JP4042529B2 - デジタルカメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラに係り、特にメカニカルシャッタと電子シャッタとを併用して露光時間を制御するデジタルカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
フィルムの代りに撮像素子を用いて画像をデジタル信号に変換し、記録するデジタルカメラでは、電子シャッタで撮像素子の電荷蓄積時間を制御することにより、適正な露光量を得ている。
【0003】
しかしながら、電子シャッタのみで撮像素子の電荷蓄積時間を制御すると、電荷の転送期間中に撮像素子に入射する光によってスミア等が発生するという問題がある。
【0004】
そこで、撮像素子の前段位置にメカニカルシャッタを設置し、露光終了と同時にこのメカニカルシャッタを閉じることにより、不要な露光を防止するようにしたデジタルカメラがある(たとえば、特許文献1、2、3)。
【0005】
ところで、このメカニカルシャッタは、できるだけ高い電圧で駆動した方が動作のバラツキを少なくでき、精度よく制御することができる。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−83875号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平11−234552号公報
【0008】
【特許文献3】
特開平11−234553号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メカニカルシャッタを高い電圧で駆動すると、電流のピークが発生するため、電池を使用したシステムでは、電圧降下が起こり、CPUが暴走したり、信号処理が正常にできなくなるという欠点がある。
【0010】
また、この電圧降下を考慮して、バッテリーエンド(システムがダウンする電圧)を高く設定すると、電池で使用できる時間が短くなる(撮影可能枚数が少なくなる)という欠点がある。
【0011】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、電池のもちをよくすることができるデジタルカメラを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、前記目的を達成するために、撮像素子への入射光路を開閉するメカニカルシャッタを備え、設定された露光時間で前記撮像素子を露光後、前記メカニカルシャッタを閉じて前記撮像素子への入射光路を遮蔽するデジタルカメラにおいて、前記メカニカルシャッタの駆動電圧を調節する駆動電圧調節手段と、前記撮像素子の露光時間に応じて前記メカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように前記駆動電圧調節手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするデジタルカメラを提供する。
【0013】
また、請求項2に係る発明は、前記制御手段は、前記撮像素子の露光時間が規定時間以上になると、前記メカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように前記駆動電圧調節手段を制御することを特徴とする請求項1に記載のデジタルカメラを提供することを目的とする。
【0014】
本発明によれば、撮像素子の露光時間に応じてメカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように駆動電圧調節手段で制御される。すなわち、メカニカルシャッタは、駆動電圧が高いほど動作のバラツキを少なくできるが、このバラツキの影響は露光時間が長くなるほど少なくなる。そこで、撮像素子の露光時間が長くなるに従ってメカニカルシャッタの駆動電圧を下げることにより、電池のもちをよくする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るデジタルカメラの好ましい実施の形態について詳説する。
【0016】
図1、図2は、それぞれ本発明が適用されたデジタルカメラの一実施形態を示す正面図と背面図である。
【0017】
デジタルカメラ10のカメラ本体12は、矩形の箱状に形成されており、その正面には撮影レンズ14、ファインダー窓16、セルフタイマーランプ18等が設けられている。また、カメラ本体12の上面には、レリーズボタン20、ポップアップ式のストロボ22が設けられ、背面には、ファインダ接眼部23、電源ボタン24、モードレバー26、十字ボタン28、メニュー/OKボタン30、キャンセルボタン32、液晶モニタ34等が設けられている。
