JP3650414B2

JP3650414B2 - 電子カメラのフィルタ装置

Info

Publication number: JP3650414B2
Application number: JP05994194A
Authority: JP
Inventors: 康裕山元; 公一佐藤
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JPH07245761A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数の色フィルタ要素を有する回転色フィルタが撮像素子の受光部に対向して設けられた電子カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像素子の受光部側に回転色フィルタが設けられた電子カメラが知られている。この回転色フィルタは通常円板状を有し、回転中心を通る分割線によって例えばＲ（レッド）フィルタ要素とＢ（ブルー）フィルタ要素に分割されている。撮像素子をＴＶレート（１フィールドが 1/60 秒に相当する）で駆動する場合、回転色フィルタは中心軸の回りに一定の速さ（１回転あたり 1/30 秒）で回転駆動される。電子シャッタは、ＲまたはＢフィルタ要素が撮像素子の受光部に対向している間に駆動され、この受光部に発生した信号電荷は、２つのフィルタ要素間の境目（分割線）が受光部上を通過している間に受光部から読み出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来装置では、各フィルタ要素が撮像素子の受光部に対向している時間は一定である。このため電子シャッタの低速値には限界があり、所定値（例えば 1/80 秒）よりも遅くすることはできなかった。一方、電子シャッタが高速である場合、受光部における受光時間が短いのに対し、受光部からの読み出し時間が相対的に長くなるため、被写体が動いたことによって発生する色割れが目立つという問題があった。
【０００４】
本発明は、従来よりもさらに低速の電子シャッタスピードを実現するとともに、高速の電子シャッタ時には色割れが目立たない撮像を可能にするフィルタ装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子カメラのフィルタ装置は、受光部に発生した１フィールドの画素信号を蓄積部に転送して蓄積した後、出力するように構成された撮像素子を有する電子スチルカメラであって、撮像素子の受光部に対向して回転自在に設けられ、分割線により分割された複数の色フィルタ要素を有する回転色フィルタと、この回転色フィルタの回転速度を制御する回転制御手段とを備え、この回転制御手段は、少なくとも分割線が撮像素子の受光部上を通過する間、回転色フィルタを所定値以上の高速で回転させることを特徴としている。
【０００６】
【実施例】
以下図示実施例により本発明を説明する。
図１は、本発明の一実施例であるフィルタ装置の要部の構成を示す断面図である。
【０００７】
図示しない撮影レンズを通過した入射光線はハーフミラー１１において光学的に分割され、第１および第２の撮像素子（ＣＣＤ）１２、１３の受光面に導かれる。ＣＣＤ１２、１３は相互に垂直に設けられており、これらのＣＣＤ１２、１３の受光面は光学的に等価な位置にある。したがって、ＣＣＤ１２、１３の各受光面には同じ大きさの被写体像が結像され、またこれらの像は相互に鏡像であり、信号電荷の読み出し方向を相互に反対に定めることによって、同一画像がこれらのＣＣＤ１２、１３から読み出される。
【０００８】
ハーフミラー１１のひとつの出射面には、第１のＣＣＤ１２に対向させてＧ（グリーン）のフィルタ１４が貼付されている。ハーフミラー１１の他の出射面と第２のＣＣＤ１３との間には、回転色フィルタ１５が配設されている。
【０００９】
回転色フィルタ１５は円板状を有し、回転中心を通る分割線１５ａにより均等に２分割されたＲ（レッド）フィルタ要素１５ｂとＢ（ブルー）フィルタ要素１５ｃとを有する。回転色フィルタ１５は、図示しない固定枠に回転自在に支持された回転軸１６に一体的に取り付けられている。回転軸１６には、ギア１７が嵌着され、このギア１７は、ステッピングモータ１８の出力軸１９に固定されたギア２０に噛合している。したがってステッピングモータ１８が回転すると、ギア２０、１７を介して回転色フィルタ１５が回転し、Ｒフィルタ要素１５ｂとＢフィルタ要素１５ｃが交互にＣＣＤ１３上に位置される。
