JP3244755B2

JP3244755B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP3244755B2
Application number: JP05171092A
Authority: JP
Inventors: 眞近藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 2002-01-07
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: US5471242A; JPH05260392A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置の露光制御に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、普及の著しいスチルビデオカメラ
等の分野においては、通常撮影素子への被写体光学像の
照射時間はメカニカルシャッタで制御する。これは、銀
塩カメラのフィルムを撮像素子に単純におきかえたよう
なものと考えることができ、絞り口径の制御はレンズ内
の絞りによって行なうものである。

【０００３】また他の例では、絞りにターレット絞りを
用いるとともに、メカニカルシャッタを用いて露光時間
を制御するものがあり、さらに高速の連写時にはメカニ
カルシャッタを開放して電子シャッタにより露光時間
（蓄積時間）を制御するもの等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、銀塩フィルムに比べラチチュードの狭い撮像素
子を用いる静止画撮像装置においては、絞り口径、露出
時間共充分な精度を得ることは容易でなく、コストのか
かるものになる欠点を有する。

【０００５】そこで絞り口径を連続的に変化させず段階
的な値のみに限定することで、絞り口径の精度を上げ、
コスト高の問題点を軽減する方法が考えられるが、シャ
ッタと絞りそれぞれ必要であることと、シャッタ精度は
やはり高いものが要求される欠点を有する。

【０００６】また絞りとシャッタと１組の羽根で兼用す
ることで部品点数を減じ、上記のコスト高の欠点を減じ
ることが可能と思われるが、羽根の開口径を精度よく制
御する為には羽根の動作速度を低くする必要があり、そ
の結果高速シャッタが得にくくなる動作特性上の欠点を
有する。

【０００７】この欠点は単に高速シャッタが得にくくな
るのみならず、ストロボ発光によって高輝度背景の被写
体の黒つぶれを防止する所謂日中シンクロ撮影におい
て、ストロボを利用することができる（被写体輝度の）
範囲を狭くし、このような逆光補正ができなくなる条件
を増やすという欠点を生じる原因となる。

【０００８】またさらに、羽根の駆動にモータを利用す
るものでは、羽根開放用モータの電力供給を停止するこ
と、あるいはモータ逆通電によって羽根を停止させて口
径を安定させる方法をとる為、モータに印加される電圧
により羽根の速度が変化し、同一絞り口径で停止の動作
をした場合も、実際に停止するまでの誤差が変化する
為、電源電圧の変化により絞り口径が安定しない欠点を
有する。これを避けようとすれば絞り口径安定後実際の
絞りを通った光を再測光して、適正な露光時間を演算す
るようにしたり、また絞り口径を安定させる為モータに
印加する電圧を安定化する等の手段が必要になり簡易な
システムではなくなってしまう。

【０００９】

【００１０】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
で、広い範囲の被写体輝度に対して適切な露光制御を行
える撮像装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被写体光を受光し電気信号として蓄積する
撮像手段と、前記撮像手段を光学的に遮光する遮光手段
と、前記撮像手段の蓄積動作の開始から前記遮光手段に
より前記撮像手段を遮光するまでを露光時間とすると共
に、被写体輝度レベルを判定し、前記遮光手段が遮光に
要する時間より前記露光時間が長い場合には前記撮像手
段の蓄積動作開始後に前記遮光手段に遮光動作開始信号
を出力し、前記遮光手段が遮光に要する時間より前記露
光時間が短い場合には前記遮光手段に遮光動作開始信号
を出力した後に前記撮像手段の蓄積動作を開始させて露
光制御を行う制御手段とを有する撮像装置とするもので
ある。

【００１２】

【作用】以上の構成により、広い範囲の被写体輝度に対
して遮光手段を用いた露光制御を適切に行うことができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明における静止画撮像装置を各図
を用いてその一実施例について詳述する。

【００１４】図１は本発明の静止画撮像装置の一実施例
を示すブロック図で、１は入射光量を調節する絞りとシ
ャッタを兼用する半開式シャッタ、２は撮像レンズ、３
は撮像レンズ２で結像された被写体の光学像を電気信号
に変換する撮像素子（ＣＣＤ等）、４は撮像素子３で光
電変換された時間的に離散した画像信号を連続する信号
にするサンプルホールド回路（ＣＤＳ回路でも可、以下
Ｓ／Ｈ回路）、５はＳ／Ｈ回路４で、連続信号化された
画像信号を利用する目的に合わせて変換する信号処理回
路（γ，ｋｎｅｅ等のダイナミックレンジ直線性に関す
るもの、デジタル化、撮像素子からの原色または補色の
信号を輝度信号と色差信号に変換すること等）。６は後
述するシステムコントローラ１０の制御に応じて、半開
式シャッタ１を駆動する駆動回路、７は撮像素子３を駆
動する駆動回路、８は撮像素子３やＳ／Ｈ回路４、信号
処理回路５の駆動及び同期の為のクロックパルスを生成
する同期信号発生器（以下ＳＳＧと称す）１０は本発明
の静止画撮像装置全体を制御するたとえばマイクロコン
ピュータ等で構成されたシステムコントローラ（以下シ
スコンと称す）、１１は被写体輝度を測定する測光素
子、１２は測光素子１１の出力に対数圧縮、重み付けを
したり、後述するストロボ１３の調光制御の為の所定値
との比較をしたりする為の輝度情報処理回路、１３は被
写体の補助照明の為の閃光装置（以下ストロボと称
す）、１４はストロボ１３の電源及び発光、調光の制御
回路（以下調光制御回路と称す）である。

【００１５】図２、図３は半開式シャッタの構成及び動
作を示す図であり、図１の１に示す半開式シャッタをよ
り詳細に示したものである。各図において、１０１は本
発明の半開式シャッタの構成上の基本となる地板であ
り、光線が通る開口部１０１ａや以下に説明する各種の
作動部材を保持する為の軸等を一体的に構成している。

