光量制御装置、撮像装置及び光量制御方法
【課題】撮像素子に入射する光の光量を容易に制御できると共に、絞り開口における回折の影響が少なく、ＮＤフィルタを用いた場合でも波面収差が小さい光量制御装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】固定開口を有し、入射する光の光束を制御する開口絞り部２６と、複数の絞り羽根を移動することにより開口の大きさを変え透過する光量を制限する光量絞り部２４と、透明領域と遮光領域とを有し、開口絞り部２６の固定開口に対して透明領域が対向する第１の遮光状態と遮光領域が対向する第２の遮光状態との間を移動可能に設置されたＮＤフィルタ２５とを備え、ＮＤフィルタ２５の移動は、光量絞り部２４における開口面積が最大の状態で行われる。
【解決手段】固定開口を有し、入射する光の光束を制御する開口絞り部２６と、複数の絞り羽根を移動することにより開口の大きさを変え透過する光量を制限する光量絞り部２４と、透明領域と遮光領域とを有し、開口絞り部２６の固定開口に対して透明領域が対向する第１の遮光状態と遮光領域が対向する第２の遮光状態との間を移動可能に設置されたＮＤフィルタ２５とを備え、ＮＤフィルタ２５の移動は、光量絞り部２４における開口面積が最大の状態で行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置における適正露出を得るための光量制御装置、撮像装置及び光量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置において、適正露出を得るためにレンズの絞りを小さく絞りこむ（以下、小絞りと称す）ことが行われる。この小絞りを行うことにより、二つの問題が発生していた。第１に小絞り状態において撮像装置の撮像素子のパッケージのカバーガラスや光学ローパスフィルタ上のゴミやキズの影が撮影画像に写り込んでしまうことである。第２に絞り開口による撮像装置の撮影レンズの結像への回折の影響が大きくなることである。
これらの問題を解決するために、絞り機構とＮＤ（Neutral Density）フィルタとを有する光量絞り装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献1には、概ね以下のように記載されている。
絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、絞り羽根により形成された開口内に配置されるＮＤフィルタとを備えた光量絞り装置において、ＮＤフィルタは絞り羽根とは別部材としている。これにより、精度良く光量を制御することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３３２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、絞り羽根ばかりでなくＮＤフィルタを用いることにより効率的に光量を制御できるものの、絞り開口における回折の影響は十分には改善されていないと共に、ＮＤフィルタを用いることにより光量絞り装置を透過した光の波面収差が大きくなる現象が発生する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、撮像素子に入射する光の光量を容易に制御できると共に、絞り開口における回折の影響が少なく、ＮＤフィルタを用いた場合でも波面収差が小さい光量制御装置、撮像装置及び光量制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、次の１）乃至３）の構成及び４），５）の制御方法を有する。
１）所定の大きさの第１の開口面積を持つ固定開口２６１を有し、入射する光の光束を所定の大きさに制御する開口絞り部２６と、複数の絞り羽根を移動させることにより開口の大きさを第１の開口面積から前記第１の開口面積より小さい第２の開口面積に変えることで透過する光量を制限する光量絞り部２４と、入射する光に対する透過率が第１の値以上である第1の領域２５３及び入射する光に対する透過率が第1の値より小さい第２の値である第２の領域２５４を有し、開口絞り部２６の開口部に対して第２の領域２５４が対向する第１の遮光状態と開口部に対して第1の領域２５３が対向する第２の遮光状態との間を移動可能に設置された減光手段２５とを備え、減光手段２５の移動は、光量絞り部２４における開口の大きさが第１の開口面積の状態で行われるよう構成されていることを特徴とする光量調節装置２３。
２）第1の領域２５３を通過する光と第２の領域２５４を通過する光線との透過波面位相差が０．５５μｍの波長において０．２μｍ以下であることを特徴とする１）に記載の光量調節装置２３。
３）被写体像に対応する光が入射した際に、入射した前記光を電気信号に変換し検出信号として出力する撮像素子３と、複数のレンズからなり、被写体像を前記撮像素子に結像するレンズ部２と、レンズ部２の複数のレンズの間に配設される１）または２）に記載の光量調整装置２３と、撮像素子３から出力された検出信号に基づき光量調節装置２３の減光手段２５と光量絞り部２４とを制御する制御手段４と、を備えることを特徴とする撮像装置１。
４）撮像素子３に入射した被写体像に対応する光に応じて出力される検出信号に基づく検出輝度レベルと、あらかじめ定められた設定輝度レベルとを比較し検出輝度レベルが設定輝度レベルより高いか否かを判断する露出量比較ステップと、露出量比較ステップにおいて検出輝度レベルが設定輝度レベルより高いと判断された場合、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が開口絞り部２６を覆う状態にあるか否かを判定するＮＤフィルタ位置検出ステップと、ＮＤフィルタ位置検出ステップにおいてＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が開口絞り部２６を覆っていると判断された場合、絞り羽根の開閉状態を検出し絞り羽根が最も閉じられた状態か否かを判定する絞り羽根開閉検出ステップと、絞り開閉検出ステップにおいて絞り羽根が最も閉じられた状態でないと判断された場合、絞り羽根を閉じる方向に移動させる絞り羽根移動ステップと、 を含むことを特徴とする光量制御方法。
５）ＮＤフィルタ位置検出ステップにおいてＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が開口絞り部２６を覆ってないと判断された場合、遮光領域２５４が開口絞り部２６を覆う方向にＮＤフィルタ２５を移動させるＮＤフィルタ移動ステップを更に含むことを特徴とする請求項４記載の光量制御方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像素子に入射する光の光量を容易に制御できると共に、絞り開口における回折の影響が少なくすることができ、ＮＤフィルタを用いた場合でも波面収差が小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の撮像部を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光量絞り部２４を示す斜視図であり、図２（ａ）は絞りの開放状態を示し、図２（ｂ）は絞りを閉じた状態を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るＮＤフィルタ２５の詳細を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光量制御部における光量絞り部及びＮＤフィルタの動作を示す正面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光量制御部における光量絞り部及びＮＤフィルタの動作の状態を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る光量制御部におけるＦ値と透過光量比の関係を示すグラフである。
【図７】人間の目の視感度曲線を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る透過波面位相差とのＭＴＦと関係を示すグラフの一例である。
【図９】本発明の実施形態に係る撮像部の動作を説明する制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る光量制御装置及びその制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
更に、断面図，概略図等は模式図であり、寸法等の比率は誇張して表現している場合がある。
【００１１】
図１には、本実施形態に用いるビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置における撮像部の構成を示す。
撮像部１は、複数のレンズユニットからなり被写体像を所定の位置に結像すると共に、入射した光の光量を制御するレンズ部２と被写体像の結像位置に配設された撮像素子３と前記撮像素子からの出力信号を外部に出力すると共に、レンズ部を制御してズーム，フォーカス及び光量を制御する制御部４とを有する。
