JPH02181583A - 電子撮像装置 - 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ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて被写体の像を
撮像入力する電子撮像装置に関する。

［従来の技術］ 近時、ＣＯＤ等の固体撮像素子を用いて被写体の像を電
子的に撮像入力し、その像信号（電子スチル画像）をフ
ロッピーディスクやメモリ・カードに記録する電子撮像
装置が電子スチルカメラとして注目されている。

この種の電子スチルカメラが従来−船釣な銀塩フィルム
を用いたスチルカメラと本質的に異なるところは、所謂
素子シャッタの利用が可能である点にある。この素子シ
ャッタは、被写体像を光電変換し、その被写体像の光量
に応じた信号電荷を蓄積する固体撮像素子における信号
電荷の蓄積時間を制御することにより実現される。具体
的には固体撮像素子における信号電荷の蓄積時間を短く
設定することにより高速シャッタが実現され、また上記
蓄積時間を長く設定することで低速シャッタが実現され
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところがこの種の素子シャッタを採用した電子撮像装置
にあっては次のような問題がある。即ち、固体撮像装置
により被写体像の適正な撮像を行なうには、その撮像感
度特性に適合した信号電荷を蓄積する必要がある。この
為、素子シャッタによる高速シャッタ動作を実現するべ
くその信号電荷の蓄積時間を短く設定した場合、適正な
信号電荷の蓄積を確保するには必然的に固体撮像素子の
撮像面に結像させる被写体像の光量を大きくする必要が
ある。つまり信号電荷の蓄積期間が短い分だけ被写体像
の入射光量を大きくして固体撮像素子に対する被写体像
の像面照度を高くし、被写体像に対応した信号電荷を蓄
積することが必要となる。

然し乍ら、このようにして被写体像の像面照度を高くし
て高速シャッタによる撮像を行なおうとした場合、往々
にして上記像面照度が固体撮像素子のスミア許容限界像
面照度を越える場合がある。

尚、このスミアとは、固体撮像素子の撮像面に照射され
た光が信号電荷の転送路に混入して余分な電荷を発生さ
せたり、或いは素子基板の内部に侵入した光の拡散によ
り、被写体像に応じて蓄積した信号電荷への不要な電荷
の混入を生じさせる現象を云う。

しかしてスミア許容限界像面照度を越えた被写体像を入
力してその撮像を行なうと、スミアの発生により撮像画
信号の品質が大幅に低下すると云う不具合が生じた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、スミアの問題を生じることなく
固体撮像素子による素子シャッタによって被写体の像を
高品質に撮像することのできる電子撮像装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は被写体の像を所定の位置に結像する撮像光学系
と、この撮像光学系により結像される被写体像の入射光
量を調節する光量調節手段と、前記被写体像の結像位置
に設けられて該位置に結像された被写体像を光電変換し
、該被写体像の光量に応じた信号電荷を蓄積する固体撮
像素子と、前記被写体の光量を測定する測光手段とを備
え、この測光結果に従って上記固体撮像素子による信号
電荷の蓄積と蓄積された信号電荷の読出しを制御するよ
うにした電子撮像装置において、前記測光手段により測
定された被写体の光量に基づき、■前記固体撮像素子上
に結像される被写体像による像面照度が所定値以下とな
るように前記光量調節手段を駆動制御すると共に、■こ
の光量調節手段による入射光量の調節量に関連して前記
固体撮像素子による信号電荷の蓄積時間を調整し、前記
固体撮像素子による被写体像に応じた信号電荷の蓄積量
が所定値となるように固体撮像素子駆動手段を制御する
手段とを備え、スミアの発生を防止するようにしたこと
を特徴とするものである。

