(57)【要約】【課題】画質劣化を抑制しつつ、ユーザが撮像開始操作を行った時点から撮像素子が露光を開始する時点までの時間を短縮可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置はフォーカスレンズ１８０とその駆動用モータ１８６を備える。撮像素子１８４は光電変換部と信号保持部を有する複数の画素部を備え、システム制御部１７８がタイミング発生部１８９を介して撮像素子１８４を制御する。フォーカスレンズ１８０が目標位置X０に向かって移動し、目標位置X０を基準とする所定範囲（X1からX2）に到達した後、フォーカスレンズ１８０が所定範囲内に位置するときに光電変換部で発生した信号電荷を信号保持部に転送し、フォーカスレンズ１８０が所定範囲外に位置するときに光電変換部で発生した信号電荷を排出する制御が行われる。撮影期間に光電変換部で発生した信号電荷を、信号保持部に複数回転送して蓄積することにより画像信号が生成される。【選択図】  図４
2020077914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部および信号保持部を有する画素部を備える撮像手段と、
焦点調節を行うレンズを光軸方向に移動させる駆動手段および前記撮像手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記レンズの目標位置を基準とする範囲を設定し、前記レンズが前記範囲内に位置するときに、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記信号保持部に転送し、前記レンズが前記範囲外に位置するときに前記信号電荷を排出し、撮影期間に前記光電変換部で発生した信号電荷を、複数回にわたって前記信号保持部に転送して蓄積することにより画像信号を生成する制御を行う
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記レンズが前記目標位置に向かって移動して前記範囲に到達した後で、前記レンズが前記範囲内に位置するときに前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記信号保持部に転送する制御と、前記レンズが前記範囲外に位置するときに前記信号電荷を排出する制御とを繰り返す
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記レンズが前記範囲内に位置するときに前記光電変換部での露光を開始して、発生した信号電荷を前記信号保持部に転送および蓄積するタイミングのデータと、前記レンズが前記範囲外に位置するときに前記信号電荷を排出するタイミングのデータを記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段から読み出したデータを用いて前記撮像手段の動作を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記レンズの位置を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段により検出された前記レンズの位置が前記範囲内であるときに前記光電変換部で発生した信号電荷を前記信号保持部に転送し、前記検出手段により検出された前記レンズの位置が前記範囲外であるときに前記信号電荷を排出する制御を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記レンズの位置を検出する検出手段と、
前記レンズの位置が前記範囲内であるときに前記光電変換部での露光を開始して、発生した信号電荷を前記信号保持部に転送および蓄積するタイミングのデータと、前記レンズが前記範囲外に位置するときに前記信号電荷を排出するタイミングのデータを記憶する記憶手段と、を備え、
前記制御手段は、前記検出手段により検出された前記レンズの位置が前記範囲に到達した後、前記記憶手段から読み出したデータを用いて前記撮像手段の動作を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記レンズの駆動速度および加速度のデータを記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段から取得した駆動速度および加速度のデータから、前記撮像手段における露光、蓄積、および排出の動作タイミングを決定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記光電変換部を間欠的に制御して分割露光を行う場合、設定された露光時間内で複数の分割露光時間を設定し、撮影画像にて隣接する行またはゾーンにおける分割露光時間での露光タイミングを変更する制御を行う
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記隣接する行またはゾーンごとに露光タイミングを異ならせる第１の制御と、隣接する行またはゾーンの露光タイミングを揃える第２の制御を行う
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記隣接する行またはゾーンごとに露光タイミングを異ならせる第１の制御と、隣接行ごとの露光タイミングの位相をずらす第２の制御を行う
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記第１の制御にて、前記隣接する行またはゾーンごとに露光タイミングの逆相制御を行う
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、複数の前記分割露光時間の合計である実露光時間と設定された露光時間との比の値が閾値より小さい場合、前記第１の制御を行い、前記比の値が閾値以上である場合、前記第２の制御を行う
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、設定された露光時間の開始および終了タイミングで設けられる第１の分割露光時間を、前記設定された露光時間の開始および終了タイミング以外で設けられる第２の分割露光時間よりも短く設定する
ことを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記第１の分割露光時間を前記第２の分割露光時間の半分に設定し、前記第１の分割露光時間の延長量を前記第２の分割露光時間の延長量の半分に設定する
ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
撮像手段の画素部が光電変換部および信号保持部を有する撮像装置にて実行される制御方法であって、
焦点調節を行うレンズを光軸方向に移動させる駆動手段を制御する第１の工程と、
前記撮像手段を制御する第２の工程と、を有し、
前記第１の工程では、前記レンズの目標位置を基準とする範囲が設定され、
前記第２の工程では、前記レンズが前記範囲内に位置するときに、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記信号保持部に転送し、前記レンズが前記範囲外に位置するときに前記信号電荷を排出する制御が行われ、撮影期間に前記光電変換部で発生した信号電荷を、複数回にわたって前記信号保持部に転送して蓄積することにより画像信号を生成する制御が行われる
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、停止の際に振動するフォーカスレンズの位置と所定範囲との関係に基づく撮像素子の露光制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置のオートフォーカス（以下、ＡＦともいう）制御では、焦点状態の検出後にフォーカスレンズを移動させて目標位置で停止させる処理が行われる。フォーカスレンズは停止時の慣性力により光軸方向に振動する。フォーカスレンズが目標位置に到達して、駆動用モータが停止した直後から露光を開始した場合、振動によってフォーカスレンズが所定範囲を超えて目標位置から変位する可能性がある。所定範囲とは画質を保証するために決められた範囲であり、当該範囲を超えるフォーカスレンズの変位は、画質低下を招く原因となる。
【０００３】
