JPH11146251A - 撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】副走査機構を間欠的に駆動してライン順次の撮
影を行う場合において、露光不足を解消するとともに、
照明のスイッチングの高速化によらずに明るさのむらの
無い撮影像を得る。 【解決手段】撮像デバイスと間欠駆動形式の副走査機構
とによって被写体をライン順次に撮影する撮影装置にお
いて、被写体に照明光を照射する光源と、撮像デバイス
の撮像動作に同期して光源のオンオフ制御を行う照明制
御手段と、を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤイメージセ
ンサに代表される撮像デバイスによって被写体を撮影す
る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、個人ユースの手軽な画像入力手段
として手持ちサイズのディジタルカメラが商品化されて
いる。一般には２次元の撮像デバイス（エリアセンサ）
が用いられており、この種のディジタルカメラの多くは
銀塩カメラと同様のフラッシュ撮影機能を備えている。
一方、１次元撮像デバイス（ラインセンサ）とミラー回
転機構などの副走査機構とを組み合わせたものは、ライ
ンセンサカメラと呼称されている。ラインセンサカメラ
は、エリアセンサを用いた普及型のディジタルカメラに
比べて高解像度の撮影が可能である。例えば、Ａ４サイ
ズ程度の大きさの文書の全体を、通常サイズの文字を判
読できるように撮影することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ライン順次の
走査では１フレームの撮影時間が長い。そのため、手持
ち撮影において手振れの影響が大きい。副走査を高速化
すれば手振れの影響は軽減されるが、１ライン当たりの
撮像時間が短くなるので、被写体面照度が低い場合に露
出不足によって画質（Ｓ／Ｎ比）が低下してしまう。特
に屋内撮影においては被写体面照度が低い。また、蛍光
灯に代表される照明光源による濃度ムラや色ムラなどの
いわゆるフリッカの影響も生じる。

【０００４】このような問題の対策として、ラインセン
サカメラにフラッシュ光源を組み付けて照度不足分を補
うことが考えられる。１フレームの走査に要する１／１
０秒程度の時間にわたって照明を持続させるには、光源
に対する電力供給のスイッチングを行う公知のフラット
発光技術が好適である。スイッチングがライン走査周期
に対して十分に高速であれば、ライン間の明るさのばら
つきの無い良好な撮影像が得られる。ただし、超高速の
スイッチング素子は高価であり、スイッチング制御の精
度の確保が難しい。

【０００５】本発明は、副走査機構を間欠的に駆動して
ライン順次の撮影を行う場合において、露光不足を解消
するとともに、照明のスイッチングの高速化によらずに
明るさのむらの無い撮影像を得ることを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、ライ
ン単位又はフレーム単位の撮影の繰り返し動作に、照明
のスイッチングを同期させる。これにより、ライン間又
はフレーム間の明るさのバラツキが軽減される。照明の
明るさを可変とすることにより、露出状態の適正化が容
易になる。また、被写体の輝度を測定して発光量を調整
すれば、フリッカを含む外光の変化を打ち消し、撮影期
間中の被写体の明るさを安定化することができる。

【０００７】請求項１の発明の装置は、撮像デバイスと
間欠駆動形式の副走査機構とによって被写体をライン順
次に撮影する撮影装置であって、被写体に照明光を照射
する光源と、前記撮像デバイスの撮像動作に同期して前
記光源のオンオフ制御を行う照明制御手段と、を有して
いる。

【０００８】請求項２の発明の撮影装置においては、測
光手段が備えられ、前記照明制御手段は、前記光源をオ
ン状態にした後に測光量が設定値に達した時点でオフ状
態にする。

