JP4455200B2

JP4455200B2 - 絞り制御

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Publication number: JP4455200B2
Application number: JP2004211456A
Authority: JP
Inventors: 実内山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP2006030769A

Description

本発明は絞り、及び光量を落とす為のフィルター、いわゆるＮＤフィルターを内蔵する光学装置において、ＮＤフィルターの出し入れ時の検知と、ＮＤフィルター出し入れ時の絞り制御に関する発明である。

多くのビデオカメラなどの光学装置において、撮影のための光量を調節するのために、メカ的な絞りが使われている。絞りは数枚の羽根から構成される羽根絞りや、上と下から、半円形にくりぬかれた板をかみ合わせることで光量を調節するギロチン型の絞りなどによって構成される。これらの絞りは光束に対して円形になるように絞ることで撮像面への光量を調節し、一番良い撮影光量を得るために使用されている。

光学装置に入ってくる光量が多いと適正な光量にするまで絞るため、閉口近くのいわゆる小絞りの状態まで絞る必要がある。しかしこの小絞り時には、絞りの羽根などの淵による回折現象の効果が相対的に大きくなり、色収差が無視できない量になる。そのため、一般に小絞り付近では画質が劣化する事になる。また、小絞り付近では絞り量に対する光量の変化が大きく、制御がしずらい欠点がある。これを解決するために、決められた濃度の光量透過率のあるＮＤフィルターを絞り付近の光線内に入れることで、光学装置に入ってくる光量を落とし、絞りを十分開いた場所でコントロールする手段が使われている。このようにＮＤフィルターと絞りの2つによって撮影素子に入ってくる光の量をコントロールする手段が一般的に用いられている。

しかしながら、前記ＮＤフィルターを出し入れする際に光量の変化が大きく、絞りで瞬時に適正な光量に調節することは出来ず、ある一定時間光量変化の多い画像が撮影されてしまうという欠点があった。これを回避するためにＮＤを入れた直後の絞り制御を通常の絞り制御とは変えて、高速駆動を行ったり、絞り量を変化させるなどしてこの急激な光量変化を出さない処理が各種考えられている。
特開平２００３−０８４１８３号公報

上記問題点を解決するために、本発明の光学装置では、撮像素子に向う光学系に入射した被写体からの光束の光量を調整する絞りと、前記撮像素子に向う前記光学系に入射した被写体からの光束の光量を調整するために前記光学系の光軸に対して挿脱されるＮＤフィルターと、前記ＮＤフィルターの状態を検知するＮＤ位置状態検出手段と、を有する光学機器であって、
前記ＮＤ位置状態検出手段は、前記ＮＤフィルターが挿入状態であるか、前記ＮＤフィルターが離脱状態であるか、または、前記ＮＤフィルターが前記挿入状態と前記離脱状態の間の移行期間中であるかを検知する機能を備えており、
前記ＮＤフィルターが移行期間の場合、前記絞りの絞り制御を固定することを特徴とする。
また、本発明の光学装置では、撮像素子に向う光学系に入射した被写体からの光束の光量を調整する絞りと、前記撮像素子に向う前記光学系に入射した被写体からの光束の光量を調整するために前記光学系の光軸に対して挿脱されるＮＤフィルターと、前記ＮＤフィルターの状態を検知するＮＤ位置状態検出手段と、を有する光学機器であって、
前記ＮＤ位置状態検出手段は、前記ＮＤフィルターが挿入状態であるか、前記ＮＤフィルターが離脱状態であるか、または、前記ＮＤフィルターが前記挿入状態と前記離脱状態の間の移行期間中であるかを検知する機能を備えており、
前記ＮＤフィルターが移行期間の場合、前記絞りの絞り制御をスローシャッタ動作とすることを特徴とする。

これによりＮＤフィルターの移行期間を含めた位置を知ることができる、また、移行期間中やＮＤの挿入されているかによって、絞りなど他の装置の処理を変化させることができるようになる。

