JP2001054024A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スミアによる画質劣化を生じない高画質が得
られる撮像装置を提供する。 【解決手段】 撮像レンズ１の内部の可動絞り３の近傍
に光拡散素子17を設け、ＣＣＤ撮像素子５の露光と信号
読み出しのタイミングに合わせて光拡散素子ドライバ18
を駆動し、光拡散素子の拡散特性を変化させることによ
り、スミア低減撮像を行うことができるようにし、露光
時間がスミア限界露光時間未満となる高速シャッタの使
用を禁止したり、スミア限界露光時間未満の場合に発音
ブザー等で警告を発すると共に絞り値の設定を変更した
りするように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スミア低減機能を
有する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ撮像素子等を用いた固体撮像装置
においては、固体撮像装置特有の現象として、強烈な光
が入射したときに発生するスミア現象（より正確には、
スミア及びブルーミングによって総合的に生じる現象で
あるが、本明細書においては当業者における慣用になら
って、これを単にスミアと称している）による画質劣化
が問題となっている。すなわち、このスミア現象は、本
来の電荷蓄積領域に捕捉されなかった電荷がポテンシャ
ル障壁を乗り越えて垂直転送路に漏れ込んだり、入射光
の回折成分や多重反射成分が遮光膜下の垂直転送路に漏
れ込んで電荷発生することなどにより生じるものであ
り、通常の定常的な光に起因する場合は、これが垂直転
送期間にわたって発生するため、例えばスポット光の場
合は、その上下に伸びる縦筋が生じ、画質を著しく損ね
ていた。

【０００３】これを低減する方法としては、信号の補正
を行なうものや、光学シャッタを用いるものなどいくつ
かの提案があるが、信号補正では効果が不充分であった
り、機械式シャッタでは制御性や信頼性が不充分であっ
たり、液晶シャッタでは偏光を利用するため、透過率が
理論上50％以下（実際はさらに低い）しか確保できない
などの欠点を有している。

【０００４】これに対して実用新案登録第２５２４６３
４号公報には、撮影光学系とＣＣＤ撮像素子との間に介
挿した、光拡散状態を切り換え可能な（偏光板を必要と
しない故に高透過率の）液晶素子を制御して、スミア発
生の原因となる信号読み出し（ＣＣＤ転送）期間におい
ては、スポット光を拡散させることで板面照度を平均化
してピーク値を低下させ、スミアを低減する技術が記載
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来技
術は機械的シャッタの欠点を有さないから、例えば高速
連写等にも適用可能で、且つ高透過率を維持したままス
ミア低減効果を得ることができる優れたものであるが、
なお以下のような問題点を有するものである。すなわ
ち、拡散手段によるスミアの低減は、スポット光起因の
ような局所的高輝度による局所スミアに対しては極めて
有効に働くが、板面（撮像面）照度が全体的に高くなっ
た場合、すなわち高速シャッタ（短時間露光）使用時に
生じる遍在スミアに対しては、効果が不充分である。

【０００６】この点について詳述すると、シャッタ速自
身はスミアレベルと直接相関はないものの、一般的な撮
影時においてはいわゆる適正露出を与えることが前提に
なるから、高速シャッタを使用する場合とは、すなわち
それだけ短時間の露光であっても充分な露光量が得られ
る板面照度の場合ということになる。この意味におい
て、平均的板面照度Ｌと露光時間Ｔとの間にはＬ＝ｋ／
Ｔ（ｋは撮像素子の感度によって決まる定数）の関係が
ある。したがって上記拡散手段により局所スミアが低減
されていても、所定のシャッタ速以上（より短時間）の
露光に関しては、画面全体が極めて高輝度になってしま
うためスミアが発生して、レンズのフレア効果に類似の
全体に白けた画像になってしまうという問題があった。

【０００７】本発明は、従来の撮像装置における上記問
題点を解消するためになされたもので、スミアによる画
質劣化を生じない高画質が得られるようにした撮像装置
を提供することを目的とする。

