JP4467365B2

JP4467365B2 - 撮影装置

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Publication number: JP4467365B2
Application number: JP2004177309A
Authority: JP
Inventors: 千国川上
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006003441A

Description

本発明は、オートフォーカス（ＡＦ）用の補助光を発光してピント調節を行う撮影装置に関するものである。

ピント調節を自動で行うオートフォーカス機能を備えたデジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の撮影装置が普及している。このような撮影装置では、ピントが合えば、画像がシャープ（高コントラスト）なものになるという原理に基づき、撮像素子から得られる撮像信号に基づいて、画像の合焦度を表す評価値を算出し、この評価値がピークとなるように撮影レンズを移動させることでピント調節を行っている（例えば特許文献１）。評価値としては、例えば、撮像信号の高周波成分の積分値が用いられる。

更に、上記特許文献１では、Ｒ，Ｇ，Ｂの各ＬＥＤを一斉に点灯させることにより白色光を放出するＬＥＤストロボを設け、これをＡＦ補助光発光器に兼用している。そして、ＬＥＤストロボからＡＦ補助光を発光させる際には、必要な最低光量（ストロボ光の約３割程度）に落とすとともに、常に発光させるのではなく、各サーチポイント毎にＡＦ補助光を発光させることにより、省電力化を図っている。

特開２００３−１４００２７号公報

上記特許文献１では、上述のような省電力化を行ってはいるが、未だ不十分であり、更なる省電力化が要望されている。また、光量を落としている関係上、ＡＦ補助光の到達距離が短くなるという問題点もある。

本発明は、ＡＦ補助光の到達距離を延ばし、更なる省電力化を達成した撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の撮影装置は、三色のマイクロカラーフィルタを備え、撮影レンズによって結像される被写体像を各色毎の画像信号に変換して出力する撮像素子と、前記画像信号に基づいて合焦の度合を表す評価値を逐次に算出する評価値算出部と、前記撮影レンズ又は撮影レンズ中のフォーカスレンズを移動させながら評価値の変化を監視し、前記評価値がピークとなる合焦位置に撮影レンズ又は撮影レンズ中のフォーカスレンズを移動させることによりピント調節を行うフォーカス制御部とを備えた撮影装置において、前記三色の各単色を発光する三種類の発光素子から構成され、これらの発光素子を一斉に点灯させることにより白色光を放出する発光素子ストロボと、被写体を構成する色のうち最も多い色が前記三色のうちいずれの色であるかを判定する色成分判定手段とを設け、前記ピント調節を行う際には、前記三種類の発光素子のうち前記色成分判定手段により判定された色のＡＦ補助光を発光する一種類の発光素子を選択して発光させるとともに、前記評価値算出部は、前記ＡＦ補助光の色に対応した画像信号をサンプリングして評価値を逐次に算出することを特徴とする。

また、被写体の輝度値が所定の閾値よりも低い場合のみに、前記ＡＦ補助光を発光することを特徴とする。また、前記発光素子は、ＬＥＤ、有機エレクトロルミネセンス、プラズマ発光素子のうちのいずれかであることを特徴とする。

本発明の撮影装置によれば、発光素子ストロボを構成する三色の発光素子のうちいずれか一色の発光素子をＡＦ補助光として発光させるから、三色の発光素子全てをＡＦ補助光として用いるのに比べて消費電力を小さくできる。また、ＡＦ補助光の色に対応した画像信号をサンプリングして評価値を算出することによりＳ／Ｎが悪い信号を評価値算出に用いないから、ＡＦ補助光の到達距離を延ばすことができる。

また、被写体の色に対応する色のＡＦ補助光を用いることによりＳ／Ｎが悪い信号を評価値算出に用いないから、ＡＦ補助光の到達距離を延ばすことができる。また、被写体の輝度値が所定の閾値よりも低い場合のみにＡＦ補助光を発光するから、更なる省電力化に寄与できる。

