JPH03284073A - 電子スチルカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ） 産業上の利用分野 本発明は、撮像素子を利用して被写体の瞬時画像を撮影
記録する電子スチルカメラに関するものである。

従来の技術 ＣＣＤなとの撮像素子とフロフビディスクに記録を行う
記録装置を組み合わせて被写体の腑瞬時画像を撮影記録
する電子スチルカメラが実用化されている。このような
電子スチルカメラでは、従来のフィルムカメラとは異な
り、現像、焼付は処理が不要であり、そして、撮影した
画像を瞬時にモニタテレビなどにより確認することがで
きるというメリットを有している。

ところで、この種の電子スチルカメラでは、光学式フィ
ルムカメラと同様、撮影時の像画露光量を制御するいわ
ゆる露出制御が必要で、絞り、シャッタを用いて撮像素
子への露光量を制御している。このシャッタの囲閉時間
（シャッタ速度）を制御する方法として、■メカニカル
シャッタによる方法と、（多電子シャッタによる方法と
が広く用いられている。

このうち、メカニカルシャッタによる方法とは、周知の
レンズシャッタやフォーカルブレーンシャッタの如きも
ので、所定の時間だけ機械的にシャツタ幕を開いて露光
を行わせるようにするものである。

一方、電子シャッタによる方法では、露光直前までの撮
像素子の受光部（フォトダイオード）に蓄積した電荷を
掃き出し、この掃き出し動作後、所定時間（シャッタ速
度に相当）経過後に蓄積電荷を転送して読み出すように
している。この電子シャッタは、機械的要素を用いない
ことから、上記のメカニカルシャッタに比べ、寸法的に
小型化できる点、さらにシャッタ速度の精度を格段に高
くできるという利点を有している。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来のメカニカルシャッタによる方法
では、レンズシャッタの場合はシャッタ羽根の開放動作
の途中で急激にシャッタ羽根を閉じようとするため、シ
ャッタ羽根の慣性や摩擦の影響により、シャッタ速度の
精度の向上が望めず、また、経時変化も大きいため、露
出制御時、電子スチルカメラで要求される±０．３　（
ＥＶ）の露出精度を確保することが難しかった。フォー
カルブレーンシャッタの場合ではシャッタ速度の精度は
レンズシャッタよりもよいがやはり機械的要素があるた
め高速側では上記露出精度の達成が難しく、さらに経時
変化の問題も有しているし、また、、Ｎ出機構として考
えた場合、他に絞り機構もいることから、寸法的にもコ
スト的にも大になるという問題も有している。

次に、従来の電子シャッタによる方法であるが、シャッ
タ機構に機械的要素がないことから、メカニカルシャッ
タに比ベシャッタ精度は十分高くとれ、上記の露出精度
を達成することは可能であるが、以下の問題を有してい
る。

すなわち５．従来、インターライントランスファ型の撮
像素子を使った電子シャッタでは露光直前までの撮像素
子の受光部（フォトダイオード）に蓄積した電荷を掃き
出し、この掃き出し動作後、所定時間（シャッタ即時間
に相当する）経過直後に蓄積電荷を垂直転送レジスタに
転送して読み出すようにしている。このような構成では
、垂直転送レジスタでの電荷転送中において、光が撮像
素子に照射され続けるので、スミアが発生し、特に被写
体に高輝度の部分（たとえば木漏れ日や太陽光の反射、
スポットライトなどがあると、周知の如くこのスミア電
荷によって再生面画上でこの高輝度の部分から画面下方
に向かって、白い尾引きが現れるという問題があった。

この解決策として、垂直転送レジスタ信号電荷を転送直
後に撮像素子への光を遮ることが考えられるが、完全に
遮光するまでにはある程度時間を要し、その時間分だけ
の丘記尾引きが現れるので、完全な解決策とはならない
。

