JP3709724B2 - デジタルカメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタルカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
CMOSセンサなどのランダムスキャン可能な撮像センサを備えたデジタルカメラでは、撮像センサの画素毎に画像データが時系列に読み出されるため、撮影時の画像の読み出し開始位置の画素と読み出し終了位置の画素とでは、1/30程度の時間差が生じる。このため、高速で変化する被写体を撮影した場合、上記時間差に起因して撮影画像の歪み、いわゆる像流れを起こしてしまう。
【0003】
そこで、高速の被写体を撮影するためには、撮像センサを機械的に遮光する遮光手段が必要となる。
【0004】
従来、このような機械的遮光手段として、銀塩一眼レフカメラで使用されているフォーカルプレーンシャッターやレンズシャッターを採用したデジタルカメラが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フォーカルプレーンシャッターを用いた従来のデジタルカメラでは、フォーカルプレーンシャッターが先幕と後幕の2枚の幕を有し、先幕と後幕との幕間(スリット)の幅と幕速により露光時間を決める構成であったため、フォーカルプレーンシャッターの構造が複雑で部品点数も多いという欠点があった。
【0006】
また、レンズシャッターを用いたデジタルカメラでは、シャッター羽根の動作速度に限界があり、シャッター速度が速くなると、羽根の動きの過渡的な影響によって露光ムラが生じたり、レンズの開放口径からの遮光ができなくなるという欠点があり、このため1/1000秒程度のシャッター速度が限界であった。
【0007】
この発明は、このような欠点を解消するためになされたものであって、機械的遮光手段の構造が簡素で部品点数も削減可能であり、かつ高速のシャッター速度にも対応できるデジタルカメラの提供を課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、マトリクス状に配置された複数の受光素子を一端側から他端側に向かって順次リセット動作を行うことにより露光することが可能な撮像センサと、前記撮像センサの光軸方向被写体側位置に設けられ、幕体が上記撮像センサの一端側から他端側に向かって移動することにより、前記撮像センサへ入射する被写体光を遮光するフォーカルプレーンシャッターと、被写体輝度に基づいてシャッター速度を演算する露出演算手段と、レリーズ動作に応じて撮影動作を指示するレリーズ開始信号を出力するレリーズ手段と、該レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基づいて、前記フォーカルプレーンシャッターの幕体の幕速に同期させて幕体の移動と同じ方向に順次撮像センサのリセット動作を行うとともに、リセット動作の開始から前記露出演算手段により演算されたシャッター速度に応じた所定時間が経過した時点でフォーカルプレーンシャッターの幕体の駆動を開始するように制御する撮影動作制御手段と、を備えたことを特徴とするデジタルカメラによって解決される。
【0009】
このデジタルカメラでは、レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基づいて、フォーカルプレーンシャッターの幕体の幕速に同期させて幕体の移動と同じ方向に順次撮像センサのリセット動作が行われる。また、リセット動作の開始から露出演算手段により演算されたシャッター速度に応じた所定時間が経過した時点でフォーカルプレーンシャッターの幕体の駆動が開始される。
【0010】
つまり、一端側から他端側に向かって順次撮像センサのリセット動作が行われることによる撮像センサの受光素子の順次的露光開始動作が、従前のフォーカルプレーンシャッターの先幕の役務を果たすため、フォーカルプレーンシャッターとしては、後幕に相当する1枚の幕体のみを備えていれば良いことになり、その分構造が簡素化されると共に部品点数も削減される。
【0011】
しかも、撮像センサ出力の読み出し速度が遅い場合であっても、撮像センサのリセット動作のタイミングを早めあるいは遅くすることによって、各受光素子の露光時間、換言すればシャッター速度を制御できるから、レンズシャッターのように羽根の速度に依存することがなく、撮像センサ出力の読み出し速度にかかわらず高速シャッターが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【0013】
図1は、この発明の一実施に形態に係るデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【0014】
