(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置された複数の受光素子を一端側から他端側に向かって順次リセット動作を行うことにより露光することが可能な撮像センサと、
前記撮像センサの光軸方向被写体側位置に設けられ、幕体が上記撮像センサの一端側から他端側に向かって移動することにより、前記撮像センサへ入射する被写体光を遮光するフォーカルプレーンシャッターと、
被写体輝度に基づいてシャッター速度を演算する露出演算手段と、
レリーズ動作に応じて撮影動作を指示するレリーズ開始信号を出力するレリーズ手段と、
該レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基づいて、前記フォーカルプレーンシャッターの幕体の幕速に同期させて幕体の移動と同じ方向に順次撮像センサのリセット動作を行うとともに、リセット動作の開始から前記露出演算手段により演算されたシャッター速度に応じた所定時間が経過した時点でフォーカルプレーンシャッターの幕体の駆動を開始するように制御する撮影動作制御手段と、
を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＯＳセンサなどのランダムスキャン可能な撮像センサを備えたデジタルカメラでは、撮像センサの画素毎に画像データが時系列に読み出されるため、撮影時の画像の読み出し開始位置の画素と読み出し終了位置の画素とでは、１／３０程度の時間差が生じる。このため、高速で変化する被写体を撮影した場合、上記時間差に起因して撮影画像の歪み、いわゆる像流れを起こしてしまう。
【０００３】
そこで、高速の被写体を撮影するためには、撮像センサを機械的に遮光する遮光手段が必要となる。
【０００４】
従来、このような機械的遮光手段として、銀塩一眼レフカメラで使用されているフォーカルプレーンシャッターやレンズシャッターを採用したデジタルカメラが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フォーカルプレーンシャッターを用いた従来のデジタルカメラでは、フォーカルプレーンシャッターが先幕と後幕の２枚の幕を有し、先幕と後幕との幕間（スリット）の幅と幕速により露光時間を決める構成であったため、フォーカルプレーンシャッターの構造が複雑で部品点数も多いという欠点があった。
【０００６】
また、レンズシャッターを用いたデジタルカメラでは、シャッター羽根の動作速度に限界があり、シャッター速度が速くなると、羽根の動きの過渡的な影響によって露光ムラが生じたり、レンズの開放口径からの遮光ができなくなるという欠点があり、このため１／１０００秒程度のシャッター速度が限界であった。
【０００７】
この発明は、このような欠点を解消するためになされたものであって、機械的遮光手段の構造が簡素で部品点数も削減可能であり、かつ高速のシャッター速度にも対応できるデジタルカメラの提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、マトリクス状に配置された複数の受光素子を一端側から他端側に向かって順次リセット動作を行うことにより露光することが可能な撮像センサと、前記撮像センサの光軸方向被写体側位置に設けられ、幕体が上記撮像センサの一端側から他端側に向かって移動することにより、前記撮像センサへ入射する被写体光を遮光するフォーカルプレーンシャッターと、被写体輝度に基づいてシャッター速度を演算する露出演算手段と、レリーズ動作に応じて撮影動作を指示するレリーズ開始信号を出力するレリーズ手段と、該レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基づいて、前記フォーカルプレーンシャッターの幕体の幕速に同期させて幕体の移動と同じ方向に順次撮像センサのリセット動作を行うとともに、リセット動作の開始から前記露出演算手段により演算されたシャッター速度に応じた所定時間が経過した時点でフォーカルプレーンシャッターの幕体の駆動を開始するように制御する撮影動作制御手段と、を備えたことを特徴とするデジタルカメラによって解決される。
【０００９】
このデジタルカメラでは、レリーズ手段が出力するレリーズ開始信号に基づいて、フォーカルプレーンシャッターの幕体の幕速に同期させて幕体の移動と同じ方向に順次撮像センサのリセット動作が行われる。また、リセット動作の開始から露出演算手段により演算されたシャッター速度に応じた所定時間が経過した時点でフォーカルプレーンシャッターの幕体の駆動が開始される。
【００１０】
つまり、一端側から他端側に向かって順次撮像センサのリセット動作が行われることによる撮像センサの受光素子の順次的露光開始動作が、従前のフォーカルプレーンシャッターの先幕の役務を果たすため、フォーカルプレーンシャッターとしては、後幕に相当する１枚の幕体のみを備えていれば良いことになり、その分構造が簡素化されると共に部品点数も削減される。
【００１１】
