(57)【要約】【課題】ＸＹアドレス方式の撮像素子による撮像画像の歪みを防止すると共に、画素内への光の漏れ込みに起因する撮像画像の劣化を抑制することが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】全行の転送トランジスタと全行のリセットトランジスタをオンにして、フォトダイオードとＦＤとをリセットし、フォトダイオードへの露光を開始する（タイミングｔ１）。次に、所定の露光時間の経過後に、全行の転送トランジスタをオンにして、全画素のフォトダイオードの信号電荷をＦＤに転送することで、露光を終了させる（タイミングｔ２）。その後、絞りの閉動作を実施して光漏れの上下差を低減する（タイミングｔ８からｔ９）。そして、フォトダイオードから転送された信号電荷に応じた電圧をＦＤから行毎に順次読み出す（タイミングｔ５からｔ６）。【選択図】図７
2013055553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換する光電変換部、前記光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を蓄積する蓄積部、前記光電変換部から前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部、前記光電変換部および前記蓄積部の電圧をリセットするリセット部を有する画素の複数個が２次元マトリクス状に配置された撮像素子と、前記撮像素子への入射光の光量を調整する光量調整手段と、グローバルシャッタ動作またはローリングシャッタ動作のいずれかを実行して前記撮像素子の露光を行う露光手段とを備える撮像装置であって、
前記露光手段は、前記複数の画素における全行の各光電変換部および各蓄積部を前記リセット部によりリセットして露光を開始してから所定の露光時間が経過した後に、前記複数の画素における全行の各光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を各蓄積部に転送して露光を終了させ、
前記光量調整手段は、前記露光手段による露光が終了した後から遮光が行われるまでに、前記撮像素子への入射光の光量を減少させることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光量調整手段は絞りで構成され、前記露光手段は、当該絞りを閉じて前記撮像素子への入射光の光量を減少させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光量調整手段は絞りと減光フィルタとで構成され、前記露光手段は、当該絞りを閉じて且つ当該減光フィルタを挿入して前記撮像素子への入射光の光量を減少させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記絞りは完全に閉じるように構成され、前記露光手段は、当該絞りを完全に閉じて前記撮像素子への入射光を遮光させることを特徴とする請求項２または３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光量調整手段は減光フィルタで構成され、前記露光手段は、当該減光フィルタを挿入して前記撮像素子への入射光の光量を減少させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光量調整手段は、光の減衰度が互いに異なる複数の減光フィルタで構成され、
前記露光手段は、前記撮像素子への入射光の光量を減少させるときの減衰度が、前記撮像装置の撮影条件に合わせて設定される減衰度よりも大きい減光フィルタを選択するように前記光量調整手段を制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項７】
前記露光手段は、前記光量調整手段が前記撮像素子への入射光の光量を減少させるときの動作速度が、前記撮像装置の撮影条件に合わせて設定される動作速度より大きくなるように制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像素子への入射光を遮断する遮光手段をさらに備え、前記遮光手段は、前記光量調整手段による前記撮像素子への入射光の光量を減少させた後に遮光を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記露光手段は、露光が終了した後、各蓄積部から信号電荷を行毎に同時に読み出すときに、前記複数の画素における行を上から下に読み出しを行った場合は、前記遮光手段を下から上に向かって遮光するように制御することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記蓄積部はフローティングディフュージョンであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像素子に入射光を集光するためのレンズ群、前記光量調整手段を含む部分が前記撮像装置の本体から着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
入射光を光電変換する光電変換部、前記光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を蓄積する蓄積部、前記光電変換部から前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部、前記光電変換部および前記蓄積部の電圧をリセットするリセット部を有する画素の複数個が２次元マトリクス状に配置された撮像素子と、前記撮像素子への入射光の光量を調整する光量調整手段と、グローバルシャッタ動作またはローリングシャッタ動作のいずれかを実行して前記撮像素子の露光を行う露光手段とを備える撮像装置の制御方法であって、
前記露光手段が、前記複数の画素における全行の各光電変換部および各蓄積部を前記リセット部によりリセットして露光を開始してから所定の露光時間が経過した後に、前記複数の画素における全行の各光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を各蓄積部に転送して露光を終了させる工程と、
前記露光手段が、露光が終了した後、各蓄積部から信号電荷を行毎に同時に読み出す工程と、
前記光量調整手段が、前記露光手段による露光が終了した後から遮光が行われるまでに、前記撮像素子への入射光の光量を減少させる工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置およびその制御方法に関し、特に、ＸＹアドレス方式で各画素信号を読み出すＣＭＯＳ型イメージセンサなどの撮像素子を用いて撮像する撮像装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなど、撮像素子を用いて撮像し、撮像画像をデジタルデータとして保存することができる撮像装置が広く普及している。このような撮像装置に用いる撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサが最も一般的であった。近年では、撮像素子の一層の多画素化が進むにつれて、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサが注目されている。ＣＭＯＳ型イメージセンサは、画素信号のランダムアクセスが可能である点や、ＣＣＤ型イメージセンサと比較して画素信号の読み出しが高速で、高感度、低消費電力といった特徴がある。
【０００３】
ところで、撮像装置において、露光時間を制御するためにメカニカルシャッタを用いた場合には、組み立て時に発生する位置精度の誤差やシャッタ羽根の動作精度の誤差により、露光時間のバラツキを発生させることがある。特に、高速シャッタ時においては露光時間に占める誤差の割合が大きくなってしまう。これに対して、多くの撮像素子は、電子シャッタ機能を備えている。
【０００４】
電子シャッタ機能は、撮像素子の画素をリセットすることにより露光を開始し、撮像素子の画素の信号を読み出すことにより露光を終了させる。このように、撮像素子の機能だけで、露光の始まりと終わりを制御するので、低速シャッタから高速シャッタまで、正確な露光時間の制御を実現することが可能である。
【０００５】
ＣＭＯＳ型イメージセンサの電子シャッタ機能は、ＣＣＤ型と異なり、２次元配列された複数の画素を画素行毎に順次走査して信号読み出しを行う、いわゆるローリングシャッタ（あるいはフォーカルプレーンシャッタとも呼ばれる）である。そのため、行毎に露光期間がずれてしまうという問題がある。例えば、特許文献１の図９（Ｂ）のように、上下方向に直線状の被写体Ｓが左右方向に移動している場合、この被写体Ｓを撮像した静止画像では、被写体Ｓが傾いた状態で写ってしまう。
