JP4235660B2 - 画像処理装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子における電荷蓄積タイミングを制御する電子シャッタ機能と、遮光羽根にて撮像素子の受光面を遮光するメカニカルシャッタ機能とを併用した露光制御及び電荷蓄積制御技術に関する。

撮像素子としてプログレッシブスキャンタイプのＣＣＤ（以下、「ＰＳ‐ＣＣＤ」という。）を備えたデジタルカメラ等の撮像装置がある。撮像素子としてこのＰＳ‐ＣＣＤを用いれば、撮像装置は電荷を吐き捨ててから蓄積された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、この撮像素子から得られる画像データの露出状態を制御することができる。撮像素子としてＰＳ‐ＣＣＤを用いた場合、撮像装置はメカニカルシャッタが無くとも電荷の蓄積時間を調節することができるが、スミアの発生を抑えるためにメカニカルシャッタが備えられていることが好ましい。しかしながら、ＰＳ‐ＣＣＤの電荷の蓄積動作を終了させてからメカニカルシャッタによって遮光されるまでの短い時間の間にも、ＰＳ‐ＣＣＤには光束が到達するためスミアの発生を完全に防ぐことはできない。このスミアの発生を抑制するために様々な技術が提案されている。

これに対し、ＸＹアドレス型の撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤに比較してスミアの発生が無視できるほど小さいという長所を備えている。また、ＣＭＯＳイメージセンサは大判化の技術開発が進んでいるため、高画質の画像データを得やすい大型の撮像素子が必要とされる一眼レフレックスタイプのデジタルカメラに用いられる場合が多い。

しかしながらＸＹアドレス型であるＣＭＯＳイメージセンサは、所謂ローリングシャッタと呼ばれる、行毎に異なるタイミングで電荷の蓄積を行っている。現状のローリングシャッタでは、全ての画素の電荷を同時にリセットしたり、蓄積動作を同時に終了させる（蓄積された電荷の読み出しを同時に行う）ことができない。また、ローリングシャッタでは、走査画面の最初の行と最後の行とで蓄積期間が１フレーム近くずれてしまうため、動く被写体を静止画として撮像するには適していない。そのため、ＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像装置では、露光時間を制御するためのメカニカルシャッタが多く用いられている。

ＣＭＯＳイメージセンサの電荷蓄積開始のための各行における電荷リセット動作は、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、電荷の蓄積時間分だけ先駆けて行われることになる。なお、この電荷リセット動作の速度は、蓄積された電荷の読み出し動作の走査速度と異ならせることもできる。

これを利用して、特許文献１には以下のような構成が開示されている。先ず、メカニカルシャッタの走行曲線にあわせて１行ずつＣＭＯＳイメージセンサの電荷リセット動作を行って電荷蓄積を開始し、所定時間後にメカニカルシャッタで遮光し、その後に蓄積電荷の信号レベルの読み出し動作を１行ずつ行う。なお、メカニカルシャッタの走行曲線とは、メカニカルシャッタの走行特性を示す曲線であり、時間に対する遮光羽根の先端位置を示すものである。電荷リセット動作からメカニカルシャッタの走行開始までの間隔を調整することで、露出制御を行うことができる。

このように、電荷リセット動作をメカニカルシャッタの走行曲線にあわせて１行ずつ行うため、走査画面の最初の行と最後の行との蓄積時間のずれは、先幕と後幕を備えたメカニカルシャッタを用いた場合と同程度にまで改善することができる。以下、先幕である遮光羽根を「先羽根」、後幕である遮光羽根を「後羽根」と呼ぶ。

この構成によれば、ＣＭＯＳイメージセンサを用いているために動画撮像時のスミアを抑制することができるとともに、高速シャッタが可能となり、ＣＭＯＳイメージセンサにより動く被写体の静止画撮像を行うことが可能となる。

しかしながら、メカニカルシャッタの先羽根および後羽根は一般にバネによって駆動され、走行開始位置での保持には電磁石による吸着力が用いられていることが多い。このため、メカニカルシャッタの走行曲線は常に一定とはならない。この走行曲線は、撮像装置の姿勢、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、経時変化などの複数の影響によって変化する。

そのため、電荷リセット動作をメカニカルシャッタの走行に対応した適正なタイミングで行うには、メカニカルシャッタの走行曲線を検出する検出系と、その検出結果に応じて電荷リセット動作のタイミングを制御するフィードバック系を設ける必要がある。そこで、特許文献２には複数のフォトインタラプタを先羽根の走行方向に並べて配置し、先羽根を走行させてフォトインタラプタの出力より先羽根の走行曲線を検出する構成が開示されている。

また、メカニカルシャッタの走行曲線を検出する別の方法として、特許文献３に記載されている方法が提案されている。この方法では、先ず、撮像素子の電荷リセット動作を行い、所定時間経過後に電荷読み出しを行って電荷信号を取得する。次に、再び撮像素子の電荷リセット動作を行い、同じ所定時間経過後にメカニカルシャッタを走行させて遮光してから、電荷読み出しを行う。これら２回の電荷読み出しにより得られた電荷量を比較し、その結果に基づいて走行曲線を検出する。

特開平１１‐４１５２３号公報 特開２００５‐１５９４１８号公報 特開２００２‐０６４７５２号公報

しかしながら、特許文献２の構成では、後羽根の走行曲線を事前に推定して電荷リセット動作のタイミングを制御することができるが、フォトインタラプタを設けた分だけシャッタの構成が大型化してしまう。また、撮像素子の近傍に光センサを配置すると、光センサでの光が撮像素子の受光面に入射してしまわないような構成を別途設ける必要もある。

一方、特許文献３の制御方法では、撮像素子の全画素の電荷読み出しに数百ｍｓ程度の時間を要するため、２回の電荷蓄積期間の間に被写体の状態変化による輝度変化があった場合に、電荷量の比較を正しく行うことができない。そのような場合には、メカニカルシャッタの正確な走行曲線を検出することができない。更に、通常の撮影動作の直前にメカニカルシャッタの走行曲線の検出を行おうとすると、実際の撮影時にシャッタが切れるまでの時間がかかり、シャッタタイムラグの大きい不便な撮像装置となってしまう。

