JP2008145905A - 撮像装置および撮像装置用フラッシュ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラから遠く離れている人物の顔等にフラッシュ装置の光りを当てて、適切な露光量で撮影することを可能にする。
【解決手段】撮像装置用フラッシュ装置は、複数の発光体２を備え、これら複数の発光体２によりエリア照明を行うようになっている。上記複数の発光体２の前方に、これら発光体２から照射された照明光の光軸の向きや配光角度等を調整可能な液体レンズ３を配置する。カメラから遠く離れている人物を撮影する場合等において光量が不足する場合に、エリア全域に分散させていた照明光を上記液体レンズ３で人物の顔に集中させて当てることにより光量不足を補う。
【選択図】図２

Description

本発明は、銀塩カメラやデジタルカメラ等の撮像装置および該撮像装置において被写体を照射するフラッシュ装置に関するものである。

複数の発光体を光源とする撮像装置用フラッシュ装置として、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）で光源が構成されたフラッシュ装置の照明範囲を複数のエリアに分け、各エリアごとに受光センサで測光すると共に、各エリアごとに各ＬＥＤから照射する光量を調整するようにした所謂エリア分割によるフラッシュ装置が開発されている。（例えば、特許文献１参照）
上記従来のフラッシュ装置は、例えば、図１７に示すように、カメラ１０１に対して、第１〜第３エリアに夫々、被写体としての人物１０２〜１０４が存在し、第１エリアの人物１０２がカメラ１０１の位置から最も遠い位置に在り、第２のエリアの人物１０３がカメラ１０１から最も近い位置に在り、第３エリアの人物１０４が第１エリアの人物１０２と第２のエリアの人物１０３の中間位置に在る場合に、第１〜第３エリアのうち第１エリアの光量を最も多くし、第２エリアの光量を最も少なくし、第３エリアの光量を第１エリアの光量と第２エリアの光量の中間の光量にすることにより、カメラ１０１からの遠近に拘わらず全ての人物１０２〜１０４を略同じ明るさで照らして撮影できるようにしている。
特開２００５−１７８１２号公報

ところで、上記従来のフラッシュ装置は、図１７に示すように、光源からの配光角度θが一定であるため、光量を多くすることによりエリア内の全域を略均一に明るくすることはできるが、２点鎖線で示すように、上記配光角度θをθ１に絞って、エリア内の一部、例えば被写体である人物の顔を集中的に照明して撮影することは困難であった。

人物写真を撮る場合に、特に顔を鮮明に撮ることが要求される場合が多い。この要求に応えるべく被写体としての人物の顔を検出してピントや露出を最適化する所謂顔認識機能を有する撮像装置も開発されている。

顔を鮮明に撮るためには、上述のように顔を認識して顔にピントを合わせることは重要であるが、それにも増して、顔を適正な光量で照明することも重要である。

上記従来のフラッシュ装置においては、上述したように光源から発した照明光がエリア内の全域に略均一に分散されるため、例えば、カメラから最も遠い位置に在る被写体の顔等を照明する場合には、光量の絶対量が不足が発生し、被写体の顔等を十分に照明することができない場合等が起こり得る。

本発明の目的は、エリア全域に分散させていた光源からの照明光をエリア内の一部、例えば被写体である人物の顔等に集中的に当てることにより、カメラから遠く離れている人物の顔等も適切な露光量で撮影することのできる撮像装置を提供することにある。

本発明は、複数の発光体を備え、これら複数の発光体によりエリア照明を行う撮像装置用フラッシュ装置において、
上記複数の発光体の前方に、これら発光体から照射された照明光の光軸の向きや配光角度等を調整可能な液体レンズ等の可変配光部材を配置した。

