JP2014164009A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影後に再び撮像動作を開始するまでの時間を短くすることを可能にした撮像装置を提供する。
【解決手段】開口部を備えたシャッタ地板と、開口部を開閉し撮像素子への露光を調節する羽根群と、羽根群を駆動する羽根駆動部材と、羽根駆動部材を付勢する駆動バネと、駆動バネをチャージするチャージ部材と、を備えたフォーカルプレーンシャッタと、撮像素子の電荷のリセット走査を制御する制御部と、開口部における羽根群の位置を検出する位相検出手段と、を有し、羽根駆動部材が駆動バネのチャージ動作に連動して羽根群が開口部を開放する撮像装置であって、制御部は、羽根群が開口部を開放している間に、位相検出手段により羽根群が開口部の所定の位置を通過したことを検出すると撮像素子の電荷のリセット走査を開始し、羽根群が開口部の開放動作を完了した後に撮像素子の電荷のリセット走査を完了させる。
【選択図】図１６

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に撮像素子とフォーカルプレーンシャッタを有する撮像装置に関するものである。

撮像素子とフォーカルプレーンシャッタを有する撮像装置では、撮像素子が受光する光の蓄積時間によって露出が制御される。

例えば、特許文献１では、フォーカルプレーンシャッタを開いた状態で電子シャッタにより電荷の蓄積を開始して、フォーカルプレーンシャッタを閉じて、電荷の読み出しを行う。そして、撮像素子の電荷読み出し終了後にフォーカルプレーンシャッタを再び開いた状態にしている。

特開２００９−８８８２５号公報

特許文献１では、電荷読み出し終了後ただちにレンズシャッターを開口する。レンズシャッターの開口が完了した後に電荷のリセット走査及び蓄積を開始し、その後、動画または電子ビューファインダーの撮像を開始している。そのため、レンズシャッターの開口が完了するまでの間、電荷のリセット走査及び蓄積を開始できず、動画または電子ビューファインダーの撮像を開始するまでの時間が長くかかっていた。

このような課題を鑑みて、本発明は、撮影後に再び撮像動作を開始するまでの時間を短くすることを可能にした撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、被写体像を光電変換して画像信号を生成する撮像素子と、開口部を備えたシャッタ地板と、前記開口部を開閉し前記撮像素子への露光を調節する羽根群と、前記羽根群を駆動する羽根駆動部材と、前記羽根駆動部材を付勢する駆動バネと、前記駆動バネをチャージするチャージ部材と、を備えたフォーカルプレーンシャッタと、前記撮像素子の電荷のリセット走査を制御する制御部と、前記開口部における前記羽根群の位置を検出する位相検出手段と、を有し、前記羽根駆動部材が前記駆動バネのチャージ動作に連動して前記羽根群が前記開口部を開放する撮像装置であって、前記制御部は、前記羽根群が前記開口部を開放している間に、前記位相検出手段により前記羽根群が前記開口部の所定の位置を通過したことを検出すると前記撮像素子の電荷のリセット走査を開始し、前記羽根群が前記開口部の開放動作を完了した後に前記撮像素子の電荷のリセット走査を完了させることを特徴とする。

本発明によれば、撮影後に再び撮像動作を開始するまでの時間を短くすることを可能にした撮像装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の外観斜視図である。 撮像装置のブロック図である。 撮像素子の全体構成図である。 撮像素子の１画素内の回路図である。 列共通読出し回路の回路図である。 撮像素子の各行の読出し動作を示すタイミングチャートである。 撮像素子のリセット走査及び動画読出し走査における１行あたりの動作を示すタイミングチャートである。 フォーカルプレーンシャッタの分解斜視図である。 フォーカルプレーンシャッタの羽根群の動作図である。 カムギアの正面図である。 フォーカルプレーンシャッタ及び撮像素子の各構成部品の動作タイミングを表わした図である。 撮像素子の画像信号を読み出しているときの構成部品の位置関係を表わした図である。 撮像素子の画像信号の読み出し位置と羽根群の位置を表わした図である。 電源電圧と羽根群の開放速度の関係を示す図である。 撮像素子の画像信号の読み出し位置と羽根群の位置を表わした図である。 撮像素子のリセット走査の説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例である撮像装置の外観斜視図である。

撮像装置１００の上面には、電源ボタン１１０、レリーズボタン１３０、閃光装置などの撮影アクセサリーを取り付けるアクセサリーシュー１４０が設けられている。レンズマウント１５０は、不図示の撮影用レンズの取り付け部である。

撮像装置１００はレフレックスミラーを持たないミラーレスタイプの撮像装置であるため、ライブビュー表示のため撮影待機の状態でシャッタ幕は開いている。そのため、図１に示されるように撮影用レンズを取り外した状態において撮像素子３の撮像面は露出している。

図２は、撮像装置１００のブロック図である。

フォーカルプレーンシャッタ２は、撮影光路上において撮像レンズ１と撮像素子３との間に設けられ、撮像素子３の電子先幕動作と連動して撮像素子３を露光する時間を調節する。

撮像素子３は、ＣＭＯＳイメージセンサ等が使用され、被写体からの光を結像する撮像レンズ１により結像された被写体像を光電変換する。撮像素子３によって生成され出力されるアナログ画像信号は、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）４によりデジタル信号に変換される。ＡＦＥ４から出力されるデジタル画像信号は、ＤＳＰ（Ｄｉｓｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）５によって各種画像処理や圧縮・伸張処理などが行われる。

