JP5409317B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルシャッタと先幕電子シャッタとを組み合わせて露光を行うようになされた撮像装置に関する。

一眼タイプのデジタルカメラは、静止画の撮影を、フォーカルプレーンシャッタを用いたシャッタ機構により行うことが多い。こうしたシャッタ機構を備えたデジタルカメラでライブビューを行っているときに、静止画を撮影するときの一般的な動作について、図１５〜図２０を参照して説明する。ここに、図１５はライブビュー状態にあるときのシャッタ機構の様子を示す図、図１６は静止画撮影前に先幕１１４ｆにより遮光状態を実現したときのシャッタ機構の様子を示す図、図１７は先幕１１４ｆを走行させて露光を開始したときのシャッタ機構の様子を示す図、図１８は後幕１４ｒを走行させて露光を終了しその後に撮像データを読み出すときのシャッタ機構の様子を示す図、図１９は後幕１４ｒをチャージ状態へ復帰させたときのシャッタ機構の様子を示す図、図２０はライブビューを行っている途中で静止画を撮影するときのシャッタ動作を示すタイミングチャートである。なお、これらの図に示す例においては、撮像素子として例えばＣＭＯＳセンサ１５を用いているものとする。

ＣＭＯＳセンサ１５の光路上前方に配設されたフォーカルプレーンシャッタは、一般に、先幕１１４ｆと後幕１４ｒとを備えて構成されている。

このような構成において、図１５および図２０に示すように、ライブビュー状態にあるときには、先幕１１４ｆは撮影光路上から退避しているがシャッタチャージはされていない状態、後幕１４ｒは撮影光路上から退避してかつシャッタチャージされた状態となっている。

この図１５に示す状態においてレリーズ操作が行われると、図１６および図２０に示すように、まず先幕１１４ｆがチャージアップされる。このチャージアップは、先幕１１４ｆのみで足りるために（つまり後幕１４ｒを行わなくて済むために）、露光後に行われるチャージアップのときよりは幾らか短い時間で行うことが可能となっている。こうしてチャージアップが完了すると、ＣＭＯＳセンサ１５が先幕１１４ｆにより遮光された状態が実現される。そして、この遮光状態において、ＣＭＯＳセンサ１５の全画素が一括リセットされる。

続いて、図１７および図２０に示すように、先幕１１４ｆがリリースされて走行が行われ、すなわち、先幕１１４ｆの退避に伴って露光が開始される。

その後、先幕１１４ｆがリリースされてから所定の露光時間が経過したところで、図２０に示すように、後幕１４ｒがリリースされて走行が行われ、すなわち、後幕１４ｒの走行に伴って露光が終了する。

こうして後幕１４ｒの走行が終了した後には、後幕１４ｒによりＣＭＯＳセンサ１５の撮像面全面が遮光されている図１８に示すような状態において、ＣＭＯＳセンサ１５から撮像データの読み出しが行われる。こうして得られた撮像データは、先幕１１４ｆと後幕１４ｒの走行特性が同一であれば、画像の全面に渡って均一な露光時間の画像の撮像データとなる。

この撮像データの読み出しが終了したら、その後は図１９に示すように、後幕１４ｒのみのチャージアップが行われてライブビューの再開が可能になるか、あるいは図２０に示すように、先幕１１４ｆおよび後幕１４ｒの両方のチャージアップが行われた後に、先幕１１４ｆのみがリリースされてライブビューの再開が可能になる。

このような先幕１１４ｆおよび後幕１４ｒの両方をメカニカルシャッタとする構成では、ライブビュー状態から静止画撮影を行うためには、レリーズ操作が行われた後に先幕を一旦閉じて遮光状態を実現してから、その後に先幕を開いて露光を開始するという手順が必要になる。ここに、先幕１１４ｆのチャージアップは、先幕１１４ｆを走行させるためのばねをモータ等を用いて圧縮する処理であるために、比較的長い時間を要し、レリーズ操作が行われてから露光を開始するまでのタイムラグが大きくなってしまうことになる。

このタイムラグを短縮するために、先幕を電子シャッタとする技術が例えば特開２００８−２８９０３７号公報において提案されている。こうした技術について、図２１〜図２５を参照して説明する。ここに、図２１はライブビュー状態にあるときのシャッタ機構の様子を示す図、図２２は先幕電子シャッタｅｓｆを走行させて露光を開始したときのシャッタ機構の様子を示す図、図２３は後幕１４ｒを走行させて露光を終了しその後に撮像データを読み出すときのシャッタ機構の様子を示す図、図２４は後幕１４ｒをチャージ状態へ復帰させたときのシャッタ機構の様子を示す図、図２５はライブビューを行っている途中で静止画を撮影するときのシャッタ動作を示すタイミングチャートである。なお、これらの図に示す例においては、撮像素子としてＣＭＯＳセンサ１５を用いているものとする。

この構成において、図２１および図２５に示すように、ライブビュー状態にあるときには、後幕１４ｒは撮影光路上から退避してかつシャッタチャージされた状態となっている。

この図２１に示す状態においてレリーズ操作が行われると、図２２および図２５に示すように、先幕電子シャッタｅｓｆの走行、すなわちＣＭＯＳセンサ１５の画素のライン単位での順次リセットが行われ、露光が開始される。このときの先幕電子シャッタｅｓｆの走行特性は、メカニカル後幕シャッタである後幕１４ｒの走行特性に合わせて設定されている。

