JP2005164990A - 照明機能付き撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体発光素子を備えた複数の光源を用いて、被写体を照明する照明光と、自動合焦のために用いられる補助光とを照射する照明機能を備えた、簡易な構造の撮影装置を提供する。
【解決手段】 照明ユニットは、白色ＬＥＤを備えた複数の光源ユニットを含み、ストロボ撮影時には全ての光源ユニットにより被写体が均一に照明される。一方、自然光のみで測距が行なわれない場合、例えば照明ユニットの一部である２、５、７列に配置された光源ユニットによって、所定の発光強度で補助光が照射される。そして、撮影領域３２内にある被写体の表面の一部に、高輝度領域３６を形成する。この高輝度領域３６からの反射光が、撮影装置内のＣＣＤラインセンサによって受光されると、測距が容易に行なわれる。また、補助光を照射しても測距が行なわれなかった場合、補助光を照射する光源ユニットが自動的に変更される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、自動合焦（オートフォーカス）機能を有する、デジタルカメラを始めとした撮影装置に関する。

近年、銀塩フィルムの高感度化や、ＣＣＤ撮像素子の感度の向上により、撮影用の照明装置に大きな光量は必要ではなくなりつつある。このことから、従来のキセノン管を用いた照明装置よりも照明光の光量はまだ小さいものの、発光効率が飛躍的に向上しており、低電流化、長寿命化が可能であること等の利点を有する半導体発光素子を光源として用いる撮影用の照明装置が提案されている。

一方、光を照射して、被写体からの反射光を測定することにより測距するアクティブ方式においては、高い発光効率を有する発光ダイオードを光源として用いる方法が知られている（例えば特許文献１）。
特開２００２−１３９６６４号公報（図１）

アクティブ方式による自動合焦（オートフォーカス）のために、被写体に光を照射する補助光源をストロボ光源とは独立に設けた場合、装置全体が大きくなり、構造が複雑化する。また、一般に、補助光源の投影パターンは一定であって、被写体表面に形成される高輝度領域の形状は、被写体の状況に応じて変更することはできない。

本発明は、光源に複数の半導体発光素子を用いつつ簡易な構造を有し、被写体を照明する照明光と、投影パターンが変更可能で自動合焦のために用いられる補助光とを照射する照明機能を備えた撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、複数の光源と、複数の光源のそれぞれの発光強度を制御して、被写体における反射光が、帯状の領域である高輝度領域を形成するように補助光を照射させることと、被写体を均一に照明するための照明光を照射させることが可能な光量制御手段とを備えている。

本発明の撮影装置は、照明装置と、反射光を受光して被写体の像に対応した画像信号を生成する、直線状に配置されたラインセンサと、補助光が照射された場合に、ラインセンサにおいて生成された被写体像の画像信号に基づいて、被写体までの距離を測定する測距手段とを備え、高輝度領域がラインセンサの受光面を含む平面においてラインセンサの受光面に交差することを特徴とする。

ラインセンサは、撮影装置の横方向である水平方向に延び、光量制御手段は、水平方向の長さが１つの光源の照明範囲の水平方向の長さと等しく、なおかつ垂直方向に延びた高輝度領域が１つ以上形成されるように光源を制御することが好ましい。

複数の光源は、いずれも、発光強度の調整が容易な半導体発光素子を備えていることが好ましい。また、光源は、被写体全般の均一な照明を容易にするために、撮影装置の撮影領域に対応した矩形状の領域に、格子状に配置されていることが好ましい。

撮影装置は、補助光が照射された場合に、測距手段による算出結果が合焦に用いられる要件を満たすか否かを判断する測距判断手段をさらに有していることが好ましい。そして、測距手段による算出結果が要件を満たさないと判断されたときに、補助光を照射した複数の光源のうち少なくとも一部が異なる光源に、補助光を再度照射させることが望ましい。

本発明によれば、光源に複数の半導体発光素子を用いて、被写体を照明する照明光と、投影パターンが変更可能である、自動合焦のための補助光とを照射する簡易な構造の照明ユニットを備えた撮影装置を実現できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の照明ユニットを撮影用に用いたデジタルカメラを前方から見た正面図である。

デジタルカメラ１０の上面１０Ｕにはレリーズボタン１２が設けられ、デジタルカメラ１０の前面１０Ｆには、撮影光学系１４、ファインダ１８及び照明ユニット１６が設けられている。照明ユニット１６は、白色光を照射するＬＥＤを光源とした複数の光源ユニットを有している。光源ユニットは、デジタルカメラ１０の撮影領域に対応した矩形状の領域内に、６段×８列の格子状で配置されており、発光強度はそれぞれ調整可能である。

