を背面から光を照らすバックライト107、及び通信コネクタ108を介しての記録メディア109等が接続されており、これらは、電子撮像機能と共に電子記録表示機能を提供可能に構成されている。
記録メディア109は、各種の半導体メモリカードや外付けのハードディスクドライブ(HDD)等の外部記録媒体であり、通信コネクタ108を介してボディユニット100と通信可能、且つ交換可能に装着される。
また、画像処理IC104には、ボディユニット100内の各部及びレンズユニット200内の各部を制御するための制御用マイクロコンピュータ110も接続されている。制御用マイクロコンピュータ110は、連写撮影時の撮影間隔を計測する不図示のタイマ等を有し、カメラの全体動作の制御の他、計数、モード設定、検出、判定、及び演算等の機能を有している。例えば、制御用マイクロコンピュータ110は、ユーザ(撮影者)に対するカメラの動作状態の告知を背面液晶モニタ106に表示させる。制御用マイクロコンピュータ110には、シャッタ駆動制御回路111、カメラ操作スイッチ(SW)112、及び不図示の電源回路等が接続されている。
なお、制御用マイクロコンピュータ110とレンズユニット200の各部(レンズ駆動機構203や絞り駆動機構204等)は、レンズユニット200がボディユニット100に装着されることにより、不図示の通信コネクタを介して信号を送受可能に電気的接続が為される。
シャッタ駆動制御回路111は、シャッタユニット101における不図示の先幕と後幕との動きを制御すると共に、制御用マイクロコンピュータ110との間で、シャッタユニット101の開閉動作を制御する信号と、先幕全開時の信号や後幕全開時の信号等の授受を行う。
カメラ操作スイッチ112は、例えば撮影動作の実行を指示するレリーズスイッチ、撮影モードを連写撮影モードや通常撮影モード等に切り替えるモード変更スイッチ、電源のオン・オフを切り替えるパワースイッチなど、ユーザがカメラを操作するために必要な操作ボタンを含むスイッチ群で構成される。
不図示の電源回路は、電源としての不図示の電池の電圧を、カメラの各回路ユニットが必要とする電圧に変換して供給する。
EVFユニット300は、EVF液晶301、そのEVF液晶301を背面から光を照らすバックライト302、及び接眼レンズ303を含み、ユーザは接眼レンズ303を通して例えばライブビュー表示を見ることができる。
なお、本実施形態に係るカメラにおいて、ライブビュー表示は、背面液晶モニタ106又は、EVF液晶301の何れにも表示可能であり、ユーザは撮影状況に応じて、何れに表示させるかを選択することができる構成になっている。
次に、本実施形態に係るカメラの撮影動作及びライブビュー動作について説明する。
本実施形態に係るカメラにおいて、撮影動作は次のようにして行われる。
まず、制御用マイクロコンピュータ110により画像処理IC104が制御されて、撮像素子102及び撮像素子駆動IC103から出力された画像データ(デジタル電気信号)が画像処理IC104に入力されると、画像処理IC104は、この画像データを、一時保存用メモリであるSDRAM105に保存する。なお、SDRAM105は、画像処理IC104が画像処理を行うためのワークエリアとしても使用される。また、画像処理IC104は、この画像データをJPEG(Joint Photographic Experts Group)データ等に変換する画像処理を行って、記録メディア109に保存させることもできる。
シャッタ駆動制御回路111は、制御用マイクロコンピュータ110からシャッタユニット101を駆動制御するための信号を受け取るとシャッタユニット101を制御してシャッタユニット101に開閉動作を行わせる。このときに撮像素子102及び撮像素子駆動IC103からの画像データに対して所定の画像処理が行われて記録メディア109に記録されることで撮影動作が完了する。
本実施形態に係るカメラにおいて、ライブビュー動作は次のようにして行われる。
撮影レンズ201からの光束は撮像素子102へ導かれる。撮像素子102は、例えば、1秒当たり60枚程度(60フレーム/秒)の割合で連続的に露光を行い、このときに撮像素子102及び撮像素子駆動IC103から出力される画像データを、画像処理IC104によりビデオ信号に変換して背面液晶モニタ106に与えることで、被写体の動画像を背面液晶モニタ106に表示させることができる。あるいは、そのビデオ信号をEVF液晶301に与えることで、被写体の動画像をEVF液晶301に表示させることもできる。このような表示は、「ライブビュー表示」と呼ばれており、周知である。以下では、「ライブビュー」又は「ライブビュー表示」を、「LV」と略すこともある。
