JP4603050B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、被写体の画像を撮影するカメラなどの撮像装置と共に用い、その画像を撮影する際にその被写体を照明するための光学装置に関する。

従来のアナログカメラ及びデジタルカメラは、放電管と、放電管からの光を被写体に対して照射するためのレンズ、凹面鏡又はその他の集光装置とを備えたフラッシュを用いる。可変焦点距離を有するレンズ（ズームレンズ）を持つカメラは、ズームフラッシュを用いることができる。ズームフラッシュでは、カメラレンズの画角に対応してフラッシュからの光の照射角度が制御される。すなわち、ズームフラッシュでは、カメラレンズの焦点距離に従って放電管に対して焦点調整装置が相対的に移動する。撮影被写体のみが実質的に照射されるように、カメラレンズの焦点距離が短い場合、長い焦点距離の場合に比べて、光がより（広く）拡散するようにフラッシュは制御される。

レンズに関する以下の定義が（撮像又は他の目的に対して）本明細書を通して一般的に対応し、使用される。
広角レンズ：（比較的）短い焦点距離のレンズ。
望遠レンズ：（比較的）長い焦点距離のレンズ。
ズームレンズ：可変焦点距離のレンズ。ズームレンズの焦点距離が短い場合は広角レンズと呼んでもよく、焦点距離が長い場合は望遠レンズと呼んでもよい。

例えば、携帯電話のようなモバイル通信デバイスでは、使用できる空間が限られた小型のカメラが用いられる。上述のような、光源に対して移動し得る焦点装置を有する従来のズームフラッシュは空間的制限のために小型のカメラへの使用には適していない。

特開平０２−１３５３２７号公報では、可変光分布を提供する、異なったタイプのフラッシュが提案されている。具体的には、ストロボ装置において互いに隣り合うように配置された２個の発光装置が用いられている。一方の発光ユニットは、光分布の広く、撮影レンズが広い視野角（ＷＩＤＥ位置）にセットされた場合に発光する。一方、他方の発光ユニットは、光分布の狭く、撮影レンズが狭い視野角（ＴＥＬＥ位置）にセットされた場合に発光する。
特開平０２−１３５３２７号公報

特開平０２−１３５３２７号公報に記載の装置もかなり大型であるため、小型のモバイルデバイスには、さらに不適切であろう。

さらに、これらの装置は可変光分布（広い、又は狭い空間角度）を提供することができるが、光分布は多かれ少なかれカメラのレンズ軸の周りに中心を有する。しかし、撮影被写体は撮像する写真の中央に位置するとは限らないので、常により柔軟な光分布が好都合であろう。

したがって、本発明の目的は、モバイル通信デバイスに装着できるよう十分に小型で、より効果的な方法で光分布が制御される光学装置を提供することにある。

本発明は、被写体の画像を撮像する撮像装置と共に用いられる光学装置を提供する。光学装置は、光を照射する発光素子と、発光素子から照射された光で被写体を照明するように発光素子からの光を方向づけるように配置されたレンズとを備える。発光素子は、２つ以上の発光ゾーンを含み、発光ゾーンからの光はレンズを通して対応する空間角度に方向づけされ、発光ゾーンは制御可変な強度の光を放射するように個別的に、かつ選択的に制御される。

少なくとも２つの発光ゾーンを有する発光装置が通常のレンズの背後に配置されており、そして発光ゾーンが個別にそして選択的に制御されると、モバイルデバイスで用いることができ、かつ非常に柔軟な光分布を達成した小型の装置が実現される。

そのような光学装置は被写体の画像を撮像するための撮像装置に必要な独立した装備品として用いられる。しかし、光学装置は、自身で被写体の画像を撮像するための撮像装置を含み、その撮像装置は受光素子との間の撮像関係において配置された結像レンズを含み、受光素子に対して被写体からの光を投射して受光素子上に被写体の画像を形成する。

その発光素子は発光素子又は他の半導体発光素子を含んでもよく、また発光ゾーンは第１発光ゾーンと、第１発光ゾーンの周囲に配置された第２発光ゾーンを含んでもよい。

本発明の光学装置において、撮像装置は、結像レンズの開口角度を小さくするか大きくするかを選択的に制限して被写体を撮像できるが、それはズームと呼ばれる。受光素子上における被写体の画像の対応する部分を選択することにより、結像レンズの開口角度をより小さくしたり、より大きくしたりして被写体の撮像を制限できるが、それはデジタルズームと呼ばれる。結像レンズが可変焦点距離を有する場合、結像レンズの焦点距離を選択的に変えることにより結像レンズの開口角度をより小さしたり、より大きくしたりと被写体の撮像は制限され、それは光学ズームと呼ばれる。

