JP2659570B2 - 電子スチルカメラおよび電子スチルカメラ用ストロボ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子スチルカメラ並びに電子スチルカメラ
用ストロボに関する。

（発明の背景） 通常の電子スチルカメラは、固体撮像素子の受光部で
所定時間露光・蓄積を行った後、転送部への電荷移動で
露光を終了する。この露光期間中にストロボが１回だけ
発光する。

通常のストロボは、コンデンサに充電した電荷を全部
発光のために使うものと、被写体からの反射光を検出し
て適正レベルになったところで発光停止するものとがあ
る。

（発明が解決しようとする課題） ストロボ撮影をした場合、カメラに近い被写体や反射
率の高い被写体が白くとんでしまいがちである。

また、それらの被写体に合わせて絞りを調節したり、
オートストロボの発光を途中で停止させたりすると、少
し離れた被写体や反射率の低い被写体が黒くつぶれてし
まうという不具合があった。

このような場合、ストロボ光が全く届かないような遠
い被写体は仕方ないが、カメラに近い被写体から少し離
れただけで黒くつぶれてしまうのでは困る。

このような問題は通常の光源で撮影する場合にも生じ
ていた。それを解決する手段として、1978年テレビジョ
ン学界全国大会報43頁〜44頁［CCDイメージセンサのKne
e特性制御］、本件出願人による特願昭62−87393号など
により提案が成されている。しかし、これらはいずれも
露光を複数回に分けて行うものであるので、トリガ信号
により１回発光するだけのストロボ撮影には対応するこ
とができないという問題がある。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、反射率や距離の違いが有って
も、得られる画像が白くとんだり黒くつぶれたりしない
ような電子スチルカメラ並びに電子スチルカメラ用スト
ロボを実現することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決する請求項１記載の発明は、外部から
のタイミング信号に同期して発光するストロボと共に使
用され、固体撮像素子を備えた電子スチルカメラであっ
て、ストロボ撮影時には１コマの撮影時間内に複数のタ
イミング信号を前記ストロボに与えるタイミング信号供
給手段と、前記ストロボの各発光のうち少なくとも１回
の発光の途中で前記固体撮像素子の電子シャッタ動作を
行うことにより受光量を調整する受光量調整手段とを具
備することを特徴とするものである。

上記課題を解決する請求項２記載の発明は、外部から
の発光開始信号，発光停止信号により発光の開始，停止
が制御されるストロボと共に使用され、静止画を撮影す
るための電子スチルカメラであって、ストロボ撮影時に
は１コマの撮影時間内に複数組の発光開始信号及び発光
停止信号を前記ストロボに印加する発光開始信号及び発
光停止信号印加手段と、前記複数組の発光開始信号及び
発光停止信号のうち少なくとも１組については発光開始
信号から発光停止信号までの時間間隔を他の組の時間間
隔と異ならせる時間間隔制御手段とを具備することを特
徴とするものである。

上記課題を解決する請求項３記載の発明は、固体撮像
素子を有する電子スチルカメラと共に使用されるストロ
ボであって、ストロボ撮影時の１コマの撮影時間内に前
記電子スチルカメラから与えられる複数組の発光開始信
号及び発光停止信号であって、少なくとも１組は発光開
始信号と発光停止信号の間の時間間隔が他の組とは異な
る信号に基づき、発光開始及び発光停止を行う発光開始
及び停止手段を具備することを特徴とするものである。

上記課題を解決する請求項４記載の発明は、１コマの
撮影時間内に複数回発光し、この複数回の発光のうち少
なくとも１回の発光量が他の回の発光量と異なるストロ
ボと共に使用される電子スチルカメラであって、前記ス
トロボを複数回発光させる発光開始信号を発生する発光
開始信号発生手段を具備することを特徴とするものであ
る。

上記課題を解決する請求項５記載の発明は、電子スチ
ルカメラと共に使用されるストロボであって、前記電子
スチルカメラからの発光タイミング信号に同期して１コ
マの撮影時間内に複数回発光すると共に、この複数回の
発光のうち少なくとも１回は他の回とは異なる発光量で
発光する発光手段を具備することを特徴とするものであ
る。