なお、LV動作時には、撮影レンズ201からの光束が常に撮像素子102へ導かれるので、被写体の明るさの測光処理や、被写体に対する周知の測距処理を、撮像素子102及び撮像素子駆動IC103から出力される画像データに基づいて画像処理IC104に行わせることができる。以下では、このようにして撮像素子102及び撮像素子駆動IC103から出力される画像データに基づいて画像処理IC104及び制御用マイクロコンピュータ110により行われる被写体の明るさの測光処理を、「LV測光」と称することとする。
次に、本実施形態に係るカメラのシャッタユニット101について説明する。
シャッタユニット101は、先幕、後幕、先幕用PI(Photointerrupter)、及び後幕用PIを含み、シャッタユニット101が全開状態であるときに、先幕の先端に設けられている部材が先幕用PIを遮光すると共に後幕の先端に設けられている部材が後幕用PIを遮光する構成を有する。以下では、先幕用PIを「PI(F)」といい(「F」はFirstの頭文字)、後幕用PIを「PI(S)」という(「S」はSecondの頭文字)。
なお、シャッタユニット101において、先幕及び後幕の各幕は公知の方法により駆動される。従って、ここでは幕の駆動方法について特に説明しないが、例えば、幕を動かすための部材にバネを設け、モータ回転力によりバネの力を蓄え、露光時にバネの力を解放する、といった一般的な方法により駆動してもよいし、特開2006−047345号公報や特開2014―191225号公報等に記載されているように、露光時に直接アクチュエータにより駆動するようにしてもよい。本実施形態では、一例として、バネを用いる一般的な方法により幕が駆動されるものとする。
図2A、図2B、図2C、図2D、及び図2Eは、撮像素子102が露出された状態から静止画撮影の露光動作が行われ、その後、再び撮像素子102が露出された状態にされるまでのシャッタユニット101の一連の動作例を説明する図である。
図2Aは、シャッタユニット101が全開の状態(以下、「A:全開」ともいう)を示している。この状態では、先幕と後幕が畳み込まれ、PI(F)及びPI(S)は遮光される。このとき、撮像素子102は、先幕及び後幕により覆われる部分が無く、露出された状態となる。
なお、先幕と後幕が駆動可能な範囲まで開ききったとき(即ち全開状態のとき)のシャッタユニット101の開口は、先幕と後幕により決定されるのではなく、シャッタユニット101の外装など別の部材により決定される。このときの開口を画枠と定義し、その上端と下端をそれぞれ画枠上端と画枠下端と定義する。
図2Bは、静止画撮影の露光動作前のシャッタユニット101の状態(以下、「B:露光直前」ともいう)を示しており、静止画撮影の露光動作前に、先幕が幕駆動方向(図2Bの矢印方向)へ駆動され、先幕により撮像素子102が遮光された状態を示している。この状態では、PI(S)のみが遮光されたままとなる。
図2Cは、静止画露光中のシャッタユニット101の動作(以下、「C:露光走行」ともいう)を示している。静止画露光中では、露光時幕走行方向(図2Cの矢印方向)へ、先幕が開いて撮像素子102を露光させ、後幕が撮像素子102を再び遮光する。このときの先幕と後幕の走行開始タイミングにより、撮像素子102を露出する時間が制御される。
図2Dは、露光完了後のシャッタユニット101の状態(以下、「D:露光後」ともいう)を示している。この状態では、先幕が全開状態であり、PI(F)が遮光される。また、撮像素子102は、後幕により遮光された状態である。
図2Eは、後幕を開く動作(以下、「E:戻し中」ともいう)を示している。この動作では、幕戻し駆動方向(図2Eの矢印方向)への後幕の動きにより撮像素子102が遮光状態から露出状態に変化する。この動作では、PI(F)が遮光されたままである。そして、この動作が完了すると、図2Aの状態(「A:全開」の状態)に戻る。
次に、本実施形態に係るカメラの動作について、タイミングチャート(図3)及びフローチャート(図4及び図5)を用いて説明する。
図3は、本実施形態に係るカメラの動作例を示すタイミングチャートである。
図3では、上から順に、シャッタユニット101における先幕と後幕の動作、シャッタユニット101におけるPI(S)の状態(出力信号状態)、レンズユニット200の絞り202やフォーカス位置(撮影レンズ201の位置)を変更するための駆動タイミング、撮像動作、及び表示デバイス動作を示している。
また、図3における先幕と後幕の動作において、破線は先幕の動作(先幕先端の動き)を示し、実線は後幕の動作(後幕先端の動き)を示している。「走行開始位置」は、露光時の幕走行開始位置を示し、「走行完了位置」は、露光時の幕走行完了位置を示している。「中央」は、画枠の中央を示している。
また、図3において、PI(S)は、後幕が全開状態(後幕先端に設けられている部材によりPI(S)が遮光されている状態)のときにLow信号を出力し、後幕が全開状態でないときにHigh信号を出力するものとする。表示デバイスは、LV表示が行われる背面液晶モニタ106又はEVF液晶301である。
