JP2005221731A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】近距離にある被写体のフラッシュ撮影を行う場合でも、画像中心部を最適な明るさで撮影できるようにすること。
【解決手段】撮像装置1は、フラッシュ撮影を行う際、フラッシュマティック制御を行うように構成されており、被写体までの距離に応じて、発光部7aの発光量、絞り板30の開口径、および、AGC回路12において画像信号に付与されるゲインを決定するようになっている。そして距離検出部29によって検出される被写体までの距離が所定値以下であるときには、発光部7aの発光量、絞り板30の開口径、および、画像信号に付与されるゲイン、のうちの少なくとも1つの値を、フラッシュマティック制御によって決定される値よりも大きな値に補正してフラッシュ撮影を行う。
【選択図】図3
【解決手段】撮像装置1は、フラッシュ撮影を行う際、フラッシュマティック制御を行うように構成されており、被写体までの距離に応じて、発光部7aの発光量、絞り板30の開口径、および、AGC回路12において画像信号に付与されるゲインを決定するようになっている。そして距離検出部29によって検出される被写体までの距離が所定値以下であるときには、発光部7aの発光量、絞り板30の開口径、および、画像信号に付与されるゲイン、のうちの少なくとも1つの値を、フラッシュマティック制御によって決定される値よりも大きな値に補正してフラッシュ撮影を行う。
【選択図】図3
Description
本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置に関し、特にフラッシュ撮影を行う際の制御技術に関する。
従来、フラッシュ撮影を行う際、フラッシュの配光ムラ(照明ムラ)を解消するために、画像中の測距エリアでの露光状態が適正になるように露光量制御が行われる撮像装置が知られている(例えば、特許文献1)。
一般に撮像装置においては、撮影レンズの光軸と、フラッシュ発光部の光軸とを一致させることができない。そのため、被写体までの距離が数十cm程度である近距離領域(マクロ領域)では、撮影レンズと発光部の光軸ずれによる影響が大きくなり、画像中心部が周辺部に比べて著しく暗くなるという配光ムラが顕著になる。したがって、従来の撮像装置では、近距離領域でフラッシュ撮影を行った場合に、画像中心部が暗くなり、最適な画像が得られないという問題が生じていた。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、近距離にある被写体のフラッシュ撮影を行う場合でも、画像中心部が最適な明るさとなるように撮影できる撮像装置を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するため、本発明は、絞り手段を有し、被写体からの光を撮像素子に導く光学系と、被写体までの距離を検出する距離検出手段と、フラッシュを発光する発光手段と、を備える撮像装置であって、フラッシュマティック制御によってフラッシュ撮影を行うように構成されており、前記距離検出手段によって検出される被写体までの距離が所定値以下であるときには、前記発光手段の発光量、前記絞り手段の開口径、および、前記撮像素子から得られる画像信号に付与されるゲイン、のうちの少なくとも1つの値を、前記フラッシュマティック制御によって決定される値よりも大きな値に補正してフラッシュ撮影を行うものである。
また、上記の撮像装置において、前記距離検出手段によって検出される被写体までの距離が所定値以下であるときには、該距離に基づいて、前記発光手段の発光量、前記絞り手段の開口径、および、前記撮像素子から得られる画像信号に付与されるゲイン、のうちの少なくとも1つの値に対する補正量を決定することが好ましい。
また、上記の撮像装置では、前記光学系の光軸に対する、前記発光手段の取り付け位置又は角度を調整可能であり、前記発光手段の取り付け位置又は角度に応じて前記補正量を変更するように構成することが好ましい。
また、上記撮像装置における前記発光手段は、前記光学系の光軸を中心とし、複数の発光部が前記光軸から等距離に配置されて構成されることが好ましい。
さらに、上記の撮像装置では、前記距離検出手段が、前記光学系を介して得られる被写体像のフォーカス状態によって被写体までの距離を検出するものであることが好ましい。
本発明によれば、撮像装置は、フラッシュマティック制御によってフラッシュ撮影を行うように構成されており、距離検出手段によって検出される被写体までの距離が所定値以下であるときには、発光手段の発光量、絞り手段の開口径、および、撮像素子から得られる画像信号に付与されるゲイン、のうちの少なくとも1つの値を、フラッシュマティック制御によって決定される値よりも大きな値に補正してフラッシュ撮影を行うように構成されるため、被写体が近距離にある場合でも、発光部の配光ムラを抑制して、画像中心部を最適な明るさにして撮影することができる。
また、上記の撮像装置において、被写体までの距離が所定値以下であるときには、その距離に基づいて、発光量、開口径およびゲインのうちの少なくとも1つの値に対する補正量を決定することにより、被写体までの距離変化に伴う、画像中心部の照度低下現象を良好に補正することが可能になり、近距離領域の中で被写体がどの位置にある場合であっても、常に良好な画像を取得することができるようになる。
また、上記の撮像装置において、光学系の光軸に対する発光手段の取り付け位置又は角度に応じて補正量を変更することにより、発光手段の取り付け位置の変化や取り付け角度の変化に伴う、画像中心部の照度低下現象を良好に補正することが可能になり、発光手段の取り付け位置や取り付け角度にかかわらず、常に良好な画像を取得することができるようになる。
また、上記の撮像装置において、光学系の光軸を中心とし、複数の発光部が光軸から等距離に配置された発光手段を用いることにより、近距離領域にある被写体を周囲からほぼ均等に照明することができる。特に近距離フラッシュ撮影では、被写体の配光ムラが目立ちやすくなる状況にあるが、複数の発光部を光軸の周りに均等に配置することにより、配光ムラを抑制して良好な状態で被写体を撮影できるようになる。
