JP4732264B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置に関し、特に、絞り機構の開口から撮像素子に入射する光の量を調整するＮＤフィルタを備えた撮像装置に関する。

近年、ビデオカメラの小型化によるＣＣＤセンサのセルサイズの微細化に伴い、光学回折の影響を受けやすくなり、露出を制御する絞り機構を絞り込む限界のＦ値が小さくなってきている。このような光学回折による画質への影響を少しでも軽減するために、ＮＤフィルタを絞り機構に貼り付けて絞り機構と同時に制御していたものを、絞り機構と独立させて制御することにより、絞り機構の開口を絞らなくても光量を減光できる技術が提案されている。

図７に、ＮＤフィルタを絞り機構と独立させて制御する手段を備えた撮像装置の一例を示す。

この撮像装置は、レンズ１１０と、レンズ１１０からの入射光量を制御する絞り機構１２０と、絞り機構１２０を介して入射した光を光電変換するＣＣＤセンサ２００と、絞り機構１２０からＣＣＤセンサ２００に入射する光量を制限するＮＤフィルタ１６０と、を備える。

絞り機構１２０は絞り駆動モータ１３０により駆動され、該絞り駆動モータ１３０は絞り機構駆動装置１４０により駆動される。また、絞り機構１２０の絞り状態は、絞り機構検出装置１５０により検出される。

ＮＤフィルタ１６０はＮＤフィルタ駆動モータ１７０により駆動され、該ＮＤフィルタ駆動モータ７はＮＤフィルタ駆動装置１８０により駆動される。また、ＮＤフィルタ１６０の絞り機構１２０の開口に対する開閉状態は、ＮＤフィルタ検出装置１９０により検出される。

ＣＣＤセンサ（撮像素子）２００は、撮像素子駆動装置２１０により制御され、撮像素子駆動装置２１０は、光電変換された信号を読み出すとともに、信号の蓄積時間を制御するいわゆる電子シャッタ機能を制御する。ＣＣＤセンサ２００で光電変換された信号はＣＤＳ／ＡＧＣ２２０によりサンプリングされて電気的に増幅され、ＣＤＳ／ＡＧＣ２２０の出力アナログ信号はＡ／Ｄ変換器２３０によりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ２４０に出力される。

ＤＳＰ２４０は、ガンマ補正後、色分離、色差マトリクス等の処理を施した後に、同期信号を加え標準テレビジョン信号を生成する制御機能を有する信号処理装置である。ＤＳＰ２４には、撮像装置全体を制御するマイクロコンピュータ２７０から処理命令が出される。ＤＳＰ２４０で処理された画像データはメモリ２５０に記憶され、撮影された静止画や動画等の画像情報はメモリカード等の記録媒体２６０に記録される。なお、図７において、符号２８０は、画像を表示する液晶パネル、符号２９０は、動画・静止画切替スイッチである。

次に、絞り機構１２０およびＮＤフィルタ１６０の制御方法について説明する。

まず、レンズ１１０から入射した光が絞り機構１２０およびＮＤフィルタ１６０を通り、ＮＤフィルタ１６０により制限された光がＣＣＤセンサ２００に入射する。ＣＣＤセンサ２００により光電変換された信号がＣＤＳ／ＡＧＣ２２０、Ａ／Ｄ変換器２３０によりデジタル信号に変換されて、ＤＳＰ２４０でカメラ信号処理される。ＤＳＰ２４０により露出制御用の枠に応じた輝度データがマイクロコンピュータ２７０に出力され、その輝度データに基づき露出制御用計算を行う。この計算結果が適正露出でない場合は、適正になるように絞り機構１２０、ＮＤフィルタ１６０、電子シャッタ、ＡＧＣを制御する。

これら４つの露出制御パラメーターのうち、絞り機構１２０およびＮＤフィルタ１６０について図８を参照して説明する。

まず、図８（Ａ）では、絞り機構１２０の開口が開放して、ＮＤフィルタ１６０が絞り機構１２０の開口から全退避している。この状態から、ＣＣＤセンサ２００に入射する光を少なくする方向に露出を制御する。即ち、図８（Ｂ）に示すように、絞り機構１２０がある一定の開口径（Ｆ４.０）まで絞られると、絞り機構１２０の開口径を固定してから、ＮＤフィルタ１６０を開口に連続的に徐々に挿入させて露出を制御する。なお、「ＮＤフィルタを開口に挿入させる」とは、正確には、「ＮＤフィルタを開口直後又は直前（この例では直後）の開口と同じ直径の光路中に挿入させる」ということを意味し、「ＮＤフィルタを開口から退避させる」とは、正確には、「ＮＤフィルタを開口直後又は直前（この例では直後）の開口と同じ直径の光路中から退避させる」ということを意味する。