駆動用モータの停止時点から、フォーカスレンズの振動による変位が所定範囲内に収束する時点までの整定時間を実験的に求めておき、整定時間の経過後に露光を開始することで画質低下を防止する方法がある。しかし、整定時間を設けることは、ユーザが撮像開始を意図してレリーズボタンを押下した時点から実際に撮像素子の露光が開始する時点までにかかる時間（以下、レリーズタイムラグという）を短縮する上で妨げとなる。
【０００４】
特許文献１に開示の装置は一定間隔の連続撮影を行い、撮影画像のうち像振れ量が所定範囲内であるかどうかを判定し、像振れ量が所定範囲内であると判定された画像のデータのみを記憶して合成する。これによって、画質低下の防止とレリーズタイムラグの低減とを両立させることができる。特許文献２に開示のシステムは、光電変換部により変換された電荷を信号保持部に複数回転送し、転送された電荷をまとめて蓄積するので、露光時間、露光量、露光タイミング等の条件を高速かつ自在に変更可能である。フォーカスレンズが所定範囲内に位置する場合とそうでない場合とが切り替わるタイミングで、信号電荷を信号保持部に転送するか、または排出するかを高速で切り替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１０１８６２号公報
【特許文献２】特開２０１３−０３４２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フォーカスレンズの振動周期は数ミリ秒程度であり、フォーカスレンズの変位が１回の振動の間に所定範囲内の位置にある時間はそれより短い。さらにフォーカスレンズの振動が減衰してその変位が所定範囲内に収束するまでに十数ミリ秒程度必要である。
【０００７】
特許文献１に開示の方法では、連続撮影で得た複数枚の画像を読み出し、その画像の解析と選別を行って記憶する必要がある。画像の読み出しと解析と選別には、１枚当たり数十ミリ秒程度が必要となる。レリーズタイムラグは短縮可能であるが、所望の画像を得るために必要な枚数の画像を取り込み、全撮影を終了するまでの時間が長くなるという別の課題が発生する。
【０００８】
一方、特許文献２に開示の方法では、数ミリ秒程度のフォーカスレンズの振動周期に対して十分速く信号電荷の蓄積と排出を切り替えることができる。しかし信号電荷を信号保持部に蓄積する期間に画像データを読み出すことができないので、撮影画像からは像振れ量が所定範囲内かどうかを判定することができない。
本発明の目的は、画質低下を抑制しつつ、レリーズタイムラグの短縮が可能な撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の装置は、光電変換部および信号保持部を有する画素部を備える撮像手段と、焦点調節を行うレンズを光軸方向に移動させる駆動手段および前記撮像手段を制御する制御手段と、を備える。前記制御手段は、前記レンズの目標位置を基準とする範囲を設定し、前記レンズが前記範囲内に位置するときに、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記信号保持部に転送し、前記レンズが前記範囲外に位置するときに前記信号電荷を排出し、撮影期間に前記光電変換部で発生した信号電荷を、複数回にわたって前記信号保持部に転送して蓄積することにより画像信号を生成する制御を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、画質低下を抑制しつつ、レリーズタイムラグの短縮が可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の外観の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図４】フォーカスレンズと撮像素子の動作を示す説明図である。
【図５】第１実施形態における撮像装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】比較例のフォーカスレンズと撮像素子の動作を示す説明図である。
【図７】第２実施形態に係る撮像装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】第３実施形態に係る撮像装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】第４から第６実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略図である。
【図１０】撮像素子内の１画素部の回路図（Ａ）とタイミングチャート（Ｂ）である。
【図１１】第４実施形態における露光状態の説明図である。
【図１２】第４実施形態における露光状態の別例を示す説明図である。
【図１３】第４実施形態における露光制御を説明する図である。
【図１４】第４実施形態における露光タイミングを説明する図である。
【図１５】第４実施形態における露光制御のフローチャートである。
【図１６】第５実施形態における露光状態の説明図である。
【図１７】第５実施形態における露光状態の別例を示す説明図である。
【図１８】第５実施形態における露光状態の問題点を説明する図である。
【図１９】第５実施形態における露光制御での解決策を説明する図である。
【図２０】第５実施形態における露光制御のフローチャートである。
【図２１】第６実施形態における露光状態の説明図である。
【図２２】第６実施形態における露光タイミングを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明は、例えば撮影時間の短縮が求められる分割露光制御が可能な撮像素子を備える撮像装置において、撮像素子の制御に利用可能である。なお、分割露光では、設定されたシャッタ速度に対応する露光時間内に複数回にわたり短い秒時の露光が間欠的に繰り返され、取得された画像を合成して１枚の画像を生成することができる。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は本実施形態に係る撮像装置の一例としてデジタルスチルモーションカメラを示す外観図である。図１（Ａ）は撮像装置の正面図であり、図１（Ｂ）は撮像装置の背面図である。以下、被写体側を前側と定義して各部の位置関係を説明する。
【００１４】
撮像装置本体部（以下、単に本体部という）１５１は、その内部に撮像素子やシャッタ装置を収納する。撮像光学系１５２はレンズや絞り等の光学部材を備える。可動式の表示部１５３は本体部１５１の背面に設けられ、撮影情報や映像を表示する。表示部１５３はダイナミックレンジの広い映像について、その輝度範囲を抑制することなく表示可能な表示輝度範囲を有する。
【００１５】
操作スイッチ（以下、スイッチSTと記す）１５４は、主に静止画の撮影を行うためにユーザが使用する。スイッチST１５４は本体部１５１の上面に配置されている。操作スイッチ（以下、スイッチMVと記す）１５５は動画撮影の開始および停止に用いるスイッチである。モード選択レバ−１５６は撮影モードを選択するための操作部材である。メニュー釦１５７は撮像装置の機能設定を行う機能設定モードへ移行するための操作部材である。スイッチ１５８および１５９はそれぞれ、各種の設定値を変更するためのアップスイッチとダウンスイッチである。ダイヤル１６０は各種の設定値を変更するための操作部材である。再生ボタン１６１は、記録映像を表示部１５３の画面上で再生する再生モードへ移行するための操作部材である。記録映像のデータは本体部１５１内に収納された後述の記録媒体に記録されている。符号１５５から１６１を付して示す操作部材は本体部１５１の背面に配置されている。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を例示するブロック図である。撮像光学系１５２を構成するフォーカスレンズ１８０は焦点調節用のレンズである。図２には撮像光学系１５２の光軸１８５を示す。フォーカスレンズ１８０はモータ１８６によって光軸方向に駆動される。絞り１８１は撮像光学系１５２を通過する光の量を調節する光学部材であり、絞り制御部１８２により制御される。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。
【００１７】