【０００６】
上記問題を解決すべく、全行に対して同時に電子シャッタを切り、露光期間を一致させるようにしたＣＭＯＳ型イメージセンサもある（例えば、特許文献１の図１１参照）。このＣＭＯＳ型イメージセンサでは、フォトダイオードをある時点で全行同時にリセットし、所定の露光時間の経過後にフォトダイオードの電荷を全行同時にフローティングディフュージョン（ＦＤ）に転送する。そして、このＦＤの信号を１行ずつ順に出力する。このようにすれば、特許文献１の図１１（Ｂ）のように、上下方向に直線状の被写体Ｓが左右方向に移動している場合においても、この被写体Ｓを撮像した静止画像では、被写体が傾くことなく、直立した状態で写すことができるようになる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の図１１を実現するＣＭＯＳ型イメージセンサの画素（特許文献１の図１０）においては、フォトダイオード以外を完全に遮光することが難しい。そこで、ＦＤの信号を出力するまでの間に、ＦＤに対して光が漏れ込み、その量が先に出力する行と後で出力する行との間で異なる。そのために、光漏れの上下差が発生し、撮像画像を劣化させてしまうという問題がある。
【０００８】
また、ＣＭＯＳ型イメージセンサの行単位の読み出し方向とメカニカルシャッタの遮光方向を同じにして、メカニカルシャッタの遮光動作に合うように、フォトダイオードのリセットとＦＤへの転送を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このようにすれば、特許文献２の図３のように、ＦＤへの転送からメカニカルシャッタで遮光するまでの時間を全行等しくすることができるので、光漏れの上下差は解消する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１９１２３６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７６１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２の図３でわかるとおり、フォトダイオードのリセットとＦＤへの転送は全行同時に行われていないため、移動する被写体が傾いた状態で写ってしまう。このように、ＣＭＯＳ型イメージセンサでは、移動する被写体が傾いた状態で写るという問題を解決すべく、フォトダイオードのリセットとＦＤへの転送を全行同時に行った場合、ＦＤへの光漏れの上下差が発生し、撮像画像を劣化させてしまうという問題が残る。
【００１１】
また、光漏れの上下差を解消するために、メカニカルシャッタの遮光動作に合うように、フォトダイオードのリセットとＦＤへの転送を制御した場合には、移動する被写体が傾いた状態で写ってしまうという問題が残る。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＸＹアドレス方式の撮像素子による撮像画像の歪みを防止すると共に、画素内への光の漏れ込みに起因する撮像画像の劣化を抑制することが可能な撮像装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、入射光を光電変換する光電変換部、前記光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を蓄積する蓄積部、前記光電変換部から前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部、前記光電変換部および前記蓄積部の電圧をリセットするリセット部を有する画素の複数個がマトリックス状に配置された撮像素子と、前記撮像素子への入射光の光量を調整する光量調整手段と、グローバルシャッタ動作またはローリングシャッタ動作のいずれかを実行して前記撮像素子の露光を行う露光手段とを備える撮像装置であって、前記露光手段は、前記複数の画素における全行の各光電変換部および各蓄積部を前記リセット部によりリセットして露光を開始してから所定の露光時間の経過後に、前記複数の画素における全行の各光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を各蓄積部に転送して露光を終了させ、前記光量調整手段は、前記露光手段による露光が終了した後から遮光が行われるまでに、前記撮像素子への入射光の光量を減少させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、撮像素子の全行同時リセットと全行同時転送により、全行の露光期間を一致させ、その後、光学系内の絞りを最小絞りまで閉じて画素回路内部への光漏れを低減する。これにより、ＸＹアドレス方式の撮像素子による撮像画像の歪みを防止すると共に、画素内への光の漏れ込みに起因する撮像画像の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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２】（ａ）は図１の光学系の概略構成を示す図、図２（ａ）に示す光学系とは異なる形態の光学系の概略構成を示す図である。
【図３】図１における撮像素子の概略構成を示す図である。
【図４】図３における画素部の各画素の回路構成を示す図である。
【図５】ローリングシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。
【図６】グローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は撮像領域の中心付近の露光状態を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態におけるグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。
【図９】本発明の第５の実施形態におけるグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１から図７を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、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。
【００１９】
本実施形態の撮像装置は、動画機能付き電子スチルカメラやビデオカメラなどに応用可能である。
【００２０】
図１に示す撮像装置は、光学系１０１、撮像素子１０２、前処理部１０３、信号処理部１０４、圧縮伸張部１０５、同期制御部１０６、操作部１０７、画像表示部１０８および画像記録部１０９を備える。
【００２１】
光学系１０１は、被写体からの光を撮像素子１０２に集光するためのレンズ、レンズを移動させてズームや合焦を行うための駆動機構、メカニカルシャッタ機構、絞り機構などを備えている。これらのうちの可動部は、同期制御部１０６からの制御信号に基づいて駆動される。
【００２２】
撮像素子１０２は、ＸＹ読み出し方式のＣＭＯＳ型イメージセンサなどであり、同期制御部１０６からの制御信号に応じて、露光や信号読み出し、リセットなどのタイミングが制御される。
【００２３】
前処理部１０３は、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路、ＡＧＣ（Auto Gain Control）回路、ＡＤコンバータ回路などから成り、同期制御部１０６の制御の下で動作するフロントエンド回路である。ＣＤＳ回路は、撮像素子１０２の出力信号に対して、ＣＤＳ処理により、画素回路内のトランジスタのしきい値のばらつきに起因する固定パターンノイズを除去して、Ｓ／Ｎ（Signal/Noise）比を良好に保つようにサンプルホールドを行う。ＡＧＣ回路は、ＡＧＣ処理により利得を制御する。ＡＤコンバータ回路は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路からのアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
【００２４】
信号処理部１０４は、同期制御部１０６の制御の下で、前処理部１０３によりデジタル化された画像信号に対して、ホワイトバランス調整処理や色補正処理、ＡＦ（Auto Focus）処理、ＡＥ（Auto Exposure）処理などの信号処理を施す。
【００２５】
圧縮伸張部１０５は、同期制御部１０６の制御の下で動作し、信号処理部１０４からの画像信号に対して、ＪＰＥＧ方式などの所定の静止画像データフォーマットで圧縮符号化処理を行う。ＪＰＥＧ：Joint Photographic Coding Experts Group