【００１６】１０２は駆動源となる正転及び逆転が可能
なモータであり、駆動力伝達の為の出力ギア１０２ａを
回転軸に取りつけている。１０３は該モータ１０２から
図示されていないギア列を介して駆動力が伝達されるギ
ア部３ｅを有し、地板１０１の２か所の軸が長溝部１０
３ａに挿入され、図に向かって左右方向に移動可能に保
持されたチャージ部材であり、突起部１０３ｄとテーパ
面１０３ｂ、長溝部１０３ａの長さとほぼ同等もしくは
それ以上の長さを有する凸平面部３ｃを有している。

【００１７】１０４は吸着離脱型の制御マグネットであ
る。１０５は該地板１０１の軸部に回転可能に保持され
たマグネットレバーであり、制御マグネット１０４の吸
着部１０４ａに密着するアーマチャ１０５ａとマグネッ
トレバー１０５と一体的に構成されてばね性を有するチ
ャージ部１０５ｂと、制御マグネット１０４の通電を断
わった時、アーマチャ１０５ａを制御マグネット１０４
から離脱させ、制御マグネット１０４の通電時の吸着保
持力よりも弱く設定したマグネットばね１５ｃと、さら
に爪部材１０６の爪部突起１０６ｂと当接可能で、制御
マグネット１０４の非通電時には、爪部突起６ｂに当接
し、爪部ばね１０６ｃに抗して爪部材１０６を図上、時
計回りに回動させる椀部１０５ｄとを有している。

【００１８】１０７は該地板１の軸部に回動可能に保持
され、爪部６ａが係合するシャッタ羽根１１０、１１１
により形成される絞りの絞り値を設定するノッチ部１０
７ａと、シャッタ羽根１１０、１１１の長穴部１１０
ｂ、１１１ｂに挿入される凸部１０７ｂと、ギア部１０
７ｃとを有するシャッタ羽根駆動部材である。

【００１９】１０８は該シャッタ羽根駆動部材１０７の
ギア部１０７ｃとギア部１０８ａで噛合し、光線の透過
率の異なるパターンを有するパルス板１０８ｂを一体的
に構成したパルスギアである。１０８ｃは該パルスギア
１０８を図上で時計方向に付勢させ、さらに、シャッタ
羽根駆動部材７を反時計回りに付勢し、シャッタ羽根１
１０、１１１をクローズ状態に保持するシャッタばねで
ある。

【００２０】１０９は該パルス板１０８ｂの回動による
パターンの変化を電子信号に変換し、シャッタ羽根１１
０、１１１の位置検知を行なうフォトインターラプタで
ある。１１０、１１１は前記地板１０１の２か所の軸と
長溝部１１０ｃ、１１１ｃにより、図上左右方向に移動
可能に保持され、シャッタ羽根駆動部材７により、互い
に反対方向にスライドして開口部１１０ａ、１１１ａの
重なり具合によって地板１０１の開口部１０１ａをクロ
ーズ状態から全開まで変化させるシャッタ羽根である。

【００２１】１１２は前記地板１０１の開口部１１０ａ
と同様に光線を通す為の開口部１１２ａを有し、この半
開式シャッタを構成する各部材を該地板１０１に、それ
ぞれ機能可能に保持する為のカバーである。２は撮影の
為のレンズ部、３はレンズ部によって結像した像を電気
信号に変換して記録する為のＣＣＤ等の撮像素子であ
る。

【００２２】図３は図２に示した半開式シャッタの作動
の説明図である。図３（ａ）は初期状態を示し、図２で
いえば、シャッタ羽根１１０、１１１は地板１の開口部
１１ａ及びカバー１１２の開口部１１２ａをふさいだ状
態である。この状態から、モータ２を正転させると、図
示されていないギア列を介し、チャージ部材１０３を、
図中左方へ移動させる。これと前後して制御マグネット
４に通電する。

【００２３】こののち、チャージ部材１０３のテーパ面
１０３ｂがチャージ部１０５ｂを、図中、下方に押し下
げる。この為、アーマチャ５ａが制御マグネット１０４
の吸着部１０４ａに、マグネットばね１０５ｃの力に打
ち勝って押しつけられ、制御マグネット１０４に吸着す
る。チャージ部１０５ｂはアーマチャ１０５ａが確実に
制御マグネット１０４に押しつけられるように、ばね性
を持たせてあるから、オーバーチャージ可能にチャージ
部材１０３の凸平面部１０３ｃの高さを設定している。

【００２４】つぎに、チャージ部材１０３が、さらに左
方へ移動し、突起部１０３ｄがシャッタ羽根駆動部材１
０７の当接部１０７ｄに当接し、シャッタ羽根駆動部材
１０７をシャッタばね１０８ｃの付勢力に打ち勝って、
図中、時計方向に回動させ、同時にパルスギア１０８を
反時計方向に回動させ、フォトインターラプタ１０９に
よりパルス信号を発生させる。この時、シャッタ羽根１
１０が右へ、シャッタ羽根１１１が左へ移動する為、シ
ャッタ羽根１１０、１１１の開口部１１０ａ、１１１ａ
により、絞りが形成される。

【００２５】この時、爪部材１０６はシャッタ羽根駆動
部材１０７のノッチ部１０７ａに沿って次々に噛合する
場所を変えていく。これが図３（ｂ）の状態である。こ
こで、絞りが測光装置（図１の１１、１２）の出力によ
って算出された所定の絞り値よりも少し大きめに開いた
時、すなわち爪部１０６ａが所定のノッチ部１０７ａを
乗り越えるタイミングをフォトインターラプタ１０９の
パルス信号により検出した時、モータ１０２を逆転さ
せ、チャージ部材１０３を初期位置に戻す。すると、シ
ャッタ羽根駆動部材１０７は、爪部６ａが噛合したまま
となり、所定の絞りが設定される。これが図３（ｃ）の
状態である。

【００２６】この後、ＣＣＤ等の撮像素子３の電子シャ
ッタと設定した絞り値の組合せにより適正な露光が行な
われる。すなわち、フィールド記録時は、本発明の半開
式シャッタは、絞りとしてのみ機能して、電子シャッタ
により露光が行なわれる。この時、電子シャッタを連続
的に動作させ、そのつど、撮像素子３から図示されてい
ないフロッピーディスク等の記録媒体に記録することに
よって、駒撮りだけでなく、連続撮影も容易に行なえ
る。

