JP2011250172A - 撮像装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子先幕シャッターを用いた場合においても、適正なタイミングでストロボ発光信号を発生させる。
【解決手段】撮像装置は、複数の画素が行方向及び列方向にマトリックス状に配列された撮像素子を有し、撮影レンズを通過した光を撮像素子で受光して、画素に光に応じた電荷を蓄積して撮影を行う。垂直走査回路２１４は行方向を水平走査ラインとして、第１番目の走査ラインから順次光を受光するように撮像素子における受光を行う電子先幕シャッターを制御する。オアゲート２１７は電子先幕シャッターが水平走査ラインにおいて所定の走査ラインに達したことを検出して発光タイミング信号を出力する。これによって、ストロボなどの発光部を発光させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、メカニカルシャッター及び電子シャッターを併用して露光量を制御する撮像装置に関し、特に、ストロボの発光制御を行って撮像を行う撮像装置に関する。

撮像装置の一つとして、デジタルカメラが知られており、例えば、所謂一眼レフタイプのデジタルカメラでは、フォーカルプレンシャッター（以下、メカニカルシャッターという）と電子シャッターとを併用して撮像を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。

メカニカルシャッター及び電子シャッターを併用するシャッター機構においては、メカニカルシャッターによって後幕が構成される。そして、後幕の走行に先行して電子シャッターを駆動して、撮像素子の画素における電荷蓄積のための走査を行って、撮影を実行している。以下電子シャッターを電子先幕シャッターと呼び、メカニカルシャッターをメカニカル後幕シャッターと呼ぶことがある。

ところで、ＣＭＯＳセンサーを用いた撮像素子においては、電荷蓄積動作中に画素毎又はライン（水平走査ライン）毎に画素をリセット（画素の蓄積電荷量をゼロにする走査）して再度電荷の蓄積を開始する。そして、画素毎又はライン毎に所定の時間を経過した後、信号読み出し走査を行う。これによって、電子シャッターを実現している。つまり、撮像素子の電荷蓄積開始走査においては、例えば、走査ライン毎に各画素のリセットが行われ、続いて電荷蓄積が開始されることになる。以下、このような電荷蓄積開始走査をリセット走査と呼ぶことにする。

電子先幕シャッターとメカニカル後幕シャッターとを併用した際には、リセット走査中又はリセット走査後に、メカニカル後幕シャッターによって撮像素子が順次遮光される。続いて、各画素に蓄積された電荷を読み出す読み出し走査が行われる。このため、リセット走査における走査パターンは、メカニカル後幕シャッターの走行特性に合わせる必要がある。

一方、一眼レフタイプのデジタルカメラにおいてストロボ撮影を行う際メカニカル式の先幕シャッター（メカニカル先幕シャッター）を用いたものがある。そして、メカニカル先幕シャッターの走行完了の際、メカニカル先幕シャッターの走行をフォトリフレクター又はメカニカルスイッチによって検出して、当該検出結果に応じてストロボ発光信号を発生するようにしている。

ところが、電子先幕シャッターを用いた場合には、メカニカル先幕シャッターのように、機械的なシャッター機構がないので走行完了時にストロボ発光信号を発生させることができない。このため、従来、電子先幕シャッターによる撮影モードであったとしても、ストロボを用いて撮影を行う際には、電子先幕シャッターを用いることなく、メカニカル先幕シャッターを用いて撮影を行っている。

特開平１１−４１５２３号公報

上述したように、電子先幕シャッターを用いた場合には、電子先幕シャッターにおいてはメカニカルな走行が行われない。このため、フォトリフレクター又はメカニカルスイッチによってその走行完了を検出して、ストロボ発光信号を発生させることができず、精度よくストロボを発光させることができないという課題がある。

従って、本発明の目的は、電子先幕シャッターを用いたストロボ撮影においても、適正なタイミングで発光部を発光させることができるようにすることにある。

上記の目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、発光手段を発光させた静止画撮影が可能な撮像装置であって、受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子の一方の端から他方の端に向かって、前記撮像素子の撮像領域の領域毎に順次電荷の蓄積を開始させるための走査を行う走査手段と、前記走査手段により前記撮像領域の所定領域に対して前記走査が行われたことを検出する検出手段と、前記発光手段を発光させて静止画撮影を行う場合、前記検出手段により前記所定領域に対して前記走査が行われたことが検出されると、前記発光手段による発光を開始させる発光制御手段と有することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明に係る制御方法は、受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子を有し、発光手段を発光させた静止画撮影が可能な撮像装置の制御方法であって、前記撮像素子の一方の端から他方の端に向かって、前記撮像素子の撮像領域の領域毎に順次電荷の蓄積を開始させるための走査を行う走査ステップと、前記走査ステップで前記撮像領域の所定領域に対して前記走査が行われたことを検出する検出ステップと、前記発光手段を発光させて静止画撮影を行う場合、前記検出ステップで前記所定領域に対して前記走査が行われたことが検出されると、前記発光手段による発光を開始させる発光制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、電子先幕シャッターを用いたストロボ撮影においても、適正なタイミングで発光部を発光させることができる。

本発明の実施形態によるデジタルカメラの一例の構成を概略的に示すブロック図である。 図１に示すデジタルカメラの駆動について説明するためのフローチャートである。 図１に示すデジタルカメラにおいてメカニカル先幕シャッターを用いた場合の発光タイミングを説明するための図である。 図２で説明した露光制御においてメカニカル先幕シャッターによる露光を詳細に説明するためのフローチャートである。 図３及び図４で説明したメカニカル先幕シャッター及びメカニカル後幕シャッターの動きを模式的に示す図であり、（ａ）はメカニカル先幕シャッターの走行開始の状態を示す図、（ｂ）はメカニカル先幕シャッター及びメカニカル後幕シャッターがともに走行している状態を示す図、（ｃ）はメカニカル先幕シャッターの走行完了の状態を示す図である。 図１に示すデジタルカメラにおいて電子先幕シャッターを用いた場合の発光タイミングを説明するための図である。 図２で説明した露光制御において電子先幕シャッターによる露光を詳細に説明するためのフローチャートである。 図６及び図７で説明した電子先幕シャッター及びメカニカル後幕シャッターの動きを模式的に示す図であり、（ａ）は電子先幕シャッターの走行開始の状態を示す図、（ｂ）は電子先幕シャッター及びメカニカル後幕シャッターがともに走行している状態を示す図、（ｃ）は電子先幕シャッターの走行完了の状態を示す図である。る。 図１に示す撮像素子の構造の一例を示す図である。 図８で説明した電子先幕シャッターの駆動を説明するための動作シーケンスを示す図である。 図１に示すデジタルカメラにおいてメカニカル先幕シャッター及び電子先幕シャッターによる撮影をともに行う際の構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態による撮像装置について図面を用いて説明する。なお、ここでは、撮像装置の一つであるデジタルカメラを例に挙げて説明する。