その後、先幕電子シャッタｅｓｆの走行が行われてから所定の露光時間が経過したところで、図２３に示すように、後幕１４ｒがリリースされて走行が行われ、すなわち、後幕１４ｒの走行に伴って露光が終了する。

こうして後幕１４ｒの走行が終了した後には、後幕１４ｒによりＣＭＯＳセンサ１５の撮像面全面が遮光されている図２３に示すような状態において、ＣＭＯＳセンサ１５から撮像データの読み出しが行われる。

この撮像データの読み出しが終了したら、その後は図２４に示すように、後幕１４ｒのチャージアップが行われてライブビューの再開が可能になる。

このような先幕電子シャッタｅｓｆとメカニカルシャッタである後幕１４ｒとの組み合わせは、先幕および後幕の両方をメカニカルシャッタとする構成に比して、先幕をチャージアップする必要がなく（特に、露光前に先幕をチャージアップする必要がなく）、レリーズタイムラグを短縮することができる利点がある。

特開２００８−２８９０３７号公報

しかしながら、電子シャッタとメカニカルシャッタの組み合わせでは、ライン毎の露光時間を高い精度で同一にすることが困難である。この点について説明する。

まず、図２６は、撮影レンズの射出瞳の位置によって撮像面における後幕の投影位置が変化してしまう様子を示す図である。なお、この図２６には、複数枚のシャッタ幕により構成されている後幕１４ｒの内の、走行方向の先端側に位置する１枚のシャッタ幕のみを図示している。

図２６に示すように、メカニカルシャッタである後幕１４ｒは、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面から離れた位置に配置され、つまり、撮像面から一定の距離Ｌｒを経た面を走行することになる。このために、後幕１４ｒの走行位置と撮像面上の露光終了位置（後幕１４ｒにより撮像面の遮光が開始される位置）とが一致せず、図示のような△ｘｒだけのずれが後幕１４ｒの走行位置に応じて生じることになる。しかも、このずれ量△ｘｒは、撮影レンズの射出瞳位置ＥＸＰによって変化することになる。射出瞳位置ＥＸＰは、撮影レンズによって異なるだけでなく、同一の撮影レンズであってもピント位置やズーム位置によって変化してしまうことがある。

これに対して、撮影レンズに応じて、あるいは撮影レンズのピント位置やズーム位置に応じて射出瞳位置ＥＸＰを常に把握し、先幕電子シャッタの速度制御をこの射出瞳位置ＥＸＰに応じて行うことも考えられるが、全体の制御が複雑になるだけでなく、先幕電子シャッタを１回の撮影毎に所望に制御するためには大規模の駆動回路や高い駆動クロックが必要になると考えられ、センサのコストや消費電力が増大してしまう。

ましてや、射出瞳位置が不明な撮影レンズ（射出瞳位置のデータを持っていなかったり、カメラ本体と通信を行うことができなかったりするような撮影レンズ）については、補正を行うことが不可能である。

これらは、撮像面からの距離がほぼ同じとなるメカニカルシャッタの先幕および後幕を用いた場合には生じない課題である。

加えて、後幕１４ｒの走行面と撮像面とに一定の距離Ｌｒがあるために、後幕１４ｒのエッジによって生じる光の回折が、画像に露光ムラを生じさせる原因になることも考えられる。これも、先幕および後幕の両方をメカニカルシャッタとした場合には、先幕による露光開始時と後幕による露光終了時とでほぼ同様に光の回折が発生するために相殺され、問題にはならなかった現象である。

さらに、本発明の実施形態に係る図１１に示すように、先幕電子シャッタは、一水平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、複数の水平ライン毎にまとめて画素のリセットを行っている。これは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である。従って、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う先幕電子シャッタの走行特性は、メカニカルシャッタである後幕の走行特性に完全に一致させることができず、階段状の水平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。これも、先幕を電子シャッタとしたことにより生じてきた課題である。

加えて、メカニカルシャッタである後幕は、チャージしたばねの弾性力により走行する構造となっているために、使用回数が多くなるにつれて走行特性が変化してしまう（後幕速の耐性変化）。これに対して、先幕電子シャッタの走行特性には耐性変化が生じないために、製造時に走行特性を高い精度で一致させたとしても、使用回数が多くなると走行特性がずれてきて露光ムラの原因となる。先幕および後幕がメカニカルシャッタの場合には、ほぼ同様の耐性変化をすると考えられる（さらにいえば、同様の耐性変化が得られるように構成している）ために、先幕と後幕の走行特性のずれがそれ程大きくなることはなく、画質上の問題となるほどの露光ムラも発生し難いと考えられる。従って、上述した露光ムラは、先幕のみを電子シャッタとしたことが原因となって生じる課題である。

このように、ライブビュー状態からの静止画撮影においてレリーズから露光開始までのタイムラグを短縮するために、後幕をメカニカルシャッタのままとしながら先幕のみを電子シャッタとした場合には、先幕もメカニカルシャッタである場合には生じなかった種々の原因により、ラインによって露光時間が異なるという課題が生じている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ライブビュー状態からの静止画撮影においてレリーズから露光開始までのタイムラグを短縮しながら、露光ムラの低減も行う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、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、チャージ状態において上記撮像面を遮光していない状態で該撮像面の一端側に退避しており、該チャージ状態から該撮像面の他端側へ走行し、走行後には上記他端側において該撮像面を遮光していない状態で再び退避するメカニカル先幕シャッタと、上記メカニカル先幕シャッタの走行動作に連動して、該メカニカル先幕シャッタにより遮光されている位置の画素のリセットを行うリセット部と、チャージ状態において上記撮像面を遮光していない状態で上記一端側に退避しており、該チャージ状態から上記メカニカル先幕シャッタと同一の走行方向に走行し、走行後に該撮像面を遮光する状態を実現するメカニカル後幕シャッタと、を具備し、上記撮像素子の露光時間は、上記メカニカル先幕シャッタにより露光が開始されてから、上記メカニカル後幕シャッタにより露光が終了するまでの時間である。

