JPH02117278A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＭｆ　、７スチルカメラ、特に、固体撮像素子
を用いた′Ｉｒｊ　、ｆスチルカメラに関するものであ
る。

（従来の技術） 近年、ＣＣＤ　（電前結合素７−）、ＭＯＳ（ご属酸化
膜−゛ｌ！′導体）等の固体撮像素ｒ−を用いた７Ｈ？
スチルカメラか実用化されつつある。以ト、ｔ８１　＋
＋’＋ｊ　ｔ７基づいて従来のこの袖の電子スチルカメ
ラの一例について説明する。

第６図に、従来の電子スチルカメラの露出機構の一例の
概略図を示す６１はＣＣＤ、３１は絞りシャッタで、不
図示のステップモータ等により開閉し、撮ｌ杉面後は完
全に閉鎖さねている。３″２は測光素子であり、この測
光素子３２で測光し′ｔ″、絞りシャッタ３１の開閉タ
イミングを決定す６′Ｓ。

第７図は、上記露出機構で撮影し・た時、ＣＣＤ　ＩＦ
−における露光！ｉｔ　Ｂの時間的変化を表わした特性
図の一例である。

絞りシャッタ３１が遮光されている閉鎖状態から図示ａ
点で開き始め、ｂ点に至ると一転して閉じ始め、０点で
閉じ終る。直線ａ−ｂの傾きをｍ、直線ｂ−ｃの傾きを
ｎとすると、各傾きｍ。

ｎは絞りシャッタ５１の開閉速度（シャッタスピード）
に対応しており、例えば開閉速度が速くなると、傾きは
ｍ’　、ｎ’　になり、逆に開閉スピードが遅くなると
傾きはｍ、ｎ″となって、ＣＣＤ　１への露出ｆｉＢが
変化することになる。さらに、各点ａ、ｂ、ｃの位置は
、−数的に機械的、電気的要因により、時間ｌｌ１ｌＴ
方向へばらつく傾向があり、これらがすべて誤差要因と
なって、露出粒度を悪化させていた。

そこで、ＣＣＤ　１による出し直し測光を行うことによ
って、露出粒度を向上させることが試みられている。第
８図に、この種のＣＣＤ出し直し測光を含んだ従来の電
子スチルカメラの露光動作シーケンスフローチャートの
一例を示す。

すなわち、ステップＳｌｌにおいて、撮影者がレリーズ
１をオンすると、外部測光素子３２によって外部測光を
行う（ステップ５１２）。この外部測光により得られた
情報で絞りシャッタの開閉のタイミングを決定し、ステ
ップＳ１３てのレリーズ２をオンで絞りシャッタ３１を
開閉し、ステップＳ１４でＣＣＤ　１に露光させる（“
露光１”）。つぎに、ステップＳ１５でＣＣＤ　１から
読出された情報を基に、絞りシャッタ３１開閉のタイミ
ングを演算／補正し、ステップＳ１６で再び絞りシャッ
タ３１を開閉させ（本露光、“露光２”）、ステップＳ
１７で露光を終了して、その映像情報をステップＳ１８
で、フロッピーディスク等に記録するようにしたもので
ある。

つぎに、以上の従来例の撮影シーケンスのタイミングチ
ャートの一例を第９図に示す。

く１）は垂直同期パルス■Ｐで、次のパルスＶｐまてを
ＩＶ期間と称し、１／６０秒とする。

（２）は、この垂直同期パルスｖｐに同期している垂直
転送パルスＰＳであり、（３）は、第７図に示したＣＣ
Ｄ　１の露光量Ｂを表わす、（４）は、ＣＣＤ　１から
読出された信号である。ＣＣＤ１で露光されて蓄積した
電荷は、露光直後の垂直同期パルスＶＰに同期して、“
フィールド撮影”の場合、次のＩＶ期間に読出される。

