JP3903413B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、特に一眼レフカメラとラインセンサとを備えた撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一眼レフカメラは、最も一般的に用いられているカメラの1種である。図8を参照して一眼レフカメラの構造について簡単に説明する。図8に示すように、一眼レフカメラAは、撮像レンズ100と、ペンタプリズム103と、シャッタ板105と、回転ミラー107とを備えている。回転ミラー107の後方には、結像面(フィルム)113が配置される。フィルム113と回転ミラー107の間にシャッタ板105が設けられている。
【0003】
回転ミラー107は、その上端部付近に回転軸107aを有している。回転ミラー107は、撮像レンズ100の後方であって、撮影光束Lの進行方向を含む水平面に対して例えば45度の角度を有して配置される。この位置を初期位置と称する。回転ミラー107が光路を遮らない状態では、シャッタ板105が開いた時、撮影光束は直進し、フィルムが配置されるべき結像面上に像が結像される。
【0004】
回転ミラー107の上方にはペンタプリズム103が、例えば水平面と平行な下面を有するように配置されている。回転ミラー107が図示の位置にある時は、撮影光束が光路を遮り、撮影光束は回転ミラー107により反射してペンタプリズムに入射する。ペンタプリズム103により進行方向を変換した撮影光束に基づく像は、人間の目によって捉えられるようになっている。
【0005】
次に、上記一眼レフカメラの操作法について説明する。
【0006】
初期位置にある回転ミラー107により反射され、ペンタプリズム103により位置が変えられた撮影光束Lに基づいて形成される像を、フィルム面113とは異なる位置に設けられたファインダ117から観察することにより構図を決定する。構図が決まると、シャッタボタンを半押しする。シャッタボタンの半押し状態において、測距(AF)、測光(AE)動作を行う。シャッタボタンを全押しすると、回転ミラー107の反射面がペンタプリズム103の下面103aに近接する方向に回転を開始する。像がファインダ117からは見えなくなる。光路を遮らない位置まで回転ミラー107を回転した後に、フィルム面前に配置されているシャッタ板105が動き、フィルム面113が露出する。被写体115に基づいて形成される像121がフィルム面113に結像する。フィルム面113が露光される。その後、シャッタ板115が再びフィルム
面113を覆う位置に戻る。次いで、回転ミラーが回転して初期位置に戻る。以上の動作により一連の撮影作業が終了する。一眼レフカメラにおいては、フィルムを用いているため高画質の写真を撮影することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記の一眼レフカメラでは、高画質の写真を得ることができるが、フィルムを現像するまでは、撮影済みの画像を確認することができないという問題点がある。デジタルスチルカメラでは、モニタ画像などにより撮影画像を確認できるものが存在するが、画質の点においてはまだフィルムを用いたカメラには及ばない。
【0008】
本発明は、一眼レフカメラに少しの機能を付加するだけで、高画質でかつ即時性をも有する新しいデジタルカメラを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、撮像レンズ系と、フィルムが配置される結像面と、該フィルムの前記撮像レンズ側の面を覆うシャッタ板と、を有する撮影光学系装置と、該撮影光学系装置の光路中に退避可能に配置され回転動作によって退避する回転ミラーと、該回転ミラーによって反射された撮影光束を下面から入射させて進行方向を変換して出射させるペンタプリズムと、該ペンタプリズムから出射した撮影光束を観察するためのファインダとを含むファインダ系装置と、前記ペンタプリズムの近傍であって、前記回転ミラーの回転に伴って該回転ミラーにより反射された撮影光束が横切る位置に設けられたラインセンサとを備えた撮像装置提供される。
【0010】
