DE10338681A1

DE10338681A1 - Digitalkamera

Info

Publication number: DE10338681A1
Application number: DE10338681A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Enomoto
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US7221394B2; GB0319810D0; KR20040018229A; TWI268397B; CN1292582C; GB2393876B; TW200413833A; CN1487726A; GB2393876A; US20040036781A1

Abstract

Eine Digitalkamera umfaßt eine Festkörperabbildungsvorrichtung (30), die mit einem optischen Tiefpaßfilter (32) versehen ist. Ein fotographisches optisches System (14) erzeugt ein Objektbild durch das optische Tiefpaßfilter (32) hindurch auf einer Lichtempfangsfläche der von einem CCD-Element gebildeteten Festkörperabbildungsvorrichtung (30). In einem ROM (10a) einer Systemsteuerschaltung (10) ist ein Programm zur Steuerung der Ladungsakkumulationszeit gespeichert, um Parameter für eine optimale Belichtung zu bestimmen, denen entsprechend eine fotographische Aufnahme ausgeführt wird. Das Ladungsakkumulationszeitsteuerprogramm enthält ein Programmdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Ladungsakkumulationszeit und einem Blendenwert und/oder einer ISO-Empfindlichkeit wiedergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Digitalkamera, die mit einer Festkörperabbildungsvorrichtung versehen ist, und insbesondere eine Digitalkamera, in der ein Programm zur Steuerung der Zeit für die Akkumulierung elektrischer Ladungen (Akkumulationszeitsteuerprogramm) zum Erhalten einer geeigneten Belichtung installiert ist.
Bei einer herkömmlichen bekannten Kleinbildkamera (d.h. einer Kamera im Leica-Format) ist ein Verschlußzeitprogramm installiert, um eine geeignete Belichtung zu erhalten. Beim Erstellen des Verschlußzeitprogramms muß man eine Grenzverschlußzeit für ein Wackeln der Kamera einstellen, d.h. einen minimalen Verschlußzeitwert, welcher die Auswirkungen eines Kamerawackelns verhindert. Diese Grenzverschlußzeit wird folgendermaßen bestimmt.
Zunächst ist in einer Kleinbildkamera eine zulässige Unschärfe, die aufgrund einer mangelnden Scharfeinstellung auftritt, gleich dem Durchmesser des minimalen Streukreises (= 60 μm) entsprechend dem die Schärfentiefe betreffenden JIS-Standard. Auf der anderen Seite wird eine zulässige Bildunschärfe, die durch das Kamerawackeln verursacht wird, nicht geregelt. Sie liegt üblicherweise in der gleichen Größenordnung wie der Durchmesser des minimalen Streukreises (= 60 μm). Wenn die Verschlußzeit (Sek.) kleiner als der Reziprokwert der Brennweite (mm) für das fotographische optische System ist, liegt die Bildunschärfe erfahrungsgemäß ungefähr innerhalb eines zulässigen Bereiches.
In einer Digitalkamera ist der Parameter, welcher der Verschlußzeit einer Kleinbildkamera entspricht, die Ladungsakkumulationszeit der Festkörperabbildungsvorrichtung, wie beispielsweise eines CCD-Elementes. Die Grenzverschlußzeit für das Kamerawackeln wird definiert als eine für das Kamerawackeln gültige Grenzladungsakkumulationszeit. Wenn man also ein Akkumulationszeitsteuerprogramm für eine Digitalkamera erstellt, muß man eine entsprechende Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln festsetzen. Üblicherweise erfolgt das Festsetzen der Grenzladungsakkumulationszeit in Übereinstimmung mit der herkömmlichen Weise, in der eine Grenzverschlußzeit zum Verhindern der Auswirkungen eines Kamerawackelns in einer Kleinbildkamera eingestellt wird.
Das bedeutet, daß im Falle eines Kleinbild-Films die Größe des zu belichtenden Feldes eines Bildes 36 mm × 24 mm beträgt, wogegen in einem CCD-Element einer Digitalkamera die Größe der Lichtempfangsfläche deutlich kleiner als die eines Silberhalogenidfilmes des Leica-Formates ist. Wenn eine vorgegebene Brennweite für das photooptische System der Digitalkamera eingestellt ist, wird der Bildwinkel des auf der Lichtempfangsfläche gebildeten Objektbildes durch die Brennweite bestimmt. Wenn man also die Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln entsprechend der herkömmlichen Methode für die Kleinbildkamera bestimmt und die Lichtempfangsfläche des CCD-Elementes auf 36 mm × 24 mm vergrößert wird, muß man die Brennweite zur Bildung eines Objektbildes mit demselben Bildwinkel wie für die vergrößerte Fläche erhalten. Eine solche Brennweite wird als filmkonvertierte Brennweite bezeichnet.
Daher wird die filmkonvertierte Brennweite folgendermaßen definiert: fc = f × (a/b) wobei f_c die filmkonvertierte Brennweite, f eine aktuelle Brennweite des photooptischen Systems der Digitalkamera, a die Länge einer Diagonale der Belichtungsfläche (36 mm × 24 mm) eines Bildes eines Kleinbild-Films und b die Länge einer Diagonallinie der Lichtempfangsfläche des CCD-Elementes bezeichnen.
Üblicherweise wird also, wenn man ein Akkumulationszeitsteuerprogramm entwirft, die Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln auf einen Reziprokwert (1/f_c) der filmkonvertierten Brennweite f_c entsprechend der obigen Definition gesetzt.
Für eine Digitalkamera verwendete Festkörperabbildungsvorrichtungen, wie CCD-Elemente, haben eine Reihe von Pixelabständen. Allgemein gilt, je kleiner der Pixelabstand ist, um so höher ist die Auflösung des photographischen Bildes, und je größer der Pixelabstand ist, um so niedriger ist die Auflösung des photographischen Bildes. Der minimale Streukreis einer Silberhalogenidfilmkamera ist ein Parameter, der ohne Rücksicht auf das photographische Objektiv oder die Filmauflösung bestimmt wird, und das photographische Objektiv oder die Filmauflösung ist um eine Ziffer höher als der Durchmesser des minimalen Streukreises. Daher ist es nicht sinnvoll, in der gleichen Weise den Durchmesser des minimalen Streukreises (= 60 μm) auf Digitalkameras mit CCD-Elementen mit unterschiedlichen Pixelabständen anzuwenden, um eine Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln einzustellen. Da die Auflösung einer Digitalkamera im allgemeinen niedriger als die Auflösung eines Filmes in einer Silberhalogenidkamera und der Durchmesser des minimalen Streukreises (= 60 μm) ist, wird eine Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln, die auf der Basis des minimalen Streukreises eingestellt wurde, kürzer als erforderlich. Dies bedeutet, daß ein Freiheitsgrad bei der Entwicklung eines Programmes für die Ladungsakkumulationszeit in einer digitalen Kamera beschränkt ist.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Digitalkamera mit einer Festkörperabbildungsvorrichtung anzugeben, in der ein Ladungsakkumulationszeitsteuerprogramm entwickelt wird, das auf einem geeigneten Grenzwert für die Ladungsakkumulationszeit im Hinblick auf ein Kamerawackeln basiert.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Dementsprechend umfaßt eine Digitalkamera gemäß der vorliegenden Erfindung eine Festkörperabbildungsvorrichtung, ein photooptisches System und eine Speichereinheit.
Die Festkörperabbildungsvorrichtung hat eine Lichtempfangsfläche und ist mit einem optischen Tiefpaßfilter versehen. Das photooptische System formt ein Objektbild durch den optischen Tiefpaßfilter hindurch auf der Lichtempfangsfläche. Die Speichereinheit speichert ein Programm zur Steuerung der Ladungsakkumulationszeit zur Bestimmung der Parameter für eine optimale Belichtung, entsprechend denen eine photographische Aufnahme mittels des photooptischen Systems und der Festkörperabbildungsvorrichtung erzeugt wird. Das Steuerprogramm hat ein Programmdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Ladungsakkumulationszeit und einem Blendenwert und/oder einer ISO-Empfindlichkeit zeigt. Das Programmdiagramm hat mindestens eine Knickpunkt, an dem das Programmdiagramm abgeknickt ist. Die Ladungsakkumulationszeit T an einem Knickpunkt, der dicht an dem untersten Lichtwert des Programmdiagramms liegt, erfüllt die Formel (1), wenn ein filmkonvertierter Pixelabstand p (μm) der Festkörperabbildungsvorrichtung, der durch Teilen einer Breite eines photographischen Filmes durch die Anzahl der in einer horizontalen Richtung der Lichtempfangsfläche angeordneten Pixel erhalten wird, die Beziehung 4p ≥ 60 erfüllt; 1/(fc × (60/4p)) ≥ T ≥ 1/fc (1) wobei f_c eine filmkonvertierte Brennweite (mm) bezeichnet, bei welcher, wenn die Lichtempfangsfläche auf eine Fläche des fotographischen Films vergrößert wird, das Objektbild auf der vergrößerten Fläche mit demselben Bildwinkel wie dem für den fotographischen Film erzeugt wird.