【００１０】
回転色フィルタ１５の外周縁に対向して原点検出センサ２１が設けられており、回転色フィルタ１５の外周縁であって分割線１５ａに対応した位置には、原点検出センサ２１によって検出される突起２２が突設されている。すなわち、突起２２が原点検出センサ２１に接近する毎に、この原点検出センサ２１から原点信号（パルス信号）が出力される。
【００１１】
図２は、電子カメラの概略の回路構成を示している。
第１のＣＣＤ１２からは、Ｇ信号が出力され、第２のＣＣＤ１３からは、回転色フィルタ１５の位置に応じて、Ｒ信号またはＢ信号が出力される。第１および第２のＣＣＤ１２、１３からの画素信号の読出動作は、それぞれＣＣＤ駆動回路３１、３２によって制御される。ＣＣＤ駆動回路３１、３２はＣＣＤクロック発生器３３により生成されるクロック信号に基づいて作動する。
【００１２】
ＣＣＤ１２から出力されるＧ信号は、サンプルホールド回路４１においてサンプルホールドされ、ＣＣＤ１３から出力されるＲ信号とＢ信号は、サンプルホールド回路４２においてサンプルホールドされる。サンプルホールド回路４１から出力されたＧ信号はＧプロセス回路４４においてガンマ補正等の処理を施され、Ａ／Ｄ変換器４７においてデジタル信号に変換される。一方、サンプルホールド回路４２から出力されたＲ信号とＢ信号は、それぞれＲプロセス回路４５とＢプロセス回路４６においてガンマ補正等の処理を施され、Ａ／Ｄ変換器４８、４９においてデジタル信号に変換される。
【００１３】
デジタルのＧ信号、Ｒ信号およびＢ信号はそれぞれＧメモリ５１、Ｒメモリ５２およびＢメモリ５３に一旦格納され、これらのメモリから読み出されてＤ／Ａ変換器５４〜５６によりアナログ信号に変換される。アナログのＧ信号、Ｒ信号およびＢ信号は、マトリクス回路５７において所定の演算処理を施され、これにより輝度信号と色差信号が求められる。これらの輝度信号と色差信号は加算器６１〜６３において、同期信号発生器３３から出力される複合同期信号を付加された後、増幅器６４〜６６において増幅され、ハイビジョン方式等の高精細モードに準じたＹ信号、Ｐｒ信号およびＰｂ信号として図示しないモニタ装置等に出力される。
【００１４】
メモリ５１〜５３への各色信号の書込み動作は、メモリ制御回路６７により制御される。サンプルホールド回路４１、４２、各プロセス回路４４〜４６、Ａ／Ｄ変換器４７〜４９、メモリ５１〜５３、Ｄ／Ａ変換器５４〜５６およびメモリ制御回路６７は、ＣＣＤクロック発生器と同期信号発生器３３から出力されるクロック信号等に基づいて作動する。このクロック信号等は、システム制御回路３４から出力される指令信号に基づいて生成される。
【００１５】
モータ制御回路６８には、原点検出センサ２１（図１）から出力される原点信号と、同期信号発生器３３から出力される垂直同期信号（Ｖ−ＳＹＮＣ）およびフィールド信号（ＦＬＤ）が、それぞれ供給される。これらの信号に基づいて、モータ制御回路６８ではステッピングモータ１８を回転駆動するための駆動パルスが出力される。この駆動パルスに応じて回転色フィルタ１５の回転位相と回転速度が制御される。また、原点信号、垂直同期信号（Ｖ−ＳＹＮＣ）およびフィールド信号（ＦＬＤ）は、システム制御回路３４にも入力され、回転色フィルタ１５のフェーズの識別、ＣＣＤ駆動制御およびメモリ制御等に利用される。
【００１６】
なおシステム制御回路３４には、本電子カメラを駆動するための種々のスイッチ類が設けられた操作部６９が接続されている。
【００１７】
図３は回転色フィルタ１５の回転位相を示すものである。回転色フィルタ１５は、図において時計方向に回転している。フェーズ１は、回転色フィルタ１５の分割線１５ａがＣＣＤ１３上を通過し終わって、Ｒフィルタ要素１５ｂがＣＣＤ１３に対向した状態である。フェーズ２は、回転色フィルタ１５がフェーズ１からさらに回転して分割線１５ａがＣＣＤ１３に接近した状態である。フェーズ３は、フェーズ２の後、分割線１５ａがＣＣＤ１３上を通過してＢフィルタ要素１５ｃがＣＣＤ１３に対向した状態である。なお、フェーズ２からフェーズ３の間、突起２２がＣＣＤ１３の近傍を通過する。フェーズ４は、フェーズ３の後、分割線１５ａがＣＣＤ１３に接近した状態である。
