(57)【要約】      （修正有）【課題】メカシャッタによる露光制御とローリングシャッタによる露光制御で得られる静止画の露出差が少ない撮像装置を提供する。【解決手段】メカシャッタの動作精度に基づいて、静止画を撮影する場合の撮像素子のリセット解除走査および読み出し走査の少なくとも一方のタイミングを調整することにより、メカシャッタを用いて露光時間を制御するモードと、メカシャッタを用いずに撮像素子のリセット解除走査および読み出し走査により露光時間を制御するモードにおける１フレーム全体の露光量が略一致するように制御する。【選択図】図３
2019220888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置された複数の画素を有する撮像素子と、
前記撮像素子を露光および遮光するためのメカシャッタと、
前記メカシャッタを用いて前記撮像素子の露光時間を制御する第１の露光制御モードと、前記メカシャッタを用いずに前記撮像素子のリセット解除走査および読み出し走査により前記撮像素子の露光時間を制御する第２の露光制御モードのいずれかのモードで静止画を撮影するように制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記メカシャッタの動作精度に基づいて、前記第２の露光制御モードにより静止画を撮影する場合の前記撮像素子のリセット解除走査および読み出し走査の少なくとも一方のタイミングを調整することにより、前記第１の露光制御モードと前記第２の露光制御モードにおける１フレーム全体の露光量が略一致するように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子は、前記複数の画素を所定行単位で順次リセットを解除するように走査させるリセット解除走査と、前記複数の画素からの信号を前記所定行単位で順次読み出すように走査させる読み出し走査が可能に構成され、
前記メカシャッタは、前記撮像素子を露光するように走行する先幕と前記撮像素子を遮光するように走行する後幕とを有し、
前記第１の露光制御モードでは、前記メカシャッタの先幕を走行させて前記撮像素子の露光を開始し、前記メカシャッタの後幕を走行させて前記撮像素子の露光を終了するように制御し、
前記第２の露光制御モードでは、前記撮像素子による前記所定行単位でのリセット走査により前記撮像素子の露光を開始し、前記所定行単位での読み出し走査により前記撮像素子の露光を終了するように制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、さらに、前記撮像素子および前記メカシャッタの両方を用いて前記撮像素子の露光を制御する第３の露光制御モードによる静止画撮影を行うように制御し、
前記メカシャッタの動作精度に基づいて前記第２の露光制御モードにより静止画を撮影する場合の前記撮像素子のリセット解除走査および読み出し走査の少なくとも一方のタイミングを調整することにより、前記第１の露光制御モード、前記第２の露光制御モードおよび前記第３の露光制御モードにおける１フレーム全体の露光量が略一致するように制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像素子は、前記複数の画素を所定行単位で順次リセットを解除するように走査させるリセット解除走査と、前記複数の画素からの信号を前記所定行単位で順次読み出すように走査させる読み出し走査が可能に構成され、
前記メカシャッタは、前記撮像素子を露光するように走行する先幕と前記撮像素子を遮光するように走行する後幕とを有し、
前記第１の露光制御モードでは、前記メカシャッタの先幕を走行させて前記撮像素子の露光を開始し、前記メカシャッタの後幕を走行させて前記撮像素子の露光を終了するように制御し、
前記第２の露光制御モードでは、前記撮像素子による前記所定行単位でのリセット解除走査により前記撮像素子の露光を開始し、前記所定行単位での読み出し走査により前記撮像素子の露光を終了するように制御し、
前記第３の露光制御モードでは、前記撮像素子による前記所定行単位でのリセット解除走査により前記撮像素子の露光を開始し、前記メカシャッタの後幕を走行させて前記撮像素子の露光を終了するように制御し、
前記メカシャッタの動作精度に基づいて前記第２の露光制御モードにより静止画撮影を行う場合の露光開始および露光終了のタイミングを設定することにより、前記第１の露光制御モード、前記第２の露光制御モードおよび前記第３の露光制御モードにおける露光時間が略一致するように制御することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子は、前記複数の画素の所定行単位でのリセット解除走査のタイミングを前記メカシャッタの先幕の走行に合わせる電子先幕走査が可能であり、