図1において、デジタルカメラ1は、後述する各回路などを有するカメラ本体2と、このカメラ本体2の前面に装着された撮影レンズユニット3とからなる。撮影レンズユニット3は、被写体の光学像を取り込む撮影レンズ4ならびに光量を制限する絞り5などを備えている。上記カメラ本体2は、たとえば銀塩一眼レフカメラのボディを利用して構成されたもので、銀塩フィルム配設相当位置には、上記撮影レンズ4の光路L上において、結像された被写体光を光電変換する光電変換素子としての撮像センサ8が、受光面を撮影レンズ4側に向けて配置されている。この撮像センサ8は、ランダムスキャンが可能なものであり、たとえばCMOSセンサが使用されている。
【0015】
また、前記撮像センサ8の前方位置には、横走り式のフォーカルプレーンシャッター7が設けられている。このフォーカルプレーンシャッター7は、先幕と後幕のうちの後幕相当の幕体71を有する単幕式のものであり、プレビュー時には、前記撮像センサ8に対して光学的に開放状態になっている。
【0016】
前記撮像センサ8の画像読み出し時のスキャンパターンは、図2に矢印で示すとおりであり、フォーカルプレーンシャッター7が横走り式であるので、左右方向の一端側から他端側に向かって順次縦方向へスキャンするようになっている。勿論、上記フォーカルプレーンシャッター7が縦走り式の場合には、横方向へスキャンする。
【0017】
9はカメラ本体2に設けられたレリーズ手段としてのシャッターボタン、10はカメラ本体2に装備された表示部である。この表示部は、たとえば液晶表示器(LCD)からなり、プレビュー時のライブビュー画像や撮影画像を表示する。
【0018】
上記カメラ本体2内には、上記撮像センサ8の他に、映像処理回路11、シャッター速度演算回路12、メカニカルシャッター制御回路13、シャッタードライバ14、リセットタイミング制御回路15などが設けられている。
【0019】
映像処理回路11は、上記撮像センサ8からの出力であるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換した後、画素補間、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理を行い、プレビュー画像を上記表示部10に表示させる他、画像データに基いて被写体の輝度を演算する。
【0020】
シャッター速度演算回路12は、上記映像処理回路11から出力される輝度信号を受けて、輝度に応じた最適露光時間を算出するものである。メカニカルシャッター制御回路13は、上記シャッターボタン9が押された際、シャッタドライバ14を介して上記フォーカルプレーンシャッター7の幕体71(図4)をシャッター速度演算回路12の算出値に応じた幕速で駆動制御する。
【0021】
リセットタイミング制御回路15は、撮像センサー8の各受光素子に対して露光を開始させるものであり、上記シャッター速度演算回路12で演算された最適露光時間に応じて、上記撮像センサ8の受光素子に対するリセットのタイミングを制御する。具体的には、各受光素子のリセットは、フォーカルプレーンシャッター7の前記幕体71によって遮光されるよりも前で、かつ幕体71の移動に同期したタイミングで行われるので、後述する受光素子の列単位の露光時間が一定になり、露光むらが発生しない。
【0022】
図3は、上記撮像センサ8の駆動部を示す。
【0023】
図3に示すように、撮像センサ8は、マトリクス状に配置された多数の受光素子、たとえばフォトダイオードP1〜Pnよって画素が構成されている。前記各フォトダイオードP1〜Pnは、リセットスイッチRSがそれぞれ接続されており、これらリセットスイッチRSの縦列群毎に、複数のリセットラインRL・・・がそれぞれ接続されている。これらリセットラインRLは、垂直走査回路VHCからのリセット信号を上記各リセットスイッチRSに送出させるものであり、リセット信号を受けた縦列群のリセットスイッチRSは瞬時に閉成動作し、前回の光電変換時に蓄積された電荷を放電したのち、直ちに開放されて、各フォトダイオードP1〜Pnは駆動状態(露光による電荷蓄積が可能な状態)に復帰する。
【0024】
さらに、上記フォトダイオードP1〜Pnには、垂直読み出しスイッチVSがそれぞれ接続されており、これら垂直読み出しスイッチVSの縦列群毎に、複数列のアドレスラインAL・・・がそれぞれ接続されている。これらアドレスラインALは、上記垂直走査回路VSCからのアドレス信号を上記垂直読み出しスイッチVSに送出させるものであり、垂直走査回路VSCから所定のタイミングで送出されたアドレス信号により垂直読み出しスイッチVSが順次的(フォトダイオードP1〜Pnの番号順)に制御される。
【0025】
上記フォトダイオードP1〜Pnの横列群には、垂直読み出しスイッチVSに接続されて、フォトダイオードP1〜Pnの横列群の画像信号を出力ラインOLに取り出す複数の信号ラインSLがそれぞれ設けられており、各信号ラインSLと出力ラインOLとの間には、水平走査回路HSCによって開閉駆動される水平読み出しスイッチHSが介挿されている。
【0026】
なお、TCはタイミング発生回路であり、前記リセットタイミング制御回路15からのリセットタイミング信号、さらには、トリガー信号が入力されるとともに、垂直走査回路VHCおよび水平走査回路HSCの各動作を制御する。
