JP2013118474A - 撮像装置及び撮像装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でメカニカルシャッタの走行特性を推定して、撮像素子のリセット動作のタイミングをメカニカルシャッタの走行特性に出来る限り一致させることが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子のライン毎に電荷の蓄積を開始させる第１の走査と、第１の走査の開始以後に開始され、撮像素子のライン毎に蓄積された電荷を読み出すための第２の走査とを実行する走査制御部と、第１の走査の開始後に撮像素子の受光面を遮光させる遮光部と、撮像素子から読み出された電荷から生成される画像データから遮光部の走行特性を推定する走行特性推定部と、を備え、走行特性推定部は、走査制御部により速度が制御される第１の走査によって撮像素子に蓄積された電荷から生成される複数の画像データにおける露光領域と非露光領域とから遮光部の走行特性を推定することを特徴とする、撮像装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置及び撮像装置の制御方法に関する。

撮像素子として、プログレッシブスキャンタイプのＣＣＤイメージセンサや、ＸＹアドレス型の撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサを備えたデジタルカメラがある。ＣＣＤイメージセンサを用いた撮像装置は、いわゆるグローバルシャッター機能を構成できるため、電荷を一度リセットしてから、光の入射により蓄積される電荷を転送するまでの電荷の蓄積時間を制御することで、撮像素子の出力から得られる画像データの露出状態を制御できる。

これに対して、ＸＹアドレス型の撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサは、いわゆるローリングシャッタとして行毎に異なるタイミングで電荷を蓄積するものが一般的で、すべての画素において同時に蓄積動作を終了させることができない。ＣＭＯＳイメージセンサの電荷の蓄積時間を制御して画像データの露出制御を行おうとすると、走査線の最初の行と最後の行とでは蓄積期間が１フレーム近くずれてしまうため、動いている被写体を静止画として撮影するには適さない。そのため、ＣＭＯＳイメージセンサの露光時間を制御するためにメカニカルシャッタが用いられる。

ＣＭＯＳイメージセンサの電荷の蓄積開始のための各行におけるリセット動作は、各行における蓄積電荷の信号レベルの読み出し動作のタイミングから、電荷の蓄積時間に要する時間分だけ先駆けて行われる。このリセット動作の速度は、蓄積電荷の信号レベルの読み出し動作の走査速度と異ならせることができる。特許文献１は、これを利用したものであり、ＣＭＯＳイメージセンサのリセット動作を、メカニカルシャッタの走行に沿う速度で１行ずつ行うことで露光制御する構成が開示されている。

特許文献１に記載された構成は、メカニカルシャッタの走行に沿う速度で１行ずつリセット動作を行ってＣＭＯＳイメージセンサへの電荷の蓄積を開始してから、メカニカルシャッタで遮光して、ＣＭＯＳイメージセンサに蓄積された電荷の信号レベルの読み出し動作を１行ずつ行う。ＣＭＯＳイメージセンサのリセット動作とメカニカルシャッタの走行の間隔とを調整することで、画像データの露出状態を制御できる。

特開平１１−４１５２３号公報 特開２００７−５３７４２号公報 特開２００３−３９０７５１号公報 特開２００８−３１１７１１号公報

しかし、メカニカルシャッタは一般にはバネによって駆動されており、また、メカニカルシャッタの走行開始位置では電磁石よる吸着力によって保持されていることが多い。このため、撮像装置の姿勢差、温度、湿度、メカニカルシャッタを保持する電磁石の駆動電圧、メカニカルシャッタの個体差、メカニカルシャッタの経時変化などの様々な影響により、メカニカルシャッタの走行特性は常に一定とはならない。

そのため、電子先幕としてのＣＭＯＳイメージセンサのリセット動作のタイミングを、メカニカルシャッタの走行特性に出来る限り一致させなければ、画像データに露出むらが生じてしまう。画像データの露出むらを抑えるための技術は、例えば特許文献２〜４に開示されている。