被写体を撮像する際に結像レンズの開口角度がより小さく制限されているときは、デジタルズームを用いるか光学ズームを用いるかにかかわらず、第１発光ゾーンは発光するように制御され、第２発光ゾーンは発光しないように制御されてもよい。一方、被写体を撮像する際に結像レンズの開口角度より大きく制限されているときは、第１及び第２発光ゾーンの両方が発光するように制御される。

被写体を撮像する際に結像レンズの開口角度がより大きく制限されているときは、第１及び第２発光ゾーンはどちらも第１の光強度で発光するよう制御されることが望ましい。一方、被写体を撮像する際に結像レンズの開口角度がより小さく制限されているときは、第１発光ゾーンは第２の光強度で発光するように制御され、第２発光ゾーンは発光しないように制御される。これにより、受光素子上に結像しない被写体を照射するために発光素子からの光が用いられることが避けられ、電力が節約される。

第２の光強度は第１の光強度より強いことが望ましい。被写体の撮像する際に結像レンズの開口角度がより小さく制限されているとき、即ち、撮像装置が望遠又はズームイン・モードにあるときであって、第２発光ゾーンが発光しないように制御されているときは、素子内での電力消費のために発光素子をオーバーヒートさせることなく第１発光ゾーンがより多くの光を発光するよう制御することが可能であり、また有利である。

本発明に係る光学素子において、受光素子は電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＣＭＯＳデバイス又はキャリア上に感光性エマルションを有する薄膜を含んでもよい。

発光素子は制御可能な強度の光を手動で照射できるように配置してもよい。これにより、ユーザは与えられた条件下で最適と思われる発光ゾーンを選択できる。

さらに光学素子は被写体までの距離を測定するように配置された距離測定装置を含んでもよい。また発光ゾーンは測定された距離に応じて強度が制御された光を発光するように配置してもよい。したがって、光学素子から比較的遠い距離にある被写体の場合、唯一又は少ない数の発光ゾーンを用いて被写体上に照明光が集中する。

光学装置は、受光素子上に形成された画像の画像解析を行ってもよく、その場合発光ゾーンは画像解析の結果に応じて強度を制御した光を照射するように構成されてもよい。このようにして解析結果をどの基本ゾーンから光を発するかを示すこと、又はゾーンを直接制御することに用いてもよい。

本発明に係る光学装置は、携帯電話のような無線音声通信手段を含んでもよい。

本発明に係る光学装置は精密な調整を必要とする取り外し可能な部品を有しないので、機械的衝撃に対して感受性がより低い。

被写体の写真撮影の際、例えば人物に比べてカメラレンズから遠い距離の背景を含むようなポートレート写真では発光素子の中心部は人物を照射し、周辺部は背景を照射する。周辺部の発光ゾーンに比べて中心部の１以上の発光ゾーンがより低い強度の光で照射されるように制御することで、カメラに近い人物とより遠い背景とが一様に照射されてもよい。

以下では、本発明は図面を参照してより詳細に記述される。図１及び図２において、カメラ２０又はその他の画像撮影手段と、カメラ２０で撮影するべき被写体を照明する光を発光するように制御された照明装置３０とを有する携帯電話１０の外観を示す。携帯電話１０は無線音声通信手段（不図示）を有する。

カメラ２０は、被写体からの光を受光素子上に投射してその上に被写体の像を形成するために、受光素子２２との撮像関係において配置された結像レンズ２１を含む。図示するように、受光素子２２は、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）であり、撮影された画像はデジタル画像である。或いは、受光素子はキャリア上に感光性エマルジョンを有するフィルムを含む。

デジタルカメラ２０はズーム可能、即ち、開口角度を変更することができる。開口角度を変更することができるとは、受光素子２２上に結像された被写体の空間角度を変更することができることを意味する。他のデジタルカメラと同様に、これは、カメラ内で処理される受光素子上において被写体画像の適切な部分、例えば、中心部分が選択され、選択された画像部分が拡大されるか又は引き伸ばされることによって実行される。これはデジタルズームと呼ばれる。

図３は、光を照射する発光素子３１とレンズ３２とを備える照明装置３０を示す図である。レンズ３２は、被写体を照明するために発光素子からの光を被写体に向けるように配置される。

