JP2021002739A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ撮影において露光量の異なる画像を撮影する際に、露光量比を保持しながら被写体の位置ずれを低減することが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】光電変換部と複数の信号保持部とを備える画素が２次元に配列した撮像素子を有し、撮影者の操作による撮影終了の指示に応じて露光を終了し、読み出し処理を行う撮像装置を設ける。撮像装置は、第１の信号保持部に対する電荷の第１の蓄積と第２の信号保持部に対する第２の蓄積を順次行う順次蓄積を、第１の蓄積と第２の蓄積の蓄積時間比を一定として、読み出し処理の開始までの間に繰り返す制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。

露光開始と露光終了のタイミングを撮影者が任意に指示するバルブ撮影が可能な撮像装置が提案されている。バルブ撮影では、例えば撮影者がレリーズボタンを押している間だけ露光されるので、任意の時間範囲における被写体を撮影することができる。バルブ撮影は、例えば、花火撮影の際、刻々と変わる花火の尾の長さを調整したい場合などに有効である。

一方、予め決められた露光量比にしたがって、露光量の異なる複数の画像を連続して撮影する露出ブラケット撮影が可能な撮像装置が提案されている。また、得られた複数の画像を合成することで、ダイナミックレンジを拡大するＨＤＲ合成が可能な撮像装置が提案されている。特許文献１は、長時間露光信号と短時間露光信号との露光量比を検出し、検出した露光量比に基づいてゲイン調整を行うことで、ダイナミックレンジ拡大を実現する撮像装置を開示している。また、特許文献２は、焦点検出を行うための信号を保持する信号保持部を有する撮像素子を開示している。

特開２００１−３３９６３３号公報 特開２０１３−１７２２１０号公報

バルブ撮影では、撮影者による撮影終了の指示に応じて、露光が終了するので、撮影前には露光時間が不確定である。したがって、撮像装置は、予め決められた露光量比で複数枚の画像を取得する場合、１枚目の撮影が完了した後に、２枚目以降の撮影の露光条件を決定する必要がある。また、バルブ撮影では、撮影者による撮影終了の指示に応じて露光が終了するので、カメラで露光時間を設定する撮影と比較して、長秒露光となり、２枚目以降の露光時間も比較的長秒露光となる。したがって、バルブ撮影を行って、露出ブラケット撮影やＨＤＲ合成を行う場合、１枚目の撮影と２枚目以降の撮影に大きな時間差が生じる。特に、花火などのように、動きのある被写体を撮影する場合には、複数枚の画像間で被写体の位置ずれが発生し、所望の画像が得られなくなる。本発明は、バルブ撮影において露光量の異なる画像を撮影する際に、露光量比を保持しながら被写体の位置ずれを低減することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態の撮像装置は、撮影者の操作による撮影終了の指示に応じて露光を終了し、電荷の読み出し処理を行う撮像装置である。前記撮像装置は、光電変換部と複数の信号保持部とを備える画素が２次元に配列した撮像素子と、第１の信号保持部に対する電荷の第１の蓄積と第２の信号保持部に対する第２の蓄積を順次行う順次蓄積を、前記第１の蓄積と前記第２の蓄積の蓄積時間比を一定として、前記電荷の読み出し処理の開始までに繰り返す制御を行う制御手段と、を有する。

本発明の撮像装置によれば、バルブ撮影において露光量の異なる画像を撮影する際に、露光量比を保持しながら被写体の位置ずれを低減することが可能となる。

撮像装置の外観を示す図である。 撮像装置の機能ブロック図の一例である。 撮像素子の構成の一例を示す図である。 撮像素子の駆動シーケンスを説明する図である。 撮像素子の制御処理を説明するフローチャートである。 撮像素子の駆動シーケンスのタイミングチャートを示す図である。 撮像装置によって得られる画像の例を説明する図である。 従来例の撮像素子の駆動シーケンスを示す図である。 従来例の撮像装置によって得られる画像を説明する図である。 撮像素子の制御処理を説明するフローチャートである。 撮像素子の制御処理を説明するフローチャートである。 撮像素子の駆動シーケンスのタイミングチャートを説明する図である。 撮像素子の制御処理を説明するフローチャートである。 撮像素子の駆動シーケンスのタイミングチャートを説明する図である。 撮像素子の駆動シーケンスのタイミングチャートを説明する図である。 撮像装置によって得られる画像を説明する図である。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の撮像装置の外観を示す図である。
図１に示す撮像装置は、デジタルカメラである。図１（Ａ）は、撮像装置の正面を示す。図１（Ｂ）は、撮像装置の背面を示す。本体部１５１は、撮像装置の本体であり、内部に撮像素子、シャッタ装置、記録媒体等を収納している。撮像光学系１５２は、内部に絞り、レンズを有している。可動式の表示部１５３は、撮影情報や画像等の各種情報を表示する。表示部１５３は、ダイナミックレンジの広い映像に関しても輝度範囲を抑制することなく表示できる表示輝度範囲を有している。

スイッチＳＴ１５４は、主に静止画の撮影を行うために使用する操作部材である。スイッチＭＶ１５５は、動画撮影を開始および停止するために用いられる操作部材である。撮影モード選択レバー１５６は、撮影モードを選択するために用いられる操作部材である。メニュー釦１５７は、撮像装置の機能設定を行う動作モード（機能設定モード）へ移行するために用いられる操作部材である。アップダウンスイッチ１５８、１５９は、各種の設定値を変更するために用いられる操作部材である。ダイアル１６０は、各種の設定値を変更するために用いられる操作部材である。再生ボタン１６１は、本体部１５１に収納されている記録媒体に記録されている映像を表示部１５３上で再生する動作モード（再生モード）へ移行するために用いられる操作部材である。

図２は、撮像装置の機能ブロック図の一例である。
撮像装置は、撮像光学系１５２乃至無線Ｉ／Ｆ１９８を有する。撮像光学系１５２は、被写体の光学像を撮像素子１８４に結像させる。撮像素子１８４は、撮像光学系１５２を介して結像された被写体の光学像を電気的な映像信号に光電変換する。光軸１８０は、撮像光学系１５２の光軸である。絞り１８１は、撮像光学系１５２を通る光の量を調節する。絞り制御部１８２は、絞り１８１を制御する。光学フィルタ１８３は、撮像素子１８４に入射する光の波長、および撮像素子１８４に伝達する空間周波数を制限する。撮像素子１８４は、Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎの規格を満たすに十分な画素数、信号読み出し速度、色域、ダイナミックレンジを有している。デジタル信号処理部１８７は、撮像素子１８４から出力されたデジタル映像データに各種の補正を行った後に、映像データを圧縮する。タイミング発生部１８９は、撮像素子１８４、デジタル信号処理部１８７に各種タイミング信号を出力する。

システム制御ＣＰＵ１７８は、各種演算と撮像装置全体を制御する。映像メモリ１９０は、画像データ（映像データ）を一時的に記憶する。表示Ｉ／Ｆ１９１は、映像を表示部１５３に表示するためのインタフェースである。記録媒体１９３は、映像データや付加データ等を記録するための記憶手段である。記録媒体１９３は、例えば着脱可能な半導体メモリ等である。記録Ｉ／Ｆ１９２は、記録媒体１９３にデータを記録、または記録媒体１９３からのデータの読み出しを行うためのインタフェースである。外部Ｉ／Ｆ１９６は、外部コンピュータ１０００等と通信するためのインタフェースである。プリントＩ／Ｆ１９４は、映像をプリンタ１００１に出力するためのインタフェースである。無線Ｉ／Ｆ１９８は、ネットワーク１９９と通信するためのインタフェースである。スイッチ入力部１７９は、スイッチＳＴ１５４、スイッチＭＶ１５５等の複数の操作部材を含む。

