JP5514961B2 - レンズ装置、カメラシステム、露出制御方法 - Google Patents

レンズ装置、カメラシステム、露出制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、レンズ装置、カメラシステム、露出制御方法に関する。
ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子を用いた撮像装置における光量調節手段として、機械的な絞りと、電気的に光透過率を変更することのできる可変NDフィルタとを併用するものが知られている(特許文献1〜3参照)。
特許文献1には、被写体の明るさが第一レベルまでは可変NDフィルタの透過率を固定として絞りによって光量を調整し、被写体の明るさが第一レベルから第二レベルの間では絞りとNDフィルタを併用して光量を調整し、被写体の明るさが第二レベルを超えてからは、可変NDフィルタの透過率を固定として絞りによって光量を調整して露出制御を行うことが記載されている。このような露出制御により、応答性の良いなめらかな露出制御を実現したり、不自然な画質の変化を防いだりすることができる。
日本国特開平6−22208号公報 日本国特開2007−25432号公報 日本国特開2000−10150号公報
撮像装置に搭載される絞りの状態は、レンズの解像力に影響する。例えば、絞り開放で撮影した場合、レンズの解像力は低くなり、絞り開放からある程度までは絞りを絞ることによって、レンズの解像力が向上する。そして、最も解像力が高くなる絞り値を超えてからは、最小絞り側に絞り込んでいくほど、解像力が低下する。
特許文献1では、可変NDフィルタと絞りを併用して露出制御を行うことで、絞りが小絞りとなることを軽減している。しかし、この露出制御では、可変NDフィルタと絞りを併用している期間において、絞り値は被写体の明るさに比例して変化する。このため、明るい被写体や暗い被写体に対しては、絞りの状態が最も解像力のよい状態から遠ざかることになり、レンズの解像力の低下を防ぐことができない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レンズの解像力低下を軽減することが可能な露出制御を行うことのできるレンズ装置とこれを備えるカメラシステム、及び露出制御方法を提供することを目的とする。
本発明のレンズ装置は、絞り値の制御により透過光量が制御される絞りと、電気的に光透過率が制御される光学素子と、被写体の明るさに応じて、上記絞りの絞り値及び上記光学素子の透過率を制御して露出制御を行う露出制御部とを備え、上記露出制御部は、上記絞り値と上記透過率の少なくとも一方を変更することにより、最大解像力の得られる絞り値を含む範囲の絞り値における上記絞り値の最小値と上記透過率の最大値の組み合わせによって決まる第一の露出値から、上記範囲の絞り値における上記絞り値の最大値と上記透過率の最小値の組み合わせによって決まる第二の露出値までの露出値範囲に含まれる露出値を設定し、更に、上記露出制御部は、上記露出値の設定後、上記露出値における上記絞り値が上記最大解像力の得られる絞り値と異なり、かつ、上記露出値における上記透過率が最小又は最大になっていない場合には、上記露出値における絞り値を上記最大解像力の得られる絞り値に近づけると共に、上記露出値を維持するように上記露出値における透過率を変更する制御を行うものである。
本発明のカメラシステムは、上記レンズ装置と、上記レンズ装置を通過した光を受光する撮像素子を含むカメラ装置とを備えるものである。
本発明の露出制御方法は、絞り値の制御により透過光量が制御される絞りと、電気的に光透過率が制御される光学素子とを有するレンズ装置の露出制御方法であって、被写体の明るさに応じて、上記絞りの絞り値及び上記光学素子の透過率を制御して露出制御を行う露出制御ステップを備え、上記露出制御ステップでは、上記絞り値と上記透過率の少なくとも一方を変更することにより、最大解像力の得られる絞り値を含む範囲の絞り値における上記絞り値の最小値と上記透過率の最大値の組み合わせによって決まる第一の露出値から、上記範囲の絞り値における上記絞り値の最大値と上記透過率の最小値の組み合わせによって決まる第二の露出値までの露出値範囲に含まれる露出値を設定し、更に、上記露出値の設定後、上記露出値における上記絞り値が上記最大解像力の得られる絞り値と異なり、かつ、上記露出値における上記透過率が最小又は最大になっていない場合には、上記露出値における絞り値を上記最大解像力の得られる絞り値に近づけると共に、上記露出値を維持するように上記露出値における透過率を変更する制御を行うものである。
