JP2007336129A

JP2007336129A - 照明装置及び撮像装置

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Publication number: JP2007336129A
Application number: JP2006164258A
Authority: JP
Inventors: Yuki Niwamae; 裕樹庭前
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP4637059B2

Abstract

【課題】デジタルカメラを大型化及び複雑化することなく、デジタルカメラの撮像素子や光学ローパスフィルタ等の表面に付着した異物の位置を正しく判別する。
【解決手段】撮像装置１０のマウント機構１１に係合する係合部２と、マウント機構１１に係合した状態において、撮像装置１０の撮像面１２に複数の光を投光する投光手段４ａ及び４ｂと、複数の光が投光される位置の相互間の距離及び前記複数の光が投光される位置から撮像面１２までの距離の情報を記録する記録手段６と、撮像装置１０と通信を行う通信手段３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像面や光学部材に付着した異物の有無及びその３次元位置を判別するための照明装置及び撮像装置に関する。

レンズ交換式のデジタルカメラでは、撮影レンズの交換時に埃やゴミが外部から侵入したり、クイックリターンミラーの駆動やフォーカルプレーンシャッタの作動によってカメラ内で磨耗粉等が発生したりする。そして、これら異物が移動し、撮像素子や撮像素子の保護用のカバーガラス、撮像素子の近傍に配置されている赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタ等の表面に付着することがあった。このように異物が付着した状態で撮影を行うと、被写体像とともに異物の影が撮像素子によって撮影されてしまい、撮影画像に悪影響を及ぼしていた。

このような問題を解決するために、デジタルカメラ内に複数の光源を設け、撮像素子や光学フィルタに付着した異物を検出するデジタルカメラが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このデジタルカメラでは、複数の光源を用いて撮像素子を順次照明させ、そのときに投影される異物の影の位置が異物の撮影光軸方向の位置に応じて異なることを利用して、異物の撮像素子からの撮影光軸方向距離を演算する。これにより、異物が外部からクリーニング可能な範囲に付着しているかそうでないかを明確に判別する。

また、カメラボディに取り付けるボディキャップに、カメラボディに取り付けたときの光軸に位置する光源を備えることが開示されている（例えば、特許文献２参照）。このカメラは、ボディキャップ内の光源を用いて異物検出用画像を撮像し、その画像から異物の撮像面内方向の位置を検出するものである。

特開２００２−３００４４２号公報特開２００４−３１７３７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたデジタルカメラでは、カメラに複数の光源を内蔵する必要があり、カメラの大型化とカメラ内部の構造の複雑化につながる。

また、特許文献２に開示されたボディキャップとカメラでは、異物の撮像面内方向の位置のみが検出可能で、異物の撮像素子からの撮影光軸方向距離を算出することができない。これでは、撮影レンズの種類によって撮像画像に写る位置が異なる光学フィルタに付着した異物の影と、撮影レンズの種類によらず撮像画像に写る位置が同じになる撮像素子に付着した異物の影との区別ができず、異物による画像欠陥箇所の判別が正しく行われない。

本発明は係る実情に鑑みてなされたものであり、撮像装置を大型化及び複雑化することなく、撮像素子や光学ローパスフィルタ等の表面に付着した異物の有無及びその３次元位置を正しく判別できるようにすることを目的とする。

本発明の照明装置は、撮像装置のマウント機構に係合する係合部と、前記マウント機構に係合した状態において、前記撮像装置の撮像面に複数の光を投光する投光手段と、前記複数の光が投光される位置の相互間の距離及び前記複数の光が投光される位置から前記撮像装置内の予め定められた位置までの距離の情報を記録する記録手段と、前記撮像装置と通信を行う通信手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、上記記載の照明装置を用いて、前記撮像面及び光学部材に付着した異物を判別する撮像装置であって、前記投光手段に電力を供給し、点灯を制御する制御手段と、前記撮像面から前記光学部材までの距離の情報を記録する記録手段と、前記投光手段が前記撮像面に複数の光を投光したときに撮像した画像データと、前記記録手段が記録する距離の情報と、前記通信手段を介して取得される前記照明装置の記録手段が記録する距離の情報とに基づいて、前記付着した異物の有無及びその３次元位置を判別する判別手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置を大型化及び複雑化することなく、撮像素子や光学ローパスフィルタ等の表面に付着した異物の有無及びその３次元位置を正しく判別することができる。

