JP2000152057A - デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】機械的遮光手段の構造が簡素で部品点数も削減
可能であり、かつ高速のシャッター速度にも対応できる
デジタルカメラを提供する。 【解決手段】マトリクス状に配置された複数の受光素子
を少なくとも列単位で露光することが可能な撮像センサ
４と、撮像センサの前方位置に設けられ、幕体が上記撮
像センサの行方向に移動することにより、撮像センサを
遮光するフォーカルプレーンシャッター７と、レリーズ
手段９とを備える。レリーズ手段が出力するレリーズ開
始信号に基づいて、シャッター制御手段１３はフォーカ
ルプレーンシャッター７を作動させ、露光タイミング設
定手段１５は幕体によって遮光されるタイミングより前
に撮像センサの列単位で露光開始の指示を順次行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、デジタルカメラ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＭＯＳセンサなどのランダムスキャン
可能な撮像センサを備えたデジタルカメラでは、撮像セ
ンサの画素毎に画像データが時系列に読み出されるた
め、撮影時の画像の読み出し開始位置の画素と読み出し
終了位置の画素とでは、１／３０程度の時間差が生じ
る。このため、高速で変化する被写体を撮影した場合、
上記時間差に起因して撮影画像の歪み、いわゆる像流れ
を起こしてしまう。

【０００３】そこで、高速の被写体を撮影するために
は、撮像センサを機械的に遮光する遮光手段が必要とな
る。

【０００４】従来、このような機械的遮光手段として、
銀塩一眼レフカメラで使用されているフォーカルプレー
ンシャッターやレンズシャッターを採用したデジタルカ
メラが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フォー
カルプレーンシャッターを用いた従来のデジタルカメラ
では、フォーカルプレーンシャッターが先幕と後幕の２
枚の幕を有し、先幕と後幕との幕間（スリット）の幅と
幕速により露光時間を決める構成であったため、フォー
カルプレーンシャッターの構造が複雑で部品点数も多い
という欠点があった。

【０００６】また、レンズシャッターを用いたデジタル
カメラでは、シャッター羽根の動作速度に限界があり、
シャッター速度が速くなると、羽根の動きの過渡的な影
響によって露光ムラが生じたり、レンズの開放口径から
の遮光ができなくなるという欠点があり、このため１／
１０００秒程度のシャッター速度が限界であった。

【０００７】この発明は、このような欠点を解消するた
めになされたものであって、機械的遮光手段の構造が簡
素で部品点数も削減可能であり、かつ高速のシャッター
速度にも対応できるデジタルカメラの提供を課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、マトリクス
状に配置された複数の受光素子を少なくとも列単位で露
光することが可能な撮像センサと、前記撮像センサの前
方位置に設けられ、幕体が上記撮像センサの行方向に移
動することにより、前記撮像センサを遮光するフォーカ
ルプレーンシャッターと、レリーズ手段と、該レリーズ
手段が出力するレリーズ開始信号に基づいて、前記フォ
ーカルプレーンシャッターを作動させるシャッター制御
手段と、レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基
づいて、前記幕体によって遮光されるタイミングより前
に上記撮像センサの列単位で露光開始の指示を順次行う
露光タイミング設定手段と、を備えたことを特徴とする
デジタルカメラによって解決される。

【０００９】このデジタルカメラでは、撮像センサの各
画素は、露光タイミング制御手段によって指示された時
点から露光を開始する。露光はフォーカルプレーンシャ
ッターの幕体によって遮光されるまで継続される。そし
て、撮像センサの各受光素子は、フォーカルプレーンシ
ャッターの前記幕体によって遮光されるタイミングより
も前に、列単位で露光される。

【００１０】つまり、撮像センサの受光素子の列単位で
の順次的露光開始動作が、従前のフォーカルプレーンシ
ャッターの先幕の役務を果たすため、フォーカルプレー
ンシャッターとしては、後幕に相当する１枚の幕体のみ
を備えていれば良いことになり、その分構造が簡素化さ
れると共に部品点数も削減される。