ここで、撮像素子側を後側、被写体側を前側として以下説明する。
【００１２】
レンズ部２は、最も被写体側に配設される第１レンズユニット２１と、最も撮像素子側に配設される第２レンズユニット２２と、第１レンズユニット２１及び第２レンズユニット２２の間の位置に配設される光量制御部２３とを有する。
ここで、本発明に直接関係しないズームレンズユニットやフォーカスレンズユニット等については、図示及び説明を省略する。
【００１３】
光量制御部２３は、開口部の大きさを可変し光量を制御する光量絞り部２４と、透過率が所定の値である減光（ＮＤ）フィルタ２５と、所定の大きさに開けられた固定の開口を備え、入射した光束の大きさを開口によって制御する開口絞り部２６とを有する。
ここで、光量絞り部２４と、ＮＤフィルタ２５と、開口絞り部２６とは、光軸方向に近接して配置されている。
【００１４】
図２を用いて光量絞り部２４の詳細について説明する。
図２は、光量絞り部２４を示す斜視図であり、図２（ａ）は絞りの開放状態を示し、図２（ｂ）は絞りを閉じた状態を示す。
図２（ａ），（ｂ）に示すように光量絞り部２４は、第１の絞り羽根２４１と第２の絞り羽根２４２とを有する。
【００１５】
第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は、光軸を挟んで対向し、絞りを閉じることが可能なように光軸方向にずらして配置されている。また、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の光軸に直交する面の中心が、光軸を挟んで互いに離間する方向に削り取られており、絞りを閉じた状態（図２（ｂ））で略菱形の開口が形成されるようになっている。
【００１６】
図２（ａ）において、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２がそれぞれ矢印方向に移動することにより、図２（ｂ）のように略菱形の開口が形成される。
第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は、一例として厚さ０．０５ｍｍの黒色ポリエステルシート製で、先端のＶ字形凹みは９０°の開き角を持ち、互いのＶ字形凹みを向かい合わせることで正方形の開口を作ることができる。
更に、正方形の開口が形成された状態から、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の互いの位置を逆方向に等量直線移動させることで、正方形の開口の大きさを連続的に変化させることが可能である。
【００１７】
なお、絞り羽根の形状は、上記した構造にとらわれることなく、可動して光束の形状を遮るものであればよいものである。
また、本実施の形態では、光量絞り部２４を２枚の絞り羽根２４１，２４２で構成したが、可動して光束の形状を遮るものであれば絞り羽根の枚数に制限は無いものである。
【００１８】
図３を用いてＮＤフィルタ２５の詳細について説明する。
図３は、ＮＤフィルタ２５の詳細を示す斜視図である。
ＮＤフィルタ２５には、透明基板中に光吸収物質を分散させたタイプと、透明基板上に薄膜を形成したタイプ（薄膜型ＮＤフィルタ）とがある。更に、薄膜型ＮＤフィルタには、金属膜を用いた反射型と誘電体膜を用いた吸収型とがある。ここでは、誘電体膜を用いたＮＤフィルタ２５を用いて説明する。
【００１９】
図３に示すようにＮＤフィルタ２５は、ガラスやプラスチック等の透明基板２５１の一方の面の一部に誘電体膜からなる遮光膜２５２が形成されている。ここでは、遮光膜２５２が形成された領域を減光領域２５４と称する。減光領域２５４の遮光膜２５２は、入射した光のうち、可視光の帯域の光の一部を吸収することにより可視光の帯域の透過率を所定となるよう設計されている。その透過率は、後述するように３０％以下が望ましい。
【００２０】
ＮＤフィルタ２５における遮光膜２５２が形成されていない領域である透明領域２５３には、反射防止膜のみが形成されている。透明領域２５３における可視光の帯域の光の透過率は９８％程度である。また、透明領域２５３の大きさは、開口絞り部２６の開口部の大きさより大きく形成されている。更に、遮光膜２５２が形成された減光領域２５４も、開口絞り部２６の開口部の大きさより大きく形成されている。
【００２１】
なお、ＮＤフィルタ２５と光量絞り部２４は、図示しないアクチュエータによって駆動され、光量を調節することが可能となる。
【００２２】
開口絞り部２６は、光量絞り部２４の第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が開放状態となった際に光束を円径に保つための丸穴（固定開口）２６１を備え、レンズ部２の開放Ｆ値に合わせてその径を設定する。
【００２３】
図１に戻り撮像部１の構成について説明する。
撮像素子３は、光電変換素子の一種であり光を電気エネルギーに変換するものであり、電荷結合素子 (CCD：Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）が用いられる。
【００２４】
制御部４は、絞りセンサ４１と、ＮＤセンサ４２と、画像処理回路４３と、マイコン４４と、絞り制御回路４５と、絞り駆動部４６と、ＮＤ制御回路４７と、ＮＤ駆動部４８とを有する。
【００２５】
絞りセンサ４１は、光量絞り部２４の各絞り羽根（図３の２４１，２４２）の位置（開口状態）を検出し、絞り位置信号をマイコン４４に出力する。
ＮＤセンサ４２は、ＮＤフィルタ２５の位置（挿入状態）を検出し、ＮＤ位置信号をマイコン４４に出力する。
画像処理回路４３は、撮像素子３において光電変換され出力された検出信号が入力し、入力された検出信号に基づいて信号処理し、得られた映像信号を外部に出力すると共に輝度信号をマイコン４４に出力する。
【００２６】
マイコン４４は、入力した輝度信号，絞り位置信号，及びＮＤ位置信号に基づいて輝度が所定の輝度レベルとなるよう光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の制御する絞り制御信号及びＮＤ制御信号を出力する。
【００２７】
絞り駆動制御回路４５は、マイコン４４からの絞り制御信号に基づいて光量絞り部２４の各絞り羽根（図３の２４１，２４２）を駆動する絞り駆動信号を出力する。
絞り駆動部４６は、絞り駆動信号に基づいて光量絞り部２４の各絞り羽根（図３の２４１，２４２）を駆動し開口量を制御する。
【００２８】
ＮＤ制御回路４７は、マイコン４４からのＮＤ制御信号に基づいてＮＤフィルタ２５の駆動するＮＤ駆動信号を出力する。
ＮＤ駆動部４８は、ＮＤ駆動信号に基づいてＮＤフィルタ２５を駆動し挿入量を制御する。
【００２９】
次に、撮像部１の動作について説明する。
被写体の方向に撮像装置の撮像部１を向けると、レンズ部２のフォーカス機能により撮像素子３上に被写体像が結像される。
撮像素子に被写体が結像された際に撮像素子から出力される検出信号に基づき画像処理回路４３では、映像信号と輝度信号とが生成され出力される。
【００３０】
画像処理回路４３から出力された輝度信号はマイコン４４に入力する。マイコン４４では、入力した輝度信号から求められた被写体撮像時の輝度レベルとあらかじめ設定された輝度レベルとを比較し、輝度差を求める。
更に、マイコン４４には、被写体撮像時の光量絞り部２４の各絞り羽根２４１，２４２の位置（第1の絞り位置）とＮＤフィルタ２５の挿入位置（第1の挿入位置）とが入力される。
【００３１】
マイコン４４では、マイコン４４に入力した第1の絞り位置及び第1の挿入位置と輝度差とから、あらかじめ設定された輝度レベルにするための各絞り羽根２４１，２４２の位置（第２の絞り位置）及びＮＤフィルタ２５の挿入位置（第２の挿入位置）を求め、求められた第２の絞り位置及び第２の挿入位置にするための絞り制御信号とＮＤ制御信号とを出力する。
【００３２】
絞り駆動制御回路４５では、絞り制御信号に基づいて絞り駆動信号を出力し、絞り駆動部４６を駆動し各絞り羽根２４１，２４２の位置（第1の絞り位置）を求められた位置（第２の絞り位置）に駆動する。
ＮＤ駆動制御回路４７では、ＮＤ制御信号に基づいてＮＤ駆動信号を出力し、ＮＤ駆動部４８を駆動しＮＤフィルタ２５の挿入位置（第1の絞り位置）を求められた挿入位置（第２の挿入位置）に駆動する。
【００３３】
次に、本発明の実施形態における光量制御部２３の動作について図４乃至図６を用いて詳細に説明する。
図４は、光量制御部２３を第１レンズユニット２３側から見た際の、光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の動作を示す正面図である。
図５は、開放（透明領域２５３）を１００％とした際に遮光領域２５４の透過光量比が２５％であるＮＤフィルタ２５も用い、レンズの開放Ｆ値をＦ２．８としたときの光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の動作の状態を示すグラフである。
