キヤノンが可変式アポダイゼーション・フィルターでボケ味をコントロールする特許を出願中

エンジニアの嗜みで、キヤノンの形状可変素子を使って美しいボケ味を実現する2本のレンズ(135mm F2.8と180mm F3.5)の特許が紹介されています。

・Canon 135mm F2.8 Apodization の特許(※引用元サイトは閉鎖されています)

  • キヤノンが135mm F2.8と180mm F3.5の特許を出願中。電気駆動方式によって可変式のアポダイゼーション・フィルター(apodization filter)を実現し、美しいボケ味をコントロール出来るようだ。
  • キヤノンの特許:形状可変素子。電圧の印加により、界面の形状を変化させる。アポダイゼーション効果を得る。屈折力、アッベ数を変化させる。
  • アポダイゼーションはミノルタ(ソニー)の135mm F2.8(T4.5)STFに使われている。アポダイゼーションも可変式の素子も既知の技術だが、キヤノンは収差変動の低減を行い、高性能化を図ったようだ。

 

キヤノンからもSTFのようなボケ味を重視したレンズが登場するかもしれませんね。特許のレンズは、電気駆動によってフィルターの効果を調整できるようなので、もし製品化されれば、レンズのボケ味を極めたい方にとってはとても興味深いアイテムになりそうです。

2012年7月14日 | コメント(37)

コメント(37)

どういう原理かわかりませんが、
アポダイゼーションの位置に液晶が入ってて、
電気泳動で可変させれば似たようなのが作れるかも。

気になる点は、AF対応と、可変のためのトランジスタや
配線によって画質にどのくらい影響が出るのかですね。


・・・そしてこういう飛び道具はソニーにやって欲しかった。

SONYこそこういうのやって欲しかったんだけどな…
ツァイスにしても認証受けているだけで生産は違うことを考えたらレンズ資産で唯一のウリ(あんまり売れてなかったけど)だったSTFもSONYだけのアドバンテージじゃなくなって相変わらずラインナップは埋まってない状況でこれからどうするんだろう

これが製品化されるとなると、αシステムの魅力がまたひとつなくなりますね。円形絞りもいまや独占じゃないですし、αピンチか?

レンズ設計も新時代に突入ですねー。

AFは効くのかな?
手ぶれ補正もなしかな?
難しそうですね。

発売されると良いな。135ミリの方が、使い勝手が良いだろうな。発売されれば、欲しい1本ですな。

こういう技術は85mmくらいのほうが使いやすいと思うのですが。いまのところ135mm以遠に集中してますね……

ミノルタ(ソニー)さん、ニコンさんも実装方法は異なれ、
同じコンセプトのレンズが出ていますし、
キヤノンさんもぜひ作ってほしいと思っていました。
撮影倍率0.25とのことですが、大きめだといいですね。
個人的には24-70以上に期待してます!!!

って135F2が2.8になってISなし…?
ボケ味のコントロールはそれこそ撮り手の腕の見せ所だと思うんだが。

これってアーチストさん用?
業界では、「今のぼけじゃ物足りない」とか言われてるのかなぁ?
この技術、シネレンズのほうにもまわるかな。

かずくんさん
実口径(または複眼式による仮想的な口径)が大きくなければきれいなボケをデジタル処理で生み出すことは出来ませんよ。
前ボケや被写体際の背景のボケによる回り込みは口径がなければ画像情報を得ることが出来ません。

ピントブラケットで複数枚を高速連写すれば、画面内のモノの前後関係が分かります。ブラケケット撮影した画像の中からピントの合ってるパートを抜き出す、あるいはブラケット分とは別にパンフォーカスで加工の元データを用意する、などすれば、ボケの小さなレンズからでも後処理で大きなボケを再現出来るはずです。
もちろん動きのある被写体には連写速度が追い付かない可能性が高いし、現状のデジイチ程度のCPUパワーで実現できるかなど、問題は多々ありますが、そう遠くない時期に、距離を反映した自然なボケも合成できるようになるでしょうね。
もしかしたら、デジイチよりCPUパワーがありそうなスマホの方が先に実現するかもしれないですね。