Vorzugsweise umfaßt das photooptische System ein zoom-artiges photooptisches System, bei dem die Brennweite verändert werden kann, wobei Ladungsakkumu lationszeitsteuerprogramme für eine Mehrzahl von Brennweiten vorgesehen sind. In diesem Fall kann die Digitalkamera ferner einen Sensor und einen Wahlprozessor haben. Der Sensor ermittelt eine Brennweite, die an dem optikzoomartigen fotooptischen System eingestellt ist. Der Wahlprozessor wählt ein Ladungsakkumulationszeitsteuerprogramm aus, welches der von dem Sensor ermittelten Brennweite entspricht. Der Parameter für eine optimale Belichtung wird auf der Basis des ausgewählten Ladungsakkumulationszeitsteuerprogrammes bestimmt.
Die Digitalkamera kann ferner eine Blende haben, die zwischen dem fotooptischen System und der Festkörperabbildungsvorrichtung angeordnet ist, um die Lichtmenge des Objektbildes einzustellen, wobei die Parameter für die optimale Belichtung einen Blendenwert der Blende und die Ladungsakkumulationszeit enthalten.
Die Digitalkamera kann ferner einen Verstärker haben, welcher ein aus der Festkörperabbildungsvorrichtung ausgelesenes Pixelsignal verstärkt, wobei der Parameter für eine optimale Belichtung den Verstärkungsfaktor des Verstärkers und die Ladungsakkumulationszeit enthält.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Digitalkamera gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion eines optischen Tiefpaßfilters, das in einer CCD-Einrichtung der Digitalkamera vorgesehen ist,
3 eine graphische Darstellung der Dämpfungscharakteristiken der Amplitude eines Ausgangslichtstrahles nach dem Durchlaufen eines optischen Tiefpaßfilters,
4 eine Darstellung eines Programmdiagrammes, das für einen Blendenwert und eine Ladungsakkumulationszeit gebildet wurde, entsprechend einer Karte des APEX-Systems,
5 ein Flußdiagramm einer Fotographierroutine, die von einer Systemsteuerschaltung ausgeführt wird,
6 ein Blockdiagramm einer Digitalkamera gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
7 eine Darstellung eines Beispiels eines Programmdiagrammes, welches eine Beziehung zwischen der ISO-Empfindlichkeit und einer Ladungsakkumulationszeit zeigt, wie sie auf einer Karte des APEX-Systems angegeben ist, und
8 ein Flußdiagramm einer Fotographierroutine gemäß der zweiten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung wird nun im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Digitalkamera, auf welche die erste Ausführungsform der Erfindung angewandt ist. In der Digitalkamera ist eine Systemsteuerschaltung 10 vorgesehen, um die Digitalkamera insgesamt zu steuern. Die Systemsteuerschaltung hat einen Mikrocomputer zur Steuerung einer CPU, ein ROM zum Speichern von Konstanten und eines Programmes zur Ausführung verschiedener Arten von Routinen, ein RAM zum zeitweiligen Speichern von Daten usw., sowie eine I/O-Schnittstelle.
Die Systermsteuerschaltung 10 hat einen Hauptschalter (sw_M) 12, mit dem ein Ruhemodus oder ein Aufnahmemodus ausgewählt wird. Wenn nämlich eine nicht dargestellte Batterie in der Digitalkamera angeordnet ist, wird die Systemsteuerschaltung 10 in dem Ruhemodus (d.h. einem Zustand mit minimalem Energieverbrauch) betrieben, so daß in einem vorgegebenen Zeitintervall nur überwacht wird, ob der Hauptschalter 12 auf EIN geschaltet wird. Wenn der Hauptschalter 12 auf EIN geschaltet wird, wechselt der Ruhemodus in den Aufnahmemodus, wobei eine Aufnahmeprozeßroutine durch die Systemsteuerschaltung 10 ausgeführt wird, wie dies später noch erläutert wird.
In der Digitalkamera ist ein fotooptisches System 14 nach Art eines Vario-Objektivs oder optischen Zooms eingebaut. Das fotooptische System 14 wird durch einen Zoomantriebsmechanismus 16 angetrieben, in dem ein Antriebsmotor, wie beispielsweise ein Schrittmotor enthalten ist, der sich unter der Steuerung der Systemsteuerschaltung 10 dreht. Durch die Drehung des Antriebsmotors wird die Brennweite des photooptischen Systems 14 eingestellt:
Zur Steuerung der Drehung des Antriebsmotors des Zoomantriebsmechanismus 16 hat die Systemsteuerschaltung 10 einen Telefotoschalter (SW_T) 18 und einen Weitwinkelschalter (SW_W) 20. Wenn der Telefotoschalter 18 auf EIN gestellt wird, wird der Antriebsmotor des Zoomantriebsmechanismus 16 in der Vorwärtsrichtung angetrieben, so daß die Brennweite des fotooptischen Systems in Richtung auf das Telefotoende verändert wird. Umgekehrt, wenn der Weitwinkelschalter 20 auf EIN geschaltet wird, wird der Antriebsmotor des Zoomantriebsmechanismus 16 in der entgegengesetzten Richtung gedreht, so daß die Brennweite des fotooptischen Systems 14 auf das Weitwinkelende hin verändert wird.
In dem fotooptischen System 14 ist ein Zoom-Encoder 22 vorgesehen. Von dem Zoom-Encoder 22 werden Encoderdaten der Systemsteuerschaltung 10 zugeführt. Die Systemsteuerschaltung 10 empfängt die Encoderdaten, um die gegenwärtige Brennweite als eine Brennweite zu erkennen, die am nächsten an einer von fünf Brennweiten f₁, f₂, f₃, f₄, und f₅ liegt, die vorher eingespeichert wurden.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das fotooptische System 14 ein Autofokussystem. Eine Fokussierungslinse in dem fotooptischen System 14 wird nämlich von einem Fokussierlinsenantriebsmechanismus 24 angetrieben, so daß eine Fokussierung für ein Objektbild automatisch ausgeführt wird. In der gleichen Weise wie für den Zoomantriebsmechanismus 16 ist neben dem Fokussierlinsenantriebsmschanismus 24 ein Antriebsmotor, wie beispielsweise ein Schrittmotor, angeordnet, der sich unter der Steuerung der Systemsteuerschaltung 10 dreht, so daß die Fokussierungslinse des fotooptischen Systems 14 angetrieben wird, um automatisch das Objektbild zu fokussieren. Dabei wird der Antriebsmotor gedreht, wie dies später noch erläutert wird.
Die Systemsteuerschaltung hat ferner einen Fotometerschalter (SW_P) 26 und einen Auslöseschalter (SW_R) 28. Die Schalter 26 und 28 werden über einen gemeinsamen nicht dargestellten Auslöseknopf betätigt. Wenn nämlich der Auslöseknopf teilweise niedergedrückt wird, wird der Photometerschalter 26 auf EIN geschaltet. Wenn der Auslöseknopf vollständig niedergedrückt wird, wird der Auslöseschalter 28 auf EIN geschaltet. Wie später noch genauer beschrieben wird, wird eine Lichtmessung durchgeführt, wenn der Fotometerschalter 26 auf EIN geschaltet wird. Wird der Auslöseschalter 28 auf EIN geschaltet, wird eine fotographische Aufnahme gemacht.
Hinter dem fotooptischen System 14 ist eine Festkörperabbildungsvorrichtung 30, wie beispielsweise ein CCD-Element, angeordnet. Auf einer Lichtempfangsfläche des CCD-Elements 30 ist ein optisches Tiefpaßfilter 32 angeordnet. Die Digitalkamera ist so konstruiert, daß eine vollständige Farbfotographie ausgeführt werden kann. Hierfür ist ein nicht dargestelltes Farbfilter zwischen der Lichtempfangsfläche des CCD-Elementes und dem optischen Tiefpaßfilter 32 angeordnet. Ein von dem fotooptischen System 14 aufgenommenes Objektbild wird auf der Lichtempfangsfläche des CCD-Elementes 30 durch das optische Tiefpaßfilter 32 hindurch erzeugt, so daß das Objektbild fotoelektrisch in eine einem Bild entsprechende Menge von Farbpixelsignalen umgewandelt wird.