（作用） 請求項１記載の電子スチルカメラは、ストロボ撮影時
には１コマの撮影時間内に複数回ストロボを発光させる
と共に、各発光のうち少なくとも１回の発光途中で固体
撮像素子の電子シャッター動作を行うことにより受光量
を調整する。

請求項２記載の電子スチルカメラは、ストロボ撮影時
には１コマの撮影時間内に複数のストロボ発光開始信号
及び発光停止信号を発生すると共に、これら発光開始信
号から発光停止信号までの時間間隔のうち少なくとも１
回は他の時間間隔と異なるようにする。

請求項３記載の電子スチルカメラ用ストロボは、電子
スチルカメラから与えられる複数組の発光開始信号及び
発光停止信号によりストロボの発光開始及び発光停止の
制御が行われる。

請求項４記載の電子スチルカメラは、ストロボが複数
回発光するように発光開始信号を発生する。

請求項５記載の電子スチルカメラ用ストロボは、電子
スチルカメラからの発光タイミング信号に同期して１コ
マの撮影時間内に複数回発光する共に、この複数回の発
光のうち少なくとも１回の発光量が他の発光量と異な
る。

（実施例） 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の電子スチルカメラの一実施例の全体
構成を示す構成図である。図において、１は後述するレ
ンズ系11により形成された光像を電気信号（画像デー
タ）に変換するための固体撮像素子（以下CCDとい
う）、10は撮影時に発光するストロボ、11は被写体の像
をCCD1に結ばせるためのレンズ系、12はCCD1の出力を増
幅するためのアンプ、13はCCD1の出力を映像信号に変換
するためのプロセス回路、14は映像信号をビデオフロッ
ピー15に記録するための信号に変換する記録回路、16は
CCD1の出力から露出制御を行うための測光値を算出する
測光回路、17は露出制御のほかに各部を統括制御するCP
U、18はCCD1を駆動するためのCCD駆動回路である。この
CCD駆動回路18は電荷の読出しタイミングを調整するこ
とでシャッタスピードを調節する電子シャッタ機能を備
えているものとする。

第２図はこのCCD1を駆動する際の駆動パルスを示すタ
イムチャートである。尚、この駆動パルスを発生するCC
D駆動回路は、周知の回路に若干の変更を加えることに
より実現できるものであり、詳細な回路構成については
省略する。

第３図は前述の実施例に用いるCCD1の要部の構成を示
す構成図である。ここではCCD1としてインターラインCC
Dの場合について説明する。図において、２は受光量に
応じた電荷を発生する受光部、３は受光部で発生した電
荷を垂直方向に転送する垂直転送部、４は垂直転送部か
らの電荷を水平方向に転送する水平転送部である。ここ
では、３×４画素分を示している。

また、このCCD1の受光部２と垂直転送部３のポテンシ
ャルは第４図もしくは第５図のようになっているものと
する。すなわち、転送部は受光部の５倍の電荷を蓄える
ことが可能であるとする。

以下、第１図乃至第５図を参照して本発明の実施例の
動作をCCDの駆動を中心に説明する。

上記第２図のＡが露光,Bが読出しの期間であるとする
と、Ａの最初にφV1〜φV4に対応する画素の電荷を垂直
転送部３に移した後、逆転送により電荷を捨てる。その
後、５回（T1,T2,T3,T4,T5）に分けて受光部２から垂直
転送部３への電荷移動を行い、垂直転送部３上で加算し
たものをＢの期間に読み出す。この５分割した露光期間
に、それぞれストロボを発光させる（第２図（ニ）〜
（ト））。そして、このストロボ発光の強度を変える
（第２図（ホ）〜（ト））ことにより、特性を変えるこ
とができる。

（ニ）に示すように５回の発光量を等しく設定する
と、従来のストロボ発光（第２図（チ））により通常の
読出しを行ったのと同じである。

また、ストロボ発光２（第２図（ホ））のように５回
目の発光量のみを小さくした場合、被写体の反射率とCC
D1の出力電荷の関係は第６図のようになる。ここでは、
第５回目の発光量を第１〜４回目の発光量の1/4の場合
について説明する。１〜４回目のストロボ発光による発
生電荷は第６図Ａのようになり、５回目のストロボ発光
による発生電荷は第６図Ｂのようになる。従って、５回
分の電荷を加算すると、第６図Ｃの特性になる。すなわ
ち、ＡとＢの特性の違いにより、ニー特性が現れる。こ
のため、反射率の高い被写体でも飽和することがない。

