CN101819370A - 光量调节装置、透镜镜筒、图像拾取装置和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光量调节装置、透镜镜筒、图像拾取装置以及控制图像拾取装置的方法。所述光量调节装置包括：板、上部光阑叶片、下部光阑叶片和光阑叶片驱动单元。所述上部光阑叶片具有半圆形上部主开口和半圆形上部副开口。所述下部光阑叶片具有：半圆形下部主开口和半圆形下部副开口。所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
Description
技术领域
本发明涉及：光量调节装置，其包括设置成彼此能互换的上部光阑叶片和下部光阑叶片；透镜镜筒；图像拾取装置；和控制所述图像拾取装置的方法。
背景技术
迄今，例如数码相机或数码摄像机等图像拾取装置通过图像拾取透镜形成物象。图像是通过设置在透镜的后侧的例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或电耦合装置(CCD)图像传感器等图像拾取元件形成。
这里，如果物体是亮的，为了减少入射到图像拾取元件上的光量，通过移动设置在光量调节装置的光阑叶片来限制光量。
然而，如果由光阑叶片形成的光阑开口的形状是矩形形状(例如斜方形的形状)，所形成的图像的散焦图像也呈矩形形状，从而使得散焦图像更差。
因此，在包括两个光阑叶片和中性密度(ND)滤波片的光量调节装置中，存在以下技术：设置有与ND滤波片一起移动的第三叶片。另外，通过两个光阑叶片和所述第三叶片实现具有五个角或更多角的多边形光阑开口，以改进散焦图像。
发明内容
然而，在No.2003-344896号日本未经审查的专利申请论述的技术中，光阑开口仍然具有矩形形状。因此，不能提供圆形散焦图像，其中背景或前景在相对于主要物体的所有方向均匀的模糊。
因此，希望获得通常被评价为良好的散焦图像的圆形散焦图像。
本发明能通过以下手段克服上述问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种光量调节装置，其包括：板，其具有使光入射的圆形开口部分，所述板设置为垂直于从所述开口部分入射的光的光轴；上部光阑叶片和下部光阑叶片，每个叶片都设置为能够沿所述板的表面往复运动；以及光阑叶片驱动单元，用于使所述上部光阑叶片和所述下部光阑叶片在彼此相反的方向上往复运动。所述上部光阑叶片具有：半圆形上部主开口，其具有对应于所述开口部分的上半部的尺寸，所述上部主开口朝上开口；和半圆形上部副开口，其形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，所述上部副开口朝上开口。所述下部光阑叶片具有：半圆形下部主开口，其具有对应于所述开口部分的下半部的尺寸，所述下部主开口朝下开口；和半圆形下部副开口，其形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，所述下部副开口朝下开口。所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
根据本发明的另一实施例，提供了一种透镜镜筒，其包括图像拾取透镜；镜筒主体，其容纳所述透镜；以及前述光量调节装置。
根据本发明的另一实施例，提供了一种图像拾取装置，其包括：图像拾取透镜；镜筒主体，其容纳所述透镜；前述光量调节装置；以及图像拾取元件，其在光轴上沿入射方向设置在所述光量调节装置的板的后方。
根据本发明的另一实施例，提供了一种控制图像拾取装置的方法。所述图像拾取装置包括：图像拾取透镜；镜筒主体，其容纳所述透镜；所述光量调节装置；图像拾取元件，其在光轴上沿入射方向设置在所述光量调节装置的板的后方；中性密度滤波片，其设置成能够沿所述板的表面往复运动，所述中性密度滤波片减少从中穿过的光量；中性密度滤波片驱动装置，用于使所述中性密度滤波片往复运动；曝光值检测装置，用于检测曝光值；曝光值改变预测装置，用于基于通过曝光值检测装置检测的过去的曝光值预测未来的曝光值的变化；以及快门速度调节装置，用于在低速和高速之间调节快门速度。所述中性密度滤波片驱动装置形成为能够在所述副光阑开口被暴露的状态和所述副光阑开口被中性密度滤波片覆盖的状态之间切换。所述控制方法包括以下步骤：
如果所述曝光值检测装置检测的曝光值等于或小于第一参考值，则通过所述光阑叶片驱动单元形成主光阑开口；
在形成主光阑开口的情况下，如果曝光值检测装置检测的曝光值大于所述第一参考值且等于或小于第二参考值，则通过快门速度调节装置将快门速度从低速改变到高速；
在形成主光阑开口且快门速度为高速的情况下，如果曝光值改变预测装置预测曝光值在未来将变得大于第二参考值，则通过快门速度调节装置将快门速度从高速设置回到低速并且通过光阑叶片驱动单元形成副光阑开口；
在快门速度为低速且形成副光阑开口的情况下，如果曝光值检测装置检测的曝光值变得大于所述第二参考值且等于或小于第三参考值，则通过快门速度调节装置将快门速度从低速改变到高速；
在形成副光阑开口且快门速度为高速的情况下，如果曝光值改变预测装置预测曝光值在未来将变得大于第三参考值，则通过快门速度调节装置将快门速度从高速设置回到低速并且通过中性密度滤波片驱动装置用中性密度滤波片覆盖所述副光阑开口；以及
在快门速度是低速且副光阑开口被中性密度滤波片覆盖的情况下，如果通过曝光值检测装置检测的曝光值大于所述第三参考值，则将快门速度从低速改变到高速。
在上述每个实施例中，均设置有能够做往复运动的上部光阑叶片和下部光阑叶片。另外，所述上部光阑叶片具有：半圆形上部主开口和半圆形上部副开口。所述上部主开口朝上开口。所述半圆形上部副开口形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，并且朝上开口。所述下部光阑叶片具有：半圆形下部主开口和半圆形下部副开口。所述下部主开口朝下开口。所述下部副开口形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，并且朝下开。
