JP2008219523A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の露光時間のずれを効果的に補償する。
【解決手段】撮像装置は、複数の画素を有し、被写体像を光電変換して電荷を蓄積し、画像信号として出力する撮像素子と、遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、制御回路と、を備える。制御回路は、遮光手段を撮像素子の光路から退避させた状態で画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、露出時間Ｔｒの後に、画素から第１の画像信号を読み出す。また、制御回路は、遮光羽根を退避させたときのその走行特性に合わせて、画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、露光時間ｔｄの後に、遮光羽根を走行させて画素を遮光し、画素から第２の画像信号を読み出す。撮像装置はまた、前記第１の画像信号の画素値と前記第２の画像信号の画素値との比を算出し、その結果を前記第２の画像信号の画素値に積算することによって、前記第２の画像信号のゲイン補正を行う補正手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学ファインダーを用いて被写体を観察する光学ファインダーモードと、表示装置を用いて被写体を観察する電子ファインダーモードを有する撮像技術に関する。

従来の撮像装置は、光学ファインダーを用いて被写体を観察する光学ファインダーモードと、表示装置を用いて被写体を観察する電子ファインダーモードを有する。電子ファインダーモードでは、先羽根を撮像素子の光路から退避させ、撮像素子上で被写体像を捕らえる。このとき、先羽根用の制御マグネットのヨーク吸着面が、撮影終了後に元の位置へ移動させるまでむき出しの状態となる。したがって、撮影者が構図を決めるのに時間がかかると、制御マグネットのヨーク吸着面がむき出しになる時間が長くなる。その結果、制御マグネットのヨークの吸着面へゴミが侵入し、先羽根の吸着不良によって、シャッター秒時精度が悪化したり、アマーチャ自体を保持できなくなったりするという問題がある。

これに対し、特許文献１は、シャッター装置が後羽根としての羽根ユニットのみを備え、ＸＹアドレス方式の撮像素子の電荷蓄積開始を後羽根の走行特性に一致させて、撮像素子の露光時間を制御する技術を開示している。しかしながら、特許文献１の技術では、カメラ本体の姿勢や使用環境温度の変化などによる羽根ユニットの走行特性の変化を考慮していない。したがって、高速のシャッター速度が設定されたときなどに、露光時間のムラによる影響が大きくなる。また、撮像素子のリセット動作によって露光の開始を制御する場合、リセット動作と後羽根とで使用環境温度等の影響が大きく異なると、露光時間のムラによる影響が大きくなる。

これに対し、特許文献２は、先羽根としての羽根ユニットと、後羽根としての羽根ユニットとの走行特性の差をフォトリフレクターを用いて検知し、その検知結果を次の羽根ユニットの駆動に反映させる技術を開示している。
特開平１１−４１５２３号公報 特開２００１−２３５７７９号公報

しかしながら、特許文献２に開示された構成では、後羽根としての羽根ユニットを実際に走行させないと、羽根ユニットの走行特性を検知することができない。したがって、その検知結果が反映されるのは次回以降の撮影となる。そのため、カメラの姿勢、使用環境温度、湿度、電源状態、作動回数、撮影間隔等の数多くの要因により、羽根ユニットの走行特性を検知したときと同じ条件で次回以降の撮影が行われるとは限らないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像素子の露光時間のずれを効果的に補償することを目的とする。

本発明の第１の側面は、撮像装置に係り、複数の画素を有し、被写体像を前記複数の画素で光電変換して電荷を蓄積し、画像信号として出力する撮像手段と、前記複数の画素を遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、前記遮光手段を前記撮像手段の光路から退避させた状態で前記複数の画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、第１の蓄積時間の後に、前記複数の画素から第１の画像信号を読み出す第１の制御手段と、前記第１の制御手段により退避させたときの前記遮光羽根の走行特性に合わせて前記複数の画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、第２の蓄積時間の後に、前記遮光羽根を走行させて前記複数の画素を遮光し、前記複数の画素から第２の画像信号を読み出す第２の制御手段と、前記第１の画像信号の画素値と前記第２の画像信号の画素値との比を算出し、その結果を前記第２の画像信号の画素値に積算することによって、前記第２の画像信号のゲイン補正を行う補正手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の側面は、複数の画素を有し、被写体像を前記複数の画素で光電変換して電荷を蓄積し、画像信号として出力する撮像手段と、前記複数の画素を遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、を備える撮像装置の制御方法に係り、前記遮光手段を前記撮像手段の光路から退避させた状態で前記複数の画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、第１の蓄積時間の後に、前記複数の画素から第１の画像信号を読み出す第１の制御工程と、前記第１の制御工程で退避させたときの前記遮光羽根の走行特性に合わせて前記複数の画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、第２の蓄積時間の後に、前記遮光羽根を走行させて前記複数の画素を遮光し、前記複数の画素から第２の画像信号を読み出す第２の制御工程と、前記第１の画像信号の画素値と前記第２の画像信号の画素値との比を算出し、その結果を前記第２の画像信号の画素値に積算することによって、前記第２の画像信号のゲイン補正を行う補正工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の露光時間のずれを効果的に補償することができる。

以下に図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明を行う。以下では、撮像装置としてデジタル一眼レフカメラを例にあげて説明するが、本発明はこれに限定されない。すなわち、電気信号としての画像データを出力する撮像素子を備え、遮光部材としての羽根ユニットを用いて撮像素子の露光時間を制御する撮像装置であれば、他の構成を有する撮像装置も本発明に適用されうる。