このとき、図８（Ｃ）に示すように、絞り機構１２０の開口に対して半分だけなど中途半端にＮＤフィルタ１６０が挿入される場合や、図８（Ｄ），図８（Ｅ）に示すように、ＮＤフィルタ１６０の異なった濃度域が絞り機構１２０の開口に混在する場合がある。

このような場合、図１０に示すように、ＮＤフィルタ1６０に存在する厚み段差や濃度段差などにより、光の回折が発生して画像の解像度が低下する問題が生じる。

一般的に、画像の滑らかさを優先させる動画撮影に対して、画像の解像度を最優先させる静止画撮影においては、ＮＤフィルタ１６０を絞り機構の開口に対して厚み段差や濃度段差が存在するような状態で中途半端に挿入することは避けたい。そこで、静止画撮影にＮＤフィルタ１６０を使用しなければ、動画撮影と比較してＮＤフィルタ１６０の濃度分だけ露出制御のダイナミックレンジが減少する不具合が生じてしまう。

そこで、次に示す技術が提案されている（特許文献１参照）。

この提案では、静止画撮影モードにおいて、図９に示すように、被写体が明るくなるにつれて絞り機構１２０の開口を閉じていき、Ｆ１１の開口径で絞り機構１２０の制御は止められる。続いて、ＮＤフィルタ１６０が絞り機構１２０の開口径を全て覆うようにＮＤフィルタ１６０の閉動作制御がなされる。このとき、絞り機構１２０は、ＮＤフィルタ１６０により遮光される光を補正するために、ＮＤフィルタ１６０の濃度分だけ開口径をＦ４に広げる。

また、開口径を広げることにより補正しきれない分は電子シャッタースピードを遅く、即ち、ＣＣＤセンサ２００への光の蓄積時間を長くすることにより補正する。この補正制御により、ＮＤフィルタ１６０の絞り機構１２０の開口への挿入による急激な光量変化を目立たなくすることができる。

その後、更に被写体の明るさが明るくなったら、電子シャッタースピードを１／６０秒から１／２５０秒まで高速にし、絞り機構１２０の開口径をＦ４の開口径からＦ１１の開口径まで絞っていくことにより露出を制御する。

逆に、ＮＤフィルタ１６０が絞り機構１２０の開口に対して全挿入されている状態から全退避するまでの露出制御は、上述した被写体が明るくなる方向とは逆の被写体が暗くなる方向に制御する。

即ち、ＮＤフィルタ１６０が絞り機構２の開口に対して全挿入されている状態で、電子シャッタースピードが１／６０秒で絞り機構１２０がＦ４の開口径になる。更に被写体が暗くなったとマイクロコンピュータ２７０が判断したら、電子シャッタースピードを１／２５０秒にし、絞り機構１２０をＦ１１の開口径にして、ＮＤフィルタ１６０を絞り機構１２０の開口に対して全退避させる。その後、更に被写体が暗くなれば、電子シャッタースピードと絞り機構１２０により露出を制御する。

このように、ＮＤフィルタ１６０を絞り機構１２０の開口に対して連続的に挿入していくのではなく、全挿入するか全退避するかの制御を行うことにより、ＮＤフィルタ１６０の濃度段差や厚み段差による光回折を防止することができる。これにより、静止画撮影時の解像度の劣化を防ぐことができるとともに、静止画撮影および動画撮影共にＮＤフィルタ１６０を使用して露出制御のダイナミックレンジを確保することができる。
特開２００４−７２５８０号公報

しかし、上記特許文献１では、絞り機構１２０の開口に対してＮＤフィルタ１６０を急峻に開閉動作させるため、画面上に輝度ショック（急激な輝度変化）が一瞬ではあるが存在する。この輝度ショックは、画像の品質を低下させることに加え、シャッターチャンスを逃すタイミングを発生させる原因になる。即ち、ユーザが静止画撮影しようとしたときに、自動的にＮＤフィルタ１６０が絞り機構１２０の開口に対して急峻に挿入されたり退避したりすると、輝度変化が大きくなり、ユーザがシャッタボタンを押して撮影するのをためらってしまう可能性がある。