【００１８】
すなわちフェーズ１からフェーズ２までの間、Ｒフィルタ要素１５ｂがＣＣＤ１３の受光面を覆い、またフェーズ３からフェーズ４までの間、Ｂフィルタ要素１５ｃがＣＣＤ１３の受光面を覆う。
【００１９】
次に図４を参照し、ＣＣＤ１２、１３の概略構成と、ＣＣＤからの画素信号の読出動作を説明する。
【００２０】
各ＣＣＤは、水平方向（図の横方向）および垂直方向（図の縦方向）にそれぞれ所定間隔毎に配置された多数のフォトダイオード７１を有する受光部７２と、受光部７２に隣接して設けられた蓄積部７３とを有しており、蓄積部７３は受光部７２に発生した全ての画素信号を蓄積するだけの容量を有している。垂直方向に並ぶ各列のフォトダイオード７１の横には、垂直転送ＣＣＤ７４が形成されている。垂直転送ＣＣＤ７４の一方の端部はスミアドレイン７５に接続し、また他方の端部は蓄積部７３に接続している。蓄積部７３の受光部７２とは反対側には、水平転送ＣＣＤ７６が設けられている。
【００２１】
タイミングＴ₁、Ｔ₅では、それまでにフォトダイオード７１に蓄積されていた不要電荷が垂直転送ＣＣＤ７４に移され、これにより各フォトダイオード７１は空となって有効電荷（画素信号）の蓄積が開始される。タイミングＴ₂、Ｔ₆では、垂直転送ＣＣＤ７４にある不要電荷がスミアドレイン７５に転送され、このスミアドレイン７５から外部に掃き出される。なお、この間、フォトダイオード７１には有効電荷が蓄積されている。
【００２２】
フォトダイオード７１に蓄積された有効電荷は、タイミングＴ₃、Ｔ₇においてフォトダイオード７１から垂直転送ＣＣＤ７４に転送される。これによりフォトダイオード７１における有効電荷の蓄積が終了する。すなわち、タイミングＴ₁とＴ₃の間、およびタイミングＴ₅とＴ₇の間がそれぞれ電子シャッタスピードに対応する。
【００２３】
タイミングＴ₄、Ｔ₈では、有効電荷の垂直転送が開始され、有効電荷は垂直転送ＣＣＤ７４から蓄積部７３内へ転送される。この間、フォトダイオード７１と垂直転送ＣＣＤ７４では、不要電荷が蓄積され始める。１フィールド分の画素信号がが全て蓄積部８３に転送されると、その後、所定のタイミングで信号読出しが行われる。すなわち、有効電荷は蓄積部７３から水平転送ＣＣＤ７６を通って外部に出力される。
【００２４】
図５は、高速シャッタにより得た動画の画素信号をＣＣＤ１３から読み出す動作を示している。図３〜図５を参照して、高速シャッタ時の画素信号の読出動作と回転色フィルタ１５の回転動作を説明する。
【００２５】
回転色フィルタ１５は、ＣＣＤによる撮像時、モータ制御回路６８の制御により、常に一定の回転速度で回転する。図５の例において、回転色フィルタ１５の回転周期はＦＬＤ信号の周期の１／２である。すなわち回転色フィルタ１５は、 1/60 秒の間に１回転し、これは、従来装置において回転色フィルタが 1/30 秒（２フィールドに対応した時間）で１回転するのと比較して高速である。
【００２６】
フェーズ１からフェーズ２の間、Ｒフィルタ要素１５ｂがＣＣＤ１３に対向している（符号Ｐ１）。この間、タイミングＴ₁においてフォトダイオード７１の不要電荷が垂直転送ＣＣＤ７４に転送され、次いでＦＬＤ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に変化する（符号Ｐ２）と同時に、垂直ブランキング信号がＨからＬとなる（符号Ｐ３）。
【００２７】
垂直ブランキング信号がＬである間、まずタイミングＴ₂において垂直転送ＣＣＤ７４の不要電荷がスミアドレイン７５に掃き出され、タイミングＴ₃においてフォトダイオード７１に蓄積された有効電荷（Ｒ信号）が垂直転送ＣＣＤ７４に転送される。フェーズ２において、分割線１５ａがＣＣＤ１３上を通過し始める。そしてタイミングＴ₄において垂直転送ＣＣＤ７４のＲ信号が蓄積部７３に転送される。この転送動作は垂直ブランキング信号がＬからＨに変化する（符号Ｐ４）までに終了する。蓄積部７３に転送されたＲ信号は、垂直ブランキング信号がＨである間に蓄積部７３から読み出される。
【００２８】