また、上記の撮像装置において、距離検出手段を、光学系を介して得られる被写体像のフォーカス状態によって被写体までの距離を検出するように構成することにより、比較的簡単な構成で、かつ正確に、被写体までの距離を検知することができるようになる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1及び図2は、本実施形態における撮像装置1の概略構成を示す斜視図である。図1に示すように、撮像装置1のカメラ本体2は、その前面側に撮影レンズ3が配置され、上面側にシャッタボタン4と、外部フラッシュを接続するためのフラッシュ接続部5とが配置されている。
撮影レンズ3は一般的な被写体を撮影するための光学系であり、その撮影可能範囲は、撮影レンズ前方に数十cm程度である最近接位置から無限遠方までの範囲となっている。撮影レンズ3の内部には焦点調節を行うためのフォーカシングレンズと、絞り板とが設けられており、フォーカシングレンズを光軸Lに沿って移動させることにより最近接位置から無限遠方までの任意の位置にある被写体を良好に合焦状態に導くことができる。そして撮影レンズ3にはフォーカスリング3aが設けられており、該フォーカスリング3aをユーザが手動操作で回動させることにより、撮影レンズ3内のフォーカシングレンズを光軸Lに沿って移動させることができ、被写体像のフォーカス状態を手動調整できるようになっている。また撮像装置1は、オートフォーカス機能も備えており、例えばユーザがシャッタボタン4を半押し状態にしたときに、オートフォーカス制御が開始されて、自動的に被写体像が合焦状態に導かれる。
シャッタボタン4は、半押し状態と全押し状態との2段階を区別して検知可能な押し込みスイッチであり、例えば半押し状態のときに上記のオートフォーカスを実行し、全押し状態のときに画像記録のための撮影動作を開始する。
撮影レンズ3の前端部(対物側端部)は、他の光学レンズを装着可能なように構成されており、本実施形態においてはクローズアップレンズ6が撮影レンズ3の前端部に装着される。クローズアップレンズ6は、近距離撮影を行うための光学レンズであり、撮像装置1の撮影可能範囲を、数十cm程度から数m程度までの近距離領域(マクロ領域)に変換する光学系である。そのため、クローズアップレンズ6を撮影レンズ3に装着することにより、撮像装置1は上記の近距離領域内にある被写体については良好に合焦状態に導くことができるが、近距離領域外にある被写体についてはフォーカシングレンズを移動させても合焦状態を実現することができなくなる。換言すれば、クローズアップレンズ6を撮影レンズ3に装着することにより、撮像装置1の光学系は近距離撮影に適した構成となる。
そしてクローズアップレンズ6の前端部は、近距離撮影用のフラッシュ発光装置7を装着可能なように構成されている。フラッシュ発光装置7は、フラッシュを発光する発光部7aと、クローズアップレンズ6の前端部に装着されるリング部材7bと、該リング部材7bに接続され、発光部7aを支持するアーム7cとを備えて構成される。図1及び図2の例では、複数の発光部7aが光軸Lに対して対称な位置に配置され、各発光部7aの光軸Lからの距離が等しくなるように構成されている。このように複数の発光部7aが光軸Lに対して対称な位置に取り付けられることにより、フラッシュ撮影時の配光ムラを低減することができる。
また、発光部7aとアーム7cとは、回動部材7dを介して連結されており、回動部材7dが回動することにより、光軸Lに対する発光部7aの取り付け角度を、段階的若しくは無段階で調整できる構造となっている。なお、回動部材7dは、発光部7aに内蔵されるモータによって駆動され、発光部7aの取り付け角度を自動変更するように構成されていてもよいし、ユーザが手動操作で回動させるものであってもよい。
また、例えば、リング部材7bに対するアーム7cの取り付け位置を変更したり、アーム7cの長さを異なるものに交換することなどにより、光軸Lに対する発光部7aの取り付け位置を調整することもできるようになっている。
カメラ本体2のフラッシュ接続部5には、フラッシュ発光装置7の発光制御を行うためのフラッシュ制御部8が装着される。フラッシュ制御部8には、発光部7aに発光電力を供給するための電源などが内蔵されており、図2に示すようにフラッシュ制御部8と発光部7aとがケーブル9を介して電気的に接続されることにより、フラッシュ制御部8が発光部7aを発光させることができるようになる。
そして図2に示すように、撮影レンズ3に対してクローズアップレンズ6が装着され、クローズアップレンズ6に対してフラッシュ発光装置7が装着されるとともに、フラッシュ制御部8がカメラ本体2に取り付けられることにより、撮像装置1は近距離撮影においてフラッシュ撮影を行うことができるハードウェア構成となる。ただし、上記のような構成の撮像装置1が予め一体的に形成されたものであっても構わない。
図3は、クローズアップレンズ6、フラッシュ発光装置7及びフラッシュ制御部8がカメラ本体2に取り付けられた状態における撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
上述のように、撮影レンズ3には、開口径を調整可能な絞り板30と、撮像素子10に結像される被写体像のフォーカス状態を調整するためのフォーカシングレンズ31とが設けられている。撮像素子10は、CCDイメージセンサやCMOSセンサ等によって構成される光電変換手段であり、クローズアップレンズ6及び撮影レンズ3を介して入射する光を受光して電気的な画像信号を生成する。
撮像素子10によって生成される画像信号は、CDS回路(相関二重サンプリング回路)11において所定の信号処理が施された後、AGC回路(オートゲインコントロール回路)12において画像信号に対するゲイン付与が行われて、信号レベルが調整される。AGC回路12において適用されるゲインは、撮像素子10の感度を調整するためのものであり、その値は撮影制御部20によって設定される。そしてAGC回路12で信号レベルの調整がなされた画像信号は、A/D変換器13においてアナログ信号からデジタル信号に変換された後、一時的に画像メモリ14に格納される。
画像処理回路15は、画像メモリ14に格納される画像を取得して種々の画像処理を行うように構成された演算手段であり、各種画像処理を施すことによって生成される画像信号を、電子ファインダ16、液晶ディスプレイ17、記録媒体18又は撮影制御部20に出力する。例えば、撮像装置1の背面側には、ユーザが画像の確認をできるように電子ファインダ16や液晶ディスプレイ17が設けられており、撮影して得られた画像をそれら表示手段に表示するために、各表示手段での表示に適した画像処理が実行される。また、撮影動作によって取得された画像信号を、メモリカード等の記録媒体18に記録する際には、画像信号の圧縮処理等を行ったうえで記録媒体18に記録する。さらに、オートフォーカス時には撮像素子10から得られる画像から、所定のフォーカス領域に相当する部分画像を抽出し、撮影制御部20に出力する。