本発明が適用された撮影装置としてのデジタルカメラを示す図１において、デジタルカメラ１０の前面には、撮影レンズ１２、ファインダ窓１４、ストロボ発光部１５、オートフォーカス（ＡＦ）補助光発光部１６、及び調光センサ１７が設けられ、カメラ上面には、シャッタボタン１８及び電源スイッチ２０が配設されている。また、左手側のカメラ側面には、メモリカード２２を装着するためのカードスロット２３が設けられている。このカードスロット２３は、防塵用の蓋２４によって開閉自在に閉じられる。なお、本実施形態のストロボ発光部１５は、一般的に普及しているストロボ放電管としてクセノン管を使用したものである。

前記ＡＦ補助光発光部１６の背後には、コントラスト検出方式のＡＦを行う際に補助光を発光する単色の発光素子としてのＬＥＤ２５（図３参照）が設けられている。このＬＥＤ２５としては、例えば赤色（Ｒ）ＬＥＤが用いられる。

撮影レンズ１２にはズームレンズが適用され、撮影レンズ１２の後方にＣＣＤイメージセンサ（以下ＣＣＤという）２７（図３参照）が配置されている。シャッタボタン１８は２段階式に構成され、シャッタボタン１８を軽く押して止める「半押し」の状態でＡＦ及び自動露出制御（ＡＥ）が作動してＡＦとＡＥをロックし、「半押し」から更に押し込む「全押し」の状態で撮影が実行される。

電源スイッチ２０は、モード切換スイッチと兼用されており、電源ＯＦＦとなる「ＯＦＦ位置」、静止画撮影モードで電源ＯＮとなる「撮影ＯＮ位置」、及び再生モードで電源ＯＮとなる「再生ＯＮ位置」の３ポジションを切り換えることができる。

デジタルカメラ１０の背面側の外観を示す図２において、デジタルカメラ１０の背面には、ファインダ２８、液晶モニタ３０、ズームスイッチ３２、多機能の十字ボタン３４、ＡＥロックボタン３６、メニューキー３８、実行キー４０及びキャンセルキー４２が設けられている。液晶モニタ３０は、撮影時に画角確認用の電子ファインダとして使用できるとともに、撮影した画像のプレビュー画やメモリカード２２から読み出した再生画像等を表示可能な表示手段である。また、十字ボタン３４を使用したメニューの選択や各メニューにおける各種項目の設定なども液晶モニタ３０の表示画面を用いて行われる。

ズームスイッチ３２は、上下方向に操作可能なレバースイッチで構成され、これを上方向に操作することで望遠（TELE）方向にズーミングを行い、下方向に操作することで広角（WIDE）方向にズーミングを行う。十字ボタン３４は、上下左右のいずれかの縁部を押圧することによって、対応する４方向（上、下、左、右）の指示を入力できるようにしたもので、メニュー画面における各種設定項目の選択や設定内容の変更を指示する操作ボタンとして使用されるとともに、電子ズームの倍率調整や再生コマの送り／戻しを指示する手段として用いられる。

メニューキー３８は、各モードの通常画面からメニュー画面へ遷移させる時に使用される。実行キー４０は、選択内容の確定、処理の実行（確認）指示の時などに使用される。キャンセルキー４２は、メニューから選んだ項目の取消（キャンセル）や一つ前の操作状態に戻る時などに使用される。

撮影者は、ファインダ２８又は液晶モニタ３０に映し出されるリアルタイム画像（スルー画）を確認しながら、ズームスイッチ３２を操作して画角を決定し、シャッタボタン１８を押し下げて撮影を行う。

デジタルカメラ１０の電気的構成を示す図３において、撮影レンズ１２は、固定レンズ４４、変倍レンズ４６ａ、補正レンズ４６ｂ及びフォーカスレンズ４８の４群型インナーフォーカス式ズームレンズで構成されている。

変倍レンズ４６ａと補正レンズ４６ｂは、図示せぬカム機構によって両者の位置関係が規制されながら光軸に沿って移動し、焦点距離を変更する。なお、説明の便宜上、変倍レンズ４６ａと補正レンズ４６ｂから成る変倍光学系を「ズームレンズ４６」と呼ぶ。

