JP2011151740A

JP2011151740A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2011151740A
Application number: JP2010013392A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Iwasaki; 宏明岩崎
Original assignee: Olympus Imaging Corp
Current assignee: Olympus Imaging Corp
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-04
Also published as: US20110181754A1; CN102137234A; US8553139B2; CN102137234B

Abstract

【課題】複数ライン単位の電子先幕シャッタとメカニカル後幕シャッタとを組み合わせて露光を行うことにより発生する露光ムラを低減し得る撮像装置を提供する。
【解決手段】画素が二次元状に配置された撮像面を有する撮像素子４と、光の通過／遮光を制御するべく撮像面に沿って走行するメカニカル後幕シャッタ（メカ後幕）３と、メカ後幕３の走行に先行して、走行方向に沿って撮像面を複数の画素群に分割し、一画素群に含まれる全画素の電荷を一括してリセットすることを、メカ後幕３の走行特性に応じた画素群毎のタイミングで順次行うよう制御するシステム制御部１０と、メカ後幕３の走行特性と、画素群毎のリセットタイミングと、に基づいて、各画素の露光時間が等しいときに得られる画像信号に近付くように撮像素子４から読み出された画像信号の信号レベルを補正する画像処理部５と、を備えた撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子先幕シャッタとメカニカル後幕シャッタとを組み合わせて露光を行うように構成された撮像装置に関する。

一眼レフレックスタイプのカメラ（デジタルカメラや銀塩カメラなど）においては、従来より、露光時間の制御を、フォーカルプレーンシャッタ等のメカニカルシャッタにより行っている。

フォーカルプレーンシャッタは、一般に、先幕および後幕の２枚の幕から構成されていて、撮影前の状態では先幕が撮像素子（銀塩カメラにおいてはフィルムであるが、以下では代表して撮像素子を例に挙げる）を遮光した状態となっている（１、先幕閉状態）。その後、撮影ボタン等が操作されると、撮影動作を開始して、チャージされたばねをリリースすることによりまず先幕が走行を開始する（２、先幕走行）。この先幕の走行に伴って、撮像素子の例えば上端側から露光が順次開始される。シャッタ速度がシンクロ速度以下である場合には、先幕が走行を完了すると撮像素子の全面が露光中となる状態が実現する（３、先幕走行完了）（ただし、シャッタ速度がシンクロ速度よりも速い場合には、先幕の走行が完了する前に後幕の走行が開始されるために、露光はスリット状で行われる）。先幕の走行が開始されてからシャッタ速度に対応する露光時間が経過したところで、チャージされたばねをリリースすることにより後幕の走行が開始されて撮像素子の上端側から順次遮光が開始される（４、後幕走行）。後幕が走行を完了すると撮像素子の全面が遮光された状態となる（５、後幕走行完了）。そして、この後幕走行完了後の遮光状態において、撮像素子から画像信号が読み出される。

このように、従来のカメラでは、露光開始をメカニカル先幕シャッタの走行により制御し、露光終了をメカニカル後幕シャッタの走行により制御することで、静止画像撮影における撮像素子への露光時間の制御を行っていた。

しかし、短秒時の露光では高い精度を維持しながら機械的な制御を行うことが難しくなり、フォーカルプレーンシャッタの例では１／８０００秒よりも短い露光時間の制御が困難になる。従って、フォーカルプレーンシャッタを採用したカメラでは、１／８０００秒程度がシャッタ速度の上限となっていた。

このような課題に対して、高速シャッタにおけるより高い精度の制御を可能とし、あるいはより高速なシャッタの実現を可能とする技術として、電子シャッタを用いた技術が提案されている。

例えば、特開平１１−４１５２３号公報には、ＣＭＯＳ撮像素子等のＸＹアドレス型撮像素子を用いた撮像装置において、画素リセットにより実現される電子先幕シャッタをメカニカル先幕シャッタに代えて用いることにより撮像素子の電荷蓄積開始時間を制御し、電荷蓄積終了時間の制御についてはメカニカル後幕シャッタ（フォーカルプレーンシャッタ）を用いる技術が記載されている。このときさらに、メカニカル後幕シャッタの非線形な走行特性に合わせて電子先幕シャッタの走行特性（つまり、上側のラインから下側のラインへ向かって画素を順次リセットしていく走行特性）を制御することにより、撮像素子の全領域でほぼ均一な露光時間の静止画像撮影を行うことができるようにしている。