上記の撮像装置を用いると、ペンタプリズム側に向かい回転ミラーの回転に伴いラインセンサ上を移動する撮影光束をラインセンサにより取り込み、デジタル画像データを得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本明細書において、撮像レンズの光軸と水平なある面を水平面と称する。また、撮影光束とは、被写体と撮像レンズを含む光学系に基づいて得られる光信号であり、この撮影光束をフィルム上に結像させると像となる。撮影光束をペンタプリズムに向けると、ペンタプリズムの光学面に結像し、これをファインダから覗けば被写体の様子を確認することができる。
【0012】
一眼レフカメラのシャッタボタンを押すと回転する回転ミラーが回転する。発明者は、回転ミラーにより反射しペンタプリズムに向かう撮影光束が移動することを利用して撮像することを思いついた。撮影光束の移動範囲内に、ラインセンサを取り付けておけば、ラインセンサによる撮像が可能である。
【0013】
以下、上記の考察に基づき、本発明の第1の実施の形態による撮像装置について、図1から図8までを参照して説明する。
【0014】
図1は、本実施の形態による撮像装置の構造を簡略化して示した原理図である。図2(A)から(C)までは撮像装置の動作を説明するための図である。図3は本実施の形態による撮像装置に用いられるラインセンサの平面図であり、図4は図3のIV−IV'断面図である。図5は、撮像装置の機能ブロック図である。図6及び図7は、撮像装置の動作を説明するための概念図とタイミングチャート図である。
【0015】
図1に示すように、撮像装置Bは、撮像レンズ1と、ペンタプリズム2と、シャッタ板4と、回転ミラー5とを備えている。回転ミラー5は、撮像レンズ1の後方に水平面に対して45度の角度を有して配置される。回転ミラー5の後方には、結像面(フィルム)3が配置されている、フィルム3と回転ミラー5との間にシャッタ板4が設けられている。
【0016】
回転ミラー45の上方には、撮影光束Lの進行方向(水平面)と平行な下面2
aを有するペンタプリズム2が設けられている。
【0017】
回転ミラー5が撮像レンズ1とフィルム3との間の光路を遮る状態にある場合は、図示のように撮影光束は回転ミラー5により反射し、ペンタプリズム2に入射する。ペンタプリズム2から出射する光は、進行方向を変換し、ファインダ6により撮影者の目に捉えられやすい位置に移動する。
【0018】
回転ミラー5が回転軸5aを中心として光路を遮らない位置まで回転すると、一点鎖線で示すように、撮影光束はフィルム面3側に向けて直進する。
【0019】
本実施の形態による撮像装置Bは、ペンタプリズム2の下面2a上或いは下面2aの延長上であって、撮像レンズ1を基準にして被写体7とは反対側の端部近傍に設けられたラインセンサ8を備えている。ラインセンサ8は、ミラー5の回転に伴って(図1においてミラー5が回転して下面2aと平行な位置5aになるまでの期間のうちの所定期間内に)被写体7の全像がラインセンサを横切る位置に取り付けられる。すなわち、ラインセンサ8は、光路と水平な下面に光路と水平な表面をもつように取り付けられている。
【0020】
図2(A)から図2(C)までは、撮像装置Bの動作を説明するための動作原理図である。図2(A)に示すように、水平面に対して成す角度が例えばθ=45度に配置された回転ミラー5が撮像レンズ1とフィルム3との間の光路を遮る。初期位置にある回転ミラー5によって反射した被写体7の像は、ペンタプリズム2の下面2aに結像する(像I1)。この像I1を、ペンタプリズム2を介してファインダー6から見ることができる。ファインダ6で構図を確認し、次いで撮像動作に入る。
【0021】
シャッタボタンを半押しすると、測距、測光の動作が行われる(AE及びAF作業)。
【0022】
次に、シャッタボタンを全押しすると、回転軸5aを中心としてペンタプリズム2の下面2aに反射面が接近する方向に回転ミラー5が回転する。回転ミラー5の回転動作に伴い、ペンタプリズム2の下面2aに向かう撮影光束に基づいて形成される像I2がラインセンサ8の取り付けられている方向に向けて移動を開始する。図2(B)に示すように、像I2がラインセンサ8を横切る。
【0023】