这里，所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
因此，能够根据曝光值在主光阑开口和副光阑开口之间切换。另外，能够获得圆形主光阑开口和圆形副光阑开口。
根据本发明的所述实施例，能够通过在主光阑开口和副光阑开口之间切换来调节曝光值。另外，能够通过圆形主光阑开口和圆形副光阑开口获得良好的圆形散焦图像。
附图说明
图1是作为本发明一实施例(第一实施例)的图像拾取装置的数码相机的前侧的透视图；
图2是作为本发明该实施例(第一实施例)的图像拾取装置的数码相机的后侧的透视图；
图3是本发明一实施例的透镜镜筒在光轴方向上的截面图；
图4是作为本发明的所述实施例(第一实施例)的图像拾取装置的数码相机的结构的框图；
图5是本发明一实施例的光量调节装置的结构的分解透视图；
图6是本发明的所述实施例的光量调节装置的上部光阑叶片的正视图；
图7是本发明的所述实施例的光量调节装置的下部光阑叶片的正视图；
图8是本发明的所述实施例的光量调节装置中的光阑操作的第一阶段的正视图；
图9是本发明的所述实施例的光量调节装置中的光阑操作的第二阶段的正视图；
图10是本发明的所述实施例的光量调节装置中的光阑操作的第三阶段的正视图；
图11是本发明的所述实施例的光量调节装置中的光阑操作的第四阶段的正视图；
图12是作为本发明一实施例(第二实施例)的图像拾取装置的数码摄像机的透视图；
图13是作为本发明一实施例的图像拾取装置的控制方法的数码摄像机控制方法的流程图；
图14是作为本发明一实施例的图像拾取装置控制方法的数码摄像机控制方法的示图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
这里，根据以下的本发明的每一种实施例的图像拾取装置是数码相机10或数码摄像机100。根据本发明的一种实施例的透镜镜筒对应于构建在数码相机10中的透镜镜筒20。另外，根据本发明的一种实施例的光量调节装置对应于构建在透镜镜筒20中的光量调节装置30。
下面将以下述顺序描述：
1.第一实施例(图像拾取装置：例子是数码相机)
2.第二实施例(图像拾取装置：例子是数码摄像机)
1.第一实施例
图像拾取装置的示例性外观
图1是作为本发明的一种实施例的图像拾取装置的数码相机10的前侧透视图；
图2是作为本发明的所述实施例的图像拾取装置的数码相机10的后侧透视图；
如图1所示，所述数码相机10具有构成其外部的长方体主体11。在图1中，由双点短划线表示的透镜镜筒20构建在主体11内部的右侧。另外，设置在透镜镜筒20中的透镜21定位在主体11的前侧的顶部。
图1和2所示的数码相机的左和右是指从图1中的前侧观察时的左和右。
闪光灯12和发射照相的辅助光的自动聚焦(AF)辅助光生成部13设置在透镜21的紧邻左侧。此外，快门按钮14设置在主体11的上表面的左侧。此外，盖11a设置在主体11的前侧，并且能在拍摄位置和防护位置之间沿双箭头所示滑动。在所述拍摄位置，所述盖11a位于主体11的前侧的下部并允许透镜21、闪光灯12和AF辅助光生成部13暴露。在防护位置，所述盖11a位于主体11的前侧的上部并覆盖它们。因此，如果盖11a位于拍摄位置(即图1所示位置)并按压快门按钮14，就能进行拍摄操作。
如图2所示，菜单按钮15、显示屏16、方向键17、变焦杆18和曝光校正按钮19设置在主体11的后侧。通过操作所述菜单按钮15，各种设置菜单(包括例如静态图像拍摄模式、动态图像拍摄模式和再现模式)能显示在显示屏16(例如液晶显示单元)上。使用方向键17的任一个方向从显示的菜单中选择一种设置，且选定的设置能通过确定按钮17a确认。另外，除设置菜单外，显示屏16还能显示要拍摄的图像或再现已拍摄的图像。此外，通过操作变焦杆18，能执行变焦操作(即变更放大倍率的操作)。通过操作曝光校正按钮19，能以单触操作执行曝光校正(例如背光修正)。
透镜镜筒的示例性截面
图3是作为本发明一实施例透镜镜筒的透镜镜筒20在光轴方向的截面图。
如图3所示，透镜镜筒20是四组式内部聚焦变焦透镜，其包括：前透镜组21a、变焦透镜组21b、中间透镜21c和聚焦透镜组21d，它们设置成与镜筒主体20a相匹配。因此，通过例如步进电动机或直线电动机来在光轴方向移动所述变焦透镜组21b，能执行变焦操作(即倍率切换操作)。通过沿光轴方向移动聚焦透镜组21d，能进行调焦操作(即焦点调整操作)。
透镜镜筒20不仅能设置于数码相机10(参考图1和2)，还能设置于数码摄像机100(参考图12)。
这里，所述镜筒主体20a由强韧、可大批量生产且具有光屏蔽性能的黑色树脂材料(例如包含玻璃纤维的聚碳酸酯树酯)形成。前透镜组21a和中间透镜21c被固定到镜筒主体20a上。相反，变焦透镜组21b被变焦透镜保持框22保持，以沿光轴方向在导轴24a和导轴24b之间滑动，其中，所述导轴24a和导轴24b在镜筒主体20a的内部固定成平行于所述光轴。另外，聚焦透镜组21d被聚焦透镜保持框23保持，以沿光轴方向在导轴24a和24b之间滑动。
光量调节装置30设置在透镜镜筒20，并且设置在中间透镜21c和聚焦透镜组21d之间。光量调节装置30包括光阑打开/闭合装置40、光阑移动装置50(对应于本发明一实施例的光阑驱动单元)、中性密度(ND)滤波片打开/闭合装置60和ND滤波片驱动装置70(对应于本发明一实施例的ND滤波片驱动单元)。因此，通过光阑驱动装置50来打开/闭合所述光阑打开/闭合装置40，能加大或减小光阑开口的打开量。通过ND滤波片驱动装置70来打开/闭合ND滤波片打开/闭合装置60，能使用ND滤波片(对应于本发明一实施例的中性密度滤波片)加大或减小通过光阑开口的光量。