特定のエリア内の被写体としての人物がカメラから遠く離れた位置にあって、発光体からの照明光を上記エリア内に分散させて照明していた場合には、光量不足となって被写体としての人物の顔に露出量不足となるような場合でも、上記発光体の前に配置されている液体レンズで発光体からの照射光の配光角度を絞って、上記人物の顔に集中的に当てることにより、適切な露光量を得ることが可能になる。

図１〜図１５は第１実施例を示す。図１はフラッシュ装置の光源１の平面図である。光源１は、フラットな方形状に形成されている。上記方形状の光源１は、第１〜第９のエリア１ａ〜１ｉに分けられていて、それぞれのエリア１ａ〜１ｉ内には、９個の発光体２が縦横３列に配置されている。上記発光体２には高輝度の白色のＬＥＤ（以下、発光体をＬＥＤと称する）が用いられている。

図２に示すように、各ＬＥＤ２の前方には、可変配光部材３としてエレクトロウエッティング現象を利用した液体レンズが配置されている。（以下、可変配光部材を液体レンズと称する）。

上記８１個のＬＥＤからなる光源１の中央部、即ち上記第５のエリア１ｅの中央部に配置された上記液体レンズ３は、電圧を印加しない状態でその光軸ＯＡ１が図示を省略した撮像レンズの光軸ＯＡ２と平行になるように配置されている。他の液体レンズは、上記中央部の液体レンズから離れるに従って、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、撮像レンズの光軸との水平方向および垂直方向の傾斜角度θを増すように配置されている。

図３に示すように、液体レンズ３は、透明のケース４内に、互いに混ざり合わない特殊の水溶液５とオイル６と、金属電極７，８と、絶縁部９等を封入することにより形成されている。

上記第１，第２の金属電極７，８に電圧を印加していない場合には、図３Ａに示すように、上記水溶液５とオイル６の境界面１０は、略フラット面になっている。そして、上記金属電極７，８間に電圧を印加すると、図３Ｂに示すように、上記特殊の水溶液５は、金属電極７，８に引張られ近づこうとする。このとき上記オイル６が押し出されてレンズの中心方向に集まろうとする。これによって、上記水溶液５とオイル６の境界面１０は湾曲して光の屈折率を変える。印加する電圧によって上記境界面１０の湾曲度合いを変え、屈折率や配光角度を変化させる。

上記液体レンズ３は、電圧を印加していない状態において、光源１の中央部に配置された液体レンズ３の光軸ＯＡ１は、撮像レンズの光軸ＯＡ２と平行に配置され、他の液体レンズ３は、上記中央部の液体レンズから離れるに従って、撮像レンズの光軸との水平方向および垂直方向の傾斜角度θを増すように、光軸ＯＡ１の向きを少しずつ変えた状態で、各ＬＥＤ２の前に配置されている。

上記各液体レンズ３の光軸ＯＡ１の向き（傾き）を制御する方法として、電気的方法と、機械的方法がある。

図４は、上記電気的に光軸を制御する方法を示す。この方法において、金属電極７は、半径方向に第１〜第５の電極７ａ〜７ｅに分割されていると共に、これら第１〜第５の電極７ａ〜７ｅは、円周方向において上下、左右に４分割されている。上記分割された個々の電極には電圧が印加可能になっている。例えば、図４Ｂに示すように、上記第３の電極７ｃを構成する４分割された電極の全てに電圧を印加すると、液体レンズ３の光軸ＯＡ１は、撮像レンズの光軸と平行になる。また、図４Ｃに示すように、上記上下、左右に４分割された第３の電極７ｃの上部の電極７ｃに電圧を印可し、上記上下、左右に４分割された第２の電極７ｂの下部の電極７ｂ２に電圧を印可すると液体レンズ３の光軸ＯＡ１は、上方を向いて傾斜した状態になる。このように、上記分割された個々の電極を適宜選択して、電圧を印加することにより、液体レンズ３の光軸ＯＡ１を所望の方向に所望の角度傾けることが可能になっている。なお、図４では、金属電極７は、半径方向に第１〜第５の電極７ａ〜７ｅに分割されていると共に、これら第１〜第５の電極７ａ〜７ｅは、円周方向において上下、左右に４分割されている場合を示したが、半径方向および円周方向に更に細かく分割することにより木目細かい調整が可能になる。