図２は、デジタルカメラ１０のブロック図である。

ＣＰＵ２２は、デジタルカメラ１０を制御する制御回路である。ＣＰＵ２２には、測距スイッチＳ１及びレリーズスイッチＳＷＲが接続されている。測距スイッチＳ１は、レリーズボタン１２を半押しすることによりオン状態となり、オートフォーカスのための測距動作が行われる。測距動作では、まず、多数の受光部を有し、デジタルカメラ１０の横方向（デジタルカメラ上面１０Ｕに平行な方向）である水平方向に沿って配置されるオートフォーカス用のＣＣＤラインセンサ２６において、被写体像の画像信号が生成される。この画像信号は、ＣＣＤインタフェース２４を介して、ＣＰＵ２２に送信される。ＣＰＵ２２においては、ＣＣＤラインセンサ２６において生成された画像信号に基づいて、位相差法により被写体までの距離が算出される。

被写体の輝度が低過ぎた場合などは、自然光のみでは被写体像が検出されず、測距が不可能であるため、測距動作は再び実行される。すなわち、ＣＰＵ２２から、測距のための光である補助光を照明ユニット１６に照射させるための信号が、ＬＥＤインタフェース２８を通じてＬＥＤ駆動回路３０に送信される。ＬＥＤ駆動回路３０は、受信した信号に応じて、照明ユニット１６の一部であって、同一直線上に並んだ光源ユニットが所定の強度で同時に補助光を照射するように、照明ユニット１６を制御する。この補助光により、被写体の表面に輝度の高い帯状の領域である高輝度領域が形成される。

高輝度領域における補助光の反射光は、ＣＣＤラインセンサ２６の受光面を含む平面において、ＣＣＤラインセンサ２６の受光面に交差するように受光される。このため、ＣＣＤラインセンサ２６において生成される被写体像の画像信号の一部の強度が高まり、コントラストの大きい検出出力が得られる。この検出出力に基づいて、ＣＰＵ２２において合焦位置が算出され、不図時のレンズ駆動部により撮影光学系が移動調整される。

補助光を照射した光源ユニットと、各光源ユニットが照射した補助光の強度のデータは、一時的にＣＰＵ２２に記録される。そして、照明ユニット１６が補助光を照射したにも関わらず、測距されなかったとＣＰＵ２２によって判断された場合には、再び補助光が照射される。この場合、前回発光した光源ユニットとは少なくとも一部が異なる光源ユニットが発光するように、照明ユニット１６を制御する信号が、ＣＰＵ２２からＬＥＤ駆動回路３０に送信される。発光する光源ユニットの組合せを変更することにより、測距を可能にするためである。発光した光源ユニットのデータは、測距が不成功であった度毎にＣＰＵ２２に記録され、測距が終了すると消去される。照明ユニット１６の発光は、ＣＰＵ２２によって測距されるまで繰り返される。

レリーズボタン１２が全押しされると、レリーズスイッチＳＷＲがオン状態になる。そして、ＣＰＵ２２からの制御信号に基づいて、シャッタ（図示せず）が、露出調整のため所定の開度まで所定時間だけ開かれ、ＣＣＤ（図示せず）が露光される。

この時、ストロボ発光モード、すなわち撮影時に常に照明するモードに設定されていた場合や、輝度センサ（図示せず）によって測定された被写体の輝度が所定量よりも低かった場合には、デジタルカメラ１０から被写体までの距離に応じて、ＣＰＵ２２の演算により照明光の光量が定められ、照明ユニット１６による被写体照明が行われる。この場合には、被写体全般の照明が必要であるため、照明ユニット１６を形成する全ての光源ユニットにより照明光が照射される。一方、照明しないモードに設定されていた場合や、撮影時の被写体輝度が充分であった場合には、照明ユニット１６は発光しない。

ＣＣＤ（図示せず）が露光されると、画像に対応した電荷、すなわち画像信号が発生する。ＣＣＤから読み出された画像信号は、増幅処理、デジタル化、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などの様々な信号処理が施された後に、ＣＰＵ２２へ送られる。

ＣＰＵ２２へ送られた画像信号は、さらに液晶モニタ駆動回路（図示せず）に送られる。この画像信号に基づいて液晶モニタ（図示せず）が駆動され、被写体像が液晶モニタ上に表示される。撮影された被写体像の画像データは、ＤＲＡＭ（図示せず）やメモリカード（図示せず）に記録される。