図3に示した先幕と後幕の動作において、「B:露光直前」の状態では、先幕先端と後幕先端が画枠下端より外側に位置している。この状態では、先幕が撮像素子102を遮光している状態であり、後幕は全開状態である。次に、静止画を取得するため「C:露光走行」を行う。ここでは、先幕先端が遮光位置から全開位置へ駆動し、先幕に遅れて後幕先端が全開位置から遮光位置へ駆動する。なお、先幕先端及び後幕先端が走行完了位置へ到達した後に一時的に画枠上端方向に移動しているのは、画枠外で先幕と後幕がバウンドしていること示している。「D:露光後」は、先幕が全開状態となり、後幕が撮像素子102を遮光している状態となる。その後、LV動作のため、後幕を開く動作(「E:戻し中」)を行う。一般的なフォーカルプレーンシャッタでは、露光方向(露光時幕走行方向)の力をバネなどに蓄える役割があるためにトルクが必要になる。これは、バネを用いる一般的な方法により幕駆動が行われるシャッタユニット101でも同様である。そのため、戻す駆動は露光方向と比べて速度が遅くなることも図3の「E:戻し中」に示している。以降、後幕が画枠下端に到達して「A:全開」の状態となり、再び「B:露光直前」に戻るところまでを図3に示している。なお、先幕先端及び後幕先端が走行開始位置へ戻った後に一時的に画枠下端方向に移動しているのは、画枠外で先幕と後幕がバウンドしていること示している。
図3に示したPI(S)の状態において、「B:露光直前」では、後幕が全開状態であるため、PI(S)の出力はLow信号になる。露光後は、後幕が撮像素子102を遮光し始めるタイミングでPI(S)の出力がHigh信号になり、「A:全開」の状態で再びLow信号になる。なお、本実施形態において、先幕は「D:露光後」から「B:露光直前」の前まで全開状態を維持する構成としている。これにより、その間は、後幕が全開になるとシャッタユニット101が全開となる構成になることから、図3では、PI(F)の状態に関する記載を省略している。
なお、シャッタユニット101として、露光後に先幕が全開になった後に再び先幕が画枠内に入り、先幕の一部が撮像素子102を遮光することがあるようなシャッタユニットを採用した場合には、PI(F)とPI(S)の両方が遮蔽された状態(Low信号出力状態)を検出したときが「A:全開」のタイミングとなる。
図3に示した駆動タイミングにおいて、露光後は、静止画撮影用(静止画露光用)の絞り値からLV動作用の絞り値へ絞り202を駆動する。露光後にAFを行うためには被写界深度が浅いほうが望ましい。そのため、LV動作用の絞り値への駆動では、基本的に開放側へ絞り202が駆動する。一方、LV動作から静止画撮影までの動作において、LV動作用の絞り値から静止画撮影用の絞り値へ変更する場合には、基本的に絞り202を開放する又は絞り込む動作となる。そして、LV動作時での測距結果を基に決定したレンズ位置へ撮影レンズ201を駆動する。実際には、絞り値によってピント位置が移動する場合に絞り値に応じてレンズ位置を補正するよう駆動するが、補正のためのレンズ駆動はフォーカス位置を維持するためのものであるため、本実施形態では、絞り駆動中にレンズ駆動を行わないものとし、図3では表記を省略している。
図3に示した撮像動作において、撮像素子102は、「B:露光直前」に、画素に蓄積されていた電荷を全て掃き出し、以降、シャッタユニット101が開いたときに入射する光量分を電荷として蓄積する。「C:露光走行」後は、画素に蓄積された電荷が転送され、画像処理IC104により静止画が生成される。その後は、シャッタユニット101が全開であるか否かに関わらず所定時間経過後にLV動作の連続取り込み(連続した撮像素子102からの信号の取り込み)が開始する。ここでの所定時間は、後述する表示デバイスの表示周期と撮像素子102からの周期的な取り込みタイミングを合わせるための待ち合わせ時間が設定される。すなわち、撮像素子102の出力を基に画像処理IC104により画像が生成されたタイミングで、その画像がすぐに表示デバイスに表示されるようにしたものであり、図3に示した( )の中の数字は、撮像素子102のフレーム(撮像フレーム)と表示デバイスのフレーム(表示フレーム)との対応を示している。
図3に示した表示デバイス動作において、表示デバイスは、撮像素子102に結像された像を基に生成された画像を所定周期で表示(LV表示)する。その画像が無い場合には、黒表示を行う。
ここで、図3に示したPI(S)、撮像動作、及び測距動作の関係について説明する。
