JP2003134393A

JP2003134393A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2003134393A
Application number: JP2001327904A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yoshida; 英明吉田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】所望の解像度と所望の被写界深度の少なくと
もいずれかを得ることが可能な撮像装置を提供するこ
と。【解決手段】撮像光学系に設けられた開口絞り１１ｂ
および透過率制御手段１１ｃとの組合せとして構成さ
れ、前記撮像光学系における像に対する減光率を制御す
る減光率制御手段と、被写体に対する露出を制御するた
めに、前記減光率制御手段を組合わせ制御する露出制御
手段（１５、４０）とを備え、前記減光率制御手段は、
被写界深度を優先するように前記開口絞り及び前記透過
率制御手段を制御する第１の動作モードを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子撮像装置においては、撮像素子の面
積が、写真用フィルムよりも小さいので、絞りを絞って
いくと、同じ絞り値（Ｆ値）であってもフィルムを用い
たカメラと比べて開口径が小さくなるため、回折の影響
がより顕著に生じる。このため、所定値以上の絞り値が
要求される場合には、自動的にＮＤフィルタ（Ｎｅｕｔ
ｒａｌＤｅｎｓｉｔｙＦｉｌｔｅｒ）を光学系に挿
入するようにして、回折を回避することが知られてお
り、従来は特にビデオムービー等の動画撮像機器におい
て、動画画質確保（ジャーキネス妨害の回避）のためシ
ャッタ速度を自由に選択できないという事情もあって、
広く使用されてきた。

【０００３】これに対して、主として静止画撮影用の電
子スチルカメラ（デジタルカメラに代表される電子カメ
ラ）の場合は高輝度被写体の撮影に際して高速シャッタ
を使用すれば良いことから従来はＮＤフィルタの必要性
が低かったが、近年撮像素子の小型化および多画素化が
一段と進んだため、ＮＤフィルタ併用の必要性が高まっ
ている。このようにＮＤフィルタを使用した場合におい
て、解像度を上げると、所定以上に絞りを絞込むことが
できないので、理想的な合焦位置における解像度は確保
される。

【０００４】一方、被写界深度は絞りを絞ることによっ
て深くなる（すなわち、ピントの合う奥行きが深くな
る）ことが知られている。従って、ＮＤフィルタの使用
に伴い解像度は確保されるものの、所望の被写界深度を
得ることができない場合がある。図７を参照してこの理
由を説明する。

【０００５】図７は、錯乱円と回折の影響を説明するた
めの図であって、図７（ａ）は、錯乱円について説明す
るための図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ部を拡
大して示す図である。

【０００６】通常カメラにおいては、像の焦点がある程
度ずれた場合（距離ｄ）においても、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕ
ｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）
の低下が微小であれば、ボケが検知されないことが知ら
れている。すなわち図7（ａ）に示すように、被写体の
１点から結像光学系に入射した光（インパルス入力）は
結像面（焦点位置）においては理想的（幾何光学的）に
は１点に収束し、その前後の像面では円板状の像すなわ
ち錯乱円を生じる。そして上記したようなボケの検知限
界に相当する錯乱円を許容錯乱円と称する。なお、図７
（ａ）に示すように、焦点位置から距離ｄずれた場合の
錯乱円の径をδとすると、ｄ＝δＦ（ＦはＦ値）であら
わされる。従って、錯乱円の径δは、δ＝ｄ／Ｆで表さ
れる。

【０００７】ここで上述の許容錯乱円の径をεとすれ
ば、焦点位置からのずれ量（デフォーカス）ｄが −ｄ
_L ≦ｄ≦ｄ_L （ただしｄ_L ＝εF）である範囲に関し
ては、ボケは検知限以下にとどまるから、この範囲に結
像する被写体は全てピントの合った鮮明な像と認識され
る。この範囲を深度（像面では焦点深度、被写界では被
写界深度）と称することは周知のとおりである。ｄ_L
＝εFであるから、深度は許容錯乱円径およびF値に比例
する。

