(57)【要約】【課題】簡単かつ安価な構成で、撮影シーンを部分毎に異なる色温度で照明でき、ホワイトバランスの良好な撮像画像が得られる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子23と、撮像素子23に被写体の像を結像させる撮像光学系22と、被写体14a,14bを照明するための光線を放射する光源2と、光源2からの光線の少なくとも色温度を部分毎に変更可能な複数の変調領域を有する空間変調素子8R,8G,8Bと、空間変調素子8R,8G,8Bの像を被写体位置に結像する投射光学系13と、被写体のテスト撮影により撮像素子23から得られる撮像データに基づいて、被写体を光源2により照明して本撮影する際の部分毎の色温度を含む照明パラメータを設定する照明パラメータ設定部39と、照明パラメータ設定部39で設定された照明パラメータに基づいて空間変調素子8R,8G,8Bの各変調領域における光源2からの光線の変調を制御する制御部40とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
上記撮像素子に被写体の像を結像させる撮像光学系と、
上記被写体を照明するための光線を放射する光源と、
上記光源からの光線の少なくとも色温度を部分毎に変更可能な複数の変調領域を有する空間変調素子と、
上記空間変調素子の像を被写体位置に結像する投射光学系と、
上記被写体のテスト撮影により上記撮像素子から得られる撮像データに基づいて、上記被写体を上記光源により照明して本撮影する際の部分毎の色温度を含む照明パラメータを設定する照明パラメータ設定部と、
上記照明パラメータ設定部で設定された照明パラメータに基づいて上記空間変調素子の各変調領域における上記光源からの光線の変調を制御する制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記撮像光学系の物体距離と、上記投射光学系の物体距離とを同一に構成したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記撮像光学系の撮像画角と、上記投射光学系の投射画角とを同一に構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記光源、上記空間変調素子および上記投射光学系を有する照明部と、上記撮像素子、上記撮像光学系、上記照明パラメータ設定部および上記制御部を有するカメラ部とを分離可能に構成したことを特徴とする請求項１，２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
上記撮像素子から得られる撮像データの時間的変化に基づいて上記被写体の動きを検出する動き検出部を有し、
上記照明パラメータ設定部で設定された照明パラメータに対応する上記空間変調素子の変調領域を、上記動き検出部で検出される動きに追従させるよう構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
上記撮像素子は、上記テスト撮影時は上記本撮影時よりも低解像度で上記被写体を撮像するよう構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を照明して撮影する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置（カメラ等）に用いるストロボ装置として、例えば、ストロボの前面に液晶フィルタを配置し、その液晶フィルタの濃度を、被写体からの反射光の色温度および周囲光の色温度に基づいて制御することにより、ストロボによる照明光の色温度を変更して、撮影画像におけるホワイトバランスの誤差を少なくするようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、複数のフラッシュを用い、各フラッシュの色温度を調整して撮影シーンを場所毎に異なる色温度で照明するマルチフラッシュ撮影システムも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−１３１７９７号公報
【特許文献２】特開平８−２０１８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示のストロボ装置にあっては、被写体を照明するストロボ光の全体の色温度を調整するため、被写体やその背景等の撮影シーンによっては、良好なホワイトバランスが得られない場合がある。
【０００５】
これに対し、特許文献２に開示の撮影システムでは、撮影シーンを場所毎に異な色温度で照明できるので、良好なホワイトバランスを得ることができる。しかし、この撮影システムでは、複数のフラッシュを用い、それらの色温度を独立して調整する必要があり、また、更に良好なホワイトバランスを得るためには、より多くのフラッシュを要することになるため、システム構成が複雑で高価になることが懸念される。
【０００６】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、簡単かつ安価な構成で、撮影シーンを部分毎に異なる色温度で照明でき、ホワイトバランスの良好な撮像画像が得られる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する請求項１に係る撮像装置の発明は、