【０００９】請求項３の発明の撮影装置において、前記
照明制御手段は、前記副走査機構の駆動停止期間中に前
記光源を発光させる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用したラインセ
ンサカメラ１の構成を示す図である。ラインセンサカメ
ラ１はハンディタイプのディジタル画像入力手段であ
る。ハウジング１０の前面に被写体光を内部に導くため
の窓１０ａが設けられており、その後方に副走査のため
のミラー１４が配置されている。被写体光はミラー１４
で反射し、結像のためのレンズユニット１７を通ってラ
インセンサ１１に入射する。このようにミラー１４を結
像レンズ系の前側（被写体側）に配置することにより、
ハウジング１０の前後方向の寸法を小さくすることがで
きる。

【００１１】ラインセンサ１１はＣＣＤアレイからなる
カラー撮像デバイスであって、投影された被写体像を
Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に分解して電気信号に変換する。ライ
ンセンサ１１の各画素は上下方向に配列されている。ラ
インセンサ１１としてＣＣＤセンサに代えて他の撮像デ
バイス（例えば、ＭＯＳ型撮像デバイス）を用いること
もできる。

【００１２】ミラー１４はステッピングモータであるス
キャンモータ１５の回転軸に取り付けられており、この
回転軸はラインセンサ１１の画素配列方向（主走査方
向）と平行である。ミラー１４の間欠回転に伴って、被
写体像は主走査方向と直交する副走査方向に走査され、
ラインセンサ１１の受光面に１ライン分ずつ順々に投影
される。つまり、ミラー１４とスキャンモータ１５とに
よって副走査手段としての回転ミラー機構１３が構成さ
れている。副走査方向の撮影範囲（画角）は、ミラー１
４の回転角度（回転移動量）に依存する。なお、副走査
の形式は例示に限定されず、投影像に対してラインセン
サ１１を平行移動させるリニア走査形式を採用すること
もできる。

【００１３】レンズユニット１７は内焦型であり、入射
光の一部がＡＦ（オートフォーカシング）に利用され
る。レンズユニット１７には電動ズーミングのためのア
クチュエータ１８が取り付けられている。アクチュエー
タ１８は可動レンズの位置を示すエンコーダを内蔵して
いる。ラインセンサカメラ１のファインダ１９は光学式
である。

【００１４】ハウジング１０の前面側の上部に測光セン
サ５１、測距センサ５４、及び照明のための光源（キセ
ノンランプ）９１が組み付けられ、上面にはレリーズス
イッチ６３及びモードスイッチ６８が配置されている。
モードスイッチ６８は、文書モードと風景モードとを含
む撮影モードの切換えに用いられる。

【００１５】図２はラインセンサカメラ１の要部の機能
ブロック図である。ラインセンサカメラ１は、上述のよ
うにライン順次に被写体像を走査する撮像系６０、所定
形式の撮影データを出力するための信号処理系８０、マ
イクロプロセッサを備えたＣＰＵ７１を中心に構成され
る制御系７０、及び被写体の明るさを最適化するための
照明系９０を有している。

【００１６】撮像系６０は、ラインセンサ１１、スキャ
ンモータ１５、モータ駆動回路１５０、レンズ駆動回路
１８０、及び撮像制御回路１２０からなる。撮像制御回
路１２０は後述の各種信号（φＣＬＫ，φＳＧなど）を
ラインセンサ１１に与える。

【００１７】信号処理系８０は、入力信号を増幅するア
ナログ処理回路８１、増幅された光電変換信号をサンプ
リングホールドして所定ビット数（例えば８ビット）の
撮影データに変換するＡ／Ｄ変換器８３、画像補正など
を行うディジタル処理回路８５、及び処理後の撮影デー
タＤ２０を外部装置へ転送するためのインタフェース８
６からなる。外部装置としては、コンピュータシステム
に代表される画像編集装置、ＩＣカードを含む記憶媒
体、プリンタ・ディスプレイなどの画像出力装置があ
る。なお、記憶媒体を内蔵し、ラインセンサカメラ１に
おいて撮影情報を蓄積するようにしてもよい。その場合
には、適宜にデータ通信又は記録媒体の受渡しによって
外部装置に蓄積情報が転送される。