（第１の実施の形態）
以下、図面に基づき本発明の第１の実施の形態に係るマウントキャップ１及びデジタルカメラ１０を説明する。図１は、マウントキャップ１をデジタルカメラ１０に装着した状態を説明する概念図である。

図１において、１はマウントキャップであり、レンズ等を装着するレンズマウント１１に装着される。１０はレンズ交換式のデジタルカメラであり、撮影条件等に応じたレンズを交換可能に装着することができる。

２はマウントキャップ１に設けられたマウント係合部であり、１１はデジタルカメラ１０の前面に位置するレンズマウント（マウント機構）である。デジタルカメラ１０においてレンズを取り外して、マウントキャップ１をレンズマウント１１に取り付ける際は、マウント係合部２とレンズマウント１１とを係合する。この場合に、常に同一の位置において係合するように、マウント係合部２及びレンズマウント１１の所定の位置にマーキングをしたり、相互が嵌合する嵌合爪及び嵌合部等を設けたりすることが好ましい。

１２は撮像素子であり、デジタルカメラ１０に設けられたＣＭＯＳ等の固定撮像素子である。１３は撮像素子１２の前面（レンズマウント１１側）に配置された保護ガラスである。１４は保護ガラス１３の前面（レンズマウント１１側）に配置された光学ローパスフィルタである。レンズを交換するときに侵入する埃やゴミ、デジタルカメラ内で発生する磨耗粉等の異物は、これらの撮像素子１２、保護ガラス１３、光学ローパスフィルタ１４に付着することがある。

１５はシャッタであり、光学ローパスフィルタ１４の前面（レンズマウント側）に配置されている。図１に示す状態においては、マウントキャップ１をデジタルカメラ１０に取り付けて、異物の撮像が可能な状態とするために、シャッタ１５は光学ローパスフィルタ１４を露出させるべく、上側に上昇した開き状態になっている。

１６はクイックリターンミラーであり、撮影光路をファインダ側、或いは撮像素子１２側に選択的に導くためのもので、図１に示す状態においては、撮影光路を撮像素子１２側に導く格納状態（ミラーアップ）になっている。

１７は、通常の撮像を行う撮像モードと、マウントキャップ１を取り付けて異物判別用画像データを撮像する異物判別モードとのいずれかのモードを選択するモード設定部である。モード設定部１７により設定されたモードが、制御部１９に設定される。

１８はデジタルカメラ１０の操作部であり、レリーズボタン等の各種操作用ボタンを含む。ユーザによる操作に応じてレリーズ操作信号等がデジタルカメラ１０の制御部１９に送られる。

１９は制御部であり、一般的にＣＰＵやその周辺回路（いずれも不図示）で構成される。この制御部１９は、通常の撮像を行うための制御のほかに、異物判別モードの撮像を行うための制御と、デジタルカメラ側端子２０とマウントキャップ側端子３とを介してマウントキャップ１に配置されたＬＥＤ４ａ及び４ｂへの電力供給と点消灯の制御等を行う。

ＬＥＤ４ａ及び４ｂ、ＬＥＤ回路基板５は、投光手段を構成する。ＬＥＤ回路基板５は撮像素子１２と平行に位置しており、このＬＥＤ回路基板５上にＬＥＤ４ａ及び４ｂが設けられている。ＬＥＤ４ａ及び４ｂは、同一の種類（色、形状等）、大きさのものであって、光軸３０を挟んで撮像素子１２に対して短手方向、すなわち重力方向の対称の位置に配置される。

また、ＬＥＤ４ａ及び４ｂは、ＬＥＤ回路基板５において光量を同等にするために直列回路（不図示）で構成されている。デジタルカメラ側端子２０からマウントキャップ側端子３とＬＥＤ回路基板５を介して供給される電力によって、ＬＥＤ４ａと４ｂは点灯し、撮像素子１２に投光する。

以上のようにＬＥＤ４ａ及び４ｂを同一の種類と大きさ、直列回路という構成にすることにより、ＬＥＤ４ａ及び４ｂが点灯することによって生じる光学部材に付着した異物の２つの影は、同一の輝度と大きさになる。そのため、後述する異物判別方法において異物の付着した３次元位置を明確に判別することができる。尚、光学ローパスフィルタ１４に付着した異物の影が撮像素子１２の範囲に生じるようにするため、ＬＥＤ４ａ及び４ｂの間の距離はなるべく小さいほうがよい。