また、この輝度ショックは静止画撮影時のモニタ画面上であれば静止画撮影結果などに実害はないが、動画撮影中にこの輝度ショックが起きてしまうと輝度の連続性が失われてしまう。

そこで、本発明は、フィルタの濃度段差や厚み段差による光回折を防止して、静止画撮影時の解像度の劣化を防ぐことができるとともに、静止画撮影および動画撮影共に露出制御のダイナミックレンジを確保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。更には、画面上の輝度ショックを抑制して、輝度の連続性を確保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。

上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、レンズから入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子に入射する光の量を変化させる絞り機構と、透明部と該透明部から離れるほど光の透過率が低下するように形成されたグラデーション部とを有し、前記絞り機構の開口を通過して前記撮像素子に入射する光の光路中に出し入れ可能であって、該光路中に挿入される場合には前記透明部が挿入されたあとで前記グラデーション部が挿入されるように構成されたフィルタと、前記グラデーション部を前記光路中に挿入させるときよりも、前記フィルタが前記光路中から退避した状態から前記透明部を前記光路中に挿入させるときのほうが、前記開口に対する前記フィルタの動作速度が速くなるように前記フィルタの動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、レンズから入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子に入射する光の量を変化させる絞り機構と、透明部と該透明部から離れるほど光の透過率が低下するように形成されたグラデーション部とを有し、前記絞り機構の開口を通過して前記撮像素子に入射する光の光路中に出し入れ可能であって、該光路中に挿入される場合には前記透明部が挿入されたあとで前記グラデーション部が挿入されるように構成されたフィルタと、前記グラデーション部を前記光路中から退避させるときよりも、前記透明部が前記光路中に挿入された状態から前記フィルタを前記光路中から退避させるときのほうが、前記開口に対する前記フィルタの動作速度が速くなるように前記フィルタの動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、フィルタの透明部により濃度段差を抑制することができ、フィルタの濃度のグラデーション部により厚み段差および濃度段差を抑制することができる。これにより、フィルタの濃度段差や厚み段差による光回折を防止することができ、静止画撮影時の解像度の劣化を防ぐことができるとともに、静止画撮影および動画撮影共にフィルタを使用して露出制御のダイナミックレンジを確保することができる。

また、フィルタの透明部により輝度ショックを抑制することができるので、静止画のみならず、動画においても輝度の連続性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態の一例である撮像装置を説明するためのブロック図、図２はＮＤフィルタの制御方法の一例を説明するための説明図、図３はＮＤフィルタの透明部と絞り機構の開口との大きさの関係を説明するための図である。図４はＮＤフィルタ制御値とＮＤフィルタ制御位置との関係を示すグラフ図、図５はＮＤフィルタの構造を模式的に示す断面図、図６は本発明の実施の形態の一例である撮像装置の動作例を説明するためのフローチャート図である。なお、この実施の形態では、撮像装置の基本的構成については既に図７で説明した従来の撮像装置を例に採り、相違する部分についてのみ説明し、重複する部分については図に同一符号を付して説明を省略する。

本発明の実施の形態の一例である撮像装置は、図１に示すように、絞り機構１２０とＣＣＤセンサ（撮像素子）２００との間に、絞り機構１２０からＣＣＤセンサ２００に入射する光量を制限するＮＤフィルタ１６１が配置されている。

このＮＤフィルタ１６１は、図２に示すように、絞り機構１２０の開口１２０ａを選択的に開閉する透明部１６１ａ、および濃度のグラデーション部１６１ｂを有する。グラデーション部１６１ｂは、透明部１６１ａから離れるにつれて次第に濃度が濃くなるように形成されている。

まず、露出制御をする上で動作させる絞り機構１２０、ＮＤフィルタ１６１、シャッタースピード、ゲインの４つのパラメーターについて説明する。

これらの４つのパラメーターのうちの１つのパラメーターが動作しているときは、その他の３つのパラメーターは固定されている。また、どのパラメーターがどの明るさで動作するかは、ＡＥのモードにより決められている。このような動作を行うＡＥのことをプログラムＡＥと呼ぶ。

この実施の形態では、プログラムＡＥのモードがオートモードであるとする。表１に示すようなテーブルデータがマイクロコンピュータ２７０の所定の記憶領域（ＲＯＭ等）に記憶されており、プログラムＡＥの各動作パラメーターの制御値をマイクロコンピュータが判断し、各パラメーターを制御する。