図６は、開放（透明領域２５３）を１００％とした際に遮光領域２５４の透過光量比が２５％であるＮＤフィルタ２５を用い、レンズの開放Ｆ値をＦ２．８としたときのＦ値と透過光量比の関係を示す図である。
【００３４】
図６を用いて光量制御部２３が開放状態（ａ）から最小絞り状態（ｆ）に変化する際の光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の動作を順に説明する。
まず、開放状態（ａ）では、ＮＤフィルタ２５の透明領域２５３が開口絞り部２６を全て覆い、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は開放状態(最も離間した状態)である。このときの透過光量比を１００％とし、Ｆ値はＦ２．８となる。
【００３５】
次に、光量制御部２３の透過光量比を（ａ）１００％から（ｂ）５０％にするためには、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は開放状態(最も離間した状態)のままで、ＮＤフィルタ２５を移動させ遮光領域２５４が固定開口２６１の６６．７％を覆う状態とする。このときＦ値は、２．８から４．０になる。
【００３６】
光量制御部２３の透過光量比を（ｂ）５０％から（ｃ）２５％にするためには、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は開放状態(最も離間した状態)のままで、ＮＤフィルタ２５を更に移動させ遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆う状態とする。このときＦ値は、４．０から５．６になる。
【００３７】
光量制御部２３の透過光量比を（ｃ）２５％から（ｄ）１２．５％にするためには、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆う状態で、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を移動させ第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が固定開口２６１の５０％を覆う状態とする。このときＦ値は、５．６から８．０になる。
【００３８】
光量制御部２３の透過光量比を（ｄ）１２．５％から（ｅ）６．３％にするためには、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆う状態で、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を更に移動させ第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が固定開口２６１の７５％を覆う状態とする。このときＦ値は、８．０から１１になる。
【００３９】
光量制御部２３の透過光量比を（ｅ）６．３％から（ｆ）３．１％にするためには、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆う状態で、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を更に移動させ第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が固定開口２６１の８７．５％を覆う状態とする。このときＦ値は、１１から１６になる。
【００４０】
ここで、透過光量比が１００％から２５％までの（ａ）から（ｃ）までの状態をＮＤフィルタ移動期間といい、透過光量比が２５％から３．１％までの（ｄ）から（ｆ）までの状態を絞り羽根移動期間とする。
【００４１】
次に、ＮＤフィルタ移動期間のように固定開口２６１を部分的にＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が覆った場合、透明領域２５３を通過する光線と遮光領域２５４を透過する光線とで光路長（遮光領域２５４を形成する誘電体膜の膜厚と屈折率との積）が異なるために透過波面に位相差が生じる（いわゆる透過波面位相差）。透過波面位相差は、撮像素子に形成される撮影画像に解像度劣化を生じさせる。そのため、解像度劣化をなるべく抑える必要がある。
【００４２】
ＮＤフィルタ移動期間における透明領域２５３を透過する光と遮光領域２５４を透過する光との透過波面位相差が解像度に及ぼす影響について確認する。透過率２５％のＮＤフィルタ２５を挿入し、絞りを０．５ＡＶ（Aperture Value）間隔で変化させたときの、Ｆ２．８／Ｆ４／Ｆ５．６の各絞りの状態において透過波面位相差を０から０．４μm迄０．１μm毎に変化させたときのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の値をシミュレーションした。シミュレーションは収差の無い理想レンズの入射瞳に各位相差を生じるＮＤフィルタ２５を挿入する形をとった。なお、ＭＴＦ計算の際の光線ウエイトは、概ね視感度特性にあわせた。人間の目は略３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光を感じることができ、光に対する目の感度は光の波長に応じて異なる。そこで、この波長による目の感覚を視感度とよび、図７に示すような曲線で表す。図７に示すように、人間の目は略５５０ｎｍに極大値がある。
【００４３】
図８に透過波面位相差を変化させたときのＭＴＦのデータの代表例として、Ｆ４．０で、１．０ＡＶと透過波面位相差０．２のときのグラフを示す。
グラフの横軸は空間周波数であり、グラフの縦軸は各空間周波数における変調の度合いを表す。
透過波面位相差が０．２μm以下であれば、実用的な空間周波数である３００ ｌｐ／ｍｍ以下の空間周波数に於いて変調が１５％以上となり、画像の解像感は概ね保たれる。
また、透過波面位相差が０．３μmの場合、Ｆ２．８で２２０ ｌｐ／ｍｍ付近、Ｆ４で１６０ ｌｐ／ｍｍ付近、Ｆ５．６で１１０ ｌｐ／ｍｍ付近に於いて変調が５％程度となり画像の解像感が失われる。
以上のことから、透過波面位相差は、０．２μｍ（波長０．５５μｍの光線にて）以下であることが望ましい。
【００４４】
ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４における透過率の値について述べる。
ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４の透過率が３０％以上の場合、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆った状態の光量制御部２３の透過光量比は３０％以上となる。この状態で透過光量比を低下させるためには、ＮＤフィルタ２５のサイズを大きくして、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４に２種類の濃度の領域を設ける必要がある。これにより、ＮＤフィルタ２５が大型化し、レンズ部２のレンズ鏡筒が大型化してしまい、撮像装置自体が大型化してしまう問題が発生する。
そこで、望ましくはＮＤフィルタ２５の透過率を３０％以下とし、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４の濃度を１種類とすることで、レンズ鏡筒の大型化及び撮像装置の大型化を防ぐことができる。
【００４５】
次に、実際に被写体像を撮像した際の撮像部１の動作について、図９を用いて説明する。
図９は、撮像部の動作を説明する制御フロー図である。
被写体像に対応する光が撮像素子３に入射すると、入射した光に基づいて撮像素子３から検出信号が出力される。撮像素子３から出力された検出信号に基づいて画像処理回路４３で映像信号と輝度信号とが出力される。
【００４６】
画像処理回路４３から出力された輝度信号の輝度レベルは、マイコン４４に入力しマイコン４４内部に記憶されたあらかじめ定められた設定輝度レベルと比較され露出の状態を判断される（ステップＳ００１）。
【００４７】
画像処理回路４３から出力された輝度信号の輝度レベルが設定輝度レベルより高いと判断された場合（Ｙ 露出オーバー）、マイコン４４はＮＤセンサ４２からのＮＤ位置信号に基づいてＮＤフィルタ２５の挿入状態を検出する（ステップＳ００２）。
【００４８】
マイコン４４は、ステップＳ００２において検出したＮＤ位置信号に基づいてＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っているか否かを判定する（ステップＳ００３）。
【００４９】
ステップＳ００３で判定したＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っていないと判断された場合（Ｎ）、マイコン４４は、ＮＤ駆動制御回路４７経由でＮＤ駆動部４８を用いてＮＤフィルタ２５を駆動し遮光領域２５４が完全に固定開口２６１を覆う方向（挿入方向）に移動する（ステップＳ００４）。
【００５０】