しかも、撮像センサ出力の読み出し速度が遅い場合であっても、撮像センサのリセット動作のタイミングを早めあるいは遅くすることによって、各受光素子の露光時間、換言すればシャッター速度を制御できるから、レンズシャッターのように羽根の速度に依存することがなく、撮像センサ出力の読み出し速度にかかわらず高速シャッターが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、この発明の一実施に形態に係るデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、デジタルカメラ１は、後述する各回路などを有するカメラ本体２と、このカメラ本体２の前面に装着された撮影レンズユニット３とからなる。撮影レンズユニット３は、被写体の光学像を取り込む撮影レンズ４ならびに光量を制限する絞り５などを備えている。上記カメラ本体２は、たとえば銀塩一眼レフカメラのボディを利用して構成されたもので、銀塩フィルム配設相当位置には、上記撮影レンズ４の光路Ｌ上において、結像された被写体光を光電変換する光電変換素子としての撮像センサ８が、受光面を撮影レンズ４側に向けて配置されている。この撮像センサ８は、ランダムスキャンが可能なものであり、たとえばＣＭＯＳセンサが使用されている。
【００１５】
また、前記撮像センサ８の前方位置には、横走り式のフォーカルプレーンシャッター７が設けられている。このフォーカルプレーンシャッター７は、先幕と後幕のうちの後幕相当の幕体７１を有する単幕式のものであり、プレビュー時には、前記撮像センサ８に対して光学的に開放状態になっている。
【００１６】
前記撮像センサ８の画像読み出し時のスキャンパターンは、図２に矢印で示すとおりであり、フォーカルプレーンシャッター７が横走り式であるので、左右方向の一端側から他端側に向かって順次縦方向へスキャンするようになっている。勿論、上記フォーカルプレーンシャッター７が縦走り式の場合には、横方向へスキャンする。
【００１７】
９はカメラ本体２に設けられたレリーズ手段としてのシャッターボタン、１０はカメラ本体２に装備された表示部である。この表示部は、たとえば液晶表示器（ＬＣＤ）からなり、プレビュー時のライブビュー画像や撮影画像を表示する。
【００１８】
上記カメラ本体２内には、上記撮像センサ８の他に、映像処理回路１１、シャッター速度演算回路１２、メカニカルシャッター制御回路１３、シャッタードライバ１４、リセットタイミング制御回路１５などが設けられている。
【００１９】
映像処理回路１１は、上記撮像センサ８からの出力であるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換した後、画素補間、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理を行い、プレビュー画像を上記表示部１０に表示させる他、画像データに基いて被写体の輝度を演算する。
【００２０】
シャッター速度演算回路１２は、上記映像処理回路１１から出力される輝度信号を受けて、輝度に応じた最適露光時間を算出するものである。メカニカルシャッター制御回路１３は、上記シャッターボタン９が押された際、シャッタドライバ１４を介して上記フォーカルプレーンシャッター７の幕体７１（図４）をシャッター速度演算回路１２の算出値に応じた幕速で駆動制御する。
【００２１】
リセットタイミング制御回路１５は、撮像センサー８の各受光素子に対して露光を開始させるものであり、上記シャッター速度演算回路１２で演算された最適露光時間に応じて、上記撮像センサ８の受光素子に対するリセットのタイミングを制御する。具体的には、各受光素子のリセットは、フォーカルプレーンシャッター７の前記幕体７１によって遮光されるよりも前で、かつ幕体７１の移動に同期したタイミングで行われるので、後述する受光素子の列単位の露光時間が一定になり、露光むらが発生しない。
【００２２】
図３は、上記撮像センサ８の駆動部を示す。
【００２３】
図３に示すように、撮像センサ８は、マトリクス状に配置された多数の受光素子、たとえばフォトダイオードＰ１〜Ｐｎよって画素が構成されている。前記各フォトダイオードＰ１〜Ｐｎは、リセットスイッチＲＳがそれぞれ接続されており、これらリセットスイッチＲＳの縦列群毎に、複数のリセットラインＲＬ・・・がそれぞれ接続されている。これらリセットラインＲＬは、垂直走査回路ＶＨＣからのリセット信号を上記各リセットスイッチＲＳに送出させるものであり、リセット信号を受けた縦列群のリセットスイッチＲＳは瞬時に閉成動作し、前回の光電変換時に蓄積された電荷を放電したのち、直ちに開放されて、各フォトダイオードＰ１〜Ｐｎは駆動状態（露光による電荷蓄積が可能な状態）に復帰する。
【００２４】
さらに、上記フォトダイオードＰ１〜Ｐｎには、垂直読み出しスイッチＶＳがそれぞれ接続されており、これら垂直読み出しスイッチＶＳの縦列群毎に、複数列のアドレスラインＡＬ・・・がそれぞれ接続されている。これらアドレスラインＡＬは、上記垂直走査回路ＶＳＣからのアドレス信号を上記垂直読み出しスイッチＶＳに送出させるものであり、垂直走査回路ＶＳＣから所定のタイミングで送出されたアドレス信号により垂直読み出しスイッチＶＳが順次的（フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの番号順）に制御される。
