JPH07114465B2 - テレビジヨンカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 この発明は、露出時間制御手段を持つカメラ、特に露出
時間を変えるための自動制御式可変開口度シヤツタ機構
を有するカメラに関する。

真空管型のカラーカメラでは、有効露出時間が1/30秒
で、それぞれ1/60秒の２つの飛越しフイールドから成つ
ている。この真空管型カメラの欠点の１つは、高速で運
動する被写体を撮像するときの解像度が悪いことであ
る。この様なカメラで露出時間を短くするために光学的
シヤツタの利用が検討されたことがあるが、真空管型感
知器の遅延特性のため、その結果はそれ程優れたもので
はなかつた。

固体カメラは零遅延のため高速運動の被写体の撮像には
良好な感知器である。現在ではこの様な零遅延装置のた
めに光学的シヤツタを用いてカメラの動的解像度を容易
に向上することができる。フレーム転送型（フイールド
転送型としても知られている）の電荷結合装置（CCD）
では、その装置の結像領域に累積した電荷がその累積領
域に転送される間（垂直ブランキング期間）、撮像器を
光学的に遮断する必要があると一般に考えられている。
この期間中遮光を行わないと、ハイライトを含む被写体
を撮像するとき最も目障りな垂直方向の画像ぼけを生ず
る。水平素子403個のフレーム転送型CCDでは、信号読取
りの方法により有効露出時間が1/60秒である。主カメラ
レンズとプリズム系の間に機械的（回転円板型）シヤツ
タを挿入するとフレーム転送ぼけがなくなつて、付随的
に限られた量の光学的遮光が達せられる。２連シヤツタ
の様なカメラの露出時間を制御するためのシヤツタ構成
を持つカメラは知られている。

可変シヤツタ露出制御方式によると、カメラ操作員が芸
術上または特殊効果の目的で異つた露出技法を選択する
ことができる。本来すべてのテレビジヨンカメラには絞
り調節があり、この絞り調節は通常画像の中央部の
（赤、緑または青チヤンネルの）最高信号の測定に基い
ていて、カメラの出力が一定のピーク信号レベルに保た
れるように絞り駆動電動機のサーボが行われる。この方
法によると、シヤツタの露出時間制御が手動で行われ、
自動絞り調節によつて出力信号が一定に保たれる。ま
た、絞りを一定の位置に固定しておいてカメラの出力信
号が一定になるようにシヤツタの露出時間を変える様に
カメラ系を運転する方法もある。この様な２重方式は最
近の一眼レフレツクス型フイルムカメラに用いられるも
のと同様で、「絞り優先型」または「露出優先型」と呼
ばれる。

〔発明の概要」 この発明によりカメラの自動露出時間制御のできるシヤ
ツタ方式が提供される。

この発明の原理を、被写体を表わすテレビジヨン信号を
供給する画像変換手段を有するカメラで説明する。この
画像変換手段は被写体からのふく射エネルギを受けて信
号を発生する感光面を含む。このカメラはまたテレビジ
ヨンフイールドの一部の間被写体からのふく射エネルギ
がその感光面に達しない様に遮断するためのシヤツタ手
段を含み、このシヤツタ手段が自動的に制御されて、ふ
く射エネルギが遮断されるテレビジヨンフイールドの部
分を変え得る様になつている。

この自動動作を行う１実施例では、同様な２つのシヤツ
タが同軸に設けられており、その一方のシヤツタ電動機
が垂直同期され、他方のシヤツタ電動機が同様に垂直同
期されると同時に可変位相制御手段を持つている。この
２つのシヤツタの相対位相を変えることにより、有効露
出時間が変る。

〔詳細な説明〕

第１図ａには従来法の固体テレビジヨンカメラ１が示さ
れている。このカメラ１は絞り制御器14により制御され
る絞り12を持つズームレンズ10を含み、そのレンズは青
応動固体撮像器16、赤応動固体撮像器18および緑応動固
体撮像器20の各表面上に被写体（図示せず）を集束す
る。

絞り12は有効レンズ開口径を制御することによりレンズ
10を通る光の量を制御する。被写体が明るいときは絞り
が縮小して通過する光を少くし、被写体が暗いときは絞
りが拡大して多くの光が入るようにする。絞りの今１つ
の重要特性は被写体の視野の深度すなわちピントの合つ
ている被写体の最近点と最遠点の間の距離の制御であ
る。絞りの開口度を手動で制御し、露出時間を他の手段
で制御することにより、テレビジヨンカメラの芸術的特
性を高めることができる。