また、メカニカルシャッタの走行曲線を検出するための撮像素子の電荷読み出しを全画素ではなく間引いて行うことで、走行曲線の検出に要する時間を短縮することができる。しかしながらその場合、電荷量のデータ間隔が広い場合には、正確な走行曲線を求めることができない。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、装置構成を増やすことなく、迅速且つより正確にメカニカルシャッタの走行特性を取得できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、入射する被写体光学像を電気的な画像信号に変換して出力する、複数画素からなるＸＹアドレス型の撮像手段と、前記撮像手段への露光開口を遮蔽するための遮光部材と、記憶手段とを有する撮像装置の本発明の制御方法は、前記撮像手段の予め設定された一部領域から出力された画像信号に基づいて前記遮光部材の走行特性を取得して、前記記憶手段に記憶する取得工程と、前記一部領域を前記遮光部材の走行方向の異なる位置に移動する移動工程と、前記移動工程で移動された異なる位置の一部領域から出力された画像信号に基づいて、前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を更新する更新工程とを有し、前記取得工程及び前記更新工程は、前記記憶手段に記憶された走行特性に基づいて前記撮像手段をリセット走査し、予め設定された露光時間後に前記遮光部材を走行させて前記撮像手段を遮光し、前記一部領域から画像信号を出力する第１の読み出し工程と、前記第１の読み出し工程に先だって、前記露光時間と同じ時間、前記一部領域の電荷蓄積を行って画像信号を出力する第２の読み出し工程と、前記第１及び第２の読み出し工程で出力された前記画像信号に基づいて、前記走行特性を示す特性データを取得して前記記憶手段に記憶する工程と、前記記憶手段に記憶されている特性データを用いて前記走行特性を取得する工程と有する。

また、本発明の撮像装置は、入射する被写体光学像を電気的な画像信号に変換して出力する、複数画素からなるＸＹアドレス型の撮像手段と、前記撮像手段への露光開口を遮蔽するための遮光部材と、記憶手段と、前記撮像手段の予め設定された一部領域から出力された画像信号に基づいて前記遮光部材の走行特性を取得して、前記記憶手段に記憶すると共に、前記一部領域を前記遮光部材の走行方向の異なる位置に移動制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記移動された異なる位置の一部領域から出力された画像信号に基づいて、前記記憶手段に記憶した前記遮光部材の走行特性を更新すると共に、前記走行特性の取得及び更新時に、前記記憶手段に記憶された走行特性に基づいて前記撮像手段をリセット走査させ、予め設定された露光時間後に前記遮光部材を走行させて前記撮像手段を遮光し、前記一部領域から画像信号を出力する第１の読み出し制御と、前記第１の読み出し制御に先だって、前記露光時間と同じ時間、前記一部領域の電荷蓄積を行わせて画像信号を出力する第２の読み出し制御と、前記第１及び第２の読み出し制御により出力された前記画像信号に基づいて、前記走行特性を示す特性データを取得して前記記憶手段に記憶する制御と、前記記憶手段に記憶されている特性データを用いて前記走行特性を取得する制御とを行う。
また、別の構成によれば、入射する被写体光学像を電気的な画像信号に変換して出力する、複数画素からなるＸＹアドレス型の撮像手段と、前記撮像手段への露光開口を遮蔽するための遮光部材と、前記遮光部材の走行特性を記憶する記憶手段とを有する撮像装置の本発明の制御方法であって、前記撮像手段の一部領域から出力された画像信号に基づいて前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を補正する補正工程と、前記一部領域を前記遮光部材の走行方向の異なる位置に変更させる制御工程とを有し、前記補正工程は、前記制御工程により位置の変更が行われる前の前記一部領域から出力された画像信号と前記制御工程により位置の変更が行われた後の前記一部領域から出力された画像信号とに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を補正する。
また、本発明の撮像装置は、入射する被写体光学像を電気的な画像信号に変換して出力する、複数画素からなるＸＹアドレス型の撮像手段と、前記撮像手段への露光開口を遮蔽するための遮光部材と、前記遮光部材の走行特性を記憶する記憶手段と、前記撮像手段の一部領域から出力された画像信号に基づいて前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を補正する補正手段と、前記一部領域を前記遮光部材の走行方向の異なる位置に変更させる制御手段とを有し、前記補正手段は、前記制御手段により位置の変更が行われる前の前記一部領域から出力された画像信号と前記制御手段により位置の変更が行われた後の前記一部領域から出力された画像信号とに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を補正する。

本発明によれば、装置構成を増やすことなく、迅速且つより正確にメカニカルシャッタの走行特性を取得することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態にかかる撮像システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる撮像システムは、撮像装置であるカメラ本体１００と、カメラ本体１００に装着される交換レンズ装置２００とを有している。なお、交換レンズ装置２００をカメラ本体１００に着脱可能な構成とせず、カメラ本体１００と一体的に構成しても構わない。

まず、交換レンズ装置２００内の構成について説明する。２０１は撮像レンズであり、光軸Ｌ方向に移動可能となっている。なお、図１では撮像レンズ２０１として図の簡略化のために１つのレンズだけを示しているが、実際には複数のレンズからなるレンズ群で構成されている。

２０２はレンズＣＰＵ、２０３はレンズ駆動回路であり、レンズＣＰＵ２０２はレンズ駆動回路２０３を介して撮像レンズ２０１の位置を制御する。また、レンズＣＰＵ２０２は交換レンズ装置２００側の通信接点２０４およびカメラ本体１００側の通信接点１１３を介して、カメラ本体１００内のカメラＣＰＵ１０１と通信を行う。

