JP4606032B2 - 機械式絞り装置を具備するビデオカメラ - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラやカメラ一体型ビデオテープレコーダ等の、絞り羽根を動かすことにより開口部の大きさを変化させる機械式絞り装置を具備するビデオカメラに関する。

絞り羽根を動かすことにより開口部の大きさを変化させるガルバノ式などの機械式絞り装置は、被写体の明るさを検出するセンサーからの出力、もしくは撮像映像信号の輝度成分をフィードバックするサーボ方式で制御される。
特開平９−２１１５２９号公報そして、絞りを開放に設定する時は機械的な制限域に押し当てるような制御が行われている。また、この絞り装置を高速で駆動することによりメカシャッターとして使用する電子スチルカメラがある。

カメラ一体型ビデオテープレコーダ等で使用される機械式絞り装置は、通常サーボ方式で制御されるが、この場合、例えば絞りを開放に設定する時は機械的な制限域に押し当てるような制御が行われる。制限域に押し当てる制御を行うと通常ドライブＩＣからはドライブ能力の上限の電圧が出力される為消費電流が多くなる。

また、この絞り装置をメカシャッターとして使用する場合、機械的な制限域に押し当てた状態から、逆通電してシャッター動作させる場合と制限域の直前からシャッター動作させる場合では応答性が大きく異なる。通常、絞り値検出用のセンサが内蔵されているが、部品のばらつき等により機械的制限域に押し当てている状態かその直前なのかの判別ができないため、正確なシャッター制御が困難な領域が存在する。

更に、このような絞り装置は一般的にヒステリシスが大きく、目標絞り位置への設定方法により実際の絞り値が大きく変化する。

本願発明は、絞り羽根を動かすことにより開口部の大きさを変化させる機械式絞り装置を具備するビデオカメラにおいて、ヒステリシスの影響を排除した正確な絞り制御を可能にすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、駆動手段を用いて絞り羽根を動かすことにより開口部の大きさを変化させる機械式絞り装置を具備するビデオカメラにおいて、前記駆動手段に供給する駆動信号の値を、前記開口部の大きさを目標の大きさとする目標値から一旦所定の側に大きさが異なる値に設定し、所定時間経過後に前記目標値に設定する絞り羽根制御手段を備え、前記絞り羽根は弾性部材を用いて開口部が小さくなる方向に付勢されており、前記所定の側に大きさが異なる値とは目標値よりも大きな値である。

本願発明によれば、絞り羽根を動かすことにより開口部の大きさを変化させる機械式絞り装置を具備するビデオカメラにおいて、ヒステリシスの影響を排除した正確な絞り制御を可能にすることができる。

以下図面に従い、本発明の実施の形態について説明する。図１、図２、図３は本発明の実施の形態であるデジタルカメラを示した機能ブロック図およびその細部を示した図面であり、図４、図５、図６、図７は、その動作を示したフローチャートである。

図１において、デジタルカメラ１０は、フォーカスレンズ１２および絞り装置１４を具備している。被写体像（被写体の光像）は、これらの部材を通してＣＣＤで構成された撮像素子１６に入射される。撮像素子１６は、タイミングジェネレータ１８（ＴＧ）から出力されるタイミングパルスによって駆動される。タイミングパルスとしては、垂直転送パルス、水平転送パルス、非露光時間すなわち非電荷蓄積期間において受光部（図示せず）で生成された電荷をオーバーフロードレイン（図示せず）に掃き捨てる電荷掃き捨てパルスなどがある。

絞り装置１４は、図２に示すように、２枚の絞り羽根４１０，４１２を有している。絞り羽根４１０、４１２はレバー４０８が回動することにより互いに左右逆方向にスライドし、開放〜小絞りを形成する。レバー４０８は２つのマグネット４０６、４０６とムービングコイル４０４にて構成されるモータによって回動し、ホール素子４０２は絞り値検出用のセンサーであり、レバー４０８の回動角度に応じて出力を変化させることにより、図１および図３にて後述するドライバ４０に絞り羽根の開き具合をフィードバックする。絞り羽根４１０、４１２にはそれぞれ長穴４１０ａ、４１２ａが形成され、その中にピン４１０ｂ、４１２ｂが位置することにより動きが規制されている。また、長穴４１０ａ、４１２ａの端部４１０ｃ、４１２ｃが、それぞれピン４１０ｂ、４１２ｂに押し当てられることにより、絞り羽根４１０、４１２は開放端に到達し、絞り装置１４は全開放を形成する。さらに、ピン４１２ｂと絞り羽根４１２はスプリング等の弾性部材４１４によって繋がれおり、弾性部材４１４の弾性により絞り羽根４１２は常に閉じる方向に付勢されている。