【０００８】一方、光束は図７（ｂ）の破線で示すよう
に焦点で光点の大きさが０（ゼロ）になることが理想的
であるが、実際には、光束は波動光学的効果（回折）に
よって発散し、ある程度の広がりを持つことになる。こ
の広がりを上記錯乱円として表現したものをエアリーデ
ィスクと称する。このエアリーディスクの直径δ_０は絞
り径が小さくなるほど大きくなる（Ｆ値に比例する）性
質があるので、従来では、ある程度以上の解像度を確保
するために、使用する絞り径（F値）を制限して、エア
リーディスク径δ_０が要求解像度に対応する許容錯乱
円径εよりも小さくなるようにしている。

【０００９】すなわち、露出制御上必要なＦ値が所定以
上の値になるとＮＤフィルタを併用し、所定値以上のＦ
値が使用されないように制御されるので、被写界深度を
深くとりたいような場合であっても、所望の被写界深度
が得られない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、所望の解像
度と所望の被写界深度の少なくともいずれかを得ること
が可能な撮像装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を講じた。本発明に係る
撮像装置は、撮像光学系に設けられた開口絞りおよび透
過率制御手段との組合せとして構成され、前記撮像光学
系における像に対する減光率を制御する減光率制御手段
と、被写体に対する露出を制御するために、前記減光率
制御手段を組合わせ制御する露出制御手段とを備え、前
記減光率制御手段は、被写界深度を優先するように前記
開口絞り及び前記透過率制御手段を制御する第１の動作
モードを備えたことを特徴とする。上記の撮像装置にお
いて、前記露出制御手段は、解像度を優先モードするよ
うに前記開口絞り及び前記透過率制御手段を制御する第
２の動作モードを更に備え、撮影条件に応じて前記第１
の動作モードを及び第２の動作モードを切換え制御する
ことを特徴とする。更に、前記露出制御手段は、第１の
動作モードでは、開口絞りを優先的に使用するように制
御し、第２の動作モードでは、透過率制御手段を優先的
に使用するように制御することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の一実施形
態を説明する。図１は、本発明に係る電子カメラの概略
ブロック図である。

【００１３】図１において、詳細は後述するＮＤ併用絞
り１１ａを含むレンズ群１１を通過した被写体の光学像
は、ＣＣＤ１２で電気信号に変換され、撮像回路１３で
アナログ画像信号に変換される。このアナログ画像信号
はＡ／Ｄ変換器１４でデジタル画像信号（以下、「画像
情報」とも称する）に変換されて、一旦、揮発性の内蔵
メモリ２５に記憶される。この内蔵メモリ２５は、高速
な、例えばＳＤＲＡＭ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｙ
ｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒ
ｙ）であり、後述する画像処理用のワークエリアとして
も使用される。

【００１４】画像処理回路２１は、内蔵メモリ２５に一
時記憶された画像情報の色情報の変換処理、画素数変換
などの処理を行う。そして、画像処理回路２１でのさま
ざまな画像処理を受けた画像情報は、圧縮伸長部２２で
例えばＪＰＥＧ圧縮されて、スマートメディア等の着脱
メモリ２０に記録される。

【００１５】また、撮影画像を表示する場合には、画像
処理後の画像情報は、ＬＣＤドライバ３１を経由して、
画像表示用ＬＣＤ３０に表示される。

【００１６】着脱メモリ２０に記録された画像を表示す
る場合には、着脱メモリ２０から読み出された画像情報
は圧縮伸長部２２で伸長されて、例えば、画像処理回路
２１で所定の画像処理がなされた後に、撮影の時と同様
に、画像表示用ＬＣＤ３０に画像が表示される。

【００１７】シスコン４０は、フラッシュメモリ等の不
揮発性メモリ４１から電子カメラの基本制御プログラム
を読み出して電子カメラ全体の制御を行う。また、シス
コン４０は、操作部４６（図示しないレリーズボタンや
十字キー等を含む）からの入力を受け付けて、その入力
に応じた制御を行う。また、シスコン４０は、図示しな
い電源部を制御して電子カメラ全体の電源管理も行って
いる。更に、シスコン４０は、レンズ等駆動回路１５を
介してレンズ群１１を駆動制御する。