しかし、特許文献２に開示された技術はレンズ特性に起因する露光むらを減少させるものであり、ＣＭＯＳイメージセンサのリセット動作のタイミングを、メカニカルシャッタの走行特性に出来る限り一致させようとするものではない。特許文献３に開示された技術はメカニカルシャッタの羽根の動き特性を検知するためのセンサを別途設ける必要があり、コスト面や小型化の面からは不利である。また特許文献４に開示された技術は基本的な構成が記載されているが、具体的な手法にまでは言及されていない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡易な構成でメカニカルシャッタの走行特性を推定して、撮像素子のリセット動作のタイミングをメカニカルシャッタの走行特性に出来る限り一致させることが可能な、新規かつ改良された撮像装置及び撮像装置の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子と、前記撮像素子のライン毎に電荷の蓄積を開始させる第１の走査と、前記第１の走査の開始以後に開始される、前記撮像素子のライン毎に蓄積された電荷を読み出すための第２の走査とを実行する走査制御部と、前記第１の走査の開始後に前記撮像素子の受光面を遮光させる遮光部と、前記第２の走査によって前記撮像素子から読み出された電荷から生成される画像データから前記遮光部の走行特性を推定する走行特性推定部と、を備え、前記走査制御部は、前記第１の走査の速度を制御し、前記走行特性推定部は、前記走査制御部により速度が制御される前記第１の走査によって前記撮像素子に蓄積された電荷から生成される複数の画像データにおける露光領域と非露光領域とから前記遮光部の走行特性を推定することを特徴とする、撮像装置が提供される。

前記走査制御部は、前記走行特性推定部が推定した前記遮光部の走行特性に合わせて前記第１の走査を実行するようにしてもよい。

前記走査制御部は、前記撮像素子の上部の所定領域および下部の所定領域に対しては、その他の領域よりも長時間前記撮像素子へ露光する制御を実行するようにしてもよい。

前記走査制御部は、前記第１の走査の速度を、前記遮光部の走行特性を追い越す箇所が前記撮像素子の中央部より上部で多くなるよう制御するようにしてもよい。

上記撮像装置は、該撮像装置の向きを検出する向き検出部を更に備え、前記走査制御部は、前記向き検出部が検出した結果に応じて前記第１の走査の速度を制御するようにしてもよい。

前記走査制御部は、前記撮像素子のライン毎に電荷の蓄積を開始させる第１の走査の開始時点と前記遮光部による遮光動作の開始時点との間隔を、前記撮像素子を構成する画素の大きさに応じて調整可能であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子のライン毎に電荷の蓄積を開始させる第１の走査と、前記第１の走査の開始以後に開始される、前記撮像素子のライン毎に蓄積された電荷を読み出すための第２の走査とを実行する走査制御ステップと、前記第１の走査の開始後に、前記撮像素子の受光面を遮光部で遮光させる遮光ステップと、前記第２の走査によって前記撮像素子から読み出された電荷から生成される画像データから前記遮光部の走行特性を推定する走行特性推定ステップと、を備え、前記走査制御ステップは、前記第１の走査の速度を制御し、前記走行特性推定ステップは、前記走査制御ステップにより速度が制御される前記第１の走査によって前記撮像素子に蓄積された電荷から生成される複数の画像データにおける露光領域と非露光領域とから前記遮光部の走行特性を推定することを特徴とする、撮像装置の制御方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、簡易な構成でメカニカルシャッタの走行特性を推定して、撮像素子のリセット動作のタイミングをメカニカルシャッタの走行特性に出来る限り一致させることが可能な、新規かつ改良された撮像装置及び撮像装置の制御方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０の構成例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０に含まれるＣＰＵ１２２の機能構成例を示す説明図である。 電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの制御例を示す説明図である。 電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの制御例を示す説明図である。 電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの制御例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０によって生成される画像データの例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０の動作を示す流れ図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．本発明の一実施形態＞
［撮像装置の構成例］
まず、本発明の一実施形態にかかる撮像装置の構成例について説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０の構成例を示す説明図である。以下、図１を用いて本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０の構成例について説明する。

図１に示したように、撮像装置１０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２、シャッタ１０４ａ、１０４ｂ（以降、シャッタユニット１０４とも称する）、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ：アナログフロントエンド）１０６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１０８、撮像信号処理部１１０、メモリコントローラ１１２、メモリ１１４、メモリカードコントローラ１１６、ＡＥ／ＡＦ／ＡＷＢ１２０、ＣＰＵ１２２、ＬＣＤ／Ｉｍａｇｅ Ｏｕｔｐｕｔ（ＬＣＤ／ＩＯ）１２４、ＬＣＤ１２６、ＲＡＭテーブル１３０、シャッタドライバ１３２、レンズユニット１５などを備える。

ＣＭＯＳイメージセンサ１０２は、本発明のマトリクス状に配列された複数の画素を有する撮像素子の一例であり、レンズユニット１５から入射された光を電気信号に変換するための素子である。詳しくは、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２は、レンズユニット１５により結像された被写体の光像をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色成分のアナログの電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。本実施形態においては、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の各画素に所定のタイミングでリセット信号を与えることで、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の露光動作を開始させて電子先幕シャッタとして機能させている。