特開平１１−４１５２３号公報

ところで、上述した電子先幕シャッタは、一ライン毎のタイミングで画素のリセットを行うのではなく、複数のライン毎にまとめて画素のリセットを行うのが一般的である（以下では、複数ライン毎のタイミングで画素のリセットを順次行うことにより達成される電子先幕シャッタを、簡略化して「ブロック電子先幕」などという）。このようなリセット方法を採用するのは、駆動回路を簡単にしたり、高い駆動クロックを不要にしたりするためである。

従って、ブロック電子先幕を用いる限り、電子先幕シャッタの走行特性はデジタル的な切り替えによる細かい階段状をなしてしまい（本発明に係る図１０、図１２等も参照）、メカニカル後幕シャッタの走行特性に完全に一致させることはできない。

その結果、ブロック電子先幕の走行特性における階段状のステップ部分で露光時間に不連続性が発生してしまうために、撮影画像データに水平方向の縞模様のような細かい露光ムラ（輝度ムラ）が発生してしまうことになる（本発明に係る図１１等も参照）。このような露光ムラは、低速シャッタ時にはほとんど目立つことはないが、高速シャッタ時には無視できないような輝度ムラとなって観察されてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ブロック電子先幕とメカニカル後幕シャッタとを組み合わせて露光を行うことにより発生する露光ムラを低減することができる撮像装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明のある態様による撮像装置は、被写体像を結像する撮影レンズと、上記撮影レンズを介して受光した光量に応じた量の電荷を蓄積する画素が二次元状に配置された撮像面を有する撮像素子と、上記撮影レンズからの光が上記撮像面へ到達する状態から遮光される状態へ移行するために、該撮像面に沿って走行するメカニカル後幕シャッタと、上記メカニカル後幕シャッタの走行に先行して、該走行方向に沿って上記撮像面を複数の画素群に分割し、一画素群に含まれる全画素の電荷を一括してリセットすることを、該メカニカル後幕シャッタの走行特性に応じた画素群毎のタイミングで順次行うリセット部と、上記メカニカル後幕シャッタの走行特性と、上記リセット部による画素群毎のリセットタイミングと、に基づいて、各画素の露光時間が等しいときに得られる画像信号に近付くように、上記撮像素子から読み出された画像信号の信号レベルを補正する画像処理部と、を具備したものである。

本発明の撮像装置によれば、ブロック電子先幕とメカニカル後幕シャッタとを組み合わせて露光を行うことにより発生する露光ムラを低減することが可能となる。

本発明の実施形態１における撮像装置の構成を示すブロック図。上記実施形態１における撮像素子の構成を示す図。上記実施形態１において、撮影前の撮像素子およびメカニカル後幕シャッタの様子を示す図。上記実施形態１において、電子リセットを行っているときの撮像素子およびメカニカル後幕シャッタの様子を示す図。上記実施形態１において、電子リセットを完了し後幕走行が開始される前の撮像素子およびメカニカル後幕シャッタの様子を示す図。上記実施形態１において、後幕走行を行っているときの撮像素子およびメカニカル後幕シャッタの様子を示す図。上記実施形態１において、後幕走行が完了したときの撮像素子およびメカニカル後幕シャッタの様子を示す図。上記実施形態１において、メカニカル後幕シャッタの走行特性ｍｓを示す線図。上記実施形態１において、メカニカル後幕シャッタの走行特性ｍｓに合わせて電子リセットの走行特性ｅｓを設定したときの様子を示す線図。上記実施形態１において、ブロック電子先幕の走行特性を一部拡大して示す図。上記実施形態１において、複数ラインを同時にリセットすることにより発生する露光ムラの様子を示す線図。上記実施形態１において、実露光時間を算出する方法を説明するための線図。上記実施形態１において、撮影ボタンが押下されたときの撮影シーケンスの一例を示すフローチャート。上記実施形態１において、撮影ボタンが押下されたときの撮影シーケンスの他の例を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施形態１］