［作　用コ このように構成された本発明の固体撮像装置によれば、
固体撮像素子における信号電荷の蓄積時間を制御して素
子シャッタを実現する際、被写体の光量に応じて入射光
量が調節されて固体撮像素子の撮像面に結像される被写
体像の像面照度が当該固体撮像素子のスミア許容限界像
面照度である所定値以下となるように制御されるので、
スミアの発生が問題とならない状態で被写体像の撮像、
つまり光電変換による被写体像に対応した信号電荷の蓄
積を行なうことが可能となる。そしてこの光量（像面照
度）の適正制御が行なわれた条件下で信号電荷の蓄積時
間の制御が被写体の光量に応じて、つまり入射光量の制
御に関連して可変制御されて、その蓄積信号電荷量が所
定値（適正値）となるようにその露光制御が行なわれる
ので、スミアの発生を効果的に防止して被写体像の適正
な露光（撮像）を行なうことが可能となる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の一実施例に係る固体撮像
装置につき税関する。

第１図は実施例装置の概略構成図で、１は被写体の像を
所定の位置に結像する撮像光学系である。

この撮像光学系１は一般的には複数枚の光学レンズによ
り構成され、その内部に上記被写体像の入射光量を調節
する為の絞り機構（光量調節手段）２を組込んでいる。

しかしてこの撮像光学系１を介して結像され、上記絞り
機構２により光量調節されて入力される被写体像の結像
位置には固体撮像素子であるＣＣＤ３が設けられており
、このＣＣＤ３にて上記被写体像が光電変換されて撮像
入力されるようになっている。またこの結像系の光路中
にはハーフミラ−４が設けられ、このハーフミラ−４に
より反射された入射光の一部をなす被写体像はピントグ
ラス５上に結像され、ハーフミラ−６および接眼レンズ
７からなるファインダー系を介して視認し得るようにな
っている。尚、ハーフミラ−６は前記ピントグラス５に
結像された被写体像の一部を測光センサ８に導き、その
入射光量（被写体像の光量）の測定に供するものである
。

本装置は上述したようにハーフミラ−４を用いた１眼し
フレックス方式の光学系を採用し、ＣＣＤ３により撮像
される被写体の像をそのままファインダー系を介して確
認できるように構成されている。

さて前記測光センサ８により受光検知される被写体像の
光量（明るさ）は、測光回路１１により測定されている
。露出制御回路１２はこのｎｊ光回路１１にて測定され
た被写体像のａｌｌｌｌｌｌ径値て絞り駆動回路１３お
よびシャッタ駆動回路１４をそれぞれ制御し、前記ＣＣ
Ｄ３により撮像される被写体像の露出値が適正になるよ
うにする。

しかしてＣＣＤ３はその撮像面に結像された被写体像を
光電変換し、その光量に応じた信号電荷を蓄積すると共
に、蓄積した信号電荷を読出すことによって上記被写体
像の撮像を行なう。このようにしてＣＣＤ３にて撮像入
力された被写体像の像信号が撮像回路１５に与えられ、
例えば３原色の各色成分にそれぞれ分解される等の処理
が施される。そして記録回路１６を、介して所定の記録
媒体（フロッピーディスクやメモリカード）に記録出力
され・る。

このような撮像系に対して前記絞り駆動回路１３は露出
制御回路１２の制御を受けて前述した絞り機構２を駆動
し、基本的には前記撮像光学系１を介してＣＣＤ３の撮
像面に結像される被写体像の光量が所定の像面照度以下
、具体的にはＣＣＤ３のスミア許容限界像面照度以下の
適正量となるようにその光量を絞り込み制御している。

つまり絞り機構２の絞り羽根を駆動してそのアパーチャ
開口径を可変制御し、これによって被写体像の入射光量
を上記条件を満たすように調節（抑制）制御している。

しかしてシャッタ駆動回路１４は前記ＣＣＤ３による信
号電荷の蓄積時間を可変制御することで素子シャッタを
実現するもので、前記露出制御回路１２の制御を受けて
その動作が制御されている。このシャッタ駆動回路１４
による信号電荷の蓄積時間の制御、つまり被写体像に対
する露出時間の制御は前述した絞り機構２による入射光
量の調節に関連して行なわれるもので、ＣＣＤ３を含む
撮像信号処理系が持つ撮像能力に応じてその絞り値と露
出時間（信号電荷の蓄積時間）とが所定の関係を満たす
ようにその制御が行なわれる。

