JP2780797B2 - 電子撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はCCD等の固体撮像素子を用いて被写体の像を
撮像入力する電子撮像装置に関する。

［従来の技術］ 近時、CCD等の固体撮像素子を用いて被写体の像を電
子的に撮像入力し、その像信号（電子スチル画像）をフ
ロッピーディスクやメモリ・カードに記録する電子撮像
装置が電子スチルカメラとして注目されている。

この種の電子スチルカメラが従来一般的な銀塩フィル
ムを用いたスチルカメラと本質的に異なるところは、所
謂素子シャッタの利用が可能である点にある。この素子
シャッタは、被写体像を光電変換し、その被写体像の光
量に応じた信号電荷を蓄積する固体撮像素子における信
号電荷の蓄積時間を制御することにより実現される。具
体的には固体撮像素子における信号電荷の蓄積時間を短
く設定することにより高速シャッタが実現され、また上
記蓄積時間を長く設定することで低速シャッタが実現さ
れる。

［発明が解決しようとする課題］ ところがこの種の素子シャッタを採用した電子撮像装
置にあっては次のような問題がある。即ち、固体撮像装
置により被写体像の適正な撮像を行なうには、その撮像
感度特性に適合した信号電荷を蓄積する必要がある。こ
の為、素子シャッタによる高速シャッタ動作を実現する
べくその信号電荷の蓄積時間を短く設定した場合、適正
な信号電荷の蓄積を確保するには必然的に固体撮像素子
の撮像面に結像させる被写体像の光量を大きくする必要
がある。つまり信号電荷の蓄積期間が短い分だけ被写体
像の入射光量を大きくして固体撮像素子に対する被写体
像の像面照度を高くし、被写体像に対応した信号電荷を
蓄積することが必要となる。

然し乍ら、このようにして被写体像の像面照度を高く
して高速シャッタによる撮像を行なおうとした場合、往
々にして上記像面照度が固体撮像素子のスミア許容限界
像面照度を越える場合がある。尚、このスミアとは、固
体撮像素子の撮像面に照射された光が信号電荷の転送路
に混入して余分な電荷を発生させたり、或いは素子基板
の内部に侵入した光の拡散により、被写体像に応じて蓄
積した信号電荷への不要な電荷の混入を生じさせる現象
を云う。

しかしてスミア許容限界像面照度を越えた被写体像を
入力してその撮像を行なうと、スミアの発生により撮像
画信号の品質が大幅に低下すると云う不具合が生じた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、スミアの問題を生じることな
く固体撮像素子による素子シャッタによって被写体の像
を高品質に撮像することのできる電子撮像装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の電
子撮像装置は次の如く構成されている。

本発明の電子撮像装置は、被写体の像を所定の位置に
結像する撮像光学系と、この撮像光学系によって結像さ
れる被写体像の入射光量を調節する光量調節手段と、前
記被写体像の結像位置に設けられて該位置に結像された
被写体像を光電変換し、該被写体像の光量に応じた信号
電荷を蓄積する固体撮像素子と、この固体撮像素子によ
る信号電荷の蓄積と蓄積された信号電荷の読出しを制御
する固体撮像素子駆動手段と、前記被写体の光量を測定
する測光手段と、この測光手段により測定された被写体
の光量に基づき、前記固体撮像素子上に結像される被写
体像による像面照度がスミア許容限界値以下となるよう
に前記光量調節手段を駆動制御すると共に、この光量調
節手段による入射光量の調節量に関連して前記固体撮像
素子による信号電荷の蓄積時間調整し、前記固体撮像素
子による被写体像に応じた信号電荷の蓄積量が所定値と
なるように前記固体撮像素子駆動手段を制御する露出制
御手段と、を具備したことを特徴としている。

［作用］ このように構成された本発明の固体撮像装置によれ
ば、固体撮像素子における信号電荷の蓄積時間を制御し
て素子シャッタを実現する際、被写体の光量に応じて入
射光量が調節されて固体撮像素子の撮像面に結像される
被写体像の像面照度が当該固体撮像素子のスミア許容限
界像面照度である所定値以下となるように制御されるの
で、スミアの発生が問題とならない状態で被写体後の撮
像、つまり光電変換による被写体像に対応した信号電荷
の蓄積を行なうことが可能となる。そしてこの光量（像
面照度）の適正制御が行なわれた条件下で信号電荷の蓄
積時間の制御が被写体の光量に応じて、つまり入射光量
の制御に関連して可変制御されて、その蓄積信号電荷量
が所定値（適正値）となるようにその露光制御が行なわ
れるので、スミアの発生を効果的に防止して被写体像の
適正な露光（撮像）を行なうことが可能となる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の一実施例に係る固体撮
像装置につき説明する。