６はマウントキャップ１に設けられたＬＥＤメモリであり、ＬＥＤ４ａ及び４ｂの相互間の距離と、ＬＥＤ４ａ及び４ｂから撮像素子１２までの距離の情報を記録している。

２１はデジタルカメラ１０に設けられた光学部材メモリであり、光学ローパスフィルタ１４と保護ガラス１３の撮像素子１２から距離の情報を記録している。

２２はデジタルカメラ１０に設けられた画像処理部であり、光学部材メモリ２１及びマウントキャップ側端子３とデジタルカメラ側端子２０を介してＬＥＤメモリ６から、後述する異物判別方法に必要な光学部材やＬＥＤの距離の情報を受ける。そして、画像処理部２２は、光学部材やＬＥＤの距離の情報と、ＬＥＤ４ａ及び４ｂが投光している状態で撮像した撮像素子１２から出力される画像データとを基に、後述する異物判別方法により異物の有無及びその３次元位置を判別し、その結果を表示部２３に表示する。尚、説明のために図１では、画像処理部２２がＣＰＵを含む制御部１９とは別に図示されているが、実際は制御部１９に設けられていてもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係るデジタルカメラ１０において、異物判別モードに切り替えたときのデジタルカメラ１０の動作例を示すフローチャートである。以下、その動作の流れを説明する。

まず、ユーザが操作部１８を操作して異物判別モードに切り替えると、デジタルカメラ１０はステップＳ１に進んで異物判別動作をスタートし、ステップＳ２へ進む。

次に、ステップＳ２では、デジタルカメラ１０にマウントキャップ１が装着されているか否かを判断し、装着されている場合はステップＳ３に進む。装着されていない場合、又はマウントキャップ１の装着位置が正しくない場合はステップＳ４に進み、表示部２３にエラー表示を行い、この処理を終了する。ここで、マウントキャップ１の装着の検知は、本実施の形態においては、マウントキャップ側端子３がデジタルカメラ側端子２０と電気的に接触するか否かによって行われる。尚、デジタルカメラ１０に装着されたものが、ＬＥＤ４ａ及び４ｂが設けられたマウントキャップ１か、レンズ又はその他のアクセサリであるかは、端子のパターンにより、電気的に区別して読み取ることで検知することが可能である。

次に、ステップＳ３では、マウントキャップ１のＬＥＤメモリ６からＬＥＤ４ａ及び４ｂの相互間の距離と、ＬＥＤ４ａ及び４ｂから撮像素子１２までの距離の情報を取得して、ステップＳ５に進む。ステップＳ３においてＬＥＤメモリ６からの情報を取得することにより、後述する画像処理部２２による異物判別が可能となる。

ステップＳ５では、制御部１９が異物判別用画像の撮像条件を設定する。このとき設定する撮像条件は、感度、シャッタ速度、ホワイトバランスである。これらの設定値は、異物判別用画像として適当な輝度の画像が得られるように予め定められたものが用いられる。このようにして異物判別の準備が整うと、続くステップＳ６にて、制御部１９は、ＬＥＤ回路基板５を通じてＬＥＤ４ａ及び４ｂを点灯させ、撮像素子１２に投光する。

次に、ステップＳ７では、撮像素子１２によって異物判別用画像の撮像を行う。続くステップＳ８では、制御部１９がＬＥＤ４ａ及び４ｂを消灯し、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、ステップＳ７において撮像された異物判別用画像を、画像処理部２２に入力して、後述する異物判別方法によって異物の付着の有無及びその３次元位置を判別する。判別を完了したら、ステップＳ１０にて、表示部２３に異物判別が終了した旨の表示を行うと共に、異物の有無と、異物が付着していた場合はその位置を表示する。

以下、ステップＳ９における異物判別方法の詳細について説明する。図３（ａ）は、ＬＥＤ４ａ及び４ｂが撮像素子１２に投光した状態で、光学ローパスフィルタ１４に付着した異物３０による影３０ａ及び３０ｂと、撮像素子１２に付着した異物３０の位置の関係を表した図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の状態を撮像したときの画像である。尚、図３（ｂ）において、ｘ方向は撮像素子１２の長手方向、ｙ方向は撮像素子の短手方向をそれぞれ示す。

撮像素子１２に付着した異物３１の影は１点であるのに対して、光学ローパスフィルタ１４に付着した異物３０の影は２点できており、その間の距離は下式（１）から計算できる。