本発明は上記従来の問題を解決するもので、メカニカル
なシャッタ機構をなくし、固体撮像素子の電子シャッタ
機能を用いて高精度の露出制御を行うとともに、電荷転
送時に発生するスミアによる尾引き現象のない電子スチ
ルカメラを提ｇすることを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明の電子スチルカメラは、
光電変換による電荷蓄積部と電荷転送部を有する撮像素
子と、前記撮像素子への入射光量を絞る絞り手段と、撮
り時、前記絞り手段を通して前記撮像素子への光の少く
とも入射中は、前記撮像素子の前記電荷転送部のうち垂
直電荷転送段の垂直転送機能を停止させる電荷転送停止
手段と、前記撮影時、前記絞り手段を通して前記撮像素
子へ所定時間露光させるシャッタ手段と、前記シャッタ
手段による露光後前記電荷蓄積部に蓄積された信号電荷
を直ちに前記垂直電荷転送段に移送する移送手段と、前
記シャッタ手段による露光後、前記撮像素子への入射光
を直ちに遮光する遮光手段とを有するものである。

また、本発明の電子スチルカメラは、上記構成に加えて
、撮影動作後、遮光手段による遮光完了時間に略同期さ
せた、映像信号の垂直同期信号もしくはこの垂直同期信
号に関連した同一周期の信号により、垂直電荷転送段の
垂直転送機能を動作させて信号電荷を読み出す手段を有
するものである。

さらに、本発明の電子スチルカメラにおける。

撮像素子は、電荷蓄積部に蓄積された不要電荷を前記撮
像素子の基板部（サブストレート）に排出可能な機能を
有し、撮影動作後、遮光手段による遮光完了時間に略同
期させた映像信号の垂直同期信号もしくはこの垂直同期
信号に関連した同一周期の信号により前記不要電荷排出
機能を駆動させるように構成したものである。

さらに、本発明の電子スチルカメラは、撮像手段への入
射光量を絞る絞り手段と前記撮像手段への入射光を遮光
する遮光手段とを兼ねた絞り羽根を有し、絞り羽根は、
複数の直径の絞り穴とこれらの絞り穴の間に設けられた
遮光可能な部分から構成されたものである。

作用 上記構成により、撮影時、少なくとも撮像素子への光の
入射中は、電荷転送停止手段によって垂直電荷転送段の
垂直転送機能を停止させると同時に、シャッタ手段によ
る撮像素子への所定時間の露光後直ちに移送手段によっ
て、電荷蓄積部に蓄積された、光電変換による被写体像
に対応した信号電荷は垂直電荷転送段に移送され、遮光
手段によって入射光がほぼ完全に遮られた後、垂直転送
機能を動作させ信号電荷を読み出すので、従来のような
メカニカルなシャッタ機構ではなく撮像素子の電子シャ
ッタ機能を用いて高精度の露出制御が可能となるととも
に、電荷転送時に発生するスミアによる尾引き現象も解
消されることになる。

また、撮影動作後、遮光完了のタイミングと同期させた
垂直同期信号もしくはこの垂直同期信号に関連した同一
周期の信号により垂直転送機能を動作させて信号電荷を
読み出せば、電荷転送停止手段によりｉ直電荷転送段の
垂直転送機能が停止している時間を短かくできて、暗電
荷の発生量が少なくＶＮ上で有利なものとなる。