図３は、撮像素子の構成の一例を示す図である。
撮像素子１８４は、光電変換部（フォトダイオード）と複数の信号保持部とを備える複数の画素（単位画素）を備える。複数の画素は、撮像素子１８４において２次元に配列している。図３では、撮像素子１８４が有する複数の画素のうち、１行１列目（１，１）の画素と最終行であるｍ行１列目（ｍ、１）の画素が示される。１行１列目（１，１）の画素と、ｍ行１列目（ｍ、１）の画素の構成は同じなので、構成要素は同じ番号で付番している。

１つの画素は、フォトダイオード５００、第１の転送トランジスタ５０１Ａ、第１の信号保持部５０７Ａ、第２の転送トランジスタ５０２Ａ、第３の転送トランジスタ５０１Ｂ、第２の信号保持部５０７Ｂ、第４の転送トランジスタ５０２Ｂを有する。すなわち、画素は、図３に示す例では、１つのフォトダイオード５００に対して複数（例えば２つ）の信号保持部５０７Ａ、５０７Ｂを有している。したがって、本実施形態の撮像素子１８４によれば、露光時間の異なる第１の画像Ａと第２の画像Ｂを同時に得ることが可能である。

また、画素は、第５の転送トランジスタ５０３と、フローティングディフュージョン領域５０８と、リセットトランジスタ５０４と、増幅トランジスタ５０５と、選択トランジスタ５０６とを有する。信号保持部を有する撮像素子１８４の基本構造は、特許文献２にて開示されているので説明は省略する。

第１の転送トランジスタ５０１Ａは、転送パルスφＴＸ１Ａで制御される。第２の転送トランジスタ５０２Ａは、転送パルスφＴＸ２Ａで制御される。第３の転送トランジスタ５０１Ｂは、転送パルスφＴＸ１Ｂで制御される。また、第４の転送トランジスタ５０２Ｂは、転送パルスφＴＸ２Ｂで制御される。また、リセットトランジスタ５０４は、リセットパルスφＲＥＳで制御される。選択トランジスタ５０６は、選択パルスφＳＥＬで制御される。また、第５の転送トランジスタ５０３は、転送パルスφＴＸ３で制御される。各制御パルスは、不図示の垂直走査回路から送出される。また、５２０、５２１は電源線を示し、５２３は信号出力線を示す。

図４は、第１実施形態における撮像素子の駆動シーケンスを説明するタイミングチャートである。
システム制御ＣＰＵ１７８は、撮影者が１回のバルブ撮影を行う間に、撮像素子１８４が備える信号保持部に対して露光時間の異なる複数の蓄積を順次行う順次露光を繰り返すことで、露光時間の異なる第１の画像Ａと第２の画像Ｂを得る。本実施形態では、撮影者の操作による撮影終了の指示に応じて露光を終了し、電荷の読み出し処理を行う撮影をバルブ撮影と記述する。バルブ撮影では、撮影開始の指示があった時点で撮影終了の指示があるタイミングが確定しない。

時刻ｔ１において、撮影者によるスイッチ１５４の操作により、スイッチ入力部１７９からシステム制御ＣＰＵ１７８に対してバルブ撮影の開始が指示される。時刻ｔ３（１）ａにおいて、信号電荷の蓄積が開始される。時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ秒が経過した後、時刻ｔ１ｅにおいて、撮影者によるスイッチ１５４の操作により、スイッチ入力部１７９からシステム制御ＣＰＵ１７８にバルブ撮影の終了が指示される。そして、時刻ｔ６において、画像信号が読み出される。上記の一連の動作によって、１回の撮影が行われる。

撮影終了の指示は、撮影中の撮影者の操作によって行われる。したがって、撮影者による撮影開始の指示があった時刻ｔ１において、撮影者による撮影終了の指示が出される時刻ｔ１ｅと、撮影終了の指示によって信号保持部から電荷が読み出される時刻ｔ６は、確定しない。

撮像素子１８４は、垂直方向に多数行の画素列がある。図４では第１行の画素に関する駆動タイミングが例示される。図４を参照して説明する制御が、水平同期信号φＨにより垂直方向に走査されることで、撮像素子１８４の全画素の蓄積動作が行われる。

時刻ｔ１において、レリーズ信号ＲＥＬがハイレベルになる。バルブ撮影が行われるので、撮影者は、一定期間スイッチ１５４を押し続け、ＲＥＬも一定期間ハイレベルとなる。時刻ｔ２において、第１行の転送パルスφＴＸ２Ａ（１）およびφＴＸ２Ｂ（１）が、ハイレベルとなると、第１行の第１の転送トランジスタ５０２Ａおよび第２の転送トランジスタ５０２Ｂがオンとなる。このとき既に全行のリセットパルスφＲＥＳ（１）がハイレベルになり、リセットトランジスタ５０４がオン状態になっているので、第１行のフローティングディフュージョン領域５０８、第１の信号保持部５０７Ａ、第２の信号保持部５０７Ｂがリセットされる。リセットが完了すると、第１行の転送パルスφＴＸ２Ａ（１）およびφＴＸ２Ｂ（１）がローレベルになる。なお、時刻ｔ２には、第１行の選択パルスφＳＥＬ（１）はローレベルになっており、転送パルスφＴＸ３（１）がハイレベルになっている。

時刻ｔ３（１）ａにおいて、第１の画像Ａを得るための信号電荷の蓄積（第１の蓄積）が開始される。第１の蓄積は、第１の信号保持部５０７Ａに対する信号電荷の蓄積である。時刻ｔ３（１）ａにおいて、第１行の転送パルスφＴＸ３（１）がローレベルとなると、第５の転送トランジスタ５０３がオフとなり、第１行のフォトダイオード５００のリセットが解除されてフォトダイオード５００で信号電荷の蓄積が開始される。時刻ｔ４（１）ａにおいて、第１行の転送パルスφＴＸ１Ａ（１）がハイレベルになると、第１の転送トランジスタ５０１Ａがオンとなる。そして、フォトダイオード５００に蓄積された信号電荷が、第１行の電荷を保持する第１の信号保持部５０７Ａに転送される。

時刻ｔ５（１）ａにおいて、第１行の転送パルスφＴＸ１Ａ（１）がローレベルとなると、第１の転送トランジスタ５０１Ａがオフとなり、フォトダイオード５００に蓄積された信号電荷の第１の信号保持部５０７Ａへの転送が終了する。同時に、第１行の転送パルスφＴＸ３（１）がハイレベルとなり、第５の転送トランジスタ５０３がオンとなり、第１行のフォトダイオード５００がリセットされて、フォトダイオード５００での信号電荷の蓄積が終了する。

時刻ｔ３（１）ａから時刻ｔ５（１）ａまでの期間が、第１の画像Ａを得るための第１の蓄積に係る１回目の蓄積時間Ｔａ＝１／４８０秒に相当し、右上がり斜線部領域の蓄積Ａ（１）として図示される。

時刻ｔ３（１）ｂにおいて、第２の画像Ｂを得るための信号電荷の蓄積（第２の蓄積）が開始される。第２の蓄積は、第２の信号保持部５０７Ｂに対する信号電荷の蓄積である。時刻ｔ３（１）ｂにおいて、第１行の転送パルスφＴＸ３（１）がローレベルになると、第５の転送トランジスタ５０３がオフとなり、第１行のフォトダイオード５００のリセットが解除され、フォトダイオード５００で信号電荷の蓄積が開始される。時刻ｔ４（１）ｂにおいて、第１行の転送パルスφＴＸ１Ｂ（１）がハイレベルになると、第３の転送トランジスタ５０１Ｂがオンとなり、フォトダイオード５００に蓄積された信号電荷が、第１行の電荷を保持する第２の信号保持部５０７Ｂに転送される。

時刻ｔ５（１）ａにおいて、第１行の転送パルスφＴＸ１Ｂ（１）がローレベルとなると、第３の転送トランジスタ５０１Ｂがオフとなり、フォトダイオード５００に蓄積された信号電荷の第２の信号保持部５０７Ｂへの転送が終了する。同時に、第１行の転送パルスφＴＸ３（１）がハイレベルとなり、第５の転送トランジスタ５０３がオンとなり、第１行のフォトダイオード５００がリセットされて、フォトダイオード５００での信号電荷の蓄積が終了する。