表１において、被写体の明るさがＢｌｉｇｈｔ２の場合、絞りＦ８．０、ＮＤフィルタ１６１全挿入（絞り機構の開口全域を覆う状態）、シャッタースピード１／５００〜１／６０秒、ゲイン０ｄＢとある。これはシャッタースピードが１/５００〜１／６０秒まで動作することにより露出を制御して、その他のパラメーターはそれぞれ示された状態で固定制御される。

この状態から、被写体が暗くなり始め、シャッタースピードが１／６０秒になったら、マイクロコンピュータ２７０は、表１の「Ｂｌｉｇｈｔ１」に移行して絞り機構１２０による露出制御を行い、開口径をＦ８．０からＦ４．０に向かって制御する。それ以外のパラメーターは、ＮＤフィルタ１６１全挿入、シャッタースピード１／６０秒、ゲイン０ｄＢという値で固定制御される。

この状態から、絞り機構１２０の開口径がＦ４．０になったら、マイクロコンピュータ２７０は、表１の「Ｍｉｄ」に移行してＮＤフィルタ１６１による露光制御を行い、絞り機構１２０の開口１２０ａに対するＮＤフィルタ１６１の開閉動作を制御する。それ以外のパラメーターは、絞り機構１２０の開口径がＦ４．０、シャッタースピード１／６０秒、ゲイン０ｄＢという値で固定制御される。なお、「Ｄａｒｋ１」，「Ｄａｒｋ２」についての説明は省略するが、上記同様にしてプログラムＡＥが動作していく。

次に、本発明の要部である表１の明るさが「Ｍｉｄ」の場合の露光制御について説明する。

この露光制御では、ＮＤフィルタ１６１が絞り機構１２０の開口１２０ａに対して完全に退避している状態から該開口１２０ａの全域を覆う状態に移行する場合のＮＤフィルタ１６１の閉動作を制御する。また、逆に、ＮＤフィルタ１６１が絞り機構１２０の開口１２０ａの全域を覆っている状態から該開口１２０ａに対して完全に退避する状態に移行する場合のＮＤフィルタ１６１の開動作を制御する。

図２に、表１の「Ｄａｒｋ１」と「Ｍｉｄ」との間でのプログラムＡＥの各パラメーターの遷移の様子を模式的に示す。

図２の（Ａ）は、被写体の明るさが暗く、右側（図２（Ｂ）〜図２（Ｆ））になるにつれ、被写体の明るさが明るくなることを示している。また、図２では、それぞれの明るさにおいて、露出が適正と判断される絞り機構１２０の開口径のＦ値、ＮＤフィルタ１６１の制御位置、電子シャッタースピード、ゲイン値を示している。表１との比較では、表１の「Ｍｉｄ」に相当するのは、図２（Ｂ）〜図２（Ｅ）である。

まず、図２（Ａ）は、絞り機構１２０の開口径：Ｆ２．８、ＮＤフィルタ１６１：全退避（絞り機構１２０の開口１２０ａに対して完全に退避している状態）、シャッタースピード：１／６０秒、ゲイン：０ｄＢの状態を示している（表１の「Ｄａｒｋ１」）。

ここで、図２（Ａ）の状態では、絞り機構１２０の開口１２０ａがＮＤフィルタ１６１の幅より大きいため、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａで開口１２０ａの全域を覆うＮＤフィルタ１６１の閉動作制御を行うことはできない。仮に、ＮＤフィルタ１６１の閉動作制御を行うと、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａの端面と両側面の３面で絞り機構１２０の開口１２０ａを遮ることとなり、厚み段差により画像が大きく劣化することになる。従って、図２（Ａ）の状態では、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａで開口１２０ａの全域を覆うＮＤフィルタ１６１の閉動作制御を行わずに、絞り機構１２０を制御する。

絞り機構１２０の制御では、被写体が明るくなるにつれてＣＣＤセンサ２００に入射する光量が増加すると、マイクロコンピュータ２７０は光量を減じるために絞り機構１２０の開口１２０ａを閉じる（絞る）方向に制御する。このときの絞りの動作は連続的に行われ、滑らかな輝度変化となる（通常のＡＥ動作）。

そして、絞り機構１２０がＦ４．０の開口径になったと判断されたら、マイクロコンピュータ２７０により絞り機構１２０の制御が停止され、図２（Ａ）から図２（Ｂ）のＮＤフィルタ１６１の開閉制御に移行する。絞り機構１２０がＦ４．０の開口径になったときに絞り機構１２０の制御を止める理由は、絞り機構１２０の開口１２０ａがＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａで全て覆うことができる大きさになっているからである。