２枚の羽根を形成する切欠円板型のシヤツタ24は、第１
図ｂに例示するように、電動機26により駆動され、シヤ
ツタが回転するとその羽根が交互にレンズ10とプリズム
22の間を通るようになつている。シヤツタは不透明で光
路内に入ると撮像器への光を遮断する２枚の羽根28、30
を有する。電動機26は基準信号（図示せず）に結合さ
れ、撮像器のプルダウン期間に同期してシヤツタ羽根に
より光を遮断する様になつている。また、このサーボル
ープにはシヤツタ24の角速度と位相を感知してその同期
を維持するように電動機を制御するための位置感知器32
が結合されている。

シヤツタは各プルダウン期間中撮像器を遮光するために
180度間隔で２枚の羽根を有する。（このシヤツタの羽
根の数は２枚より多くても少なくてもよく、ここに記載
するカメラが例として２枚の羽根を持つのは固有の動的
平衡と電動機軸受の摩耗の防止のためであることに注意
すべきである。）各羽根は撮像器をシヤツタの各半回転
に１回ずつすなわち各フイールド期間に１回ずつ遮光す
る。２枚の羽根の各々が張る近似扇形角αは、プルダウ
ン時間t_pd対フイールド期間の時間t_fと同じ比で180度に
比例する第１の角度部分と、切取られる光円錐80の角幅
φの２倍を表わす第２の角度部分との和から成り、 である。

固体撮像器16、18、20はそれぞれ表面に光が集束され、
その表面内に光電子が発生するＡレジスタを含むフレー
ム転送型（フイールド転送型としても知られる）CCDの
ものでよいが、この発明はフレーム転送型CCDに限定さ
れず、他の固体撮像器も使用し得ることは言うまでもな
い。光電子は撮像器上の垂直チヤンネル内に閉じ込めら
れ、その累積した画像表示電荷の垂直運動が、クロツク
信号発生器34から制御電極に印加される多相（例えば３
相）クロツク電圧により制御される。積分期間後クロツ
ク信号が付勢されて電子を光の影響のないＢレジスタの
対応部分に転送する。このＢレジスタの制御電極の下の
累積電荷は各線毎に並列にＢレジスタからＣレジスタに
送られ、クロツク信号発生器34からクロツク電極に印加
されるクロツク信号により直列的にそこから送り出され
る。クロツク信号発生器34はテレビジヨン信号中に用い
られる同期信号を発生する同期信号発生器36に結合さ
れ、その同期信号発生器の出力は信号処理回路38に印加
されてここで同期、ブランキング、等化およびバースト
の各信号が挿入される。

撮像器16、18、20の出力信号は、黒レベル補正、クラン
プ、シエージング、ガンマ補正、マトリツクス等の各回
路およびその他の型の標準信号処理回路を含む信号処理
装置38に印加される。Ｒ、Ｇ、Ｂの各信号はマトリック
スされてＹ、Ｉ、Ｑの色表示成分信号となり、これが副
搬送波上に直角変調されてNTSCまたはPALのような合成
信号を形成する。

この発明は露出時間の制御のためのものである。カメラ
の有効露出時間は２つのシヤツタの相対位相を変えるこ
とにより調節することができ、これは例えば「真の」静
止動作等の特殊効果を付与するのに使用し得る。

第２図ａはこの発明の原理によるカメラ系を示す。図中
同様の引用数字で示された素子は各図において同一また
は類似のものである。このカメラは、ズームレンズ10、
絞り12、絞り制御部14および撮像器16、18、20を含み、
プリズム22を用いて入来光をその原色に分け、これを各
撮像器16、18、20に投射するようになつている。撮像器
16、18、20からの信号は信号処理装置38に供給され、
Ｒ、Ｇ、Ｂの信号となつて、標準のテレビジヨン受像機
に用いる合成色信号を形成するマトリツクス回路を含み
得る符号器40に供給される。レンズ10とプリズム22の間
には１対の回転シヤツタ42、44が設けられ、シヤツタ42
は電動機46で、シヤツタ44は電動機48で駆動される。各
シヤツタ42、44はそれぞれその速度と位相の制御に用い
るため、速度と位相の情報をサーボ制御ループに供給す
るための位置感知器50、52を有する。