図3において、「D:露光後」から、LV動作に復帰するために後幕を遮光状態から開き始めるが、「A:全開」に至る前に既にLV表示は開始されている。(1)と(2)のフレームは後幕の一部が撮像素子102を遮光している状況であり、表示デバイスには被写体の一部が暗い画像が表示される。しかしながら、ブラックアウト(黒表示)から一部遮光されているときのフレームが出力(表示)されても、その後にシャッタユニット101が全開にされているときのフレームが表示されれば、明るさの変化方向が一方向(暗から明の方向)となり、ユーザに違和感を生じさせることはないし、表示画像を見ながら被写体を追いかける場合には像消失が少なくなるので有利である。ただし、一部遮光されているときのフレーム(フレーム画像)を用いての測距は行われない。
「A:全開」に到達した後、PI(S)の出力がLow信号になった後に取得されるフレーム(3)は、測距に使用することができる。なお、本実施形態では、撮像素子102として、位相差を取得可能な画素を備えた撮像素子(位相差AF機能を備えた撮像素子)が採用されているものとする。これにより、フレーム(3)のフレーム画像を画像処理IC104が処理する際に、位相差の出力から合焦状態と合焦する撮影レンズ201の位置を演算することができる。ここで、正常に演算が完了したら、次の静止画撮影に備えて、先幕が撮像素子102を遮光する方向に駆動開始する(図3の「露光直前へ遷移開始」参照)。このときに、絞り202を駆動してもよい。そうすると、上記演算の完了時点で、取り込み途中であったフレーム(4)は、一部遮光されたフレーム画像となるが、絞り202が絞り込まれることで暗い画像が表示されても、「B:露光直前」でブラックアウト(黒表示)になるまで徐々に暗くなる表示となるので、結果として見た目に違和感を生じさせない。上記演算後、取り込み途中であったフレーム(4)の取り込み完了後に、LV動作の連続取り込みを停止する。そして、その取り込み停止後、撮影レンズ201を駆動する(図3の「レンズ駆動開始」参照)。このようにするのは、レンズ駆動中のフレームは表示の見栄え上問題があるからであり、レンズ駆動中のフレームは表示しない構成としている。
図4は、本実施形態に係るカメラの動作例を示すフローチャートである。
図4に示したように、ステップ(以下単に「S」という)401では、カメラ操作スイッチ112のパワースイッチの操作によりカメラ電源がオンすると、カメラ内の電気回路へ電源が供給される。これにより、制御用マイクロコンピュータ110、画像処理IC104、撮像素子駆動IC103等が起動し、撮像素子102、レンズユニット200、EVFユニット300等の初期化が行われる。
S402では、ライブビュー準備処理を行う。ライブビューでは、撮像素子102の感度(以下「撮像感度」ともいう)及び電子シャッタ速度と、レンズユニット200内の絞り位置(絞り202の位置)により、撮像素子102に入射する光量を調節するが、ライブビュー開始時は被写体輝度が不明である。そのため、このライブビュー準備処理では、所定の撮像感度及び電子シャッタ速度と所定の絞り位置の設定による撮像出力(撮像素子102及び撮像素子駆動IC103からの出力)を基にLV測光が行われ、得られた測光値でライブビューの開始フレームの露出が決定される。
S403では、ライブビュー表示を開始する。これにより、ユーザは、EVFユニット300の接眼レンズ303を覗くことで被写体像を確認できるし、背面液晶モニタ106を見ることでも被写体像を確認できるようになる。
S404では、LV測光を行い、得られた測光値から、ライブビューの露出が狙いの露出になるよう露出更新の制御を行う。
S405では、カメラ操作スイッチ112のレリーズスイッチの操作によりレリーズがONしたか否かを判定する。
S405の判定結果がYesの場合は、S406乃至S408の処理を行い、その後、処理がS409へ進む。一方、S405の判定結果がNoの場合は、処理がS409へ進む。
S406では、静止画露出を決定する。より詳しくは、S404で得られた測光値から、静止画撮影の絞り値、シャッタ速度、及び撮像感度を決定する。
S407では、ライブビューのフレーム画像から合焦状態を演算し(測距を行い)、静止画撮影時の撮影レンズ201の位置を演算する。
S408では、静止画撮影処理を行う。この処理の詳細は、図5を用いて後述する。
S409では、カメラ操作スイッチ112のパワースイッチの操作によりカメラ電源がOFFしたか否かを判定する。
S409の判定結果がNoの場合は、処理がS404へ戻り、S409の判定結果がYesの場合は、カメラの動作が終了する。
このような図4に示した動作では、レリーズがONしない限りは、定期的に、LV測光とライブビューの露出更新(S405)が繰り返し行われるようになり、常に狙いの露出になるよう制御されるようになる。
図5は、静止画撮影処理(S408)の一例を示すフローチャートである。