【００１８】照明系９０は、本発明の光源としてのキセ
ノンランプ（放電管）９１、点灯回路９２、及び発光制
御回路１９０から構成されている。発光制御回路１９０
には、ＣＰＵ７１からモードに適した発光量（照明不要
の場合は零）が通知されるとともに、光源のスイッチン
グをライン順次の撮像に同期させるために、撮像制御回
路１２０からライン転送信号φＳＧが与えられる。

【００１９】図３は照明系９０の回路構成を示す図であ
る。点灯回路９２は、放電エネルギーを蓄えるコンデン
サ９３、キセノンランプ９１の放電を誘発するトリガ回
路９４、及び放電路を開閉するスイッチング素子として
のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)９５
から構成されている。また、発光制御回路１９０は、コ
ントローラ１９１、スイッチングドライバ１９２、コン
パレータ１９３、及び測光回路１９４から構成されてい
る。

【００２０】照明系９０の動作の概略は次のとおりであ
る。ＣＰＵ７１からの発光要求信号Ｓ１９１の入力に呼
応して、コントローラ１９１は、コンパレータ１９３に
所定レベルの発光制御信号（スイッチング信号）Ｓｓｗ
を出力してＩＧＢＴ９５をオン状態とし、トリガ回路９
４に対して放電の開始を指示する。キセノンランプ９１
の発光が始まると、放射された光の一部が光源測光用の
フォトセンサ９６に入射し、照明強度に応じた検出信号
Ｓ９６が測光回路１９４を介してコントローラ１９１に
入力される。コントローラ１９１は、ＣＰＵ７１から通
知された発光量ＤＬに応じて設定した上限値に照明強度
が達すると、スイッチング信号Ｓｓｗをノンアクティブ
とする。これにより、コンパレータ１９３の出力が反転
し、スイッチングドライバ１９２がＩＧＢＴ９５をオフ
する。なお、１ラインの撮像中に発光を繰り返す場合
は、照明強度が下限値まで低下した時点でスイッチング
信号Ｓｓｗがアクティブとされ、その以降において照明
強度が設定範囲内の値となるようにＩＧＢＴ９５のスイ
ッチング制御が行われる。照明強度を一定化する“光源
測光形式”ではなく、外光量の変化に合わせて照明強度
を調整する“外光測光形式”の場合には、フォトセンサ
９６及び測光回路１９４を省略することができ、検出信
号Ｓ９６に代えて被写体輝度（照明強度と外光強度との
和）を測定する測光センサ５１の出力に応じた信号がコ
ントローラ１９１に入力される。

【００２１】図４は制御系７０のＣＰＵ７１の概略の動
作を示すフローチャートである。バッテリーが装着され
て制御電源が投入されると、ＣＰＵ７１は各種の制御レ
ジスタなどの初期設定（＃１）及び制御対象の初期調整
（＃２）を行い、スイッチ操作を待つ。

【００２２】ユーザーがメインスイッチ６１を操作する
と、メインスイッチ６１がオン状態である起動中であれ
ば、制御対象への駆動電流の供給を絶つＯＦＦ動作処理
を行い、起動中でなければ制御対象に駆動電流を供給す
るＯＮ動作処理を行う（＃３〜＃６）。起動中において
モードスイッチ６８が操作されると、循環形式でモード
設定の切換えを行う（＃７、＃８）。本実施形態では、
文字情報の記録に適した文書モードと、自然画像の記録
に適した風景モードとが設けられている。そして、ユー
ザーがレリーズスイッチ６３を操作して撮影開始を指示
すると、レリーズ動作を行う（＃９、＃１０）。