撮影制御部20はマイクロコンピュータ等によって構成され、撮像装置1における撮影動作を統括的に制御するものであり、撮像装置1に対してクローズアップレンズ6が装着されていないときには、最近接位置から無限遠方までの任意の位置にある被写体を最適な状態で撮影できるように制御する。また、クローズアップレンズ6が撮像装置1に装着されたときには、クローズアップレンズ6によって規定される近距離領域内に位置する被写体を最適な状態で撮影できるように制御する。特に、撮像装置1においてフラッシュ撮影を行うときには、フラッシュマティック制御でフラッシュ発光量等を決定し、被写体までの距離にかかわらず、被写体が常に一定の明るさで撮影されるように各部を制御する。なお、フラッシュマティック制御の詳細については後述する。
また、撮影制御部20は、オートフォーカス時には、フォーカスレンズ31を所定ピッチで移動させ、画像処理回路15から逐次入力する部分画像のコントラストを算出して、そのコントラストが最大となる位置を合焦位置として特定する。そして最終的にフォーカシングレンズ31をその合焦位置に移動させることで、撮像素子10に結像される被写体像を合焦状態に導く。
絞りドライバ25は、撮影レンズ3に設けられている絞り板30を駆動することにより、絞り板30の開口径を調整するものであり、撮影制御部20からの指令に基づいて絞り板30を駆動する。
フォーカスモータ26は、オートフォーカス時に、撮影レンズ30に設けられているフォーカシングレンズ31を光軸Lに沿って所定ピッチで移動させるものであり、撮影制御部20から指令される移動方向及び移動量に基づいて、フォーカシングレンズ31の駆動を行う。ただし、上述のように、フォーカシングレンズ31はユーザがフォーカスリング3aをマニュアル操作することによっても光軸Lに沿った方向に移動する。
タイミングジェネレータ27は、撮影制御部20からの撮影指示に基づき、撮像素子10に対して露光開始及び終了のタイミング信号を送出するものである。
装着検知部28は、撮影レンズ3に対して他の光学レンズが装着されたことを検知する検知手段であり、撮影レンズ3に対するレンズ装着を検知すると、そのレンズの種類等を特定する。そして装着検知部28において検出された情報は撮影制御部20に伝達される。したがって、撮影レンズ3にクローズアップレンズ6が装着された場合、装着検知部28は撮影制御部20に対してクローズアップレンズ6が装着されたことを示す信号を送出する。
距離検出部29は、フォーカシングレンズ31による被写体のフォーカス状態に基づいて、被写体までの距離情報を生成するものである。具体的には、オートフォーカス若しくはマニュアルフォーカスでフォーカシングレンズ31の位置が決定された場合、距離検出部29は、そのレンズ位置から、撮影レンズ3の撮影可能範囲において被写体がどの位置にあるかを判定し、距離情報を生成する。したがって、距離検出部29は、撮影レンズ3の光学特性に基づいて、その撮影可能範囲(すなわち、最近接位置から無限遠方までの範囲)の中で、被写体がどの位置にあるかを特定するものである。そして距離検出部29で検出される距離情報は撮影制御部20に出力される。
なお、撮影レンズ3にクローズアップレンズ6が装着された状態では、撮像素子1の光学特性が異なる状態に変化するため、距離検出部29によって検出される距離情報は不正確なものになる。それ故、クローズアップレンズ6が装着されたときには、後述のように、撮影制御部20において距離検出部29による距離情報の補正が行われる。
操作部24は、撮像装置1に対してユーザが各種操作入力を行うための操作部材であり、上記シャッタボタン4を含むとともに、図示しない撮像装置1の背面側等に設けられる各種操作ボタンも含むものである。
メモリ22は撮影制御部20に用いられる制御データを格納する記憶手段であり、例えば、装着レンズLUT(ルックアップテーブル)22aと発光量補正LUT22bとが記憶されている。装着レンズLUT22aは、撮影レンズ3に装着される他の光学レンズに関する情報をテーブルデータとして記憶するものであり、本実施形態ではクローズアップレンズ6に関する情報が記憶される。また、発光量補正LUT22bは、近距離撮影において、フラッシュの発光部7aと光軸Lとが一致しないことによるフラッシュの配光ムラを補正するための情報を記憶するものである。
角度検知部35は、例えばフラッシュ発光装置7の発光部7a内部に設けられるものであり、光軸Lに対する発光部7aの取り付け角度を検知して、それを角度情報として撮影制御部20に伝達するように構成される。
以上のような構成により、装着検知部28がクローズアップレンズ6の装着を検知し、かつ、フラッシュ接続部5にフラッシュ制御部8が装着されている状態で、ユーザがフラッシュ撮影を行うことを設定した場合、撮影制御部20は、シャッタボタン4の全押し操作に応答してフラッシュマティック制御を行う。
ここでフラッシュマティック制御について説明する。フラッシュマティック制御とは、撮像素子10からみた被写体が一定の明るさとなるようにフラッシュ撮影するための制御であり、発光部7aによるフラッシュの発光量をIVとし、絞り板30の絞り値をAVとし、AGC回路における感度(ゲイン)をSVとし、撮像装置1から被写体までの距離(被写体距離)をDVとした場合、これらの間に、
IV=AV+DV−SV+5 ・・・(数式1)
の関係が成立するように、発光量IV、絞り値AV、及び感度SVのうちの少なくとも1つを決定し、それらの値を適用してフラッシュ撮影を行う制御である。なお、上記IV,AV,SV,DVの各値は、APEX(Additive System of Photographic Exposure)で表現した値である。
IV=AV+DV−SV+5 ・・・(数式1)
の関係が成立するように、発光量IV、絞り値AV、及び感度SVのうちの少なくとも1つを決定し、それらの値を適用してフラッシュ撮影を行う制御である。なお、上記IV,AV,SV,DVの各値は、APEX(Additive System of Photographic Exposure)で表現した値である。