時刻ｔ３（１）ｂから時刻ｔ５（１）ｂまでの期間が、第２の画像Ｂを得るための１回目の蓄積時間Ｔｂ（１／１９２０秒）に相当し、右上がり斜線部領域の蓄積Ｂ（１）として図示される。第２の画像Ｂを得るための蓄積Ｂ（１）の蓄積時間Ｔｂは、第１の画像Ａを得るための蓄積Ａ（１）の蓄積時間Ｔａに対して短い。すなわち、第１の信号保持部５０７Ａと第２の信号保持部５０７Ｂに対する蓄積は、蓄積時間が異なる。

本実施形態では、第１の画像Ａを得るための第１の信号保持部５０７Ａへの蓄積と、第２の画像Ｂを得るための第２の信号保持部５０７Ｂへの蓄積を順次行うことを、蓄積セットまたは順次蓄積と記述する。

前述したように、第１の画像Ａを得るための蓄積Ａ（１）と第２の画像Ｂを得るための蓄積Ｂ（１）によって、１回目の蓄積セットが完了する。以降、２回目の蓄積セットである蓄積Ａ（２）、Ｂ（２）、３回目の蓄積セットであるＡ（３）、Ｂ（３）、・・・、ｎ回目の蓄積セットであるＡ（ｎ）、Ｂ（ｎ）が順次行われる。これらの各蓄積に関する駆動シーケンスは、蓄積Ａ（１）、Ｂ（１）に関して説明した駆動シーケンスと同様であり、各蓄積の駆動シーケンスを示す時刻に（２）、（３）、・・・、（ｎ）の添え字を付し、説明を省略する。

本実施形態では、蓄積Ａ（１）〜Ａ（ｎ）の蓄積時間は、それぞれ等しく、Ｔａ＝１／４８０秒である。また、蓄積Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ）の蓄積時間は、それぞれが等しく、Ｔｂ＝１／１９２０秒である。ある蓄積セットが開始した時刻から、次の蓄積セットが開始されるか、または、画像信号が読み出されるまでの時間を蓄積セット周期ｄＴとする。すなわち、蓄積セット周期ｄＴは、蓄積セット（順次蓄積）が繰り返される周期である。蓄積セット周期ｄＴは、１回の撮影中の各蓄積セットでそれぞれ等しい。また、蓄積セット周期ｄＴは、１回の撮影の最初の蓄積（図４に示す例では、蓄積Ａ（１））が開始される前に予め決められている。

蓄積Ａ（１）の蓄積時間に対する蓄積Ｂ（１）の蓄積時間の比を蓄積時間比Ｒ（１）とする。前述のように、蓄積Ａ（１）〜Ａ（ｎ）の蓄積時間は、Ｔａ＝１／４８０で等しく、蓄積Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ）の蓄積時間は、Ｔｂ＝１／１９２０で等しい。したがって、蓄積時間比Ｒは、１回の撮影で一定となり、以下の式（１）のように表される。
Ｒ＝Ｒ（１）＝Ｒ（２）＝・・・＝Ｒ（ｎ）＝ Ｔｂ／Ｔａ＝（１／１９２０）／（１／４８０）＝１／４ ・・・式（１）
すなわち、本実施形態では、システム制御ＣＰＵ１７８は、複数の信号保持部である第１の信号保持部５０７Ａと第２の信号保持部５０７Ｂに対して、蓄積時間比Ｒを一定として、電荷の読み出し処理が開始されるまで順次蓄積を繰り返す。

図５は、撮像素子の制御処理の一例を説明するフローチャートである。
図５を参照して、バルブ撮影の際の電荷の蓄積と読み出しに関する制御に関して説明する。Ｓ１０１において、システム制御ＣＰＵ１７８が、制御処理を開始する。Ｓ１０２において、システム制御ＣＰＵ１７８が、レリーズ信号ＲＥＬを検出する。続いて、Ｓ１０３において、システム制御ＣＰＵ１７８が、レリーズ信号ＲＥＬがハイレベルであるかを判断する。レリーズ信号ＲＥＬがハイレベルである場合は、システム制御ＣＰＵ１７８が、バルブ撮影の開始指示がされたと判断する。そして、処理がＳ１０４に進む。レリーズ信号ＲＥＬがハイレベルでない場合は、処理がＳ１０２に戻る。

次に、Ｓ１０４において、システム制御ＣＰＵ１７８が、リセット処理と蓄積開始処理を行う。リセット処理とは、第１行のフローティングディフュージョン領域５０８、第１の信号保持部５０７Ａ、第２の信号保持部５０７Ｂをリセットする処理である。また、蓄積開始処理とは、第１行の画素の蓄積を開始する処理である。第１行以降のリセット処理と蓄積開始処理は、Ｓ１０４より後のステップと並行して順次行われる。

Ｓ１０５において、システム制御ＣＰＵ１７８が、再度レリーズ信号ＲＥＬを検出する。続いて、Ｓ１０６において、システム制御ＣＰＵ１７８が、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルであるかを判断する。レリーズ信号ＲＥＬがローレベルである場合は、システム制御ＣＰＵ１７８が、バルブ撮影の終了指示がされたと判断して、処理がＳ１０７に進む。レリーズ信号ＲＥＬがローレベルでない場合は、処理がＳ１０５に戻る。

次に、Ｓ１０７において、システム制御ＣＰＵ１７８が、実行中を含む通算の蓄積セット数ｎを取得する。そして、Ｓ１０８において、システム制御ＣＰＵ１７８が、蓄積Ｂ（ｎ）が終了したかを判断する。蓄積Ｂ（ｎ）が終了していなければ、処理がＳ１０８に戻る。蓄積Ｂ（ｎ）が終了した場合は、処理がＳ１０９に進む。そして、Ｓ１１９において、システム制御ＣＰＵ１７８が、読み出し処理を実行する。読み出し処理とは、信号保持部に蓄積された電荷を画像信号として外部に出力することである。読み出し処理の後、Ｓ１１０において、制御処理が終了する。

以上説明した動作によれば、システム制御ＣＰＵ１７８は、ｎ回目の蓄積セット中に、撮影者の操作によってレリーズ信号ＲＥＬがローレベルになった場合、蓄積Ａ（ｎ）と蓄積Ｂ（ｎ）が行われてから読み出し処理を実行する。すなわち、撮影終了の指示があった後に、第１の信号保持部５０７Ａと第２の信号保持部５０７Ｂに対する順次蓄積が終了してから読み出し処理が行われる。図５を参照して説明した動作によれば、第１の信号保持部５０７Ａと第２の信号保持部５０７Ｂに対する蓄積の回数が、同じ回数となる。

図４に戻り、駆動シーケンスの説明を続ける。時刻ｔ３（ｎ）ａにおいて、システム制御ＣＰＵ１７８が、蓄積Ａ（ｎ）を開始した後、時刻ｔ１ｅにおいて、撮影者によるスイッチ１５４の操作により、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。その後、図５で示したフローチャートに従い、時刻ｔ５（ｎ）ａにおいて、蓄積Ａ（ｎ）が完了する。また、時刻ｔ３（ｎ）ｂにおいて、蓄積Ｂ（ｎ）が開始し、時刻ｔ５（ｎ）ｂで蓄積Ｂ（ｎ）が完了する。