また、ストロボ発光３（第２図（ヘ））のように、そ
れぞれの発光量の比を16:16:4:4:1とした場合、被写体
の反射率とCCD1の出力電荷の関係は第７図Ｄのようにな
る。1,2回目のストロボ発光による発生電荷は第７図Ａ
のようになり、3,4回目のストロボ発光による発生電荷
は第７図Ｂのよになり、５回目のストロボ発光による発
生電荷は第７図Ｃのようになる。従って、５回分の電荷
を加算すると、第７図Ｄの特性になる。すなわち、A,B,
Cの特性の違いにより、ニー特性が現れる。このため、
反射率の高い被写体でも出力が飽和することがない。

また、ストロボ発光４（第２図（ト））のように、そ
れぞれの発光量の比を16:4:4:4:1とした場合、被写体の
反射率とCCD1の出力電荷の関係は第７図Ｅのようにな
る。１回目のストロボ発光による発生電荷は第７図Ａの
ようになり、2,3,4回目のストロボ発光による発生電荷
は第７図Ｂのようになり、５回目のストロボ発光による
発生電荷は第７図Ｃのようになる。従って、５回分の電
荷を加算すると、第７図Ｅの特性になる。すなわち、A,
B,Cの特性の違いにより、ニー特性が現れる。このた
め、反射率の高い被写体でも出力が飽和することがな
い。

以上のように、ストロボの発光量を変えることによ
り、これ以外にも種々の特性を得ることが可能である。

第８図は通常のストロボの回路構成を参考のために示
した回路図である。このストロボの動作は以下の通りで
ある。メインスイッチSW_Mをオンすると、昇圧回路10aに
より電源電圧Ｅは昇圧されてコンデンサC₁に充電され
る。コンデンサC₁に充電された電圧が所定の値に達する
と、ネオン管Neが発光し、充電完了を知らせる。このと
き、カメラからのＸ接点信号によりSW_Xがオンすると、
コンデンサCsの放電電流によりスパイク状の電圧が放電
管Xeに加わる。このスパイク状の電圧が放電開始のトリ
ガになり、コンデンサC₁の充電電荷が放電管を流れ、放
電（発光）が行われる。コンデンサC₁の充電電荷が無く
なると、放電は終了する。

第９図は本発明のストロボの回路構成を示した回路図
である。この構成では、充電コンデンサがC₁，C₂，C₃，
C₄，C₅の５個設けられており、コントローラ10bからの
指示でスイッチSW_Cが切り替えられる。従って、各コン
デンサの容量を調整することにより、第２図（ニ）〜
（ト）に示したような発光特性を容易に実現することが
できる。

第10図は上記コントローラ10b及びスイッチSW_Cの構成
例を示した回路図である。また、第11図はコントローラ
10bの動作時のタイムチャートである。ワンショットマ
ルチMM1は電子スチルカメラからのＸ接点信号を受け、
ストロボ発光時間より長い（約1ms）のパルスを発生す
る。そして、ワンショットマルチMM2がこのパルスを受
け、MM1の出力パルスの立ち下がりに同期したパルスを
発生する。２ビットカウンタはこのMM2の出力パルスを
受け、C₀，C₁，キャリーを発生する。そして、2to4デコ
ーダ及びインバータINVからそれぞれ位相の異なるパル
スD₀，D₁，D₂，D₃，D₄が出力される。これらパルスD₀，
D₁，D₂，D₃，D₄によりスイッチSW_Cがオン／オフ制御さ
れる。第11図の場合、パルスD₀，D₁，D₂，D₃，D₄がロー
レベルのときに、スイッチSW_Cの各接点がオン状態にな
る。このようにして、電子スイッチカメラからのＸ接点
信号により、ストロボの複数のコンデンサが切り替わ
り、複数回の発光が行われる 第12図は本発明のストロボの回路構成の他の例を示す
回路図である。この構成では、コントローラ10bが発光
の開始と停止を制御することで、単一のコンデンサで複
数回の発光制御を行わせるものである。すなわち、スイ
ッチSW_Xのオンで発光が開始し、発光中にスイッチSW_Kを
オフすることで発光を停止させて発光量を調整する。従
って、スイッチSW_Kをオフするタイミングを制御するこ
とで、各発光量の調整ができる。第13図は、この様な制
御を行うときのタイムチャートである。この例では、５
回目の発光量のみが小さくなっている。

