JP5348956B2

JP5348956B2 - 絞り制御機構および撮像装置

Info

Publication number: JP5348956B2
Application number: JP2008180321A
Authority: JP
Inventors: 秀行湯澤
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP2010020084A

Description

この発明は、絞り開口の開口径を調整する絞り制御機構および絞り開口を通過した光を撮像に用いる撮像装置に関する。

監視カメラなどに搭載され、監視カメラが備えた撮像素子側へ通過する光量を、撮影対象の輝度および撮像素子の感度などに合わせて調整する絞り機構を備えたレンズ装置がある。絞り機構を備えたレンズ装置は、撮影に際して、光が通過する絞り開口を備え、被写体の輝度が高くなるほど絞り開口の開口径が小さくなるように絞り開口を絞ることによって光量を調整する。

このようなレンズ装置においては、絞り開口がもっとも小さくなる極小絞りに近づくと光の回折現象によってレンズの解像度が低下し、モニター画面に表示される画像がボケてしまうことがある。この画像ボケは、レンズ装置を通過して撮像素子に入射する光の焦点が撮像素子に合っているにもかかわらず、撮像素子に入射した光を可視化するモニター画面に表示される画像がボケているいわゆる焦点ボケに起因して発生する。

従来、被写体のボケに対してフィルターの透過率が最小になるように透過率を変化させるようにした技術（たとえば、下記特許文献１を参照）や、制御コイルを廃止してホール素子の出力を帰還出力として用いた絞り制御をおこなうようにした技術（たとえば、下記特許文献２を参照）などがあった。

また、従来、回折現象が発生する位置の近傍であって回折現象が発生する前に絞り位置を固定するストッパーを設け、ストッパーによって機構的に絞り位置を固定することによって、回折現象の発生によるレンズの解像度の低下を防止するようにした技術があった。

特開平６−３３２０２７号公報特開平５−１８３８０４号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、絞り開口の開口径を調整にかかる構成以外に、透過率を変化させるための構成やホール素子の出力を帰還出力として用いるための構成、あるいは絞り位置を固定するストッパーを別途設ける必要があるため、部品点数が増加し、構成が複雑化するという問題があった。

また、回折現象が発生する絞り位置は、レンズの明るさやレンズ装置を構成する光学系の違いによって異なるため、絞り位置を固定するストッパーを設ける方法では、固定する絞り位置をレンズ装置ごとに変更しなくてはならず、レンズ装置の設計および組み立てが煩雑になるという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、部品点数を増加したり構成を複雑化することなく、焦点ボケの発生を防止することができる絞り制御機構、および、画像の明るさを良好に調整することができる撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる絞り制御機構は、全開状態と全閉状態との間で開口径が可変な絞り開口を備えた絞り装置に対して開放信号を出力し、当該開放信号の電圧レベルを調整することによって前記絞り開口の開口径の大きさを制御する絞り制御機構であって、映像信号に基づいて決定される前記絞り開口の開口径の大きさに対応して電圧レベルが増減する閉鎖信号を生成する閉鎖信号生成手段と、前記閉鎖信号生成手段が生成した閉鎖信号の電圧レベルに基づいて、当該閉鎖信号の電圧レベルに対応する大きさとなるように前記絞り開口の開口径を変化させる電圧レベルの開放信号を生成する開放信号生成手段と、前記開放信号生成手段が生成した開放信号を前記絞り装置に対して出力する出力手段と、を備え、前記閉鎖信号の電圧レベルが前記絞り装置において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には、前記開放信号生成手段が前記絞り開口の開口径を前記回折現象が発生しない開口径とする電圧レベルの開放信号を生成することにより、前記開口径が全閉状態とならずに最小になり、前記開放信号生成手段は、前記開口径が最小となる状態においては前記全開状態における閉鎖信号の電圧と等しい電圧レベルであって、前記閉鎖信号の電圧レベルの増減方向とは反転した方向に電圧レベルが増減する開放信号を生成することを特徴とする。
また、この発明にかかる絞り制御機構は、上記の発明において、前記全閉状態と前記開口径が最小となる状態との間における開放信号の電圧レベルが一定になり、前記全閉状態と前記開口径が最小となる状態との間における閉鎖信号の電圧レベルが変化することを特徴とする。
また、この発明にかかる絞り制御機構は、上記の発明において、前記開放信号生成手段は、前記開口径が最小となる状態と前記全開状態との間における電圧レベルの変化量が、前記全閉状態と前記全開状態との間における前記閉鎖信号の電圧レベルの変化量と等しくなる開放信号を生成することを特徴とする。
また、この発明にかかる撮像装置は、上記の発明にかかる絞り制御機構と、前記絞り装置を通過した光が入射する撮像素子と、を備えたことを特徴とする。
また、この発明にかかる絞り制御機構は、全開状態と全閉状態との間で開口径が可変な絞り開口を備えた絞り装置に対して開放信号を出力することによって前記絞り開口の開口径の大きさを制御する絞り制御機構であって、映像信号に基づいて決定される前記絞り開口の開口径の大きさに対応して電圧レベルが増減する閉鎖信号を生成する閉鎖信号生成手段と、前記閉鎖信号生成手段が生成した閉鎖信号の電圧レベルに基づいて、前記閉鎖信号生成手段が生成した閉鎖信号の電圧レベルに基づいて、当該閉鎖信号の電圧レベルに対応する大きさとなるように前記絞り開口の開口径を変化させる電圧レベルの開放信号を生成する開放信号生成手段と、前記開放信号生成手段が生成した開放信号を前記絞り装置に対して出力する出力手段と、を備え、前記開放信号生成手段は、前記閉鎖信号の電圧レベルが前記絞り装置において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には、前記絞り開口の開口径を前記回折現象が発生しない開口径とする電圧レベルの開放信号を生成することを特徴とする。この発明によれば、絞り開口の開口径を、回折現象が発生しない範囲内に電気的に固定することができる。