図１は、本発明の実施形態によるデジタルカメラの一例の構成を概略的に示すブロック図である。

図１を参照して、図示のデジタルカメラは、全体制御・演算部１１５を有しており、この全体制御・演算部１１５は、例えば、マイクロコンピューターで構成されている。そして、全体制御・演算部１１５によってデジタルカメラ全体の制御が行われる。デジタルカメラはレンズユニット１０１を備えており、このレンズユニット１０１には絞り機構が内包されている。そして、レンズユニット１０１を通過した被写体の光学像は撮像素子１０７上に結像する。

なお、レンズユニット１０１を通過した光学像はミラー１０３によってファインダー部（図示せず）に導かれる。このミラー１０３は、撮影時以外ではファインダー部に光学像を導くために下がっている（図１に示す状態）が、撮影時には跳ね上がり光学像が撮像素子１０７に導かれる。そして、撮影後には、ミラー１０３はファインダー部に光学像を導くため、図１に示す状態となる。

レンズ駆動部１０２は、全体制御・演算部１１５の制御下で、レンズユニット１０１に対してフォーカスレンズの制御及び絞り機構の制御等を行う。ミラー駆動部１０４は、全体制御・演算部１１５の制御下で、ミラー１０３の上下駆動を行う。

レンズユニット１０１と撮像素子１０７との間にはシャッター１０５が配置されている。このシャッター１０５は、所謂一眼レフカメラで用いられるフォーカルプレーン型の先幕／後幕に相当するメカニカルのシャッター幕を有している。そして、このシャッター１０５によって、レンズユニット１０１を通過した光学像の遮光と露光時間の調整が行われる。シャッター駆動部１０６は、全体制御・演算部１１５の制御下で、シャッター１０５の先幕及び後幕の駆動を行うとともに、シャッターを初期位置に戻すチャージ動作等を行う。

測距部１１４は、デジタルカメラから被写体までの距離が測定して、測距信号を全体制御・演算部１１５に与える。また、測光部１１３は被写体の輝度を測定して、測光信号を全体制御・演算部１１５に与える。全体制御・演算部１１５は、測距信号及び測光信号に基づいてレンズ駆動部１０２及びシャッター駆動部１０６を制御して、フォーカス制御及び露光量制御を実行する。

上記のフォーカス制御及び露光量制御は、静止画像の撮影の際に行われる。例えば、所謂ライブビュー撮影及び動画撮影の際には、ミラー１０３が上がった状態となる。この結果、一眼レフカメラにおいては、測距部１１４及び測光部１１３に光学像が導かれなくなって、測距部１１４及び測光部１１３による測距及び測光は行われない。

このため、ライブビュー撮影及び動画撮影の際には、測距部１１４及び測光部１１３を用いることなく、撮像素子１０７から出力される画像信号に応じて測距及び測光が行われる。そして、全体制御・演算部１１５は、その測距及び測光の結果に応じてレンズ駆動部１０２及びシャッター駆動部１０６を制御する。前述したように、撮像素子１０７には、レンズユニット１０１を通過した光学像が結像する。そして、撮像素子１０７は光学像に応じた画像信号（以下撮像信号ともいう）を出力する。図示の撮像素子１０７は、例えば、ＣＭＯＳセンサーである。

上記の撮像信号（アナログ信号）は撮像信号処理回路１０８に与えられる。この撮像信号処理回路１０８は、撮像信号を増幅処理するとともに、撮像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理を行う。さらに、撮像信号処理回路１０８は、Ａ／Ｄ変換処理の結果得られた画像データに対してキズ補正等の各種補正処理又は画像データを圧縮する圧縮処理等を行う。

タイミング発生部１０９は、全体制御・演算部１１５の制御下で、撮像素子１０７及び撮像信号処理回路部１０８に対してタイミング信号を出力する。また、タイミング発生部１０９は撮像素子１０７又は撮像信号処理回路１０８と相互に信号の送受信が可能である。そして、全体制御・演算部１１５は撮像素子１０７又は撮像信号処理回路１０８に対して設定を行うとともに、撮像素子１０７又は撮像信号処理回路１０８の状態を読み出すことができる。

発光部１１８は、静止画撮影の際に補助光を発する。この発光部１１８は発光部制御装置１１９によって発光制御される。全体制御・演算部１１５は、発光部制御装置１１９に対して発光部１１８の発光のための充電、撮影時における発光モードの設定を行う。一方、発光部制御装置１１９は発光部１１８の状態を全体制御・演算部１１５に送る。

なお、一眼レフカメラにおいては、発光部１１８を内蔵しているタイプと別体の発光部１１８を取り付けるタイプとがある。図示の例では、デジタルカメラが発光部１１８を内蔵している場合について説明したが、別体の発光部１１８をデジタルカメラに装着するようにしてもよい。

メモリ部１１６には、画像データが一時的に記憶される。また、メモリ部１１６には各種の調整値、全体制御・演算部１１５に制御を実行させるための制御プログラム等が記録されている。

図示のデジタルカメラは、記録媒体制御インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１１０及び外部Ｉ／Ｆ１１２を備えており、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１１０には記録媒体１１１が接続される。そして、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１１０は記録媒体１１１に対して画像データ等の記録処理を行うとともに、記録媒体１１１から画像データ等の読み出し処理を行う。