本発明の撮像装置によれば、ライブビュー状態からの静止画撮影においてレリーズから露光開始までのタイムラグを短縮しながら、露光ムラの低減も行うことが可能となる。

本発明の実施形態１における撮像装置の回路構成等を示すブロック図。 上記実施形態１において、ライブビュー状態にあるときのシャッタ機構の様子を示す図。 上記実施形態１において、先幕走行状態にあるときのシャッタ機構の様子を示す図。 上記実施形態１において、後幕走行後に撮像データ読出を行っているときのシャッタ機構の様子を示す図。 上記実施形態１において、撮像後にチャージ状態へ復帰させたときのシャッタ機構の様子を示す図。 上記実施形態１において、先幕が走行開始してＣＭＯＳセンサの上端部が遮光状態にあるときのシャッタ機構の様子を示す図。 上記実施形態１において、先幕が走行を開始した後にＣＭＯＳセンサの上端部が遮光状態から露光状態になったときのシャッタ機構の様子を示す図。 上記実施形態１において、先幕がＣＭＯＳセンサの中央部を走行しているときのシャッタ機構の様子を示す図。 上記実施形態１において、先幕によりＣＭＯＳセンサの下端部が遮光状態にあるときのシャッタ機構の様子を示す図。 上記実施形態１において、ライブビューを行っている途中で静止画を撮影するときのシャッタ動作を示すタイミングチャート。 上記実施形態１において、先幕電子シャッタの動作を部分的に拡大して示すタイミングチャート。 上記実施形態１において、先幕の走行位置および撮影レンズの射出瞳位置によって、ＣＭＯＳセンサ上の露光開始時刻が変動することを説明するための図。 上記実施形態１において、先幕電子シャッタの走行位置を先幕による遮光領域の中心よりも走行方向後側にオフセットしたときの様子を示す図。 上記実施形態１において、耐性変化により先幕の走行速度が遅くなったときでも先幕により遮光されている位置を先幕電子シャッタが走行する様子を示す図。 従来において、ライブビュー状態にあるときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、静止画撮影前に先幕により遮光状態を実現したときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、先幕を走行させて露光を開始したときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、後幕を走行させて露光を終了しその後に撮像データを読み出すときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、後幕をチャージ状態へ復帰させたときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、ライブビューを行っている途中で静止画を撮影するときのシャッタ動作を示すタイミングチャート。 従来において、ライブビュー状態にあるときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、先幕電子シャッタを走行させて露光を開始したときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、後幕を走行させて露光を終了しその後に撮像データを読み出すときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、後幕をチャージ状態へ復帰させたときのシャッタ機構の様子を示す図。 従来において、ライブビューを行っている途中で静止画を撮影するときのシャッタ動作を示すタイミングチャート。 従来において、撮影レンズの射出瞳の位置によって撮像面における後幕の投影位置が変化してしまう様子を示す図。

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１１の回路構成等を示すブロック図である。

この撮像装置１１は、例えばデジタルカメラとして構成されていて、フォーカスレンズ１２ａと絞り機構１３とを含む撮影レンズ１２と、シャッタ機構１４と、ＣＭＯＳセンサ１５と、フォーカス制御部１６と、モータ１７と、絞り制御部１８と、モータ１９と、シャッタ制御部２０と、シャッタ制御装置２１と、ＴＧ回路２２と、信号処理回路２３と、データバス２４と、ＡＥ処理部２５と、ＡＦ処理部２６と、画像演算部２７と、画像処理回路２８と、ＬＣＤドライバ２９と、ＬＣＤ３０と、不揮発性メモリ３１と、内蔵メモリ３２と、圧縮伸張部３３と、着脱メモリ３４と、電源部３５と、入力部３６と、メインＣＰＵ３７と、を備えている。

撮影レンズ１２は、被写体の光学像をＣＭＯＳセンサ１５上に結像するための撮影光学系である。

フォーカスレンズ１２ａは、撮影レンズ１２の焦点位置を調節することにより、ＣＭＯＳセンサ１５上に合焦した光学像が結像されるようにするためのものである。

絞り機構１３は、撮影レンズ１２を通過する光束の範囲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。

シャッタ機構１４は、撮影レンズ１２からＣＭＯＳセンサ１５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。ただし、本実施形態においては、後幕がメカニカルシャッタ、先幕がメカニカルシャッタと電子シャッタとを組み合わせたシャッタとなっている。このとき、先幕電子シャッタは、メカニカルシャッタである先幕により遮光された部分を追跡しながら走行するようになっており、つまりメカニカルの先幕は、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面を部分的に（ただし、複数の水平ラインを含むように部分的に）遮光するシャッタ幕であれば足りる（なお、水平ラインは先幕および後幕の走行方向に直交する方向の画素配列である）。そこで、本実施形態のメカニカルなシャッタ機構１４は、ＣＭＯＳセンサ１５へ至る光束の全部について光束の通過／非通過を制御可能なメカニカル後幕シャッタである後幕１４ｒと、ＣＭＯＳセンサ１５へ至る光束の少なくとも一部について光束の通過／非通過を制御可能なメカニカル先幕シャッタである先幕１４ｆと、を有して構成されたものとなっている。このように先幕１４ｆは、後幕１４ｒとは異なる構成のものであるが、走行特性や耐性変化特性（経年変化特性）などは後幕１４ｒとなるべく一致するように、例えば同一特性の（具体的には同じ製品型番の）ばねを用いたり、このばねによる走行時に後幕１４ｒと同一の加速度が得られるように重りを付加するなどして後幕１４ｒと同一の質量にしたりして構成されている。なお、本実施形態では、一例として、先幕１４ｆがＣＭＯＳセンサ１５へ至る光束の一部について光束の通過／非通過を制御可能な構成のものを挙げているが、これに限るものではなく、後述するように、ＣＭＯＳセンサ１５へ至る光束の全部について光束の通過／非通過を制御可能である構成のものでも構わない。