【０００８】請求項毎の目的を述べると、請求項１に係
る発明は、スミアの存在しない所定の高画質が保証され
る撮像装置を提供することを目的とする。請求項２に係
る発明は、スミアの存在しない所定の高画質を保証しつ
つ撮影者の露出意図を最大限尊重できるようにした撮像
装置を提供することを目的とする。請求項３に係る発明
は、撮影者の意図に反してスミアによって画質劣化した
画質を記録することを防止できるようにした撮像装置を
提供することを目的とする。請求項４に係る発明は、保
証する画質レベルの設定を容易に変更できるようにした
撮像装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に係る発明は、予定焦平面に対する出力光
学像の状態を被写体結像状態と被写体像拡散状態とに設
定可能な撮像光学系と、該撮像光学系の出力光学像を光
電変換して画像信号として出力する固体撮像素子と、該
固体撮像素子の駆動及び前記撮像光学系を制御して、当
該読み出し対象たる画像信号の蓄積期間には前記撮像光
学系を前記被写体結像状態とし、前記画像信号の読み出
し期間には前記撮像光学系を前記被写体像拡散状態とし
てスミア低減撮像を可能とする撮像制御手段と、該撮像
制御手段が前記スミア低減撮像を可能とする制御を行な
う場合には、撮像時の露光時間を前記スミア低減撮像の
低減効果に対応して定まる所定値以上に制限する露出制
御手段とで撮像装置を構成するものである。

【００１０】このように撮像光学系を制御してスミア低
減撮像を可能とする撮像制御手段と、撮像制御手段がス
ミア低減撮像制御を行う場合に露出時間を所定値以上に
制限する露出制御手段を備えているので、スミアの存在
しない高画質が保証される撮像装置を実現することがで
きる。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に係る撮
像装置において、前記露出制御手段は、予定されている
露光時間が前記所定値未満の場合には、撮像時の露光時
間を前記所定値又は前記所定値以上の前記所定値近傍値
に設定変更すると共に、この設定変更に対応すべく絞り
値を設定変更して、設定変更以前とほぼ等しい露出値に
よって当該撮像が行われるように露出制御を行なうもの
であることを特徴とするものである。このように構成す
ることにより、スミアの存在しない所定の高画質を保証
しつつ、撮影者の露出意図を最大限尊重することができ
る。

【００１２】請求項３に係る発明は、予定焦平面に対す
る出力光学像の状態を被写体結像状態と被写体像拡散状
態とに設定可能な撮像光学系と、該撮像光学系の出力光
学像を光電変換して画像信号として出力する固体撮像素
子と、該固体撮像素子の駆動及び前記撮像光学系を制御
して、当該読み出し対象たる画像信号の蓄積期間には前
記撮像光学系を前記被写体結像状態とし、前記画像信号
の読み出し期間には前記撮像光学系を前記被写体像拡散
状態としてスミア低減撮像を可能とする撮像制御手段
と、該撮像制御手段が前記スミア低減撮像を可能とする
制御を行なう場合に、撮像時の設定露光時間が前記スミ
ア低減撮像の低減効果に対応して定まる所定値未満であ
る場合にはこれを警告する警告手段とで撮像装置を構成
するものである。このように構成することにより、撮影
者の意図に反してスミアによって画質の劣化した画像を
記録することを防止することが可能となる。

【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に係る撮像装置において、前記所定値を記憶
する書き換え可能な記憶手段を有していることを特徴と
するものである。このように構成することにより、保証
する画質レベルの設定を容易に変更することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係る撮像装置の主たる実施の形態
のディジタルカメラを示すブロック構成図である。１は
前玉１ａと後玉１ｂとからなる撮像レンズ、２はフォー
カスアクチュエータ２ａとズームアクチュエータ２ｂと
からなるレンズ駆動機構、３は可動絞り、４はローパス
フィルタ及び赤外カットフィルタからなる光学フィル
タ、５はＣＣＤ撮像素子、６はＣＣＤドライバ、７はＡ
／Ｄコンバータを含むプリプロセス回路、８はディジタ
ルプロセス回路で、ハードとしてメモリを含み、全ての
ディジタルプロセス処理を行うものである。９はメモリ
カードインターフェース、10はメモリカード、11はＬＣ
Ｄ画像表示系、12は主たる構成としてマイコンを含むシ
ステムコントローラ、13は操作スイッチ系、14は表示用
ＬＣＤを含む操作表示系、15は絞りアクチュエータ、16
はアクチュエータドライバ、17は光拡散素子、18は光拡
散素子ドライバ、19はＥＥＰＲＯＭである。