図５は、上記機械的に光軸を制御する方法を示す。この方法においては、マイクロアクチュエータ１１、例えば圧電素子を使用して液体レンズ３の光軸ＯＡ１の向きを制御する。マイクロアクチュエータ１１は、図５Ａに示すように、液体レンズ３とＬＥＤ２の間に設置されている。

上記マイクロアクチュエータ１１は、非作動状態においては、液体レンズ３を水平に保って、液体レンズ３の光軸ＯＡ１を撮像レンズの光軸と一致させている。そして、上記マイクロアクチュエータ１１で液体レンズ３の一側部を矢印Ａ方向に移動させることにより液体レンズ３の光軸ＯＡ１を１点鎖線で示す方向に傾け、上記マイクロアクチュエータ１１で液体レンズ３の一側部を反矢印Ａ方向に移動させることにより液体レンズ３の光軸ＯＡ１を２点鎖線で示す方向に傾けるようになっている。図５Ｂに示すように、上記マイクロアクチュエータ１１は、液体レンズ３の裏面の略９０°異なる２箇所に設置されていて、液体レンズ３の光軸ＯＡ１を前後左右等の全方位に傾けることができるようになっている。略９０°異なる４箇所に設置してもよい。

例えば、図６に示すように、光源１が第１〜第１６のエリアに分割されていて、各エリアに６個のＬＥＤが配置されている場合に、上から１列目の第１〜第４のエリアのＬＥＤを発光させると、これらＬＥＤによって図７Ａに斜線で示すイメージエリアが重点的に照明される。また上から１列目と２列目の第１〜第８のエリアのＬＥＤを発光させると、これらＬＥＤによって図７Ｂに斜線で示すイメージエリアが重点的に照明される。また上から２列目と３列目の第５〜第１２のエリアのＬＥＤを発光させると、これらＬＥＤによって図７Ｃに斜線で示すイメージエリアが重点的に照明される。また全列、即ち第１〜第１６全てのエリアのＬＥＤを発光させると、これらＬＥＤによって図７Ｄに斜線で示すイメージエリア全域に亘って照明される。

上記選択された各エリアにおいては、被写体までの距離を測定し、距離に応じた発光量等が算出されて被写体に対して最適な照明が選択される。例えば、図７に示す照射パターンにおいては、液体レンズの配光角度等を調整することにより、図８の配光グラフに示すような配光設定が可能になる。被写体までの距離は、ＡＦイルミメータによって行う。

図９は、撮像装置としてのデジタルカメラ２１のシステム図である。被写体の画像は、レンズ鏡筒２２のフォーカスレンズ２３を通してＣＣＤ等のイメージャ２４に読み取られ、サンプルホールド２５、オートマチックゲインコントローラ２６、ＡＤコンバータ２７を介してマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）および画像処理デジタルシグナルプロセッサ（以下、ＭＰＵ＆ＤＳＰと称する）２８に入力される。

上記ＭＰＵ&ＤＳＰ２８には、ＡＦイルミネータのＡＦアクチュエータ２９とＡＦエンコーダ３０が接続されている。また、上記ＭＰＵ&ＤＳＰ２８には、上記多数のＬＥＤ２と液体レンズ３及びＬＥＤ・液体レンズ制御部を組み込んだフラッシュユニット(フラッシュ装置）３１と、メモリ３２が接続されている。