さらに、絞り手段と遮光手段を、複数の直径の絞り穴と
こｎらの絞り穴の間に設けられた遮光部から構成される
絞り羽根で兼ねたので、光学部の構成が極めて簡単なも
のとなる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例における電子スチルカメラの
構成を示すブロック図である。第１図において、ｌは撮
影レンズ、２は後述する複数個の異なる直径の穴が設け
られた絞り羽根（本実施例では３個）、３はインターラ
イントランスファー型ＣＣＤ（以下、単にＣＣＤという
）、４は所望の絞りを選択するために絞り羽根２を回転
駆動させるためのステッピングモータ、５はステッピン
グモータ４を駆動するための主にスイッチングトランジ
スタから構成されるステッピングモータ駆動回路、６は
ＣＣＤ３を駆動するためのＣＣＤ駆動回路、７はＣＣＤ
３より得られた信号を処理し、４輝度信号と色差線順次
信号を得る信号処理回路、８は信号処理回路７で得られ
た信号を周波数変調し、磁気ヘッド１０を介してビデオ
フロッピ９に記録するために増幅する記録回路、１１は
ビデオフロッピ９を回転駆動するためのモータ、１２は
モータ１１を一定回転数で回転するように駆動制御する
Ｆ−Ｖ変換回路およびモータ駆動回路などからなるモー
タ駆動制御回路、１３はビデオフロッピ９のセンタコア
に設けられた回転の位相を示すＰＧビン、１４はＰＧビ
ン１３からビデオフロッピ９の回転位相を検出するため
のコイル状に構成されるＰＧセンサ、１５はＰＧセンサ
１４から得られる信号を増幅し矩形波に波形整形する増
幅回路、１６は増幅回路１５から出力される信号を所定
値遅延するための位相シフタ、１７はこれらシステムを
コントロールするシステム制御回路、１８は撮影のトリ
ガを与えるレリーズＳＷである。

第２図（ａ）〜第２図（ｉ）は本実施例の撮影から記録
までのタイミングを示すタイミング波形図である。

第２図（ａ）〜第２図（ｉ）において、ａは位相シフタ
１６の出力であるＰＧ倍信号ｂはＶＤ信号で、垂直同期
信号を含め前後３Ｈ（Ｈは水平同期信号の１周期）の期
間のパルス幅（すなわち９Ｈ）を持つ、ここで、ＰＧ信
信号色ＶＤ信号すの位相関係は略４Ｈ期間、ＰＧ信信号
色先行するように位相シフタ１６で調整されている。Ｃ
は絞り羽根２の作動時間を表すタイミング図で、傾斜部
分ＣＩが絞り羽根２が動作していることを示し、平坦な
部分ｃ２で所定位置で停止していることを示している。

ｄはＣＣＤ３の後述する垂直転送レジスタ３０３の電荷
転送を止める一ＶＳＴＯＰ信号で、この信号のＨレベル
の期間、後述する垂直転送レジスタ３０３の電荷転送は
停止する。ｅは露光時間を決めるシャッタパルス、ｆは
ＣＣＤａの後述するフォトダイオード３０１　、３０２
に蓄積された信号電荷を後述する垂直転送レジスタ３０
３に移す移送ゲートパルス、ｇは後述する垂直転送レジ
スタ３０３の信号電荷の転送を行うためのφＶクロフク
で、このφＶクロフクｇが止まると信号電荷の転送は停
止する。ｈは後述するフォトダイオード３０１　、３０
２に蓄積した不要電荷をＣＣＤ３の基板部（サブストレ
ート）ニ排出する（掃き出す）ためのφＳＵＢクロック
で、信号電荷蓄積時は停止させる。ｉは撮影によって得
られた被写体の瞬時画像をビデオフロッピ９に記録する
ための記録ゲートｉである。

第３図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は絞り羽根２の構造およ
び動作を説明するための動作図であり、１９は鏡筒の一
部を示し、この穴を通って光はＣＣＤ３に導かれ、また
、当然のことながらこの穴を塞ぐことによってＣＣＤ３
への入射光は遮られる。２０．２１．２２　は絞り羽根
３にそれぞれ所定の直径値で設けられた九人状の固定絞
りである。絞り羽根２はステフビングモータ４によって
矢印ア、イの方向に回転駆動される。

第４図は本実施例の電子スチルカメラに使用するインタ
ーライントランスファ型のＣＣＤ３で、３０１　、３０
２は電荷を蓄積するフォトダイオード、３０３はフォト
ダイオード３０１　、３０２に蓄積された信号電荷を垂
直転送する垂直転送レジスタ、３０４は水平転送レジス
タ、３０５　、３０６は移送手段としての移送ゲートで
ある。また、フォトダイオード３０１　、３０２に蓄積
された不要電荷は、垂直転送レジスタ３０３を介さずに
ＣＣＤ３のサブストレートに直接排出できる構造になっ
ている。

