JP2008158247A - 撮像装置用フラッシュ装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤやレンズ自体を前後さることなく、ＬＥＤからの照射光を所望の方向に屈折させる。
【解決手段】撮像装置用フラッシュ装置３は、ＬＥＤ１４と、ＬＥＤ１４から照射された照射光の光軸の向きを変位させる配光可変機構１５と、を備えている。上記配光可変機構１５には、バリアングルプリズム３１または液体レンズが用いられて、ＬＥＤ１４の前に配置されている。ＬＥＤ１４の光りをズーム位置に応じた画枠内に照射させ、被写体領域毎に最適露光が得られる光量を照射することにより、最小の電力で必要十分な照明効果を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源とするフラッシュ装置および該フラッシュ装置を用いた銀塩カメラやデジタルカメラ等の撮像装置に関するものである。

ＬＥＤを光源とし、レンズズーム位置に応じた画枠に最適な照明角を得るために、
光源としてのＬＥＤの前面に、該ＬＥＤから照射された光を拡大投光する凹レンズを設けたフラッシュ装置が知られている。上記凹レンズは、レンズ駆動機構で光源の前後に移動させることにより、光源から照射される光の広がり角度を調整するようになっている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、所望の照射範囲に所望のフラッシュ光を照射する方法として、複数のＬＥＤで光源を構成し、これら複数のＬＥＤ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も開発されている。（例えば、特許文献３参照）
特開２００４−２２６５０８号公報 特開２００４−２２６５０９号公報 特開２００３−１１４４６２号公報

ところで、特許文献１，特許文献２のフラッシュ装置は、凹レンズを光源の前後に移動させるためのレンズ駆動機構の構成が複雑で、部品点数が多くなり、組立て等が煩雑になる。また、この装置では、所望の照射範囲へ限定しての照射は不可能であり、例えば、照射光が到達しない距離範囲の被写体に対しても無駄な発光を行って、電力の無駄な消費をしていた。

また、特許文献３のフラッシュ装置は、特許文献１，特許文献２のフラッシュ装置に較べて、所望の照射範囲への照射が可能になるが、照射範囲の数だけＬＥＤが必要となり、部品点数が増加すると共に、発光面が大型化するという問題点があった。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、ＬＥＤの光りをズーム位置に応じた画枠内に照射させ、被写体領域毎に最適露光が得られる光量を照射することにより、最小の電力で必要十分な照明効果を得ることのできるフラッシュ装置を提供することにある。

本発明は、フラッシュ装置を備えた撮像装置において、上記フラッシュ装置は、発光部と、該発光部の照射光の光軸を撮像レンズの光軸に対して変位させる配光可変機構と、を備えていて、撮像中に上記照射光の光軸（中心軸）を撮像装置の撮像レンズの光軸に対して変位可能にした。特に、上記撮像装置が静止画像撮像装置である場合には、撮像中に上記照射光の光軸の向きを変えることによって画面全体または画面の必要な箇所を照射する。また、上記撮像装置が、動画像撮像装置である場合には、撮像中に上記照射光の光軸の向きを変えることによって所定の被写体を追尾して照射する。

ズーム位置に応じた配光制御を行うことにより、ズーム位置に因らない一定の面内配光特性を得ることができる。また、フォーカス範囲に応じた制御をすることにより、フラッシュ装置を用いた撮影において適正光量での撮影距離を伸ばすことができる。

図１は撮像装置１の第１実施例の正面図である。第１実施例において、上記撮像装置１は、デジタルスチルカメラとして構成されている。撮像装置１は、ズームレンズ２、フラッシュ装置３、ＡＦイルミネータ４、シャッターボタン５等を備えている。

図２は上記撮像装置１のブロック構成図である。マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）および画像処理デジタルシグナルプロセッサ（以下、ＣＰＵ&ＤＳＰと称する）１１には、レンズ操作部１２、ＣＣＤ・ＣＨ（固体撮像装置）１３、フラッシュ装置の発光部１４、配光可変機構１５、ハードディスクドライブ等の内部記録媒体１６、ＬＣＤ(液晶ディスプレィ）１７、メモリーカード等の外部記録媒体１８が接続されていて、これらは上記ＣＰＵ&ＤＳＰ１１により制御される。

