JP2624982B2 - 露光時間制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、露光時間制御方法、さらに詳しくは、撮像
素子の駆動に係わる素子シャッタ機能を有した電子カメ
ラの露光時間制御方法に関する。

［従来の技術］ 電子カメラにおけるシャッタとしては、CCD,MOS等、
電荷蓄積型の固体撮像素子の電荷蓄積時間（撮像面の露
光時間）を電子的に直接制御するようにした素子シャッ
タと、銀塩フィルムカメラの場合と同様にメカニカルな
シャッタ（以下、メカシャッタと略記する）とがある。
メカシャッタとしてはレンズ鏡筒内に設けられたロータ
リ式のレンズシャッタが用いられる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、固体撮像素子の電荷蓄積時間の制御による
素子シャッタ機能では、１フィールド毎に記録を行うフ
ィールド記録は可能であるが、画質の点でこれよりも遥
かに優れている、２フィールド毎、すなわち、１フレー
ム毎に記録を行うフレーム記録は不可能である。その理
由は、固体撮像素子においては、垂直シフトレジスタの
段数が１フィールド分しか設けられていないので、第1,
第２の２つのフィールドの光電変換部に電荷を蓄積して
も、これを同時に読み出すことができないからである。
したがって、第１のフィールドの電荷を読み出している
期間、第２のフィールドの電荷は光電変換部にあるの
で、第２のフィールドの電荷がそれ以上蓄積されないよ
うにメカシャッタにより光電変換部を遮光する必要があ
る。

一方、メカシャッタでは任意の露光時間を設定するこ
とができるが、このメカシャッタにおけるシャッタ駆動
は、電子カメラでは電気エネルギーを基としているの
で、省電力化の点で素子シャッタより劣っており、ま
た、シャッタ閉じ指令が出ても機械的な遅れのために必
然的に余剰露光が生じてしまう。そして、シャッタ秒時
が高速であればあるほど、この余剰露光による露光誤差
は大きくなる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもの
で、応答速度が極めて速い素子シャッタの特徴を活用し
てメカシャッタの特性に対応した極めて精度の高い露光
時間制御方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］ 本発明の露光時間制御方法は、撮像素子の素子シャッ
タ機能によりシャッタ開のタイミングを制御し、かつメ
カシャッタによりシャッタ閉のタイミングを制御する露
光時間制御方法であって、上記素子シャッタ機能のシャ
ッタ開動作のタイミングを上記メカニカルシャッタの閉
動作に係わる遅延特性に対応させることにより、この遅
延特性に起因する露光時間の誤差を補償するようにした
ものである。

［実 施 例］ 第１図に本発明を適用した電子カメラの一実施例のシ
ステム構成を示す。

電子カメラのボディ１に着脱自在な交換式のレンズ鏡
筒として、第１図においてボディ１に装着された状態で
示されている、メカシャッタ３を有するレンズ鏡筒２
と、第２図に示すようにメカシャッタを有しないレンズ
鏡筒2Aとがある。いずれのレンズ鏡筒2,2Aにも、それぞ
れの電気回路には、絞り4,4Aを駆動するための駆動回路
5,5Aと、これら駆動回路5,5Aとボディ１側のシステムコ
ントロール回路10との信号の授受を行うマイクロコンピ
ュータ（以下、マイコンと略記する）6,6Aと、絞り4,4A
等のレンズ情報を記憶したリードオンリーメモリ（以
下、ROMと略記する）7,7Aが組み込まれているが、前者
のレンズ鏡筒２に関しては、さらに、駆動回路５はメカ
シャッタ３をも駆動するものであり、またROM7にはメカ
シャッタ３を保有している旨の情報と、このレンズ鏡筒
２毎に固有のメカシャッタ３の最高速シャッタ秒時の情
報と、後述するα値の情報が記憶されている。