図5に示したように、静止画撮影処理が開始すると、まず、S501の処理と、S502の処理と、S504の処理とを同時に開始し、S501の処理と、S502及びS503の処理と、S504及びS505の処理とを並列に行う。そして、S501の処理と、S503の処理と、S505の処理とが終了した後に、処理がS506へ進む。このような処理手順を、図5では、並列に行われるS501の処理と、S502及びS503の処理と、S504及びS505の処理とを、上下の平行2本線で挟み込む表記により、表している。
S501では、絞り駆動を行う。ここでは、ライブビューの絞り値(LvAv)から、前述のS406又は後述するS516で決定された静止画撮影の絞り値(静止画Av)へ変更するための絞り駆動を行う。
S502では、LV動作の取り込みを停止する。
S503では、静止画のフォーカスを合焦させるために、前述のS407又は後述するS513で演算されたレンズ位置へ撮影レンズ201を駆動する。ここで、連写動作が継続している間は、後述するS513の測距演算が終了したときに(S515:測距演算終了)、撮像素子が撮像している途中の場合がある。この場合は、当該フレームの撮像素子の出力を取得してから、S503のフォーカスレンズの駆動を開始し、取得したフレームの出力に基づいてライブビュー表示を行う(図3)。また、後述するS516の測光・露出演算が行われた後で、撮像素子が撮像している途中の場合がある。この場合も、当該フレームの撮像素子の出力を取得してから、取得したフレームの出力に基づいてライブビュー表示を行う。なお、撮像素子の1フレーム全体の出力の取得を完了する前であっても、一部の出力(たとえば複数ライン分の出力)を取得した状態にて画像処理してライブビュー表示を開始してもよい。
S504では、シャッタユニット101の先幕を閉じて、先幕により撮像素子102を遮光する。
S505では、遮光されている状態の撮像素子102に蓄積されている電荷を掃き出し、以降のシャッタユニット101が開いている間に撮像素子102に入射した光量分が電荷として蓄積される状態(撮像静止画蓄積開始の状態)にされる。
S506では、静止画露光を行う。ここでは、撮像素子102を遮光していた先幕が先ず開き、S406で決定された静止画露出に必要な露光時間が経過してから、シャッタユニット101の後幕により撮像素子102を再び遮光する。
S507では、絞り駆動を開始する。ここでは、静止画撮影の絞り値(静止画Av)から、ライブビューの絞り値(LvAv)へ変更するための絞り駆動を開始する。
S508では、シャッタユニット101の後幕を開く動作(後幕開駆動)を開始する。
S509では、撮像静止画の取り込みを行う。より詳しくは、後幕により遮光されている状態であるときの撮像素子102の出力を、撮像素子駆動IC103を経由して画像処理IC104へ転送する。その後は、画像処理IC104により画像に変換して、通信コネクタ108を介して記録メディア109に記録する。
S510では、LV動作の取り込みを開始する。このLV動作の取り込みは、取り込み後に直ぐに画像が表示されるように、表示デバイスの駆動周期に合わせたタイミングに開始する。
S511では、測距に使用するフレームの取り込み開始待ちを行う。例えば、連写速度を高速化する場合には、LV動作の取り込み開始後の1つ目のフレームの取り込み開始待ちを行うようにしてもよい。あるいは、連写速度を低速化する場合には、連写間隔を空けるために所定時間待機し、その後に取り込まれるフレームの取り込み開始待ちを行うようにして、なるべく次の静止画撮影の駒に近いフレームを用いて測距を行うようにしてもよい。
S512では、後幕が全開状態であり且つS507で開始した絞り駆動が完了しているか否かを判定する。この判定により、これから撮像素子102に結像される像が、ライブビューの絞り値(LvAv)に応じた絞り状態であって且つシャッタユニット101が全開状態であるときの像であるか否かを判定することができる。
なお、S511及びS512において、フレームの取り込み開始タイミングは、例えば、撮像素子102の積分開始タイミングの直前としてもよい。あるいは、フレームの開始点である撮像素子102の垂直同期信号を、フレームの取り込み開始タイミングとしてもよい。
S512の判定結果がNoの場合は、処理がS511へ戻り、S512の判定結果がYesの場合は、処理がS513へ進む。
S513では、S512の判定結果がYesになった後に取り込まれたフレームを用いて測距演算を行う。本実施形態では、撮像素子102が位相差を取得可能な画素を備えた撮像素子であることから、被写体のフォーカス状態が1フレームで取得される。そして、得られたフォーカス状態から、フォーカスを被写体に合焦するために必要なレンズ駆動量(フォーカスレンズ201の駆動量)が算出される。この時のレンズ駆動量は、フォーカスを被写体に合焦させるレンズ位置へのレンズ駆動量でもある。
なお、カメラ操作スイッチ112の操作によりマニュアルフォーカスモードが設定されていてユーザが手動でフォーカス合わせを行う場合には、測距に使用するフレームや測距演算が不要になる。しかしながら、この場合であっても、連写中の表示の見栄えを測距時と同等にするために、後幕全開後の1フレームを取得しておくようにしてもよい。