上記レンズ操作部１２は、ズーム動作部、フォーカス動作部、アイリス動作部を備えている。被写体の画像は、ズームレンズ２を通して上記ＣＣＤ・ＣＨ１３に読み取られ、図示を省略したサンプルホールド、オートマチックゲインコントローラ、ＡＤコンバータを介して上記ＣＰＵ&ＤＳＰ１１に入力される。

図３はフラッシュ装置の発光部１４および配光可変装置１５の駆動回路図である。昇圧回路２４にコンデンサＣが接続されており、コンデンサＣに発光部１４と電流制御回路（ＡＣＣ）が直列に接続されている。上記ＣＰＵ&ＤＳＰ１１により制御されるフラッシュ制御回路２１は、昇圧回路２４およびＡＣＣ２２を制御して発光部１４の発光を制御する。また、上記ＭＰＵ&ＤＳＰ１１は、配光制御回路２３を介して上記配光可変装置１５が制御する。

そして、上記ＣＰＵ&ＤＳＰ１１は、記ズームレンズ２のズーム位置を把握し、この画枠範囲に適切な照射範囲を得るように上記配光可変機構１５を制御する。また、フォーカス合掌範囲を上記ＣＰＵ&ＤＳＰ１１が把握し、その範囲に対して適切な照射範囲が得られるように上記配光可変機構１５を制御する
図４に示すように、上記発光部１４にはＬＥＤ（以下、発光体をＬＥＤと称する）が用いられている。上記ＬＥＤ１４は、３個を一列に配置されている。上記ＬＥＤは、高輝度の白色光を発するものが好ましいが、青色のＬＥＤ素子に補色蛍光材料を塗布したもの、赤／緑／青の３原色のＬＥＤ素子を同一のパッケージ封止したものでもよい。更に、パッケージの放射面にレンズ構造を持つＬＥＤを用いれば、ＬＥＤ単体での照射角を小さくすることができ、狭い範囲に照射を限定させることができるという効果がある。なお、図４では３個のＬＥＤを１列に配置した場合を示したが、複数列に配置してもよい。そして、上記ＬＥＤ１４から発せられた光は、配光可変機構１５によって所望の方向に屈折されて照射される。

図４に示すように、上記３個のＬＥＤ１４の前方には配光可変機構１５を構成するバリアングルプリズム３１が配置されている。上記バリアングルプリズム３１は、所定の隙間をもって対向させた一対のガラス板３２，３３の周縁部を蛇腹３４で接続して、これら一対のガラス板３２，３３および蛇腹３４で形成される空間内に高屈折率液体３５を密封することにより構成されている。そして、上記ガラス板３２の射出面３２ａの傾斜角度を変化させることにより上記ＬＥＤ１４の発する照射光の向きを変えるようになっている。

図５、図６は、上記バリアングルプリズム３１と上記傾斜角度の関係を示す説明図である。図５Ａに示すように、上記射出面３２ａの垂線が光軸と平行の場合に照射光は、光軸方向に出射される。図５Ｂに示すように、上記射出面３２ａの垂線が上向きの場合に照射光は、上向きに照射される。また、図５Ｃに示すように、上記射出面３２ａの垂線が下向きの場合に照射光は、下向きに照射される。

ここで、先ず、ズーム位置に応じた配光制御を、図６に基づいて説明する。仮に、図６における照射光の角度ｂ，ｃを、撮像装置１に搭載されたズームレンズの広角側と仮定し、任意の位置に望遠（ズーム）した場合の照射光の角度をｂ´，ｃ´と仮定する。

図７に示すように、撮像装置１のシャッターが開放している間に、ズーム位置に応じて広角側ならばｂ〜ａ〜ｃを経由する一連の動作を行いつつ、ＬＥＤ１４を発光させることで補助光による必要な照射範囲の露光撮影が行われる。同様に、任意の位置にズームした場合は、ｂ´〜ａ´〜ｃ´を経由する一連の動作を行いつつ、ＬＥＤ１４を発光させることで補助光によるズーム位置に応じた必要な照射範囲の露光撮影が行われる。この場合のズーム連動制御のフロー例を図８に示す。

