专利名称：摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及构成为组合电子前帘快门和机械后帘快门进行曝光的摄像装置。
背景技术：
在单镜头 反光式相机(数码相机、银盐相机等)中，一直以来，由焦面快门等的机 械快门来控制曝光时间。焦面快门通常由前帘和后帘两个帘幕构成，在摄影前的状态下，成为前帘对摄像 元件(在银盐相机中为胶片，下面代表性地以摄像元件为例)遮光的状态(1.前帘闭状 态)。然后，当操作摄影按钮等后，开始摄影动作，通过释放上紧的弹簧，首先前帘开始移动 (2.前帘移动)。伴随该前帘的移动，从摄像元件的例如上端侧依次开始曝光。在快门速度 为同步速度以下的情况下，当前帘结束移动时实现摄像元件全面成为曝光中的状态。(3.前 帘移动结束)(其中，在快门速度比同步速度快的情况下，为了在前帘结束移动之前开始后 帘的移动，按缝隙状进行曝光)。在前帘的移动开始后经过了与快门速度对应的曝光时间 时，通过释放上紧的弹簧，开始后帘的移动，从摄像元件的上端侧依次开始遮光(4.后帘移 动)。当后帘结束移动时，成为摄像元件全面遮光的状态(5.后帘移动结束)。然后，在该 后帘移动结束后的遮光状态下，从摄像元件中读出图像信号。这样，在以往的相机中，通过机械前帘快门的移动来控制曝光开始，通过机械后帘 快门的移动来控制曝光结束，从而对静止图像摄影中的摄像元件进行曝光时间的控制。但是，难以在很短的曝光中既维持高精度又进行机械控制，在焦面快门的例子中， 短于1/8000秒的曝光时间的控制很困难。因此，在采用了焦面快门的相机中，1/8000秒左 右成为快门速度的上限。针对这样的课题，作为能够在高速快门中进行更高精度的控制或者能够实现更高 速的快门的技术，提出了使用电子快门的技术。例如，在日本特开平11-41523号公报中记载了如下技术在使用了 CMOS摄像元件 等XY寻址型摄像元件的摄像装置中，使用通过像素复位实现的电子前帘快门来代替机械 前帘快门，由此控制摄像元件的电荷蓄积开始时间，关于电荷蓄积结束时间的控制，则使用 机械后帘快门(焦面快门)。此时，进一步通过与机械后帘快门的非线性移动特性相应地控 制电子前帘快门的移动特性(即，从上侧的行朝向下侧的行依次复位像素的移动特性)，由 此能够在摄像元件的全域中进行大致均勻曝光时间的静止图像摄像。但是，上述电子前帘快门通常不是按照每一行的定时进行像素的复位，而是每多 行一并进行像素的复位(下面，将按照每多行的定时依次进行像素复位而实现的电子前帘 快门简称为“分组电子前帘”等)。采用这种复位方法是为了简化驱动电路或不需要较高的 驱动时钟。因此，只要使用分组电子前帘，则电子前帘快门的移动特性呈现基于数字式切换 的细小阶梯状(也参照本发明的图10、图12等)，无法与机械后帘快门的移动特性完全一致。
其结果是，在分组电子前帘的移动特性中的阶梯状的阶梯部分处，曝光时间产生 不连续性，因此在摄影图像数据中产生水平方向的条纹样的细小曝光不均(亮度不均)(也 参照本发明的图11等)。这样的曝光不均在低速快门时几乎不显眼，但在高速快门时成为 无法忽略的亮度不均而被观察到。
发明内容