あさん
前ボケ(被写体手前にあるものがぼける)画像で考えてみてください。
たとえば手前に葉っぱ、奥に被写体の鳥がいたとします。
さらに葉っぱは鳥の目より少し大きいとします。
このとき鳥の目が葉っぱに隠れる位置にあった場合、口径が小さいといくらぼかしても鳥の目は写真に写りません。
しかし口径が葉っぱの大きさを超えると葉っぱをぼかすことにより鳥の目を写すことが出来るのです。
この効果は小口径で撮った画像のソフトウェア処理では絶対に再現できません。
鳥の目の画像情報がないからです。

阿呆者さん

私はピントブラケットで撮ることで、補正に必要な距離情報が得られると書きました。ピントのブラケット撮影枚数は絞りブラケットのように3枚、5枚といった数を想定していません。
当然前にある葉にピントがあったものも、目にピントがあったものも、揃っている前提です。更にそれを補完するパンフォーカス画像も。
高速でレンズを駆動しながら、多数のピントブラケットの元画像を一瞬で撮影し、更にそれを合成するのですから、現在のカメラの性能やCPUパワーでは実用にならないと思うので、そのことも書いています。
またデジタル補正はどんなものであっても、無いデータを作り出すことは出来ません。しかし、人が気付かない、あるいは不自然に思わない程度に補正できれば目的を達したことになると私は考えています。CD,MP3などの音楽ソースがその典型です。
阿呆者さんの挙げた例に当てはめれば、葉っぱと鳥の目の境目を拡大表示すると多少不自然さが残っていても、写真として全体を見たときにそれが気にならなければOKだと私は思います。
現状の市販カメラをベースに考えれば実現不可能に思えるかもしれませんが、もっと先の先端技術(例えば人工衛星に搭載されるカメラなど)を考えれば、基準は変わってくると思います。
GTRやポルシェ、フェラーリなどが究極のスポーツカーとされていますが、世の中にはF1などそれを遥かに上回る走行性能の車が存在します。まさに市販品と先端品の違いですが、20~30年前のF1より、現在の市販車は性能的に勝る部分が沢山あります。デジカメは自動車に比べれば進歩のペースは遥かに速いので、今を前提に将来を語っても仕方ないと思います。
2,3年先の話であれば、貴殿の意見が正しいと思いますが。

あさんのピントブラケットはムービーについては
モーションブラーを出す必要から難しいとは思いますが、
静止画については、さほどコストかけずに実装できるかもですね。
(すでに製品化されてるものもありますし。)

ただし、特殊なレンズを除いて、レンズのピントにより画角が変わる
のが一般的ですので、絵の擦り合わせが課題になりそうです。

メーカーさんからは特にボケ合成目的ではなくて、ピンを外したときの
保険機能として「ピントブラケット」というかたちで提供される
かもしれませんね。

あさん
私のあげた例で鳥の目をアリとしてみてください。
あさんの想定する技術ではアリは写らないでしょう。
鳥の目であれば作画(写真とはいいません)出来るかも知れませんが情報のない独立した存在(アリ)は無理です。
写真を表現するという意味で大口径は代えの効かないひとつの正義なのです。
アートフィルター的なものであれば否定はしませんが。

もっとわかりやすい例を思いつきました。
日食の最中に太陽黒点を撮る方法です。
普通に太陽をとっても月で隠されていますから黒点を撮る事は出来ません。
しかし地球ほどの口径を持つレンズで写真を撮れば月がボケて太陽の黒点を撮ることが出来ます。
実際にはそんなレンズを作ることは簡単ではありませんが、最初に書いた複眼式の仮想大口径であれば簡単です。
単純にその時間に世界中で太陽を撮り平均すればいいのです。
日食は地球の狭い範囲(小口径)の場所で起こっていますからそれ以外(大口径)では同時刻に太陽黒点を撮ることは可能なわけです。