電子カメラのボディ１側には、マイコンからなるシス
テムコントロール回路10と、CCD撮像素子11と、同撮像
素子を駆動するパルス駆動回路を含むクロックパルス発
生回路12と、上記撮像素子11の出力を信号処理して映像
信号とする映像回路13と、この映像信号を磁気ディスク
に記録するドライブユニット14とが設けられている。上
記システムコントロール回路10には測光回路が含まれて
いる。

この電子カメラでは、リアルタイムで測光を行う、い
わゆるダイレクト測光が採用されていて、測光用光学系
は第３図に示すように構成されている。第３図において
は、メカシャッタ３を有するレンズ鏡筒２がボディ１に
装着されている状態であり、同レンズ鏡筒２を通った撮
影光はファインダ用ハーフミラー16で一部が反射され観
察光とされてミラー17を経て撮影者に観察される。上記
ハーフミラー16を通った光はさらに測光用ハーフミラー
18を通ってCCD撮像素子11に結像され、ハーフミラー18
で反射した光は集光レンズ19で集光され測光素子20に入
射する。測光素子20の出力はシステムコントロール回路
10内の測光回路に送られる。システムコントロール回路
10はROM7のレンズ情報に基づき、クロックパルス発生回
路12によってCCD撮像素子11を駆動制御するとともに、
駆動回路５によってメカシャッタ３および絞り４を制御
する。

次に、上記電子カメラの動作を第４図に示すフローチ
ャートによって説明する。

まず、第1,3図において、図示されない電子カメラの
スイッチをオンにすると、ROM7内にストアされているレ
ンズ情報がボディ１側のシステムコントロール回路10へ
転送される。この場合のレンズ情報は、絞り情報とメカ
シャッタ３を有している旨の情報と、このメカシャッタ
３の最高速シャッタ秒時情報と、後述するα値である。
したがって、第1,3図では、メカシャッタ３を有したレ
ンズ鏡筒２が装着されているので、この場合は、メカシ
ャッタ３による露光制御とCCD撮像素子11の素子シャッ
タ機能による露光制御とが可能であるので、この電子カ
メラがフィールド記録モードに選択されているか、若し
くはフレーム記録モードに選択されているかがチェック
される。

フィールド記録モードに選択されている場合には、CC
D撮像素子11による素子シャッタ機能の最高速シャッタ
秒時の情報を用いてシステムコントロール回路10におい
て測光演算がなされて絞り値が決定される。そして、絞
り値の決定後、システムコントロール回路10からの指令
に基づき、CCD撮像素子11の電荷蓄積を開始することに
より露光開始が行われる。つまり、メカシャッタ３は露
光開始前も含めて平生は開いた状態にあるので、露光開
始は素子シャッタ機能によって行われる。システムコン
トロール回路10は露光開始と同時に測光素子20の出力を
積分開始することによりダイレクト測光を行い、適正光
量に達したら、その積分出力に基づいてクロックパルス
発生回路12を制御してCCD撮像素子11の光電変換部の蓄
積電荷を垂直シフトレジスタに転送して露光動作を終了
する。つまり露光終了も素子シャッタ機能により行われ
る。そして、この１フィールド分の蓄積電荷の信号は映
像回路13に送られ、映像信号として処理された後、ドラ
イブユニット14に送られてフィールド記録が行われる。

また、フレーム記録モードが選択されている場合に
は、ROM7にストアされたメカシャッタ３の最高速シャッ
タ秒時の情報を用いてシステムコントロール回路10にお
いて測光演算がなされて絞り値が決定される。このROM7
にストアされたメカシャッタ３の最高速シャッタ秒時を
用いて測光演算がなされるのは、このメカシャッタ３が
常に素子シャッタの最高速シャッタ秒時と一致するとは
限らず、また、交換する、レンズ鏡筒２毎に最高速シャ
ッタ秒時が異なるからである。そして、この場合も、絞
り値の決定後の露光開始は、システムコントロール回路
10からの指令に基づいてCCD撮像素子11の電荷蓄積を開
始する素子シャッタ機能によって行われる。測光素子20
の出力の積分によりダイレクト測光が行われ、適正光量
に達したら、システムコントロール回路10は積分出力に
基づいて駆動回路５を制御してメカシャッタ３を閉じ、
露光動作を終了する。この後、CCD撮像素子11の２フィ
ールド分の光電変換部の蓄積電荷の信号は映像回路13に
送られ、映像信号として処理された後、ドライブユニッ
ト14に送られてフレーム記録が行われる。