この動作を行うことにより、ＮＤフィルターの切り換え時の絞り動作を通常と変化させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、前記ＮＤフィルターが挿入状態であるか、前記ＮＤフィルターが外れている状態か、または前記ＮＤフィルターが移行期間中であるかを検知することができる。
また、検知した結果に応じて、移行期間中の不安定な時期に絞りの制御方法を変更することにより、不自然な画像を撮影することを防止できる。

（実施例１）
以下、各図を参照しながら、本発明実施形態１について説明する。

図１は、本発明の実施例である撮影システムの構成を示している。まず、光学系に入射した被写体からの光は固定レンズ群１０１、変倍を行うズームレンズ群（バリエータレンズ）１０２、を通して入ってきた光が、光量調節を行う為のフィルターとして一番目の濃度の薄いＮＤ１（１０３）と濃度の濃いＮＤ２（１０４）から構成されるＮＤフィルターを透過する。前記ＮＤフィルター（１０３，１０４）により、濃度によって一意的に決まった光量を落とし光量を調節している。また、後で説明するがＮＤ１（１０３）とＮＤ２（１０４）は同時に光軸に入る事は無い構成であり、図では模式的に書いた図である。そして、前記ＮＤフィルター（１０３，１０４）によって落とされた光がアイリス１０５に入り、メカ的な機構により光量を可変に調節して所望の光量にされる。光量調整された光は、固定されている第三レンズ群１０６、フォーカシングを行うフォーカスレンズ群（コンペンセータレンズ）１０７を通り、ＣＣＤ等の撮像素子１０８上で結像する。撮像素子では結像された光を電気信号に変更し、その電気信号が撮像処理手段１０９によってＡＧＣ（オートゲインコントロール）や色調整などを行った後、記録処理手段１１０に送られ映像信号が録画される。また、撮像処理手段１０９の映像信号をもとに光量検出装置１１５では、現在の映像信号が適正な光量なのかを計測し撮像素子に入る光の評価値として検波評価値信号をマイコン１１４に送る。

マイコン１１４では、光量検出装置１１５からのデータをもとに絞り制御を行う。絞り１０５にはメカ的な絞り量を計る絞り位置検出装置１１３があり、これによって現在の絞り量を電気的に検知することができる。また、この絞り量を変化させるための絞り駆動手段１１２があり、光量検出手段１１５で測定された検波評価値に応じて、マイコン１１４が最適な絞り量になる為の移動量を計算し、絞り駆動手段１１２に制御電圧をかける事によって絞りの形状を変えて絞り量を変化させ、絞り量を制御する。この動作を繰り返すことにより、最適な光量制御を行っている。

また、光量が多すぎて絞りでは絞りきれない場合や、小絞り動作になってしまう場合は、前記のＮＤ１，２を使用し、撮影者が不図のメカ的な機構とスイッチによって自由に光軸内に出し入れすることができるようになっている。これによって、大きく光量を落とすことができる。また、ＮＤ１，２（１０３，１０４）が挿入状態なのか、外れている状態なのか、その間の移行期間なのかを検知するＮＤ位置状態検出手段１１１があり、ＮＤの位置によって変化する電気的な信号をマイコン１１４が検知する。マイコンはこの情報を基に絞り制御を変更し、ＮＤの光量変化の多い抜き差し動作においても最適な光量になるような制御を行っている。