图像拾取装置的示例性结构
图4是作为本发明一实施例的图像拾取装置的数码相机10的结构的框图。
如图4所示，透镜镜筒20设置在数码相机10中。光量调节装置30设置在透镜镜筒20中。数码相机10包括图像拾取元件25、模拟/数字(A/D)转换部26、相机数字信号处理器(DSP)27、中央处理器(CPU)28、存储器29和显示屏16。
这里，在透镜镜筒20中，前透镜组21a、变焦透镜组21b、中间透镜21c和聚焦透镜组21d沿光轴设置。另外，构成光量调节装置30的一部分的光阑打开/闭合装置40设置在中间透镜21c和聚焦透镜组21d之间。所述光阑打开/闭合装置40能通过光阑驱动装置50的驱动增减光阑开口的打开量。例如，如果要拍摄一亮的物体，为了减少入射到图像拾取元件25上的光量，则减少光阑开口的打开量，以减少通过所述光阑开口的光量。
构成光量调节装置30的一部分的ND滤波片打开/闭合装置60也设置在中间透镜21c和聚焦透镜组21d之间。另外，在所述实施例中，ND滤波片打开/闭合装置60设置在光阑打开/闭合装置40的入射光侧即前侧，并且由ND滤波片驱动装置70驱动。因此，通过用ND滤波片64(未示出)来覆盖光阑开口的前侧，能够减少穿过光阑开口的入射光量。
在安装有这种光量调节装置30的透镜镜筒20中，光量由ND滤波片打开/闭合装置60和光阑打开/闭合装置40调节的入射光(物象)聚焦在图像拾取元件25上。所述图像拾取元件25是例如电荷耦合装置(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。通过所述图像拾取元件25，光受到光电转换，并且通过A/D转换部26，模拟信号(其输出)转变为数字信号。所述数字信号受到相机DSP 27的处理操作(例如伽马校正、分色或色差矩阵处理操作)，从而生成添加有同步信号的标准电视信号。此外，相机DSP 27将曝光控制亮度数据传送到CPU 28。如有必要，被相机DSP 27处理的图像存储在存储器29中，并且显示在显示屏16上。
CPU 28基于从相机DSP 27传送的亮度数据进行曝光控制计算。如果计算结果是不适当的，则控制所述光阑驱动装置50和ND滤波片驱动装置70以设置适当的曝光值。例如，如果控制曝光使得曝光值从光阑打开/闭合装置40和ND滤波片打开/闭合装置60打开的状态减小，则控制所述光阑驱动装置50且驱动所述光阑打开/闭合装置40，以减少光阑开口的打开量。
这里，如果光阑开口的打开量减小，则会发生衍射现象，即发生小孔径状态。因此，光阑开口要使得其打开量不对应于小孔径状态。如果通过光阑开口的光量进一步减小，则来自CPU 28的命令会促使ND滤波片驱动装置70被控制，而ND滤波片打开/闭合装置60被驱动，以使所述光阑开口被ND滤波片覆盖。
如果当光阑开口被ND滤波片覆盖时，拍摄操作从对亮的物体的拍摄操作变成对例如在阴影中的物体的拍摄操作，曝光值变得不足。在该情况下，CPU 28控制ND滤波片驱动装置70并且驱动ND滤波片打开/闭合装置60，以促使ND滤波片从光阑开口退出。如果曝光值仍然不足，则CPU 28控制光阑驱动装置50并驱动光阑打开/闭合装置40，以增加光阑开口的打开量。
CPU 28还根据曝光值调节快门速度。
光量调节装置的示例性结构
图5是作为本发明一实施例光量调节装置的光量调节装置30的结构的分解透视图。
如图5所示，所述光量调节装置30包括板31、隔板34和保持板36。
所述光量调节装置30还包括构成所述光阑打开/闭合装置40的上部光阑叶片41和下部光阑叶片44(见图3)。另外，所述光量调节装置30包括构成光阑驱动装置50的光阑驱动电动机51(对应于本发明一实施例的光阑叶片驱动单元)和光阑驱动电动机52(见图3)。
虽然在所述实施例中，所述光阑驱动电动机51是步进电机，它也可是例如直线电动机。
所述光量调节装置30还包括构成ND滤波片打开/闭合装置60的ND叶片61(见图3)。所述ND叶片61保持具有恒定透射率的ND滤波片64(对应于本发明一实施例的中性密度滤波片)。所述光量调节装置30还包括构成ND滤波片驱动装置70的ND驱动电动机71(对应于本发明一实施例的中性密度滤波片驱动单元)和ND驱动臂部72(见图3)。
所述ND滤波片本身可形成ND叶片的形状。虽然在所述实施例中，所述ND驱动电动机71是步进电机，但它也可是例如直线电动机。
这里，用于接收入射光的圆形开口部31a形成在所述板31中。所述板31设置成垂直于从开口部31a入射的光的光轴。在所述板31中，一体形成有四个定位销32，并且突出导轨33设置成两排。接收所述定位销32的两个引导孔62形成在所述ND叶片61中。因此，通过将所述定位销32插入到所述引导孔62中，ND叶片61沿所述板31的表面安装。此外，ND叶片61能在沿所述导轨33的摩擦力减小的同时，通过长形引导孔62沿垂直于入射光的光轴的方向往复运动。
隔板34用于防止ND叶片61接触所述上部光阑叶片和41和下部光阑叶片44。例如，所述隔板34由不锈钢板形成，并且在其正面和背面上都具有两行导轨35。所述上部光阑叶片41具有用于接收通过所述隔板34的所述定位销32的引导孔42。所述下部光阑叶片44也具有相似的引导孔45。因此，通过将定位销32插入到所述引导孔42和所述引导孔45中，所述上部光阑叶片41和下部光阑叶片44分别经由所述隔板34沿所述板31的表面被安装。此外，在沿所述导轨35的摩擦力减小的同时，所述上部光阑叶片41和所述下部光阑叶片44能通过所述长形引导孔42和45垂直于入射光的光轴做往复运动。
此外，上部光阑叶片41和下部光阑叶片44中的每一个的表面都被保持板36覆盖。所述保持板36由例如不锈钢板形成且，在与上部光阑叶片41和下部光阑叶片44对向的表面上具有两行导轨(未示出)。
所述保持板36和隔板34通过例如卡扣装配(snap-fit)操作固定到所述板31。光阑驱动电动机51通过例如螺钉连接或粘结固定到所述保持板36。ND驱动电动机71通过例如螺钉连接或粘结固定到所述板31。