具体的には、所定の被写体輝度に対する撮像能力Ｌｖは
、被写体輝度ＢｙとＣＣＤ３を含む撮像信号処理系の感
度Ｓｖとの和 Ｌｖ　＝Ｂｙ　＋Ｓｖ Ｂ　ｖ　＝　　ｌｏｇ２（Ｂ　／　Ｋ　）Ｂ；被写体の
輝度値［ｆ’ｔ−Ｌ］ Ｋ；露出校正係数（−船釣には１．１〜１．４）Ｓｖ　
＝　　ｌｏｇ２（Ｉ　Ｓ　Ｏ／　１００　）　＋　５と
して示される。但し、ＩＳＯは撮像信号処理系の感度を
ＩＳＯスピードで表現した値である。

これに対して前述した絞り値制御と露出時間（信号電荷
の蓄積時間）制御による露出規制能力Ｅｖは、絞り能力
をＡｖ、　　シャッタ能力をＴｖとしたとき Ｅｖ　−Ａｖ　＋Ｔｖ Ａｖ　−ｌｏｇ２Ｆ Ｔｖ　−ｌｏｇ２（１／Ｔ） Ｆ；絞り値 Ｔ；シャッタ速度［ｓｅＣコ で示される。しかして前記露出制御回路１２は、４−１
光回路１１にて測光された被写体の輝度Ｂに応じて、Ｅ
ｖ　７ｍＬｖ　　（Ａｖ　＋Ｔｖ　−Ｂｖ　＋Ｓｖ　）
なる関係が得られるように絞り駆動回路３およびシャッ
タ駆動回路１４をそれぞれ制御して適正露光が得られる
ようにその露出制御を行なっている。

この際、撮像光学系１におけるレンズおよびハーフミラ
−４の透過率をτ（例えばて−０，６）としたとき、Ｃ
ＣＤ３の撮像面における被写体像の像面照度Ｅは Ｅ−τπＢ７４Ｆ２ Ｂ；被写体の輝度値［ｃｄ／ｒｒ？］ として与えられる。露出制御回路１２はこの像面照度Ｅ
が前記ＣＣＤ３に固有なスミア許容限界像面照度Ｅ　ｍ
ａｘ以下となるように前記絞り駆動回路１３を駆動し、
その入射光量を優先的に調節した上で、その露出制御を
行なうものとなっている。

換言すれば被写体の輝度Ｂが測光回路１１によって計Ｋ
ｌｌされることから、被写体像の入射光量を絞り込み制
御するＦ値を Ｆ≧（ｒ　ｙｒ　Ｂ／　４Ｅｍａｘ）　１／２なる関係
を満たすように設定することで、その像面光量Ｅを前記
スミア許容限界像面照度Ｅ　ｗａｘ以下に抑えている。

その上で、ＣＣＤ３による信号電荷の蓄積時間で示され
る露光時間（シャッタ速度）を前述したＡｖ　十Ｔｖ　
−Ｂｙ　＋Ｓｖ なる関係を満たすように設定し、その露光を制御してい
る。

ここでシステムコントローラ１７は、シャツタレリーズ
譬スイッチ１８が押下されたとき、第２図に示すタイミ
ングで前述した各部を駆動して被写体像を撮像入力する
一連の処理動作を制御する。このシステムコントローラ
１７による動作制御過程に、本装置における上述した特
徴ある絞り制御が含まれる。