例えば、絞り値AV及び感度SVが予め決定されている場合、撮像装置1からの被写体までの被写体距離DVが大きくなる程(すなわち、撮像装置1から被写体が遠くなる程)、フラッシュの発光量IVが大きくなり、逆に被写体距離DVが小さくなる程、発光量IVが小さくなるように制御され、撮像素子10からみた被写体が常に一定の明るさとなるように、発光部7aでの発光量が制御される。
また、発光部7aによるフラッシュの発光量を次第に減少させていくと、ある下限値以下の値になれば、正確な発光量制御ができなくなる。その場合には、フラッシュの発光量を下限値に固定し、絞り値AV又は感度SVを調整することによって上記数式1が満たされるように制御される。例えば、撮像装置1によって撮影可能な最近接位置に被写体があり、被写体距離DVが極めて小さな値であるときには、発光量IVが下限値以下になる可能性がある。それゆえ、発光量IVはその下限値に固定され、上記数式1に基づいて、絞り値AVがより大きな値に更新され、若しくは感度SVの値がより小さな値に更新される。これにより、発光量IVを小さくすることができない状況であっても、絞り板30の開口径を小さくして撮像素子10に導かれる光成分を減少させることができ、また、AGC回路12のゲインを小さくして画像信号の信号レベルを低下させることができる。
したがって、クローズアップレンズ6が取り付けられた撮像装置1において、近距離フラッシュ撮影するときに、フラッシュマティック制御を行うことにより、発光部7aをプリ発光させる必要がなく、撮像素子10からみた被写体が常に一定の明るさとなるようにして撮影を行うことができる。
一般に、プリ発光を行い、その反射光を調光することによって、記録撮影時のフラッシュ発光量を決定するという調光制御では、近距離撮影の場合、画像全体が露光オーバーになりやすくなる。そのため、上記のようなフラッシュマティック制御を行うことにより、撮影画像全体が露光オーバーになることを防止できる。
また、フラッシュマティック制御は、被写体の反射率に左右されることのないフラッシュ制御であり、そのため撮影画像において被写体の色味を忠実に再現することができる。特に近距離撮影の場合には色再現性が重要視されることから、近距離撮影に適したフラッシュ制御となっている。
上記のようなフラッシュマティック制御を行う場合、上記数式1に鑑みれば、被写体距離DVが正確に求められる必要がある。本実施形態では、距離検出部29によって検出される距離情報を補正して正確な距離情報を求めたうえで、フラッシュマティック制御を行うように構成される。
距離検出部29は、上述のように撮影レンズ3単体の光学特性に基づいて距離情報を算出するものであるため、クローズアップレンズ6が取り付けられている状態では、距離検出部29から得られる距離情報をそのままフラッシュマティック制御に用いることはできない。なぜなら、距離検出部29は、撮像装置1の撮影可能範囲が最近接位置から無限遠方の範囲であることを前提にして距離情報を求めるものであり、クローズアップレンズ6が装着された状態では撮影可能範囲が変換され、フォーカシングレンズ31を移動させることによって被写体を合焦状態に導くことができる領域は近距離領域に限定された状態となっているからである。
それ故、本実施形態のメモリ22には、距離検出部29で検出される距離情報を、クローズアップレンズ6の光学特性に基づいて補正するための補正情報が装着レンズLUT22aとして格納される。そして撮影制御部20の演算部21が、距離検出部29から距離情報Xを入力すると、メモリ22から装着レンズLUT22aを読み出して補正情報を取得し、所定の演算処理を行うことによって、クローズアップレンズ6が装着された状態の光学特性に適合した距離情報X'に補正する。
例えば、補正情報として、クローズアップレンズ6の焦点距離fが格納されているとすると、補正後の距離情報X'は、
X'=X・f/(X+f) ・・・(数式2)
の演算によって求められる。ただし、数式2の演算を予め行っておき、装着レンズLUT22aに対して、補正前後の距離情報(XとX')の関係をテーブルデータとして格納しておいてもよい。
X'=X・f/(X+f) ・・・(数式2)
の演算によって求められる。ただし、数式2の演算を予め行っておき、装着レンズLUT22aに対して、補正前後の距離情報(XとX')の関係をテーブルデータとして格納しておいてもよい。
図4は、フォーカシングレンズ31のレンズ位置によって特定される、被写体までの距離を示す図であり、図中、実線で示される領域が撮影可能範囲を示しており、各黒点がフォーカシングレンズ31の止まり位置に対応する被写体距離を示している。
例えば、撮像装置1にクローズアップレンズ6が装着されていない場合には、図4の(a)に示すように、フォーカシングレンズ31のレンズ位置によって最近接位置から無限遠方までの範囲で被写体がどの位置に存在するかが特定される。これに対し、撮像装置1にクローズアップレンズ6が装着されると、図4の(b)に示すように、撮影可能範囲は近距離領域に限定される。
ここで簡単のため、図4に示すように、フォーカシングレンズ31の止まり位置が7点であると想定すると、クローズアップレンズ6を装着したときには、それら7点のレンズ位置はそれぞれ近距離領域内での被写体距離を示すことになる(図4(b)参照)。
したがって、クローズアップレンズ6が装着された場合に、撮影制御部20がクローズアップレンズ6に関する情報に基づいて、距離検出部29によって検出される距離情報を補正することにより、近距離領域における被写体距離を高分解能で求めることができる。
そして撮影制御部20の演算部21によって補正された距離情報X'に基づいて、APEXの被写体距離DVが算出される。ここで求められる被写体距離DVは、誤差の少ない高精度な値となる。図5は、被写体までの距離(m)と、その距離(m)からAPEXによる被写体距離DVを求めた場合のDV誤差との関係を示す図である。近距離領域R1でのDV誤差が少なくなるのが判る。本実施形態のように、クローズアップレンズ6によって撮影可能範囲を近距離領域R1に限定した撮影を行うことにより、距離検出部29で求められる被写体距離DVが高精度になるので、フラッシュマティック制御のために被写体距離DVを求めた際のDV誤差が極めて小さな範囲に抑制されることになる。したがって、誤差の少ない、高精度な被写体距離DVが求められる。