図４は、発光素子３１の構成を示す図である。発光素子３１は、中央に位置する第１発光ゾーン３３及び第１発光ゾーン３３の周囲に配置された第２発光ゾーン３４を含む。第２発光ゾーン３４は８個の基本ゾーンを含み、又はそれぞれが隣接した環状のゾーンであってもよい。各ゾーンは強度を制御可能な光を放射するように個別的にかつ選択的に制御可能である。各発光ゾーンは発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体デバイスである。

カメラが広角モードにある場合、全ての発光ゾーンは、カメラの広角モードにおける結像レンズの開口角度に対応する第１の比較的大きな空間角度３５でレンズを通して光が放射されるように制御される。

カメラが望遠モードにズームされている場合は、中央の発光ゾーン３３のみが制御され カメラの望遠モードにおける結像レンズの開口角度に対応する第２の比較的小さい空間角度３６でレンズを通して光が放射される。外側の発光ゾーン３４内の基本ゾーン（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｚｏｎｅ）からの光は撮影される被写体の部分を照射しないため、これらの基本ゾーンは消灯される。これにより電力が節約される。

典型的に、発光素子３１の全体はある程度の電力を熱として放出するため、外側の発光ゾーン３４が消灯されると、電力放出が低減される。中央の発光ゾーン３３は、発光素子の電力放出限界を越えることなく、他の方法によるよりも強い強度の光を放射するように制御され得る。これにより比較的小さい空間角度３６での光強度は対応して増加し、よってより遠距離の被写体が正しく照明される。

発光素子３１は、セグメントが個別に制御できるセグメント化発光ダイオード（ＬＥＤ）であることが望ましい。例示した実施形態においては、発光素子３１は中心ゾーン３３及び周辺ゾーン３４を有する。このように、発光素子は互いの周囲に配置されたいくつかのゾーンを有する。これにより、照明装置からの光は、カメラ２０のズームセッティング（設定）に、より密接に対応するように、いくつかの開口角度を有する。

発光ゾーンはカメラ２０のズーム設定に関係なく個別に制御することができる。これにより、光は必要な方向へ照射でき、例えば、撮影される被写体上への光分布を制御することができる。

上述のようにカメラのズーム設定に依存して発光ゾーン３３、３４を制御する代わりに、一適用例として、距離測定装置を用いて発光ゾーンを制御してもよい。撮影するべき被写体がカメラから比較的遠距離に位置する場合は、中央の発光ゾーン３３のみがレンズを通して光照射するように制御され、一方、被写体がカメラにより近い場合にはゾーン３３、３４の両方が光照射するように制御される。

また、発光ゾーンは、ユーザによって手動で制御されてもよく、所定の状況下で最適であるとユーザが判断するところに従って、光が中央の発光ゾーン３３からのみ照射されるモードと、光が中央発光ゾーン３３のほかに外側の発光ゾーン３４からも照射されるモードとの間で選択するこができる。

この場合、ユーザは最も必要とする方向へ光を向けるように、図４で示した９個の基本ゾーンを各々個別に制御することも可能である。図５は、顔５１を撮影する一例を示す図である。このように照明装置３０が、５３に示すように１つ以上のより低い位置の基本ゾーンを制御することにより、比較的小さい空間角度５２でレンズ３２を通して光を照射するようにセットしてもよい。一方、他の基本ゾーンは消灯される。またこれは発光素子３１における許容電力放出の総計に従って、全てのゾーンが使用される状況に比べて、適切なゾーンからより強い強度の光をもたらす。

手動で個々の基本ゾーンを制御する代わりに、受光素子２２からの出力信号が画像解析プログラムによって解析され、その解析結果を用いてどの基本ゾーンから光を照射するか、又はゾーンを直接制御するかを提案することができる。画像解析プログラムが現イメージと蓄積された参照イメージとを比較して、例えば最も関心のある被写体が場面の上方左角に位置していると検知する場合、プログラムは他の基本ゾーンが消灯されている間、対応する基本ゾーンを自動制御して光照射させることができる。このことは光を最も必要とする方向へ照射させることを保証する。