次に、カメラ本体１００内の構成について説明する。１０１はカメラＣＰＵ、１０２はミラー部材、１０３はファインダ光学系である。１０４はＸＹアドレス型の撮像素子であり、本実施の形態では、一例としてＣＭＯＳイメージセンサとする。１０５はメカニカルシャッタ装置であるフォーカルプレーンシャッタである。ミラー部材１０２は撮像レンズ２０１を通過した被写体像である光束を反射させてファインダ光学系１０３に導くためのものである。このミラー部材１０２は図１に示すように光路上に存在し、光束をファインダ光学系１０３に導くための位置と、光路上から退避し、光束を撮像素子１０４に導くための位置とで切り替わる。ユーザーがファインダ光学系１０３を覗いて被写体の様子をモニタする場合は、ミラー部材１０２は図１に示すように光路上に位置する。一方、画像を撮像する場合、もしくは、ユーザーが後述する映像表示回路１１０に表示された被写体の動画像を観察することにより被写体の様子をモニタする場合は、ミラー部材１０２は図１の上方に跳ね上がって光路から退避する。

撮像素子１０４の被写体側にはシャッタ装置１０５が配置されており、シャッタ装置１０５の遮光羽根を光路から退避させることで、光束が撮像素子１０４に到達する。本実施の形態では、後述するようにシャッタ装置１０５は後羽根のみを有し、撮像素子１０４の電荷リセット走査と後羽根の走行を制御することにより露光時間を制御することができる。なお、本発明はこれに限るものではなく、シャッタ装置１０５が先羽根と後羽根を両方有するように構成しても勿論構わない。先羽根を有する場合、静止画撮像時は、先ず先羽根を開いて光路を開放してから撮像素子１０４の電荷リセット動作を行い、所定露光時間経過後に後羽根を閉じて光路を閉鎖することで露光時間を制御する。また、ユーザーが後述する映像表示回路１１０に表示された被写体の動画像を観察することにより被写体の様子をモニタする場合は、シャッタ装置１０５の遮光羽根は光路から退避させる。

１０６はシャッタ駆動回路であり、シャッタ装置１０５の駆動を制御する。１０７はパルス発生回路、１０８は垂直駆動変調回路である。パルス発生回路１０７は撮像素子１０４に走査クロック信号や制御パルスを供給する。また、パルス発生回路１０７で発生した走査クロック信号の内、水平走査用のクロック信号（ＨＣＬＫ）は直接撮像素子１０４に入力される。また、垂直走査用のクロック信号（ＶＣＬＫ）は垂直駆動変調回路１０８によってクロック周波数が所定の周波数に変調されてから撮像素子１０４に入力される。また、パルス発生回路１０７は、信号処理回路１０９にもクロック信号を出力する。

１０９は信号処理回路であり、撮像素子１０４から読み出された信号に対して公知のアナログ信号処理、デジタル信号処理を施すことにより画像データを生成する。１１０はＬＣＤ等の映像表示回路であり、信号処理回路１０９にて生成された表示用画像データを用いて所定周期で撮影された画像の表示を順次行うことにより、ＥＶＦ（エレクトリックビューファインダ）機能を実現する。１１１は画像記録回路であり、信号処理回路１０９にて生成された記録用画像データをカメラ本体１００の内部メモリ、あるいは、カメラ本体１００に着脱可能な記録媒体に記録する。

１１２はスイッチユニットであり、撮像条件を設定するために操作されるスイッチや、撮像準備動作および撮像動作を開始させるために操作されるスイッチを含む。

次に本実施の形態におけるＸＹアドレス型の撮像素子１０４の構成および動作について説明する。まず、撮像素子１０４の構成について図２を参照して説明する。

図２において、１は光電変換を行うフォトダイオード（ＰＤ）で、光電変換によって入射光を電荷に変換することで、露光量に応じた電荷を蓄積する。２はＰＤ１から電荷を転送する転送スイッチ、３はＰＤ１で発生した電荷を一時的に蓄積するフローティングデフュージョン部（ＦＤ）である。４はＦＤ３にリセット電位を供給するリセットスイッチで、ＰＤ１の蓄積電荷やＦＤ３の電荷をリセットするために使用する。５はＦＤ３の電位をゲート入力とし、電荷量を電圧量に変換する画素アンプ、６は画素アンプを選択する選択スイッチである。

７は負荷電流源、８は選択行の出力を伝える垂直出力線、９ａは選択行の信号レベルを転送するための信号レベル転送スイッチ、９ｂは選択行のリセットレベルを転送するためのリセットレベル転送スイッチである。ＣＴＳは信号レベルを保持するための信号レベル保持容量、ＣＴＮはリセットレベルを保持するためのリセットレベル保持容量である。１０ａ、１０ｂは容量ＣＴＳ、ＣＴＮに保持された信号レベルとリセットレベルを各列毎に順に共通出力線１３へ転送するための転送スイッチである。１１は転送スイッチ１０ａ、１０ｂの組を各列毎に順にＯＮ制御する水平シフトレジスタ、１２は行を選択する垂直シフトレジスタである。１４は共通出力線１３に転送された信号レベルとリセットレベルの差分信号を増幅して出力する差動アンプである。

なお、図２では、説明を分かり易くするために４×４画素の１６画素のみを示しているが、通常の固体撮像装置の多くは、数十万から数百万（例えば、２０００行×３０００列）の非常に多くの画素により構成されている。

次に、上記構成を有する撮像素子１０４を、シャッタ装置１０５を用いずに、従来の所謂ローリングシャッタ駆動した場合の制御について、図２及び図３を参照しながら説明する。

まず、１行目に接続された画素の電荷蓄積及び読み出し動作について説明する。電荷蓄積を開始する前に、１行目のφＲＥＳ１及びφＴＸ１をハイにしてリセットスイッチ４及び転送スイッチ２をＯＮにして、ＰＤ１およびＦＤ３のリセット動作を行う。その後、φＲＥＳ１及びφＴＸ１をローにしてリセットスイッチ４及び転送スイッチ２をＯＦＦにすると、ＰＤ１において電荷蓄積が開始される。

