CN103890651A - 镜头装置、相机系统和曝光控制方法 - Google Patents

镜头装置、相机系统和曝光控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明配有光圈(12)、可变ND滤光器(13)和曝光控制单元(17)，其中曝光控制单元(17)根据拍摄对象的亮度控制光圈(12)的光圈值和可变ND滤光器(13)的透光率。当光圈在规定范围内改变时，曝光控制单元(17)还通过改变可变ND滤光器(13)的透光率控制曝光，并在将曝光控制之后的光圈值设定为Fa之后，通过改变光圈值和透光率二者获得适度曝光。当将获得最大分辨能力时的光圈值设定为Fb并且条件式Fa≠Fb被满足、并且未达到最大或最小透光率时，光圈值被改变以接近Fb并改变透光率以在曝光控制之后维持所述适度曝光。

Description

镜头装置、相机系统和曝光控制方法
技术领域
本发明涉及镜头装置、相机系统和曝光控制方法。
背景技术
在诸如摄像机或数码静物照相机之类的使用图像捕捉元件的图像捕捉装置中联合使用作为光量调整装置的电力地改变透光率的机械光圈和可变ND滤光器是已知的(参见专利文献1至3)。
在专利文献1中，公开了以下述方式进行曝光控制的方法：达到拍摄对象的亮度的第一等级，在固定可变ND滤光器的透光率的同时使用光圈调整光量，当拍摄对象的亮度在第一等级和第二等级之间时，联合使用光圈和ND滤光器调整光量，并且在拍摄对象的亮度超过第二等级时，在固定可变ND滤光器的透光率的同时使用光圈调整光量。通过采用这种曝光控制，可以实现具有良好响应性的平滑的曝光控制，或者可以防止图像质量的不自然的变化。
引用文件列表
专利文献
专利文献1：JP-A-6-22208
专利文献2：JP-A-2007-25432
专利文献3：JP-A-2000-10150
发明内容
要解决的技术问题
安装在图像捕捉装置中的光圈的状态影响镜头的分辨能力。例如，当光圈打开以捕捉图像时，镜头的分辨能力退化，并且当光圈从光圈打开变窄到特定程度时，镜头的分辨能力改善。在超过分辨能力最高时的光圈值之后，分辨能力在光圈变窄至最小孔径侧时退化。
在专利文献1中公开了通过联合使用可变ND滤光器和光圈进行曝光控制以抑制光圈变为小孔径。然而，在这种曝光控制中，在联合使用可变ND滤光器和光圈的过程中，光圈值与拍摄对象的亮度成比例地变化。因此，对于明亮的拍摄对象或暗的拍摄对象而言，光圈的状态总是远离最佳分辨能力的状态，并且因此，不能抑制分辨能力的退化。
已经考虑到上述问题作出了本发明，并且本发明的目标是提供一种镜头装置和包括该镜头装置的相机系统和曝光控制方法，其中所述镜头装置能够执行曝光控制以抑制镜头的分辨能力退化。
技术方案
本发明的镜头装置包括：光圈，其具有被控制以控制透射光量的光圈值；光学元件，其具有被电力地控制的透光率；和曝光控制单元，其根据拍摄对象的亮度控制光圈的光圈值和光学元件的透光率以执行曝光控制，其中，曝光控制单元改变光圈值和透光率中的至少一个，以将被包括在曝光值范围内的曝光值从第一曝光值变为第二曝光值，其中，第一曝光值由包括获得最大分辨能力时的光圈值的光圈值范围内的光圈值的最小值与透光率的最大值的组合确定，第二曝光值由光圈值范围内的光圈值的最大值与透光率的最小值的组合确定，并且在设定曝光值之后，如果在该曝光值条件下的光圈值不同于获得最大分辨能力时的光圈值，并且在该曝光值条件下的透光率既不是最小值也不是最大值，则曝光控制单元进一步执行控制，以使所述曝光值条件下的光圈值接近获得最大分辨能力时的光圈值，并改变所述曝光值条件下的透光率，以保持该曝光值。
本发明的相机系统包括：镜头装置和相机装置，其中相机装置包括接收穿过镜头装置的光的图像捕捉元件。