ＩＶ期間は１／６０秒であるため、“フレームＪｉｌｔ
”の場合は、ｌ／６０Ｘ２＝１／３０秒の間に２フイ一
ルド分読出される。

（５）、（６）は、記録ゲート１．２（以ド、ＲＧＩ、
ＲＧ２と略称する）であって、フィールド撮影の場合、
垂直同期パルスｖＰに同期して立上がり、１フイ一ルド
分の映像情報が記録される。フレームＪｌ！　）！２の
場合は、ＲＧＩとＲＧ２の両方が順次立上がり、２フイ
一ルド分の映像情報が記録される。（７）は、レリーズ
２のオン、オフを表わす。

つぎに、これらのタイミングチャートに沿って（７）の
レリーズ２オン後の各パルスのタイミングを説明する。

（３）における４１は、レリーズ１で外部測光された結
果、決定したタイミングで絞りシャッタ３１が開閉され
て得られた露光（露光１）である。露光ｌが終了した後
、（１）において、次の組直同期パルスＶｐｌから、そ
の次の垂直同期パルスＶｐｌ′ノ間に、（４）でＣｃＤ
ｌから読出される。この読出された信号を基に演算され
た結果、絞りシャッタ５１開閉のタイミングが補正され
、（３）における４２、′１−なわち露光２が行われ１
、フィール）”　１ｆｆｉ影の場合は、次の垂直同期パ
ルスＶｐ２からその次のパルスＶ　Ｐ２′　との間に読
出され、かつ、同じタイミングで（５）の記録ケートｌ
　　ＲＧＩが立上がって、１／６ｏ秒の間に記録する。

また、フレーム撮影の場合は、奇数・偶数のフィールド
の片フィールドの信号が（１）の垂直同期パルスＶ　ｐ
２　　Ｖ　ｐ２’間に読出し、記録された後、パルスＶ
　Ｐ２’から次のパルスＶＰ２″までの間に他の片フィ
ールド分の信号が読出し記録される。

ツキに、第１０図にＣＣＤをインタラインＣＣＤとした
構成の一例の概要図を示す。

５１は、光電変換素子としての各フォトダイオード、５
２は、各垂直転送レジスタ、５３は、信号読出しゲート
、５４は各水平レジスタ、５５は電荷検出部であり、転
送されてきた信号電荷を信号電圧に変換する。５６は信
号出力端子、また、５７は各クリーニングドレインであ
り、信号電荷以外の不要の電荷を捨てるために使用され
る。

つぎに動作を説明する。

フォトダイオード５１は、被写体からの入射光を光電変
換し信号電荷を得る。この信号電荷は、信号読出しゲー
ト５３を介して図中右方向、垂直転送レジスタ５２に移
った後、水平レジスタ５４へ順次転送され、電荷検出部
５５で電圧に変換され、信号出力端子５６から点順次信
号として得られる。その点順次信号は、信号処理によっ
てテレビジョン信号となる。

さらにまた、既述のような露出精度及びコスト的問題を
解決する目的で、機械的シャッタを用いず、ＣＯＤから
読出す電荷の蓄積時間を電気的に制御する電子シャッタ
によって露出を制御する手段が提案されている（例えば
、特開昭６２１６６６６１号公報など）。

第１１図に、この種の電子シャッタのタイミングチャー
トの一例を示す。

（１）の垂直同期パルスＶｐ３から蓄積された電荷は、
（３）のクリアパルスＥＳによって第１０図のクリーニ
ングドレイン５７に捨てられ、第１１図の斜線を施した
部分で示したＣＣＤ上に電荷６１がクリアされる。その
後、ＣＣＤに蓄積された電荷６２（第１１図の交差斜線
部分）は垂直同期パルスＶｐ３の次の垂直同期パルスＶ
ｐ３’　に同期した垂直転送パルスＰＳ、によって垂直
レジスタに転送されてから、次の１ｖ期間内に読出され
る。したがって、クリアパルスＥＳから垂直転送パルス
ＰＳ３までがシャツタ秒時Ｔｖとなり、クリアパルスＥ
Ｓの位置を制御することによって、シャツタ秒時Ｔｖを
変化させることができるようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記最初の従来例で示した機械的な絞り
シャッタによって露出制御を行った場合、あるいは、ト
記の電子シャッタによって露出；し１］御を行った場合
においても、いずれも下記のような問題点を生じている
。すなわち： （１）機械的な絞りシャッタを用いた場合ＣＣＤの要求
する露出精度が非常に高いため、絞りシャッタ各部材間
の遊び（ガタ）Ｅｔび摩擦によって１シヨツト毎の露出
量が変化する。いわゆる゛切りむら”が発生する。