記録媒体６は、ＤＳＰ５により処理された画像データを記録する。表示部７は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等が使用され、撮影した画像や各種メニュー画面などを表示する。

撮像素子駆動回路８は、撮像素子３を駆動制御する。ＲＡＭ１０は、ＤＳＰ５と接続されており、画像データなどを一時的に記憶する。シャッタ駆動回路１１は、フォーカルプレーンシャッタ２を駆動する。

ＣＰＵ（制御部）９は、ＡＦＥ４、ＤＳＰ５、撮像素子駆動回路８、シャッタ駆動回路１１の制御を行う。

９１は撮像装置１００の電源電圧を検出する電圧検出部、９２は撮像装置１００の装置内部の温度を検出する温度検出部、９３はフォーカルプレーンシャッタ２内部に備えられた位相検出部（位相検出手段）である。電圧検出部９１は電圧検出手段として機能し、温度検出部９２は温度検出手段として機能する。レンズ制御部９４は、レンズ制御部で撮像レンズ１の焦点距離、絞り径、射出瞳径、射出瞳と撮像素子の距離等のレンズ情報をＣＰＵ９に出力するとともに、ＣＰＵ９による制御に応じて絞り、レンズ等を駆動する。各検出部の検出結果はＣＰＵ９に入力される。

次に、撮像動作の説明をする。図３は撮像素子３の全体構成図、図４は撮像素子３の１画素内の回路図である。

画素領域ＰＡには、画素部２０がｐ１１〜ｐｋｎのように行列上に配置されている。

ここで、画素部２０の１画素内の回路図を図３を用いて説明する。

フォトダイオード（以下、ＰＤと表す）４１は、入射した光信号を光電変換し、露光量に応じた電荷を蓄積する。

ＰＤ４１に蓄積されている電荷は、転送ゲート４２の信号ｔｘをＨｉｇｈレベルにすることでＦＤ（フローティングディフュージョン）部４３に転送される。

ＦＤ部４３は、フローティングディフュージョンアンプ４４（以下ＦＤアンプと表す）のゲートに接続されており、ＦＤアンプ４４でＰＤ４１から転送されてきた電荷量が電圧量に変換される。

ＦＤリセットスイッチ４５の信号ｒｅｓをＨｉｇｈレベルとすると、ＦＤ部４３がリセットされる。また、ＰＤ４１の電荷をリセットする場合には、信号ｔｘと信号ｒｅｓを同時にＨｉｇｈレベルとすることで、転送ゲート４２及びＦＤリセットスイッチ４５を両方ＯＮし、ＦＤ部４３経由でＰＤ４１のリセットを行うことになる。

画素選択スイッチ４６の信号ｓｅｌをＨｉｇｈレベルとすることにより、ＦＤアンプ４４で電圧に変換された画素信号が画素部２０の出力ｖｏｕｔに出力される。

図３に戻り、垂直走査回路２１は、ｒｅｓ＿１，ｔｘ＿１，ｓｅｌ＿１等の駆動信号を各画素に供給する。これらの駆動信号は、それぞれ各画素のｒｅｓ、ｔｘ、ｓｅｌに接続される。各画素の出力ｖｏｕｔは、列毎に垂直出力線２２を介して列共通読出し回路２３に接続されている。

ここで、列共通読出し回路２３の回路図を図５を用いて説明する。

垂直出力線２２は、列毎に設けられ、１列分の画素部２０の出力ｖｏｕｔが接続されている。垂直出力線２２には電流源２４が接続されており、電流源２４と、画素部２０の各画素内のＦＤアンプ４４によってソースフォロワ回路が構成される。

画素部２０から読み出される画素信号Ｓは、信号ｔｓをＨｉｇｈレベルにすることにより、Ｓ信号転送スイッチ５１を介してＳ信号保持容量５３に記憶される。

画素部２０から読み出されるノイズ信号Ｎは、信号ｔｎをＨｉｇｈレベルにすることにより、Ｎ信号転送スイッチ５２を介してＮ信号保持容量５４に記憶される。

Ｓ信号保持容量５３、Ｎ信号保持容量５４はそれぞれ列共通読出し回路２３の出力ｖｓ、ｖｎに接続されている。

図３に戻り、列共通読出し回路２３の出力ｖｓ、ｖｎには、それぞれ水平転送スイッチ２５、２６が接続されている。

水平転送スイッチ２５、２６は水平走査回路２７の出力信号ｈｓｒ＊（＊は列番号）によって制御され、信号ｈｓｒ＊がＨｉｇｈレベルになることにより、Ｓ信号保持容量５３、Ｎ信号保持容量５４の信号がそれぞれ水平出力線２８、２９へ転送される。

水平出力線２８、２９は差動増幅器３０の入力に接続されており、差動増幅器３０ではＳ信号とＮ信号の差分をとると同時に所定のゲインをかけ、最終的な画像信号を出力端子３１へ出力する。

水平出力線リセットスイッチ３２、３３は信号ｃｈｒｅｓがＨｉｇｈになることによってＯＮされ、それぞれの水平出力線２８、２９はリセット電圧Ｖｃｈｒｅｓにリセットされる。

次に、図６を用いて撮像素子３の静止画読み出し走査について説明する。図６は撮像素子３のリセット走査及び静止画読み出し走査における１行あたりの動作を示すタイミングチャートである。ここではｉ行目のデータを読み出すものとして説明する。