Die Farbpixelsignale werden der Reihe nach aus dem CCD-Element 30 ausgelesen, wobei die Leseoperation in Übereinstimmung mit einem Lesetaktsignal ausgeführt wird, das von einer CCD-Treiberschaltung 34 dem CCD-Element 30 zugeführt wird. Außerhalb der Zeit, in der der Auslöseschalter 28 auf EIN geschaltet ist, werden die Farbpixelsignale aus dem CCD-Element 30 ausgedünnt. Es wird nämlich eine gegenüber der tatsächlichen Anzahl von Pixeln des CCD-Elementes 30 niedrigere Anzahl von Pixeln aus dem CCD-Element 30 als die einem Bild entsprechende Menge von Farbpixelsignalen ausgelesen. Umgekehrt wird unmittelbar nach dem Einschalten des Auslöseschalters 28 nur einmal die einem Bild entsprechende Menge von Farbpixelsignalen ohne Ausdünnung ausgelesen.
Der Lesevorgang wird in Übereinstimmung mit einem Schalter des Auslesetaktimpulsausganges der CCD-Treiberschaltung 34 ausgeführt. Die CCD-Treiberschaltung 34 wird unter der Steuerung der Systemsteuerschaltung 10 betätigt und üblicherweise wird von der CCD-Treiberschaltung 34 ein Ausdünnungslesetakt ausgegeben, durch den die Farbpixelsignale ausgedünnt werden. Unmittelbar nach dem Einschalten des Auslöseschalters 28 wird ein Aufnahmelesetaktimpuls ausgegeben. Wenn die einem Bild entsprechende Menge von Farbpixelsignalen in Übereinstimmung mit dem Aufnahmelesetaktimpuls von dem CCD-Element 30 ohne Ausdünnung gelesen worden ist, wird wieder der Ausdünnungslesetaktimpuls von der CCD-Treiberschaltung 34 abgegeben.
Die aus dem CCD-Element 30 nacheinander ausgelesenen Farbpixelsignale werden einem Verstärker AMP 38 über eine korrelierte Doppeltastschaltung (CDS) 36 zugeführt, so daß die Farbpixelsignale mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor verstärkt werden. Das jeweilige Farbpixelsignal wird dann einem A/D-Wandler 40 zugeführt, um es in ein digitales Farbpixelsignal zu wandeln, das dann der Systemsteuerschaltung 10 zugeführt werden kann.
Die Digitalkamera ist so aufgebaut, daß ein über das fotooptische System 14 aufgenommenes Bild als ein bewegliches Bild überwacht wird, während der Hauptschalter auf EIN geschaltet ist. Die Digitalkamera hat nämlich ein Video- RAM (VRAM) 42, einen D/A-Wandler 44, einen Videoencoder 46 und einen Flüssigkristall- (LCD-)Schirm 48. Um ferner ein über das fotooptische System 14 aufgenommenes Bild als bewegliches Bild betrachten zu können, wird eine Ausleseoperation zum Auslesen einer einem Bild entsprechenden Menge von ausgedünnten Pixelsignalen aus dem CCD-Element 30 zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt wiederholt. Wenn also beispielsweise das NTSC-System verwendet wird, wird der Auslesevorgang für die einem Bild entsprechende Menge von ausgedünnten Pixelsignalen 30 mal pro Sekunde ausgeführt.
Die von dem A/D-Wandler 40 über die Systemsteuerschaltung 10 zugeführten ausgedünnten Farbpixelsignale werden einem Bildbearbeitungsverfahren unterworfen, beispielsweise einem Weißabgleichverfahren und einer Gammakorrektur, und jeweils in ein Luminanzsignal und zwei Farbdifferenzsignale umgewandelt, die in ein DRAM 50 eingeschrieben werden. Wenn die Menge der Luminanzsignale und der beiden Farbdifferenzsignale, die in das DRAM 50 eingeschrieben wurden, eine einem Bild entsprechende Menge erreichen, wird die einem Bild entsprechende Menge der Luminanzsignale und der Farbdifferenzsignale aus dem DRAM 50 ausgelesen und in das VRAM 42 eingeschrieben. Das Luminanzsignal und die Farbdifferenzsignale werden der Reihe nach aus dem VRAM 42 ausgelesen und in den D/A-Wandler 44 eingegeben, wo das Luminanzsignal und die beiden Farbdifferenzsignale in Analogsignale gewandelt werden. Das Luminanzsignal und die zwei Farbdifferenzsignale werden dann einem Videoencoder 46 zugeführt, wo das mittels des fotooptischen Systems 14 aufgenommene Objektbild als bewegtes Bild durch den LCD-Schirm 48 in Übereinstimmung mit dem Videosignal angezeigt wird.
Wenn ein Objektbild als bewegliches Bild von dem LCD-Schirm 48 angezeigt wird, wird eine Ladungsakkumulationszeit des CCD-Elementes 30 für das Erhalten einer einem Bild entsprechenden Menge von Farbpixelsignalen auf einen vorgegebenen konstanten Zeitwert eingestellt und ein Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 wird so eingestellt, daß die Helligkeit des bewegten Bildes auf dem LCD-Element 48 erhalten bleibt. Ein Mittelwert der einem Bild entsprechenden Menge von Luminanzsignalen, die von einer einem Bild entsprechenden Menge von ausgedünnten Farbpixelsignalen erhalten wurden, wird nämlich mit einem Referenzwert verglichen, und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 wird so eingestellt, daß die Differenz zwischen dem Luminanzmittelwert und dem Referenzwert 0 wird. Aufgrund dessen bleibt die Helligkeit des auf dem LCD-Schirm 48 angezeigten bewegten Bildes konstant, unabhängig von der Helligkeit des Objektbildes. Die einem Bild entsprechende Menge von Luminanzsignalen, die aus der einem Bild entsprechenden Menge von ausgedünnten Farbpixelsignalen erhalten wurden, wird ferner dazu verwendet, den Antriebsmechanismus für die Fokussierungslinse zu betätigen. Bei der dargestellten Ausführungsform wird nämlich die Kontrastmethode verwendet, um eine automatische Fokussierung des fotooptischen Systems 14 auszuführen. Wie bekannt ist, wird bei der automatischen Fokussierung nach der Kontrastmethode eine Luminanzdifferenz zwischen nebeneinander liegenden Pixeln in einem in einem Objektbild enthaltenen Bereich berechnet und die Fokussierungslinse des photooptischen Systems 14 wird durch den Fokussierungslinsenantriebsmechanismus 24 so bewegt, daß der Kontrast des Bereiches maximal wird. So ist ein bewegtes Bild, das auf dem LCD-Schirm 48 angezeigt wird, immer klar oder fokussiert.
Um eine optimale Belichtung bei der Aufnahme eines Stehbildes zu erhalten, wird eine Blende 52 verwendet, die zwischen dem fotooptischen System 14 und dem optischen Tiefpaßfilter 32 angeordnet ist. Die Blende 52 wird durch einen Blendenantriebsmechanismus 54 angetrieben, in dem ähnlich wie bei dem Zoomantriebsmechanismus 16 und dem Fokussierungslinsenantriebsmechanismus 24 ein Antriebsmotor, wie beispielsweise ein Schrittmotor, angeordnet ist, der unter der Steuerung der Systemsteuerschaltung 10 gedreht wird. Die Blende 52 ist üblicherweise vollständig geöffnet. Umgekehrt, wenn ein Stehbild aufgenommen wird, wird die Blende 52 automatisch auf einen vorgegebenen Blendenwert Av mit Hilfe des Antriebsmotors des Blendenantriebsmechanismus 54 verengt, während eine Ladungsakkumulationszeit Tv entsprechend dem Blendenwert Av für das CCD-Element 30 eingestellt wird, so daß ein optimaler Belichtungswert Ev für die Aufnahme des Stehbildes sichergestellt wird. Es ist zu bemerken, daß "Av", "Tv" und "Ev" zur Anzeige der optimalen Belichtung einer Aufnahme unter Verwendung eines Silberhalogenidfilmes entsprechend dem APEX (Additive System of Photo graphic Exposure)-System verwendet werden. Das bedeutet, daß Ev = Av + Tv. Auch wenn Tv im wesentlichen die Verschlußzeit bezeichnet, wird es in der hier vorliegenden Beschreibung als eine Ladungsakkumulationszeit des CCD-Elementes 30 definiert.
