JP2005164991A - 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１６は、半導体発光素子を備えた複数の光源ユニットを含む。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照明される。一方、自然光のみで合焦が行なわれない場合、例えば光源ユニットの一部であるＤ３、Ｄ５及びＤ６によって、それぞれ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内にある被写体表面の一部である部分領域Ｓ５は最も明るく照明され、部分領域Ｓ３、Ｓ６は、Ｓ５以外の領域よりも明るく照明される。こうして、被写体表面に輝度の高低によるパターン模様が形成されることにより、合焦が行なわれる。
【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合焦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光源ユニットをストロボ光源に独立して設けた場合、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、自動合焦のために用いられ、投影パターンが変更可能な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。

本発明のコントラスト発生装置は、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、複数の光源の一部に、被写体の表面に輝度の高低による模様を形成するための補助光を照射させることと、複数の光源全てに、被写体を均一に照明するための照明光を同時に照射させることが可能な光量制御手段を備えている。

本発明の撮影装置は、コントラスト発生装置と、補助光または照明光の被写体における反射光を受光して被写体像に対応した画像信号を生成する撮像素子と、撮像素子にて生成される被写体像の画像信号のコントラストを検出するコントラスト検出手段と、コントラストに基づいて、被写体像の焦点を合わせる合焦手段とを備えている。

撮影装置の光源は、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。この場合、格子状に配置された複数の光源のうち少なくとも１つの光源が、補助光を照射することがより好ましい。

撮影装置は、補助光が照射された場合に、被写体像が合焦したか否かを判断する合焦判断手段をさらに有していることが好ましい。そして、合焦判断手段が、被写体像が合焦しなかったと判断したときは、光量制御手段が、補助光を照射した複数の光源の一部とそれぞれの発光強度との組合せを変更し、補助光を再度照射させる。

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、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、照明ユニット１６により照明された撮影領域を概略的に示す図である。

矩形状の領域は、デジタルカメラ１０の撮影領域３２を示す。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。

図３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、合焦スイッチＳ１及びレリーズスイッチＳＷＲが接続されている。合焦スイッチ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、合焦動作が行われる。合焦動作では、まず、多数の発光素子を備えたＣＣＤセンサ２６において、被写体像の画像信号が生成される。生成された画像信号は、信号処理部２４を介して、ＣＰＵ２２に送信される。ＣＰＵ２２においては、画像信号の一部領域の輝度データに基づいてコントラストが検出され、記録される。

さらに、モータ２５によって撮影レンズ２７をわずかに駆動させるための駆動信号が、ＣＰＵ２２からレンズ駆動回路２３に送信される。この駆動信号によって撮影レンズ２７がわずかに駆動された後に、再びコントラストが検出され、ＣＰＵ２２にて記録される。このコントラストの検出動作の反復により、わずかずつ変化したコントラストがＣＰＵ２２に記録される。そして、そのコントラストがピークとなる撮影レンズ２７の位置が、合焦位置として定められる。

被写体輝度のコントラストが低過ぎた場合などは、先述のコントラスト検出による合焦が行われないため、合焦動作は継続する。すなわち、ＣＰＵ２２から、合焦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の各光源ユニットの一部が所定の強度で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低によるパターン模様が形成されるため、ＣＣＤセンサ２６によって捉えられる被写体像の画像信号のコントラストが高まり、合焦が容易になる。

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が、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、被写体像が合焦されなかったと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、各光源ユニットの発光強度との少なくとも一方を変更して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と発光強度の組合せを変更することにより、合焦を可能にするためである。発光した光源ユニットと各補助光の強度のデータは、合焦が不成功であった度毎にＣＰＵ２２に記録され、合焦が終了すると消去される。こうして、照明ユニット１６の発光は、ＣＰＵ２２によって被写体像のコントラストが検知され、合焦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センサ２６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、撮影レンズ２７の距離情報に応じて、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センサ２６が露光されると、ＣＣＤセンサ２６の多数の受光素子には、画像に対応した電荷、すなわち画像信号が発生する。ＣＣＤセンサ２６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。なお、撮影された静止画像のみならず、ＣＣＤセンサ２６の露光による画像信号に基づいて、被写体像を動画として液晶モニタ上に表示することも可能である。

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Ａ１〜Ｆ８とする。各光源ユニットの発光強度は、２段階で調整可能である。この場合、Ｄ３、Ｄ５及びＤ６の光源ユニットが補助光を照射しており、Ｄ３及びＤ６は、強度の小さい補助光を照射し、Ｄ５は強度の大きい補助光を照射していることを示す。ストロボ撮影時には、全ての光源ユニットＡ１〜Ｆ８が、いずれも発光強度の強い光を、撮影領域３２の全般に向けて照射する。

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、被写体像の合焦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に示したように補助光が照射された場合の被写体の水平方向の輝度分布を示す図である。

光源ユニットＤ３、Ｄ５及びＤ６によって先述のように補助光が照射されると、撮影領域３２の一部を構成する領域である部分領域Ｓ５にある被写体は明るく照明され、部分領域Ｓ３、Ｓ６に位置する被写体は、部分領域Ｓ５ほど明るくないものの、他の部分領域よりは明るく照明される。従って、撮影領域３２における水平方向（Ｄ段）の輝度分布は、波形の高いほど輝度が高いことを示す山形の通りになる。こうして、撮影領域３２に含まれる被写体について、コントラストが強調されることとなる。