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光電変換して映像信号を出力する。撮像素子１８４は所定の規格、例えばUltra High Definition Television規格を満たすのに十分な画素数、信号読み出し速度、色域、ダイナミックレンジを有する。
【００１８】
デジタル信号処理部１８８は、撮像素子１８４から出力された信号を取得し、デジタル映像データに各種の補正を行った後でデータ圧縮処理を行い、システム制御部１７８へ出力する。タイミング発生部１８９は、システム制御部１７８からの制御指令にしたがって撮像素子１８４とデジタル信号処理部１８８に対して各種のタイミング信号を出力する。
【００１９】
システム制御部１７８はＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、各種演算を行うとともに撮像装置全体を制御する。例えばシステム制御部１７８はタイミング発生部１８９を制御し、タイミング発生部１８９により発生されるパルスにしたがって撮像素子１８４の制御が行われる。また、システム制御部１７８はモータ１８６、絞り制御部１８２により、焦点調節の制御、絞り１８２の駆動制御を行う。
【００２０】
スイッチ入力部１７９はユーザの操作を受け付けて操作指示信号をシステム制御部１７８へ出力する。スイッチ入力部１７９はスイッチST１５４およびスイッチMV１５５と、各種モードの切り替えを行うスイッチやタッチパネル等の入力操作用デバイスを備える。メモリ１９０はシステム制御部１７８の制御指令にしたがって映像データ等を一時的に記憶するための記憶部である。
【００２１】
システム制御部１７８には各種のインターフェース（以下、Ｉ／Ｆと略記する）部が接続されている。表示Ｉ／Ｆ部１９１は表示部１５３に表示用データを出力する。表示部１５３は液晶ディスプレイ等の表示用デバイスを備え、撮影後の映像等を画面表示する。記録Ｉ／Ｆ部１９２は記録媒体１９３に対するデータの記録と読み出しを行う。記録媒体１９３は、例えば本体部１５１に着脱可能な半導体メモリ等であり、映像データや付加データ等を記録する。プリントＩ／Ｆ部１９４はプリンタ１９５へ印刷用データ（例えば、撮影後の映像に対応するデータ）を出力する。プリンタ１９５は、例えば小型インクジェットプリンタである。外部Ｉ／Ｆ部１９６はコンピュータ等の外部機器１９７との間で通信処理を行う。無線Ｉ／Ｆ部１９８は、インターネット等のコンピュータネットワーク１９９を介した通信処理を行う。フォーカスレンズ１８０の位置検出部１８７については後述の実施形態で説明する。
【００２２】
次に、撮像素子１８４の構成と画像信号の生成処理について説明する。図３は撮像素子１８４の構成を部分的に示す回路図である。撮像素子１８４は多数の画素部を備えるが、図３には１行１列目（１，１）の画素部３００と任意のｍ行１列目（ｍ，１）の画素部３０１を例示する。画素部３００と画素部３０１は構成が同じであるで、それらの構成要素に対して同じ符号を使用する。なお、信号保持部を有する撮像素子１８４の基本構造については、特許文献２に開示されているので詳細な説明を省略する。
【００２３】
図３に示す画素部３００は、フォトダイオード５００と、第１の転送トランジスタ５０１Ａと、信号保持部５０７Ａと、第２の転送トランジスタ５０２Ａを有する。フォトダイオード（以下、ＰＤと記す）５００は光電変換部を構成し、光電変換後の信号を信号保持部５０７Ａが保持する。画素部３００はさらに、第３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（以下、ＦＤと記す）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を有する。
【００２４】
撮像素子１８４は多数の画素部を２次元アレイ状に配列した構成を有する。画素部内の第１の転送トランジスタ５０１Ａは転送パルスφTX1Aにより制御され、第２の転送トランジスタ５０２Ａは転送パルスφTX2Aにより制御される。また、リセットトランジスタ５０４はリセットパルスφRESにより制御され、選択トランジスタ５０６は選択パルスφSELにより制御される。さらに第３の転送トランジスタ５０３は転送パルスφTX3により制御される。これらの制御パルスは、不図示の垂直走査回路から各トランジスタに送出される。電源線５２０はトランジスタ５０１Ａ，５０２Ａ，５０４に電源電圧を供給し、電源線５２１はトランジスタ５０３に電源電圧を供給する。各画素部の出力は、選択トランジスタ５０６から信号出力線５２３に取り出される。
【００２５】
図４を参照してフォーカスレンズ１８０と撮像素子１８４の動作を詳細に説明する。図４（Ａ）は、フォーカスレンズ１８０が目標位置X0で停止する際の動作を示すグラフである。横軸は時間軸であり、縦軸は、光軸方向のフォーカスレンズ位置を表す。目標位置X0は、撮影対象である被写体に対して焦点を合わせるためのフォーカスレンズ１８０の位置である。
【００２６】
撮像装置は、撮像面から被写体までの被写体距離を測定する測距部、または被写体距離に対応する焦点位置を検出する焦点検出部を備える。ユーザがスイッチST１５４を操作すると測距部または焦点検出部が処理を開始する。例えば、撮像素子１８４が不図示の測距用の撮像画素のペアを有する構成がある。瞳分割型撮像素子は複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズに対応する複数の光電変換部を備えている。１つのマイクロレンズに対応して２つの光電変換部を有する構成の場合、各光電変換部は視点の異なる画像信号をそれぞれ出力する。システム制御部１７８は対をなす画像信号を解析し、いわゆる撮像面位相差検出を行うことで焦点状態の検出を行う。ただし、これに限るものではなく、別途位相差検出を行うことが可能な測距ユニットを備える構成でもよい。
【００２７】
ユーザがスイッチST１５４を操作すると、撮像光学系の焦点状態の検出が行われる。その後、目標位置X0に向けてフォーカスレンズ１８０は、点Ｏ1で示す初期位置から移動を開始する。フォーカスレンズ１８０はモータ１８６により駆動され、加速と減速を行いながら移動し、目標位置X0で停止しようとする。この時、フォーカスレンズ１８０は目標位置X0でモータ１８６が停止しても、停止直前の減速時の加速度による慣性力を受けるため光軸方向に振動し、やがて減衰して目標位置X0に収束する。この振動の周波数や減衰はフォーカスレンズ１８０およびその保持機構（不図示）に固有のものである。つまり、加振力となる停止時の減速加速度（負の加速度）によって振動波形が決定されるので、減速加速度から振動波形を予測することができる。
【００２８】
フォーカスレンズ１８０の位置が目標位置X0と異なる場合には、被写体に対してピントがぼける可能性があるので、画質を保証するためにフォーカスレンズ１８０の位置の許容誤差として所定範囲が目標位置X0を中心に決められている。所定範囲については図４（Ａ）で縦軸として表された光軸方向のフォーカスレンズ１８０の位置において座標X1〜X2の範囲が該当する。点Ｏ2，Ｏ6はフォーカスレンズ１８０の位置がX1に到達した点を表し、点Ｏ3はフォーカスレンズ１８０の位置が目標位置X0に到達した点を表す。点Ｏ4，Ｏ5はフォーカスレンズ１８０の位置がX2に到達した点を表す。図４（Ａ）の例では、フォーカスレンズ１８０の位置が点Ｏ2から点Ｏ4までの範囲や、点Ｏ5から点Ｏ6までの範囲が所定範囲である。また、フォーカスレンズ１８０が点Ｏ4から所定範囲を逸脱してから点Ｏ5に戻るまでは所定範囲外である。
【００２９】
図４（Ｂ）は、撮像素子１８４の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。垂直同期信号φV、水平同期信号φHと各信号φSEL、φRES、φTX1-3を示す。図４（Ｂ）ではφTX1AをφTX1と表記し、φTX2AをφTX2と表記する。ここでは、ユーザが任意のシャッタ速度S1で静止画撮影を行うことを想定している。タイミング発生部１８９はこのタイミングチャートに従うパルスを発生させ、撮像素子１８４が制御される。図４（Ｂ）は１撮影期間にフォーカスレンズ１８０が所定範囲内に位置するときに、ＰＤ５００で発生した信号電荷を、信号保持部５０７Ａに複数回転送し蓄積して加算することにより、画像信号を生成する場合を示す。なお、撮像素子１８４は垂直方向に多数行の画素列を有するが、図４（Ｂ）では第１行のタイミングを示す。水平同期信号にしたがう垂直方向の走査により、撮像素子１８４の全画素の蓄積動作が行われる。