上記電子カメラのボディ１に、メカシャッタを有して
いないレンズ鏡筒2Aを装着した場合は、システムコント
ロール回路10がROM7A内のレンズ情報を読み取ると、同
レンズ情報にはメカシャッタ３を有しているという旨の
情報がない（若しくはメカシャッタ３を有していないと
いう旨の情報がある）ので、この場合には、フィールド
記録モードのみが一義的に設定され、上述した素子シャ
ッタ機能による露光制御動作が全く同様に行われてフィ
ールド記録が行われる。

このように、電子カメラのボディ１にメカシャッタ３
を有するレンズ鏡筒２が装着されたときは、フィールド
記録モードとフレーム記録モードとを選択することがで
き、フレーム記録モードを選択した場合は、素子シャッ
タ機能により露光開始のタイミングが制御され、メカシ
ャッタ閉動作によって撮像素子への入射光が現実に遮断
されて露光終了タイミングが制御されフレーム記録が行
われる。そして、この場合、ROM7に記憶された最高速シ
ャッタ秒時のデータに基づいて電子カメラ側で測光演算
がなされるので、このレンズ鏡筒２のメカシャッタ３に
最適な露光制御が可能となる。

ところで、メカシャッタ３を用いると、上述したよう
にフレーム記録が可能となる反面、露光終了のタイミン
グパルスが発生してから完全にシャッタが閉じてしまう
までに送れ時間があるので、露光誤差を生ずることにな
る。

このことについて以下に説明すると、例えば、第５図
に示すように、時刻t_oから時刻t_aまでの期間Ｔがダイレ
クト測光によって適正露光量が得られる積分期間である
とすると、時刻t₀でシャッタ開指令のパルスが発せら
れ、時刻t_aでシャッタ閉指令のパルスが発せられること
になる。すると時刻t₀のシャッタ開指令のパルスによ
り、不要電荷の高速読み出しの転送モードがここで打ち
切られて、撮像素子11の光電変換部での電荷蓄積が開始
され素子シャッタによる露光開始が行われる。そして、
時刻t_aのシャッタ閉指令のパルスにより、これまで開状
態にあったメカシャッタ３が閉じる。メカシャッタ３が
閉じることにより、撮像素子11への光の入射が遮断され
るので、素子シャッタが閉じていなくとも電荷蓄積が停
止することになる。しかし、メカシャッタ３が時刻t₀で
閉指令パルスを受けてから完全に閉じる時刻t_cまでに時
間（以下、閉じ時間とする）τを要するので、この閉じ
時間τに撮像素子11へ入射する光量が余剰露光量とな
り、露光オーバになってしまう。つまり、撮像素子11へ
の入射光レベルをλとすると、余剰露光量は、第５図中
に斜線を施して示した面積に等しい、 である。メカシャッタ３の閉じ時間τは同メカシャッタ
３に固有の値であり、したがって、シャッタ秒時が高速
になればなるほど露光誤差が大きくなる。また、撮像素
子11のダイナミックレンジは狭いので、上記余剰露光量
を無視することができない。