ステップＳ００４で判定したＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っていると判断した場合（Ｙ）、マイコン４４は、絞りセンサ４１からの絞り位置信号に基づいて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の開閉状態を検出する（ステップＳ００５）。
【００５１】
マイコン４４は、ステップＳ００５で検出した絞り位置信号に基づいて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が開口絞り部２６の固定開口２６１に対して最も閉じた状態であるか否かを判定する（ステップＳ００６）。
【００５２】
ステップＳ００６で判定した第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が最も閉じていないと判断された場合（Ｎ）、マイコン４４は、絞り駆動制御回路４５経由で絞り駆動部４６を用いて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を駆動し第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が最も閉じる方向（閉じ方向）に移動させる（ステップＳ００７）。
【００５３】
ステップＳ００２において画像処理回路４３から出力された輝度信号の輝度レベルが設定輝度レベルより低いと判断された場合（Ｎ 露出アンダー）、マイコン４４は絞りセンサ４１からの絞り位置信号に基づいて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の開閉状態を検出する（ステップＳ００８）。
【００５４】
マイコン４４は、ステップＳ００８で検出した絞り位置信号に基づいて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が開口絞り部２６の固定開口２６１に対して最も開いた状態であるか否かを判定する（ステップＳ００９）。
【００５５】
ステップＳ００９で判定した第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が最も開いていないと判断された場合（Ｎ）、マイコン４４は、絞り駆動制御回路４５経由で絞り駆動部４６を用いて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を駆動し第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が最も開く方向（開き方向）に移動させる（ステップＳ０１０）。
【００５６】
ステップＳ００９で判定した第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が開口絞り部２６の固定開口２６１に対して最も開いた状態であると判断した場合（Ｙ）、マイコン４４はＮＤセンサ４２からのＮＤ位置信号に基づいてＮＤフィルタ２５の挿入状態を検出する（ステップＳ０１１）。
【００５７】
マイコン４４は、ステップＳ０１１で検出したＮＤ位置信号に基づいてＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の透明領域２５３が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っているか否かを判定する（ステップＳ０１２）。
【００５８】
ステップＳ０１２で判定したＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の透明領域２５３が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っていないと判断された場合（Ｎ）、マイコン４４は、ＮＤ駆動制御回路４７経由でＮＤ駆動部４８を用いてＮＤフィルタ２５を駆動し透明領域２５３が完全に固定開口２６１を覆う方向（抜去方向）に移動させる（ステップＳ０１３）。
【００５９】
このように、画像処理回路４３から出力された輝度信号の輝度レベルと、ＮＤセンサ４２からのＮＤ位置信号と、絞りセンサ４１からの絞り位置信号とに基づいてＮＤフィルタ２５並びに第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を制御して撮像素子３上で最適露出状態を得ることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、ＮＤフィルタ２５挿入時の透過波面位相差による解像度の劣化を抑え、連続的な光量調節が可能であって、撮像素子３のパッケージに用いられるカバーガラスや撮像素子３のパッケージの直前に設置される光学ローパスフィルタに付着したキズやゴミの影が撮影画像に映りこむ原因である小絞りが避けられる。
【００６１】
なお、遮光領域２５４と透明領域２５３との間に何れかの領域に対する透過波面位相差が０．５５μｍの光線にて０．２μｍを超える境界領域がある場合、その境界領域を通過する光線の位相差が波面収差となって解像度劣化が発生するが、そのときの開口の絞りの状態が全開口面積（固定開口の大きさ）の１０％以下の面積であれば解像度劣化に対する影響は少なく、十分に実用に耐えうるものである。
【００６２】
また、本実施形態では、光量制御部２３内部の配置が第１レンズユニット２１側から、光量絞り部２４，ＮＤフィルタ２５，開口絞り部２６の順であったが、必ずしもこの順に限る必要は無く、それぞれが近接して配置してあればその順序は問わない。
【００６３】
また、本実施形態では、光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の位置検出を位置センサで行った場合について説明したが、エンコーダ等で駆動部の送り量をモニタすることにより位置検出を行ってもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６４】
１…撮像部、２…レンズ部、３…撮像素子、４…制御部、２１…第１レンズユニット、２２…第２レンズユニット、２３…光量制御部、２４…光量絞り部、２５…減光（ＮＤ）フィルタ（減光手段）、２６…開口絞り部、４１…絞りセンサ、４２…ＮＤセンサ、４３…画像処理回路、４４…マイコン、４５…絞り駆動制御回路、４６…絞り駆動部、４７…ＮＤ駆動制御回路、４８…ＮＤ駆動部、２４１…第１の絞り羽根、２４２…第２の絞り羽根、２５１…透明基板、２５２…遮光膜、２５３…透明領域（第１の領域）、２５４…遮光領域（第２の領域）、２６１…丸穴（固定開口）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置における適正露出を得るための光量制御装置、撮像装置及び光量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置において、適正露出を得るためにレンズの絞りを小さく絞りこむ（以下、小絞りと称す）ことが行われる。この小絞りを行うことにより、二つの問題が発生していた。第１に小絞り状態において撮像装置の撮像素子のパッケージのカバーガラスや光学ローパスフィルタ上のゴミやキズの影が撮影画像に写り込んでしまうことである。第２に絞り開口による撮像装置の撮影レンズの結像への回折の影響が大きくなることである。
これらの問題を解決するために、絞り機構とＮＤ（Neutral Density）フィルタとを有する光量絞り装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献1には、概ね以下のように記載されている。
絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、絞り羽根により形成された開口内に配置されるＮＤフィルタとを備えた光量絞り装置において、ＮＤフィルタは絞り羽根とは別部材としている。これにより、精度良く光量を制御することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３３２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、絞り羽根ばかりでなくＮＤフィルタを用いることにより効率的に光量を制御できるものの、絞り開口における回折の影響は十分には改善されていないと共に、ＮＤフィルタを用いることにより光量絞り装置を透過した光の波面収差が大きくなる現象が発生する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、撮像素子に入射する光の光量を容易に制御できると共に、絞り開口における回折の影響が少なく、ＮＤフィルタを用いた場合でも波面収差が小さい光量制御装置、撮像装置及び光量制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、次の１）乃至３）の構成及び４），５）の制御方法を有する。