【0018】
カメラ本体12の背面に設けられたモードレバー26は、カメラのモード設定に用いられ、このモードレバー26の位置を変えることにより、カメラのモードが「撮影モード」と「再生モード」に選択的に設定される。
【0019】
十字ボタン28は、対応する4方向の指示を入力するボタンとして使用され、この十字ボタン28でメニュー画面からメニュー項目を選択したり、各種設定項目を選択したりする。また、この十字ボタン28のうち上下のボタンは、撮影モード下でズームボタンとして機能し、左右のボタンは、再生モード下でコマ送り・コマ戻しボタンとして機能する。
【0020】
また、メニュー/OKボタン30は、メニュー画面の表示や選択内容の確定、実行などに使用され、キャンセルボタン32は、メニューから選んだ項目の取消や一つ前の操作状態に戻る際に使用される。
【0021】
液晶モニタ34は、メニューの表示画面として使用されるとともに、再生モード下で撮影した画像の再生用モニタとして使用される。また、撮影モード下において、画角確認用の電子ビューファインダとしても使用される。
【0022】
図3は、本実施の形態のデジタルカメラ10の内部構造を示すブロック図である。
【0023】
同図において、中央処理装置(CPU)36は、本カメラシステムを統括制御する制御部であり、ROM37に記録されたプログラムに従って各構成回路を制御する。
【0024】
また、システムの電源は、カメラ本体12に装着された電池38から供給される。電池38の電力は、電源回路38Aに備えられたDC/DCコンバータによって所要の電圧に変換された後、電源回路38Aによりカメラ内の各回路に供給される。
【0025】
上述したように、カメラのモードはモードレバー26にて設定され、このモードレバー26を「撮影モード」に設定すると、モードスイッチ26Aの接点がa端子に接続され、「再生モード」に設定すると、モードスイッチ26Aの接点がb端子に接続される。このモードスイッチ26Aの接続状況を示す信号は、CPU36に出力され、CPU36は、この信号に基づいてカメラの設定モードを検出する。
【0026】
さて、撮影モードの下、撮影レンズ14に入射した被写体光は、ターレット型絞り40及びメカニカルシャッタ42を介して撮像素子44の受光面に入射される。
【0027】
撮像素子44には、CCD型、MOS型、CID型などの公知の撮像素子が用いられ、この撮像素子44によって被写体光が電気信号に光電変換される。なお、本実施の形態のデジタルカメラ10ではCCD型撮像素子(以下、「CCD」)が採用される。
【0028】
CCD44の受光面には、多数のフォトセンサが2次元的に配列されており、受光面に入射された被写体光は、各フォトセンサによって入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。そして、各フォトセンサに蓄積された信号電荷は、タイミングジェネレータ(TG)46から与えられるタイミングパルスに従って読み出され、垂直転送路及び水平転送路を介して信号電荷に応じた電圧信号(画像信号)として出力される。
【0029】
また、このCCD44は、TG46から与えられる電荷掃き出しパルスによって各フォトセンサに蓄積された信号電荷を掃き捨てる機能を備えており、この電荷掃き出しパルスによって各フォトセンサに蓄積される電荷の蓄積時間(シャッタスピード)が制御される(いわゆる電子シャッタ機能)。なお、このCCD44の露光制御については、後に詳述する。
【0030】
CCD44から出力された画像信号は、相関二重サンプリング回路・増幅器(CDS・AGC)48に加えられ、ここで相関二重サンプリング処理、色分離処理などの信号処理が施された後、各色信号の信号レベルの調整が行なわれる。そして、A/D変換器50に加えられ、アナログからデジタルの画像信号に変換されて出力される。
【0031】
A/D変換器50から出力された画像信号は、画像入力コントローラ51を介して画像信号処理回路52に入力される。そして、この画像信号処理回路52において、オフセット処理、ホワイトバランス補正及び感度補正を含むゲインコントロール処理、ガンマ補正処理等の所定の信号処理が施された後、VRAM54に出力される。
【0032】
VRAM54には、それぞれ1コマ分の画像データを記憶するA領域とB領域とが含まれており、このA領域とB領域に1コマ分の画像データが交互に書き換えられる。そして、このVRAM54のA領域とB領域から交互に画像データが読み出され、ビデオエンコーダ56を介して液晶モニタ34に出力される。これにより、液晶モニタ34に画角確認用のスルー画が表示される。