シャッタユニット１０４は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の所定の画素ラインの垂直方向に移動する幕体を備え、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に露光される光の遮断動作を行う後幕として機能する。シャッタユニット１０４の動作は、シャッタドライバ１３２により制御される。

ＡＦＥ１０６は、アナログ前段回路であり、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２から出力されたアナログの電気信号を撮像信号処理部１１０に提供する。ＴＧ（タイミングジェネレータ）１０８は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２におよびＡＦＥ１０６にタイミング信号を入力する機能を有する。ＴＧ１０８からのタイミング信号によりシャッタ速度が決定される。つまり、ＴＧ１０８からのタイミング信号によりＣＭＯＳイメージセンサ１０２の駆動が制御され、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２が駆動する時間内に被写体からの映像光を入射することで、画像データの基となる電気信号が生成される。また、ＴＧ１０８からのタイミング信号によりＣＭＯＳイメージセンサ１０２の各ラインに蓄積された電荷が読み出される。

撮像信号処理部１１０は、ＡＦＥ１０６から出力されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換した画像の生データを生成する機能を有する。また、撮像信号処理部１１０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２から得られる画像の生データに対して、光量のゲイン補正やホワイトバランスを調整する。メモリコントローラ１１２は、撮影した画像をメモリ１１４に一時的に記憶させたり、記憶された画像を読み出したりする機能を有する。メモリ１１４は、複数の画像を記憶可能な記憶容量を有している。メモリ１１４としては、例えば、ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を用いてもよい。

メモリカードコントローラ１１６は、メモリカード１１８に撮影された画像や合成された画像を記録させる機能を有する。メモリカード１１８は、フラッシュメモリにデータを記録するカード型の記憶装置である。

ＡＥ／ＡＦ／ＡＷＢ１２０は、撮像時における周辺光量（明るさ）や、焦点距離、絞り値（フォーカス）、色温度などを検知して、検知結果をＣＰＵ１２２に提供する機能を有する。ＣＰＵ１２２は、ＣＭＯＳ１０２やＴＧ１０８などに対して信号系の命令を行ったり、操作部１５０に対する操作系の命令を行ったりする。本実施形態では、信号系の命令と走査系の命令を１つのＣＰＵ１２２で行っているが、かかる例に限定されず、２つのＣＰＵでそれぞれ実行するようにしてもよい。ＣＰＵ１２２による電子シャッタによる先幕とメカニカルシャッタによる後幕の制御については後で詳細に説明する。

ＬＣＤ１２６は、撮影操作する前のライブビュー表示や、撮像装置１０の各種設定画面や、撮像した画像を表示する機能を有する。また、ＴＶ１２８は、撮像した画像などをテレビジョン受像機の画面に表示する機能を有する。画像データ等のＬＣＤ１２６やＴＶ１２８への表示は、ＬＣＤ／ＩＯ１２４を介して表示される。

ＲＡＭテーブル１３０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の走査テーブルを記憶しているテーブルである。ＲＡＭテーブル１３０には、予め複数の走査パターンを記憶しておき、複数の走査パターンの中から１つの走査パターンを選択するようにしてもよい。走査パターンは、電子先幕シャッタによるＣＭＯＳイメージセンサ１０２のリセットタイミング（露光開始タイミング）を出力するタイミングである。

また、走査パターンを記憶するＲＡＭテーブル１３０に代えて、関数発生回路（図示せず）を搭載してもよい。この場合、関数は、単純に高次関数で表現する方法や、１次関数で補間していく方法などが挙げられる。関数発生回路により走査タイミングを出力することにより、搭載回路を小さくすることができる。

操作部１５０は、撮像装置１０の操作を行ったり、撮像時の各種の設定を行ったりするための部材が配置されている。操作部１５０に配置される部材には、電源ボタン、撮影モードや撮影ドライブモードの選択および効果パラメータを設定する十字キーおよび選択ボタン、被写体の撮影動作を開始するシャッタボタン等を含んでいてもよい。

以上、図１を用いて本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０の構成例について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０に含まれるＣＰＵ１２２の機能構成例について説明する。

［ＣＰＵの機能構成例］
図２は、本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０に含まれるＣＰＵ１２２の機能構成例を示す説明図である。以下、図２を用いて本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０に含まれるＣＰＵ１２２の機能構成例について説明する。