【００１５】このように構成したディジタルカメラにお
いては、上記のように、いわゆる高分子分散型（ポリマ
ーネットワーク型）液晶を透明電極付き光学ガラスの板
状セルに封入した構造の光拡散素子17が撮像レンズ１の
内部の可動絞り３の近傍に設けられている。次に、この
光拡散素子17について更に詳述する。光拡散素子17は２
枚の光学ガラスを貼り合わせて全体としては厚さが 0.9
mmの平行平板ガラスを備え、貼り合わせ部に厚さ10μｍ
の平坦な液晶封入部を有している。この封入部に液晶が
分散された透明樹脂が封入されて、素子としての能動部
分が形成されている。そして、透明電極から引出された
接続線は、光拡散素子ドライバ18に接続され、所定電圧
の公知の交流駆動によって駆動されるようになってい
る。

【００１６】なお、電圧印加時と非印加時（残留電荷排
出のため本実施の形態では０電圧印加）に対して、拡散
と非拡散（素通し）状態をどのように割り当てるかは本
来任意であるが、ＴＴＬ光学ファインダと組合わせた場
合に、カメラ電源ＯＦＦでもファインダが見えるように
する、あるいはスミア低減撮像を必要としない場合に電
力を消費する必要が生じないようにするなどの効果を得
る目的に、本実施の形態では特に電圧非印加時に非拡散
となるようにしており、一旦０電圧を印加して残留電荷
を排出した後には、ドライバへの電源供給を停止しても
素通し状態が保たれるようになっている。このためには
媒質に相当する液晶と媒体に相当する樹脂の実効的な屈
折率が、電圧非印加状態で等しくなるように構成されて
いることは言うまでもない。

【００１７】続いて上記実施の形態における制御に関す
る説明を行なう。本実施の形態のディジタルカメラにお
いては、システムコントローラ12が全ての制御を統括的
に行なっており、可動絞り３と、ＣＣＤドライバ６によ
るＣＣＤ撮像素子５の駆動（電子シャッタ）を制御し
て、露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行ない、そ
れをプリプロセス回路７を介してディジタルプロセス回
路８に格納し、このディジタルプロセス回路８の中で全
ての必要な各種信号処理を施した後に、メモリカード10
に記録するものである。そして、露光及び信号読み出し
のタイミングに合わせて光拡散素子ドライバ18を駆動
し、光拡散素子17の拡散特性を変化させることで、スミ
ア低減撮像を行なうことができるようにしている。

【００１８】すなわち、撮影対象である当該被写体像の
光電変換電荷を蓄積中は、光拡散素子17を非拡散（素通
し）状態のままとしており、ＣＣＤ転送路（垂直シフト
レジスタ）への転送パルスＴＧが出ると同時に、拡散状
態にすべく電圧印加を開始する。ただし、駆動を開始し
てから光拡散素子17が現実に充分な拡散状態に転移する
まではかなりの時間を要する。この転移時間は素子の材
料、印加電圧や駆動周波数にも依存するが、通常数ｍｓ
〜数 100ｍｓ程度である。そして素子（能動部）の厚さ
にも大きく依存する。本実施の形態では厚さが10μｍと
薄いため、転移時間は10ｍｓ以下と高速であって、これ
に対応して撮像信号の読み出し（信号電荷のＣＣＤ転
送）は、転送パルスＴＧの出力後10ｍｓの時点から開始
される。そして、信号読み出しが終了した後は次の撮影
に備え、また無駄な駆動電力をなくす意味で、速やかな
適時に光拡散素子17への電圧印加を０電圧として素通し
状態に転移させる。この後光拡散素子ドライバ18への通
電を停止してもよい。

【００１９】この時、もしも転移時間が異なる値であれ
ば、これに合わせた読み出し開始時刻を設定すればよ
い。また、この時更に遅らせて読み出しを開始してもよ
いが、それに伴う暗電流ノイズの増加を考えて、本実施
の形態では不要な遅延はさせていない。

【００２０】さて、このようなスミア低減撮像を行なう
本実施の形態のディジタルカメラは、露出制御に関して
以下の２つのモードを有している。第１は画質優先モー
ドであり、第２はシャッタ速優先モードである。