図１から図１４は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は撮像装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態の撮像装置１は、例えばデジタルカメラとして構成されたものとなっていて、撮影レンズ２と、メカニカル後幕シャッタ３と、撮像素子４と、画像処理部５と、内部メモリ６と、外部メモリ７と、表示部８と、指示部９と、システム制御部１０と、を備えている。

撮影レンズ２は、被写体像を撮像素子４の撮像面２２（図２等参照）上に結像するための撮影光学系であり、絞りやフォーカスレンズ等を含んで構成されている。

メカニカル後幕シャッタ３は、撮像素子４と撮影レンズ２との間に配置されていて、撮影レンズ２から撮像素子４へ至る光束の通過時間を規制することにより、露出を制御するためのものである。具体的には、メカニカル後幕シャッタ３は、垂直方向に走行して露光用の開口部３１（図３〜図７等参照）を閉じることにより光束の通過を遮断し、該露光用の開口部３１を開くことにより光束の通過を許容するようになっていて、開閉のタイミングを制御することにより撮像素子４への露光時間を制御する。ここに、メカニカル後幕シャッタ３は、閉動作を行う際にチャージしたばねの弾性力により速度０から徐々に加速しながら撮像素子４の撮像面２２に沿って走行する構造となっているために、走行特性を有し、閉動作にはある程度の時間を要する。この走行特性については後でより詳しく説明する。なお、メカニカル後幕シャッタ３の開動作は、モータ等を用いてばねをチャージすることにより行われる。

撮像素子４は、撮影レンズ２を介して結像された光学像を光電変換して電気的な画像信号を生成するものである。ただし、本実施形態の撮像素子４は、複数ライン単位（ここに、ラインの方向はメカニカル後幕シャッタ３の走行方向に直交する方向となっている）での画素リセットを順次行うことができるような撮像素子となっている。ここに、撮像素子４の具体例としては、ＣＭＯＳ撮像素子等のＸＹアドレス型撮像素子を例に挙げることができるが、これに限定されるものではない。

画像処理部５は、撮像素子４により撮像されて読み出された画像信号に、各種の画像処理を施すものである。ここに、画像処理部５により行われる画像処理には、メカニカル後幕シャッタ３の走行特性と、後述するようにリセット部として機能するシステム制御部１０による画素群毎のリセットタイミングと、に基づいて、各画素２１（図２等参照）の露光時間が等しいときに得られる画像信号に近付くように、撮像素子４から読み出された画像信号の信号レベルを補正する処理も含まれている。この画像処理部５からの画像データは、システム制御部１０へ送出される。

内部メモリ６は、この撮像装置１の動作に必要な各種の処理プログラムや設定値などを不揮発に記憶するものであり、具体的には、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリにより構成されている。

外部メモリ７は、撮影され画像処理部５により記録用に処理された画像データを不揮発に記憶するものであり、いわゆるメモリカードなどの撮像装置１の外部に搬出し得るリムーバブルメモリとして構成されている。

表示部８は、撮影され画像処理部５により表示用に処理された画像や、この撮像装置１の操作に係るメニューの表示などを行うものであり、例えばＴＦＴ液晶や有機ＥＬ基板などの表示デバイスとして構成されている。

指示部９は、この撮像装置１に対する操作入力を行うためのユーザーインタフェースであり、電源のオン／オフを指示するための電源ボタンや撮影開始を指示するための撮影ボタン、その他各種の設定ボタンなどが含まれている。