撮影レンズ１２を通過した光は、絞り５０により光量が調節された後、ＣＣＤ２７に入射する。ＣＣＤ２７には、その光電面上に赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の微小なマイクロカラーフィルタがマトリクス状に配列され、その背後にそれぞれＭＯＳダイオード（ＭＯＳキャパシタとも呼ばれる）が配置されている。

各ＭＯＳダイオードに蓄積された信号電荷は、ＣＣＤドライバ５４から与えられるパルスに基づいて信号電荷に応じたＲＧＢ各色の輝度情報を有する電圧信号（画像信号）として順次読み出される。なお、ＣＣＤ２７は、シャッタゲートパルスのタイミングによって各ＭＯＳダイオードの電荷蓄積時間（シャッタスピード）を制御する、いわゆる電子シャッタ機能を有している。

ＣＣＤ２７から出力された画像信号は、アナログ処理部５６に送られる。アナログ処理部５６は、サンプリングホールド回路、色分離回路、ゲイン調整回路等の信号処理回路を含み、このアナログ処理部５６において、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理並びにＲ，Ｇ，Ｂの各色信号に色分離処理され、各色信号の信号レベルの調整（プリホワイトバランス処理）が行われる。

アナログ処理部５６から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器５８によりデジタル信号に変換された後、メモリ６０に格納される。タイミングジェネレータ（ＴＧ）６２は、ＣＰＵ６４の指令に従ってＣＣＤドライバ５４、アナログ処理部５６及びＡ／Ｄ変換器５８に対してタイミング信号を与えており、このタイミング信号によって各回路の同期がとられている。

メモリ６０に格納されたデータは、バス６６を介して信号処理部６８に送られる。信号処理部６８は、輝度・色差信号生成回路、ガンマ補正回路、シャープネス補正回路、コントラスト補正回路、ホワイトバランス補正回路等を含むデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で構成された画像処理手段であり、ＣＰＵ６４からのコマンドに従って画像信号を処理する。

信号処理部６８に入力された画像データは、輝度信号（Ｙ信号）及び色差信号（Ｃr,Ｃb 信号）に変換されるとともに、ガンマ補正等の所定の処理が施された後、メモリ６０に格納される。撮影画像を表示出力する場合、メモリ６０から画像データが読み出され、表示用メモリ７０に転送される。表示用メモリ７０に記憶されたデータは、表示用の所定方式の信号（例えば、ＮＴＳＣ方式のカラー複合映像信号）に変換された後、Ｄ／Ａ変換器７２を介して液晶モニタ（ＬＣＤ）３０に出力される。こうして、前記画像データの画像内容が液晶モニタ３０の画面上に表示される。

ＣＣＤ２７から出力される画像信号によってメモリ６０内の画像データが定期的に書き換えられ、その画像データから生成される映像信号が液晶モニタ３０に供給されることにより、ＣＣＤ２７を介して入力する画像がリアルタイムに液晶モニタ３０に表示される。撮影者は、液晶モニタ３０に映し出される画像（スルー画）、或いは光学式のファインダ２８によって撮影画角を確認することができる。

撮影者がズームスイッチ３２を操作すると、その指示信号がＣＰＵ６４に入力され、ＣＰＵ６４はズームスイッチ３２からの信号に基づいてズーム駆動部７４を制御してズームレンズ４６をテレ（TELE）方向又はワイド（WIDE）方向に移動させる。ズーム駆動部７４は図示せぬモータを含み、このモータの駆動力によってズームレンズ４６が駆動される。ズームレンズ４６の位置（ズーム位置）は、ズーム位置センサ７６によって検出され、この検出信号はＣＰＵ６４に入力される。

同様に、フォーカス駆動部７８は図示せぬモータを含み、このモータの駆動力によってフォーカスレンズ４８が光軸に沿って前後動する。フォーカスレンズ４８の位置（フォーカス位置）は、フォーカス位置センサ８０によって検出され、このセンサ８０の検出信号はＣＰＵ６４に入力される。

