JP4042529B2

JP4042529B2 - デジタルカメラ

Info

Publication number: JP4042529B2
Application number: JP2002315189A
Authority: JP
Inventors: 晃治古林
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2004153474A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラに係り、特にメカニカルシャッタと電子シャッタとを併用して露光時間を制御するデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルムの代りに撮像素子を用いて画像をデジタル信号に変換し、記録するデジタルカメラでは、電子シャッタで撮像素子の電荷蓄積時間を制御することにより、適正な露光量を得ている。
【０００３】
しかしながら、電子シャッタのみで撮像素子の電荷蓄積時間を制御すると、電荷の転送期間中に撮像素子に入射する光によってスミア等が発生するという問題がある。
【０００４】
そこで、撮像素子の前段位置にメカニカルシャッタを設置し、露光終了と同時にこのメカニカルシャッタを閉じることにより、不要な露光を防止するようにしたデジタルカメラがある（たとえば、特許文献１、２、３）。
【０００５】
ところで、このメカニカルシャッタは、できるだけ高い電圧で駆動した方が動作のバラツキを少なくでき、精度よく制御することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−８３８７５号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−２３４５５２号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平１１−２３４５５３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メカニカルシャッタを高い電圧で駆動すると、電流のピークが発生するため、電池を使用したシステムでは、電圧降下が起こり、ＣＰＵが暴走したり、信号処理が正常にできなくなるという欠点がある。
【００１０】
また、この電圧降下を考慮して、バッテリーエンド（システムがダウンする電圧）を高く設定すると、電池で使用できる時間が短くなる（撮影可能枚数が少なくなる）という欠点がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、電池のもちをよくすることができるデジタルカメラを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、前記目的を達成するために、撮像素子への入射光路を開閉するメカニカルシャッタを備え、設定された露光時間で前記撮像素子を露光後、前記メカニカルシャッタを閉じて前記撮像素子への入射光路を遮蔽するデジタルカメラにおいて、前記メカニカルシャッタの駆動電圧を調節する駆動電圧調節手段と、前記撮像素子の露光時間に応じて前記メカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように前記駆動電圧調節手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするデジタルカメラを提供する。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、前記制御手段は、前記撮像素子の露光時間が規定時間以上になると、前記メカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように前記駆動電圧調節手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明によれば、撮像素子の露光時間に応じてメカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように駆動電圧調節手段で制御される。すなわち、メカニカルシャッタは、駆動電圧が高いほど動作のバラツキを少なくできるが、このバラツキの影響は露光時間が長くなるほど少なくなる。そこで、撮像素子の露光時間が長くなるに従ってメカニカルシャッタの駆動電圧を下げることにより、電池のもちをよくする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るデジタルカメラの好ましい実施の形態について詳説する。
【００１６】
図１、図２は、それぞれ本発明が適用されたデジタルカメラの一実施形態を示す正面図と背面図である。
【００１７】