第１図は実施例装置の概略構成図で、１は被写体の像
を所定の位置に結像する撮像光学系である。この撮像光
学系１は一般的には複数枚の光学レンズにより構成さ
れ、その内部に上記被写体像の入射光量を調節する為の
絞り機構（光量調節手段）２を組込んでいる。

しかしてこの撮像光学系１を介して結像され、上記絞
り機構２により光量調節されて入力される被写体像の結
像位置には固体撮像素子であるCCD3が設けられており、
このCCD3にて上記被写体像が光電変換されて撮像入力さ
れるようになっている。またこの結像系の光路中にはハ
ーフミラー４が設けられ、このハーフミラー４により反
射された入射光の一部をなす被写体像はピントグラス５
上に結像され、ハーフミラー６および接眼レンズ７から
なるファインダー系を介して視認し得るようになってい
る。尚、ハーフミラー６は前記ピントグラス５に結像さ
れた被写体像の一部を測光センサ８に導き、その入射光
量（被写体像の光量）の測定に供するものである。

本装置は上述したようにハーフミラー４を用いた１眼
レフレックス方式の光学系を採用し、CCD3により撮像さ
れる被写体の像をそのままファインダー系を介して確認
できるように構成されている。

さて前記測光センサ８により受光検知される被写体像
の光量（明るさ）は、測光回路11により測定されてい
る。露出制御回路12はこの測光回路11にて測定された被
写体像の測光値に従って絞り駆動回路13およびシャッタ
駆動回路14をそれぞれ制御し、前記CCD3により撮像され
る被写体像の露出値が適正になるようにする。

しかしてCCD3はその撮像面に結像された被写体像を光
電変換し、その光量に応じた信号電荷を蓄積すると共
に、蓄積した信号電荷を読出すことによって上記被写体
像の撮像を行なう。このようにしてCCD3にて撮像入力さ
れた被写体像の像信号が撮像回路15に与えられ、例えば
３原色の各色成分にそれぞれ分解される等の処理が施さ
れる。そして記録回路16を介して所定の記録媒体（フロ
ッピーディスクやメモリカード）に記録出力される。

このような撮像系に対して前記絞り駆動回路13は露出
制御回路12の制御を受けて前述した絞り機構２を駆動
し、基本的には前記撮像光学系１を介してCCD3の撮像面
に結像される被写体像の光量が所定の像面照度以下、具
体的にはCCD3のスミア許容限界像面照度以下の適正量と
なるようにその光量を絞り込み制御している。つまり絞
り機構２の絞り羽根を駆動してそのアパーチャ開口径を
可変制御し、これによって被写体像の入射光量を上記条
件を満たすように調節（抑制）制御している。

しかしてシャッタ駆動回路14は前記CCD3による信号電
荷の蓄積時間を可変制御することで素子シャッタを実現
するもので、前記露出制御回路12の制御を受けてその動
作が制御されている。このシャッタ駆動回路14による信
号電荷の蓄積時間の制御、つまり被写体像に対する露出
時間の制御は前述した絞り機構２による入射光量の調節
に関連して行なわれるもので、CCD3を含む撮像信号処理
系が持つ撮像能力に応じてその絞り値と露出時間（信号
電荷の蓄積時間）とが所定の関係を満たすようにその制
御が行なわれる。

具体的には、所定の被写体輝度に対する撮像能力Lv
は、被写体輝度BvとCCD3を含む撮像信号処理系の感度Sv
との和 Lv＝Bv＋Sv Bv＝log₂（B/K） B;被写体の輝度値［ft−Ｌ］ K;露出校正係数（一般的には1.1〜1.4） Sv＝log₂（ISO/100）＋５ として示される。但し、ISOは撮像信号処理系の感度をI
SOスピードで表現した値である。