この発明の１実施例によれば、２つのシヤツタ42、44
（第３図）が同軸に、しかし各別に回転し得る様になつ
ている。この方式では、シヤツタ44が垂直同期信号に固
定され、シヤツタ42も垂直同期信号に固定されている
が、この組合せシヤツタの与える遮光量を変えるための
可変位相制御器を備えている。この２つのシヤツタの相
対位相を変えることにより有効露出時間が変る。例え
ば、70度シヤツタ（70度不透明、110度透明）２つを完
全に位相を合せて用いると、各フイールドの露出時間は
180度中の（180−70）度すなわち0.0102秒であるが、こ
のシヤツタを完全に位相を外して（140度不透明、40度
透明で）用いると、有効露出時間は0.0037秒となる。従
つて露出時間の範囲は約2.8倍になる。一方、各シヤツ
タ羽根の不透明角が80度であれば、その露出範囲は５倍
に拡がる。またこの角度を種々に変えて露出範囲を変え
ることもできる。シヤツタの制御には２つのサーボ制御
装置が用いられる。この２つのシヤツタの速度と位相を
制御するためのサーボ装置を第２図および第４図につい
て説明する。第４図にスイッチS2を示したのは、位相固
定ループ70、72への（第２図ａに示す）互いに異る入力
を１つの図面に表示する便宜上であり、従つて物理的に
存在する必要はない。まず、臨界プルダウン期間を維持
するためのシヤツタのサーボ制御を第４図について説明
する。一定の引下げ期間中光の制御に用いられるシヤツ
タ42に対し、垂直ブランキングパルスからサーボループ
用の基準信号が引出され、以後スイツチS2は第４図の位
置に置かれる。垂直駆動パルスはサーボシヤツタ回路の
レベルシフトと垂直駆動分配母線からの絶縁に用いる緩
衝変換器401に供給される。緩衝された垂直駆動信号は
パルス整形器403に供給される。このパルス整形器403
は、430で示すような幅の狭い負向きパルスの発生に用
いられ、そのパルスの立上りは位相周波数比較器405で
基準時刻として用いられる。スイツチS2は第４図に示す
ようにシヤツタ42のサーボ制御の位置に倒される。位相
周波数比較器405は誤差信号を発生してシヤツタ電動機
を一定速度とプルダウン期間に対して一致した位相に設
定更新する。この位相は、垂直期間中にCCDのＡレジス
タからＢレジスタに映像信号が転送されるとき、そのＡ
レジスタに光が当らないようにシヤツタを位置決めする
のに必要である。この誤差信号はパルス整形器403から
の安定な基準パルスとパルス整形器407からの帰還パル
スの２つのパルスのタイミングの差に関係付けられてい
る。例えば、位相周波数比較器405はアール・シー・エ
ー社（RCA Corp.）の4046型位相比較器とすることもで
きる。位相周波数比較器405の出力は電動機の速度が低
いとき高く、高いとき低い。基準速度が得られると、そ
の出力は基準信号と帰還信号の間の位相差に関係する持
続時間を持つ負または正向きのパルスになる。周波数と
位相の双方が固定されると、その位相周波数比較器405
の出力は開路される。R44とC19の時定数は更新信号を直
接緩衝器409に印加し得るようなものである。緩衝器409
は位相周波数比較器405の出力に高インピーダンスを与
え、その出力は低域濾波器411に供給される。低域濾波
器411は高周波数で電動機に印加されるノイズを減じる
ためにシヤツタ速度の基本の領域に遮断周波数を有す
る。この低域濾波器411の出力はノツチフイルタ413、41
5に直列的に印加される。この出力は約60Hzと約120Hzに
ノツチを与えられ、更新パルスからのどのような残留物
も直接電動機に印加されないようにして、電動機の不整
をなくするのを助ける。ノツチフイルタ415の出力は位
相補償器417に印加される。この位相補償器417は機械系
に対して効果的にダンピングを与えてサーボループに安
定性を与える位相誤差を補償する位相進み補償器であ
る。この位相補償器417の出力は電動機421とシヤツタ42
3（第２図ａの42または44）を駆動する電動機駆動器419
に供給される。位置感知器425はシヤツタ423の端縁また
はどこか適当な部分を検知して、そのシヤツタの速度と
位相に関係する信号を生成するようになつている。この
位置感知器425の出力は位相周波数比較器405への帰還パ
ルスである矩形化パルスを生成するパルス整形器407に
供給される。この様にして第４図の位相固定ループは位
置感知器により設定された回転シヤツタ423の基準位置
を維持し、その基準位置が基準タイミングパルスの瞬間
に生ずるようにする。