電源スイッチ２０によって静止画撮影モードが設定され、シャッタボタン１８が押し下げられると、撮影開始指示（レリーズＯＮ）信号が発せられる。ＣＰＵ６４は、レリーズＯＮ信号を検知して記録用の撮像動作を実行する。すなわち、ＣＰＵ６４は必要に応じてＬＥＤ制御回路８１にコマンドを送ってＡＦ補助光用のＬＥＤ２５の発光を制御するとともに、後述する評価値演算の結果に基づいてフォーカス駆動部７８を制御してフォーカスレンズ４８を合焦位置に移動させ、絞り５０の開口径やＣＣＤ２７の電子シャッタを制御することにより露出制御を行う。また、ＣＰＵ６４は必要に応じてストロボ装置８２にコマンドを送り、ストロボ発光部１５からストロボ光を発光する。

こうして、シャッタボタン１８の押下操作に応動して、記録用の画像データの取り込みが開始される。画像データを圧縮記録するモードが選択されている場合、ＣＰＵ６４は圧縮伸張回路８４にコマンドを送る。圧縮伸張回路８４は、メモリ６０に取り込まれた画像データをＪＰＥＧその他の所定の形式に従って圧縮する。

圧縮された画像データは、カードインターフェース８６を介してメモリカード２２に記録される。非圧縮の画像データを記録するモード（非圧縮モード）が選択されている場合には、圧縮伸張回路８４による圧縮処理は省略され、非圧縮のまま画像データがメモリカード２２に記録される。

電源スイッチ２０によって再生モードが設定されると、メモリカード２２から画像ファイルが読み出される。読み出された画像データは、必要に応じて圧縮伸張回路８４によって伸張処理され、表示用メモリ７０を介して液晶モニタ３０に出力される。

ＣＰＵ６４は、本カメラシステムの各回路を統括制御する制御部である。ＣＰＵ６４は、電源スイッチ２０、シャッタボタン１８、ズームスイッチ３２等から構成される操作部８７から受入する入力信号に基づき、対応する回路の動作を制御するとともに、ストロボ制御、液晶モニタ３０における表示制御、ＡＦ制御及び自動露出（ＡＥ）制御等を行う。

ここでオートフォーカス制御について説明する。晴天の屋外で撮影する時など被写体に十分なコントラストがあるため自然光によってピント調節を行い得る場合には、ＡＦ補助光用のＬＥＤ２５は発光されない。また、夕方や屋内では、被写体のコントラストが低下するため、自然光によるピント合せができ難くなるから、ＣＰＵ６４は、被写体の輝度値が所定の値以下になると、ＬＥＤ制御回路８１にコマンドを送り、ＬＥＤ２５からＡＦ補助光を発光させる。

ＬＥＤ制御回路８１には、電源電池の電圧を昇圧する電圧アップコンバータ，この昇圧された電圧により充電されるコンデンサ等が設けられており、ＣＰＵ６４からのコマンドによって、コンデンサからＬＥＤ２５に高圧の電流が所定時間流され、ＬＥＤ２５が発光する。このＬＥＤ２５としては、高輝度タイプのものが使用される。

Ａ／Ｄ変換器５８によってデジタル信号に変換された画像信号は、評価値演算部８８に入力される。評価値演算部８８は、高周波成分抽出回路９０と積算回路９２とを有し、入力される画像信号のうち、ＬＥＤ２５が発光されない場合には、Ｇ成分のデータをサンプリングし、また、ＬＥＤ２５が発光された場合には、ＬＥＤ２５と同じ発光色であるＲ成分のデータをサンプリングし、ＡＦ検出対象エリア（以下フォーカスエリアという）内での高周波成分を抽出するとともにその絶対値をとり、フォーカスエリア内で絶対値データを積算して得られた値（以下評価値という）をＣＰＵ６４に提供する。

ＡＦ動作時にＣＰＵ６４は、図４（Ｂ）に示すようにフォーカスレンズ４８を焦点調節領域内で至近から無限遠（又は無限遠から至近）の方向に移動させながら、複数のＡＦ検出ポイント（サーチポイント）で画像中央部分のコントラストを検出し、図４（Ａ）に示すようにサーチポイントごとに評価値（黒丸で示す）を算出する。そして、各ポイントで算出された評価値を総合して、評価値が最大となるレンズ位置を合焦位置として決定し、求めた合焦位置にフォーカスレンズ４８を移動させるようにフォーカス駆動部７８を制御する。