図１及び図２は、本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す断面図である。図１は光学ファインダーを用いて被写体像を観察するときの状態を示したものであり、図２は背面液晶モニターを用いて被写体像を観察するときの状態を示したものである。

１０１はカメラ本体である。１０２はカメラ本体１０１に着脱可能な交換レンズ装置であり、公知のマウント機構を介してカメラ本体１０１に電気的かつ機械的に接続される。交換レンズ装置１０２を取り替えることにより、異なる画角の撮影画像を得ることができる。交換レンズ装置１０２は、内部の結像光学系１０３を光軸Ｌ１方向に沿って移動させることにより、合焦状態を調節する。結像光学系１０３には、赤外線カットフィルターが形成されている。

１０６はパッケージ１２４に収納された撮像素子の１つであるＣＭＯＳプロセスコンパチブルのイメージセンサ（以下「ＣＭＯＳセンサ」という）である。ＣＭＯＳセンサは、任意の画素へのランダムアクセスが可能であり、後述する表示装置１０７での表示用画像を生成するための間引き読み出しが容易であり、高いフレームレートでの画像読み出しを行うことができる。

１５６は結像光学系１０３から撮像素子１０６に至る光路中に設けられた光学ローパスフィルターであり、撮像素子１０６上に、被写体像中の必要以上に高い空間周波数成分を伝達しないように構成されている。

１０７はカメラ本体１０１の背面に設けられた液晶モニターで構成された表示装置であり、撮像素子１０６で捉えられた被写体の画像データが表示装置１０７に表示される。

１１１は結像光学系１０３からの光束を分割し、その一部を光学ファインダーに導くための可動型のハーフミラーである。１０５は被写体の予定結像面に配置されたフォーカシングスクリーンであり、１１２はペンタプリズムである。

１０９はフォーカシングスクリーン１０５に投影された被写体像を観察するためのレンズである。フォーカシングスクリーン１０５、ペンタプリズム１１２及びレンズ１０９は、ファインダー光学系を構成する。ハーフミラー１１１の背後には可動型のサブミラー１２２が設けられ、ハーフミラー１１１を透過した光束のうち光軸に近い光束を焦点検出装置１２１に偏向する。焦点検出装置１２１は、位相差検出方式の焦点検出を行う。

ハーフミラー１１１とサブミラー１２２で構成された光路分割手段は、図１に示す第１の状態と図２に示す第２の状態のいずれかの状態を選択的にとることができる。光路分割手段は、第１の状態では、結像光学系１０３からの光束を分割して一方の光束をファインダー光学系に導き、他方の光束を焦点検出装置１２１に導く。また、第２の状態では、結像光学系１０３からの光束をそのまま撮像素子１０６に導く。不図示の電磁モータとギア列で構成されるミラー駆動機構は、ハーフミラー１１１とサブミラー１２２の位置を変化させ、これらで構成される光路分割手段の第１の状態と第２の状態とを切り替える。第１の状態は、光学ファインダーを用いて被写体像を観察する場合に設定される。第２の状態は、表示装置１０７で被写体を観察する場合、撮像素子１０６を用いて焦点検出動作や測光動作を行う場合又は動画を撮影する場合に設定される。

１１３は遮光手段としてのフォーカルプレーンシャッター、１１９はカメラ本体の電源のオン／オフを切り替えるためのメインスイッチである。１２３は被写体を観察するために光学ファインダーを用いるか、表示装置１０７を用いるかを切り替えるためのファインダーモード切り替えスイッチである。以下、光学ファインダーを用いて被写体を観察する設定を「光学ファインダーモード」、表示装置１０７を用いて被写体を観察する設定を「電子ファインダーモード」という。１８０は光学ファインダーを用いて被写体を観察した場合に、シャッター速度や絞り値などの撮影パラメータを表示するための情報表示装置である。

電子ファインダー機能を備えるデジタルカメラは、光学ファインダー機能のみを備えるカメラと比較して、多くの種類のシャッター装置を適用することができる。例えば、銀塩カメラで用いられている先幕と後幕を有するフォーカルプレーンシャッター装置を適用する形態が考えられる。

フォーカルプレーンシャッター装置は、シャッター基板に枢支した２組の羽根ユニットを有する。この羽根ユニットは複数に分割された遮光羽根群を２本のアームで各々回転可能に保持して平行リンクを形成している。一方の羽根ユニットは露光時にシャッター開口部を遮蔽状態から開放状態へ移行させる先羽根（先幕とも称する）として作用する。他方の羽根ユニットは露光時にシャッター開口部を開放状態から遮蔽状態へ移行させる後羽根（後幕とも称する）として作用する。先羽根と後羽根を構成する羽根ユニットは、所定方向への付勢力を与えるばね等の駆動源と制御マグネットに吸着保持されるアマーチャとを有した駆動部材にそれぞれ連結されている。

先羽根を構成する羽根ユニットは、撮影前に不図示のチャージレバーによって駆動部材のアマーチャが制御マグネットのヨーク吸着面に接触する撮影準備位置まで移動され、シャッター開口部を遮蔽した状態で保持される。後羽根を構成する羽根ユニットは、撮影前にやはり不図示のチャージレバーによって駆動部材のアマーチャが制御マグネットのヨーク吸着面に接触する撮影準備位置まで移動され、シャッター開口部を開放した状態で保持される。