【００２３】図５は図４のレリーズ動作サブルーチンの
フローチャートである。測光センサ５１及び測距センサ
５４の出力を取り込んで消灯状態における被写体の明る
さ（照度）及び対物間距離を測定し（＃５１）、モード
をチェックする（＃５２）。文書の撮影では風景の撮影
よりも手振れが生じたときの影響が深刻であるので、高
速の副走査を行う文書モードが適している。この文書モ
ードの場合にはＳＮ比を高めるために必ず照明を行うの
で、ステップ＃５５へ進む。そして、測光及び測距の結
果に応じてラインセンサ１１の露出の過不足が生じない
ように発光量ＤＬを算出し、その算出値を照明系９０の
コントローラ１９１に通知する。一方、風景モードの場
合には、被写体の明るさが一定値以下であり且つ対物間
距離が一定値以下のとき、すなわち照明が必要で且つ有
効な照明が可能であるときに発光量ＤＬを算出する（＃
５３〜＃５５）。どちらのモードであっても照明を行う
場合は、発光量ＤＬを通知した後にコントローラ１９１
に発光開始を指示し（＃５６）、モータ駆動回路１５０
及び撮像制御回路１２０に対して撮影動作の開始を指示
する（＃５７）。

【００２４】続いて、１ライン分の撮影期間（ライン周
期１Ｈ）におけるＣＣＤの有効積分時間を規定する蓄積
期間タイマ（以下、タイマ０という）を設定し（＃５
８）、タイマ０がタイムアップした時点で電荷蓄積を開
始させる（＃５９）。その後、次のラインの走査開始時
期（ライン転送信号φＳＧのオンエッジ）の到来を待っ
てＣＣＤの積分を終了させ（＃６０、＃６１）、１ライ
ン分の光電変換情報をラインセンサ１１から読み出すラ
イン転送の制御を行う（＃６２）。このようなライン順
次走査の制御を繰り返し（＃６３）、所定ライン数の撮
影が終了すると、ラインセンサ１１及びスキャンモータ
１５の駆動を停止させ（＃６４）、その後にコントロー
ラ１９１に発光停止を指示する（＃６５）。

【００２５】以上の構成のラインセンサカメラ１におい
ては、明るさのむらの無い撮影像を得るために、ＩＧＢ
Ｔ９５のスイッチングをラインセンサ１１の動作に同期
させる本発明に特有の発光制御が行われる。以下、ライ
ンセンサ１１の動作と発光制御の例を説明する。

【００２６】図６はラインセンサ１１の構成図、図７は
ラインセンサ１１の基本動作を示すタイムチャートであ
る。図６のように、ラインセンサ１１は、オーバーフロ
ードレイン１１１、シャッターゲート１１２、電荷蓄積
部１１３、シフトゲート１１４、アナログシフトレジス
タ１１５、クロックパルスジェネレータ１１６、及び出
力増幅器１１７を有している。

【００２７】シャッターゲート１１２は、不要の蓄積電
荷をオーバーフロードレイン１１１に排出することによ
って実質の積分時間を可変とするために設けられてお
り、シャッター信号ＳＨＵＴで制御される。シャッター
信号ＳＨＵＴのオフエッジからライン周期（１Ｈ）を規
定するライン転送信号φＳＧのオンエッジまでの蓄積期
間の光電変換が有効となる。シフトゲート１１４にライ
ン転送信号φＳＧが入力されると、電荷蓄積部１１３に
帯電した各画素の電荷が一斉にアナログシフトレジスタ
１１５へ転送される。その電荷は画素転送クロックφＣ
ＬＫに同期して画素配列順に出力増幅器１１７へ転送さ
れ、光電変換信号として信号処理系８０へ出力される。
図７のように、あるライン転送信号φＳＧに呼応して蓄
積された電荷の読出し（ライン転送）は、次のライン転
送信号φＳＧに呼応して開始される。