第14図は第12図に示したストロボのコントローラの構
成例を示す回路図である。ここで、２ビットカウンタの
キャリーが出ているとき以外は、ワンショットマルチMM
2の長めのパルスの期間ストロボが発光する。ワンショ
ットマルチMM4の出力パルスの立ち下がりで発光停止が
行われる。キャリーが出ているときは、ワンショットマ
ルチMM1の短めのパルスの期間発光が行われ、ワンショ
ットマルチMM4の出力パルスの立ち下がりで発光が停止
する。また、発光開始は常にワンショットマルチMM3の
立ち上がりで行われるため、このパルス幅はストロボの
フル発光時間より長くしておくことが必要である。

尚、ストロボ側にコントローラを配置せずに、電子ス
チルカメラ側から直接ストロボを制御することも可能で
ある。従って、第12図のストロボ10からコントローラ10
bを除き、第15図に示す信号でスイッチSW_XとSW_Kとを制
御するのである。この場合、第15図の信号がローレベル
のとき両スイッチがオンするようにしておけば良い。

ストロボの発光量を毎回同じにしておき、電子スチル
カメラ側で受光量を調節すること方法も考えられる。こ
のために、絞りを調節することも考えられるが、高速性
が要求される場合は、CCDの電子シャッタ動作が適当で
ある。第16図にこの様な電子シャッタ動作の例を示し
た。ここでは、ストロボ発光（第16図（ホ））の第５回
目の途中で、CCDの受光部から電荷読出しが行われるよ
うにしてある。このため、５回目の発光の途中の電荷読
出し（第16図（ホ））以後の発光は、画像形成に寄与
しない。従って、実質的に５回目の発光量が少なくなっ
たのと同じである。このため、第２図（ホ）に示した発
光の場合と同様な効果が得られる。

第17図はストロボ発光の3,4,5回目の途中で電荷読出
しを行うようにした場合のタイムチャートである。この
場合、３回目と４回目の発光時の電子シャッタ動作後に
受光部で発生した電荷をオーバーフロードレイン（OF
D）に捨てるようにしている。このため、オーバーフロ
ーコントロールゲート（OFCG）にコントロールパルスを
加え、このパルスがハイレベルの時にOFCGのレベルが下
がり、電荷がOFDに捨てられる。

第18図はストロボ発光の3,4,5回目の途中までの電荷
を捨てるようにした場合のタイムチャートである。この
場合、ストロボ発光3,4,5回目の発光直前にOFCGをハイ
レベルにしておき、発光途中でローレベルにする。これ
により、OFCGハイレベルの期間の電荷はOFDに捨てら
れ、OFCGローレベルの期間の電荷が蓄積されて読み出さ
れる。従って、このOFCGのローレベルの期間を調節する
ことにより、発光量の実効値を調整する 以上の説明では、予め各回の発光量が決定されている
場合について説明したが、これを可変発光量とすること
も可能である。例えば、オートストロボ（被写体からの
反射光を受光して積分し、積分値が一定値になったとこ
ろで発光を停止するストロボ）と同様な動作を行わせる
ことも可能である。

つまり、各回の発光を発光量で制御するのではなく、
被写体からの反射光の測光積分値で制御する方法が考え
られる。例えば、第２図（ト）のストロボ発光４の場合
は各回の発光量の比を16:4:1と制御していたが、１回目
はある値V₀、2,3,4回目はV₀/4、５回目はV₀/16に達した
時点で発光を停止させるようにする。この場合、第15図
や第17図のような制御が可能である。また、この変形例
として、測光は１回目だけとして、この１回目の発光量
を記憶しておき、２回目以降は記憶値と一定比率になる
ように発光量を制御することも可能である。