不図示のシャッタースイッチが操作されることにより、チャージレバーは羽根ユニットをヨーク吸着面に保持する位置から退避する。それぞれの羽根ユニットは専用のコイルに通電された制御マグネットの磁力により、アマーチャが制御マグネットのヨーク吸着面に吸着した状態で保持される。そして、先に先羽根を構成する羽根ユニットに対応した制御マグネットの通電が断たれて先羽根がシャッター開口部を開放する。シャッター速度を基に設定された時間が経過した後、後羽根を構成する羽根ユニットに対応した制御マグネットの通電が断たれて後羽根がシャッター開口部を遮蔽する。こうして撮像面が露光される。これら後羽根ユニットの走行が完了した後、再び不図示のチャージレバーにより、それぞれの羽根ユニットは撮影準備位置へ移動し、次の撮影まで待機する。

図３は、従来の撮像素子の蓄積動作とシャッター装置の先羽根及び後羽根の走行タイミングとを示す図である。横軸は時間を表し、縦軸は撮像素子の撮像領域の上下方向での位置、つまり、羽根の走行方向における位置を示す。Ｍ１１０１は露光開始位置として機能する先羽根の最後部のスリット形成端の位置を示し、Ｍ１２０１は遮光開始位置として機能する後羽根の最前部のスリット形成端の位置を示す。Ｅ１１０１は撮像素子の蓄積を開始するためのリセット動作のタイミングを示し、Ｅ１２０１は撮像素子に蓄積された電荷に相当する信号を得るための読み出し動作のタイミングを示す。撮像素子はシャッター装置の先羽根が走行を開始する前に蓄積動作を開始しており、先羽根、後羽根の両方が走行を完了した後に撮像素子の読み出し動作を行っている。つまり、撮像素子が蓄積動作を行っている期間には、先羽根、後羽根の両方が走行する期間が包含されている。

図４は、従来の撮像素子の蓄積動作とシャッター装置の後羽根の走行タイミングを示す図である。Ｍ１２０２は遮光開始位置として機能する後羽根の最前部のスリット形成端の位置を示す。Ｅ１１０２は撮像素子の蓄積を開始するためのリセット動作のタイミングを示し、Ｅ１２０２は撮像素子に蓄積された電荷に相当する信号を得るための読み出し動作のタイミングを示す。撮像素子は、設定されたシャッター速度に応じて、シャッター装置の後羽根が走行を開始するよりも所定時間前に蓄積動作を開始する。この蓄積動作の開始のタイミングは、加速しながら走行する後羽根の走行特性に合わせて、全ての領域において露光量が均等になるように、撮像素子のライン毎に制御されている。撮像素子は後羽根としての羽根ユニットの走行が完了してから、蓄積された電荷の読み出しを行う。

図３及び図４に示す従来の方法では、カメラの姿勢、使用環境温度、湿度、電源状態、作動回数、撮影間隔等の数多くの要因により、メカ後幕の羽根ユニットの走行特性が変わるため、電子先幕シャッターの撮影画像に露出ムラが生じうる。

これに対し、本願発明では、後述のようにローリング電子シャッターで撮影した画像に基づいて、電子先幕シャッターの撮影によって得られた画像のゲイン補正を行うことにより、電子先幕シャッターの画像における露出ムラを抑えることができる。

図５は、本発明の好適な実施形態に係る撮像装置２００の構成を示すブロック図である。

２０１は結像光学系１０３を含むレンズ部であり、２０２はレンズ駆動装置である。レンズ駆動装置２０２がレンズ部２０１に含まれる不図示のズーム光学系、結像光学系１０３を移動させることによって、ズーム制御やフォーカス制御などが行われる。１０３は遮光手段としてのシャッター装置であり、フォーカルプレーン型のシャッター装置の後羽根に相当する羽根ユニットを備える。２０４はシャッター装置２０３を駆動するためのシャッター駆動装置であり、上述したチャージレバーや制御マグネットで構成される。

２０５は被写体像の光束を受光することにより、その光量に応じて電荷を蓄積し、これに基づいて被写体の画像データを生成するＸＹアドレス方式の撮像素子であり、図１及び図２における撮像素子１０６に該当する。ＸＹアドレス方式の撮像素子２０５の走査方法について説明すると、まず、撮像素子２０５の画素毎又はライン毎に、蓄積された不要な電荷を除去する走査（以下「リセット動作」という）を実行する。次いで、画素毎又はライン毎に信号電荷を読み出す走査を行うことにより蓄積動作を終了する。このように、撮像素子２０５は、リセット走査と読み出し走査とを撮像素子２０５の領域に応じて異なる走査タイミングで行うことができる（以下、このような動作を行う電子シャッターを「ローリング電子シャッター」という）。

２０６は画像信号処理回路であり、撮像素子２０５より出力される画像データのアナログ信号を増幅する。また、画像信号処理回路２０６は画像データをアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理を行ったり、Ａ／Ｄ変換後の画像データに各種の補正処理を施したり、画像データに圧縮処理を施したりする。