また、この発明にかかる絞り制御機構は、上記の発明において、前記開放信号生成手段が、前記閉鎖信号の電圧レベルが前記絞り装置において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には、前記絞り開口の開口径を前記回折現象が発生する直前の開口径とする電圧レベルの開放信号を生成することを特徴とする。この発明によれば、絞り開口の最小開口径を回折現象が発生する直前の開口径とし、絞り開口の開口径を回折現象が発生しない範囲全体にわたって開閉することができるので、絞り装置を最大限活用することができる。

また、この発明にかかる絞り制御機構は、上記の発明において、前記開放信号生成手段が、前記全開状態においては前記全閉状態における閉鎖信号の電圧レベルと等しく、前記開口径が最小となる状態においては前記全開状態における閉鎖信号の電圧レベルと等しい電圧レベルであって、前記閉鎖信号の電圧レベルの増減方向とは反転した方向に電圧レベルが増減する開放信号を生成することを特徴とする。この発明によれば、閉鎖信号の増減方向を反転させることによって開放信号を生成することができる。

また、この発明にかかる絞り制御機構は、上記の発明において、前記開放信号生成手段が、前記開口径が最小となる状態と前記全開状態との間における電圧レベルの変化量が、前記全閉状態と前記全開状態との間における前記閉鎖信号の電圧レベルの変化量と等しくなる開放信号を生成することを特徴とする。

この発明によれば、開放電圧の電圧レベルが一定の変化量変化する範囲を変更し、閉鎖電圧の電圧レベルに対する開放電圧の電圧レベルを調整することによって絞り開口の最小開口径を回折現象が発生する直前の開口径とすることができる。

また、この発明にかかる絞り制御機構は、上記の発明において、前記閉鎖信号の電圧レベルが前記絞り装置において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合に、前記絞り装置を通過した光が入射する撮像素子が出力する画像信号のゲインコントロールをおこなうゲインコントロール手段を備えることを特徴とする。この発明によれば、絞り開口の開口径の調整では回折現象が発生する範囲において確実にゲインコントロールをおこなうことができる。

また、この発明にかかる絞り制御機構は、上記の発明において、所定の入力操作を受け付けた場合に前記絞り装置を通過した光が入射する撮像素子が出力する画像信号のゲインコントロールをおこなうゲインコントロール手段を備え、前記出力手段は、前記閉鎖信号生成手段が生成した閉鎖信号を出力することを特徴とする。

この発明によれば、閉鎖信号の電圧レベルから絞り開口の開口径が回折現象が発生する開口径に到達したか否かを調整作業者が判断し、絞り開口の開口径の調整では回折現象が発生する範囲においては調整作業者が手動でゲインコントロールをおこなうことができる。

また、この発明にかかる撮像装置は、全開状態と全閉状態との間で開口径が可変な絞り開口を備えた絞り装置を通過した光が入射する撮像素子と、映像信号に基づいて決定される前記絞り開口の開口径の大きさに対応して電圧レベルが増減する閉鎖信号を生成する閉鎖信号生成手段と、前記閉鎖信号生成手段が生成した閉鎖信号の電圧レベルに基づいて、当該閉鎖信号の電圧レベルに対応する大きさとなるように前記絞り開口の開口径を変化させ、前記閉鎖信号の電圧レベルが前記絞り装置において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には前記絞り開口の開口径を前記回折現象が発生しない開口径とする電圧レベルの開放信号を生成する開放信号生成手段と、前記閉鎖信号の電圧レベルが前記絞り装置において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合に、前記撮像素子が出力する画像信号のゲインコントロールをおこなうゲインコントロール手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、絞り開口の開口径を回折現象が発生しない範囲内に電気的に固定するとともに、絞り開口の開口径の調整では回折現象が発生する範囲においてはゲインコントロールをおこなうことによって光量調整をおこなうことができる。

本発明にかかる絞り制御機構および撮像装置によれば、絞り開口の開口径を回折現象が発生しない範囲内に電気的に固定することができるので、絞り開口の開口径を固定するストッパーなどを設けることなく、回折現象が発生しない範囲内で絞り開口の開口径を調整することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる絞り制御機構および撮像装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、この発明にかかる絞り制御機構の概要を説明する。図１は、この発明にかかる絞り制御機構の概要を示す説明図である。図１において、この発明にかかる絞り制御機構１００は、レンズ装置１０１が備える絞り装置１０２を制御対象とする。レンズ装置１０１は、光軸上に配列された複数のレンズ（レンズ群）１０３を備えている。