１）所定の大きさの第１の開口面積を持つ固定開口２６１を有し、入射する光の光束を所定の大きさに制御する開口絞り部２６と、複数の絞り羽根を移動させることにより開口の大きさを第１の開口面積から前記第１の開口面積より小さい第２の開口面積に変えることで透過する光量を制限する光量絞り部２４と、入射する光に対する透過率が第１の値以上である第1の領域２５３及び入射する光に対する透過率が第1の値より小さい第２の値である第２の領域２５４を有し、開口絞り部２６の開口部に対して第２の領域２５４が対向する第１の遮光状態と開口部に対して第1の領域２５３が対向する第２の遮光状態との間を移動可能に設置された減光手段２５とを備え、減光手段２５の移動は、光量絞り部２４における開口の大きさが第１の開口面積の状態で行われるよう構成されていることを特徴とする光量調節装置２３。
２）第1の領域２５３を通過する光と第２の領域２５４を通過する光線との透過波面位相差が０．５５μｍの波長において０．２μｍ以下であることを特徴とする１）に記載の光量調節装置２３。
３）被写体像に対応する光が入射した際に、入射した前記光を電気信号に変換し検出信号として出力する撮像素子３と、複数のレンズからなり、被写体像を前記撮像素子に結像するレンズ部２と、レンズ部２の複数のレンズの間に配設される１）または２）に記載の光量調整装置２３と、撮像素子３から出力された検出信号に基づき光量調節装置２３の減光手段２５と光量絞り部２４とを制御する制御手段４と、を備えることを特徴とする撮像装置１。
４）撮像素子３に入射した被写体像に対応する光に応じて出力される検出信号に基づく検出輝度レベルと、あらかじめ定められた設定輝度レベルとを比較し検出輝度レベルが設定輝度レベルより高いか否かを判断する露出量比較ステップと、露出量比較ステップにおいて検出輝度レベルが設定輝度レベルより高いと判断された場合、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が開口絞り部２６を覆う状態にあるか否かを判定するＮＤフィルタ位置検出ステップと、ＮＤフィルタ位置検出ステップにおいてＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が開口絞り部２６を覆っていると判断された場合、絞り羽根の開閉状態を検出し絞り羽根が最も閉じられた状態か否かを判定する絞り羽根開閉検出ステップと、絞り開閉検出ステップにおいて絞り羽根が最も閉じられた状態でないと判断された場合、絞り羽根を閉じる方向に移動させる絞り羽根移動ステップと、 を含むことを特徴とする光量制御方法。
５）ＮＤフィルタ位置検出ステップにおいてＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が開口絞り部２６を覆ってないと判断された場合、遮光領域２５４が開口絞り部２６を覆う方向にＮＤフィルタ２５を移動させるＮＤフィルタ移動ステップを更に含むことを特徴とする請求項４記載の光量制御方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像素子に入射する光の光量を容易に制御できると共に、絞り開口における回折の影響が少なくすることができ、ＮＤフィルタを用いた場合でも波面収差が小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の撮像部を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光量絞り部２４を示す斜視図であり、図２（ａ）は絞りの開放状態を示し、図２（ｂ）は絞りを閉じた状態を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るＮＤフィルタ２５の詳細を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光量制御部における光量絞り部及びＮＤフィルタの動作を示す正面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光量制御部における光量絞り部及びＮＤフィルタの動作の状態を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る光量制御部におけるＦ値と透過光量比の関係を示すグラフである。
【図７】人間の目の視感度曲線を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る透過波面位相差とのＭＴＦと関係を示すグラフの一例である。
【図９】本発明の実施形態に係る撮像部の動作を説明する制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る光量制御装置及びその制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
更に、断面図，概略図等は模式図であり、寸法等の比率は誇張して表現している場合がある。
【００１１】
図１には、本実施形態に用いるビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置における撮像部の構成を示す。
撮像部１は、複数のレンズユニットからなり被写体像を所定の位置に結像すると共に、入射した光の光量を制御するレンズ部２と被写体像の結像位置に配設された撮像素子３と前記撮像素子からの出力信号を外部に出力すると共に、レンズ部を制御してズーム，フォーカス及び光量を制御する制御部４とを有する。
ここで、撮像素子側を後側、被写体側を前側として以下説明する。
【００１２】
レンズ部２は、最も被写体側に配設される第１レンズユニット２１と、最も撮像素子側に配設される第２レンズユニット２２と、第１レンズユニット２１及び第２レンズユニット２２の間の位置に配設される光量制御部２３とを有する。
ここで、本発明に直接関係しないズームレンズユニットやフォーカスレンズユニット等については、図示及び説明を省略する。
【００１３】
光量制御部２３は、開口部の大きさを可変し光量を制御する光量絞り部２４と、透過率が所定の値である減光（ＮＤ）フィルタ２５と、所定の大きさに開けられた固定の開口を備え、入射した光束の大きさを開口によって制御する開口絞り部２６とを有する。
ここで、光量絞り部２４と、ＮＤフィルタ２５と、開口絞り部２６とは、光軸方向に近接して配置されている。
【００１４】
図２を用いて光量絞り部２４の詳細について説明する。
図２は、光量絞り部２４を示す斜視図であり、図２（ａ）は絞りの開放状態を示し、図２（ｂ）は絞りを閉じた状態を示す。
図２（ａ），（ｂ）に示すように光量絞り部２４は、第１の絞り羽根２４１と第２の絞り羽根２４２とを有する。
【００１５】
第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は、光軸を挟んで対向し、絞りを閉じることが可能なように光軸方向にずらして配置されている。また、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の光軸に直交する面の中心が、光軸を挟んで互いに離間する方向に削り取られており、絞りを閉じた状態（図２（ｂ））で略菱形の開口が形成されるようになっている。
【００１６】
図２（ａ）において、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２がそれぞれ矢印方向に移動することにより、図２（ｂ）のように略菱形の開口が形成される。
第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は、一例として厚さ０．０５ｍｍの黒色ポリエステルシート製で、先端のＶ字形凹みは９０°の開き角を持ち、互いのＶ字形凹みを向かい合わせることで正方形の開口を作ることができる。
更に、正方形の開口が形成された状態から、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の互いの位置を逆方向に等量直線移動させることで、正方形の開口の大きさを連続的に変化させることが可能である。
【００１７】
なお、絞り羽根の形状は、上記した構造にとらわれることなく、可動して光束の形状を遮るものであればよいものである。
また、本実施の形態では、光量絞り部２４を２枚の絞り羽根２４１，２４２で構成したが、可動して光束の形状を遮るものであれば絞り羽根の枚数に制限は無いものである。
【００１８】
図３を用いてＮＤフィルタ２５の詳細について説明する。
図３は、ＮＤフィルタ２５の詳細を示す斜視図である。
ＮＤフィルタ２５には、透明基板中に光吸収物質を分散させたタイプと、透明基板上に薄膜を形成したタイプ（薄膜型ＮＤフィルタ）とがある。更に、薄膜型ＮＤフィルタには、金属膜を用いた反射型と誘電体膜を用いた吸収型とがある。ここでは、誘電体膜を用いたＮＤフィルタ２５を用いて説明する。
【００１９】
図３に示すようにＮＤフィルタ２５は、ガラスやプラスチック等の透明基板２５１の一方の面の一部に誘電体膜からなる遮光膜２５２が形成されている。ここでは、遮光膜２５２が形成された領域を減光領域２５４と称する。減光領域２５４の遮光膜２５２は、入射した光のうち、可視光の帯域の光の一部を吸収することにより可視光の帯域の透過率を所定となるよう設計されている。その透過率は、後述するように３０％以下が望ましい。