本発明はまた、光学ズーム付きカメラ、即ちズームレンズ付きのカメラ及び受光素子がキャリア上に感光性エマルジョンを有するフィルムを含むカメラでの使用にも適する。

照明装置３０は、別個の構成要素として製造され、また同様に別個の構成要素であってもよいカメラ２０に組み込まれ得るモジュールであることが望ましい。

本発明の好ましい実施形態をこれまで記述し、示したが、本発明はこれに限らず、添付の特許請求の範囲で定義された主題の範囲内における他の方法で実施されてもよい。

本発明における光学装置の正面図である。 図１の光学装置の概要を示す側面図である。 図１の光学装置におけるズームの原理を示す図である。 図１乃至図３に示された光学装置に用いられる発光素子を示す図である。 基本的な発光ゾーンの個別的制御の使用法の一例を示す図である。

Claims (17)

1. 被写体の画像を撮影するための撮像装置と共に使用される光学装置であって、
   少なくとも２つの発光ゾーン（３３、３４）を備え、該発光ゾーン（３３、３４）からの光がそれぞれ対応する空間角度に方向づけられ、該発光ゾーン（３３、３４）が、強度の制御可能な光を発光するように、個別的に、かつ、選択的に制御される、光を照射する発光素子（３１）
   を備え、
   前記発光素子（３１）は、半導体発光デバイスを備え、
   前記少なくとも２つの発光ゾーン（３３、３４）は、前記被写体を照明するために該発光ゾーン（３３、３４）からの光を方向づける共通レンズ（３２）の後方に配置されていることを特徴とする光学装置。
2. 前記半導体発光デバイスは、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記発光ゾーン（３３、３４）は、
   第１発光ゾーン（３３）と、
   前記第１発光ゾーン（３３）の周辺に配置された第２発光ゾーン（３４）と
   を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記発光ゾーン（３４）は、複数の基本ゾーンを含み、
   前記複数の基本ゾーンは、強度を制御可能な光を発光するように、個別的に、かつ、選択的に制御されることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記被写体の画像を撮影するための撮像装置（２０）をさらに備え、
   前記撮像装置（２０）は、
   受光素子（２２）との間の撮像関係を満たすように配置された結像レンズを備え、該受光素子（２２）に対して前記被写体からの光を投射して該受光素子（２２）上に該被写体の画像を形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学装置。
6. 前記撮像装置（２０）は、
   被写体を撮像する際に、前記結像レンズの開口角度をより小さくするか又はより大きくするかを選択的に制限することを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
7. 前記被写体の撮像は、前記受光素子（２２）上の対応する該被写体の画像の部分を選択することによって、前記結像レンズ（２１）の開口角度をより小さくするか又はより大きくするかに制限されることを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
8. 前記結像レンズ（２１）は、可変焦点距離を有し、
   前記被写体の撮像は、前記結像レンズ（２１）の焦点距離を選択的に変えることにより、該結像レンズ（２１）の開口角度をより小さくするか又はより大きくするかに制限されることを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
9. 前記被写体の撮像が、前記結像レンズ（２１）の開口角度をより大きな開口角度に制限された場合に、前記第１及び第２発光ゾーン（３３、３４）の両方が第１の光強度で光を発光するように制御され、
   前記被写体の撮像が、前記結像レンズ（２１）の開口角度をより小さな開口角度に制限された場合に、前記第１発光ゾーン（３３）が第２の光強度で光を発光するように制御され、かつ、前記第２発光ゾーン（３４）が発光しないように制御される
   ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の光学装置。
10. 前記第２の光強度は、前記第１の光強度よりも強いことを特徴とする請求項９に記載の光学装置。
11. 前記受光素子（２２）は、電荷結合デバイスを含むことを特徴とする請求項５乃至１０の何れか１項に記載の光学装置。
12. 前記受光素子（２２）は、ＣＭＯＳデバイスを含むことを特徴とする請求項５乃至１０の何れか１項に記載の光学装置。
13. 前記受光素子（２２）は、キャリア上に感光性エマルジョンを有するフィルムを含むことを特徴とする請求項５乃至１０の何れか１項に記載の光学装置。
14. 前記発光ゾーン（３３、３４、５３）は、前記制御可能な光強度で発光するように手動で制御されることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光学装置。
15. 前記被写体までの距離を測定する距離測定装置をさらに備え、
    前記発光ゾーン（３３、３４、５３）は、前記測定された距離に従って前記制御可能な光強度で発光するように制御されることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光学装置。
16. 前記受光素子（２２）に形成された画像の画像解析を実行する手段をさらに備え、
    前記発光ゾーン（３３、３４、５３）は、前記画像解析の結果に従って前記制御可能な光強度で発光するように制御されることを特徴とする請求項５乃至１３の何れか１項に記載の光学装置。
17. 無線音声通信のための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の光学装置。

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