そして補正された距離情報X'に基づく被写体距離DVが求められると、その被写体距離DVが所定値以下であるか否かが判断される。被写体距離DVが所定値以下であるということは、撮像装置1から被写体までの距離が所定間隔よりも短いということである。ここでの所定値は、発光部7aを発光させた際に、配光ムラが目立つようになる位置を基準に決定される。
図6及び図7はフラッシュ撮影における被写体の照明状態を示す図であり、図6は被写体までの距離が比較的長い場合を示しており、図7は被写体までの距離が比較的短い場合を示している。また、図6及び図7では、いずれも発光部7aが光軸Lに平行な方向に向けられており、フラッシュ光の中心の光が光軸Lに平行に射出される場合を例示している。
まず図6(a)に示すように、撮像装置1と被写体90との距離が比較的大きい場合には、被写体90の表面におけるフラッシュ光の照射状態は図6(b)のようになる。図6(b)において同心楕円の中心部は明るく、周辺部は暗くなることを意味している。このような照度分布を被写体90の表面について立体的に表現すると、図6(c)のようになる。図6(c)の照度分布からもわかるように、撮像素子1と被写体90との距離が比較的大きい場合には、被写体90の中心部はフラッシュによって良好に照らされることになり、特に問題は生じない。
これに対し、図7(a)に示すように、撮像装置1と被写体90との距離が比較的小さい場合には、被写体90の表面におけるフラッシュ光の照射状態は図7(b)のようになる。したがって、各発光部7aから照射されるフラッシュは主に被写体90の周辺部を照らすことになり、被写体90の表面についての照度分布を立体的に表現すると、図7(c)のようになる。図7(c)の照度分布からもわかるように、撮像素子1と被写体90との距離が比較的小さい場合には、被写体90の中心部はフラッシュによって良好に照らされず、画像中心部が露光アンダーになって暗い画像が得られることになる。特に、近距離撮影の場合には、画像中心部に主要被写体が配されることが多いため、最適な画像が得られない可能性が高くなる。なお、このような現象は、撮像装置1と被写体90との距離が小さくなる程、より顕著なものとなる。
そのため、撮影制御部20は、補正された距離情報X'に基づく被写体距離DVが求められると、その被写体距離DVが所定値以下であるかを判断し、被写体距離DVが所定値以下である場合には、画像中心が露光アンダーになることを防止するために、被写体距離DVに応じてフラッシュ発光量IVを補正するように構成される。
また、被写体90におけるフラッシュの照射状態は、発光部7aの取り付け角度によって変化する。図8及び図9はフラッシュ撮影における被写体の照明状態を示す図であり、図8は被写体までの距離が比較的長い場合を示しており、図9は被写体までの距離が比較的短い場合を示している。また、図8及び図9ではいずれも発光部7aが内側に傾けられており、フラッシュ光の中心の光が光軸Lとある点で交差する場合を例示している。
図8(a)に示すように、撮像装置1と被写体90との距離が比較的大きい場合には、被写体90の表面におけるフラッシュ光の照射状態は図8(b)のようになり、その照度分布を被写体90の表面について立体的に表現すると、図8(c)のようになる。図8(c)の照度分布からもわかるように、撮像素子1と被写体90との距離が比較的大きい場合には、被写体90の中心部はフラッシュによって良好に照らされることになり、この場合においても特に問題は生じない。
これに対し、図9(a)に示すように、撮像装置1と被写体90との距離が比較的小さい場合には、被写体90の表面におけるフラッシュ光の照射状態は図9(b)のようになる。すなわち、各発光部7aから照射されるフラッシュは主に被写体90の周辺部を照らすことになり、その照度分布を被写体90の表面について立体的に表現すると、図9(c)のようになる。図9(c)の照度分布からもわかるように、発光部7aがある程度内側に傾斜した状態で設けられている場合であっても、その取り付け角度が小さい場合には、撮像素子1と被写体90との距離が小さくなると、被写体90の中心部はフラッシュによって良好に照らされず、画像中心部が露光アンダーになって暗い画像が得られることになる。したがって、この場合の近距離撮影においても、最適な画像が得られない可能性が高くなる。
そこで本実施形態の撮影制御部20は、上述した、被写体距離DVに応じてフラッシュ発光量IVを補正するとともに、発光部7aの取り付け角度に応じてその補正量ΔIVを調整するように構成される。より具体的に説明すると、撮影制御部20は、メモリ22から発光量補正LUT22bを読み出し、発光部7aの取り付け角度及び被写体距離DVに基づいて補正量ΔIVを決定する。
図10は、撮像装置1における発光部7aの取り付け角度の変化を示す図であり、発光部7aの取り付け角度を3段階で調整できる場合を例示している。そして図10(a)は発光部7aの取り付け角度がθ1である場合(すなわち、発光部7aが光軸Lと平行方向にフラッシュを発光させる場合)を示しており、図10(b)は発光部7aの取り付け角度がθ2である場合を示している。また、図10(c)は発光部7aの取り付け角度がθ3である場合を示している。そしてこれらの角度には、θ1<θ2<θ3の関係が成立している。
図10のように、発光部7aの取り付け角度が3段階で調整可能な場合、メモリ22の発光量補正LUT22bには、実験等によって予め補正量ΔIVが求められ、次の表1のようなデータが格納される。
表1に示すように、本実施形態では、APEXで表される被写体距離DVが0以下となったときに、フラッシュ発光量IVを補正する処理が行われる。ただし、表1において補正量ΔIV=0となる場合には、実質的に補正処理は行われない。
表1において、取り付け角度がθ1である場合に着目すると、APEXで表現された被写体距離DVが−1.0以下の値になると、フラッシュ発光量IVを補正するための補正量ΔIVが有効な値に決定され、実質的な補正処理が行われる。そして被写体距離DVが小さくなる程(すなわち、被写体までの距離が短くなる程)、補正量ΔIVの値は次第に大きくなり、フラッシュの発光量が増加することになる。この結果、近距離フラッシュ撮影において、画像中心部の照度を上げることができ、画像中心部を適正露光で撮影することができる。
次に、取り付け角度がθ2,θ3の場合に着目すると、発光部7aの取り付け角度が大きくなる程、近距離にある被写体を良好に照明することができるようになるため、取り付け角度に応じた補正量ΔIVが決定されるようになっている。