本発明によれば、レンズの解像力低下を軽減することが可能な露出制御を行うことのできるレンズ装置とこれを備える撮像装置、及び露出制御方法を提供することができる。
本発明の一実施形態を説明するためのカメラシステムの概略構成を示す図 露出制御用のプログラム線図の一例を示す図 図1に示すカメラシステムの露出制御時の動作を説明するためのフローチャート プログラム線図の変形例を示す図 プログラム線図の変形例を示す図
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態を説明するためのカメラシステムの概略構成を示す図である。このカメラシステムは、業務用のテレビカメラシステムに好適である。
図1に示すカメラシステムは、レンズ装置1と、レンズ装置1が装着されるカメラ装置2とを備える。
カメラ装置2は、レンズ装置1の光軸上に配置された撮像素子21と、撮像素子21により撮像して得られる撮像信号を処理して撮像画像データを生成する画像処理部22とを備える。
レンズ装置1の撮影光学系は、フォーカスレンズ群及びズームレンズ群を含むレンズ群11と、開口面積を変化させて光透過量を調節する機械的な絞り12と、電気的に光透過率を制御可能な光学素子であるエレクトロ・クロミック素子(EC素子)や液晶素子等からなる可変NDフィルタ13と、マスターレンズ群14とを備える。レンズ群11、絞り12、可変NDフィルタ13、及びマスターレンズ群14は、被写体側から順に光軸方向に並べて配置されている。
レンズ装置1は、更に、絞り12の開閉制御を行う絞りドライバ15と、可変NDフィルタ13の光透過率制御を行う可変NDドライバ16と、絞り12の絞り値(F値)及び可変NDフィルタ13の光透過率(以下、可変ND透過率と言う)を被写体の明るさに応じて変更して露出制御を行う露出制御部17とを備える。
露出制御部17は、カメラ装置2の撮像素子21から出力される撮像信号を取得し、この撮像信号に基づいて被写体の明るさの変化を検出する。被写体の明るさに変化があった場合、露出制御部17は、その明るさの被写体に対して所定の露出(明るさに対して予め定められた適正な露出;以下では適正露出と言う)となるように、絞りドライバ15及び可変NDドライバ16の少なくとも一方に駆動信号を送出し、絞り12の絞り値及び可変ND透過率の少なくとも一方を変更させる。
露出制御部17は、以下に説明するプログラム線図にしたがって露出制御を行う。
図2は、露出制御用のプログラム線図の一例を示す図である。図2において縦軸は絞り12のF値を示し、横軸は可変ND透過率を示している。可変ND透過率は、最も光を通す状態を透過率=1として表している。図2における斜め線は露出値(EV)を示している。EVは、被写体の明るさに対応し、EVが大きい程、被写体が明るいことを示している。
露出制御部17は、図2に示した太実線にしたがって露出制御を行う。即ち、露出制御部17は、EV7までは、可変ND透過率を最大に維持した状態で絞り12のF値のみを変更して露出を制御する。露出制御部17は、EV7を超えてからは、図2中の太実線にしたがってF値と可変ND透過率の両方を変更して露出を制御する。また、露出制御部17は、EV18を超えてからは、可変ND透過率を最小に維持した状態で絞り12のF値のみを変更して露出を制御する。
なお、露出制御部17による露出制御の方法としては、第一の方法と第二の方法がある。第一の方法は、目標となるEVは予め決めずに適正露出になるまでEVを変化させていく方法である。第二の方法は、適正露出となるEVを撮像信号に基づいて予め決めておき、そのEVに最短の時間で達することができるように、F値と可変ND透過率を変化させていく方法である。図2のプログラム線図は、第一の方法のときに使用するプログラム線図を示している。