移送ゲートパルスｆによって各移送ゲート３０５゜３０
６が開かれるとフォトダイオード３０１　、３０２に蓄
積された信号電荷は垂直転送レジスタ３０３に移される
。垂直転送レジスタ３０３に移された信号電荷は水平同
期信号に同期した垂直転送りロックによって水平転送レ
ジスタ３０４にＩＨ毎に一水平ライン分ずつ垂直転送さ
れ、水平転送レジスタ３０４ではＩＨの間に一水平ライ
ン分の電荷をＣＣＤ３の出力端子に転送する。

このように、フォトダイオード３０１　、３０２に蓄積
された信号電荷は上記のようにして順次読み出される。

以上のように構成された本実施例の電子スチルカメラに
ついて、以下、その動作を説明する。

まず、各回路に電源が供給されるとＣＣＤ駆動回路６は
φＳＵＢクロックｈ５φＶクロックｇ。

水平転送用のクロック（図示せず）を出力し、ＣＣＤ３
のフォトダイオード３０１ｊ３０２に発生する不要電荷
である暗電荷は基板部に垂直転送レジスタ３０３、水平
転送レジスタ３０４に発生する暗電荷はそれぞｎの転送
動作によってＣＣＤ３の外部に逐次排出される。また、
システム制御回路１７は不図示の測光用センサ（被写体
の輝度を測光する）の出力に応じて撮影時の絞りの値と
シャッタ速度を決定する。以下、絞りの値として絞り２
１がシャッタ速度としてＴｓが決定されたとして説明す
る。

電源の投入に続き、レリーズ５Ｗ１８が押されると、シ
ステム制御回路１７はモータ駆動制御回路１２をオンし
てモータ１１を通じてビデオフロッピ９を回転させる。

ビデオフロッピ９の回転が所定の回転数に安定したら、
次にシステム制御回路１７はステッピングモータ駆動回
路５を介してステッピングモータ４を駆動し絞り羽根２
を初期位ＩＩ（第３図（ａ））から矢印アの方向へ絞り
羽根２を回転させると同時に、ＣＣＤ駆動回路６にφＶ
　５ＴＯＰ信号ｄを出力（Ｌ”レベルから６Ｈ”レベル
に立ち上げる）し、垂直転送レジスタ３０３を駆動する
φＶクロフクｇを停止させる。ここで、ＣＣＤ３への光
が入射しはじめるとほぼ同時にφＶ　５ＴＯＰ信号ｄを
出力したが、φＶ　５ＴＯＰ信号ｄの出力はそれ以前で
あれば問題はない。φ■クロフクｇが停止する第２図の
Ｔ１期間、垂直転送レジスタ３０３は垂直転送動作をス
トップする。絞り羽根２が第３図（ｂ）に示すように所
定位置に回動して停止すると、システム制御回路１７は
ＣＣＤ駆動回路６にシャッタ速度に相当する、パルス幅
Ｔｓのシャッタパルスｅを出力する。ＣＣＤ駆動回路６
はこのシャッタパルスｅの立ち上がりエツジのタイミン
グでφＳＵＢクロフクｈを停止させる（第２図のＴ！期
間）。したがって、ＣＣＤ３は基板部（サブストレート
）への電荷の排出を停止し、光電変換による被写体像に
対応した信号電荷の蓄積が開始される。Ｔｓ時間経過後
、シャッタパルスｅが立ち下がるとこのタイミングでＣ
ＣＤ駆動回路６は移送ゲートパルスｆをＣＣＤ３に出力
し、ＣＣＤ３の移送ゲー）　３０５　、３０６を開いて
、Ｔｓ間の露光によってフォトダイオード３０１　、３
０２に蓄積された上記信号電荷が垂直転送レジスタ３０
３に移送される。