２０７は撮像素子２０５及び画像信号処理回路２０６に、タイミング信号を出力するタイミング発生部であり、２０８は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部である。２０９は撮像装置２００全体の動作を制御し、また、撮影パラメータや画像データの補正処理の係数を演算するための制御回路である。２１０は記録媒体２１１への画像データの記録、或いは、記録媒体２１１から画像データの読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部である。２１１は画像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、２１２は外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部である。

２１３はペンタプリズム１１２の近傍に配置され、光学ファインダーモードのときに光学ファインダーに進入してきた光束を用いて、被写体の輝度を測定する測光装置である。２１４は光学ファインダーモードのときにハーフミラー１１１及びサブミラー１２２で反射された光束を用いて、被写体の焦点状態を検出する焦点検出装置であり、図１及び図２の焦点検出装置１２１に該当する。２１５は重力センサを用いてカメラ本体の向きを検知する姿勢検知装置である。２１６は電子ファインダーモードのときに被写体を動画として表示したり、撮影した画像を表示したりするための表示装置であり、図１及び図２の表示装置１０７に該当する。

図６は、シャッター装置２０３の概略構成を示す図である。３０１はシャッター地板、３０１ａは被写体像の光束を通過させるためにシャッター地板３０１に形成されたシャッター開口部である。３０２は第１アーム、３０３は第２アームであり、それぞれシャッター地板３０１に設けれた軸の周りに回転自在に取り付けられている。３１１〜３１４は後羽根であり、第１のアームに設けられたダボと第２のアームに設けられたダボによって、これらアームに対して回転自在に支持されている。第１のアーム３０２、第２のアーム３０３、及び、遮光羽根としての後羽根３１１〜３１４によって平行リンクを形成した羽根ユニットを構成する。

チャージレバーによって撮影準備位置へ移動された図６に示す状態から、シャッター駆動装置２０４の制御マグネット用のコイルの通電を切る。すると、後羽根３１１、後羽根３１２、後羽根３１３、後羽根３１４の順にシャッター開口部３０１ａを覆い始める。３１１ａは後羽根３１１の進行方向の先端に位置するスリット形成端であり、後述の撮像素子２０５で電荷蓄積が開始され、このスリット形成端３１１ａで遮光されるまでの時間が、撮像素子のその領域における露光時間となる。

なお、図６及び後述する図１０に記載のシャッター装置２０３は、撮影準備時には図６の下方に後羽根が位置し、撮影時にはこの羽根ユニットが図６の上方に向かって移動する向きに記載されている。説明の便宜上、上述した図３と図４、後述する図１１と図１２では、撮影時に後羽根が図の上方から下方に向かって移動するものとして記載する。

次いで、図７及び図８を用いてＸＹアドレス方式の撮像素子２０５の構造と駆動方法について述べ、ローリング電子シャッターの動作を説明する。

図７は、ＸＹアドレス方式の走査方法を用いた撮像素子２０５の構成を示す図である。４０１は単位画素である。４０２は光を電荷に変換する光電変換素子として機能するフォトダイオード（以下「ＰＤ」という）である。４０３は転送パルスφＴＸによってＰＤ４０２で発生した電荷を後述するＦＤ４０４に転送する転送スイッチである。４０４は電荷を一時的に蓄積する電荷検出部（以下「ＦＤ」という）であり、４０５はソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプである。４０６は選択パルスφＳＥＬによって画素を選択する選択スイッチであり、４０７はリセットパルスφＲＥＳによってＦＤ４０４に蓄積された電荷を除去するリセットスイッチである。ＦＤ４０４、増幅ＭＯＳアンプ４０５及び後述する定電流源４０９でフローティングディフュージョンアンプが構成される。そして、選択スイッチ４０６で選択された画素の電荷が電圧に変換され、信号出力線４０８を経て読み出し回路４１３に出力される。４０９は増幅ＭＯＳアンプ４０５の負荷となる定電流源である。

４１０は読み出し回路４１３から出力信号を選択するための選択スイッチであり、水平走査回路４１４によって駆動される。また、４１２はスイッチ４０３、４０６、４０７を選択するための垂直走査回路である。

φＴＸ、φＲＥＳ及びφＳＥＬのそれぞれにおいて、垂直走査回路４１２によって走査選択されたｎ番目の走査ラインをφＴＸｎ、φＲＥＳｎ及びφＳＥＬｎとする（ここで、ｎは１以上の整数である。以下も同様である。）。

図８は、従来のローリング電子シャッターの動作における駆動パルスと動作シーケンスを示すタイミング図である。なお、図８では垂直走査回路４１２によって走査選択されたｎラインからｎ＋３ラインについて図示している。

ローリング電子シャッターの動作では、ｎラインにおいて、まず時刻ｔ４１からｔ４２の間、φＲＥＳｎとφＴＸｎにパルスが印加され、転送スイッチ４０３及びリセットスイッチ４０７がオンされる。そして、ｎライン目のＰＤ４０２とＦＤ４０４に蓄積されている不用な電荷を除去するリセット動作が行われる。

リセット動作が行われると、時刻ｔ４２で転送スイッチ４０３及びリセットスイッチ４０７がオフされ、ＰＤ４０２に発生した光電荷が蓄積される蓄積動作が開始される。次いで、時刻ｔ４４においてφＴＸｎにパルスが印加され、転送スイッチ４０３がオンされて、ＰＤ４０２に蓄積された光電荷をＦＤ４０４に転送する転送動作が行される。なお、リセットスイッチ４０７は、転送動作に先んじてオフする必要があるが、図８では、時刻ｔ４２で転送スイッチ４０３と同時にオフされる。ここで、時刻ｔ４２から時刻ｔ４４までが蓄積時間となる。