なお、記録媒体１１１として、例えば、半導体メモリ等が用いられ、この記録媒体１１１には画像データ等の各種データが記録される。そして、記録媒体１１１はデジタルカメラに対して着脱可能である。

また、外部Ｉ／Ｆ部１１２は、コンピュータ等の外部装置（図示せず）と通信するために用いられる。そして、表示部１１７には、撮影した静止画像又は動画像等が表示される。

次に、図１に示すデジタルカメラの撮影時における動作について説明する。図２は、図１に示すデジタルカメラの駆動について説明するためのフローチャートである。

図１に示すデジタルカメラにおいてメイン電源（図示せず）がオンされると、各駆動部の電源がオンされるととともに、撮像信号処理回路１０８等の撮像系の電源がオンされて、撮影動作が開始される。

その後、全体制御・演算部１１５は、レリーズボタン（図示せず）が所謂半押しされたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。レリーズボタンが半押しされないと、つまり、ＳＷ１がオンしないと（ステップＳ１０２において、ＮＯ）、全体制御・演算部１１５は待機する。

一方、ＳＷ１がオンすると（ステップＳ１０２において、ＹＥＳ）、全体制御・演算部１１５は、タイミング発生部１０９及び撮像信号処理回路部１０８を制御して、撮像素子１０７の初期化を実行する（ステップＳ１０３）。これによって、撮像素子１０７は光学像に応じた電荷を蓄積できる状態となる。

続いて、全体制御・演算部１１５は、ミラー駆動部１０４を制御してミラー１０３を上げるとともに、シャッター駆動部１０６を制御してシャッター１０５を開く（ステップＳ１０４）。これによって、撮像素子１０７は、動画用のローリング読み出しに対応したスリットローリング電子シャッターを用いて電荷蓄積時間を制御して、撮影シーンに適した露光を行う（ステップＳ１０５）。

全体制御・演算部１１５は、タイミング発生部１０９及び撮像信号処理回路部１０８を制御して、撮像素子１０７から動画用画像信号の読み出しを行う（ステップＳ１０６）。当該読み出しは、撮像素子１０７の撮像面（画素部）の上部と下部とにおいて画像信号の読み出されるタイミングが異なる所謂ローリング読み出しである。

全体制御・演算部１１５は、撮像素子１０７から読み出した動画用画像信号を撮像信号処理回路１０８によって信号処理する。そして、撮像信号処理回路１０８は動画用画像信号に応じた動画像データを生成する。全体制御・演算部１１５は、撮像信号処理回路１０８で生成した動画像データを動画像として表示部１１７に表示する（ステップＳ１０７）。

同時に、全体制御・演算部１１５は、撮像素子１０７から読み出した画像信号に応じて、被写体の輝度を測定する。そして、全体制御・演算部１１５は輝度測定結果に応じてスリットローリング電子シャッターを制御して露光量を適正に保つ。さらに、全体制御・演算部１１５は被写体のコントラストを計測し、常に被写体にピント（焦点）が合うようにレンズ駆動部１０２を制御してレンズユニット１０１の駆動を行う（ステップＳ１０８）。これによって、撮像素子１０７に被写体の光学像が結像される。

続いて、全体制御・演算部１１５は、レリーズボタンが所謂全押しされたか否かについて判定する（ステップＳ１０９）。レリーズボタンが全押しされないと、つまり、ＳＷ２がオンしないと（ステップＳ１０９において、ＮＯ）、全体制御・演算部１１５はステップＳ１０５に戻って処理を続行する。つまり、全体制御演算部１１５は、定期的に画像を更新して、表示部１１７に動画像を表示する。

ＳＷ２がオンとなると（ステップＳ１０９において、ＹＥＳ）、静止画像撮影にため、全体制御・演算部１１５は、タイミング発生部１０９及び撮像信号処理回路１０８を制御して、撮像素子１０７の初期化を行う（ステップＳ１１０）。これによって、撮像素子１０７が静止画像を撮影できる状態となる。

全体制御・演算部１１５は、前述のステップＳ１０８において測定した測光値に基づいて適切な露光量となるように電子先幕シャッター又はメカニカル先幕シャッターを走行させる。続いて、全体制御・演算部１１５はメカニカル後幕シャッター走行させて、シャッターが所定時間だけ開くように制御する（ステップＳ１１１）。

但し、メカニカル先幕シャッターによる露光量の制御では、露光（ステップＳ１１１）の前の状態ではシャッターが既に走行しているので、一度メカニカル先幕シャッターをチャージしてから再度走行させる必要がある。この点については、後述の図３を用いて説明する。

露光が終了すると、全体制御・演算部１１５は、ミラー駆動部１０４を制御してミラー１０３を下げる（ステップＳ１１２）。次に、画像信号の読み出しのため、全体制御・演算部１１５は、タイミング発生部１０９及び撮像信号処理回路１０８を制御して、撮像素子１０７から静止画用画像信号の読み出しを行う（ステップＳ１１３）。全体制御・演算部１１５は、撮像素子１０７から読み出した静止画用画像信号を撮像信号処理回路１０８において信号処理させる。これによって、撮像信号処理回路１０８は静止画像データを生成させる。

この際、この撮像信号処理回路１０８は、欠陥補正データを用いて欠陥画素の補正等の処理を行う。そして、撮像信号処理回路１０８において信号処理され生成された静止画像データは、一旦、メモリ部１１６に保存される（ステップＳ１１４）。全体制御・演算部１１５は、メモリ部１１６に保存した静止画像データを記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１１０を介して記録媒体１１１に記録する（ステップＳ１１５）。そして、記録媒体への記録が完了すると、全体制御・演算部１１５は撮影に係る一連のシーケンスを完了する。