絞り装置１０２は、光軸上において複数のレンズ（レンズ群）１０３どうしの間の任意の位置に配置されており、対物側から入射した光を接眼側へ通過する。絞り装置１０２は、接眼側へ通過光の量を調整する機構であり、複数の絞り羽根によって形成される絞り開口１０４を備えている。絞り開口１０４は、たとえば図示を省略する複数の絞り羽根を移動させることによって、開口径の調整（開閉）が可能とされている。

絞り制御機構１００は、絞り装置１０２における絞り羽根を駆動するアイリスメーター１０５を備えている。アイリスメーター１０５は、マグネットおよびコイル（図２における符号２１０を参照）を備えており、コイルへの通電によりマグネットを回転させることによって絞り開口１０４を開閉する。絞り装置１０２は公知の技術を用いて容易に実現可能であるため、絞り装置１０２についての説明は省略する。アイリスメーター１０５は、ドライバー１０６から駆動信号が入力された場合に、コイルへの通電をおこない、マグネットを回転させる。

ドライバー１０６は、オートアイリス変換制御回路１０７によってアイリスメーター１０５を駆動するソフトウエアであって、オートアイリス変換制御回路１０７から出力された制御信号をアイリスメーター１０５に認識可能な駆動信号に変換し、変換した駆動信号をアイリスメーター１０５に出力する。ドライバー１０６は、ソフトウエアによって実現してもよいし、専用の回路によって実現してもよい。

また、アイリスメーター１０５はホールセンサ（ホール素子）１０８を備えている。ホールセンサ１０８は絞り制御機構１００が備えていてもよく、ホールセンサ１０８付絞り制御機構として絞り装置１０２が備えていてもよい。ホールセンサ１０８は、ホール効果（ＨａｌｌＥｆｆｅｃｔ）と称される電流に対する磁気効果を利用した磁気センサであって、通電されることによって発生する磁界を電気（電圧）信号に変換して出力する。

ホールセンサ１０８の出力（電圧レベル）は、アイリスメーター１０５におけるマグネットの回転によって発生する磁束の密度の変化にともなって変化する。すなわち、ホールセンサ１０８の出力（電圧レベル）は、絞り装置１０２における絞り開口１０４の開口径に応じて変化する。

オートアイリス変換制御回路１０７は、被写体の明るさの変化に対応して絞り開口１０４を通過する光量を調整するための回路であって、絞り開口１０４の開口径を制御する制御信号をドライバー１０６に出力する。オートアイリス変換制御回路１０７によって光量を調整することによって、映像が真っ白になったり、映像が真っ黒になって視認不可能な状態となることを防止することができる。

図示を省略するが、絞り制御機構１００は、ホールセンサ１０８からの出力を利得調整（ホールセンサ１０８からの出力のゲインコントロール）をおこなうゲインコントロール回路（図５における符号５０４を参照）を備えている。ホールセンサ１０８からの出力のゲインコントロールは、ゲインコントロール回路に代えて、ソフトウエアによっておこなってもよい。

オートアイリス変換制御回路１０７は、ゲインコントロールされたホールセンサ１０８からの出力値を用いて、絞り開口１０４の開口径（絞り位置）を判断し、判断した絞り位置を示す絞り位置信号を出力する。オートアイリス変換制御回路１０７は、たとえば図示を省略するオートアイリス調整用の装置に対して、絞り開口１０４の開口径をあらわす絞り位置信号を出力する。

オートアイリス調整用の装置は、たとえば撮像素子や、撮像素子に入射した光の強度に応じた電気信号を画像信号として当該画像信号にしたがった画像を表示するディスプレイなどを備えている。撮像素子は、入射した光の強度に応じた電気信号を出力する光電変換素子（固体撮像素子）であって、たとえばＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどのフォトダイオードによって実現することができる。

撮像素子は、リニアイメージセンサ（一次元イメージセンサ）であってもよく、エリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）であってもよい。リニアイメージセンサ（一次元イメージセンサ）は、フォトダイオードを一直線上に一列に配列することによって構成され、静止画を撮影対象とする場合に好適に用いられる。エリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）は、フォトダイオードを二次元に配列することによって構成され、静止画に加えて動画を撮影対象とする場合にも好適に用いることができる。

オートアイリス調整用の装置は、絞り制御機構１００を備えていてもよい。すなわち、絞り制御機構１００はオートアイリス調整用の装置の一部をなすものであってもよい。

つぎに、この発明にかかる絞り制御機構１００の回路構成について説明する。図２は、この発明にかかる絞り制御機構１００の回路構成を示す説明図である。図２において、アイリスメーター１０５は、ホールセンサ１０８およびコイル２１０によって構成されている。コイル２１０はマグネットの近傍に配置されている。ホールセンサ１０８は、マグネットの回転による磁束密度の変化を検出可能な位置に配置されている。

絞り制御機構１００は、ホールセンサ１０８に電流を印加する回路２０１を備えている。回路２０１には可変抵抗２０２が接続されており、可変抵抗２０２における抵抗値を変化させることによってホールセンサ１０８に印加する電流値を調整することができる。電流は、電極Ｂ＋、Ｂ−間に印加する。電極Ｂ＋、Ｂ−間に電流を印加することによって端子ｈ＋、ｈ−間に電位差が発生する。ホールセンサ１０８は、端子ｈ＋、ｈ−間の電位差を検出した出力値として出力する。各端子ｈ＋、ｈ−からの出力値は、各々増幅されて出力される。