【００１８】ＮＤ併用絞り１１ａの構成例を、図２に示
す。図２（ａ）に示すように、絞りユニット１１ｂと、
ＮＤフィルタ１１ｃはそれぞれの光透過の面が光軸と垂
直になるように配置されている。絞りユニット１１ｂ
は、常時光学系の光路上に配置されている。また、絞り
ユニット１１ｂは、中心部が多角形（或いは、ほぼ円
形）になるような複数の薄板（絞り羽根）から構成され
た周知の虹彩しぼりであり、絞りの開口径（すなわち、
絞り値）が変化するようになっている。ＮＤフィルタ１
１ｃは、図２（ｂ）に示すように、支点Ｏを中心として
移動可能になっており（図中矢印方向）、使用時には、
光路上に配置され、非使用時には光路上から外され、そ
の近傍に位置するように制御される。

【００１９】また、本実施形態に係る撮像装置は、被写
界深度を優先させる場合における動作モードである「第
１の動作モード」と、解像度を優先させる場合における
動作モードである「第２の動作モード」とを備えてい
る。

【００２０】ここで、補足説明を挿入すれば、両モード
において得られる最大解像度は同じではない。すなわち
特に深度を優先する第１のモードにおける必要解像度
は、第２のモードにおけるそれよりも多少低くても良い
ということを前提にしている。つまり第１のモードは、
ベストピントにおける解像度は第２のモードよりも多少
低くても構わないから、奥行方向のより広範囲に分布す
る被写体に対して第２のモードよりも平均的に高い解像
度を得るためのモードとして意図されたものであり、こ
れに対して第２のモードは深度は深くなくてもよいか
ら、ベストピントの被写体に対して最大の解像度が得ら
れる（従来より採用されていた方法に相当する）モード
である。

【００２１】上記のような構成において、解像度を優先
させる第２の動作モードにおける制御方法を図３を参照
して説明する。絞り値（Ｆ値）が小さい場合には、絞り
ユニット１１ｂの開口径が大きいので、光学像に生じる
回折の影響は充分小さい。従って、回折により解像度が
低下することはないので、露光調整は絞りユニット１１
ｂのみで行えば良いから、ＮＤフィルタ１１ｃは使用し
ない（オフ状態）。しかし、Ｆ値が大きくなると、回折
の影響が無視できなくなり、解像度が低下するので、Ｎ
Ｄフィルタ１１ｃを光路上に挿入（ＮＤフィルタ１１ｃ
をオン）して、絞りユニット１１ｂとＮＤフィルタ１１
ｃとを併用する。なお、ＮＤフィルタ１１ｃは、透過光
量を２段階（２ＥＶ）減光するようなもの（すなわち、
透過率τ＝０．２５となるようなもの）が用いられてい
る。図３に、露光に応じた絞りユニット１１ｂの絞り値
の変化と、ＮＤフィルタ１１ｃのオン／オフ制御の様子
を示す。図３（ａ）の縦軸は、絞りの制御によるＦ値を
示し、横軸は絞りとＮＤフィルタの組合せの結果総合的
に得られる減光率を絞り（のみ）による減光に換算した
ときの仮想的なＦ値（「等価Ｆ値」と称する）を示す。
なお、図３（ｂ）は、ＮＤフィルタ１１ｃのオン／オフ
の制御条件を示す図である。

【００２２】なお、図３においては、Ｆ値が２から８ま
ではＮＤフィルタ１１ｃを使用しないが、Ｆ値が８より
大きくなると絞りの開口径が小さくなってしまうので、
回折の影響を回避するために、ＮＤフィルタ１１ｃをオ
ンにしている。なお、図３において、ハンチングなどの
異常動作を回避するために、絞りを絞っていく時はＦ値
が８を越えた時点でＮＤフィルタ１１ｃを挿入し、絞り
を開放していく時は、Ｆ値が８より小さくなった時点で
ＮＤフィルタ１１ｃを光路から外す（オフにする）ヒス
テリシス制御を採用している。