上記の動作で、絞り羽根２の回転動作中、正規の絞り値
に達するまで、また完全に遮光されるまでにＣＣＤ３に
入射光が照射されるが、シャッタパルスｅの直前までフ
ォトダイオード３０１　、３０２の不要電荷を排出して
おり、シャッタパルスＣの立ち下がり後は、垂直転送レ
ジスタ３０３に直ちに信号電荷は転送されるので、実際
このシャッタパルスｅのパルス幅がシャッタ開の時間（
露光時間）Ｔｓに相当することになる。

次に、システム制御回路１７はシャッタパルスｅを立ち
下げると、ＣＣＤ３への入射光を遮るべくステッピング
モータ駆動回路５を介してステッピングモータ４を駆動
し、第３図（ｂ）の状態から第３図（Ｃ）の状態にすべ
く絞り羽根２を矢印イの方向に回動する。このようにし
て、第３図（Ｃ）に示すように絞り穴２０と絞り穴２１
０間の部分でＣＣＤ３への入射光が遮られる状態となる
。

絞り羽根２によりＣＣＤ３への光が遮光されると、シス
テム制御回路１７はφＶ　５ＴＯＰ信号ｄ＋″Ｌ”レベ
ルにする。φＶ　５ＴＯＰ信号ｄが１Ｌ″レベルになる
と、ＣＣＤ駆動回路６は第２図（′ｂ）に示すように次
のＶＤ倍信号に同期してφ■クロフクｇを発生させて垂
直転送レジスタ３０３を動作させ、信号電荷を順次正直
転送して、水平転送レジスタ窮を介して出力する。この
ときこのＶＤ倍信号の直前のＰＧ償号ａの立ち上がりの
タイミングでシステム制御回路１７はビデオフロッピ９
の１回転局期に相当する時間の記録ゲートｉを出力する
ので、この読み出された信号は信号処理回路７、記録回
路８で処理され、磁気ヘッド１０を介してビデオフロッ
ピ９に記録される。ここでφＳＵＢクロックｈもφＶク
ロフクｇと同タイミングで発生させられ、フォトダイオ
ード３０１　、３０２の不要電荷の排出を開始する。こ
の場合、絞り羽根２は初期位置戻っているので、上記記
録によって一連の撮影シーケンスが終了することになる
。

以上のように本実施例によれば、垂直転送レジスタ３０
３の垂直転送動作中は、ＣＣＤ３は遮光された状態であ
り、また、ＣＣＤ３に光が入射している状態では垂直転
送レジスタ３０３を停止しているので、従来のように転
送中に垂直転送レジスタ３０３へ光が入射し続けて起こ
るスミア電荷による尾引き現象の発生しない信号の記録
が可能となる。

また、本実施例のように絞り羽根２によって絞り機能と
遮光機能を有することによって、光学部の構成を非常に
簡単にすることができる。

なお、絞り・遮光手段に複数の絞り羽根によって絞り径
を変えていく絞し兼用レンズシャッタのような構成（た
だし、絞りと遮光機能のみで本来のシャッタ機能はない
）を用いても本発明の目的が達成されることは言うまで
もないことである。

また、絞り穴２２が選択された場合、絞り羽根２の動作
時、絞り穴２１が鏡筒部１９を通過するときにＣＣＤ３
に光が入射するが、この時点ではφ■クロフクｇは停止
させず、また、絞り羽根２を絞り穴２１と２２の間で遮
光する状態で一時停止させ、垂直転送レジスタ３０３の
動作で、このときに蓄積されるスミア電荷がＣＣＤ３の
外部に排出されるまで、システム制御回路１７はφＶ　
５ＴＯＰ信号ｄを６Ｈ”レベルにしない構成にしている
ので、この絞り穴２１の通過は以後の撮影に同等影響を
与えない口 第５図は、本発明の他の実施例で、先の実施例と異なる
ところは、露光後の絞り羽根２による遮光終了のタイミ
ングを、第５図に示すように、φＶクロックｇを再び動
作させるＶＤ信号すの立ち上がりに略一致させている点
である。