次に、時刻ｔ６において、第１行のリセットパルスφＲＥＳ（１）がローレベルとなると、第１行のリセットトランジスタ５０４がオフとなって、フローティングディフュージョン領域５０８のリセット状態が解除される。同時に、第１行の選択パルスφＳＥＬ（１）がハイレベルとなると、第１行の選択トランジスタ５０６がオンとなって、第１行の画像信号の読み出しが可能となる。さらに、第１行の転送パルスφＴＸ２Ａ（１）がハイレベルとなると、第１行の第１の転送トランジスタ５０２Ａがオンとなる。フローティングディフュージョン領域５０８の電位の変化に応じた出力信号が、増幅トランジスタ５０５及び選択トランジスタ５０６を介して信号出力線５２３に読み出される。読み出された信号が、不図示の読み出し回路に供給されて、第１の画像Ａに対応する第１行の画像信号として外部に出力される。すなわち、第１の信号保持部５０７Ａの電荷が読み出される。出力が完了すると、第１行の転送パルスφＴＸ２Ａ（１）がローレベルとなる。

時刻ｔ７において、第１行の転送パルスφＴＸ２Ｂ（１）がハイレベルとなると、第１行の第２の転送トランジスタ５０２Ｂがオンとなる。そして、第２の画像Ｂに対応する第１行の画像信号が外部に出力される。すなわち、第２の信号保持部５０７Ｂの電荷が読み出される。出力が完了すると、第２行の転送パルスφＴＸ２Ｂ（１）がローレベルとなる。時刻ｔ８において、第１行の選択パルスφＳＥＬ（１）がローレベルとなるとともに、第１行のリセットパルスφＲＥＳ（１）がハイレベルとなり、第１行の読み出し処理が完了する。

なお、第２行目の画素に関するタイミングチャートは、時刻ｔ１直後の水平同期信号φＨに同期して実行される。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ６の間に、全行のタイミングチャートが開始される。例えば、時刻ｔ０のときの水平同期信号φＨによって第ｍ行のタイミングチャートが開始されるものとする。このタイミングチャートでのスイッチ信号は、φＳＥＬ（ｍ）、φＲＥＳ（ｍ）、φＴＸ３（ｍ）、φＴＸ１Ａ（ｍ）、φＴＸ１Ｂ（ｍ）、φＴＸ２Ａ（ｍ）、φＴＸ２Ｂ（ｍ）と表すことができる。各行のタイミングチャートは、第１行のタイミングチャートと同様であり、蓄積が完了してから読み出し処理が行われる。

第１の画像Ａを得るための蓄積時間の総和を第１の露光時間Ｔａ＿ａｌｌとする。また、第２の画像Ｂを得るための蓄積時間の総和を第２の露光時間Ｔｂ＿ａｌｌとする。第１の露光時間Ｔａ＿ａｌｌに対する第２の露光時間Ｔｂ＿ａｌｌの比を露光時間比Ｒ＿ａｌｌとすると、露光時間比Ｒ＿ａｌｌは、蓄積時間比Ｒと等しく１／４となる。すなわち、第１の画像Ａを得るための露光量と、第２の画像Ｂを得るための露光量は、予め決められた蓄積時間比Ｒにしたがって決まる。例えば、図４を参照して説明した駆動シーケンスにおいては、第１の画像Ａを得るための露光量に対する、第２の画像Ｂを得るための露光量の比は、１／４となる。以上説明した駆動シーケンスによって、バルブ撮影時に露光量の異なる画像を得る際に、露光量比を保持することができる。

図６は、第１実施形態の撮像装置による撮像素子の駆動シーケンスに対応するタイミングチャートを説明する図である。図６には、蓄積、レリーズ信号、読み出しのタイミングのみを示している。図６では、蓄積セット数ｎが、例えば４または３の場合を例示しているが、蓄積セット数ｎは、図６に示す例に限定されない。

図６を参照して、第１実施形態の撮像装置が奏する効果について説明する。
図６（Ａ）は、ｎ＝４の場合の撮像素子１８４の駆動シーケンスを示す。時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ秒が経過した後、蓄積Ａ（４）中の時刻ｔ１ｅで、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。図５のフローチャートに従って、蓄積Ｂ（４）が完了した後に時刻ｔ６で読み出しが可能となる。すなわち、蓄積Ａ（ｎ）と蓄積Ｂ（ｎ）とからなる蓄積セットが終了してから読み出し処理が行われる。

図６（Ｂ）は、撮像素子の駆動シーケンスの他の例を示す。図６（Ｂ）では、図６（Ａ）とは異なり、時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ２秒が経過した後、蓄積Ｂ（４）が終了する直前の時刻ｔ１ｅ２でレリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。このように蓄積Ｂ（ｎ）中にレリーズ信号ＲＥＬがローレベルになった場合においても、図５のフローチャートに従って、蓄積Ａ（ｎ）と蓄積Ｂ（ｎ）からなる蓄積セットが終了してから読み出し処理が行われる。

図６（Ｃ）は、撮像素子の駆動シーケンスの他の例を示す。図６（Ｃ）では、図６（Ａ）とは異なり、時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ３秒が経過した後、蓄積Ａ（４）が開始された直後の時刻ｔ１ｅ３でレリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。このような場合においても、図５のフローチャートに従って、蓄積Ａ（ｎ）と蓄積Ｂ（ｎ）からなる蓄積セットが終了してから読み出し処理が行われる。

本実施形態では、複数の信号保持部である第１の信号保持部５０７Ａと第２の信号保持部５０７Ｂに対して蓄積時間比Ｒを一定として、読み出し処理の開始までの間に順次蓄積が繰り返される。そして、第１の信号保持部５０７Ａと第２の信号保持部５０７Ｂに対する順次蓄積が終了してから、第１の信号保持部５０７Ａと第２の信号保持部５０７Ｂの電荷が読み出される。図６（Ａ）乃至（Ｃ）を参照して説明したように、バルブ撮影において、レリーズ信号ＲＥＬのタイミングによらず、第１の画像Ａに対応する露光量と第２の画像Ｂに対応する露光量との比（露光量比）は一定となる。

図６（Ｄ）は、撮像素子の駆動シーケンスの他の例を示す。図６（Ｄ）では、図６（Ａ）の蓄積セット周期ｄＴ、蓄積時間Ｔａ、Ｔｂが変更されている。蓄積Ａ（１）とＢ（１）からなる１回目の蓄積セットにおいて、蓄積セット周期ｄＴ、蓄積時間Ｔａ、Ｔｂは、それぞれｄＴ１、Ｔａ１、Ｔｂ１である。蓄積Ａ（２）とＢ（２）からなる２回目の蓄積セットおよびそれ以降の蓄積セットにおいて、蓄積セット周期ｄＴ、蓄積時間Ｔａ、Ｔｂは、それぞれｄＴ２、Ｔａ２、Ｔｂ２であり、１回目の蓄積セットとは異なる。ただし、蓄積セット数ｎに対応する蓄積セット周期ｄＴは、撮影前に予め決められている。ｄＴ２、Ｔａ２、Ｔｂ２に対して、ｄＴ１、Ｔａ１、Ｔｂ１はそれぞれ長く設定されている。

図６（Ｄ）に示す例において、蓄積時間比Ｒは、以下の式（２）のように表される。
Ｒ＝Ｔｂ１／Ｔａ１＝Ｔｂ２／Ｔａ２ ・・・式（２）
蓄積セット周期ｄＴ、蓄積時間Ｔａ、Ｔｂは、１回の撮影で一定としてもよいし、１回の撮影で可変としてもよい。蓄積セット周期ｄＴ、蓄積時間Ｔａ、Ｔｂを可変としても、複数の信号保持部に対して蓄積時間比が一定となるように順次蓄積を繰り返すことにより、第１の画像Ａと第２の画像Ｂとで、露光量比を所定の値に保持することができる。撮影者やカメラの指示に従って、１回の撮影の特定期間内において、蓄積セット内の蓄積時間比Ｒを一定とし、上記特定期間内の露光量比を一定とするようにしてもよい。すなわち、本実施形態の撮像装置によれば、バルブ撮影において露光量の異なる画像を撮影する際に、露光量比を所定値に保持することができるという効果が得られる。