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垂直方向の輝度分布を示す図である。

先述のように光源ユニットＤ３、Ｄ５及びＤ６によって補助光が照射された場合、部分領域Ｓ３、Ｓ５及びＳ６の輝度が、他の領域よりも高くなるため、撮影領域３２の垂直方向についての輝度分布は、山形の波形が示す通りになる（波形が高いほど輝度が高い）。一般に、被写体に反射された自然光のみでは合焦が行なわれず、照明ユニット１６が補助光を照射する場合には、被写体輝度のコントラストが不十分である。従って、図５及び図６に示すように、局所的に明暗を付けた補助光により照明を行なうことにより、被写体の表面に輝度の高低によるパターン模様が形成され、合焦が容易に行なわれるようになる。

なお、同一の段に配置された光源ユニットによる発光ではなく、照明ユニット１６の列と段とのいずれも異なる複数の光源ユニットを用いて補助光を照射することにより、垂直方向においてもより広い範囲の被写体表面に対して、輝度の高低によるパターン模様を形成することができる。

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、合焦スイッチＳ１がオン状態であるか否かが判断される。合焦スイッチＳ１がオン状態であると、ステップＳ１０２に進み、合焦スイッチ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、ＣＣＤセンサ２６において生成された、被写体像の画像信号のコントラストが検出され、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、コントラストがあるか否か、すなわち、所定の値以上であって、信頼性のある被写体像の画像信号のコントラストが検出されたか否かが判断される。コントラストが検出された場合、ステップＳ１０８に進み、コントラストが検出されなかった場合、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、前回の合焦動作において補助光が用いられたか否か、すなわち補助光を照射した光源ユニットと発光強度の組合せデータがＣＰＵ２２に記録されているか否かが判断される。これまでに補助光が用いられていなかった場合、ステップＳ１０５に進み、既に補助光が用いられ、合焦に成功していなかった場合は、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５では、一連の合焦動作の中で補助光が初めて用いられる場合に、照射するように予め設定されていた光源ユニットと発光強度の組合せに従って、補助光が照射され、ステップＳ１０７に進む。ここでは、光源ユニットＤ３及びＤ６が弱い発光強度、光源ユニットＤ５がより強い強度で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と各照射強度は、自由に設定可能である。

ステップＳ１０６では、これまでに合焦が不成功に終わった際の光源ユニットと、各光源ユニットの発光強度との組合せを避け、より有効な補助光を照射するために、ＣＰＵ２２において照射済みの光源ユニットとその発光強度の組合せデータが検索され、データに該当しない新たな組合せが無作為に選出される。そして新たに選ばれた組合せに従って、補助光が照射され、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、ＣＣＤセンサ２６において生成された、被写体像の画像信号のコントラストが検出され、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０８では、コントラストに基づいて撮影レンズ２７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、強い発光強度の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、前回既に補助光を用いたにも関わらず合焦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合焦を試みるため、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、同一の組合せによる合焦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、投影パターンが変更可能な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。

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、同列に位置する光源ユニットであったり、斜めに並んだ光源ユニットによる照射でも良く、これらいずれの場合においても、照射する光源ユニット同士の間隔も特別に限定されない。さらに、不規則な位置関係にある複数の光源ユニットによって照射されたり、単一の光源ユニットのみによって照射されても良い。また、例えば多点オートフォーカス方式の場合、複数のエリア内に位置する光源ユニットの中から選択しても良いし、撮影モードに応じて適当な位置にある光源ユニットの中から選択しても良い。

光源ユニットの発光強度は、本実施形態の２段階に限定されず、より細かく段階的に設定されても良い。また、被写体のコントラストを容易に強調するため、発光強度は調整可能であることが好ましいものの、点灯と非点灯のみで補助光の輝度を区別しても良い。

光源は、白色ＬＥＤ（半導体発光素子）以外であっても良い。例えば、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。 照明ユニットによる撮影領域の照明を概略的に示す図である。 デジタルカメラのブロック図である。 照明ユニットによる補助光の照射を概略的に示す図である。 照明ユニットにより補助光が照射された場合の、被写体の水平方向の輝度分布を示す図である。 照明ユニットにより補助光が照射された場合の、被写体の垂直方向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（コントラスト発生装置）
２２ ＣＰＵ （光量制御手段・コントラスト検出手段・合焦手段・合焦判断手段）
２３ レンズ駆動回路（合焦手段）
２４ 信号処理部
２５ モータ（合焦手段）
２６ ＣＣＤセンサ（撮像素子）
２７ 撮影レンズ
３０ ＬＥＤ駆動回路（光量制御手段）
３２ 撮影領域
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、前記複数の光源の一部に、被写体の表面に輝度の高低による模様を形成するための補助光を照射させることと、前記複数の光源全てに、前記被写体を均一に照明するための照明光を同時に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コントラスト発生装置。
2. 請求項１に記載されたコントラスト発生装置と、
   前記補助光または前記照明光の前記被写体における反射光を受光して被写体像に対応した画像信号を生成する撮像素子と、
   前記撮像素子にて生成される前記被写体像の画像信号のコントラストを検出するコントラスト検出手段と、
   前記コントラストに基づいて、前記被写体像の焦点を合わせる合焦手段とを備えることを特徴とする撮影装置。
3. 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。
4. 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。
5. 格子状に配置された前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源が、前記補助光を照射することを特徴とする請求項４に記載の撮影装置。
6. 前記補助光が照射された場合に、前記被写体像が合焦したか否かを判断する合焦判断手段をさらに有し、
   前記光量制御手段が、前記合焦判断手段が合焦しなかった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一部とそれぞれの前記発光強度との組合せを変更して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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