図2(C)に示す状態は、像I2全体がラインセンサ8を横切り、回転ミラー5が光路を遮断しない位置まで回転した状態を示している。この状態で、シャッタ板4が移動しフィルム面3が露出する。被写体による撮影光束に基づく像I3がフィルム面3に結像し、フィルム面3が露光される。
【0024】
次いで、シャッタ板4がフィルム面3を覆い、続いて図2(B)に示す状態を経て図2(A)に示す初期位置に戻る。戻りの動作中においても、回転ミラー5により反射された像I2がラインセンサ8上を横切る。
【0025】
図3を参照して、ラインセンサの具体的な構造を示す。図3は、撮像部に形成されているフォトダイオード群15と、このフォトダイオード群15に沿って形成された電荷転送路20と、フォトダイオード群15に沿って形成された横型オーバーフロードレイン25とを概略的に示す図である。
【0026】
フォトダイオード群15は、半導体基板上に形成された複数個のフォトダイオード16で形成されている。
【0027】
電荷転送路20は、2相駆動型のCCDによって構成されている。この電荷転送路20は、半導体基板上に形成された1本の電荷転送用チャネル21と、半導体基板上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の転送電極22a、22b、22c、22dと、フォトダイオード16の各々に1個ずつ形成された読出ゲート用チャネル23と、各読出ゲート23上を覆う読み出しゲート電極24とを含む。
【0028】
転送電極22a、22b、22c、22dの各々は、1個のフォトダイオード16にそれぞれ1本ずつ、図において左から右にかけてこの順番で繰り返し形成されている。
【0029】
横型オーバーフロードレイン25が、半導体基板に形成されたドレイン領域26と、フォトダイオード16とドレイン領域26との間の半導体基板で形成された掃出用チャネル領域27と、半導体基板上に絶縁膜を介して形成された掃出ゲート電極28とを含む。
【0030】
ドレイン領域26は、例えば半導体基板に形成されたn+ 型領域によって構成される。このドレイン領域26は、フォトダイオード群15から所定距離だけ離れて形成されて、長手方向D1に延在する。
【0031】
掃出用チャネル領域27は、半導体基板におけるp型ウェルの一領域によって形成されている。この掃出用チャネル用領域27は、フォトダイオード群15とドレイン領域26との間においてこれらに隣接しつつ形成されて、長手方向D1に延在する。
【0032】
尚、電荷転送路20の左端には、出力アンプ31が配設されている。この出力アンプ31は、周辺回路部30a内に位置する。
【0033】
フォトダイオード16に光が入射すると、このフォトダイオード16に電荷が蓄積される。転送電極22a、22b、22c、22dおよび読出ゲート電極24にそれぞれ所定の電圧を印加すると、フォトダイオード16に蓄積されていた電荷が読出ゲートを介して電荷転送路20に移送される。フォトダイオード16に蓄積されている電荷を排出するときには、掃出ゲート電極28に所定の電圧が印加すれば良い。
【0034】
各フォトダイオード16の上にはパッシベーション膜が形成される。その上には、開口部を有する光遮蔽膜が形成される。各フォトダイオード群16の上方には、それぞれ所定色、例えばRGBの色フィルタによって構成される色フィルタ52R、52G及び52B1が1つずつ形成されている。尚、色フィルタ55B2は、白黒の画像を撮像するために用意されている画素であり、任意に設けられる。ここでは、青色の色フィルタを用いたが、後の信号処理の過程で色信号を分離し輝度信号のみを用いるので、色フィルタは設けなくても良い。
【0035】
図4にラインセンサを含む固体撮像装置のブロック図を示す。固体撮像装置B'は、信号処理回路61と、駆動回路63と、制御部65と、記憶部67と、ラインセンサ8と、シャッタボタン(シャッタトリガ部)68とを含む。
【0036】
制御部65がシャッタトリガ信号68を受けると、制御部65が、駆動回路63に対してラインセンサ8を駆動するための駆動パルスを出力する。この駆動パルスにより、ラインセンサ8による露光・読み出しが行われる。ラインセンサ8からの出力信号は、エミッタフォロワ回路を介して信号処理回路61に出力される。信号処理回路61は、例えば相関二重サンプリング回路CDSと、A/D変換器とを含み、デジタル画像データを形成する。A/D変換されたデジタル画像データを、オートホワイトバランス調整回路61aを用いてオートホワイトバランス(AWB)をとる。