システム制御部１０は、この撮像装置１全体の制御を行うものである。例えば、システム制御部１０は、指示部９を介したユーザーからの指示（例えば、静止画像撮影の指示）を受けて、撮影レンズ２の絞りやオートフォーカスの制御などを行い、さらに、撮像素子４のタイミング制御、メカニカル後幕シャッタ３の開閉タイミング制御を行う。ここに、システム制御部１０は、撮像素子４のタイミング制御においてリセット部として機能し、後で図面を参照して説明するように、メカニカル後幕シャッタ３の走行に先行して、走行方向に沿って撮像素子４の撮像面２２を複数の画素群に分割し、一画素群に含まれる全画素の電荷を一括してリセットすることを、メカニカル後幕シャッタ３の走行特性に応じた画素群毎のタイミングで順次行う。また、システム制御部１０は、撮像素子４から画像信号を読み出させる画像信号読出部としても機能し、さらに、画像処理部５により処理された画像データを受け取って、表示部８に画像を表示させる制御や、外部メモリ７に画像を保存させる制御を行う。

次に、図２は撮像素子４の構成を示す図である。

撮像素子４は、複数の画素２１が二次元状に配置された撮像面２２と、垂直走査回路２３と、列回路２４と、を備えている。この図２においては、画素２１がｎ行×ｍ列（ここに、ｎ，ｍは正の整数）に配列された撮像面２２を図示している。

ここに、画素２１は、撮影レンズ２を介して受光した光をその光量に応じた量の電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、このフォトダイオードに蓄積された電荷を電圧に変換して増幅し、スイッチングして列回路２４へ電気信号として受け渡す画素回路部と、を含んで構成されたものである。

垂直走査回路２３は、撮像面２２に配置された画素２１の水平方向並びであるラインを制御するためのものであり、各ライン毎に画素回路部へ制御信号を送信して、電子リセットのタイミングや電気信号の読み出しタイミングを制御する。なお、この図２に示す例においては、垂直走査回路２３が制御するラインは、ライン１〜ラインｎのｎ本のラインである。

列回路２４は、撮像面２２に配置された画素２１の垂直方向並びであるカラムを制御するためのものであり、電気信号へのゲイン印加などを主に行う。なお、この図２に示す例においては、列回路２４が制御するカラムは、カラム１〜カラムｍのｍ本のカラムである。また、列回路２４は、さらにＡ／Ｄ変換処理を行うことができるタイプのものであっても構わない（Ａ／Ｄ変換処理は、従来は別個のＩＣで行っていたが、近年では列回路で行うものも開発されている）。

次に、図３〜図７を参照して、静止画像を撮影する際の撮像素子４およびメカニカル後幕シャッタ３の動作について説明する。ここに、図３は撮影前の撮像素子４およびメカニカル後幕シャッタ３の様子を示す図、図４は電子リセットを行っているときの撮像素子４およびメカニカル後幕シャッタ３の様子を示す図、図５は電子リセットを完了し後幕走行が開始される前の撮像素子４およびメカニカル後幕シャッタ３の様子を示す図、図６は後幕走行を行っているときの撮像素子４およびメカニカル後幕シャッタ３の様子を示す図、図７は後幕走行が完了したときの撮像素子４およびメカニカル後幕シャッタ３の様子を示す図である。

図３に示す撮影前の状態では、メカニカル後幕シャッタ３は露光用の開口部３１から退避して開いており、撮像素子４は撮影レンズ２からの光が照射されて露光されている状態となっている。

この図３に示す状態において、指示部９の撮影ボタンが押下され、撮影開始の指示信号が指示部９からシステム制御部１０へ送信されると、静止画像の撮影動作が開始される。するとまず、図４に示すように、撮像素子４の垂直走査回路２３により、各画素２１のフォトダイオードに蓄積された電荷をリセットする電子リセットが開始される。この電子リセットは、撮像素子４の上端のライン（ライン１）から開始されて下方向へ向かって複数ライン単位で順次行われ、下端のライン（ラインｎ）に達したところで終了する（図５は電子リセットが終了した状態を示している）。電子リセット後のフォトダイオードには電荷が再び蓄積されるために、任意の画素２１の露光開始タイミングは、その画素２１の電子リセットが終了したタイミングとなる。