なお、表1に示すデータの代わりに、各補正量ΔIVを算出するためのパラメータを発光量補正LUT22bに格納しておき、演算部21がそのパラメータを用いて演算処理を行うことによって補正量ΔIVを算出するようにしてもよい。
撮影制御部20は、上記表1のような発光量補正LUT22bを参照することによって、発光部7aの取り付け角度及び被写体距離DVに応じた補正量ΔIVを決定すると、
IV=AV+DV−SV+5+ΔIV ・・・(数式3)
の関係が成立するように、発光部7aによるフラッシュの発光量IV、絞り板30の絞り値AV、若しくはAGC回路12のゲインに相当する感度SVを決定する。そして、それらの各値に基づいて、フラッシュ制御部8、絞りドライバ25及びAGC回路12に対する設定を行い、シャッタボタン4の全押し操作に伴ってフラッシュ撮影を制御する。
IV=AV+DV−SV+5+ΔIV ・・・(数式3)
の関係が成立するように、発光部7aによるフラッシュの発光量IV、絞り板30の絞り値AV、若しくはAGC回路12のゲインに相当する感度SVを決定する。そして、それらの各値に基づいて、フラッシュ制御部8、絞りドライバ25及びAGC回路12に対する設定を行い、シャッタボタン4の全押し操作に伴ってフラッシュ撮影を制御する。
これにより、近距離フラッシュ撮影において、フラッシュの配光ムラによって生じる画像中心部の照度低下を解消し、画像中心部が適正露光となった画像を取得することができる。
次に、撮像装置1における動作の手順について、図11及び図12のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、撮像装置1の電源がオン状態にされると、撮影制御部20はユーザによる設定操作に基づいてフラッシュ撮影がオンであるか否かを判断する(ステップS1)。そしてフラッシュ撮影がオン設定されていない場合にはステップS100に進む。ステップS100ではフラッシュを発光させず、定常光による撮影が行われる。なお、ステップS100の定常光撮影については、特に本発明に関連する処理ではないので、その具体的な処理内容の説明は省略する。
一方、フラッシュ撮影がオン設定されていると、ステップS2に進み、撮影制御部20は装着検知部28によってクローズアップレンズ6が検知されたか否かを判断する。そしてクローズアップレンズ6が装着されていない場合にはステップS200に進む。ステップS200では、最近接位置から無限遠方にある被写体をフラッシュマティック制御で撮影するための通常のフラッシュ撮影が行われる。また、ステップS200では、プリ発光を行って、フラッシュ発光量等が決定し、調光制御によるフラッシュ撮影を行ってもよい。なお、ステップS200における通常のフラッシュ撮影については、特に本発明に関連する処理ではないので、その具体的な処理内容の説明は省略する。
また、ステップS2においてクローズアップレンズ6が検知された場合には、ステップS3に進み、演算部21による距離情報の補正機能をオンする。また、このときフラッシュ撮影を行うための制御方法は、フラッシュマティック制御に設定される。
次に、撮影制御部20は、角度検知部35から入力する角度情報に基づいて、発光部7aの取り付け角度θを検知する(ステップS4)。
そしてユーザによってシャッタボタン4が半押し状態にされたか否かを判断し(ステップS5)、半押し操作が行われた場合には、それに応答してオートフォーカスを開始する(ステップS6)。このとき、撮影制御部20は、フォーカシングレンズ31を光軸Lに沿って所定ピッチで段階的に駆動させ、フォーカス領域の画像成分に関するコントラストが最大となる位置を特定する。そして、オートフォーカスによって被写体像が合焦状態となるレンズ位置が決定される(ステップS7)。なお、マニュアルフォーカスが行われる場合には、ユーザがフォーカスリング3aを操作することによってフォーカシングレンズ31を移動させ、最終的に静止状態にされたレンズ位置が決定される。
このとき、露光制御(AE)も行われ、APEXによる、絞り値AV及び感度SVが決定される(ステップS8)。なお、撮像素子10の露光時間(いわゆるシャッタスピード)は、ステップS1においてYESと判断された時点で予め所定の値に設定されるものとする。
そして撮影制御部20は、現時点でのフォーカシングレンズ31のレンズ位置に基づく距離情報を距離検出部29から取得する(ステップS9)。ここで取得される距離情報は、撮影レンズ3の光学特性のみによって求められる距離情報であり、最近接位置から無限遠方の範囲での距離情報となっている。そのため撮影制御部20は、距離情報の補正機能がオン設定されているか否かを判断する(ステップS10)。ステップS3において距離情報の補正機能がオン設定されている場合には、ステップS10でYESと判断される。そしてステップS11に進み、演算部21が機能して、装着レンズLUT22aから読み出された情報と、距離検出部29から入力する距離情報とに基づいて、クローズアップレンズ6が組み込まれた状態での正確な距離情報を算出する。
図12のフローチャートに進み、撮影制御部20は、距離情報から、APEXでの被写体距離DVを算出する(ステップS12)。ステップS11の補正演算が行われた場合は、補正された距離情報に基づいて被写体距離DVが算出され、近距離領域にある被写体までの正確な被写体距離DVが取得される。
ステップS13では、撮影制御部20は、ステップS12で算出された被写体距離DVが所定値以下であるか否かを判断する。上記表1のような発光量補正LUT22bが用いられる場合、ここでは被写体距離DVが0以下(すなわち、被写体までの実際の距離が1m以下)であるか否が判断される。この判断の結果、被写体距離DVが所定値以下である場合には、発光部7aの配光ムラによる画像中心部の照度低下を解消するために、ステップS14に進む。一方、被写体距離DVが所定値以下でない場合には、ステップS14をスキップしてステップS15に進む。
ステップS14では、撮影制御部20の演算部21が、メモリ22から発光量補正LUT22bを取得し、ステップS12で算出された被写体距離DVと、ステップS4で検知した、発光部7aの取り付け角度θとに基づいて、発光量補正LUT22bを参照することによって補正量ΔIVを決定する。