此外，ND驱动销73与ND驱动臂部72的端部一体形成，并且经由所述板31装配进ND叶片61的凸轮孔63中。上部光阑驱动销53和下部光阑驱动销54与光阑驱动52的相应端部一体形成，并且经由所述保持板36分别装配入上部光阑叶片41的凸轮孔43和下部光阑叶片44的凸轮孔46。
这里，所述上部光阑叶片41的凸轮孔43和所述下部光阑叶片44的凸轮孔46将光阑驱动臂部52的正反旋转转换成上部光阑叶片41和下部光阑叶片44的往复运动。因此，如果通过光阑驱动电动机51正反旋转光阑驱动臂部52，则光阑驱动电动机51的驱动力被凸轮孔43和凸轮孔46传送，以使得上部光阑叶片41和下部光阑叶片44沿彼此相反的方向往复运动。另外，所述上部光阑叶片41和下部光阑叶片44在被定位销32引导的情况下打开/闭合所述开口部31a。
相似地，ND叶片61的凸轮孔63将ND驱动臂部72的正反旋转转变为ND叶片61的往复运动。从而，如果通过ND驱动电动机71正反旋转ND驱动臂部72，则ND驱动电动机71的驱动力被凸轮孔63传送，以使得ND叶片61往复运动。另外，ND叶片61在被定位销32引导的情况下打开/关闭所述开口部31a。
如果不使用ND驱动电动机71，而使用设置有ND驱动销的光阑驱动臂部，则能仅通过光阑驱动电动机51使所述上部光阑叶片41、下部光阑叶片44和ND叶片61产生往复运动。
所述上部光阑叶片41的外部形状形成为能够避开设置为与上部光阑驱动销53相反的下部光阑驱动销54的运动路径，其中，所述上部光阑驱动销53装配到所述上部光阑叶片41的所述凸轮孔43。所述下部光阑叶片44的外部形状也相似地形成。因此，所述上部光阑叶片41和所述下部光阑叶片44能彼此互不影响地做往复运动。不但能够将所述上部光阑叶片41、下部光阑叶片44和ND叶片朝向板31的表面安装，而且也能够将它们做薄。因此，减少了所述光量调节装置30的成本和尺寸。
此外，所述下部光阑叶片44的往复运动的下限位置和所述ND叶片61的往复运动的下限位置在板31的表面的上下方向上彼此重叠。也就是说，所述下部光阑叶片44和所述ND叶片61设置成在它们的往复运动的下限位置处彼此重叠。因此，用于安装所述下部光阑叶片44和所述ND叶片61的空间能共享，使得所述光量调节装置30的尺寸减小。
图6是作为本发明一实施例的光量调节装置的光量调节装置30的上部光阑叶片41的正视图。
图7是作为本发明一实施例的光量调节装置的光量调节装置30的下部光阑叶片44的正视图。
如图6所示，所述上部光阑叶片41具有左右一对引导孔42和用于安装上部光阑驱动销53(见图5)的凸轮孔43，以允许上部光阑叶片41沿所述板31的表面往复运动(见图5)。
朝上打开而且大小对应于开口部31a的上半部的半圆形上部主开口81形成在引导孔42之间。朝上打开且尺寸小于上部主开口81的半圆形上部副开口82形成在上部主开口81的顶部。所述上部主开口81在各端部具有直线部分81a，且在直线部分81a之间具有弧形部分81b。所述上部副开口82在其各端部具有直线部分82a，且在所述直线部分82a之间设置有弧形部分82b。
如图7所示，下部光阑叶片44具有左右一对引导孔45和供下部光阑驱动销54(见图5)装入的凸轮孔46，，从而允许下部光阑叶片44沿板31的表面往复运动。
向下打开且大小对应于开口部31a(见图5)的下半部的尺寸的半圆形下部主开口83形成在引导孔45之间。向下打开且尺寸与上部副开口82(见图6)相同的半圆形下部副开口84形成在下部主开口83的底部。所述下部主开口83在其各端部具有直线部分83a，且在直线部分83a之间具有弧形部分83b。所述副开口84在其各端部具有直线部分84a且在直线部分84a之间具有弧形部分84b。
光量调节装置的示例性操作
图8是作为本发明一实施例光量调节装置的光量调节装置30的光阑操作的第一阶段的正视图。
图9是作为本发明一实施例光量调节装置的光量调节装置30的光阑操作的第二阶段的正视图。
图10是作为本发明一实施例光量调节装置的光量调节装置30的光阑操作的第三阶段的正视图。
图11是作为本发明一实施例光量调节装置的光量调节装置30的光阑操作的第四阶段的正视图。
在如图8所示的光阑操作的第一阶段中，光阑驱动臂52被光阑驱动电动机51顺时针旋转。另外，所述上部光阑叶片41相对于所述板31朝上移动，且所述下部光阑叶片44相对于所述板31向下移动。因此，通过所述上部光阑叶片41和所述下部光阑叶片44形成在开口部31a的一表面侧的光阑开口通过所述上部主开口81(见图6)和所述下部主开口83(见图7)形成圆形主光阑开口85(其中心对应于光轴)。
这里，所述上部主开口81(见图6)具有对应于开口部31a的上半部的尺寸。所述下部主开口83(见图7)具有对应于开口部31a的下半部的尺寸。因此，所述主光阑开口85具有对应于尺寸大致与开口部31a的尺寸相同的圆形形状。所述ND滤波片64定位成与开口部31a分离。因此，光阑操作的第一阶段对应于光阑的完全打开状态，其中所述开口部31a不被ND滤波片64覆盖。
所述上部主开口81的各端部对应于所述直线部分81a(见图6)。所述下部主开口83的各端部也对应于直线部分(见图7)。因此，所述主光阑开口85不是圆的，而是略呈椭圆。然而，所述直线部分81a和所述直线部分83a允许在曝光控制中发生滞后作用，从而允许相对往复运动误差。
其次，在如图9所示的光阑操作的第二阶段，光阑驱动臂52被光阑驱动电动机51沿逆时针方向旋转。进行切换到以下状态的操作：圆形副光阑开口86(以光轴作为中心)由上部副开口82(见图6)和下部副开口84(见图7)形成。所述副光阑开口86小于主光阑开口85(见图8)，使得所述开口部31a的打开量减小。
所述副光阑开口86的尺寸设定为使得分辨率特征在不发生小孔径状态(即，不发生衍射劣化)的范围内尽可能高。