次に、先に述べたＮＤフィルターについて詳しく述べる。図１のＮＤ１（１０３），ＮＤ２（１０４）は図２に図示したような形状になっている。図２のＮＤフィルター支持材２０４によってＮＤ１（２０２）とＮＤ２（２０３）がはめ込まれておりこれが光束２０１に対して垂直に降りることでＮＤフィルターが挿入される。ＮＤフィルター支持材２０４の横にはＮＤの位置に関連したスリット２０５が明けられており、図１のＮＤ位置状態検出手段１１１に対応するフォトインターラプタユニット２０６を遮ることでＮＤの位置、状態を検出することができる。ただし、実際の装置では鏡筒のスペースの関係上、２枚に分割されている場合もあるが、ここではＮＤ位置検出装置を説明するために分かりやすい構成にした。このＮＤ位置検出方法は図３に詳しく述べる。３０１の状態がＮＤ１、２とも挿入されておらず、光束を遮るものが何もない状態である。このときフォトインターラプタ２０６は左端のみＯＮの状態となる。次に３０２はＮＤ１への移行状態であり、このときフォトインターラプタ２０６は全てＯＦＦの状態となる。次に３０３はＮＤ１が完全に挿入された状態であり、このときフォトインターラプタ３０３は真中のみＯＮの状態となる。

次に３０４はＮＤ１からＮＤ２への移行状態であり、このときフォトインターラプタ２０６は左はＯＦＦ、真中と右がＯＮの状態となる。次に３０５はＮＤ２が完全に挿入された状態であり、このときフォトインターラプタ２０６は右のみがＯＮの状態となる。今までのＮＤ位置検出結果を２進であらわすと、空、ＮＤ１への移行、ＮＤ１、ＮＤ２への移行、ＮＤ２の状態はそれぞれ１００、０００、０１０、０１１，００１のようになりそれぞれ独立したパターンで表すことができる。以上説明したような機構を設けることで、ＮＤの入っている状態ばかりでなく、移行期間についても検知することが可能である。

もちろん、ＮＤの入っていない状態、ＮＤ１が挿入されている状態、ＮＤ２が挿入されている状態は安定点であり、メカ的にロックされていてもいい。また、移行状態はバネなどの機構でその場所に安定されず、近隣の安定点に移るような機構を設けてあってもよい。

次に前記のＮＤフィルターが挿入される過程での光量変化がどう変化するかを説明する。

図４はＮＤ１からＮＤ２への移行するまでの光量変化をあらわした図である。

４０１がＮＤ１が入った状態で適正露出になるように絞りを調整された状態から、絞りを固定させた場合の光量の変化を時間ごとに見た図である。ＮＤ１がＯＦＦされＮＤ２への移行期間中は、図３でも示しているようにＮＤ保持材２０４が大きく光束を遮っている。そのため光量はＮＤ１挿入時よりも落ち、またその後のＮＤ２が完全に入った状態よりも落ちているのが分かる。また、図２のような絞り機構を使わず、２枚が分割されたものを使っても、同じように光量が落ちるか。もしくは、ＮＤ１、ＮＤ２を入れたものより光量がふえる場合もある。また、ＮＤなしの状態からＮＤを入れる場合も本質は同じで、ＮＤを出し入れする際に、ＮＤ１、ＮＤ２、空の状態、以外の光量変化が存在することになる。

ここでは説明の簡略化のために、ＮＤ１からＮＤ２への移行期間について考える。

今説明したように、４０１のように絞りを固定させない場合として、本特許を使用しない従来の絞り動作をＮＤ切り換え時にも通常動作させた場合を考える。その場合の光量変化を示したのが４０２になる。４０２では、始め急激に光量が暗くなるのに対応して絞りを開く方向に動作し、適正露出へ戻りだす動作をする。そのあと、ＮＤ保持材が抜けたことにより今度は、明るくなりすぎ、絞りを絞る方向に制御される。結果、暗、明の２回不適切な露出を経由して適正露出に落ち着く動作をする。そこで本発明のＮＤフィルターが移行期間中は絞りを固定する動作を行った図が４０３である。４０３では変化量は通常絞り動作４０２よりも大きく、多少適正露出になる時間がかかっているが、暗のみにしか行かない露出をとっている。また、本発明のＮＤフィルターが移行期間中は絞りをスローシャッタ動作を行った図が４０４である。４０４では変化量は通常絞り動作４０２と同等で、暗のみにしか行かない露出をとっている。