そしてステップS15では、撮影制御部20が、被写体距離DVに基づいて、フラッシュ発光量IVを決定する。このとき、上記ステップS14の処理が行われていた場合には、上記数式3の関係式を満たすように、被写体距離DV及び補正量ΔIVに基づいてフラッシュ発光量IVが決定される。よってこの場合には、通常のフラッシュマティック制御によって決定されるフラッシュ発光量IVが、被写体距離DVに応じて、より大きな値に修正されることになる。
一方、上記ステップS14の処理が行われなかった場合には、上記数式1の関係式を満たすように、被写体距離DVに基づいてフラッシュ発光量IVが決定される。よってこの場合には、通常のフラッシュマティック制御によってフラッシュ発光量IVが決定されることになる。
そしてステップS15では、発光部7aによるフラッシュの発光量IVが決定されると、撮影制御部20からフラッシュ制御部8に対して発光量が指示される。
なお、ステップS15において、フラッシュ発光量IVが所定の下限値以下となるときには、発光量IVはその下限値に固定され、数式1若しくは数式3の関係を満たすように、絞り値AV及び感度SVの一方若しくは双方が再調整される。
そしてユーザによってシャッタボタン4が全押し状態にされたか否かを判断し(ステップS16)、全押し操作が行われた場合には、それに応答して画像記録のためのフラッシュ発光撮影が行われる(ステップS17)。すなわち、撮影制御部20が、絞り板30の開口径が絞り値AVに適合する状態に駆動するとともに、AGC回路12のゲインを感度SVに適合する値に設定した後、タイミングジェネレータ27に対して撮影指令を与え、フラッシュ制御部8に対してフラッシュ発光指令を送出する。このとき、フラッシュ制御部8は、撮影制御部20から指示された発光量IVで各発光部7aを発光させる。
その結果、画像メモリ14に格納される画像信号は、画像処理回路15で圧縮処理等の画像処理が施された後、記録媒体18に記録され、撮影処理が終了する(ステップS18)。
以上のように、本実施形態の撮像装置1は、近距離でのフラッシュ撮影を行う際に、フラッシュマティック制御を行うように構成されており、被写体までの距離が所定値以下であるときには、通常のフラッシュマティック制御によって決定されるフラッシュの発光量よりも、発光量が大きくなるように補正してフラッシュ撮影を行うように構成されている。そのため、近距離フラッシュ撮影において画像中心部が暗くなることを防止して、良好な画像を取得することができるようになる。
また、上記撮像装置1では、被写体までの距離が所定値以下であるときの補正量が、その距離に基づく最適な値に決定される。したがって、被写体までの距離変化に伴う、画像中心部の照度低下現象を良好に補正することが可能になり、近距離領域の中で被写体がどの位置にある場合であっても、常に良好な画像を取得することができるようになる。
また、上記撮像装置1では、撮影レンズ3の光軸Lに対する、発光部7aの取り付け角度が調整可能なものとなっており、被写体までの距離が所定値以下であるときの補正量が、その取り付け角度に応じてさらに変更されるように構成されている。したがって、発光部7aの取り付け角度の変化に伴う、画像中心部の照度低下現象をも、良好に補正することが可能になり、発光部7aの取り付け角度にかかわらず、常に良好な画像を取得することができるようになる。
また、上記撮像装置1では、光軸Lを中心として、複数の発光部7aが光軸Lから等距離に配置されるので、近距離領域にある被写体を周囲からほぼ均等に照明することができる。特に近距離フラッシュ撮影では、被写体の照明ムラが目立ちやすくなる状況にあるが、本実施形態のように複数の発光部7aを光軸Lの周りに均等に配置することにより、照明ムラを抑制して良好な状態で被写体を撮影することができる。
また、上記撮像装置1では、撮影レンズ3及びクローズアップレンズ6を介して得られる被写体のフォーカス状態によって、被写体までの距離を検出するので、比較的簡単な構成で、かつ正確に、被写体までの距離を検知することができるようになっている。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、主として、フラッシュマティック制御によって、フラッシュの発光量IVを優先的に決定するようにし、発光量IVが所定の下限値以下となる場合に、絞り値AV若しくは感度SVを調整することを例示した。しかし、発光部7aによるフラッシュ発光量が常に一定であり、その発光量を調整することが不可能であることも想定される。そのため、フラッシュ発光量IVを調整することができない場合には、発光量IVを固定値とし、絞り値AVおよび感度SVのうちの少なくとも1つを調整することによって上記数式1若しくは数式3の関係が満たされるように調整すればよい。すなわち、本発明は、被写体までの距離が所定値以下であるとき、発光部7aの発光量、絞り板30の開口径、および、撮像素子10から得られる画像信号に付与されるゲイン、のうちの少なくとも1つの値を、フラッシュマティック制御によって決定される値よりも大きな値に補正してフラッシュ撮影を行うものであっても構わない。
また、上記実施の形態では、絞り手段として絞り板30が設けられており、絞り板30の開口径を調整することによって光線を規制する構成を例示した。しかし、絞り手段は、上記のような絞り板30に限定されるものではなく、必ずしも絞り手段自体が可動するものでなくてもよい。例えば、単純な構成で光線を規制するだけのものであってもよいし、NDフィルタを光路中に出し入れして実質的な光量を規制するものであっても構わない。
また、上記において、DV値から補正係数を演算して、発光量、絞り値、ゲインの少なくとも1つを補正することを説明したが、例えばフラッシュ発光部がカメラ本体2に内蔵されて、かつ絞り値の変更等ができないような安価なカメラの場合には、被写体距離DVに基づいて発光量補正LUT22bを参照することにより、被写体距離DVから直接的に補正されたフラッシュ発光量IVなどを取得するように構成してもよい。この場合、演算処理を行う必要がなくなるので、比較的安価なカメラを提供することができる。
また、上記実施の形態では、撮影制御部20によって求められる、APEXで表現された被写体距離DVが所定値以下であるか否かによって、発光量IV等の補正の必要性が判断される場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、撮影レンズ3に対してクローズアップレンズ6が装着されれば、それによって撮像装置1の撮影可能範囲が近距離領域に限定されるので、そのことによって発光量IV等の補正の必要性を判断するようにしてもよい。すなわち、図12のステップS13において、クローズアップレンズ6の装着が検知されたことによってYESと判断するように構成してもよい。