また、前述のように出し直し測光することにより、測光
粒度は改善されるが、機械的な動作精度は改善されない
。

（２）電子シャッタを用いた場合 ＣＣＤ上には常に光像が照射されているため、ＣＣＤに
蓄積された電荷を読出す動作中、すなわち垂直転送レジ
スタ５２上を転送中、フォトダイオード５１に蓄積され
始めた電荷が回り込み、特に明るい像の上下に白く糸を
引く“スミア”と称する現象が起こり、著しく画像を劣
化させる。

この問題を解決するために、例えば特願昭６２−２９８
２８２号等に示すように、７に子シャッタ動作の期間以
外の殆ど全ての期間、ＣＣＤの撮像部を遮光するための
遮光手段を備えるという提案かなされている。しかしな
がら、遮光手段としての液晶シャッタやＰＬＺＴ（ジル
コン酸チタン酸鉛ランタン）などでは、遮光性、応答性
、コスト等の問題によって、未だ実用化されておらず、
また、機械的シャッタにおいては、機械的なばらつきが
あるため、遮光を開始するまでの時間的おくれをある程
度見込まざるを得ないことと、遮光を開始してから完全
に遮光するまで時間が必要であることとにより、電荷転
送中にフォトダイオード５１上に電荷は蓄積されており
、このため、前記スミア発生の問題は十分に解決されて
いない。

本発明は、以上のような従来例の問題点を解決するため
になされたもので、露出精度が高く、スミア現象等を伴
わないスチル画像を得ることのできるこの種の電子スチ
ルカメラの提供を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

このため、本発明においては、前述出し直し測光時の露
光（露光１）は、電子シャッタにて行うことにより、露
出精度に与える機械的要因を排除して高鯖度な測光を行
い、本露光（露光２）は、固体撮像素子の垂直転送レジ
スタへの電荷転送またはクリアパルスによる電荷クリア
から２８Ｍを開始し、機械的なシャツタ開閉部材によっ
て閉じ速度を閉じ開始時刻に応じて変化させつつ、本露
光を終了させるよう構成することにより、前記目的を達
成しようとするものである。

（作用〕 以上のような構成による撮影動作により、極めて高い露
出粒度て、かつスミア現象を伴わないスチル画像を撮影
することができる。

（実施例〕 以下に本発明を実施例に基づいて説明する。

第１１Ｊ−第４図に、本発明による電子スチルカ鷹うの
一実施例の説明図を示す。

（構成） 第１図は、その露出機構の説明斜視図である。

直線１は光軸、１は撮像素子であるＣＯＤ、２はステッ
プモータ、３は、ステップモータ２の軸上に取付けられ
たピニオンギヤ２ａと噛合って図示矢印３ａ方向に可動
し得るラックギヤ、４ａは、ラックギヤ３に固着してあ
り、後述の５及び６の各部材を連結している棒、４ｂは
、同様に５及び７の外部材を連結している棒、５は、光
軸！を中心に回動可能のリング、６．７は、それぞれ６
棒４ａ、４ｂと嵌合し、それぞれ絞りのための各アパー
チャ（開ｍ１）６ａ、７ａを有する絞り部材、８はフォ
トリフレクタで、絞り部材７上の絹模Ｊｆｔ７Ｃのコン
トラストを読取るための部材である。