次に、電荷蓄積時間の終了に先だって、φＲＥＳ１をハイにしてリセットスイッチ４をＯＮにしてＦＤ３のリセット動作を行い、続けてφＳＥＬ１をハイにして選択スイッチ６をＯＮ状態にすることで、このときの信号を垂直出力線８に読み出す。この時、同時にφＴＮをハイにすることで、垂直出力線８に読み出された信号がリセットノイズレベルとして、リセットレベル転送スイッチ９ｂを介して容量ＣＴＮに記憶される。

そして、所定の電荷蓄積時間が経過すると、φＴＸ１をハイにして転送スイッチ２をＯＮにして、ＰＤ１に蓄積されている電荷をＦＤ３に転送する。そして、蓄積された電荷を読み出すまでの待機時間が経過した後、φＳＥＬ１をハイにして選択スイッチ６をＯＮ状態にすることで、蓄積電荷に対応した出力が垂直出力線８に読み出される。この時、同時にφＴＳをハイにすることで、垂直出力線８に読み出された信号が信号レベルとして、信号レベル転送スイッチ９ａを介して容量ＣＴＳに記憶される。

上述した動作によって、容量ＣＴＳ、ＣＴＮにはそれぞれ１行目の信号レベル及びリセットノイズレベルが記憶される。この状態で読み出しスイッチ１５ａ、１５ｂを行毎に順にＯＮし、差動アンプ１５に転送することで、ノイズを排除した電荷信号を得ることができる。

上述した１行目の電荷蓄積及び読み出し動作を２行目以降についても同様に行うが、その際に、少なくとも容量ＣＴＳ、ＣＴＮに転送された１行分の信号の読み出しが終了する時間をおいて、次の行のリセット動作を開始する。

図３（ｂ）は、ローリングシャッタ駆動による１画面分の行の電荷リセット走査タイミングと電荷読み出し走査タイミングを示す概念図であり、Ｔｉｎｔは電荷蓄積時間を示している。図３（ｂ）から分かるように、１行目の電荷蓄積タイミングと最終行の電荷蓄積タイミングは同時ではなく、大きくずれている。

なお、撮像レンズ２０１を介して撮像素子１０４の撮像面で結像した被写体像は上下が反転するため、最下行を１行目、最上行を最終行となるように読み出し制御すると良い。

次に図４を参照して、本実施の形態にかかるシャッタ装置１０５の構成について説明する。

図４において、５０はシャッタ開口を有するシャッタ地板、５０ａはシャッタ開口である。４０は後羽根スリット形成羽根、４０ａは後羽根スリット形成端、４１〜４３は後羽根覆い羽根で、順に４１は第１の後羽根、４２は第２の後羽根、４３は第３の後羽根と呼ぶ。なお、本実施の形態においては、後羽根スリット形成羽根４０から後羽根覆い羽根４１〜４３をまとめて後羽根と呼ぶ。４４は後羽根用の第１のアームで、シャッタ地板５０に設けられた軸５１ｆの周りに回転自在に枢着され、第１のアーム４４の先端側に設けたカシメダボ４６ａで後羽根スリット形成羽根４０を第１のアーム４４に対して回転自在に支持する。また、４４ａは後羽根にばね力等の駆動力を伝達する後羽根駆動部材の駆動ピンを嵌入させる穴であり、この穴４４ａを介して軸５１ｆと同軸に回転軸を設けられた後羽根駆動部材から動力を伝えられる。

４５は後羽根用の第２のアームで、シャッタ地板５０に設けられた軸５１ｇの周りに回転自在に枢着され、第２のアーム４５の先端側に設けたカシメダボ４７ａで後羽根スリット形成羽根４０をアーム５５に対して回転自在に支持する。このようにして後羽根スリット形成羽根４０と後羽根用の第１のアーム４４と第２のアーム４５とにより平行リンクを形成する。同様に、第１の後羽根４１、第２の後羽根４２、第３の後羽根４３は、第１のアーム４４と第２のアーム４５の中間部にそれぞれのカシメダボ４６ｂと４７ｂ、４６ｃと４７ｃ、４６ｄと４７ｄで回転自在に支持され、平行リンクを形成する。以上により後羽根（機能を示す名称として、「後幕」とも呼ぶ。）が構成される。このように、本実施の形態のシャッタ装置１０５は、４０〜４７の部材により構成される後羽根のみを有している。

次に、図５乃至図９を参照して、本実施の形態の特徴である後羽根の走行曲線の検出方法について説明する。

図５は、撮像素子１０４およびシャッタ装置１０５の後羽根を光軸方向の被写体側から見た場合の位置関係を示す概略図である。

矢印２０は、リセット走査および読み出し走査の走査方向と、後羽根の走行方向を示す。２１は撮像素子１０４の撮像面である。２２は上述した後羽根スリット形成羽根４０及び後羽根覆い羽根４１〜４３からなる後羽根であり、図５では撮像面２１を遮光する前の待機状態を示している。後羽根２２の先端２４は、撮像素子１０４に配列されている画素の各行と略平行になるように形成されている。２１ａ、２１ｂは撮像面２１の内、後述する後羽根の走行検知に使用する画素１行分の領域をそれぞれ示しており、走行検知部と呼ぶ。この走行検知部２１ａ、２１ｂは後羽根の走行方向に離れた位置（隣接しない位置）に設定される。

図６は、本実施の形態における撮像システムにおいて、後羽根の走行曲線を検知する処理を示すフローチャートである。なお、この動作は、スイッチユニット１１２をユーザーが操作することにより、後羽根の走行曲線の検知が指示された場合などに行われる。また、カメラＣＰＵ１０１が各処理に必要な構成を制御することにより実行される。