第２図ａに戻つて、シヤツタ44は通常信号処理装置38の
信号出力により制御される。すなわち、シヤツタ44の位
相がシヤツタ42の位相に対して制御されてシヤツタ系全
体の露出時間を制御するようになつている。この回路で
は（第４図にも示されている）位相固定ループ70のスイ
ツチS2が、端子Ａからの信号が位相周波数比較器405に
供給されるように倒される。各シヤツタについて各別の
サーボ回路70すなわち位相固定ループを要することに注
意すべきである。

次に第２のシヤツタ44を制御する位相固定ループ70用の
移相基準パルス203（第２図ｅ）の発生を説明する。信
号処理回路38からのＲ、Ｇ、Ｂ信号はブロツク40で示さ
れるマトリツクス符号化回路に供給されると共に、最大
値の信号を選択してゲーテツド増幅器54に供給する非加
算混合器76にも供給される。ゲーテツド増幅器54は露出
制御のために画像の中心部付近から信号を選択する。す
なわち、ゲーテツド増幅器または利得制御増幅器54は非
加算混合器76からの信号に中心操作を加えてこの系の露
出時間の制御に用いられる。中心値の選択に用いるた
め、ゲーテツド増幅器54には水平および垂直の同期パル
スが供給され、その出力は映像ピーク検知器56に供給さ
れる。この自動回路では次に述べるように絞り制御器が
ある一定値に設定され、露出制御がシヤツタの位相調節
により行われるとする。従つてこの回路ではスイツチS1
が自動位置に倒され、映像ピーク検知器56からの信号が
垂直のこぎり波発生器58に供給されて映像信号のピーク
振幅の関数である可変ランプ信号を生成する。第２図ｂ
〜ｅを参照する。第２図ｂの波形は垂直駆動パルス201
を示す。この垂直駆動パルスはＤ型フリツプフロツプ60
のクロツク入力端子CLに印加され出力端子を「低」レ
ベルにセツトまたはラツチする。垂直のこぎり波発生器
58の出力は第２図ｃの波形のランプ信号で表される。こ
の出力はフリツプフロツプ60のリセツト入力Ｒに印加さ
れる。垂直のこぎり波出力がある値に達すると、フリツ
プフロツプ60はリセツトされ、「低」レベルであつた
出力が「高」レベルに変つて非安定フリップフロップ62
のクロツク入力CLに印加される。フリツプフロツプ62の
Ｑ出力はRCタイミング回路網により持続時間を制御され
るパルスであつて、インバータ64に供給される。このイ
ンバータ64の出力は第４図のパルス整形器403の出力パ
ルスと極めて形の似た基準パルスで、端子Ａおよびスイ
ツチS2を介して位相固定ループ70の位相周波数比較器40
5に供給され、シヤツタ44の速度と位相の制御に用いら
れる。シヤツタ44を制御するサーボ制御ループの詳細
は、すでにシヤツタ42のサーボ制御ループについて説明
してあるから、説明を省略する。

動作時には、位相固定ループ70は回転シヤツタの基準位
置が移相パルス203の時刻に起るようにその位置を制御
する。従つてパルス203の位置を変えることによりシヤ
ツタの相対位置を変えることができる。この様にして、
一方のシヤツタ42の速度と位相がテレビジヨン信号の垂
直ブランキングパルスにより制御され、他方のシヤツタ
44が被写体の光により制御される。また別の回路構成と
して第２図ａのスイツチS1を手動位置に倒すと、シヤツ
タ44の位相が手動で制御され、例えば絞りサーボ制御を
用いて露出制御を行い、シヤツタサーボを一定位置に保
つことができるようになる。上述のように、この露出時
間制御には異るいくつかの構成が可能で、その１つとし
て、スリツト状の光が丁度通過し得るようにシヤツタを
手動で位置決めし、カメラから真の静止動作出力を得る
ことができるし、また他の１つとして、「開口度優先」
または「露出優先」の方式をとることもできる。