【0033】
レリーズボタン20は、いわゆる「半押し」と「全押し」の2段構造とされており、「半押し」でS1信号が出力され、「全押し」でS2信号が出力される。CPU36は、このレリーズボタン20から出力されるS1信号とS2信号を検出することにより、レリーズボタン20の「半押し」と「全押し」を検出する。そして、「半押し」を検出することにより、ピント合わせと測光を行い、「全押し」を検出することにより、撮影を実行する。
【0034】
レリーズボタン20が半押しされると、まず、A/D変換器50から出力された画像信号が、画像入力コントローラ51を介してAF検出回路58とAE/AWB検出回路60に入力される。
【0035】
AF検出回路58は、入力された画像データに基づいて画像のコントラスト情報をCPU36に出力する。
【0036】
一方、AE/AWB検出回路60は、撮像領域を64分割(水平方向8・垂直方向8)して得られる各分割領域ごとにRGBの画像データをRGBごとに積算し、その各領域ごとのRGBの積算データをCPU36に出力する。
【0037】
CPU36は、AF検出回路58から出力されたコントラスト情報に基づいてモータドライバ14Aに駆動信号を出力し、被写体にピントが合うように撮影レンズ14を駆動制御する。
【0038】
また、CPU36は、AE/AWB検出回路60から出力された積算データに基づいて被写体の明るさ(撮影Ev値)を算出し、この撮影Ev値に基づいて絞り値(F値)とシャッタスピード(露光時間)を決定する。
【0039】
以上によりピント合わせと測光が行なわれ、この状態からレリーズボタン20が全押しされると、撮影処理が行なわれる。
【0040】
まず、CPU36は、モータドライバ36Aに駆動信号を出力し、決定したF値になるように絞り40を駆動制御するとともに、決定したシャッタスピードに基づいてCCD44の電荷蓄積時間を制御する。
【0041】
このようにして撮影された1コマ分の画像データは、CCD44からCDS・AGC48、A/D変換器50、画像入力コントローラ51を介してメモリ(SDRAM)62に入力され、SDRAM62から画像信号処理回路52に出力される。そして、この画像信号処理回路52によって輝度データ及び色差データの生成処理(YC処理)を含む所定の信号処理が施される。
【0042】
YC処理が施された画像データは、一旦SDRAM62に格納されたのち、圧縮伸長処理回路64に出力され、ここでJPEG等の所定の形式に従った圧縮処理が施される。この後、画像データは一旦SDRAM62に格納された後、メディアコントローラ66に読み出され、カードスロットに装填されたメモリカード68に記録される。
【0043】
以上のようにしてメモリカード68に記録された画像データは、カメラのモードを再生モードに設定することでメモリカード68から読み出され、液晶モニタ34に表示される。すなわち、まず、メモリカード68に記録された画像データが、メディアコントローラ66を介してメモリカード68からSDRAM62に読み出される。そして、SDRAM62から圧縮伸張処理回路64に出力され、ここでデータ伸長されたのち再びSDRAM62に記憶される。この後、SDRAM62からビデオエンコーダ56を介して液晶モニタ34に出力され、液晶モニタ34に表示される。
【0044】
ところで、上記のように本実施の形態のデジタルカメラ10には、メカニカルシャッタ42が備えられており、被写体光は、このメカニカルシャッタ42を介してCCD44の受光面に入射される。このメカニカルシャッタ42は、CCD44の露光終了と同時に閉められて、CCD44への光の入射を防止する。すなわち、メカニカルシャッタ42は、露光の終点を規定する。
【0045】
図4は、メカニカルシャッタ42の構成を示す正面図である。同図に示すように、メカニカルシャッタ42は、シャッタ板70に形成された円形状の開口部70Aをシャッタ羽根72で開閉することにより、CCD44への被写体光の入射光路を開閉する。
【0046】
シャッタ羽根72は、円盤状に形成されており、揺動アーム74の先端に取り付けられている。揺動アーム74は、その基端部に連結された回転軸76を軸受78に軸支されており、一対のストッパ80A、80Bの間を揺動する。そして、この揺動アーム74が、一方のストッパ80Aに当接することにより、シャッタ板70に形成された開口部70Aがシャッタ羽根72で閉じられ、他方側のストッパ80Aに当接することにより、開口部70Aが開けられる。
【0047】