本发明是 鉴于上述情况完成的，其目的在于提供一种摄像装置，其能够缓解由于 组合分组电子前帘与机械后帘快门进行曝光而产生的曝光不均。简而言之，本发明是一种摄像装置，具备对被摄体像进行成像的摄影镜头；摄像 元件，其具有二维状地配置了像素的摄像面，该像素蓄积了与经由所述摄影镜头接收到的 光量对应量的电荷；机械后帘快门，其沿所述摄像面移动，以使来自所述摄像镜头的光从到 达该摄像面的状态转移到遮光状态；复位部，其在所述机械后帘快门移动之前，沿该移动方 向将所述摄像面分割为多个像素组，按照与该机械后帘快门的移动特性对应的针对每个像 素组的定时，依次对一个像素组中包含的所有像素的电荷一并进行复位；图像处理部，其根 据所述机械后帘快门的移动特性和所述复位部的针对每个像素组的复位定时，对从所述摄 像元件读出的图像信号的信号电平进行校正，使得近似于在各像素的曝光时间相等时得到 的图像信号。通过参照附图进行的后续说明，可以更明确地理解本发明的上述以及其他目的、 特征、和优点。
图1是示出实施方式1中的摄像装置的结构的框图。图2是示出上述实施方式1中的摄像元件的结构的图。图3是示出在上述实施方式1中摄影前的摄像元件和机械后帘快门的状况的图。图4是示出在上述实施方式1中进行电子复位时的摄像元件和机械后帘快门的状 况的图。图5是示出上述实施方式1中电子复位结束、后帘移动开始前的摄像元件和机械 后帘快门的状况的图。图6是示出在上述实施方式1中进行后帘移动时的摄像元件和机械后帘快门的状 况的图。图7是示出在上述实施方式1中后帘移动结束时的摄像元件和机械后帘快门的状 况的图。图8是示出在上述实施方式1中机械后帘快门的移动特性ms的曲线图。图9是示出在上述实施方式1中与机械后帘快门的移动特性ms相应地设定电子 复位的移动特性es时的状况的曲线图。图10是在上述实施方式1中部分扩大示出分组电子前帘的移动特性的图。图11是示出在上述实施方式1中由于同时复位多行而产生曝光不均的状况的曲 线图。图12是用于说明在上述实施方式1中计算实际曝光时间的方法的曲线图。
图13是示出在上述实施方式1中按下摄影按钮时的摄影顺序的一例的流程图。图14是示出在上述实施方式1中按下摄影按钮时的摄影顺序的另一例的流程图。
具体实施例方式下 面，参照附图来说明本发明的实施方式。(实施方式1)图1到图14示出本发明的实施方式1，图1是示出摄像装置的结构的框图。本实施方式的摄像装置1例如构成为数码相机，其具备摄影镜头2、机械后帘快 门3、摄像元件4、图像处理部5、内部存储器6、外部存储器7、显示部8、指示部9以及系统 控制部10。摄影镜头2是用于使被摄体像在摄像元件4的摄像面22 (参照图2等)上成像的 摄影光学系统，其包含光圈、对焦透镜等而构成。机械后帘快门3配置在摄像元件4与摄像镜头2之间，其通过限制从摄像镜头2 到摄像元件4的光束的通过时间来控制曝光。具体而言，机械后帘快门3通过在垂直方向 上移动而关闭曝光用的开口部31 (参照图3 图7等)，由此阻断光束的通过；通过开启该 曝光用的开口部31以容许光束的通过，通过控制开闭的定时而控制对摄像元件4的曝光时 间。这里，机械后帘快门3成为如下的构造在进行关闭动作时，通过上紧的弹簧的弹力，速 度从0逐渐加速并且沿摄像元件4的摄像面22移动，因而具有移动特性，关闭动作需要一 定的时间。关于该移动特性，将在后面详细说明。机械后帘快门3的开启动作通过使用电 动机等上紧弹簧来进行。摄像元件4对经由摄像镜头2成像的光学像进行光电变换而生成电的图像信号。 其中，本实施方式的摄像元件4是能够以多行为单位(这里，行方向是与机械后帘快门3的 移动方向垂直的方向)依次进行像素复位的摄像元件。这里，作为摄像元件4的具体例子， 可以例举CMOS摄像元件等XY寻址型摄像元件，但不限于此。图像处理部5对由摄像元件4拍摄并读出的图像信号实施各种图像处理。