なお、図５には、シャッタ速度がシンクロ速度以下である場合を図示しているために、電子リセットが下端のライン（ラインｎ）に達すると、撮像素子４の全面に渡って露光が行われている状態となる（これに対して、シャッタ速度がシンクロ速度よりも速い場合には、電子リセットが下端のライン（ラインｎ）に達する前にメカニカル後幕シャッタ３の走行が開始されるために、露光がスリット状で行われることは背景技術において述べた通常のフォーカルプレーンシャッタの場合と同様である）。

システム制御部１０は、指示部９から手動で設定された露光時間がある場合にはその露光時間、手動で設定された露光時間がない場合には被写体の輝度に応じて自動で設定した露光時間を保持しており、上述した電子リセットを開始してからこの露光時間が経過した時点でメカニカル後幕シャッタ３の走行が開始されるように、該メカニカル後幕シャッタ３を制御する。

これにより、図６に示すように、メカニカル後幕シャッタ３の走行が開始されて、撮像素子４の上端のライン（ライン１）から下方向へ向かって順次遮光が行われる。

その後、図７に示すように、メカニカル後幕シャッタ３が露光用の開口部３１を全て閉じて走行を完了すると、撮像素子４が全面に渡って遮光された状態となる。

そして、この図７に示すような撮像素子４の全面が遮光された状態において、垂直走査回路２３により、ライン毎に順次、電気信号の読み出しが行われる。

続いて、図８はメカニカル後幕シャッタ３の走行特性ｍｓを示す線図である。この図８においては、縦軸がメカニカル後幕シャッタ３の走行方向である撮像素子４の上下方向を示し、横軸が経過時間を示している。

メカニカル後幕シャッタ３は、上述したように、ばねの弾性力によって走行方向に引張されることで走行する構造となっている。このために、走行を開始した直後は速度が遅く、下方向へ走行して行くにつれて徐々に加速する。メカニカル後幕シャッタ３の遮光先端となる幕下端が、時間の経過と共に撮像素子４の上端側から下端側へ向けて移動して行く様子を、走行特性ｍｓとして図８に示している。なお、露光用の開口部３１は、撮影光束をけることがないように撮像素子４の撮像面２２よりも大きく構成されているために、メカニカル後幕シャッタ３の移動範囲は撮像素子４の上下方向の幅よりも大きく、露光用の開口部３１の上下方向の幅をカバーし得る範囲となる。従って、メカニカル後幕シャッタ３が撮像素子４の上端に達したときには既にある程度の走行速度が得られており、これにより撮像素子４上においては比較的線形に近い走行特性ｍｓを得ることができるようになっている。

次に、図９はメカニカル後幕シャッタ３の走行特性ｍｓに合わせて電子リセットの走行特性ｅｓを設定したときの様子を示す線図である。この図９に示した縦軸および横軸は、図８に示したものと同様である。

この図９に示す電子リセットは、基本的に、背景技術において述べた特開平１１−４１５２３号公報に記載された電子リセットと同様である。

すなわち、電子リセットのタイミング（走行特性ｅｓ）は、メカニカル後幕シャッタ３の非線形な走行特性ｍｓに合わせて制御される。ただし、電子リセットは、ライン１〜ｎを複数の領域（図９に示す例では４つの領域）に分割して、各領域毎に線形な走行特性となるように設定されている。こうして、電子リセットの走行特性ｅｓは、走行特性ｍｓを露光時間分だけ遡る方向にシフトさせて、かつ折れ線で近似したものとなっている。

次に、各領域毎の線形な走行特性をどのようにして設定しているかを説明する。まず、画素２１の電子リセットにより行われる電子先幕シャッタは、上述したように、駆動回路を簡単にしたり高い駆動クロックを不要とするために、一ライン毎のタイミングで行うのではなく、複数のライン毎にまとめて行うのが一般的である（上述したように、複数ライン毎のタイミングで画素のリセットを順次行うことにより達成される電子先幕シャッタを、簡略化して適宜「ブロック電子先幕」などという）。このブロック電子先幕においては、複数のラインに含まれる画素が同時に電子リセットされることになるが、これらの画素が、撮像面２２に配置された画素をメカニカル後幕シャッタ３の走行方向に沿って複数の画素群に分割したときの１つの画素群を構成する。