ここで、この揺動アーム74の駆動は、一対の電磁石82A、82Bで行なわれる。すなわち、一方の電磁石82Aに駆動電圧を印加すると、揺動アーム74に固着された鉄片84が一方の電磁石82Aに吸引され、一方のストッパ80Aに当接する。これにより、シャッタ板70の形成された開口部70Aがシャッタ羽根72で閉じられる。また、他方の電磁石82Bに駆動電圧を印加すると、揺動アーム74に固着された鉄片84が他方の電磁石82Bに吸引され、他方のストッパ80Bに当接する。これにより、シャッタ板70の形成された開口部70Aが開けられる。このように、メカニカルシャッタ42は、一対の電磁石82A、82Bに選択的に駆動電圧を印加することにより開閉される。
【0048】
ここで、この一対の電磁石82A、82Bへの駆動電圧の印加は、図3に示すように、ソレノイドドライバ42Aを介して行なわれ、ソレノイドドライバ42Aは、TG46から出力されるメカニカルシャッタ駆動パルスに基づいて電磁石82A、82Bに駆動電圧を印加する。CPU36は、このTG46から出力するメカニカルシャッタ駆動パルスを設定する。
【0049】
また、この一対の電磁石82A、82Bに印加する駆動電圧は、電子ボリューム(EVR・D/A)86で調節され、CPU36は、この電子ボリューム86から出力されるメカニカルシャッタ42の駆動電圧を設定する。
【0050】
この際、CPU36は、この電子ボリューム86から出力されるメカニカルシャッタ42の駆動電圧をシャッタスピード(露光時間)に応じて設定する。
【0051】
すなわち、メカニカルシャッタ42は、駆動電圧(電磁石82A、82Bに印加する電圧)が高いほど、動作のバラツキを少なくでき、高い精度で作動させることができる。
【0052】
しかし、メカニカルシャッタ42の駆動電圧を高く設定すると、電池38で使用できる時間が短くなってしまう。
【0053】
一方、メカニカルシャッタ42の動作のバラツキが撮影画像に及ぼす影響は、シャッタスピードが速くなるほど大きく、シャッタスピードが遅くなるに従って少なくなってゆく(露光時間が短くなるほど大きく、露光時間が長くなるに従って少なくなる。)。
【0054】
そこで、CPU36は、シャッタスピードに応じてメカニカルシャッタ42の駆動電圧を設定し、電池38で使用できる時間を長くする。
【0055】
以下、このメカニカルシャッタ42の駆動制御を含むCCD44の露光制御について説明する。
【0056】
図5は、CCDの露光制御時のタイミングチャートである。同図において、▲1▼は垂直同期信号(VD)、▲2▼は電荷読出しパルス、▲3▼は電荷掃き出しパルス、▲4▼はメカニカルシャッタ動作、▲5▼はメカニカルシャッタ駆動パルス、▲6▼は電力信号を示している。
【0057】
CCD44の受光部に蓄積されている電荷は、電荷掃き出しパルスを印加することにより、掃き出しドレイン(基板側)に掃き出され、これにより、露光期間の開始位置が制御される。なお、電荷掃き出しパルスの開始位置は、電荷読出しパルスによって制御される。
【0058】
一方、露光期間の終了位置は、ソレノイドドライバ42Aにメカニカルシャッタ駆動パルス▲4▼を印加して、メカニカルシャッタ42を閉じ、CCD44の受光部に入射される被写体光を遮ることにより制御される。
【0059】
そして、この露光終了後、電荷読出しパルスを印加することにより、CCD44の受光部に蓄積されている電荷が読み出され、垂直転送路及び水平転送路を介して信号電荷に応じた画像信号として出力される。
【0060】
なお、本例では2フィールド読出し、すなわち1フィールド目で奇数ライン(RGライン又はBGラインの一方)の電荷が読み出され、2フィールド目で偶数ライン(RGライン又はBGラインの他方)の電荷が読み出される。
【0061】
さて、上記のように、露光の終点は、メカニカルシャッタ42を閉じることにより規定される。そして、このメカニカルシャッタ42の駆動電圧は、高いほどバラツキなくメカニカルシャッタ42を作動させることができる。
【0062】
しかし、メカニカルシャッタ42の動作のバラツキが撮影画像に及ぼす影響はシャッタスピードが速い場合であり、シャッタスピードが遅い場合、メカニカルシャッタ42の動作に多少バラツキが生じても、撮影画像には、ほとんど影響を及ぼさない。
【0063】
このため、CPU36は、測光の結果、設定されたシャッタスピードが、あらかじめ設定された基準値を下回ると、メカニカルシャッタ42の駆動電圧を下げる(電子ボリューム86に設定するメカニカルシャッタ42の駆動電圧を下げる。)。
【0064】
