JP2546204B2 - 電子スチルカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液晶やEC等の電気光学絞り素子を用いて露
出制御を行なう電子スチルカメラに関する。

（従来の技術） 近年、被写体像を銀塩フィルムを用いずに固体撮像素
子で光電変換し、電気的メモリ或いは磁気的メモリに記
録する電子スチルカメラの実用化が押し進められてお
り、この種の電子スチルカメラにあっても、銀塩カメラ
と同様に電子化の傾向にあり、機械的連結機構がなく、
動作時のショックやそれに伴う発生音が全くない電気光
学素子による絞りと固体撮像素子自身で純電気的に制御
できるセンサーシャッターを用いることが考えられてい
る。

第４図は従来の電気光学素子（液晶）を用いた絞り
（液晶絞り）を示したもので、同心円状に電極を設け、
この電極のON−OFF面積を制御することによって光の透
過率を変化させ、絞りの効果をもたせるものである。こ
こで、100は電極の引き出し線、102（斜線部）は表電極
パターン、半径ｒの白い円板部は裏電極板104を示す。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の電気光学絞り素子、
例えば液晶絞りを用いてカメラの絞りを制御しようとす
る場合、例えば1/8段ずつの中間段を出すとして７段分
の絞りを考えると、 ８×７＝56ステップ の絞りが必要となり、これを実現するには多数の電極数
が必要となり、実装上極めて困難となる。

一方、電極数を少なくするために特開昭56−78818号
ではマトリックス駆動を行うことが提案されているが、
この方法では駆動回路が複雑となってしまう、現在のと
ころ露出誤差をほとんど生じない多段階の絞り制御がで
きる液晶絞りを用いた電子スチルカメラは実現が困難で
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、液晶やEC等で成る電気光学絞り素子の絞り段数
をほとんど増加させることなく、実質的に無段階で絞り
が制御できるようにした電子スチルカメラを提供するこ
とを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、電子スチ
ルカメラにおける固体撮像素子の受光面側に、電気的な
制御により透過面積を段階的に可変するECや液晶等で成
る電気光学絞り素子、例えば液晶絞りを使用して1/2段
づつ中間段を出すとして、７段分の絞りで２×７＝14ス
テップの絞り制御を行なう電気光学絞り素子を設け、こ
の電気光学絞り素子による絞り誤差、例えばシャッター
スピード優先AE、プログラムAEの場合に演算される絞り
値と前記前記光学絞り素子の設定絞りとの誤差を演算す
る演算手段と、この演算手段で得られた絞り誤差を補正
するように映像信号出力回路のゲインを変えるゲイン可
変手段とを設けるようにしたものである。

（作用） このような構成を備えた本発明の電子スチルカメラに
よれば、次の作用が得られる。

まず銀塩カメラと同様、電子スチルカメラの自動露出
にも次のアペックス条件式が用いられる。

BV＋SV＝AV＋TV …（１） ここで、BVは被写体輝度、SVは感度、AVは絞り値、TV
はシャッタースピードであり、それぞれ２を底とする対
数で表わされる。

また、感度SVは銀塩フィルムとは異なり、固体撮像素
子固有のものではなく、電子スチルカメラとしての感度
であり、この感度SVは映像信号出力回路のゲインを変化
させることによって可変できる。

従来の電子スチルカメラはこの感度SVを固定あるいは
２種類切換えで行なっていたが、本発明では電気光学絞
りとして例えば1/2段づつ中間段を設定できるようにし
た場合、±1/2段の範囲で感度SVを無段階で可変できる
ようにしている。

このため、液晶絞りを例えば1/2段精度とすることで
液晶の電極パターンを簡単にし、シャッタースピード優
先AEまたはプログラムAEの場合には、設定シャッタース
ピードTVより前記（１）式の条件式に基づく AV＝BV＋SV−TV …（２） によって絞りAV（理論値）を求め、このAV値に最も近い
1/2段きざみでの液晶絞りを設定する。この設定絞り値
をAV′とすると、前記第（２）式から求めた理論値AVと
の間には、 AV＝AV′±α …（３） （但し、−1/2＜α＜1/2） の関係が成り立つ。この±αの露出誤差（絞り誤差）は
電子スチルカメラの感度SVを（SV±α）とすることで前
記第（２）式を満足させることができる。