まず、信号ｓｅｌ＿ｉをＨｉｇｈレベルにしてｉ行目の画素の画素選択スイッチ４６をＯＮする。

その後、信号ｒｅｓ＿ｉをＬｏｗレベルにしてＦＤリセットスイッチ４５をＯＦＦし、ＦＤ部４３のリセットを開放する。

次に、信号ｔｎをＨｉｇｈレベルにして、Ｎ信号転送スイッチ５２を介してＮ信号保持容量５４にＮ信号を記憶する。

続いて信号ｔｎをＬｏｗにし、Ｎ信号転送スイッチ５２をＯＦＦした後、信号ｔｓをＨｉｇｈレベルにしてＳ信号転送スイッチ５１をＯＮすると共に、信号ｔｘ＿ｉをＨｉｇｈレベルにすることで転送ゲート４２をＯＮする。

この動作により、選択されているｉ行目のＰＤ４１に蓄積されていた信号がＦＤアンプ４４、画素選択スイッチ４６を介して垂直出力線２２へ出力され、更に、Ｓ信号転送スイッチ５１を介してＳ信号保持容量５３へ記憶される。

次に、信号ｔｘ＿ｉ、ｔｓをＬｏｗレベルにして転送ゲート４２、Ｓ信号転送スイッチ５１を閉じた後、信号ｒｅｓ＿ｉをＨｉｇｈレベルにしてＦＤリセットスイッチ４５をＯＮし、ＦＤ部４３をリセットする。

ここまでの動作によって、ｉ行目のＮ信号及びＳ信号を、それぞれＳ信号保持容量５３及びＮ信号保持容量５４へ記憶する動作を終了する。

続いて、Ｓ信号保持容量５３、Ｎ信号保持容量５４に蓄えられたＳ信号、Ｎ信号を撮像素子３から出力する動作が行われる。

まず、水平走査回路２７の出力ｈｓｒ１がＨｉｇｈレベルになることにより、水平転送スイッチ２５、２６がＯＮされ、Ｓ信号保持容量５３、Ｎ信号保持容量５４の信号が水平出力線２８、２９と差動増幅器３０を介して出力端子３１に出力される。

水平走査回路２７は、各列の選択信号ｈｓｒ１、ｈｓｒ２・・・、ｈｓｒｋを順次Ｈｉｇｈにすることにより、ｉ行目の全データを出力する。

なお、信号ｈｓｒ１〜ｈｓｒｋによって各列の信号が読み出される間には、信号ｃｈｒｅｓをＨｉｇｈレベルにすることで水平出力線リセットスイッチ３２、３３をＯＮし、一旦、水平出力線２８、２９をリセット電圧Ｖｃｈｒｅｓのレベルにリセットする。

以上で１行の読出し動作が終了する。この動作を各行で繰り返すことによって、撮像素子３の全行の信号が読み出されることになる。

次に動画撮影、あるいは電子ビューファインダー機能のためのライブビュー撮像動作を説明する。

まず、撮像素子３のリセット走査を開始し、各行の蓄積を順次開始する。

リセット走査の開始から所定時間経過後には動画読み出し走査を開始する。このリセット走査の開始〜動画読み出し走査の開始の時間が電子シャッタ時間となる。このリセット走査と動画読み出し走査は、フレームレートの制約から、例えば３行に１行ごとに行を間引いて実施される。このため、リセット走査や動画読み出し走査に要する時間は、静止画読み出し走査に要する時間より短くなり、それぞれ３０フレーム／秒などの１フレーム時間内に終了することが可能となっている。

図７は、撮像素子３のリセット走査及び動画読み出し走査における１行あたりの動作を示すタイミングチャートである。ここでは、リセット走査が行われている行をｊ行目、動画読み出し走査が行われている行をｉ行目として説明する。

まず、リセット走査行では、信号ｒｅｓ＿ｊはＨｉｇｈレベルに、信号ｓｅｌ＿ｊはＬｏｗレベルにそれぞれ保持されている。この状態で信号ｔｘ＿ｊをＨｉｇｈレベルにすることにより、ｊ行目のＰＤ４１はリセット状態となる。次に、信号ｔｘ＿ｊをＬｏｗレベルにすることで、ＰＤ４１のリセットは終了され、蓄積状態に入る。

動画読み出し走査行では、図６で説明した静止画読み出し走査と同じ動作が行われるため説明は割愛する。

この動作を行毎に繰り返すことにより、リセット走査・動画読み出し走査が行われる。また、１フレーム目のリセット走査・動画読み出し走査の後には、２フレーム目以降のリセット走査・動画読み出し走査が同様に繰り返される。

次に、フォーカルプレーンシャッタ２について説明する。

図８は、フォーカルプレーンシャッタ２の分解斜視図である。図８（ａ）はフォーカルプレーンシャッタ２を撮像レンズ１が取り付けられる側（以下、正面という）から見た分解斜視図、図８（ｂ）は撮像素子３が取り付けられる側（以下、背面という）から見た分解斜視図である。

シャッタ地板２０１は、不図示のカメラ本体の内部に固定されており、羽根群２３０の駆動機構を構成する各部品が取り付けられている。

羽根駆動部材２０２およびカムギア（チャージ部材）２０３は、それぞれシャッタ地板２０１の軸２０１ａおよび２０１ｂに回転可能に軸支されている。

羽根駆動部材２０２が回動可能に支持されているシャッタ地板２０１の軸２０１ａの外周には不図示の駆動バネが配置されている。この駆動バネは羽根駆動部材２０２を図９（ａ）中の反時計回り方向（羽根群２３０の走行方向）に付勢している。