【００１１】しかも、撮像センサ出力の読み出し速度が
遅い場合であっても、幕体に対する画素列の露光タイミ
ングを早めあるいは遅くすることによって、各受光素子
の露光時間、換言すればシャッター速度を制御できるか
ら、レンズシャッターのように羽根の速度に依存するこ
とがなく、撮像センサ出力の読み出し速度にかかわらず
高速シャッターが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態
を、図面に基づいて説明する。

【００１３】図１は、この発明の一実施に形態に係るデ
ジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。

【００１４】図１において、デジタルカメラ１は、後述
する各回路などを有するカメラ本体２と、このカメラ本
体２の前面に装着された撮影レンズユニット３とからな
る。撮影レンズユニット３は、被写体の光学像を取り込
む撮影レンズ４ならびに光量を制限する絞り５などを備
えている。上記カメラ本体２は、たとえば銀塩一眼レフ
カメラのボディを利用して構成されたもので、銀塩フィ
ルム配設相当位置には、上記撮影レンズ４の光路Ｌ上に
おいて、結像された被写体光を光電変換する光電変換素
子としての撮像センサ８が、受光面を撮影レンズ４側に
向けて配置されている。この撮像センサ８は、ランダム
スキャンが可能なものであり、たとえばＣＭＯＳセンサ
が使用されている。

【００１５】また、前記撮像センサ８の前方位置には、
横走り式のフォーカルプレーンシャッター７が設けられ
ている。このフォーカルプレーンシャッター７は、先幕
と後幕のうちの後幕相当の幕体７１を有する単幕式のも
のであり、プレビュー時には、前記撮像センサ８に対し
て光学的に開放状態になっている。

【００１６】前記撮像センサ８の画像読み出し時のスキ
ャンパターンは、図２に矢印で示すとおりであり、フォ
ーカルプレーンシャッター７が横走り式であるので、左
右方向の一端側から他端側に向かって順次縦方向へスキ
ャンするようになっている。勿論、上記フォーカルプレ
ーンシャッター７が縦走り式の場合には、横方向へスキ
ャンする。

【００１７】９はカメラ本体２に設けられたレリーズ手
段としてのシャッターボタン、１０はカメラ本体２に装
備された表示部である。この表示部は、たとえば液晶表
示器（ＬＣＤ）からなり、プレビュー時のライブビュー
画像や撮影画像を表示する。

【００１８】上記カメラ本体２内には、上記撮像センサ
８の他に、映像処理回路１１、シャッター速度演算回路
１２、メカニカルシャッター制御回路１３、シャッター
ドライバ１４、リセットタイミング制御回路１５などが
設けられている。

【００１９】映像処理回路１１は、上記撮像センサ８か
らの出力であるアナログ画像信号をデジタル画像信号に
変換した後、画素補間、ホワイトバランス、ガンマ補正
等の画像処理を行い、プレビュー画像を上記表示部１０
に表示させる他、画像データに基いて被写体の輝度を演
算する。

【００２０】シャッター速度演算回路１２は、上記映像
処理回路１１から出力される輝度信号を受けて、輝度に
応じた最適露光時間を算出するものである。メカニカル
シャッター制御回路１３は、上記シャッターボタン９が
押された際、シャッタドライバ１４を介して上記フォー
カルプレーンシャッター７の幕体７１（図４）をシャッ
ター速度演算回路１２の算出値に応じた幕速で駆動制御
する。

【００２１】リセットタイミング制御回路１５は、撮像
センサー８の各受光素子に対して露光を開始させるもの
であり、上記シャッター速度演算回路１２で演算された
最適露光時間に応じて、上記撮像センサ８の受光素子に
対するリセットのタイミングを制御する。具体的には、
各受光素子のリセットは、フォーカルプレーンシャッタ
ー７の前記幕体７１によって遮光されるよりも前で、か
つ幕体７１の移動に同期したタイミングで行われるの
で、後述する受光素子の列単位の露光時間が一定にな
り、露光むらが発生しない。

