专利名称：光量控制装置及照相机装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用能够控制光透射率的特性器来控制进入图像传感器的光量的光量控制设备及照相机设备，所述图像传感器将光转换为电。
背景技术：
作为控制照相机等的入射光的器件，使用机械光圈。在图像光学系统中，从物体发出的光通过光学系统进入将光转换为电的诸如CCD(电荷耦合装置)的图像传感器。在这种结构中，机械光圈被配置在光学系统中。机械光圈控制进入图像传感器的光量以控制图像传感器的曝光。机械光圈具有光圈的孔径比机械地变化的结构以限制入射光量。当机械光圈被使用时，由于孔径比在变化，景深也在变化。景深影响捕获的图像。利用景深，图像可被有效地捕获。但是，照相机的使用者可能对景深感到困惑。当照相机被装配到移动电话终端等时，由于其尺寸，可能不能使用机械光圈。
另一方面，在图像光学系统中利用特性器(property device)的照相机已经被提出。特性器包括，例如液晶，并能控制光透射率(light transmissivity)。照相机能利用特性器来控制图像传感器的入射光量并补偿图像传感器的曝光。这种照相机能控制曝光量而不需要变化孔径比。由此，照相机使用者不需要考虑景深。结果，即使照相机的尺寸小，照相机可以使用宽范围的光量。
在前的包括液晶的特性器具有光透射率的波长相关性(wavelengthdependency)。下文中，光透射率的波长相关性被称作光谱特性。光谱特性不适合照相机。换句话说，当光谱特性不同时，阴影不同。由此，捕获的图像的阴影取决于特性器的光透射率而变化。为解决这个问题，在日本专利公开号2987015中提出了利用用于补偿光透射率的波长相关性的补偿器件的技术。
特性器的光谱特性根据照相机的可容许彩色特性有很大的不同。由此，最好补偿光谱特性。此外，由于光谱特性取决于光透射率，对于必要光透射率将被补偿的色彩值不是恒定的。色彩值需要被非常细致地补偿。而且，由于特性器的特性会变化，它们不能被用于照相机。必须为每个特性器获取将被补偿的值。并且，由于每个特性器的光谱特性根据诸如照相机使用的温度的环境条件而变化，补偿值需要被进一步补偿。结果，被补偿的数据量变得非常大。
此外，获得各个补偿值的调整时间也变长了。而且，很难稳定地准备一个测量环境。由此，在光透射率的波长相关性的实际使用中有许多问题。
另一方面，很多照相机的图像传感器使用单晶硅的光电效应。但是，对于作为近红外线、具有短于1100nm波长的光，经常发生光电效应。除了利用红外线捕获图像的照相机，需要使用可见射线的图像信号作为图像传感器的输出信号。否则，照相机使用者看到的图像的亮度和色彩与电视或监视器用图像信号显示的图像的亮度和色彩不同。
为防止这样的不同发生，其近红外区的光被阻隔的特性被比如说滤光器提供给光学系统，物体的光进入所述光学系统而且该光学系统被配置在图像传感器前。滤光器具有这样的特性，视觉灵敏度在可见光区(380nm至780nm)被获得并且光发射量在红外区可被忽略，所述红外区的波长比可见光区的波长要长。比如说，使用具有如下特性的滤光器，从可见光区中600nm左右的波长至红外区800nm左右的波长光透射率逐渐降低。
特定照相机具有这样的滤光器，所述滤光器不随可见光区的视觉灵敏度和监视器(捕获的图像)的亮度之间的差别而降低可见光区的光透射率，并且在可见光区和红外线区的边缘急剧地降低光透射率以提高灵敏度。
此外，许多包括液晶并能控制光透射率的特性器的响应时间慢。