補助地板２０５は、シャッタ地板２０１の軸２０１ａ、２０１ｂの先端に係合されて取り付けられている。

フォトセンサー２０７は、補助地板２０５に取り付けられている。羽根駆動部材２０２の遮光部２０２ｃがフォトセンサー２０７を遮光することにより、羽根駆動部材２０２の回転位置を検出する。羽根駆動部材２０２の回動によって、羽根群２３０は展開、重畳するのでフォトセンサー２０７が羽根駆動部材２０２の回転位置を検出することで、羽根群２３０の開口部２０１ｄでの位置を検出することが可能となる。すなわち、フォトセンサー２０７は、位相検出部９３の一部として機能する。

ヨーク２１０とコイル２１１は、それぞれ補助地板２０５に不図示のビスにより固定されている。

モータ（駆動源）２２０は、撮影光軸と同一方向の出力軸をシャッタ地板２０１の取付面２０１ｃに配設されている。モータ２２０は、駆動電圧を変更することで駆動速度を制御することができる。本実施形態では、シャッタ駆動回路１１がモータ２２０に印加する電圧をＰＷＭ制御することで、チャージ動作の速度制御を実現している。

モータ２２０から減速ギア列２２１を介して伝達される駆動力によって、カムギア２０３を回動させると、羽根駆動部材２０２がカムギア２０３に従動して回動する。このとき、駆動バネをチャージするチャージ動作と、駆動バネのチャージを解除するチャージ解除動作とを行うことができる。

カバー板２０６は、シャッタ地板２０１の背面側に固定されている。カバー板２０６の中央部にはシャッタ地板２０１の開口部２０１ｄと略一致した位置に開口部２０６ａが設けられている。シャッタ地板２０１とカバー板２０６の間には羽根群２３０を配置する羽根室が形成されている。

羽根群２３０は１番羽根２３１、２番羽根２３２、３番羽根２３３、主アーム２３４及び副アーム２３５で構成されている。

各羽根は、黒色塗料を含有するポリエチレンテフタレートから成り、主アーム２３４と副アーム２３５に回転可能に軸支され、平行リンクを形成している。

主アーム２３４および副アーム２３５は、それぞれシャッタ地板の軸２０１ｅおよび軸２０１ｆに回転可能に軸支されている。

主アーム２３４には、羽根駆動部材２０２の駆動ピン２０２ａと係合するための穴２３４ａが設けられている。駆動ピン２０２ａは、シャッタ地板２０１に形成された溝部２０１ｇを貫通して穴２３４ａと係合している。

副アーム２３５には羽根ガタ寄せバネ２３６が図８（ｂ）において時計回りすなわち羽根群２３０の走行方向に掛けられている。

次に、フォーカルプレーンシャッタ２の構成について図９を参照しながら詳細に説明する。図９は、フォーカルプレーンシャッタ２を正面から見た場合の羽根群２３０の動作図である。なお、図面の見易さのために補助地板２０５は省略している。

図９（ａ）は、羽根駆動部材２０２のオーバーチャージ状態、すなわち、撮像装置１００が停止している状態を示している。また、図９（ｂ）は羽根群２３０の走行前待機状態、図９（ｃ）は羽根群２３０の走行完了状態を示している。図９（ｄ）は、羽根駆動部材２０２のチャージ準備完了状態を示している。

羽根駆動部材２０２の回動によって駆動ピン２０２ａが溝部２０１ｇに沿って移動すると、主アーム２３４が回動して羽根群２３０を展開、重畳させる。この羽根群２３０の動作によって、開口部２０１ｄを開閉させることでフォーカルプレーンシャッタ２を通過する光束を制限している。ここで、羽根駆動部材２０２は、溝部２０１ｇによって回動範囲が制限されている。

羽根駆動部材２０２にはアマチャ支持部２０２ｂが設けられており、アマチャ支持部２０２ｂに形成された不図示の貫通孔部には、貫通孔部の内径よりも大きなフランジ部を有し、アマチャ２１２に対して一体的に取り付けられたアマチャ軸２１３が係合している。アマチャ軸２１３は、アマチャ２１２の吸着面に対して略直交方向に延びている。

アマチャ２１２とアマチャ支持部２０２ｂの間であって、アマチャ軸２１３の外周には、不図示の圧縮バネが配置されており、アマチャ２１２およびアマチャ支持部２０２ｂを互いに離す方向（図９の上下方向）に付勢している。

コイル２１１に電圧を印加すると、ヨーク２１０に磁力を発生させることができ、この磁力によってアマチャ２１２を吸着することができる。

カムギア２０３に形成されたカムトップ領域２０３ａとカム傾斜領域２０３ｂは、カムギア２０３の回動に応じて、羽根駆動部材２０２に設けられたチャージコロ２０４に当接して、羽根駆動部材２０２を回動させる。

ここで、カムギア２０３の正面図である図１０を用いて、カムギア２０３の構造について説明する。カムギア２０３の一方面には、カム部２０３ａが形成される。図１０に図示するように、カム部２０３ａには、カムトップ領域２０３ａ−１、カム傾斜領域２０３ａ−２、カムボトム領域２０３ａ−３およびチャージ領域２０３ａ−４の４つの領域に分割される。