本发明的镜头装置的曝光控制方法，其中镜头装置包括具有光圈值的光圈，其中光圈值被控制以控制透射光量；和具有被电力地控制的透光率的光学元件，该方法包括下述步骤：根据拍摄对象的亮度控制光圈的光圈值和光学元件的透光率以控制曝光的曝光控制步骤，其中，在曝光控制步骤中，光圈值和透光率中的至少一个被改变，以将被包括在曝光值范围内的曝光值从第一曝光值变为第二曝光值，其中第一曝光值是由包括获得最大分辨能力时的光圈值的光圈值范围内的光圈值的最小值和透光率的最大值的组合确定的，第二曝光值是由所述光圈值范围内的光圈值的最大值和透光率的最小值的组合确定的，并且在设置该曝光值之后，如果在该曝光值条件下的光圈值与获得最大分辨能力时的光圈值不同，且在该曝光值条件下的透光率既不是最小值也不是最大值，则进一步执行控制，以使该曝光值条件下的光圈值接近获得最大分辨能力时的光圈值，并改变该曝光值条件下的透光率以保持该曝光值。
有益效果
根据本发明，提供了一种镜头装置和包括该镜头装置的相机系统和曝光控制方法，其中镜头装置能够执行可抑制镜头的分辨能力退化的曝光控制
附图说明
图1是相机系统的示意性配置的视图，用于说明本发明的实施例。
图2是用于曝光控制的程序图的例子的示意图。
图3是用于说明执行图1中所示的相机系统的曝光控制时的操作的流程图。
图4是程序图的改进实施例的视图。
图5是程序图的改进实施例的视图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述本发明的实施例。
图1是相机系统的示意性配置的视图，用于说明本发明的实施例。该相机系统适合用于商业目的的TV摄像系统。
图1中图示的相机系统包括镜头装置1和装配有镜头装置1的相机装置2。
相机装置2包括设置在镜头装置1的光轴上的图像捕捉元件21和处理通过采用图像捕捉元件21捕捉图像获得的图像捕捉信号以产生捕捉的图像数据的图像处理单元22。
镜头装置1的图像捕捉光学系统包括包含聚焦透镜组和变焦镜头组的透镜组11、改变开口面积以调整透射光量的机械光圈12、例如由作为能够电力地控制透光率的光学元件的电镀铬元件(electro chromic element)(EC元件)或液晶元件形成的可变ND滤光器13、和主透镜组14。透镜组11、光圈12、可变ND滤光器13和主透镜组14在光轴方向的方向上从拍摄对象开始按照此顺序彼此平行地布置。
镜头装置1还包括控制光圈12的打开/关闭的光圈驱动器15、控制可变ND滤光器13的透光率的可变ND驱动器16、和根据拍摄对象的亮度改变光圈12的光圈值(F数)和可变ND滤光器13的透光率(下文中称为“可变ND透光率”)以执行曝光控制的曝光控制单元17。
曝光控制单元17获得从相机装置2的图像捕捉元件21输出的图像捕捉信号，并基于图像捕捉信号检测拍摄对象的亮度的变化。当拍摄对象的亮度改变时，曝光控制单元17将驱动信号发送至光圈驱动器15和可变ND驱动器16中的至少一个，并改变光圈12的光圈值和可变ND透光率中的至少一种，以针对具有该亮度的拍摄对象获得预定的曝光(针对该亮度提前设置的适度曝光)(以下，称为“适度曝光”)。
曝光控制单元17根据下文将描述的程序图进行曝光控制。
图2是图示了用于曝光控制的程序图的示例。在图2中，垂直轴线表示光圈12的F数，水平轴线表示可变ND透光率。在可变ND透光率中，光被最佳地透射的状态被表示为透光率＝1。在图2中，斜线指示曝光值(EV)。EV对应于拍摄对象的亮度，并且根据图中所示可知，EV越大，拍摄对象越亮。
曝光控制单元17沿着图2中图示的粗实线进行曝光控制。即，达到EV7时，曝光控制单元17在将可变ND透光率维持在最大值的同时仅改变光圈12的F数以控制曝光。在超过EV7之后，曝光控制单元17沿着图2中的粗实线同时改变F数和可变ND透光率二者以控制曝光。进一步地，在超过EV18之后，曝光控制单元17在将可变ND透光率维持在最小值的同时仅改变光圈12的F数以控制曝光。