デジタルカメラ１０のカメラ本体１２は、矩形の箱状に形成されており、その正面には撮影レンズ１４、ファインダー窓１６、セルフタイマーランプ１８等が設けられている。また、カメラ本体１２の上面には、レリーズボタン２０、ポップアップ式のストロボ２２が設けられ、背面には、ファインダ接眼部２３、電源ボタン２４、モードレバー２６、十字ボタン２８、メニュー／ＯＫボタン３０、キャンセルボタン３２、液晶モニタ３４等が設けられている。
【００１８】
カメラ本体１２の背面に設けられたモードレバー２６は、カメラのモード設定に用いられ、このモードレバー２６の位置を変えることにより、カメラのモードが「撮影モード」と「再生モード」に選択的に設定される。
【００１９】
十字ボタン２８は、対応する４方向の指示を入力するボタンとして使用され、この十字ボタン２８でメニュー画面からメニュー項目を選択したり、各種設定項目を選択したりする。また、この十字ボタン２８のうち上下のボタンは、撮影モード下でズームボタンとして機能し、左右のボタンは、再生モード下でコマ送り・コマ戻しボタンとして機能する。
【００２０】
また、メニュー／ＯＫボタン３０は、メニュー画面の表示や選択内容の確定、実行などに使用され、キャンセルボタン３２は、メニューから選んだ項目の取消や一つ前の操作状態に戻る際に使用される。
【００２１】
液晶モニタ３４は、メニューの表示画面として使用されるとともに、再生モード下で撮影した画像の再生用モニタとして使用される。また、撮影モード下において、画角確認用の電子ビューファインダとしても使用される。
【００２２】
図３は、本実施の形態のデジタルカメラ１０の内部構造を示すブロック図である。
【００２３】
同図において、中央処理装置（ＣＰＵ）３６は、本カメラシステムを統括制御する制御部であり、ＲＯＭ３７に記録されたプログラムに従って各構成回路を制御する。
【００２４】
また、システムの電源は、カメラ本体１２に装着された電池３８から供給される。電池３８の電力は、電源回路３８Ａに備えられたＤＣ／ＤＣコンバータによって所要の電圧に変換された後、電源回路３８Ａによりカメラ内の各回路に供給される。
【００２５】
上述したように、カメラのモードはモードレバー２６にて設定され、このモードレバー２６を「撮影モード」に設定すると、モードスイッチ２６Ａの接点がａ端子に接続され、「再生モード」に設定すると、モードスイッチ２６Ａの接点がｂ端子に接続される。このモードスイッチ２６Ａの接続状況を示す信号は、ＣＰＵ３６に出力され、ＣＰＵ３６は、この信号に基づいてカメラの設定モードを検出する。
【００２６】
さて、撮影モードの下、撮影レンズ１４に入射した被写体光は、ターレット型絞り４０及びメカニカルシャッタ４２を介して撮像素子４４の受光面に入射される。
【００２７】
撮像素子４４には、ＣＣＤ型、ＭＯＳ型、ＣＩＤ型などの公知の撮像素子が用いられ、この撮像素子４４によって被写体光が電気信号に光電変換される。なお、本実施の形態のデジタルカメラ１０ではＣＣＤ型撮像素子（以下、「ＣＣＤ」）が採用される。
【００２８】
ＣＣＤ４４の受光面には、多数のフォトセンサが２次元的に配列されており、受光面に入射された被写体光は、各フォトセンサによって入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。そして、各フォトセンサに蓄積された信号電荷は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４６から与えられるタイミングパルスに従って読み出され、垂直転送路及び水平転送路を介して信号電荷に応じた電圧信号（画像信号）として出力される。
【００２９】
また、このＣＣＤ４４は、ＴＧ４６から与えられる電荷掃き出しパルスによって各フォトセンサに蓄積された信号電荷を掃き捨てる機能を備えており、この電荷掃き出しパルスによって各フォトセンサに蓄積される電荷の蓄積時間（シャッタスピード）が制御される（いわゆる電子シャッタ機能）。なお、このＣＣＤ４４の露光制御については、後に詳述する。
【００３０】
ＣＣＤ４４から出力された画像信号は、相関二重サンプリング回路・増幅器（ＣＤＳ・ＡＧＣ）４８に加えられ、ここで相関二重サンプリング処理、色分離処理などの信号処理が施された後、各色信号の信号レベルの調整が行なわれる。そして、Ａ／Ｄ変換器５０に加えられ、アナログからデジタルの画像信号に変換されて出力される。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換器５０から出力された画像信号は、画像入力コントローラ５１を介して画像信号処理回路５２に入力される。そして、この画像信号処理回路５２において、オフセット処理、ホワイトバランス補正及び感度補正を含むゲインコントロール処理、ガンマ補正処理等の所定の信号処理が施された後、ＶＲＡＭ５４に出力される。
【００３２】