次に、撮像動作について図１１を用いて説明する。

図１１は、フォーカルプレーンシャッタ２及び撮像素子３の各構成部品の動作タイミングを表わした図である。なお、図１１中の（１）〜（１１）は、各動作状態に対応している。

図１１の（１）では、フォーカルプレーンシャッタ２は図９（ａ）のようにオーバーチャージ状態であり、羽根群２３０は重畳されているため、被写体光束を通過させる状態である。

撮像装置１００では、ライブビュー撮像動作が行われ、撮像素子３に入射した被写体像が不図示の画像表示部に表示されている。

レリーズ動作の開始（図１１（２））により、ＣＰＵ９がシャッタ駆動回路１１を制御することで、シャッタ駆動回路１１がコイル２１１に通電し、ヨーク２１０に磁力を発生させ、ヨーク２１０とアマチャ２１２を吸着状態にする。

ヨーク２１０とアマチャ２１２を吸着状態にした後、シャッタ駆動回路１１がモータ２２０に通電し、カムギア２０３を反時計方向に回転させる。チャージコロ２０４は、カムギア２０３のカムトップ領域２０３ａ−１をトレースする状態からカム傾斜領域２０３ａ−２をトレースする状態へ移る。チャージレバー２６０は、カム傾斜領域２０３ａ−２をトレースすることで徐々にオーバーチャージ状態が解除される。そして、チャージコロ２０４ａがカムボトム領域２０３ａ−３をトレースする状態になると、図９（ｂ）に示す羽根群２３０の走行前待機状態へと移行し、シャッタ駆動回路１１はモータ２２０への通電を停止する（図１１（３））。

ＣＰＵ９が撮像素子駆動回路８を制御することで、撮像素子駆動回路８は撮像素子３の全画素をリセット状態にする（図１１（４））。具体的には、信号ｒｅｓ＿１〜ｒｅｓ＿ｎをＬｏｗレベルに、信号ｔｘ＿１〜ｔｘ＿ｎをＨｉｇｈレベルにし、１行目からｎ行目の全ての画素部２０のＰＤ４1をリセット状態にすることによって行われる。

その後、ＣＰＵ９が撮像素子駆動回路８を制御することで、撮像素子駆動回路８は電子先幕走査を開始する（図１１（５））。図１１（４）から図１１（５）の期間は、撮像素子３の全画素リセット状態が継続される。

ここで、電子先幕走査とは、全画素がリセット状態となっている撮像素子３に対して１ラインずつ電荷蓄積を開始することである。具体的には、垂直走査回路２１が信号ｔｘ＿＊をｎ行目から１行目に向かって順にＬｏｗレベルにしていく。これにより、各行のＰＤ４１はリセットが順次解除され、蓄積状態に入る。

１ラインずつ電荷蓄積を開始する走査パターンは、羽根群２３０の走行特性に合わせた走査パターンとなっているので、撮像素子３のどのラインでも均一な蓄積時間（露光時間）となる。ＣＰＵ９がシャッタ駆動回路１１を制御することで、電子先幕走査を開始した後、設定されたシャッタ秒時に対応する時間間隔をあけてから、シャッタ駆動回路１１がコイル２１１への通電を切る。これによって、ヨーク２５１とアマチャ２１２の間に働いていた吸着力は消滅し（図１１（６））、羽根駆動部材２０２は、駆動バネの付勢により時計方向に回動し始める。これにより、開口部２０１ｄは図９（ｃ）のように被写体光束を遮断された状態となる（図１１（７））。

フォーカルプレーンシャッタ２の羽根群２３０の走行が終了し、撮像素子３が完全に遮光されると、ＣＰＵ９が撮像素子駆動回路８を制御することで、撮像素子駆動回路８が静止画読み出し走査を開始する。静止画読み出し走査では、図６で説明した１行毎に画像信号の読み出し動作を繰り返すことにより、各画素のＰＤ４１に蓄積された電荷が１行目から順次読み出される。このとき、画像信号の読み出しが完了していない領域は、光束を遮断した状態にしておく必要がある。

ところで、カムギア２０３には、図９（ｃ）に示すように次のチャージ動作を行うまで（チャージコロ２０４と当接するまで）にモータ２２０の空走区間となる空走角度θが設けられている。空走角度θは、撮像装置１００の電源電圧や撮影環境の温度などによってモータ２２０のオーバーラン角度が大きくばらつく。そのため、モータ２２０のオーバーラン角度が最も大きくなったときでもチャージコロ２０４がカムギア２０３に当接しないように十分な角度を有するように設計されている。

しかしながら、カムギア２０３の空走角度θが大きいとチャージ時間が長くなってしまう。そこで、本実施形態では、画像信号の読み出し期間内に、モータ２２０にＰＷＭ制御によって実効電圧が変更された電圧を印加して、カムギア２０３を回転させている（図１１（８））。これによって、カムギア２０３の空走角度がθとなる状態（図９（ｃ））からカムギア２０３の空走角度がθ’となる状態（図９（ｄ））までカムギア２０３が回転する。このとき、羽根群２３０の走行が完了した直後の状態（図１１（７））では、羽根群２３０が振動しているため、羽根群２３０の振動を収束させるための第２の所定時間の経過後に空走区間の駆動を開始させる。すなわち、図１１（７）から図１１（８）までの時間が羽根群２３０の振動を収束させるための所定時間（第２の所定時間）に相当する。