先ずステップＳ２１において、カメラＣＰＵ１０１はミラー部材１０２を跳ね上げて光路から退避させると共に、後羽根２２を図５に示す状態にして、撮像素子１０４の撮像面２１に被写体の光束を導入する。次に、ステップＳ２２でカメラＣＰＵ１０１は撮像面２１の走行検知部２１ａ、２１ｂを順にリセットし、所定の電荷蓄積時間Ｔｃ経過後、ステップＳ２３で走行検知部２１ａ、２１ｂに蓄積された電荷を読み出す。このステップＳ２２〜Ｓ２３の露光動作を「露光動作１」とする。

この露光動作１では撮像面２１の全画素の蓄積電荷を読み出すのではないので、非常に短時間で実行することが可能である。例えばアスペクト比３：２の６００万画素の撮像素子を想定した場合、画素は縦方向に２０００行並んでいるので、全画素の電荷蓄積情報を読み出す場合に要する時間は１００ｍｓ〜２００ｍｓである。これに対し、本実施の形態によれば、２行分の読み出しを行うだけなので、全画素を読み出す場合の１／１０００である、僅か０．１ｍｓ〜０．２ｍｓしか読み出しに時間を要しない。

従って、電荷蓄積期間Ｔｃを例えば１／１０００秒（１ｍｓ）に設定した場合、露光動作１に要する時間は合計で２ｍｓ以内という、非常に短時間で露光動作１を完了することができる。

次に、露光動作１の完了後、ステップＳ２４で、カメラ本体１００内の不図示の内部メモリに記憶されている後羽根の走行曲線に合わせるように、各行のリセット走査を行う。そして、ステップＳ２５において所定の露光時間Ｔｅ経過後、後羽根２２を走行させて撮像面２１を遮光する。ここで、露光時間Ｔｅは、露光動作１における電荷蓄積時間Ｔｃと同じ長さにする。後羽根２２の走行が完了すると、ステップＳ２６において走行検知部２１ａ、２１ｂの電荷の読み出しを行う。このステップＳ２４〜Ｓ２６の露光動作を「露光動作２」とする。走行検知部２１ａ、２１ｂ電荷の読み出しが完了すると、ステップＳ２７において、通常撮像動作または次の後羽根２２の走行曲線検知動作に入るために後羽根２２のチャージを行い、後羽根２２を図５に示す走行開始位置に戻す。

ここで、露光時間Ｔｅが電荷蓄積時間Ｔｃと同じ１／１０００秒（１ｍｓ）に設定されている場合、後羽根２２が走行開始してから走行完了するまでの時間は通常４ｍｓ程度であるので、露光動作２は５ｍｓ程度で完了することができる。

このように、露光動作１と露光動作２を連続で行っても走行曲線の検知に要する時間は僅かであるため、露光動作１と露光動作２の時間差を無視することができる。従って、露光動作１と露光動作２間の、走行検知部２１ａ、２１ｂにおける被写体の状態変化、つまり輝度変化による電荷蓄積量の差も無視することができる。

露光動作１と露光動作２の終了後、ステップＳ２８において、上述した露光動作１及び露光動作２で取得した走行検知部２１ａ、２１ｂの電荷量に基づいて、後羽根２２の走行曲線の補正処理を行う。この補正処理については、図８〜図９を参照して詳細に後述する。走行曲線の補正処理が終了すると、走行曲線の検知処理を終了する。

次に、図７〜図１０を参照して、ステップＳ２８で行われる、本実施の形態における後羽根の走行曲線の補正処理について説明する。

図７は、走行曲線の補正処理を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ３１において、上述したようにして露光動作１及び露光動作２で求めた走行検知部２１ａ、２１ｂの電荷量に基づいて、走行曲線の補正が必要であるかどうかを判断する。ここで、図８を参照してこの判断動作について説明する。

図８は、露光動作１及び露光動作２における電荷リセット、電荷読み出し、後羽根走行の動作、及び蓄積された電荷を示す概略図である。図８において、縦軸ｖは撮像面２１の垂直方向における位置を示し、横軸ｔは時間を示している。

図８に示すように、露光動作１における走行検知部２１ａ、２１ｂの電荷蓄積時間Ｔｃは、パルス制御により等しくすることが可能である。この露光動作１で得られる走行検知部２１ａ、２１ｂの電荷量の合計を、それぞれＱａ、Ｑｂとする。

また、７１はステップＳ２４の露光動作２における電荷リセット走査の走査曲線、７２はステップＳ２５の後羽根２２の走行曲線を示す。この露光動作２で得られる走行検知部２１ａ、２１ｂの電荷量をｑａ，ｑｂとする。

上述したように、露光動作１と露光動作２における被写体の状態変化、つまり輝度変化は無視できる。そのため、電荷量Ｑａとｑａ、電荷量Ｑｂとｑｂの比は、走行検知部２１ａ、２１ｂそれぞれにおける露光動作１の電荷蓄積時間と露光動作２の露光時間との比となる。露光動作２における走行検知部２１ａの実際の露光時間をｔａとすると、
ｔａ＝Ｔｃ＊ｑａ／Ｑａ …（１）

と表すことができる。
同様に、露光動作２における走行検知部２１ｂの露光時間をｔｂとすると、
ｔｂ＝Ｔｃ＊ｑｂ／Ｑｂ …（２）

と表すことができる。
このようにして求めた露光動作２における露光時間ｔａ、ｔｂと、露光動作１における電荷蓄積時間Ｔｃの差（ｔａ‐Ｔｃ）及び（ｔｂ‐Ｔｃ）が、正しい後羽根の走行曲線と、露光動作２でリセット走査で用いた走行曲線とのずれ時間を表すことになる。上記式（１）、（２）から、（ｔａ‐Ｔｃ）及び（ｔｂ‐Ｔｃ）は以下の式（３）、（４）により表すことができる。