【００２５】
上記フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの横列群には、垂直読み出しスイッチＶＳに接続されて、フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの横列群の画像信号を出力ラインＯＬに取り出す複数の信号ラインＳＬがそれぞれ設けられており、各信号ラインＳＬと出力ラインＯＬとの間には、水平走査回路ＨＳＣによって開閉駆動される水平読み出しスイッチＨＳが介挿されている。
【００２６】
なお、ＴＣはタイミング発生回路であり、前記リセットタイミング制御回路１５からのリセットタイミング信号、さらには、トリガー信号が入力されるとともに、垂直走査回路ＶＨＣおよび水平走査回路ＨＳＣの各動作を制御する。
【００２７】
すなわち、上記タイミング発生回路ＴＣの制御信号を垂直走査回路ＶＨＣおよび水平走査回路ＨＳＣに印加して、垂直読み出しスイッチＶＳ及び水平読み出しスイッチＨＳを選択的に開閉制御することにより、任意のアドレスのフォトダイオードＰ１〜Ｐｎの画素データが、信号ラインＳＬを介して出力ラインＯＬに取り出され、該出力ラインＯＬに接続された出力アンプＡＭＰで増幅されて、前記映像処理回路１１に送出される。
【００２８】
上記各フォトダイオードＰ１〜Ｐｎにおける電荷の蓄積時間は、フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの駆動時点即ち上記リセットスイッチＲＳの開放時点から、読み出しスイッチＶＳ，ＨＳの閉成時点までの期間となる。
【００２９】
次に、図１に示したデジタルカメラの動作を説明する。
【００３０】
シャッターボタン９が半押されると、表示部１０にはプレビュー画像が表示される。このプレビュー時には、フォーカルプレーンシャッター７は開放状態にあり、撮像センサ８は縦列配置されたフォトダイオード群ごとにタイミング発生回路ＴＣによって順次リセットされ、駆動状態となる。つまり、図３の例でいえば、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のフォトダイオードからなる第１列Ｍ１がまずリセットされ、ついでＰ４、Ｐ５、Ｐ６のフォトダイオードからなる第２列Ｍ２、第３列Ｍ３・・・第ｎ列Ｍｎと順にリセットされる。
【００３１】
所定時間の経過後、垂直読み出しスイッチＶＳ及び水平読み出しスイッチＨＳが選択的に開閉制御され、フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの画素信号が、記した番号順に信号ラインＳＬを介して出力ラインＯＬに取り出される。そして、出力ラインＯＬに接続された出力アンプＡＭＰで増幅されたのち、前記映像処理回路１１で映像処理され、表示部１０に表示される。また、得られた画像データに基づいて映像処理回路１１により輝度が演算され、これに基づいてシャッター速度演算回路１２で適正なシャッター速度が演算される。この動作が所定のフレーム周期で繰り返される結果、表示部にはライブビュー画像が表示される。
【００３２】
次に、シャッターボタン９が全押し（レリーズ）されると、これがレリーズ開始信号として出力され、シャッター速度演算回路１２において直前に演算されたシャッター速度に基づいて、前記メカニカルシャッター制御回路１３がシャッタードライバ１４を介してフォーカルプレーンシャッター７を制御するとともに、リセットタイミング制御回路１５が撮像センサ８を制御する。この結果、前記撮像センサ８に対して適正露光が行われる。
【００３３】
撮像センサ８に対する具体的な露光制御を、従来例と比較して図４を参照して説明する。
【００３４】
図４（ａ）〜（ｇ）は、従来の露光制御を、また図４（Ａ）〜（Ｇ）は、この発明の実施形態における露光制御をそれぞれ示している。
【００３５】
従来例では、シャッターボタン９が全押しされると、一度、フォーカルプレーンシャッターの先幕７２が閉成されて撮像センサ８の受光面は完全遮光状態となる。この後、図４（ａ）（ｂ）に示すように、先幕７２が右方向へ横走りして開放動作を行い、露光が開始される。その後、所定の露光時間の経過後、同図（ｃ）に示すように、後幕７３が右方向へ横走りして遮光を行い、露光が終了する。
【００３６】
高速でシャッターを切る場合には、先幕７２が開ききらないうちに、後幕７３の遮光が始まり、同図（ｄ）に示す幕間Ｗと幕速とにより、露光時間が決められる。
【００３７】
上記幕間Ｗが前記撮像センサ８を通過した後、フォーカルプレーンシャッターの後幕７３が同図（ｅ）〜（ｇ）のように、さらに横走りして右端に至る。
【００３８】