図７は、本実施形態の撮像装置によって得られる画像の例を説明する図である。
図７（Ａ）には、被写体Ｏが示される。被写体Ｏは、撮像装置によって得られる画像のフレームＦｒに相当する視野Ｆｉ中を、矢印で示すＸ方向に速度Ｖで等速移動している。視野Ｆｉ中の被写体Ｏの移動は、被写体Ｏと撮像装置の相対位置の変化によって発生する。したがって、視野Ｆｉ中の被写体Ｏの移動は、図７（Ａ）のように被写体Ｏの移動に起因するものであってもよいし、撮像装置の移動に起因するものであってもよいし、両方に起因するものであってもよい。被写体Ｏを、図６（Ａ）や図６（Ｂ）で示したタイミングチャートに従って露光した場合、以下に説明するような第１の画像Ａ、第２の画像Ｂが得られる。

図７（Ｂ）は、本実施形態の撮像装置によって得られる第１の画像Ａを示す図である。撮像装置は、１回の撮影を行う間に、複数の信号保持部に対して順次蓄積を繰り返す。したがって、第１の画像Ａを得るための各蓄積で得られた像が重ねて記録される。また、被写体Ｏは、移動しているので、それぞれの像は移動方向に少しずつずれて記録される。したがって、第１の画像Ａに関しては、フレームＦｒ内に、蓄積Ａ（１）〜Ａ（４）で得られる被写体Ｏの像Ａ１〜Ａ４が、被写体Ｏの移動方向であるＸ方向に少しずつずれて重ねて記録される。

図７（Ｃ）は、本実施形態の撮像装置によって得られる第２の画像Ｂを示す図である。第１の画像Ａと同様に、第２の画像Ｂに関しては、フレームＦｒ内に、蓄積Ｂ（１）〜Ｂ（４）で得られる被写体Ｏの像Ｂ１〜Ｂ４が、被写体Ｏの移動方向であるＸ方向に少しずつずれて重ねて記録される。

図７に示す例では、第１の露光時間Ｔａ＿ａｌｌに対して、第２の露光時間Ｔｂ＿ａｌｌは短いので、第１の画像Ａに対して第２の画像Ｂの方が暗く撮像される。前述のように、第１の画像Ａと第２の画像Ｂとで、露光量の比は、予め決められた蓄積時間比Ｒにしたがって決まる。したがって、撮像装置は、第１の画像Ａと第２の画像Ｂとを別々に保存することで、露出ブラケット撮影と同等の画像を得ることが可能となる。また、撮像装置が備えるシステム制御ＣＰＵ１７８が、第１の画像Ａと第２の画像Ｂとを合成することで、ダイナミックレンジを拡大した画像を取得するようにしてもよい。ＨＤＲ合成については特許文献１に詳細が開示されている。

図８は、従来例の撮像素子の駆動シーケンスに対応するタイミングチャートである。
本実施形態と同様の符号については、カンマ（「’」）を付して区別する。図８に示すように、時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ秒が経過した後の時刻ｔ１ｅで、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。

時刻ｔ１から１回目の蓄積Ａ’（１）が開始される。図８に示す例では、蓄積Ａと蓄積Ｂとからなる蓄積セットが繰り返されない。時刻ｔ１ｅでレリーズ信号ＲＥＬがローレベルになると、蓄積Ａ’（１）が終了して、蓄積時間Ｔａ’が確定する。所定の蓄積時間比Ｒに従って決定された蓄積時間Ｔｂ’の蓄積Ｂ’（１）が実行され、時刻ｔ６’で読み出し処理が行われる。上記駆動シーケンスにて、予め決められた露光量比である第１の画像Ａと第２の画像Ｂとが取得される。蓄積時間比Ｒは以下の式（３）のように表される。
Ｒ＝Ｔｂ’／Ｔａ’ ・・・式（３）

図９は、従来例の撮像装置によって得られる画像を説明する図である。
被写体は、図７（Ａ）に示す被写体Ｏと同じであるので、図示を省略する。図９（Ａ）は、従来例の撮像装置によって得られる第１の画像Ａ’を示す。本実施形態とは異なり、１回の撮影を行う間に、複数の信号保持部に対して順次蓄積が繰り返されないので、第１の画像Ａ’に対応する単一の像が記録される。また、被写体Ｏは移動しているので、それぞれの像は移動方向に引き伸ばされて記録される。したがって、第１の画像Ａ’に関しては、フレームＦｒ内に、蓄積Ａ’（１）で得られる被写体Ｏの像Ａ１’が、被写体Ｏの移動方向であるＸ方向に引き伸ばされて記録される。

図９（Ｂ）は、従来例の撮像装置によって得られる第２の画像Ｂ’を示す。第１の画像Ａ’と同様に、第２の画像Ｂ’に関しては、フレームＦｒ内に、蓄積Ｂ’（１）で得られる被写体Ｏの像Ｂ１’が、被写体Ｏの移動方向であるＸ方向に引き伸ばされて記録される。蓄積時間Ｔａ’に対して蓄積時間Ｔｂ’は短いので、第１の画像Ａ’に対して第２の画像Ｂ’の方が暗く撮像される。

図８および図９を参照して説明した従来例と比較して、本実施形態の撮像装置の効果を説明する。
図７（Ｂ）に示すように、第１の画像Ａに記録される像Ａ１〜Ａ４の、Ｘ方向の中心を中心Ｃａとする。また、図７（Ｃ）に示すように、第２の画像Ｂに記録される像Ｂ１〜Ｂ４の、Ｘ方向の中心を中心Ｃｂとする。図６（Ａ）に示すように、蓄積Ａ（１）〜蓄積Ａ（４）の時間的な重心となる時刻ｔｃａと、蓄積Ｂ（１）〜蓄積Ｂ（４）の時間的な重心となる時刻ｔｃｂとの間の時間をα秒とする。αは、隣接する蓄積Ａと蓄積Ｂ（Ａ（３）とＢ（２））の中心時刻の間の時間となる。蓄積を切り替える際に必要な切り替え時間をＴｓｗとすると、αは、以下の式（４）のように表される。
α＝Ｔａ／２＋Ｔｂ／２＋Ｔｓｗ ・・・式（４）
また、中心Ｃａと中心ＣｂのフレームＦｒ中におけるＸ方向の差ｄｘ、すなわち被写体の位置ずれは、以下の式（５）ように表される。
ｄｘ＝Ｖ×α＝Ｖ×（Ｔａ／２＋Ｔｂ／２＋Ｔｓｗ） ・・・式（５）

一方、従来例においては、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、第１の画像Ａ’に記録される像Ａ１’の、Ｘ方向の中心を中心Ｃａ’、第２の画像Ｂ’に記録される像Ｂ１’の、Ｘ方向の中心を中心Ｃｂ’で表す。

また、図８に示すように、蓄積Ａ’（１）の時間的な重心となる時刻ｔｃａ’と蓄積Ｂ’（１）の時間的な重心となる時刻ｔｃｂ’の間の時間をα’秒とする。αは、隣接する蓄積Ａ’（１）と蓄積Ｂ’（１）の中心時刻の間の時間となる。蓄積を切り替える際に必要な切り替え時間を、本実施形態と同じＴｓｗとすると、α’は、以下の式（６）のように表される。
α’＝Ｔａ’／２＋Ｔｂ’／２＋Ｔｓｗ ・・・式（６）

また、従来例においては、中心Ｃａ’と中心Ｃｂ’のフレームＦｒ中におけるＸ方向の差ｄｘ’、すなわち被写体の位置ずれは、以下の式（７）のように表される。
ｄｘ’＝Ｖ×α’＝Ｖ×（Ｔａ’／２＋Ｔｂ’／２＋Ｔｓｗ）・・・式（７）