因此，所述实施例的光量调节装置30能够实现从如图8所示的由主光阑开口85实现的开口部31a的完全打开状态((即光阑操作的第一阶段)变化到如图9所示的由副光阑开口86使开口部31a变窄的状态(即光阑操作的第二阶段)。另外，当第一阶段变化到第二阶段时，改变放大器的增益或电子快门的快门速度，以跟随物体的亮度(曝光值)改变。因此能够进行连续曝光控制并保持光阑开口为圆形形状，以便能获得良好的圆形散焦图像。开口部31a在第一和第二阶段之间不会被设定成完全闭合的状态。因此，通过进行连续曝光控制，开口部31a不但能用于拍摄静态图像而且还能用于拍摄动态图像。
其次，在如图10所示的光阑操作的第三阶段中，为了进一步改变曝光，移动所述ND滤波片64用于切换到以下状态：即所述副光阑开口86被所述ND滤波片64覆盖。更具体地说，顺时针旋转如图5所示的所述ND驱动电动机71，以便ND驱动臂72使所述ND叶片61升高。因此，能减少由小孔径所引起的衍射恶化现象。另外，还能防止由端面反射所引起的图像质量降低或由ND滤波片64的局部覆盖操作所引起的衍射现象。
ND驱动电动机71的旋转状态使ND滤波片64能够设定在局部覆盖状态。
这里，希望当拍摄动态图像时，尽可能快速地执行图10所示的光阑操作的第三阶段。当所述副光阑开口86被ND滤波片64覆盖时，所述上部光阑叶片41和所述下部光阑叶片44可略微移动。这里，通过改变放大器的增益或电子快门的快门速度，能够抵销由上部光阑叶片41和下部光阑叶片44的移动以及ND滤波片64覆盖/暴露而产生的曝光变化，从而执行了连续曝光控制。
如果ND滤波片64的密度为双密度型或梯度型，并且副光阑开口86的覆盖密度被改变，则能够进一步改变曝光。滤波片不限于ND滤波片64，因此也可以是液晶滤波片或者是能够改变透射率的其它类型的ND滤波片。
在如图11所示的光阑操作的第四阶段，所述上部光阑叶片41和下部光阑叶片44进一步受到变窄的操作。由此，如图10所示，即使所述副光阑开口86被ND滤波片64覆盖后，也能减少入射到图像拾取元件25(见图4)上的光量。如图11所示，通过对上部光阑叶片41和下部光阑叶片44进行变窄操作以将它们设定为完全闭合的状态，能够兼用由上部光阑叶片41和下部光阑叶片44实现的快门功能。
近年来，如果图像拾取元件25(见图4)是CMOS图像传感器，则读取速度会特别快。因此，不再需要兼用由上部光阑叶片41和下部光阑叶片44实现的机械快门功能。因此，在该情况下，能够省略如图11所示的光阑操作的第四阶段。
因此，在根据所述实施例的光量调节装置30中，图5所示的驱动电动机51和ND驱动电动机71使上部光阑叶片41、下部光阑叶片44和ND滤波片64(ND叶片61)往复运动。然后进行从图8所示的第一阶段到图11所示的第四阶段的光阑操作。
为了减少凸轮孔43、凸轮孔46和凸轮孔63在每个阶段的压力角，增大了指定给每个阶段的所述ND驱动臂72和光阑驱动臂52的旋转角。
通过实施从第一阶段(图8所示)到第四阶段(图11所示)的光阑操作，能顺利进行曝光控制同时防止由小孔径所引起的衍射恶化。另外，不但减小了光量调节装置30的成本和尺寸，而且即使在通过数码摄像机100(见图12)拍摄动态图像时，也能实现圆形光阑开口(主光阑开口85和副光阑开口86)。因此，能在物体前面和后面获得良好的散焦图像。
第一到第四阶段对应于曝光值大的光阑操作。相反，如果曝光值小，则光阑操作从第四阶段到第一阶段进行。
2.第二实施例
图像拾取装置的示例性外观
图12是作为本发明另一实施例的图像拾取装置的数码摄像机100的透视图。
如图12所示，数码相机100具有构成其外部的长方体主体111。前面板112安装到所述主体111的前部。
前面板112具有透镜开口112a，以便光能入射到设置于主体111中的透镜镜筒20(见图3)。因此，光从所述透镜开口112a入射到透镜121上，且由透镜121形成物象。然后形成的物象被图像拾取元件25(见图4)拍摄。拍摄的图像可通过打开显示屏113并在显示屏113上显示图像来确认。
图13是作为本发明的数码摄像机的控制方法的一个实施例的数码摄像机100的控制方法的流程图。
图14是作为本发明的图像拾取装置的控制方法的一个实施例的数码摄像机100的控制方法的示图。
这里，图14所示的曝光值(EV)表示光量(亮度)。这个数值越高(朝图的右方)，亮度越高。这个曝光值通过曝光值检测单元检测，所述曝光值检测单元包括图像拾取元件25、A/D转换部26、相机DSP 27和CPU 28(它们均在图4中示出)。
如图13和图14中的步骤S 1所示，当拍摄操作开始时，通过曝光值检测单元检测的曝光值小，且形成圆形主光阑开口85(见图14)。这时的曝光值是第一参考值，且快门速度是1/60秒。因此，通过主光阑开口85，能够从拍摄操作开始就获得良好的圆形散焦图像。
下面，如果曝光值加大且变得大于所述第一参考值，则在步骤S2中，快门速度调节单元(图4所示CPU 28)将快门速度从1/60秒增快到1/120秒，同时所述主光阑开口85保持原状。然后，如果曝光值进一步增加，则在步骤S3中，快门速度调节单元将快门速度从1/120秒增快到1/250秒。如果曝光值进一步增加，则在步骤S4中，快门速度调节单元将快门速度从1/250秒增快到1/500秒。
因此，在形成主光阑开口85的情况下，如果通过曝光值检测部件检测的曝光值变得大于所述第一参考值，则快门速度调节单元将快门速度从一低速(1/60秒)改变到一高速(1/500)。然后，当快门速度是1/500秒并且主光阑开口85形成时设置的曝光值定义为第二参考值。因此，如果曝光值变得大于第一参考值而等于或小于第二参考值，则在低速和高速之间调节快门速度，以通过主光阑开口85获得圆形散焦图像。
这里，如果主光阑开口85形成且快门速度是高速(1/500秒)，曝光值改变预测单元(图4所示的CPU 28)预测曝光值在未来将变得大于第二参考值。然后，如果曝光值实际上变得大于第二参考值，则有必要将快门速度设定到更高速(例如1/1000秒)或将光阑开口减少至小于主光阑开口85。