フェーズ３では、ＣＣＤ１３はＢフィルタ要素１５ｃによって覆われるようになり（符号Ｐ５）、タイミングＴ₅においてフォトダイオード７１の不要電荷（分割線１５ａがＣＣＤ１３上を通過している間に蓄積される不要電荷）が垂直転送ＣＣＤ７４に転送される。そしてタイミングＴ₆において垂直転送ＣＣＤ７４の不要電荷がスミアドレイン７５に掃き出され、タイミングＴ₇においてフォトダイオード７１に蓄積された有効電荷（Ｂ信号）が垂直転送ＣＣＤ７４に転送される。次いでフェーズ４では、分割線１５ａがＣＣＤ１３上を通過し始める。
【００２９】
その後、Ｒ信号の読み出しが完了し、ＦＬＤ信号がＨからＬに変化するとともに（符号Ｐ６）、垂直ブランキング信号がＨからＬに変化する（符号Ｐ７）。タイミングＴ₈では、垂直転送ＣＣＤ７４のＢ信号が蓄積部７３に転送される。このＢ信号は、垂直ブランキング信号がＬからＨに変化した後（符号Ｐ８）、この信号がＨである間に蓄積部７３から読み出される。
【００３０】
なお、Ｒ信号が蓄積部７３から読み出された直後、Ｒフィルタ要素１５ｂがＣＣＤ１３に対向し（符号Ｐ９）、またＢ信号が蓄積部７３から読み出されている間にＢフィルタ要素１５ｃがＣＣＤ１３に対向するが（符号Ｐ１０）、この時フォトダイオード７１に発生した画素信号は、読み出されず、次のタイミングＴ₁、Ｔ₂において不要電荷としてスミアドレイン７５から掃き出される。すなわち、回転色フィルタ１５の１回転おきに、ＣＣＤ１３に蓄積された電荷がＲ信号、Ｂ信号として利用される。
【００３１】
このように本実施例によれば、動画の画素信号の読出動作において、Ｒ信号が生成されてからＢ信号が生成されるまでの時間間隔Ｍが従来よりも短く、したがって色割れが目立つことはない。
【００３２】
さて、動画の画素信号のＣＣＤ１３からの読出動作の途中において、操作部６９に設けられたレリーズスイッチが操作されると、システム制御回路３４の制御により、そのレリーズスイッチの操作時に対応した静止画の画素信号がメモリ５１〜５３に保持される。例えばＲ信号の読み出し中にレリーズスイッチが操作されたとすると（符号Ｐ１１）、このレリーズスイッチの操作の後、Ｒ信号とＢ信号の読み出し動作が完了した後のＦＬＤ信号の立ち上がり（符号Ｐ１２）において、各メモリ５１〜５３の書込み動作が禁止される。すなわち、レリーズスイッチ操作以降、各メモリ５１〜５３の先頭アドレスからの新規な書換え動作が禁止される。
【００３３】
図６は、低速シャッタ動作を示している。
【００３４】
低速シャッタでは、回転色フィルタ１５はモータ制御回路６８の制御により、回転色フィルタ１５の分割線１５ａがＣＣＤ１３の受光部７２上を通過する間のみ高速で回転するが、１回転に要する時間は 1/30 秒（２フィールドに対応した時間）である。すなわちステッピングモータ１８を駆動するためのパルスレートは周期的に変化し、回転色フィルタ１５は、分割線１５ａがＣＣＤ１３の受光部７２上を通過する間、２フィールドの時間で１回転する速さよりも高速で回転する。
【００３５】
フェーズ１では（符号Ｑ１）、Ｒフィルタ要素１５ｂがＣＣＤ１３に対向し、タイミングＴ₁においてフォトダイオード７１の不要電荷が垂直転送ＣＣＤ７４に転送される。次いでＦＬＤ信号がＬからＨに変化する（符号Ｑ２）と同時に、垂直ブランキング信号がＨからＬとなる（符号Ｑ３）。次いで、タイミングＴ₂において垂直転送ＣＣＤ７４の不要電荷がスミアドレイン７５に掃き出され、タイミングＴ₃においてフォトダイオード７１に蓄積された有効電荷（Ｒ信号）が垂直転送ＣＣＤ７４に転送される。この転送動作の終了後、ステッピングモータ１８のパルスレートが高くなり、回転色フィルタ１５の回転が高速になる（符号Ｑ６）。
【００３６】
次いでタイミングＴ₄では、垂直転送ＣＣＤ７４のＲ信号が蓄積部７３に転送される。この転送動作は垂直ブランキング信号がＬからＨに変化する（符号Ｑ５）までに終了する。またこの転送動作の間、フェーズ２において（符号Ｑ４）、分割線１５ａがＣＣＤ１３上を通過し始める。
【００３７】
回転色フィルタ１５の回転速度はフェーズ３に移行する（符号Ｑ７）までに低下しており（符号Ｑ８）、フェーズ３では、ＣＣＤ１３にはＢフィルタ要素１５ｃが対向する。そしてタイミングＴ₅において、フォトダイオード７１の不要電荷が垂直転送ＣＣＤ７４に転送され、その後、ＦＬＤ信号がＬに変化する（符号Ｑ９）と同時に、垂直ブランキング信号がＬに変化する（符号Ｑ１０）。この垂直ブランキング信号がＨである間、蓄積部７３に蓄積されたＲ信号の読出しが行われる。
【００３８】