なお、上述のステップＳ１０２〜Ｓ１１６までの処理により一連の撮像シーケンスが終了し、全体制御・演算部１１５は撮影動作開始の状態に戻る。

ここで、図２で説明したステップＳ１１１における露光について詳細に説明する。

図３は、図１に示すデジタルカメラにおいてメカニカル先幕シャッターを用いた場合の発光タイミングを説明するための図である。また、図４は、図２で説明した露光制御においてメカニカル先幕シャッターによる露光を詳細に説明するためのフローチャートである。

図３において、横軸（横方向）は時間を表し、発光は発光部１１８の発光タイミングを表している。また、図中、Ｍａｇ３−１はメカニカル先幕シャッターを制御するメカニカル先幕シャッター制御信号であり、Ｍａｇ３−２はメカニカル後幕シャッターを制御するメカニカル後幕制御信号である。

ここでは、撮像素子１０７から画像信号を読み出す際、図中上から下へ順番に読み出しが行われる。曲線（カーブ）４０３はメカニカル先幕シャッターが撮像素子１０７の表面を上から下へ移動する状態を示している。同様に、曲線４０２はメカニカル後幕シャッターが撮像素子１０７の表面を上から下へ移動する状態を示している。また、図中のＶＤは撮像素子１０７の状態を変化させる撮像素子状態変化信号を表している。

ここで、図３及び図４を参照して、前述した図２に示すステップＳ１１１のメカニカル先幕シャッターでの静止画撮影の詳細を説明する。ステップＳ１１１において静止画撮影が開始される。動画像表示の状態からメカニカル先幕シャッターによって露光を行う際には、既にシャッターが走行してしまっている。よって、メカニカル先幕シャッターを戻すため、全体制御・演算部１１５はシャッター駆動部１０６を制御して、メカニカル先幕シャッターのチャージを行い、撮像素子１０７を遮光状態とする（ステップＳ２０２）。その後、全体制御・演算部１１５は、シャッター駆動部１０６を制御してメカニカル先幕シャッターを動作させる。

具体的には、全体制御・演算部１１５は、メカニカル先幕シャッター制御信号Ｍａｇ３−１をハイレベル（Ｈ）からロウレベル（Ｌ）に変化させて、メカニカル先幕シャッターの走行を開始する（ステップＳ２０３）。これによって、メカニカル先幕シャッターは撮像素子１０７の表面を走行する。そして、撮像素子１０７の上部から徐々にシャッター１０５が開いた状態となっていき、撮像素子１０７に電荷が蓄積される。これが露光状態である。

次に、全体制御・演算部１１５はメカニカル先幕シャッターの走行が完了したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。メカニカル先幕シャッターの走行が完了しないと、全体制御・演算部１１５はメカニカル先幕シャッターの走行が完了するまで待つ。

メカニカル先幕シャッターの走行が完了すると、つまり、メカニカル先幕シャッターが、図３における丸印で示す位置を通過すると、全体制御・演算部１１５は発光部制御装置１１９を制御して、発光部１１８を発光させる（ステップＳ２０５）。

なお、メカニカル先幕シャッターの走行完了を検出する際には、例えば、フォトリフレクターを用いて、そのシャッターが走行完了位置を通過したときに、フォトリフレクターの出力信号（第２のタイミング信号）が変化するようにする。そして、全体制御・演算部１１５は当該出力信号を監視して、メカニカル先幕シャッターの走行が完了したか否かについて判定する。

続いて、全体制御・演算部１１５は、所定の露光時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０６）。所定の露光時間が経過しないと、全体制御・演算部１１５は、所定の露光時間が経過するまで待つ。

一方、所定の露光時間が経過すると、全体制御・演算部１１５は、シャッター駆動部１０６を制御して、メカニカル後幕シャッターを走行させシャッター１０５を閉じる。

具体的には、全体制御・演算部１１５は、メカニカル後幕シャッター制御信号Ｍａｇ３−２をハイレベルからロウレベルに変化させる。これによって、シャッター駆動部１０６はメカニカル後幕シャッターを走行させる（ステップＳ２０７）。その結果、撮像素子１０７の上部から順番にメカニカル後幕シャッターが閉じて、電荷の蓄積が終了する。そして、メカニカル後幕シャッターの走行が完了すると露光動作が終了する。

上述の例では、メカニカル先幕シャッターが走行完了位置を通過したか否かを検出するために、ＰＲを用いたが、ＰＲに限定されるものではなく、ＰＩ（フォトインターラプター）又はメカニカルスイッチを用いて検出するようにしてもよい。

図５は、図３及び図４で説明したメカニカル先幕シャッター（メカ先幕ＳＨ）３０３及びメカニカル後幕シャッター（メカ後幕ＳＨ）３０２の動きを模式的に示す図である。そして、図５（ａ）はメカニカル先幕シャッター３０３の走行開始直後の状態を示す図であり、図５（ｂ）はメカニカル先幕シャッター３０３及びメカニカル後幕シャッター３０２がともに走行している状態を示す図である。また、図５（ｃ）はメカニカル先幕シャッター３０３の走行完了の状態を示す図である。

図５（ａ）〜図５（ｃ）では、撮像素子１０７とメカニカル先幕シャッター３０３及びメカニカル後幕シャッター３０２とをデジタルカメラの正面側から見た状態を示している。

図５（ａ）において、メカニカル先幕シャッター３０３の走行が開始されると、撮像素子１０７の上部が電荷の蓄積領域となる。この際、ＰＲ３０５はメカニカル先幕シャッター３０３が存在することを検出しており、このため、メカニカル先幕シャッター３０３は走行完了状態にはない。

図５（ｂ）においては、メカニカル先幕シャッター３０３及びメカニカル後幕シャッター３０２がともに走行している。ストロボ撮影の場合、メカニカル先幕シャッター３０３の走行が完了してから、メカニカル後幕シャッター３０２の走行が開始される。図示の例では、メカニカル先幕シャッター３０３及びメカニカル後幕シャッター３０２の動きを示すため、あえて両シャッターが走行中の状態を図示している。この際にも、ＰＲ３０５はメカニカル先幕シャッター３０３が存在することを検出しており、このため、メカニカル先幕シャッター３０３は走行完了状態にはない。