また、圧縮伸張部１０５は、同期制御部１０６から供給された静止画像の符号化データを伸張復号化処理する。さらに、ＭＰＥＧ方式などにより動画像の圧縮符号化／伸張復号化処理を実行可能なようにしてもよい。ＭＰＥＧ：Moving Picture Experts Group
同期制御部１０６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成されるマイクロコントローラである。同期制御部１０６は、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムを実行することにより、図示の撮像装置の各部を統括的に制御する。
【００２６】
操作部１０７は、例えば、シャッタレリーズボタンなどの各種操作キーやレバー、ダイヤルなどから構成され、ユーザによる入力操作に応じた制御信号を同期制御部１０６に出力する。
【００２７】
画像表示部１０８は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示デバイスや、これに対するインタフェース回路などから成る。画像表示部１０８は、同期制御部１０６から供給された画像信号から表示デバイスに表示させるための画像信号を生成し、この信号を表示デバイスに供給して画像を表示させる。
【００２８】
画像記録部１０９は、例えば、可搬型の半導体メモリや、光ディスク、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、磁気テープなどとして実現され、圧縮伸張部１０５により符号化された画像データファイルを同期制御部１０６から受け取って記憶する。また、同期制御部１０６からの制御信号を基に指定されたデータを読み出し、同期制御部１０６に出力する。
【００２９】
ここで、上記の撮像装置における基本的な動作について説明する。
【００３０】
静止画像の撮像前には、撮像素子１０２から出力された画像信号が前処理部１０３に順次供給され、ＣＤＳ処理、ＡＧＣ処理が施された後、さらにＡＤコンバータにおいてデジタル画像信号に変換される。信号処理部１０４は、前処理部１０３からのデジタル画像信号に対して画質補正処理を施し、カメラスルー画像の信号として、同期制御部１０６を通じて画像表示部１０８に供給する。これにより、カメラスルー画像が表示され、ユーザは表示画像を見て画角合わせを行うことが可能となる。この状態で、操作部１０７のシャッタレリーズボタンが押下されると、同期制御部１０６の制御により、撮像素子１０２からの１フレーム分の画像信号が、前処理部１０３を介して信号処理部１０４に取り込まれる。信号処理部１０４は、取り込んだ１フレーム分の画像信号に画質補正処理を施し、処理後の画像信号を圧縮伸張部１０５に供給する。圧縮伸張部１０５は、入力された画像信号を圧縮符号化し、生成した符号化データを同期制御部１０６を通じて画像記録部１０９に供給する。これにより、撮像された静止画像のデータファイルが画像記録部１０９に記録される。また、処理後の画像信号を同期制御部１０６を通じて画像表示部１０８に供給することで、記録した静止画像を表示させることもできる。
【００３１】
画像記録部１０９に記録された静止画像のデータファイルを再生する場合、同期制御部１０６は、操作部１０７からの操作入力に応じて、選択されたデータファイルを画像記録部１０９から読み込み、圧縮伸張部１０５に供給して伸張復号化処理を実行させる。復号化された画像信号は、同期制御部１０６を介して画像表示部１０８に供給され、これにより静止画像が再生表示される。
【００３２】
また、動画像を記録する場合には、信号処理部１０４で順次処理された画像信号に圧縮伸張部１０５で圧縮符号化処理を施し、生成された動画像の符号化データを順次画像記録部１０９に転送して記録する。また、画像記録部１０９から動画像のデータファイルを読み出して圧縮伸張部１０５に供給し、伸張復号化処理させて、画像表示部１０８に供給することで、動画像が表示される。
【００３３】
図２（ａ）は、図１における光学系１０１の概略構成を示す図である。
【００３４】
光学系１０１は、第１レンズ群１００１、第２レンズ群１００２、第１レンズ群１００１と第２レンズ群１００２の間に設けられた光量調整手段としての絞り１００３を備える。さらに、光学系１０１は、光量調整手段としての減光フィルタ１００４、遮光手段としてのメカニカルシャッタ１００５、およびこれらを駆動制御する駆動部１００６を備える。
【００３５】
第１レンズ群１００１と第２レンズ群１００２は、それぞれ少なくとも１枚のレンズから成り、駆動部１００６による制御により、光軸方向の移動が可能となっているので、ズーム機能や合焦機能を実現することが可能となっている。なお、第２レンズ群１００２とメカニカルシャッタ１００５との間に少なくとも１枚のレンズから成る第３レンズ群をさらに設けて、第３レンズ群を用いて合焦機能を実現させてもよい。
【００３６】
絞り１００３は、複数の絞り羽根を組み合わせて、連続的に絞り開口の径が変えられる虹彩絞りとなっている。このため、駆動部１００６による制御により、連続的に入射光の光量を調整することができる。絞り開口の形状は円形が理想であるが、通常、用いた絞り羽根の枚数に応じた数の角を持ってしまうので、必要に応じて絞り羽根を増やした絞りを使ってもよい。あるいは、複数の大きさの開口を持つ絞りを入れ換えて使用してもよい。
【００３７】
減光フィルタ１００４は、ＮＤ（Neutral Density）フィルタに代表されるフィルタで、特定の色に偏ることなく、レンズに入ってくる光をバランスよく減光することができる。本実施形態においては、駆動部１００６による制御により、減光フィルタ１００４の出し入れが可能となっている。また、絞り１００３が最小口径になった後に挿入されるように制御してもよいし、最小口径付近の中間口径から挿入されるように制御してもよい。このように、絞り１００３の最大口径を避けて減光フィルタ１００４を挿入することにすれば、減光フィルタ１００４の口径を小さくできるので、減光フィルタ１００４の小型化と出し入れする際の駆動機構の小型簡略化が可能である。
【００３８】
本実施形態では、光学系が、出し入れ可能な減光フィルタを備えているものとして説明するが、減光フィルタを備えていない光学系においても、絞りのみの制御で適用可能であることについても説明する。
【００３９】
メカニカルシャッタ１００５は、駆動部１００６による制御により、入射光を遮断することができる。本実施形態においては、フォーカルプレーンシャッタの後幕のように、撮像領域を上下方向に遮光するものを用いるものとする。メカニカルシャッタ１００５は、他にも、２枚羽根で閉じる構成にして、左右から、あるいは、上下から遮光するような構成にしてもよい。
【００４０】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す光学系１０１とは異なる形態の光学系１０１の概略構成を示す図であり、カメラ本体１１０１と交換レンズ１１０２からなるレンズ交換式撮像装置となっている。
【００４１】
カメラ本体１１０１と交換レンズ１１０２は、着脱可能に構成され、カメラ本体側マウント部１１０３と交換レンズ側マウント部１１０４とで機械的に接続し、カメラ本体側接点１１０５と交換レンズ側接点１１０６とで電気的に接続する。なお、図２（ｂ）は、レンズ交換式撮像装置の光学系を説明する図なので、カメラ本体１１０１については、図１における光学系１０１、撮像素子１０２および同期制御部１０６以外は図示していない。
【００４２】
カメラ本体１１０１側の光学系は、遮光手段としてのメカニカルシャッタ１００５およびメカニカルシャッタ１００５を駆動制御するシャッタ駆動部１００８を備えている。メカニカルシャッタ１００５は、シャッタ駆動部１００８による制御により、入射光を遮断することができる。図２（ａ）に示す光学系１０１と同様に、フォーカルプレーンシャッタの後幕のように、撮像領域を上下方向に遮光するものを用いてもよいし、フォーカルプレーンシャッタを用いてもよい。
【００４３】
シャッタ駆動部１００８は、同期制御部１０６からの制御信号の制御の下で動作する。
【００４４】
交換レンズ１１０２側の光学系は、第１レンズ群１００１、第２レンズ群１００２、第１レンズ群１００１と第２レンズ群１００２との間に設けられた光量調整手段としての絞り１００３を備える。さらに、光量調整手段としての減光フィルタ１００４、およびこれらを駆動制御する交換レンズ駆動部１００７を備える。第１レンズ群１００１、第２レンズ群１００２、絞り１００３、および減光フィルタ１００４の説明は、図２（ａ）と同じなので省略する。
【００４５】