ＣＭＯＳセンサ１５は、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である。そして、ＣＭＯＳセンサ１５は、シャッタ機構１４を介して撮影レンズ１２により結像された被写体の光学像を光電変換して、電気的な画像信号を生成し出力するようになっている。

フォーカス制御部１６は、メインＣＰＵ３７の制御に基づき、モータ１７を介してフォーカスレンズ１２ａを駆動し、合焦させるように制御するものである。

絞り制御部１８は、メインＣＰＵ３７の制御に基づき、モータ１９を介して絞り機構１３を駆動し、露出値に応じた絞り開口径となるように制御するものである。

シャッタ制御部２０は、メインＣＰＵ３７の制御に基づき、シャッタ制御装置２１を介してシャッタ機構１４を駆動し、露出値に応じた露光時間となるように制御するものである。

ＴＧ回路２２は、メインＣＰＵ３７の制御に基づき、ＣＭＯＳセンサ１５を駆動するためのタイミング信号を出力するものである。ＣＭＯＳセンサ１５における電子シャッタ（本実施形態においては、特に、画素リセットを行うことにより実現される先幕電子シャッタ）は、メインＣＰＵ３７の制御に基づいて、このＴＧ回路２２によりタイミング制御が行われ実現される。

信号処理回路２３は、相関二重サンプリングを行うためのＣＤＳ（Correlated Double Sampling）、信号レベルを増幅するためのアンプ回路、アナログ信号をデジタルデータに変換するためのＡＤＣ（Analog to Digital converter）等を含んで構成されている。そして、信号処理回路２３の出力側はデータバス２４に接続されている。従って、信号処理回路２３は、処理結果として得られるデジタルデータを、このデータバス２４を介して、例えば内蔵メモリ３２やその他の各回路へ出力するようになっている。

データバス２４は、信号処理回路２３と、ＡＥ処理部２５と、ＡＦ処理部２６と、画像演算部２７と、画像処理回路２８と、ＬＣＤドライバ２９と、不揮発性メモリ３１と、内蔵メモリ３２と、圧縮伸張部３３と、着脱メモリ３４と、メインＣＰＵ３７と、が双方向に接続されていて、制御信号や各種のデータを相互に授受するためのものである。

ＡＥ処理部２５は、ＣＭＯＳセンサ１５からの撮影画像データに基づいて、ＡＥ評価値を算出し、算出結果をメインＣＰＵ３７に出力するものである。

ＡＦ処理部２６は、ＣＭＯＳセンサ１５からの撮影画像データに基づいて、ＡＦ評価値を算出し、算出結果をメインＣＰＵ３７に出力するものである。

画像処理回路２８は、内蔵メモリ３２に格納されている撮影画像データに対して、ホワイトバランス調整、エッジ処理等の処理を施して、処理結果の撮影画像データを内蔵メモリ３２に再び格納するものである。

画像演算部２７は、内蔵メモリ３２に格納されている撮影画像データに対して、加算平均処理を行い、その結果得られた生成画像を内蔵メモリ３２に再び格納するものである。

ＬＣＤドライバ２９は、液晶表示部であるＬＣＤ３０を駆動して、信号処理回路２３から出力されるスルー画像（ＣＭＯＳセンサ１５によりリアルタイムで撮影されている画像）を表示させるものである。

不揮発性メモリ３１は、メインＣＰＵ３７により実行される種々の処理プログラムや、処理プログラムを実行する際に必要な各種のデータ、さらにはユーザの設定データ等を格納する記録媒体である。

内蔵メモリ３２は、処理中の撮影画像データを記憶するのに用いられると共に、メインＣＰＵ３７が処理を行う際のメモリとしても用いられる例えば揮発性の記憶媒体である。

圧縮伸張部３３は、撮影画像データを圧縮して着脱メモリ３４に格納すると共に、着脱メモリ３４に圧縮して格納されている画像データを伸張するものである。

着脱メモリ３４は、処理後の画像データ（例えば圧縮処理後の画像データ）を不揮発に記録するための記録媒体であり、例えばメモリカードなどとして撮像装置１１に対して着脱可能に構成されている。従って、この着脱メモリ３４は、撮像装置１１に固有の構成でなくても構わない。

電源部３５は、バッテリや乾電池等を含んで構成され、メインＣＰＵ３７等を動作させる電流、モータ１７，１９等を駆動する電流、ＬＣＤ３０を駆動するための電流等を、それぞれに応じた電圧で供給するものである。