これに対して前述した絞り値制御と露出時間（信号電
荷の蓄積時間）制御による露出規制能力Evは、絞り能力
をAv,シャッタ能力をTvとしたとき Ev＝Av＋Tv Av＝log₂Ｆ² Tv＝log₂（1/T） F;絞り値 T;シャッタ速度［sec］ で示される。しかして前記露出制御回路12は、測光回路
11にて測光された被写体の輝度Ｂに応じて、 Ev＝Lv（Av＋Tv＝Bv＋Sv） なる関係が得られるように絞り駆動回路３およびシャッ
タ駆動回路14をそれぞれ制御して適正露光が得られるよ
うにその露出制御を行なっている。

この際、撮像光学系１におけるレンズおよびハーフミ
ラー４の透過率をτ（例えばτ＝0.6）としたとき、CCD
3の撮像面における被写体像の像面照度Ｅは、 Ｅ＝τπB/4F² B;被写体の輝度値［cd/m²］ として与えられる。露出制御回路12はこの像面照度Ｅが
前記CCD3に固有なスミア許容限界像面照度Emax以下とな
るように前記絞り駆動回路13を駆動し、その入射光量を
優先的に調節した上で、その露出制御を行なうものとな
っている。

換言すれば被写体の輝度Ｂが測光回路11によって計測
されることから、被写体像の入射光量を絞り込み制御す
るＦ値を Ｆ≧（τπB/4Emax）^1/2 なる関係を満たすように設定することで、その像面光量
Ｅを前記スミア許容限界像面照度Emax以下に抑えてい
る。

その上で、CCD3による信号電荷の蓄積時間で示される
露光時間（シャッタ速度）を前述した Av＋Tv＝Bv＋Sv なる関係を満たすように設定し、その露光を制御してい
る。

ここでシステムコントローラ17は、シャッタレリーズ
・スイッチ18が押下されたとき、第２図に示すタイミン
グで前述した各部を駆動して被写体像を撮像入力する一
連の処理動作を制御する。このシステムコントローラ17
による動作制御過程に、本装置における上述した特徴あ
る絞り制御が含まれる。

即ち、本装置は所定のタイミングパルスVDに同期して
その撮像動作を行なうように構成されており、シャッタ
レリーズ・スイッチ18の投入が検出された後の次のタイ
ミングパルスVDに同期してその撮像動作が開始される。
この撮像動作は、先ず前記測光回路11にて測光された被
写体の輝度Ｂに応じて絞り駆動回路13を制御し、撮像光
学系１を介してCCD3の撮像面に結像される被写体像の光
量（像面照度）Ｅが、該CCD3のスミア許容限界像面照度
Emax以下であり、且つ適正な露出値を得るべく値となる
ようにその入射光量を調節（絞り込み制御）することに
より行なわれる［第２図におけるの処理］。尚、この
絞り込み制御はシャッタ速度が優先的に設定されている
場合には、前述したスミア許容限界像面照度Emaxに関す
る条件を満たした上で上記シャッタ速度に見合うように
絞り値の設定が行なわれてその制御が行なわれる場合
や、或いは絞り値が優先的に定められてい場合には、前
述したスミア許容限界像面照度Emaxに関する条件を満た
した上でその設定された絞り値に絞り込み制御する場合
もあるが、ここでは予め定められた絞り値とシャッタ速
度とのプログラム線図に従い、入射光量に応じて自動的
に定めて行なわれる。

即ち、適正な露光を行なう条件は、被写体像の光量に
対する絞り込みによって決定される像面光量と、CCD3に
おける光電変換による信号電荷の蓄積時間（シャッタ速
度）との関係において種々の組合せとして実現される。
具体的には、第３図に例示するように像面光量を高くし
てシャッタ速度を速くした場合と、逆に像面光量を少な
くしてシャッタ速度を遅くした場合とにおいては、その
露光量を示す面積が等しい限り同じ露出値となる。つま
りどちらの場合でも適正な露出となる。

然し乍ら、シャッタ速度をT1と高速化した場合には、
必然的に適正露光を得る為の像面光量を多くしなければ
ならず、このときの像面光量E1が前述したスミア許容限
界像面照度Emaxを越える場合がある。

このような不具合に対処するべく本装置では上述した
ようにしてその像面光量Ｅがスミア許容限界像面照度Em
ax以下となるように被写体像の入射光量を絞り込み制御
した上で、その被写体像の撮像を次のようにして行なう
ようにしている。