可能な４つの動作モードを説明する。その第１の動作モ
ードでは、レンズの絞りを一定のｆ値に設定し、シヤツ
タ制御を手動で行つて信号の一様性を確保するようにす
る。第２の動作モードでは、シヤツタのタイミングを一
定値に設定し、絞りを手動で制御して信号の一様性を確
保する。第３の動作モードでは、レンズの絞りを一定の
ｆ値に設定し、シヤツタのタイミングサーボを自動位置
に設定して信号の一様性を確保するようにする。第４の
動作モードでは、シヤツタのタイミングを一定値に設定
し、絞りサーボを自動位置で作動させて信号の一様性を
確保する。この構成は、特殊効果を与えたり特殊な芸術
的効果を創造する場合に大きなラテイチユードを表わ
す。

以上この発明の原理を図示の例示構成について詳述した
が、この発明を実施するときはこの例示構成からの変化
が種々生じ得ることが考えられる。例えば２つのシヤツ
タの羽根の幅を必要に応じて異らせてもよく、固体撮像
器が特に有利であるが、上記構成を撮像管に適用するこ
ともでき、また、上記実施例では回転シヤツタを用いた
が、直進型その他の形式のシヤツタを用いることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは３入力分色プリズムと３つの固体撮像器を含
む従来法の固体カメラの部分ブロツク図、第１図ｂは第
１図ａの構成における切欠円板型シヤツタの一例構造を
示す図、第２図ａはこの発明の原理による一例固体カメ
ラ構体の部分ブロツク図、第２図ｂ〜ｅは第２図ａに示
す固体カメラ構体の動作説明のための一例波形図、第３
図はこの発明の１実施例による２重シヤツタ構体の詳細
図、第４図はこの発明の２重シヤツタのサーボ制御を行
う回路の部分ブロツク図である。 16、18、20……画像変換手段、42、44……シヤツタ手
段、42……第１の光制御手段、44……第２の光制御手
段、70……第２の帰還手段、72……第１の帰還手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相次ぐ露出期間に、被写体から入射するふ
   く射エネルギを受けることに応じて画像を表わす信号を
   発生する感光面を有する電荷結合装置と、 上記露出期間の各々の時間を決定する可変シャッタを有
   する第１の光制御手段と、 上記被写体の輝度の変動を補償するように上記時間が変
   えられる自動作動モードと選択された露出時間の設定に
   従って上記時間が固定される手動作動モードとの間で切
   換え可能な、上記可変シャッタ用の制御手段と、 各露出期間中に上記感光面に到達する上記被写体からの
   ふく射エネルギの相対的な量を制御するための可変絞り
   を有する第２の光制御手段と、 上記被写体の輝度の変動を補償するように上記相対的な
   量が変えられる自動作動モードと選択された絞り開口度
   の設定に従って上記相対的な量が一定とされる手動作動
   モードとの間で切換え可能な、上記可変絞り用の制御手
   段と、からなり、 （ａ）上記可変シャッタ用の制御手段が上記手動作動
   モードに切換えられて、各露光期間の時間が、選択され
   た露光時間の設定に従って一定とされ、また、（ｂ）上
   記可変絞り用の制御手段が自動作動モードに切換えられ
   て、各露光期間中に上記感光面に到達することができる
   上記被写体からのふく射エネルギの相対的な量が上記被
   写体の輝度の変動を補償するように自動的に変えられ
   る、第１のカメラ動作モードと、 （ａ）上記可変絞り用の制御手段が上記手動作動モー
   ドに切換えられて、各露光期間中に上記感光面に到達す
   ることができる上記被写体からのふく射エネルギの相対
   的な量が、選択された絞り開口度に従って一定とされ、
   また、（ｂ）上記可変シャッタ用の制御手段が上記自動
   作動モードに切換えられて、各露光期間の時間が上記被
   写体の輝度の変動を補償するように自動的に変えられ
   る、第２のカメラ動作モードと、 上記可変絞り用および可変シャッタ用の双方の制御手
   段が上記手動作動モードに切換えられてて、上記被写体
   の輝度の変動に対する補償が、カメラ操作員による上記
   可変絞りおよび／または上記可変シャッタの手動調整に
   従って行われる、第３のカメラ動作モードと、 を含む複数の動作モードのうちの選択された１つに従っ
   て動作するようにされた、テレビジョンカメラ。