【００２７】電子シャッタにより露光と撮影が終了して
から、制御マグネット１０４への通電が断たれ、マグネ
ットレバー１０５が、図中、反時計に回動し、腕部１０
５ｄが爪部突起１１０６ｂを押し、爪部材１０６を時計
方向に回動させ、爪部１０６ａをノッチ部１０７ａから
はずす。したがって、シャッタ羽根駆動部材７は、シャ
ッタばね１０８ｃによりパルスギア１０８を介して反時
計方向に回動され、シャッタ羽根１１０、１１１を初期
状態、すなわち、図３（ａ）の状態に戻し、開口部１１
２ａをふさぎ、露光が完了する。

【００２８】また撮像素子３にたくわえられた撮影像の
電気信号が図示されていないフロッピーディスク等の記
録媒体に記録され、一連の撮影動作が完了する。

【００２９】以上のような構成の静止画撮像装置の動作
を図４〜図７のタイミングチャートと図８、図９のフロ
ーチャートを用いて説明する。

【００３０】図４は図８、図９のフローチャートのう
ち、ストロボを使用して撮影を行なうＥＦモードのフィ
ールド撮像であって、所謂日中シンクロのように被写体
輝度が比較的高く高速のシャッタを必要とする場合（露
光時間がシャッタ１の閉成時間Ｔｃより短い場合）につ
いてのタイミングチャート、図５はＥＦモードのフレー
ム撮像であってシャッタ１の閉成時間Ｔｃよりも高速の
露光時間の場合についてのタイミングチャート、図６は
ＥＦモードでないフィールド撮像であって、シャッタ１
の閉成時間Ｔｃよりも高速の露光時間の場合のタイミン
グチャート、図７はＥＦモードでないフレーム撮像であ
ってシャッタ１の閉成時間Ｔｃより高速の露光時間の場
合についてのタイミングチャートである。

【００３１】また図１５は撮像素子の一構成例を示し、
同図では、インターライン型ＣＣＤを例にして説明す
る。

【００３２】図において、２０１は光電変換素子、２０
２は光電変換素子２０１に蓄積された電荷を垂直方向に
転送する為の垂直ＣＣＤ（垂直転送シフトレジスタ）
で、第１〜第４の垂直転送電極より、それぞれφＶ１〜
φＶ４の４相の転送パルスを印加することによって駆動
される。

【００３３】光電変換素子２０１は、奇数行が第１垂直
転送電極と、偶数行が第３垂直転送電極とそれぞれ接続
されており、光電変換素子２０１の電荷を垂直転送シフ
トレジスタに転送するゲートはそれぞれ第１及び第３垂
直転送電極が兼用している。２０３は水平ＣＣＤ（水平
転送シフトレジスタ）で、第１、第２の水平電極を持
ち、それぞれにφＨ１、φＨ２の２相パルスを加えるこ
とにより駆動される。２０４はエミックフォロア回路よ
りなる出力回路である。

【００３４】このインターライン型ＣＣＤは、センサ自
身が構成されている基板に電圧を加えることで光電変換
素子２０１の電荷を基板へ掃き出してクリアすることが
できる。

【００３５】図８、図９のフローチャートにおいて、レ
リーズ釦（図示せず）の第１ストロークでスイッチＳＷ
１のＯＮによりシスコン１０に外部割込を発生させ、撮
像の為の制御シーケンスが開始される。まずその割込が
ノイズ等による誤信号でないか確認（Ｓ１）した後、撮
像モードに応じて、露光量の演算の為の感度すなわちＳ
Ｖ値を設定する（Ｓ２〜Ｓ６）。すなわちフレーム撮影
モードでなければＳ３でフレーム撮影モードであること
を示すフレームフラグをリセットし、Ｓ４でフィールド
撮影モードにおいて感度ＳＶに所定値ｋ（たとえばＩＳ
Ｏ１００）を設定する。またフレーム撮影モードであれ
ば、Ｓ５でフレームフラグをセットし、Ｓ６でフレーム
撮影モードの感度としてたとえばフィールド撮影モード
より１段階低いｋ−１（この“−１”は１段階低いこと
を意味し、フィールド撮影モードの感度がＩＳＯ１００
であれば、ＩＳＯ５０となる）を設定する。次に、輝度
情報処理回路１２を測光モードにして測光素子１１の出
力を対数圧縮した後、デジタル化してシスコン１０にと
りこむ（Ｓ７）。次に、ストロボを使用する撮影モード
すなわちＥＦモードであるか否かを判断し（Ｓ８）、Ｅ
Ｆモードであった時には（以下図４をともに参照）ＥＦ
フラグをセット（Ｓ１３）し、ストロボ充電（Ｓ１４）
及び絞りとシャッタ速度の設定（Ｓ１５）を行なった
後、ストロボ充電の完了をチェックし（Ｓ１６）、充電
が完了していない場合には図示しないレリーズ釦の第２
ストロークでＯＮされるＳＷ２のＯＮ、ＯＦＦチェック
（Ｓ１７）をせずにＳ１に戻り、上述の動作を繰り返
す。Ｓ１６で充電が完了していた場合は、Ｓ１７へと進
み、ＳＷ２のＯＮ、ＯＦＦをチェックして、ＳＷ２がＯ
ＮでなければＳ１に戻る。またＳ８の判定においてＥＦ
モードでない時にはＥＦフラグをリセットし（Ｆ９）、
ストロボの充電を止め（Ｓ１０）、被写体を照明する光
の色温度を測定し（Ｓ１１）、Ｓ７で測定した被写体輝
度とＳ４またはＳ６で設定した撮像素子の感度から絞り
とシャッタ速度を演算した（Ｓ１２）後、ＳＷ２の状態
をチェックする。