図２に示したように、本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０に含まれるＣＰＵ１２２は、走査制御部１６２と、走行特性推定部１６４と、動作制御部１６６と、を含んで構成される。

走査制御部１６２は、撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサ１０２のライン毎に電荷の蓄積を開始させるリセットのタイミングと、リセットの開始以後に実行される、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２のライン毎に蓄積された電荷を読み出すための走査とを実行する。走査制御部１６２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２のライン毎に電荷の蓄積を開始させるリセットの速度、すなわち、１番目のラインのリセットを開始してから、最後のラインのリセットが終了するまでの時間を変化させることができる。

走行特性推定部１６４は、走査制御部１６２により実行される、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２のライン毎に蓄積された電荷を読み出すための走査によってＣＭＯＳイメージセンサ１０２から読み出された電荷から生成される画像データから、シャッタユニット１０４の走行特性を推定する。走行特性推定部１６４による、シャッタユニット１０４の走行特性を推定する具体的な手法については、後に詳述する。

動作制御部１６６は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２を遮光するように走行するシャッタユニット１０４の動作を制御する機能を有する。動作制御部１６６は、シャッタドライバ１３２を介してシャッタユニット１０４の動作を制御する。動作制御部１６６は、走査制御部１６２の制御により、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に露光動作を開始させた後、所定の時間の経過後にシャッタユニット１０４を走行させることにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２を機械的に遮光することができる。

以上、図２を用いて本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０に含まれるＣＰＵ１２２の機能構成例について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０の動作について説明する。

［撮像装置の動作］
まず、一般的な電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの制御について説明する。図３は、電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの制御例を示す説明図である。

電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの併用で撮像装置が被写体を撮影する前は、ライブビューモードとして、撮像素子が受光した光から得られる画像データを撮像装置の表示部にリアルタイムで表示させる。ユーザがシャッタボタンを押下することで、撮像装置はライブビューモードから露光モードに移行し、電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタが駆動する。先幕シャッタと後幕シャッタが駆動して撮像素子が所定の露光時間で露光されると、撮像装置は露光モードから画像読み出しモードに移行し、露光によって撮像素子に蓄えられた電荷が順次撮像素子から読み出される。この一連の動作によって画像データが得られることになる。

一般的な電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの制御は、メカニカルシャッタによる後幕シャッタの動作カーブに一致させるように電子シャッタによる先幕シャッタの露光タイミングを制御する必要がある。

上述したように、メカニカルシャッタによる後幕シャッタは、バネによって駆動されており、また、メカニカルシャッタの走行開始位置では電磁石よる吸着力によって保持されていることが多いので、メカニカルシャッタは一定の速度で走行するわけではない。一般的には、図３に示すように、走行を開始した直後の移動始端では比較的メカニカルシャッタの走行速度が遅く、移動終端になるほど加速されて比較的メカニカルシャッタの速度が速くなっている。また、温度や湿度の変化、撮像装置の姿勢差などによっても、メカニカルシャッタの走行速度が変化する場合がある。

先幕として電子シャッタを用いる場合には、図３に示したように、撮像素子が備える各画素にリセット動作を行わせるリセット信号を、画素ライン単位で順次与えて当該撮像素子に露光動作を開始させる。具体的には、電荷掃出しパルスを、電荷掃出しポインタが指定するラインに順次与えることで、撮像素子の各ラインは電荷の蓄積を開始する。そして、設定された露光時間の経過後にメカニカルシャッタを走行させる機械的な遮光を行い当該撮像素子の露光動作を終了させる。

撮像素子の露光動作が終了すると、上述したように、撮像装置は画像データ読み出しモードに移行し、リードポインタ（Ｒｅａｄ Ｐｏｉｎｔｅｒ）が指し示す値に対応する撮像素子のラインから、所定のクロック（Ｒｅａｄ＿ａｄｄｒｅｓｓ＿ｃｌｋ）の印加のタイミングで蓄積された電荷が読み出される。

撮像素子のすべてのラインで露光時間を合わせるには、撮像素子が備える各画素にリセット動作を行わせるリセット信号を、メカニカルシャッタの走行特性に合わせて画素ライン単位で順次与える必要がある。図３に示すように、リセット信号を、メカニカルシャッタの走行特性に合わせて画素ライン単位で順次与えることで、撮像素子のすべてのラインで露光時間を合わせることができる。