図１０はブロック電子先幕の走行特性を一部拡大して示す図である。

このようなブロック電子先幕において、図９に示したようなメカニカル後幕シャッタ３の走行特性ｍｓに合わせた折れ線状の走行特性ｅｓを達成するためには、例えば、複数ラインを同時にリセットする際のライン数を領域毎に変更すれば良い。

すなわち、折れ線の結節点を、同時にリセットするライン数の変化点として、メカニカル後幕シャッタ３の走行速度が遅い撮像素子４の上側においてはライン数を少なくし、メカニカル後幕シャッタ３の走行速度が速くなる撮像素子４の下側においてはライン数を多くするようにすれば良い。

これにより、メカニカル後幕シャッタ３の走行速度が撮像素子４の上側と下側とで異なっても、露出ムラを概略抑制することができ、特に、低速シャッタ時には撮像素子４の全領域でほぼ均一な露光時間を達成することができる。しかし、高速シャッタ時には複数ラインを一括して（同時に）リセットしたことに起因する露光ムラを無視することができなくなる。図１１は複数ラインを同時にリセットすることにより発生する露光ムラの様子を示す線図である。

図１０の拡大図部分に示すように、メカニカル後幕シャッタ３は滑らかに走行している（走行特性ｍｓ）のに対して、電子リセットによる電子先幕シャッタは階段状の走行特性ｅｓとなり、特に複数ラインを同時にリセットしているためにその階段のステップ幅も同時リセットのライン数に応じて大きくなる。

システム制御部１０により設定された露光時間がＴshであるとすると、実際の各ラインの露光時間は、図１１に一部拡大して示すように、鋸歯状に変化してしまう。この鋸歯状の変化の振幅に比して露光時間Ｔshが十分に大きいとき（つまり、十分に遅いシャッタ速度のとき）には、露光ムラの影響はほとんど無視し得るが、露光時間Ｔshが小さくなってくる（つまり、速いシャッタ速度になってくる）と、露光ムラの影響を無視し得なくなる。すなわち、速いシャッタ速度のときには、シャッタ走行方向（垂直方向）における鋸歯状の露光時間変化により、撮像された画像に垂直方向の短い周期の輝度変化が現れ、これが水平方向の細かい縞模様として観察されてしまうことになる。

このような画質劣化に対応するために、本実施形態においては、電子リセットのタイミング設定情報とメカニカル後幕シャッタの走行特性とに基づいて、各ラインの実露光時間を算出し、この実露光時間を設定された露光時間と比較することにより露光ムラを補正するようにしている。図１２は実露光時間を算出する方法を説明するための線図である。

まず、撮像素子４の電子リセットのタイミングは、上述したように、メカニカル後幕シャッタ３の走行特性に合わせて予め調整されている。具体的には、電子リセットのタイミング（走行特性ｅｓ）は、設定された露光時間Ｔshが０であるときのメカニカル後幕シャッタ３の走行特性ｍｓ０に近似するタイミングとなるように予め設定されている。

このような設定は、次のようにして行われる。
すなわち、システム制御部１０から撮影開始命令が発生した時点から、露光時間Ｔshが０であるときにメカニカル後幕シャッタ３が着目ラインを走行する時点までの時間Ｔmec_iを、各ラインについてまず測定する。各ラインについて測定されたこれらの時間Ｔmec_iによって決定されるのが、図１２において点線で示した、露光時間Ｔshが０であるときのメカニカル後幕シャッタ３の走行特性ｍｓ０である。

次に、このメカニカル後幕シャッタ３の走行特性ｍｓ０に合わせて、露出ムラが最適に抑制されるように電子リセットのタイミングを設定する。この最適化の具体的な一例は、次のようになる。任意のラインｉに関して、撮影開始命令が発生した時点から、電子リセットが行われる時点までの時間をＴesht_iとする。このとき、例えば、図９に示した変化点の数が設計上予め定められているという拘束条件の下に、変化点のライン位置（何番目のラインを変化点とするか）や各折れ線上における一括リセットライン数（折れ線上の１つの線分の傾き）を変更することにより、全てのライン（ｉ＝１〜ｎ）について｜Ｔmec_i−Ｔesht_i｜を加算した値が最小値をとるようにＴesht_iを設定する例が考えられる。ただし、画像処理により露光ムラを補正するに当たっては、撮像素子４から得られる画像が露出オーバーであるよりも露出アンダーである方が望ましい場合があったり、あるいはこの逆の場合があったりすることも考えられるために、ここで述べた例に限らず、走行特性ｅｓが走行特性ｍｓ０に近似するようにＴesht_iを設定すれば良い。