Im einzelnen sind in einem ROM 10a der Systemsteuerschaltung 10 fünf Tabellen S1, S2, S3, S4 und S5 für die automatische Belichtung (AE) entsprechend den fünf Brennweiten f₁, f₂, f₃, f₄ und f₅ des fotooptischen Systems 14 gespeichert. In jeder der AE-Tabellen sind Blendenwerte Av und Ladungsakkumulationszeiten Tv zum Erhalten des optimalen Belichtungswertes Ev als eine zweidimensionale Tabelle eingeschrieben, wie dies später noch erläutert wird. Der mittlere Belichtungswert für eine einem Bild entsprechende Menge von Luminanzsignalen wird nicht nur zum Erhalten einer konstanten Helligkeit des bewegten Bildes auf dem LCD-Schirm 48, sondern auch als ein Fotometriewert des Objektbildes verwendet, wenn der Fotometerschalter 26 auf EIN geschaltet wird. Basierend auf dem Fotometriewert wird der optimale Belichtungswert Ev bei der Aufnahme eines Stehbildes erhalten. Basierend auf dem optimalen Belichtungswert Ev werden ein Blendenwert Av und eine Ladungsakkumulationszeit Tv entsprechend der AE-Tabelle berechnet.
Wenn der Auslöseschalter 28 auf EIN geschaltet wird, während eine Lichtmessung durch Einschalten des Fotometerschalters 26 ausgeführt wird, wird eine Aufnahme des Objektbildes durch das CCD-Element 30 mit dem optimalen Belichtungswert Ev ausgeführt. Wie oben beschrieben, wird, wenn der Auslöseschalter 28 auf EIN geschaltet wird, der für den Lesetaktimpuls vorgesehene Ausgang der CCD-Treiberschaltung 34 von dem Ausdünnungs-Lesetaktimpuls auf den Aufnahmelesetaktimpuls geändert, so daß die einem Bild entsprechende Menge von Farbpixelsignalen von dem CCD-Element 30 ohne Ausdünnung ausgelesen werden. In ähnlicher Weise wie der Lesevorgang mit Ausdünnung wird die einem Bild entsprechende Menge von Farbpixelsignalen ohne Ausdünnung dem AMP 38 über die CDS 36 zugeführt, so daß die Farbpixelsignale mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor verstärkt werden. Anschließend werden sie durch den A/D-Wandler 40 A/D-konvertiert und der Systemsteuerschaltung 10 zugeführt.
Die nicht ausgedünnten Farbpixelsignale werden einer Bildverarbeitungsprozedur ausgesetzt, wie beispielsweise einem Weißabgleichsverfahren und einer Gamma-Korrektur, und in einem Aufzeichnungsmedium als Stehbilddaten gespeichert. Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der CF-Kartenspeicher (d.h. ein Flash-Speicher) zur Speicherung der Stehbilddaten verwendet, der mit einem CF-Kartentreiber 56 lösbar verbunden ist. Der CF-Kartentreiber 56 ist mit der Systemsteuerschaltung 10 über eine Schnittstellen(I/F)-Schaltung 58 verbunden. So werden die Stehbilddaten in dem CF-Kartenspeicher, der in dem CF-Kartentreiber 56 angeordnet ist, über die I/F-Schaltung 58 gespeichert.
Es ist zu bemerken, daß ein fotografiertes Bild auf der Basis der in dem CF-Kartenspeicher gespeicherten Stehbilddaten auf dem LCD-Schirm 48 angezeigt werden kann. Die einem Bild entsprechende Menge von Stehbilddaten wird aus der CF-Speicherkarte ausgelesen, ausgedünnt und dann in dem VRAM 42 gespeichert, so daß das fotografierte Bild auf dem LCD-Schirm 48 dargestellt wird.
Im folgenden wird der Aufbau jeder der AE-Tabellen S1 bis S5, die in dem ROM 10a der Systemsteuerschaltung 10 gespeichert sind, beschrieben.
Wie oben erläutert wurde, muß bei einer herkömmlichen Kleinbildkamera beim Entwurf eines Verschlußzeitprogramms zur Bestimmung einer optimalen Belichtung eine Grenzverschlußzeit für ein Kamerawackeln festgesetzt werden. Die Grenzverschlußzeit für das Kamerawackeln hat dieselbe Bedeutung wie der zulässige Wert der Bildunschärfe, die von einer mangelnden Scharfeinstellung herrührt, d.h. der Durchmesser des minimalen Streuzirkels beträgt 60 μm. Aufgrund der Erfahrung nimmt man an, daß die Bildunschärfe innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, wenn die Verschlußzeit kleiner ist als der Kehrwert der Brennweite (mm) des fotooptischen Systems in Einheiten von Sekunden. In einer Digitalkamera wird die Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln in der gleichen Weise bestimmt wie die Grenzverschlußzeit für das Kamerawackeln bei einer Kleinbildkamera. In einer Digitalkamera jedoch wird die Grenzladungsakkumulationszeit entsprechend der Grenzverschlußzeit üblicherweise auf der Basis des minimalen Streukreises auf einen Wert gesetzt, der kleiner ist als unbedingt notwendig, da die Auflösung der Digitalkamera geringer ist als die Auflösung einer Silberhalogenidfilmkamera. Daher wird der Freiheitsgrad bei der Wahl der Ladungsakkumulationszeit beschränkt. Bei der vorliegenden und nachfolgend beschriebenen Ausführungsform wird eine vernünftige Grenzladungsakkumulationszeit für ein Kamerawackeln erhalten.
In der Digitalkamera wird die Auflösung des fotografierten Bildes entsprechend dem Pixelabstand oder der Pixelschrittweite des CCD-Elementes 30 bestimmt. Je kleiner nämlich der Pixelabstand ist, um so höher ist die Auflösung des fotografierten Bildes. Die Größe der Lichtempfangsfläche des CCD-Elementes 30 variiert, ist jedoch sehr viel kleiner als die Fläche eines Bildes eines Kleinbildfilmes (d.h. 36 mm x 24 mm). Daher wird ein kleinbild-konvertierter Pixelabstand p für den Pixelabstand des CCD-Elementes 30 folgendermaßen definiert:
p = 36000 μm/N
wobei N die Anzahl der seitlich nebeneinander (in einer horizontalen Richtung) in der Lichtempfangsfläche des CCD-Elementes 30 angeordneten Pixel bezeichnet. Der kleinbild-konvertierte Pixelabstand p wird gebildet, indem man die Breite (36 mm) eines Bildes eines Kleinbildfilmes durch die Anzahl der Pixel dividiert, die in einer horizontalen Richtung des CCD-Elementes 30 angeordnet sind.
Das CCD-Element kann Komponenten eines Objektbildes mit einer Raumfrequenz, die über der Raumfrequenz (d.h. Pixelabstand) der Pixelanordnung des CCD-Elementes 30 liegt, nicht auflösen. In der Realität jedoch liegt die Raumfrequenz des Objektbildes, die aufgelöst werden kann, niedriger als die Hälfte der Raumfrequenz (d.h. der Nyquist-Raumfrequenz) der Pixelanordnung wegen des Vorhandenseins des optischen Tiefpaßfilters 32. So entfernt das optische Tiefpaßfilter 32 eine über der Nyquist-Raumfrequenz liegende Raumfrequenzkomponente aus dem Objektbild, so daß die höhere Raumfrequenzkomponente die Lichtempfangsfläche des CCD-Elementes 30 nicht erreicht. Dies verhindert das Auftreten einer Aliasing-Verzerrung. Ferner ist die Amplitude einer Komponente des Objektbildes mit einer Raumfrequenz, die höher als die halbe Nyquist-Raumfrequenz liegt, stark reduziert wegen des optischen Tiefpaßfilters 32. Im Ergebnis wird in dem CCD-Element 30 die Raumfrequenz des Objektbildes, die aufgelöst werden kann, niedriger als ein Viertel der Raumfrequenz der Pixelanordnung wegen des Vorhandenseins des optischen Tiefpaßfilters 32.
2 zeigt schematisch die Funktion des optischen Tiefpaßfilters 32. Das optische Tiefpaßfilter 32 ist aus einem doppelbrechenden Plättchen, beispielsweise einem Quarzplättchen gemacht und bewirkt, daß ein einfallender Lichtstrahl I in einen ordentlichen Lichtstrahl 0 und einen außerordentlichen Lichtstrahl E aufgespalten wird. Daher ist der Ausgangslichtstrahl des optischen Tiefpaßfilters 32 ein aus dem ordentlichen Lichtstrahl 0 und dem außerordentlichen Lichtstrahl E zusammengesetzter Strahl. Angenommen, daß der einfallende Lichtstrahl I die Wellenlänge λ hat und das optische Tiefpaßfilter 32 an einer Position x angeordnet ist, dann erhält man für den einfallenden Lichtstrahl I folgende Beziehung: Vi(λ) = sin(2π(x/λ)) Der ausgehende Lichtstrahl wird durch die folgende Formel gegeben, unter der Voraussetzung, daß der Ausgangslichtstrahl aus dem ordentlichen Lichtstrahl 0 und dem außerordentlichen Lichtstrahl E zusammengesetzt ist: Vo(λ) = 1/2 sin (2 π (x/λ)) + 1/2 sin (2 π (x/λ-d/λ)) = sin (2 π (x/λ – d/λ)) x cos (2 π (d/λ)) worin der Term 1/2 sin (2 π (x /λ )) eine Komponente des ordentlichen Lichtstrahls 0 und der Term 1/2 sin (2 π (x /λ-d/λ)) eine Komponente des außerordentlichen Lichtstrahles E ist.