S514では、S513の測距演算が正常に完了(終了)したか否かを判断する。より詳しくは、シャッタユニット101が全開状態(PI(S)が遮光状態)を維持しているか否か、及び、S513の測距演算により正常な合焦状態が検出されているか否か、を判断する。
S515では、S514の判断結果から、S513の測距演算が正常に完了(終了)したか否かを判定する。より詳しくは、S514の判断結果から、シャッタユニット101が全開状態(PI(S)が遮光状態)を維持しており、且つ、S513の測距演算により正常な合焦状態が検出されているか否かを判定する。
但し、S514及びS515において、マニュアルフォーカスモードが設定されている場合には、S514では、シャッタユニット101が全開状態(PI(S)が遮光状態)を維持しているか否かのみが判断され、S515では、その判断結果に基づいて、シャッタユニット101が全開状態(PI(S)が遮光状態)を維持しているか否かのみが判定される。
S515の判定結果がNoの場合には、処理がS511へ戻り、S515の判定結果がYesの場合には、処理がS516へ進む。
S516では、S509で得られた撮像素子102の出力(静止画)を基に測光値を演算し、その測光値から、次の駒の静止画撮影の絞り値、シャッタ速度、及び撮像感度を決定する。なお、測光値は、S512の判定結果がYesになった後に取り込まれたフレームを基に演算されるようにしてもよい。また、S516では、更に、S512の判定結果がYesになった後に取り込まれたフレームを用いて人物認識等の被写体解析が行われても良い。
S517では、レリーズONが維持されているか否かを判定する。
S517の判定結果がYesの場合には、処理がS501、S502、及びS504へ戻り、S517の判定結果がNoの場合には、静止画撮影処理がリターンする。
このような図5に示した静止画撮影処理では、レリーズONが維持されている限りは、静止画撮影が繰り返される(連写撮影が行われる)ようになる。
以上のように、第1の実施形態によれば、シャッタユニット101が全開状態であることを検出するセンサ(PI(F)及びPI(S))を備えて撮像制御との連携を適切に行うことによって、連写速度向上と像消失削減を実現しつつ確実な測距(必要に応じて測光や被写体解析等)を行うことが可能になる。
<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態に係る撮像装置は、第1の実施形態に係る撮像装置に対して、静止画撮影処理の一部が異なる。そこで、第2の実施形態の説明では、その異なる点を中心に説明することとし、第1の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付して説明する。
第2の実施形態に係る静止画撮影処理では、測距演算の正常完了(終了)判断を、時間計算等により行うようにしている。
図6は、第2の実施形態に係る静止画撮影処理の一例を示すフローチャートである。
図6に示したように、第2の実施形態に係る静止画撮影処理では、まず、第1の実施形態に係る静止画撮影処理(図5参照)と同様にS501乃至S510の処理を行う。但し、第2の実施形態のS503では、静止画のフォーカスを合焦させるために、前述のS407(図4参照)又は後述するS601で演算されたレンズ位置へ撮影レンズ201を駆動する。
S510の後は、S601乃至S603の処理を行う。
S601では、フレーム取り込み時に後幕が全開状態であったときのフレームを用いて測距演算を行う。第2の実施形態でも、撮像素子102が位相差を取得可能な画素を備えた撮像素子であることから、被写体のフォーカス状態が1フレームで取得され、そのフォーカス状態から、フォーカスを被写体に合焦するために必要なレンズ駆動量(撮影レンズ201の駆動量)が算出される。この時のレンズ駆動量は、フォーカスを被写体に合焦させるレンズ位置へのレンズ駆動量でもある。
S602では、S601の測距演算が正常に完了(終了)したか否かを判断する。より詳しくは、S601での測距演算に使用されたフレームの取り込みタイミングにおいて、後幕が全開状態(PI(S)が遮光状態)であったか否か、及び、S507で開始した絞り駆動が完了していたか否かを、時間計算により判断する。
具体的には、S601の測距演算の完了時点において、下記式(1)の関係式が成立した場合に、S601での測距演算に使用されたフレームの取り込みタイミングにおいて後幕が全開状態(PI(S)が遮光状態)であったと判断される。
Ta>Tb 式(1)
ここで、Taは、PI(S)のLow信号出力を検出した後の経過時間である。
Tbは、測距演算に使用されたフレームの取り込み時間と測距演算時間との合計時間である。