ＶＲＡＭ５４には、それぞれ１コマ分の画像データを記憶するＡ領域とＢ領域とが含まれており、このＡ領域とＢ領域に１コマ分の画像データが交互に書き換えられる。そして、このＶＲＡＭ５４のＡ領域とＢ領域から交互に画像データが読み出され、ビデオエンコーダ５６を介して液晶モニタ３４に出力される。これにより、液晶モニタ３４に画角確認用のスルー画が表示される。
【００３３】
レリーズボタン２０は、いわゆる「半押し」と「全押し」の２段構造とされており、「半押し」でＳ１信号が出力され、「全押し」でＳ２信号が出力される。ＣＰＵ３６は、このレリーズボタン２０から出力されるＳ１信号とＳ２信号を検出することにより、レリーズボタン２０の「半押し」と「全押し」を検出する。そして、「半押し」を検出することにより、ピント合わせと測光を行い、「全押し」を検出することにより、撮影を実行する。
【００３４】
レリーズボタン２０が半押しされると、まず、Ａ／Ｄ変換器５０から出力された画像信号が、画像入力コントローラ５１を介してＡＦ検出回路５８とＡＥ／ＡＷＢ検出回路６０に入力される。
【００３５】
ＡＦ検出回路５８は、入力された画像データに基づいて画像のコントラスト情報をＣＰＵ３６に出力する。
【００３６】
一方、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路６０は、撮像領域を６４分割（水平方向８・垂直方向８）して得られる各分割領域ごとにＲＧＢの画像データをＲＧＢごとに積算し、その各領域ごとのＲＧＢの積算データをＣＰＵ３６に出力する。
【００３７】
ＣＰＵ３６は、ＡＦ検出回路５８から出力されたコントラスト情報に基づいてモータドライバ１４Ａに駆動信号を出力し、被写体にピントが合うように撮影レンズ１４を駆動制御する。
【００３８】
また、ＣＰＵ３６は、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路６０から出力された積算データに基づいて被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出し、この撮影Ｅｖ値に基づいて絞り値（Ｆ値）とシャッタスピード（露光時間）を決定する。
【００３９】
以上によりピント合わせと測光が行なわれ、この状態からレリーズボタン２０が全押しされると、撮影処理が行なわれる。
【００４０】
まず、ＣＰＵ３６は、モータドライバ３６Ａに駆動信号を出力し、決定したＦ値になるように絞り４０を駆動制御するとともに、決定したシャッタスピードに基づいてＣＣＤ４４の電荷蓄積時間を制御する。
【００４１】
このようにして撮影された１コマ分の画像データは、ＣＣＤ４４からＣＤＳ・ＡＧＣ４８、Ａ／Ｄ変換器５０、画像入力コントローラ５１を介してメモリ（ＳＤＲＡＭ）６２に入力され、ＳＤＲＡＭ６２から画像信号処理回路５２に出力される。そして、この画像信号処理回路５２によって輝度データ及び色差データの生成処理（ＹＣ処理）を含む所定の信号処理が施される。
【００４２】
ＹＣ処理が施された画像データは、一旦ＳＤＲＡＭ６２に格納されたのち、圧縮伸長処理回路６４に出力され、ここでＪＰＥＧ等の所定の形式に従った圧縮処理が施される。この後、画像データは一旦ＳＤＲＡＭ６２に格納された後、メディアコントローラ６６に読み出され、カードスロットに装填されたメモリカード６８に記録される。
【００４３】
以上のようにしてメモリカード６８に記録された画像データは、カメラのモードを再生モードに設定することでメモリカード６８から読み出され、液晶モニタ３４に表示される。すなわち、まず、メモリカード６８に記録された画像データが、メディアコントローラ６６を介してメモリカード６８からＳＤＲＡＭ６２に読み出される。そして、ＳＤＲＡＭ６２から圧縮伸張処理回路６４に出力され、ここでデータ伸長されたのち再びＳＤＲＡＭ６２に記憶される。この後、ＳＤＲＡＭ６２からビデオエンコーダ５６を介して液晶モニタ３４に出力され、液晶モニタ３４に表示される。
【００４４】
ところで、上記のように本実施の形態のデジタルカメラ１０には、メカニカルシャッタ４２が備えられており、被写体光は、このメカニカルシャッタ４２を介してＣＣＤ４４の受光面に入射される。このメカニカルシャッタ４２は、ＣＣＤ４４の露光終了と同時に閉められて、ＣＣＤ４４への光の入射を防止する。すなわち、メカニカルシャッタ４２は、露光の終点を規定する。
【００４５】
図４は、メカニカルシャッタ４２の構成を示す正面図である。同図に示すように、メカニカルシャッタ４２は、シャッタ板７０に形成された円形状の開口部７０Ａをシャッタ羽根７２で開閉することにより、ＣＣＤ４４への被写体光の入射光路を開閉する。
【００４６】