【0037】
さらに、固体撮像装置B'は、自動露出調整機構(AE)71を備えている。自動露出調整機構71は、通常の一眼レフカメラに設けられている一般的なAE機構である。このAE機構は、例えばフォトダイオードなどの光量モニタを有している。通常の一眼レフカメラでは、光量モニタによりモニタリングされた光量に基づいて、シャッタ速度などを調整する。固体撮像装置B'では、併せて、上述のラインセンサに設けられた横型オーバーフロードレインのようないわゆる電子シャッタ機構のオン・オフのタイミングを、上記の光量モニタによりモニタ燐府された光量に基づいて決定することができる。すなわち、自動露出機構71により得られた自動露出情報に基づき、駆動期間設定回路73が、駆動回路63に対してラインセンサを駆動すべき期間を指定する信号を出力する。
【0038】
信号処理回路61に含まれるデジタルシグナルプロセッサ回路(DSP)61bにおいてデータの所定の画像処理が行われる。画像処理されたデータは、例えば記憶部67に記憶される。制御部65は、信号処理回路61の命令を受けて、ラインセンサ8の露光制御・複数ラインのデータ管理などを司る。
【0039】
ラインセンサ8とともに追加する回路は小規模な回路であり、一眼レフカメラのカメラボディ内に存在する空間内に十分収容できる大きさである。従って、一眼レフカメラに根本的な構造変更を強いるものではない。もちろん、既製の一眼レフカメラを改造しても良い。その際の改造の程度は少なくてすむ。
【0040】
図5に、ラインセンサ8の位置と、回転ミラーの回転に伴いラインセンサ上を移動する撮影光束による像I2の位置関係を示す。図中の矢印M1は、回転ミラーがペンタプリズムの下面に近づく方向(時計回り)に回転移動する際の像I2の移動方向を示す。矢印M2は、回転ミラーが初期位置に戻る際の像I2の移動方向を示す。本実施の形態による撮像装置は、M1とM2との2度の撮影機会を有している。
【0041】
図6は、撮像装置に含まれる(a)シャッタの動作タイミング、(b)ミラーの動作タイミング、(c)フィルム露光期間、(d)ラインセンサの駆動期間のタイミングを示すタイミングチャート図である。図5をも参照して動作について説明する。
【0042】
まず、時間t1において、シャッタボタン68が押され、シャッタのトリガパルスが制御部65に入力する。回転ミラーが初期位置から回転を始める。次いで、時間t2から時間t3までの間、回転ミラーが回転する。この回転ミラーの回転により撮影光束がラインセンサ8上を移動する期間を含む所定の期間内で、ラインセンサ8を駆動する。ラインセンサ8は、時間とともに移動する撮影光束に基づく光学的な画像データを電気的な画像データに変換する。時間t4においてミラーの回転が停止する。時間t5からt6までの間に、シャッタ板が移動し、フィルム面が露出する。撮影光束がフィルム面に結像し、フィルム面上に露光される。時間t7において、回転ミラーが初期位置に戻る動作を開始する。時間t8から時間t9までの間に、回転ミラーが回転することによる撮影光束の移動に伴い、ラインセンサ8を駆動させても良い。時間t10においてミラーの回転が停止する。
【0043】
以上の一連の動作により、フィルム面に被写体の像が露光されるとともに、ラインセンサにより被写体のデジタル画像データが得られる。このデジタル画像データに基づいてデジタル画像を表示することができる。
【0044】
尚、ラインセンサは、上述のように2回の撮影機会をもつが、いずれかの撮影機会を選択すれば1つのデジタル画像が得られる。撮影者が構図を決め、シャッタを押した時点からの期間が短いという点では、M1により得られた画像が好まれるであろう。また、M1とM2との両方の画像を記録することで、フィルムに記録された画像(潜像)の前後の画像を確認することができ、撮影者により大きな安心感を与えることができる。
【0045】