図３に、図２（Ｂ）の状態におけるＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａと絞り機構１２０の開口１２０ａとの大きさの関係を示す。図３に示すように、図２（Ｂ）の状態では、ａ１＞ｂ１、且つａ２＞ｂ２となり、絞り機構１２０の開口１２０ａがＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａで全て覆うことができる大きさになっているのが判る。

続いて、図２（Ｂ）から図２（Ｃ）に移行し、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａで絞り機構１２０の開口１２０ａ（Ｆ４．０）の全域を覆うＮＤフィルタ１６１の閉動作制御を行う。ここでのＮＤフィルタ１６１の閉動作速度は、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）で説明するグラデーション部１６１ｂでの閉動作速度より高速に制御される。なお、ここで言う高速とは、ユーザが輝度変化に対して違和感を覚えないくらい高速という意味であり、この実施の形態では、２Ｖから３Ｖ（１Ｖ＝１／６０秒）で動作させている。

また、ここでＮＤフィルタ１６１を高速に動作させる理由は、フィルタのあるエリアとないエリアをまたぐ際に屈折率の変化が生じるためである。

このような高速動作を実現させるためには、あらかじめ定められたＦ値（この実施の形態では、Ｆ４．０）でＮＤフィルタ１６１を開閉動作させるように決めておく。そうすれば、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａが絞り機構１２０の開口１２０ａの全域を覆うためのＮＤフィルタ１６１の制御位置が自ずと決定され、その制御位置にするための制御値も決定される。

図４に、ＮＤフィルタ制御位置とＮＤフィルタ制御値との関係を示す。

図４に示すように、ＮＤフィルタ制御値とＮＤフィルタ制御位置とは線形の関係にあり、１対１で対応している。ＮＤフィルタ制御値が０のとき、ＮＤフィルタ制御位置はＮＤフィルタ１６１が絞り機構１２０の開口１２０ａに対して完全に退避する位置となる。また、ＮＤフィルタ制御値が１００のとき、ＮＤフィルタ制御位置はＮＤフィルタ１６１が絞り機構１２０の開口１２０ａの全域を覆う位置で、且つ閉動作の終端位置（全挿入位置）となる。

ここで、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａのみで絞り機構１２０の開口１２０ａの全域を覆うためのＮＤフィルタ制御値は２０であるため、ＮＤフィルタ制御値２０をあらかじめマイクロコンピュータ２７０に記憶させておく。そして、絞り機構１２０の開口１２０ａをＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａで覆いたいときに、ＮＤフィルタ制御値を０から２０に一気に変化させる。これにより、ＮＤフィルタ１６１が高速で閉動作し、２Ｖから３Ｖで絞り機構１２０の開口１２０ａの全域を覆う（図２（Ｃ））。また、逆にＮＤフィルタ１６１を絞り機構１２０の開口１２０ａから退避させるときは、同様に、ＮＤフィルタ制御値を２０から０に一気に変化させる。

ここで、２Ｖから３Ｖかかるのは、ＮＤフィルタ１６１による露出変化をフィードバック制御しているためで、フィードバックループのループ特性によるものである。このように高速といっても、２Ｖから３Ｖかっかっていては、ＮＤフィルタ１６１の端面が絞り機構１２０の開口１２０ａを通過している瞬間が撮影されてしまう懸念がある。

即ち、ＮＤフィルタ１６１の端面に強い光が当たった場合、その端面で反射した光がＣＣＤセンサ２００に当たり反射ゴーストとして撮影されてしまい、画像劣化につながる。このため、ＮＤフィルタ１６１の開閉動作時間を短くすることは重要である。

そこで、この実施の形態では、好ましい例として、次に示す対策により前記反射ゴーストの発生を確実に防止している。

まず、ＮＤフィルタ１６１の開閉動作がフィードバックループのない制御系で制御されているものとする。この制御系は高速動作が可能であり、図２（Ｂ）から図２（Ｃ）へのＮＤフィルタ１６１の閉動作を垂直走査のブランキング期間で高速で行えば、ＮＤフィルタ１６１の端面が絞り機構１２０の開口１２０ａを通過している瞬間が撮影されてしまうことはなくなる。これにより、ＮＤフィルタ１６１の端面での強い光の反射ゴーストの発生を防止することができる。ここで言う、ブランキング期間とは、１つの画像を走査し終わってから次の画像の走査が始まる前までのブランク時間のことである。