レンズ装置1は、F値が2〜8の範囲であれば良好な解像力を得ることができ、F値が4のときに最大の解像力を得ることができる。このため、なるべくならF値は4の状態で撮影を行うことが、映像品質の向上にとって好ましい。しかし、例えばF値を4に固定にして、可変ND透過率のみを変更して露出制御を行ってしまうと、EVが目標値に到達するまでの時間が長くなる場合がある。
例えば、EV6からEVを上げていってEV14で適正露出が得られる場合、可変ND透過率は固定としてF値を1.4から4に変更した後、F値は固定として可変ND透過率を1から1/32に変更する方法を採用すれば、最大の解像力を得ながら適正露出を実現することができる。これに対し、図2の太実線にしたがった場合、EV6からEV14にするには、F値を4と5.6の間の値にまで変化させ、可変ND透過率を1/16と1/32の間の値にまで変化させればよく、F値を4に固定する場合よりも、可変ND透過率の変更幅を小さくすることができ、適正露出を得るまでの時間を短縮することができる。
この場合、F値は4から外れてしまうが、上述したように、F値が2〜8の範囲であれば良好な解像力を得ることができるため、画質への影響は限定的となる。そのため、露出制御部17は、F値が2〜8の範囲における最小F値(F2)と可変ND透過率の最大値(=1)の組み合わせによって決まるEV7から、F値が2〜8の範囲における最大F値(F8)と可変ND透過率の最小値(=1/128)の組み合わせによって決まるEV18までのEVの範囲においては、F値と可変ND透過率の両方を変更することで、解像力を良好に保ちつつ、適正露出を得るまでの時間を短縮している。なお、良好な解像力を得ることのできるF値の範囲をここではF2〜F8としたが、これは一例であり、最大の解像力が得られるF値を含む、良好な解像力が得られる範囲(例えば、最大解像力を中心として前後それぞれ1つ又は2つのF値を両端とする範囲)を任意に設定しておけばよい。良好な解像力が得られる範囲は、例えばレンズ装置1の出荷前に、F値を変えながらテスト用画像を撮像する等して決めておけばよい。
また、露出制御部17は、F値と可変ND透過率の両方を変更して適正露出を得た後、適正露出を得た時点でのF値(Faとする)が最大解像力の得られるF値(ここではF4)になっておらず、かつ、可変ND透過率が最小又は最大になっていない場合には、F値をF4に近づけると共に、適正露出を維持するように可変ND透過率を変更する。
例えば、図2において、F値と可変ND透過率がEV8の斜め線と太実線との交点にある状態から、被写体の明るさが明るい方向に変化した場合について説明する。EV8からEVを上げていってEV14になった時点で適正露出が得られた場合、Fa≠F4であり、かつ、可変ND透過率は最大又は最小ではないため、露出制御部17は、図2中の破線矢印で示したように、EV14は維持したままF値を4にすると共に、可変ND透過率を1/32にする。
このとき、露出制御部17は、可変ND透過率が1/32に変化する速度に合わせた速度で絞り12を開放していくような駆動信号を、絞りドライバ15と可変NDドライバ16に供給する。これにより、EVは14のまま、F値は4になるため、適正露出を保ったまま解像力を最大にすることができる。
また、F値=4、可変ND透過率1/32の状態から被写体の明るさが暗くなった場合、露出制御部17は、図2中の斜め左上に向かう破線矢印にしたがってF値と可変ND透過率の両方を変更して、EVを下げていく。そして、EV9になった時点で適正露出になった場合、露出制御部17は、図2中の左斜め下に向かう破線矢印で示したように、EV9は維持したままF値を4にすると共に、可変ND透過率を1にする。
また、F値=4、可変ND透過率1の状態から被写体の明るさが明るくなった場合、露出制御部17は、図2中の斜め右下に向かう一点鎖線矢印にしたがってF値と可変ND透過率の両方を変更して、EVを上げていく。露出制御部17は、F値が8になると、それ以上はF値を変更せず、可変ND透過率のみを下げて行く(図2中の右に向かう一点鎖線矢印)。そして、EV17になった時点で適正露出になった場合、露出制御部17は、図2中の右斜め上に向かう一点鎖線矢印で示したように、EV17は維持したままF値をF4に近づけてF5.6にすると共に、可変ND透過率を1/128にする。