また、絞り制御機構１００は、可変抵抗２０３を備えている。絞り制御機構１００は、各端子ｈ＋、ｈ−からの出力値の差分にしたがって可変抵抗２０３における抵抗値を変化させることによって、ホールセンサ１０８が出力する電圧レベルが所定範囲内におさまるようにホールセンサ１０８が出力する電圧レベルを調整（オフセット）する。可変抵抗２０３は、ホールセンサ１０８ごとの出力値のばらつきなどを補正する。

この実施の形態においては、絞り開口１０４の開口径が最小となる状態でホールセンサ１０８が出力する電圧レベルが全開状態における閉鎖信号の電圧レベル（以下「開放端電圧」という）と等しくなり、全開状態においてホールセンサ１０８が出力する電圧レベルが全閉状態における閉鎖信号の電圧レベル（以下「閉端電圧」という）と等しくなり、かつ、全閉状態と全開状態との間においては全閉状態から全開状態への変化にともなって電圧レベルが直線的に減少するように、各ホールセンサ１０８の出力値を調整（オフセット）する。

つぎに、ホールセンサ１０８の出力値の調整（オフセット）方法について説明する。図３は、ホールセンサ１０８の出力値の調整方法を示す説明図である。図３において、符号３００は、調整（オフセット）後のホールセンサ１０８の出力値を示している。直線３００の全開側の端部においてホールセンサ１０８が出力する電圧レベルは、閉端電圧と等しくなっている。

直線３００の全閉側の端部においてホールセンサ１０８が出力する電圧レベルは、開放端電圧と等しくなっている。直線３００は、全閉状態と全開状態との間において、全閉状態から全開状態に変化するにともなって電圧レベルが直線的に減少する傾きとなっている。

実際のホールセンサ１０８の出力値は、符号３０１、３０２で示す直線のように、全閉状態における出力値や全開状態における出力値が、基準となる直線３００に対してずれを生じている。また、全閉状態における出力値や全開状態における出力値が基準となる直線３００に対してずれていることから、全閉状態と全開状態との間における傾きが、基準となる直線３００に対してずれを生じている。絞り制御機構１００は、このずれを可変抵抗２０３における抵抗値を変化させることによって基準となる傾きに変換し、直線３００に重複するように調整（オフセット）する。

つぎに、従来の絞り制御における閉鎖信号の電圧レベルおよび開放信号の電圧レベルの変化について説明する。図４は、従来の絞り制御における閉鎖信号の電圧レベルおよび開放信号の電圧レベルの変化を示す説明図である。図４において、閉鎖信号の電圧レベルは、開放端電圧と閉端電圧との間で変化する。閉鎖信号の電圧レベルは、全閉状態から全開状態への変化にともなって直線的に増加する。開放信号の電圧レベルの変化量は、閉鎖信号の電圧レベルの変化量に対して１対１に対応している。

全閉状態における閉鎖信号の電圧レベルを０、開放端電圧の電圧レベルを１とした場合、全閉状態における開放信号の電圧レベルは１となり、全開状態における開放信号の電圧レベルは０となる。開放信号の電圧レベルは、閉鎖信号の電圧レベルの増減方向とは反対方向に増減する。開放信号の電圧レベルは、全閉状態から全開状態に変化するほど減少するように変化する。

つぎに、この発明にかかる実施の形態の絞り制御機構１００の機能的構成について説明する。図５は、この発明にかかる実施の形態の絞り制御機構１００の機能的構成を示すブロック図である。図５において、絞り制御機構１００は、入力部５０１と、閉鎖信号生成部５０２と、開放信号生成部５０３と、ゲインコントロール部５０４と、出力部５０５と、を備えている。

入力部５０１は、開口径調整用の映像信号の入力を受け付ける。開口径調整用の映像信号は、たとえばオートアイリス調整用の装置から入力される。開口径調整用の映像信号は、当該映像信号にしたがってディスプレイなどに表示する画像の明るさをあらわす情報を含んでいる。

開口径調整用の映像信号は、絞り装置１０２を通過して撮像素子に入射した光を光電変換することによって表示可能な画像の明るさをあらわす情報を含んでいてもよい。開口径調整用の映像信号は、もっとも明るい画像の明るさと、もっとも暗い画像の明るさをあらわす情報を含んでいる。

閉鎖信号生成部５０２は、開口径調整用の映像信号が、オートアイリス調整用の装置から入力された場合に、閉鎖信号を生成する。閉鎖信号生成部５０２は、映像信号（Ｖｉｄｅｏ信号）に基づいて決定される絞り開口１０４の開口径の大きさに対応して電圧レベルが増減する閉鎖信号を生成する。閉鎖信号生成部５０２は、絞り開口１０４の開口径が小さくなるほど電圧レベルが小さく、絞り開口１０４の開口径が大きくなるほど電圧レベルが大きくなるように、電圧レベルが直線的に増減する閉鎖信号を生成する。