この式(1)は、測距演算に使用されたフレームの取り込み開始から現在までの時間が、後幕が全開状態にされてから現在までの時間よりも短い場合に成立し、この場合には、S601での測距演算に使用されたフレームの取り込みタイミングにおいて後幕が全開状態(PI(S)が遮光状態)であったと判断される。
なお、Tbにおいて、測距演算に使用されたフレームの取り込み時間は、撮像素子102の積分開始タイミングの直前からフレーム取り込み終了までの時間としてもよい。あるいは、余裕を持ってフレームの開始点である撮像素子102の垂直同期信号を、フレームの取り込み時間の開始タイミングとしてもよい。測距演算時間は、測距演算に使用されたフレームの取り込み終了から、測距演算が正常に完了(終了)したか否かの判断開始時期(S602の判断開始時期)までの時間である。時間測定誤差等を考慮して判断開始時期までに時間的余裕を持たせる場合には、Tbを、その余裕分の時間を更に加算した時間としてもよい。
また、S507で開始した絞り駆動が完了していたか否かの判断も、絞り駆動完了から現在までの時間を計時しておくことで、同様にして行うことができる。
さらに、S602では、S601で正常に合焦状態が検出されたか否かの判断も行われる。
なお、S601及びS602において、マニュアルフォーカスモードが設定されていて測距演算に使用されるフレームが不要な場合には、連写中の表示の見栄えを考慮して後幕全開後の1フレームを取得した後に測距演算が正常に完了(終了)したと判断するようにする。この場合は、下記式(2)の関係式が成立した場合に、測距演算が正常に完了(終了)したと判断するようにする。
Ta>Tc 式(2)
ここで、Taは上述のとおりであり、Tcは、1フレーム分のフレーム取り込み時間である。
この式(2)において、式(1)との違いは、右辺に測距演算時間が含まれないことであるが、測距演算を行う場合と同等の連写中の表示の見栄えにする目的で、Tcを、測距演算時間相当の固定時間を更に加算した時間としてもよい。
S603では、S602の判断結果から、測距演算が正常に完了(終了)したか否かを判定する。より詳しくは、S602の判断結果から、S601での測距演算に使用されたフレームの取り込みタイミングにおいて、後幕が全開状態(PI(S)が遮光状態)であり且つS507で開始した絞り駆動が完了しており、且つ、S601で正常に合焦状態が検出されたか否かを判定する。
S603の判定結果がNoの場合には、処理がS601へ戻る。
一方、S603の判定結果がYesの場合には、第1の実施形態に係る静止画撮影処理(図5参照)と同様にS516及びS517の処理を行う。
このような静止画撮影処理が行われる第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上述の第1及び第2の実施形態において、シャッタユニット101として、フォーカルプレーン式のメカニカルシャッタに限らず、他の方式のメカニカルシャッタを採用するようにしてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、様々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素のいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
100 ボディユニット
101 シャッタユニット
102 撮像素子
103 撮像素子駆動IC
104 画像処理IC
105 SDRAM
106 背面液晶モニタ
107 バックライト
108 通信コネクタ
109 記録メディア
110 制御用マイクロコンピュータ
111 シャッタ駆動制御回路
112 カメラ操作スイッチ
200 レンズユニット
201(201a、201b) 撮影レンズ
202 絞り
203 レンズ駆動機構
204 絞り駆動機構
300 EVFユニット
301 EVF液晶
302 バックライト
303 接眼レンズ

Claims (11)

  1. 被写体からの光を撮影レンズにより結像させ、結像した像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、上記撮像素子の出力に基づいてライブビュー表示を行う表示部を有する撮像装置において、
    上記撮像素子を遮光状態と露光状態にさせる制御が可能であるメカニカルシャッタと、
    上記メカニカルシャッタが全開状態であることを検出する全開検出手段と、
    上記撮像素子の出力に基づいて測距演算を行う測距演算手段と、
    上記撮像素子と上記メカニカルシャッタにより静止画の撮影とライブビューの撮像を制御する制御手段と、
    を備え、