撮像素子と、
上記撮像素子に被写体の像を結像させる撮像光学系と、
上記被写体を照明するための光線を放射する光源と、
上記光源からの光線の少なくとも色温度を部分毎に変更可能な複数の変調領域を有する空間変調素子と、
上記空間変調素子の像を被写体位置に結像する投射光学系と、
上記被写体のテスト撮影により上記撮像素子から得られる撮像データに基づいて、上記被写体を上記光源により照明して本撮影する際の部分毎の色温度を含む照明パラメータを設定する照明パラメータ設定部と、
上記照明パラメータ設定部で設定された照明パラメータに基づいて上記空間変調素子の各変調領域における上記光源からの光線の変調を制御する制御部と、
を有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の撮像装置において、
上記撮像光学系の物体距離と、上記投射光学系の物体距離とを同一に構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の撮像装置において、
上記撮像光学系の撮像画角と、上記投射光学系の投射画角とを同一に構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１，２または３に記載の撮像装置において、
上記光源、上記空間変調素子および上記投射光学系を有する照明部と、上記撮像素子、上記撮像光学系、上記照明パラメータ設定部および上記制御部を有するカメラ部とを分離可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
上記撮像素子から得られる撮像データの時間的変化に基づいて上記被写体の動きを検出する動き検出部を有し、
上記照明パラメータ設定部で設定された照明パラメータに対応する上記空間変調素子の変調領域を、上記動き検出部で検出される動きに追従させるよう構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
上記撮像素子は、上記テスト撮影時は上記本撮影時よりも低解像度で上記被写体を撮像するよう構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、光源からの光を部分毎に変調可能な空間変調素子を設けて、その像を投射光学系により被写体位置に形成するという簡単かつ安価な構成で、照明光の色温度を部分毎に詳細に制御することができるので、ホワイトバランスの良好な撮像画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示すものである。この撮像装置は、一体または分離可能に結合した照明部１とカメラ部２１とを有している。照明部１では、例えば超高圧水銀ランプのような白色の放電ランプからなる光源２からの白色光を、フライアイレンズ３、ＰＳ変換素子４および照明光学系５を経てダイクロイックミラー６に入射させて、赤色（Ｒ）光を反射、他の光を透過させてＲ光を分離し、その分離されたＲ光をミラー７で反射させた後、部分毎に光の強度を変調可能な透過型ＬＣＤからなる空間変調素子８Ｒを透過させて、変調されたＲ光をダイクロイックプリズム９に入射させる。
【００１６】
また、ダイクロイックミラー６を透過した光は、ダイクロイックミラー１０に入射させて緑色（Ｇ）光を反射、青色（Ｂ）光を透過させてＧ光およびＢ光を分離し、その分離されたＧ光を、空間変調素子８Ｒと同様の透過型ＬＣＤからなる空間変調素子８Ｇを透過させて、変調されたＧ光をダイクロイックプリズム９に入射させる。
【００１７】
また、ダイクロイックミラー１０で分離されたＢ光は、ミラー１１および１２で順次反射させた後、空間変調素子８Ｒ，８Ｇと同様の透過型ＬＣＤからなる空間変調素子８Ｂを透過させて、変調されたＢ光をダイクロイックプリズム９に入射させる。
【００１８】
ダイクロイックプリズム９は、変調されて入射するＲ光およびＢ光を反射、Ｇ光を透過させてＲ，Ｇ，Ｂ光を合成し、その合成光を投射光学系１３により、空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの合成像が被写体位置に結像されるように照射して、被写体１４ａ，１４ｂを照明する。
【００１９】
このように、投射光学系１３により、被写体位置に空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの合成像を形成することにより、被写体位置において、空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ上に形成した光線の合成変調画像に対応した画像を形成することができる。したがって、被写体位置における照明色や照明強度を部分毎に、例えば図２に示すように、被写体１４ａに対応する空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ上の位置１４ａ′における合成変調画像の色温度を３０００Ｋとし、被写体１４ｂに対応する空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ上の位置１４ｂ′における合成変調画像の色温度を６０００Ｋとするように詳細に制御することが可能となる。