然而，如果快门速度加大到更高速，则拍摄的活动图像会丧失平滑性，结果移动变得糟糕。
如果曝光值改变预测单元预测曝光值在未来将变得大于第二参考值，则即使曝光值无变化，快门速度调节单元也会在步骤S5中将快门速度从高速(1/500秒)设定回低速(1/60秒)。光阑驱动电动机51(见图5)使副光阑开口86(见图14)形成，并通过从主光阑开口85减少到副光阑开口86而为未来曝光值增加做好准备。
副光阑开口86和1/60秒的快门速度的组合用于曝光值等于第二参考值时，如同主光阑开口85和1/500秒的快门速度的组合一样。换言之，主光阑开口85的尺寸和副光阑开口86的尺寸确定为使得通过这种组合能使快门速度等于第二参考值。
下面，在快门速度是低速(1/60秒)且形成副光阑开口86的情况下，如果通过曝光值检测单元检测的曝光值大于第二参考值，则在步骤S6中增大快门速度。更具体地说，快门速度调节单元将快门速度从1/60秒改变到1/120秒。如果所述曝光值进一步增加，则在步骤S7中，快门速度调节单元将快门速度从1/120秒增快到1/250秒。如果曝光值进一步增加，则在步骤S8中，快门速度调节单元将快门速度从1/250秒增快到1/500秒。
因此，在形成副光阑开口86的情况下，如果通过曝光值检测单元检测的曝光值变得大于第二参考值，则快门速度调节单元将快门速度从一低速(1/60秒)改变到一高速(1/500)。然后，将快门速度为1/500秒且所述副光阑开口86形成时的曝光值定义为第三参考值。因此，如果曝光值变得大于第二参考值且等于或小于第三参考值，则在低速和高速之间调节快门速度，以通过副光阑开口86获得圆形散焦图像。
下面，在副光阑开口86形成且快门速度是高速(1/500秒)的情况下，所述曝光值改变预测单元可能预测曝光值在未来将变得大于第三参考值。在该情况下，为了保持拍摄的动态图像的平滑性，即使曝光值无变化，所述快门速度调节单元也会在步骤S9中将快门速度从高速(1/500秒)设定回低速(1/60秒)。
所述ND驱动电动机71(见图5)如图14所示通过用ND滤波片64覆盖副光阑开口86来为将来曝光值的增加做好准备。
1/60秒的快门速度和副光阑开口86被ND滤波片64覆盖的状态的组合用于曝光值等于第三参考值时，如同副光阑开口86和1/500秒的快门速度的组合一样。换言之，ND滤波片64的密度确定为使得通过这种组合能使快门速度等于第三参考值。
下面，在快门速度是低速(1/60秒)且副光阑开口86被ND滤波片64覆盖的情况下，如果通过所述曝光值检测单元检测的曝光值大于第三参考值，则在步骤S10中加大快门速度。更具体地说，快门速度调节单元将快门速度从1/60秒改变到1/120秒。如果所述曝光值进一步增加，则在步骤S11中，快门速度调节单元将快门速度从1/120秒增快到1/250秒。如果曝光值进一步增加，则在步骤12中，所述快门速度调节单元将快门速度从1/250秒增快到/500秒。
因此，通过在曝光控制中积极地利用快门速度，能够获得包括三个曝光值的宽曝光值范围，这三个曝光值是通过形成主光阑开口85的状态、形成副光阑开口86的状态、和副光阑开口86被ND滤波片64覆盖的状态实现的。因此，能够使用衍射性略微变差的圆形光阑开口进行曝光控制，并且增加分辨率性质以获得在物体的前面和后面具有良好圆形散焦图像的图像。另外，当保持圆形光阑开口时，能够进行平稳的曝光控制，以拍摄到适当的动态图像。
图13和14所示的控制方法不但能用于数码摄像机100(见图12)，而且还能用于例如数码相机10(见图1和2)。
本申请包含2009年2月27日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-047134所涉及的主题，其全部内容通过引用并入本文。
虽然本发明的实施例为如上所述，但本发明并不局限于上述实施例，因此可进行各种变形。例如，虽然在所述实施例中，数码相机10和数码摄像机100是作为图像拾取装置的示例，但本发明也广泛应用于其它图像拾取装置，例如具有相机的移动电话。
Claims (10)
1.一种光量调节装置，其包括：
板，其具有使光入射的圆形开口部分，所述板设置为垂直于从所述开口部分入射的光的光轴；
上部光阑叶片和下部光阑叶片，每个叶片都设置为能够沿所述板的表面往复运动；以及
光阑叶片驱动单元，用于使所述上部光阑叶片和所述下部光阑叶片在彼此相反的方向上往复运动，
其中所述上部光阑叶片具有：
半圆形上部主开口，其具有对应于所述开口部分的上半部的尺寸，所述上部主开口朝上开口；和
半圆形上部副开口，其形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，所述上部副开口朝上开口，
其中，所述下部光阑叶片具有：
半圆形下部主开口，其具有对应于所述开口部分的下半部的尺寸，所述下部主开口朝下开口；和
半圆形下部副开口，其形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，所述下部副开口朝下开口，以及
其中，所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于所述主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
2.如权利要求1所述的光量调节装置，其中，所述上部主开口、上部副开口、下部主开口和下部副开口都由在各自端部的直线部分和所述直线部分之间的弧形部分形成。
3.如权利要求1所述的光量调节装置，其中，还包括：
中性密度滤波片，其设置为能够沿所述板的表面往复运动，所述中性密度滤波片减少从中穿过的光量；以及
中性密度滤波片驱动装置，用于使所述中性密度滤波片往复运动，