【００３０】
図４（Ｂ）において、第１行の転送パルスφTX3(1)がローレベルとなる時刻t1から垂直同期信号φVの立ち上がり時刻tn*までが１撮影期間に対応する。撮影条件としては、複数回蓄積した信号電荷の加算により任意のシャッタ速度S1と等価な露光量を得る場合を示している。
【００３１】
まずモータ１８６の駆動により、フォーカスレンズ１８０が目標位置X0に向かって移動する。目標位置X0を基準として設けられる所定範囲内にフォーカスレンズ１８０が入る位置、つまり点Ｏ2に到達する時刻t1において、第１行の転送パルスφTX3(1)がローレベルとなる。これによって第３の転送トランジスタ５０３がオフとなり、第１行のＰＤ５００のリセットが解除されて信号電荷の蓄積が開始する。つまり、この時点で露光が開始される。その後、第１行の転送パルスφTX1(1)がハイレベルとなったときに、第１の転送トランジスタ５０１Ａがオンとなる。第１行のＰＤ５００で発生して蓄積された信号電荷は、第１行の電荷を保持する信号保持部５０７Ａへ転送される。
【００３２】
フォーカスレンズ１８０が目標位置X0に対応する点Ｏ3に到達してモータ１８６が停止した後に、そこからさらに慣性力でフォーカスレンズ１８０が移動する。点Ｏ4は所定範囲内と所定範囲外との境界の位置である。フォーカスレンズ１８０が点Ｏ4に到達する時刻t1*において、第１行の転送パルスφTX1(1)がローレベルとなる。このとき第１の転送トランジスタ５０１Ａがオフとなり、第１行のＰＤ５００に蓄積された信号電荷を、第１行の信号保持部５０７Ａへ転送する処理が終了する。同時に第１行の転送パルスφTX3(1)がハイレベルとなって第３の転送トランジスタ５０３がオンとなり、第１行のＰＤ５００で発生した信号電荷の蓄積が終了し、信号電荷が排出される。
【００３３】
時刻t1から時刻t1*までの時間Δt1は１撮影期間における１回目の蓄積時間に相当し、図４（Ｂ）では右上がりの斜線を付して示す領域での蓄積時間６０２−１として図示されている。このような蓄積動作は１撮影期間にてフォーカスレンズ１８０が所定範囲内に位置するときに行われ、右上がりの斜線で示す各領域の蓄積時間６０２−１，６０２−２，６０２−３，…６０２−ｎとして図示されている。これらの複数回の蓄積時間を加算することで任意のシャッタ速度S1の１回分の蓄積と同等の蓄積時間が得られる。各蓄積時間６０２−j（ｊ＝１〜ｎ）はΔｔj（＝tj*−tj）に相当する。なお、蓄積時間６０２−２，６０２−３，…６０２−ｎにおける制御動作については蓄積時間６０２−１の場合と同様であるため、それらの説明を省略する。
【００３４】
時刻tnからΔｔnが経過した時刻tn*では、タイミング発生部１８９にて垂直同期信号φVおよび水平同期信号φHがハイレベルになる。この信号変化に同期して、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、第１行のＦＤ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がオンとなり、時刻t1からtn*までの間の蓄積時間６０２−１から６０２−ｎとして加算された第１行の画像信号の読み出しが可能となる。
【００３５】
シャッタ速度S1に対応する露光時間は、時刻tjからtj*までの時間Δｔj（ｊ＝１〜ｎ）をすべて加算した、Δｔ1＋Δｔ2＋Δｔ3＋…＋Δｔnとなる。最終の露光期間である時刻tnからtn*までの期間が経過した時刻、つまり撮影終了時刻はtn*である。
【００３６】
画素部のリセットが解除され、画像信号の読み出しを可能とすると同時に、第１行の転送パルスφTX2(1)がハイレベルとなり、第１行の第２の転送トランジスタ５０２Ａがオンとなる。これにより第１行のＦＤ領域５０８の電位の変化に応じた信号が第１行の増幅トランジスタ５０５およ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。この信号は不図示の読み出し回路に供給されて第１行の画像信号として外部に出力される。その後、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がオン状態になるので、第１行のＦＤ領域５０８、第１行の信号保持部５０７Ａがリセットされる。このとき第１行の選択パルスφSEL(1)はローレベルになっている。
【００３７】
第２行の信号処理は、時刻tn*の後の水平同期信号φHに同期して実行される。例えば、時刻tmのときの水平同期信号φHによって開始される信号処理のタイミングチャートに関し、これを第ｍ行に対応するものとする。そのスイッチ信号をφSEL(m)、φRES(m)、φTX3(m)、φTX1(m)、φTX2(m)と表すことが可能である。
以上のように、フォーカスレンズ１８０が所定範囲内に位置するときにのみ蓄積動作が行われ、複数回の蓄積時間を加算することにより、任意のシャッタ速度S1に対応する露光時間を得ることができる。
【００３８】
次に図５を参照して、撮像素子１８４の制御方法を詳細に説明する。図５は、ユーザが撮像開始指示を行ってから前述の制御により露光および蓄積を複数回行う場合のフローチャートである。ユーザが撮像開始指示を行う際にレリーズボタンの半押し操作を行い、スイッチST１５４をオンにしてから、直ちに全押し操作を行う場合を想定する。
【００３９】
レリーズボタンの操作後、Ｓ００１で測光および測距が行われる。測光では、例えば撮像光学系１５２を通過した光が撮像素子１８４に入射した際に、その輝度情報よりシステム制御部１７８が被写体の輝度を算出する。あるいは測光用のセンサを別途有する構成では当該センサにより被写体の輝度が検出される。また測距では、例えば撮像面位相差検出が行われる。撮像素子１８４が測距用の撮像画素のペアを有する場合、システム制御部１７８は対をなす画像信号を解析して焦点状態の検出を行う。
【００４０】
次にＳ００２でシステム制御部１７８は、Ｓ００１で得られた測光結果、および測距結果に基づいて算出される合焦距離の検出結果から、シャッタ速度や絞り値等の露光量調整パラメータとフォーカスレンズ１８０の光軸方向の移動量を決定する。
【００４１】
Ｓ００３でシステム制御部１７８は、Ｓ００２で決定したフォーカスレンズ１８０の移動量から、フォーカスレンズ１８０の速度と加速度を決定する。メモリ１９０には、フォーカスレンズ１８０の移動量に応じてフォーカスレンズ１８０を駆動する際に必要な複数通りのパターンのレンズ駆動速度および加速度のデータが記憶されている。システム制御部１７８は必要に応じてこれらの情報をメモリ１９０から読み出して使用する。
【００４２】
Ｓ００４でシステム制御部１７８は、Ｓ００３で決定したレンズ駆動速度および加速度のデータに基づき、撮像素子１８４における露光、蓄積、および排出の動作タイミングを決定する。フォーカスレンズ１８０が停止する直前の減速加速度はレンズ駆動速度および加速度情報から決まり、上記の通りフォーカスレンズ１８０を加振する慣性力が作用する。よってレンズ駆動速度でフォーカスレンズ１８０を駆動した時のフォーカスレンズ１８０の振動波形を予測することができる。図４（Ａ）で例示したフォーカスレンズ１８０の挙動から、フォーカスレンズ１８０が所定範囲内に位置する時刻を算出することができる。
【００４３】
図４（Ａ）の例では、フォーカスレンズ１８０が初期位置から目標位置X0に向かって移動し、目標位置X0を基準に設けられる所定範囲内に到達する点Ｏ2の時刻がt1として求まる。その後、フォーカスレンズ１８０が所定範囲外に出る点Ｏ4の時刻がt1*として求まり、さらにその後、再びフォーカスレンズ１８０が所定範囲内に入る点Ｏ5の時刻がt2として求まる。このように時刻tjとtj*が順次に求められる。この時、フォーカスレンズ１８０が所定範囲内にある場合にのみ露光が行われることによって、画像のボケを許容範囲内に収め、画像劣化を防止できる。例えばフォーカスレンズ１８０が所定範囲内に位置する時刻t1からt1*までの間に、ＰＤ５００での露光が開始して発生した信号電荷を信号保持部５０７Ａに転送・蓄積する際の露光および蓄積タイミングを定めることで画像劣化を防止できる。さらにはフォーカスレンズ１８０が所定範囲外に出る時刻t1*からt2までの間に、ＰＤ５００で発生した信号電荷を排出する際のタイミングを定めることができる。同様にして、システム制御部１７８は撮影終了時刻tn*までの露光・蓄積・排出タイミングを決定する。