私は実現の可能性がある将来の技術の話をしています。
地球サイズのレンズの話から、大口径の明るい(しかし地球サイズのレンズに比べれば超極小)レンズをカメラに着けることの意味を論じるのはいささか飛躍が過ぎると思います。
また二番目にあげられた蟻は何故映らないのか私には理解できません。
デジタル補正はどんな場合でも、無いデータを有るように見せるだけなので、蟻を写真全体からは存在が分からないほど極小なものの例とされているのであれば、映らなくても構いませんが、それはボケ合成とは関係ない話かと思います。

あさん
阿呆者さんの前ボケの話を理解できずに議論されていたのですか!!
ある意味凄いです。

あさん、阿呆者さんの言っていることは光学の基礎的な話しです。
小口径を画像処理したところで大口径のボケにはなり得ません。

??? 前ボケを無視して話した覚えはありません。
私がピントブラケットと表現しているものが阿呆者さんにご理解いただけていない気がします。
小口径でも程度の差こそあれボケるのは言うまでもありません。そうでなければ小口径(ピンホールカメラなど極端なものは除外)はピント合わせが必要なくなりますから。
ピント位置を手前から無限遠まで細かく移動しながら、連写すれば、小口径であろうが大口径であろうが、ピント位置によって画面内の対象物のうちピントが合っている(コントラストがピークになっている)ものが徐々に変わります。これで画面を構成する要素の前後関係(カメラからの相対距離)が推定可能になります。
その情報を元にして、撮影者が望んだ位置にピントを合わせ、その前後は撮影者が望むボケの大きさで画像をぼかしていく加工は可能だと言っています。もちろん前にも後ろにも、ボケの大きさはピント位置の被写体からの距離に応じて変化させます。
写真を趣味にする人の目からも違和感のない精度にするには、相当複雑な計算量になるので、現在のデジカメ程度の演算能力ではすぐには実現できないでしょう。ただ「よく見れば不自然な部分もあるけど、パッと見は分からない」程度のものであれば、現在のカメラで撮影したもの(ピントブラケットは手動で行う)に対し、以上の加工を行うことは可能なはずです(画像処理のソフトを開発したうえで)。
皆さん「大口径」に拘りがあるようですが、「大口径」、「小口径」は相対的な違いに過ぎず、その定義も市販のレンズとカメラのラインナップを前提に便宜的に分けているだけで、あるところを境に光学的な性質が変わるわけではありません。定量的な違いと、定性的な違いでいえば、大口径レンズと小口径レンズに定量的な違いはあっても定性的な違いはありません。

>前ボケや被写体際の背景のボケによる回り込みは口径がなければ画像情報を得ることが出来ません。

阿呆者さんのおっしゃる通りです。
ピントブラケットや加工でどうにかなる問題ではないです。

あ さん、

簡単な実験です。

鉛筆を2本、前後に並べて立てて下さい。

三脚に据えたデジタル一眼レフに安価な標準ズームをセット
して、後ろの鉛筆が隠れるように配置します。

この状態で、安価な標準ズームではズームを固定していると
後ろ側の鉛筆が写らない場合があります。

鉛筆の位置関係によりますが、フォーカスを前後しただけでは
写りませんよね。だって前に置かれた鉛筆の影になっているはずですからね。

ですが、同じ条件でも大口径の単焦点レンズなら、前側の鉛筆をアウトフォーカスにすると、後ろ側の鉛筆が写る場合があります。

レンズの焦点距離や、F値、前後の位置関係にも関係しますが
阿呆者さんが書かれていたのはこういう事です。

ボケの量ではなく、写るか写らないかの違いなのです。

どうして、こうなるのか知りたければ光学の勉強をして下さい。

あ さん、かずくんさん、
阿呆者さんのお話をご理解頂けていないようですね。他の方のコメントをもう一度読み直してみてください。

言葉遊びをしている訳ではなく、光学の基礎的なお話です。

かーもと さん

>安価な標準ズームではズームを固定していると
>後ろ側の鉛筆が写らない場合があります。

おっしゃる通りです。
しかし暗いレンズでも後ろの鉛筆が写る場合があります。
明るいレンズとの違いは、写る条件の範囲の大小です。
後ろの鉛筆が写っている場合、大口径と小口径で相対的でしか無いのです。相対的な差は後加工で擬似的に縮小可能です。