即ち、映像信号記録時に映像信号出力回路のゲインを
±α分可変することによって（SV±α）とし、これによ
って理論値AVと設定値AV′とが一致しない場合の露出誤
差をを補正し、前記（２）式の条件式を満すようにす
る。

尚、絞り優先AEと場合は、シャッタースピードTVが純
電気的に無段階で設定できるセンサシャッターであるの
で、撮影者が1/2段きざみで任意に設定した設定絞りAV
を用いて、前記（１）式の条件式に基づく TV＝BV＋SV−AV …（４） によってシャッタースピードTVを求め、絞り値AVが1/2
段精度とあらい分、シャッタースピーカTVがセンサーシ
ャッターで純電気的に無段階で選定できるので、このシ
ャッタースピードで揃って前記（４）式の条件式を満す
ことができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した回路ブロック図で
あり、この実施例の電子スチルカメラは電気光学絞り素
子として第４図に示したような液晶絞りを使用し、且つ
固体撮像素子の持つセンサシャッターとしての機能によ
り自動露出制御を実現することができる。

第１図に於いて、２は液晶絞りであり、絞り制御機構
12によって絞りが設定されるようになっている。具体的
には液晶絞り２は第４図に示す電極構造を持ち、この液
晶絞り２を1/2段づつ中間段を出すとすると、７段分の
絞りで２×７＝14ステップの絞り制御を行うことができ
る。

被写体からの光はレンズ１、液晶絞り２及び光学系３
を介して固体撮像素子としてのイメージセンサ４、及び
受光素子５に照射される。光学系３はハーフプリズム、
ハーフミラー、あるいはビームスプリッタ等によって構
成されており、レンズ１からの光を２分割し、２分割し
た光の大部分をイメージセンサ４に導くと共に残りの１
部を受光素子５に導く。

イメージセンサ４はそれ自体がシャッター機能を有す
る、例えばインターライン型CCDによって構成されてお
り、イメージセンサ駆動回路６の駆動制御に従って動作
し、被写体からの光を光電変換して得た映像信号を出力
する。イメージセンサ４から出力された被写体像に対応
する映像信号は自動利得制御機能を有するAGCアンプ８
を介して映像信号記録部９に入力して記録される。AGC
アンプ８は測光演算回路７からのゲインコントロール電
圧によってゲインを可変することができる。

尚、イメージセンサ４としては、前述したインターラ
イン型CCD以外にシャッター機能を有するフレームイン
ターライン型CCDを用いてもよい。

一方、光学系３によって２分割された被写体からの光
の一部が照射される受光素子５は、この照射光を光電変
換して得た信号を輝度信号として測光演算制御回路７に
出力する。測光演算制御回路７は絞り設定機構13からの
設定絞り値AV′、シャッタースピード設定機構14からの
シャッタースピードTV、及び受光素子５からの輝度信号
が入力され、これらの入力信号に基づいて露出条件の演
算を行い、演算によって得られた絞り信号及びシャッタ
ースピード信号を出力し、絞り信号は絞り制御機構12に
加えられ、又、シャッタースピード信号はイメージセン
サ駆動回路６に加えられる。

レリーズ機構15はカメラとしてのレリーズ動作等を設
定するものであり、設定されたレリーズ動作情報はシー
ケンス制御回路11に伝えられる。シーケンス制御回路11
は各部の動作制御を行うもので、適宜のタイミングにイ
メージセンサ駆動回路６、映像信号記録部９、及び測光
演算制御回路７に制御信号を出力し、これらを制御す
る。又、同期信号発生回路10はイメージセンサ駆動回路
６、映像信号記録部９及びシーケンス制御回路11に同期
タイミング信号を出力し、これらの動作の同期をはか
る。

次に撮影モードとしてシャッタースピード優先AEが選
択された場合の絞り制御機構12、液晶絞り２、イメージ
センサ駆動回路６、イメージセンサ４及びAGCアンプ８
の動作を説明する。