尚、メモリ67に蓄積される画像は、M1とM2とで上下反転する。また、ラインセンサでの蓄積時間(露光時間)である(t3−t2)又は(t9−t8)は、一眼レフカメラに付属するAE(露光調整情報)を利用して設定することができる。前述のように、一眼レフカメラに付属するAE(露光調整情報)を利用すれば、ラインセンサへの入射光の光量を予め推測することができる。尚、ラインセンサとフィルムとでは感度が異なるので、ラインセンサの光量を算出する場合には、フィルムカメラにおいて用いられる露光期間に対して所定の係数を乗算する必要がある。この係数はカメラごとに決まっており、工場出荷時に係数を設定することも可能である。
【0046】
一眼レフカメラ本体又は別途準備された表示モニタに、取り込んだデジタル画像データを表示させれば、撮影後に直ちに撮影画像を確認することが可能である。確認の結果、満足のいく画像が得られていれば、フィルム上にも満足のいく画像が撮影できていると判断するための目安になる。モニタに表示させた画像が満足いくものでなかった場合には、フィルム上に露光された画像も同様に満足のいくものではないと判断できる。撮影者は、同様の構図でもう一度撮影しておく必要があることを知る。尚、画像モニタをカメラに内蔵させてデジタル画像を表示させても良い。
【0047】
以上に説明したように、本実施の形態による撮像装置を用いると、一眼レフカメラにわずかな構造上の追加を行うだけで、フィルムに露光された画像が満足であるか否かの目安を得ることができる。さらに、ラインセンサにより取り込まれたデジタル画像データ自体も、通常のデジタルスチルカメラの場合と同様にデジタルデータとして利用することができる。もちろん、通常のデジタルスチルカメラと同様に、画像圧縮機能などを付加することも可能である。
【0048】
次に、ラインセンサによる1画面の取り込み時間について考察する。ここで、縦方向に1800画素、横方向に1200画素、合計216万画素のフルカラー画像を取り込む場合を考える。
【0049】
スキャンのサイズとして135サイズ(36mm×24mm)を前提とする。RGBの1色ずつに対して、1フレームが1200ラインであり、かつ、1ラインに1800画素が並んでいると仮定する。R,G,B3色で3ラインが並列しているものとする。加えて、各ラインセンサには、画素が20μmピッチで並んでいると仮定する。1画素当たりの処理時間が20MHzであると仮定する。
【0050】
上記仮定によれば、1ラインごとの走査速度は、1800/(20×106)=90μs/ラインとなる。1フレームは1200ラインであるから、1フレーム期間は、1200×90×10-6s、すなわち、108msと計算できる。
【0051】
1回の撮影機会に対して108msの期間を確保できれば、216万画素相当のフルカラーの画像を得ることができる。各ラインは並列動作する。各ラインの位置は、画像に対して例えば100μs程度シフトしており、それを考慮すると約120msの期間となる。
【0052】
次に、本発明の第2の実施の形態による撮像装置について、図7を参照して説明する。図7に示すように、撮像装置Cは、図1に示す撮像装置と基本的に同様の構造を有している。すなわち、撮像レンズ1と、ペンタプリズム2と、シャッタ板4と、回転ミラー5と、ファインダ6とを備えている。
【0053】
回転ミラー5の後方には、結像面(フィルム)3が配置されている、フィルム3と回転ミラー5との間にシャッタ板4が設けられている。
【0054】
本実施の形態による撮像装置Cは、ペンタプリズム2の上面2bが、ファインダー6への光路としては全反射条件を満たさずに、反射光の他に、一部の光は透過してしまうプリズムを有している装置の例である。この撮像装置Cでは、ペンタプリズム2の上面2bであって、被写体7とは反対側の端部近傍にラインセンサ8を設けている。ラインセンサ8は、ペンタプリズム2の上面2bにおける一部透過光を受光する。ラインセンサ8は、回転ミラー5の回転に伴って(図1において回転ミラー5が回転して下面2aと平行な位置5aになるまでに)被写体7の全像がラインセンサを横切る位置に取り付けられる。すなわち、ラインセンサ8は、光路と垂直な方向であって、表面をペンタプリズムの上面2bと水平でかつ撮像面を下方に向けて取り付けられている。ラインセンサ8とペンタプリズムの上面2bとを光学系の接着剤を用いて張り付けても良い。