具体的には、閉鎖信号生成部５０２は、たとえばディスプレイに明るい画像を表示するための映像信号である場合は電圧レベルの高い閉鎖信号を生成し、ディスプレイに暗い画像を表示するための映像信号である場合は電圧レベルの低い閉鎖信号を生成する。もっとも明るい画像を表示するための映像信号にしたがって生成した閉鎖信号の電圧レベルを１とした場合、もっとも暗い画像を表示するための映像信号にしたがって生成した閉鎖信号の電圧レベルは０となる。

開放信号生成部５０３は、閉鎖信号生成部５０２が生成した閉鎖信号の電圧レベルに基づいて、当該閉鎖信号の電圧レベルに対応する大きさとなるように絞り開口１０４の開口径を変化させる開放信号を生成する。開放信号生成部５０３は、絞り開口１０４の開口径をあらわすオフセット後のホールセンサ１０８からの出力値が、閉鎖信号の電圧レベルに対応する大きさとなるような電圧レベルの開放信号を生成する。

また、開放信号生成部５０３は、閉鎖信号の電圧レベルが絞り装置１０２において回折現象が発生する直前の開口径（極小絞り位置）に対応する電圧レベルである場合には、絞り開口１０４の開口径を回折現象が発生しない開口径とする電圧レベルの開放信号を生成する。回折現象が発生する絞り開口１０４の開口径は、絞り装置１０２よりも対物側に設けられたレンズの口径や種類などに応じて異なる。

この実施の形態においては、たとえば実験などによる検証によって、回折現象が発生する絞り開口１０４の開口径をあらかじめ測定しておく。回折現象が発生したか否かは、絞り装置１０２を通過後に撮像素子に入射した光にしたがって出力される信号の出力レベルが、回折現象が発生するあらかじめ決められた出力レベルになったか否かをもって判断することができる。

また、開放信号生成部５０３は、閉鎖信号の電圧レベルが絞り装置１０２において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には、絞り開口１０４の開口径を回折現象が発生する直前の開口径（極小絞り位置）とする電圧レベルの開放信号を生成する。これによって、絞り開口１０４の開口径を回折現象が発生する開口径よりも小さくすることなく、限界まで絞り装置１０１によって光量の調整をおこなうことができる。

また、開放信号生成部５０３は、全開状態においては全閉状態における閉鎖信号の電圧レベルと等しく、開口径が最小となる状態においては開放端電圧と等しい電圧レベルであって、閉鎖信号の電圧レベルの増減方向とは反転した方向に電圧レベルが増減する開放信号を生成する。

具体的には、開放信号生成部５０３は、たとえば開放端電圧を１とし閉端電圧を０とした場合に、絞り開口１０４が極小絞り位置となる状態においては開放端電圧と等しく１を示す電圧レベルの開放信号を生成し、全開状態においては閉端電圧と等しく０を示す電圧レベルの開放信号を生成する。

また、開放信号生成部５０３は、極小絞り位置となる状態と全開状態との間における電圧レベルの変化量が、全閉状態と全開状態との間における閉鎖信号の電圧レベルの変化量と等しくなる開放信号を生成する。すなわち、開放信号の電圧レベルは、開口径が最小となる状態と全開状態との間において、全閉状態と全開状態との間における閉鎖信号の電圧レベルの変化量と同じ分変化する。

ゲインコントロール部５０４は、閉鎖信号の電圧レベルが、絞り開口１０４が極小絞り位置となる電圧レベルである場合に、絞り装置１０２を通過した光が入射する撮像素子が出力する画像信号のゲインコントロールをおこなう。ゲインコントロール部５０４がゲインコントロールをおこなっている間は、絞り開口１０４の開口径は一定とされる。これによって極小絞り付近では、ゲインコントロール部５０４によって電気的に光量の調整がおこなわれる。

また、ゲインコントロール部５０４は、所定の入力操作を受け付けた場合に絞り装置１０２を通過した光が入射する撮像素子が出力する画像信号のゲインコントロールをおこなうようにしてもよい。この場合、ゲインコントロール部５０４は、閉鎖信号の電圧レベルが回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルとなり、かつ、所定の入力操作があった場合にゲインコントロールをおこなう。

これによって、操作者が明確な意図をもって指示をおこなった場合に、ゲインコントロール部５０４による電気的な光量の調整をおこなうことができる。ゲインコントロール部５０４によるゲインコントロールについては公知の各種の技術を用いて容易に実現可能であるため説明を省略する。

つぎに、この発明にかかる実施の形態の閉鎖信号の電圧レベルおよび開放信号の電圧レベルの変化について説明する。図６および図７は、この発明にかかる実施の形態の閉鎖信号の電圧レベルおよび開放信号の電圧レベルの変化について説明する説明図である。図６および図７において、符号６０１は、絞り開口１０４の開口径が、絞り装置１０２において回折現象が発生する開口径となる位置（回折現象発生基準レベル）を示している。図７において、符号７０１は、絞り開口１０４が完全に閉鎖する全閉状態となる位置を示している。

この実施の形態においては、図７において符号７０２で示した区間、すなわち閉鎖信号の電圧レベルが０となる位置から絞り装置１０２において極小絞り位置となるまでの間（以下、「不感帯域」という）、開放信号の電圧レベルは、絞り開口１０４の開口径を回折現象が発生しない開口径とする電圧レベルとなる。閉鎖信号の電圧レベルが不感帯域７０２にある間、極小絞り位置となる電圧レベルとされる。