Die Spaltweite d (Abstand zwischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl) kann willkürlich durch die Auswahl eines Schnittwinkels des Quarzplättchens bestimmt werden. Wenn der Pixelabstand des CCD-Elementes auf einen Wert gleich der Spaltbreite d eingestellt wird, wird die Amplitude der Komponente des Objektbildes mit einer Raumfrequenz gleich der Nyquist-Raumfrequenz auf null reduziert. Es ist aber unmöglich, nur die Amplitude der Komponente des Objektbildes mit einer Raumfrequenz gleich der Nyquist-Raumfrequenz drastisch zu reduzieren. In der Wirklichkeit werden die Amplituden der Komponenten des Objektbildes mit einer Raumfrequenz oberhalb der halben Nyquist-Raumfrequenz wegen des Vorhandenseins des optischen Tiefpaßfilters 32 reduziert.
3 zeigt eine graphische Darstellung der Dämpfungscharakteristiken für die Amplitude eines Ausgangslichtstrahles, der das optische Tiefpaßfilter 32 durchläuft. Wie man aus der Kurve erkennt, wird die Amplitude einer Komponente des Objektbildes mit einer Raumfrequenz oberhalb der halben Nyquist-Raumfrequenz (entsprechend λ = d/4) wegen des optischen Tiefpaßfilters 32 reduziert, auch wenn die Amplitude einer Komponente des Objektbildes mit einer Raumfrequenz (entsprechend λ = d/2) gleich der Nyquist-Raumfrequenz zu null wird. Die Reduzierung der Amplitude der Komponente des Objektbildes mit einer Raumfrequenz gleich der halben Nyquist-Raumfrequenz (entsprechend λ = d/4) beträgt annähernd 3 dB. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Raumfrequenz der Grenze, an welcher der Kontrast des Objektbilds mit einer Raumfrequenz unterhalb der halben Nyquist-Raumfrequenz (entsprechend λ = d/4) auf weniger als den effektiven Wert (1√2) reduziert wird, eine Raumfrequenz ist, die unterhalb einer halben Nyquist-Raumfrequenz (entsprechend λ = d/4) liegt.
Daher liegt, wie oben beschrieben, in dem CCD-Element die Raumfrequenz des Objektbildes, die aufgelöst werden kann, unterhalb von 1/4 d der Raumfrequenz der Pixelanordnung des CCD-Elementes 30 wegen der Existenz des optischen Tiefpaßfilters 32. Dies heißt für eine Digitalkamera, daß der Durchmesser 4p (d = p) des konvertierten minimalen Streukreises als Parameter verwendet werden kann, der dem Durchmesser des minimalen Streukreises (= 60 μm) entspricht, welcher als Parameter für das Einstellen der Grenzverschlußzeit an einer herkömmlichen Kleinbildkamera verwendet wird. Wenn der konvertierte Pixelabstand p zu klein ist, so daß der Durchmesser 4p des konvertierten minimalen Streukreises kleiner als der Durchmesser des minimalen Streukreises (= 60 μm) ist, wird der Wert von 60 μm als der Durchmesser des Streukreises verwendet, da die Auflösung höher ist als der Durchmesser des minimalen Streukreises (= 60 μm).
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird bei einer Digitalkamera der 3-Millionen-Pixel-Klasse (2048 × 1536), in welcher die filmkonvertierte Brennweite 111 mm beträgt, die Grenzladungsakkumulationszeit in herkömmlicher Weise auf 1/111 (Sek.) gesetzt. Dagegen wird entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Grenzladungsakkumulationszeit Q für ein Kamerawackeln in der folgenden Weise berechnet. Der film-konvertierte Pixelabstand p beträgt annähernd 17,58 μm (36000/2048). Der Durchmesser 4p des konvertierten minimalen Streukreises beträgt annähernd 70,32 μm. Daher erhält man die Grenzladungsakkumulationszeit Q als annähernd 1/95 (Sek.) entsprechend der folgenden Proportionalbeziehung:
Q : 70,32 = 1 /111 : 60
Um ein zweites Beispiel zu nennen, wird für eine Digitalkamera der 2-Millionen-Pixel-Klasse (1600 × 1200), in der die film-konvertierte Brennweite 105 mm beträgt, die Grenzladungsakkumulationszeit für ein Kamerawackeln herkömmlicherweise auf 1/105 (Sek.) gesetzt. Dagegen wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Grenzladungsakkumulationszeit Q in der folgenden Weise berechnet. Der film-konvertierte Pixelabstand p beträgt annähernd 22,50 μm (36000/1600) und der Durchmesser 4p des konvertierten minimalen Streukreises beträgt annähernd 90,00 μm. Daher erhält man die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln zu annähernd 1/70 (Sek.) entsprechend der folgenden Proportionalbeziehung
Q : 90,00 = 1/105 : 60
Um ein drittes Beispiel zu nennen, wird für eine Digitalkamera der 1,3 Millionen-Pixel-Klasse (1280 × 960), in welcher die film-konvertierte Brennweite 114 mm beträgt, die Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln herkömmlicherweise auf 1/114 (Sek.) gesetzt. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungs form dagegen wird die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln in der folgenden Weise berechnet. Der film-konvertierte Pixelabstand p beträgt annähernd 28,12 μm (36000/1280) und der Durchmesser 4p des konvertierten minimalen Streukreises beträgt annähernd 72,48 μm. Daher erhält man die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln zu annähernd 1/61 (Sek.) gemäß der folgenden Proportionalbeziehung
Q : 72,48 = 1 /114 : 60
Gemäß einem vierten Beispiel wird für eine Digitalkamera der 0,85 Millionen-Pixel-Klasse (1024 × 768), in der die film-konvertierte Brennweite 280 mm beträgt, die Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln herkömmlicherweise auf 1/280 (Sek.) gesetzt. Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform dagegen wird die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln in der folgenden Weise berechnet. Der film-konvertierte Pixelabstand p beträgt annähernd 35,16 μm (36000/1024) und der Durchmesser 4p des konvertierten minimalen Streukreises beträgt annähernd 140,46 μm. Daher erhält man für die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln annähernd 1/120 (Sek.) entsprechend der folgenden Proportionalbeziehung
Q : 140,64 = 1/280 : 60
Gemäß einem fünften Beispiel wird für eine Digitalkamera der 5-Millionen-Pixel-Klasse (2560 × 1920), bei welcher die film-konvertierte Brennweite 111 mm beträgt, die Grenzladungsakkumulationszeit für das Kamerawackeln herkömmlicherweise auf 1/111 (Sek.) gesetzt. Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform dagegen wird die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln folgendermaßen berechnet. Der film-konvertierte Pixelabstand p beträgt annähernd 14,06 μm (36000/2560) und der Durchmesser 4p des konvertierten minimalen Streukreises beträgt annähernd 56,24 μm. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Durchmesser 4p des konvertierten minimalen Streukreises kleiner als 60 μm ist, wird die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln wie in der herkömmlichen Weise auf 1/111 (Sek.) gesetzt.
4 zeigt ein Beispiel eines Programmdiagramms, das eine Beziehung zwischen einem Blendenwert Av und einer Ladungsakkumulationszeit Tv angibt, die auf einem Datenblatt des APEX-Systems aufgeführt ist. Dieses Datenblatt zeigt einen Fall, in dem die Empfindlichkeit des CCD-Elementes 30 der Filmempfindlichkeit ISO = 100 entspricht. Eine f-Zahl F kennzeichnet die Lichtstärke des fotooptischen Systems 14 und entspricht dem Blendenwert Av. Dem Blendenwert Av ist ein Wert zwischen APEX-Wert Av = 3 bis APEX-Wert Av = 8 zugeordnet. Der Ladungsakkumulationszeit Tv ist ein Wert zwischen APEX-Wert Tv = 0 bis APEX-Wert Tv = 12 zugeordnet und es wird eine jedem der APEX-Werte entsprechende Ladungsakkumulationszeit SS (Sek.) angezeigt. Einem optimalen Belichtungswert Ev wird ein Wert zwischen APEX-Wert Ev = 3 und APEX-Wert Ev = 20 zugeordnet.