この式（１）において、Ｄ₁は異物３０の２つの影の距離、Ｄ₂はＬＥＤ４ａ及び４ｂの間の距離、Ｌ₁は光学ローパスフィルタ１４から撮像素子１２までの距離、Ｌ₂はＬＥＤ４ａ及び４ｂから撮像素子１２までの距離である。画像処理部２２は、光学部材メモリ２１からＬ₁、ＬＥＤメモリ６からＤ₂とＬ₂を読み出し、式（１）からＤ₁を算出する。

続いて、撮像素子１２から出力された異物判別用画像データから、輝度値が閾値以下の低い画素の座標を検出する。図３（ｂ）においては、座標（ｓ_x、ｓ_y）、（ｒ’_x、ｒ’_y）、（ｒ’’_x、ｒ’’_y）がこれに相当する。

そして、検出した画素と、その画素からＬＥＤ４ａ及び４ｂの配列される方向である重力方向にＤ₁だけ平行移動した画素との輝度を比較し、輝度の高いほうの画素を検出する。これにより、光学ローパスフィルタ１４に付着した異物３０の影３０ａ（ｒ’_x、ｒ’_y）は、影３０ｂ（ｒ’’_x、ｒ’’_y（＝ｒ’_y−Ｄ₁））と同じ輝度と大きさなので、そのまま残る。一方、撮像素子１２に付着した異物３１（ｓ_x、ｓ_y）は、比較した画素（ｓ_x、ｓ_y−Ｄ₁）の方が輝度が高いため残らない。したがって、以上の処理の後に残った画素の輝度が、ある閾値以下の画素の場合、光学ローパスフィルタ１４に付着した異物と判別され、ある閾値より高い画素の場合は撮像素子１２に付着した異物と判別される。

さらに、光学ローパスフィルタ１４に付着したと判別された異物の撮像面内方向での付着位置（ｒ_x、ｒ_y）は、下式（２）によって計算される。

この式（２）において、Ｒ_x、Ｒ_yは撮像素子１２の有効画素の端部から端部までのｘ、ｙ方向それぞれにおける距離である（図３（ｂ）参照）。このようにして、光学ローパスフィルタ１４又は撮像素子１２に付着した異物３０、３１の３次元位置を判別することができる。尚、保護ガラス１３等の光学部材に付着した異物も、撮像素子１２からの距離を光学部材メモリ２１に記憶することにより、同様の処理をして、３次元位置を判別することが可能である。

また、撮像素子１２や光学ローパスフィルタ１４等の光学部材の光軸方向での位置がデジタルカメラの種類によって異なる場合、デジタルカメラ間で共通の基準位置を設定しておけば、相互に対応可能にすることができる。この場合、光学ローパスフィルタ１４から撮像素子１２までの距離Ｌ₁は、光学ローパスフィルタ１４から基準位置までの距離から撮像素子１２から基準位置までの距離を引く。ＬＥＤ４ａ及び４ｂから撮像素子１２までの距離Ｌ₂は、ＬＥＤ４ａ及び４ｂから基準位置までの距離から撮像素子１２から基準位置の距離を引く。これにより、それぞれ種類の異なるデジタルカメラにおいて対応した値を算出することが可能である。

図４は、表示部２３に、判別された異物の有無及びその３次元位置の結果を表示した図である。異物の撮像面内方向の座標位置に、異物の付着した光学部材に対応して記号を分けて示している。これにより、ユーザは異物が光学ローパスフィルタ１４に付着しているとき等は自ら清掃することが可能であることが分かる。また、異物の付着した位置を正確に表示しているので、ユーザはその位置のみを目指して容易に清掃することができる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図５のマウントキャップ１ａは、図１のマウントキャップ１と比較して、光源がＬＥＤ４ｃのみである点が異なっている。また、２箇所の孔７ａ及び７ｂを設けたＬＥＤキャップ８と、孔７ａ及び７ｂの間の距離、孔７ａ及び７ｂから撮像素子１２までの距離の情報を記録している孔メモリ９とを有する点が異なっている。その他の点については、第１の実施の形態に係る構成と同等であり、共通する部分は同じ符号を付し、その説明を省略する。