这里， 由图像处理部5进行的图像处理包含如下处理基于机械后帘快门3的移动特性、和后述那 样作为复位部发挥作用的系统控制部10针对每个像素组的复位定时，对从摄像元件4读出 的图像信号的信号电平进行校正，使得接近在各像素21 (参照图2等)的曝光时间相等时 获得的图像信号。来自该图像处理部5的图像数据被发送给系统控制部10。内部存储器6非易失性地存储该摄像装置1工作所需的各种处理程序或设定值 等，具体而言，其由闪存等非易失性存储器构成。外部存储器7非易失性地存储所拍摄的、由图像处理部5为了记录而处理后的图 像数据，构成为所谓存储卡等能移动到摄像装置1外部的可移除式存储器。显示部8显示所拍摄的、由图像处理部5为了显示而处理后的图像，以及该摄像装 置1的操作所涉及的菜单等，其构成为例如TFT液晶或有机EL基板等的显示设备。指示部9是用于对该摄像装置1进行操作输入的用户接口，其包含用于指示电源 开启/关闭的电源按钮、用于指示摄影开始的摄影按钮、以及其他各种设定按钮等。系统控制部10进行该摄像装置1的总体控制。例如，系统控制部10接收经由指 示部9的来自用户的指示(例如静止图像摄影的指示)，进行摄影镜头2的光圈或自动对焦的控制，还进行摄像元件4的定时控制、机械后帘快门3的开闭定时控制。这里，系统控制 部10在摄像元件4的定时控制中作为复位部发挥作用，如后面参照附图进行说明的那样， 在机械后帘快门3移动之前，沿移动方向将摄像元件4的摄像面22分割为多个像素组，按 照与机械后帘快门3的移动特性对应的每个像素组的定时依次对包含于一个像素组中的 全部像素的电荷一并进行复位。此外，系统控制部10还发挥从摄像元件4读出图像信号的 图像信号读出部的作用，此外，还接收由图像处理部5处理过的图像数据，进行使显示部8 显示图像的控制、使外部存储器7保存图像的控制。接着，图2是示出 摄像元件4的结构的图。摄像元件4具备二维状地配置有多个像素21的摄像面22、垂直扫描电路23以 及列电路24。在该图2中，图示了像素21按照η行Xm列(这里n、m为正整数)的方式 排列的摄像面22。这里，像素21构成为包含光电二极管，其将经由摄影镜头2接收到的光变换为与 其光量对应量的电荷而进行蓄积；以及像素电路部，其将积蓄在该光电二极管中的电荷变 换为电压后放大，进行切换而作为电信号传递给列电路24。垂直扫描电路23用于控制配置在摄像面22中的像素21的水平方向排列即行，其 针对每行向像素电路部发送控制信号，控制电子复位的定时和电信号的读出定时。另外，在 该图2所示的例子中，垂直扫描电路23控制的行是行1 行η的η行。列电路24用于控制配置在摄像面22中的像素21的垂直方向排列即列，主要对电 信号施加增益等。在该图2所示的例子中，列电路24控制的列是列1 列m的m列。此外， 列电路24也可以是还能够进行A/D转换处理的类型(以往是通过单独的IC来进行A/D转 换处理，但近几年正在开发通过列电路进行A/D转换处理)。然后，参照图3 图7说明拍摄静止图像时的摄像元件4和机械后帘快门3的动 作。这里，图3是示出摄影前的摄像元件4和机械后帘快门3的状况的图。图4是示出进 行电子复位时的摄像元件4和机械后帘快门3的状况的图。图5是示出电子复位结束且后 帘移动开始之前的摄像元件4和机械后帘快门3的状况的图。图6是示出进行后帘移动时 的摄像元件4和机械后帘快门3的状况的图。图7是示出后帘移动结束时的摄像元件4和 机械后帘快门3的状况的图。在图3所示的摄影前的状态下，机械后帘快门3从曝光用的开口部31退避而开 启，摄像元件4成为被来自摄像镜头2的光照射而曝光的状态。