また、ＮＤフィルタ１６１を高速で開閉動作させたときの問題として、露出制御のハンチングがある。

即ち、絞り機構１２０の開口１２０ａを覆う部分はＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａであるが、透明部１６１ａは有限の透過率（９７％）を持っている。従って、輝度変化は目視では殆ど認められないが、露出評価を行うためのＤＳＰ２４０で算出される輝度値は、ＮＤフィルタ１６１への入射光の輝度値の３％だけ変化して（カットされて）しまう。そのため、露出の適正値がＮＤフィルタ１６１の高速動作付近に存在すると、ＮＤフィルタ１６１の開閉動作が繰り返されて、露出制御がハンチングしてしまう。この３％の輝度変化を繰り返していると、目視でもユーザが気になるレベルになってしまい、また、ＮＤフィルタ１６１を繰り返して高速動作させてしまうため、消費電力が大きくなってしまう。

そこで、この実施の形態では、好ましい例として、次に示す対策により露出制御におけるハンチングを防止している。

まず、ＤＳＰ２４０された現在の輝度値をＹとし、露出が適正であるときの輝度値をＹ０とする。ＮＤフィルタ１６１が絞り機構１２０の開口１２０ａに対して完全に退避している状態から、ＮＤフィルタ１６１を高速で閉動作させてＮＤフィルタ１６１で該開口１２０ａを覆うときの条件として、次式（１）を考慮する。

Ｙ−Ｙ０＞３％の輝度変化値（Ｙ１） …（１）
即ち、露出制御の際にはＮＤフィルタ１６１への入射光の輝度値の３％分の輝度変化値Ｙ１をヒステリシスとして設け、撮影された被写体の輝度値が、上記（１）式の条件を満たした輝度値Ｙになったときに、ＮＤフィルタ１６１を高速で閉動作させる。

また、ＮＤフィルタ１６１が絞り機構１２０の開口１２０ａを覆っている状態から、ＮＤフィルタ１６１を高速で開動作させてＮＤフィルタ１６１を該開口１２０ａに対して退避させるときの条件として、次式（２）を考慮する。

Ｙ０−Ｙ＞３％の輝度変化値（Ｙ１） …（２）
即ち、露出制御の際にはＮＤフィルタ１６１への入射光の輝度値の３％分の輝度変化値Ｙ１をヒステリシスとして設け、撮影された被写体の輝度値が、上記（２）式の条件を満たした輝度値Ｙになったときに、ＮＤフィルタ１６１を高速動作で開動作させる。

このようなヒステリシス制御を行うことにより、ＮＤフィルタ１６１が挿抜入を高速で繰り返すことを防ぐことができ、露出制御におけるハンチングを防止することができる。

以上のように、図２（Ｂ）から図２（Ｃ）のＮＤフィルタ１６１の高速動作により、ＮＤフィルタ１６１の端面は絞りの開口径を一瞬にして通り過ぎるため、ＮＤフィルタ１６１の厚み段差による光の回折を防ぐことができる。また、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａにより濃度段差を抑制することができる。

その後、絞り機構１２０の開口径Ｆ４．０のままＮＤフィルタ１６１の閉動作が進行し、図２（Ｄ）に示すように、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａとグラデーション部１６１ｂとの両方で絞り機構１２０の開口部１２０ａを覆うことになる。このとき、ＮＤフィルタ１６１の閉動作は図２（Ｂ）から図２（Ｃ）までの閉動作の速度より遅い速度で連続的に行われ、被写体の輝度変化は滑らかである（通常のＡＥ動作）。また、図５に示すように、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａとグラデーション部１６１ｂとの境目では、フィルタ濃度や構造的な厚みの段差がないため、濃度段差や厚み段差による光の回折は発生せず、解像度の優れた画像を撮影し続けることができる。

更に、図２（Ｅ）に示すように、ＮＤフィルタ１６１が閉動作の終端に位置まで移動して、それ以上のＮＤフィルタ１６１の閉動作ができなくなると、図２（Ｆ）に示すように、再び絞り機構１２０が制御されて、開口１２０ａの絞り動作が行われる。この場合の絞りの動作も連続的に行われ、被写体の輝度変化は滑らかである（通常のＡＥ動作）。