私が何度も繰り返しているように、デジタル補正は全ての光学的な情報を再現できるわけではありません。
ない情報はないまま、貴殿が挙げられた例に当てはめれば、現実には後ろの鉛筆は写らないことが多く、補正の元ネタがないので再現できません。
補正はあくまで擬似的なものですから、それで何か不都合はありますか?
この方式に満足できない場合は「正義」の大口径レンズを選択すれば良いだけです。

フルCGの映画では、事前に対象の形や位置関係が明確になっているので、カメラの位置からの画像をボケも含めて正確に映像化しています。
最新のものは後ろの鉛筆も再現している可能性がありますが、初期のものは無視していたのではないかと思います(申し訳ないですが、これは私の想像です)。
それでも多くの人には本物のように見えるのではないでしょうか。

静止画の場合はじっくり見られるので、動画の場合より「本物のように感じる人」の比率は確実に下がると思いますが、多くの(たとえ素人であっても)人が不満を感じなければ、デジタル補正の目的は達したことになると考えています。

余談ですが、私は普段iPhoneで音楽を聴いています。特に不満は感じませんが、同じ音源をCDで聞くと、やはり音の切れの良さには相当の違いがあり、条件が許すならいつもCDで聞きたいと思います。カメラに例えれば条件が許すなら、いつも大口径のレンズを使いたいのと同じです。
ただし、通勤電車や飛行機でCDで音楽を楽しむのは現実的ではないし、いつもカバンにフルサイズ一眼レフと大口径レンズを入れておくのも億劫です。
iPhoneの音をイコライザで補正するように、コンデジで撮った写真をボケの美しい写真に加工出来たらと、それが厳密な意味でのボケの再現ではなくても、納得する人は多いと思いますよ。

せっかく光学の入門を解説していただいたのに、脱線が多く申し訳ありません。ただ私も理系学部出身であり、専門外とはいえ、ご指摘いただいた程度の内容は履修していますので、ご安心ください。もちろん細かな数式等は忘れていますが、全体的な概念は理解しているつもりです。

他方「ピントブラケット」方式での合成では、
可能不可能とか光学的に正しいかは置いておいて
どのレイヤーのどの部分をどの透明度で透かすのか
という設定が、写真で選択範囲を作るように
面倒になるかなぁと思うんですが、どうなんですかね?。

個人的には撮像系で全く違う仕組みが出てこない限り、
4K撮影でレンズ解像度が見なおされるでしょうし
カメラに比べるとレンズ会社さんはしばらく
安泰かなぁと思ったりします。。。

閑話休題的な話題をひとつ。

「撮影してからピント位置を自在に変えられる」というカメラなら実在し、米国で去年末から399ドルで市販されています。ソフトウェア的なゴマカシや合成なしに、です。

Lytroという会社の作ったカメラで、昆虫の複眼のような数十万個の小型のレンズを通して撮影したデータを、コンピューターで演算処理することで、焦点位置を自由に変えた画像を計算するものです。原理上、ピント合わせも要らないので、AF機構も不要です。

以下のサイトで、Lytroで撮影された画像のデモンストレーションが体験できます。(表示された画像のあちこちをクリックするとピント位置が変わる)
https://www.lytro.com/living-pictures/49072
ただしWebデモなので、Lytro本体ほどピント位置の精度は細かくありません