モータ２２０にＰＷＭ制御によって実効電圧が変更された電圧を印加して、カムギア２０３の空走角度がθ’となる状態（図９（ｄ））になると、モータ２２０への電圧の印加を停止し、カムギア２０３の回転を停止させる。本実施形態では、カムギア２０３をチャージ動作開始位置の手前で一旦停止させている。

本実施形態では、カムギア２０３をチャージ動作開始位置の手前で一旦停止させている。したがって、チャージ動作を開始する際には、常にカムギア２０３が停止した状態からチャージ動作を開始することとなる。カムギア２０３をチャージ動作開始位置の手前で一旦停止させることなく、チャージ動作を開始してしまうと、チャージ動作を開始する際のカムギア２０３の回転速度が一定にならず、チャージ時間が一定にならない。

画像信号の読み出し開始（図１１（７））から第１の所定時間が経過すると、モータ２２０に電圧を印加してチャージ動作を開始する。

本実施形態では、画像信号の読み出し開始（図１１（７））からチャージ動作の開始（図１１（９））までの間に、モータ２２０を駆動してカムギア２０３の空走角度を小さくしている。したがって、チャージ動作を開始する際には、カムギア２０３の空走区間が短くなり、チャージ時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、カムギア２０３の空走角度がθとなる状態（図９（ｃ））からカムギア２０３の空走角度がθ’となる状態（図９（ｄ））までの間、モータ２２０にＰＷＭ制御によって実効電圧が変更された電圧を印加している。これによって、モータ２２０の停止位置精度が高くなり、空走角度θ’をより小さくすることが可能となる。

画像信号の読み出し開始から第１の所定時間後（図１１（９））、ＣＰＵ９がシャッタ駆動回路１１を制御することで、シャッタ駆動回路１１はモータ２２０に通電を行って、カムギア２０３を反時計方向に回転させる。これによって、羽根駆動部材２０２をねじりコイルバネの付勢力に抗して時計方向に回転し、チャージ動作を行う。このとき、羽根群２３０は徐々に重畳され、画像信号の読み出しが終了したラインから順に開口部２０１ｐを開いていく。すなわち、本実施形態では、全画素の画像信号の読み出しが終了する前に、開口部２０１ｐを開き始める。この際、羽根群２３０が開いた部分から漏れ込んだ光が、静止画読み出し走査がまだ到達していない行の画素に入射しないように、チャージ開始のタイミングを設定している。

全画素の画像信号の読み出しが完了した（図１１（１０））後、羽根群２３０は重畳を完了し、開口部２０１ｄは開放状態となる。そして、シャッタ駆動回路１１はモータ２２０への通電を停止する（図１１（１１））。これによって、羽根駆動部材２０２は再びオーバーチャージ状態となる。

図１１（９）−（１１）までのチャージ時間は、カムギア２０３がチャージ準備完了状態である空走角度θ’からのチャージ動作であるため、空走角度θ-θ’の時間は短くなる。これにより、カメラの１コマに有する時間となる（２）から（１１）までが短くなり、カメラの撮影速度を上げることが可能となる。

チャージ動作が終了すると、ＣＰＵ９は、電子ビューファインダー機能のためのライブビュー撮像動作を開始する。

次に、撮像素子３が画像信号を読み出しているときの羽根群２３０と撮像素子３の画像信号読み出し位置との関係について詳しく説明する。

図１２は、撮像素子３の画像信号を読み出しているときの構成部品の位置関係を表わした図である。図１３は、撮像素子３の画像信号の読み出し位置と羽根群２３０の先端の位置を表わした図である。図１３の時間Ｔ４のときの構成部品の位置関係が図１２の状態である。

図１２（ａ）において、画像信号の読み出しラインの下側は羽根群２３０の開放動作が完了した領域で、撮像素子３が露光されている領域である。また、画像信号読み出しラインの上側の黒い部分は羽根群２３０の開放動作が行われていない領域で、撮像素子３が遮光されている領域を示す。

図１３（ａ）図中の一点鎖線は、撮像素子３の画像信号の読み出し位置を示しているとともに、羽根群２３０の先端の位置を示している。例えば、時間Ｔ４のとき、一点鎖線の下側は羽根群２３０の開放動作が完了した領域であるとともに撮像素子３の画像信号の読み出しが完了した領域であり、撮像素子３は露光されている。また、一点鎖線の上側は羽根群２３０の開放動作が行われていない領域であるとともに撮像素子３の画像信号の読み出しが行われていない領域であり、撮像素子３は遮光されている。

しかしながら、図１２（ａ）、１３（ａ）の関係が成り立つのは、撮像素子３に対して垂直に光線が入射するいわゆる平行光の場合であり、実際の撮像レンズ１を通過した光は撮像素子３に対し角度を持って入射するために、図１２、１３の場合とは異なってくる。

そこで、図１２（ｂ）、１３（ｂ）を用いて入射光が実際の撮像レンズ１を通過した場合について説明する。

図１２（ｂ）において、撮像レンズ１の射出瞳の下端から出て羽根群２３０の下端ｂを通る光線Ｃは撮像素子３の画像信号読み出しライン上方の間隔β（ｔ）の位置に達する。したがって、画像信号読み出しラインから間隔β（ｔ）の領域では、画像信号の読み出しが行われていない状態で露光されるため画像信号に影響を与えてしまう。