しかし、リセット動作を行わせるリセット信号をメカニカルシャッタの走行特性に合わせずに画素ライン単位で順次与えると、ライン間で輝度のむらが発生する。例えば、リセット動作を行わせるリセット信号を画素ライン単位で定期的に順次与えると輝度むらを有する画像、または垂直方向のシェーディング（非対称）を有する画像が生成される。図４は、電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの制御例を示す説明図である。

図４に示したように、電子シャッタによる先幕シャッタを直線的に動作させると、露光時間がすべてのラインで一定では無くなり、輝度むらや垂直方向のシェーディングを有する画像が生成される。

このように、輝度むらを有する画像が生成されないようにするためには、図３に示したように、撮像素子が備える各画素にリセット動作を行わせるリセット信号を、メカニカルシャッタの走行特性に合わせて画素ライン単位で順次与える必要があり、そのようなリセット信号を生成する必要がある。そのためには、後幕のメカニカルシャッタの走行特性を把握しておく必要がある。本実施形態では、メカニカルシャッタの走行特性を簡易に推定する方法を説明する。

本実施形態では、後幕のメカニカルシャッタの走行特性を推定する際に、電子シャッタによる先幕シャッタを図４のように直線的に動作させるとともに、その動作速度を変化させて複数の画像データを取得する。動作速度を変化させる際には、電子シャッタによる先幕シャッタが、メカニカルシャッタによる後幕シャッタを追い越すような速度を設定する。

また、先幕シャッタの開始時点と後幕シャッタの開始時点との間隔は一定に保つ。これにより、露光された領域と露光されていない領域とを有する画像データが得られ、露光されていない領域の広さと電子シャッタによる先幕シャッタの動作速度とから、後幕のメカニカルシャッタの走行特性を推定することができる。

図５は、本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０における、電子シャッタによる先幕シャッタとシャッタユニット１０４による後幕シャッタの制御例を示す説明図である。本実施形態では、電子シャッタによる先幕シャッタの動作を開始させた後、比較的早い時点でシャッタユニット１０４による後幕シャッタの動作を開始させるような制御が行われる。

電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタの併用で撮像装置１０が被写体を撮影する前は、ライブビューモードとして、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２が受光した光から得られる画像データを撮像装置１０のＬＣＤ１２６にリアルタイムで表示させる。ユーザが画像を撮影するために操作部１５０を操作することで、撮像装置１０はライブビューモードから露光モードに移行し、電子シャッタによる先幕シャッタとメカニカルシャッタによる後幕シャッタが駆動する。

先幕シャッタと後幕シャッタが駆動してＣＭＯＳイメージセンサ１０２が所定の露光時間で露光されると、撮像装置１０は露光モードから画像読み出しモードに移行し、露光によって撮像素子に蓄えられた電荷が順次撮像素子から読み出される。この一連の動作によって画像データが得られることになる。

ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の露光動作が終了すると、上述したように、撮像装置１０は画像データ読み出しモードに移行し、リードポインタ（Ｒｅａｄ Ｐｏｉｎｔｅｒ）が指し示す値に対応するＣＭＯＳイメージセンサ１０２のラインから、所定のクロック（Ｒｅａｄ＿ａｄｄｒｅｓｓ＿ｃｌｋ）の印加のタイミングで蓄積された電荷が読み出される。リードポインタの値の加算やＴＧ１０８へのクロックの印加は例えばＣＰＵ１２２が実行する。

そして後幕のシャッタユニット１０４の走行特性を推定する際には、図５に示すように、電子シャッタによる先幕シャッタの動作速度を変化させて、複数の画像データを取得する。動作速度を変化させる際には、例えば図５のｃ，ｄ，ｅに示すように、電子シャッタによる先幕シャッタが、シャッタユニット１０４による後幕シャッタを追い越すような速度を走査制御部１６２が設定する。このように、走査制御部１６２が、電子シャッタによる先幕シャッタが、シャッタユニット１０４による後幕シャッタを追い越すような速度を設定することで、露光された領域と、シャッタユニット１０４により露光が遮られた領域とを有する画像データが生成される。

図６は、本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０によって生成される画像データの例を示す説明図である。図６のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示した画像データは、それぞれ図５の、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示した電子シャッタによる先幕シャッタの動作に対応するものである。