（動作） つぎに、上記構成における動作を説明する。

システムを制御するための不図示のマイクロコンピュー
タ（以下、マイコンと略称する）からの露光命令によっ
てステップモータ２か回転を開始するとラックギヤ３は
矢印３ａ方向に移動し、棒４ａで連結された絞り部材６
は矢印６ｂの方向に移動する。また、棒４ａの動きによ
ってリング５が矢印５ａ方向に回動するため、リング５
と絞り部材７とを連結している棒４ｂによって、絞り部
材７か矢印７ｂ方向に移動し、アパーチャ６ａ／′７３
部は大きく開いていく。絞り部材７の移動Ｃよって、絞
り部材７上の縞模様７ｃも同時に矢印７ｂ方向に移動す
るため、それを読取るフォトリフレタ８の出力が変化し
、検出したパルスの数及びパルス間隔によって面記マイ
コンは、絞り部材６及び７の現在位置と移動速度とを読
取ることができる。

上記と逆にアバ〜　チャ６　ａ　／　７　ａを閉じる時
は、ステップモータ２を逆回転させればよい。

＜ｎ光動作） 第２図に、本実、施例の露光動作のタイミングチャート
の一例を示す。（１）は垂直同期パルスｖＰ、（２）は
垂直転送パルスＰＳで、このパルスによって蓄積された
信号′重荷が読出される。

（３）は、第１図におけるステップモータ２の動作を制
御するためのパルスＳＰ、（４〉は、各絞り部材６，７
の開閉によるシャッタの開き状態を示す。（５）は、フ
ォトリフレクタ８の出力パルスＰＲ１（６）は、電子シ
ャッタの露光開始のトリガとなるＣＣＤのクリアパルス
ＥＳ、（７）は、ＣＣＤ　１に蓄積された露光量Ｂ、（
８）は、ＣＣＤ　１から読出された信号である。

第２図のタイムチャートを、第１図の露出機構及び第３
図に示す露光動作シーケンスフローチャートに基ついて
説明する。

ステップＳｌにおいて、操作者によりカメラのレリーズ
１が押されると、ステップｓ２で、王国ｊｆ＜の測光素
子によって外部測光が行われる。その結果、露光１での
絞りの大きさとシャッタスビ１”ＴＶ＋（第２図（７）
）とが決定され、第１図のステップモータ２に所定のパ
ルスＳＰが与えられる。最初のパルスが出た時刻をｔ。

（第２図（３））とすると、時刻ｔ。から、谷絞り部材
６及び７がそれぞれ６ｂ及び７ｂ方向に動き出すまで機
械的なタイムラグが必要である。

第２図（４）において、各絞り部材６．７かそれぞれ６
ｂ及び７ｂ方向に動き始めてＣＣＤ　１に露光が開始さ
れる時刻をｔ８、所定の絞り値まで開いた時刻をｔ２と
すると、時間（ｔｏ〜ｔ、）か機械的なタイムラグであ
り、時間（１＋〜ｔｚ）が各絞り部材６，７が動作して
いる時間である。したがって、時間（１＋〜ｔ、）では
、フォトリフレクタ８の出力パルスＰＲが変化する。

外部測光により決定されたシャッタスピードＴＶｌ＝　
（ｔ４　　ｔ３）となるように、電子シャッタのトリガ
となるクリアパルスＥＳを時刻ｔ３に立ち上げる。、、
すると、第２図く７）のＣＣＤ　１に蓄積された斜線を
施し・た２１の部分の電荷は、クリーニングトレインを
通ってクリアされる８−Ｔ：−シて、時６０　ｔ　２の
次に表われる垂直同門パルスＶｐ、。

（第２図（５））に同期して垂直転送パルスＰＳを時ｇ
ｔ１　ｔ　、にマメ上げることで、時間（ｔ３〜ｔ４）
の間に蓄積された交差斜線２２の部分の電荷が転送、読
出される。カメラのマイコンは、この読出された＋＋ｉ
報を基に１１１び測光を行い、絞りシャッタを閉じる方
向に、ステップモータ２の制御パルスＳＰを発生するタ
イミング七〇を決定するく第２図（３））。