【0055】
撮像装置Cにおいても、ペンタプリズムの下面2aに回転ミラーにより反射した撮影光束に基づく像が結像する。この像による光束の変化はペンタプリズムの上面2bにも影響する。本実施の形態による撮像装置は、ペンタプリズムの上面2bにおける光束の変化をラインセンサ5によって感知する。この上面2bに向かう撮影光束もペンタプリズムの下面に結像する像を形成する撮影光束と同様の輝度と色相とを有している。従って、上面に向かう撮影光束をラインセンサにより撮像すれば、フィルム面上に形成されるべき像と対応するデジタル画像データを得ることができる。
【0056】
この場合には、ラインセンサ8がペンタプリズム2の反射位置に設けられているため、ラインセンサを横切る像は鏡像である。従って、メモリへの書き込み又は読み出し時に実像の画像に変換する処理を行う必要がある。
【0057】
以上、本発明の実施の形態について例示したが、上記例示は制限的な意味を有さない。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【0058】
【発明の効果】
本発明による撮像装置によれば、一眼レフカメラで撮影しフィルム上に露光された画像と対応するデジタル画像データを得ることができる。このデジタル画像データに基づく画像を表示させれば、フィルムの現像前に撮影がうまくいったかどうかを確認することができる。また、このデジタル画像データを記録し、デジタル画像の形成のために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態による撮像装置の簡単な構成を示す概略図である。
【図2】 図2(A)から(C)までは、本発明の第1の実施の形態による撮像装置の動作原理図である。
【図3】 CCDラインセンサの平面図である。
【図4】 本発明の第1の実施の形態による撮像装置の機能ブロック図である。
【図5】 本発明の第1の実施の形態による撮像装置のうちラインセンサを像が横切る際の様子を示す概略図である。
【図6】 本発明の第1の実施の形態による撮像装置の動作債民具を示すタイミングチャート図である。
【図7】 本発明の第2の実施の形態による撮像装置の簡単な構成を示す概略図である。
【図8】 一般的な一眼レフカメラの構造を示す概略図である。
【符号の説明】
B 撮像装置
1 撮像レンズ
2 ペンタプリズム
3 結像面(フィルム)
4 シャッタ板
5 回転ミラー
5a 回転軸
6 ファインダ
7 被写体
8 ラインセンサ
Claims (5)
- 撮像レンズ系と、フィルムが配置される結像面と、該フィルムの前記撮像レンズ側の面を覆うシャッタ板と、を有する撮影光学系装置と、
該撮影光学系装置の光路中に退避可能に配置され回転動作によって退避する回転ミラーと、該回転ミラーによって反射された撮影光束を下面から入射させて進行方向を変換して出射させるペンタプリズムと、該ペンタプリズムから出射した撮影光束を観察するためのファインダとを含むファインダ系装置と、
前記ペンタプリズムの近傍であって、前記回転ミラーの回転に伴って該回転ミラーにより反射された撮影光束が横切る位置に設けられたラインセンサと
を備えた撮像装置。 - 前記ラインセンサは、前記ペンタプリズムの下面上または下面の延長上に配置されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記ラインセンサは、前記ペンタプリズムの反射面のいずれかに近接して配置されている
請求項1に記載の撮像装置。 - さらに、自動露出機構を有しており、
前記ラインセンサは、前記自動露出機構により得られた自動露出情報を用いて、前記ラインセンサの駆動期間を設定する駆動期間設定回路を含む
請求項1から3までのいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記露光期間設定回路は、
前記回転ミラーが前記光路から退避する際と、前記光路内に復帰する際のうちの少なくともいずれか一方の期間内に前記駆動期間を設定する回路である
請求項4に記載の撮像装置。
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