閉鎖信号の電圧レベルが、絞り装置１０２において極小絞り位置となる位置から全開状態となる位置までの間、開放信号は、極小絞り位置となる状態と全開状態との間における電圧レベルの変化量が、全閉状態と全開状態との間における閉鎖信号の電圧レベルの変化量と等しくなるように生成される。すなわち、開放信号は、絞り装置１０２において極小絞り位置から全開状態となるまでの間に、電圧レベル１から電圧レベル０まで直線的に減少する。これにより、開放信号の電圧レベルは、極小絞りとなる状態と全開状態との間において、全閉状態と全開状態との間における閉鎖信号の電圧レベルの変化量の同じ分変化する。

従来の絞り制御機構１００における開放信号が、全閉状態と全開状態との間における閉鎖信号の電圧レベルの増減と反対方向に増減していたことに対して、この実施の形態においては電圧レベルが変化する範囲が不感帯域７０２の分だけ短くなっている。開放信号の電圧レベルが変化する範囲は、電気的に調整制御することができる。

このように、開放信号の電圧レベルが変化する範囲を変えて、閉鎖信号の電圧レベルに対する開放信号の電圧レベルの比を調整することによって回折現象が発生しない範囲内で絞り開口１０４の開口径を調整することができる。出力部５０５は、開放信号生成部５０３が生成した開放信号を絞り装置１０２に対して出力する。

図８および図９は、波形モニターに表示された信号の一例を示す説明図である。図８においては、絞り装置１０２における絞り開口１０４の開度調整に際して用いる波形モニターに表示された信号のうち、絞り装置１０２において回折現象が発生する直前の開口径となる状態において波形モニターに表示される信号を示している。図９においては、絞り装置１０２における絞り開口１０４の開度調整に際して用いる波形モニターに表示された信号のうち、全開状態において波形モニターに表示される信号を示している。

絞り装置１０２における絞り開口１０４の開度調整は、図８および図９に例示されるような波形モニターを観察しながら、あらかじめ決められた出力レベルにおいて開放信号の電圧レベルが１となるように、ホールセンサ１０８からの出力値を調整する。具体的には、図８および図９において符号８０１で示した範囲が、絞り開口１０４の全開閉範囲となるように調整をおこなう。

つぎに、絞り装置１０２において極小絞りとなる場合のゲインコントロールについて説明する。ゲインコントロールは、上述した絞り開口１０４の開度調整後におこなう。図１０は、極小絞り時のゲインコントロール機能の起動にかかる手順を含む処理手順を示すフローチャートである。

図１０において、まず、画像処理に用いる映像信号のゲインコントロール値を初期値に設定し（ステップＳ１００１）、閉端フラグに２を設定する（ステップＳ１００２）。閉端フラグは、たとえばオートアイリス変換制御回路１０７におけるメモリに設けられており、０、１または２のいずれか一つのフラグを適宜書き換え自在に設定することが可能とされている。ステップＳ１００２の処理をおこなうことによって、ハンチングや不安定時でゲインコントロールのバタツキを抑えるヒステリシスを設けることができる。

つぎに、絞り開口１０４の位置が閉鎖側の端部（極小絞り位置）にあるか否かを判断する（ステップＳ１００３）。ステップＳ１００３においては、ホールセンサ１０８からの出力値に基づいて絞り開口１０４の位置が閉鎖側の端部、すなわち絞り装置１０２において回折現象が発生する直前の開口径（極小絞り）となる位置にあるか否かを判断する。閉鎖側の端部にない場合（ステップＳ１００３：Ｎｏ）は、ステップＳ１００５に移行する。

ステップＳ１００３において、絞り開口１０４の位置が閉鎖側の端部にある場合（ステップＳ１００３：Ｙｅｓ）は、現在設定されている閉端フラグから１を減算する（ステップＳ１００４）。その後、所定時間待機する（ステップＳ１００５）。この実施の形態においては、ステップＳ１００５において１６．７ｍｓ待機する。あるいはステップＳ１００５において２０．０ｍｓ待機してもよい。

その後、再び、絞り開口１０４の位置が閉鎖側の端部にあるか否かを判断する（ステップＳ１００６）。閉鎖側の端部にない場合（ステップＳ１００６：Ｎｏ）は、ステップＳ１００８に移行する。絞り開口１０４の位置が閉鎖側の端部にある場合（ステップＳ１００６：Ｙｅｓ）は、現在設定されている閉端フラグから１を減算する（ステップＳ１００７）。

つぎに、閉端フラグに０が設定されているか否かを判断する（ステップＳ１００８）。閉端フラグに０が設定されている場合（ステップＳ１００８：Ｙｅｓ）は、画像処理映像信号のゲインコントロール機能をＯＮ状態とする（ステップＳ１００９）。閉端フラグに０が設定されていない場合（ステップＳ１００８：Ｎｏ）は、閉端フラグに２が設定されているか否かを判断する（ステップＳ１０１０）。

ステップＳ１０１０において、閉端フラグに２が設定されていない場合（ステップＳ１０１０：Ｎｏ）は、ステップＳ１００２へ戻る。閉端フラグに２が設定されている場合（ステップＳ１０１０：Ｙｅｓ）は、画像処理に用いる映像信号のゲインコントロール値を初期値に設定し（ステップＳ１０１１）、ステップＳ１００２へ戻る。