ｎライン目の転送動作終了後、φＳＥＬｎにパルスが印加され、選択スイッチ４０６がオンされることにより、ＦＤ４０４に保持された電荷が電圧に変換され、読み出し回路４１３に出力される。読み出し回路４１３で一時的に保持された信号は、水平走査回路４１４によって時刻ｔ４６から順次出力される。時刻ｔ４４の転送開始から時刻ｔ４７の読み出し終了までをｎラインでのＴ４ｒｅａｄとし、時刻ｔ４１から時刻ｔ４３までの時間をｎ＋１ラインでのＴ４ｗａｉｔとする。他のラインにおいても同様に、転送開始から読み出し終了までの時間がＴ４ｒｅａｄとなり、あるラインのリセット開始から次のラインのリセット開始までの間の時間がＴ４ｗａｉｔとなる。

このように、従来のローリング電子シャッターの動作では、撮像素子２０５の上下の領域で蓄積されるタイミングは異なるが、それぞれの蓄積に要する時間は、撮像素子２０５の上下の領域で等しくすることが可能である。

これに対し、本発明の好適な実施の形態では、後述のように羽根ユニットを撮像素子２０５の光路から退避させた状態でリセット動作によって電荷の蓄積動作を開始してから羽根ユニットによって撮像素子２０５内の画素を遮光するまでの時間を変更する。これによって、撮像素子２０５の露光時間を制御している。このような構成では、羽根ユニットを撮像素子２０５の光路から退避させた状態で撮像素子２０５をリセットしてから羽根ユニットによって遮光されるまでが実質的な撮像素子２０５の露光時間となる。そのため、蓄積に要する時間を撮像素子２０５の上下の領域で等しくする必要はない。本実施形態では、撮像素子２０５のＰＤ４０２とＦＤ４０４のリセット動作をライン毎に等間隔で行うのではなく、このリセット動作を後羽根の走行特性に合わせる。ここで、後羽根の走行特性とは、後羽根の走行時の時間経過に対する後羽根の走行位置を示す特性をいう。

図９は、本発明の好適な実施の形態に係るローリング電子シャッターの動作における撮像素子の駆動パルスと動作シーケンスを示す図である。図８と同様に、図９においても垂直走査回路４１２によって走査選択されたｎラインからｎ＋３ラインに関して記述している。

電子先幕シャッターでは、ｎラインにおいて、まず時刻ｔ５１からｔ５２の間、φＲＥＳｎとφＴＸｎにパルスを印加され転送スイッチ４０３及びリセットスイッチ４０７をオンにする。これにより、ｎライン目のＰＤ４０２とＦＤ４０４に蓄積されている不用な電荷を除去するリセット動作を行う。

時刻ｔ５２で転送スイッチ４０３がオフになり、ＰＤ４０２に発生した光電荷が蓄積される蓄積動作が始まる。次いで、時刻ｔ５４においてφＴＸｎにパルスを印加され転送スイッチ４０３をオンにし、ＰＤ４０２に蓄積された光電荷をＦＤ４０４に転送する転送動作を行う。なお、リセットスイッチ４０７は、転送動作に先んじてオフする必要があり、図９では、時刻ｔ５２で転送スイッチ４０３と同時にオフとなる。ここで、時刻ｔ５２から時刻ｔ５４までがｎラインの蓄積時間となる。

ｎライン目の転送動作終了後、φＳＥＬｎにパルスが印加され選択スイッチ４０６がオンする事により、ＦＤ４０４で保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路４１３に出力される。読み出し回路４１３で一時的に保持された信号が水平走査回路４１４によって時刻ｔ５６より順次出力される。時刻ｔ５４の転送開始から時刻ｔ５７の読み出し終了までをＴ５ｒｅａｄとし、時刻ｔ５１から時刻ｔ５３までの時間をＴ５ｗａｉｔとする。この時刻ｔ５３で、ｎ＋１ライン目での蓄積動作が始まる。他のラインにおいても同様に、転送開始から読み出し終了までの時間はＴ５ｒｅａｄとなるが、あるラインのＰＤ４０２とＦＤ４０４のリセット開始から次のラインのＰＤ４０２とＦＤ４０４のリセット開始までの間の時間Ｔ５ｗａｉｔは等間隔とはならない。あるラインのＰＤ４０２とＦＤ４０４のリセット開始から次のラインのＰＤ４０２とＦＤ４０４のリセット開始までの間の時間Ｔ５ｗａｉｔは、後羽根が通過するまでの時間が全てのラインでほぼ同じ間隔になるようにする。そのため、後羽根の走行特性に沿うようにこのタイミングを制御する。

しかしながら、後羽根の走行特性はある程度は予測できても、カメラの姿勢、使用環境温度、湿度、電源状態、作動回数、撮影間隔等の数多くの要因によって変化するため、撮像素子２０５のリセット動作を後羽根の走行特性に一致させることは困難である。そこで、本実施形態では後述する方法によって、撮像素子２０５の領域毎の露光時間のばらつきやズレを低減させる処理を行っている。