由曝光控制单元17执行的曝光控制方法包括第一种方法和第二种方法。第一种方法是在不提前确定目标EV值的情况下改变EV，直到获得适度曝光的方法。第二种方法是基于图像捕捉信号提前确定可以获得适度曝光的EV，并且改变F数和可变ND透光率以在最短时间内达到该EV。图2的程序图图示了用于第一种方法的程序图。
镜头装置1在F数在2至8的范围内时可以获得良好的分辨能力，并且在F数为4时可以获得最大分辨能力。因而，为了改善图像质量，如果可行，理想的是在F数为4的状态下捕捉图像。然而，例如，如果在将F数固定为4的同时仅通过改变可变ND透光率控制曝光，在EV达到目标值之前可能需要花费很长的时间。
例如，在通过从EV6开始增加EV可以在EV14处获得适度曝光的情况中，当采用下述方法时可以在获得最大分辨能力的同时获得适度曝光：首先，将可变ND透光率固定，并将F数从1.4变为4，随后，将F数固定，并将可变ND透光率从1变为1/32。然而，为了沿着图2的粗实线执行从EV6至EV14的变化，需要将F数变为4至5.6之间的值，并将可变ND透光率变为1/16至1/32之间的值，这与F数固定为4的情况相比可缩窄改变的可变ND透光率的范围，从而缩短获得适度曝光之前的时间。
在该情况中，即使F数不是4，如上所述，当F数在2至8的范围内时也能够获得良好的分辨能力。因此，对图像质量的影响变为限制性的。因此，曝光控制单元17通过在从EV7至EV18的范围内改变F数和可变ND透光率二者，缩短了获得适度曝光之前的时间，同时保持了良好的分辨能力，其中，EV7是由从2至8的F数范围内的最小F数(F2)与可变ND透光率的最大值(＝1)的组合确定的，EV18是由从2至8的F数范围内的最大F数(F8)与最小可变ND透光率(＝1/128)的组合确定的。在这里，虽然可以获得良好分辨能力的F数范围被设置为从F2至F8，但这只是一个例子。包括可以获得最大分辨能力的F数的可以获得良好分辨能力的范围可以任选地设置(例如，两端分别具有在最大分辨能力之前和之后的一个或两个F数的范围)。可在运送镜头装置1之前通过在改变F数的同时捕捉测试图像，提前确定可获得良好分辨能力的范围。
在通过改变F数和可变ND透光率二者获得适度曝光之后，当获得适度曝光时的F数(称为Fa)不是可以获得最大分辨能力时的F数(此处，称为F4)且可变ND透光率既不是最小值也不是最大值时，曝光控制单元17使F数接近F4，并改变可变ND透光率以维持适度曝光。
例如，将对下述情况进行描述：其中，拍摄对象的亮度从F数和可变ND透光率位于图2中的EV8的斜线和粗实线之间的交点处的状态变亮。如果将EV从EV8升高至E14时获得适度曝光，则Fa≠F4，并且可变ND透光率既不是最大值也不是最小值。因此，曝光控制单元17将F数变为4，并且将可变ND透光率变为1/32，同时维持EV14，如由图2中的虚线箭头所指示的那样。
在该情况中，曝光控制单元17将驱动信号供给至光圈驱动器15和可变ND驱动器16，该驱动信号以与将可变ND透光率改变至1/32的速度相匹配的速度打开光圈12。因而，在将EV值保持在14的同时，将F数变为4，并且因此，可以在维持适度曝光的同时获得最大分辨能力。
当拍摄对象的亮度在F数为4且可变ND透光率为1/32的状态下变暗时，曝光控制单元17沿着对角地指向图2的左上侧的虚线箭头改变F数和可变ND透光率二者以降低EV。进一步地，如果在EV值变为EV9时获得适度曝光，则曝光控制单元17在维持EV9的同时将F数变为4，并将可变ND透光率变为1，如对角地指向图2的左下侧的虚线箭头所示。