【００３６】以上のループ（Ｓ１〜Ｓ１７）を実行し、
Ｓ１７でＳＷ２のＯＮを検出すると、図４をともに参照
して明らかなように、あらかじめ測光された被写体輝度
に応じた絞り値にシャッタ羽根１１０、１１１を設定す
べく開放マグネット４とシャッタ羽根開放用モータ１０
２が時刻ｔ₁にて通電され（Ｓ１８、Ｓ１９）、モータ
が正転され（Ｓ１９）、チャージ部材３とシャッタ羽根
駆動部材７を介して、シャッタ羽根１１０、１１１を閉
じ方向への付勢に抗して開いて行く。この動作に伴いシ
ャッタ羽根１１０、１１１またはシャッタ羽根駆動部材
１０７と連動するパルスギア１０８とフォトインタラプ
タ１０９からなる移動パルス発生手段から、図３に示す
ように羽根の移動に関連する信号３０２が出力されシス
コン１０へと供給される。

【００３７】シスコン１０は、このパルス信号を数える
（Ｓ２０、Ｓ２１）ことで、シャッタ羽根１１０、１１
１の口径を検出し、時刻ｔ₂においてあらかじめ計算さ
れた絞り口径に対応するパルス数に一致すると（Ｓ２
２）モータ２を逆転する（Ｓ２２）。

【００３８】図２、図３からわかるように、シャッタ開
放動作の前にチャージ部材３の凸部１０３ｃによりレバ
ー１０５は開放マグネット１０４に押し付けられる。こ
の時開放マグネット１０４は、図４に示すように既に通
電されているので、モータの逆転（Ｓ２２）に伴って、
チャージ部材１０３が図３中（ｃ）の位置に戻っても、
レバー１０５は開放マグネット１０４に吸着されたまま
その位置に保持される。そしてチャージ部材１０３が図
３中（ａ）の位置に戻ったことが検出されると（Ｓ２
３）、その時点ｔ₃でモータ１０２の逆転が停止される
（Ｓ４６）。この時シャッタ羽根１１０、１１１は閉じ
方向に付勢されているので、シャッタ羽根駆動部材１０
７と共に閉じようとするが、シャッタ羽根係止部材１０
６によりシャッタ羽根駆動部１０７が係止され、所望の
絞り口径が保持される。

【００３９】上述の様にして、正確な絞り口径が設定さ
れた後、Ｓ１２またはＳ１５で演算されたシャッタ速度
すなわち露光時間が、開放マグネット１０４が時刻ｔ₄
でｏｆｆされてから、シャッタ羽根１１０、１１１が動
きはじめて開口部１１２ａを閉じきるまでの時間（以下
Ｔｃと記す）より大きいか、小さいかを判定する（Ｓ６
４）。

【００４０】しかし、この判定はＥＦモードであるか否
か、ＥＦモードであって、日中シンクロであるか否か
（ストロボが発光していない時の被写体の輝度がある所
定値より大きいか否か）、フレーム撮像モードかフィー
ルド撮像モードかによって行なわないことがあるので、
露光時間がＴｃより大きいか否かの判定（Ｓ６４）以前
にフレームモード／フィールドモードの判別（Ｓ６
１）、ＥＦモードか否かの判別（Ｓ６２）、日中シンク
ロか否かの判別（Ｓ６３）の判定を行ない、以下の場合
のみ露光時間とＴｃとの大小判定を行なう。

【００４１】Ｆｒａｍｅｍｏｄｅ（フレームモード）のときＦｉｅｌｄ（フィールド）自然光撮像モード（ＥＦモ
ード以外）のときＦｉｅｌｄＥＦモードで日中シンクロのとき

【００４２】これ以外の場合、すなわち、Ｆｉｅｌｄ
ＥＦモードで日中シンクロでない場合は露光時間とＴｃ
との大小判定をせずにただちに電荷掃き出しパルスφＥ
Ｓにより撮像素子３中の電荷（熱により発生した電荷
と、シャッタ羽根が開きはじめてから絞りが設定される
までの間に入射した被写体光学像による光電子）を排除
する（Ｓ２４）。

【００４３】また、上記、、の場合に、露光時間
とＴｃとの大小判定（Ｓ６４）を行なった結果、露光時
間がＴｃより長い場合にも、同様に電荷掃き出しパルス
により撮像素子３中の電荷（熱により発生した電荷と、
シャッタ羽根が開きはじめてから絞りが設定されるまで
の間に入射された被写体光学像による光電子）を排除す
る（Ｓ２４）。そしてこれらの場合（フィールドＥＦモ
ードで日中シンクロでなく、、で露光時間がＴｃ
より長い場合）には、この瞬間より撮像の為の露光が開
始される。

【００４４】この後はストロボ発光を用いるＥＦモード
であるか否かによって処理が異なる。以下露光時間がＴ
ｃより長い場合の各撮像モードについて説明する。

【００４５】まず露光時間がＴｃより長い場合における
ＥＦモードの動作について述べる。

【００４６】ＥＦモードか否かの判定は、Ｓ７の露光動
作開始前の判定とそろえる為、ＥＦフラグで行なう（Ｓ
２５）。

【００４７】ＥＦフラグが立っており、ＥＦモードが設
定されていた場合は、ストロボが全て発光しても露光量
不足のときに蓄積時間を制限する蓄積時間リミットタイ
マーを設定し（Ｓ２８）、輝度情報処理回路１２を積分
動作モードに設定し（Ｓ２９）、その時までの積分器内
の信号をリセット（Ｓ３）した後、調光制御回路１４に
ストロボ発光の為のトリガ信号３０５を送出する（Ｓ３
１）。調光制御回路１４は、この信号に応じ図１６に３
０６で示す如くストロボ１３の発光を開始させる。スト
ロボ発光により、被写体によって反射されたストロボの
光を測光素子１１で光電変換し、変換された入射光量に
応じた電気信号を輝度情報処理回路１２で積分する。輝
度情報処理回路１２はストロボ発生開始時点から積分さ
れた前記測光素子１１の出力を適正露光を与える様に予
め定められた所定値と比較し、該積分値が該所定値より
大きくなった時ｔ₆に調光制御回路１４とシスコン１０
にストロボ１３の発光を停止させる信号を出力する。

