JP2007212745A - 調光フィルター - Google Patents

Abstract

【課題】局所的に強い点光源の光量を抑えるフィルターを配置することにより白とびやゴーストの発生を抑える。
【解決手段】画像情報を電気的信号に変換する撮像素子を有する光学系における調光フィルターにおいて、該撮像素子の物体側近傍に、前記光学系により前記撮像素子上に結像して画像形成を行う光線の光路上の一部分に、透明部材もしくは略透明部材に減光作用を有する半透明な部位を配する領域を持つフィルター、もしくはフィルターの一部分と光路上に透明もしくは略透明で均一な透過率の領域を有するフィルター、もしくはフィルターの一部分とを選択的にフィルターの移動もしくは入れ替えることで前記光路上に配置されるフィルターの透過領域を任意に選択することを可ならしめることを特徴とした調光フィルター。
【選択図】図３

Description

本発明は写真レンズ、ビデオカメラレンズ等の撮像素子を有した撮影光学系内に配置し、撮影時の局所的に強い点光源や面光源の光量を抑えるため、部分的にＮＤ領域を有するフィルターを移動配置することにより、形成される画像上の白とびまたは部分的な露出アンダーな画像の防止、またはスミアー、ゴースト等の発生を抑え、良好な画像を得るための調光フィルターに関するものである。

従来は、高輝度な画像信号を補正するためには、虹彩絞りの口径を変化させて光線束を規制することにより光量を低減させ最適な露出を与えることにより良好な画像を得ることが一般的である。

しかしながら直接、太陽光等の極めて高輝度な被写体に対し適正な露出を与えようとするならば、前記した虹彩絞りの口径を極めて小さくする必要が生じ、それに伴う回折作用の影響で画像の劣化を招いてしまう。また絞り口径が小径である範囲での口径誤差は、露出誤差に大きな影響を与えるため、絞り口径の制御を高精度にする必要性が問題である。

それを防止する方法としては、虹彩絞りに光路中に出し入れ可能な透過光量を低減させるようなＮＤ（ニュートラルデンシティー）フィルターを配置し、高輝度な被写体を撮影する場合は光路中にＮＤフィルタを挿入することにより、虹彩絞りの開口が小さくなり過ぎないようにする工夫がなされており、それに関わる提案も多くなされている。

例えば、特許文献１は、透明部分とＮＤ部が一枚のフィルター上にあり、絞り開口上で全て透明な部分が存在し通常はその状態での撮影を行い、高輝度な被写体を撮影する際は、フィルター移動にて光線透過率を変化させることによって上記した問題の解決を図っている。
特開平６−２６５９７１号公報

しかしながら、前記した調光方法では画像全体に対する調光は行えても画像中の部分的な高輝度部分を減光させることはできなかった。

また撮像素子からの電気的な輝度信号を処理することにより画像濃度補正を行う方法もあるが、例えば太陽のような極めて高輝度で画像中の大きさが小さな像の輝度補正は輝度信号が飽和してしまうため困難である。逆に強い輝度部分を適正露出になるようにして画像を取り込むと、その他の部分がアンダーな露出になってしまうため色情報等の信号が正確に取り込めなくなってしまう。そのために、その後の電気的処理あるいは画像処理等にて良好な画像を再現することが困難になってしまう。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、局所的に強い点光源の光量を抑えるフィルターを配置することにより白とびやゴーストの発生を抑える調光フィルターを提供することを目的とする。

前記した問題の解決を図るべく本発明では、画像情報を電気的信号に変換する撮像素子を有する光学系における調光フィルターにおいて、該撮像素子の物体側近傍に、前記光学系により前撮像素子上に結像して画像形成を行う光線の光路上の一部分に透明部材、もしくは略透明部材に減光作用を有する半透明な部位を配する領域を持つフィルター、もしくはフィルターの一部分と光路上に透明もしくは略透明で均一な透過率の領域を有するフィルター、もしくはフィルターの一部分とを選択的にフィルターの移動もしくは入れ替えることで前記光路上に配置されるフィルターの透過領域を任意に選択することを可能にすることにより、前記した白とびまたは部分的な露出アンダーな画像の防止、またはスミアー、ゴースト等の発生を抑え、良好な画像を得ることを可ならしめている。