次に、撮影準備状態にて行われる動画（スルー画）出力処理について説明する。図４は動画出力処理を示したフローチャートである。モード設定スイッチ４８をカメラ側に切り換えると、システムコントローラ４６は対応するキーステート信号をＣＰＵ４２に与える。すると、ＣＰＵ４２は、ＴＧ１８、信号処理回路２６などを含む信号処理ブロックならびにビデオエンコーダ３２、モニタ（ディスプレイ）３４などを含むエンコードブロックを起動すると共に、ドライバ４０におけるＰＷＭ出力の最大値を、全開放を形成するのに必要とする値よりも所定量ａだけ小さい値に制限する（Ｓ１）。ステップＳ１については、後で詳細に説明する。

ＴＧ１８は、上述のタイミングパルスを発生して撮像素子１６からカメラ信号（生画像信号）を読み出す。なお、ステップＳ２はＣＰＵ４２がカメラ信号の先頭である垂直同期信号Ｖの先頭に同期してステップＳ３〜Ｓ５を繰り返すことを示している。読み出されたカメラ信号は、ＣＤＳ回路２０およびＡＧＣ回路２２の各々で相関２重サンプリングおよびゲイン調整が施される。ゲイン調整が施されたカメラ信号は、ＡＤ変換器２４を通してデジタル信号に変換され、信号処理回路２６に与えられる。信号処理回路２６は、与えられたカメラ信号に基づいて周知のホワイトバランス補正処理を行い（Ｓ３）、ＹＵＶ信号を生成し、生成されたＹＵＶ信号を書き込みリクエストとともにメモリ制御回路２８に出力する。ＹＵＶ信号は、メモリ制御回路２８によってＳＤＲＡＭ３０に書き込まれる。

ＳＤＲＡＭ３０に書き込まれたＹＵＶ信号は、その後、ビデオエンコーダ３２から出力された読み出しリクエストに基づいて、同じメモリ制御回路２８によって読み出される。ビデオエンコーダ３２は読み出されたＹＵＶ信号をＮＴＳＣフォーマットのコンポジット画像信号に変換し、変換したコンポジット画像信号をモニタ３４に与える。この結果、被写体の動画像（スルー画像）が、リアルタイムでモニタ３４に表示される。

信号処理回路２６で生成されたＹＵＶ信号のうち、Ｙ信号は、輝度評価回路３６にも入力される。輝度評価回路３６ではＹ信号が１フィールド毎に積分され、これによって１画面分の積分値が求められる。この積分値が輝度評価値である（Ｓ４）。そして、求められた輝度評価値を基に最適露出値が算出され、それに応じたＰＷＭ信号がＣＰＵ４２からドライバ４０に出力されることにより絞り装置１４が駆動され、露出補正処理が行われる（Ｓ５）。

ドライバ４０の詳細を図３に示す。ＣＰＵ４２から出力されたＰＷＭ信号は、端子５０２より入力され、平滑回路５０４、オペアンプ５０６によりＰＷＭ信号のデューティに応じた大きさを持つＰＷＭ出力となる。一方、絞り装置１４に設けられたホール素子４０２からの出力＋及び出力−は、それぞれ端子５０８ａ、５０８ｂに入力され、オペアンプ５１０により１つのホール素子出力となる。ＰＷＭ出力とホール素子出力は、オペアンプ５１２により差動増幅され、電圧Virisとして絞り装置１４のムービングコイル４０４に与えられる。つまり、ＣＰＵ４２から出力されたＰＷＭ信号のデューティを変化させることによって所望の絞りを設定する。

図８は、上記ＰＷＭ出力と絞り装置１４による絞り値との関係を示したグラフである。ＰＷＭ出力が大きくなるに従って絞り装置１４の開口部は大きくなり、ＰＷＭ出力が所定値よりも大きくなると、絞りは開放端（全開放）に到達する。 次にステップＳ１について詳細に説明する。図９は、ＣＰＵ４２から出力されたＰＷＭ信号を平滑したＰＷＭ出力と、絞り装置１４のムービングコイル４０４に与えられる電圧Virisとの関係を示したグラフである。ＰＷＭ出力が大きくなると、絞り装置１４を開ける方向の電圧Virisが高くなっていく。絞り羽根４１０、４１２が開放端に到達すると、ホール素子４０２の出力は変化しなくなるため、急激に電圧Virisが高くなる。つまり、絞り羽根の所定部を機械的な制限位置に押し当てることにより全開放を形成する絞り装置１４を開放に設定すると消費電流が増加する。そこで、動画出力時にはステップＳ１を実行し、ＰＷＭ出力の最大値を、全開放を形成するのに必要とする値よりも所定量ａだけ小さい値に制限することにより、絞り羽根を開放端に押し当てること禁止し、消費電流が増加するのを阻止している。