ＬＥＤ４ｃは、ＬＥＤ回路基板５に配置され、制御部１９により電力供給と点消灯の制御が行われる。ＬＥＤキャップ８は、ＬＥＤ４ｃよりも撮像素子１２側において撮像素子１２と平行に位置して、それに設けられた孔７ａ及び７ｂ以外から撮像面に光を投光することのないように、ＬＥＤ４ｃの光を遮光している。ＬＥＤ４ｃからの光は、孔７ａ及び７ｂのそれぞれを通り、図６に示すように撮像素子１２に投光される。孔７ａ及び７ｂは同一の大きさであり、光軸３０を挟んで撮像素子１２に対して短手方向、すなわち重力方向の対称の位置に形成されている。

以上の構成により、前述の第１の実施の形態と同様の作用を奏して、図３で説明した例と同様に光学ローパスフィルタ１４に付着した異物の影は２つ、撮像素子１２に付着した異物の影は１つとなる。

異物の影３０ａ及び３０ｂとの距離Ｄ₁算出方法を説明する。孔メモリ９は、孔７ａ及び７ｂの間の距離と、孔７ａ及び７ｂから撮像素子１２までの距離の情報を記録している。画像処理部２２は、光学部材メモリ２１からＬ₁、孔メモリ９からＤ_2aとＬ_2aを読み出し、下式（３）からＤ₁を算出する。

以下、前述の第１の実施の形態の異物判別方法と同様に行うことで、異物の３次元位置を判別することが出来る。

尚、第１及び第２の実施の形態においては、光源又は孔を２つの構成としたが必ずしもこれに限定されるものではなく、３つ以上にしてもよい。例えば光源又は孔を３つにした場合、光学ローパスフィルタ１４等に付着した異物の影は３つでき、異物判別方法において３箇所の画素の輝度を比較することで、付着した異物の３次元位置を判別することが可能である。

また、第１及び第２の実施の形態においては、光源又は孔の配置を重力方向に配列したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば撮像素子の長手方向に配置するようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係るマウントキャップ及びデジタルカメラを説明するための概念図である。本発明の第１の実施の形態における異物判別モード時の動作例を説明するためのフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における異物の影の位置関係を示す図である。本発明の第１の実施の形態における表示部の表示例を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るマウントキャップ及びデジタルカメラを説明するための概念図である。本発明の第２の実施の形態における異物の影の位置関係を示す図である。

符号の説明

１マウントキャップ
２マウント係合部
３マウントキャップ側端子（通信手段）
４ａ、４ｂ、４ｃＬＥＤ
６ＬＥＤメモリ（記録手段）
７ａ、７ｂ孔
１０デジタルカメラ
１１レンズマウント（マウント機構）
１２撮像素子
１３保護ガラス
１４光学ローパスフィルタ
１９制御部
２１光学部材メモリ（記録手段）
２２画像処理部
２３表示部

Claims

撮像装置のマウント機構に係合する係合部と、
前記マウント機構に係合した状態において、前記撮像装置の撮像面に複数の光を投光する投光手段と、
前記複数の光が投光される位置の相互間の距離及び前記複数の光が投光される位置から前記撮像装置内の予め定められた位置までの距離の情報を記録する記録手段と、
前記撮像装置と通信を行う通信手段とを有することを特徴とする照明装置。
前記投光手段は、複数の光源により構成されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記複数の光源は全て同一の種類と大きさであって、前記撮像面と平行の面上に配置されることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記複数の光源を同じ光量で投光させることを特徴とする請求項２又は３に記載の照明装置。
前記投光手段は、光源と、前記光源よりも前記撮像面側に設けられた複数の孔を有する蓋部材とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記複数の孔は全て同一の大きさであって、前記撮像面と平行の前記蓋部材の面に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
前記撮像装置内の予め定められた位置は、前記撮像面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置を用いて、前記撮像面及び光学部材に付着した異物を判別する撮像装置であって、
前記投光手段に電力を供給し、点灯を制御する制御手段と、
前記撮像面から前記光学部材までの距離の情報を記録する記録手段と、
前記投光手段が前記撮像面に複数の光を投光したときに撮像した画像データと、前記記録手段が記録する距離の情報と、前記通信手段を介して取得される前記照明装置の記録手段が記録する距離の情報とに基づいて、前記付着した異物の有無及びその３次元位置を判別する判別手段とを有することを特徴とする撮像装置。
前記判別手段によって判別した前記異物の有無及びその３次元位置の結果を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。