入力部３６は、この撮像装置１１の電源をオン／オフするための電源スイッチ、撮影動作を行わせるための撮影ボタン、撮影モードやライブビューモードの設定等を行うための操作スイッチ、などを含んで構成される操作入力手段である。なお、撮影レンズ１２が電動ズームレンズである場合には、この入力部３６は、ズームスイッチをさらに含んで構成される。

メインＣＰＵ３７は、この撮像装置１１全体の動作を制御するものである。例えば、メインＣＰＵ３７は、上述したＡＦ評価値に基づいて被写体距離を算出しフォーカス制御部１６を制御してモータ１７を駆動させるとともに、上述したＡＥ評価値に基づいて絞り値および露光時間（シャッタ速度）を算出し絞り制御部１８およびシャッタ制御部２０を制御してモータ１９およびシャッタ制御装置２１を駆動させる。さらに、メインＣＰＵ３７は、ＴＧ回路２２を介して、ＣＭＯＳセンサ１５による電子シャッタの制御を行う。加えて、この撮像装置１１はライブビューが可能となるように構成されており、メインＣＰＵ３７は、入力部３６からの操作に応じて、ライブビューを開始するように制御を行う。

次に、図２〜図１１を参照して、撮影時のシャッタ動作について説明する。まず、図２〜図５はシャッタ機構１４の動作の概要を示す図である。すなわち、図２はライブビュー状態にあるときのシャッタ機構１４の様子を示す図、図３は先幕走行状態にあるときのシャッタ機構１４の様子を示す図、図４は後幕走行後に撮像データ読出を行っているときのシャッタ機構１４の様子を示す図、図５は撮像後にチャージ状態へ復帰させたときのシャッタ機構１４の様子を示す図である。また、図１０は、ライブビューを行っている途中で静止画を撮影するときのシャッタ動作を示すタイミングチャートである。

シャッタ機構１４は、上述したように、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面を部分的に遮光するメカニカルシャッタ幕である先幕１４ｆと、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面全体を遮光可能なメカニカルシャッタ幕である後幕１４ｒと、を備えている。これら先幕１４ｆおよび後幕１４ｒは、何れも同じ走行方向のシャッタ幕となっており、例えば矩形をなすＣＭＯＳセンサ１５の短辺に平行な方向（以下、上下方向という）が走行方向（ここでは上から下への走行方向であるものとする）となっている。なお、各図に示す例においては、後幕１４ｒは３枚のシャッタ羽根により構成され、先幕１４ｆは１枚のシャッタ羽根により構成されている。ここに、先幕１４ｆを構成するシャッタ羽根は、上下方向の幅が、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面の上下方向の幅よりも小さく（図示の例では、先幕１４ｆの上下方向の幅は、撮像面の上下方向の幅の約１／３に）なっている。そして、ＣＭＯＳセンサ１５は、ライン毎に順次画素リセットを行うことにより、先幕電子シャッタとして機能するようになっている。

このような構成において、図２および図１０に示すように、ライブビュー状態にあるときには、メインＣＰＵ３７の指令に基づくシャッタ制御部２０の制御により、先幕１４ｆおよび後幕１４ｒは、何れも撮影光路上から退避してかつシャッタチャージされた状態となっている。

この図２に示す状態において、入力部３６の撮影ボタンがレリーズ操作されることにより静止画撮影の指示入力が行われると、図３および図１０に示すように、先幕１４ｆが走行するとともに、この先幕１４ｆの走行に連動して先幕電子シャッタｅｓｆが走行する。

ここで、先幕１４ｆが走行するときのシャッタ動作について、図６〜図９を参照してより詳しく説明する。図６は先幕１４ｆが走行開始してＣＭＯＳセンサ１５の上端部が遮光状態にあるときのシャッタ機構１４の様子を示す図、図７は先幕１４ｆが走行を開始した後にＣＭＯＳセンサ１５の上端部が遮光状態から露光状態になったときのシャッタ機構１４の様子を示す図、図８は先幕１４ｆがＣＭＯＳセンサ１５の中央部を走行しているときのシャッタ機構１４の様子を示す図、図９は先幕１４ｆによりＣＭＯＳセンサ１５の下端部が遮光状態にあるときのシャッタ機構１４の様子を示す図である。

図６に示すように先幕１４ｆが走行を開始すると、まず、ＣＭＯＳセンサ１５の上端部が遮光状態になる。そして、先幕１４ｆにより遮光されているＣＭＯＳセンサ１５上の画素を、上側のラインから順にリセットして行く。

このライン単位の画素のリセットは、より詳しくは、図１１に示すように行われる。ここに、図１１は、先幕電子シャッタｅｓｆの動作を部分的に拡大して示すタイミングチャートである。

図１１において、一点鎖線で示した曲線は、後幕１４ｒの走行曲線を露光時間分だけ遡った曲線（つまり、露光時間を０にしたときの後幕１４ｒの走行曲線）であり、先幕電子シャッタｅｓｆの理想的なシャッタ動作（理想曲線）を示している。

これに対して、実用化に適した現実的な先幕電子シャッタｅｓｆは、点線で示すような階段状の動作を行うようになっている。この先幕電子シャッタｅｓｆの階段状曲線の水平方向（時間方向）の長さを示す時間ｔ０は、複数ラインを含むように１つのブロックを設定してこのブロックを単位として画素リセットを行うようにしたときに、例えば全てのブロックに対して一定となっている（ただし、制御が幾らか複雑になっても構わないのであれば、撮像面全体を複数のブロック群に分割して、時間ｔ０をブロック群毎に異ならせるようにしても構わない）。