次に、フォーカス制御により得た照射範囲に応じた配光制御について説明する。図６のａ、ｂ、ｃ、ｂ´、ｃ´が上記ＣＣＤ・ＣＨ１３に撮像された画像のコントラストによりフォーカス合掌範囲を上記ＣＰＵ&ＤＳＰ１１が把握した結果得られた撮像範囲に応じた任意の照射角を表しているとすると、例えば、ｂからａの範囲にフォーカス合掌範囲がある場合には、ｂ〜ｂ´〜ａを経由する一連の動作を行いつつ、ＬＥＤ１４を発光させることで補助光によるフォーカス合掌範囲に応じた必要な照射範囲の露光撮影が行われる。この場合のフォーカス連動制御のフロー例を図９に示す。

上記フォーカス合掌範囲を照射し撮影する場合には、撮影環境の光源、例えば太陽光と、補助光源との間に色温度差があると、撮影環境の光源が照射している背景の色合いと、補助光源が照射している被写体の色合いに差が出てしまう虞がある。そこで、赤色／緑色／青色の３原色のＬＥＤ素子を同一パッケージに封止したものを用いることで、補助光源の色温度を撮影環境の色温度に合わせることが可能となり、撮影結果を自然な色合いにすることができる。更に、赤色／緑色／青色の３原色のＬＥＤ素子を同一パッケージに封止したものを用いた場合には、撮影環境の色温度に対して、故意に補助光源の色温度に差を付け、被写体周辺のみ色に変化を付けることも可能になる。

図１０は、フラッシュ装置３に赤色／緑色／青色の３個のＬＥＤを使用した場合を示す。上記赤色／緑色／青色の３原色のＬＥＤ１４ａ／１４ｂ／１４ｃを使用することにより白色のＬＥＤを使用したのと同様の効果を得ることができる。また、上記赤色／緑色／青色の３原色のＬＥＤ素子を同一パッケージに封止したものと同様の効果を得ることができる。

次に、上記バリアングルプリズム３１に替えて、エレクトロウエッティング現象を利用した液体レンズを使用してＬＥＤの照射光の向きを変える場合を示す。

図１１は、液体レンズ４１を示す。液体レンズ４１は、透明のケース４２内に、互いに混ざり合わない特殊の水溶液４３と、オイル４４と、第１，第２の金属電極４５，４６と、絶縁部４７，４８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４５，４６に電圧を印加していない場合には、図１１Ａに示すように、上記水溶液４３とオイル４４の境界面４９は、略フラット面になっている。そして、上記第１，第２の金属電極４５，４６に電圧を印加すると、図１１Ｂに示すように、上記特殊の水溶液４３は、第１の金属電極４５に引張られ近づこうとする。このとき上記オイル４４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４３とオイル４４の境界面４９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４９の湾曲度合いを変え、屈折率や配光角度を変化させると共に、ＬＥＤから発せられた照射光の向きを自在に変化させることが可能になっている。また、照射光の向きは、例えば以下のような方法で制御される。

図１２Ａに示すように第１の金属電極４５は、直径方向に第１〜第５の電極４５ａ〜４５ｅに５分割されていると共に、これら第１〜第５の電極４５ａ〜４５ｅ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１２Ｂに示すように、上記第３の電極４５ｃ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４１の光軸ＯＡ１は、撮像レンズの光軸と平行になる。また、図１２Ｃに示すように、上記上下、左右に４分割された第３の電極４５ｃの上部の最上部の電極に電圧を印可し、上記上下、左右に４分割された第２の電極４５ｂの最下部の電極に電圧を印可すると液体レンズ４１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４１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。

図１３は液体レンズの他の例を示す。この例において、液体レンズ５１は、透明のケース５２内に、互いに混ざり合わない特殊の水溶液５３とオイル５４と、上下に配置された金属電極５５ａ，５５ｂと、絶縁部５６等を封入することにより形成されている。そして、図１３Ａに示すように、金属電極５５ａ，５５ｂに電圧を印加しない場合には、上記水溶液５３とオイル５４の境界面５７は、光軸に対して略垂直となっていて、ＬＥＤ１４からの照射光は、光軸方向に出射される。図１３Ｂに示すように、上記上側の金属電極５５ａのみに電圧を印可すると、上記水溶液５３が上側の金属電極５５ａ側に引張られて、上記水溶液５３の一部が上側の金属電極５５ａとオイル５４の間に入り込み、オイル５４の上部が水溶液５３側に押し出されて、水溶液５３とオイル５４の境界面５７は、左方に傾斜して、照射光は、上向きに照射される。また、図１３Ｃに示すように、下側の金属電極５５ｂのみに電圧を印可すると、上記水溶液５３が下側の金属電極５５ｂ側に引張られて、水溶液５３とオイル５４の境界面５７は、右方に傾斜して、照射光は、下向きに照射される。図１３に示す液体レンズ５１は、専ら照射光の向きを変える構成になっている。エレクトロウエッティング現象を利用した液体レンズ４１，５１を使用した場合には、バリアングルプリズム３１を使用してＬＥＤの照射光の向きを変える場合よりも消費電力を抑制することができる。