（ｔａ‐Ｔｃ）＝Ｔｃ＊（ｑａ‐Ｑａ）／Ｑａ …（３）
（ｔｂ‐Ｔｃ）＝Ｔｃ＊（ｑｂ‐Ｑｂ）／Ｑｂ …（４）。
式（３）、（４）から分かるように、２つの露光動作１、２による電荷蓄積量に差が無ければ（Ｑａ＝ｑａ、Ｑｂ＝ｑｂ）、露光時間ｔａ、ｔｂは電荷蓄積時間Ｔｃと等しくなり、０になる。この場合、リセット走査に用いた走行曲線が正確なものであって、補正する必要は無い。

逆に、２つの露光動作１、２による電荷蓄積量に差が生じていれば（Ｑａ≠ｑａ、Ｑｂ≠ｑｂ）、露光時間ｔａ、ｔｂは電荷蓄積時間Ｔｃと異なっており、０にならない。従って、少なくとも一方が０にならない場合、電荷リセット走査に用いた走行曲線が実際の走行曲線と一致しておらず、補正する必要があることになる。

上記判断により、走行曲線の補正が必要である場合（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ステップＳ３２に進み、必要で無ければステップＳ３７に進む。

ステップＳ３２では、露出動作２において、後羽根２２の走行を開始してから走行検知部２１ａ、２１ｂを実際に後羽根２２の先端２４が通過した時刻を算出する。そして、算出した通過時刻ｔｉと、走行検知部２１ａ、２１ｂの撮像面２１内の垂直方向における位置ｖｉを関連づけて、カメラ本体１００内部の不図示のメモリに記憶する。ここで、通過時刻の算出方法について、図９を参照して説明する。

図９において、縦軸ｖは撮像面２１内の垂直方向における位置を示し、横軸ｔは時間を示す。ここで撮像面の最下端をｖ＝０、最上端をｖ＝ｖＥ、走行検知部２１ａ、２１ｂをそれぞれｖ＝ｖ１、ｖ＝ｖ２とする。また、露光動作２における電荷リセット走査の開始時刻をｔ＝０とする。また、３１０はカメラ本体１００内に予め設定されている後羽根の走行曲線、即ち、今回の露出動作２における電荷リセットの走査曲線を示している。

先ず、カメラ本体１００内に保持されている走行曲線３１０に基づいて、後羽根２２の走行検知部２１ａ、２１ｂの通過時刻Ｔ１、Ｔ２を求める。

次に、露光動作２において、後羽根２２が実際に走行検知部２１ａ、２１ｂを通過する通過時刻ｔ１、ｔ２を求める。ここでｔ１、ｔ２とＴ１、Ｔ２との差は、上述した露光時間ｔａ、ｔｂと電荷蓄積時間Ｔｃとの差に等しいため、式（３）、（４）を用いて求めることができる。すなわち、
ｔ１‐Ｔ１＝ｔａ‐Ｔｃ＝Ｔｃ＊（ｑａ‐Ｑａ）／Ｑａ

従って、
ｔ１＝Ｔ１＋Ｔｃ＊（ｑａ‐Ｑａ）／Ｑａ …（５）
となる。同様に、
ｔ２＝Ｔ２＋Ｔｃ＊（ｑｂ‐Ｑｂ）／Ｑｂ …（６）
となる。
このようにして求めたｔ１及びｔ２を、ｖ１及びｖ２に関連づけて（ｔｉ，ｖｉ）＝（ｔ１，ｖ１）及び（ｔ２，ｖ２）としてカメラ本体１００内部の不図示のメモリに記憶する（ステップＳ３２）。

次に、ステップＳ３３において、ステップＳ３２で記憶した（ｔｉ，ｖｉ）以外に、記憶されている（ｔｉ，ｖｉ）があるかどうかを判断する。記憶されていなければステップＳ３４に進み、されていればステップＳ３５に進む。

ステップＳ３４では、ステップＳ３２で求めた（ｔ１，ｖ１）及び（ｔ２，ｖ２）に基づいて、図９に示す走行曲線３００を近似により求める。この走行曲線３００は、例えば、以下のようにして求めることができる。先ず、予め実施した後羽根２２の走行試験測定により得られる後羽根２２の走行曲線データを撮像装置本体内メモリ（不図示）に記憶しておく。これを上述したようにして求めた（ｔ１，ｖ１）及び（ｔ２，ｖ２）に対応させることにより近似させる。上記の方法の他に、後羽根２２の走行シミュレーションによって算出された走行曲線を予め記憶しておき、（ｔ１，ｖ１）及び（ｔ２，ｖ２）により走行曲線を近似して求めてもよく、後羽根２２の走行曲線３００の取得方法は特に限られるものではない。

なお、ステップＳ３４で得られる走行曲線３００は、後羽根２２の走行検知部２１ａ、２１ｂが２箇所と少ないため、実際の走行曲線と異なる場合がある。これは、例えば、予めカメラ本体１００内のメモリに記憶された走行曲線データや、走行シミュレーションから得られた走行曲線と、実際の走行曲線の形状に変化が生じてしまった場合等に生じる。図９の曲線３０１は後羽根２２の実際の走行曲線の一例を示している。

ステップＳ３４で走行曲線３００を取得すると、この走行曲線３００をカメラ本体１００内のメモリに記憶してから（ステップＳ３６）、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、走行曲線の検知処理を継続するかどうかを判断するが、本実施の形態では、走行曲線の検知処理を継続することにより、近似により求めた走行曲線３００を実際の走行曲線３０１に近づけることができる。

走行曲線検知処理を継続する場合（ステップＳ３７でＹＥＳ）、走行検知部の撮像面２１における垂直方向の位置をシフトさせる（ステップＳ３８）。図１０は、シフト前の走行検知部２１ａ、２１ｂと、シフト後の走行検知部２１ｃ、２１ｄを示す概念図である。なお、図１０において、図５と同じ構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。このように、走行検知部の垂直方向の位置をシフトさせた後、図６のステップＳ２２に戻る。