図５のａやｂで示す直線のように電子シャッタによる先幕シャッタを動作させると、シャッタユニット１０４による後幕シャッタが先幕シャッタを追い越すことはないので、図６のａやｂで示した画像データのように、シャッタユニット１０４により露光が遮られた領域は存在しない。一方、図５のｃ，ｄ，ｅで示す直線のように電子シャッタによる先幕シャッタを動作させると、シャッタユニット１０４による後幕シャッタが先幕シャッタを追い越すことになる。従って、このように先幕シャッタを動作させると、図６のｃ，ｄ，ｅで示した画像データのように、シャッタユニット１０４により露光が遮られた領域を有する。

このように得られる画像データからは、シャッタユニット１０４による後幕シャッタが先幕シャッタを追い越す時点が求められる。すなわち、所定の傾きを有する直線と曲線との交点を求めることで、シャッタユニット１０４による後幕シャッタが先幕シャッタを追い越す時点が求められ、この交点を複数算出することで、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの動作特性を所定の近似式で近似することができる。

図７は、本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０の動作を示す流れ図である。図７に示した流れ図は、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの動作特性を推定する際の動作についてのものである。以下、図７を用いて本発明の一実施形態にかかる撮像装置１０の動作について説明する。

シャッタユニット１０４による後幕シャッタの動作特性を推定するには、まずシャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行時間を、例えば動作制御部１６６で測定する。後幕シャッタの走行時間の測定値は走査制御部１６２に入力される（ステップＳ１０１）。

シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行時間の測定が完了すると、続いて、走査制御部１６２は、電子シャッタによる先幕シャッタの開始位置を設定する（ステップＳ１０２）。

上記ステップＳ１０２で、走査制御部１６２が電子シャッタによる先幕シャッタの開始位置を設定すると、続いて走査制御部１６２は、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの動作特性を推定するために、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の露光動作を開始させた時に、電子シャッタによる先幕シャッタの終了時点とシャッタユニット１０４による後幕シャッタの終了時点とが一致するような、電子シャッタによる先幕シャッタの動作速度を測定する（ステップＳ１０３）。電子シャッタによる先幕シャッタの終了時点と、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの終了時点とが一致する場合とは、図５のｂに示した直線のように、電子シャッタによる先幕シャッタが動作する場合である。

上記ステップＳ１０３で、電子シャッタによる先幕シャッタの終了時点とシャッタユニット１０４による後幕シャッタの終了時点とが一致するような、電子シャッタによる先幕シャッタの動作速度を測定すると、続いて走査制御部１６２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の露光動作を開始させた時に、電子シャッタによる先幕シャッタの開始時点とシャッタユニット１０４による後幕シャッタの開始時点とが一致するような、電子シャッタによる先幕シャッタの動作速度を測定する（ステップＳ１０４）。電子シャッタによる先幕シャッタの開始時点と、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの開始時点とが一致する場合とは、図５のｅに示した直線のように、電子シャッタによる先幕シャッタが動作する場合である。

このステップＳ１０４による先幕シャッタの動作速度の測定に際しては、電子シャッタによる先幕シャッタの開始タイミングと、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの開始タイミングとのオフセットを考慮しても良い。

上記ステップ１０４で、電子シャッタによる先幕シャッタの開始時点とシャッタユニット１０４による後幕シャッタの開始時点とが一致するような、電子シャッタによる先幕シャッタの動作速度を測定すると、続いて走査制御部１６２は、図５のｄに示した直線のように電子シャッタによる先幕シャッタが動作するよう、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に露光動作を実行させる（ステップＳ１０５）。

走査制御部１６２が、図５のｄに示した直線のように電子シャッタによる先幕シャッタが動作するように、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に露光動作を実行させることで、シャッタユニット１０４による後幕シャッタが先幕シャッタを追い越すことになり、図６のｄに示したような画像データが得られる。

上記ステップ１０５で、図５のｄに示した直線のように電子シャッタによる先幕シャッタが動作するよう、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に露光動作を実行させると、続いて走査制御部１６２は、図５のｃに示した直線のように電子シャッタによる先幕シャッタが動作するよう、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に露光動作を実行させる（ステップＳ１０６）。図５のｃに示した直線のように電子シャッタによる先幕シャッタが動作するよう、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に露光動作を実行させることで、シャッタユニット１０４による後幕シャッタが先幕シャッタを追い越すことになり、図６のｃに示したような画像データが得られる。

上記ステップ１０６で、図５のｃに示した直線のように電子シャッタによる先幕シャッタが動作するよう、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に露光動作を実行させると、続いて走行特性推定部１６４は、上記ステップＳ１０５、Ｓ１０６の露光動作で得られる撮影後の画像から、シャッタユニット１０４による後幕シャッタで遮光された位置（ライン）と、上記ステップＳ１０５、Ｓ１０６の露光動作でシャッタユニット１０４による後幕シャッタが先幕シャッタを追い越す時点の時刻とを対応付ける（ステップＳ１０７）。