実施例の撮像装置は、上述のような構成であって、ＬＥＤの照射光の照射角が画枠よりも小さい場合でも、照射光をスキャンさせることによって、画面全体を明るくしたり、或いは一部の角度においてはゆっくりとスキャンし、他では速くスキャンすることにより、一部の角度部分だけを他の部分よりも明るくすることができる。

また、ズーム位置に応じた制御をすることによって、ズーム位置に因らない一定の面内配光特性が得られる。ズームレンズでは望遠側でレンズの明るさが悪化する傾向があるが、実施例の撮像装置は、これを補うことができる。また、画枠に対し、必要な照射範囲にＬＥＤの光りを照射することができるので、少ない消費電力で効率的な補助光効果を得ることができる。また、少なくとも１列のＬＥＤで一定の面内配光特性で補助光を照射することができるので、ＬＥＤを複数列並べて一定の面内配光特性を得るものよりも構造を簡素化することができる。

フォーカス範囲に応じた制御をすることによって、補助光を用いた撮影において撮影距離を伸ばすことができる。また、絶対的な光量が必要となる逆光補正撮影において、フォーカス範囲に応じた制御をすることによって従来の撮影範囲全体を照明する場合よりも有利な条件で撮影することができる。画枠に対し、フォーカス範囲に限った部分部にのみ照射範囲を絞ることで、より少ない消費電力で効果的に補助光効果をうることができる。

また、赤色／緑色／青色の３原色のＬＥＤ素子を同一パッケージに封止したもの、また、赤色／緑色／青色の３原色のＬＥＤ素子を個別にパッケージしたものを用い、ホワイトバランスを周囲と合わせることで自然な色合いの画像を撮影することができる。また、ホワイトバランスを周辺より故意にずらすことで照射範囲の色合いに変化を持たせることができる。また、調光制御は、通常、面内を適正な露光量となるように調整することを前提としているが、調光制御を故意に変化させることで、例えば画枠面内上部を明るくし、下部に行くに従って暗くなるようにするなど、画枠面内配光特性に変化を付けることも可能になる。また、従来（特許文献１，２）のように、レンズやＬＥＤ自体を前後させて配光制御を行う場合には、レンズやＬＥＤの平行度等が変わらないようにする為の構造を採る必要があったが、本発明でＬＥＤと配光制御機構そのものは固定されているので、平行度や位置ズレ等の心配はなく、位置決め構造を簡素化することができる。

図１４は第２実施例の斜視図である。第２実施例において、上記撮像装置は、スチルカメラ機能を備えたビデオカメラ１０１として構成されている。上記ビデオカメラ１０１は、撮像レンズ１０２を備えたカメラ本体部１０３と、該カメラ本体部１０３の一側部に配置されたオプチカルビューファインダー１０４と、上記カメラ本体部１０３の他側部に配置された記録媒体収納部１０５と、上記カメラ本体部１０３の上面側に配置されたフラッシュ装置１０６と、を備えている。上記記録媒体収納部１０５には、ビデオテープ、ディスク、半導体メモリ、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等の記録媒体が収納されている。また、上記記録媒体収納部１０５の前方には、サブカメラ或いはＡＦイルミメータ１０７が配置されている。

上記フラッシュ装置１０６は、上記第１実施例のフラッシュ装置と同様に、ＬＥＤと、該ＬＥＤからの照射光の向きを変える配光可変機構と、を備えている。そして、上記サブカメラ或いはＡＦイルミメータ１０７で被写体の位置を検出して、該被写体の動きを追尾しながら被写体をライトアップするようになっている。なお、上記フラッシュ装置１０６は、画面全体を照明する照明機能をもたせてもよい。
図１４において、フラッシュ装置１０６の前面の上部に設けられている窓部１０８が上記配光可変機構で可変された照射光を発射させる窓部で、フラッシュ装置１０６の前面の下部に設けられている窓部１０９から画面全体を照明する照明光が発射される。