交換レンズ駆動部１００７は、カメラ本体側接点１１０５と交換レンズ側接点１１０６を介して送られてくる同期制御部１０６からの制御信号の制御の下で動作する。カメラ本体側接点１１０５と交換レンズ側接点１１０６の電気的な接続は、同期制御部１０６との間で行われる通信で行われる。例えば、交換レンズ駆動部１００７に対する制御信号、交換レンズ１１０２内の図示していないメモリの情報、あるいは、第１レンズ群１００１、第２レンズ群１００２、絞り１００３およびの減光フィルタ１００４の状態を示す情報などがある。さらに、交換レンズ駆動部１００７を構成する図示していない電気回路やモーターへの電源供給も含まれる。
【００４６】
本実施形態では、交換レンズが、出し入れ可能な減光フィルタを備えているものとして説明するが、減光フィルタを備えていないほとんどの交換レンズにおいても、絞りのみの制御で適用可能であることについても説明する。
【００４７】
図３は、図１における撮像素子１０２の概略構成を示す図である。
【００４８】
撮像素子１０２は、ＣＭＯＳ型イメージセンサである。撮像素子１０２は、図３に示すように、半導体基板２００上に画素部（撮像領域）２１０、定電流部２２０、列信号処理部２３０、垂直選択部２４０、水平選択部２５０、水平信号線２６０、出力処理部２７０、及びＴＧ２８０を備える。
【００４９】
画素部２１０は、複数個の画素を２次元マトリクス状に配置したものであり、各画素には図４を用いて後述する画素回路が設けられている。この画素部２１０からの各画素の信号は、画素列毎に後述する垂直信号線を通して列信号処理部２３０に出力される。
【００５０】
定電流部２２０には、各画素にバイアス電流を供給するための定電流源が画素列毎に配置されている。垂直選択部２４０は、画素部２１０の各画素を１行ずつ選択し、各画素のリセット動作や読み出し動作を駆動制御する。
【００５１】
列信号処理部２３０は、各画素の信号を垂直信号線を通じて１行分ずつ受け取り、列毎に所定の信号処理を行って、その信号を一時保持する。例えば、ＣＤＳ処理、ＡＧＣ処理、ＡＤ変換処理などを適宜行うものとする。水平選択部２５０は、列信号処理部２３０の信号を１つずつ選択し、水平信号線２６０に供給する。
【００５２】
出力処理部２７０は、水平信号線２６０からの信号に所定の処理を行い、外部に出力するものであり、例えばゲインコントロール回路や色処理回路を有している。なお、列信号処理部２３０でＡＤ変換を行う代わりに、出力処理部２７０で行うようにしてもよい。ＴＧ（Timing Generator）２８０は、同期制御部１０６の制御の下で、各部の動作に必要な各種のパルス信号などを出力する。
【００５３】
図４は、図３における画素部２１０の各画素の回路構成を示す図である。
【００５４】
図４に示すように、画素３１０には、フォトダイオードＰＤ１１、転送トランジスタＭ１２、増幅トランジスタＭ１３、選択トランジスタＭ１４、およびリセットトランジスタＭ１５が設けられている。なお、各トランジスタは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（MOS Field-Effect Transistor）である。
【００５５】
転送トランジスタＭ１２、選択トランジスタＭ１４およびリセットトランジスタＭ１５の各ゲートには、それぞれ行選択信号線２１１、転送信号線２１２、リセット信号線２１３が接続されている。これらの信号線は、水平方向に延在して、同一行に含まれる画素を同時に駆動するようになっている。これにより、ライン順次動作型のローリングシャッタや、全行同時動作型のグローバルシャッタの動作を制御することが可能になっている。さらに、選択トランジスタＭ１４のソースには垂直信号線２１４が接続され、垂直信号線２１４の一方の端部は、定電流源２１５を介して接地されている。
【００５６】
フォトダイオードＰＤ１１は、光電変換部として光電変換により生成された電荷を蓄積するものであり、そのＰ側が接地され、Ｎ側が転送トランジスタＭ１２のソースに接続されている。転送部として転送トランジスタＭ１２がＯＮすると、フォトダイオードＰＤ１１の電荷がＦＤ（フローティングディフュージョン）２１６に転送されるが、ＦＤ２１６には寄生容量Ｃ１６があるので、蓄積部として、この部分に電荷が蓄積される。
【００５７】
増幅トランジスタＭ１３のドレインは電源電圧Ｖｄｄとされ、ゲートはＦＤ２１６に接続されている。この増幅トランジスタＭ１３は、ＦＤ２１６の電圧を電気信号に変換する。選択トランジスタＭ１４は、信号を読み出す画素を行単位で選択するためのものであり、そのドレインは増幅トランジスタＭ１３のソースに、ソースは垂直信号線２１４に接続されている。この選択トランジスタＭ１４がＯＮしたときには、増幅トランジスタＭ１３と定電流源２１５とがソースフォロアを構成するので、ＦＤ２１６の電圧に対応する電圧が垂直信号線２１４に出力される。
【００５８】
リセットトランジスタＭ１５のドレインは電源電圧Ｖｄｄとされ、ソースはＦＤ２１６に接続されている。このリセットトランジスタＭ１５は、リセット部として、ＦＤ２１６の電圧を電源電圧Ｖｄｄにリセットする。
【００５９】
以下、この画素部２１０の基本的な動作例について説明する。図示の回路では、ローリングシャッタおよびグローバルシャッタの２種類の電子シャッタ動作を行うことが可能となっている。
【００６０】
＜ローリングシャッタ動作の制御方法＞
まず、メカニカルシャッタ１００５が閉じている場合は開放にする。次に、設定したい露光時間からリセット時間を計算する。計算されたリセット時間になると、画素部２１０の読み出し開始行の画素に対して、リセット信号線２１３を高電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＮする。次に、転送信号線２１２を高電位にして転送トランジスタＭ１２をＯＮする。これにより、ＦＤ２１６およびフォトダイオードＰＤ１１がリセットされる。
【００６１】
続いて、転送信号線２１２を低電位にして転送トランジスタＭ１２をＯＦＦすることで、フォトダイオードＰＤ１１の露光が開始される。次に、リセット信号線２１３を低電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＦＦする。その後、露光の終了直前に、開始行のリセット信号線２１３を高電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＮすることで、ＦＤ２１６を電源電圧Ｖｄｄにセットする。この状態で、開始行の行選択信号線２１１を高電位にして選択トランジスタＭ１４をＯＮした後、リセット信号線２１３を低電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＦＦする。このときのＦＤ２１６の電圧に対応するリセット電圧を垂直信号線２１４に出力する。
【００６２】
次に、転送信号線２１２を高電位にして転送トランジスタＭ１２をＯＮすることで、フォトダイオードＰＤ１１に生じた信号電荷がＦＤ２１６に転送される。そして、転送信号線２１２を低電位にして転送トランジスタＭ１２をＯＦＦすることで露光が終了し、ＦＤ２１６に転送された信号電荷が加わった電圧に比例した信号電荷電圧が垂直信号線２１４に出力される。ここで、垂直信号線２１４に出力された信号電荷電圧からリセット電圧を引いた差が信号電圧となる。この信号電圧は、例えば、対応する列の列信号処理部２３０のＣＤＳ処理によって抽出される。そして、各列が水平選択部２５０により順次選択されて、開始行の１行分の画素信号が出力される。この後、開始行の行選択信号線２１１を低電位にして選択トランジスタＭ１４をＯＦＦした後、計算されたリセット時間になると、リセットトランジスタＭ１５および転送トランジスタＭ１２をＯＮし、これらをＯＦＦした後に次の露光が開始される。
【００６３】
以上のような読み出し動作が、水平同期信号に同期して開始行から１行ずつ遅延して行われ、各行の画素信号が順次出力される。その結果、各行の露光期間が１行毎にずれていくことになる。
【００６４】
図５は、ローリングシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。
【００６５】
ローリングシャッタ動作は、モニタリング時の画像表示や動画記録に用いられる。メカニカルシャッタ１００５が閉じている場合は開放にする。絞り１００３や減光フィルタ１００４は、撮影条件にあわせて予め設定されているものとする。図２（ｂ）に示すレンズ交換式撮像装置の場合は、撮影条件に対応する絞りの口径や減光フィルタの出し入れに対する制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出することで、絞り１００３や減光フィルタ１００４を制御する。
【００６６】