本発明によれば、撮像素子を有する光学系において、透明部材もしくは略透明部材に減光作用を有する半透明な部位を設けたフィルターを前記撮像素子近傍に光学系の光軸に対し略垂直に移動可ならしめるように配置を行い、被写体撮影時に前記撮像素子からの画像輝度信号で局所的あるいは部分的に高輝度な被写体であると判断した場合においては、前記減光作用を有した半透明部位を前記高輝度と判断された部位に移動を行い撮影画像範囲の一部分を減光させることにより、良好な画像を形成することが可能になる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

図に基づいて説明すると、図１は、太陽のような強い点光源が存在する被写体において、円形状のＮＤ部分を高輝度部分（太陽）に覆うようにして撮影を行う場合の概念を示しており、これによりスミアーや面反射や撮像面反射によるゴーストの発生を抑え、黒くつぶれてしまいがちな前景の建物の画像が鮮明になる効果が期待できる。

また、強い点光源は夜間の月や室内のスポットライト等であっても良く、これを同様にＮＤ部で覆うことにより同様に鮮明な画像を得る効果が期待できる。

次に図２は、風景撮影を行う際、高輝度な空の空間に対してＮＤ面部分を覆うようにして撮影を行う際の概念を示したものである。

ＮＤ面で高輝度部分を覆わずにこのような被写体の撮影を行うと、空の色を再現するために空の輝度に合わせて露出を決定すると前景の山肌が露出不足となり黒くつぶれてしまう。一方山肌に合わせて露出を決定すると空が白く飛んでしまい、共に鮮明で自然な感じの画像を得ることができない。

以上が本発明を応用した基本的な概念であるが、特に特殊な効果を画像に与えたい際には上記に則った以外の方法を行っても差し支えない。

また、デジタルカメラのような本発明の撮影光学系を搭載した光学機器に前記撮像素子からの被写体の画像輝度信号処理にて、局所的あるいは部分的に高輝度な被写体であると判断可能な電気信号処理回路を搭載することにより、前記フィルター上の減光作用を有した半透明部位を、前記高輝度と判断された被写体から前記撮像素子へ入射する光路を覆うように自動的に移動を行い、撮影画像範囲の一部分を減光させることで前記した良好な画像を得ることが可能となる。

次に本発明のフィルターの形態と使用領域の選択と移動方法について述べる。

先ず一番目としては、異なる形状の減光作用部位を有する複数のフィルターを有し、被写体上で高輝度と判断される範囲の形状に応じて、複数のフィルターのうち選択的に任意のフィルターを、前記フィルター上の減光作用を有した半透明部位を、前記高輝度と判断された被写体から前記撮像素子へ入射する光路を覆うように移動を行い、撮影画像範囲の一部分を減光させる方法である。

図３は、上記した光学系中に複数の異ＮＤ部形状を有する部分ＮＤフィルターを配置した実施例であり、図中フィルター（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は撮影条件によって入れ替えるフィルターであり、それぞれフィルター内を透過する光路長が一定になるように厚みと屈折率が設定されていることが望ましい。

（Ａ）は、高輝度な面光源を覆うようにＮＤ部が設定され、（Ｂ）は高輝度な点光源を覆うようにスポット的なＮＤ部が配されている。（Ｃ）は通常撮影時用に透明なフィルターとなっており、（Ａ）及び（Ｂ）フィルターが光路から退避している際に光路長変化のよる光学性能劣化を防止するものである。