次に、静止画を撮影する撮影処理について説明する。図５は撮影処理を示したフローチャートである。オペレータがシャッターボタン５０を押すと、システムコントローラ４６は、シャッターボタン５０が押されたことを示すキーステート信号をＣＰＵ４２に出力する。そして、ＣＰＵ４２はまず撮像素子１６をプリ露光し、これによって得られたカメラ信号に基づき輝度評価回路３６により輝度評価値を検出し、検出した輝度評価値を基に周知の技術により露出値（Ｆナンバー及びシャッター速度）を算出する（Ｓ１１）。

ＣＰＵ４２は続いて、フォーカス調整を行う（Ｓ１２）。すなわち、ドライバ４１を駆動してフォーカスレンズ１２を複数の位置に順次セットし、かつ各々の位置で所定時間のプリ露光を行う。プリ露光では、信号処理回路２６で生成されたＹＵＶ信号のうち、Ｙ信号は、フォーカス評価回路３７にも入力される。フォーカス評価回路３７ではＹ信号の高域周波数成分が１フィールド毎に積分される。これによって得られた積分値が、ＡＦ評価値である。そして、プリ露光によって撮影された被写体のＡＦ評価値をフォーカス評価回路３７から取り込み、取り込んだ複数のＡＦ評価値から最大ＡＦ評価値を特定する。そして、特定した最大ＡＦ評価値に対応するレンズ位置にフォーカスレンズ１２を配置する。

次に、ＣＰＵ４２は絞り補正と称するサブルーチンを実行する（Ｓ１３）。図６に該サブルーチンを示す。先ずステップＳ１１にて算出されたＦナンバーが全開放を示す値よりも大きく所定値Ｃよりも小さいか否かを検出し（Ｓ２１）、そうであればＦナンバーを全開放を示す値に変更し（Ｓ２２）、該変更により露出オーバーになる分をキャンセルするためにシャッター速度を補正し（Ｓ２３）、そうでなければＦナンバーの変更およびシャッター速度の補正は行わない。
ステップＳ２３におけるシャッター速度の補正は、次の式を用いて行われる。

図６に示したサブルーチンが果たす役割について、図１０を用いて説明する。図１０は、前記ＰＷＭ出力と絞り装置１４によるメカシャッタースピードとの関係を示したグラフである。本露光により撮像素子１６の受光部（図示せず）で生成された電荷を静止画として全画素読み出すには所定の時間を要する。その間、不要な電荷が受光部で生成されないようにするために、絞り装置１４のムービングコイル４０４に逆方向に電圧をかけ、絞りを閉じることにより受光部へ光が入るのを防ぐ。これが、絞り装置１４によるメカシャッターである。

ＰＷＭ出力が高くなるに従って絞りは開く為、メカシャッタースピードは遅くなるがＰＷＭ出力が所定値より高くなると、絞り装置１４は全開放に到達する為、メカシャッター動作が急激に遅くなる。絞り装置１４が開放とその直前でメカシャッタースピードに大きな差が発生する。

メカシャッターとしての制御は図１０に示した相関関係をあらかじめデータとして持つかレンズ毎に数ポイントの絞り位置でメカシャッターとして駆動させ、その測定値を調整値として持ち、測定ポイントの間を直線補間等の処理によって算出し制御する方法が取られる。しかしながら、いずれにしても、図１０にＸで示した全開放の周辺では、設定したＦナンバーと実際のＦナンバーに誤差が発生すると、メカシャッター制御の誤差が非常に大きくなってしまう。例えば、開放端からわずかに絞り込んだ所に設定したつもりが、実際には開放端となっている場合はメカシャッターのスピードが予定と大きく異なってしまう。そこで、各部品の誤差を考慮し、全開放から所定値Ｃまで絞り込んだ絞りは使用せず、全開放のＦナンバーで丸める処理として、図６に示した絞り補正と称するサブルーチン処理を行うと、上記問題の発生を防ぐ事が可能となる。

なお、図４に示した動画出力処理では、消費電流の増加を抑えるために、絞り装置１４を全開放の状態で使用することを禁止しているが、撮影処理では、絞り装置１４が全開放となる期間は短く、消費電流の増加はあまり問題にはならない。それよりも、少しでも多くの露光量を得ることを可能にすることが重要である。よって、撮影処理では絞り装置１４を全開放とすることを禁止していない。

ステップＳ１３の絞り補正が終了すると、次にＣＰＵ４２は、ステップＳ１１およびＳ１３にて算出された絞りの目標値となるように絞り装置１４を駆動する（Ｓ１４）。ステップＳ１４はサブルーチンであり、図７に詳細を示す。