上述したように、この実施の形態によれば、全開状態と全閉状態との間で開口径が可変な絞り開口１０４を備えた絞り装置１０２に対して開放信号を出力し、当該開放信号の電圧レベルを調整することによって絞り開口１０４の開口径の大きさを制御する絞り制御機構１００であって、映像信号に基づいて決定される絞り開口１０４の開口径の大きさに対応して電圧レベルが増減する閉鎖信号を生成する閉鎖信号生成部５０２と、閉鎖信号生成部５０２が生成した閉鎖信号の電圧レベルに基づいて、当該閉鎖信号の電圧レベルに対応する大きさとなるように絞り開口１０４の開口径を変化させる電圧レベルの開放信号を生成する開放信号生成部５０３と、開放信号生成部５０３が生成した開放信号を絞り装置１０２に対して出力する出力部５０５と、を備え、開放信号生成部５０３は、閉鎖信号の電圧レベルが絞り装置１０２において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には、絞り開口１０４の開口径を回折現象が発生しない開口径とする電圧レベルの開放信号を生成することを特徴とするため、絞り開口１０４の開口径を固定するストッパーなどを設けることなく、回折現象が発生しない範囲内で絞り開口１０４の開口径を調整することができる。これによって、部品点数を増加したり構成を複雑化することなく、焦点ボケの発生を防止することができる。

また、この実施の形態によれば、開放信号生成部５０３が、閉鎖信号の電圧レベルが絞り装置１０２において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には、絞り開口１０４の開口径を回折現象が発生する直前の開口径とする電圧レベルの開放信号を生成することを特徴とするため、絞り開口１０４の開口径を固定するストッパーなどを設けることなく、絞り開口１０４の最小開口径を回折現象が発生する直前の開口径とすることができる。これによって、部品点数を増加したり構成を複雑化することなく、かつ、光学的な解像度を低下させることなく、焦点ボケの発生を防止することができる。

また、この実施の形態によれば、開放信号生成部５０３が、全開状態においては閉端電圧と等しく、開口径が最小となる状態においては開放端電圧と等しい電圧レベルであって、閉鎖信号の電圧レベルの増減方向とは反転した方向に電圧レベルが増減する開放信号を生成することを特徴とするため、閉鎖信号の増減方向を反転させることによって開放信号を生成することができる。これによって、映像信号における明／暗によって絞り開口１０４の開口径を調整することができ、開放信号の生成を容易化することができる。

また、この実施の形態によれば、開放信号生成部５０３が、開口径が最小となる状態と全開状態との間における電圧レベルの変化量が、全閉状態と全開状態との間における閉鎖信号の電圧レベルの変化量と等しくなる開放信号を生成することを特徴とするため、開放信号の電圧レベルが一定の変化量変化する範囲を変更し、閉鎖信号の電圧レベルに対する開放信号の電圧レベルを調整することによって絞り開口１０４の最小開口径を回折現象が発生する直前の開口径とすることができる。これによって、部品点数を増加したり構成を複雑化することなく、かつ、光学的な解像度を低下させることなく、焦点ボケの発生を防止することができる。

また、この実施の形態によれば、閉鎖信号の電圧レベルが絞り装置１０２において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合に、絞り装置１０２を通過した光が入射する撮像素子が出力する画像信号のゲインコントロールをおこなうゲインコントロール部５０４を備えることを特徴とするため、絞り開口１０４の開口径の調整では回折現象が発生する範囲において確実にゲインコントロールをおこなうことができる。これによって、焦点ボケの発生を確実に防止することができる。

また、この実施の形態において、所定の入力操作を受け付けた場合に絞り装置１０２を通過した光が入射する撮像素子が出力する画像信号のゲインコントロールをおこなうゲインコントロール部５０４とした場合、閉鎖信号の電圧レベルから絞り開口１０４の開口径が回折現象が発生する開口径に到達したか否かを調整作業者が判断し、絞り開口１０４の開口径の調整では回折現象が発生する範囲においては調整作業者が手動でゲインコントロールをおこなうことができる。これによって、回折現象が発生したか否かを調整作業者すなわち画像の視認者が判断してゲインコントロールをおこなうことができるので、過剰なゲインコントロールをおこなうことなく、画像の視認者が不具合と認識する焦点ボケの発生を防止することができる。

上述した実施の形態においては、絞り開口１０４の開口径と閉鎖信号の電圧レベルとの関係の調整に際してオートアイリス調整用の装置を用いるようにしたが、これに限るものではなく、オートアイリス調整用の回路を用いて上記の映像信号を出力するようにしてもよい。この場合、たとえば撮像素子を備え、撮像素子に入射した光の強度に応じた電気信号を画像信号として、当該画像信号にしたがった画像（撮像した画像）を表示するディスプレイなどを備えたデジタルカメラなどの撮像装置とすることができる。