前述のように、本実施形態では、１回の撮影を行う間に、複数の信号保持部に対して順次蓄積が繰り返されるので、一回の蓄積時間Ｔａは、従来例の蓄積時間Ｔａ’に対して小さい。また、第２の画像Ｂを得るための蓄積についても同様であり、蓄積時間Ｔｂは、従来例の蓄積時間Ｔｂ’に対して小さい。したがって、式（６）、式（７）から、本実施形態におけるｄｘは、従来例のｄｘ’より小さい。すなわち、本実施形態の撮像装置によれば、第１の画像Ａと第２の画像Ｂの被写体の位置ずれが低減できるという効果が得られる。

また、図７（Ｂ）に示すように、第１の画像Ａに記録される像Ａ１〜Ａ４の、Ｘ方向の長さをＬａで表す。また、図７（Ｃ）に示すように、第２の画像Ｂに記録される像Ｂ１〜Ｂ４の、Ｘ方向の長さをＬｂで表す。Ｌａは、蓄積Ａ（１）が開始してから蓄積Ａ（４）が終了するまでの時間βａに被写体Ｏが移動する距離によって決まる。また、Ｌｂは、蓄積Ｂ（１）が開始してから蓄積Ｂ（４）が終了するまでの時間βｂに被写体Ｏが移動する距離によって決まる。βａ、βｂは、図６（Ａ）に示される。

βａ、βｂおよび両者の差であるｄβは、以下の式（８）〜式（１０）のように表される。
βａ＝（Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｓｗ×２）×（ｎ−１）＋Ｔａ ・・・式（８）
βｂ＝（Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｓｗ×２）×（ｎ−１）＋Ｔｂ ・・・式（９）
ｄβ＝βａ−βｂ＝Ｔａ−Ｔｂ＝（１−Ｒ）×Ｔａ ・・・式（１０）

一方、従来例では、図９（Ａ）に示すように、第１の画像Ａ’に記録される像Ａ１’の、Ｘ方向の長さをＬａ’で表す。また、図９（Ｂ）に示すように、第２の画像Ｂ’に記録される像Ｂ１’の、Ｘ方向の長さをＬｂ’で表す。Ｌａ’は、蓄積Ａ’（１）が開始してから終了するまでの時間βａ’＝Ｔａ’に被写体Ｏが移動する距離によって決まる。また、Ｌｂ’は、蓄積Ｂ’（１）が開始してから終了するまでの時間βｂ’＝Ｔｂ’に被写体Ｏが移動する距離によって決まる。

従来例においては、βａ’、βｂ’および両者の差であるｄβ’は、以下の式（１１）のように表される。
ｄβ’＝βａ’−βｂ’＝Ｔａ’−Ｔｂ’＝（１−Ｒ）×Ｔａ’・・・式（１１）
前述のように、本実施形態では、１回の撮影を行う間に、複数の信号保持部に対して順次蓄積が繰り返されるので、一回の蓄積時間Ｔａは、従来例の蓄積時間Ｔａ’に対して小さい。式（１０）、式（１１）から、本実施形態のｄβは、従来例のｄβ’より小さい。すなわち、本実施形態では、従来令と比べて、第１の画像Ａに記録される像と第２の画像Ｂに記録される像の長さの差が小さい。したがって、本実施形態の撮像装置によれば、第１の画像Ａと第２の画像Ｂの被写体の位置ずれが低減できるという効果が得られる。以上説明したように、本実施形態の撮像装置によれば、バルブ撮影において露光量の異なる画像を撮影する際に、露光量比を保持しながら被写体の位置ずれを低減することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同様の部分については同じ番号を付すことで説明を省略する。第２実施形態の第１実施形態に対する主な相違点は、被写体情報に基づいて、蓄積セット周期を設定することである。

図１０は、第２実施形態における撮像素子の制御処理を説明するフローチャートである。
図５に示すフローチャートと異なるステップを主に説明する。Ｓ１０３の判断処理で、レリーズ信号ＲＥＬがハイレベルであると判断された場合、システム制御ＣＰＵ１７８が、バルブ撮影の開始指示がされたと判断して、処理がＳ１２１に進む。Ｓ１２１において、システム制御ＣＰＵ１７８が、被写体情報を取得する。被写体情報は、自動露出制御（ＡＥ）などに用いられる被写体の輝度情報である。続いて、Ｓ１２２において、被写体情報に基づいて、蓄積セット周期ｄＴを設定する。そして、処理がＳ１０５に進む。

Ｓ１２１、Ｓ１２２の処理について具体的に説明する。システム制御ＣＰＵ１７８は、絞り１８１におけるＦ値と、撮像素子１８４等に設定されたＩＳＯ感度の情報とに基づいて、所定のプログラム線図やルックアップテーブル等を用いて輝度情報を取得する。すなわち、システム制御ＣＰＵ１７８は、ライブビュー画像等から取得した信号量と、撮影条件に基づいて、被写体の輝度情報を逆算することで被写体情報を取得する。そして、システム制御ＣＰＵ１７８は、取得した被写体情報と蓄積セット周期ｄＴとを事前に紐づけしておいたテーブル等に基づいて蓄積セット周期ｄＴを設定する。なお、蓄積セット周期ｄＴを演算によって求めてもよい。例えば、被写体情報に基づいて蓄積時間Ｔａを予測し、予測した蓄積時間Ｔａを決められた所定数で割ることで、蓄積セット周期ｄＴを求めてもよい。なお、プログラム線図やルックアップテーブルは、事前にメモリ記憶されたものであってもよいし、外部Ｉ／Ｆ１９６経由で取得したものであってもよい。

また、バルブ撮影の対象となるシーンは非常に低照度である場合が多いが、星や外灯などの点光源は比較的明るい。このような点光源が存在する場合には、輝度情報を取得するための領域を限定するなど被写体を選択的に決定するようにしてもよいし、通常撮影時よりもアンダー露出となるように輝度情報を取得してもよい。すなわち、本実施形態の撮像装置は、信号保持部への蓄積が開始される前に、被写体情報に応じて複数の信号保持部に対して順次蓄積が繰り返される周期を設定する。

本実施形態における、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる時刻ｔ１ｅから、２つの画像の読み出し処理が行われる時刻までの時間について説明する。図６（Ａ）に示すように、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる時刻ｔ１ｅから、２つの画像の読み出し処理が行われる時刻ｔ６までの時間をγとする。γが短いほど、撮影者が撮影終了の指示を出してから実際に画像が取得されるまでの時間が短くなり、望ましい。γが最小となるのは、図６（Ｂ）に示すように、蓄積Ｂ（４）が終了してから読み出しが可能になるまでの時間γ２である。また、γが最大となるのは、図６（Ｃ）に示すように、蓄積Ａ（４）が開始してから読み出しが可能になるまでの時間γ３である。したがって、γの範囲は、以下の式（１２）のように表される。
γ２≦γ≦γ３＝Ｔａ＋Ｔｓｗ＋Ｔｂ＋γ２＝（１＋Ｒ）×Ｔａ＋Ｔｓｗ＋γ２
・・・式（１２）

一方、従来例においては、図８に示すように、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる時刻ｔ１ｅから、２つの画像の読み出し処理が行われる時刻ｔ６’までの時間をγ’とすると、γ’は、以下の式（１３）のように表される。
γ’＝Ｔｓｗ＋Ｔｂ’＋γ２＝Ｒ×Ｔａ’＋Ｔｓｗ＋γ２・・・式（１３）

本実施形態のγ３が、従来例のγ’より小さくなる条件は、以下の式（１４）のように表される。
（１＋Ｒ）×Ｔａ＜Ｒ×Ｔａ’・・・式（１４）
すなわち、Ｔａ＜Ｒ／（１＋Ｒ）×Ｔａ’となる。したがって、蓄積時間Ｔａを十分に小さくすることで、レリーズ信号のタイミングによらず、γが従来例のγ’より小さくなる。