このようにして設定された電子リセットのタイミングを示す時間Ｔesht_iとメカニカル後幕シャッタ３の走行特性ｍｓ０に対応するタイミングを示す時間Ｔmec_iとを、内部メモリ６に格納しておく。

そして、静止画像を撮影する際には、以下のような処理を行う。ここに、図１３は撮影ボタンが押下されたときの撮影シーケンスの一例を示すフローチャートである。

撮影ボタンが押下されると、システム制御部１０は、手動設定または自動設定に基づいて露光時間（シャッタ速度）Ｔshを設定する（ステップＳ１）。

続いて、システム制御部１０は、内部メモリ６から電子リセットのタイミングを示す時間Ｔesht_iを読み出して、このタイミングで電子リセットを行うように撮像素子４を制御し、電子先幕シャッタを走行させる（ステップＳ２）。この電子先幕シャッタが走行し終えたラインから、露光が行われ、画素２１のフォトダイオードに電荷が蓄積される（ステップＳ３）。

電子先幕シャッタの走行を開始してから露光時間Ｔshが経過したところで、システム制御部１０は、メカニカル後幕シャッタ３の走行を開始させる（ステップＳ４）。

メカニカル後幕シャッタ３の走行が終了したところで、システム制御部１０は、撮像素子４から画像データを読み出させて、例えば画像処理部５内の画像データ記憶部などに記憶させる（ステップＳ５）。

さらに、システム制御部１０は、内部メモリ６からＴesht_iおよびＴmec_iを読み出して、ラインｉにおける実露光時間Ｔreal_iを次の数式１により算出する。
［数１］
Ｔreal_i＝（Ｔmec_i＋Ｔsh）−Ｔesht_i

露光ムラは設定されたシャッタ速度（設定された露光時間）Ｔshと実露光時間Ｔreal_iとの誤差に起因して発生する。そこで、システム制御部１０は、ラインｉにおける露光ムラを補正するためのゲイン値となる補正係数Ｇiを次の数式２により算出する。
［数２］
Ｇi＝Ｔsh／Ｔreal_i＝Ｔsh／｛（Ｔmec_i＋Ｔsh）−Ｔesht_i｝

そして、システム制御部１０は、算出した補正係数Ｇiを画像処理部５へ出力する（ステップＳ６）。このようにして、システム制御部１０は、補正係数算出部として機能するようになっている。

撮像素子４により撮影して出力された画像データにおける、ラインｉの信号レベルをＳＩＧraw_iとすると、システム制御部１０は、画像処理部５に次の数式３
［数３］
ＳＩＧcorrect_i＝Ｇi×ＳＩＧraw_i
の画像処理を全ライン（ｉ＝１〜ｎ）について行わせることにより、各画素の露光時間が等しいときに得られる画像信号に近付くように補正された（つまり露光ムラのない）信号レベルＳＩＧcorrect_iを算出させる（ステップＳ７）。ここに、補正係数Ｇiを補正ゲイン値としたために、乗算を行うだけで補正を行うことができ、リアルタイム処理にも対応し得る高速処理が可能であり、あるいは他の画像処理と同時に行うようにすることも可能となる。

こうして輝度ムラが補正されたところで、この処理を終了する。

次に、図１４は撮影ボタンが押下されたときの撮影シーケンスの他の例を示すフローチャートである。

上述したようなステップＳ１〜Ｓ５の処理を行ったところで、制御部であるシステム制御部１０は、設定されたシャッタ速度Ｔshが所定の閾値Ｔth未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ここに、所定の閾値Ｔthは、シャッタ速度Ｔshがこの閾値Ｔth以上である（つまり露光時間が長い）ときには図１１に示したような露光ムラを事実上無視することが可能であり、この閾値Ｔth未満である（つまり露光時間が短い）ときには露光ムラを補正することが望ましくなる区分を示す閾値である。