【００２１】第１の画質優先モードにおいては、後述す
るスミア限界露光時間Ｔｓ未満の高速シャッタの使用は
禁止されている。すなわち、カメラにおいて公知のいわ
ゆる「露出プログラム」の設定において、「シャッタ速
優先ＡＥ」の場合や「マニュアル露出」の場合は、シャ
ッタ速の選択肢に露光時間Ｔｓ未満のものは含まれない
ようになされており、「プログラムＡＥ」の場合は、そ
のプログラム線図は露光時間Ｔｓ以上の範囲に収めてあ
る。また「絞り優先ＡＥ」の場合には、測光の結果によ
ってはＴｓ未満でなければ適正露光が得られない場合も
起こりうるが、このような場合は、操作表示系14に含ま
れる発音ブザーや表示用ＬＣＤ等によって警告を発する
と共に、絞りの値を指定値から変更して、実露出時間が
Ｔｓ以上で且つもっともＴｓに近い値で適正露光が得ら
れるようにする。

【００２２】第２のシャッタ速優先モードにおいては、
上記のようなシャッタ速の制限は設けられていないが、
「シャッタ速優先ＡＥ」や「マニュアル露出」の場合
に、露光時間Ｔｓ未満の高速シャッタが選択された時、
あるいは「プログラムＡＥ」や「絞り優先ＡＥ」の場合
に、測光の結果Ｔｓ未満の高速シャッタが必要となった
時に、操作表示系14に含まれる発音ブザーや表示用ＬＣ
Ｄ等によって警告を発するように構成されている。

【００２３】ここで、スミア限界露光時間Ｔｓについて
説明する。上記従来の問題点でも述べたように、適正露
光の関係を保つ場合には、露光時間が短くなるに従って
拡散手段によっても低減できない遍在スミアが増加する
から、設計時点で予めこの遍在スミアの画質的許容限界
を（例えば検知限以下という基準で）設定し、これに対
応する露光時間をＴｓとするものである。すなわち、少
なくとも遍在スミアに関しては露光時間がＴｓ以上であ
れば、設計時点で設定した所定の高画質が保証されるも
のである。このＴｓの値はＥＥＰＲＯＭ19に格納されて
おり、上記露出制御に際して参照される。ＥＥＰＲＯＭ
19を使用しているから書き換え可能であり、製品出荷後
に市場の反響を見て、この保証する画質のレベル（に対
応するＴｓ）を変更したり、使用者がこれを変更可能な
仕様としたりすることが容易にできる。

【００２４】本実施の形態に係るディジタルカメラにお
いては、上述のとおり拡散手段（光拡散素子）を用いた
スミア低減撮像を用いているから、上記画質優先モード
においては、スポットスミアも遍在スミアも共に許容限
界以下（例えば検知限以下）である高画質が常に得ら
れ、上記シャッタ速優先モードにおいては画質は必ずし
も保証されないものの、少なくとも意図せずして画質劣
化した画像を撮影することは避けられることになる。

【００２５】そして、このようにして撮像された高画質
の画像信号は、適宜各種信号処理を経てメモリカード10
に記録、あるいはＬＣＤ画像表示系11に表示される。

【００２６】なお、上記実施の形態の他にも様々な実施
の形態が考えられる。例えば、主たる上記実施の形態は
ディジタル（静止画）カメラに適用したものであった
が、本発明は動画カメラにも適用できる。この場合、像
拡散状態の時は被写体像が得られないから、画像の出力
レートは通常１／２に落ちる（ＮＴＳＣ準拠の場合で30
フィールド／秒）が、これはバッファメモリを用いて補
えばよく、この構成を一つの具体的な実施の形態として
挙げておく。すなわち、１フィールド毎に交互に光拡散
素子の拡散／非拡散を切換え、拡散状態にある時読み出
した出力信号（これは１フィールド前の非拡散状態時に
蓄積されたものである）のみを、有効な画像信号として
使用しつつバッファメモリに記憶し、非拡散状態時の期
間については直前のフィールドにて記憶された画像信号
を再度使用するように構成するものである。

【００２７】また、上記主たる実施の形態では、スミア
限界露光時間ＴｓはＥＥＰＲＯＭに記憶するようにした
ものを示したが、これを任意のメモリに記憶させるよう
に置き換えても良いことは自明である。

【００２８】一方、このＴｓの記憶手段を、カメラが他
の目的（例えば撮像素子の画素欠陥データ記憶、カメラ
の制御プログラム記憶など）で使用するメモリと兼用す
れば、ハードウェアとしてのメモリ素子の数を増やすこ
となく本発明を適用することが可能となる。これも一つ
の実施の形態となる。