本実施例によると、先の実施例に比べ垂直転送レジスタ
の停止している時間を短くすることができる（ＴＩ≦Ｔ
Ｉ）ので、暗電荷の発生量が少なくてすみ、Ｓ／Ｎの上
で有利となる利点を有する。

なお、実施例ではＣＣＤ３の駆動に関し、ＣＣＤ駆動回
路６のＶレートの基準をＶＤ信号を使った場合として説
明したが、これがＶ　５ＹＮＣ（垂直同期信号）であっ
ても、ＶＤ信号がＶ　５ＹＮＣに代わるだけで本発明に
同等問題はない。

発明の効果 以上のように本発明によれば、メカニカルシャッタによ
って露出制御を行うのではなく、電子シャッタによって
露出の制御を行うので、シャッタ機構の精度の影響を受
けることなく、簡単な構成で精度のよい露出制御が行え
るとともに、被写体に高輝度の部分があってもスミアに
よる尾引き現象の発生しない瞬時画像の記録が行える電
子スチルカメラを提供することができ、その効果は大で
カメラの概略構成を示すブロック図、第２図は同電子ス
チルカメラにおける動作タイミングを示すタイミング波
形図、第３図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は同電子スチルカ
メラにおける絞り羽根の動作を説明するための動作図、
第４図はインターライントランスファ型ＣＣＤの模式図
、第５図は本発明の他の実施例の電子スチルカメラの動
作タイミングを示すタイミング波形図である。

２・・・絞り羽根、３・・・ＣＣＤ、４・・・ステフビ
ングモータ、５・・・ステッピングモータ駆動回路、６
・・・ＣＣＤ駆動回路、１７・・・システム制御回路、
２１，２２゜２３・・・固定九穴絞り、３０１　、３０
２フオトダイオード、３０３・・・垂直転送レジスタ、
３０４・・・水平転送レジスタ、３０５　、３０６・・
・移送ゲート。

第３図 第４図 切

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光電変換による電荷蓄積部と電荷転送部を有する撮
   像素子と、前記撮像素子への入射光量を絞る絞り手段と
   、撮影時、前記絞り手段を通して前記撮像素子への光の
   少なくとも入射中は、前記撮像素子の前記電荷転送部の
   うち垂直電荷転送段の垂直転送機能を停止させる電荷転
   送停止手段と、前記撮影時、前記絞り手段を通して前記
   撮像素子へ所定時間露光させるシャッタ手段と、前記シ
   ャッタ手段による露光後前記電荷蓄積部に蓄積された信
   号電荷を直ちに前記垂直電荷転送段に移送する移送手段
   と、前記シャッタ手段による露光後、前記撮像素子への
   入射光を直ちに遮光する遮光手段とを有する電子スチル
   カメラ。 ２、撮影動作後、遮光手段による遮光完了時間に略同期
   させた、映像信号の垂直同期信号もしくはこの垂直同期
   信号に関連した同一周期の信号により、垂直電荷転送段
   の垂直転送機能を動作させて信号電荷を読み出す手段を
   有する請求項１記載の電子スチルカメラ。 ３、撮像素子は、電荷蓄積部に蓄積された不要電荷を前
   記撮像素子の基板部（サブストレート）に排出可能な機
   能を有し、撮影動作後、遮光手段による遮光完了時間に
   略同期させた映像信号の垂直同期信号もしくは、この垂
   直同期信号に関連した同一周期の信号により前記不要電
   荷排出機能を駆動させる構成とした請求項１記載の電子
   スチルカメラ。 ４、撮像手段への入射光量を絞る絞り手段と前記撮像手
   段への入射光を遮光する遮光手段とを兼ねた絞り羽根を
   有する請求項１記載の電子スチルカメラ。 ５、絞り羽根は、複数の直径の絞り穴とこれらの絞り穴
   の間に設けられた遮光可能な部分から構成された請求項
   ４記載の電子スチルカメラ。