シャッタ羽根７２は、円盤状に形成されており、揺動アーム７４の先端に取り付けられている。揺動アーム７４は、その基端部に連結された回転軸７６を軸受７８に軸支されており、一対のストッパ８０Ａ、８０Ｂの間を揺動する。そして、この揺動アーム７４が、一方のストッパ８０Ａに当接することにより、シャッタ板７０に形成された開口部７０Ａがシャッタ羽根７２で閉じられ、他方側のストッパ８０Ａに当接することにより、開口部７０Ａが開けられる。
【００４７】
ここで、この揺動アーム７４の駆動は、一対の電磁石８２Ａ、８２Ｂで行なわれる。すなわち、一方の電磁石８２Ａに駆動電圧を印加すると、揺動アーム７４に固着された鉄片８４が一方の電磁石８２Ａに吸引され、一方のストッパ８０Ａに当接する。これにより、シャッタ板７０の形成された開口部７０Ａがシャッタ羽根７２で閉じられる。また、他方の電磁石８２Ｂに駆動電圧を印加すると、揺動アーム７４に固着された鉄片８４が他方の電磁石８２Ｂに吸引され、他方のストッパ８０Ｂに当接する。これにより、シャッタ板７０の形成された開口部７０Ａが開けられる。このように、メカニカルシャッタ４２は、一対の電磁石８２Ａ、８２Ｂに選択的に駆動電圧を印加することにより開閉される。
【００４８】
ここで、この一対の電磁石８２Ａ、８２Ｂへの駆動電圧の印加は、図３に示すように、ソレノイドドライバ４２Ａを介して行なわれ、ソレノイドドライバ４２Ａは、ＴＧ４６から出力されるメカニカルシャッタ駆動パルスに基づいて電磁石８２Ａ、８２Ｂに駆動電圧を印加する。ＣＰＵ３６は、このＴＧ４６から出力するメカニカルシャッタ駆動パルスを設定する。
【００４９】
また、この一対の電磁石８２Ａ、８２Ｂに印加する駆動電圧は、電子ボリューム（ＥＶＲ・Ｄ／Ａ）８６で調節され、ＣＰＵ３６は、この電子ボリューム８６から出力されるメカニカルシャッタ４２の駆動電圧を設定する。
【００５０】
この際、ＣＰＵ３６は、この電子ボリューム８６から出力されるメカニカルシャッタ４２の駆動電圧をシャッタスピード（露光時間）に応じて設定する。
【００５１】
すなわち、メカニカルシャッタ４２は、駆動電圧（電磁石８２Ａ、８２Ｂに印加する電圧）が高いほど、動作のバラツキを少なくでき、高い精度で作動させることができる。
【００５２】
しかし、メカニカルシャッタ４２の駆動電圧を高く設定すると、電池３８で使用できる時間が短くなってしまう。
【００５３】
一方、メカニカルシャッタ４２の動作のバラツキが撮影画像に及ぼす影響は、シャッタスピードが速くなるほど大きく、シャッタスピードが遅くなるに従って少なくなってゆく（露光時間が短くなるほど大きく、露光時間が長くなるに従って少なくなる。）。
【００５４】
そこで、ＣＰＵ３６は、シャッタスピードに応じてメカニカルシャッタ４２の駆動電圧を設定し、電池３８で使用できる時間を長くする。
【００５５】
以下、このメカニカルシャッタ４２の駆動制御を含むＣＣＤ４４の露光制御について説明する。
【００５６】
図５は、ＣＣＤの露光制御時のタイミングチャートである。同図において、▲１▼は垂直同期信号（ＶＤ）、▲２▼は電荷読出しパルス、▲３▼は電荷掃き出しパルス、▲４▼はメカニカルシャッタ動作、▲５▼はメカニカルシャッタ駆動パルス、▲６▼は電力信号を示している。
【００５７】
ＣＣＤ４４の受光部に蓄積されている電荷は、電荷掃き出しパルスを印加することにより、掃き出しドレイン（基板側）に掃き出され、これにより、露光期間の開始位置が制御される。なお、電荷掃き出しパルスの開始位置は、電荷読出しパルスによって制御される。
【００５８】
一方、露光期間の終了位置は、ソレノイドドライバ４２Ａにメカニカルシャッタ駆動パルス▲４▼を印加して、メカニカルシャッタ４２を閉じ、ＣＣＤ４４の受光部に入射される被写体光を遮ることにより制御される。
【００５９】
そして、この露光終了後、電荷読出しパルスを印加することにより、ＣＣＤ４４の受光部に蓄積されている電荷が読み出され、垂直転送路及び水平転送路を介して信号電荷に応じた画像信号として出力される。
【００６０】
なお、本例では２フィールド読出し、すなわち１フィールド目で奇数ライン（ＲＧライン又はＢＧラインの一方）の電荷が読み出され、２フィールド目で偶数ライン（ＲＧライン又はＢＧラインの他方）の電荷が読み出される。
【００６１】
さて、上記のように、露光の終点は、メカニカルシャッタ４２を閉じることにより規定される。そして、このメカニカルシャッタ４２の駆動電圧は、高いほどバラツキなくメカニカルシャッタ４２を作動させることができる。
【００６２】
しかし、メカニカルシャッタ４２の動作のバラツキが撮影画像に及ぼす影響はシャッタスピードが速い場合であり、シャッタスピードが遅い場合、メカニカルシャッタ４２の動作に多少バラツキが生じても、撮影画像には、ほとんど影響を及ぼさない。
【００６３】
このため、ＣＰＵ３６は、測光の結果、設定されたシャッタスピードが、あらかじめ設定された基準値を下回ると、メカニカルシャッタ４２の駆動電圧を下げる（電子ボリューム８６に設定するメカニカルシャッタ４２の駆動電圧を下げる。）。