ＬＥＤ２５からＡＦ補助光が発光された場合には、ＬＥＤ２５と同じ発光色であるＲ成分のデータがサンプリングされるため、Ｓ／Ｎのよい良好な評価値が得られる。このため、高精度に合焦位置を決定することができ、消費電力を大きくすることなくＡＦ補助光の到達距離を伸ばすことができる。

このように構成されたデジタルカメラ１０を使用するには、まず電源スイッチ２０を操作してデジタルカメラ１０の電源をオンにするとともに、静止画撮影モードにセットする。電源がオンになると、ＬＥＤ制御回路８１に内蔵されたコンデンサの充電が開始される。そして、シャッタボタン１８を半押しすると、ＣＰＵ６４は、ＡＥ制御及びＡＦ制御を行い、シャッタボタン１８が半押しされている期間、ＡＦとＡＥをロックする。

ＡＥ制御では、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号を取り込み、これらのＲ、Ｇ、Ｂ信号を積算した積算値に基づいて被写体輝度（撮影ＥＶ値）を求め、この撮影ＥＶ値に基づいて撮影時の絞り値とシャッタスピードを決定する。なお、シャッタボタン１８の全押し時に前記決定した絞り値になるように絞り５０が制御され、また、決定したシャッタスピードとなるように電子シャッタによって電荷の蓄積時間が制御される。

また、ＡＦ制御は、図４で説明したコントラストＡＦによってフォーカスレンズ４８を合焦位置に移動させるが、ＣＰＵ６４は、被写体の明るさ（撮影ＥＶ値）が所定の値以下になると、ＬＥＤ制御回路８１にコマンドを送り、ＬＥＤ２５からＡＦ補助光を発光させる。この発光期間は、ＣＣＤ２７が画像信号を得るために被写体光を受光する受光期間以内であり、例えば数ｍ秒である。

続いて、ＣＣＤ２７のフォーカスエリアから評価値を求めるための画像信号を取り込み、その後、図４（Ｂ）に示すように、フォーカスレンズ４８を所定量移動（次のサーチポイントに移動）させるためにフォーカスモータを駆動する。

フォーカスレンズ４８が次のサーチポイントに移動すると、再びＡＦ補助光を発光させ、ＣＣＤ２７から画像信号を取り込む。図４（Ｂ）に示すようにフォーカスレンズを焦点調節領域内で至近から無限遠（又は無限遠から至近）の方向に移動させながら、各サーチポイントごとにＡＦ補助光を発光させ、ＣＣＤ２７から画像信号を取り込む。

各サーチポイントでの画像信号に基づく評価値が算出されると、その算出された評価値を総合して、評価値が最大となるレンズ位置を合焦位置として算出し、求めた合焦位置にフォーカスレンズ４８を移動させ、ＡＦ動作を終了する。

その後、シャッタボタン１８が全押しされると、必要に応じてストロボ発光部１５からストロボ光が発光される。被写体からの反射光を調光センサ１７が検知して所定光量に達した際にストロボ装置８２がストロボ光の発光を停止する。ＣＣＤ２７から出力された画像信号がアナログ信号処理部５６，Ａ／Ｄ変換器５８を経て、画像データとしてメモリ６０に取り込まれ、圧縮伸張回路８４で所定の形式に圧縮された後、カードインターフェース８６を介してメモリカード２２に記録される。

次に、別の実施形態について説明する。上記ストロボ発光部１５はストロボ放電管としてクセノン管を使用した一般的なものであったが、本実施形態は、図５に示すように、多数のＬＥＤをマトリクス状に配列したストロボ光源部９６を用い、ＡＦ補助光を発光する専用のＡＦ補助光発光部を省略して、ストロボ光源部９６をＡＦ補助光発光用の光源に兼用する。