↓こちらはプロモーションビデオです
http://www.youtube.com/lytro

このサイトを覗いているような人ならば、Lytroの原理が発表された時のニュースリリースを目にしている人も多いと思います。ただし原理上、解像度が通常のカメラより大幅に低くなる(ひとつのセンサーで数万枚の画像を記録するため)ので、当分通常のカメラのライバルにはなり得ないでしょう。今のLytroは不思議な撮影の出来るオモチャという感じです。

しかし将来、センサーの解像度がとてつもない超高画素数になってくると、通常の用途では飽和して持て余すようになり、逆にLytroカメラではその画素数でやっとちょうどよい解像度が得られるようになってきて、実用的なカメラの原理として注目されるようになってくるかも知れません。二十年先くらいですかねぇ?

数式は関係なくて作図の問題なんだけどなあ。
それはいいとして、

あさん
スマフォやコンデジでやるならピントブラケット+画像処理より、複眼式仮想大口径のほうが簡単だし便利ですよ。
簡単に言うとレンズを3つ以上つけたカメラです。
同時に撮影すれば仮想的にレンズ間距離分の仮想口径がえられますし、深度情報もすぐ演算できます。
立体写真や3D動画も簡単に撮れるし、作画というウソを入れなくてよくなります。

複数レンズでの大口径化、可視域では不可能です。
だって波長が短すぎますものね。
電波であれば、波長がすごく長いので、地球規模のVLSIが構築できます。
天文台の光学望遠鏡では複数枚で1枚のミラーを実現させている望遠鏡はありますが、ミラー同士は近接しています。
でも、大口径は正義!なのは間違いないですね~

でも、大口径化は無理でも、複数のセンサ、カメラからの情報は、位相(位置)の違い(あるいはセンサの違い)という新たな情報が加わるので、2つのレンズ、あるいはセンサから1つの写真(画像データ)を構築する分には大変有益だと思います。

>あさん
阿呆者さんの7/14 23:32の書き込みを図にしてみたらわかりやすいと思います
ピンが合っているかの前に口径や焦点距離等と、ピンを合わせたいもの、ボケの材料にしたいもののサイズと位置関係次第で結像が物理的に不可能な場合もあるということです
そして大口径=CD、デジタル補正=イコライザーソフトで再生させたmp3データとして例えているなら論点とかみあわないと思います
元の各音源トラックからデジタルのみでミックスやエフェクトを適用して作ったマスタートラックへのお話のつもりでしたらこちらの勘違いで、申し訳ありません

Lytroのカメラを昆虫の複眼に例えたり、複数の画像を同時に撮影していると表現するのは、正確ではないと思います。
サイトの光線図を見る限りでは、Lytroのカメラはアフォーカルなレンズで入射光をセンサーに投影しています。その結果、光線のレンズ前玉表面での入射位置と角度によって、センサー上の投影位置が異なります。これを利用して、レンズへの入射光を推定しているようです。
実際には、ひとつのフォトダイオードに複数の光線が投影されるので、矛盾の起こらない入射光の組み合わせの推定に相当な演算が必要で、その為に現時点では解像度が低いのでしょう。
ここでも、レンズが小さいと物体背後の情報が欠落しますので、正確な推定のためには大きなレンズが「正義」です。

> 立体写真や3D動画も簡単に撮れるし、
> 作画というウソを入れなくてよくなります。

そうゆう測量みたいなことでもボケは合成できるでしょうね。

でも「作画」しちゃダメなんでしょうか?
擬似的なものでもボケたように見え、違和感が少なければ良いのではなでしょうか。
方式は色々考えられると思いますが、最近一部のカメラに実装されるようになった「ジオラマ(呼び名は色々あるでしょう)」モードなどに比べれば、僕の提案しているピントブラケットでも、ずっと自然な感じに仕上がると思いますよ。