ここに、時間ｔ０の一例は、撮像データを読み出すときに１ライン分の画素データを読み出すのに必要な水平同期信号の期間であるが、もちろんこれに限るものではない。そして、一点鎖線で示した理想曲線に沿ってこの時間ｔ０内にリセットすべき複数ラインが同時にリセットされる、という動作が時間ｔ０毎に繰り返して行われる。このような階段状のリセット動作を行う理由は、リセット信号を印加するための回路構成を簡単にするためであるので、この点を考慮しない場合には、１ライン毎に理想曲線に沿ってリセットするようにしても構わない。

こうした先幕電子シャッタｅｓｆの走行は、図６に示したように、先幕１４ｆによる遮光部分において行われる。従って、先幕電子シャッタｅｓｆの走行開始は、撮影光による先幕１４ｆの陰影の下端がＣＭＯＳセンサ１５の上端を通過する時と同時かそれよりも後の時点（上述したような光の回折や動作時の誤差等を考慮すると、より望ましくは後の時点）であり、かつ、撮影光による先幕１４ｆの陰影の上端がＣＭＯＳセンサ１５の上端を通過する時と同時かそれよりも前の時点（同様に、より望ましくは前の時点）である。

なお、このときには、ＣＭＯＳセンサ１５の上端部以外は被写体光が照射されているが、この光を光電変換することにより発生した電荷は、後で先幕電子シャッタｅｓｆによってリセットされることになるために、画像の生成には用いられない。

次に、図７に示すように、ＣＭＯＳセンサ１５の上端部を先幕１４ｆが走行して通過し終えると、ＣＭＯＳセンサ１５の上端から下へ向かって順に露光が開始される。すなわち、露光開始のタイミングは、メカニカルシャッタ幕である先幕１４ｆの（より詳しくは、撮影光による陰影の（以下、同様））上端の通過タイミングにより決定されることになる。

さらに、図８に示すように、先幕１４ｆがＣＭＯＳセンサ１５の中央部を走行しているときにも、この先幕１４ｆにより遮光されている部分を先幕電子シャッタｅｓｆが走行している。

同様に、図９に示すように、先幕１４ｆがＣＭＯＳセンサ１５の下端部を走行しているときにも、この先幕１４ｆにより遮光されている部分を先幕電子シャッタｅｓｆが走行している。従って、先幕電子シャッタｅｓｆの走行終了は、先幕１４ｆの下端がＣＭＯＳセンサ１５の下端を通過する時と同時かそれよりも後の時点（上述と同様に、より望ましくは後の時点）であり、かつ、先幕１４ｆの上端がＣＭＯＳセンサ１５の下端を通過する時と同時かそれよりも前の時点（上述と同様に、より望ましくは前の時点）である。

従って、先幕電子シャッタｅｓｆの走行終了後に、先幕１４ｆの上端がＣＭＯＳセンサ１５の下端を通過し終えて、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面全面の露光開始が達成されたことになる。

上述したように先幕１４ｆの上端の通過タイミングにより露光が開始されてから、メインＣＰＵ３７により算出された露光時間が経過したところで、後幕１４ｒの走行が開始される。上述したように、先幕１４ｆは走行特性が後幕１４ｒと一致するように構成されているために、ＣＭＯＳセンサ１５上の各ラインは、同一の露光時間だけ露光された後に後幕１４ｒにより遮光されることになる。

こうして後幕１４ｒの走行が終了した後には、後幕１４ｒによりＣＭＯＳセンサ１５の撮像面全面が遮光されている図４に示すような状態において、ＣＭＯＳセンサ１５から撮像データの読み出しが行われる。こうして得られた撮像データは、上述したように、画像の全面に渡って均一な露光時間の画像の撮像データとなる。

撮像データの読み出しが終了したら、その後は図５に示すように、先幕１４ｆおよび後幕１４ｒの両方をチャージ状態へ復帰させる（チャージアップ）。このシャッタチャージが終了した後は、図２に示したように、再びライブビューを行うことが可能となる。

このように、メカニカル先幕シャッタである先幕１４ｆは、チャージ状態において撮像面を遮光していない状態で撮像面の一端側に退避しており、チャージ状態から撮像面の他端側へ走行し、走行後には他端側において撮像面を遮光していない状態で再び退避するようになっている。

また、リセット部としてのメインＣＰＵ３７およびＴＧ回路２２により実現される先幕電子シャッタｅｓｆは、先幕１４ｆの走行動作に連動して、先幕１４ｆにより遮光されている位置の画素のリセットを行うようになっている。

さらに、メカニカル後幕シャッタである後幕１４ｒは、チャージ状態において撮像面を遮光していない状態で一端側に退避しており、チャージ状態から先幕１４ｆと同一の走行方向に走行し、走行後に撮像面を遮光する状態を実現するようになっている。

このような動作において、ＣＭＯＳセンサ１５の露光時間は、先幕１４ｆにより露光が開始されてから、後幕１４ｒにより露光が終了するまでの時間である。

次に、図１２は、先幕１４ｆの走行位置および撮影レンズ１２の射出瞳位置によって、ＣＭＯＳセンサ１５上の露光開始時刻が変動することを説明するための図である。

図２６を参照して説明したように、後幕１４ｒの走行位置に応じて、走行位置と撮像面上の露光終了位置（撮影光による後幕１４ｒの陰影により撮像面の遮光が開始される位置）とにずれ量△ｘｒが生じる。

これは先幕１４ｆに関しても同様であり、先幕１４ｆの走行位置に応じて、走行位置と撮像面上の露光開始位置（撮影光による先幕１４ｆの陰影が通過して撮像面の露光が開始される位置）とにずれ量△ｘｆが生じる。