そこで、ここでは、上記メカシャッタ３による余剰露
光量と等しい素子シャッタによる露光量を考える。素子
シャッタでは上述のようにシャッタ開指令パルスにより
時間遅れゼロで立上り、シャッタ閉指令パルス（転送パ
ルス）により時間遅れゼロで立ち下るので、上記メカシ
ャッタ３による余剰露光量に等しい露光量を素子シャッ
タによって与える時間をαとすると、 であるので、この（１）式によりαの値が求められる。
このαの値は、レンズ鏡筒２のROMにおいて絞り４の絞
り値に応じて、また、同じ絞り値であってもレンズ鏡筒
２によっては絞りリングの位置が異なるので、レンズ構
成の異なるレンズ鏡筒２毎に異なった値に設定されてい
る。

本実施例では、以上のことを考慮して、メカシャッタ
３は露光誤差のない動作を行うようになっている。次に
上記露光誤差のないメカシャッタ３の動作によるフレー
ム記録を、第６図に示すタイムチャートおよび第７図に
示すフローチャートを参照して説明する。

電子カメラのスイッチをオンにすると、ボディ１側の
システムコントロール回路10はレンズ鏡筒２内のROM7よ
り各絞り値に応じたα値を受ける。この後、絞り優先式
AEの場合はユーザの選択によりシャッタ優先式AE若しく
はプログラムAEの場合は測光素子20の出力を演算するこ
とにより絞り値が決定される。この後レリーズスイッチ
をオンにすると、決定された絞り値まで絞り４が絞り込
まれたのち、ダイレクト測光による積分が開始される
が、本実施例では、ダイレクト測光による積分期間の開
始時刻t₀よりも、上記（１）式によって求められた、絞
り値に応じたαの時間だけ待機した後に時刻t₁でシャッ
タ開指令パルスを発生させて素子シャッタによる露光を
開始させる。つまり、時刻t₀で積分を開始しても、積分
開始直後の光量λαは撮像素子11に露光させないように
する。シャッタ閉指令パルスについては上記と同様にダ
イレクト測光による積分動作が終了する時刻t_aで発生さ
せるようにする。すると、時刻t_aでメカシャッタ３が閉
じ始める。この場合も、メカシャッタ３が完全に閉じる
のは時刻t_aから閉じ時間τを経た時刻_ｃであるので、積
分終了時刻t_a後の余剰露光量は となり、これは、上記光量τα、すなわち、時刻t_aから
αだけ経過した時刻t_bで素子シャッタを閉じることに等
しいが、ダイレクト測光による積分開始直後の光量λα
についてはCCD撮像素子11へ露光させないようにしてい
るので、結果的には、積分時間Ｔに等しい露光時間が得
られ、CCD撮像素子11に露光オーバとならない正確な露
光量が与えられる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、応答速度の極めて
速い素子シャッタの特徴を活用してメカシャッタの特性
に対応した精度の高い露光時間の制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の露出時間制御方法を適用した電子カ
メラの一実施例を示すシステム構成図、 第２図は、上記電子カメラのボディに装着されるレンズ
鏡筒の一例の概略図、 第３図は、上記第１図の電子カメラにおいてダイレクト
測光のための光学系を示したシステム構成図、 第４図は、上記第１図の電子カメラにおけるフィールド
記録とフレーム記録との記録モード選択動作を示したフ
ローチャート、 第５図は、フレーム記録におけるメカシャッタ動作によ
る露光誤差を説明するタイムチャート、 第６図は、上記第５図に示した露光誤差をなくすように
したフレーム記録における動作のタイムチャート、 第７図は、上記第６図に示したフレーム記録における動
作のフローチャートである。 １……電子カメラのボディ ２……レンズ鏡筒 ３……メカシャッタ ７……ROM 11……CCD撮像素子

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子の素子シャッタ機能によりシャッ
   タ開のタイミングを制御し、かつメカニカルシャッタに
   よりシャッタ閉のタイミングを制御する露光時間制御方
   法であって、 上記素子シャッタ機能のシャッタ開動作のタイミングを
   上記メカニカルシャッタの閉動作に係わる遅延特性に対
   応させることにより、この遅延特性に起因する露光時間
   の誤差を補償するようにした露光時間制御方法。