次に、図６を参照して、本発明の実施の形態の一例である撮像装置の動作例を説明する。図６での各ステップの処理は、マイクロコンピュータの記憶領域（ＲＯＭ等）に記憶された制御プログラムがＲＡＭにロードされて、ＣＰＵにより実行される。

まず、ステップＳ１では、露出が適正かどうか判断する。露出が適正でなかった場合はステップＳ２に移行し、露出が適正であった場合は処理を終了する。

ステップＳ２では、マイクロコンピュータ２７０は露出が目標値に対してオーバーなのかアンダーなのかを判断し、オーバーであれば、ステップＳ３へ移行し、アンダーであれば、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ３では、マイクロコンピュータ２７０は撮影している被写体が暗くなるようにＡＥを動作させるよう命令を出し、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、マイクロコンピュータ２７０はＮＤフィルタ１６１が挿入されているか否かを判断する。

ＮＤフィルタ１６１が既に挿入されている状態であれば、その他のパラメーターでＡＥ制御を行い、ステップＳ１に戻り、露出が適正か否かの判断を再度行う。

そして、ＮＤフィルタ１６１が挿入されていない状態であれば、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、ＮＤフィルタ１６１は絞り機構１２０の開口１２０ａに対して完全に退避している状態である。そのため、マイクロコンピュータ２７０は上述したように、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａが絞り機構１２０の開口１２０ａの全域を覆う位置まで間欠的に高速で閉動作させる。

その後、露出を適正にするため、ＡＥ制御を行う。ここで行うＡＥ制御は、滑らかな輝度変化になるように、ＮＤフィルタ１６１の閉動作を徐々に行う。そして、再びステップＳ１に戻り、露出が適正か否かの判断を再度行う。

一方、ステップＳ６では、マイクロコンピュータ２７０は撮影している被写体が明るくなるようにＡＥを動作させるよう命令を出し、ステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、マイクロコンピュータ２７０はＮＤフィルタ１６１が挿入されているか否かを判断する。

ＮＤフィルタ１６１が挿入されていない状態であれば、その他のパラメーターでＡＥ制御を行い、ステップＳ１に戻り、露出が適正か否かの判断を再度行う。

そして、ＮＤフィルタ１６１がすでに挿入されている状態であれば、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａが絞り機構１２０の開口１２０ａの全域を覆っている状態であるため、上述したように、ＮＤフィルタ１６１を絞り機構１２０の開口１２０ａに対して完全に退避する位置まで間欠的に高速で開動作させる。その後、露出を適正にするため、ＡＥ制御を行う。ここで行うＡＥ制御は、滑らかな輝度変化になるように、パラメーターの制御を徐々に行う。そして、再びステップＳ１に戻り、露出が適正か否かの判断を再度行う。

以上説明したように、この実施の形態では、ＮＤフィルタ１６１が絞り機構１２０の開口１２０ａを選択的に開閉する透明部１６１ａ、およびグラデーション部１６１ｂを有し、透明部１６１ａの開閉動作速度をグラデーション１６１ｂの開閉動作速度より速くしている。

従って、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａにより濃度段差を抑制することができ、グラデーション部１６１ｂにより厚み段差および濃度段差を抑制することができる。また、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａを高速で開閉動作させているので、透明部１６１ａでの厚み段差を抑制することができる。

これにより、ＮＤフィルタ１６１の濃度段差や厚み段差による光回折を防止することができ、静止画撮影時の解像度の劣化を防ぐことができるとともに、静止画撮影および動画撮影共にフィルタを使用して露出制御のダイナミックレンジを確保することができる。

また、ＮＤフィルタ１６１の透明部１６１ａの高速での開閉動作により輝度ショックを効果的に抑制することができるので、静止画のみならず、動画においても輝度の連続性を確保することができる。