【００４８】ストロボの発光停止信号が発生したときに
は適正露光がなされたことになる為、シスコン１０はＳ
３２でこの信号を検出した時には、露光終了、画像情報
の読み出し処理を行なう。ここでの処理もフレーム撮像
とフィールド撮像とによって処理が異なるが、先と同様
に図１６に合わせフィールドモードの動作について述べ
る。

【００４９】フレームモードのとき立つフレームフラグ
によるフレームかフィールドかの判定（Ｓ３４）によ
り、フィールド撮像モードと判定され、さらにＥＦモー
ドと判定された場合（Ｓ４７）には電子シャッタによる
露光終了動作を行なう。まず撮像素子の遮光された垂直
転送路にもれこんだ不要電荷除去の為の高速クリア動作
を同図中３３〜３６のパルスによって行ない（Ｓ３
５）、フィールド読み出し動作をＳＳＧ８に指示し（Ｓ
３６）、つづいてｔ₄で開放マグネット１０４の通電を
断つ（Ｓ３７）。読み出し動作は、掃き出しパルスφＥ
Ｓによって垂直転送シフトレジスタ内に漏れ込んだ不要
電荷の掃き出し動作が完了した後、第１の垂直転送電極
に第１の読み出しパルス４７を印加し、続いて第３の垂
直転送電極に第２の読み出しパルス４８を印加すること
により、第１の読み出しパルス４７によって垂直転送シ
フトレジスタへと移動、第３の垂直転送電極上に転送さ
れた電荷と、第２の読み出しパルス４８によって垂直転
送シフトレジスタへと移動された電荷が加算され、すな
わち垂直方向に２個づつの光電変換素子２０１の電荷が
加算された後、垂直転送パルス４３〜４６によって垂直
方向に転送され水平転送シフトレジスタ２０３より１ラ
インづつ読み出される所謂フィールド読み出しが行なわ
れることになる。

【００５０】一方、シャッタについて見ると、レバー１
０５はばね１０５ｃにより反時計方向に付勢されている
為、時刻ｔ₄において開放マグネット１０４の通電が断
たれるとレバー１０５は反時計方向に回動し、シャッタ
羽根係止部材１０６をばね１０６ｃに抗し、時計方向に
回動する。この結果、開始のはずれたシャッタ羽根駆動
部材１０７は、シャッタ羽根１１０、１１１を閉じ方向
に駆動する。この羽根の動きに伴い、シャッタ羽根移動
検出信号３０２が生成される。

【００５１】このようにシャッタ羽根の閉じ動作と画像
信号のフィールド読み出し動作が並行に行なわれている
が、実質的には、図１６の掃き出しパルスφＥＳによる
画像信号の読み出し動作（特に光電変換をする画素から
遮光された電荷蓄積部へ電荷を移送する動作）によっ
て、露光終了時刻を制御していることになる。すなわち
撮像素子の蓄積時間ｔは、掃き出しパルスφＥＳによる
掃き出し動作終了時点ｔ₅から光電変換部より電荷を垂
直転送シフトレジスタへと移動するパルス４７及び４８
によって決定される。パルス４７と４８の時間差は数μ
ｓｅｃ程度であり、露光時間に対して無視し得る。

【００５２】Ｓ３８、Ｓ３９でシャッタの閉じ動作の完
了と読み出しの完了をチェックし、どちらも完了した後
に１回のレリーズ操作で２回以上の撮像動作をしてしま
うことがないようにＳＷ２の状態を調べる（Ｓ４５）。
ＳＷ２がＯＦＦになれば、図８のＢに戻り、再びＳＷ１
のチェックからの処理に戻る。

【００５３】次に図１７はストロボ使用のＥＦモードの
フレーム撮像動作を示すタイミングチャートである。同
図において図１６と異なる部分のみ説明する。図１６の
フィールド読み出しモードと同様に蓄積完了またはスト
ロボ全発光検出後、フレームかフィールドかの判定を行
ない（Ｓ３４）、フレーム撮影モードの場合はＳ４０へ
と移行する。フィールド撮像時と異なり、まずシャッタ
１を閉じる為に時刻ｔ₄において解放マグネット１０４
の通電を停止する（Ｓ４０）。シャッタが閉じたことを
確認（動作の確認をせず時間待ちをするだけでも可）し
た後（Ｓ４１）、垂直転送路内の不要電荷を垂直高速転
送パルス３３〜３６によって高速転送して排除し（Ｓ４
２）、ＳＳＧ８にフレーム読み出し動作を指示する（Ｓ
４３）。すなわち第１の垂直転送電極φＶ１に第１の読
み出しパルス４７を印加して光電変換素子２０１上の電
荷を垂直転送シフトレジスタ２０２上へと移動した後、
垂直転送パルス４３〜４６により、最下方の水平転送シ
フトレジスタ２０３へと転送して１ラインづつ順次読み
出す。これによって撮像面における奇数ラインの電荷が
読み出されたことになる。

【００５４】また、続いて第３の垂直転送電極φＶ３に
第２の読み出しパルス５８を印加して光電変換素子２０
１上の電荷を垂直転送シフトレジスタ２０２上へと移動
した後、垂直転送パルス５３〜５６により最下方の水平
転送シフトレジスタ２０３へと転送して１ラインづつ順
次読み出す。これによって撮像面における偶数ラインの
電荷が読み出されたことになる。

【００５５】これらの動作により、フレーム読み出しが
行なわれる。フレーム読み出しの完了検出（Ｓ４４）か
ら後は、フィールド撮像と同じであるので、説明を省略
する。