当拍摄对象的亮度在F数为4且可变ND透光率为1的状态下变亮时，曝光控制单元17沿对角地指向图2的右下侧的点划线箭头改变F数和可变ND透光率二者以增大EV。当F数为8时，曝光控制单元17不再改变F数，并且仅减小可变ND透光率(参见指向图2中的右侧的点划线箭头)。如果在EV变为EV17时获得适度曝光，泽曝光控制单元17在维持EV17的同时将F数为接近F4的F5.6并将可变ND透光率设置为1/128，如由对角地指向图2的右上侧的点划线箭头所示。
如上所述，在获得适度曝光之后，如果F数不是可获得最大分辨能力时的值且可变ND透光率既不是最大值也不是最小值，则曝光控制单元17进行控制，以使得F数接近可以获得最大分辨能力时的值。通过这种控制，在从EV7至EV18的范围内，可以总是使分辨能力接近高分辨能力，从而得能够以高品质捕捉图像。进一步地，在获得适度曝光之后，在维持适度曝光的同时改变F数和可变ND透光率。因此，仅仅分辨能力被提高，而没有改变曝光，并且因此，可以获得高的图像质量而没有任何不协调的感觉。
当曝光控制单元17通过第二种方法(确定目标EV值并改变F数和可变ND透光率以在最短时间内达到目标EV的方法)控制曝光时，可以在最短时间内达到适度曝光，并且因此，可以高的响应度控制曝光。在获得适度曝光之后，在维持适度曝光的同时进行控制以增加分辨能力。因此，可以同时实现响应度的改善和分辨能力的改善。
以下，将参照流程图描述执行相机系统的曝光控制时的操作。
图3是图示进行图1中图示的相机系统的曝光控制时的操作的流程图。图3图示了在EV在7和18之间时改变拍摄对象的亮度。
当拍摄对象的亮度改变时(步骤S1)，曝光控制单元17输出驱动信号至光圈驱动器15和可变ND驱动器16，所述驱动信号用于将F数和可变ND透光率中的每一个都改变预定的值。随后，基于驱动信号驱动光圈12和可变ND滤光器13二者，从而EV被朝向亮方向或暗方向改变(步骤S2)。
接下来，曝光控制单元17基于从图像捕捉元件21输出的图像捕捉信号确定是否获得适度曝光(步骤S3)。当获得适度曝光时(步骤S3中的“是”)，曝光控制单元17进行步骤S10的过程。
当未获得适度曝光时(步骤S3中的“否”)，曝光控制单元17确定当前F数是否为F2或F8(步骤S4)。如果当前F数既不是F2也不是F8(步骤S4中否)，则仍存在改变F数的裕量。因此，曝光控制单元17将过程返回至步骤S2以使F数和可变ND透光率中的每一个改变一预定的值，从而改变EV。
如果当前F数为F2或F8(步骤S4中的“是”)，则曝光控制单元17确定当前可变ND透光率是否为最小值或最大值(步骤S5)。
如果可变ND透光率既不是最小值也不是最大值(步骤S5中的“否”)，则曝光控制单元17输出驱动信号至可变ND驱动器16，该驱动信号用于将可变ND透光率改变一预定的值。随后，基于驱动信号驱动可变ND滤光器13，从而EV被朝亮方向或暗方向改变(步骤S6)。
在步骤S6之后，曝光控制单元17基于从图像捕捉元件21输出的图像捕捉信号确定是否获得适度曝光(步骤S7)。如果未获得适度曝光(步骤S7中的“否”)，则曝光控制单元17进行步骤S5的过程。如果获得了适度曝光(步骤S7中的“是”)，则曝光控制单元17进行步骤S10的过程。
在步骤S5的确定中，如果可变ND透光率为最小值或最大值(步骤S5中的“是”)，则曝光控制单元17输出驱动信号至光圈驱动器15，该驱动信号用于将F数改变一预定的值。随后，基于驱动信号驱动光圈12，从而EV被朝向亮方向或暗方向改变(步骤S8)。
在步骤S8之后，曝光控制单元17基于从图像捕捉元件21输出的图像捕捉信号确定是否获得适度曝光(步骤S9)。如果未获得适度曝光(步骤S9中的“否”)，则曝光控制单元17执行步骤S8的过程。如果获得了适度曝光(步骤S9中是)，则曝光控制单元17结束过程。