なお、本実施形態において、透明部１６１ａの透過率を９７％とし、露出制御の際にはＮＤフィルタ１６１への入射光の輝度値の３％分の輝度変化値Ｙ１をヒステリシスとして設けているが、透過率は、９０％〜１００％の間であれば問題はない。また、透過率にあわせて露出制御を行う際の輝度変化値Ｙ１のヒステリシスも１〜１０％の間で設けることで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態の一例である撮像装置を説明するためのブロック図である。 ＮＤフィルタの制御方法の一例を説明するための説明図である。 ＮＤフィルタの透明部と絞り機構の開口との大きさの関係を説明するための図である。 ＮＤフィルタ制御値とＮＤフィルタ制御位置との関係を示すグラフ図である。 ＮＤフィルタの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態の一例である撮像装置の動作例を説明するためのフローチャート図である。 従来の撮像装置の一例を説明するためのブロック図である。 従来のＮＤフィルタの制御方法を説明するための説明図である。 従来の他のＮＤフィルタの制御方法を説明するための説明図である。 従来のＮＤフィルタの構造を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１１０ 被写体結像用レンズ
１２０ 絞り機構
１２０ａ 開口
１３０ 絞り機構駆動モータ
１４０ 絞り機構駆動装置
１５０ 絞り機構検出装置
１６１ ＮＤフィルタ
１６１ａ 透明部
１６１ｂ グラデーション部
１７０ ＮＤフィルタ駆動モータ
１８０ ＮＤフィルタ駆動装置
１９０ ＮＤフィルタ検出装置
２００ ＣＣＤセンサ（撮像素子）
２１０ 撮像素子駆動装置
２２０ ＣＤＳ／ＡＧＣ
２３０ Ａ／Ｄ変換器
２４０ ＤＳＰ
２５０ メモリ
２６０ 記録媒体
２７０ マイクロコンピュータ
２８０ 液晶パネル
２９０ 動画・静止画切替スイッチ

Claims (10)

1. レンズから入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子に入射する光の量を変化させる絞り機構と、
   透明部と該透明部から離れるほど光の透過率が低下するように形成されたグラデーション部とを有し、前記絞り機構の開口を通過して前記撮像素子に入射する光の光路中に出し入れ可能であって、該光路中に挿入される場合には前記透明部が挿入されたあとで前記グラデーション部が挿入されるように構成されたフィルタと、
   前記グラデーション部を前記光路中に挿入させるときよりも、前記フィルタが前記光路中から退避した状態から前記透明部を前記光路中に挿入させるときのほうが、前記開口に対する前記フィルタの動作速度が速くなるように前記フィルタの動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御部は、前記フィルタが前記光路中から退避した状態から前記透明部を前記光路中に挿入させる場合、前記開口の大きさが前記透明部内に収まる大きさのときに前記透明部を前記光路中に挿入させるように、前記フィルタの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御部は、前記フィルタを前記光路中に挿入させる場合、垂直走査のブランキング期間内に前記フィルタの端面が前記光路を通過するように、前記フィルタの動作を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子から出力された電気信号を輝度値に変換する輝度値生成手段を備え、
   前記制御部は、前記フィルタが前記光路中から退避した状態において、前記輝度値生成手段により生成された輝度値があらかじめ設定された輝度目標値を一定レベル上回った場合、前記透明部を前記光路中に挿入させるように前記フィルタの動作を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の撮像装置。
5. 前記一定レベルは、前記透明部の透過率に基づいて設定されることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. レンズから入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子に入射する光の量を変化させる絞り機構と、
   透明部と該透明部から離れるほど光の透過率が低下するように形成されたグラデーション部とを有し、前記絞り機構の開口を通過して前記撮像素子に入射する光の光路中に出し入れ可能であって、該光路中に挿入される場合には前記透明部が挿入されたあとで前記グラデーション部が挿入されるように構成されたフィルタと、
   前記グラデーション部を前記光路中から退避させるときよりも、前記透明部が前記光路中に挿入された状態から前記フィルタを前記光路中から退避させるときのほうが、前記開口に対する前記フィルタの動作速度が速くなるように前記フィルタの動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする撮像装置。
7. 前記制御部は、前記透明部が前記光路中に挿入されていて前記グラデーション部が前記光路中に挿入されていない状態から前記フィルタを前記光路中から退避させる場合、前記開口の大きさが前記透明部内に収まる大きさのときに前記フィルタを前記光路中から退避させるように前記フィルタの動作を制御することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記制御部は、前記フィルタを前記光路中から退避させる場合、垂直走査のブランキング期間内に前記フィルタの端面が前記光路を通過するように前記フィルタの動作を制御することを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
9. 前記撮像素子から出力された電気信号を輝度値に変換する輝度値生成手段を備え、
   前記制御部は、前記透明部が前記光路中に挿入されていて前記グラデーション部が前記光路中に挿入されていない状態において、前記輝度値生成手段により生成された輝度値があらかじめ設定された輝度目標値を一定レベル下回った場合、前記フィルタを前記光路中から退避させるように前記フィルタの動作を制御することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 前記一定レベルは、前記透明部の透過率に基づいて設定されることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。

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