ここで、本実施形態における撮像装置２００の撮影時の動作について説明する。ここでは、ファインダーモードとして光学ファインダーモードが設定されている場合を例にあげて説明する。

メインスイッチ１１９が操作されて電源がオンすると、画像信号処理回路２０６やタイミング発生部２０７などの撮像系回路の電源がオンされる。

図示しないレリーズボタンが一段分押され、撮影準備動作に入ることを指示されると、制御回路２０９は測光装置２１３に測光を行わせて被写体輝度を判定する。制御回路２０９は判定した被写体輝度に応じて、適正なシャッター速度（以下、目標露光時間と称する）と絞り値を決定する。また、制御回路２０９は焦点検出装置２１４から出力された信号をもとに、被写体像の高周波成分を取り出し、被写体までの距離を演算する。

レンズ部を駆動して主たる被写体と判定された対象が合焦状態となるよう、レンズ駆動装置２０２にレンズ部２０１の位置を調節させる。主たる被写体が合焦状態になると、音や焦点検出枠を点灯させる等の方法によってその旨を使用者に知らせる。

そして、カメラの姿勢、使用環境温度、湿度、電源状態、作動回数、撮影間隔等の複数の要因を記憶した補正テーブルを用いて後羽根である羽根ユニットの走行特性を推測し、撮像素子２０５のライン毎のリセット動作のタイミングを演算する。

図示しないレリーズボタンが更にもう一段分押され撮影を開始することを指示されると、制御回路２０９はハーフミラー１１１とサブミラー１２２から成る光路分割手段を跳ね上げて図２に示す状態とする。

撮像素子２０５のリセット動作を開始し、決定された目標露光時間に応じた時間が経過した後、後羽根としての羽根ユニットの走行を開始させる。なお、羽根ユニットの走行を開始するタイミングは、シャッター駆動装置２０４に羽根ユニットの走行を開始させるための信号を出力してから後羽根３１１のスリット形成端が撮像素子２０５を覆うまでの時間も考慮されて決定される。

そして、羽根ユニットの走行が完了し、シャッター開口部３０１ａが後羽根３１１〜３１４で完全に覆われた後で、撮像素子２０５はライン毎に蓄積された電荷の読み出し走査を行う。

なお、ファインダーモードとして電子ファインダーモードが設定されている場合は、レリーズボタンが一段押されるよりも前にハーフミラー１１１とサブミラー１２２とで構成される光路分割手段を跳ね上げて図２に示す状態とする。撮像素子２０５は読み出し動作を周期的に行い、表示装置２１６に被写体の画像を連続して表示する。そして、撮像素子２０５から得られる画像データに基づいて適正なシャッター速度と絞り値を決定し、主たる被写体と判定された対象が合焦状態となるように、レンズ駆動装置２０２にレンズ部２０１の位置を調節させる。そして、レリーズボタンが更に一段押されたタイミングにあわせて撮像素子２０５のリセット動作を行い、羽根ユニットを走行させる。

撮影動作が終了すると、撮像素子２０５から出力された画像データは、画像信号処理回路２０６で増幅され、更に、Ａ／Ｄ変換され、制御回路２０９によりメモリ部２０８に書き込まれる。

その後、メモリ部２０８に蓄積された画像データは、制御回路２０９によって後述するゲイン補正が行われる。ゲイン補正された画像データは、記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１０を介して着脱可能な記録媒体２１１に記録される。

図１０は、本発明の好適な実施の形態に係る電子先幕シャッターを使った撮影動作時のＣＭＯＳ動作とメカシャッターの動作を表す図である。レリーズＳＷ６１が操作され、電子先幕シャッターの撮影動作６２が行われるまでは、ローリング電子シャッター撮影動作６３によりＥＶＦ等の動画表示をしている。

ローリング電子シャッター撮影動作６３では、シャッター機能が撮像素子２０５で行われるため、メカシャッターの影響を受けない画像が撮影される。しかしながら、電子先幕シャッターの撮影動作６２では、露光終了をメカ後幕で行うため、カメラの姿勢、使用環境温度、湿度、電源状態、作動回数、撮影間隔等の数多くの要因がメカ後幕の羽根ユニットの走行特性に影響を与える可能性がある。これにより、電子先幕シャッターの撮影画像には露出ムラが発生することになる。

本実施形態では、ローリング電子シャッターで撮影した画像（以下「ローリング電子シャッター画像」という）の画素値と、電子先幕シャッターで撮影した画像（以下「電子先幕シャッター画像」という）の画素値とを比較する。そして、その比較結果に応じて、そのときの電子先幕シャッターの撮影によって得られた画像データに対して、制御回路２０９がゲイン補正を行う。

具体的な補正値作成の手順を説明する。まず、電子先幕シャッターの露出時間とローリング電子シャッターの露出時間とが異なる可能性があるため、各々の画像の画素値（例えば、輝度値など）を各々の露出時間で正規化する。そして、このように正規化した電子先幕シャッターの撮影画像の画素値と、同様に補正したローリング電子シャッター画像の画素値との比を算出し、その逆数を補正値とする。