上記デジタルカメラ２１において、自動的に露出量を決定するのには、シャッターボタンを半押しするなどして所謂ＡＦモードにして、各エリア毎にＡＦを行う。例えば、全てのエリアにおいてＡＦを行う場合には、第１のエリア内の１つ以上のＬＥＤをＡＦイルミネータの光源として使用する。光源として使用するＬＥＤの前方に配置されている液体レンズ３の配光角度を例えば１０°以内等に絞って上記ＬＥＤのからの光りを集光させてＡＦ処理を行う。同様にして第２〜第１６のエリアまでの各エリアにおいてＡＦ処理を行う。

上記ＡＦ処理は、ＡＦアクチュエータ２９を駆動させ、フォーカスレンズ２３を矢印ａ又はｂ方向に動かしながら焦点の合うポイントを探す。そして、ＡＦエンコーダ３０の位置情報から焦点ポイントの距離を、上記ＭＰＵ&ＤＳＰ２８で算出して、その値を記憶させる。

上記各エリアでのＡＦ情報に基づいてフラッシュユニット３１による照射量や液体レンズによる配光角度等を設定する。各エリアの設定が終了したら上記フラッシュユニット３１で本発光を行い撮影を行う。

図１０は、ＡＦモードでの距離算出から露光量・液体レンズの設定に至るまでのフローチャートの一例である。なお、各エリアでのＡＦ処理は、上述したように、各エリア毎に１つづつ行っても良いが、時間短縮のために複数のエリアをまとめてＡＦ処理を行っても良い。この場合の複数のエリアの選択は、対角線方向、上下対角方向、左右対角方向などから選択することが考えられる。

次に、図１１に示すように、デジタルカメラ２１に対して最も近い前列（デジタルカメラ２１からの距離Ｄ１の位置）に2人、中列（デジタルカメラ２１からの距離Ｄ２の位置）に３人、後列（デジタルカメラ２１からの距離Ｄ３の位置）に２人が並んでいる集合写真を所謂顔認識機能付きのデジタルカメラ２１で上記近、中、遠の３列の人物の顔の夫々を適正な露光で撮影する場合を例にとって説明する。

先ず、シャッターの半押しなどによるＡＦモードで上記ＬＥＤ２を照射して上記イメージャー２４に画像を取り込んで、該画像から顔輪郭検出を行う。上記顔輪郭検出の結果、どのエリアに顔が存在するかが判別される。実施例の場合には、図１２に示すように、第２、第３、第５、第６、第８、第１０、第１１の各エリアが該当する。

そこで、該当するエリアの１つ以上のエリアでＡＦ処理を行う、ＡＦ処理は、上述したように、該当するエリア内の１つ以上のＬＥＤをＡＦイルミネータの光源として使用し、ＬＥＤの前方に配置されている液体レンズ３の配光角度を例えば１０°以内等に絞って上記ＬＥＤのからの光りを集光させてＡＦ処理を行う。上記ＡＦ処理は、ＡＦアクチュエータ２９を駆動させ、フォーカスレンズ２３を矢印ａ又はｂ方向に動かしながら焦点の合うポイントを探す。そして、ＡＦエンコーダ３０の位置情報から焦点ポイントの距離を、上記ＭＰＵ&ＤＳＰ２８で算出し、距離に応じた適正光量を設定する。