【００６４】
すなわち、図６に示すように、ＣＰＵ３６は、測光の結果、設定されたシャッタスピードSPが、基準値SP₀以上の場合（露光時間が基準時間以下の場合）は、基準駆動電圧Ｖ₀でメカニカルシャッタ４２を駆動し、シャッタスピードSPが、基準値SP₀を下回ると（露光時間が規定時間を上回ると）、基準駆動電圧Ｖ₀よりも低い省電用駆動電圧Ｖ₁でメカニカルシャッタ４２を駆動する。
【００６５】
このように、シャッタスピードに応じてメカニカルシャッタ４２の駆動電圧を調節することにより、撮影画像に影響をあたえることなく、電池３８で使用できる時間を長くすることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、設定されたシャッタスピードSPが、基準値SP₀以上の場合は、基準駆動電圧Ｖ₀でメカニカルシャッタ４２を駆動し、シャッタスピードSPが、基準値SP₀を下回ると、基準駆動電圧Ｖ₀よりも低い省電用駆動電圧Ｖ₁でメカニカルシャッタ４２を駆動するようにしているが、シャッタースピードに応じて段階的に駆動電圧を変えるようにしてもよい。シャッタースピードが遅くなるに従って段階的に駆動電圧を下げるように制御する。
【００６７】
また、本実施の形態では、メカニカルシャッタ４２を電磁石８２Ａ、８２Ｂで駆動しているが、メカニカルシャッタの駆動手段は、これに限定されるものではなく、たとえばモータで駆動してもよい。
【００６８】
さらに、メカニカルシャッタの構造は、本実施の形態のものに限定されるものではなく、他の構造のものを用いてもよい。
【００６９】
また、本実施の形態において、シャッタースピード（露光時間）は、測光の結果に基づいてカメラ側が最適な露出条件となるように自動的に設定するように構成しているが、撮影者が手動で設定した場合（いわゆるシャッター速度優先ＡＥの場合）についても同様に適用することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮像素子の露光時間に応じてメカニカルシャッタの駆動電圧を制御することにより、撮影画像に影響を及ぼすことなく、電池のもちをよくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたデジタルカメラの一実施形態を示す正面図
【図２】本発明が適用されたデジタルカメラの一実施形態を示す背面図
【図３】デジタルカメラの内部構造を示すブロック図
【図４】メカニカルシャッタの構成を示す正面図
【図５】ＣＣＤの露光制御時のタイミングチャート
【図６】ＣＣＤの露光制御時のタイミングチャート
【符号の説明】
１０…デジタルカメラ、１２…カメラ本体、１４…撮影レンズ、１６…ファインダー窓、１８…セルフタイマーランプ、２０…レリーズボタン、２２…ストロボ、２３…ファインダ接眼部、２４…電源ボタン、２６…モードレバー、２６Ａ…モードスイッチ、２８…十字ボタン、３０…メニュー／ＯＫボタン、３２…キャンセルボタン、３４…液晶モニタ、３６…中央処理装置（ＣＰＵ）、３７…ＲＯＭ、３８…電池、３８Ａ…電源回路、４０…絞り、４２…メカニカルシャッタ、４２Ａ…ソレノイドドライバ、４４…撮像素子（ＣＣＤ）、４６…タイミングジェネレータ（ＴＧ）、４８…相関二重サンプリング回路・増幅器（ＣＤＳ・ＡＧＣ）、５０…Ａ／Ｄ変換器、５１…画像入力コントローラ、５２…画像信号処理回路、５４…ＶＲＡＭ、５６…ビデオエンコーダ、５８…ＡＦ検出回路、６０…ＡＥ／ＡＷＢ検出回路、６２…メモリ（ＳＤＲＡＭ）、６４…圧縮伸長処理回路、６６…メディアコントローラ、６８…メモリカード、７０…シャッタ板、７０Ａ…開口部、７２…シャッタ羽根、７４…揺動アーム、７６…回転軸、７８…軸受、８０Ａ、８０Ｂ…ストッパ、８２Ａ、８２Ｂ…電磁石、８４…鉄片、８６…電子ボリューム（ＥＶＲ・Ｄ／Ａ）

Claims

撮像素子への入射光路を開閉するメカニカルシャッタを備え、設定された露光時間で前記撮像素子を露光後、前記メカニカルシャッタを閉じて前記撮像素子への入射光路を遮蔽するデジタルカメラにおいて、
前記メカニカルシャッタの駆動電圧を調節する駆動電圧調節手段と、
前記撮像素子の露光時間に応じて前記メカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように前記駆動電圧調節手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
前記制御手段は、前記撮像素子の露光時間が規定時間以上になると、前記メカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように前記駆動電圧調節手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。