在步骤S10中，曝光控制单元17确定当前F数是否为F4。如果确定当前F数为是F4(步骤S10中的“是”)，则曝光控制单元17结束过程。
同时，如果当前F数不是F4(步骤S10中的“否”)，则曝光控制单元17在步骤S11中确定当前可变ND透光率是否为最小值或最大值。如果当前可变ND透光率是最小值或最大值(步骤S11中的“是”)，则曝光控制单元17结束过程。相反，如果当前可变ND透光率既不是最小值也不是最大值(步骤S11中否)，则曝光控制单元17使F数接近F4，其中F4是可获得最大分辨能力的值，并改变可变ND透光率以维持所述适度曝光(步骤S12)。在步骤S12之后，曝光控制单元17结束过程。
如上所述，镜头装置1可以在可变ND透光率既不是最小值也不是最大值的状态下获得适度曝光。当F数不是可以获得最大分辨能力的值时，镜头装置1使F数接近可以获得最大分辨能力的值，并改变可变ND透光率以维持适度曝光。因此，可以改善分辨能力，并且当联合使用光圈和可变ND滤光器控制曝光时，可以获得高的响应度和高的图像质量。
在上述描述中，可以获得良好分辨能力的F数范围被称为从F2至F8的预定固定范围。然而，关于分辨能力的F数的最佳范围可以根据拍摄者的喜好或拍摄对象的类型改变。因此，可以通过拍摄者的手动设置改变光圈值和可变ND透光率二者来控制曝光时的F数的范围。
例如，当F数的最佳范围被指定为从F2.8至F5.6的范围时，根据图4所示的程序图控制曝光。其中存储有用于F数的每个指定范围的程序图的存储器可以设置在镜头装置1中。
在图2的程序图中，假设沿对角方向延伸的粗实线的一部分的斜率、对角地延伸至左上侧的虚线箭头的斜率、以及对角地延伸至右下侧的虚线箭头的斜率彼此相等，但本发明并不仅限于此。例如，可以如图5所示的那样设定这些斜率。如图2所示，当程序图中的斜率在通过改变F值和可变ND透光率二者改变曝光时被设定为彼此相等时，所述控制可以被简单地执行。
当拍摄对象的亮度从从座作为F数4与可变ND透光率1/128的组合的EV16向亮方向改变时，可变ND透光率可能不会再降低。因此，在图3的步骤S2中可以不同时驱动光圈和可变ND滤光器二者。因此，在该情况中，曝光控制单元17可以通过仅改变F数来控制曝光。在从EV7至EV18的范围中，可以同时改变F数和可变ND透光率二者。可以在固定可变ND透光率的同时执行用于改变F数的控制或在固定F数的同时执行用于改变可变ND透光率的控制。
如上所述，本说明书公开了下述内容。
所公开的镜头装置包括：光圈，其具有被控制以控制透射光量的光圈值；光学元件，其具有被电力地控制的透光率；和曝光控制单元，其根据拍摄对象的亮度控制光圈的光圈值和光学元件的透光率以执行曝光控制，其中，曝光控制单元改变光圈值和透光率中的至少一个，以将被包括在曝光值范围内的曝光值从第一曝光值变为第二曝光值，其中，第一曝光值由包括获得最大分辨能力时的光圈值的光圈值范围内的光圈值的最小值与透光率的最大值的组合确定，第二曝光值由光圈值范围内的光圈值的最大值与透光率的最小值的组合确定，并且在设定曝光值之后，如果在该曝光值条件下的光圈值不同于获得最大分辨能力时的光圈值，并且在该曝光值条件下的透光率既不是最小值也不是最大值，则曝光控制单元进一步执行控制，以使所述曝光值条件下的光圈值接近获得最大分辨能力时的光圈值，并改变所述曝光值条件下的透光率，以保持该曝光值。
在所公开的镜头装置中，光圈值范围是可手动设置的范围。
在所公开的镜头装置中，光圈值范围是提前设定的固定范围。
所公开的相机系统包括：镜头装置和相机装置，其中相机装置包括接收穿过镜头装置的光的图像捕捉元件。