【００２８】図８及び図９は発光制御の例を示すタイム
チャートである。これらの例では、ミラー１４がライン
転送信号φＳＧに同期して所定角度ずつ間欠的に回転駆
動（ステップ駆動）され、それと並行してラインセンサ
１１からの信号の読出し（ライン転送）が行われる。Ｃ
ＣＤの電荷蓄積はミラー１４の停止中に行われる。そし
て、ＩＧＢＴ９５のオンは、ミラー１４の駆動停止期間
のうちのライン転送のブランキング期間（すなわち、ラ
イン転送を行っていない期間）に行われる。これは、ラ
イン転送中にＩＧＢＴ９５のスイッチングを行うと、特
にオン時に発生するスイッチングノイズによって、高周
波クロックに同期したライン転送が乱れて画質の低下す
るおそれがあるからである。

【００２９】本実施形態において、ＣＣＤの蓄積期間
は、タイマ０のタイムアップ時点から次のライン転送信
号φＳＧのオンまでの期間である。発光の開始時期はタ
イマ１によって規定され、終了時期はタイマ２よって規
定される。これら各タイマ０，１，２はライン転送信号
φＳＧのオンエッジから計時を開始する。

【００３０】図８の例では、タイマ１はライン転送終了
後であり且つタイマ０のタイムアップ以前にタイムアッ
プするように設定され、蓄積期間の開始以前に発光のオ
ンが行われる。タイマ２は次のライン転送信号φＳＧの
オンの直前にタイムアップするように設定され、蓄積期
間の終了直前に発光のオフが行われる。

【００３１】図９の例では、タイマ１はライン転送終了
後でタイマ０のタイムアップ以前にタイムアップするよ
うに設定され、蓄積期間の開始以前に発光のオンが行わ
れる。また、タイマ１は必要発光量が多いときには早め
に発光するように短く設定され、必要発光量が少ないと
きには発光を遅らすように長く設定される。タイマ２は
タイマ０のタイムアップの以前にタイムアップするよう
に設定され、蓄積期間の開始以前に発光のオフが行われ
る。つまり、徐々に減衰する残光による照明の下で撮像
が行われる。

【００３２】図８の制御と図９の制御との使い分けは、
発光波形特性、必要発光量、蓄積期間の長さなどの諸条
件によって決まる。例えば、蓄積期間が長い場合には、
図８の制御では光量が過剰となるので、図９の制御の方
が適している。

【００３３】図１０は照明系９０のコントローラ１９１
が実行する図８に対応した発光制御のフローチャートで
ある。ＣＰＵ７１からの発光開始要求を受けて、光量設
定（＃３０１）、ＩＧＢＴ９５のオン（＃３０３）、発
光トリガのオン（＃３０３）を実行する。その後、タイ
マ１によって発光を開始し、照明強度が上限値に達し且
つタイマ２がタイムアップするのを待って発光を停止さ
せる制御を、ライン転送信号φＳＧに同期して繰り返す
（＃３０４〜＃３１１）。ＣＰＵ７１から発光停止が指
示されると、ＩＧＢＴ９５をオフして待機する（＃３１
２、＃３１３）。

【００３４】図１１は図９に対応した発光制御のフロー
チャートである。ＣＰＵ７１からの発光開始要求を受け
て、ＩＧＢＴ９５のオン（＃４０１）、発光トリガのオ
ン（＃４０２）を実行する。その後、タイマ１によって
発光を開始し、タイマ２によって発光を停止させる制御
を、ライン転送信号φＳＧに同期して繰り返す（＃４０
３〜＃４０８）。ＣＰＵ７１から発光停止が指示される
と、ＩＧＢＴ９５をオフして待機する（＃４０９、＃４
１０）。