このように、露出制御部17は、適正露出を得た後に、F値が最大解像力の得られる値になっておらず、かつ、可変ND透過率が最小又は最大になっていない場合には、F値を最大解像力の得られる値に近づける制御を行う。この制御により、EV7からEV18の範囲においては、解像力を常に高い方向に近づけることができ、高品質の撮影が可能になる。また、適正露出を得た後、この適正露出を維持したままF値と可変ND透過率を変更するため、露出は変わらないまま解像力だけが向上することになり、違和感なく高画質化を実現することができる。
また、露出制御部17が、上記第二の方法(目標EVを決めて、その目標EVに向かって最短時間で到達するようにF値及び可変ND透過率を変更する方法)によって露出制御を行う場合には、適正露出までは最短時間で到達するため、応答性の高い露出制御が可能になる。そして、適正露出になった後に、その適正露出を維持したまま解像力を上げる制御がなされるため、応答性の向上と解像力の向上の双方を両立させることができる。
以下、フローチャートを用いてカメラシステムの露出制御時の動作について説明する。
図3は、図1に示すカメラシステムの露出制御時の動作を説明するためのフローチャートである。図3では、EVが7〜18の間にある状態から被写体の明るさが変化した場合について示したものである。
被写体の明るさに変化があると(ステップS1)、露出制御部17は、F値と可変ND透過率をそれぞれ所定値ずつ変更するための駆動信号を絞りドライバ15と可変NDドライバ16に出力する。そして、この駆動信号に基づいて、絞り12と可変NDフィルタ13の両方が同時に駆動されて、EVが明るい方向又は暗い方向に変化する(ステップS2)。
次に、露出制御部17は、撮像素子21から出力される撮像信号に基づいて適正露出となったかどうかを判定する(ステップS3)。適正露出となっていた場合(ステップS3:YES)、露出制御部17はステップS10の処理を行う。
適正露出となっていなかった場合(ステップS3:NO)、露出制御部17は、現在のF値がF2又はF8であるかどうかを判定する(ステップS4)。現在のF値がF2又はF8でない場合(ステップS4:NO)、この場合は、まだF値を変化させるだけの余裕がある。このため、露出制御部17は、ステップS2に処理を戻し、F値と可変ND透過率をそれぞれ所定値ずつ変更させて、EVを変更する。
現在のF値がF2又はF8であった場合(ステップS4:YES)、露出制御部17は、現在の可変ND透過率が最小又は最大になっているかどうかを判定する(ステップS5)。
可変ND透過率が最小又は最大になっていない場合(ステップS5:NO)、露出制御部17は、可変ND透過率を所定値変更するための駆動信号を可変NDドライバ16に出力する。そして、この駆動信号に基づいて、可変NDフィルタ13が駆動されて、EVが明るい方向又は暗い方向に変化する(ステップS6)。
ステップS6の後、露出制御部17は、撮像素子21から出力される撮像信号に基づいて適正露出となったかどうかを判定する(ステップS7)。そして、適正露出となっていない場合(ステップS7:NO)、露出制御部17はステップS5の処理を行う。適正露出となっていた場合(ステップS7:YES)、露出制御部17はステップS10の処理を行う。
ステップS5の判定において、可変ND透過率が最小又は最大になっていた場合(ステップS5:YES)、露出制御部17は、F値を所定値変更するための駆動信号を絞りドライバ15に出力する。そして、この駆動信号に基づいて、絞り12が駆動されて、EVが明るい方向又は暗い方向に変化する(ステップS8)。
ステップS8の後、露出制御部17は、撮像素子21から出力される撮像信号に基づいて適正露出となったかどうかを判定する(ステップS9)。そして、適正露出となっていない場合(ステップS9:NO)、露出制御部17はステップS8の処理を行う。適正露出となっていた場合(ステップS9:YES)、露出制御部17は処理を終了する。
ステップS10では、露出制御部17が、現在のF値がF4であるかどうかを判定する。この判定の結果、現在のF値=F4であった場合(ステップS10:YES)、露出制御部17は処理を終了する。