前記制御手段は、前記第３の露光制御モードにおいて、前記電子先幕走査により前記撮像素子の露光を開始し、前記メカシャッタの後幕を走行させることにより前記撮像素子の露光を終了するように制御することを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２の露光制御モードにおいて、前記撮像素子をローリング電子シャッタ駆動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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置には、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子が搭載されている。ＣＭＯＳイメージセンサでは、ライン露光順次読み出し方式（いわゆるローリング電子シャッタ）が用いられることにより露光時間を制御しながら撮像することが可能である。
【０００３】
また、ＣＭＯＳ撮像素子からの画像信号の読み出しが高速化され、従来からの課題であったローリングシャッタ歪みも抑制され、高品位な静止画撮影が可能になっている。さらにローリング電子シャッタを用いた静止画撮影は、従来のメカシャッタを用いた静止画撮影に対してメカシャッタに起因する駆動音が生じないため、ユーザには静音で撮影できるメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４２７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、撮像装置の性能向上により１／８０００秒等の高速秒時のシャッタで静止画撮影が可能になっている。メカシャッタを用いて露出を制御する場合、このような高速シャッタ秒時の撮影では、メカシャッタの応答遅れや走行抵抗の変化等に起因して露光量が理想値からずれることが発生する。その対策として、工場調整時や実際の撮影時の温度に応じたメカシャッタのシャッタ速度補正を行うことが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、メカシャッタの速度補正を行ったとしても、メカシャッタの動作を完全に理想値と一致させることは非常に困難である。そのため、上記したメカシャッタの応答遅れ等に起因して、メカシャッタを用いて露光制御を行う場合とイメージセンサの電子シャッタを用いて露光制御を行う場合とで露光量の差が視認されることがあった。
【０００７】
本発明の目的は、メカシャッタを用いて露光制御を行うモードと電子シャッタを用いて露光制御を行うモードで撮影された静止画像の露光量の差を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、行列状に配置された複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子を露光および遮光するためのメカシャッタと、前記メカシャッタを用いて前記撮像素子の露光時間を制御する第１の露光制御モードと、前記メカシャッタを用いずに前記撮像素子のリセット解除走査および読み出し走査により前記撮像素子の露光時間を制御する第２の露光制御モードのいずれかのモードで静止画を撮影するように制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記メカシャッタの動作精度に基づいて、前記第２の露光制御モードにより静止画を撮影する場合の前記撮像素子のリセット解除走査および読み出し走査の少なくとも一方のタイミングを調整することにより、前記第１の露光制御モードと前記第２の露光制御モードにおける１フレーム全体の露光量が略一致するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メカシャッタを用いた露光制御と撮像素子の電子シャッタのみを用いた露光制御による露光量差を低減し、良好な静止画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態による撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施形態による撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。
【図３】静止画撮影時の露光制御を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用可能な撮像装置１００の構成の一例を示す。
【００１３】
図１において、撮像レンズ１０１は、レンズ制御部１０２の指示に基づいて被写体の光学像を撮像素子１０６の撮像面に結像させる。絞り１０３は、露光制御部１０５の指示に基づいて通過する光束を調整する。
【００１４】
メカシャッタ１０４は、メカ先幕とメカ後幕で構成され、光学像の入射方向に対して撮像素子１０６の直前に配置される。また、露光制御部１０５により開閉制御され、撮像素子１０６に対する光学像の露光を制御する。
【００１５】
撮像素子１０６は、例えばＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像レンズ１０１により撮像面にある画素配列に結像された光学像を画像信号に変換し、所定ゲインで増幅されてＡ／Ｄ変換を行うことにより、デジタル画像信号として後段のＤＳＰ１０７に出力する。
【００１６】