図中は（Ａ）及び（Ｂ）フィルターは撮影系の両水平方向から撮影光路内に挿入されるようになっているが、空間が許せば片方向に複数のフィルターを配置しても良いし、垂直方向やその他の方向から挿入されるようにしても良い。

また（Ａ）または（Ｂ）のフィルター上のＮＤ部が被写体の高輝度部分を効率良く覆うように光路内に挿入後、水平及び垂直方向に移動を行う機構になっていても良い。

なお、図中、Ｌは撮影光学系、ＦＩはローパス及び赤外光カット等のフィルター類、ＩＰは結像面を示す。

また複数のフィルターのうち任意フィルターを選択して移動を行う作動アルゴリズムの例を流れ図として図６に示す。

更に他の方法として、前記フィルター上に複数の異形状である減光作用部位を配し、被写体撮影時に前記撮像素子からの画像輝度信号処理にて、局所的あるいは部分的に高輝度な被写体であると判断した場合において、任意の減光作用部位の形状を選択して前記フィルター上の減光作用を有した半透明部位を、前記高輝度と判断された被写体から前記撮像素子へ入射する光路を覆うように移動を行い、撮影画像範囲の一部分を減光させることが考えられる。

そこで１枚のフィルターに複数異形状のＮＤ部を配するものの一例として、図４を挙げる。図中（Ａ）は、本発明のフィルターである。

（Ａ）は水平及び垂直方向に移動可能な構成となっており、撮影条件に応じて撮影光路がフィルターを透過する位置を選択可能になっている。

次に各使用領域について説明をする。（Ｂ）は通常位置（横位置）撮影時に、そして（Ｃ）は縦位置撮影に、それぞれ高輝度な面光源を覆うための使用領域である。（Ｄ）は高輝度な点光源を覆うための使用域であり、上に述べたようにフィルター（Ａ）を移動することによって縦位置及び横位置撮影や点光源位置の変化に対応可能となっている。

（Ｅ）は、撮影光路にＮＤ部がかからないような領域の透明部分であり、一般撮影時に用いられる部分である。

また他の構成として、図５を挙げる。これは本発明のフィルター（Ａ）を円形形状として、使用目的に応じてフィルターを回転させ、撮影光路の透過域を選択できるようにしたものである。

図中（Ｂ）は、横位置撮影時に高輝度な面光源を覆うための使用領域、（Ｃ）は、横位置撮影時に高輝度な点光源を覆うための使用領域、（Ｄ）は、縦位置撮影時に高輝度な面光源を覆うための使用領域、（Ｅ）は、縦位置撮影時に高輝度な点光源を覆うための使用領域、（Ｆ）は、撮影光路にＮＤ部がかからないような領域の透明部分であり、一般撮影時に用いられる部分である。

また１枚のフィルター上に複数の異形状であるのＮＤ部を有した物の作動アルゴリズムの例を流れ図として図７に示す。

更に良好な画像を得るためには、前記減光作用部位（ＮＤ部）の透過率は透明個所に近づくに従い高くなるように連続的あるいは多段階的な変化が行なわれるように設定することである。

なぜならＮＤ部と透明部の境界の濃度差が大きくなるとその部分を透過した光線により形成される画像の明暗の境界がはっきりと認識されてしまうため、不自然な画像になってしまう。そのため前記減光作用部位の透過濃度は、透明個所に近づくに従い低くなるように連続的あるいは多段階的な変化が行なわれるように設定することによって自然な明暗変化が得られることとなる。

また本発明のＮＤフィルターの配置位置は、望ましくは撮影光学系の最も像面側のレンズと前記撮像素子間であることが望ましい、あまり撮像素子から離れて物体側方向に配置すると、高輝度な被写体からの光路のみを選択的にフィルター上のＮＤ部分で覆うことが困難になってくる。またフィルター外径が大きくなると同時に撮影光学系内にフィルター移動のためにはメカ機構が複雑になってくる。