【００２２】図３は、上記撮像センサ８の駆動部を示
す。

【００２３】図３に示すように、撮像センサ８は、マト
リクス状に配置された多数の受光素子、たとえばフォト
ダイオードＰ１〜Ｐｎよって画素が構成されている。前
記各フォトダイオードＰ１〜Ｐｎは、リセットスイッチ
ＲＳがそれぞれ接続されており、これらリセットスイッ
チＲＳの縦列群毎に、複数のリセットラインＲＬ・・・
がそれぞれ接続されている。これらリセットラインＲＬ
は、垂直走査回路ＶＨＣからのリセット信号を上記各リ
セットスイッチＲＳに送出させるものであり、リセット
信号を受けた縦列群のリセットスイッチＲＳは瞬時に閉
成動作し、前回の光電変換時に蓄積された電荷を放電し
たのち、直ちに開放されて、各フォトダイオードＰ１〜
Ｐｎは駆動状態（露光による電荷蓄積が可能な状態）に
復帰する。

【００２４】さらに、上記フォトダイオードＰ１〜Ｐｎ
には、垂直読み出しスイッチＶＳがそれぞれ接続されて
おり、これら垂直読み出しスイッチＶＳの縦列群毎に、
複数列のアドレスラインＡＬ・・・がそれぞれ接続され
ている。これらアドレスラインＡＬは、上記垂直走査回
路ＶＳＣからのアドレス信号を上記垂直読み出しスイッ
チＶＳに送出させるものであり、垂直走査回路ＶＳＣか
ら所定のタイミングで送出されたアドレス信号により垂
直読み出しスイッチＶＳが順次的（フォトダイオードＰ
１〜Ｐｎの番号順）に制御される。

【００２５】上記フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの横列群
には、垂直読み出しスイッチＶＳに接続されて、フォト
ダイオードＰ１〜Ｐｎの横列群の画像信号を出力ライン
ＯＬに取り出す複数の信号ラインＳＬがそれぞれ設けら
れており、各信号ラインＳＬと出力ラインＯＬとの間に
は、水平走査回路ＨＳＣによって開閉駆動される水平読
み出しスイッチＨＳが介挿されている。

【００２６】なお、ＴＣはタイミング発生回路であり、
前記リセットタイミング制御回路１５からのリセットタ
イミング信号、さらには、トリガー信号が入力されると
ともに、垂直走査回路ＶＨＣおよび水平走査回路ＨＳＣ
の各動作を制御する。

【００２７】すなわち、上記タイミング発生回路ＴＣの
制御信号を垂直走査回路ＶＨＣおよび水平走査回路ＨＳ
Ｃに印加して、垂直読み出しスイッチＶＳ及び水平読み
出しスイッチＨＳを選択的に開閉制御することにより、
任意のアドレスのフォトダイオードＰ１〜Ｐｎの画素デ
ータが、信号ラインＳＬを介して出力ラインＯＬに取り
出され、該出力ラインＯＬに接続された出力アンプＡＭ
Ｐで増幅されて、前記映像処理回路１１に送出される。

【００２８】上記各フォトダイオードＰ１〜Ｐｎにおけ
る電荷の蓄積時間は、フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの駆
動時点即ち上記リセットスイッチＲＳの開放時点から、
読み出しスイッチＶＳ，ＨＳの閉成時点までの期間とな
る。

【００２９】次に、図１に示したデジタルカメラの動作
を説明する。

【００３０】シャッターボタン９が半押されると、表示
部１０にはプレビュー画像が表示される。このプレビュ
ー時には、フォーカルプレーンシャッター７は開放状態
にあり、撮像センサ８は縦列配置されたフォトダイオー
ド群ごとにタイミング発生回路ＴＣによって順次リセッ
トされ、駆動状態となる。つまり、図３の例でいえば、
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のフォトダイオードからなる第１列Ｍ
１がまずリセットされ、ついでＰ４、Ｐ５、Ｐ６のフォ
トダイオードからなる第２列Ｍ２、第３列Ｍ３・・・第
ｎ列Ｍｎと順にリセットされる。