In dem Beispiel des in 4 dargestellten Programmdiagramms wird die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln auf 1/60 (Sek.) eingestellt, wobei man diesen Wert nach dem oben beschriebenen Verfahren erhält. Die Grenzladungsakkumulationszeit Q kann auf einen Punkt gesetzt werden, der in einer der Liniensegmente der optimalen Belichtungswerte Ev = 9 bis Ev = 14 enthalten ist. Bei dem Beispiel gemäß 4 wird die Grenzladungsakkumulationszeit Q auf einen Punkt gesetzt, der auf dem Liniensegment des optimalen Belichtungswertes Ev = 9 enthalten ist. In dem Programmdiagramm wird somit die Grenzladungsakkumulationszeit Q auf einen Punkt gesetzt, welcher dem Schnittpunkt zwischen einem horizontalen Liniensegment HL₁, das sich unterhalb des optimalen Belichtungswertes Ev = 9 in Richtung auf eine Niederluminanzseite erstreckt, und einem ansteigenden Liniensegment IL₁ bildet, das sich oberhalb des optimalen Belichtungswertes Ev = 9 in Richtung auf eine Hochluminanzseite erstreckt. Die Grenzladungsakkumulationszeit Q ist somit der Knickpunkt, an dem die Programmkurve einen Knick hat, und liegt im Bereich der niedrigen Luminanz. Das horizontale Liniensegment HL₁ wird bestimmt, in dem man den gesetzten Punkt für die Grenzladungsakkumulationszeit Q bestimmt, und das ansteigende Liniensegment IL₁ kann beliebig von dem Punkt der Grenzladungsakkumulationszeit Q zu dem Bereich höherer Luminanz hin gezogen werden.
Wenn der durch das Einschalten des Fotometerschalters 26 erhaltene Fotometriewert kleiner oder gleich dem optimalen Belichtungswert Ev = 8 ist, wird die optimale Belichtungsbedingung dadurch erhalten, daß man lediglich die Ladungsakkumulationszeit Tv ändert. Daher kann eine Warnung, welche anzeigt, daß eine Bildunschärfe durch Kamerawackeln auftreten kann, auf dem LCD-Schirm 48 angezeigt werden. Wenn dagegen der Fotometriewert größer oder gleich dem optimalen Belichtungswert Ev = 9 ist, werden der Belichtungswert Av und die Ladungsakkumulationszeit Tv gemäß dem ansteigenden Liniensegment IL₁ bestimmt. Wenn beispielsweise der Fotometriewert dem optimalen Belichtungswert Ev = 13 entspricht, entspricht der Blendenwert Av dem Wert Ev = 5 und die Ladungsakkumulationszeit Tv dem Wert Ev = 8 (d.h. 1/250 (Sek.)).
Somit erfüllt die Ladungsakkumulationszeit Tv an dem Knickpunkt, der nahe dem untersten Lichtwert der Programmkurve liegt, die Formel (2), wenn ein filmkonvertierter Pixelabstand p (μm) des CCD-Elementes 30, der durch Teilen einer Breite eines fotographischen Filmes durch die Anzahl der in horizontaler Richtung der Lichtempfangsfläche angeordneten Pixel erhalten wird, die Beziehung 4p ≥ 60 erfüllt: 1/(fc × (60/4p)) ≥ Tv ≥ 1/fc (2) wobei f_c eine film-konvertierte Brennweite (mm) bezeichnet, mit der, wenn die Lichtempfangsfläche auf eine Fläche des fotographischen Films vergrößert wird, das Objektbild auf der vergrößerten Fläche mit demselben Bildwinkel abgebildet wird, wie auf dem fotographischen Film.
Wenn entsprechend der obigen Beschreibung die Grenzladungsakkumulationszeit Q in herkömmlicher Weise erhalten wird, ist sie kürzer als 1/60 (Sek.). Daher wird die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln von dem in 4 eingetragenen Punkt zur rechten Seite hin verschoben, d.h. zu der Seite höherer Luminanz, so daß ein Freiheitsgrad bei der Vorgabe des ansteigenden Liniensegmentes IL₁ in dem Programmdiagramm beschränkt wird.
Gemäß der Darstellung in 4 kann das ansteigende Liniensegment IL₁ des Programmdiagramms durch ein horizontales Liniensegment BL₁ und ein vertikales Liniensegment BL₂ ersetzt werden, die als gestrichelte Linien dargestellt sind. Wenn sich der optimale Belichtungswert Ev in dem durch das horizontale Liniensegment BL₁ angegebenen Bereich befindet, wird in diesem Fall der Blendenwert Av immer auf den maximalen Blendenwert Av = 8 gesetzt, so daß die optimale Belichtungsbedingung dadurch erhalten wird, daß man lediglich die Ladungsakkumulationszeit Tv steuert. Wenn daher die Blende 52 auf den maximalen Blendenwert Av = 8 verengt wird, so daß nur der Bereich des fotooptischen Systems 14, in dem die Objektivleistung exzellent ist, oder ein Bereich nahe der optischen Achse verwendet wird, können Aufnahmen mit hoher Auflösung gemacht werden. Wenn dagegen der optimale Belichtungswert Ev in dem durch das vertikale Liniensegment BL₂ angezeigten Bereich liegt, wird lediglich der Blendenwert verändert, während die Ladungsakkumulationszeit auf der Grenzladungsakkumulationszeit Tv = 6 (d.h. 1/60 Sek.) für das Kamerawackeln gehalten wird, so daß ein Verwackeln der Aufnahme vermieden wird. Es ist zu bemerken, daß im Hinblick auf ein Verhindern verwackelter Aufnahmen der Knickpunkt in Richtung auf kleinere Verschlußzeiten im Vergleich zu Tv = 6 verschoben werden kann.
Bei der ersten Ausführungsform wird ein Programmdiagramm gemäß 4 für jede der fünf Brennweiten f₁, f₂, f₃, f₄ und f₅ vorbereitet. Jedes der Programmdiagramme wird als zweidimensionale Karte ausgebildet, welche eine AE-Tabelle (S1, S2, S3, S4 und S5) ist, und wird in dem ROM 10a der Systemsteuerschaltung 10 gespeichert. Wenn daher der Auslöseschalter 28 auf EIN gestellt und irgendeine Brennweite gewählt wird, wird eine der Brennweiten (f₁, f₂, f₃, f₄, f₅ ), die am nächsten an der eingestellten Brennweite liegt, aus den Brennweitedaten ausgewählt und das CCD-Element 30 wird mit den optimalen Belichtungsbedingungen belichtet.
5 zeigt ein Flußdiagramm einer Fotographierroutine, die von der Systemsteuerschaltung 10 ausgeführt wird. Wenn in dem Ruhemodus (d.h. dem Zustand minimalen Energieverbrauchs) bestätigt wird, daß der Hauptschalter 12 auf EIN geschaltet ist, ändert sich der Modus von dem Ruhemodus zum Aufnahmemodus und die Fotographierroutine wird ausgeführt.
im Schritt 501 wird eine LCD-Schirmanzeigeroutine ausgeführt, die wohlbekannt ist und durch die ein Objektbild als bewegliches Bild auf dem LCD-Schirm 48 angezeigt wird. Dabei wird die einem Bild entsprechende Menge ausgedünnter Farbpixelsignale aus dem CCD-Element 30 zu einem gegebenen Zeitintervall ausgelesen, so daß ein bewegtes Objektbild auf dem LCD-Schirm angezeigt wird. Wenn während der Ausführung der LCD-Schirmanzeigeroutine der Telefotoschalter oder der Weitwinkelschalter 20 betätigt werden, so wird der Zoom-Antriebsmechanismus 16 betätigt und es wird die Brennweite des fotooptischen Systems 14 eingestellt, wobei eine der Brennweiten f₁, f₂, f₃, f₄ und f₅ als Brennweitendaten ausgewählt wird. Ferner wird während der Ausführung der LCD-Schirmanzeigeroutine jedesmal, wenn die einem Bild entsprechende Menge ausgedünnter Farbpixelsignale aus dem CCD-Element 30 zu einem gegebenen Zeitintervall ausgelesen wird, der Antriebsmechanismus 24 für die Fokussierungslinse nach dem Kontrastverfahren betätigt, so daß ein auf dem LCD-Schirm 48 angezeigtes bewegtes Objektbild stets scharf ist.