【００２９】以上本発明のいくつかの実施の形態を具体
的に示したが、本発明はこれらに限られることなく、特
許請求の範囲に記載の限りにおいて如何なる態様をも取
り得るものであることは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、少なくとも意図しないでスミアに
よって画質劣化した画像を記録することを防止できる。
特に請求項１に係る発明によれば、撮像時の露光時間を
スミア低減撮像の低減効果に対応して定まる所定値以上
に制限する露出制御手段を有しているので、スミアの存
在しない所定の高画質が保証されるという優れた効果が
得られる。また請求項２に係る発明によれば、予定され
た露光時間が所定値未満である場合に、これを所定値以
上に制限しつつほぼ同じ露出値であって予定された露光
時間に比較的近い露出条件で代用するように構成されて
いるので、スミアの存在しない所定の高画質を保証しつ
つ撮影者の露出意図を最大限尊重することができるとい
う優れた効果が得られる。また請求項３に係る発明によ
れば、予定された露光時間が所定値未満である場合に警
告を発するように構成されているので、撮影者の意図に
反してスミアによって画質の劣化した画像を記録するこ
とを防止できるという優れた効果が得られる。また請求
項４に係る発明によれば、露光時間の所定値を書き換え
可能な記憶手段に記憶するように構成されていので、保
証する画質レベルの設定を容易に変更できるという優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮像装置の実施の形態のディジタ
ルカメラの構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 撮像レンズ １ａ 前玉 １ｂ 後玉 ２ レンズ駆動機構 ２ａ フォーカスアクチュエータ ２ｂ ズームアクチュエータ ３ 可動絞り ４ 光学フィルタ ５ ＣＣＤ撮像素子 ６ ＣＣＤドライバ ７ プリプロセス回路 ８ ディジタルプロセス回路 ９ メモリカードインターフェース 10 メモリカード 11 ＬＣＤ画像表示系 12 システムコントローラ 13 操作スイッチ系 14 操作表示系 15 絞りアクチュエータ 16 アクチュエータドライバ 17 光拡散素子 18 光拡散素子ドライバ 19 ＥＥＰＲＯＭ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予定焦平面に対する出力光学像の状態を
   被写体結像状態と被写体像拡散状態とに設定可能な撮像
   光学系と、該撮像光学系の出力光学像を光電変換して画
   像信号として出力する固体撮像素子と、該固体撮像素子
   の駆動及び前記撮像光学系を制御して、当該読み出し対
   象たる画像信号の蓄積期間には前記撮像光学系を前記被
   写体結像状態とし、前記画像信号の読み出し期間には前
   記撮像光学系を前記被写体像拡散状態としてスミア低減
   撮像を可能とする撮像制御手段と、該撮像制御手段が前
   記スミア低減撮像を可能とする制御を行なう場合には、
   撮像時の露光時間を前記スミア低減撮像の低減効果に対
   応して定まる所定値以上に制限する露出制御手段とを有
   していることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 前記露出制御手段は、予定されている露
   光時間が前記所定値未満の場合には、撮像時の露光時間
   を前記所定値又は前記所定値以上の前記所定値近傍値に
   設定変更すると共に、この設定変更に対応すべく絞り値
   を設定変更して、設定変更以前とほぼ等しい露出値によ
   って当該撮像が行われるように露出制御を行なうもので
   あることを特徴とする請求項１に係る撮像装置。
3. 【請求項３】 予定焦平面に対する出力光学像の状態を
   被写体結像状態と被写体像拡散状態とに設定可能な撮像
   光学系と、該撮像光学系の出力光学像を光電変換して画
   像信号として出力する固体撮像素子と、該固体撮像素子
   の駆動及び前記撮像光学系を制御して、当該読み出し対
   象たる画像信号の蓄積期間には前記撮像光学系を前記被
   写体結像状態とし、前記画像信号の読み出し期間には前
   記撮像光学系を前記被写体像拡散状態としてスミア低減
   撮像を可能とする撮像制御手段と、該撮像制御手段が前
   記スミア低減撮像を可能とする制御を行なう場合に、撮
   像時の設定露光時間が前記スミア低減撮像の低減効果に
   対応して定まる所定値未満である場合にはこれを警告す
   る警告手段とを有していることを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】 前記所定値を記憶する書き換え可能な記
   憶手段を有していることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項に係る撮像装置