すなわち、ＣＰＵ４２は、設定すべきＦナンバーに対応するＰＷＭ０を算出し（Ｓ３１）、まずＰＷＭ０＋ｂ０に設定し（Ｓ３２）、所定時間（ｔ０）待機し（Ｓ３３）、ＰＷＭ０＋ｂ１に設定し（Ｓ３４）、所定時間（ｔ１）待機し（Ｓ３５）、ＰＷＭ０に設定し（Ｓ３６）、所定時間（ｔ２）待機し（Ｓ３７）、メインルーチンに戻る。図１１は、ステップＳ３２からＳ３７までの動作を示したタイミングチャートである。

図２に示す通り、絞り羽根４１０、４１２はムービングコイル４０４で駆動され、絞り羽根４１０、４１２とレバー４０８との連結部分のクリアランス等によるヒステリシスがあるが、本実施の形態では常に開放側からの設定になるため、ヒステリシスの影響が少なくなり、繰り返し絞り値を変更しても、設定誤差を小さくすることが可能となる。

また、ＰＷＭ出力を急激に変化させた場合、図１２に示すように、絞り装置１４はダイナミックに動作するため、ホール素子４０２の出力波形に現われるような過渡応答が発生するが、本実施の形態では、所定方向から少しづつ目標絞りに近づける動作となるため、過渡応答による不安定動作が押さえられる為、絞り設定の繰り返し再現性が高くなる。

ステップＳ１４の絞り駆動が終了すると、次にＣＰＵ４２は、実際に記録される画像信号の基となるカメラ信号を生成すべく本露光を行う（Ｓ１５）。本露光では、ステップＳ１１やステップ２３にて算出されたシャッター速度に応じて撮像素子１６における電子シャッターが実行され、絞り装置１４はメカシャッターとして機能する。

ずなわち、図１３に示すように、撮像素子１６における掃き捨て期間は本露光が行われる１フィールド期間の最初から始まり、掃き捨て期間の終了時期が制限される。これに応じて電荷蓄積期間が変化し、所望のシャッター速度が得られる。このように掃き捨てパルスによって露光時間を制御する技術は、電子シャッター機能として周知である。また、絞り装置１４は、撮像素子１６の蓄積期間終了時に絞りが閉じるように、図１０に示した相関関係に応じて決まるメカシャッタースピードに応じたタイミングでムービングコイル４０４に逆方向に電圧をかける。

本露光によって生成されたカメラ信号は、上述と同じ要領でＹＵＶ信号に変換され、ホワイトバランス補正処理が施されＳＤＲＡＭ３０に書き込まれる（Ｓ１６）。ＳＤＲＡＭ３０に書き込まれたＹＵＶ信号はＪＰＥＧコーデック３８からの読み出しリクエストに基づいて読み出され、ＪＰＥＧコーデック３８によって圧縮処理を施される（Ｓ１７）。これによって得られた圧縮ＹＵＶ信号は、メモリ制御回路２８によってＳＤＲＡＭ３０に一旦格納された後、ＣＰＵ４２からのリクエストに応じて読み出される。読み出された圧縮ＹＵＶ信号は、ＣＰＵ４２によってメモリカード４４に記録される（Ｓ１８）。
以上で撮影処理が完了する。

本発明の実施の形態を示した機能ブロック図である。 図１の細部を示した機構図である。 図１の細部を示した回路図である。 本発明の実施の形態の動作を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態の動作を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態の動作を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態の動作を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態の動作を示したグラフである。 本発明の実施の形態の動作を示したグラフである。 本発明の実施の形態の動作を示したグラフである。 本発明の実施の形態の動作を示したタイミングチャートである。 従来技術の動作を示したタイミングチャートである。 本発明の実施の形態の動作を示したタイミングチャートである。

符号の説明

１４ 絞り装置
１６ 撮像素子
１８ タイミングジェネレータ
２６ 信号処理
３６ 輝度評価回路
４０ ドライバ
４２ ＣＰＵ
４０２ ホール素子
４１０、４１２ 絞り羽根
４１０ａ、４１２ａ 長穴
４１０ｂ、４１２ｂ ピン

Claims (1)

1. 駆動手段を用いて絞り羽根を動かすことにより開口部の大きさを変化させる機械式絞り装置を具備するビデオカメラにおいて、前記駆動手段に供給する駆動信号の値を、前記開口部の大きさを目標の大きさとする目標値から一旦所定の側に大きさが異なる値に設定し、所定時間経過後に前記目標値に設定する絞り羽根制御手段を備え、
   前記絞り羽根は弾性部材を用いて開口部が小さくなる方向に付勢されており、前記所定の側に大きさが異なる値とは目標値よりも大きな値であることを特徴とする機械式絞り装置を具備するビデオカメラ。