【００２３】これに対して、被写界深度を優先させる第
１の動作モードの制御を図４に示す。図４に示すよう
に、ＮＤフィルタ１１ｃを使用しないで、絞りの開口径
を小さくすることによって減光率を調整している。この
第１の動作モードを選択して、F値を例えば１６などの
大きな値に設定することによって、解像度は低くなるも
のの被写界深度を充分深くした撮影を行なうことができ
る。

【００２４】続いて図５を参照して、第１の動作モード
と第２の動作モードにおいて等価F値が１６である場合
にそれぞれ得られる解像度および深度について説明す
る。図５は、デフォーカス量と錯乱円の径との関係を示
す図である。図７で説明したエアリーディスク径δ_０
は、 δ_０＝（１．２２λ／ＮＡ≒）２．４４λＦ＝１．３
４Ｆ 4で表される（λは光波長であり、ここではａ＝０．５
５μｍとした）。等価F値が１６であるから、実際に使
用される開口F値は第１の動作モードでは１６、第２の
動作モードでは８となる。この場合のエアリーディスク
径δ_０は、それぞれＦ＝８の場合：δ_０＝１０．７μｍ（この値をδ
_２として図示）Ｆ＝１６の場合：δ_０＝２１．５μｍ（この値をδ
_１として図示）と求められる。

【００２５】ここで、第２の動作モードでは、より高い
解像度に対応する小さな許容錯乱円ε_０としてε_２＝
１５μｍを採用しており、仮にＦ＝１６とするとエアリ
ーディスク径δ_０＝δ_１がこのε_２よりも大きくな
り許容されないので、ＮＤフィルタを用いて減光率を大
きくしているものである。（Ｆ＝８の場合には、エアリ
ーディスク径δ_０＝δ_１がε_２よりも小さいので、
ＮＤフィルタは使う必要がない。なお、このときの許容
錯乱円ε_２＝１５μｍに対応する片側焦点深度はＤ_０
＝ε_２Ｆ＝１２０μｍである。）すなわちこの第２の
動作モード（解像度優先モード）における制御は、従来
と同様の制御である。

【００２６】これに対して、第１の動作モードでは、許
容錯乱円ε_０を大きく（低解像度）してε_１＝３０μ
ｍを採用しており、こうなるとＦ＝１６の場合でもε_１
がエアリーディスク径ε０よりも大きいので、ＮＤフ
ィルタを使用する必要がなくなる。そこで等価F値が１
６の場合に実際に使用する開口F値を１６としているも
のであって、Ｆ＝１６の場合における片側焦点深度は、Ｄ_１＝ε_１Ｆ＝３０×１６＝４８０μｍとなり、被写界深度を深くすることができる。

【００２７】なお、第２の動作モードを採用した場合
（すなわちＮＤを併用してＦ８に設定した場合）に、許
容錯乱円ε_０の値だけを第１のモードと同じε_１＝３
０μｍとみなした場合に得られる片側焦点深度はＤ_２＝ε_１Ｆ＝３０×８＝２４０μｍに過ぎないから、本発明の深度優先モードでは単に許容
錯乱円を大きく設定したからではなく、これに基づきＮ
Ｄフィルタを併用しない従来と異なる光量制御を用いた
ことによって従来為し得なかった深度の拡大効果を得て
いることが判る。

【００２８】またこの効果を別の観点から述べれば、図
５より判るように、デフォーカス量ｄ（の絶対値）がＤ
_２より大きくＤ_１以下の領域に対応する奥行範囲の被
写体は第１のモードによってのみ所望の解像度を得るこ
とができるものであって、第２のモード（従来技術）に
よってはこれを得ることはできない。