１回目の発光は常に一定量で発光し、そのときに測光
し、その結果に応じて２回目以降の発光量をコントロー
ルするという方法も考えられる。オートストロボ的な方
法の場合は測光回路の応答は速くなければいけないが、
本方法の場合は遅くても構わない。一例として、測光結
果が標準的な値であれば各回の発光量の比を16:4:1、測
光結果が小さい値であれば各回の発光量の比を16:8:2、
測光結果が大きい値であれば各回の発光量の比を16:2:
0.5とする。このときの特性を第19図に示す。図におい
て、横軸はある特定の距離にある被写体の反射率、縦軸
は信号電荷量を表している。そして、発光量比16:8:4:
2:1:0.5のときの特性がそれぞれ，，，，，
であり、３回の発光が16:4:1のときの特性がＡ、３回
の発光が16:8:2のときの特性がＢ、３回の発光が16:2:
0.5のときの特性がＣとなる。ここで、,Cのときは反
射率200％の被写体まで信号が飽和しない。この反射率2
00％の被写体とは、距離 のところにある反射率100％の被写体に相当する。１回
目の発光で測光し、その結果が小さい値のときは被写体
が暗い，すなわち高反射率の被写体があまりないという
ことであり、ニー特性を強くする必要はない。そこで、
この場合はＢの特性で良いことになり、２回目以降の発
光を制御する。若し、１回目の発光による測光結果が大
きい値のときはその逆で、高反射率，近距離の被写体に
まで対応できるＣの特性になるような制御を行う。ここ
では、３段階に制御する場合であるが、測光値に応じて
各回の発光量の比を連続的に変えるようにすれば、露出
制御の精度を上げることが可能である。電子スチルカメ
ラ側で制御する方式（電子シャッタ動作，発光開始／停
止制御）の場合も同様である。

また、事前に予備発光を行って、その時の測光結果を
参照して発光量を変えることもできる。予備発光は撮影
のフィールド以前に行うため、１回目の発光から最適発
光量を選択することも可能である。但し、予備発光のた
めに、コンデンサC₁の容量を大きくする必要がある。

尚、以上の説明では、CCDを１フィールド期間で複数
回読出しを行う場合にストロボを複数回発光させるもの
としたが、本発明のストロボはこれ以外の場合にも対応
可能である。例えば、1978年テレビジョン学会全国大会
報第43頁〜第44頁「CCDイメージセンサのKnee特性制
御」に提案されているようなCCDにも、本発明のストロ
ボを使用することができる。第20図は、この提案のCCD
の電荷蓄積特性とＸ接点信号の関係を示した説明図であ
る。すなわち、受光部に蓄え得る最大蓄積電荷量を、受
光途中で大きくする（V₁→V₂、V₂→V₃）のである。従っ
て、最大蓄積電荷量を変える度に、ストロボを発光させ
るのである。

また、第21図は、本件出願人が特願昭62−87393号で
提案した「CCD駆動回路」の電荷蓄積特性を、本発明の
ストロボを制御するためのＸ接点信号と共に示した説明
図である。この提案では、最大蓄積電荷量を固定してお
き、受光途中で一定の電荷を捨てることにより、Knee特
性を得るものである。この場合も、本発明のストロボを
複数回発光させることで良好な結果を得ることができ
る。

そして、以上の説明では、電子スチルカメラとストロ
ボが分離しているものとして説明したが、ストロボを内
蔵した電子スチルカメラとすることも可能である。そし
て、電子スチルカメラにストロボを内蔵させた場合、制
御が容易になる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明の電子スチルカメ
ラでは、１コマの撮影時間内に複数回ストロボを発光さ
せると共に複数回の電荷読出しを行い、発光量若しくは
電子シャッタの制御により受光量を調整するようにし
た。このため、高輝度域でもCCDの出力が飽和せず、ダ
イナミックレンジが広がる。従って、反射率や距離の違
いが有っても、得られる画像が白くとんだり黒くつぶれ
たりしない電子スチルカメラを実現することができる。