当在该图3所示的状态下，按下指示部9的摄影按钮，从指示部9向系统控制部10 发送了摄影开始的指示信号时，静止图像的摄影动作开始。这样，首先，如图4所示开始电 子复位，即利用摄像元件4的垂直扫描电路23对各像素21的光电二极管中蓄积的电荷进 行复位。该电子复位是从摄像元件4上端的行(行1)开始朝向下方以多行为单位依次进 行的，到达下端的行(行η)时结束(图5示出电子复位结束的状态)。电子复位后的光电 二极管再次蓄积电荷，所以任意像素21的曝光开始定时成为该像素21的电子复位结束的 定时。此外，图5中图示了快门速度为同步速度以下的情况，所以当电子复位达到下端 的行(行η)时，成为摄像元件4全面进行了曝光的状态(与此相对，关于在快门速度比同 步速度快的情况下，在电子复位到达下端的行(行η)之前机械后帘快门3开始移动，因而以缝隙状进行曝光的情况，与在背景技术中描述的通常的焦面快门的情况同样)。在存在由指示部9手动设定的曝光时间的情况下，系统控制部10保持该曝光时 间，在不存在手动设定的曝光时间的情况下，系统控制部10保持根据被摄体的亮度自动设 定的曝光时间，并且系统控制部10控制该机械后帘快门3，使得在从开始上述电子复位起 经过了该曝光时间后的时刻开始机械后帘快门3的移动。由此，如图6所示，机械后帘快门3的移动开始，从摄像元件4上端的行(行1)朝 向下方依次进行遮光。然后，如图7所示，当机械后帘快门3完全关闭 曝光用的开口部31而结束移动时， 成为摄像元件4全面被遮光的状态。然后，在该图7所示的摄像元件4全面被遮光的状态下，由垂直扫描电路23按每 行依次读出电信号。接着，图8是示出机械后帘快门3的移动特性ms的曲线图。在该图8中，纵轴表 示机械后帘快门3的移动方向即摄像元件4的上下方向，横轴表示经过时间。如上所述，机械后帘快门3构造为通过弹簧的弹力在移动方向上拉伸来移动。因 此，刚开始移动后速度较慢，随着向下方移动而逐渐加速。在图8中，将作为机械后帘快门 3的遮光前端的帘下端随着时间经过从摄像元件4的上端侧朝向下端侧移动的状况作为移 动特性ms示出。另外，曝光用开口部31构成为比摄像元件4的摄像面22大，以不挡住摄 影光束，所以机械后帘快门3的移动范围大于摄像元件4的上下方向的幅度，是能够覆盖曝 光用开口部31的上下方向幅度的范围。因此，当机械后帘快门3到达摄像元件4上端时已 经获得一定程度的移动速度，由此在摄像元件4中能够获得比较接近线性的移动特性ms。然后，图9是示出与机械后帘快门3的移动特性ms相应地设定电子复位的移动特 性es时的状况的曲线图。该图9所示的纵轴和横轴与图8所示的相同。该图9所示的电子复位基本上与背景技术中介绍的日本特开平11-41523号公报 中记载的电子复位相同。也就是说，与机械后帘快门3的非线性移动特性ms相应地控制电子复位定时(移 动特性es)。其中，关于电子复位，是将行1 η分割为多个区域(在图9所示例子中为4 个区域)，针对每个区域设定为线性的移动特性。这样，电子复位的移动特性es成为将移动 特性ms在反方向偏移曝光时间量且用折线近似后的产物。下面，说明怎样设定每个区域的线性移动特性。首先，如上所述，为了简化驱动电 路或者不采用较高的驱动时钟，通过像素21的电子复位进行的电子前帘快门通常不按照 每行的定时进行，而是每多行一并进行(如上所述，将按照每多行的定时依次进行像素复 位而实现的电子前帘快门，适当地简称为“分组电子前帘”。)在该分组电子前帘中，多个行 中包含的像素同时被电子复位，这些像素构成在将摄像面22中配置的像素沿机械后帘快 门3的移动方向分割为多个像素组时的一个像素组。