図５において、上が読み出し開始行、下が読み出し終了行となっていて、Ｖｒｅａｄが読み出し方向を示す。また、横軸は経過時間ｔを示している。
【００６７】
まず、設定したい露光時間をもとに、リセット開始時間ｔ２１を計算する。そして、タイミングｔ２１からｔ２２までのリセット動作期間において、画素部２１０の読み出し開始行から読み出し終了行まで、上述した画素のリセット動作が１行毎に実施される（図５の出力信号１１）。
【００６８】
次に、読み出し開始行のリセットから露光期間が過ぎたタイミングｔ２３において、上述した画素の読み出し動作が開始される。そして、タイミングｔ２３からｔ２４までの読み出し動作期間において、画素部２１０の読み出し開始行から読み出し終了行まで１行毎に画素信号が出力される（図５の出力信号４１）。さらに、次のリセット開始時間ｔ２５から次のリセット動作期間が始まり（図５の出力信号１３）、次の読み出し開始時間ｔ２６から次の読み出し動作期間が始まる（図５の出力信号４３）。また、タイミングｔ２０までが、一つ前の読み出し動作期間となっている（図５の出力信号４２）。
【００６９】
以上のように、タイミングｔ２３からｔ２６までを１周期とした同期制御を行うことで、モニタリング時の画像表示や動画記録を実現している。
【００７０】
＜グローバルシャッタ動作の制御方法＞
まず、メカニカルシャッタ１００５が閉じている場合は開放にする。次に、設定したい露光時間からリセット時間を計算する。計算されたリセット時間になると、画素部２１０において、全行のリセット信号線２１３を高電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＮする。次に、全行の転送信号線２１２を高電位にして転送トランジスタＭ１２をＯＮする。これにより、全画素のＦＤ２１６およびフォトダイオードＰＤ１１がリセットされる。
【００７１】
続いて、全行の転送信号線２１２を低電位にして転送トランジスタＭ１２をＯＦＦすることで、全画素のフォトダイオードＰＤ１１の露光が開始される。次に、全行のリセット信号線２１３を低電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＦＦする。その後、露光の終了直前に、全行のリセット信号線２１３を高電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＮすることで、全画素のＦＤ２１６を電源電圧Ｖｄｄにセットする。
【００７２】
次に、全行のリセット信号線２１３を低電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＦＦする。続いて、全行の転送信号線２１２を高電位にして転送トランジスタＭ１２をＯＮすることで、全画素のフォトダイオードＰＤ１１に生じた信号電荷がＦＤ２１６に転送される。そして、全行の転送信号線２１２を低電位にして転送トランジスタＭ１２をＯＦＦすることで露光が終了し、全画素のＦＤ２１６は、転送された信号電荷が蓄積した状態になる。この状態のときに、メカニカルシャッタ１００５を遮光動作させて、全画素を遮光する。そして、遮光完了後に、画素からの読み出し動作を開始する。
【００７３】
まず、画素部２１０の読み出し開始行の画素に対して、行選択信号線２１１を高電位にして選択トランジスタＭ１４をＯＮすることで、ＦＤ２１６に転送された信号電荷が加わった電圧に比例した信号電荷電圧が垂直信号線２１４に出力される。
【００７４】
次に、開始行のリセット信号線２１３を高電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＮすることで、ＦＤ２１６を電源電圧Ｖｄｄにセットする。この状態で、開始行のリセット信号線２１３を低電位にしてリセットトランジスタＭ１５をＯＦＦすることで、このときのＦＤ２１６の電圧に対応するリセット電圧を垂直信号線２１４に出力する。この後、開始行の行選択信号線２１１を低電位にして選択トランジスタＭ１４をＯＦＦする。ここで、垂直信号線２１４に出力された信号電荷電圧からリセット電圧を引いた差が信号電圧となる。この信号電圧は、例えば、対応する列の列信号処理部２３０のＣＤＳ処理によって抽出される。そして、各列が水平選択部２５０により順次選択されて、開始行の１行分の画素信号が出力される。
【００７５】
以上のような読み出し動作が、水平同期信号に同期して開始行から１行ずつ遅延して行われ、各行の画素信号が順次出力される。その結果、各行の読み出し期間が１行毎にずれていくことになる。
【００７６】
図６は、グローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。
【００７７】
グローバルシャッタ動作は、静止画記録に用いられる。メカニカルシャッタ１００５が閉じている場合は開放にする。絞り１００３や減光フィルタ１００４は、撮影条件にあわせて予め設定されているものとする。図２（ｂ）に示すレンズ交換式撮像装置の場合は、撮影条件に対応する絞りの口径や減光フィルタの出し入れに対する制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出することで、絞り１００３や減光フィルタ１００４を制御する。
【００７８】
図６において、上が読み出し開始行、下が読み出し終了行となっていて、Ｖｒｅａｄが読み出し方向を示す。また、横軸は経過時間ｔを示している。
【００７９】
まず、設定したい露光時間をもとに、リセット時間ｔ１を計算する。そして、リセット時間ｔ１において、上述した全行同時リセット動作を実施する（図６の動作１０）。
【００８０】
次に、リセット時間ｔ１から露光期間が過ぎたタイミングｔ２において、上述した全行同時転送動作を実施する（図６の全行同時転送動作２０）。全行同時転送動作を実施した後もＦＤ２１６への光漏れは続いているので、タイミングｔ３からｔ４において、メカニカルシャッタ１００５を遮光動作させる（図６の遮光動作３０）。メカニカルシャッタ１００５は、撮像領域を上から下へ向かって遮光し、タイミングｔ４において遮光が完了する。そして、遮光することによりＦＤ２１６への光漏れは解消する。
【００８１】
図６において、斜線部９０は、全行同時転送動作後の全画素（全行）に対する光漏れの状態を示している。
【００８２】
タイミングｔ２以前のＦＤ２１６への光漏れは、リセットされるか画素信号に取り込まれるため、画像に影響する光漏れは、全行同時転送動作後となるタイミングｔ２以降となる。
【００８３】
また、メカニカルシャッタ１００５の遮光動作３０がちょうど撮像領域の中心付近（図６のＣ）に来たとき、つまり、図６の遮光動作３０とＣの交差した時点をタイミングｔ７とする。遮光動作開始後のタイミングｔ５において、上述した画素の読み出し動作が開始される。そして、タイミングｔ５からｔ６までの読み出し動作期間において、画素部２１０の読み出し開始行から読み出し終了行まで１行毎に画素信号が出力される（図６の動作４０）。
【００８４】
以上のようなタイミングにより、静止画記録用の画素信号の読み出しを実現している。
【００８５】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、撮像領域の中心付近（図６のＣ）の露光状態を示す図である。縦軸Ｃｉｎｔが露光強度を示し、横軸は経過時間ｔを示している。
【００８６】
図７（ａ）及び図７（ｂ）において、タイミングｔ２およびｔ７は、それぞれ図６のタイミングｔ２およびｔ７と同じタイミングである。
【００８７】
図７（ａ）は、本発明を適用しない場合の撮像領域中心付近（図６のＣ）の露光状態を示す図である。すなわち、撮像面における露光強度５０、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６０を示している。光漏れは、画素に入射した光のうちの一部がＦＤ２１６に漏れ込んで発生するので、図７（ａ）に示すように、画素のＦＤ２１６への光漏れ強度６０は、撮像面における露光強度５０に比例する。タイミングｔ７までは、撮像素子の動作にかかわらず、撮像面の露光強度５０および光漏れ強度６０は一定となっている。
【００８８】
また、タイミングｔ２以前のＦＤ２１６への光漏れは、リセットされるか画素の信号に取り込まれるため、画像に影響する光漏れは、全行同時転送動作後となるタイミングｔ２以降となる。そして、図６で説明したように、タイミングｔ７においてメカニカルシャッタ１００５が撮像領域の中心付近を遮光するので、撮像面の露光強度および光漏れ強度はゼロになる。これにより、撮像領域の中心付近の光漏れ量は、光漏れ強度６０をタイミングｔ２からｔ７までの期間積分した値になる。このため、光漏れ量はタイミングｔ２からメカニカルシャッタ１００５が遮光するまでの時間に比例することがわかる。
【００８９】