間隔β（ｔ）は、撮像レンズ１の射出瞳径をＤ、撮像レンズ１の射出瞳と撮像素子の距離をＬ、羽根群２３０と撮像素子の距離をｘ、撮像レンズ１の光軸と画像信号の読み出し位置との距離をｈ（ｔ）とすると、
β（ｔ）＝ｘ（Ｄ／２−ｈ（ｔ））/（Ｌ−ｘ）
で表される。

この状態を図１３（ｂ）を用いて説明する。一点鎖線は画像信号読出しラインであり、二点鎖線は、画像信号読出しラインに各時間における画像信号の読み出しが行われていない領域で露光された間隔β（ｔ）だけ上乗せした位置を結んだ線で、実際に露光されている位置の上限を示している。

時間Ｔ４’からＴ４までの間に着目すると、間隔β（ｔ）で示される領域が画像信号が読み出されていない状態で露光されていることになる。図に示すように、画像信号の読み出しが行われていない領域で露光される時間は、撮像素子３下端の０から撮像素子３上端のＴ５−Ｔ５’まで増加する。

そこで、これらの問題を解決する方法について図１２（ｃ）、１３（ｃ）を用いて説明する。

図１２（ｂ）で説明したように、撮像レンズ１の射出瞳の下端から射出された光線Ｃは、羽根群２３０の下端から漏れ込み、静止画読み出し走査がまだ到達していない行の画素に入射し画像信号に影響してしまう。

そこで、仮に羽根群２３０の下端から光が漏れ込んだとしても、画像読み出しが行われていない画素が羽根群２３０からの漏れ光が届く領域外になるように、静止画読出し走査が完了している行の画素に入射するようにすればよい。具体的には、羽根群２３０の下端を画像信号読み出しラインより光軸方向と垂直な方向において所定の間隔α（ｔ）だけ下側に位置するように制御すればよい。

間隔α（ｔ）は、撮像レンズ１の射出瞳径をＤ、撮像レンズ１の射出瞳と撮像素子の距離をＬ、羽根群２３０と撮像素子の距離をｘ、撮像レンズ１の光軸と画像信号の読み出し位置の距離をｈ（ｔ）とすると、
α（ｔ）＝ｘ（Ｄ／２−ｈ（ｔ））/Ｌ
で表される。

この状態を図１３（ｃ）を用いて説明する。一点鎖線は画像信号読出しラインであり、二点鎖線は、画像信号読出しラインから間隔α（ｔ）だけ下がった位置になるように制御された羽根群２３０の位置の上限を示している。

すなわち、各時間において羽根群２３０の先端の位置が二点鎖線より下側であれば、画像信号読み出しラインから上の画像信号の読み出しが行われていない領域が露光されることはない。

したがって、画像信号読出しラインと羽根群２３０の先端とが上述した所定の間隔を保つことで、画像信号の読み出しと並行して、羽根群２３０のチャージ動作を並行して行うことが可能になる。

また、画像信号読み出しラインと羽根群２３０の先端との間隔α（ｔ）は、時間Ｔ３の０から時間Ｔ５のγまで増加する。なお、γは撮像素子の上端を遮光するための撮像素子の上端と羽根群２３０の間隔になる。

次に、本実施形態のリセット走査について説明する。

図１４は、電圧検出部９１にて検出される電源電圧と羽根群２３０の開放速度の関係を示す図である。図１４に示すように、羽根群２３０の開放速度は電圧が高くなるにつれて増加し、羽根群２３０の開放速度は電圧Ａのときの最低速度ＶＡから電圧Ｃのときの最高速度ＶＣまで変化する。

図１５は、本実施形態における撮像素子３の画像信号の読み出し位置と羽根群２３０の先端の位置を表わした図である。図１５にて、ラインＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれ検出される電源電圧が電圧Ａ、Ｂ、Ｃとなる場合の時間Ｔにおける羽根群２３０の先端の位置を示している。

検出される電源電圧が電圧Ａのときには、羽根群２３０の先端が撮像素子３の上端に達する時間はＴＡである。検出される電源電圧が電圧Ｂのときには、羽根群２３０の先端が撮像素子３の上端に達する時間はＴＢである。検出される電源電圧が電圧Ｃのときには、羽根群２３０の先端が撮像素子３の上端に達する時間はＴＣである。

本実施形態では、羽根群２３０の先端が撮像素子３の上端に達する時間ＴＡ、ＴＢ、ＴＣは画像信号読み出しが終了する時間Ｔ５より後になる。もし、時間ＴＡ、ＴＢ、ＴＣが時間Ｔ５より前になると、羽根群２３０が開放された部分から漏れ込んだ光が、静止画読出し走査が完了していない行の画素に入射してしまう。

電源電圧が電圧Ｃのときに、画像信号読み出しが終了する時間Ｔ５における羽根群２３０の先端の位置が撮像素子３の上端から間隔γ以上離れた位置になるように、羽根群２３０が開放動作を開始する時間（チャージ動作の開始タイミング）をＴ６に設定している。図１５から明らかなように、電源電圧が電圧Ａとなるときの時間ＴＡおよび電源電圧が電圧Ｂとなるときの時間ＴＢは、電源電圧が電圧Ｃとなるときの時間ＴＣよりも後になる。したがって、時間Ｔ５における羽根群２３０の先端の位置が撮像素子３の上端から間隔γ以上に離れた位置となる。