図５（ｃ）において、メカニカル先幕シャッター３０３の走行が完了すると、ＰＲ３０５はメカニカル先幕シャッター３０３が存在しないこと検出する。そして、ＰＲ３０５はメカニカル先幕シャッターの走行完了を示す出力信号を出力する。このように、メカニカル先幕シャッター３０３を用いた場合には、メカニカル先幕シャッター３０３の有無、つまり、走行が完了したか否かをＰＲ３０５によって検出することができる。

図６は、図１に示すデジタルカメラにおいて電子先幕シャッターを用いた場合の発光タイミングを説明するための図である。また、図７は、図２で説明した露光制御において電子先幕シャッターによる露光を詳細に説明するためのフローチャートである。

図６において、横軸（横方向）は時間を表し、発光は発光部１１８の発光タイミングを表している。また、図中、Ｍａｇ３−３は電子先幕シャッターを制御する電子先幕シャッター制御信号である。なお、電子先幕シャッター制御信号Ｍａｇ３−３は、メカニカル先幕シャッター制御信号Ｍａｇ３−１と同等の信号である。

ここでは、撮像素子１０７から画像信号を読み出す際、図中上から下へ順番に読み出しが行われる。破線で示す曲線（カーブ）４０１は電子先幕シャッター（電子先幕ＳＨ）３０１が撮像素子１０７の表面を上から下へ移動する状態を示している。同様に、曲線４０２はメカニカル後幕シャッター（メカ後幕ＳＨ）３０２が撮像素子１０７の表面を上から下へ移動する状態を示している。

ここで、図６及び図７を参照して、前述した図２に示すステップＳ１１１の電子先幕シャッターでの静止画撮影の詳細を説明する。ステップＳ１１１において静止画撮影が開始される。全体制御・演算部１１５はタイミング発生部１０９及び撮像信号処理回路１０８を制御して、撮像素子１０７による電子先幕シャッター３０１の動作を実行する。具体的には、メカニカル先幕シャッターと同様に、全体制御・演算部１１５は、電子先幕シャッター制御信号Ｍａｇ３−３をハイレベル（Ｈ）からロウレベル（Ｌ）に変化させて、電子先幕シャッター３０１の走行を開始する（ステップＳ３０２）。これによって、電子先幕シャッター３０１は撮像素子１０７の表面を走行する。そして、撮像素子１０７の上部から順番に、撮像素子１０７に電荷が蓄積される。これが露光状態である。

次に、全体制御・演算部１１５は電子先幕シャッター３０１の走行が完了したか否かについて判定する（ステップＳ３０３）。電子先幕シャッター３０１の走行が完了しないと、全体制御・演算部１１５は電子先幕シャッター３０１の走行が完了するまで待つ。

電子先幕シャッター３０１の走行が完了すると、つまり、電子先幕シャッター３０１が、図５におけるバツ印で示す位置に到達すると、全体制御・演算部１１５は発光部制御装置１１９を制御して、発光部１１８を発光させる（ステップＳ３０４）。なお、電子先幕シャッター３０１の走行完了を検出する手法については、後述する。続いて、全体制御・演算部１１５は、所定の露光時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３０５）。所定の露光時間が経過しないと、全体制御・演算部１１５は、所定の露光時間が経過するまで待つ。

一方、所定の露光時間が経過すると、全体制御・演算部１１５は、シャッター駆動部１０６を制御して、メカニカル後幕シャッターを走行させ、シャッター１０５を閉じる。

具体的には、全体制御・演算部１１５は、メカニカル後幕シャッター制御信号Ｍａｇ３−２をハイレベルからロウレベルに変化させる。これによって、シャッター駆動部１０６はメカニカル後幕シャッター３０２を走行させる（ステップＳ３０６）。その結果、撮像素子１０７の上部から順番にメカニカル後幕シャッター３０２が閉じて、電荷の蓄積が終了する。そして、メカニカル後幕シャッターの走行が完了すると露光動作が終了する。

図８は、図６及び図７で説明した電子先幕シャッター（電子先幕ＳＨ）３０１及びメカニカル後幕シャッター（メカ後幕ＳＨ）３０２の動きを模式的に示す図である。そして、図８（ａ）は電子先幕シャッター３０１の走行開始直後の状態を示す図であり、図８（ｂ）は電子先幕シャッター３０１及びメカニカル後幕シャッター３０２がともに走行している状態を示す図である。また、図８（ｃ）は電子先幕シャッター３０１の走行完了の状態を示す図である。

図８（ａ）〜図８（ｃ）では、撮像素子１０７と電子先幕シャッター３０１及びメカニカル後幕シャッター３０２とをデジタルカメラの正面側から見た状態を示している。

図８（ａ）において、電子先幕シャッター（電子先幕ＳＨ）３０１の走行が開始されると、撮像素子１０７の撮像領域の上部から領域毎に順次電荷の蓄積領域となる。この場合には、電子先幕シャッター３０１は検出器３０６の位置に達しておらず、検出器３０６は電子先幕シャッターを検出しない。よって、電子先幕シャッター３０１は走行完了状態ではないと判定される。なお、電子先幕シャッター３０１の位置検出については後述する。

図８（ｂ）においては、電子先幕シャッター３０１及びメカニカル後幕シャッター３０２がともに撮像素子１０７の一方の端（上端）から他方の端（下端）に向かって走行している。ストロボ撮影の場合、電子先幕シャッター３０１の走行が完了してから、メカニカル後幕シャッター３０２の走行が開始される。図示の例では、各シャッターの動きを示すため、あえて電子先幕シャッター３０１及びメカニカル後幕シャッター３０２が走行中の状態を図示している。この際にも、電子先幕シャッター３０１は検出器３０６の位置に達していないので、電子先幕シャッター３０１は走行完了状態ではないと判定される。

図８（ｃ）において、電子先幕シャッター３０１の走行が完了すると、検出器３０６は電子先幕シャッター３０１を検出することになる。そして、検出器３０６は電子先幕シャッター３０１の走行完了を示す出力信号（第１のタイミング信号）を出力する。