まずレリーズ釦の半押し操作が行われると絞り制御機
構12から液晶絞り２に液晶絞り開放信号が出力され、液
晶絞り２が開放となってカメラの測光状態となる。又、
シャッタースピード設定機構14によりシャッタースピー
ドTVが設定され、測光演算回路７は設定されたシャッタ
ースピードTVと受光素子５から得られた被写体輝度信号
に基づき、前記第（２）式のアペックス条件式より適性
絞り値AVを演算し、この演算された適性絞り値AVに一番
近い液晶絞り値AV′を選定する。

レリーズ釦が更に押込まれてレリーズ動作が行われる
と、測光演算制御回路７はアペックス条件式に基づく適
性絞り値より選択された絞り値AV′を絞り制御機構12に
出力し、液晶絞り２の絞りをAV′とする。同時にイメー
ジセンサ駆動回路６よりイメージセンサ４にビデオ動作
スタート信号を出力し、イメージセンサ４のビデオ動作
を開始させる。

液晶絞り２が設定絞りAV′になり、ミラーアップが完
了すると、設定さたシャッタースピードに応じてイメー
ジセンサ駆動回路６がイメージセンサ４を駆動制御して
被写体からの光に応じて信号電荷を蓄積する。このとき
イメージセンサ４は信号電荷を蓄積する前に不要電荷の
排出を行っている。

そして設定されたシャッタースピード時間に亘る電荷
蓄積をん終了するとトランスファゲートをオンし、信号
電荷を垂直転送部に転送して保持し、液晶絞り２を絞り
制御機構12により遮閉状態とする。その後、垂直転送部
で保持していた信号電荷（映像信号）をAGCアンプ８を
介して映像信号記録部９へ出力して記録する。

このときAGCアンプ８のゲインは測光演算制御回路７
で演算された適性絞り（理論値）AVと液晶絞り２の絞り
位置AC′（設定値）との絞り誤差 ±α＝AV′−AV に基づき測光演算制御回路７からのゲインコントロール
電圧で可変され、アペックス条件式に於ける感度SVを
（SV±α）とするAGCアンプのゲインコントロールによ
る信号増幅で補正して適性露出を満足する映像信号を映
像信号記録部９に記録するようになる。

尚、撮影モードとしてプログラムAEが選択された場合
にも同様な露出演算に基づくAGCアンプ８のゲインコン
トロールで適性露出を得るようになる。

次に撮影モードとして絞り優先AEが選択された場合の
動作を説明する。

撮影者が絞り設定機構13により1/2段ステップで任意
の絞りを設定し、この状態でレリーズ釦の半押し操作が
行われると、液晶絞り２が開放となり、カメラが測光状
態となる。続いて測光演算制御回路７が受光素子５で測
光された輝度信号と絞り設定機構13によって設定された
1/2段ステップの絞り位置AVとに基づいて測光演算を行
って適性シャッタースピードTVを算出する。

ここでは絞りは1/2段ステップとあらくなっている
が、シャッタースピードがセンサーシャッター機能によ
り純電気的に無段階に可変できるため、絞りのあらい分
をシャッタースピードで補うことによって適性露出を得
ることができる。

そしてレリーズ釦の押込みによりシャッターレリーズ
が行われると、撮影者が設定した絞りAVを測光演算制御
回路７が絞り制御機構12に出力し、液晶絞り２を設定絞
りAVとすると同時にイメージセンサ駆動制御回路６より
イメージセンサ４へビデオ動作スタート信号を出力し、
イメージセンサ４のビデオ動作を開始させる。

液相絞り２が設定絞りAVとなってミラーアップが完了
すると、演算されたシャッタースピードTVに応じてイメ
ージセンサ駆動回路６がイメージセンサ４を駆動制御
し、被写体から光に応じて信号電荷を蓄積する。

そして演算により得られたシャッタースピード時間に
亘って電荷を蓄積するとトランスファーゲートをオン
し、信号電荷を垂直転送部に転送して保持し、液相絞り
２を絞り制御機構12により遮閉状態とし、その後に垂直
転送部で保持していた信号電荷（映像信号）をアンプ８
を介して映像信号記録部９へ出力して記録する。

このときAGCアンプ８のゲインは一定としており、即
ち感度SVは一定となっている。

第２図は第１図の実施例に於けるシャッター優先AE、
絞り優先AEに於けるインターライン型CCD（イメージセ
ンサ４）のセンサーシャッター機能を実現するための回
路実施例を示した回路図であり、第３図にそのタイミン
グチャートを示す。