さて上述した如く被写体像の入射光量に対する絞り込
み制御を行なった後、本装置では次にその状態を維持し
て前記シャッタ駆動回路14を制御して被写体像に対応し
た信号電荷の蓄積（露光）制御を行なう。この信号電荷
の蓄積制御は、前述した絞り値との関係において設定さ
れる時間に亙って、例えば第４図に示す如く設定された
プログラム線図に従い、CCD3における信号電荷の蓄積時
間（シャッタ速度）を制御することによりなされる。

この第４図は被写体の光量を斜め軸として適正露出を
得る絞り値とシャッタ速度との関係を示した所謂EVチャ
ートである。この図に示されるように本装置では、像面
照度がスミア限界以下となる範囲ににおいて、適正な露
出を得るべく絞り値とシャッタ速度との組合せを設定し
ている。

尚、シャッタ速度は高速連写撮影時の、所謂手振れ現
象等を考えなければ高速である方が望ましく、絞りに関
しても日中シンクロ等のストロボ撮影を考えなければ開
いている方が望ましい。一方、被写界深度に関しては、
CCD3の画面サイズが35mmサイズのフィルムを用いた通常
の銀塩カメラよりも十分深くすることができるので、さ
ほど影響は生じない。このような観点に立脚すれば、像
面照度がスミア限界以下となる範囲においてはきる限り
シャッタ速度を高速側にシフトすることが望ましいと云
える。

そこで本装置では、適正な露出を得るべく、絞り値と
シャッタ速度との組合せ（プログラム線図）を第４図に
示すように設定している。

ここで第４図におけるプログラム線図において、スミ
ア許容限界像面照度Emaxに関する条件を満たす為のシャ
ッタ速度の上限を1/1000秒に設定していることについて
補足説明する。

実際の撮像装置においてスミア許容限界像面照度Emax
を評価測定したところ、Emax（＝75Lx）なるデータを得
た。そこで、例えばτ（＝0.6）,K（＝1.4）,ISO（＝10
0）なる値を前述した Ｅ＝τπB/4F² （但し、B;被写体の輝度値［cd/m²］） なる式、および Ev＝Lv 即ち、 log₂Ｆ²＋log₂（1/T） ＝log₂（B/K）＋log₂（32ISO/100） （但し、B;被写体の輝度値［ft−Ｌ］） に代入してＴを計算してみると、 Ｔ≒1060 となり、スミア許容限界像面照度Emaxの条件を満たす為
のシャッタ速度の上限が1/1000秒であることが求められ
る。このようなことを考慮して上述したプログラム銭図
が設定されている。

このようにな条件下で被写体像を光電変換し、その信
号電荷を蓄積制御した後、その露光終了を示すパルスを
検出して該CCD3に蓄積した信号電荷の読出し（転送出
力）が行なわれる。そして記録回路16を駆動制御し、CC
D3から読出される信号電荷、つまり撮像画信号の記録処
理を実行する。

尚、本装置ではこのようにしてCCD3からの信号電荷の
読出しを行なう際、更にこの信号電荷の読出しと並行し
て前述した絞り駆動回路13を再度制御し、被写体像の露
光時よりも更に入射光量を低下させるべく絞り込み制御
を行なっている。

即ち、前述した露光の終了パルスが検出されたとき、
露出制御回路12は前述した露光制御時とは全く独立に、
前記CCD3からの信号電荷の読出し期間に亙って絞り機構
２を駆動し、例えば最小絞り値に設定してその入射光量
を低下・抑制制御している［第２図におけるに示す処
理］。この際の絞り制御は、被写体像を撮像するときの
露光制御とは全く独立なもので、露光終了後にスミアの
原因となる不必要な光がCCD3の撮像面に照射されること
を防止する目的で、必要に応じて行なわれる。

このような入射光の絞り込み制御が行なわれている条
件化でCCD3からの信号電荷の読出し，撮像画信号の記録
を行なった後、前述した絞り駆動回路13を再度駆動して
その絞り値を開放とする［第２図のに示す処理］。
尚、この処理は、CCD3による被写体像の電子的な撮像と
は無関係なものであるが、ピントグラス５上に結像され
る被写体像を明るくし、ピント（焦点）合せや構図の決
定を容易化ならしめることを目的として行なわれる。