【0027】
すなわち、上記タイミング発生回路TCの制御信号を垂直走査回路VHCおよび水平走査回路HSCに印加して、垂直読み出しスイッチVS及び水平読み出しスイッチHSを選択的に開閉制御することにより、任意のアドレスのフォトダイオードP1〜Pnの画素データが、信号ラインSLを介して出力ラインOLに取り出され、該出力ラインOLに接続された出力アンプAMPで増幅されて、前記映像処理回路11に送出される。
【0028】
上記各フォトダイオードP1〜Pnにおける電荷の蓄積時間は、フォトダイオードP1〜Pnの駆動時点即ち上記リセットスイッチRSの開放時点から、読み出しスイッチVS,HSの閉成時点までの期間となる。
【0029】
次に、図1に示したデジタルカメラの動作を説明する。
【0030】
シャッターボタン9が半押されると、表示部10にはプレビュー画像が表示される。このプレビュー時には、フォーカルプレーンシャッター7は開放状態にあり、撮像センサ8は縦列配置されたフォトダイオード群ごとにタイミング発生回路TCによって順次リセットされ、駆動状態となる。つまり、図3の例でいえば、P1、P2、P3のフォトダイオードからなる第1列M1がまずリセットされ、ついでP4、P5、P6のフォトダイオードからなる第2列M2、第3列M3・・・第n列Mnと順にリセットされる。
【0031】
所定時間の経過後、垂直読み出しスイッチVS及び水平読み出しスイッチHSが選択的に開閉制御され、フォトダイオードP1〜Pnの画素信号が、記した番号順に信号ラインSLを介して出力ラインOLに取り出される。そして、出力ラインOLに接続された出力アンプAMPで増幅されたのち、前記映像処理回路11で映像処理され、表示部10に表示される。また、得られた画像データに基づいて映像処理回路11により輝度が演算され、これに基づいてシャッター速度演算回路12で適正なシャッター速度が演算される。この動作が所定のフレーム周期で繰り返される結果、表示部にはライブビュー画像が表示される。
【0032】
次に、シャッターボタン9が全押し(レリーズ)されると、これがレリーズ開始信号として出力され、シャッター速度演算回路12において直前に演算されたシャッター速度に基づいて、前記メカニカルシャッター制御回路13がシャッタードライバ14を介してフォーカルプレーンシャッター7を制御するとともに、リセットタイミング制御回路15が撮像センサ8を制御する。この結果、前記撮像センサ8に対して適正露光が行われる。
【0033】
撮像センサ8に対する具体的な露光制御を、従来例と比較して図4を参照して説明する。
【0034】
図4(a)〜(g)は、従来の露光制御を、また図4(A)〜(G)は、この発明の実施形態における露光制御をそれぞれ示している。
【0035】
従来例では、シャッターボタン9が全押しされると、一度、フォーカルプレーンシャッターの先幕72が閉成されて撮像センサ8の受光面は完全遮光状態となる。この後、図4(a)(b)に示すように、先幕72が右方向へ横走りして開放動作を行い、露光が開始される。その後、所定の露光時間の経過後、同図(c)に示すように、後幕73が右方向へ横走りして遮光を行い、露光が終了する。
【0036】
高速でシャッターを切る場合には、先幕72が開ききらないうちに、後幕73の遮光が始まり、同図(d)に示す幕間Wと幕速とにより、露光時間が決められる。
【0037】
上記幕間Wが前記撮像センサ8を通過した後、フォーカルプレーンシャッターの後幕73が同図(e)〜(g)のように、さらに横走りして右端に至る。
【0038】
これに対し、この発明の実施形態における露光制御では、シャッターボタン9が全押しされると、従来のように撮像センサ8の受光面を完全遮光することなく、同図(A),(B)のように、撮像センサ8の左端側から順に、第1受光素子列M1、ついで第2受光素子列M2、第3受光素子列M3・・・第n受光素子列Mnとリセットをかけて、列単位で露光を開始させる。図4中の下向き矢印Xは、リセットされた受光素子列の位置を示す。この順次的リセット動作が従来のフォーカルプレーンシャッターの先幕の役目を果たす。また、受光素子列のリセットのタイミングの推移は、フォーカルプレーンシャッター7の幕体71の幕速に同期させておく。
【0039】
左端の第1列M1がリセットされたのち、シャッター速度演算回路12で演算されたシャッター速度に応じた所定時間が経過した時点で、同図(C)に示すように、フォーカルプレーンシャッター7の幕体71が横走りを開始したのち、リセットのタイミングの推移に同期して移動し、撮像センサ8の受光面を遮光する。従って、各列に属するフォトダイオードに対しては、同図(D)に示すように、リセットの開始時点からフォーカルプレーンシャッター7の幕体71によって遮光されるまでの時間(幕間相当時間W)が露光時間となり、この間に露光が行われる。また、リセットのタイミングの推移と幕体71の移動とが同期しているから、露光時間は各フォトダイオードでほぼ一定となり、露光むらを防止できる。