また、あまり撮像面に接近させるとフィルター上のゴミの影が映りこんでしまい好ましくない。理想としては撮像面の撮像有効対角長をＬＤ、撮像面からフィルター面までの距離をＤとしたとき、
１＞Ｄ／ＬＤ＞０．２
とするのが望ましい。

なお、図３〜図５の撮影光学系はズームレンズであり、代表例としてズーム中の広角端でのレンズ配置と光路を示している。

本発明の概念を示した図である。 本発明の概念を示した図である。 複数にフィルターを用いる場合の実施例を示した図である。 複数のＮＤ部形状を有した１枚のフィルター上を用いた場合の実施例を示した図である。 複数のＮＤ部形状を有した１枚のフィルター上を用いた場合においてフィルターをターレット形状にした場合の実施例を示した図である。 複数のフィルターのうち任意フィルターを選択して移動を行う場合の作動アルゴリズムの例を流れ図にしたものである。 １枚のフィルター上に複数の異形状であるのＮＤ部を有した物の作動アルゴリズムの例を流れ図にしたものである。

符号の説明

Ｌ 撮影光学系
ＦＩ ローパス及び赤外光カット等のフィルター類
ＩＰ 結像面

Claims (7)

1. 画像情報を電気的信号に変換する撮像素子を有する光学系における調光フィルターにおいて、該撮像素子の物体側近傍に、前記光学系により前記撮像素子上に結像して画像形成を行う光線の光路上の一部分に、透明部材もしくは略透明部材に減光作用を有する半透明な部位を配する領域を持つフィルター、もしくはフィルターの一部分と光路上に透明もしくは略透明で均一な透過率の領域を有するフィルター、もしくはフィルターの一部分とを選択的にフィルターの移動もしくは入れ替えることで前記光路上に配置されるフィルターの透過領域を任意に選択することを可ならしめることを特徴とした調光フィルター。
2. 前記撮像素子からの被写体の画像輝度信号処理にて、局所的あるいは部分的に高輝度な被写体であると判断した場合において、前記フィルター上の減光作用を有した半透明部位を、前記高輝度と判断された被写体から前記撮像素子へ入射する光路を覆うように移動を行い、撮影画像範囲の一部分を減光させることを特徴とした、請求項１記載の調光フィルター。
3. 異なる形状の減光作用部位を有する複数のフィルターを有し、被写体上で高輝度と判断される範囲の形状に応じて、複数のフィルターのうち選択的に任意のフィルターを、前記フィルター上の減光作用を有した半透明部位を、前記高輝度と判断された被写体から前記撮像素子へ入射する光路を覆うように移動を行い、撮影画像範囲の一部分を減光させることを特徴とした、請求項１記載の調光フィルター。
4. 前記フィルター上に複数の異形状である減光作用部位を配し、被写体撮影時に前記撮像素子からの画像輝度信号処理にて、局所的あるいは部分的に高輝度な被写体であると判断した場合において、任意の減光作用部位の形状を選択して前記フィルター上の減光作用を有した半透明部位を前記高輝度と判断された被写体から前記撮像素子へ入射する光路を覆うように移動を行い、撮影画像範囲の一部分を減光させることを特徴とした、請求項１記載の調光フィルター。
5. 前記減光作用部位の透過率は透明個所に近づくに従い高くなるように、連続的あるいは多段階的な変化が行なわれるように設定されていることを特徴とした請求項１〜４いずれか記載の調光フィルター。
6. 前記フィルターは、撮影光学系の最も像面側のレンズと前記撮像素子間に配置されることを特徴とした請求項１〜５いずれか記載の調光フィルター。
7. 前記撮像素子の有効撮像面の対角長をＬＤ、撮像面から前記フィルター面までの距離をＤとしたとき、以下の条件式
   １＞Ｄ／ＬＤ＞０．２
   を満足することを特徴とした請求項１〜５いずれか記載の調光フィルター。