撮像素子１０６は、複数の画素が行列状に配置され、複数の画素を所定行単位で順次リセットするように走査させるリセット走査と、前記複数の画素からの信号を前記所定行単位で順次読み出すように走査させる読み出し走査を行うことが可能である。
【００１７】
ＤＳＰ１０７は、ＣＰＵ１０８により制御され、撮像素子１０６から出力されるデジタル画像信号が入力される。さらに、ＲＯＭ１０９に保持された各種データを用いて、ＲＡＭ１１０をワークエリアとして使用しながら、デジタル画像信号に対して各種補正処理、現像処理及び圧縮処理などを行う。
【００１８】
また、ＤＳＰ１０７は、記録媒体１１２に対する画像データの書き込み処理を行うとともに、表示部１１１に対して各種データの表示処理などを行う。ＣＰＵ１０８は、撮像素子１０６、露光制御部１０５、レンズ駆動部１０２、ＤＳＰ１０７の制御を行う。
【００１９】
表示部１１１は、ＤＳＰ１０７で処理された撮影画像データの表示を行う。また、絞り１０３やＩＳＯ感度などの各種撮影設定をユーザに行わせるメニュー画面の表示も行う。
【００２０】
記録媒体１１２は、半導体メモリ等から構成されるものであり、着脱可能に接続される。ＤＳＰ１０７により処理された記録用の静止画及び動画の画像データは記録媒体１１２に記録される。
【００２１】
ユーザはモードダイアル１１６で撮影モードを選択し、第１のスイッチ１１４を押下してＡＦ（自動焦点制御）を指示し、さらに第２のスイッチ１１５を押下して撮影動作を指示する。
【００２２】
以下、図２及び図３を参照して、本実施形態による静止画撮影時の撮影シーケンスおよび露光期間の調整方法について説明する。図２は、ＣＰＵ１０８の制御により静止画撮影を実施する場合のフローチャートである。
【００２３】
Ｓ２０１において、ユーザにより第１のスイッチ１１４が押されたかどうかを判定し、第１のスイッチ１１４が押されたと判定された場合には、オートフォーカス制御を行う。
【００２４】
Ｓ２０２において、フォーカス制御に応じたレンズフォーカス位置が決定される。
【００２５】
Ｓ２０３において、ユーザにより設定された撮影モードに応じてシャッタ速度が設定される。
【００２６】
Ｓ２０４において、ユーザにより第２のスイッチ１１５が押されたかどうかを判定し、第２のスイッチが押されたと判定された場合には、Ｓ２０５に進む。
【００２７】
Ｓ２０５において、ユーザによりメカシャッタ１０４を用いて撮像素子１０６の露光制御を行う第１の露光制御モードが設定されているかどうかを判定する。そして、ユーザにより第１の露光制御モードが設定されている場合には、Ｓ２０６に進む。
【００２８】
ここでメカシャッタ１０４による露光制御について、図３（ａ）を用いて詳細に説明する。図３（ａ）は、メカシャッタ１０４のメカ先幕およびメカ後幕による第１の露光制御モードを示している。
【００２９】
Ｓ２０６において、ＣＰＵ１０８は、メカ先幕の走行開始前に全画素を一括リセットするように撮像素子１０６を駆動制御する。このタイミングでは撮像面は遮光されている状態である。
【００３０】
Ｓ２０７において、ＣＰＵ１０８は、露光開始のタイミングで露光制御部１０５に対してメカ先幕走行開始信号ＳＨ＿１Ｍを出力し、メカシャッタ１０４はメカ先幕の走行を開始する。このとき、メカ先幕は走行カーブ１に示されるように走行し、撮像素子１０６の撮像面の露光が開始される。
【００３１】
Ｓ２０３で設定されたシャッタ速度に応じた露光時間が経過した後、Ｓ２０８において、ＣＰＵ１０８は、露光終了のタイミングで露光制御部１０５に対してメカ後幕走行開始信号ＳＨ＿２Ｍを出力し、メカシャッタ１０４はメカ後幕の走行を開始する。
【００３２】
このとき、メカ後幕が走行カーブ２に示すように走行すれば、理想的な露光制御を行うことができる。しかしながら、例えば温度等によるシャッタ幕の走行抵抗の変化により、実際にはメカ後幕が走行カーブ３のように走行することが想定される。この場合、設定されたシャッタ速度に対応した理想的な露光時間Ｔに対して露光時間差Δが発生し、実際の露光時間はＴ＋Δになる。
【００３３】
Ｓ２０９において、メカシャッタ１０４の後幕が走行して撮像素子１０６が遮光された状態で、撮像素子１０６の読み出し走査を行うようにＣＰＵ１０８が制御し、メカシャッタ１０４を用いた第１の露光制御モードによる静止画撮影を終了する。
【００３４】
Ｓ２０５において、ユーザによりメカシャッタ１０４による第１の露光制御モードが設定されていないと判定された場合には、Ｓ２１０に進む。
【００３５】
Ｓ２１０において、ユーザにより撮像素子１０６の電子シャッタとメカシャッタ１０４を併用して撮像素子１０６の露光制御を行う第３の露光制御モードが設定されているかどうかを判定する。そして、ユーザにより第３の露光制御モードが設定されている場合には、Ｓ２１１に進む。
【００３６】
次に、撮像素子１０６の電子シャッタとメカシャッタ１０４の併用による第３の露光制御モードについて、図３（ｂ）を用いて詳細に説明する。図３（ｂ）は、撮像素子１０６の電子シャッタとメカシャッタ１０４を併用する電子先幕シャッタによる第３の露光制御モードを示している。
【００３７】
Ｓ２１１において、ＣＰＵ１０８は、全画素を一括リセットするように撮像素子１０６を駆動制御する。
【００３８】