即ち、本装置は所定の、タイミングパルスＶＤに同期し
てその撮像動作を行なうように構成されており、シャツ
タレリーズ・スイッチ１８の投入が検出された後の次の
タイミングパルス・ＶＤに同期してその撮像動作が開始
される。この撮像動作は、先ず前記測光回路１１にて測
光された被写体の輝度Ｂに応じて絞り駆動回路１３を制
御し、撮像光学系１を介してＣＣＤ３の撮像面に結像さ
れる被写体像の光量（像面照度）Ｅが、該ＣＣＤ３のス
ミア許容限界像面照度Ｅ　ｆｆ１ａｘ以下であり、且つ
適正な露出値を得るべく値となるようにその入射光量を
：Ｊ！ＪｆＪ（絞り込み制御）することにより行なわれ
る［第２図における■の処理］。尚、この絞り込み制御
はシャッタ速度が優先的に設定されている場合には、前
述したスミア許容限界像面照度Ｅ　１ｌｌａＸに関する
条件を満たした上で上記シャッタ速度に見合うように絞
り値の設定が行なわれてその制御が行なわれる場合や、
或いは絞り値が優先的に定められてい場合には、前述し
たスミア許容限界像面照度Ｅ　Ｉ！ａｘに関する条件を
満たした上でその設定された絞り値に絞り込み制御する
場合もあるが、ここでは予め定められた絞り値とシャッ
タ速度とのプログラム線図に従い、入射光量に応じて自
動的に定めて行なわれる。

即ち、適正な露光を行なう条件は、被写体像の光量に対
する絞り込みによって決定される像面光量と、ＣＣＤ３
における光電変換による信号電荷の蓄積時間（シャッタ
速度）との関係において種々の組合せとして実現される
。具体的には、第３図に例示するように像面光量を高く
してシャッタ速度を速くした場合と、逆に像面光量を少
なくしてシャッタ速度を遅くした場合とにおいては、そ
の露光量を示す面積が等しい限り同じ露出値となる。つ
まりどちらの場合でも適正な露出となる。

然し乍ら、シャッタ速度をＴ１と高速化した場合には、
必然的に適正露光を得る為の像面光量を多くしなければ
ならず、このときの像面光ｆｆ１Ｅｌが前述したスミア
許容限界像面照度Ｅ　ｍａｘを越える場合がある。

このような不具合に対処するべく本装置では上述したよ
うにしてその像面光ｆｆ１Ｅがスミア許容限界像面照度
ＥＩＩｌａｘ以下となるように被写体像の入射光量を絞
り込み制御した上で、その被写体像の撮像を次のように
して行なうようにしている。

さて上述した如く被写体像の入射光量に対する絞り込み
制御を行なった後、本装置では次にその状態を維持して
前記シャッタ駆動回路１４を制御して被写体像に対応し
た信号電荷の蓄積（露光）制御を行なう。この信号電荷
の蓄積制御は、前述した絞り値との関係において設定さ
れる時間に亙って、例えば第４図に示す如く設定された
プログラム線図に従い、ＣＣＤ３における信号電荷の蓄
積時間（シャッタ速度）を制御することによりなされる
。

この第４図は被写体の光量を斜め軸として適正露出を得
る絞り値とシャッタ速度との関係を示した所謂ＥＶチャ
ートである。この図に示されるように本装置では、像面
照度がスミア限界以下となる範囲ににおいて、適正な露
出を得るべく絞り値とシャッタ速度との組合せを設定し
ている。

尚、シャッタ速度は高速速写撮影時の、所謂手振れ現象
等を考えなければ高速である方が望ましく、絞りに関し
ても日中シンクロ等のストロボ撮影を考えなければ開い
ている方が望ましい。一方、被写界深度に関しては、Ｃ
ＣＤ３の画面サイズが３５Ｉｌｆｆｌザイズのフィルム
を用いた通常の銀塩カメラよりも十分深くすることがで
きるので、さほど影舌は生じない。このような観点に立
脚すれば、像面照度がスミア限界以下となる範囲におい
てはきる限りシャッタ゛速度を高速側にシフトすること
が望ましいと云える。

そこで本装置では、適正な露出を得るべく、絞り値とシ
ャッタ速度との組合せ（プログラム線図）を第４図に示
すように設定している。

ここで第４図におけるプログラム線図において、スミア
許容限界像面照度Ｅ　ｆｆ１ａＸに関する条件を満たす
為のシャッタ速度の上限を１／１０００秒に設定してい
ることについて補足説明する。