人間にとって暗明の２回の変化がある映像よりも、１回だけの暗を経るほうが見た目がよくなる効果があり、ＮＤ移行期間中の処理を行わない場合よりも見やすい映像になる。

今、説明した本発明の制御を図５のフローチャートを用いながら説明する。

図５は図４の４０４の絞り動作を行うためのフローチャートであり、図１のシステムのマイコン１１４内で動作する。まず、ＮＤ位置状態検出装置１１１からＮＤ位置検出動作Ｓ５０１を行う。そして、ＮＤ１、ＮＤ２の安定状態であるか、移行期間であるか判断する処理Ｓ５０２をおこなう。もし、ＮＤ１，ＮＤ２が完全に入った状態や両方とも抜けた状態であったら通常処理として現在のＮＤ位置情報として現在のＮＤ位置を記憶する処理Ｓ５０３を行う。そして、絞り制御モードを光量検出手段に基づく通常絞りモード動作Ｓ５０４で絞り制御を行う。また、先のＳ５０２の判断で移行状態であった場合は、先ほどのＳ５０３で保存された情報を用いて現在のＮＤ１移行期間の場所より、移行期間がどちらからの方向であるかを判別する処理Ｓ５０５を行う。これは、例えば図３の３０４の絞り状態においてＮＤ１⇒ＮＤ２と、ＮＤ２⇒ＮＤ１とでは、条件が異なるのでこれを判別するためである。このようにして、ＮＤフィルターの移行状態とその方向が判断されたところで、その状態と方向ごとにあらかじめ決まった駆動量係数と、間欠駆動量を設定する処理Ｓ５０６を行い。この２つの値を基にＳ５０８でスローシャッタモード動作を行う。まず、駆動量係数は、通常動作で１回に絞りが動くべき量を１とすると１以下の係数で、通常動作の動作電圧変化の何割で動かすかを決め反応敏感度量である。また絞りは１秒間に決められた光量検出を行いその回数だけ絞り制御を行う。しかしスローシャッタ動作では、この光検出ができない。もしくはその値を使わず絞り固定絞り制御を間にはさむことで絞りの動きを緩慢にする効果がある。これを間欠駆動動作とよんでいる。このときの何回おきに間欠駆動動作をはさむかを決めるのが間欠駆動量である。これによってスローシャッタ動作を行い絞りの動きを遅くしている。そして、この処理を終えたらまたＳ５０１の処理に戻る。ただし、説明したフローを繰り返す時は通常、図１の光量検出手段１１５が検出結果をもったときであり、撮像素子からの映像信号から出すので１秒間に何回撮像するかによって光量検出手段の出力頻度も変わる。例えば、ＮＴＳＣのビデオであれば通常はおよそ１秒間に６０回、映像を撮るので図５のフローも１秒間に６０回行うこととなる。これによって図４の４０４のようなNDフィルター変更時のみスローシャッタ動作を行うことができる
また、図４の４０３の絞り固定動作を行うための制御方法を図６を使いながら説明する。ただし、Ｓ６０１、Ｓ６０２，Ｓ６０３，Ｓ６０４は先に説明したＳ５０１，Ｓ５０２，Ｓ５０３，Ｓ５０４と同じ動作のため説明を省く。処理Ｓ６０２でＮＤ移行期間中と判断された場合、Ｓ６０６で絞りを現在の位置で絞りを固定する処理を行い、絞り固定モード動作で絞りを動作させる。そして、ＮＤ移行期間が過ぎた後はＳ６０４の通常絞りモード動作で適正露出にされる。これによって図４の４０３のようなＮＤフィルター変更時のみ固定絞り動作を行うことができる。

（実施例２）
以下、各図を参照しながら、本発明実施形態２について説明する。

図７は、本発明の実施例である撮影システムの構成を示している。この撮影しシステムは光学手段とその制御手段を含む光学レンズ７１７と前記光学レンズ７１７によって導かれた光を撮影する撮影装置７１８に点線で示されるように物理的に分かれている。この２つの部分が不図の電気的な接点をもって結合することでそれぞれレンズマイコン７１５とカメラマイコン７１１が通信しあい、お互いの情報を交換することで全体の撮影動作を可能としている。