このような構成によって、電源電圧の変動によってチャージ動作の速度が変化し、羽根群２３０の開放速度が変化しても、羽根群２３０が開放された部分から漏れ込んだ光が、静止画読出し走査が完了していない行の画素に入射することはない。

次に、動画撮影あるいは電子ビューファインダー機能のための撮像素子３の電荷のリセット走査について説明を行う。

リセット走査は、撮像素子３が露光されている状態で行う必要がある。

最も遅く羽根群２３０の先端が撮像素子３の上端に達する時間ＴＡからリセット走査を開始すると撮像素子３が露光されている状態でリセット走査を行うことが可能である。しかし、リセット走査を開始する時間が遅く、動画撮影あるいは電子ビューファインダー機能を開始する時間が遅くなる。

そこで、リセット走査の開始する時間を早めるため、最も早く羽根群２３０の先端が撮像素子３の上端に達する時間ＴＣからリセット走査を開始したと仮定する。電源電圧が電圧Ｃの場合問題ないが、電源電圧が電圧Ａもしくは電圧Ｂの場合、図１５に図示される時間Ｔ７’でリセット走査を開始すると、図中の斜線のハッチングで示した領域では、撮像素子３が遮光された状態でリセット走査及び電荷蓄積が行われてしまう。そのため、画面の一部がけられるという問題が発生する。

図１６は、本実施形態における撮像素子３のリセット走査の説明図である。

電源電圧が電圧Ｃである場合、位相検出部９３は、羽根群２３０が光軸からの距離がｘの位置を通過したことを時間Ｔ７で検出し、撮像素子３の電荷のリセット走査を時間Ｔ７から開始する。このとき、時間ＴＤにてリセット走査は終了する。時間ＴＤは、電源電圧が電圧Ｃである場合に、羽根群２３０の開放動作は完了する時間ＴＣより後の時間である。

電源電圧が電圧Ｂである場合、位相検出部９３は、羽根群２３０が光軸からの距離がｘの位置を通過したことを時間Ｔ８で検出し、撮像素子３の電荷のリセット走査を時間Ｔ８から開始する。このとき、時間ＴＥにてリセット走査は終了する。時間ＴＥは、電源電圧が電圧Ｂである場合に、羽根群２３０の開放動作は完了する時間ＴＢより後の時間である。

電源電圧が電圧Ａである場合、位相検出部９３は、羽根群２３０が光軸からの距離がｘの位置を通過したことを時間Ｔ９で検出し、撮像素子３の電荷のリセット走査を時間Ｔ９から開始する。このとき、時間ＴＦにてリセット走査は終了する。時間ＴＦは、電源電圧が電圧Ａである場合に、羽根群２３０の開放動作は完了する時間ＴＡより後の時間である。

したがって、位相検出部９３により羽根群２３０が開口部２０１ｄの所定の位置を通過したことを検出すると撮像素子３の電荷のリセット走査を開始する。そして、羽根群２３０が開口部２０１ｄの開放動作を完了した後に撮像素子３の電荷のリセット走査を完了させることとなる。

ここで、光軸からの距離ｘの位置は、各電圧のリセット走査に要する時間が各電圧におけるリセット走査開始時間とチャージ動作完了時間の時間差よりも長くなるような位置に設定されている。

いずれの電圧の場合も羽根群２３０の開放動作の完了後に全画面のリセット走査が完了しているため、羽根群２３０により撮像素子１０３が遮光された状態で電荷のリセット走査及び電荷蓄積が行われることはない。そのため、画面の一部がけられてしまうことは起こらない。

また、いずれの電圧の場合でも羽根群２３０の開放動作の間にリセット走査を開始しているので、羽根群２３０の開放動作が完了してからリセット走査を開始する場合に比べ、早い時間で動画撮影あるいは電子ビューファインダー機能を開始できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

２ 撮像素子
３ フォーカルプレーンシャッタ
９ ＣＰＵ
９３ 位相検出部
１００ 撮像装置
２０１ シャッタ地板
２０１ｄ 開口部
２０２ 羽根駆動部材
２０３ チャージ部材
２３０ 羽根群

Claims (2)

1. 被写体像を光電変換して画像信号を生成する撮像素子と、
   開口部を備えたシャッタ地板と、前記開口部を開閉し前記撮像素子への露光を調節する羽根群と、前記羽根群を駆動する羽根駆動部材と、前記羽根駆動部材を付勢する駆動バネと、前記駆動バネをチャージするチャージ部材と、を備えたフォーカルプレーンシャッタと、
   前記撮像素子の電荷のリセット走査を制御する制御部と、
   前記開口部における前記羽根群の位置を検出する位相検出手段と、を有し、
   前記羽根駆動部材が前記駆動バネのチャージ動作に連動して前記羽根群が前記開口部を開放する撮像装置であって、
   前記制御部は、前記羽根群が前記開口部を開放している間に、前記位相検出手段により前記羽根群が前記開口部の所定の位置を通過したことを検出すると前記撮像素子の電荷のリセット走査を開始し、前記羽根群が前記開口部の開放動作を完了した後に前記撮像素子の電荷のリセット走査を完了させることを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像装置の電源電圧を検出する電圧検出手段を更に有し、
   前記電圧検出手段によって検出される電源電圧によって、前記撮像素子の電荷のリセット走査を開始するタイミングが異なることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。