【００４４】
本実施形態では、レンズ駆動速度および加速度の情報に基づいて、予め定めておいた露光・蓄積・排出タイミング情報をメモリ１９０に記憶する処理が行われる。システム制御部１７８は必要に応じて、これらの情報をメモリ１９０から読み出して使用する。
【００４５】
Ｓ００５でシステム制御部１７８は、Ｓ００４で決定した露光・蓄積・排出タイミング情報をタイミング発生部１８９に伝える。タイミング発生部１８９は露光・蓄積・排出タイミング情報に従うパルスを発生させて撮像素子１８４に出力することで撮像素子１８４を制御する。
【００４６】
Ｓ００６でシステム制御部１７８は、モータ１８６の駆動を開始させるとともに経過時間（以下、Tと記す）のカウントを開始する。経過時間Tは図４（Ａ）および（Ｂ）のタイミングチャートにおいて横軸で示す時間に相当する。図４（Ａ）にてフォーカスレンズ１８０が動き始める点Ｏ1での時刻を経過時間Tの起点、つまりT＝0とする。経過時間Tと、Ｓ００４で決定された露光・蓄積・排出タイミング情報に従って撮像素子１８４の動作タイミングの制御が行われる。
【００４７】
Ｓ００７からは、図４で説明した露光・蓄積・排出が行われる。Ｓ００７にて、それまでにフォトダイオードに生じていた電荷を排出するリセット動作が行われる。次にＳ００８でタイミング発生部１８９は、現時点までの経過時間Tが露光・蓄積・排出タイミングにおける露光・電荷蓄積の指示時刻に到達しているか否かを判定する。露光・電荷蓄積の指示時刻は、図４（Ａ）に例示した時間帯t1〜t1*（６０２−１）、t2〜t2*（６０２−２）、t3〜t3*（６０２−３）、…tn〜tn*（６０２−ｎ）の各期間内の時刻を示す。現在の時刻が露光・電荷蓄積の指示時刻である場合、Ｓ００９の処理に進み、そうでなければＳ００７の処理に戻る。
【００４８】
Ｓ００９では、露光・電荷蓄積の指示時刻の時間帯で露光が行われて、ＰＤ５００に電荷が生じ、電荷が信号保持部５０７Ａに転送されて蓄積が行われる。Ｓ０１０でタイミング発生部１８９は経過時間Tに基づいて、撮影終了時刻tn*に到達したか否かを判定する。撮影終了時刻tn*の情報は、露光・蓄積・排出タイミング情報に含まれており、メモリ１９０に記憶されている。Ｓ００５において露光・蓄積・排出タイミング情報がタイミング発生部１８９に伝達される際に撮影終了時刻tn*の情報も伝達される。撮影終了時刻tn*に到達したと判定された場合、Ｓ０１１の処理に進み、撮影終了時刻tn*に到達していないと判定された場合にはＳ００８の処理に戻る。Ｓ０１１ではＦＤ領域５０８を通して、信号保持部５０７Ａに蓄積された信号電荷を画像信号として外部に出力する処理が実行され、１回分の撮影が終了する。
【００４９】
図４（Ｂ）に示す例では、露光・蓄積と排出が複数回繰り返される。しかし、フォーカスレンズ１８０が目標位置X0に向かって移動し、所定範囲内（X1以上かつX2以下）に到達した後、所定範囲外（X1未満の範囲、またはX2を超える範囲）に出ることがない場合もあり得る。その場合には露光・蓄積動作と排出動作はそれぞれ１回ずつでもよい。
【００５０】
図６に示す比較例を参照して、本実施形態の効果について説明する。図６（Ａ）は図４（Ａ）と同様にフォーカスレンズ１８０の光軸方向の振動を示す図である。図６（Ｂ）は比較例の撮像素子１８４の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。比較例では整定期間後に撮影動作が行われる。点Ｏ3で示すモータ１８６の停止時刻から整定時間が経過した点Ｏ7から、フォーカスレンズ１８０の振動が所定範囲内に収束する例を示す。つまり、点Ｏ7以降から露光が開始する。
【００５１】
図６（Ｂ）に示すように、フォーカスレンズ１８０が初期位置から所定範囲に到達しても電荷蓄積を開始せず、フォーカスレンズ１８０が所定範囲内から逸脱しなくなるまでの時間が整定時間として設けられている。整定時間の経過後に撮像素子１８４は、時刻t1からＰＤ５００で信号電荷の蓄積を開始した後、信号電荷を信号保持部５０７Ａへ転送する。時刻t1から時刻t4までの期間（６０２−１）に蓄積された信号電荷に基づく画像信号の読み出しが可能となり、転送パルスφTX2(1)がハイレベルとなった時刻t5から画像信号が外部に出力される。
【００５２】
図４（Ｂ）と図６（Ｂ）との比較から、本実施形態では整定時間の経過を待たずに露光を開始できることが分かる。本実施形態によれば、画像劣化を抑制しつつ、ユーザが撮像開始指示の操作を行った時点から撮像素子が露光を開始する時点までの時間を短縮可能である。
【００５３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の撮像装置は、フォーカスレンズ１８０の位置を検出する位置検出部１８７（図２参照）を備える。例えば、位置検出部１８７はモータ１８６によってフォーカスレンズ１８０が移動する位置をセンサで検出する。位置検出部１８７は位置検出信号をシステム制御部１７８に出力する。システム制御部１７８は、取得した位置検出信号に基づいてフォーカスレンズ１８０の駆動制御を行う。なお、本実施形態にて第１実施形態と同様の構成要素については、既に使用した符号を用いることによって、それらの詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。このような説明の省略方法は後述の実施形態でも同じである。
【００５４】
図７は本実施形態の処理を説明するフローチャートである。本実施形態では位置検出部１８７により取得されるフォーカスレンズ１８０の位置情報に基づいて撮像素子１８４の制御を行う例を示す。Ｓ１０１からＳ１０３の処理はそれぞれ、図５のＳ００１からＳ００３の処理と同様であるので、詳細な説明を割愛する。
【００５５】
Ｓ１０４において、Ｓ１０３で決定されたレンズ駆動速度および加速度のデータに従ってモータ１８６の駆動が開始する。Ｓ１０５では、モータ１８６の駆動開始直後から、撮像素子１８４にて、ＰＤ５００で光電変換されて発生する信号電荷が排出される。
【００５６】
次のＳ１０６においてシステム制御部１７８は、フォーカスレンズ１８０の検出位置が所定範囲内であるかどうかを判定する。図４（Ａ）を参照して具体的に説明すると、所定範囲はX1以上であって、かつX2以下の範囲である。つまり、光軸方向におけるフォーカスレンズ位置に対する所定範囲は下限がX1であり、上限がX2である。システム制御部１７８は位置検出部１８７から得られるフォーカスレンズ１８０の検出位置がX1以上、かつX2以下であるかどうかを判定する。判定条件を満たす場合、Ｓ１０７の処理に進み、判定条件を満たさない場合にはＳ１０５の処理に戻る。
【００５７】
Ｓ１０７においてＰＤ５００で露光が開始され、発生した信号電荷が信号保持部５０７Ａに転送されて蓄積動作が行われる。このときにシステム制御部１７８は、複数回行われる露光時間の累計をメモリ１９０に記憶する処理を実行し、総露光時間のカウントを開始する。次のＳ１０８でシステム制御部１７８は、カウントされた総露光時間がＳ１０２で決定された露光量に対応するシャッタ速度に相当する露光時間より短いか否かを判定する。総露光時間がシャッタ速度に相当する露光時間より短い場合、Ｓ１２１の処理に進み、判定条件を満たさない場合にはＳ１０９の処理に進む。
【００５８】
Ｓ１２１でシステム制御部１７８は位置検出部１８７から取得した検出位置がX1未満であるか、またはX2を超えるかについて判定を行う。検出位置がX1未満であるか、またはX2を超えると判定された場合、Ｓ１２２の処理に進み、判定条件を満たさない場合にはＳ１０７の処理に戻る。
【００５９】
Ｓ１２２では、フォーカスレンズ１８０の検出位置が所定範囲外（X1未満の範囲、またはX2を超える範囲）であるため、信号電荷の蓄積を終了し、総露光時間のカウントを終了する。そしてＳ１０５の処理に戻り、ＰＤ５００で発生した信号電荷が排出される。カウント値は総露光時間としてメモリ１９０の記憶値に加算して蓄積され、この後、再びＳ１０７の処理を行うときに総露光時間のカウントが再開する。
【００６０】
Ｓ１０９においては、シャッタ速度に対応する時間での露光および蓄積が終了しているので、信号保持部５０７Ａに蓄積された信号電荷がＦＤ領域５０８を通して画像信号として外部に出力され、１回分の撮影を終了する。
【００６１】