以上より、図６のグローバルシャッタ動作の場合では、撮像領域の読み出し開始行から読み出し終了行に向かって、光漏れ量が徐々に増加するため、光漏れの上下差が発生する。
【００９０】
図７（ｂ）は、本発明の適用した場合の撮像領域中心付近（図６のＣ）の露光状態を示す図である。ここでの説明は、減光フィルタを備えていない光学系を持つ撮像装置や減光フィルタを備えていない交換レンズを装着したレンズ交換式撮像装置にも適用可能なものとなっている。
【００９１】
本実施形態においては、図７（ｂ）の全行同時転送動作２０を実施するタイミングｔ２の後、全行同時転送動作の完了を考慮した所定時間が経過したタイミングｔ８からｔ９までの期間に、絞り１００３を閉じるように制御する。
【００９２】
タイミングｔ８が、絞り１００３を閉じ始めるタイミングとなり、タイミングｔ９が、絞り１００３を閉じる制御の終了タイミング、あるいは、絞り１００３が最小口径となったタイミングとなっている。
【００９３】
レンズ交換式撮像装置の場合は、次のように絞り１００３を制御する。タイミングｔ８で絞り１００３の閉じる動作を開始させる制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出する。さらに、タイミングｔ９で絞り１００３の閉じる動作を終了させる制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出する。なお、絞り１００３が最小口径となった情報を、交換レンズ１１０２から同期制御部１０６へ伝えることで、絞り１００３の制御を停止させてもよい。
【００９４】
図７（ｂ）は、絞り１００３を閉じ始めるタイミングｔ８以前の撮像面における露光強度５１、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６１を示している。また、絞り１００３が閉じる動作を実施しているタイミングｔ８からｔ９までの期間の撮像面における露光強度５２、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６２を示している。さらに、絞り１００３を閉じる動作が終了したタイミングｔ９以後の撮像面における露光強度５３、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６３を示している。そして、タイミングｔ７においてメカニカルシャッタ１００５が撮像領域の中心付近を遮光するので、撮像面の露光強度および光漏れ強度はゼロになる。これより、光漏れ強度６１と光漏れ強度６３の差が絞り１００３を閉じた効果による光漏れの減少分となる。
【００９５】
以上のように、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決すると共に、全行同時転送後に絞りを閉じる。これにより、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となり、光漏れの上下差を低減することができる。
【００９６】
また、本実施形態における絞り１００３は、虹彩絞りとなっているので、駆動部１００６による制御により、連続的に光量を調整することができる。このため、タイミングｔ８からｔ９までの期間においては、撮像面の露光強度５１および光漏れ強度６１も徐々に減少している。
【００９７】
また、絞り１００３の動作速度が大きければ、速く光量を減少させることができるので、光漏れ強度も速く減少する。そこで、光漏れを減少させるときの絞りの動作速度を、撮影条件にあわせて設定するときの絞りの動作速度より速く動作させることで、光漏れをさらに低減させるように制御してもよい。
【００９８】
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部１０６が、撮影条件にあわせて設定するときの絞りの動作速度に対応する制御情報とそれより早い光漏れを減少させるときの絞りの動作速度に対応する制御情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの絞りの動作速度に対応する制御信号を交換レンズ１１０２に送出する。
【００９９】
また、絞り１００３が完全に閉じるように構成されている光学系の場合には、絞り１００３が完全に閉じるように制御してもよい。これにより、撮像面が完全に遮光されるので、絞り１００３が閉じきった以降は光漏れの発生がなくなることになるので、メカニカルシャッタ１００５の遮光動作３０を省略してもよいことになる。
【０１００】
また、本実施形態においては、図７（ｂ）の露光状態を実現することができるので、減光フィルタを備えていない光学系を持つ撮像装置や減光フィルタを備えていない交換レンズを装着したレンズ交換式撮像装置にも適用可能なものとなっている。
【０１０１】
以上のような動作においても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。なお、静止画像の撮像時において、露光時間が例えば０．１秒以上のように比較的長い場合には、移動する被写体を撮像するとその像はぶれてしまう。このような場合には、ローリングシャッタ方式による電子シャッタ動作を行っても、その電子シャッタ動作に起因する撮像画像の歪みは画質に対して大きく影響しない。
【０１０２】
したがって、シャッタレリーズボタンが押下されたときに、信号処理部１０４または同期制御部１０６によって演算された露光時間が一定値以下の場合にのみ、図６に示したようなグローバルシャッタ動作とメカニカルシャッタ動作とを併用する撮影制御を行う。それ以外では、図５に示したようなローリングシャッタ動作を用いて撮影制御するようにしてもよい。これにより、メカニカルシャッタの余分な動作が抑えられ、消費電力を低減することができるという効果がある。
【０１０３】
［第２の実施形態］
次に、図１から図７を参照して、本発明の第２の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第１の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
【０１０４】
本実施形態においては、図７（ｂ）の全行同時転送動作２０を実施するタイミングｔ２の後、全行同時転送動作の完了を考慮した所定時間が経過したタイミングｔ８からｔ９までの期間に、減光フィルタ１００４を挿入するように制御する。
【０１０５】
タイミングｔ８が、減光フィルタ１００４を挿入開始したタイミングとなり、タイミングｔ９が、減光フィルタ１００４を挿入完了したタイミングとなっている。
【０１０６】
レンズ交換式撮像装置の場合は、次のように減光フィルタ１００４を制御する。タイミングｔ８で減光フィルタ１００４の挿入を開始させる制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出する。さらに、タイミングｔ９で減光フィルタ１００４の挿入を終了させる制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出する。なお、減光フィルタ１００４の挿入が完了した情報を、交換レンズ１１０２から同期制御部１０６へ伝えることで、減光フィルタ１００４の制御を停止させてもよい。
【０１０７】
図７（ｂ）は、減光フィルタ１００４の挿入開始タイミングｔ８以前の撮像面における露光強度５１、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６１を示している。また、減光フィルタ１００４が挿入動作をしているタイミングｔ８からｔ９までの期間の撮像面における露光強度５２、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６２を示している。さらに、減光フィルタ１００４の挿入完了タイミングｔ９以後の撮像面における露光強度５３、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６３を示している。そして、タイミングｔ７においてメカニカルシャッタ１００５が撮像領域の中心付近を遮光するので、撮像面の露光強度および光漏れ強度はゼロになる。これより、光漏れ強度６１と光漏れ強度６３の差が減光フィルタ１００４の挿入効果による光漏れの減少分となる。
【０１０８】
以上のように、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決すると共に、全行同時転送後に減光フィルタを挿入することで、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となる。その結果、光漏れの上下差を低減することができる。
【０１０９】