上記ステップＳ１０７で、走行特性推定部１６４による対応付けが実行されると、走行特性推定部１６４は、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性を、上記ステップＳ１０３、Ｓ１０４で求めた直線ｂ，ｅや、上記ステップＳ１０７で走行特性推定部１６４による対応付けによって求められた時刻を用いて近似する（ステップＳ１０８）。走行特性推定部１６４は、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性を所定の近似式で近似してもよく、またＲＡＭテーブル１３０に格納されているデータを参照することで近似してもよい。

走行特性推定部１６４は、上記ステップＳ１０８で、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性を近似することで、電子シャッタによる先幕シャッタの動作を、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性に合わせて動作させることが可能になる。

図５の直線ｃ，ｄ，ｅのように先幕シャッタを動作させると、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行が完了しても先幕シャッタの動作が完了しなくなる。そのまま先幕シャッタを動作させつづけると、その後の画像データの読み出しを開始できる時間が遅くなってしまう。従って、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行が完了すると、所定の信号を走査制御部１６２からＴＧ１０８に出力し、先幕シャッタの動作の傾きを変化させて、先幕シャッタの動作を即座に完了させるようにしてもよい。

なお、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性を近似する際は、例えば出荷時等において、輝度箱等を利用して画面全体で均一な輝度を有する画像を撮影することが望ましいが、例えば、ユーザが環境や撮像装置１０の経年変化等を懸念してユーザ自身で電子シャッタによる先幕シャッタの動作を調整できるモードを設けるようにしても良い。ユーザ自身で電子シャッタによる先幕シャッタの動作を調整できるモードを設ける場合は、充分な光量のある場所で調整することを前提とすれば、露光部分に何か写っていても、露光領域と非露光領域との境界が判断できれば良い。

画像データの露光領域と非露光領域との境界の位置と、シャッタユニット１０４による後幕シャッタが先幕シャッタとが交わる時間との対応付けは、ＲＡＷデータで行うのが精度的にはもっとも好ましい。しかし、画像データの露光領域と非露光領域とは２値となる画像のため、画像データに対して信号処理を施した後のＹＣ画像で対応付けを行なっても良い。

上述したシャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性の推定に際しては、レンズユニット１５あるいはＣＭＯＳイメージセンサ１０２のオンチップレンズの影響によるシェーディングには左右されない。しかし、レンズユニット１５をつけて後幕シャッタの走行特性を推定して、先幕シャッタの動作を調整する場合は、レンズユニット１５に備わっているレンズの持つ歪曲収差により、白黒の境界部分がゆがむ場合があり得る。そのため、後幕シャッタの走行特性を推定して、先幕シャッタの動作を調整する時は、レンズユニット１５を装着しない状態で実行することが望ましい。

上述の処理によってシャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性を推定することが出来て、推定した走行特性に合わせて先幕シャッタを動作させることで、画像全体として輝度むらの無い画像を撮影することができる。しかし、レンズユニット１５に備わっているレンズの特性によっては、同じ露光時間であってもレンズの周縁部は他の部分に比べて暗くなる場合がある。

そのような場合は、画像データに対して信号処理を施すことで輝度むらの無い画像を得ることができるが、周縁部の輝度を他の部分の輝度に合わせようとするとノイズまで増幅されてしまうおそれがある。従って、レンズユニット１５に備わっているレンズをＣＰＵ１２２で予め識別して、周縁部は他の部分に比べて暗くなるようなレンズが装着されたことを認識すると、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性に合わせるのではなく、先幕シャッタの開始時点および終了時点では、他の部分に比べて露光時間を長くするようにしてもよい。

走査制御部１６２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２のライン毎に電荷の蓄積を開始させる先幕シャッタの開始時点と、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの動作開始時点との間隔を、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２を構成する画素の大きさに応じて調整できるようにしてもよい。ＣＭＯＳイメージセンサ１０２を構成する画素の大きさに応じて先幕シャッタの開始時点と後幕シャッタの開始時点との間隔を調整することで、図５の直線ｅのように先幕シャッタを動作させる際に、先幕シャッタの開始時点と後幕シャッタの開始時点との間隔を最短の時間に設定することができ、シャッタユニット１０４の動作特性の推定に要する時間を短縮することができる。