    上記制御手段は、上記撮像素子により静止画を撮影した後にライブビューの撮像を開始するよう制御し、上記測距演算手段は、上記メカニカルシャッタが全開状態であることが上記全開検出手段により検出された後の、ライブビューの撮像による上記撮像素子の出力を用いて測距演算を行う、
    ことを特徴とする撮像装置。
  2. 上記制御手段は、静止画の連写撮影の時に、上記測距演算手段により測距演算が行われた後に上記メカニカルシャッタを閉じる制御を開始することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 上記撮影レンズの開口を調節する絞りを有し、
    上記制御手段は、静止画の連写撮影の時に、上記測距演算手段により測距演算が行われた後に上記絞りの駆動を開始するよう制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  4. 上記撮影レンズは、フォーカスを調節可能なフォーカスレンズを有し、
    上記制御手段は、上記測距演算手段により測距演算が行われた後で、上記撮像素子が撮像している途中の場合、当該フレームの撮像素子の出力を取得してから、上記フォーカスレンズの駆動を開始し、上記表示部が上記フレームの出力に基づいてライブビュー表示を行うよう制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の撮像装置。
  5. 被写体からの光を撮影レンズにより結像させ、結像した像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、上記撮像素子の出力に基づいてライブビュー表示を行う表示部を有する撮像装置において、
    上記撮像素子を遮光状態と露光状態にさせる制御が可能であるメカニカルシャッタと、
    上記メカニカルシャッタが全開状態であることを検出する全開検出手段と、
    上記撮像素子の出力に基づいて被写体の明るさを測定する測光演算手段と、
    上記撮像素子と上記メカニカルシャッタにより静止画の撮影とライブビューの撮像を制御する制御手段と、
    を備え、
    上記制御手段は、上記撮像素子により静止画を撮影した後にライブビューの撮像を開始するよう制御し、上記測光演算手段は、上記メカニカルシャッタが全開であることが上記全開検出手段により検出された後の、ライブビューの撮像による上記撮像素子の出力を用いて測光演算を行う
    ことを特徴とする撮像装置。
  6. 上記制御手段は、静止画の連写撮影の時に、上記測光演算手段により測光演算が行われた後に上記メカニカルシャッタを閉じる制御を開始することを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
  7. 上記撮影レンズの開口を調節する絞りを有し、
    上記制御手段は、静止画の連写撮影の時に、上記測光演算手段により測光演算が行われた後に上記絞りの駆動を開始するよう制御することを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
  8. 上記制御手段は、上記測光演算手段により測光演算が行われた後で、上記撮像素子が撮像している途中の場合、当該フレームの撮像素子の出力を取得してから、上記表示部が上記フレームの出力に基づいてライブビュー表示を行うよう制御することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項に記載の撮像装置。
  9. 上記撮影レンズは、フォーカスを調節可能なフォーカスレンズを有し、
    上記制御手段は、上記撮像素子の出力を取得した後に、上記フォーカスレンズの駆動を行うよう制御することを特徴する請求項4又は8記載の撮像装置。
  10. 上記制御手段は、静止画の撮影後から所定時間経過後にライブビューの撮像を開始するよう制御し、上記表示部の表示タイミングに基づいて上記所定時間を設定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の撮像装置。
  11. 撮影レンズにより結像された被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、上記撮像素子を遮光状態と露光状態にさせることが可能なメカニカルシャッタと、上記撮像素子の出力に基づいてライブビュー表示を行う表示部とを有する撮像装置の制御方法であって、
    上記撮像素子により静止画を撮影した後にライブビューの撮像を開始し、
    上記開始後に、上記メカニカルシャッタが全開状態であることを検出し、
    上記検出後に、ライブビューの撮像による上記撮像素子の出力に基づいて測距演算又は測光演算を行う、
    ことを特徴とする制御方法。
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