これらのずれ量△ｘｆと△ｘｒは、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面から先幕１４ｆまでの距離Ｌｆと後幕１４ｒまでの距離Ｌｒとがほぼ等しければ、撮像面から射出瞳位置ＥＸＰまでの距離Ｌｅｘｐによることなくほぼ等しくなる。従って、露光開始タイミングをメカニカルシャッタである先幕１４ｆの走行タイミングにより決定する本実施形態の構成によれば、先幕電子シャッタを採用したときに生じる上述したような課題、つまり、射出瞳位置ＥＸＰの変化よる露光ムラ、光の回折による露光ムラ、露光時間の不連続性による水平方向の縞模様の露光ムラ、を解決することができる。しかも、先幕１４ｆと後幕１４ｒとの耐性変化特性もほぼ等しくなるように構成しているために、使用回数が多くなっても走行特性のずれによる露光ムラが発生することはあまりない。

ただし、先幕１４ｆの走行特性が耐性変化するのに対して、先幕電子シャッタｅｓｆの走行特性は耐性変化しないために、この点を考慮して製造時の両先幕の走行開始タイミングや、先幕１４ｆの走行方向の長さを設計すると良い。

すなわち、先幕１４ｆの走行特性は、一般に、走行速度が遅くなる方向に耐性変化する。このために、製造時には、先幕電子シャッタｅｓｆの走行位置（画素リセットを行う水平ライン）が、先幕１４ｆにより遮光された複数の水平ラインの内の、遮光中心となる水平ラインよりも先幕走行方向と逆方向にオフセットした位置の水平ラインとなるように調整すると良い。図１３は先幕電子シャッタｅｓｆの走行位置を先幕１４ｆによる遮光領域の中心よりも走行方向後側にオフセットしたときの様子を示す図である。製造時にこのような調整を行うことにより、先幕１４ｆの幕速が耐性変化によって遅くなった場合でも、先幕電子シャッタｅｓｆは先幕１４ｆにより遮光されている部分を追跡しながら走行することが可能となる。図１４は耐性変化により先幕１４ｆの走行速度が遅くなったときでも先幕１４ｆにより遮光されている位置を先幕電子シャッタｅｓｆが走行する様子を示す図である。

加えて、先幕１４ｆの耐性変化がさらに大きくなると考えられる場合には、先幕１４ｆの走行方向の長さＡを、所定の長さ以上に設計すると良い。

ここに、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面から射出瞳位置ＥＸＰまでの距離をＬｅｘｐ、撮像面から先幕１４ｆまでの距離をＬｆとする。ただし、距離Ｌｅｘｐは、撮影レンズ毎にあるいはピント位置やズーム位置に応じて異なることがあるために、設計上考えられる最短の距離を採用するものとする。また、ＣＭＯＳセンサ１５の撮像面は光軸Ｏに対して上下左右に対称に配置されていて、光軸中心から撮像面の上端までの距離が１５ｔであるものとする。このときの△ｘｆの最大値△ｘｆｍａｘは、
△ｘｆｍａｘ＝Ｌｆ×１５ｔ／Ｌｅｘｐ
である。

また、図１１に示したように、複数ラインで構成されるブロック毎に一括してリセットされる先幕電子シャッタｅｓｆの、最大ライン数となるブロックの上下方向（走行方向）の長さをＬｅｓｆｍａｘとする（これは、最大ライン数×上下方向の画素ピッチにより算出される）。さらに、耐性試験等を行うことにより予測される先幕１４ｆの走行特性の最大劣化幅（走行速度が最も遅い予測値となったときに発生する、製造時において見込まれた走行位置からの上下方向のずれ長さの、走行開始から走行終了までにおける最大値）をＬｄｅｌａｙとする。このとき、先幕１４ｆの走行方向長さＡに課される、所定の長さ以上の制限は、次のようになる。
Ａ≧２×△ｘｆｍａｘ＋Ｌｅｓｆｍａｘ＋Ｌｄｅｌａｙ
なお、△ｘｆｍａｘは、先幕１４ｆが光軸よりも上側にある場合と下側にある場合との両方において生じるために、２を乗算している。

先幕１４ｆがこのような条件を満たすように構成すれば、使用回数が多くなって先幕１４ｆと先幕電子シャッタｅｓｆとの走行特性がずれたとしても、先幕電子シャッタｅｓｆの走行位置を先幕１４ｆにより遮光されている範囲内に収めることが可能となる。

なお、上記において、先幕１４ｆが、ＣＭＯＳセンサ１５へ至る光束の全部について光束の通過／非通過を制御可能である構成のものでも構わない旨を述べたが、このような構成は、先幕１４ｆの走行方向長さＡに対する上述したような所定の長さ以上の制限を満たすものである。そして、このような撮像面全体を遮光し得る大きさの先幕を用いる場合には、撮像素子として、ＣＭＯＳセンサ１５に代えて例えばＣＣＤセンサを用いることも可能となる。このように、撮像素子は、ＣＭＯＳセンサ１５に限るものではない。

このような実施形態１によれば、先幕１４ｆとして、チャージアップ状態では撮像面へ至る光束の光路上から退避しているものを用いたために、先幕１４ｆをチャージアップ状態としたままライブビューを行うことが可能となる。従って、ライブビュー状態において静止画撮影を行う際に、先幕を一旦チャージアップする動作が不要になり、先幕を電子シャッタのみにより行うときと同様の短いレリーズタイムラグを実現することが可能となる。