つきに、露光２、すなわち本露光時、ＣＣＤは時＠１１
　ｔ　５において蓄積していた電荷をクリアして１１び
蓄積を開始する。この時、絞りシャッタは、開いたまま
である。そして時刻ｔ、、でステップ干−夕２に閉じ方
向のパルスが与えられ、時間（ｔ７〜ｔｏ）の間で、各
絞り部材６及び７が、それぞれ６ｂ及び７ｂとは逆方向
に移動し、絞りシャッタは閉鎖される。したがって、各
絞り部材６及び７という機械的な部材が光像を遮閉する
ことによって、ＣＣＤ　ｌの露光が終ｒするため、以後
ＣＣＤＩ七へ光像は照射されず、＋攬ｉｊ！ｉの５トう
なスミア現象は発’Ｅ、　Ｌない。

露光終了後の垂直同期パルスＶ、、。゛　（第２１ＪＪ
（１）〉に同期して出された垂直転ｉ−不ベルスＰＳに
よ−３て、露光２の際、蓄積された電荷２３（交差斜線
部）が読出される（第２図（７））。

（絞りシャッタの動作速度の制ｍ＞ なお、ここで第２図及び第３図において、露光１（第３
図ステップＳ５）て測光／演算された結果、ステップモ
ータ２へのパルス出しのタイミングｔ、、（第２図（３
））か決定し、タイムラグを持った後、時間（１７〜ｔ
ａ）の間に各絞り部材６．７か移動し、シャッタが閉鎖
するわけであるか、絞りシャッタ各部材間の遊び及び摩
擦によって、芥絞り部材６．７の動き出す時刻ｔ７　（
第２図く４））が１シ三（ット１１１に変化するため、
！ショット１ルに露光けがばらつくという問題が発生す
る。

以■に、この露光用を補償するための絞りシャッタ速度
制御について説明する１、第１図の絞りシャッタにおい
て、ステーーブモータへのパルスＰＳとＣＣＤへの露光
量とのタイミングチャートを第４図に示す。

（ｉ）ｓｐ及び（２）ＳＰ’は、第２図における（３）
ＳＰ、すなわち、ステップモータ２駆動のためのパルス
列を表わし、（３）露光ｇＡＢは、第２図（４）と同様
てＣＣＤの露光１１￥特Ｐｔ線図を表わす。

時’ｔｌ　ｔ　６にステップモータ２ヘパルスＳＰか送
られ、各絞り部材６，７が動き始めると、同時に絞り部
材７上の縞模様７Ｃのコントラストのれ動によって、フ
ォトリフレクタ８の出力ＰＲか変化し、カメラのマイコ
ンは、各絞り部４１６，７の動作開始の時刻ｔｔ’を検
知する。時！；ｌｌ　ｔ　７　’がマイコンにあらかし
め登録してあった設定値ｔ７と合致し７ていわば、第４
図（１）に示すように、同一のパル、プレートにてステ
ップ千−夕２を動作させ（３）の露光線図は、Ａ−Ｂを
経由してシャッタか閉鎖していく。

また、各絞り部材６，７の動作開始が、時刻ｔ７よりｄ
れて、点Ａになると、その時％ｌｌ　ｔ　７　’を検知
したマイコンは、”３４図（２）に示すように途中でス
テップモータ２へのパルスレートを」こげて、各絞り部
材６，７の動作速度を速め、（３）の露光線図は、ＦＡ
のＡ′−Ｒ’　を経由するようにして、全露光量を前記
Ａ−Ｂを経由し７た場合と実質的に等しくすることがで
きる。各絞り部材６゜７の動作開始が、時刻ｔ７より速
い場合には、ステップモータ２へのパルスレートを下げ
ることにより、同様の効果を得ることができるのは明ら
かである。

さらに、絞りシャッタの開閉が露光を行う場合では、各
絞り部材６．７の開き開始時刻によって開き速度を変化
させることによって、絞りシャッタの開く側においても
、また露出精度を向上させることができることは自明で
ある。