Ｓ２１２において、ＣＰＵ１０８は、露光開始のタイミングで撮像素子１０６に対して電子先幕走行開始信号ＳＨ＿１Ｅを出力し、撮像素子１０６の画素部の所定の行単位でのリセット解除を開始する。すなわち電子先幕走査を開始する。このとき、電子先幕走査は走行カーブ４に示されるタイミングで行われ、撮像素子１０６の撮像面の露光（電荷蓄積）が開始される。ここで、電子先幕走査の走行カーブ４がメカ後幕の走行カーブ２と等しくなるように、撮像素子１０６のリセット解除走査タイミングが設定されているものとする。
【００３９】
Ｓ２０３で設定されたシャッタ速度に応じた露光時間が経過した後、Ｓ２０８において、ＣＰＵ１０８は、露光流量のタイミングで露光制御部１０５に対してメカ後幕走行開始信号ＳＨ＿２Ｍを出力し、メカシャッタ１０４のメカ後幕の走行を開始する。
【００４０】
上述したように、メカ後幕が走行カーブ２に示すように走行すれば、理想的な露光制御を行うことができる。しかしながら、実際にはメカ後幕が走行カーブ３のように走行することが想定される。この場合、設定されたシャッタ速度に対応した理想的な露光時間Ｔに対して露光時間差Δが発生し、実際の露光時間はＴ＋Δになる。
【００４１】
Ｓ２０９において、メカシャッタ１０４の後幕が走行して撮像素子１０６が遮光された状態で、撮像素子１０６の読み出し走査を行うようにＣＰＵ１０８が制御する。そして、撮像素子１０６の電子シャッタとメカシャッタ１０４の併用による第３の露光制御モードによる静止画撮影を終了する。
【００４２】
Ｓ２０４において、ユーザにより第２のスイッチ１１５が押されたと判定され、Ｓ２１０において、ユーザにより第３の露光制御モードが設定されていないと判定された場合には、Ｓ２１３に進む。
【００４３】
Ｓ２１３において、ユーザにより撮像素子１０６の電子シャッタのみを用いた第２の露光制御モードが設定されているかどうかを判定する。そして、ユーザにより第２の露光制御モードが設定されている場合には、Ｓ２１４に進む。
【００４４】
次に、撮像素子１０６の電子シャッタのみを用いた第２の露光制御モードについて、図３（ｃ）を用いて詳細に説明する。図３（ｃ）は、撮像素子１０６のローリング電子シャッタ駆動による第２の露光制御モードを示している。
【００４５】
Ｓ２１４において、ＣＰＵ１０８は、撮像素子１０６の画素部を所定の行単位でリセット走査を行い、さらに露光開始のタイミングで所定の行単位でリセット解除走査を開始する。すなわち、走行ライン５に示すタイミングで撮像素子１０６の画素部が所定の行単位で順次リセット解除が行われる。
【００４６】
撮像素子１０６のリセット解除走査を開始するタイミングは、Ｓ２０３で設定されたシャッタ速度に応じた露光時間分だけフレーム同期信号ＶＤよりも早いタイミングに設定される。
【００４７】
Ｓ２０３で設定されたシャッタ速度に応じた露光時間の経過後、Ｓ２０９において、走行ライン６に示すような撮像素子１０６の読み出し走査をフレーム同期信号ＶＤのタイミングで開始し、撮像素子１０６の画素部の信号を所定の行単位で読み出すように制御する。そして、露光を終了し、第２の露光制御モードによる静止画撮影を終了する。
【００４８】
ここで、本実施例では、メカシャッタ１０４を用いた第１の露光制御モードおよび第３の露光制御モードによる露光制御と、撮像素子１０６のローリング電子シャッタを用いた第２の露光制御モードによる露光制御との露光量差を低減する制御を行う。
【００４９】
すなわち、メカシャッタの動作精度に起因する露光時間差Δを考慮して（メカシャッタの動作精度に基づいて）、ローリング電子シャッタを用いた第２の露出制御モードにおける露光時間（電荷蓄積時間）がＴ＋Δになるように制御する。なお、撮像素子のリセット解除走査および読み出し走査の両方のタイミングを調整してもかまわないが、少なくとも一方のタイミングを調整すればよい。
【００５０】
ここで、ローリング電子シャッタ駆動では、水平同期信号ＨＤの単位で露光時間（電荷蓄積時間）の設定が可能である。つまり、露光時間Ｔ＋Δは、水平同期信号ＨＤに換算して設定される。例えば、図３（ｃ）に示す例では、露光時間Ｔ＋Δが水平同期信号ＨＤの５パルス分の時間になっている。
【００５１】
露光時間差Δに対して水平同期信号ＨＤの１パルス期間が十分に短ければ、高精度で露光時間の制御が可能である。
【００５２】
上述したように、メカシャッタの動作精度に起因して発生し得る露光時間差Δを考慮したうえでローリング電子シャッタ駆動の露光時間を設定することにより、３つの露光制御モード間で同じシャッタ速度で撮影した場合の露光量差を低減することができる。
【００５３】
すなわち、各露光制御モードにおける１フレーム全体の露光量を略一致させることができ、良好な静止画を得ることが可能である。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０４  メカシャッタ
１０５  露光制御部
１０６  撮像素子
１０８  ＣＰＵ
１１６  モードダイアル
【図１】
2019220888.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019220888.tif 000005