【００３１】所定時間の経過後、垂直読み出しスイッチ
ＶＳ及び水平読み出しスイッチＨＳが選択的に開閉制御
され、フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの画素信号が、記し
た番号順に信号ラインＳＬを介して出力ラインＯＬに取
り出される。そして、出力ラインＯＬに接続された出力
アンプＡＭＰで増幅されたのち、前記映像処理回路１１
で映像処理され、表示部１０に表示される。また、得ら
れた画像データに基づいて映像処理回路１１により輝度
が演算され、これに基づいてシャッター速度演算回路１
２で適正なシャッター速度が演算される。この動作が所
定のフレーム周期で繰り返される結果、表示部にはライ
ブビュー画像が表示される。

【００３２】次に、シャッターボタン９が全押し（レリ
ーズ）されると、これがレリーズ開始信号として出力さ
れ、シャッター速度演算回路１２において直前に演算さ
れたシャッター速度に基づいて、前記メカニカルシャッ
ター制御回路１３がシャッタードライバ１４を介してフ
ォーカルプレーンシャッター７を制御するとともに、リ
セットタイミング制御回路１５が撮像センサ８を制御す
る。この結果、前記撮像センサ８に対して適正露光が行
われる。

【００３３】撮像センサ８に対する具体的な露光制御
を、従来例と比較して図４を参照して説明する。

【００３４】図４（ａ）〜（ｇ）は、従来の露光制御
を、また図４（Ａ）〜（Ｇ）は、この発明の実施形態に
おける露光制御をそれぞれ示している。

【００３５】従来例では、シャッターボタン９が全押し
されると、一度、フォーカルプレーンシャッターの先幕
７２が閉成されて撮像センサ８の受光面は完全遮光状態
となる。この後、図４（ａ）（ｂ）に示すように、先幕
７２が右方向へ横走りして開放動作を行い、露光が開始
される。その後、所定の露光時間の経過後、同図（ｃ）
に示すように、後幕７３が右方向へ横走りして遮光を行
い、露光が終了する。

【００３６】高速でシャッターを切る場合には、先幕７
２が開ききらないうちに、後幕７３の遮光が始まり、同
図（ｄ）に示す幕間Ｗと幕速とにより、露光時間が決め
られる。

【００３７】上記幕間Ｗが前記撮像センサ８を通過した
後、フォーカルプレーンシャッターの後幕７３が同図
（ｅ）〜（ｇ）のように、さらに横走りして右端に至
る。

【００３８】これに対し、この発明の実施形態における
露光制御では、シャッターボタン９が全押しされると、
従来のように撮像センサ８の受光面を完全遮光すること
なく、同図（Ａ），（Ｂ）のように、撮像センサ８の左
端側から順に、第１受光素子列Ｍ１、ついで第２受光素
子列Ｍ２、第３受光素子列Ｍ３・・・第ｎ受光素子列Ｍ
ｎとリセットをかけて、列単位で露光を開始させる。図
４中の下向き矢印Ｘは、リセットされた受光素子列の位
置を示す。この順次的リセット動作が従来のフォーカル
プレーンシャッターの先幕の役目を果たす。また、受光
素子列のリセットのタイミングの推移は、フォーカルプ
レーンシャッター７の幕体７１の幕速に同期させてお
く。

【００３９】左端の第１列Ｍ１がリセットされたのち、
シャッター速度演算回路１２で演算されたシャッター速
度に応じた所定時間が経過した時点で、同図（Ｃ）に示
すように、フォーカルプレーンシャッター７の幕体７１
が横走りを開始したのち、リセットのタイミングの推移
に同期して移動し、撮像センサ８の受光面を遮光する。
従って、各列に属するフォトダイオードに対しては、同
図（Ｄ）に示すように、リセットの開始時点からフォー
カルプレーンシャッター７の幕体７１によって遮光され
るまでの時間（幕間相当時間Ｗ）が露光時間となり、こ
の間に露光が行われる。また、リセットのタイミングの
推移と幕体７１の移動とが同期しているから、露光時間
は各フォトダイオードでほぼ一定となり、露光むらを防
止できる。

【００４０】そして、同図（Ｅ）〜（Ｇ）のように、上
記幕間相当時間Ｗが撮像センサ８の受光面を通過した
後、フォーカルプレーンシャッター７の幕体７１がさら
に横走りして受光面の右端に至り、撮像センサ８の受光
面は完全に遮光される。