＜２．まとめ＞
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、電子シャッタによる先幕シャッタと、シャッタユニット１０４による後幕シャッタとを併用して画像を撮影する際に、輝度むらのない画像を得るために、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性を推定する。シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性を推定する際には、電子シャッタによる先幕シャッタの動作完了が、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの動作完了より遅くなるように先幕シャッタを動作させて、またその動作速度を変化させて複数の画像データを得る。この際に、先幕シャッタの開始時点と後幕シャッタの開始時点との間隔は一定に保つ。

このように先幕シャッタを動作させることにより、露光された領域と露光されていない領域とを有する画像データが得られ、露光されていない領域の広さと電子シャッタによる先幕シャッタの動作速度とから、シャッタユニット１０４による後幕シャッタの走行特性を推定することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本明細書の撮像装置１０の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。すなわち、撮像装置１０の処理における各ステップは、異なる処理であっても並列的に実行されてもよい。

また、撮像装置１０などに内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した撮像装置１０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。

１０ 撮像装置
１５ レンズユニット
１０２ ＣＭＯＳイメージセンサ
１０４ シャッタユニット
１０４ａ、１０４ｂ シャッタ
１０６ ＡＦＥ
１０８ ＴＧ
１１０ 撮像信号処理部
１１２ メモリコントローラ
１１４ メモリ
１１６ メモリカードコントローラ
１１８ メモリカード
１２０ ＡＥ／ＡＦ／ＡＷＢ
１２２ ＣＰＵ
１２４ ＬＣＤ／Ｉｍａｇｅ Ｏｕｔｐｕｔ
１２６ ＬＣＤ
１３０ ＲＡＭテーブル
１３２ シャッタドライバ
１６２ 走査制御部
１６４ 走行特性推定部
１６６ 動作制御部

Claims (7)

1. 受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子と、
   前記撮像素子のライン毎に電荷の蓄積を開始させる第１の走査と、前記第１の走査の開始以後に開始される、前記撮像素子のライン毎に蓄積された電荷を読み出すための第２の走査とを実行する走査制御部と、
   前記第１の走査の開始後に前記撮像素子の受光面を遮光させる遮光部と、
   前記第２の走査によって前記撮像素子から読み出された電荷から生成される画像データから前記遮光部の走行特性を推定する走行特性推定部と、
   を備え、
   前記走査制御部は、前記第１の走査の速度を制御し、
   前記走行特性推定部は、前記走査制御部により速度が制御される前記第１の走査によって前記撮像素子に蓄積された電荷から生成される複数の画像データにおける露光領域と非露光領域とから前記遮光部の走行特性を推定することを特徴とする、撮像装置。
2. 前記走査制御部は、前記走行特性推定部が推定した前記遮光部の走行特性に合わせて前記第１の走査を実行することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記走査制御部は、前記撮像素子の上部の所定領域および下部の所定領域に対しては、その他の領域よりも長時間前記撮像素子へ露光する制御を実行する、請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記走査制御部は、前記第１の走査の速度を、前記遮光部の走行特性を追い越す箇所が前記撮像素子の中央部より上部で多くなるよう制御することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記撮像装置の向きを検出する向き検出部を更に備え、
   前記走査制御部は、前記向き検出部が検出した結果に応じて前記第１の走査の速度を制御することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記走査制御部は、前記撮像素子のライン毎に電荷の蓄積を開始させる第１の走査の開始時点と前記遮光部による遮光動作の開始時点との間隔を、前記撮像素子を構成する画素の大きさに応じて調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
7. 受光した光量に応じて電荷を蓄積する撮像素子のライン毎に電荷の蓄積を開始させる第１の走査と、前記第１の走査の開始以後に開始される、前記撮像素子のライン毎に蓄積された電荷を読み出すための第２の走査とを実行する走査制御ステップと、
   前記第１の走査の開始後に、前記撮像素子の受光面を遮光部で遮光させる遮光ステップと、
   前記第２の走査によって前記撮像素子から読み出された電荷から生成される画像データから前記遮光部の走行特性を推定する走行特性推定ステップと、
   を備え、
   前記走査制御ステップは、前記第１の走査の速度を制御し、
   前記走行特性推定ステップは、前記走査制御ステップにより速度が制御される前記第１の走査によって前記撮像素子に蓄積された電荷から生成される複数の画像データにおける露光領域と非露光領域とから前記遮光部の走行特性を推定することを特徴とする、撮像装置の制御方法。

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