【００２０】
なお、空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの各々の分割数（画素数）は、照明領域を細かく制御する場合には画素数を多くする等、照明領域をどれだけ細かく制御するかによって決定すればよい。
【００２１】
一方、カメラ部２１では、被写体１４ａ，１４ｂの像を撮像光学系２２により例えばＣＣＤからなる撮像素子２３に結像する。また、カメラ部２１には、撮影時に物体距離を測定する測距センサ２４を設け、これにより被写体１４ａまたは１４ｂまでの物体距離を測定して、その測距データに基づいて撮像光学系２２のピント調整（フォーカス制御）を行う。
【００２２】
本実施の形態では、撮像光学系２２の光学特性と照明部１の投射光学系１３の光学特性とを同じにして、測距センサ２４からの測距データに基づいて撮像光学系２２のピント調整と投射光学系１３のピント調整とを行って、撮像光学系２２および投射光学系１３の物体距離を同じにする。
【００２３】
なお、撮像光学系２２および投射光学系１３は、好ましくは、両者の画角も同一にし、また、ズーム機能を有する場合には、両者が連動するように構成する。
【００２４】
図３は、本実施の形態に係る撮像装置の回路構成を示すブロック図である。本実施の形態の撮像装置は、光源２を点灯する発光回路３１、空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを駆動する駆動回路３２、投射光学系１３をピント調整する投射光学系制御回路３３、撮像素子２３からの撮像データを格納するメモリ３５、撮像光学系２２をピント調整する撮像光学系制御回路３６、ホワイトバランス演算部３７、被写体の動きを検出する動き検出部３８、被写体の色温度分布や照明強度分布等の照明パラメータを設定する照明パラメータ設定部３９、測距センサ２４からの測距データおよび撮像素子２３からの撮像データを入力して全体の動作を制御する制御回路４０を有している。なお、照明パラメータ設定部３９は、図示しないが、撮像した画像を表示する画像表示部を有している。
【００２５】
また、本実施の形態では、照明部１側に、投射光学系制御回路３３により駆動制御されて、撮影時のみ選択的に被写体を照明する光線シャッタ４１が設けられており、カメラ部２１側には、撮像光学系制御回路３６により駆動制御されて、撮影時に高速な被写体の動きに対して撮像データが流れにくくするための光線シャッタ４２が設けられている。なお、照明部１とカメラ部２１とを分離可能に構成する場合には、例えば、発光回路３１、駆動回路３２および投射光学系制御回路３３は照明部１側に設け、メモリ３５、撮像光学系制御回路３６、ホワイトバランス演算部３７、動き検出部３８、照明パラメータ設定部３９および制御回路４０はカメラ部２１側に設けることができる。
【００２６】
以下、本実施の形態に係る撮像装置の概略動作について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２７】
先ず、被写体１４ａ，１４ｂのテスト撮影を実施する（ステップＳ１）。このテスト撮影では、測距センサ２４からの測距データに基づいて制御回路４０を介して投射光学系制御回路３３により投射光学系１３のピント調整を行うと共に、撮像光学系制御回路３６により撮像光学系２２のピント調整を行って、撮像光学系２２および投射光学系１３の物体距離を同一に調整し、その状態で被写体１４ａ，１４ｂを撮影して、そのテスト撮像データをメモリ３５に格納する。
【００２８】
なお、このテスト撮像の際は、照明部１により被写体１４ａ，１４ｂを照明しなくてもよいが、照明する場合には、発光回路３１により光源２を点灯させ、その光源２からの光を、一様な色温度分布および照明強度分布となるように、予め設定した照明パラメータに基づいて空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂにより変調して被写体１４ａ，１４ｂを照明する。
【００２９】
その後、ホワイトバランス演算部３７において、メモリ３５に格納されたテスト撮像データに基づいてホワイトバランス（ＲＧＢゲイン）を演算する。なお、テスト撮影の際、被写体１４ａ，１４ｂを照明部１により照明した場合には、その際の予め設定された照明パラメータを補正データとして用いてホワイトバランスを演算する。
【００３０】
テスト撮像データのホワイトバランスを演算したら、そのホワイトバランスに基づいてテスト撮像データを調整して、テスト画像を照明パラメータ設定部３９の画像表示部に表示する。
【００３１】
次に、照明パラメータ設定部３９において、画像表示部に表示されたテスト画像を撮影者により参照して、本撮影時に部分毎の色温度の変更や、部分毎の光強度の変更すなわち部分毎に光量過多もしくは光量不足による露出条件の変更が必要か否かを判断し、変更する場合は、部分毎の照明色温度および照明光強度の照明パラメータを設定する（ステップＳ２）。ここで、光強度を部分毎に変更する一態様としては、テスト画像の強度分布に基づいて、明暗ムラをなくすように、照明光の強度を暗部では高く、明部では低く設定する。