第２図の回路は、２入力のANDゲート20,22,24,25,27
及び33,3入力のANDゲート21,23、Ｄフリップフロップ2
9,30、クリアー端子付のＤフリップフロップ34,35及び3
6、立上りエッジでトリガされるワンショットマルチバ
イブレータ31、立下がりエッジでトリガされるワンショ
ットマルチバイブレータ32、２入力のNANDゲート26、２
入力のORゲート28により構成される。

そこで第２図の実施例によるインターライン型CCDの
センサーシャッター機能の動作を第３図のタイミングチ
ャートを参照して説明する。

時刻t0で液晶絞り２が絞り完了となって液晶絞り完了
信号（ｄ）がＬからＨとなると、続いて時刻t1でミラー
アップが完了してミラーアップ完了信号（ｅ）がＬから
Ｈとなり、この２つの信号（ｄ），（ｅ）によってAND
ゲート20の出力は時刻t1以後Ｈとなる。

このANDゲートの出力と、イメージセンサ４の信号電
荷の垂直転送部への転送を制御するトランスファゲート
TG0信号（ｂ）と、更に同期信号発生回路10より出力さ
れる垂直同期VD信号（ａ）がANDゲート21に入力し、AND
ゲート21の出力をANDゲート22を介してＤフリップフロ
ップ29へ出力する。

このＤフリップフロップ29の出力（ｆ）は垂直転送用
のトランスファゲートTG0信号（ｂ）の立上りエッジと
なる時刻t2でＨとなり、このＤフリップフロップ29の出
力信号（ｆ）のＨへの立上りが露光スタート信号とな
る。

続いてＤフリップフロップ29がＨ出力となる露光スタ
ート信号（ｆ）の立上りエッジでワンショットマルチバ
イブレータ31がトリガされ、約500μｍに亘ってＨとな
る信号（ｇ）を出力し、この信号（ｇ）と同期信号発生
回路10より出力されるサブキャリア4fsc信号（ｃ）をAN
Dゲート24に入力し、高速掃き出し信号（ｈ）を出力す
る。

これによって時刻t2にトランスファゲートがオンし、
それ以前に蓄積された不要電荷は高速掃き出し信号
（ｈ）で高速掃き出しされる。その結果、イメージセン
サ４は時刻t2より信号電荷の蓄積を開始する。

このように時刻t2で信号電荷の蓄積が開始されると、
シャッタースピード時間だけ露光した時刻t3で露光終了
信号（ｉ）がＨからＬとなる。即ち、このときのシャッ
タースピードにより露光時間は（t3−t2）となる。

この露光終了信号（ｉ）と露光スタート信号（ｆ）は
ANDゲート25に入力されており、ANDゲート25の出力の時
刻t3に於けるＬへの立上りエッジでワッショットマルチ
バイブレータ32がトリガされ、その出力が数μｓのあい
だＨとなる。このように時刻t3に於いてトランスファゲ
ートをオンすることによって、（t3〜t2）時間に亘って
蓄積された信号電荷が垂直転送部へ転送される。

そして時刻t3以降で液晶絞り２を遮閉し、遮閉完了後
の時刻t4でＬからＨになる絞り遮蔽完了信号（ｌ）と垂
直同期VDD信号（ａ）がＤフリップフロック30へ入力す
ることによって、時刻t5に於ける垂直同期VD信号（ａ）
の立上りエッジでＨからＬとなるＤフリップフロップ30
の出力信号（ｍ）を得る。

このＤフリップフロップ30の出力信号（ｍ）と露光ス
タート信号（ｆ）はANDゲート33に入力され、ANDゲート
33は読出制御信号（ｎ）を出力する。この読出制御信号
（ｎ）の時刻t2からt5までのＨとなっている期間がイメ
ージセンサ４の信号電荷読出停止期間となる。