すなわち、図6に示すように、CPU36は、測光の結果、設定されたシャッタスピードSPが、基準値SP0 以上の場合(露光時間が基準時間以下の場合)は、基準駆動電圧V0 でメカニカルシャッタ42を駆動し、シャッタスピードSPが、基準値SP0 を下回ると(露光時間が規定時間を上回ると)、基準駆動電圧V0 よりも低い省電用駆動電圧V1 でメカニカルシャッタ42を駆動する。
【0065】
このように、シャッタスピードに応じてメカニカルシャッタ42の駆動電圧を調節することにより、撮影画像に影響をあたえることなく、電池38で使用できる時間を長くすることができる。
【0066】
なお、本実施の形態では、設定されたシャッタスピードSPが、基準値SP0 以上の場合は、基準駆動電圧V0 でメカニカルシャッタ42を駆動し、シャッタスピードSPが、基準値SP0 を下回ると、基準駆動電圧V0 よりも低い省電用駆動電圧V1 でメカニカルシャッタ42を駆動するようにしているが、シャッタースピードに応じて段階的に駆動電圧を変えるようにしてもよい。シャッタースピードが遅くなるに従って段階的に駆動電圧を下げるように制御する。
【0067】
また、本実施の形態では、メカニカルシャッタ42を電磁石82A、82Bで駆動しているが、メカニカルシャッタの駆動手段は、これに限定されるものではなく、たとえばモータで駆動してもよい。
【0068】
さらに、メカニカルシャッタの構造は、本実施の形態のものに限定されるものではなく、他の構造のものを用いてもよい。
【0069】
また、本実施の形態において、シャッタースピード(露光時間)は、測光の結果に基づいてカメラ側が最適な露出条件となるように自動的に設定するように構成しているが、撮影者が手動で設定した場合(いわゆるシャッター速度優先AEの場合)についても同様に適用することができる。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮像素子の露光時間に応じてメカニカルシャッタの駆動電圧を制御することにより、撮影画像に影響を及ぼすことなく、電池のもちをよくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたデジタルカメラの一実施形態を示す正面図
【図2】本発明が適用されたデジタルカメラの一実施形態を示す背面図
【図3】デジタルカメラの内部構造を示すブロック図
【図4】メカニカルシャッタの構成を示す正面図
【図5】CCDの露光制御時のタイミングチャート
【図6】CCDの露光制御時のタイミングチャート
【符号の説明】
10…デジタルカメラ、12…カメラ本体、14…撮影レンズ、16…ファインダー窓、18…セルフタイマーランプ、20…レリーズボタン、22…ストロボ、23…ファインダ接眼部、24…電源ボタン、26…モードレバー、26A…モードスイッチ、28…十字ボタン、30…メニュー/OKボタン、32…キャンセルボタン、34…液晶モニタ、36…中央処理装置(CPU)、37…ROM、38…電池、38A…電源回路、40…絞り、42…メカニカルシャッタ、42A…ソレノイドドライバ、44…撮像素子(CCD)、46…タイミングジェネレータ(TG)、48…相関二重サンプリング回路・増幅器(CDS・AGC)、50…A/D変換器、51…画像入力コントローラ、52…画像信号処理回路、54…VRAM、56…ビデオエンコーダ、58…AF検出回路、60…AE/AWB検出回路、62…メモリ(SDRAM)、64…圧縮伸長処理回路、66…メディアコントローラ、68…メモリカード、70…シャッタ板、70A…開口部、72…シャッタ羽根、74…揺動アーム、76…回転軸、78…軸受、80A、80B…ストッパ、82A、82B…電磁石、84…鉄片、86…電子ボリューム(EVR・D/A)
Claims (2)
- 撮像素子への入射光路を開閉するメカニカルシャッタを備え、設定された露光時間で前記撮像素子を露光後、前記メカニカルシャッタを閉じて前記撮像素子への入射光路を遮蔽するデジタルカメラにおいて、
前記メカニカルシャッタの駆動電圧を調節する駆動電圧調節手段と、
前記撮像素子の露光時間に応じて前記メカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように前記駆動電圧調節手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。 - 前記制御手段は、前記撮像素子の露光時間が規定時間以上になると、前記メカニカルシャッタの駆動電圧が所定電圧となるように前記駆動電圧調節手段を制御することを特徴とする請求項1に記載のデジタルカメラ。
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