電子先幕シャッター３０１においては、メカニカル先幕シャッター３０３（図７）のようにＰＲ３０５を用いてシャッターの有無を検出することはできない。以下、検出器３０６による電子先幕シャッター３０１の走行完了検出について説明するが、まず、撮像素子の構造とその駆動方法について説明した後、ローリング電子シャッター動作を説明する。そして、この際、電子先幕シャッターの走行完了検出についても説明する。

図９は、図１に示す撮像素子１０７の構造の一例を示す図である。

図９を参照すると、図示の撮像素子１０７では、所謂ＸＹアドレス型の走査手法が採用されている。撮像素子１０７は、行方向及び列方向に沿ってマトリックス状に配列された複数のセル（画素）を有しており、２つの画素で一つの駆動単位２０１が規定される。図９において、１行目に配列された画素群を第ｎラインとし、図示の撮像素子１０７は、第ｎＬラインまで有しているものとする。ここでは、ラインは水平走査ラインであり、単に走査ラインとも呼ぶ。

いま、第ｎライン（ここでは図中一番上のライン）において、第４列目の駆動単位２０１に注目すると、２つの画素はそれぞれフォトダイオード（ＰＤ）２０２及び２０４を備えており、これらＰＤ２０２及び２０４の各々は光を受光して電荷に変換する。図示の例では、ＰＤ２０２及び２０４がそれぞれ偶数ライン用及び奇数ライン用のＰＤである。ＰＤ２０２及び２０４にはそれぞれ転送スイッチ２０３及び２０５が接続されている。これら転送スイッチ２０３及び２０５はそれぞれ転送パルスφＴＸｎ及びφＴＸｎ＋１に応じてＰＤ２０２及び２０４の電荷をＦＤ（フローティング・ディフュージョン）２０６に転送する。そして、ＦＤ２０６に電荷が一時的に蓄積される。ここでは、転送スイッチ２０３及び２０５はそれぞれ偶数ライン用及び奇数ライン用の転送スイッチである。

図示の駆動単位２０１は、増幅ＭＯＳアンプ２０７、選択スイッチ２０８、及びリセットスイッチ２０９を有している。増幅ＭＯＳアンプ２０７はＦＤ２０６から信号（つまり、電荷）を取り出す際、ソースフォロアとして機能する。選択スイッチ２０８は選択パルスφＳＥＬｍに応じて動作し、選択スイッチ２０８によって駆動単位２０１のＦＤ２０６が選択される。リセットスイッチ２０９はリセットパルスφＲＥＳｍに応じてＦＤ２０６に蓄積された電荷を除去する。なお、ＦＤ２０６、増幅ＭＯＳアンプ２０７、及び定電流源２１１によってフローティングディフュージョンアンプが構成される。

選択スイッチ２０８によって選択されたＦＤ２０６に蓄積された信号電荷は増幅ＭＯＳアンプ２０７及び定電流源２１１による電荷・電圧変換によって電圧に変換されて、信号出力線２１０を介して読み出し回路２１５に出力される。なお、定電流源２１１は増幅ＭＯＳアンプ２０７の負荷となる定電流源である。なお、他の駆動単位についても駆動単位２０１と同様に動作する。

読み出し回路２１５には、各列に対応して選択スイッチ２１２が接続されている。これら選択スイッチ２１２は水平走査回路（ＨＳＲ）２１６によって駆動され、選択スイッチ２１２によって読み出し回路２１５から選択的に各列の電圧信号（以下画素信号と呼ぶ）が出力される。水平走査回路２１６によって選択された画素信号は出力アンプ２１３で増幅された後出力される。なお、垂直走査回路（ＶＳＲ）２１４は転送スイッチ２０３及び２０５、選択スイッチ２０８、及びリセットスイッチ２０９を駆動する。つまり、垂直走査回路２１４は、転送パルスφＴＸｎ〜φＴＸｎＬ、選択パルスφＳＥＬｍ〜φＳＥＬｍＬ、リセットパルスφＲＥＳｍ〜φＲＥＳｍＬを選択的に出力して、転送スイッチ２０３及び２０５、選択スイッチ２０８、リセットスイッチ２０９を駆動する。

例えば、第ｎラインにおいて、その転送パルス及びリセットパルスをそれぞれφＴＸｎ及びφＲＥＳｍで表し、第（ｎ＋１）ラインにおいて、その転送パルス及び選択パルスをそれぞれφＴＸｎ＋１及びφＳＥＬｍとする。ここで、ｍ＝ｎ／２（ｎは０以上の整数、ｍは０以上の整数）の関係が成り立っている。また、第ｎＬは画素の最終行を示し、第（ｎＬ−１）は最終行の１行前の行を示している。そして、第（ｎＬ−１）ラインにおいて、その転送パルス及びリセットパルスをそれぞれφＴＸｎＬ−１及びφＲＥＳｍＬで表し、第ｎＬラインにおいて、その転送パルス及び選択パルスをそれぞれφＴＸｎＬ及びφＳＥＬｍで表す。

なお、図示の例では、簡素化のため画素が６行×４列に配置された撮像素子１０７を示しているが、画素数はこの数に限るものではない。

図１０は、図８で説明した電子先幕シャッターの駆動を説明するための動作シーケンスを示す図である。なお、図１０においては、垂直走査回路２１４によって走査選択された第ｎライン〜第（ｎ＋３）ラインと第（ｎＬ−１）ライン〜第ｎＬラインについて説明する。

電子先幕シャッターを動作させる際には、水平走査ラインを第１番目の走査ラインから順次光を受光する。まず第ｎラインにおいて、時刻ｔ０１までの間、垂直走査回路２１４は、リセットパルスφＲＥＳｍ及び転送パルスφＴＸｎをオン（ハイレベル（Ｈ））とする。これによって、垂直走査回路２１４は転送スイッチ２０３及び２０５とリセットスイッチ２０９をオンとする。その結果、第ｎラインのＰＤ２０２、第（ｎ＋１）ラインのＰＤ２０５、及びＦＤ２０６に蓄積されている不要電荷を除去するリセット動作が行われる。