システム制御ＣＰＵ１７８が、被写体情報に基づいて、撮影者がバルブ撮影の終了を指示する時刻を予測し、蓄積セット周期ｄＴを設定するようにしてもよい。被写体の輝度情報から、取得される画像の露光条件が、撮影者が適切と考えるであろう総露光時間が予測できる。すなわち、従来例の蓄積時間Ｔａ’に相当する時間が予測される。この蓄積時間Ｔａ’をもとに、γが予め決められた許容時間以内となるように、式（１４）から蓄積時間Ｔａを決定し、蓄積セット周期ｄＴを設定できる。本実施形態の撮像装置によれば、撮影者が撮影終了の指示を出してから実際に画像が取得されるまでの時間が短くなるという効果が得られる。

一方で、蓄積時間Ｔａを小さくすると、予測される総露光時間中に繰り返す蓄積セット数ｎが多くなる。蓄積セット数ｎが多くなると、複数の信号保持部の間で蓄積を切り替える回数が多くなり、スイッチングによるノイズの影響が大きくなる。例えば、蓄積回数が同じで露光量が異なる蓄積Ａと蓄積Ｂに対し、同量のスイッチングノイズが乗った場合、第１の画像Ａと第２の画像Ｂの露光量比に誤差が生じるおそれがある。したがって、予測される総露光時間に応じて蓄積時間Ｔａまたは蓄積セット周期ｄＴに下限を設定するなどして、ノイズの影響を低減することが望ましい。システム制御ＣＰＵ１７８が、被写体情報を、撮影者が予め設定した撮影モードから推定してもよい。また、システム制御ＣＰＵ１７８は、シーン情報を被写体情報としてもよいし、複数撮影した結果に基づいて被写体情報としての輝度情報を決定するようにしてもよい。

（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態における撮像素子の制御処理を説明するフローチャートである。
図５に示すフローチャートと異なるステップを主に説明する。Ｓ１０８の判断処理で、蓄積Ｂ（ｎ）が終了していないと判断された場合、処理がＳ１３１に進む。Ｓ１３１において、システム制御ＣＰＵ１７８が、現蓄積時間比Ｒｎと、予め決められた蓄積時間比Ｒとの差の絶対値が、閾値（許容値Ｅ）より小さいかを判断する。現蓄積時間比Ｒｎは、現時刻における第１の画像Ａを得るための蓄積時間の総和と、現時刻における第２の画像Ｂを得るための蓄積時間の総和との比である。現蓄積時間比Ｒｎと蓄積時間比Ｒとの差の絶対値が、許容値Ｅより小さくない場合は、処理がＳ１０８に戻る。現蓄積時間比Ｒｎと蓄積時間比Ｒとの差の絶対値が、許容値Ｅより小さい場合は、システム制御ＣＰＵ１７８は、直ちに蓄積を終了しても第１の画像Ａと第２の画像Ｂの露光量比が所定の範囲内であると判断する。そして処理がＳ１０９に進む。すなわち、蓄積セットが完了しておらず、蓄積Ａと蓄積Ｂとが同じ回数となっていなくても、直ちに蓄積を終了して、読み出し処理が行われる。

図１２は、第３実施形態の撮像装置による撮像素子の駆動シーケンスに対応するタイミングチャートを説明する図である。
図１２（Ａ）は、特にｎ＝ｉの場合の撮像素子１８４の駆動シーケンスを例示している。時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ４秒が経過した後、蓄積Ａ（ｉ）が開始してからＴｒ秒後の蓄積Ａ（ｉ）中の時刻ｔ１ｅ４で、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。現蓄積時間比Ｒｎは、以下の式（１５）のように表される。
Ｒｎ＝Ｔｂ×（ｉ−１）／（Ｔａ×（ｉ−１）＋Ｔｒ） ・・・式（１５）

Ｔ＿ＲＥＬ４は、ｎ＝ｊの場合の図１２（Ｂ）に示すＴ＿ＲＥＬ５に比べて十分小さい。すなわち、ｉはｊに比べて十分小さく、現蓄積時間比Ｒｎと蓄積時間比Ｒの差の絶対値は許容値Ｅより大きい。したがって、図１１のフローチャートに従って、蓄積Ａ（ｉ）および蓄積Ｂ２（ｉ）が行われ、時刻ｔ６で読み出しが可能となる。蓄積Ｂ２（ｉ）では、現蓄積時間比Ｒｎと蓄積時間比Ｒの差の絶対値が許容値Ｅより小さくなった時点で蓄積を終了する。

図１２（Ｂ）は、特にｎ＝ｊの場合の撮像素子１８４の駆動シーケンスを例示している。時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ５秒が経過した後、蓄積Ａ（ｊ）が開始してからＴｒ秒後の蓄積Ａ（ｊ）中の時刻ｔ１ｅ５で、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。現蓄積時間比Ｒｎは、以下の式（１８）のように表される。
Ｒｎ＝Ｔｂ×（ｊ−１）／（Ｔａ×（ｊ−１）＋Ｔｒ）・・・式（１６）

Ｔ ＿ＲＥＬ５は、図１２（Ａ）に示すＴ＿ＲＥＬ４に比べて十分大きい。すなわち、ｊはｉに比べて十分大きく、現蓄積時間比Ｒｎと蓄積時間比Ｒの差の絶対値は許容値Ｅより小さい。したがって、図１１のフローチャートに従って、蓄積Ａ（ｊ）は、時刻ｔ１ｅ４で終了し、時刻ｔ６で読み出しが可能となる。

図１２を参照して説明したように、第３実施形態の撮像装置は、現蓄積時間比Ｒｎと蓄積時間比Ｒの差の絶対値が許容値Ｅより小さい状態で読み出し処理を行う。第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、蓄積Ａ（ｎ）と蓄積Ｂ（ｎ）を行った場合に比べて、撮影者が撮影終了の指示を出してから実際に画像が取得されるまでの時間が短くなるという効果が得られる。

（第４実施形態）
図１３は、第４実施形態における撮像素子の制御処理を説明するフローチャートである。
図５に示すフローチャートと異なるステップを主に説明する。Ｓ１０８の判断処理で、蓄積Ｂ（ｎ）が終了していないと判断された場合、処理がＳ１４１に進む。Ｓ１４１において、システム制御ＣＰＵ１７８が、蓄積セット数ｎが、予め決められた閾値Ｎより大きいかを判断する。蓄積セット数ｎは、図４において、蓄積セット（順次蓄積）の繰り返しが開始される時刻ｔ３（１）ａから、撮影者による撮影終了の指示がある時刻ｔ１ｅまでの蓄積セットの繰り返し回数である。したがって、Ｓ１４１の判断処理は、順次蓄積の繰り返し回数が所定回数より多いかを判断していることに対応する。蓄積セット数ｎが閾値Ｎより大きくない場合は、処理がＳ１０８に戻る。蓄積セット数ｎが閾値Ｎより大きい場合、すなわち順次蓄積の繰り返し回数が所定回数より多い場合は、システム制御ＣＰＵ１７８は、直ちに蓄積を終了しても第１の画像Ａと第２の画像Ｂの露光量比が所定の範囲内であると判断する。そして処理がＳ１０９に進む。すなわち、蓄積セットが完了しておらず、蓄積Ａと蓄積Ｂとが同じ回数となっていなくても、直ちに蓄積を終了して、読み出し処理が行われる。

図１４は、第４実施形態の撮像装置による撮像素子の駆動シーケンスに対応するタイミングチャートを説明する図である。
図１４（Ａ）は、特にｎ＝ｉの場合の撮像素子１８４の駆動シーケンスを例示している。また、図１４（Ｂ）は、特にｎ＝ｊの場合の撮像素子１８４の駆動シーケンスを例示している。図１４に示す例では、蓄積時間Ｔｂに対して蓄積時間Ｔａが短い。すなわち、システム制御ＣＰＵ１７８は、順次蓄積である蓄積セットを、蓄積時間が短い第１の信号保持部５０７Ａに対する蓄積から開始する。