本実施形態では、位置検出部１８７から得られるフォーカスレンズ１８０の検出位置情報に基づいて信号電荷の蓄積と排出が行われる。このため、モータ１８６の駆動開始後に何らかの外乱が加わってフォーカスレンズ１８０の振動波形が乱れた場合でも、より正確に、フォーカスレンズ１８０の位置が所定範囲内である場合の露光が可能となる。
【００６２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、経過時間Tとフォーカスレンズ１８０の検出位置情報を組み合わせて撮像素子１８４を制御する。これによって、フォーカスレンズ１８０の振動波形が乱れた場合でも、より正確に、フォーカスレンズ１８０の位置が所定範囲内である場合の露光が可能である。さらに撮像素子１８４の一連の動作におけるタイムラグを低減させる効果が得られる。本実施形態の撮像装置の構成は第２実施形態と同様である。
【００６３】
図８は本実施形態の制御を説明するフローチャートである。本実施形態では経過時間Tと検出位置情報の両方を使用して撮像素子１８４の制御が行われる。Ｓ２０１からＳ２０３の処理はそれぞれ、図５のＳ００１からＳ００３の処理と同様であるので、詳細な説明を割愛する。
【００６４】
Ｓ２０４でシステム制御部１７８は、Ｓ２０３で決定されたレンズ駆動速度および加速度のデータに基づき、撮像素子１８４の露光・蓄積・排出の動作タイミングを決定する。基本的な処理は図５のＳ００４と同様であるが、本実施形態では第１実施形態と異なり、図４（Ａ）において、フォーカスレンズ１８０の位置が所定範囲内に入る点Ｏ2の時刻t1から経過時間Tのカウントを開始する。そのため、t1=0とし、t1以降から撮影終了時刻tn*まで、予め定めた露光・蓄積・排出のタイミング情報をメモリ１９０が記憶している。システム制御部１７８は必要に応じてこれらの情報をメモリ１９０から読み出して使用する。
【００６５】
Ｓ２０５でシステム制御部１７８は、メモリ１９０から露光・蓄積・排出のタイミング情報を読み出してタイミング発生部１８９に伝達する。Ｓ２０６でモータ１８６の駆動が開始する。Ｓ２０７においてモータ１８６の駆動開始直後から、撮像素子１８４では、ＰＤ５００で光電変換されて発生する信号電荷が排出される。
【００６６】
次にＳ２０８でシステム制御部１７８は、位置検出部１８７から得られる検出位置がX1以上であるか否かを判定する。検出位置が最初にX1以上となった場合、Ｓ２０９の処理に進み、検出位置がX1未満である場合にはＳ２０７の処理に戻る。
【００６７】
Ｓ２０９においては、位置検出部１８７による検出位置が所定範囲内（X1以上かつX2以下）であるので、経過時間Tのカウントが開始する。Ｓ２１０では、第１実施形態と同様に、経過時間Tから、露光・蓄積・排出タイミングにおける電荷蓄積の指示時刻に到達しているか否かをタイミング発生部１８９が判定する。判定条件を満たす場合、Ｓ２１１の処理に進み、判定条件を満たさない場合にはＳ２２１の処理に進む。ただし、Ｓ２０８において検出位置がX1以上であると判定され、Ｓ２０９にて経過時間Tのカウントを開始した直後におけるＳ２１０の処理においては電荷蓄積の指示時刻であるため、Ｓ２１１の処理に進む。
【００６８】
Ｓ２１１において、ＰＤ５００で露光を開始し、発生した信号電荷が信号保持部５０７Ａに転送されて蓄積動作が行われる。これより後では露光・蓄積・排出タイミング情報に従って撮像素子１８４が経過時間Tに基づいて制御される。次にＳ２１２でシステム制御部１７８は、経過時間Tに基づき、現在時刻が撮影終了時刻tn*に到達したか否かを判定する。撮影終了時刻tn*に到達したと判定された場合、Ｓ２１３の処理に進み、到達していないと判定された場合にはＳ２１０の処理に戻る。Ｓ２１０からＳ２２１に進む場合には、ＰＤ５００で発生する信号電荷の排出が行われた後、再びＳ２１０の処理に戻る。Ｓ２１３では、ＦＤ領域５０８を通して、信号保持部５０７Ａに蓄積された信号電荷が画像信号として外部に出力され、１回分の撮影を終了する。
【００６９】
本実施形態では、位置検出部１８７により取得される検出位置が所定範囲の下限X1に最初に到達した時刻から経過時間Tのカウントを開始し、その後に露光・蓄積・排出タイミング情報に従って、経過時間Tに応じて撮像素子１８４を制御する。よって、フォーカスレンズ１８０がモータ１８６の駆動前の初期位置から最初に所定範囲に到達するまでの時間にばらつきが生じる場合でも、より正確に、フォーカスレンズ１８０の位置が所定範囲内である場合の信号電荷を蓄積できる。
【００７０】
また、第２実施形態の場合、システム制御部１７８は常に検出位置が所定範囲内であるか所定範囲外であるかを判定するので、撮像素子１８４の一連の動作に新たなタイムラグが発生する可能性がある。これに対して本実施形態では、フォーカスレンズ１８０の位置が最初に所定範囲内に到達した後には露光・蓄積・排出タイミング情報に従って撮像素子１８４が制御されるので、タイムラグを低減できる。
【００７１】
［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態について説明する。分割露光を行ったときの複数の画像を合成して１枚の画像を生成する場合、各分割露光の間隔が大きくなるとその間の被写体の移動量が大きくなる。合成画像には移動被写体が離散的に写り込み、画像品位が低下するという問題がある。以下の実施形態では、画像品位の低下を抑制可能な撮像装置について説明する。
【００７２】
図９は撮像装置１１の横断面を示す概略図である。撮像装置１１はレンズ１２と撮像素子１３を備え、撮影光軸１０に沿って被写体からの光がレンズ１２を通して撮像素子１３に入射する。画像処理部１４は、撮像素子１３により取得される撮像信号に対して所定の画像処理を行う。
【００７３】
ＣＰＵ１５は撮像装置１１の制御を統括する。例えば、ＣＰＵ１５は撮像素子１３の電荷蓄積を制御する。操作部１６は、ユーザによる撮影タイミングの指示や露光時間の設定操作等を受け付けて、操作指示信号をＣＰＵ１５に出力する。ＣＰＵ１５は、撮像素子１３が撮影前に検出する被写体の明るさと、操作部１６を用いて設定される設定露光時間に基づいて撮像素子１３による電荷蓄積を制御する。図１０を参照して蓄積制御について説明する。
【００７４】
図１０（Ａ）は、画素部が備える光電変換部を簡略化して示す回路図である。撮像素子１３は２次元アレイ状に配置された複数の光電変換部を備え、そのひとつを図１０（Ａ）に示す。ＰＤ２１は被写体からの光に対応する電荷を発生する。ＰＤ２１で発生した電荷は、蓄積スイッチ２３によりコンデンサ２２に移される。コンデンサ２２に移された電荷は転送スイッチ２４を介して増幅回路２５に入力される。増幅回路２５が増幅した信号は画像処理部１４に出力される。
【００７５】
リセットスイッチ２６はＰＤ２１に蓄積された電荷を所定のタイミングでリセットすることで、次回の撮影への準備を行う。リセットスイッチ２６、蓄積スイッチ２３、転送スイッチ２４のスイッチングタイミングについて図１０（Ｂ）を用いて説明する。
【００７６】
図１０（Ｂ）は、フォトダイオードの露光状態と各スイッチの状態を示すタイミングチャートである。図１０（Ｂ）にて左から右へ時間経過の方向を示し、上から順に、ＰＤ２１の分割露光、リセットスイッチ２６、蓄積スイッチ２３、転送スイッチ２４の各状態を示す。
【００７７】
撮影時の設定露光時間はユーザの指示にしたがって操作部１６により設定されるが、撮像素子１３が検出する被写体の明るさから求まる適正露光時間との間に隔たりがある場合には調整が必要である。以下では、設定露光時間に対応させた適正露光時間を実露光時間と定義する。例えば滝を撮影する際に躍動感のある流れを表現する意図で設定露光時間が１秒に設定された場合を想定する。被写体の明るさから算出される実露光時間が０．２秒であった場合には光量を１／５にする必要がある。
【００７８】
撮像素子１３の光電変換部を制御するＣＰＵ１５は、１秒間において、実露光時間に相当する合計０．２秒が得られるように、短秒時に分割した露光を間欠的に行う。間欠的に分割した露光時間を分割露光時間と呼び、図１０（Ｂ）の例ではパルス３１の幅で示す０．０５秒とする。
【００７９】
リセットスイッチ２６は、パルス３２に示すタイミングでＰＤ２１の電荷をリセットする。分割露光時間に相当する０．０５秒の経過後に、ＰＤ２１に蓄積された電荷は蓄積スイッチ２３を介してコンデンサ２２に移送される。パルス３３にしたがって、蓄積スイッチ２３のスイッチングが行われる。上記の動作が４回繰り返される。