続いて、時刻ｔ０１において、垂直走査回路２１４は転送パルスφＴＸｎをロウレベル（Ｌ）として転送スイッチ２０３をオフとする。これによって、ＰＤ２０２に生じた電荷が蓄積される蓄積動作が開始される。この際、垂直走査回路２１４はリセットパルスφＲＥＳｍをハイレベルとしているから、リセットスイッチ２０９はオン状態となっている。

同様にして、第（ｎ＋１）ラインでは、時刻ｔ０２までの間、垂直走査回路２１４はリセットパルスφＲＥＳｍ及び転送パルスφＴＸｎ＋１をハイレベルとして、転送スイッチ２０５及びリセットスイッチ２０９をオンとする。これによって、垂直走査回路２１４は第（ｎ＋１）ラインのＰＤ２０４及びＦＤ２０６に蓄積されている不用電荷を除去するリセット動作を行う。

時刻ｔ０２において、垂直走査回路２１４は、転送パルスφＴＸｎ＋１をロウレベルとして転送スイッチ２０５をオフとする。これによって、ＰＤ２０４に生じた電荷が蓄積される蓄積動作が開始される。この際、垂直走査回路２１４はリセットパルスφＲＥＳｍをロウレベルとしてリセットスイッチ２０９をオフする。

第（ｎ＋２）ラインにおいて、時刻ｔ０３で、垂直走査回路２１４は転送パルスφＴＸｎ＋２をロウレベルとしてリセット状態から蓄積状態に遷移させ、ＰＤ２０２への電荷の蓄積を開始する。第（ｎ＋３）ラインにおいて、時刻ｔ０４で、垂直走査回路２１４は転送パルスφＴＸｎ＋３及びリセットパルスφＲＥＳｍ＋１の各々をロウレベルとして、リセット状態から蓄積状態に遷移させて、ＰＤ２０４への電荷の蓄積を開始する。

第（ｎＬ−１ライン）については、時刻ｔ０５で、垂直走査回路２１４は転送パルスφＴＸｎＬ−１をロウレベルとしてリセット状態から蓄積状態に遷移させ、ＰＤ２０２への電荷の蓄積を開始する。第ｎＬラインについては、時刻ｔ０６で、垂直走査回路２１４は転送パルスφＴＸｎＬ及びリセットφＲＥＳｍＬをロウレベルとしてリセット状態から蓄積状態に遷移させて、ＰＤ２０４への電荷の蓄積を開始する。

垂直走査回路２１４は、上述の動作を繰り返して、撮像素子１０７の上から下まで（つまり、第ｎライン〜第ｎＬラインまで）の全行についてリセット状態から蓄積状態への遷移を順番に行う。これによって、垂直走査回路２１４は、転送パルスφＴＸ（添え字は省略）をハイレベルからロウレベルに変更するタイミングを制御して、破線で示す電子先幕ＳＨが実線で示すメカ後幕ＳＨと同様の曲線としてなるようにする。ここで、撮像素子１０７の第ｎＬライン目の蓄積が開始された時刻ｔ０６が、電子先幕シャッターの走行完了タイミングであるので、この走行完了タイミングに応じて、全体制御・演算部１１５は、発光部制御装置１１９を制御して発光部１１８を発光させる。

具体的には、検出器３０６は、転送パルスφＴＸｎＬ及びリセットφＲＥＳｍＬの双方がロウレベルに変化したタイミングをノアゲート（ＮＯＲ）２１７の出力に応じて検出する。そして、検出器３０６はこのタイミング信号を全体制御・演算部１１５に与える。なお、このタイミング信号は、図５に示すＰＲ３０５の出力信号と同等となるようにされる。

続いて、時刻ｔ０７〜ｔ０８において、垂直走査回路２１４は転送パルスφＴＸｎをハイレベルとして転送スイッチ２０３をオンとする。これによって、垂直走査回路２１４はＰＤ２０２に蓄積された電荷をＦＤ２０６に転送する。第ｎラインにおける電荷転送動作終了の後、時刻ｔ０８〜ｔ０９において、垂直走査回路２１４は選択パルスφＳＥＬｍをハイレベルとして選択スイッチ２０８をオンする。これによって、垂直走査回路２１４はＦＤ２０６で保持された電荷を電圧に変換して、電圧信号として読み出し回路２１５に出力する。

水平走査回路２１６は、時刻ｔ０９〜ｔ１０において、選択スイッチ２１２をオンオフ制御して１水平ライン分の電圧信号を出力し、この電圧信号は出力アンプ２１３によって順次画像信号として出力される。

第（ｎ＋１）ラインにおいて、時刻ｔ１０〜ｔ１１で、垂直走査回路２１４は転送パルスφＴＸｎ＋１をハイレベルとして転送スイッチ２０５をオンする。これによって、垂直走査回路２１４はＰＤ２０４に蓄積された電荷をＦＤ２０６に転送する。第（ｎ＋１）ラインにおける電荷転送動作終了の後、時刻ｔ１１〜ｔ１２において、垂直走査回路２１４は再び選択パルスφＳＥＬｍをハイレベルとして選択スイッチ２０８をオンする。これによって、垂直走査回路２１４はＦＤ２０６で保持された電荷を電圧に変換して、電圧信号として読み出し回路２１５に出力する。水平走査回路２１６は、時刻ｔ１２〜ｔ１３において、選択スイッチ２１２をオンオフ制御して１水平ライン分の電圧信号を出力し、この電圧信号は出力アンプ２１３によって順次画像信号として出力される。

以後、上述した動作が繰り返されて、第（ｎ＋２）ラインについては、時刻１３〜ｔ１４において１水平ライン分の画像信号が読み出される。同様にして、第（ｎ＋３）ラインについては、時刻１４〜ｔ１５において１水平ライン分の画像信号が読み出される。そして、最後に、第ｎＬラインについて、時刻ｔ１７〜ｔ１８において１水平ライン分の画像信号が読み出されて、電子先幕シャッターを用いた撮影動作が終了する。画像信号の読み出しに先立って、前述したようにして、メカニカル後幕シャッターが電子先幕シャッターと同一の方向に駆動されて、第１番目の水平走査ラインから順次遮光を行う。