走行検知部のシフト後、図６のステップＳ２２に戻って、上述した図７のステップＳ３２までの処理を繰り返す。その結果、補正が必要な場合には、ステップＳ３３の判断においてＹＥＳとなるため、ステップＳ３５に進む。なお、２回目以降の処理では、前回のルーチンで求め、カメラ本体１００内のメモリに記憶した走行曲線を使用して、ステップＳ２４のリセット走査を行う。

ステップＳ３５では、新たに求めた（ｔｉ，ｖｉ）と、カメラ本体１００内のメモリに記憶されている（ｔｉ，ｖｉ）に基づいて、走行曲線を補正する。ここで、新たに求めた（ｔｉ，ｖｉ）が図１０に示す走行検知部２１ｃ、２１ｄのものであるとして、求めた走行曲線を図１１に示す。ここでは、走行検知部２１ｃの通過時刻及び位置を（ｔ３，ｖ３）とし、走行検知部２１ｄの通過時刻及び位置を（ｔ４，ｖ４）とする。また、通過時刻ｔ３及びｔ４を求めるための、補正前の走行曲線３００から求められる走行検知部２１ｃ、２１ｄの通過時間はそれぞれＴ３、Ｔ４とする。Ｔ３及びＴ４は、走行曲線３００と走行検知部２１ｃ、２１ｄの位置から求めることができる。

ここでは、図１１に示すように、（ｔ１，ｖ１）、（ｔ２，ｖ２）、（ｔ３，ｖ３）、（ｔ４，ｖ４）をプロットし、これらの点を通過するように走行曲線を近似する。これにより、（ｔ１，ｖ１）、（ｔ２，ｖ２）のみに基づいて求めた走行曲線３００と比較して、実際の走行曲線３０１により近い走行曲線３０２を得ることができる。

ステップＳ３５で走行曲線３０２を取得すると、この走行曲線３０２をカメラ本体１００内のメモリに記憶してから（ステップＳ３６）、ステップＳ３７に進む。更に走行曲線検知処理を継続する場合、更に走行検知部の位置をシフトして、上述した処理を繰り返す。一方、走行曲線検知処理を終了する場合は、図６に戻って、一連の処理を終了する。走行曲線検知処理は、例えば、複数回続けてステップＳ３１における走行曲線の補正が不要であると判断された場合や、スイッチユニット１１２をユーザが操作することにより終了が指示された場合等に、終了する。あるいは、走行曲線検知処理中に、スイッチユニット１１２をユーザが操作することにより撮影動作を開始するための指示がされた場合に終了する。

このように、後羽根２２の走行曲線の検知動作を繰り替えす毎に撮像素子１０４の走行検知部の撮像面２１上の位置をシフトすることで、走行検知部の箇所を増やすのと同等の効果を得ることができ、より実際の走行曲線に近い曲線を得ることができる。これにより、シャッタ装置１０５を用いて静止画の撮影を行う場合に、画面の上下の露光時間のタイミング差を減らすと共に、露出むらを低減させた画像を使用者に提供することができる。

また、後羽根の走行曲線を撮像素子の出力を用いて検出するため、他の位置検出センサ等の検出部材を設ける必要が無く、撮像システムを大型化、あるいは、コストアップさせずに済む。

なお、上記実施の形態では、走行検知部はそれぞれ撮像素子の一行分の画素として説明したが、走行検知部として設定できるのはこれに限定されるものではない。例えば、撮像素子の同一行ではない一つ以上の画素を設定することで、更に走行検知に要する時間を短縮することも可能である。

また、上記実施の形態では、後羽根の走行曲線の１回の検知動作につき、走行検知部を２箇所設定しているが、３カ所以上の走行検知部を設定しても良い。走行検知部の数を増やしていくことで、得られる走行曲線をより実際の走行曲線に近づけることができるが、その場合、走行検知部からの電荷読み出しに掛かる時間があまり長くならないように設定するとよい。

逆に、後羽根の走行曲線の１回の検知動作につき設定する走行検知部を１箇所にし、後羽根を吸着保持している位置及び電磁石の保持力解除の信号を通過時刻として用いるようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、撮像素子１０４をＣＭＯＳイメージセンサとして説明を行ったが、撮像素子はＸＹアドレス型のものであればＣＭＯＳイメージセンサに限定されるものではない。

（変形例）
上記実施の形態によれば、露光動作１における走行検知部２１ａ及び２１ｂの蓄積電荷の読み出し動作に要する時間が２ｍｓ以内と、シャッタタイムラグに影響を及ぼさない程短時間で完了することができる。そのため、露光動作２を後羽根検知のみを目的とした動作としてではなく、通常の撮影として行うことも可能である。その場合は次のような手順で撮像素子１０４及びシャッタ装置１０５を駆動する。

先ず、ユーザーによってスイッチユニット１１２に含まれるレリーズスイッチＳＷが操作されると、図６のフローがスタートし、ステップＳ２１〜Ｓ２３では上述した露光動作１を行う。

次にステップＳ２４において、カメラ本体１００の不図示のメモリに記憶されている後羽根２２の走行曲線に合わせるよう電荷リセットを全画素に対して行う。そして、露光時間Ｔｅ（＝電荷蓄積時間Ｔｃ）経過後、ステップＳ２５において後羽根２２を走行して撮像面２１を遮光する。後羽根２２の走行が完了すると、ステップＳ２６において全画素の電荷の読出しを行い、蓄積電荷を読み出す。電荷の読出しが完了すると、ステップＳ２７において、通常撮像動作または次の後羽根走行検知動作に入るために後羽根２２のチャージを行い、後羽根２２を図５に示す走行開始位置に戻す。その後、ステップＳ２８に進んで、読み出した全ての電荷の内、走行検知部の電荷を抽出し、図７に示す走行曲線の補正処理を行う。