【００２０】
ＮＤフィルタ２５における遮光膜２５２が形成されていない領域である透明領域２５３には、反射防止膜のみが形成されている。透明領域２５３における可視光の帯域の光の透過率は９８％程度である。また、透明領域２５３の大きさは、開口絞り部２６の開口部の大きさより大きく形成されている。更に、遮光膜２５２が形成された減光領域２５４も、開口絞り部２６の開口部の大きさより大きく形成されている。
【００２１】
なお、ＮＤフィルタ２５と光量絞り部２４は、図示しないアクチュエータによって駆動され、光量を調節することが可能となる。
【００２２】
開口絞り部２６は、光量絞り部２４の第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が開放状態となった際に光束を円径に保つための丸穴（固定開口）２６１を備え、レンズ部２の開放Ｆ値に合わせてその径を設定する。
【００２３】
図１に戻り撮像部１の構成について説明する。
撮像素子３は、光電変換素子の一種であり光を電気エネルギーに変換するものであり、電荷結合素子 (CCD：Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）が用いられる。
【００２４】
制御部４は、絞りセンサ４１と、ＮＤセンサ４２と、画像処理回路４３と、マイコン４４と、絞り制御回路４５と、絞り駆動部４６と、ＮＤ制御回路４７と、ＮＤ駆動部４８とを有する。
【００２５】
絞りセンサ４１は、光量絞り部２４の各絞り羽根（図３の２４１，２４２）の位置（開口状態）を検出し、絞り位置信号をマイコン４４に出力する。
ＮＤセンサ４２は、ＮＤフィルタ２５の位置（挿入状態）を検出し、ＮＤ位置信号をマイコン４４に出力する。
画像処理回路４３は、撮像素子３において光電変換され出力された検出信号が入力し、入力された検出信号に基づいて信号処理し、得られた映像信号を外部に出力すると共に輝度信号をマイコン４４に出力する。
【００２６】
マイコン４４は、入力した輝度信号，絞り位置信号，及びＮＤ位置信号に基づいて輝度が所定の輝度レベルとなるよう光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の制御する絞り制御信号及びＮＤ制御信号を出力する。
【００２７】
絞り駆動制御回路４５は、マイコン４４からの絞り制御信号に基づいて光量絞り部２４の各絞り羽根（図３の２４１，２４２）を駆動する絞り駆動信号を出力する。
絞り駆動部４６は、絞り駆動信号に基づいて光量絞り部２４の各絞り羽根（図３の２４１，２４２）を駆動し開口量を制御する。
【００２８】
ＮＤ制御回路４７は、マイコン４４からのＮＤ制御信号に基づいてＮＤフィルタ２５の駆動するＮＤ駆動信号を出力する。
ＮＤ駆動部４８は、ＮＤ駆動信号に基づいてＮＤフィルタ２５を駆動し挿入量を制御する。
【００２９】
次に、撮像部１の動作について説明する。
被写体の方向に撮像装置の撮像部１を向けると、レンズ部２のフォーカス機能により撮像素子３上に被写体像が結像される。
撮像素子に被写体が結像された際に撮像素子から出力される検出信号に基づき画像処理回路４３では、映像信号と輝度信号とが生成され出力される。
【００３０】
画像処理回路４３から出力された輝度信号はマイコン４４に入力する。マイコン４４では、入力した輝度信号から求められた被写体撮像時の輝度レベルとあらかじめ設定された輝度レベルとを比較し、輝度差を求める。
更に、マイコン４４には、被写体撮像時の光量絞り部２４の各絞り羽根２４１，２４２の位置（第1の絞り位置）とＮＤフィルタ２５の挿入位置（第1の挿入位置）とが入力される。
【００３１】
マイコン４４では、マイコン４４に入力した第1の絞り位置及び第1の挿入位置と輝度差とから、あらかじめ設定された輝度レベルにするための各絞り羽根２４１，２４２の位置（第２の絞り位置）及びＮＤフィルタ２５の挿入位置（第２の挿入位置）を求め、求められた第２の絞り位置及び第２の挿入位置にするための絞り制御信号とＮＤ制御信号とを出力する。
【００３２】
絞り駆動制御回路４５では、絞り制御信号に基づいて絞り駆動信号を出力し、絞り駆動部４６を駆動し各絞り羽根２４１，２４２の位置（第1の絞り位置）を求められた位置（第２の絞り位置）に駆動する。
ＮＤ駆動制御回路４７では、ＮＤ制御信号に基づいてＮＤ駆動信号を出力し、ＮＤ駆動部４８を駆動しＮＤフィルタ２５の挿入位置（第1の絞り位置）を求められた挿入位置（第２の挿入位置）に駆動する。
【００３３】
次に、本発明の実施形態における光量制御部２３の動作について図４乃至図６を用いて詳細に説明する。
図４は、光量制御部２３を第１レンズユニット２３側から見た際の、光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の動作を示す正面図である。
図５は、開放（透明領域２５３）を１００％とした際に遮光領域２５４の透過光量比が２５％であるＮＤフィルタ２５も用い、レンズの開放Ｆ値をＦ２．８としたときの光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の動作の状態を示すグラフである。
図６は、開放（透明領域２５３）を１００％とした際に遮光領域２５４の透過光量比が２５％であるＮＤフィルタ２５を用い、レンズの開放Ｆ値をＦ２．８としたときのＦ値と透過光量比の関係を示す図である。
【００３４】
図６を用いて光量制御部２３が開放状態（ａ）から最小絞り状態（ｆ）に変化する際の光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の動作を順に説明する。
まず、開放状態（ａ）では、ＮＤフィルタ２５の透明領域２５３が開口絞り部２６を全て覆い、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は開放状態(最も離間した状態)である。このときの透過光量比を１００％とし、Ｆ値はＦ２．８となる。
【００３５】
次に、光量制御部２３の透過光量比を（ａ）１００％から（ｂ）５０％にするためには、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は開放状態(最も離間した状態)のままで、ＮＤフィルタ２５を移動させ遮光領域２５４が固定開口２６１の６６．７％を覆う状態とする。このときＦ値は、２．８から４．０になる。
【００３６】
光量制御部２３の透過光量比を（ｂ）５０％から（ｃ）２５％にするためには、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２は開放状態(最も離間した状態)のままで、ＮＤフィルタ２５を更に移動させ遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆う状態とする。このときＦ値は、４．０から５．６になる。
【００３７】
光量制御部２３の透過光量比を（ｃ）２５％から（ｄ）１２．５％にするためには、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆う状態で、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を移動させ第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が固定開口２６１の５０％を覆う状態とする。このときＦ値は、５．６から８．０になる。
【００３８】
光量制御部２３の透過光量比を（ｄ）１２．５％から（ｅ）６．３％にするためには、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆う状態で、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を更に移動させ第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が固定開口２６１の７５％を覆う状態とする。このときＦ値は、８．０から１１になる。
【００３９】
光量制御部２３の透過光量比を（ｅ）６．３％から（ｆ）３．１％にするためには、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆う状態で、第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を更に移動させ第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が固定開口２６１の８７．５％を覆う状態とする。このときＦ値は、１１から１６になる。
【００４０】
ここで、透過光量比が１００％から２５％までの（ａ）から（ｃ）までの状態をＮＤフィルタ移動期間といい、透過光量比が２５％から３．１％までの（ｄ）から（ｆ）までの状態を絞り羽根移動期間とする。
【００４１】