一方、現在のF値≠F4であった場合(ステップS10:NO)、露出制御部17は、現在の可変ND透過率が最小又は最大になっているかどうかを判定する(ステップS11)。現在の可変ND透過率が最小又は最大になっている場合(ステップS11:YES)、露出制御部17は、処理を終了する。一方、現在の可変ND透過率が最小又は最大になっていない場合(ステップS11:NO)、露出制御部17は、F値を最大解像力の得られる値であるF4に近づけると共に、適正露出を維持するように可変ND透過率も同時に変更する(ステップS12)。ステップS12の後、露出制御部17は処理を終了する。
以上のように、レンズ装置1は、可変ND透過率が最小又は最大になっていない状態で適正露出が得られ、かつ、F値が最大解像力の得られる値でない場合には、F値を最大解像力の得られる値に近づけると共に、適正露出を維持するように、可変ND透過率を変更する。これにより、解像力を向上させることができ、絞りと可変NDフィルタとを併用して露出制御することによる高速応答性と高画質化とを実現することができる。
なお、以上の説明では、良好な解像力の得られるF値の範囲をF2〜F8の予め設定された固定の範囲としたが、解像力についてはカメラマンの好みや被写体の内容によって最適な範囲が異なる場合がある。そのため、絞り値と可変ND透過率を両方変更して露出制御を行うときのF値の範囲は、カメラマンによってマニュアル設定できるようにしてもよい。
例えば、F値の最適範囲がF2.8〜F5.6と指定された場合には、図4に示すようなプログラム線図にしたがって露出制御を行う。レンズ装置1には、F値の指定範囲毎にプログラム線図を記憶したメモリを設けてあればよい。
また、図2のプログラム線図では、太実線の斜め方向に伸びる部分の傾きと、斜め左上に伸びる破線矢印の傾きと、斜め右下に伸びる一点鎖線矢印の傾きとが全て同じとしたが、これに限らない。例えば、図5に示すように傾きを設定してもよい。図2に示すように、F値と可変ND透過率の両方を変更して露出を変更していくときのプログラム線の傾きを全て同じとすることで、制御をシンプルにすることができる。
なお、F値=4、可変ND透過率=1/128の組み合わせのEV16から、被写体の明るさが明るくなる方向に変化した場合には、可変ND透過率をこれ以上は下げられないため、図3のステップS2において、絞りと可変NDフィルタの両方を同時に駆動することはできない。そのため、このような場合、露出制御部17は、F値のみを変更して露出制御を行えばよい。EV7〜EV18の範囲では、F値と可変ND透過率の両方を同時に変更することができるものであり、可変ND透過率は固定したままF値を変更する制御や、F値は固定したまま可変ND透過率を変更する制御を行ってもよい。
以上説明したように、本明細書には次の事項が開示されている。
開示されたレンズ装置は、絞り値の制御により透過光量が制御される絞りと、電気的に光透過率が制御される光学素子と、被写体の明るさに応じて、上記絞りの絞り値及び上記光学素子の透過率を制御して露出制御を行う露出制御部とを備え、上記露出制御部は、上記絞り値と上記透過率の少なくとも一方を変更することにより、最大解像力の得られる絞り値を含む範囲の絞り値における上記絞り値の最小値と上記透過率の最大値の組み合わせによって決まる第一の露出値から、上記範囲の絞り値における上記絞り値の最大値と上記透過率の最小値の組み合わせによって決まる第二の露出値までの露出値範囲に含まれる露出値を設定し、更に、上記露出制御部は、上記露出値の設定後、上記露出値における絞り値が上記最大解像力の得られる絞り値と異なり、かつ、上記露出値における透過率が最小又は最大になっていない場合には、上記露出値における絞り値を上記最大解像力の得られる絞り値に近づけると共に、上記露出値を維持するように上記露出値における透過率を変更する制御を行うものである。
開示されたレンズ装置は、上記範囲が、マニュアル設定可能な範囲であるものを含む。
開示されたレンズ装置は、上記範囲が、予め設定された固定の範囲であるものを含む。
開示されたカメラシステムは、上記レンズ装置と、上記レンズ装置を通過した光を受光する撮像素子を含むカメラ装置とを備えるものである。