実際の撮像装置においてスミア許容限界像面照度Ｅ　ｗ
ａｘを評価ｎ１定したところ、Ｅ　ａ＋ａｘ　　（＝　
７５Ｌｘ）なるデータを得た。そこ６で、例えばて（−
０，６）　。

Ｋ（〜１．４　）　、　　Ｉ　ＳＯ（−１００）なる値
を前述した Ｅ−τπＢ／　４Ｆ２ （但し、Ｂ；被写体の輝度値［ｃｄ／ゴ］）なる式、お
よび ｖ　−Ｌｖ 即ち、 １ｏｇ　　Ｆ　　＋　　ｌｏｇ２（１／Ｔ）−ｌｏｇ２
（Ｂ／Ｋ）　＋　　ｌｏｇ２（３２１８０／１００）（
但し、Ｂ；被写体の輝度値［ｒｔ−Ｌｌ）に代入してＴ
を計算してみると、 Ｔ　’＝；　１０６０ となり、スミア許容限界像面照度Ｅ　ｆｆ１ａｘの条件
を満たす為のシャッタ速度の上限が１／　１０００秒で
あることが求められる。このようなことを考慮して上述
したプログラム銭図が設定されている。

このようにな条件下で被写体像を光電変換し、その信号
電荷を蓄積制御した後、その露光終了を示すパルスを検
出して該ＣＣＤ３に蓄積した信号電荷の読出しく転送出
力）が行なわれる。そして記録回路１６を駆動制御し、
ＣＣＤ３から読出される信号電荷、つまり撮像画信号の
記録処理を実行する。

尚、本装置ではこのようにしてＣＣＤ３からの信号電荷
の読出しを行なう際、更にこの信号電荷の読出しと並行
して前述した絞り駆動回路１３を再度制御し、被写体像
の露光時よりも更に入射光量を低下させるべく絞り込み
制御を行なっている。

即ち、前述した露光の終了パルス力（検出されたとき、
露出制御回路１２は前述した露出制御時とは全く独立に
、前記ＣＣＤ３からの信号電荷の読出し期間に亙って絞
り機構２を駆動し、例えば最小絞り値に設定してその入
射光量を低下・抑制制御している［第２図における■に
示す処理］。この際の絞り制御は、被写体像を撮像する
ときの露光制御とは全く独立なもので、露光終了後にス
ミアの原因となる不必要な光がＣＣＤ３の撮像面に照射
されることを防止する目的で、必要に応じて行なわれる
。

このような入射光の絞り込み制御が行なわれている条件
化でＣＣＤ３からの信号電荷の読出し。

撮像画信号の記録を行なった後、前述した絞り駆動回路
１３を再度駆動してその絞り値を開放とする〔第２図の
■に示す処理コ。尚、この処理は、ＣＣＤ３による被写
体像の電子的な撮像とは無関係なものであるが、ピント
グラス５上に結像される被写体像を明るくし、ピント（
焦点）合せや構図の決定を容易化ならしめることを目的
として行なわれる。

かくしてこのように構成され、上述した如く入射光量に
対する絞り込み制御を行なう本装置によれば、ＣＣＤ３
の撮像面に結像する被写体像の像面照度が常にスミア許
容限界像面照度よりも低く抑えられるので、その露光時
にスミアが発生することがなくなる。しかも上記実施例
によればＣＣＤ３による所定の撮像処理（露光）が行な
われた後、この露光によってＣ０Ｄ３に蓄積された信号
電荷の読出しを行なう際にも、当該ＣＣＤ３の撮像面へ
の入射光量の絞り込みが行なわれるので、露光終了後に
おける余分な被写体像の照射を効果的に抑えることがで
きる。この結果、不本意に像面照度の高い被写体像を入
力したり、露光終了後に余分な光を入射することがなく
なるので、スミアの発生を効果的に防いで、該ＣＣＤ３
に蓄積した信号電荷の品質を損うことなしにその読出し
を行なうことが可能となる。