図３は、照明光により照明された撮影領域を概略的に示す図である。

撮影領域３２の３：４のアスペクト比に対応して、格子状に配置された各光源ユニットから照射される照明光は、それぞれ所定の配向角を有している。このため、照明ユニット１６は、撮影領域３２内の被写体を均一に照明可能であり、ストロボ撮影時の照明のように、光源ユニットの発光強度がいずれも等しい場合には、被写体全般が均一な輝度で照明される。

測距エリア３４は、撮影領域３２の中央において水平方向に延びている。ＣＣＤラインセンサ２６の配置に対応している測距エリア３４内の被写体によって反射された光が、ＣＣＤラインセンサ２６で受光されると、測距が行なわれる。なお、測距エリア３４は、誇張して大きく示されているが、実際の垂直方向の長さは極めて短い。

図４は、補助光を照射している照明ユニット１６の一例を示す図である。

デジタルカメラ上面１０Ｆに平行に６段、デジタルカメラ１０の側面１０Ｓに平行に８列の格子状で配列された各光源ユニットを識別するため、便宜上、Ａ段〜Ｆ段の６段と、１列〜８列の８列で配置されたものとして、各光源ユニットをＡ〜Ｆ、１〜８の符号を用いて示す。例えば、図４において左上に位置する光源ユニットをＡ１、その右隣の光源ユニットをＡ２、最も右下の光源ユニットをＦ８とする。全ての光源ユニットＡ１〜Ｆ８の発光は、それぞれ個別に制御可能であり、ここでは、２、５、７列の光源ユニット、すなわちＡ２〜Ｆ２、Ａ５〜Ｆ５、Ａ７〜Ｆ７の光源ユニットが、いずれも同じ発光強度で補助光を照射していることを示す。

このように、照明ユニット１６は、撮影のための照明光のみならず、測距のための補助光も照射可能である。このため、デジタルカメラ１０に独立した、オートフォーカス用の補助光源が別途設けられる必要はなく、デジタルカメラ１０の構造が簡素化される。

図５は、図４に示した補助光により、照明された撮影領域３２を示す図である。

先述のように、２、５、７列に配置された光源ユニットによって、同一の発光強度の補助光が照射されると、測距エリア３４と直交する高輝度領域３６が形成される。高輝度領域３６が帯状に形成され、高輝度領域３６の幅、すなわち水平方向の長さが、１つの光源ユニットの照明範囲の水平方向の長さと等しく、これらの高輝度領域３６が測距エリア３４と部分的に直交するように補助光が照射されるのは、測距エリア３４内に局所的に、狭い範囲の輝度の高い領域を設けて、効率的に測距するためである。

高輝度領域３６が、測距エリア３４と平行であると、測距エリア３４に高輝度領域３６が全く含まれないか、あるいは、測距エリア３４の全てが高輝度領域３６となる。前者においては、補助光の照射による照明効果が得られず、後者の場合は、ＣＣＤラインセンサ２６において生成される被写体像の画像信号の強度が一様に高まり、コントラストの大きい検出出力が得られず、いずれも好ましくない。また、測距エリア３４に対して、高輝度領域３６が斜めに交わるように補助光を照射すると、高輝度領域３６からの反射光を、ＣＣＤラインセンサ２６を構成する受光素子のうち、連続して配置された素子の多くが受光することとなり、やはり充分なコントラストは得られない。

測距エリア３４は、複数のＣＣＤラインセンサ２６を用いることにより、いくつかの直線から成る形状となるように設けられても良い。例えば、図に示された測距エリア３４に、さらに、撮影領域３２の垂直方向に平行で撮影領域３２の中心を通る直線を加えた十字型の形状や、撮影領域３２の垂直方向に平行で測距エリア３４の両端部に接する直線を加えたＨ型の形状であっても良い。これらは、撮影時のデジタルカメラ１０の向きを変えたり、撮影領域３２の端に近い領域に被写体がある場合に有効であり、いずれの場合においても、測距エリア３４と直交して高輝度領域３６が形成されるように、補助光が照射される。