また、本発明の電子スチルカメラ用ストロボでは、１
コマの撮影時間内に複数回ストロボを発光すると共に、
少なくとも１回の発光量が他と異なるようにした。この
ため、電子スチルカメラ側でCCDの出力が飽和せず、ダ
イナミックレンジが広がる。従って、被写体の反射率や
距離の違いが有っても、電子スチルカメラで得られる画
像が白くとんだり黒くつぶれたりしない電子スチルカメ
ラ用ストロボを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子スチルカメラの概略構成を示す構成図、第
２図は本発明装置の動作時の波形を示すタイムチャー
ト、第３図はCCDの構成の概略を示した説明図、第４図
及び第５図はCCDのポテンシャルを示す説明図、第６図
及び第７図はCCDの出力特性を示す特性図、第８図及び
第９図はストロボの回路構成を示す回路図、第10図はス
トロボのコントローラの回路例を示す回路図、第11図は
コントローラの動作時のタイムチャート、第12図はスト
ロボの回路構成の他の例を示す回路図、第13図はストロ
ボの制御の状態を示すタイムチャート、第14図はコント
ローラの回路の他の例を示す回路図、第15図乃至第18図
はストロボ及びCCDの制御の状態を示すタイムチャー
ト、第19図は本発明による電荷蓄積特性の一例を示す特
性図、第20図は及び第21図はCCDの受光特性とＸ接点信
号との関係を示す説明図である。 １……CCD、２……受光部 ３……垂直転送部、４……水平転送部 10……ストロボ、10a……昇圧回路 10b……コントローラ、11……レンズ系 12……アンプ、13……プロセス回路 14……記録回路 15……ビデオフロッピー 16……測光回路、17……CPU 18……CCD駆動回路

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部からのタイミング信号に同期して発光
   するストロボと共に使用され、固体撮像素子を備えた電
   子スチルカメラであって、 ストロボ撮影時には１コマの撮影時間内に複数のタイミ
   ング信号を前記ストロボに与えるタイミング信号供給手
   段と、 前記ストロボの各発光のうち少なくとも１回の発光の途
   中で前記固体撮像素子の電子シャッタ動作を行うことに
   より受光量を調整する受光量調整手段と、 を具備することを特徴とする電子スチルカメラ。
2. 【請求項２】外部からの発光開始信号、発光停止信号に
   より発光の開始，停止が制御されるストロボと共に使用
   され、静止画を撮影するための電子スチルカメラであっ
   て、 ストロボ撮影時には１コマの撮影時間内に複数組の発光
   開始信号及び発光停止信号を前記ストロボに印加する発
   光開始信号及び発光停止信号印加手段と、 前記複数組の発光開始信号及び発光停止信号のうち少な
   くとも１組については発光開始信号から発光停止信号ま
   での時間間隔を他の組の時間間隔と異ならせる時間間隔
   制御手段と、 を具備することを特徴とする電子スチルカメラ。
3. 【請求項３】固体撮像素子を有する電子スチルカメラと
   共に使用されるストロボであって、 ストロボ撮影時の１コマの撮影時間内に前記電子スチル
   カメラから与えられる複数組の発光開始信号及び発光停
   止信号であって、少なくとも１組は発光開始信号と発光
   停止信号の間の時間間隔が他の組とは異なる信号に基づ
   き、発光開始及び発光停止を行う発光開始及び停止手
   段、 を具備することを特徴とする電子スチルカメラ用ストロ
   ボ。
4. 【請求項４】１コマの撮影時間内に複数回発光し、この
   複数回の発光のうち少なくとも１回の発光量が他の回の
   発光量と異なるストロボと共に使用される電子スチルカ
   メラであって、 前記ストロボを複数回発光させる発光開始信号を発生す
   る発光開始信号発生手段、 を具備することを特徴とする電子スチルカメラ。
5. 【請求項５】電子スチルカメラと共に使用されるストロ
   ボであって、 前記電子スチルカメラからの発光タイミング信号に同期
   して１コマの撮影時間内に複数回発光すると共に、この
   複数回の発光のうち少なくとも１回は他の回とは異なる
   発光量で発光する発光手段、 を具備することを特徴とする電子スチルカメラ用ストロ
   ボ。