次いでタイミングＴ₆では、垂直転送ＣＣＤ７４の不要電荷がスミアドレイン７５に掃き出される。タイミングＴ₇ではフォトダイオード７１に蓄積された有効電荷（Ｂ信号）が垂直転送ＣＣＤ７４に転送され、この転送動作の終了後、ステッピングモータ１８のパルスレートが高くなり、回転色フィルタ１５の回転が高速になる（符号Ｑ１２）。Ｂ信号はタイミングＴ₈において蓄積部７３に転送され、またこの転送動作の間、フェーズ４において（符号Ｑ１１）、分割線１５ａがＣＣＤ１３上を通過し始める。フェーズ４の後、垂直ブランキング信号がＬからＨに変化し（符号Ｑ１３）、この垂直ブランキング信号がＨである間、Ｂ信号が蓄積部７３から読み出される。一方、回転色フィルタ１５の回転速度はフェーズ１に移行するまでに低速になっている（符号Ｑ１４）。
【００３９】
以上のようにしてＣＣＤから静止画の画素信号が読み出される。このように低速シャッタでの静止画の画素信号の読出動作では、回転色フィルタ１５の分割線１５ａがＣＣＤ１３の受光部７２上を通過する間のみ、回転色フィルタ１５は相対的に高速で回転している。したがって、Ｒ信号が生成されてからＢ信号が生成されるまでの時間間隔Ｎが従来よりも短く、この分だけ撮像時間（電子シャッタ時間であり、図６において「Ｒ」「Ｂ」の符号により示される時間）を長くすることができる。
【００４０】
以上のように本実施例では、少なくとも回転色フィルタ１５の分割線１５ａがＣＣＤ１３の受光部７２上を通過する間、回転色フィルタ１５を、例えば 1/30 秒で１回転する速さよりも高速で回転させている。これにより、高速シャッタでは色割れが目立たなくなり、また低速シャッタにおける電子シャッタ時間を従来よりも長くすることができ、撮影の自由度を向上させることができる。
【００４１】
図７は本発明の他の実施例を示すものである。この実施例では、ＣＣＤ１３は回転色フィルタ１５に対し、回転色フィルタ１５の回転位置に応じて分割線１５ａがＣＣＤ１３の受光部７２の縁部にほぼ合致するように設けられている。すなわち本実施例は、上記実施例と比較して、ＣＣＤ１３と回転色フィルタ１５の位置関係が異なるだけで、その他は同じである。
【００４２】
なお、回転色フィルタ１５の構成は上記各実施例の構成に限定されず、本発明は他の構成を有する回転色フィルタ１５を備えた電子カメラにも適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来よりもさらに低速の電子シャッタスピードを実現するとともに、高速の電子シャッタ時には色割れが目立たない撮像を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるフィルタ装置の要部の構成を示す断面図である。
【図２】電子カメラの概略の回路構成を示すブロック図である。
【図３】回転色フィルタの回転位相を示す図である。
【図４】ＣＣＤからの画素信号の読出動作を示す図である。
【図５】高速シャッタにより得た静止画の画素信号を読み出す動作と、動画の画素信号を読み出す動作とを示すタイミングチャートである。
【図６】図６は、低速シャッタ動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の他の実施例であるフィルタ装置の要部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１２、１３ＣＣＤ
１５回転色フィルタ
１５ａ分割線
１５ｂＲフィルタ要素
１５ｃＢフィルタ要素
７３蓄積部

Claims

受光部に発生した１フィールドの画素信号を蓄積部に転送して蓄積した後、出力するように構成された撮像素子を有し、高速シャッタで動作する第１のシャッタモードと、低速シャッタで動作する第２のシャッタモードとにより動作可能である電子スチルカメラであって、
前記撮像素子の受光部に対向して回転自在に設けられ、分割線により分割された複数の色フィルタ要素を有する回転色フィルタと、
この回転色フィルタの回転速度を制御する回転制御手段とを備え、
この回転制御手段は、前記第１のシャッタモードでは、前記回転色フィルタを１フィールドの間に１回転させ、前記第２のシャッタモードでは、前記回転色フィルタを２フィールドの間に１回転させるが、前記分割線が前記撮像素子の受光部上を通過する間は相対的に高速で回転させることを特徴とする電子カメラのフィルタ装置。