なお、上述の例では、撮像素子１０７の最終行のリセット解除タイミングにおいてストロボを発光するタイミング信号を出力するようにしているが、このタイミング信号の出力は最終行のリセット解除タイミングに限定されるものではない。例えば、撮像領域の所定領域のリセット解除タイミングでストロボを発光するタイミング信号を出力して、電子先幕シャッターの走行完了よりも所定時間早めてストロボ発光をさせるように制御してもよい。あるいは、所定領域のリセット解除が行われてから最終行のリセット解除が行われるまでの経過時間をメモリ部１１６などに予め記憶しておき、所定領域のリセット解除が行われてから記憶している経過時間が経過した後にストロボ発光させるように制御してもよい。

あるいは、最終行のリセット解除タイミングから所定時間経過後にストロボを発光するタイミング信号を出力して、電子先幕シャッターの走行完了から所定時間遅らせてストロボ発光をさせるように制御してもよい。

図１１は、図１に示すデジタルカメラにおいてメカニカル先幕シャッター及び電子先幕シャッターによる撮影をともに行う際の構成の一例を示す図である。

図１１に示すデジタルカメラは、図５で説明したＰＲ３０５及び図８で説明した検出器３０６をともに有している。そして、ＰＲ３０５及び検出器３０６は切替器３０４に接続され、切替器３０４によってＰＲ３０５及び検出器３０６のいずれか一方が選択される。なお、切替器３０４は、例えば、全体制御・演算部１１５によって切替制御される。これによってメカニカル先幕シャッターによる撮影及び電子先幕シャッターによる撮影を選択的に用いることができる。

再び、図６を参照して、前述したように、電子先幕シャッターは電気的に制御されるので、電子先幕シャッターは何度繰り返して動作させても、全く同一の曲線で走行カーブを再現することができる。従って、予め電子先幕シャッターの走行時間（電子先幕制御信号Ｍａｇ３−１がオフしている状態から電子先幕シャッターが走行完了するまでの時間）ＦＴを計算する。そして、電子先幕シャッターが走行を開始する時点、つまり、電子先幕制御信号Ｍａｇ３−１がハイレベルからロウレベルとなった時点から走行時間ＦＴが経過すると、全体制御・演算部１１５は発光部制御装置１１９を制御して発光部１１８を発光する。これによって、電子先幕シャッターの走行に応じてストロボ発光の制御を行うことができる。

なお、電子先幕シャッターの走行時間ＦＴは、レンズユニットの特性により変化する。それは、メカニカルシャッター及び電子シャッターを併用したシャッター機構を用いた場合、電子シャッターは撮像素子面で機能するが、メカニカルシャッターは当該撮像素子面から光軸方向に離れて配置されるからである。メカニカルシャッター及び電子シャッターが光軸方向に離れて配置されることで、レンズユニットの焦点距離及び瞳位置距離等によって、メカニカルシャッターによる撮像面の遮光位置が変化してしまう。そのため、特に、高速秒時（リセット走査の実行からメカニカルシャッターによる遮光までの時間が短い場合）の際に、シャッター走行方向に露出ムラが発生する。そうした露出ムラを軽減するためには、電荷の蓄積を開始してから、撮像素子の領域上をメカニカルシャッターが走行するまでの時間がその領域によって異なるように走査パターンを設定することが望ましい。よって、レンズ種類、ズーム位置、フォーカス位置、及び絞り値等に応じて走行時間ＦＴの補正を行うことが望ましい。

このように、本発明の実施の形態によれば、電子先幕シャッターを用いた場合でも適正なタイミングで発光タイミング信号が出力されるので、電子先幕シャッターを用いたストロボ撮影においても、適正なタイミングで発光部を発光させることができる。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０５ シャッター
１０６ シャッター駆動装置
１０７ 撮像素子
１１５ 全体制御・演算部
１１８ 発光部
１１９ 発光部制御装置
２０２、２０３ ＰＤ（フォトダイオード）
２０６ ＦＤ（フローティングディヒュージョン）
３０１ 電子先幕シャッター
３０２ メカニカル後幕シャッター
３０３ メカニカル先幕シャッター

Claims (5)

1. 発光手段を発光させた静止画撮影が可能な撮像装置であって、
   受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子と、
   前記撮像素子の一方の端から他方の端に向かって、前記撮像素子の撮像領域の領域毎に順次電荷の蓄積を開始させるための走査を行う走査手段と、
   前記走査手段により前記撮像領域の所定領域に対して前記走査が行われたことを検出する検出手段と、
   前記発光手段を発光させて静止画撮影を行う場合、前記検出手段により前記所定領域に対して前記走査が行われたことが検出されると、前記発光手段による発光を開始させる発光制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記所定領域は、前記撮像領域のうち最後に前記走査が行われる領域であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記発光制御手段は、前記検出手段により前記所定領域に対して前記走査が行われたことが検出されると、当該検出が行われてから所定時間経過後に前記発光手段を発光させることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記走査手段により前記所定領域に対して前記走査が行われてから前記撮像領域のうち最後に前記走査が行われる領域に対して前記走査が行われるまでの経過時間を記憶する記憶手段を有し、
   前記発光制御手段は、前記検出手段により前記所定領域に対して前記走査が行われたことが検出されると、当該検出が行われてから前記記憶手段に記憶された前記経過時間が経過した後に前記発光手段を発光させることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
5. 受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子を有し、発光手段を発光させた静止画撮影が可能な撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像素子の一方の端から他方の端に向かって、前記撮像素子の撮像領域の領域毎に順次電荷の蓄積を開始させるための走査を行う走査ステップと、
   前記走査ステップで前記撮像領域の所定領域に対して前記走査が行われたことを検出する検出ステップと、
   前記発光手段を発光させて静止画撮影を行う場合、前記検出ステップで前記所定領域に対して前記走査が行われたことが検出されると、前記発光手段による発光を開始させる発光制御ステップとを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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