開示された露出制御方法は、絞り値の制御により透過光量が制御される絞りと、電気的に光透過率が制御される光学素子とを有するレンズ装置の露出制御方法であって、被写体の明るさに応じて、上記絞りの絞り値及び上記光学素子の透過率を制御して露出制御を行う露出制御ステップを備え、上記露出制御ステップでは、上記絞り値と上記透過率の少なくとも一方を変更することにより、最大解像力の得られる絞り値を含む範囲の絞り値における上記絞り値の最小値と上記透過率の最大値の組み合わせによって決まる第一の露出値から、上記範囲の絞り値における上記絞り値の最大値と上記透過率の最小値の組み合わせによって決まる第二の露出値までの露出値範囲に含まれる露出値を設定し、更に、上記露出値の設定後、上記露出値における絞り値が上記最大解像力の得られる絞り値と異なり、かつ、上記露出値における透過率が最小又は最大になっていない場合には、上記露出値における絞り値を上記最大解像力の得られる絞り値に近づけると共に、上記露出値を維持するように上記露出値における透過率を変更する制御を行うものである。
本発明のレンズ装置とこれを備えるカメラシステム及び露出制御方法は、レンズの解像力低下を軽減することが可能な露出制御を行うことができる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2011年8月31日出願の日本特許出願(特願2011−189790)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 レンズ装置
2 カメラ装置
12 絞り
13 可変NDフィルタ
17 露出制御部

Claims (5)

  1. 絞り値の制御により透過光量が制御される絞りと、
    電気的に光透過率が制御される光学素子と、
    被写体の明るさに応じて、前記絞りの絞り値及び前記光学素子の透過率を制御して露出制御を行う露出制御部とを備え、
    前記露出制御部は、前記絞り値と前記透過率の少なくとも一方を変更することにより、最大解像力の得られる絞り値を含む範囲の絞り値における前記絞り値の最小値と前記透過率の最大値の組み合わせによって決まる第一の露出値から、前記範囲の絞り値における前記絞り値の最大値と前記透過率の最小値の組み合わせによって決まる第二の露出値までの露出値範囲に含まれる露出値を設定し、
    更に、前記露出制御部は、前記露出値の設定後、前記露出値における前記絞り値が前記最大解像力の得られる絞り値と異なり、かつ、前記露出値における前記透過率が最小又は最大になっていない場合には、前記露出値における絞り値を前記最大解像力の得られる絞り値に近づけると共に、前記露出値を維持するように前記露出値における透過率を変更する制御を行うレンズ装置。
  2. 請求項1記載のレンズ装置であって、
    前記絞り値の前記範囲が、マニュアル設定可能な範囲であるレンズ装置。
  3. 請求項1記載のレンズ装置であって、
    前記絞り値の前記範囲が、予め設定された固定の範囲であるレンズ装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項記載のレンズ装置と、前記レンズ装置を通過した光を受光する撮像素子を含むカメラ装置とを備えるカメラシステム。
  5. 絞り値の制御により透過光量が制御される絞りと、電気的に光透過率が制御される光学素子とを有するレンズ装置の露出制御方法であって、
    被写体の明るさに応じて、前記絞りの絞り値及び前記光学素子の透過率を制御して露出制御を行う露出制御ステップを備え、
    前記露出制御ステップでは、前記絞り値と前記透過率の少なくとも一方を変更することにより、最大解像力の得られる絞り値を含む範囲の絞り値における前記絞り値の最小値と前記透過率の最大値の組み合わせによって決まる第一の露出値から、前記範囲の絞り値における前記絞り値の最大値と前記透過率の最小値の組み合わせによって決まる第二の露出値までの露出値範囲に含まれる露出値を設定し、
    更に、前記露出値の設定後、前記露出値における前記絞り値が前記最大解像力の得られる絞り値と異なり、かつ、前記露出値における前記透過率が最小又は最大になっていない場合には、前記露出値における絞り値を前記最大解像力の得られる絞り値に近づけると共に、前記露出値を維持するように前記露出値における透過率を変更する制御を行う露出制御方法。
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