【００４１】こうして露光が行われた撮像センサ８は、
ついで読み出しが行われる。即ち、垂直読み出しスイッ
チＶＳ及び水平読み出しスイッチＨＳが選択的に開閉制
御され、フォトダイオードＰ１からＰｎにおける画像信
号が、記した番号順に信号ラインＳＬを介して出力ライ
ンＯＬに取り出される。このように、読み出しを、リセ
ットの順序にほぼ沿って、フォトダイオードＰ１からＰ
ｎへと番号順に行うことで、各フォトダイオードについ
て、リセットから読み出しまでの蓄積時間差を一定範囲
にそろえることができ、ノイズレベル等が一定となり、
画質が向上する。

【００４２】出力ラインＯＬに取り出された画像信号
は、出力アンプＡＭＰで増幅されたのち、前記映像処理
回路１１で映像処理され、表示部１０に表示され、また
メモリカードなどの記録媒体に記録される。

【００４３】以上の説明からわかるように、この実施形
態では、シャッターボタン９の全押し時に、一旦完全遮
光状態にする必要がないから、タイムラグが極めて小さ
くなり、また、フォーカルプレーンシャッター７も後幕
に相当する１枚の幕体７１のみで済み、先幕を省ける
分、部品点数が少なくなるとともに、小形で軽量にな
る。

【００４４】また、撮像センサ８の露光時間である幕間
相当時間Ｗは、各受光素子列Ｍ１〜Ｍｎのリセットタイ
ミングを変えることで容易に制御可能であるうえ、読み
出しクロックとは別に露光時間の設定が可能であるの
で、読み出し周波数の低い撮像センサ８や高画素のため
に読み出しに時間がかかる場合でも、高速シャッターが
可能となる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、撮像センサの受光素子の列単位での順次的露光動作
が、従前のフォーカルプレーンシャッターの先幕の役務
を果たすため、フォーカルプレーンシャッターとして
は、後幕に相当する１枚の幕体のみを備えていれば良い
ことになり、その分構造を簡素化できると共に部品点数
も削減することができる。

【００４６】しかも、撮像センサ出力の読み出し速度が
遅い場合であっても、幕体に対する受光素子列の露光タ
イミングを早めあるいは遅くすることによって、各画素
の露光時間（シャッター速度）を制御できるから、レン
ズシャッターのように羽根の速度に依存することがな
く、撮像センサ出力の読み出し速度にかかわらず高速シ
ャッターが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るデジタルカメラの
電気的構成を示すブロック図である。

【図２】図１のデジタルカメラに使用した撮像センサの
画像スキャンパターンの説明図である。

【図３】同じく図１のデジタルカメラに使用した撮像セ
ンサの駆動部の構成図である。

【図４】同じく撮像センサに対する具体的な遮光制御
を、従来例と比較して示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・デジタルカメラ ４・・・・・・・撮影レンズ ７・・・・・・・フォーカルプレーンシャッター ８・・・・・・・撮像センサ ９・・・・・・・シャッターボタン（レリーズ手段） １２・・・・・・シャッター速度演算手段 １３・・・・・・メカニカルシャッター制御回路（シャ
ッター制御手段） １５・・・・・・リセットタイミング制御手段（露光タ
イミング制御手段） ７１・・・・・・幕体 Ｐ１〜Ｐｎ・・・フォトダイオード（受光素子） Ｍ１〜Ｍｎ・・・受光素子列

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス状に配置された複数の受光素
   子を少なくとも列単位で露光することが可能な撮像セン
   サと、 前記撮像センサの前方位置に設けられ、幕体が上記撮像
   センサの行方向に移動することにより、前記撮像センサ
   を遮光するフォーカルプレーンシャッターと、 レリーズ手段と、 該レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基づい
   て、前記フォーカルプレーンシャッターを作動させるシ
   ャッター制御手段と、 レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基づいて、
   前記幕体によって遮光されるタイミングより前に上記撮
   像センサの列単位で露光開始の指示を順次行う露光タイ
   ミング設定手段と、 を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。