其中，所述中性密度滤波片驱动装置形成为能够在所述开口部分被暴露的状态和所述开口部分被所述中性密度滤波片覆盖的状态之间切换。
4.如权利要求1所述的光量调节装置，其中，还包括：
中性密度滤波片，其设置为能够沿所述板的表面往复运动，所述中性密度滤波片减少从中穿过的光量；以及
中性密度滤波片驱动装置，用于使所述中性密度滤波片往复运动，
其中，当所述副光阑开口由光阑叶片驱动单元形成时，所述中性密度滤波片驱动装置形成为能够在所述副光阑开口被暴露的状态和所述副光阑开口被所述中性密度滤波片覆盖的状态之间切换。
5.一种透镜镜筒，其包括：
图像拾取透镜；
镜筒主体，其容纳所述透镜；
板，其具有使光从所述透镜入射的圆形开口部分，所述板设置为垂直于从所述开口部分入射的光的光轴；
上部光阑叶片和下部光阑叶片，每个叶片都设置为能够沿所述板的表面往复运动；以及
光阑叶片驱动单元，用于使所述上部光阑叶片和所述下部光阑叶片在彼此相反的方向上往复运动，
其中所述上部光阑叶片具有：
半圆形上部主开口，其具有对应于所述开口部分的上半部的尺寸，所述上部主开口朝上开口；和
半圆形上部副开口，其形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，所述上部副开口朝上开口，
其中，所述下部光阑叶片具有：
半圆形下部主开口，其具有对应于所述开口部分的下半部的尺寸，所述下部主开口朝下开口；和
半圆形下部副开口，其形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，所述下部副开口朝下开口，以及
其中，所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由所述上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由所述上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于所述主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
6.一种图像拾取装置，其包括：
图像拾取透镜；
镜筒主体，其容纳所述透镜；
板，其具有使光从所述透镜入射的圆形开口部分，所述板设置为垂直于从所述开口部分入射的光的光轴；
图像拾取元件，其在光轴上沿入射方向设置在所述板的后方；
上部光阑叶片和下部光阑叶片，每个叶片都设置为能够沿所述板的表面往复运动；以及
光阑叶片驱动单元，用于使所述上部光阑叶片和所述下部光阑叶片在彼此相反的方向上往复运动，
其中所述上部光阑叶片具有：
半圆形上部主开口，其具有对应于所述开口部分的上半部的尺寸，所述上部主开口朝上开口；和
半圆形上部副开口，其形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，所述上部副开口朝上开口，
其中，所述下部光阑叶片具有：
半圆形下部主开口，其具有对应于所述开口部分的下半部的尺寸，所述下部主开口朝下开口；和
半圆形下部副开口，其形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，所述下部副开口朝下开口，以及
其中，所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由所述上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由所述上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于所述主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
7.一种控制图像拾取装置的方法，所述图像拾取装置包括：
图像拾取透镜；
镜筒主体，其容纳所述透镜；
板，其具有使光从所述透镜入射的开口部分，所述板设置为垂直于从所述开口部分入射的光的光轴；
图像拾取元件，其在光轴上沿入射方向设置在所述板的后方；
上部光阑叶片和下部光阑叶片，每个叶片都设置为能够沿所述板的表面往复运动；
光阑叶片驱动单元，用于使所述上部光阑叶片和所述下部光阑叶片在彼此相反的方向上往复运动；
中性密度滤波片，其设置成能够沿所述板的表面往复运动，所述中性密度滤波片减少从中穿过的光量；
中性密度滤波片驱动装置，用于使所述中性密度滤波片往复运动；
曝光值检测装置，用于检测曝光值；
曝光值改变预测装置，用于基于通过所述曝光值检测装置检测的过去的曝光值预测未来的曝光值的变化；以及
快门速度调节装置，用于在低速和高速之间调节快门速度；
其中，所述上部光阑叶片具有：半圆形上部主开口和半圆形上部副开口，所述半圆形上部主开口具有对应于所述开口部分的上半部的尺寸，所述上部主开口朝上开口，所述半圆形上部副开口形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，所述上部副开口朝上开口，
其中，所述下部光阑叶片具有：半圆形下部主开口和半圆形下部副开口，所述半圆形下部主开口具有对应于所述开口部分的下半部的尺寸，所述下部主开口朝下开口，所述半圆形下部副开口形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，所述下部副开口朝下开口；
其中，所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由所述上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由所述上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于所述主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换；以及