【００５６】図１９はストロボ発光を伴わない非ＥＦモ
ードのフレーム撮像における露光時間の生成動作を示す
タイミングチャートで、図８、図９のフローチャートに
おいて、Ｓ２５で非ＥＦモードと判定された後、Ｓ１２
で演算された露光時間をタイマにセットし（Ｓ２６）、
タイマの完了を検出するまで待って（Ｓ２７）露光完了
の処理をする点のみが、図１７のＥＦモードのフレーム
撮像との違いである。また図１８の非ＥＦモードのフィ
ールド撮像は露光時間の生成は図１９のフレーム撮像と
同様であるが、本実施では露光終了の処理において、Ｓ
４７で非ＥＦモードと判定されるとフレーム撮像時と同
様のメカニカルシャッタによる露光終了をする点が、Ｅ
Ｆモードにおけるフィールド撮像との違いである。

【００５７】このようにフィールド撮像において、ＥＦ
モードと非ＥＦモードと露光終了処理を電子シャッタと
メカシャッタにそれぞれかえるのは以下の理由による。

【００５８】図１９のフレーム撮像モードのように図
２、図３に示すシャッタで、撮像素子３をおおってから
読み出す様な動作の方が一般的には読み出し期間中のス
ミアの抑圧には効果がある。しかしながら、ストロボを
用いる様な状況ではストロボが発光していない期間は被
写体像は暗いことが多く、ストロボ発光中の像に対して
はスミアになりにくい為、前述の動作でも実質的にはス
ミアの問題は発生しない。

【００５９】さらに日中シンクロ時にはストロボの発光
していない時の被写体輝度が比較的高いので、スミア問
題がないわけではないが、この場合（日中シンクロ時）
には被写体像の蓄積状態から、非蓄積状態への移行開始
から完了までの所定時間に関し、光学的遮光手段による
遮光動作の開始から終了までの時間の方が、充電変換画
素から遮光された電荷蓄積部へ電荷を移送する時間より
も長い為に光学的遮光手段によって露光終了をする時に
は、ストロボ発光終了後の背景光による蓄積量が無視で
きない量となり、背景光の輝度が高い場合は露出過剰と
なる。この露光の過剰量はストロボの発光停止後の露出
時間に関連している為、たとえスミアがあっても光電変
換する画素から遮光された電荷蓄積部へ電荷を移送する
ことによって実質的露光時間を終了した方が良質の画像
を得ることができる利点がある為である。なお、２種類
の露光終了処理動作の動作時間の差による実質的蓄積時
間の差は動作モードフラグ（ＥＦｆｌａｇとＦｒａｍ
ｅｆｌａｇ）により絞りシャッタ速度演算時（Ｓ１１
２）に補正しておくことはいうまでもない。

【００６０】以上がＳ２５〜Ｓ３９、Ｓ４４、Ｓ５２ま
での処理である。この処理については、先に出願した特
願平３−２３３０４７号公報においても述べられてい
る。

【００６１】次に本発明の特徴とするところの、露光時
間がＴｃより短い場合すなわち高速シャッタの場合につ
いて説明する。

【００６２】再び上記Ｓ６４の処理に戻り、上記、
、の場合に露光時間とＴｃとの大小判定した結果露
光時間がＴｃより短い場合には、まず、解放マグネット
１０４をｏｆｆにし、シャッタ羽根１１０、１１１に閉
じ動作を行なわせる（Ｓ６５）。つづいて、シャッタ羽
根の動作時間Ｔｃから実際の露光すべき時間を引いた時
間だけ待ち（Ｓ６６）、ＥＦｆｌａｇを調べ（Ｓ６
７）、ＥＦフラグが立っていない時（非ＥＦモード）に
は電荷掃き出しパルスの生成をＳＳＧ８に指示し（Ｓ７
２）、シャッタ１の閉じ完了を待つ（Ｓ７３）。

【００６３】また、Ｓ６７でＥＦフラグ立っていた時
（ＥＦモード）には、輝度情報処理回路１２を積分モー
ドに設定し（Ｓ６８）、電荷掃き出しパルスの生成をＳ
ＳＧ８に指示する（Ｓ６９）。つづいて輝度情報処理回
路１２内の積分器をリセットする（Ｓ７０）。さらにス
トロボをトリガする（Ｓ７１、図４のタイミング３０
５）。この後は非ＥＦモードと同様にシャッタ１の閉じ
完了を待つ（Ｓ７３）。シャッタ１が閉じた後、撮像素
子３の垂直転送路内の不要電荷の高速転送を指示し（Ｓ
７４）、ＦｒａｍｅｍｏｄｅかＦｉｅｌｄｍｏｄｅ
かを判定した後（Ｓ７５）それぞれの撮像モードに応じ
た読み出しを指示し（Ｓ４３またはＳ５１）、読み出し
完了を待って（Ｓ４４、Ｓ５２）ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦ
チェックに戻る。

【００６４】以降は図８のＳ１へと復帰して上述の動作
を繰り返し行なう。ここで図９で説明したＳ６５〜Ｓ７
５の処理の中では、解放マグネットのｏｆｆから電荷掃
き出しパルスの生成までの時間を、Ｓ６６でＴｃ（シャ
ッタ１の走行時間）から露光時間を減算することによっ
て求めているが、この例に限られるわけではない。

【００６５】露光量は図１０に示すようにシャッタ動作
開始時点（本実施例において図４〜図７のｔ₄に示す解
放マグネット１０４の通電を断った時点）をｔ＝φとし
て、横軸に時刻を縦軸に光量をそれぞれとり、撮像素子
３に入射する光量の瞬時値をｆ_(t)とすると、撮像素子
３の電荷掃き出し時点ｔ₅からシャッタ１が閉じ切る時
刻ｔ_cまでの露光量Ｓは

【００６６】

【外１】で示されることは明らかである。従ってこのＳが撮像素
子３の感度と露光開始前の測光値（Ｓ７の処理）とから
適正になるようなｔ₅を演算する方法であればどのよう
なものでもよい。

【００６７】また、シャッタの閉じ完了の検出は、移動
パルス発生手段を構成するパルスギヤ及びフォトインタ
ラプタ（１０８、１０９）からの羽根の移動に関連する
信号３０２を数えたり時間間隔を計ることによって検出
してもよいし、また動作開始（ｔ₄）からの時間を測る
ことによって検出してもよい。