かくしてこのように構成され、上述した如く入射光量
に対する絞り込み制御を行なう本装置によれば、CCD3の
撮像面に結像する被写体像の像面照度が常にスミア許容
限界像面照度よりも低く抑えられるので、その露光時に
スミアが発生することがなくなる。しかも上記実施例に
よればCCD3による所定の撮像処理（露光）が行なわれた
後、この露光によってCCD3に蓄積された信号電荷の読出
しを行なう際にも、当該CCD3の撮像面への入射光量の絞
り込みが行なわれるので、露光終了後における余分な被
写体像の照射を効果的に抑えることができる。この結
果、不本意に像面照度の高い被写体像を入力したり、露
光終了後に余分な光を入射することがなくなるので、ス
ミアの発生を効果的に防いで、該CCD3に蓄積した信号電
荷の品質を損うことなしにその読出しを行なうことが可
能となる。

特に高速シャッタ速度による撮像時には、その信号蓄
積時間が短い分だけ多くの光量を取込んでその撮像が行
なわれることになるが、このような際にも被写体像に対
する絞り込み制御が行なわれて、そのシャッタ速度の適
正化が図られるのでスミアの発生を効果的に防止するこ
とが可能となる。つまりスミアの発生が否めない不本意
な高速シャッタ動作を行なわせることなく、被写体像に
対する絞り込みにより像面照度を低下させ、これに関連
させてシャッタ速度を遅くするので、高速シャッタ動作
に伴うスミアの発生を効果的に防止することが可能とな
る。

尚、このスミアの発生を防止する為の機械シャッタを
併用することが考えられるが、本装置のように絞り機構
２が持つ機能をそのまま利用すれば、わざわざ機械シャ
ッタ等の余分な機構部を付加する必要がない等の効果が
奏せられる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えばプログラム線図は上述した例に限定されない
ことは勿論のことである。またビューファインダー系を
撮像系とは別個に設けた構造を採用する場合には、CCD3
による信号電荷の蓄積期間だけに亙って絞り機構２を適
正制御し、その露光が終了した時点から次の露光が開始
されるまでの期間、その絞り値を最小化しておくように
しても良い。またここでは露光終了後の絞り値を最小絞
り値としてスミアの発生を防止したが、最小絞り値以外
の適度な絞り値に制御することも勿論可能である。また
上述した実施例では撮像素子とは別個に設けた測光回路
により絞り値を制御しているが、正規の露出動作をする
前に前記固体撮像素子より測光用の出力を読出し、これ
に基づいて絞り値の制御を行なうようにしても良い。そ
の他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、固体撮像素子による被写体像の露光
（撮像：被写体像の光量に応じた信号電荷の蓄積）を行
なう際の上記被写体像の像面照度が、固体撮像素子のス
ミア許容限界値以下となるように、被写体像の入射光量
が抑制制御されるので、スミアの発生が簡易にかつ効果
的に防止され、その結果、素子シャッタを用いた高速シ
ャッタによる撮影時においても、スミアのない高品質な
撮像画を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電子撮像装置の概略構
成図、第２図は実施例装置における撮像動作タイミング
を示す図、第３図は像面光量とシャッタ速度とによる露
光量の関係を示す図、第４図は実施装置における適正露
光を得る為の被写体光量に対する絞り値とシャッタ速度
との関係を示すプログラム線図である。 １……撮像光学系、２……絞り機構（光量調節手段）、
３……CCD（固体撮像素子）、８……測光センサ、11…
…測光回路、12……露出制御回路、18……絞り駆動回
路、14……シャッタ駆動回路、15……撮像回路、16……
記録回路、17……システムコントローラ、18……シャッ
タレリーズ・スイッチ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体の像を所定の位置に結像する撮像光
   学系と、 この撮像光学系により結像される被写体像の入射光量を
   調節する光量調節手段と、 前記被写体像の結像位置に設けられて該位置に結像され
   た被写体像を光電変換し、該被写体像の光量に応じた信
   号電荷を蓄積する固体撮像素子と、 この固体撮像素子による信号電荷の蓄積と蓄積された信
   号電荷の読出しを制御する固体撮像素子駆動手段と、 前記被写体の光量を測定する測光手段と、 この測光手段により測定された前記被写体の光量に基づ
   き、前記固体撮像素子上に結像される被写体像による像
   面照度がスミア許容限界値以下となるように前記光量調
   節手段を駆動制御すると共に、この光量調節手段による
   入射光量の調節量に関連して前記固体撮像素子による信
   号電荷の蓄積時間を調整し、前記固体撮像素子による被
   写体像に応じた信号電荷の蓄積量が所定値となるように
   前記固体撮像素子駆動手段を制御する露出制御手段と、 を具備したことを特徴とする電子撮像装置。