また、上記実施の形態では、撮影レンズ3に対してクローズアップレンズ6が装着される場合を例示したが、クローズアップレンズ6が装着されるか否かは任意であり、撮影レンズ3のみを用いて近距離でのフラッシュ撮影を行う場合にも、本発明を適用することはできる。
また、上記実施の形態では、発光部7aの取り付け角度が角度検知部35によって自動検出される場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば液晶ディスプレイ17等にメニュー画面を表示して、ユーザが操作部24を操作することによって、発光部7aの取り付け角度を手動入力するように構成してもよい。その場合、撮影制御部20は、ユーザ操作によって入力される、発光部7aの取り付け角度に基づいて、補正量ΔIVを求めることになる。
また、上記実施の形態では、被写体までの距離が所定値以下であるときの補正量ΔIVが、光軸Lに対する発光部7aの取り付け角度に応じて変更される場合を例示した。ところが、発光部7aの取り付け角度に変化がなくとも、発光部7aの取り付け位置が変更されれば、それによって被写体の照明状態が異なる状態に変化する。したがって、撮像装置1において発光部7aの取り付け位置が変更可能な場合には、発光部7aの取り付け位置に応じても補正量ΔIVの適正化を図ることが好ましい。この場合、発光部7aの取り付け位置は、自動検出されるものであってもよいし、手動入力するものであってもよい。そして実験等によって予め求められる、発光部7aの取り付け位置に応じた補正量ΔIVを発光量補正LUT22bに格納しておき、その発光量補正LUT22bを参照することによって取り付け位置に応じた補正量ΔIVを決定するように構成すればよい。
また、上記実施の形態では、距離検出部29が、撮影レンズ3に含まれるフォーカシングレンズ31のレンズ位置によって被写体までの距離を検出する場合を例示したが、それに限定されるものではなく、例えば、TTL(スルーザレンズ)方式の位相差センサ等によって被写体像のフォーカス状態を判定し、それによって被写体までの距離を検出するものであっても構わない。
また、距離検出部29が、撮影レンズ3の外部に設けられ、撮影レンズ3を介することなく、被写体からの光を受光して被写体までの距離を算出する測距センサとして構成されるものであっても構わない。この場合、クローズアップレンズが取り付けられた場合であっても、距離情報を補正する必要はなく、効率的な処理が可能になる。
また、上記実施の形態では、フラッシュ発光装置7がカメラ本体2に対して外付けされる場合を例示したが、カメラ本体2に内蔵されたものであっても構わない。また、発光部7aが撮影レンズ3やクローズアップレンズ6のレンズ鏡胴に直接取り付けられた構造であっても構わない。
さらに、上記実施の形態では、2個の発光部7aが設けられる場合について説明したが、発光部7aが1個であっても、本発明を適用することができる。すなわち、撮像装置1の構造上、発光部7aが撮影レンズ3の光軸L上でフラッシュを発光させることができないので、発光部7aが1個であっても、近距離フラッシュ撮影では上述したように画像中心部において適正露光にならないことがわかっている。そのため、本発明を適用することにより、1個の発光部を有する撮像装置においても、近距離フラッシュ撮影で良好な画像を取得できるようになる。
1 撮像装置
3 撮影レンズ(光学系)
7 フラッシュ発光装置
7a 発光部(発光手段)
10 撮像素子
12 AGC回路(ゲイン付与手段)
20 撮影制御部(制御手段,距離検出手段)
21 演算部
22 メモリ(記憶手段)
28 装着検知部(装着検知手段)
29 距離検出部(距離検出手段)
30 絞り板(絞り手段)
35 角度検知部(角度検出手段)
3 撮影レンズ(光学系)
7 フラッシュ発光装置
7a 発光部(発光手段)
10 撮像素子
12 AGC回路(ゲイン付与手段)
20 撮影制御部(制御手段,距離検出手段)
21 演算部
22 メモリ(記憶手段)
28 装着検知部(装着検知手段)
29 距離検出部(距離検出手段)
30 絞り板(絞り手段)
35 角度検知部(角度検出手段)
Claims (5)
- 絞り手段を有し、被写体からの光を撮像素子に導く光学系と、
被写体までの距離を検出する距離検出手段と、
フラッシュを発光する発光手段と、を備える撮像装置であって、
フラッシュマティック制御によってフラッシュ撮影を行うように構成されており、
前記距離検出手段によって検出される被写体までの距離が所定値以下であるときには、前記発光手段の発光量、前記絞り手段の開口径、および、前記撮像素子から得られる画像信号に付与されるゲイン、のうちの少なくとも1つの値を、前記フラッシュマティック制御によって決定される値よりも大きな値に補正してフラッシュ撮影を行う撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記距離検出手段によって検出される被写体までの距離が所定値以下であるときには、該距離に基づいて、前記発光手段の発光量、前記絞り手段の開口径、および、前記撮像素子から得られる画像信号に付与されるゲイン、のうちの少なくとも1つの値に対する補正量を決定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項2に記載の撮像装置において、
前記発光手段は、前記光学系の光軸に対する取り付け位置又は角度を調整可能であり、
前記発光手段の取り付け位置又は角度に応じて前記補正量を変更することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の撮像装置において、
前記発光手段は、前記光学系の光軸を中心とし、複数の発光部が前記光軸から等距離に配置されてなる撮像装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の撮像装置において、
前記距離検出手段は、前記光学系を介して得られる被写体像のフォーカス状態によって被写体までの距離を検出するものであることを特徴とする撮像装置。
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