次に、ＮＤフィルタ移動期間のように固定開口２６１を部分的にＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が覆った場合、透明領域２５３を通過する光線と遮光領域２５４を透過する光線とで光路長（遮光領域２５４を形成する誘電体膜の膜厚と屈折率との積）が異なるために透過波面に位相差が生じる（いわゆる透過波面位相差）。透過波面位相差は、撮像素子に形成される撮影画像に解像度劣化を生じさせる。そのため、解像度劣化をなるべく抑える必要がある。
【００４２】
ＮＤフィルタ移動期間における透明領域２５３を透過する光と遮光領域２５４を透過する光との透過波面位相差が解像度に及ぼす影響について確認する。透過率２５％のＮＤフィルタ２５を挿入し、絞りを０．５ＡＶ（Aperture Value）間隔で変化させたときの、Ｆ２．８／Ｆ４／Ｆ５．６の各絞りの状態において透過波面位相差を０から０．４μm迄０．１μm毎に変化させたときのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の値をシミュレーションした。シミュレーションは収差の無い理想レンズの入射瞳に各位相差を生じるＮＤフィルタ２５を挿入する形をとった。なお、ＭＴＦ計算の際の光線ウエイトは、概ね視感度特性にあわせた。人間の目は略３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光を感じることができ、光に対する目の感度は光の波長に応じて異なる。そこで、この波長による目の感覚を視感度とよび、図７に示すような曲線で表す。図７に示すように、人間の目は略５５０ｎｍに極大値がある。
【００４３】
図８に透過波面位相差を変化させたときのＭＴＦのデータの代表例として、Ｆ４．０で、１．０ＡＶと透過波面位相差０．２のときのグラフを示す。
グラフの横軸は空間周波数であり、グラフの縦軸は各空間周波数における変調の度合いを表す。
透過波面位相差が０．２μm以下であれば、実用的な空間周波数である３００ ｌｐ／ｍｍ以下の空間周波数に於いて変調が１５％以上となり、画像の解像感は概ね保たれる。
また、透過波面位相差が０．３μmの場合、Ｆ２．８で２２０ ｌｐ／ｍｍ付近、Ｆ４で１６０ ｌｐ／ｍｍ付近、Ｆ５．６で１１０ ｌｐ／ｍｍ付近に於いて変調が５％程度となり画像の解像感が失われる。
以上のことから、透過波面位相差は、０．２μｍ（波長０．５５μｍの光線にて）以下であることが望ましい。
【００４４】
ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４における透過率の値について述べる。
ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４の透過率が３０％以上の場合、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が固定開口２６１を全て覆った状態の光量制御部２３の透過光量比は３０％以上となる。この状態で透過光量比を低下させるためには、ＮＤフィルタ２５のサイズを大きくして、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４に２種類の濃度の領域を設ける必要がある。これにより、ＮＤフィルタ２５が大型化し、レンズ部２のレンズ鏡筒が大型化してしまい、撮像装置自体が大型化してしまう問題が発生する。
そこで、望ましくはＮＤフィルタ２５の透過率を３０％以下とし、ＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４の濃度を１種類とすることで、レンズ鏡筒の大型化及び撮像装置の大型化を防ぐことができる。
【００４５】
次に、実際に被写体像を撮像した際の撮像部１の動作について、図９を用いて説明する。
図９は、撮像部の動作を説明する制御フロー図である。
被写体像に対応する光が撮像素子３に入射すると、入射した光に基づいて撮像素子３から検出信号が出力される。撮像素子３から出力された検出信号に基づいて画像処理回路４３で映像信号と輝度信号とが出力される。
【００４６】
画像処理回路４３から出力された輝度信号の輝度レベルは、マイコン４４に入力しマイコン４４内部に記憶されたあらかじめ定められた設定輝度レベルと比較され露出の状態を判断される（ステップＳ００１）。
【００４７】
画像処理回路４３から出力された輝度信号の輝度レベルが設定輝度レベルより高いと判断された場合（Ｙ 露出オーバー）、マイコン４４はＮＤセンサ４２からのＮＤ位置信号に基づいてＮＤフィルタ２５の挿入状態を検出する（ステップＳ００２）。
【００４８】
マイコン４４は、ステップＳ００２において検出したＮＤ位置信号に基づいてＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っているか否かを判定する（ステップＳ００３）。
【００４９】
ステップＳ００３で判定したＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っていないと判断された場合（Ｎ）、マイコン４４は、ＮＤ駆動制御回路４７経由でＮＤ駆動部４８を用いてＮＤフィルタ２５を駆動し遮光領域２５４が完全に固定開口２６１を覆う方向（挿入方向）に移動する（ステップＳ００４）。
【００５０】
ステップＳ００４で判定したＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の遮光領域２５４が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っていると判断した場合（Ｙ）、マイコン４４は、絞りセンサ４１からの絞り位置信号に基づいて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の開閉状態を検出する（ステップＳ００５）。
【００５１】
マイコン４４は、ステップＳ００５で検出した絞り位置信号に基づいて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が開口絞り部２６の固定開口２６１に対して最も閉じた状態であるか否かを判定する（ステップＳ００６）。
【００５２】
ステップＳ００６で判定した第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が最も閉じていないと判断された場合（Ｎ）、マイコン４４は、絞り駆動制御回路４５経由で絞り駆動部４６を用いて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を駆動し第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が最も閉じる方向（閉じ方向）に移動させる（ステップＳ００７）。
【００５３】
ステップＳ００２において画像処理回路４３から出力された輝度信号の輝度レベルが設定輝度レベルより低いと判断された場合（Ｎ 露出アンダー）、マイコン４４は絞りセンサ４１からの絞り位置信号に基づいて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の開閉状態を検出する（ステップＳ００８）。
【００５４】
マイコン４４は、ステップＳ００８で検出した絞り位置信号に基づいて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が開口絞り部２６の固定開口２６１に対して最も開いた状態であるか否かを判定する（ステップＳ００９）。
【００５５】
ステップＳ００９で判定した第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が最も開いていないと判断された場合（Ｎ）、マイコン４４は、絞り駆動制御回路４５経由で絞り駆動部４６を用いて第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を駆動し第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が最も開く方向（開き方向）に移動させる（ステップＳ０１０）。
【００５６】
ステップＳ００９で判定した第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２の位置が第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２が開口絞り部２６の固定開口２６１に対して最も開いた状態であると判断した場合（Ｙ）、マイコン４４はＮＤセンサ４２からのＮＤ位置信号に基づいてＮＤフィルタ２５の挿入状態を検出する（ステップＳ０１１）。
【００５７】
マイコン４４は、ステップＳ０１１で検出したＮＤ位置信号に基づいてＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の透明領域２５３が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っているか否かを判定する（ステップＳ０１２）。
【００５８】
ステップＳ０１２で判定したＮＤフィルタ２５の位置がＮＤフィルタ２５の透明領域２５３が完全に開口絞り部２６の固定開口２６１を覆っていないと判断された場合（Ｎ）、マイコン４４は、ＮＤ駆動制御回路４７経由でＮＤ駆動部４８を用いてＮＤフィルタ２５を駆動し透明領域２５３が完全に固定開口２６１を覆う方向（抜去方向）に移動させる（ステップＳ０１３）。