例えば、図１２に示すデジタルカメラ２１からの距離が最も近い第１０、第１１エリアの人物にとって、図１３に示す第１０、第１１エリアの６個のＬＥＤを全て発光させると明るすぎる場合には、発光させるＬＥＤの数を制限し、或いは発光時間を短くして適正な光量とする。また、第５、第６のエリアの人物にとって、図１３に示す第５、第６エリアの６個のＬＥＤの全てを発光させた場合の光量が適正な光量である場合には、ＬＥＤエリアの６個のＬＥＤの全てを発光さる。また、デジタルカメラ２１からの距離が最も遠い第２、第３エリアの人物にとって、図１３に示す第２、第２エリアの６個のＬＥＤを全て発光させる場合でも光量が不足する場合には、図１４に示すように、液体レンズによってＬＥＤの光軸ＯＡ１をエリア内の人物の顔に合わせ、且つ配光角度θを顔の近傍に絞り、ＬＥＤの光りを顔に集中させることにより、適正な光量を確保する。そして、各エリアでの光量設定が終了したら上記フラッシュユニット３１で本発光を行い撮影を行う。なお、ＬＥＤの光りを顔に向けて照明する場合においても、図１５Ａに示すように、両目の間に液体レンズの光軸ＡＯ１を位置させて照明するよりも、光軸ＡＯ１の位置を下方にＤだけずらして、図１５Ｂに示すように、両目の間よりも下方の口の辺りに液体レンズの光軸ＡＯ１を位置させると、図１５Ａに円形で示す同じ広さ照明範囲内であっても、図１５Ｂの場合には、人物の顔Ｆの外に、衣装の上部まで照明することができる。従って、顔は勿論、衣装の上部までも適正な光量で照明された状態で撮影されるので、顔のみならず衣装をも撮影しておきたい場合、例えば、ドレスアップした女性が、是非、衣装の一部を入れておきたいような場合に、その効果を遺憾なく発揮する。

図１６は第２実施例の撮像装置のブロック図である。この実施例は、フラッシュ装置の光源にＬＥＤとエレクトロウエッティング現象を利用した液体レンズを使用すると共に鏡筒のフォーカスレンズにも液体レンズを使用した場合を示す。（以下、フラッシュ装置に使用されている複数の液体レンズをフラッシュ装置用液体レンズ、鏡筒に使用されている液体レンズを鏡筒用液体レンズと称する）。

フラッシュ装置用液体レンズ４１は、ＬＥＤ４２の前面側に配置されている。上記ＬＥＤ４２の背面側にはリフレクタ４３が配置されている。フラッシュ装置用液体レンズ４１とＬＥＤ４２は、図１，図２等に示す第１実施例のフラッシュ装置の場合と同様に形成されていて、これら多数のフラッシュ装置用液体レンズ４１とＬＥＤ４２によってエリア照明を行うようになっている。上記ＬＥＤ４２は、フラッシュ操作部４４を介してフラッシュ／鏡筒用体レンズの兼用電源４５に接続されている。また、上記フラッシュ操作部４４は、制御回路４６に接続されている。上記制御回路４６には、操作部４７と、画像信号処理部４８が接続されている。

一方、鏡筒用液体レンズ５１は、レンズ鏡筒５２内の対物レンズ５３の後部に取り付けられている。上記レンズ鏡筒５２で撮影された画像はＣＣＤ，Ｃ−ＭＯＳ等の撮像素子５４により電気信号化され、増幅器５５、カメラ信号処理部５６を介して画像信号処理部５７に入力される。

上記画像信号処理部５７にはＨＤＤ等の内部メモリ５８、メモリーカード等の外部メモリ５９、入力端子６０が接続されている。また、上記画像信号処理部５７にはモニター制御部６２を介して液晶等のモニタ６３に接続されている。

第２実施例は上述のような構成であって、鏡筒のフォーカスレンズに液体レンズを使用したので、第２実施例のものの効果に加えて更に鏡筒内に配置されるレンズ群の構成を簡素化することができるという効果がある。