Im Schritt 502 wird bestimmt, ob der Fotometerschalter 26 auf EIN geschaltet ist. Wenn der Fotometerschalter 26 auf AUS steht, geht das Verfahren zu Schritt 503, in dem bestimmt wird, ob der Hauptschalter 12 auf AUS steht. Wenn der Hauptschalter 12 auf EIN geschaltet ist, geht das Verfahren zurück zu Schritt 501. Wenn daher der Hauptschalter 12 auf EIN geschaltet ist, wird ein von dem fotooptischen System 14 erfaßtes Objektbild auf dem LCD-Schirm 48 als bewegtes Bild angezeigt und das Einschalten des Fotometerschalters 26 wird im Schritt 502 überprüft.
Wenn bestätigt wird, daß der Fotometerschalter 26 auf EIN geschaltet ist, wird der Schritt 504 ausgeführt, in dem die Lichtmessung durchgeführt wird. In dem fotometrischen Prozeß wird ein optimaler Belichtungswert Ev auf der Basis eines mittleren Luminanzwertes (d.h. eines Lichtmeßwertes) aus der einem Bild entsprechenden Menge von Luminanzsignalen erhalten, die wiederum aus der einem Bild entsprechenden Menge von ausgedünnten Farbpixelsignalen erhalten werden, die aus dem CCD-Element 30 ausgelesen werden. Dann werden in Schritt 505 Encoderdaten aus dem Zoom-Encoder 22 zugeführt, so daß die aktuelle Brennweite als eine der Brennweiten f₁, f₂, f3, f₄, f₅ erkannt wird.
In Schritt 506 wird eine der AE-Tabellen S1 bis S5 entsprechend der in Schritt 505 festgestellten Brennweite (f₁, f₂, f₃, f₄, f₅) ausgewählt. In Schritt 507 werden ein Blendenwert Av und eine Ladungsakkumulationszeit Tv aus der ausgewählten AE-Tabelle gelesen, basierend auf dem optimalen Belichtungswert Ev. Dann wird im Schritt 508 die Fokussierung ausgeführt. Dabei wird der Fokussierungsantriebsmechanismus 24 entsprechend dem Kontrastverfahren betätigt, so daß ein Objektbild auf der Lichtempfangsfläche des CCD-Elementes 30 fokussiert wird.
Im Schritt 509 wird bestimmt, ob der Auslöseschalter 28 eingeschaltet ist. Wenn der Auslöseschalter 28 auf AUS steht, geht das Verfahren zurück zu Schritt 501. Wenn dagegen der Fotometerschalter 26 auf EIN steht, wird das Verfahren einschließlich der Schritte 504 bis 508 wiederholt: Wenn in Schritt 509 bestätigt wird, daß der Auslöseschalter 28 eingeschaltet ist, wird der Schritt 510 ausgeführt, in dem die Blende 52 auf den Blendenwert Av geschlossen wird, indem der Blendenantriebsmechanismus 54 betätigt wird und indem die Restladung aus dem CCD-Element 30 entladen wird. Dann wird im Schritt 511 der Ablauf der Ladungsakkumulationszeit Tv geprüft.
Wenn in Schritt 511 bestätigt wird, daß die Ladungsakkumulationszeit Tv abgelaufen ist, erfolgt Schritt 512, in dem die einem Bild entsprechende Menge von Farbpixelsignalen aus dem CCD-Element 30 ohne Ausdünnung ausgelesen wird. Die einem Bild entsprechende Menge von Farbpixelsignalen wird der Systemsteuerschaltung 10 über die CDS 36, den Verstärker 38 und den A/D-Wandler 40 als die einem Bild entsprechende Menge digitaler Farbpixelsignale zugeführt. Dann werden in Schritt 513 die einem Bild entsprechenden Farbpixelsignale einem Bildbearbeitungsverfahren, wie beispielsweise einem Weißabgleich und einer Gammakorrektur, unterzogen, wonach in Schritt 514 die einem Bild entsprechen de Menge digitaler Farbpixelsignale in einem CF-Kartenspeicher gespeichert werden, der mit dem CF-Kartentreiber 56 verbunden ist.
Anschließend geht das Verfahren zurück zu Schritt 501, so daß die Fotographierroutine so lange ausgeführt wird, solange der Hauptschalter 12 auf EIN steht. Wenn dagegen in Schritt 503 bestätigt wird, daß der Hauptschalter 12 auf AUS geschaltet ist, geht das Verfahren zu Schritt 515, in dem der Modus aus dem Aufnahmemodus in den Ruhemodus geändert wird, womit die Fotographierroutine endet.
6 zeigt ein Blockdiagramm einer Digitalkamera, auf die eine zweite Ausführungsform der Erfindung angewandt ist. Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß 1 mit der Ausnahme, daß die Blende 52 und der Blendenantriebsmechanismus 54 nicht vorhanden sind. Das fotooptische System 14 ist nämlich immer offen und die f-Zahl beträgt beispielsweise f4 (d.h. Av = 4). Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 ist variabel. Der Verstärker 38 ist beispielsweise ein spannungsgesteuerter Verstärker und der Verstärkungsfaktor wird entsprechend einer von der Systemsteuerschaltung 10 abgegebenen variablen Spannung gesteuert.
In dem ROM 10a der Systemsteuerschaltung 10 sind AE-Tabellen S1 bis S5 entsprechend den fünf Brennweiten f₁, f₂, f₃, f₄ und f₅ des fotooptischen Systems 14 gesteuert. Programmdiagramme, welche eine Beziehung zwischen einem Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 und einer Ladungsakkumulationszeit Tv zeigen, sind als zweidimensionale Karten eingeschrieben.
7 zeigt ein Beispiel eines Programmdiagramms für die Beziehung zwischen einer ISO-Empfindlichkeit und einer Ladungsakkumulationszeit Tv, die in einer Karte des APEX-Systems aufgeführt ist. Die ISO-Empfindlichkeit einer Silberhalogenidfilmkamera entspricht dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 einer Digitalkamera. Daher ist das in 7 dargestellte Programmdiagramm für eine Digitalkamera eigentümlich. Wie man aus 7 entnehmen kann, entsprechen die ISO-Werte 25 bis 800 den Werten Sv = 2 bis Sv = –3, welche APEX-Werte der ISO-Empfindlichkeit sind. Der ISO = 25 entsprechende Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 ist der minimale Verstärkungsfaktor und der ISO = 800 entsprechende Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 ist der maximale Verstärkungsfaktor.
Bei dem Beispiel des in 7 dargestellten Programmdiagramms ist ähnlich wie bei dem Beispiel gemäß 4 die Grenzladungsakkumulationszeit Q für das Kamerawackeln auf 1/60 (Sek.) gesetzt, die in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel erhalten wird. Bei dem in 7 dargestellten Programmdiagramm kann die Grenzladungsakkumulationszeit Q auf einen Punkt gesetzt werden, der in einem der Liniensegmente der optimalen Belichtungswerte Ev = 6 bis Ev = 12 enthalten ist, wobei bei dem Beispiel gemäß 7 die Grenzladungsakkumulationszeit Q auf einen Punkt gesetzt wird, der in dem Liniensegment des optimalen Belichtungswertes Ev = 7 enthalten ist. Daher besteht das Programmdiagramm aus einem horizontalen Liniensegment HL₂, das sich unterhalb des optimalen Belichtungswertes Ev = 7 von dem gesetzten Punkt der Grenzladungsakkumulationszeit Q zu der Seite niedriger Luminanz hin erstreckt, und einem ansteigenden Liniensegment IL₂, das sich oberhalb des optimalen Belichtungswertes Ev = 7 von dem gesetzten Punkt zu der Seite hoher Luminanz hin erstreckt. Das horizontale Liniensegment HL₂ wird endgültig dadurch bestimmt, daß man den gesetzten Punkt für die Grenzladungsakkumulationszeit Q setzt, und das ansteigende Liniensegment IL₂ kann willkürlich von dem Punkt der Grenzladungsakkumulationszeit Q in Richtung auf die Seite hoher Luminanz hin gezogen werden.
Wenn der beim Einschalten des Fotometerschalters 26 erhaltene Lichtmeßwert kleiner oder gleich dem optimalen Belichtungswert Ev = 7 ist, wird die optimale Belichtungsbedingung dadurch erhalten, daß man nur die Ladungsakkumulationszeit Ev ändert. Entsprechend kann eine Warnung, die anzeigt, daß eine Bildunschärfe wegen eines Kamerawackelns auftreten kann, auf dem LCD-Schirm 48 angezeigt werden. Wenn dagegen der Lichtmeßwert größer oder gleich dem optimalen Belichtungswert Ev = 7 ist, werden der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 und die Ladungsakkumulationszeit Tv entsprechend dem ansteigenden Liniensegment IL₂ bestimmt. Wenn beispielsweise der Lichtmeßwert der optimale Belichtungswert Ev = 11 ist, ist der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 ein Verstärkungsfaktor entsprechend ISO = 200 und die Ladungsakkumulationszeit Tv entspricht Ev = 8 (d.h. 1/250 (Sek.)).