图10是部分扩大地示出分组电子前帘的移动特性的图。在这样的分组电子前帘中，为了实现图9所示的与机械后帘快门3的移动特性ms 相应的折线状的移动特性es，例如可以针对每个区域变更同时复位多行时的行数。也就是说，可以将折线的结点作为同时复位的行数的变化点，在机械后帘快门3 的移动速度较慢的摄像元件4的上侧减少行数，在机械后帘快门3的移动速度变快的摄像元件4的下侧增加行数。由 此，即使机械后帘快门3的移动速度在摄像元件4的上侧和下侧不同，也能够大 概抑制曝光不均，尤其是，能够在低速快门时在摄像元件4的整个区域实现大致均勻的曝 光时间。但是，不能忽略在高速快门时对多行一起(同时)复位而引起的曝光不均。图11 是示出由于同时复位多行产生的曝光不均的状况的曲线图。如图10的扩大图部分所示，相对于机械后帘快门3平滑移动(移动特性ms)，基于 电子复位的电子前帘快门为阶梯状的移动特性es，尤其是，由于同时复位多行，所以该阶梯 的步长幅度也随着同时复位的行数变大。如果将系统控制部10设定的曝光时间设为Tsh，则如图11部分扩大示出的那样， 实际各行的曝光时间以锯齿状变化。在与该锯齿状的变化振幅相比，曝光时间Tsh足够大时 (即，足够慢的快门速度时)，基本可以忽略曝光不均的影响，但如果曝光时间Tsh变小(即， 变为较快的快门速度)，则不能忽略曝光不均的影响。也就是说，在较快的快门速度时，由于 快门移动方向(垂直方向)的锯齿状的曝光时间变化，所拍摄的图像在垂直方向出现短周 期的亮度变化，这被作为水平方向的细小条纹样而被观察到。为了应对该画质劣化，在本实施方式中，根据电子复位的定时设定信息和机械后 帘快门的移动特性，计算各行的实际曝光时间，将该实际曝光时间与设定的曝光时间进行 比较，由此校正曝光不均。图12是用于说明计算实际曝光时间的方法的曲线图。首先，如上所述，与机械后帘快门3的移动特性相应地预先调整摄像元件4的电子 复位定时。具体而言，电子复位定时(移动特性es)被预先设定为如下定时近似于当所设 定的曝光时间Tsh为0时机械后帘快门3的移动特性msO。如下进行这样的设定。也就是说，首先针对各行测定时间Tmee 该时间Tmee」为从系统控制部10发出摄 影开始命令的时刻起，到曝光时间Tsh为O时机械后帘快门3移动到关注行的时刻为止的时 间。由针对各行测定的这些T·」所确定的是在图12中以虚线示出的曝光时间Tsh为O时 的机械后帘快门3的移动特性msO。然后，与机械后帘快门3的移动特性msO相应地，以曝光不均被最优地抑制的方式 设定电子复位的定时。该最优化的具体一例如下。关于任意行i，将从发出摄影开始命令 的时刻到进行电子复位的时刻为止的时间设为Tesht i。此时，例如可以考虑如下设定Tesht
i的示例在设计上预先确定了图9所示的变化点数量的约束条件下，通过改变变化点的行 位置(将第几行设为变化点)或者各折线上一并进行复位的行数(折线上的一个线段的斜 率)，使得对于所有的行(i = 1 n)，Tfflec^-Teshtj的相加值成为最小值。不过，在通过 图像处理来校正曝光不均时，考虑到有时与从摄像元件4得到的图像曝光过度相比更希望 曝光不足，或者有时又希望曝光过度，因而不限于在此描述的例子，只要按照使移动特性es 近似于移动特性ms的方式设定Tesht i即可。将这样设定的表示电子复位定时的时间Tesht」、和表示与机械后帘快门3的移动特 性msO对应的定时的时间T·」存储在内部存储器6中。然后，在拍摄静止图像时进行以下处理。这里，图13是示出按下摄影按钮时的摄 影顺序的一例的流程图。