図６は、図４に示したように補助光が照射された場合の被写体の輝度分布を示す図である。

２、５、７列に配置された光源ユニットによって、いずれも同一の発光強度の補助光が照射され、高輝度領域３６が形成されると、撮影領域３２の水平方向についての輝度分布は、山形の波形３８が示す通りになる（波形が高いほど輝度が高い）。一方、撮影領域３２の垂直方向についての輝度分布は、同様の波形４０が、撮影領域３２の垂直方向に平行な直線で示されるように、撮影領域の全般に渡って一定となる。一般に、被写体に反射された自然光のみでは測距が行なわれず、照明ユニット１６が補助光を照射する場合には、被写体の輝度が不十分である。そこで、図５及び図６に示すように、測距エリア３４と直交する高輝度領域３６を、被写体の表面に局所的に形成するように補助光を照射することによって、被写体における反射光がＣＣＤラインセンサ２６において受光された際に、被写体像の画像信号の強度が部分的に高まり、コントラストが強調されて測距が容易に行なわれるようになる。

図７は、照明ユニット１６による補助光と照明光の照射制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１０１では、測距スイッチＳ１がオン状態であるか否かが判断される。測距スイッチＳ１がオン状態であると、ステップＳ１０２に進み、測距スイッチＳ１がオフ状態であると、ステップＳ１０１は反復される。ステップＳ１０２では、被写体において反射された光がＣＣＤラインセンサ２６により受光され、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、測距がされたか否か、すなわち被写体像の画像信号がＣＣＤラインセンサ２６によって生成され、ＣＰＵ２２において算出された測距データが、合焦に用いられる要件を満たすか否か（信頼性のある測距データが得られたか否か）が判断される。この判断は、ラインセンサ２６から出力されるデータのコントラストが所定以上であるか、閾値と比較して行なわれる。測距されたと判断された場合、ステップＳ１０８に進み、測距されなかった場合、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、既に補助光を照射して測距が試みられたにも関わらず、不成功であったか否か、すなわち補助光を照射した光源ユニットのデータがＣＰＵ２２に記録されているか否かが判断される。これまでに測距が試みられていなかった場合、ステップＳ１０５に進み、既に測距が不成功であった場合は、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５では、初回の測距において補助光を照射するように予め設定されていた光源ユニットにより、補助光が照射され、ステップＳ１０７に進む。ここでは、２、５、７列に配置された光源ユニットが補助光を照射するように設定されているが、この補助光を照射する光源ユニットは、自由に設定可能である。

ステップＳ１０６では、有効に補助光を照射するために、これまでに測距が不成功に終わった際の光源ユニットの組合せを避けるように、補助光を照射する光源ユニットが選択される。すなわち、ＣＰＵ２２において、照射済みの光源ユニットのデータが検索され、このデータに含まれる照射パターンと同一、もしくは発光する光源ユニットの配置がデータに含まれる照射パターンに等しく、実質的に同一の照射パターンに該当しないように、新たな組合せが選出される。例えば、前回２、５、７列で不成功であった場合には、新たに１、３、７列の光源ユニットが選択され、この場合、１、４、６列の光源ユニットによる発光パターンや、３、６、８列の光源ユニットによる発光パターンは、前回の２、５、７列と実質的に同一の照射パターンとして選択されない。新たな組合せの光源ユニットによって補助光が照射されると、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、被写体において反射された光がＣＣＤラインセンサ２６により受光され、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０８では、測距データに基づいて撮影レンズが駆動されて、被写体に合焦される。そして、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、レリーズスイッチＳＷＲがオン状態にあるか否かが判断され、オン状態にあると判断されるとステップＳ１１０に進み、レリーズスイッチＳＷＲがオフ状態にあると判断されると、ステップＳ１０９は繰り返される。

ステップＳ１１０では、撮影時に照明光を照射するか否かが判断される。すなわち、撮影において常に照明するストロボ発光モードに設定されていたり、輝度センサによって測定された被写体の輝度が所定量よりも低かった場合には、照明光の照射が必要であり、ステップＳ１１１に進む。照明光の照射が不要であると判断されると、照射制御ルーチンは終了する。

ステップＳ１１１では、デジタルカメラ１０から被写体までの距離に応じて、ＣＰＵ２２の演算により照明光の光量が定められ、照明ユニット１６による照明が行われる。この場合、撮影領域３２に含まれる被写体全般を照明するため、全ての光源ユニットＡ１〜Ｆ８によって、発光強度の等しい照明光が同時に照射される。照明光が照射されると、照射制御ルーチンは終了する。

ステップＳ１０４において、前回の測距が不成功であった場合にはステップＳ１０６に進み、不成功であった光源ユニットと発光強度の組合せを変更しているが、再度同一の組合せで測距を試みるため、ステップＳ１０５に進むように設計されていても良い。その場合、ステップＳ１０４において、同一の光源ユニットによる測距をそれまでに何回試みたかを判断させ、所定の回数に達した場合に、その組合せを変更すべくステップＳ１０６に進むように設定しておく必要がある。