Wenn, wie oben beschrieben, die Grenzladungsakkumulationszeit für ein Kamerawackeln in herkömmlicher Weise erhalten wird, ist sie kürzer als 1/60 (Sek.). Daher wird der gesetzte Punkt für die Grenzladungsakkumulationszeit Q von dem in 7 eingetragenen Punkt zur rechten Seite hin verschoben, d.h. zur Seite höherer Luminanz, so daß ein Freiheitsgrad bei der Vorgabe des ansteigenden Liniensegmentes IL₂ in dem Programmdiagramm beschränkt wird.
Gemäß der Darstellung in 7 kann das ansteigende Liniensegment IL₂ des Programmdiagramms durch ein horizontales Liniensegment BL₃ und ein vertikales Liniensegment BL₄ ersetzt werden, die als gestrichelte Linien dargestellt sind. Wenn in diesem Fall der optimale Belichtungswert Ev größer als 14 ist und in dem durch das horizontale Liniensegment BL₃ angegebenen Bereich liegt, ist der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 stets der minimale Verstärkungsfaktor, der ISO = 25 entspricht, so daß die optimale Belichtungsbedingung dadurch erhalten wird, daß man nur die Ladungsakkumulationszeit Tv steuert. Wenn daher der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 auf den minimalen Verstärkungsfaktor gesetzt wird, kann ein Bild mit geringem Rauschen aufgenommen werden, da die Aufnahme mit einer geringen Empfindlichkeit ausgeführt wird. Wenn andererseits der optimale Belichtungswert Ev im Bereich von 7 bis 12 und damit in dem durch das vertikale Liniensegment BL₄ angegebenen Bereich liegt, wird nur der Verstärkungsfaktor geändert, während die Ladungsakkumulationszeit auf dem Wert der Grenzladungsakkumulationszeit Tv = 6 für ein Kamerawackeln gehalten wird, d.h. auf 1/60 (Sek.). Infolge dessen wird eine verwackelte Aufnahme vermieden. Es ist zu bemerken, daß im Hinblick auf die Vermeidung verwackelter Aufnahmen der Knickpunkt zu gegenüber Tv = 6 kürzeren Verschlußzeiten hin verschoben werden kann.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein Programmdiagramm gemäß 7 für jede der fünf Brennweiten f₁, f₂, f₃, f₄, f₅ vorbereitet. Jedes der Programmdiagramme bildet eine zweidimensionale Karte, die eine AE-Tabelle (S1, S2, S3, S4 und S5) ist. Sie wird in dem ROM 10a der Systemsteuerschaltung 10 gespeichert. Wenn daher der Auslöseschalter 28 eingeschaltet ist und die Brennweite eingestellt wird, wird eine der Brennweiten f₁, f₂, f₃, f₄, f₅, welche am nächsten an der eingestellten Brennweite liegt, als Brennweitendaten ausgewählt. Das CCD-Element 30 wird dann mit der optimalen Belichtungsbedingung belichtet.
8 zeigt ein Flußdiagramm einer Fotographierroutine, die von der Systemsteuerschaltung 10 gemäß 6 ausgeführt wird. Die Schritte 801 bis 815 gemäß 8 entsprechen den Schritten 501 bis 515 der 5 und beide Fotographierroutinen, die in den 5 und 8 dargestellt sind, entsprechen einander im wesentlichen mit Ausnahme der Schritte 807 und 810. Im einzelnen werden im Schritt 807 der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 und die Ladungsakkumulationszeit Tv aus der AE-Tabelle ausgelesen, die basierend auf dem optimalen Belichtungswert Ev im Schritt 806 ausgewählt wurde, während im Schritt 507 der Blendenwert Av und die Ladungsakkumulationszeit Tv aus der AE-Tabelle ausgelesen werden, die basierend auf dem optimalen Belichtungswert Ev in Schritt 506 ausgewählt wurde. Ferner wird der in Schritt 807 erhaltene Verstärkungsfaktor an dem Verstärker 38 eingestellt und in Schritt 810 wird die Restladung von dem CCD-Element 30 entfernt, während in Schritt 510 die Blende 52 basierend auf dem Blendenwert Av durch Betätigung des Blendenantriebsmechanismus 54 verengt und die Restladung von dem CCD-Element 30 entfernt wird.
Es ist zu bemerken, daß bei der zweiten Ausführungsform der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 so gesteuert wird, daß ein bewegtes Bild mit einer vorgegebenen Helligkeit auf dem LCD-Schirm 48 angezeigt wird, während die LCD-Schirmanzeigeroutine in Schritt 801 ausgeführt wird.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Ladungsakkumulationszeit unter Verwendung eines elektronischen Verschlusses gesteuert, der in einer Festkörperabbildungsvorrichtung, wie einem CCD-Element, betätigt wird. Im Falle einer Digitalkamera dagegen, in der ein mechanischer Verschluß ähnlich dem einer Silberhalogenidfilmkamera eingebaut ist, wird die Verschlußgeschwindigkeit anstelle einer Ladungsakkumulationszeit eingestellt, um ein Verwackeln der Aufnahmen zu verhindern.

Claims

Digitalkamera, umfassend eine Festkörperabbildungsvorrichtung (30), die eine Lichtempfangsfläche hat und mit einem optischen Tiefpaßfilter (32) versehen ist, ein fotooptisches System (14), das durch das Tiefpaßfilter (32) ein Objektbild auf der Lichtempfangsfläche bildet, eine Speichereinheit (10a), die ein Programm zur Steuerung der Ladungsakkumulationszeit zum Bestimmen der optimalen Belichtungusparameter speichert, denen entsprechend eine fotographische Aufnahme mittels des fotooptischen Systems (14) und der Festkörperabbildungsvorrichtung (30) ausgeführt wird, wobei das Steuerprogramm ein Programmdiagramm enthält, das eine Beziehung zwischen einer Ladungsanhäufungszeit (T) und einem Blendenwert (Av) und/oder einer ISO-Empfindlichkeit zeigt und das mindestens einen Knickpunkt Q hat, an dem das Programmdiagramm einen Knick hat, wobei die Ladungsakkumulationszeit (T) an einem Knickpunkt (Q), der nahe dem niedrigsten Lichtwert des Programmdiagramms liegt, die folgende Formel erfüllt, wenn ein filmkonvertierter Pixelabstand p (μm) der Festkörperabbildungsvorrichtung (30), der durch Dividieren einer Breite eines fotographischen Filmes durch die Anzahl der in einer horizontalen Richtung der Lichtempfangsfläche angeordneten Pixel die Beziehung 4p ≥ 60 erfüllt: 1/(fc × (60/4p)) ≥ T ≥ 1/fc wobei f_c eine film-konvertierte Brennweite (mm) bezeichnet, mit der, wenn die Lichtempfangsfläche auf eine Fläche des fotographischen Filmes vergrößert wird, das Objektbild auf der vergrößerten Fläche mit demselben Bildwinkel wie auf dem fotographischen Film erzeugt wird.
Digitalkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fotooptische System (14) ein zoomartiges fotooptisches System ist, in dem die Brennweite verändert werden kann, und daß Steuerprogramme für die Steuerung der Ladungsakkumulationszeit (T) für eine Vielzahl von Brennweiten vorgesehen sind.
Digitalkamera nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Sensor (22) zum Ermitteln der Brennweite, die an dem zoomartigen fotooptischen System (14) eingestellt ist, und einen Auswahlprozessor, der ein Steuerprogramm zum Steuern einer Ladungsakkumulationszeit entsprechend der von dem Sensor (22) ermittelten Brennweite auswählt, wobei der optimale Belichtungsparameter auf der Basis des ausgewählten Steuerprogramms bestimmt wird.
Digitalkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem fotooptischen System (14) und der Festkörperabbildungsvorrichtung (30) eine Blende (52) angeordnet ist, um die Lichtmenge des Objektbildes einzustellen, und daß die Parameter für eine optimale Belichtung einen Blendenwert der Blende (52) und die Ladungsakkumulationszeit (T) enthalten.
Digitalkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Verstärker (38), der ein von der Festkörperabbildungsvorrichtung (30) ausgelesenes Pixelsignal verstärkt, wobei die Parameter für eine optimale Belichtung einen Verstärkungsfaktor des Verstärkers (38) und die Ladungsakkumulationszeit (T) enthalten.