（他の実施例） なお、本実施例においては、“フィールド画”の場合に
ついて説明したが、“フレーム画”の場合でもまったく
同様である。

また、第２図（７）において、時刻ｔ５より本露光のた
めのＣＣＤ１ａｈｌを開始しているため、シャツタ秒時
が短い場合、次の垂直転送パルスまでの時間か長くなり
、ＣＣＤＩに暗電流ノイズが混入して画質を劣化させる
場合かある。そこで、ＣＣＤ　１の蓄積時間を次の垂直
転送パルスｐｓにぎりぎりまで近寄せれば、上記暗電流
の影響を軽減することができる。その方法を実施した例
を、第５図のタイミングチャートで説明する。（１）は
垂直同期パルスｖＰ、（２）はＣＣＤクリアパルスＥＳ
、（３）は、ＣＣＤ　１の蓄積された露光ｇＢ、（４）
は、ＣＣＤ　１から誘出された信号である。

ここにおいて、面記実施例第２図（７）の２３で表わし
た露光量を得られれば、本撮影について適正露光となる
ので、まず、絞りシャッタ閉じ完が信号読出しの直酵と
なるようにステップモータ２ヘパルスを出す。その後、
露光量が２３の面積となるようにＣＣＤのクリアパルス
ＥＳを時刻ｔ９に立上げることにより、時刻ｔ９にて蓄
積が始まり、絞りシャッタにて信号読出しの直前に露光
か終了するため、暗電流の１２９が少なく、スミア現象
を伴わない撮影が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の電子スチルカメラによれ
ば、 （１）“露光１”、すなわち、出し直し測光時の露光は
、電子シャッタで行うことにより、測光積度を向１させ
、 （２）“露光２”、すなわち、本露光時は、撮像素子の
垂直転送トレインへの電荷転送または電荷クリアを電荷
蓄積の開始とし、機械的なシャツタ開閉部材でシャッタ
を閉し、露光を終了するよう構成することにより、スミ
アのないスチル画が撮影できる。

（３）さらに、上記機械的なシャツタ開閉部材の速度を
シャツタ開閉部材の動作開始時刻との関係で変化させる
よう構成したため、１シヨツト毎の露出量のばらつきを
減少させることができる。

すなわち、以上のような本発明の露出制御によって、従
来のローコスト露出機横並みのコストで、高露出鯖度で
スミア現象のないスチル画像を撮影することができるよ
うになった。

（４）さらにまた、出し直し測光及び本露光と、１回の
撮影に２回の露光を行っているにもかかわらず、絞りシ
ャッタの開閉は１回だけで済むため、耐欠撮１杉数の面
からも極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電子スチルカメラの実施例の露
出機構の斜視図、第２図は、第１図の露光タイミングチ
ャートの一例、第３図は、同上露光動作シーケンスフロ
ーチャートの一例、第４図は、第２図のステップモータ
へのパルスとＣＣＤへの露光状態のタイミングチャート
の例、第５図は１本露光時のタイミングチャートの他の
一実施例、第６図は、従来の電子スチルカメラの露出機
構の一例の概略図、第７図は、従来の露光量の時間的変
化特性図の一例、第８図は、従来の電子スチルカメラの
露光動作シーケンスフローチャートの一例、第９図は、
同上露光タイミングチャートの一例、第１０図は、イン
ダラインＣＣＤの構成図の一例、第１１図は、電子シャ
ッタの動作タイミングチャートの一例である。 １はＣＣＤ、２はステップモータ、６及び７は各絞り部
材、８はフォトリフレクタである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子上の光電変換素子への電荷蓄積によ
   って撮像する露光装置において、該電荷の蓄積開始は電
   気的に、また、該電荷蓄積終了は機械的にそれぞれ露光
   制御を行うよう構成したことを特徴とする電子スチルカ
   メラ。
2. （２）前記電荷蓄積開始は、前記光電変換素子に蓄積さ
   れた電荷を垂直転送ドレインへ転送する電気的制御によ
   り行うよう構成したことを特徴とする請求項１記載の電
   子スチルカメラ。
3. （３）前記露光装置は、電子シャッタ機能を備え、前記
   電荷蓄積開始は、該電子シャッタにより制御するよう構
   成したことを特徴とする請求項１記載の電子スチルカメ
   ラ。
4. （４）前記電荷蓄積終了時の機械的制御は、絞り兼用シ
   ャッタにより行うよう構成したことを特徴とする請求項
   １記載の電子スチルカメラ。