特に高速シャッタ速度による撮像時には、その信号蓄積
時間が短い分だけ多くの光量を取込んでその撮像が行な
われることになるが、このような際にも被写体像に対す
る絞り込み制御が行なわれて、そのシャッタ速度の適正
化が図られるのでスミアの発生を効果的に防止すること
が可能となる。

つまりスミアの発生が否めない不本意な高速シャッタ動
作を行なわせることなく、被写体像に対する絞り込みに
より像面照度を低下させ、これに関連させてシャッタ速
度を遅くするので、高速シャッタ動作に伴うスミアの発
生を効果的に防止することが可能となる。

尚、このスミアの発生を防止する為の機械シャッタを併
用することが考、えられるが、本装置のように絞り機構
２が持つ機能をそのまま利用すれば、わざわざ機械シャ
ッタ等の余分な機構部を付加する必要がない等の効果が
奏せられる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。例えばプログラム線図は上述した例に限定されないこ
とは勿論のことである。またビューファインダー系を撮
像系とは別個に設けた構造を採用する場合には、ＣＣＤ
３による信号電荷の蓄積期間だけに亙って絞り機構２を
適正制御し、その露光が終了した時点から次の露光が開
始されるまでの期間、その絞り値を最小化しておくよう
にしても良い。またここでは露光終了後の絞り値を最小
絞り値としてスミアの発生を防止したが、最小絞り直置
外の適度な絞り値に制御することも勿論可能である。ま
た上述した実施例では撮像素子とは別個に設けた測光回
路により絞り値を制御しているが、正規の露出動作をす
る前に前記固体撮像素子より測光用の出力を読出し、こ
れに基づいて絞り値の制御を行なうようにしても良い。

その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ＣＯＤ等の固体撮
像装置による被写体像の露光（撮像：被写体像の光量に
応じた信号電荷の蓄積）を行なう際の上記被写体像の像
面照度を、固体撮像素子のスミア許容限界像面照度以下
となるように被写体像の入射光量を抑制制御するので、
簡易に且つ効果的にスミアの発生を防止することができ
る。この結果、素子シャッタを用いた高速シャッタによ
る撮影時にもスミアのない良好な撮像画を得ることがで
きる等の実用上多大なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電子撮像装置の概略構
成図、第２図は実施例装置における撮像動作タイミング
を示す図、第３図は像面光量とシャッタ速度とによる露
光量の関係を示す図、第４図は実施装置における適正露
光を得る為の被写体光量に対する絞り値とシャッタ速度
との関係を示すプロゲラを線図である。。 ■・・・撮像光学系、２・・・絞り機構（光量調節手段
）３・・・ＣＣＤ　（固体撮像素子）、８・・・測光セ
ンサ、ＩＩ・・・測光回路、１２・・・露出制御回路、
１３・・・絞り駆動回路、１４・・・シャッタ駆動回路
、Ｉ５・・・撮像回路、１６・・・記録回路、ＩＩ・・
・システムコントローラ、Ｉ８・・・シャツタレリーズ
・スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被写体の像を所定の位置に結像する撮像光学系と、この
   撮像光学系により結像される被写体像の入射光量を調節
   する光量調節手段と、前記被写体像の結像位置に設けら
   れて該位置に結像された被写体像を光電変換し、該被写
   体像の光量に応じた信号電荷を蓄積する固体撮像素子と
   、この固体撮像素子による信号電荷の蓄積と蓄積された
   信号電荷の読出しを制御する固体撮像素子駆動手段と、
   前記被写体の光量を測定する測光手段とを具備した電子
   撮像装置において、 前記測光手段により測定された被写体の光量に基づき、
   前記固体撮像素子上に結像される被写体像による像面照
   度が所定値以下となるように前記光量調節手段を駆動制
   御すると共に、この光量調節手段による入射光量の調節
   量に関連して前記固体撮像素子による信号電荷の蓄積時
   間を調整し、前記固体撮像素子による被写体像に応じた
   信号電荷の蓄積量が所定値となるように固体撮像素子駆
   動手段を制御することを特徴とする電子撮像装置。