これに対し、この発明の実施形態における露光制御では、シャッターボタン９が全押しされると、従来のように撮像センサ８の受光面を完全遮光することなく、同図（Ａ），（Ｂ）のように、撮像センサ８の左端側から順に、第１受光素子列Ｍ１、ついで第２受光素子列Ｍ２、第３受光素子列Ｍ３・・・第ｎ受光素子列Ｍｎとリセットをかけて、列単位で露光を開始させる。図４中の下向き矢印Ｘは、リセットされた受光素子列の位置を示す。この順次的リセット動作が従来のフォーカルプレーンシャッターの先幕の役目を果たす。また、受光素子列のリセットのタイミングの推移は、フォーカルプレーンシャッター７の幕体７１の幕速に同期させておく。
【００３９】
左端の第１列Ｍ１がリセットされたのち、シャッター速度演算回路１２で演算されたシャッター速度に応じた所定時間が経過した時点で、同図（Ｃ）に示すように、フォーカルプレーンシャッター７の幕体７１が横走りを開始したのち、リセットのタイミングの推移に同期して移動し、撮像センサ８の受光面を遮光する。従って、各列に属するフォトダイオードに対しては、同図（Ｄ）に示すように、リセットの開始時点からフォーカルプレーンシャッター７の幕体７１によって遮光されるまでの時間（幕間相当時間Ｗ）が露光時間となり、この間に露光が行われる。また、リセットのタイミングの推移と幕体７１の移動とが同期しているから、露光時間は各フォトダイオードでほぼ一定となり、露光むらを防止できる。
【００４０】
そして、同図（Ｅ）〜（Ｇ）のように、上記幕間相当時間Ｗが撮像センサ８の受光面を通過した後、フォーカルプレーンシャッター７の幕体７１がさらに横走りして受光面の右端に至り、撮像センサ８の受光面は完全に遮光される。
【００４１】
こうして露光が行われた撮像センサ８は、ついで読み出しが行われる。即ち、垂直読み出しスイッチＶＳ及び水平読み出しスイッチＨＳが選択的に開閉制御され、フォトダイオードＰ１からＰｎにおける画像信号が、記した番号順に信号ラインＳＬを介して出力ラインＯＬに取り出される。このように、読み出しを、リセットの順序にほぼ沿って、フォトダイオードＰ１からＰｎへと番号順に行うことで、各フォトダイオードについて、リセットから読み出しまでの蓄積時間差を一定範囲にそろえることができ、ノイズレベル等が一定となり、画質が向上する。
【００４２】
出力ラインＯＬに取り出された画像信号は、出力アンプＡＭＰで増幅されたのち、前記映像処理回路１１で映像処理され、表示部１０に表示され、またメモリカードなどの記録媒体に記録される。
【００４３】
以上の説明からわかるように、この実施形態では、シャッターボタン９の全押し時に、一旦完全遮光状態にする必要がないから、タイムラグが極めて小さくなり、また、フォーカルプレーンシャッター７も後幕に相当する１枚の幕体７１のみで済み、先幕を省ける分、部品点数が少なくなるとともに、小形で軽量になる。
【００４４】
また、撮像センサ８の露光時間である幕間相当時間Ｗは、各受光素子列Ｍ１〜Ｍｎのリセットタイミングを変えることで容易に制御可能であるうえ、読み出しクロックとは別に露光時間の設定が可能であるので、読み出し周波数の低い撮像センサ８や高画素のために読み出しに時間がかかる場合でも、高速シャッターが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、一端側から他端側に向かって順次撮像センサのリセット動作が行われることによる撮像センサの受光素子の順次的露光開始動作が、従前のフォーカルプレーンシャッターの先幕の役務を果たすため、フォーカルプレーンシャッターとしては、後幕に相当する１枚の幕体のみを備えていれば良いことになり、その分構造を簡素化できると共に部品点数も削減することができる。
【００４６】
しかも、撮像センサ出力の読み出し速度が遅い場合であっても、撮像センサのリセット動作のタイミングを早めあるいは遅くすることによって、各画素の露光時間（シャッター速度）を制御できるから、レンズシャッターのように羽根の速度に依存することがなく、撮像センサ出力の読み出し速度にかかわらず高速シャッターが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１のデジタルカメラに使用した撮像センサの画像スキャンパターンの説明図である。
【図３】同じく図１のデジタルカメラに使用した撮像センサの駆動部の構成図である。
【図４】同じく撮像センサに対する具体的な遮光制御を、従来例と比較して示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・デジタルカメラ
４・・・・・・・撮影レンズ
７・・・・・・・フォーカルプレーンシャッター
８・・・・・・・撮像センサ
９・・・・・・・シャッターボタン（レリーズ手段）
１２・・・・・・シャッター速度演算手段
１３・・・・・・メカニカルシャッター制御回路（シャッター制御手段）
１５・・・・・・リセットタイミング制御手段（露光タイミング制御手段）
７１・・・・・・幕体
Ｐ１〜Ｐｎ・・・フォトダイオード（受光素子）
Ｍ１〜Ｍｎ・・・受光素子列
【図１】
0003709724.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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