【００８０】
コンデンサ２２は蓄積スイッチ２３のオン動作のたびに電荷が増えていき、ＰＤ２１の４回分の電荷蓄積が終了する。全電荷がコンデンサ２２に移動したときには、０．０５秒の４回分、つまり実露光時間０．２秒に相当する電荷がコンデンサ２２に蓄えられる。実露光時間０．２秒に相当する信号電荷は、設定露光時間である１秒をかけて取得されるので、その間の被写体の移動が画像信号に反映される。
【００８１】
転送スイッチ２４は、パルス３４で示すように、コンデンサ２２に実露光時間相当の電荷が蓄えられるタイミングでオンになる。増幅回路２５はその電荷に相当する信号を増幅して画像処理部１４に出力する。ＣＰＵ１５はリセットスイッチ２６、蓄積スイッチ２３、転送スイッチ２４を制御することで露光の分割数や、分割される各露光の時間、タイミングを変化させる。光電変換部の制御によって、設定露光時間と実露光時間との差に対処できる。つまり、設定露光時間に対して短い実露光時間で撮影が行われる。
【００８２】
図１１は、図１０（Ｂ）で説明した制御に基づき撮影される画像の説明図である。横方向（図の左右方向）は撮影時間の方向に対応し、縦方向（図の上下方向）は撮影画面の垂直方向に対応する。尚、図１０（Ｂ）では設定露光時間内に４回の分割露光を行う場合のスイッチングタイミングを例示したが、図１１ではよりわかりやすくするために２回の分割露光を行う例で説明する。設定露光時間４１内には、分割露光時間４２ａと４２ｄが含まれる。分割露光時間４２ａと４２ｄとの間が非露光時間４３ａであり、分割露光時間４２ｄの右側に非露光時間４３ｂを示している。
【００８３】
すべての光電変換部におけるＰＤ群は、分割露光時間４２ａおよび４２ｄの期間に被写体からの光を電荷に変換して蓄積する（電荷蓄積）。非露光時間４３ａが分割露光時間４２ａと４２ｄとに挟まれているために、移動被写体の動きが離散的に画面に写り込んでしまう。そこで本実施形態では、ＣＰＵ１５が画面の上下方向で光電変換部の制御を異ならせ、隣接行でＰＤ２１の電荷蓄積タイミングの位相をずらす制御を行う。図１２を用いて具体的に説明する。
【００８４】
図１２は、隣接行でＰＤ２１の電荷蓄積タイミングの位相をずらした例を示す。この例では分割露光時間４２ａと４２ｂ、分割露光時間４２ｃと４２ｄ、および非露光時間４３ａ、４３ｂ、４３ｃの関係を示している。図１１との比較から分かるように、分割露光時間４２ａと４２ｂとの位相関係、分割露光時間４２ｃと４２ｄとの位相関係が逆相となるようにＣＰＵ１５が撮像素子１３を制御する。ユーザが撮影画像を鑑賞した際には、非露光時間の間隔が図１１に比べて半分になるので、被写体画像の離散的な動きが気にならなくなり、画像品位の低下を抑制できる。
【００８５】
ここで実露光時間を長くする場合を説明する。図１２において分割露光時間４２ａは左側の時間領域５１内にあり、分割露光時間４２ｂ、４２ｃは中央の時間領域５２内にあり、分割露光時間４２ｄは右側の時間領域５３内にある。時間領域５１は露光開始側の領域であり、時間領域５３は露光終了側の領域である。実露光時間が長くなると、分割露光時間４２ａ、４２ｃは紙面の右方に向かって延びていく。これは分割露光の終了タイミングを時間ｔだけ遅らせることに対応する。一方、分割露光時間４２ｄでは、紙面の右方に延ばすと設定露光時間４１を超えてしまう。そのため、実露光時間が長くなると、分割露光時間４２ｄは紙面の左方に向かって延びていく。分割露光時間４２ｂについても同様である。これは分割露光の開始タイミングを時間ｔだけ早めることに対応する。
【００８６】
図１３は上記動作を行った場合の撮影画像を例示する。実露光時間が長くなった場合に左側の時間領域６１Ｌにある分割露光時間４２ａと、右側の時間領域６１Ｒにある分割露光時間４２ｃは右側に延長される。左側の時間領域６１Ｌにある分割露光時間４２ｂと、右側の時間領域６１Ｒにある分割露光時間４２ｄは左側に延長される。
【００８７】
実露光時間が長くなると非露光時間は短くなるが、隣接行において時間領域６１Ｌと６１Ｒで露光タイミングに重なりが生ずる。重なりの発生するタイミングで露光が行われたときの被写体は、重なりがないタイミングで露光が行われたときの被写体よりも濃度が高くなって画面上で見えてしまう。本実施形態では、被写体の動きが撮影画像にて離散的に写り込むことへの対策を更に講じている。図１４を用いて具体例を説明する。
【００８８】
図１４は、設定露光時間４１において分割露光時間４２ａ，４２ｂとそれらの間にある非露光時間４３ａを示す。ＣＰＵ１５は、図１２と図１３では隣接行でずらしていたＰＤ２１の電荷蓄積タイミングを揃えて同期させる制御を行う。図１１との相違点は、分割露光時間４２ａおよび４２ｂが長くなっているために設定露光時間４１に対して非露光時間４３ａの占める割合が小さくなり、移動被写体が離散的に写り込まなくなっている点である。また、図１３の場合、隣接行で露光タイミングが重なる部分では濃度が高くなるので、非露光時間４３ａは露光タイミングに重なりが生じる時間領域６１Ｌと６１Ｒとの間にある時間となる。これに対し、図１４では露光タイミングを同期させることにより非露光時間４３ａを短縮できる。よって露光タイミングの重なりが部分的でないために被写体の濃度変化が目立つことはない。
【００８９】
図１１から図１４の例において、ＣＰＵ１５は各分割露光の制御を一行ごとに行うが、数行ごとのゾーンに分けて分割露光の制御を行ってもよい。その場合、隣接する行（両ゾーンの境界）において電荷蓄積タイミングを異ならせる第１の制御と、電荷蓄積タイミングを揃えて同期させる第２の制御については実露光時間と設定露光時間との関係により決定される。このようにＣＰＵ１５は設定露光時間に対する実露光時間の割合に基づき、撮像素子１３に対して第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える。
【００９０】
図１５を参照して、本実施形態の制御を説明する。図１５のフローチャートに示す処理は、撮像装置１１の撮影準備動作の指示（例えばレリーズボタンの半押し操作）により開始する。Ｓ８１でＣＰＵ１５は、操作部１６からの設定露光時間および撮像素子１３から得られる被写体の明るさの各情報を取得する。ＣＰＵ１５は撮像素子１３からの被写体の明るさの情報に基づいて実露光時間を計算する。
【００９１】
Ｓ８２でＣＰＵ１５は、設定露光時間と実露光時間との関係に基づき、隣接行ごとに露光タイミングの位相をずらす必要があるかどうかを判定する。例えば実露光時間と設定露光時間との比の値があらかじめ定められた閾値（３分の１）と比較される。比の値が閾値未満である場合、Ｓ８３の処理に進み、閾値以上である場合にはＳ８４の処理に進む。Ｓ８３でＣＰＵ１５は、図１２で示したように第１の制御（隣接行での露光タイミングの逆相制御）を行う設定にする。またＳ８４でＣＰＵ１５は、図１４で示したように第２の制御（隣接行での露光タイミングの同相制御）を行う設定にする。
【００９２】
Ｓ８３、Ｓ８４の後、Ｓ８５でＣＰＵ１５は露光開始の判定を行う。操作部１６からの撮影開始指示があるまで、Ｓ８５の判定処理が繰り返し実行される。操作部１６からの撮影開始指示が入力された場合、Ｓ８６の処理に進む。Ｓ８６でＣＰＵ１５はＳ８３またはＳ８４で設定された制御にしたがって撮像素子１３の分割露光を行い、Ｓ８１に処理を戻す。
【００９３】
本実施形態では、複数の光電変換部を備える撮像素子１３の制御において、設定露光時間内で光電変換部を間欠的に制御して複数の分割露光時間を設ける。隣接行（または隣接ゾーン）の分割露光時間に関し、隣接行（または隣接ゾーン）ごとに露光タイミングを異ならせる第１の制御と、隣接行（または隣接ゾーン）の露光タイミングを揃える第２の制御が適宜に行われる。各制御は、設定露光時間と実露光時間（複数の分割露光時間の合計）との関係に基づいて設定または変更される。本実施形態によれば、画像品位の低下を抑制可能な撮像装置を提供することができる。
【００９４】
［第５実施形態］
次に本発明の第５実施形態について、第４実施形態との相違点を説明する。図１６は図１２に相当する図であり、設定露光時間４１内の最後に非露光時間４３ｄが設けられている点が図１２と異なる。設定露光時間４１内には、分割露光時間４２ａ〜ｄと、非露光時間４３ａ〜ｄを示す。
【００９５】