図１１は、本発明の好適な実施の形態に係るゲイン補正を概略的に示す図である。まず、制御回路２０９は、電子先幕シャッター画像とローリング電子シャッター画像とをそれぞれメモリ部２０８から読み出し、各画像をｍ＋１行ｎ＋１列のブロックに分割する（ここで、ｍ、ｎは０以上の整数）。ここで、電子先幕シャッター画像のブロックをＲｍｎとし、ローリング電子シャッター画像のブロックをＤｍｎとする。次いで、制御回路２０９は、同じ配列位置にあるブロック毎に、電子先幕シャッター画像の画素値を電子先幕シャッターの露出時間Ｔｄで除算した値と、ローリング電子シャッター画像の画素値をローリング電子シャッターの露出時間Ｔｒで除算した値との比を求める。そして、その逆数を補正値Ｇｍｎとする。例えば、制御回路２０９は、第１行第１列（ｍ＝０、ｎ＝０）のブロックに対して、Ｒｍｎの画素値を露出時間Ｔｄで除算し、Ｄｍｎの画素値を露出時間Ｔｒで除算し、これらの除算した値の比をとる。そして、制御回路２０９は、その逆数を補正値Ｇ００とする。以下同様にして、制御回路２０９は、第ｍ行第ｎ列のブロックに対し、Ｒｍｎの画素値を露出時間Ｔｄで除算し、Ｄｍｎの画素値を露出時間Ｔｒで除算し、これらの除算した値の比をとる。そして、その逆数を補正値Ｇｍｎとする。なお、補正値Ｇ００、…、Ｇｍｎの算出順序は例示的なものであり、上記の順序に限定されない。

図１２は、図１１で算出した補正値を用いて画像データのゲイン補正を行う処理を概略的に示す図である。

ここでは、制御回路２０９は、ブロック毎に、図１１で算出した補正値Ｇｍｎを電子先幕シャッター画像の各ブロックＤｍｎの画素値に積算してゲイン補正を行う。ゲイン補正された画像データは、記録媒体制御インターフェース部２１０を介して記録媒体２１１に記録される。その結果、電子先幕シャッター画像の各ブロックの画素値が補正され、露出ムラが抑制された画像が得られる。

なお、本実施形態では、電子先幕シャッター画像及びローリング電子シャッター画像をブロックに分割して、ブロック毎にゲイン補正を行ったが、本発明はこれに限定されず、画素毎にゲイン補正を行ってもよい。また、撮像素子２０５に配置された画素の一部に対して、選択的にゲイン補正を行ってもよい。

また、本実施形態では、水平方向及び垂直方向においてゲイン補正を行ったが、本発明はこれに限定されず、水平方向及び垂直方向のいずれかの方向で、ゲイン補正を行ってもよい。このような実施形態について、以下に説明する。

図１３は、本発明の好適な実施の形態に係る水平方向のゲイン補正値の算出処理を概略的に示す図である。まず、制御回路２０９は、ローリング電子シャッター画像の水平方向の位置毎における画素値の総和又は平均値を算出し、垂直方向に射影処理し、垂直方向に射影された画素値Ｒ（ｈ）を求める。また、制御回路２０９は、電子先幕シャッター画像の水平方向の位置毎における画素値の総和又は平均値を算出し、垂直方向に射影処理して、垂直方向に射影された画素値Ｄ（ｈ）を求める。次いで、制御回路２０９は、水平方向の位置ｈ毎に、画素値Ｒ（ｈ）をローリング電子シャッターの露出時間Ｔｒで除算した値と、画素値Ｄ（ｈ）を電子先幕シャッターの露出時間Ｔｄで除算した値との比を求める。そして、その逆数を水平方向のゲイン補正値Ｇ（ｈ）とする。

図１４は、図１３で求めた水平方向のゲイン補正値Ｇ（ｈ）を用いて、水平方向におけるゲイン補正を概略的に示す図である。ここでは、制御回路２０９は、電子先幕シャッター画像の水平方向の位置ｈにある画素の画素値に対して、図１３に示すようにして算出した水平方向のゲイン補正値Ｇ（ｈ）を積算していく。これにより、電子先幕シャッター画像の水平方向における画素値が補正され、水平方向における露出ムラが抑制された画像が得られる。

図１４において、電子先幕シャッターの撮影により得られた画像は、画面左側が暗く右側に移るにつれて徐々に明るい画像になっている。しかし、図１４に示されるような左側で強く右側に移るにつれて徐々に弱くなっていくようにゲイン補正を行うことで、露出ムラが抑制された画像が得られる。

図１５は、本発明の好適な実施の形態に係る垂直方向のゲイン補正値の算出処理を概略的に示す図である。まず、制御回路２０９は、ローリング電子シャッター画像の垂直方向の位置毎における画素値の総和又は平均値を算出し、水平方向に射影処理し、水平方向に射影された画素値Ｒ（ｖ）を求める。また、制御回路２０９は、電子先幕シャッター画像の垂直方向の位置毎における画素値の総和又は平均値を算出し、水平方向に射影処理して、水平方向に射影された画素値Ｄ（ｖ）を求める。次いで、制御回路２０９は、垂直方向の位置ｖ毎に、画素値Ｒ（ｖ）をローリング電子シャッターの露出時間Ｔｒで除算した値と、画素値Ｄ（ｖ）を電子先幕シャッターの露出時間Ｔｄで除算した値との比を求める。そして、その逆数を垂直方向のゲイン補正値Ｇ（ｖ）とする。