相反，当特性器具有快速响应时间时，它们具有相对窄的波长范围。这些特性器只能在可见光区的一部分控制光透射率。它们不能在高于红色的波长区内降低光透射率。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种光量控制设备及照相机设备，其能够利用简单结构抑制与由特性器控制的光透射率相对应的阴影的变化。
为解决前述问题，本发明是利用能够控制光透射率的特性器来控制光量的光量控制设备，包括光学装置，用于阻隔具有比可见光区中的预定波长要长的波长的光；和特性器，被配置在与光学装置相同的光轴上，并能够控制光透射率。
此外，本发明是利用能够控制光透射率的特性器来控制图像传感器的入射光量的照相机设备，包括光学装置，用于阻隔具有比可见光区中的预定波长要长的波长的光；特性器，被配置在与光学装置相同的光轴上，并能够控制光透射率；和图像捕获装置，用于通过光学装置和特性器来捕获从物体发出的光。
本发明的权利要求1具有光学装置，用于阻隔具有比可见光区中的预定波长要长的波长的光；和特性器，被配置在与光学装置相同的光轴上，并能够控制光透射率。由此，可以利用光学装置阻隔特性器的光谱特性的可见光区中具有强波长相关性的更长波长区中的光。由此，可以使用其中特性器的光谱特性是稳定的波长区中的光。
本发明的权利要求3具有光学装置，用于阻隔具有比可见光区中的预定波长要长的波长的光；特性器，被配置在与光学装置相同的光轴上，并能够控制光透射率；和图像捕获装置，用于通过光学装置和特性器来捕获从物体发出的光。通过控制特性器的光透射率，图像捕获装置的入射光量被控制。由此，可以用光学装置阻隔特性器的光谱特性的可见光区中具有强波长相关性的更长波长带中的光。由此，其中特性器的光谱特性是稳定的波长带中的光可以被输入至图像捕获装置。
图1是显示根据本发明实施例的照相机设备结构的示例的方框图；图2是显示特性器的几个阴影的每一个的光谱特性的示例的示意图；图3是显示光学装置的光谱特性的示例的示意图；图4是显示将特性器的特性和光学装置的特性相加的光谱特性的示意图；和图5A和图5B是描述取决于光学装置是否存在的输出特性的差别的示意图。
具体实施例方式
接下来，将参照附图，描述本发明的实施例。图1显示了根据本发明实施例的照相机设备的结构的示例。光学装置1是阻隔具有长于预定波长的波长的光的滤光器。图像光学系统2具有透镜系统(未示出)和利用液晶控制光透射率的特性器20。特性器20包括已经执行预定的对准处理的两个相对的透明电极，并且液晶被夹在其间。当控制施加到电极的电压时，光透射率可以从光透射率接近100％的发射状态变化到光透射率接近0％的阻隔状态。图像传感器3是将入射光转换为电信号的装置。图像传感器3的一个例子是CCD(电荷耦合装置)。
从物体发出的光通过光学装置1和图像光学系统2进入图像传感器3。图像传感器3将入射光转换为电信号并将所述电信号作为图像信号提供给信号处理部分4。提供到信号处理部分4的图像信号被提供至图像信号处理部分10。
图像信号处理部分10利用从图像传感器3提供的图像信号产生红色(R)信号、绿色(G)信号和蓝色(B)信号。所述R信号、G信号和B信号被分别提供至R信号放大器11、G信号放大器12和B信号放大器13。这些放大器11、12和13为白平衡调整这些信号的增益。R信号放大器11、G信号放大器12和B信号放大器13的输出被提供至视频信号处理电路14。视频信号处理电路14利用所述R信号、G信号和B信号产生亮度信号Y和色度信号C。从终端21和22分别获得亮度信号Y和色度信号C作为照相机设备的视频输出信号。
微型计算机5产生多种控制信号来控制照相机设备的各个部分。微型计算机5产生控制信号来控制图像光学系统2的特性器20的光透射率。所述控制信号被提供至图像光学系统2。微型计算机5为白平衡调整R信号放大器11、G信号放大器12和B信号放大器13的增益。