【００２９】本実施形態に係る動作の流れを図６を参照
して説明する。まず、露光モードを第１の動作モード
（深度優先モード）か第２の動作モード（解像度優先モ
ード）のいずれかを選択する（ステップＡ１）。ステッ
プＡ１において、第１の動作モードを選択した場合に
は、図４に示す深度優先の第１の動作モードで動作を行
い、所要のＦ値が所定以上になった場合であっても、Ｎ
Ｄフィルタ１１ｃを使用せず、絞りユニット１１ｂのみ
で、露出調整を行う（ステップＡ２）。ステップＡ１に
おいて、第２の動作モードを選択した場合には、図３に
示す解像度優先の第２の動作モードで動作を行い、所要
のＦ値（等価Ｆ値）が所定以上になった場合には、ＮＤ
フィルタ１１ｃを、光路上に挿入して、さらに絞りユニ
ット１１ｂの開口径を小さくすることによる解像度の低
下が生じないようにしている（ステップＡ３）。

【００３０】上記のように、本発明の上記の実施形態に
よれば、解像度或いは被写界深度のいずれを優先させる
かによって、異なる動作モードを用意し、使用者が任意
に選択できるようにしたので、使用者の意図に沿った撮
影ができる。

【００３１】本発明は、上記の発明の実施の形態に限定
されるものではない。上記の実施形態においては、ＮＤ
フィルタが１枚の例を示したが、これに限らず、複数の
ＮＤフィルタを用意しても良い。また、ＮＤフィルタの
透光率は、上記の実施形態に限らず任意のものを使用可
能である。その他、本発明の要旨を変更しない範囲で種
々変形して実施できるのは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、解像度優先モードと被
写界深度優先モードを適宜切換えて露出制御できるよう
にしたので、解像度を優先させる場合はもちろんのこ
と、被写界深度を優先させる場合にも対応できる。従っ
て、使用者の意図に従った撮影を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子カメラの概略ブロック図。

【図２】ＮＤ併用絞りの構成例を示す図。

【図３】露光に応じた絞りユニットの絞り値の変化
と、ＮＤフィルタのオン／オフ制御の様子（第２の動作
モード）を示す図。

【図４】露光に応じた絞りユニットの絞り値の変化の
様子（第１の動作モード）を示す図。

【図５】デフォーカス量と錯乱円の径との関係を示す
図。

【図６】本実施形態に係る動作の流れを示す図。

【図７】錯乱円と回折の影響を説明するための図。

【符号の説明】

１１…レンズ群１１ａ…ＮＤ併用絞り１１ｂ…絞りユニット１１ｃ…ＮＤフィルタ１２…ＣＣＤ１３…撮像回路１４…Ａ／Ｄ変換器１５…レンズ等駆動回路２０…着脱メモリ２１…画像処理回路２２…圧縮伸長部２５…内蔵メモリ３０…画像表示用ＬＣＤ３１…ＬＣＤドライバ４０…シスコン４１…不揮発性メモリ４６…操作部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像光学系に設けられた開口絞りおよび
透過率制御手段との組合せとして構成され、前記撮像光
学系における像に対する減光率を制御する減光率制御手
段と、被写体に対する露出を制御するために、前記減光率制御
手段を組合わせ制御する露出制御手段とを備え、前記減光率制御手段は、被写界深度を優先するように前
記開口絞り及び前記透過率制御手段を制御する第１の動
作モードを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】請求項1記載の撮像装置において、前記
露出制御手段は、解像度を優先するように前記開口絞り
及び前記透過率制御手段を制御する第２の動作モードを
更に備え、撮影条件に応じて前記第１の動作モードを及
び第２の動作モードを切換え制御することを特徴とする
撮像装置。
【請求項３】請求項２記載の撮像装置において、前記
露出制御手段は、第１の動作モードでは、開口絞りを優
先的に使用するように制御し、第２の動作モードでは、
透過率制御手段を優先的に使用するように制御すること
を特徴とする撮像装置。