このステップＳ１１において、システム制御部１０は、シャッタ速度Ｔshが閾値Ｔth未満であると判定したときには上述したステップＳ６およびステップＳ７の処理を行うように制御し、シャッタ速度Ｔshが閾値Ｔth以上であると判定したときにはステップＳ６およびステップＳ７の処理をスキップする（中止する）ように制御して、この処理を終了する。

このような実施形態１によれば、先幕シャッタとしてメカニカル先幕シャッタよりも制御精度の高い電子先幕シャッタを用いるようにしたために、先幕の走行特性をメカニカル後幕シャッタ３の走行特性に高精度に合わせることが可能となり、高速シャッタにおいても正確な露光制御を行うことができる。

そして、電子先幕シャッタとして、複数ライン毎にまとめて画素リセットを行うタイプのもの（ブロック電子先幕）を採用したために、駆動回路を簡単にし、高い駆動クロックを不要とすることが可能となる。

さらに、ブロック電子先幕とメカニカル後幕シャッタ３とを組み合わせたときに生じる露光ムラを画像処理により補正するようにしたために、高速シャッタ時にも輝度ムラが目立つことのない高画質な画像を得ることができる。

このとき、設定されたシャッタ速度Ｔshが０であるときのメカニカル後幕シャッタ３の走行特性に近似するタイミングで、画素群毎のリセットを順次行うようにしたために、補正すべき露光ムラの大きさを小さくすることができ、露光ムラを画像処理によって補正する際の画質劣化を低減することができる。

加えて、シャッタ速度に応じて輝度ムラの補正を行うか否かを区分するようにしたために、輝度ムラを無視し得る低速シャッタ時には処理負荷を軽減することが可能となり、処理時間の短縮や消費電力の低減を図ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに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することができる。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、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。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良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

１…撮像装置
２…撮影レンズ
３…メカニカル後幕シャッタ
４…撮像素子
５…画像処理部
６…内部メモリ
７…外部メモリ
８…表示部
９…指示部
１０…システム制御部（リセット部、補正係数算出部、制御部）
２１…画素
２２…撮像面
２３…垂直走査回路
２４…列回路
３１…露光用の開口部

Claims

被写体像を結像する撮影レンズと、
上記撮影レンズを介して受光した光量に応じた量の電荷を蓄積する画素が二次元状に配置された撮像面を有する撮像素子と、
上記撮影レンズからの光が上記撮像面へ到達する状態から遮光される状態へ移行するために、該撮像面に沿って走行するメカニカル後幕シャッタと、
上記メカニカル後幕シャッタの走行に先行して、該走行方向に沿って上記撮像面を複数の画素群に分割し、一画素群に含まれる全画素の電荷を一括してリセットすることを、該メカニカル後幕シャッタの走行特性に応じた画素群毎のタイミングで順次行うリセット部と、
上記メカニカル後幕シャッタの走行特性と、上記リセット部による画素群毎のリセットタイミングと、に基づいて、各画素の露光時間が等しいときに得られる画像信号に近付くように、上記撮像素子から読み出された画像信号の信号レベルを補正する画像処理部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
上記メカニカル後幕シャッタの走行特性と、上記リセット部による画素群毎のリセットタイミングと、に基づいて補正係数を算出する補正係数算出部をさらに具備し、
上記画像処理部は、上記補正係数に基づいて信号レベルを補正するものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
設定されたシャッタ速度が所定の閾値未満であるか否かを判定して、閾値未満であると判定したときには上記画像処理部に信号レベルの補正を行わせ、閾値以上であると判定したときには該信号レベルの補正を中止させる制御部をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
上記リセット部は、設定されたシャッタ速度が０であるときのメカニカル後幕シャッタの走行特性に近似するタイミングで、画素群毎のリセットを順次行うものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。