図１６の時間配置において実露光時間を長くする場合を説明する。この場合、各分割露光時間４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは紙面の右方に向かって延びていく。これは各露光終了タイミングを所定時間ｔだけ遅らせることに対応する。図１２の説明では、時間領域５３における分割露光時間４２ｄが設定露光時間４１内の右端に位置していたので、露光終了タイミングを遅らせることはできなかった。一方、図１６では設定露光時間４１内の最後（右端）に非露光期間４３ｄが設けられているので、露光終了タイミングを遅らせることができる。
【００９６】
図１７は、隣接行における露光タイミングの重なりについて説明図である。実露光時間と設定露光時間４１との比の値が２分の１である場合を示す。図１７にて市松模様で示すように、横方向において分割露光時間４２ａの右端位置は分割露光時間４２ｂの左端位置と同じであり、分割露光時間４２ｂの右端位置は分割露光時間４２ｃの左端位置と同じである。分割露光時間４２ｃの右端位置は分割露光時間４２ｄの左端位置と同じである。隣接行における露光タイミングの重なりは実露光時間が設定露光時間４１の半分となるまでは生じない。
【００９７】
更に実露光時間を延ばした場合を図１８に示す。左側の時間領域１１０Ｌにおける分割露光時間４２ａと分割露光時間４２ｂとの間で、隣接行における露光タイミングの重なりが発生している。また右側の時間領域１１０Ｒにおける分割露光時間４２ｃと分割露光時間４２ｄとの間で、隣接行における露光タイミングの重なりが発生している。その理由は分割露光時間４２ｄが設定露光時間４１の端まで到達した場合、その行（またはゾーン）の分割露光時間４２ｂと４２ｄに対して露光開始タイミングを時間ｔ早めることで分割露光時間を調整する処理が行われるからである。つまり、紙面の左方に分割露光時間が延びる。この場合、被写体の動きが離散的に見えやすくなる。
【００９８】
そこで本実施形態では、以下の制御が行われる。図１９を用いて具体例を説明する。
・分割露光時間４２ｂに対する制御
図１８に示す露光開始タイミングおよび露光終了タイミングに対して時間τ遅らせる制御が行われる。
・分割露光時間４２ｃに対する制御
図１８に示す露光開始タイミングおよび露光終了タイミングに対して時間τ早める制御が行われる。
この場合、３か所の時間領域１２０で露光タイミングの重なりが生ずる。しかし、各時間領域１２０の幅は図１８に示す時間領域１１０Ｌ，１１０Ｒと比較して小さいので、被写体の動きが離散的に見えにくくなる。
【００９９】
第４実施形態でＣＰＵ１５は、実露光時間が長くなると隣接行（または隣接ゾーン）における分割露光時間のタイミングを揃える制御を行う。これに対し、本実施形態では実露光時間が長くなると行（または隣接ゾーン）ごとに分割露光時間のタイミングをずらす制御が行われる。本実施形態においては実露光時間が長くなった場合でも、図１７に示す分割露光時間になるまでは露光タイミングの重なりがないので、多くの撮影条件では分割露光の制御を変更する必要がなくなる。
【０１００】
ＣＰＵ１５は撮像素子１３に対して、隣接行ごとに露光タイミングを異ならせる制御と、隣接行ごとの露光タイミングをずらす、位相ずらし制御を行う。各制御については設定露光時間と実露光時間との関係に基づいて選択される。
【０１０１】
図２０のフローチャートを参照して、本実施形態の制御を説明する。図１５との相違点であるＳ１３０からＳ１３２を説明する。Ｓ８１の次に、Ｓ１３０でＣＰＵ１５は設定露光時間と実露光時間との関係から、隣接行ごとに露光タイミングの位相をずらす必要があるかどうかを判定する。例えば実露光時間と設定露光時間との比の値があらかじめ定められた閾値（２分の１）と比較される。比の値が閾値未満である場合、Ｓ１３１の処理に進み、閾値以上である場合にはＳ１３２の処理に進む。
【０１０２】
Ｓ１３１でＣＰＵ１５は図１６、図１７で示したように、隣接行で露光タイミングの逆相制御を行う設定にする。またＳ１３２でＣＰＵ１５は図１９に示したように隣接行で露光タイミングの位相ずらし制御を行う設定にする。つまり、分割露光時間４２ｂのタイミングを遅らせ、分割露光時間４２ｃのタイミングを早める設定となる。Ｓ１３１またはＳ１３２の後にＳ８５の処理に進む。
【０１０３】
本実施形態では、隣接行（または隣接ゾーン）の分割露光時間に関し、隣接行（または隣接ゾーン）ごとに露光タイミングを異ならせる制御と、隣接行（または隣接ゾーン）ごとの露光タイミングをずらす制御が行われる。各制御は、設定露光時間と実露光時間との関係に基づいて設定または変更される。本実施形態によれば、画像品位の低下を抑制可能な撮像装置を提供することができる。
【０１０４】
［第６実施形態］
次に本発明の第６実施形態について、第４実施形態との相違点を説明する。図２１は図１２に相当する図であり、設定露光時間４１の開始側および終了側にある分割露光時間４２ａ、４２ｅが、他の分割露光時間４２ｂ〜ｄより短い点が図１２と異なる。分割露光時間４２ａの左端は、設定露光時間４１の開始時点であり、また分割露光時間４２ｅの右端は設定露光時間４１の終了時点である。分割露光時間４２ａ、４２ｅは、分割露光時間４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの半分に設定されている。
【０１０５】
図２２を参照して、図２１の時間配置において実露光時間を長くする場合を説明する。この場合、以下の制御が行われる。時間ｔ／２は図２１の分割露光時間４２ａ、４２ｅの長さに相当する。
・分割露光時間４２ａに対する制御
時間ｔ／２だけ露光終了タイミングを遅らせる制御が行われる。つまり分割露光時間の延長量がｔ／２に設定される。
・分割露光時間４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに対する制御
露光開始タイミングを時間ｔ／２だけ早めると共に、露光終了タイミングを時間ｔ／２だけ遅らせる制御が行われる。つまり分割露光時間の延長量がｔに設定される。
・分割露光時間４２ｅに対する制御
露光開始タイミングを時間ｔ／２だけ早める制御が行われる。つまり分割露光時間の延長量がｔ／２に設定される。
【０１０６】
以上の制御により、分割露光時間４２ａ、４２ｅは時間ｔ／２長くなり、分割露光時間４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは時間ｔ長くなる。分割露光の開始と終了のタイミングを制御すると、分割露光時間４２ａ、４２ｃ、４２ｅを有する行またはゾーンの合計実露光時間と、分割露光時間４２ｂ、４２ｄを有する行またはゾーンの合計実露光時間とを常に同じ長さにすることができる。
【０１０７】
本実施形態では、分割露光時間の設定露光時間に対する配置に応じて、分割露光時間の延長量を制御することにより、実露光時間が増加しても露光タイミングの重なり量を一定化できる。隣接行（または隣接ゾーン）の露光タイミングの重なり箇所が多くなるので、それらの間隔が狭くなり被写体の動きが離散的に見えることはなくなる。
【０１０８】
ＣＰＵ１５は撮像素子１３に対して下記の制御および設定を行う。
・隣接行（または隣接ゾーン）ごとに露光タイミングを異ならせる制御。
・分割露光時間の設定。
設定露光時間の開始および終了タイミングで設けられる分割露光時間は、設定露光時間の開始および終了タイミング以外で設けられる分割露光時間の略半分に設定される。
・分割露光時間の延長量の設定。
設定露光時間の開始および終了タイミングで設けられる分割露光時間の延長量は、設定露光時間の開始および終了タイミング以外で設けられる分割露光時間の延長量の略半分に設定される。
【０１０９】
本実施形態では、設定露光時間の開始および終了タイミングで設けられる分割露光時間の設定、および各分割露光時間の延長量の設定により、画像品位の低下を抑制可能な撮像装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１７８  システム制御部
１８０  フォーカスレンズ
１８４  撮像素子
１８６  モータ
１８７  位置検出部
１８９  タイミング発生部
５００  フォトダイオード
５０７Ａ  信号保持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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