まず、光学系に入射した被写体からの光は固定レンズ群７０１、変倍を行うズームレンズ群（バリエータレンズ）７０２、を通して入ってきた光が、光量調節を行う為のフィルターとして一番目の濃度の薄いＮＤ１（７０３）と濃度の濃いＮＤ２（７０４）から構成されるＮＤフィルターを透過する。前記ＮＤフィルター（７０３，７０４）により、濃度によって一意的に決まった光量を落とし光量を調節している。そして、前記ＮＤフィルターによって落とされた光がアイリス７０５に入り、メカ的な機構により光量を可変に調節することが出来、所望の光量に調節される。光量調整された光は、固定されている第三レンズ群７０６、フォーカシングを行うフォーカスレンズ群（コンペンセータレンズ）７０７を通り、撮像装置７１８側に内蔵されたＣＣＤ等の撮像素子７０８上で結像する。撮像素子では光を電気信号に変更されその電気信号が撮像処理手段７０９によってＡＧＣ（オートゲインコントロール）や色調整などを行った後、記録処理手段７１０に送られ映像信号が録画される。また、撮像処理手段７０９の映像信号をもとに光量検出装置７１６では、現在の映像信号が適正な光量なのかを計測し撮像素子に入る光の評価値として検波評価信号作成し。カメラマイコン７１１が光量検出手段７１６の検波評価値信号を定期的に検知する。カメラマイコン７１１は、他のレンズの制御情報と共にレンズマイコン７１５側に検波評価値を送信する。レンズマイコン７１５では、カメラマイコン７１１からのデータを基に絞り制御を行う。絞り７０５にはメカ的な絞り量を計る絞り位置検出装置７１３があり、これによって現在の絞りが通す光量変化を電気的に検知することができる。また、この絞り量を電気的に検知することができる。またこの絞り量を変化させるための絞り駆動手段７１３があり、光量検出手段７１６で測定された光量に応じて、レンズマイコン７１５が最適な絞り量になる為の移動量を計算し、絞り駆動手段７１３に制御電圧をかけることによって絞りの形状を変えて絞り量を変化させる。この動作を繰り返すことにより、最適な光量制御をおこなっている。