【００６８】図５はストロボを使用するＥＦモードのフ
レーム撮像であってシャッタ１の閉じ時間Ｔｃよりも高
速シャッタを得るとき（状況としては日中シンクロのと
きと考えられる）のタイミングチャート。

【００６９】図６はストロボを使用しないフィールド撮
像であってシャッタ１の閉じ時間Ｔｃより高速のシャッ
タを得るとき（状況としては被写体輝度が特に高い時）
のタイミングチャート。

【００７０】図７はストロボを使用しないフレーム撮像
であって、シャッタ１の閉じ時間Ｔｃより高速のシャッ
タを得るとき（やはり被写体輝度が特に高い時）のタイ
ミングチャートである。

【００７１】図１１は本発明の第２の実施例であり、図
１〜図３で示したような絞りとシャッタを兼用する半開
式シャッタの代りに、絞りを備えた撮像レンズ２１によ
って露光量の瞬時値を制御し、符号６１〜６７の要素か
らなるフォーカルプレンシャッタにより露光期間を終了
させる点と、撮像素子３１に図１５で示したようなイン
タライン型のＣＣＤではなく、ＭＯＳ型撮像素子のよう
に一走査線毎に、不要電荷の除去ができるタイプの撮像
素子を用いる点が異なる。本実施例ではセンサの動作に
ついては必要部分のみの説明にとどめるが、このような
センサの動作については本出願人による特願平２−２９
９９３０等に詳しく述べられている。

【００７２】また上記の差異にともなって以下に述べる
様な絞り駆動回路６８及びフォーカルプレンシャッタ６
１を動作させるシステム構成要素６２〜６７が図１〜図
３の実施例と異なるが、それ以外の図１と同一機能のも
のについては同一の符号を付して説明を省略する。

【００７３】６２はシャッタ羽根６１を付勢部材６７に
抗して、開放位置にチャージするチャージ部材、６３は
図示しない付勢部材により時計方向に付勢されてシャッ
タ羽根６１を開放位置に係止する係止部材、６４は係止
部材の係止を解除する開放マグネット、６５はチャージ
部材６２を駆動するチャージモータ、６６はチャージモ
ータ６５と開放マグネット６４を駆動してフォーカルプ
レンシャッタを動作させる駆動回路、６７はシャッタ羽
根６１を閉じ方向に付勢する付勢部材、６８は撮像レン
ズ２１中の絞りを駆動する駆動回路、８１は撮像素子３
１、サンプルホールド回路４、信号処理回路５の動作に
必要な同期信号クロックを発生する同期信号発生器（Ｓ
ＳＧ）、７１はＳＳＧ８１の出力を受け撮像素子３１を
駆動する駆動回路（ドライバ）である。

【００７４】次にこのシステム構成における撮像装置の
動作を図１２のタイミングチャート、図１３、図１４の
フローチャートを参照しながら説明する。

【００７５】まず図示しないレリーズ釦の第１ストロー
クによって閉成されるスイッチＳＷ１がＯＮされると
（Ｓ１）、撮像モードの判定、感度設定、測光、ストロ
ボモードの判定、絞り、シャッタ速度の演算等の処理が
行なわれる。

【００７６】これら処理及びレリーズ釦の第２ストロー
クでＯＮするスイッチＳＷ２（図示せず）の検出まで
は、第１実施例のＳ１からＳ１７までの処理とまったく
同様であるため説明を省略する。

【００７７】ＳＷ２のＯＮが検出されると、まずシャッ
タ駆動回路６６を動作してチャージモータ６５に通電
し、チャージ部材６２を介してシャッタ羽根６１を付勢
部材６７に抗して非遮光状態へ移動する指示を出す（Ｓ
１０１）。図１２ではタイミングｔ₁₀である。次に、絞
り駆動回路６８を介して、撮像レンズ中の絞りをＳ１２
またはＳ１５の処理において演算した値に設定する様指
示する（Ｓ１０２）。その後シャッタチャージの完了
（シャッタ羽根６１を係止部材６３に係止する）をチェ
ックし（Ｓ１０３）、シャッタチャージの完了が検出さ
れたら、チャージモータ６５を逆転させ（Ｓ１０４、図
１２のｔ₁₁）、チャージ部材６２が初期位置に戻ったこ
とをチェックする（Ｓ１０５）。チャージ部材６２が初
期位置に戻ったらモータを停止する（Ｓ１０６、図１２
のｔ₁₂）。

【００７８】ここまで終了した後に、先に（Ｓ１０２
で）指示した絞りの制御が完了したか否かを調べ（Ｓ１
０７）、絞りの制御が完了していない時には、絞り制御
の完了まで待つ。

【００７９】シャッタのチャージ（開放）と絞りの制御
が完了したら先の演算（Ｓ１２、Ｓ１５）で得られた露
光時間と助走期間（図１２でＴｒ−Ｔａの期間）とを比
較する（Ｓ１０８）。

【００８０】露光時間が助走期間より長い時は通常の露
光時間の設定方法となる。この場合はまずＳＳＧ８１に
対して撮像素子３１の順次リセットを指示する（Ｓ１０
９）。ＳＳＧ８１はドライバ７１を経由して撮像素子３
１にリセットアドレスを順次送出し、撮像素子３１の画
素を図１１の上から下へ順次クリアする。その後露光時
間から助走期間を引いた期間だけ待った（Ｓ１１０）
後、解放マグネット６４をトリガ（Ｓ１１１）すると共
に、シャッタ羽根６１の走行時間（走行開始からアパー
チャ（開口部）を閉じ切るまでの時間）をカウントする
タイマをスタートさせる（Ｓ１１２）。

【００８１】その後このＴｒタイマのカウント終了を待
ち（Ｓ１１７）、シャッタ羽根が走行完了すると撮像モ
ードに応じて（Ｓ１１８）、フィールド読み出し（Ｓ１
２０）またはフレーム読み出し（Ｓ１１９）を行なう。

【００８２】これら読み出しが完了すると（Ｓ１２
１）、ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦチェックを行なうが、この
ＳＷ２のチェックの目的は第１実施例のＳ４５の処理と
同様であり１回のレリーズで２コマ以上撮像されること
を防ぐためのものである。