またＤフリップフロップ30のＱ出力はクリア端子付Ｄ
フリップフロップ34,35,36のクリア端子に入力されてお
り、時刻t5がＤフリップフロップ30のＱ出力はＬからＨ
となるため、Ｄフリップフロップ34,35,36のクリアが解
除される。このようにクリアが解除されたＤフリップフ
ロップ34,35,36のそれぞれは、垂直同期VD信号（ａ）を
受け付けるようになり、時刻t7に於いてＤフリップフロ
ップ36がＨからＬとなる信号（ｐ）を出力する。このＤ
フリップフロップ36からの出力信号（ｐ）とＤフリップ
フロップ29からの露光スタート信号（ｆ）はNANDゲート
26に入力され、更にNANDゲート26の出力と垂直転送用の
トランスファゲートTG0信号（ｂ）はANDゲート27に入力
し、最終的にANDゲート27の出力とワンショットマルチ
バイブレータ32の出力（ｋ）をORゲート28に入力してOR
ゲート28よりTG（ｑ）信号を得る。このTG（ｑ）信号に
よりイメージセンサ４の信号電荷の垂直転送部へのタイ
ミングが制御される。即ち、時刻t2にトランスファゲー
トをオンして不要電荷を垂直転送部を掃き出し、（t3−
t2）のシャッタースピード時間の間に亘って信号電荷を
蓄積し、蓄積を終了する時刻t3で信号電荷を垂直転送部
に転送し、液晶絞り２を遮閉するまで電荷を垂直転送部
で保持し、液晶絞り２が遮閉完了した後の時刻t5より信
号電荷の読出しをスタートさせる。

このようなイメージセンサ４の駆動制御によってセン
サーシャッターとしての機能が実現される。

尚、上記の実施例は液晶絞りとして1/2段づつ中間段
を出すとして７段分の絞りで２×７＝14ステップの絞り
制御を例にとるものであったが、本発明はこれに限定さ
れず、中間段を出さず、７段分の絞りに１対１に対応し
た７ステップの絞り制御であっても良いし、1/3段づつ
中間段を出す３×７＝21ステップであっても良く、液晶
絞りの電極パターンを大幅に変更しない範囲で絞りのス
テップ数を適宜に定めることができる。

また上記の実施例は電気光学絞り素子として液晶絞り
を例にとるものであったが、同様に電気的な制御で透過
面積を可変することのできるECを用いても良いことは勿
論である。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、電気光学絞
り素子、例えば液晶絞りを1/2段づつの中間段精度で７
段分（14ステップ）と絞り段数をあらくとっても、固体
撮像素子から出力された映像信号を増幅するゲインをコ
ントロールして適性露出条件を満足するため、液晶絞り
の電極数が少くとも実質的に無段階の絞り制御による露
出条件を実現でき、メカニカルな絞りを不要として純電
気的な絞り制御を実現した電子スチルカメラを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した回路ブロック図、第
２図は第１図の実施例におけるイメージセンサ（固体撮
像素子）のセンサシャッター機能を実現する回路例を示
した回路図、第３図は第２図の動作を示したタイミング
チャート、第４図は従来の液晶絞りの一例を示した説明
図である。 1:レンズ 2:液晶絞り 3:光学系 4:イメージセンサ 5:受光素子 6:イメージセンサ駆動回路 7:測光演算制御回路 8:AGCアンプ 9:映像信号記録部 10:同期信号発生回路 11:シーケンス制御回路 12:絞り制御機構 13:絞り設定機構 14:シャッタースピード設定機構 15:レリーズ機構 20,22,24,25,27,28,33:ADNゲート（２入力） 21,23:ANDゲート（３入力） 29,30:Dフリップフロップ 34,35,36:Dフリップフロップ（クリア端子付き） 31,32:ワンショットマルチバイブレータ 26:NANDゲート

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体像を結像する光学手段と、受光した
   被写体光によって露出条件を設定する露出設定手段と、
   前記光学手段よって結像された被写体像に対応する映像
   信号を出力するシャッター機能を有する固体撮像素子
   と、該固体撮像素子からの映像信号を記録する記録手段
   を備えた電子カメラにおいて、 前記固体撮像素子の受光面側に設けられ、電気的な制御
   により透過面積を段階的に設定するECや液晶等で成る電
   気光学校絞り素子と、 露出演算から求めた理論値に対する該電気光学絞り素子
   の設定絞りの誤差を演算する演算手段と、 該演算手段の絞り誤差に基づいて映像信号出力回路のゲ
   インを可変させるゲイン可変手段とを設けたことを特徴
   とする電子スチルカメラ。