また、ＮＤフィルターの詳細な説明や、ＮＤ移行時の光量変化については、実施例１と同じであるので説明を省く。

実施例２の絞り制御を図５のフローチャートを用いながら説明する。

図８は図４の４０４の絞り動作を行うためのフローチャートであり、図７のシステムのレンズマイコン７１５内で動作する。まず、ＮＤ位置状態検出装置７１２からＮＤ位置検出Ｓ８０１を行う。そして、ＮＤ１、ＮＤ２の安定状態であるか、移行期間であるか判断する処理Ｓ８０２をおこなう。もし、ＮＤ１，ＮＤ２が完全に入った状態であったら通常処理として現在のＮＤ位置情報として現在のＮＤ位置を記憶する処理Ｓ８０３を行う。そして、絞り制御モードを光量検出手段に基づく通常絞りモード動作Ｓ８０４で絞り制御を行う。また、先のＳ８０２の判断で移行状態であった場合は、先ほどのＳ８０３で保存された情報を用いて現在のＮＤ１移行期間の場所より、移行期間がどちらからの方向であるかを判別するＳ８０５を行う。これは、例えば図３の３０４の絞り状態においてＮＤ１⇒ＮＤ２と、ＮＤ２⇒ＮＤ１とでは、条件が異なるのでこれを判別するためである。このようにして、ＮＤフィルターの移行状態とその方向が判断されたところで、その状態と方向ごとにあらかじめ決まった駆動量係数と、間欠駆動量を設定する処理Ｓ８０６を行い。この２つの値を基にＳ８０８でスローシャッタモード動作を行う。まず、駆動量係数は、通常動作で１回に絞りが動くべき量を１とすると１以下の係数で、通常動作の動作電圧変化の何割で動かすかを決定する反応敏感度量である。また絞りは１秒間に決められた光量検出を行いその回数だけ絞り制御を行う。しかしスローシャッタ動作では、この光検出ができない。もしくはその値を使わず絞り固定絞り制御を間にはさむことで絞りの動きを緩慢にする効果がある。これを間欠駆動動作と呼んでいる。このときの何回おきに間欠駆動動作をはさむかを決めるのが間欠駆動量である。これによってスローシャッタ動作を行い絞りの動きを遅くしている。そして、Ｓ８０７かＳ８０４の絞り動作を終了したら、レンズマイコンからカメラマイコン側に先の処理Ｓ８０１及びＳ８０５で分かったＮＤの状態をカメラマイコン側に送信する処理Ｓ８０８を行う。これによってカメラマイコン側では、光量検出の回数を減らしたりＡＧＣの特性を変えることもできるし、画像処理によって撮影された映像を加工することもできる。そして、またＳ８０１の処理に戻る。ただし、説明したフローを繰り返す時は通常、図１の光量検出手段１１５が検出結果をもったときであり、撮像素子からの映像信号から出すので１秒間に何回撮像するかによって光量検出手段の出力頻度も変わる。例えば、ＮＴＳＣのビデオであれば通常はおよそ１秒間に６０回、映像を撮るので図５のフローも１秒間に６０回行うこととなる。

本発明の実施形態１のシステム構成図。本発明の実施形態１のＮＤフィルター詳細図。本発明の実施形態１のＮＤの動きと検知方法の図。本発明の実施形態１のＮＤフィルターによる光量変化図。本発明の実施形態１の絞り動作フローチャート図１。本発明の実施形態１の絞り動作フローチャート図２。本発明の実施形態２のシステム構成図。本発明の実施形態２のフローチャート図。

Claims

撮像素子に向う光学系に入射した被写体からの光束の光量を調整する絞りと、前記撮像素子に向う前記光学系に入射した被写体からの光束の光量を調整するために前記光学系の光軸に対して挿脱されるＮＤフィルターと、前記ＮＤフィルターの状態を検知するＮＤ位置状態検出手段と、を有する光学機器であって、
前記ＮＤ位置状態検出手段は、前記ＮＤフィルターが挿入状態であるか、前記ＮＤフィルターが離脱状態であるか、または、前記ＮＤフィルターが前記挿入状態と前記離脱状態の間の移行期間中であるかを検知する機能を備えており、
前記ＮＤフィルターが前記移行期間の場合、前記絞りの絞り制御を固定することを特徴とする光学装置。
撮像素子に向う光学系に入射した被写体からの光束の光量を調整する絞りと、前記撮像素子に向う前記光学系に入射した被写体からの光束の光量を調整するために前記光学系の光軸に対して挿脱されるＮＤフィルターと、前記ＮＤフィルターの状態を検知するＮＤ位置状態検出手段と、を有する光学機器であって、
前記ＮＤ位置状態検出手段は、前記ＮＤフィルターが挿入状態であるか、前記ＮＤフィルターが離脱状態であるか、または、前記ＮＤフィルターが前記挿入状態と前記離脱状態の間の移行期間中であるかを検知する機能を備えており、
前記ＮＤフィルターが前記移行期間の場合、前記絞りの絞り制御をスローシャッタ動作とすることを特徴とする光学装置。
前記ＮＤフィルターは、第１のＮＤフィルターと、前記第１のＮＤフィルターよりも濃度が濃い第２のＮＤフィルターを備え、前記第１のＮＤフィルターと前記第２のＮＤフィルターは、前記光学系の光軸に対して離間している請求項１の光学装置。
請求項１乃至３の何れか一項に光学装置と、前記撮像素子を有する撮影装置とを有する撮影システム。