图2显示了图像光学系统2的特性器20的几个阴影的每一个的光谱特性的示例。图2显示了利用六个光透射率控制特性器20的光谱特性。在六个光透射率中，最大的光透射率由L1表示，而最小的光透射率由L6表示。在这个例子中，除了状态L1，最大的光透射率，很清楚光透射率的波长相关性从600nm到650nm的波带至750nm到800nm的波带为强。在图2所示的例子中，特性器20的光谱特性的波长相关性从短波长带至650nm左右的波长为弱。波长相关性的倾向在650nm左右的波长变化。光谱特性的波长相关性从650nm左右的波长至750nm左右的波长为强。在状态L1中，同样的倾向出现在650nm左右的波长。
图3示出了光学装置1的光谱特性的示例。光学装置1具有急剧减少具有长于预定波长的波长的光的透射率的特性。在其上光学装置1急剧减少光透射率的波长对应于在其上特性器20的光透射率的波长相关性变强的波长。在这个例子中，光学装置1的光透射率在短于650nm左右的波长带中是100％。光学装置1的光透射率在从650nm左右至680nm左右的波长带中急剧减少。光学装置1的光透射率在长于680nm的波长带中变为0％左右。
图4显示了其中图2中显示的特性器20的特性和光学装置1的特性被相加的光谱特性。换句话说，图4中所示的特性是其中光学装置1的光谱特性和图像光学系统2的光谱特性被相加的总光谱特性。具有这样特性的光进入到图像传感器3。如图4所示，光学装置1在650nm左右的波长急剧减少光透射率。由此，光学装置1在长于650nm的波长带中抑制光透射率。结果，光学装置1阻隔其中特性器20的光透射率的波长相关性为强的波长带中的光。由此，其光透射率的波长相关性为弱的波长带中的光被选择性地输入至图像传感器3。
接下来，参照图5A和图5B，将描述取决于光学装置1是否存在的输出特性的差别。图5A和图5B显示了在3200K色温和卤素灯亮度环境下白色的RGB比率的例子。RGB比率对应于R信号放大器11和B信号放大器13的输出对G信号放大器12输出的比率。图5A和图5B显示了关于特性器20的各个状态L1至L6的R信号和G信号的比率(R/G)以及B信号和G信号的比率(B/G)。
图5A显示了光学装置1没有被使用的例子。当光学装置1没有被使用时，比率R/G和比率B/G在状态L1至L6的每一个中不同。换句话说，当光学装置1没有被使用时，白平衡在状态L1至L6的每一个中不同。为了补偿状态L1至L6的每一个中的RGB比率，R信号放大器11、G信号放大器12和B信号放大器13需要具有不同的补偿值。当光透射率被特性器20更精密地控制时，将被存储的补偿值的数目巨大地增长。
图5B显示了根据本发明实施例其中光学装置1和特性器20被结合使用的RGB比率的例子。在图5B所示的例子中，在特性器20的状态L1至L6的每一个中，白色的RGB比率几乎不变化。由此，当光透射率被更精密地控制时，很清楚白平衡几乎没有变化。
具有如图3所示的特性的光学装置1可通过在玻璃上覆盖多个蒸发膜(evaporation film)来实现。作为替代，具有这样特性的光学装置1可以通过彩色玻璃实现。
为实现如图3所示的特性，光学装置1需要被覆盖多个蒸发膜。由此，光学装置1的成本增加。作为替代，光学装置1可以具有这样的特性，即可容许防止状态L1至L6的每一个的光谱特性变化而没有如图3所示的急剧衰减特性。