【0040】
そして、同図(E)〜(G)のように、上記幕間相当時間Wが撮像センサ8の受光面を通過した後、フォーカルプレーンシャッター7の幕体71がさらに横走りして受光面の右端に至り、撮像センサ8の受光面は完全に遮光される。
【0041】
こうして露光が行われた撮像センサ8は、ついで読み出しが行われる。即ち、垂直読み出しスイッチVS及び水平読み出しスイッチHSが選択的に開閉制御され、フォトダイオードP1からPnにおける画像信号が、記した番号順に信号ラインSLを介して出力ラインOLに取り出される。このように、読み出しを、リセットの順序にほぼ沿って、フォトダイオードP1からPnへと番号順に行うことで、各フォトダイオードについて、リセットから読み出しまでの蓄積時間差を一定範囲にそろえることができ、ノイズレベル等が一定となり、画質が向上する。
【0042】
出力ラインOLに取り出された画像信号は、出力アンプAMPで増幅されたのち、前記映像処理回路11で映像処理され、表示部10に表示され、またメモリカードなどの記録媒体に記録される。
【0043】
以上の説明からわかるように、この実施形態では、シャッターボタン9の全押し時に、一旦完全遮光状態にする必要がないから、タイムラグが極めて小さくなり、また、フォーカルプレーンシャッター7も後幕に相当する1枚の幕体71のみで済み、先幕を省ける分、部品点数が少なくなるとともに、小形で軽量になる。
【0044】
また、撮像センサ8の露光時間である幕間相当時間Wは、各受光素子列M1〜Mnのリセットタイミングを変えることで容易に制御可能であるうえ、読み出しクロックとは別に露光時間の設定が可能であるので、読み出し周波数の低い撮像センサ8や高画素のために読み出しに時間がかかる場合でも、高速シャッターが可能となる。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、一端側から他端側に向かって順次撮像センサのリセット動作が行われることによる撮像センサの受光素子の順次的露光開始動作が、従前のフォーカルプレーンシャッターの先幕の役務を果たすため、フォーカルプレーンシャッターとしては、後幕に相当する1枚の幕体のみを備えていれば良いことになり、その分構造を簡素化できると共に部品点数も削減することができる。
【0046】
しかも、撮像センサ出力の読み出し速度が遅い場合であっても、撮像センサのリセット動作のタイミングを早めあるいは遅くすることによって、各画素の露光時間(シャッター速度)を制御できるから、レンズシャッターのように羽根の速度に依存することがなく、撮像センサ出力の読み出し速度にかかわらず高速シャッターが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係るデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図2】図1のデジタルカメラに使用した撮像センサの画像スキャンパターンの説明図である。
【図3】同じく図1のデジタルカメラに使用した撮像センサの駆動部の構成図である。
【図4】同じく撮像センサに対する具体的な遮光制御を、従来例と比較して示す説明図である。
【符号の説明】
1・・・・・・・デジタルカメラ
4・・・・・・・撮影レンズ
7・・・・・・・フォーカルプレーンシャッター
8・・・・・・・撮像センサ
9・・・・・・・シャッターボタン(レリーズ手段)
12・・・・・・シャッター速度演算手段
13・・・・・・メカニカルシャッター制御回路(シャッター制御手段)
15・・・・・・リセットタイミング制御手段(露光タイミング制御手段)
71・・・・・・幕体
P1〜Pn・・・フォトダイオード(受光素子)
M1〜Mn・・・受光素子列
Claims (1)
- マトリクス状に配置された複数の受光素子を一端側から他端側に向かって順次リセット動作を行うことにより露光することが可能な撮像センサと、
前記撮像センサの光軸方向被写体側位置に設けられ、幕体が上記撮像センサの一端側から他端側に向かって移動することにより、前記撮像センサへ入射する被写体光を遮光するフォーカルプレーンシャッターと、
被写体輝度に基づいてシャッター速度を演算する露出演算手段と、
レリーズ動作に応じて撮影動作を指示するレリーズ開始信号を出力するレリーズ手段と、
該レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基づいて、前記フォーカルプレーンシャッターの幕体の幕速に同期させて幕体の移動と同じ方向に順次撮像センサのリセット動作を行うとともに、リセット動作の開始から前記露出演算手段により演算されたシャッター速度に応じた所定時間が経過した時点でフォーカルプレーンシャッターの幕体の駆動を開始するように制御する撮影動作制御手段と、
を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
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