其中，所述中性密度滤波片驱动装置形成为能够在所述副光阑开口被暴露的状态和所述副光阑开口被所述中性密度滤波片覆盖的状态之间切换，
所述控制图像拾取装置的方法包括以下步骤：
如果所述曝光值检测装置检测的曝光值等于或小于第一参考值，则通过所述光阑叶片驱动单元形成主光阑开口；
在形成主光阑开口的情况下，如果所述曝光值检测装置检测的曝光值大于所述第一参考值且等于或小于第二参考值，则通过所述快门速度调节装置将快门速度从低速改变到高速；
在形成主光阑开口且快门速度为高速的情况下，如果所述曝光值改变预测装置预测曝光值在未来将变得大于所述第二参考值，则通过所述快门速度调节装置将快门速度从高速设置回到低速并且通过所述光阑叶片驱动单元形成副光阑开口；
在快门速度为低速且形成副光阑开口的情况下，如果所述曝光值检测装置检测的曝光值变得大于所述第二参考值且等于或小于第三参考值，则通过所述快门速度调节装置将快门速度从低速改变到高速；
在形成副光阑开口且快门速度为高速的情况下，如果所述曝光值改变预测装置预测曝光值在未来将变得大于所述第三参考值，则通过所述快门速度调节装置将快门速度从高速设置回到低速并且通过所述中性密度滤波片驱动装置用所述中性密度滤波片覆盖所述副光阑开口；以及
在快门速度是低速且副光阑开口被中性密度滤波片覆盖的情况下，如果通过所述曝光值检测装置检测的曝光值大于所述第三参考值，则将快门速度从低速改变到高速。
8.一种光量调节装置，其包括：
板，其具有使光入射的圆形开口部分，所述板设置为垂直于从所述开口部分入射的光的光轴；上部光阑叶片和下部光阑叶片，每个叶片都设置为能够沿所述板的表面往复运动；以及
光阑叶片驱动单元，用于使所述上部光阑叶片和所述下部光阑叶片在彼此相反的方向上往复运动，
其中所述上部光阑叶片具有：
半圆形上部主开口，其具有对应于所述开口部分的上半部的尺寸，所述上部主开口朝上开口；和
半圆形上部副开口，其形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，所述上部副开口朝上开口，
其中，所述下部光阑叶片具有：
半圆形下部主开口，其具有对应于所述开口部分的下半部的尺寸，所述下部主开口朝下开口；和
半圆形下部副开口，其形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，所述下部副开口朝下开口，以及
其中，所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由所述上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由所述上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于所述主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
9.一种透镜镜筒，其包括：
图像拾取透镜；
镜筒主体，其容纳所述透镜；
板，其具有使光从所述透镜入射的圆形开口部分，所述板设置为垂直于从所述开口部分入射的光的光轴；
上部光阑叶片和下部光阑叶片，每个叶片都设置为能够沿所述板的表面往复运动；以及
光阑叶片驱动单元，用于使所述上部光阑叶片和所述下部光阑叶片在彼此相反的方向上往复运动，
其中所述上部光阑叶片具有：
半圆形上部主开口，其具有对应于所述开口部分的上半部的尺寸，所述上部主开口朝上开口；和
半圆形上部副开口，其形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，所述上部副开口朝上开口，
其中，所述下部光阑叶片具有：
半圆形下部主开口，其具有对应于所述开口部分的下半部的尺寸，所述下部主开口朝下开口；和
半圆形下部副开口，其形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，所述下部副开口朝下开口，以及
其中，所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由所述上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由所述上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于所述主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
10.一种图像拾取装置，其包括：
图像拾取透镜；
镜筒主体，其容纳所述透镜；
板，其具有使光从所述透镜入射的圆形开口部分，所述板设置为垂直于从所述开口部分入射的光的光轴；
图像拾取元件，其在光轴上沿入射方向设置在所述板的后方；
上部光阑叶片和下部光阑叶片，每个叶片都设置为能够沿所述板的表面往复运动；以及
光阑叶片驱动单元，用于使所述上部光阑叶片和所述下部光阑叶片在彼此相反的方向上往复运动，
其中，所述上部光阑叶片具有：
半圆形上部主开口，其具有对应于所述开口部分的上半部的尺寸，所述上部主开口朝上开口；和
半圆形上部副开口，其形成在所述上部主开口的顶部，所述上部副开口具有小于所述上部主开口的尺寸，所述上部副开口朝上开口，
其中，所述下部光阑叶片具有：
半圆形下部主开口，其具有对应于所述开口部分的下半部的尺寸，所述下部主开口朝下开口；和
半圆形下部副开口，其形成在所述下部主开口的底部，所述下部副开口具有与所述上部副开口相同的尺寸，所述下部副开口朝下开口，以及
其中，所述光阑叶片驱动单元形成为能够在由所述上部主开口和下部主开口以光轴为中心而形成圆形主光阑开口的状态和由所述上部副开口和下部副开口以光轴为中心而形成小于所述主光阑开口的圆形副光阑开口的状态之间切换。
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