【００３５】図１２は発光波形とアパーチャ形状との関
係を説明するための図である。ラインセンサ１１の各画
素の物理的なアパーチャ（撮像窓）ＡＰ０は略四角形で
ある。スキャンモータ１５を間欠的に回転させるステッ
プ駆動の場合、１ライン周期にわたって被写体輝度が一
定であると仮定すると、１ライン周期における被写体と
の相対位置変化を加味したアパーチャＡＰ１は三角形と
なる。実質のアパーチャＡＰ２は、発光波形が矩形でな
いことからアパーチャＡＰ０より高さが低くなるもの
の、アパーチャＡＰ０と同幅の四角形となる。発光量が
均一になるように波形を制御すれば、アパーチャの面積
（開口率）が増大する。

【００３６】以上の実施形態によれば、被写体面照度が
低い場合に撮影時間を延ばすことなく露出不足を解消
し、被写体面照度に係わらずＳＮ比の良好な高画質の撮
影を実現することができる。必要なときのみに照明を行
って不要の電力消費及び露出過剰を防ぐことができる。
撮影中の外光変化の有無に係わらず、明るさのむらの無
い撮影像を得ることができる。ライン単位の撮像とスイ
ッチング発光とを同期させることで、各ラインの電荷蓄
積期間中の発光波形を揃え、ライン間の光量むらを防ぐ
ことができる。発光制御をラインセンサ制御と同系統の
信号（クロック）で行なうことで、スイッチング発光の
電磁ノイズが画質に及ぼす影響を軽減できるとともに、
タイミング制御回路を簡素化できる。なお、蓄積期間以
外で発光を停止させるようにすれば、発光のためのエネ
ルギーを有効利用することができる。

【００３７】上述の実施形態において、副走査手段とし
てラインセンサ１１を平行移動させるリニア走査機構を
用いてもよい。その他、カメラの構造、電気回路構成、
動作シーケンスなどは、本発明の主旨にそって適宜変更
することができる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１乃至請求項３の発明によれば、
副走査機構を間欠的に駆動してライン順次の撮影を行う
場合において、露光不足を解消するとともに、照明のス
イッチングの高速化によらずに明るさのむらの無い撮影
像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したラインセンサカメラの構成を
示す図である。

【図２】ラインセンサカメラの要部の機能ブロック図で
ある。

【図３】照明系の回路構成を示す図である。

【図４】制御系のＣＰＵの概略の動作を示すフローチャ
ートである。

【図５】図４のレリーズ動作サブルーチンのフローチャ
ートである。

【図６】ラインセンサの構成図である。

【図７】ラインセンサの基本動作を示すタイムチャート
である。

【図８】発光制御の例を示すタイムチャートである。

【図９】発光制御の例を示すタイムチャートである。

【図１０】照明系のコントローラが実行する図８に対応
した発光制御のフローチャートである。

【図１１】図９に対応した発光制御のフローチャートで
ある。

【図１２】発光波形とアパーチャ形状との関係を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１ ラインセンサカメラ（撮影装置） １１ ラインセンサ（１次元撮像デバイス） １３ 回転ミラー機構（副走査機構） ５１ 測光センサ（被写体の明るさを検出する測光手
段） ９１ キセノンランプ（光源） ９６ フォトセンサ（光源の明るさを検出する測光手
段） １２０ 撮像制御回路（撮像制御手段） １９１ コントローラ（照明制御手段） １Ｈ ライン周期（１ラインの撮像周期） Ｌｕ 上限値（設定値） φＳＧ ライン転送信号（撮像周期を規定する信号）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像デバイスと間欠駆動形式の副走査機構
   とによって被写体をライン順次に撮影する撮影装置であ
   って、 被写体に照明光を照射する光源と、 前記撮像デバイスの撮像動作に同期して前記光源のオン
   オフ制御を行う照明制御手段と、を有したことを特徴と
   する撮影装置。
2. 【請求項２】測光手段を備え、 前記照明制御手段は、前記光源をオン状態にした後に測
   光量が設定値に達した時点でオフ状態にする請求項１記
   載の撮影装置。
3. 【請求項３】前記照明制御手段は、前記副走査機構の駆
   動停止期間中に前記光源を発光させる請求項１記載の撮
   影装置。