図１４（Ａ）に示す例では、時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ６秒が経過した後、蓄積Ａ（ｉ）が開始してからＴｒ秒後の時刻ｔ１ｅ６で、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。この例においてｉはＮ以下であるので、図１３のフローチャートに従って、蓄積Ａ（ｉ）と蓄積Ｂ（ｉ）が行われ、時刻ｔ６で読み出しが可能となる。

また、図１４（Ｂ）に示す例では、時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ７秒が経過した後、蓄積Ａ（ｊ）が開始してからＴｒ秒後の時刻ｔ１ｅ７で、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。この例において、ｊはＮより大きいので、図１３のフローチャートに従って、蓄積Ａ（ｊ）は時刻ｔ１ｅ７で終了し、時刻ｔ６で読み出しが可能となる。

図１４（Ｂ）の例のように、蓄積セットが終了していなくても信号保持部の電荷が読み出される際に、第１の画像Ａと第２の画像Ｂとの露光量比の誤差が最大となるのは、蓄積Ａ（ｎ）の直後に読み出される場合である。この場合に、Ｔｒが蓄積時間Ｔａと等しくなり、最大誤差Ｅｍａｘは、以下の式（１７）のように表される。
Ｅｍａｘ＝｜Ｔｂ×（ｊ−１）／（Ｔａ×（ｊ−１）＋Ｔｒ）−Ｒ｜
＝｜Ｔｂ×（ｊ−１）／（Ｔａ×ｊ）−Ｒ｜ ・・・式（１７）

第４実施形態では、第１実施形態と異なり、蓄積時間Ｔｂに対してＴａが短い。したがって、最大誤差Ｅｍａｘを小さくできるという効果が得られる。
なお、システム制御ＣＰＵ１７８が、蓄積セットすなわち順次蓄積の繰り返しが開始されてから撮影終了の指示があるまでの時間が、所定時間よりも長い場合に、順次蓄積が終了していなくても電荷の読み出し処理を開始するようにしてもよい。

（第５実施形態）
図１５は、第５実施形態の撮像装置による撮像素子の駆動シーケンスに対応するタイミングチャートを説明する図である。
第１実施形態と同様の部分については同じ番号を付すことで説明を省略する。第５実施形態では、蓄積時間Ｔａと蓄積時間Ｔｂが等しい。すなわち、第１の信号保持部５０７Ａに対する蓄積時間と第２の信号保持部５０７Ｂに対する蓄積時間とが等しい。また、システム制御ＣＰＵ１７８は、互いに蓄積時間が等しい第１の画像Ａと第２の画像Ｂとを合成する。

時刻ｔ１からＴ＿ＲＥＬ８秒が経過した後、蓄積Ａ（ｎ）中の時刻ｔ１ｅ８で、レリーズ信号ＲＥＬがローレベルになる。第１実施形態と同様に、図５のフローチャートに従って、蓄積Ａ（ｎ）と蓄積Ｂ（ｎ）が行われ、時刻ｔ６で読み出しが可能となる。

図１６は、第５実施形態の撮像装置によって得られる画像を説明する図である。
被写体は、図７（Ａ）に示す被写体と同じである。図７と同様にｎ＝４の場合を例示する。図１６（Ａ）は、第５実施形態の撮像装置によって得られる第１の画像Ａを示す。フレームＦｒ内に、蓄積Ａ（１）〜Ａ（４）で得られる被写体Ｏの像Ａ１〜Ａ４が、被写体Ｏの移動方向であるＸ方向に少しずつずれて重ねて記録される。

また、図１６（Ｂ）は、第５実施形態の撮像装置によって得られる第２の画像Ｂを示す。第２の画像Ｂには、フレームＦｒ内に、蓄積Ｂ（１）〜Ｂ（４）で得られる被写体Ｏの像Ｂ１〜Ｂ４が、被写体Ｏの移動方向であるＸ方向に少しずつずれて重ねて記録される。蓄積時間Ｔａと蓄積時間Ｔｂとが等しいので、第１の画像Ａと第２の画像Ｂの明るさは同等の明るさである。

図１６（Ｃ）は、第１の画像Ａと第２の画像Ｂとを合成して得られる第３の画像Ｃを示す。合成により、第３の画像Ｃは、第１の画像Ａと第２の画像Ｂより明るい画像となる。すなわち、システム制御ＣＰＵ１７８が、第１の信号保持部５０７Ａと第２の信号保持部５０７Ｂから得られた画像を合成することで、露光量が異なる画像を取得することができる。第１の画像Ａまたは第２の画像Ｂと、第３の画像Ｃとを別々に保存することで、露光量が異なる画像を取得することができ、露出ブラケット撮影と同等の画像を得ることが可能となる。また、第１の画像Ａまたは第２の画像Ｂと、第３の画像Ｃとを合成することで、ダイナミックレンジを拡大した画像を取得するＨＤＲ合成を行うことが可能となる。

本実施形態で適用する複数の信号保持部は、２つの信号保持部に限定されない。第５実施形態において、例えば、ＨＤＲ合成に用いられる露光量が異なる画像の数に応じた、３以上の任意の個数の信号保持部を用いてもよい。３つの信号保持部を有する撮像素子を適用した場合、同じ露光量の３つの画像が得られるので、合成無しの画像、２枚を構成した画像、３枚を合成した画像という、３段階に露光量が異なる画像が得られる。本発明は、以上説明した第１実施形態乃至第５実施形態に限定されない。第１実施形態乃至第５実施形態のうちのいずれかを任意に組み合わせてもよい。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１７８ システム制御ＣＰＵ
１８９ タイミング発生部

Claims (11)

1. 撮影者の操作による撮影終了の指示に応じて露光を終了し、電荷の読み出し処理を行う撮像装置であって、
   光電変換部と複数の信号保持部とを備える画素が２次元に配列した撮像素子と、
   第１の信号保持部に対する電荷の第１の蓄積と第２の信号保持部に対する第２の蓄積を順次行う順次蓄積を、前記第１の蓄積と前記第２の蓄積の蓄積時間比を一定として、前記電荷の読み出し処理の開始までに繰り返す制御を行う制御手段と、を有する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記撮影終了の指示があった場合に、前記順次蓄積が終了した後に、前記電荷の読み出し処理を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記撮影終了の指示があった場合に、前記第１の蓄積に係る蓄積時間の総和と前記第２の蓄積に係る蓄積時間の総和との比が閾値より小さいときには、前記順次蓄積が終了していなくても前記電荷の読み出し処理を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記順次蓄積の繰り返しが開始されてから前記撮影終了の指示があるまでの前記順次蓄積の繰り返し回数が、所定回数よりも多い場合に、前記順次蓄積が終了していなくても前記電荷の読み出し処理を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記順次蓄積の繰り返しが開始されてから前記撮影終了の指示があるまでの時間が、所定時間よりも長い場合に、前記順次蓄積が終了していなくても前記電荷の読み出し処理を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、被写体情報に基づいて、前記順次蓄積を繰り返す周期を設定する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記設定される周期は、一定である
   ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記設定される周期は、可変である
   ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記順次蓄積を前記第１の蓄積から開始し、
   前記第１の蓄積は、前記第２の蓄積よりも蓄積時間が短い
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記第１の蓄積と前記第２の蓄積とで、蓄積時間が等しく、
    前記第１の蓄積により得られる第１の画像と、前記第２の蓄積により得られる第２の画像とを合成する合成手段を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 光電変換部と複数の信号保持部とを備える画素が２次元に配列した撮像素子を有し、撮影者の操作による撮影終了の指示に応じて露光を終了し、電荷の読み出し処理を行う撮像装置の制御方法であって、
    第１の信号保持部に対する電荷の第１の蓄積と第２の信号保持部に対する第２の蓄積を順次行う順次蓄積を、前記第１の蓄積と前記第２の蓄積の蓄積時間比を一定として、前記電荷の読み出し処理の開始までに繰り返す制御を行う工程を有する
    ことを特徴とする制御方法。

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