【００５９】
このように、画像処理回路４３から出力された輝度信号の輝度レベルと、ＮＤセンサ４２からのＮＤ位置信号と、絞りセンサ４１からの絞り位置信号とに基づいてＮＤフィルタ２５並びに第１の絞り羽根２４１及び第２の絞り羽根２４２を制御して撮像素子３上で最適露出状態を得ることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、ＮＤフィルタ２５挿入時の透過波面位相差による解像度の劣化を抑え、連続的な光量調節が可能であって、撮像素子３のパッケージに用いられるカバーガラスや撮像素子３のパッケージの直前に設置される光学ローパスフィルタに付着したキズやゴミの影が撮影画像に映りこむ原因である小絞りが避けられる。
【００６１】
なお、遮光領域２５４と透明領域２５３との間に何れかの領域に対する透過波面位相差が０．５５μｍの光線にて０．２μｍを超える境界領域がある場合、その境界領域を通過する光線の位相差が波面収差となって解像度劣化が発生するが、そのときの開口の絞りの状態が全開口面積（固定開口の大きさ）の１０％以下の面積であれば解像度劣化に対する影響は少なく、十分に実用に耐えうるものである。
【００６２】
また、本実施形態では、光量制御部２３内部の配置が第１レンズユニット２１側から、光量絞り部２４，ＮＤフィルタ２５，開口絞り部２６の順であったが、必ずしもこの順に限る必要は無く、それぞれが近接して配置してあればその順序は問わない。
【００６３】
また、本実施形態では、光量絞り部２４及びＮＤフィルタ２５の位置検出を位置センサで行った場合について説明したが、エンコーダ等で駆動部の送り量をモニタすることにより位置検出を行ってもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６４】
１…撮像部、２…レンズ部、３…撮像素子、４…制御部、２１…第１レンズユニット、２２…第２レンズユニット、２３…光量制御部、２４…光量絞り部、２５…減光（ＮＤ）フィルタ（減光手段）、２６…開口絞り部、４１…絞りセンサ、４２…ＮＤセンサ、４３…画像処理回路、４４…マイコン、４５…絞り駆動制御回路、４６…絞り駆動部、４７…ＮＤ駆動制御回路、４８…ＮＤ駆動部、２４１…第１の絞り羽根、２４２…第２の絞り羽根、２５１…透明基板、２５２…遮光膜、２５３…透明領域（第１の領域）、２５４…遮光領域（第２の領域）、２６１…丸穴（固定開口）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の大きさの第１の開口面積を持つ開口部を有し、入射する光の光束を所定の大きさに制御する開口絞り部と、
複数の絞り羽根を移動させることにより開口の大きさを前記第１の開口面積から前記第１の開口面積より小さい第２の開口面積に変えることで透過する光量を制限する光量絞り部と、
入射する光に対する透過率が第１の値以上である第1の領域及び入射する光に対する透過率が前記第1の値より小さい第２の値である第２の領域を有し、前記開口絞り部の前記開口部に対して前記第２の領域が対向する第１の遮光状態と前記開口部に対して前記第1の領域が対向する第２の遮光状態との間を移動可能に設置された減光手段と、
を備え、
前記減光手段の移動は、前記光量絞り部における開口の大きさが前記第１の開口面積の状態で行われるよう構成されていることを特徴とする光量調節装置。
【請求項２】
前記第1の領域を通過する光と前記第２の領域を通過する光線との透過波面位相差が０．５５μｍの波長において０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光量調節装置。
【請求項３】
被写体像に対応する光が入射した際に、入射した前記光を電気信号に変換し検出信号として出力する撮像素子と、
複数のレンズからなり、被写体像を前記撮像素子に結像するレンズ部と、
前記レンズ部の前記複数のレンズの間に配設される請求項１または請求項２記載の光量調整装置と、
前記撮像素子から出力された前記検出信号に基づき前記光量調節装置の前記減光手段と前記光量絞り部とを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
撮像素子に入射した被写体像に対応する光に応じて出力される検出信号に基づく検出輝度レベルと、あらかじめ定められた設定輝度レベルとを比較し前記検出輝度レベルが前記設定輝度レベルより高いか否かを判断する露出量比較ステップと、
前記露出量比較ステップにおいて前記検出輝度レベルが前記設定輝度レベルより高いと判断された場合、ＮＤフィルタの遮光領域が開口絞り部を覆う状態にあるか否かを判定するＮＤフィルタ位置検出ステップと、
前記ＮＤフィルタ位置検出ステップにおいて前記ＮＤフィルタの前記遮光領域が前記開口絞り部を覆っていると判断された場合、絞り羽根の開閉状態を検出し前記絞り羽根が最も閉じられた状態か否かを判定する絞り羽根開閉検出ステップと、
前記絞り開閉検出ステップにおいて前記絞り羽根が最も閉じられた状態でないと判断された場合、前記絞り羽根を閉じる方向に移動させる絞り羽根移動ステップと、
を含むことを特徴とする光量制御方法。
【請求項５】
前記ＮＤフィルタ位置検出ステップにおいて前記ＮＤフィルタの前記遮光領域が前記開口絞り部を覆ってないと判断された場合、前記遮光領域が前記開口絞り部を覆う方向に前記ＮＤフィルタを移動させるＮＤフィルタ移動ステップを更に含むことを特徴とする請求項４記載の光量制御方法。
【請求項１】
所定の大きさの第１の開口面積を持つ開口部を有し、入射する光の光束を所定の大きさに制御する開口絞り部と、
複数の絞り羽根を移動させることにより開口の大きさを前記第１の開口面積から前記第１の開口面積より小さい第２の開口面積に変えることで透過する光量を制限する光量絞り部と、
入射する光に対する透過率が第１の値以上である第1の領域及び入射する光に対する透過率が前記第1の値より小さい第２の値である第２の領域を有し、前記開口絞り部の前記開口部に対して前記第２の領域が対向する第１の遮光状態と前記開口部に対して前記第1の領域が対向する第２の遮光状態との間を移動可能に設置された減光手段と、
を備え、
前記減光手段の移動は、前記光量絞り部における開口の大きさが前記第１の開口面積の状態で行われるよう構成されていることを特徴とする光量調節装置。
【請求項２】
前記第1の領域を通過する光と前記第２の領域を通過する光線との透過波面位相差が０．５５μｍの波長において０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光量調節装置。
【請求項３】
被写体像に対応する光が入射した際に、入射した前記光を電気信号に変換し検出信号として出力する撮像素子と、
複数のレンズからなり、被写体像を前記撮像素子に結像するレンズ部と、
前記レンズ部の前記複数のレンズの間に配設される請求項１または請求項２記載の光量調整装置と、
前記撮像素子から出力された前記検出信号に基づき前記光量調節装置の前記減光手段と前記光量絞り部とを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
撮像素子に入射した被写体像に対応する光に応じて出力される検出信号に基づく検出輝度レベルと、あらかじめ定められた設定輝度レベルとを比較し前記検出輝度レベルが前記設定輝度レベルより高いか否かを判断する露出量比較ステップと、
前記露出量比較ステップにおいて前記検出輝度レベルが前記設定輝度レベルより高いと判断された場合、ＮＤフィルタの遮光領域が開口絞り部を覆う状態にあるか否かを判定するＮＤフィルタ位置検出ステップと、
前記ＮＤフィルタ位置検出ステップにおいて前記ＮＤフィルタの前記遮光領域が前記開口絞り部を覆っていると判断された場合、絞り羽根の開閉状態を検出し前記絞り羽根が最も閉じられた状態か否かを判定する絞り羽根開閉検出ステップと、
前記絞り開閉検出ステップにおいて前記絞り羽根が最も閉じられた状態でないと判断された場合、前記絞り羽根を閉じる方向に移動させる絞り羽根移動ステップと、
を含むことを特徴とする光量制御方法。
【請求項５】
前記ＮＤフィルタ位置検出ステップにおいて前記ＮＤフィルタの前記遮光領域が前記開口絞り部を覆ってないと判断された場合、前記遮光領域が前記開口絞り部を覆う方向に前記ＮＤフィルタを移動させるＮＤフィルタ移動ステップを更に含むことを特徴とする請求項４記載の光量制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２６２０３１（Ｐ２０１０−２６２０３１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１０８３６（Ｐ２００９−１１０８３６）
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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