【００８３】ここまでの処理で１回の撮像動作が終了
し、ＳＷ１のチェック（Ｓ１）に戻る。

【００８４】次にＳ１０８で先の演算（Ｓ１２、Ｓ１
５）で得られた露光時間と助走期間とを比較した時、露
光時間が助走期間より短い場合（本発明の特徴）につい
て説明する。露光時間がシャッタ羽根６１の助走期間
（撮像のアパーチャ（開口部）からはずれたシャッタ羽
根６１の係止位置から係止がはずれた後、付勢部材６７
の力によりシャッタ羽根が動き出し実際にアパーチャ
（開口部）を遮光しはじめるまでの期間のことで、シャ
ッタ羽根の速度の安定化や係止位置のアパーチャの一部
を覆ってしまうことを避ける為等に必要。）より短い時
には、まず解放マグネット６４をトリガし（Ｓ１１３、
図１２のｔ₁₃）シャッタ羽根６１の係止をはずす。

【００８５】つづいてシャッタ羽根６１の走行時間タイ
マをスタートさせ（Ｓ１１４）、その後助走期間から露
光時間を引いた時間だけ待って（Ｓ１１５）、ＳＳＧ８
１に撮像素子３１の順次リセットの開始を指示する（Ｓ
１１６、図１２のｔ₁₄）。

【００８６】ＳＳＧ８１は先のＳ１０９の処理と同様
に、撮像素子３１にリセットアドレスを送出し、撮像素
子３１の画素を図１１において上から下へシャッタ羽根
６１の走行速度と同じ速度でリセットすることで走査線
毎の実露光時間を等しくする。

【００８７】すなわち全画面を同一タイミングでリセッ
トすると、シャッタ羽根の走行に要する時間（図１２の
Ｔａ）だけ露光ムラが生じてしまうので、このようなリ
セットを行なうわけである。

【００８８】従って、前述のシャッタ羽根６１の走行す
る方向と同一方向に順次リセットをする場合も全画面を
リセットするに要する時間は、シャッタ羽根６１の開口
部を横切るのに要する時間（図１２のＴａ）と等しいこ
とが必要である。

【００８９】撮像素子に上述の順次リセットを指示（Ｓ
１１６）した後は、先にスタートさせたシャッタ走行時
間タイマのカウント終了を待ち（Ｓ１１７）、撮像モー
ドに応じた読み出しを行なう（Ｓ１１８〜Ｓ１２０）。

【００９０】図１２のタイミングチャートの例（フィー
ルド読み出し）に対応させて説明すれば、シャッタの閉
じ完了（図１２のｔ₁₅）後、ＳＳＧ８１に対し撮像素子
３１のフィールド読み出しを指示する。

【００９１】ＳＳＧ８１は撮像素子３１にドライバ７１
を経由して読み出しアドレスを順次出力する。この出力
によって撮像素子の画素のデータが読み出されＳ／Ｈ回
路４、信号処理回路５に供給され、記録等の処理が行な
われる。この読み出し及び信号処理が完了した（Ｓ１２
１）後、ＳＷ２のｏｆｆを待って（Ｓ１２２）１回の撮
像動作を完了する。

【００９２】この実施例では、シャッタが開口部を遮光
し終ったタイミングの検出にＴｒタイマを用いてシャッ
タ羽根の走行時間を待っているが、これはシャッタ羽根
の動作完了を検出する手段を設け、この出力を待っても
よいことは言うまでもない。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
広い範囲の被写体輝度に対して遮光手段を用いた露光制
御を適切に行うことができる撮像装置を提供できるもの
である。

【００９４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明の撮像装置に用いられる半開式シャッタ
の構成を示す斜視図である。

【図３】図２の半開式シャッタの動作を説明する図であ
る。

【図４】露光時間がＴｃより短い場合のＥＦモードにお
けるフィールド撮像時のタイミングチャートである。

【図５】露光時間がＴｃより短い場合のＥＦモードにお
けるフレーム撮像時のタイミングチャートである。

【図６】露光時間がＴｃより短い場合の非ＥＦモードに
おけるフィールド撮像時のタイミングチャートである。

【図７】露光時間がＴｃより短い場合の非ＥＦモードに
おけるフレーム撮像時のタイミングチャートである。

【図８】本発明の第１の実施例の動作を示すフローチャ
ートである。

【図９】本発明の第１の実施例の動作を示すフローチャ
ートである。

【図１０】本発明の撮像装置における機械的遮光手段の
閉じ動作中の露光量を示す特性図である。

【図１１】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。

【図１２】本発明の第２の実施例の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図１３】本発明の第２の実施例の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１４】本発明の第２の実施例の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１５】本発明の第１の実施例で用いられる撮像素子
の構成図である。

【図１６】露光時間がＴｃより長い場合のＥＦモードに
おけるフィールド撮像時のタイミングチャートである。

【図１７】露光時間がＴｃより長い場合のＥＦモードに
おけるフレーム撮像時のタイミングチャートである。

【図１８】露光時間がＴｃより長い場合の非ＥＦモード
におけるフィールド撮像時のタイミングチャートであ
る。

【図１９】露光時間がＴｃより長い場合の非ＥＦモード
におけるフレーム撮像時のタイミングチャートである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体光を受光し電気信号として蓄積す
る撮像手段と、前記撮像手段を光学的に遮光する遮光手
段と、前記撮像手段の蓄積動作の開始から前記遮光手段
により前記撮像手段を遮光するまでを露光時間とすると
共に、被写体輝度レベルを判定し、前記遮光手段が遮光
に要する時間より前記露光時間が長い場合には前記撮像
手段の蓄積動作開始後に前記遮光手段に遮光動作開始信
号を出力し、前記遮光手段が遮光に要する時間より前記
露光時間が短い場合には前記遮光手段に遮光動作開始信
号を出力した後に前記撮像手段の蓄積動作を開始させて
露光制御を行う制御手段とを有することを特徴とする撮
像装置。