また、減光フィルタ１００４の挿入速度（動作速度）が大きければ、速く光量を減少させることができるので、光漏れ強度も速く減少する。そこで、光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度を、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの動作速度より速く動作させることで、光漏れをさらに低減させることが可能になる。
【０１１０】
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部１０６が、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの動作速度に対応する制御情報とそれより早い光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度に対応する制御情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度に対応する制御信号を交換レンズ１１０２に送出する。
【０１１１】
また、光の減衰度が互いに異なる複数の減光フィルタ１００４を用意しておき、露光時間やＩＳＯ感度等の撮影条件に応じて切り換える制御を実施してもよい。このとき、撮像面の露光強度５１と撮像面の露光強度５３の比が減光フィルタ１００４の光の減衰度になる。そのため、光漏れを減少させるときの減衰度が撮影条件にあわせて設定するときの減衰度よりも大きい減光フィルタを選択するように制御することで、光漏れをさらに低減させることが可能になる。
【０１１２】
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部１０６が、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの情報と光漏れを減少させるときの減光フィルタの情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの減光フィルタを挿入する制御信号を交換レンズ１１０２に送出する。
【０１１３】
以上のような動作においても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。
【０１１４】
［第３の実施形態］
次に、図１から図７を参照して、本発明の第３の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第１の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
【０１１５】
本実施形態では、図７（ｃ）の全行同時転送動作２０を実施するタイミングｔ２の後、タイミングｔ８からｔ９までの期間、絞り１００３を閉じるように制御し、さらに、タイミングｔ１０からｔ１１までの期間に減光フィルタ１００４を挿入するように制御する。
【０１１６】
タイミングｔ８が絞り１００３を閉じ始めるタイミングとなり、タイミングｔ９が絞り１００３を閉じる制御の終了タイミング、あるいは、絞り１００３を最小口径にするタイミングとなっている。また、タイミングｔ１０が減光フィルタ１００４を挿入開始したタイミングとなり、タイミングｔ１１が減光フィルタ１００４を挿入完了したタイミングとなっている。
【０１１７】
レンズ交換式撮像装置の場合は、次のように絞り１００３を制御する。すなわち、タイミングｔ８で絞り１００３の閉じる動作を開始させる制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出し、タイミングｔ９で絞り１００３の閉じる動作を終了させる制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出する。なお、絞り１００３が最小口径となった情報を、交換レンズ１１０２から同期制御部１０６へ伝えることで、絞り１００３の制御を停止させてもよい。
【０１１８】
さらに、次のように減光フィルタ１００４を制御する。すなわち、タイミングｔ１０で減光フィルタ１００４の挿入を開始させる制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出し、タイミングｔ１１で減光フィルタ１００４の挿入を終了させる制御信号を、同期制御部１０６が交換レンズ１１０２に送出する。なお、減光フィルタ１００４の挿入が完了した情報を、交換レンズ１１０２から同期制御部１０６へ伝えることで、減光フィルタ１００４の制御を停止させてもよい。
【０１１９】
図７（ｃ）は、絞り１００３を閉じ始めるタイミングｔ８以前の撮像面における露光強度５１、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６１を示している。また、絞り１００３が閉じる動作をしているタイミングｔ８からｔ９までの期間の撮像面における露光強度５２、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６２を示している。さらに、絞り１００３を閉じる動作が終了したタイミングｔ９以後の撮像面における露光強度５３、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６３を示している。
【０１２０】
また、減光フィルタ１００４が挿入動作をしているタイミングｔ１０からｔ１１までの期間の撮像面における露光強度５４、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６４を示している。さらに、減光フィルタ１００４の挿入完了タイミングｔ１１以後の撮像面における露光強度５５、および、そのときの画素のＦＤ２１６への光漏れの強度６６を示している。そして、タイミングｔ７においてメカニカルシャッタ１００５が撮像領域の中心付近を遮光するので、撮像面の露光強度および光漏れ強度はゼロになる。これより、光漏れ強度６１と光漏れ強度６５の差が絞り１００３および減光フィルタ１００４の効果による光漏れの減少分となる。
【０１２１】
以上のように、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決し、全行同時転送後に絞りを閉じると共に減光フィルタを挿入する。これにより、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となり、光漏れの上下差を低減することができる。
【０１２２】
また、本実施形態においては、絞り１００３の閉じる動作が終了した後に減光フィルタ１００４を挿入しているが、これに限るものではない。例えば、絞り１００３の閉じる動作を開始する前に減光フィルタ１００４を挿入してもよいし、絞り１００３の閉動作の途中で減光フィルタ１００４を挿入してもよい。あるいは、絞り１００３を最小口径になる前の中間の口径の状態に設定しておき、その後、減光フィルタ１００４を挿入しても構わない。
【０１２３】
また、絞り１００３の動作速度が大きければ、速く光量を減少させることができるので、光漏れ強度も速く減少する。そこで、光漏れを減少させるときの絞りの動作速度を、撮影条件にあわせて設定するときの絞りの動作速度より速く動作させることで、光漏れをさらに低減させるように制御してもよい。
【０１２４】
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部１０６が、撮影条件にあわせて設定するときの絞りの動作速度に対応する制御情報とそれより早い光漏れを減少させるときの絞りの動作速度に対応する制御情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの絞りの動作速度に対応する制御信号を交換レンズ１１０２に送出する。
【０１２５】
また、減光フィルタ１００４の挿入速度（動作速度）が大きければ、速く光量を減少させることができるので、光漏れ強度も速く減少する。そこで、光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度を、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの動作速度より速く動作させることで、光漏れをさらに低減させることが可能になる。
【０１２６】
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部１０６が、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの動作速度に対応する制御情報とそれより早い光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度に対応する制御情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度に対応する制御信号を交換レンズ１１０２に送出する。