光源の平面図 Ａはフラッシュ装置の一部破断平面図、ＢはＡのＢ−Ｂ断面図、ＣはＡのＣ−Ｃ断面図。 Ａは金属電極に電圧を印加していない状態の液体レンズの断面図、Ｂは金属電極に電圧を印加した状態の断面図。 Ａは光軸の向きを電気的に変化させる液体レンズを示す斜視図、Ｂは光軸の向き撮像レンズの光軸と平行にした状態の断面図、Ｃは光軸の向き撮像レンズの光軸に対して傾斜させた状態の断面図。 Ａは液体レンズの光軸の向きを機械的に変化させるようにした場合を示す断面図、Ｂは平面図。 エリア分割したフラッシュ装置の説明図。 Ａは図６のエリア１〜４を発光させた場合に照明されるイメージエリアを示す説明図、Ｂは図６のエリア１〜８を発光させた場合に照明されるイメージエリアを示す説明図、Ｃは図６のエリア５〜１２を発光させた場合に照明されるイメージエリアを示す説明図、Ｄは図６のエリア１〜１６を発光させた場合に照明されるイメージエリアを示す説明図。 図６のフラッシュ装置を使用した場合に可能となる配光グラフ図。 撮像装置のシステム図。 ＡＦモードでの距離算出から露光量・液体レンズの配光角度等の設定に至るまでのフローチャート図。 顔認識機能付きデジタルカメラで近、中、遠の３列に並んだ人物を撮影している状態を示す斜視図。 上記デジタルカメラで撮影された写真を示す説明図。 フラッシュ装置のエリア分割を示す説明図。 最も遠い列の人物の顔に発光体の配光角度を絞って発光体の光りを上記人物の顔に集中させた場合を示す説明図。 Ａは両目の間に光軸を位置させて該光軸を中心にして所定の半径で顔を照明した場合を示す説明図、Ｂは両目の間よりも所定の距離Ｄだけ下方の口の近傍に光軸を位置させて該光軸を中心にして上記と同じ半径で顔を照明した場合を示す説明図。 他の実施例の撮像装置のブロック図。 従来例の説明図。

符号の説明

１…光源、１ａ〜１ｉ…第１〜第９のエリア、２…発光体、３…液体レンズ、５…オイル、６…特殊の水溶液、７…金属電極、８…絶縁部、９…境界面、１１…マイクロアクチュエータ、２１…デジタルカメラ、２２…レンズ鏡筒、２３…フォーカスレンズ、２４…イメージャー（ＣＣＤ）、２５…サンプルホールド、２６…オートマチックゲインコントローラ、２８…ＡＤコンバータ、２９…ＡＦアクチュエータ、３０…ＡＦエンコーダ、３１…フラッシュユニット(フラッシュ装置）、３２…メモリ。

Claims (10)

1. 複数の発光体を備え、これら複数の発光体によりエリア照明を行う撮像装置用フラッシュ装置において、
   上記複数の発光体の前方に、可変配光部材を配置したことを特徴とする撮像装置用フラッシュ装置。
2. フラッシュ装置と、ＡＦイルミネータと、を備えた撮像装置において、
   上記フラッシュ装置は、複数の発光体と、上記複数の発光体の前方にそれぞれ配置された可変配光部材と、
   で構成されていることを特徴とする撮像装置。
3. 上記ＡＦイルミメータは、上記フラッシュ装置を構成する発光体の少なくとも１つ以上の発光体を光源に使用していることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 上記可変配光部材は、エレクトロウエッティング現象を利用した液体レンズで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 上記液体レンズは、上記発光体から発せられた照射光の光軸の向き及び配光角度を変化させることが可能になっていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
6. 上記複数の発光体および液体レンズは、アレイ状に配置されていて、複数の照射エリアに分割区分されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
7. 上記アレイ状に配置された複数の液体レンズのうち中央部に配置された液体レンズの光軸は、撮像レンズの光軸と略平行に配置され、
   上記中央部の液体レンズを囲む周縁部の液体レンズの光軸は、上記中央部の液体レンズから離れるに従って徐々に上記中央部の液体レンズの光軸との傾斜角度を増すように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 上記分割区分された各照射エリアには、複数の発光体および液体レンズが配置されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
9. 上記分割区分された各照射エリアの光量設定は、上記ＡＦイルミネータで被写体までの距離を測定して行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
10. 被写体の顔を認識する顔認識機能を備え、上記被写体の顔までの距離を上記ＡＦイルミネータで測定して、上記被写体の顔の存在する照射エリアの光量設定を行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。

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