以上のように本発明によれば、被写体を照明する照明光と、オートフォーカスのために用いられる補助光とを照射する照明機能を備えた、簡易な構造の撮影装置が実現される。そして、従来の補助光源とは異なり、測距のための条件が悪く、測距が不成功であった場合においても、補助光を照射する光源ユニットが自動的に変更されるため、容易に測距される。また、測距エリア３４の形状が異なる撮影装置においても、補助光を照射する光源ユニットの設定を変更することにより、同一の照明ユニット１６が適用可能である。

補助光を照射する光源ユニットの選択は、本実施形態に限定されない。すなわち、測距エリア３４に直交した高輝度領域を形成するように、照射される光源ユニットの列の間隔が均一に繰り返されない限り、いかなる組合せであっても良い。また、高輝度領域３６が測距エリア３４に交わるのであれば、いずれかの列の全ての光源ユニットを照射させなくても良い。

光源ユニットの発光強度は、被写体の輝度状況に応じて、調整されても良い。例えば、被写体の輝度が非常に低いため、補助光を一度照射しても測距されなかった場合に、照射する光源ユニットを変更するだけではなく、発光強度を高めても良い。また、ストロボ撮影時の照明光の強度も同様に、状況に応じて変更されても良い。

白色ＬＥＤ（半導体発光素子）は、個々の発光強度の調整が容易であり、本発明の撮影装置の光源として適しているが、他の光源を用いても良い。例えば、やはり個々の発光強度を調整できる電球であっても良い。

各光源ユニットの数や、配置形状は本実施形態に限定されない。すなわち、３段×４列や、９段×１６列といった、撮影領域３２のアスペクト比に適合した矩形内の格子状配置であっても良いし、その他の多角形や円形の領域に配置されても良い。

照明ユニット１６は、撮影機能付き携帯機器等において用いられても良い。また、照明ユニット１６は、撮影装置に一体的に設けられず、撮影装置に着脱自在な独立した構造であって、撮影装置本体と電気的に接続されて使用されても良い。

本発明の照明ユニットを撮影用に用いたデジタルカメラを前方から見た正面図である。 デジタルカメラのブロック図である。 照明光により照明された撮影領域を示す図である。 補助光を照射する照明ユニットを示す図である。 補助光により照明された撮影領域を示す図である。 補助光が照射された場合の被写体の輝度分布を示す図である。 照明ユニットによる補助光と照明光の照射制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ デジタルカメラ（撮影装置）
１２ レリーズボタン
１６ 照明ユニット（照明装置）
２２ ＣＰＵ （光量制御手段・測距手段・測距判断手段）
２４ ＣＣＤインタフェース
２６ ＣＣＤラインセンサ（ラインセンサ）
３０ ＬＥＤ駆動回路（光量制御手段）
３２ 撮影領域
３４ 測距エリア
３６ 高輝度領域
Ａ１〜Ｆ８ 光源ユニット（光源・半導体発光素子）

Claims (6)

1. 複数の光源と、
   前記複数の光源のそれぞれの発光強度を制御して、被写体における反射光が、帯状の領域である高輝度領域を形成するように補助光を照射させることと、前記被写体を均一に照明するための照明光を照射させることが可能な光量制御手段と
   を備えることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載された照明装置と、
   前記反射光を受光して、前記被写体の像に対応した画像信号を生成する、直線状に配置されたラインセンサと、
   前記補助光が照射された場合に、前記ラインセンサにおいて生成された被写体像の画像信号に基づいて前記被写体までの距離を測定する測距手段と
   を備え、前記高輝度領域が前記ラインセンサの受光面を含む平面において前記ラインセンサの受光面に交差することを特徴とする撮影装置。
3. 前記ラインセンサが、前記撮影装置の横方向である水平方向に延び、
   前記光量制御手段が、前記水平方向の長さが１つの前記光源の照明範囲の前記水平方向の長さと等しく、なおかつ垂直方向に延びた前記高輝度領域が１つ以上形成されるように前記光源を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
4. 前記複数の光源が、半導体発光素子を備えることを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
5. 前記複数の光源が、撮影領域に対応した矩形内に、格子状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
6. 前記補助光が照射された場合に、前記測距手段による算出結果が合焦に用いられる要件を満たすか否かを判断する測距判断手段をさらに有し、
   前記光量制御手段が、前記測距手段による前記算出結果が前記要件を満たさないと判断されたときに、前記補助光を照射した前記複数の光源のうち少なくとも一部が異なる前記光源に前記補助光を再度照射させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
   
   
   

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