ストロボ光源部９６は、反射傘９８と、ＬＥＤ群１００（Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ）と、拡散板１０２とから構成されている。Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、図５（Ｂ）に示すようにマトリクス状に多数配設されている。また、拡散板１０２は、ＬＥＤ群１００から出射される指向性の高い光を拡散させ、均一になるようにしている。なお、ＬＥＤ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂの数はそれぞれ同数でなくてもよく、例えば各ＬＥＤ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂをフル発光させた時に白色光となるような割合で配設することが好ましい。

前記ストロボ光源部９６を、撮影時の補助光（ストロボ光）を発光するストロボ光源として使用する場合には、ＬＥＤ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを一斉に発光させるが、ＡＦ補助光として使用する場合には、被写体の色に応じてＬＥＤ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂのうちいずれか一種類を発光させる。これにより、電源電池の消耗を抑えることができる。

まず、被写体の測光時に得られるＲ、Ｇ、Ｂ信号に基づいて、ＣＰＵ６４は被写体の色成分のうち最も多い色が何であるかの判定を行う。例えば、赤色（Ｒ）が最も多いと認められる場合には、ＬＥＤ群１００のうちＬＥＤ１００Ｒのみを選択してＡＦ補助光として発光する。そして、評価値演算部８８は、Ｒ成分のデータをサンプリングして評価値を算出する。したがって、Ｓ／Ｎが悪い信号を評価値算出に用いないから、ＡＦ補助光の到達距離を延ばすことができる。

以上説明した実施形態では、ＡＦ補助光を赤色（Ｒ）としたが、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）でもよい。また、上記実施形態では、ＡＦ補助光を発光するＬＥＤ２５は、１個のＬＥＤとしたが、複数個のＬＥＤから構成したＬＥＤ群であってもよい。また、発光素子としては、上記ＬＥＤの他、有機エレクトロルミネセンス、プラズマ発光素子等を適用することができる。また、上記実施形態は、撮影装置をデジタルカメラとしたが、本発明はこれに限定されることなく、カメラ付き携帯電話やカメラ付きＰＤＡ等でもよい。

本発明を適用したデジタルカメラの正面側外観を示す斜視図である。デジタルカメラの背面側外観を示す斜視図である。デジタルカメラの電気的な構成を示すブロック図である。コントラストＡＦの動作を示す説明図である。別の実施形態に用いられるストロボ光源部の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０デジタルカメラ
１６ＡＦ補助光発光部
２５，１００Ｒ，１００Ｇ，１００ＢＬＥＤ
８１ＬＥＤ制御回路
８８評価値演算部
９６ストロボ光源部
１００ＬＥＤ群

Claims

三色のマイクロカラーフィルタを備え、撮影レンズによって結像される被写体像を各色毎の画像信号に変換して出力する撮像素子と、前記画像信号に基づいて合焦の度合を表す評価値を逐次に算出する評価値算出部と、前記撮影レンズ又は撮影レンズ中のフォーカスレンズを移動させながら評価値の変化を監視し、前記評価値がピークとなる合焦位置に撮影レンズ又は撮影レンズ中のフォーカスレンズを移動させることによりピント調節を行うフォーカス制御部とを備えた撮影装置において、
前記三色の各単色を発光する三種類の発光素子から構成され、これらの発光素子を一斉に点灯させることにより白色光を放出する発光素子ストロボと、被写体を構成する色のうち最も多い色が前記三色のうちいずれの色であるかを判定する色成分判定手段とを設け、前記ピント調節を行う際には、前記三種類の発光素子のうち前記色成分判定手段により判定された色のＡＦ補助光を発光する一種類の発光素子を選択して発光させるとともに、前記評価値算出部は、前記ＡＦ補助光の色に対応した画像信号をサンプリングして評価値を逐次に算出することを特徴とする撮影装置。
被写体の輝度値が所定の閾値よりも低い場合のみに、前記ＡＦ補助光を発光することを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
前記発光素子は、ＬＥＤ、有機エレクトロルミネセンス、プラズマ発光素子のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の撮影装置。