当按下摄影按钮时，系统控制部10根据手动设定或自动设定来设定曝光时间(快门速度)Tsh(步骤Si)。然后，系统控制部10从内部存储器6读出表示电子复位定时的时间Tesht」，控制摄 像元件4并使电子前帘快门移动，以按照该定时进行电子复位(步骤S2)。从该电子前帘快 门结束了移动的行开始进行曝光，并在像素21的光电二极管中积蓄电荷(步骤S3)。当从开始电子前帘快门的移动起经过了曝光时间Tsh时，系统控制部10开始机械 后帘快门3的移动(步骤S4)。当机械后帘快门3的移动结束时，系统控制部10从摄像元件4读出图像数据，并 存储在例如图像处理部5内的图像数据存储部中(步骤S5)。此外，系统控制部10从内部存储器6读出Tesht」和Tmee 利用下式1计算行 i中 的实际曝光时间TMal」。式权利要求
1.一种摄像装置，其对光的被摄体像进行拍摄而获得电的图像信号，其特征在于，所述 摄像装置具备对被摄体像进行成像的摄影镜头；摄像元件，其具有二维状地配置了像素的摄像面，该像素蓄积与经由所述摄影镜头接 收到的光量对应量的电荷；机械后帘快门，其沿所述摄像面移动，以从来自所述摄像镜头的光到达该摄像面的状 态转移到遮光状态；复位部，其在所述机械后帘快门移动之前，沿该移动方向将所述摄像面分割为多个像 素组，按照与该机械后帘快门的移动特性对应的针对每个像素组的定时，依次对一个像素 组中包含的所有像素的电荷一并进行复位；图像处理部，其根据所述机械后帘快门的移动特性和所述复位部的针对每个像素组的 复位定时，对从所述摄像元件读出的图像信号的信号电平进行校正，使得近似于在各像素 的曝光时间相等时得到的图像信号。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述摄像装置还具有校正系数计算部，该校正系数计算部根据所述机械后帘快门的移 动特性和所述复位部的针对每个像素组的复位定时，计算校正系数，所述图像处理部根据所述校正系数对信号电平进行校正。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述摄像装置还具有控制部，该控制部判断所设定的快门速度是否小于预定的阈值， 在判定为小于阈值时使所述图像处理部进行信号电平的校正，在判定为大于等于阈值时使 该信号电平的校正中止。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述复位部按照近似于所设定的快门速度为0时的机械后帘快门的移动特性的定时， 依次进行针对每个像素组的复位。
全文摘要
本发明提供一种摄像装置，其能够减轻由于将以多行为单位的电子前帘快门与机械后帘快门组合起来进行曝光而产生的曝光不均。摄像装置具备具有二维状地配置了像素的摄像面的摄像元件(4)；为了控制光的通过/遮挡而沿摄像面移动的机械后帘快门(3)；系统控制部(10)，其在机械后帘快门(3)移动之前，沿移动方向将摄像面分割为多个像素组，按照与机械后帘快门(3)的移动特性对应的针对每个像素组的定时，依次对一个像素组中包含的所有像素的电荷一并进行复位；以及图像处理部(5)，其根据机械后帘快门(3)的移动特性和每个像素组的复位定时，校正从摄像元件(4)读出的图像信号的信号电平，使得接近各像素的曝光时间相等时得到的图像信号。
文档编号H04N5/232GK102137234SQ20101054108
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年1月25日
发明者岩崎宏明 申请人:奥林巴斯映像株式会社