このように制御することで、通常の撮影を行う度に、走行曲線を補正することが可能になる。

本発明の実施の形態にかかる撮像システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかる撮像素子の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態にかかる撮像素子の電荷蓄積及び読み出し動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態にかかるシャッタ装置の構成図である 本発明の実施の形態にかかる撮像素子および後羽根を被写体側から見た場合の概略図である。 本発明の実施の形態にかかる後羽根の走行曲線の検知処理の全体動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態にかかる後羽根の走行曲線の補正処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態にかかる後羽根の走行曲線の検知処理における電荷リセット、電荷読み出し、後羽根走行の動作、及び蓄積された電荷を示す概略図である。 本発明の実施の形態にかかる後羽根の走行曲線の検知処理における走行曲線の補正方法を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる走行検知部の位置のシフトについて説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる後羽根の走行曲線の検知処理における走行曲線の補正方法を説明する図である。

符号の説明

２１ 撮像面
２１ａ 走行検知部
２１ｂ 走行検知部
２２ 後羽根
１０４ 撮像素子
１０５ シャッタ装置
１０６ シャッタ駆動回路

Claims (12)

1. 入射する被写体光学像を電気的な画像信号に変換して出力する、複数画素からなるＸＹアドレス型の撮像手段と、前記撮像手段への露光開口を遮蔽するための遮光部材と、記憶手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像手段の予め設定された一部領域から出力された画像信号に基づいて前記遮光部材の走行特性を取得して、前記記憶手段に記憶する取得工程と、
   前記一部領域を前記遮光部材の走行方向の異なる位置に移動する移動工程と、
   前記移動工程で移動された異なる位置の一部領域から出力された画像信号に基づいて、前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を更新する更新工程とを有し、
   前記取得工程及び前記更新工程は、
   前記記憶手段に記憶された走行特性に基づいて前記撮像手段をリセット走査し、予め設定された露光時間後に前記遮光部材を走行させて前記撮像手段を遮光し、前記一部領域から画像信号を出力する第１の読み出し工程と、
   前記第１の読み出し工程に先だって、前記露光時間と同じ時間、前記一部領域の電荷蓄積を行って画像信号を出力する第２の読み出し工程と、
   前記第１及び第２の読み出し工程で出力された前記画像信号に基づいて、前記走行特性を示す特性データを取得して前記記憶手段に記憶する工程と、
   前記記憶手段に記憶されている特性データを用いて前記走行特性を取得する工程と
   を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
2. 前記第１の読み出し工程では、前記撮像手段の全領域から画像信号を出力し、出力された全領域の画像信号から、前記一部領域の画像信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の制御方法。
3. 前記移動工程と前記更新工程とを繰り返し実行することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置の制御方法。
4. 前記一部領域とは、前記走行方向において隣接しない複数の領域を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
5. 入射する被写体光学像を電気的な画像信号に変換して出力する、複数画素からなるＸＹアドレス型の撮像手段と、
   前記撮像手段への露光開口を遮蔽するための遮光部材と、
   記憶手段と、
   前記撮像手段の予め設定された一部領域から出力された画像信号に基づいて前記遮光部材の走行特性を取得して、前記記憶手段に記憶すると共に、前記一部領域を前記遮光部材の走行方向の異なる位置に移動制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記移動された異なる位置の一部領域から出力された画像信号に基づいて、前記記憶手段に記憶した前記遮光部材の走行特性を更新すると共に、前記走行特性の取得及び更新時に、
   前記記憶手段に記憶された走行特性に基づいて前記撮像手段をリセット走査させ、予め設定された露光時間後に前記遮光部材を走行させて前記撮像手段を遮光し、前記一部領域から画像信号を出力する第１の読み出し制御と、
   前記第１の読み出し制御に先だって、前記露光時間と同じ時間、前記一部領域の電荷蓄積を行わせて画像信号を出力する第２の読み出し制御と、
   前記第１及び第２の読み出し制御により出力された前記画像信号に基づいて、前記走行特性を示す特性データを取得して前記記憶手段に記憶する制御と、
   前記記憶手段に記憶されている特性データを用いて前記走行特性を取得する制御とを行うことを特徴とする撮像装置。
6. 前記第１の読み出し制御では、前記撮像手段の全領域から画像信号を出力し、出力された全領域の画像信号から、前記一部領域の画像信号を取得することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記一部領域の移動と前記走行特性の更新とを繰り返し実行することを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
8. 前記一部領域とは、前記走行方向において隣接しない複数の領域を含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記遮光部材は、シャッタの後羽根であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の撮像装置。
10. 入射する被写体光学像を電気的な画像信号に変換して出力する、複数画素からなるＸＹアドレス型の撮像手段と、前記撮像手段への露光開口を遮蔽するための遮光部材と、前記遮光部材の走行特性を記憶する記憶手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
    前記撮像手段の一部領域から出力された画像信号に基づいて前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を補正する補正工程と、
    前記一部領域を前記遮光部材の走行方向の異なる位置に変更させる制御工程とを有し、
    前記補正工程は、前記制御工程により位置の変更が行われる前の前記一部領域から出力された画像信号と前記制御工程により位置の変更が行われた後の前記一部領域から出力された画像信号とに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を補正することを特徴とする撮像装置の制御方法。
11. 入射する被写体光学像を電気的な画像信号に変換して出力する、複数画素からなるＸＹアドレス型の撮像手段と、
    前記撮像手段への露光開口を遮蔽するための遮光部材と、
    前記遮光部材の走行特性を記憶する記憶手段と、
    前記撮像手段の一部領域から出力された画像信号に基づいて前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を補正する補正手段と、
    前記一部領域を前記遮光部材の走行方向の異なる位置に変更させる制御手段とを有し、
    前記補正手段は、前記制御手段により位置の変更が行われる前の前記一部領域から出力された画像信号と前記制御手段により位置の変更が行われた後の前記一部領域から出力された画像信号とに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記遮光部材の走行特性を補正することを特徴とする撮像装置。
12. 前記記憶手段は、記憶している前記遮光部材の走行特性が前記補正手段により補正された場合、補正された前記遮光部材の走行特性を記憶することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。

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