第２実施例のビデオカメラ１０１は、上述のような構成であるから、例えば乳幼児が遊んでいる姿を追尾して照明することができる。この場合に画角が固定された状態で被写体が動くので所謂スポットライトを当てて撮影したような面白い画像を得ることができる。

撮像装置（デジタルスチルカメラ）の正面図。 撮像装置のブロック構成図。 フラッシュ装置の駆動回路図。 配光可変機構（バリアングルプリズム）の断面図。 Ａ、Ｂ、Ｃは配光可変機構の作用を示す説明図。 フラッシュ装置の照明方向を示す説明図。 シャッターの開閉とＬＥＤの発光および照射方向の関係を示す説明図。 ズーム連動制御のフローチャート図。 フォーカス連動制御のフローチャート図。 フラッシュ装置の変形例の正面図。 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は金属電極の斜視図、Ｂは光軸の向き撮像レンズの光軸と平行にした状態の液体レンズの断面図、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液体レンズの断面図。 Ａ、Ｂ、Ｃは液体レンズの変形例の作用を示す説明図。 撮像装置（ビデオカメラ）の斜視図。

符号の説明

１…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、２…ズームレンズ、３…フラッシュ装置、４…ＡＦイルミネータ、５…シャッターボタン、１１…ＣＰＵ&ＤＳＰ、１２…レンズ操作部、１３…ＣＣＤ・ＣＨ、１４…ＬＥＤ（発光部）、１５…配光可変装置、２１…フラッシュ制御回路、２２…配光制御回路、３１…バリアングルプリズム、３２…ガラス板、３２ａ…射出面、３３…蛇腹、３５…高屈折率液体、４１…液体レンズ、４２…透明ケース、４３…水溶液、４４…オイル、４５…第１の金属電極、４５ａ〜４５ｅ…第１〜第５の分割電極、４６…第２の金属電極、４７，４８…絶縁部、４９…境界面、１０１…ビデオカメラ（撮像装置）、１０２…撮像レンズ、１０３…カメラ本体部、１０４…オプチカルビューファインダー、１０５…記録媒体収納部、１０６…フラッシュ装置、１０７…ＡＦイルミネータ（サブカメラ）。

Claims (9)

1. フラッシュ装置を備えた撮像装置において、
   上記フラッシュ装置は、発光部と、該発光部の照射光の光軸を撮像レンズの光軸に対して変位させる配光可変機構と、を備え、撮像中に上記照射光の光軸の向きを変位させることが可能になっていることを特徴とする撮像装置。
2. 上記撮像装置は、静止画像撮像装置であって、
   撮像中に上記照射光の光軸の向きを変えることによって画面全体または画面の必要な箇所を照射するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記撮像装置は、動画像撮像装置であって、
   撮像中に上記照射光の光軸の向きを変えることによって所定の被写体を追尾して照射するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 上記配光可変機構は、バリアングルプリズムを使用していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 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を使用していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. レンズズーム機構と、
   上記レンズズーム機構と上記可変配機構とを同調させて駆動する同期制御回路と、
   を備え、
   上記配光可変機構は、上記レンズズーム機構のズーム動作に連動して動作することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. オートフォーカス機構と、
   上記オートフォーカス機構と上記可変配光部材とを同調させて駆動する同期制御回路と、
   を備え、
   上記配光可変機構は、上記オートフォーカス機構のフォーカス結果に連動して動作することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. レンズズーム機構と、
   オートフォーカス機構と、
   上記レンズズーム機構およびオートフォーカス機構を上記可変配機構とを同調させて駆動する同期制御回路と、
   を備え、
   上記配光可変機構は、上記レンズズーム機構のズーム動作および上記オートフォーカス機構のフォーカス結果にに連動して動作することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
9. 発光部と、
   上記発光部の駆動回路と、
   上記発光部の前方に配置されていて、該発光部から照射された照射光の光軸の向きを変位させる配光可変機構と、
   を備えていることを特徴とする撮像装置用フラッシュ装置。

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