所公开的镜头装置的曝光控制方法，其中镜头装置包括具有光圈值的光圈，其中光圈值被控制以控制透射光量；和具有被电力地控制的透光率的光学元件，该方法包括下述步骤：根据拍摄对象的亮度控制光圈的光圈值和光学元件的透光率以控制曝光的曝光控制步骤，其中，在曝光控制步骤中，光圈值和透光率中的至少一个被改变，以将被包括在曝光值范围内的曝光值从第一曝光值变为第二曝光值，其中第一曝光值是由包括获得最大分辨能力时的光圈值的光圈值范围内的光圈值的最小值和透光率的最大值的组合确定的，第二曝光值是由所述光圈值范围内的光圈值的最大值和透光率的最小值的组合确定的，并且在设置该曝光值之后，如果在该曝光值条件下的光圈值与获得最大分辨能力时的光圈值不同，且在该曝光值条件下的透光率既不是最小值也不是最大值，则进一步执行控制，以使该曝光值条件下的光圈值接近获得最大分辨能力时的光圈值，并改变该曝光值条件下的透光率以保持该曝光值。
工业实用性
根据本发明的镜头装置、包括该镜头装置的相机系统和曝光控制方法可以控制曝光以减轻镜头的分辨能力的退化。
虽然已经参照具体实施例详细地描述了本发明，但对本领域技术人员来说显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以做出多种改变或修改。
本申请基于2011年8月31日递交的第2011-189790号日本专利申请，该申请的揭示内容被合并于此作为参考。
附图标记说明
1：镜头装置
2：相机装置
12：光圈
13：可变ND滤光器
17：曝光控制单元

Claims (5)

1.一种镜头装置，包括：
光圈，其具有被控制以控制透射光量的光圈值；
光学元件，其具有被电力地控制的透光率；和
曝光控制单元，其根据拍摄对象的亮度控制光圈的光圈值和光学元件的透光率以执行曝光控制，
其中，曝光控制单元改变光圈值和透光率中的至少一个，以将被包括在曝光值范围内的曝光值从第一曝光值变为第二曝光值，其中，第一曝光值由包括获得最大分辨能力时的光圈值的光圈值范围内的光圈值的最小值与透光率的最大值的组合确定，第二曝光值由光圈值范围内的光圈值的最大值与透光率的最小值的组合确定，并且
在设定曝光值之后，如果在该曝光值条件下的光圈值不同于获得最大分辨能力时的光圈值，并且在该曝光值条件下的透光率既不是最小值也不是最大值，则曝光控制单元进一步执行控制，以使所述曝光值条件下的光圈值接近获得最大分辨能力时的光圈值，并改变所述曝光值条件下的透光率，以保持该曝光值。
2.根据权利要求1所述的镜头装置，其中光圈值范围是可手动设置的范围。
3.根据权利要求1所述的镜头装置，其中光圈值范围是提前设定的固定范围。
4.一种相机系统，包括：
根据权利要求1-3中任一项所述的镜头装置；和
相机装置，其包括接收穿过镜头装置的光的图像捕捉元件。
5.一种镜头装置的曝光控制方法，其中镜头装置包括具有光圈值的光圈，其中光圈值被控制以控制透射光量；和具有被电力地控制的透光率的光学元件，该方法包括下述步骤：
根据拍摄对象的亮度控制光圈的光圈值和光学元件的透光率以控制曝光的曝光控制步骤，
其中，在曝光控制步骤中，
光圈值和透光率中的至少一个被改变，以将被包括在曝光值范围内的曝光值从第一曝光值变为第二曝光值，其中第一曝光值是由包括获得最大分辨能力时的光圈值的光圈值范围内的光圈值的最小值和透光率的最大值的组合确定的，第二曝光值是由所述光圈值范围内的光圈值的最大值和透光率的最小值的组合确定的，并且
在设置该曝光值之后，如果在该曝光值条件下的光圈值与获得最大分辨能力时的光圈值不同，且在该曝光值条件下的透光率既不是最小值也不是最大值，则进一步执行控制，以使该曝光值条件下的光圈值接近获得最大分辨能力时的光圈值，并改变该曝光值条件下的透光率以保持该曝光值。
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