図１６は、図１５で求めた垂直方向のゲイン補正値Ｇ（ｖ）を用いて、垂直方向におけるゲイン補正を概略的に示す図である。ここでは、制御回路２０９は、電子先幕シャッター画像の垂直方向の位置ｖにある画素の画素値に対して、図１５に示すようにして算出した垂直方向のゲイン補正値Ｇ（ｖ）を積算していく。これにより、電子先幕シャッター画像の垂直方向における画素値が補正され、垂直方向における露出ムラが抑制された画像が得られる。

図１６において、電子先幕シャッターの撮影により得られた画像は、画面上側が暗く下側に移るにつれて徐々に明るい画像になっている。しかし、図１６に示されるような上側で強く下側に移るにつれて徐々に弱くなっていくようにゲイン補正を行うことで、露出ムラが抑制された画像が得られる。

本発明の好適な実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の好適な実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す断面図である。 従来の撮像素子の蓄積動作と羽根ユニットの走行タイミングを示す図である。 従来の撮像素子の蓄積動作と羽根ユニットの走行タイミングを示す図である。 本発明の好適な実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の好適な実施形態に係るシャッター装置の概略構成を示す図である。 ＸＹアドレス方式の走査方法を採る撮像素子の構成を示す図である。 従来のローリング電子シャッターの動作における駆動パルスと動作シーケンスを示すタイミング図である。 本発明の好適な実施の形態に係る撮像素子の駆動パルスと動作シーケンスを示す図である。 本発明の好適な実施の形態に係る電子先幕シャッターを使った撮影動作時のＣＭＯＳ動作とメカシャッターの動作を表している。 本発明の好適な実施の形態に係るゲイン補正を概略的に示す図である。 図１１で算出した補正値を用いて画像データのゲイン補正を行う処理を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施の形態に係る水平方向のゲイン補正値の算出処理を概略的に示す図である。 図１３で求めた水平方向のゲイン補正値を用いて、水平方向におけるゲイン補正を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施の形態に係る垂直方向のゲイン補正値の算出処理を概略的に示す図である。 図１５で求めた垂直方向のゲイン補正値を用いて、垂直方向におけるゲイン補正を概略的に示す図である。

符号の説明

１０６ 撮像素子
１０９ 制御回路
１１３ 遮光手段
２００ 撮像装置
３１１〜３１４ 遮光羽根

Claims (7)

1. 複数の画素を有し、被写体像を前記複数の画素で光電変換して電荷を蓄積し、画像信号として出力する撮像手段と、
   前記複数の画素を遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、
   前記遮光手段を前記撮像手段の光路から退避させた状態で前記複数の画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、第１の蓄積時間の後に、前記複数の画素から第１の画像信号を読み出す第１の制御手段と、
   前記第１の制御手段により退避させたときの前記遮光羽根の走行特性に合わせて前記複数の画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、第２の蓄積時間の後に、前記遮光羽根を走行させて前記複数の画素を遮光し、前記複数の画素から第２の画像信号を読み出す第２の制御手段と、
   前記第１の画像信号の画素値と前記第２の画像信号の画素値との比を算出し、その結果を前記第２の画像信号の画素値に積算することによって、前記第２の画像信号のゲイン補正を行う補正手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正手段は、
   前記第１の画像信号と前記第２の画像信号とをそれぞれブロックに分割し、対応するブロック毎に、前記第１の画像信号の画素値と前記第２の画像信号の画素値との比を算出し、その結果を対応するブロックにおける前記第２の画像信号の画素値に積算することによって、前記ゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記補正手段は、
   前記第１の画像信号の垂直方向に対して射影処理された画素値と、前記第２の画像信号の垂直方向に対して射影処理された画素値との比を算出し、その結果を対応する垂直方向における前記第２の画像信号の画素値に積算することによって、前記ゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記補正手段は、
   前記第１の画像信号の水平方向に対して射影処理された画素値と、前記第２の画像信号に対して水平方向に射影処理された画素値との比を算出し、その結果を対応する水平方向における前記第２の画像信号の画素値に積算することによって、前記ゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記補正手段は、
   前記第１の画像信号の画素値と前記第２の画像信号の画素値との比を算出する前に、前記第１の画像信号の画素値を前記第１の蓄積時間で除算し、前記第２の画像信号の画素値を前記第２の蓄積時間で除算する演算を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記撮像手段は、ＸＹアドレス方式の撮像素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 複数の画素を有し、被写体像を前記複数の画素で光電変換して電荷を蓄積し、画像信号として出力する撮像手段と、前記複数の画素を遮光する遮光羽根を走行させる遮光手段と、を備える撮像装置の制御方法であって、
   前記遮光手段を前記撮像手段の光路から退避させた状態で前記複数の画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、第１の蓄積時間の後に、前記複数の画素から第１の画像信号を読み出す第１の制御工程と、
   前記第１の制御工程で退避させたときの前記遮光羽根の走行特性に合わせて前記複数の画素をリセットして各画素における電荷の蓄積を開始し、第２の蓄積時間の後に、前記遮光羽根を走行させて前記複数の画素を遮光し、前記複数の画素から第２の画像信号を読み出す第２の制御工程と、
   前記第１の画像信号の画素値と前記第２の画像信号の画素値との比を算出し、その結果を前記第２の画像信号の画素値に積算することによって、前記第２の画像信号のゲイン補正を行う補正工程と、
   を含むことを特徴とする撮像装置の制御方法。