そして、メカニカルシャッタである先幕１４ｆの走行動作に追従して、この先幕１４ｆにより遮光されている部分を先幕電子シャッタｅｓｆが走行して電荷リセットするようにしたために、露光開始のタイミングは先幕１４ｆにより決定される。従って、露光開始のタイミングを電子シャッタにより決定するときに生じる課題である、射出瞳位置ＥＸＰの変化よる露光ムラ、光の回折による露光ムラ、露光時間の不連続性による水平方向の縞模様の露光ムラ、を解決することができる。

しかも、先幕１４ｆと後幕１４ｒとの耐性変化特性もほぼ等しくなるように構成しているために、使用回数が多くなっても走行特性のずれによる露光ムラが発生することはあまりない。

そして、先幕電子シャッタｅｓｆは露光開始のタイミングを決めるものではなく、つまり露光量に影響を与えないために、一括リセットされるブロックに含まれるライン数を多くしても構わないし、理想曲線に沿った高精度な走行速度の制御も不要となる利点がある。

加えて、製造時に、先幕電子シャッタｅｓｆの走行位置が、先幕１４ｆによる遮光領域の中心よりも走行方向後側にオフセットされるように調整した場合には、先幕１４ｆの走行速度が遅くなったとしても、先幕電子シャッタｅｓｆの走行位置を遮光領域内に収めることができ、先幕１４ｆの走行特性の耐性変化に対応することが可能となる。このとき、先幕１４ｆの走行方向長さＡに上記所定の長さ以上の制限を課せば、より信頼性を高めることができる。

また、先幕１４ｆは、撮像面へ向かう光束を全部を遮光する必要がないために、構成を簡単にしてコストを安くすることができる。また、必要に応じて、小型軽量化した先幕１４ｆおよびその駆動機構を用いれば、撮像装置の小型軽量化を図ることも可能となる。

こうして、本実施形態の撮像装置によれば、ライブビュー状態からの静止画撮影においてレリーズから露光開始までのタイムラグを短縮しながら、露光ムラの低減も行うことが可能となる。

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。

１１…撮像装置
１２…撮影レンズ
１２ａ…フォーカスレンズ
１３…絞り機構
１４…シャッタ機構
１４ｆ…先幕（メカニカル先幕シャッタ）
１４ｒ…後幕（メカニカル後幕シャッタ）
１５…ＣＭＯＳセンサ（撮像素子）
１６…フォーカス制御部
１７…モータ
１８…絞り制御部
１９…モータ
２０…シャッタ制御部
２１…シャッタ制御装置
２２…ＴＧ回路（リセット部）
２３…信号処理回路
２４…データバス
２５…ＡＥ処理部
２６…ＡＦ処理部
２７…画像演算部
２８…画像処理回路
２９…ＬＣＤドライバ
３０…ＬＣＤ
３１…不揮発性メモリ
３２…内蔵メモリ
３３…圧縮伸張部
３４…着脱メモリ
３５…電源部
３６…入力部
３７…メインＣＰＵ（リセット部）
ｅｓｆ…先幕電子シャッタ

Claims (4)

1. 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、
   チャージ状態において上記撮像面を遮光していない状態で該撮像面の一端側に退避しており、該チャージ状態から該撮像面の他端側へ走行し、走行後には上記他端側において該撮像面を遮光していない状態で再び退避するメカニカル先幕シャッタと、
   上記メカニカル先幕シャッタの走行動作に連動して、該メカニカル先幕シャッタにより遮光されている位置の画素のリセットを行うリセット部と、
   チャージ状態において上記撮像面を遮光していない状態で上記一端側に退避しており、該チャージ状態から上記メカニカル先幕シャッタと同一の走行方向に走行し、走行後に該撮像面を遮光する状態を実現するメカニカル後幕シャッタと、
   を具備し、
   上記撮像素子の露光時間は、上記メカニカル先幕シャッタにより露光が開始されてから、上記メカニカル後幕シャッタにより露光が終了するまでの時間であることを特徴とする撮像装置。
2. 当該撮像装置はライブビューが可能となるように構成されており、
   ライブビュー時に、上記メカニカル先幕シャッタおよび上記メカニカル後幕シャッタをチャージ状態で上記一端側に退避させるシャッタ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。
3. 上記メカニカル先幕シャッタおよびメカニカル後幕シャッタの走行方向に直交する方向の画素配列を水平ラインとしたときに、
   上記リセット部は、上記メカニカル先幕シャッタにより遮光されている複数の水平ラインの内の、遮光中心となる水平ラインよりも該メカニカル先幕シャッタの走行方向とは逆方向にオフセットした位置の水平ラインをリセットするように、製造時の調整が行われることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 上記リセット部は、複数の水平ラインで構成されるブロック毎に一括してリセットを行うものであり、
   上記メカニカル先幕シャッタの走行位置と上記撮像面上の露光開始位置とのずれ量の最大値を△ｘｆｍａｘ、上記リセット部によるブロック毎の一括リセットの、最大ライン数となるブロックの上記走行方向の長さをＬｅｓｆｍａｘ、該メカニカル先幕シャッタの走行特性の最大劣化幅をＬｄｅｌａｙとしたときに、
   上記メカニカル先幕シャッタは、上記走行方向の長さＡが次の条件、
   Ａ≧２×△ｘｆｍａｘ＋Ｌｅｓｆｍａｘ＋Ｌｄｅｌａｙ
   を満たすように構成されたものであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。

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