利用具有如图3所示的光谱特性的光学装置1，可见光区的一部分的灵敏度被丢失。由此，当物体发出具有被可见光区规定的彩色特性的光时，光学装置1的灵敏度和可见灵敏度之间的差别可能变大。但是，由于许多物体具有基于可见光区的宽波长带(除了诸如激光的具有非常窄的波长带的一部分光)中的光谱特性的彩色特性，仅具有高红色比率的物体的色彩复现性恶化了。
在前述例子中，光学装置1被配置在特性器20的前面(在入射的一侧)。但是，本发明不限于此例。光学装置1和特性器20可以被配置在相同的光轴上。由此，光学装置1可被配置在特性器20的后面(与图像传感器3相邻)。
根据本发明，由于阻隔具有大于预定波长的波长的光的光学装置被配置在能够控制光透射率的特性器的前面，即使光透射率被特性器控制并且因此光谱特性变化了，也可以防止色平衡变化。
此外，由于当光透射率被特性器控制并且光谱特性因此变化时，光学装置防止了色平衡变化，所以与在特性器被控制时存储特性器的变化特性和补偿所述特性的方法相比，可以更简单并更便宜地稳定照相机设备的色彩复现性。
此外，由于信号处理电路不需要补偿信号，电路规模可被降低。由此，照相机设备的工作时间可被缩短。
而且，根据本发明的实施例，当光透射率被特性器控制并且光谱特性因此变化时，可通过简单结构防止色平衡变化。由此，特性器可以作为照相机设备的曝光控制装置使用。结果，当照相机设备的光学系统不使用机械光圈时，可减轻可控亮度范围变窄的缺点。
在根据本发明实施例的照相机设备中，由于图像传感器的入射光量可以由能够控制光透射率的特性器控制，孔径不象控制图像传感器的入射光量的机械光圈那样变化。由此，景深可被保持恒定。
此外，根据本发明，由于当光透射率被特性器控制时发生的彩色特性的变化在一定程度上被允许，所以可被用于特性器的材料的种类增加了。结果，可以从多个种类中选择具有诸如高响应速度和同等光透射率的优秀特性的特性器。
权利要求
1.一种利用能够控制光透射率的特性器来控制光量的光量控制设备，包括光学装置，用于阻隔具有比可见光区中的预定波长要长的波长的光；和特性器，被配置在与光学装置相同的光轴上，并能够控制光透射率。
2.如权利要求1所述的光量控制设备，其中预定波长对应于一波长，在此波长，其中特性器的光谱特性的波长相关性为弱的波长区变为其中特性器的光谱特性的波长相关性为强的波长区。
3.一种利用能够控制光透射率的特性器来控制图像传感器的入射光量的照相机设备，包括光学装置，用于阻隔具有比可见光区中的预定波长要长的波长的光；特性器，被配置在与光学装置相同的光轴上，并能够控制光透射率；和图像捕获装置，用于通过光学装置和特性器来捕获从物体发出的光。
4.如权利要求3所述的照相机设备，其中预定波长对应于一波长，在此波长，其中特性器的光谱特性的波长相关性为弱的波长区变为其中特性器的光谱特性的波长相关性为强的波长区。
全文摘要
通过简单结构来限制对物理特性元件的光透射率的控制引起的色调改变。用于限制具有至少一个指定波长的光的光学元件(1)提供给可以控制光透射率的诸如液晶的物理元件(20)。光学元件(1)限制与在物理元件(20)的光谱特性中从弱波长相关波长区变为强波长相关波长区的波长相对应的波长的更长波长侧上的光。来自物体的光拥有具有至少一个在光学元件(1)限定的指定波长的光，和在物理元件(20)受控的光透射率以进入成像元件(3)。由于光学元件(1)，在物理元件(20)的光谱特性稳定的波长区中的光被有选择地允许进入成像元件(3)，因此，即使物理元件(20)的光透射率改变，也可保持色平衡几乎恒定。
文档编号G02B5/22GK1856730SQ20048002736
公开日2006年11月1日 申请日期2004年10月7日 优先权日2003年10月22日
发明者佐藤裕, 田部井浩之, 仲山延孝 申请人:索尼株式会社