どなたか複眼式に言及されていましたが、フルサイズの解像度は2世代くらい先には1億画素に届くと思うので、100個の複眼を想定しても1個100万画素になります。
「驚異のメガピクセル」が話題になったのも、そんなに昔のことではないし、100万画素あれば用途によってはそこそこ綺麗に見えます。
「正義の大口径」は確かにそうなのでしょうが、「邪道の●●」みたいなものもどんどん登場してくるでしょう。僕も「正義の大口径」は嫌いじゃないですが(サイズと値段は嫌い)、「邪道の●●」で納得できるものが現れれば、完全に「正義の大口径」を再現できるものではなくて乗り換える可能性は高いと思います。

初めて写真を撮り始めた子供のころ、ボケの大きな(今思えば美しいボケ)の写真を見て、一か所だけはっきり写って残りはピンボケなのに、とても大きな違和感を感じました。
大きなボケは物理法則の結果であり、自然現象の一部だとしても、我々の目では体験できません。
その意味では、そもそも(写真好きな人以外に)違和感のないボケがあるのでしょうか?
実際、一生懸命ボケを美しく撮ったつもりの写真を、素人の人に「なんでボケてるの?」と聞かれがっかりした経験のある人は少なくないのでは?

脱線癖についてはご容赦を

遠景の写真一枚を光学的に正確にボカすことは可能ですね。

近距離だと絞り開放時の大口径レンズは口径の大きさだけ視点があるわけですから、
パンフォーカスの画像から擬似的に作り出すボケとはちょっと違いますね。
複数のレンズで視差を使って奥行きを推定し、深度情報にあわせてもう少し正確なボケを作り出すことは可能で研究はなされています。
位相差AFが物凄くリッチになったものを想像されると分かりやすいかと思います。
スイングパノラマ3Dも似たようなものですね。

135stf使っていますがアポダイゼーションの調整をしたいと思う事は無いので、オートフォーカスとファインダーの明るさの為の技術何ですかね。

> hi-lowさん

> Lytroのカメラを昆虫の複眼に例えたり、複数の画像を同時に撮影していると表現するのは、正確ではないと思います。

そう表現したことには、それなりに裏付けがあるのです。

以前にNVIDIAやAdobeなどがカンファレンスで、Lytroのような「撮影後に自由にリフォーカスできる技術」のデモと説明したことがあります。この技術のデモでは、やはりLytroと同様に多数のマイクロレンズを用いて撮影しているのですが、このカンファレンスでは、「リフォーカス処理を行う前の画像」を公開しています。その画像が以下の記事のリンクの動画で見ることが出来ます。写真でも一部見られますが、動画を3割程すすめた辺りを見ると、「細かい画像の集まり」を拡大しているシーンがあり、良く判ります。

http://blog.laptopmag.com/never-take-an-out-of-focus-picture-again-adobes-new-photo-technology

ごらんになると判りますが、このデモでは、小さな画像がモザイク状に大量に並んでいるのが判ります。Lytroでは処理前にどのような情報が記録してリフォーカス処理を行っているのか、抽象的、数学的な表現に終始しているので判りにくいのですが、基本技術はこのような技術だというのは同カンファレンスにおいての原理説明がLytroの原理とほぼ一致していることから見ても間違いないでしょう。

初期のプロトタイプでは、「通常カメラのセンサーにマイクロレンズを設置した」だけのものを使っていたことから見ても、マイクロレンズで多数に分割した小さな画像の集まりがキーであるのは確かです。

私が「昆虫の複眼のような小さなレンズと小さな画像の集まり」と表現したのはこれらの関連の記事をいくつか以前に読んでいたためだったのです。

> 鳥 さん
Lytroのサイトに Ren Ng の学位論文が掲載されていましたので読んだところ、鳥さんが紹介されたカメラがプロトタイプとされていました。私のカメラの構造に関する解釈は誤りでした。調査不足で申し訳ありません。

カメラの構造とは話がずれてしまいますが、昆虫の複眼を構成する眼(個眼と言います)が処理可能な情報は、光の波長、強度、偏光で、像の認識は出来ません。昆虫は、個眼を1ピクセルとした画像で世界を認識しています。


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このページは、2012年7月14日 に公開されたブログ記事です。

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