【０１２７】
また、光の減衰度の異なる複数の減光フィルタ１００４を用意しておき、露光時間やＩＳＯ感度等の撮影条件に応じて切り換える制御を実施してもよい。このとき、撮像面の露光強度５１と撮像面の露光強度５３の比が減光フィルタ１００４の光の減衰度になる。そのため、光漏れを減少させるときの減衰度が撮影条件にあわせて設定するときの減衰度よりも大きい減光フィルタを選択するように制御することで、光漏れをさらに低減させることが可能になる。
【０１２８】
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部１０６が、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの情報と光漏れを減少させるときの減光フィルタの情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの減光フィルタを挿入する制御信号を交換レンズ１１０２に送出する。
【０１２９】
以上のような動作においても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。
【０１３０】
［第４の実施形態］
次に、図１から図７に加えて、図８を参照して、本発明の第４の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第１の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
【０１３１】
図８は、本発明の第４の実施形態におけるグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。
【０１３２】
第１の実施形態における図６と同様に、グローバルシャッタ動作は、静止画記録に用いられる。本実施形態においては、メカニカルシャッタ１００５がタイミングｔ３から撮像領域を下から上へ向かって遮光し、タイミングｔ４において遮光が完了する（図８の遮光動作３１）。また、メカニカルシャッタ１００５の遮光動作３１がちょうど撮像領域の中心付近（図８のＣ）に来たとき、つまり、図８の遮光動作３１とＣの交差した時点をタイミングｔ７とする。図８のタイミングｔ７は、図７のタイミングｔ７と同じである。それ以外の動作は、図６と同様である。
【０１３３】
ＦＤ２１６への光漏れについては、メカニカルシャッタ１００５の遮光動作（図８の遮光動作３１）により解消される。さらに、ＦＤ２１６への光漏れについては、タイミングｔ５からｔ６までの読み出し動作（図８の動作４０）が実施されることで、画素の信号に光漏れとして加算されて出力されるので、画像に影響する光漏れは読み出し動作（図８の動作４０）までとなる。本実施形態における全行同時転送動作後の全画素（全行）に対する光漏れの状態は、図８に示す斜線部９１となる。
【０１３４】
図８に示すグローバルシャッタ動作においても、絞り１００３あるいは減光フィルタ１００４を用いて第１の実施形態および第２の実施形態における図７（ｂ）に示す撮像領域中心付近（図８のＣ）の露光状態を実現することができる。
【０１３５】
また、絞り１００３および減光フィルタ１００４を共に用いて第３の実施形態における図７（ｃ）に示す撮像領域中心付近（図８のＣ）の露光状態を実現することができる。
【０１３６】
さらに、本実施形態が、レンズ交換式撮像装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１３７】
また、本実施形態でも、第１の実施形態における図７（ｂ）の露光状態を実現することができるので、減光フィルタを備えていない光学系を持つ撮像装置や減光フィルタを備えていない交換レンズを装着したレンズ交換式撮像装置にも適用可能なものとなっている。
【０１３８】
以上のように、本実施形態では、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決すると共に、全行同時転送後に絞りを閉じる。これにより、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となり、光漏れの上下差を低減することができる。
【０１３９】
また、本実施形態では、メカニカルシャッタが下から上へ向かって遮光動作する例について説明したが、この実施形態に限るものではない。例えば、上から下方向に遮光動作するメカシャッタと、下から上方向に遮光動作するメカシャッタとを組み合わせてもよい。あるいは、左から右方向に遮光動作するメカシャッタでもよいし、右から左方向に遮光動作するメカシャッタでもよい。さらに、左右から中心に向かって同時に遮光動作するメカシャッタを用いてもよい。
【０１４０】
以上のような動作においても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。
【０１４１】
［第５の実施形態］
次に、図１から図７に加えて、図９を参照して、本発明の第５の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第１の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
【０１４２】
図９は、本発明の第５の実施形態におけるグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。
【０１４３】
第１の実施形態における図６と同様に、グローバルシャッタ動作は、静止画記録に用いられる。本実施形態では、メカニカルシャッタ１００５を使用しない動作となっている。それ以外の動作は、図６と同様である。
【０１４４】
ＦＤ２１６への光漏れについては、タイミングｔ５からｔ６までの読み出し動作（図９の動作４０）が実施されることで、画素の信号に光漏れとして加算されて出力されるので、画像に影響する光漏れは読み出し動作（図９の動作４０）までとなる。本実施形態における全行同時転送動作後の全画素（全行）に対する光漏れの状態は、図９に示す斜線部９２となる。
【０１４５】
次に、読み出し動作４０がちょうど撮像領域の中心付近（図９のＣ）に来たとき、つまり、図９の４０とＣの交差した時点をタイミングｔ１７とする。
【０１４６】
ここで、図７のタイミングｔ７が、図９のタイミングｔ１７と同じタイミングであるとして説明する。
【０１４７】
図９に示すグローバルシャッタ動作においても、絞り１００３あるいは減光フィルタ１００４を用いて第１の実施形態および第２の実施形態における図７（ｂ）に示す撮像領域中心付近（図９のＣ）の露光状態を実現することができる。
【０１４８】
また、絞り１００３および減光フィルタ１００４を共に用いて第３の実施形態における図７（ｃ）に示す撮像領域中心付近（図９のＣ）の露光状態を実現することができる。さらに、本実施形態が、レンズ交換式撮像装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１４９】
また、本実施形態でも、第１の実施形態における図７（ｂ）の露光状態を実現することができるので、減光フィルタを備えていない光学系を持つ撮像装置や減光フィルタを備えていない交換レンズを装着したレンズ交換式撮像装置にも適用可能なものとなっている。
【０１５０】
以上のように、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決すると共に、全行同時転送後に絞りを閉じる。これにより、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となり、光漏れの上下差を低減することができる。
【０１５１】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０１  光学系
１０２  撮像素子
１０６  同期制御部
１００１  第１レンズ群
１００２  第２レンズ群
１００３  絞り
１００４  減光フィルタ
１００５  メカニカルシャッタ
１００６  駆動部
【図１】
2013055553.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2013055553.tif 000006
【図５】
2013055553.tif 000007
【図６】
2013055553.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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