すなわち、この発明によれば、全開状態と全閉状態との間で開口径が可変な絞り開口１０４を備えた絞り装置１０２を通過した光が入射する撮像素子と、映像信号に基づいて決定される絞り開口１０４の開口径の大きさに対応して電圧レベルが増減する閉鎖信号を生成する閉鎖信号生成部５０２と、閉鎖信号生成部５０２が生成した閉鎖信号の電圧レベルに基づいて、当該閉鎖信号の電圧レベルに対応する大きさとなるように絞り開口１０４の開口径を変化させ、閉鎖信号の電圧レベルが絞り装置１０２において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には絞り開口１０４の開口径を回折現象が発生しない開口径とする電圧レベルの開放信号を生成する開放信号生成部５０３と、閉鎖信号の電圧レベルが絞り装置１０２において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合に、撮像素子が出力する画像信号のゲインコントロールをおこなうゲインコントロール部５０４と、を備えたことを特徴とする撮像装置とすることができる。

この発明によれば、絞り開口１０４の開口径を固定するストッパーなどを設けることなく回折現象が発生しない範囲内で絞り開口１０４の開口径を調整するとともに、絞り開口１０４の開口径の調整では回折現象が発生する範囲においてはゲインコントロールをおこなうことによって焦点ボケの発生を防止することができる。これによって、絞り開口１０４の開口径のみに依存することなく画像の明るさを良好に調整することができる。

また、絞りを制御させる映像信号出力を持たないカメラなどの撮像装置においては、直接絞りをコントロールする端子を撮像装置に設け、レンズ装置１０１（絞り装置１０２）側では、絞りを直接コントロールするか否かを切り替える切り替えスイッチをレンズ装置１０１に設け、切り替えスイッチの切り替えによって上記と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、この発明にかかる実施の形態の絞り制御機構１００および撮像装置によれば、絞り開口１０４の開口径を回折現象が発生しない範囲内に電気的に固定することができるので、絞り開口１０４の開口径を固定するストッパーなどを設けることなく、回折現象が発生しない範囲内で絞り開口１０４の開口径を調整することができるという効果を奏する。これによって、部品点数を増加したり構成を複雑化することなく、焦点ボケの発生を防止することができる。

以上のように、この発明にかかる絞り制御機構および撮像装置は、絞り開口の開口径を調整することによって光量を調整する絞り装置を備えたレンズ装置や撮像装置に有用であり、特に、回折現象の発生を防止しつつ光量の調整が必要となるレンズ装置や撮像装置に適している。

この発明にかかる絞り制御機構の概要を示す説明図である。この発明にかかる絞り制御機構の回路構成を示す説明図である。ホールセンサの出力値の調整方法を示す説明図である。従来の絞り制御における閉鎖信号の電圧レベルおよび開放信号の電圧レベルの変化を示す説明図である。この発明にかかる実施の形態の絞り制御機構の機能的構成を示すブロック図である。この発明にかかる実施の形態の閉鎖信号の電圧レベルおよび開放信号の電圧レベルの変化について説明する説明図（その１）である。この発明にかかる実施の形態の閉鎖信号の電圧レベルおよび開放信号の電圧レベルの変化について説明する説明図（その２）である。波形モニターに表示された信号の一例を示す説明図（その１）である。波形モニターに表示された信号の一例を示す説明図（その２）である。極小絞り時のゲインコントロール機能の起動にかかる手順を含む処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

５０１入力部
５０２閉鎖信号生成部
５０３開放信号生成部
５０４ゲインコントロール部
５０５出力部

Claims

全開状態と全閉状態との間で開口径が可変な絞り開口を備えた絞り装置に対して開放信号を出力し、当該開放信号の電圧レベルを調整することによって前記絞り開口の開口径の大きさを制御する絞り制御機構であって、
映像信号に基づいて決定される前記絞り開口の開口径の大きさに対応して電圧レベルが増減する閉鎖信号を生成する閉鎖信号生成手段と、
前記閉鎖信号生成手段が生成した閉鎖信号の電圧レベルに基づいて、当該閉鎖信号の電圧レベルに対応する大きさとなるように前記絞り開口の開口径を変化させる電圧レベルの開放信号を生成する開放信号生成手段と、
前記開放信号生成手段が生成した開放信号を前記絞り装置に対して出力する出力手段と、
を備え、
前記閉鎖信号の電圧レベルが前記絞り装置において回折現象が発生する開口径に対応する電圧レベルである場合には、前記開放信号生成手段が前記絞り開口の開口径を前記回折現象が発生しない開口径とする電圧レベルの開放信号を生成することにより、前記開口径が全閉状態とならずに最小になり、
前記開放信号生成手段は、前記開口径が最小となる状態においては前記全開状態における閉鎖信号の電圧と等しい電圧レベルであって、前記閉鎖信号の電圧レベルの増減方向とは反転した方向に電圧レベルが増減する開放信号を生成することを特徴とする絞り制御機構。
前記全閉状態と前記開口径が最小となる状態との間における開放信号の電圧レベルが一定になり、前記全閉状態と前記開口径が最小となる状態との間における閉鎖信号の電圧レベルが変化することを特徴とする請求項１に記載の絞り制御機構。
前記開放信号生成手段は、前記開口径が最小となる状態と前記全開状態との間における電圧レベルの変化量が、前記全閉状態と前記全開状態との間における前記閉鎖信号の電圧レベルの変化量と等しくなる開放信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の絞り制御機構。
請求項１〜３のいずれか一つに記載の絞り制御機構と、前記絞り装置を通過した光が入射する撮像素子と、を備えたことを特徴とする撮像装置。