【００３２】
本撮影時の照明パラメータの設定が終了したら、その照明パラメータを補正データとして、再度、ホワイトバランス演算部３７においてホワイトバランスを演算する。
【００３３】
その後、設定された照明パラメータに基づいて制御回路４０により、空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの各々の出力画像を作成し（ステップＳ３）、それらの出力画像を駆動回路３２により対応する空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに表示した状態で、発光回路３１により光源２を点灯させ（ステップＳ４）、その光源２の点灯に同期して被写体１４ａ，１４ｂの本撮影を実施する（ステップＳ５）。
【００３４】
この本撮影によって得られた撮像データは、ホワイトバランス演算部３７において最終的に求めたホワイトバランスに基づいて調整してメモリ３５に格納する。
【００３５】
なお、動き検出部３８は、特に、連写や動画撮像において、連続して撮像されたデータの前後の画像を比較して動きを検出するもので、この動き検出部３８により被写体の動きが検出された場合には、照明パラメータ設定部３９で設定した部分毎の照明パラメータを動きに合わせてリアルタイムに追従させる。
【００３６】
本実施の形態によれば、照明部１に、光源２からの光を部分毎に変調可能な空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを設けて、それらの合成像を投射光学系１３により被写体位置に形成するという簡単かつ安価な構成で、被写体位置において、空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ上に形成した光線の合成変調画像に対応した画像を形成することができ、これにより照明光の色温度を部分毎に詳細に制御することができるので、ホワイトバランスの良好な撮像画像を得ることができる。しかも、測距センサ２４からの測距データに基づいて撮像光学系２２および投射光学系１３のピント調整を行うようにしたので、調整も容易にできる。
【００３７】
（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る撮像装置の要部の概略構成を示すものである。
本実施の形態は、第１実施の形態において、照明部１の３板の空間変調素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに代えて、ＲＧＢのカラー透過型ＬＣＤからなる単板の空間変調素子８を用い、光源２からの光をフライアイレンズ３、ＰＳ変換素子４および照明光学系５を経て空間変調素子８により変調透過させて、その変調された光を投射光学系１３により、空間変調素子８の像が被写体位置に結像されるように照射して、被写体を照明するようにしたものである。その他の構成および作用効果は、第１実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態の場合、空間変調素子８は、各画素にＲＧＢのカラーフィルタが構成されてカラー化されているので、色温度制御の単位領域はＲＧＢ３画素分となるが、第１実施の形態のようにＲ，Ｇ，Ｂの３板の空間変調素子を用いる場合に比べて、照明部１をより簡単かつ安価にできると共に、色温度の制御も容易になる利点がある。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、テスト撮影は、本撮影時よりも撮像素子２３を低解像度として行うこともできる。このようにすれば、画像処理の負担を軽減でき、処理速度の向上が図れる。また、本発明は、面順次方式によりカラー画像を撮像する場合にも有効に適用することができる。さらに、空間変調素子は、透過型ＬＣＤに限らず、反射型ＬＣＤ（ＬＣＯＳ）やＤＭＤを用いることもできる。また、色温度の制御は、ＲＧＢの３色に限らず、４色以上の多原色を用いて行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の投射光学系による被写体位置と空間変調素子との関係を示す図である。
【図３】図１の撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【図４】同じく、図１の撮像装置の概略動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る撮像装置の要部の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  照明部
２  光源
３  フライアイレンズ
４  ＰＳ変換素子
５  照明光学系
６，１０  ダイクロイックミラー
７，１１，１２  ミラー
８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ，８  空間変調素子
９  ダイクロイックプリズム
１３  投射光学系
１４ａ，１４ｂ  被写体
２１  カメラ部
２２  撮像光学系
２３  撮像素子
２４  測距センサ
３１  発光回路
３２  駆動回路
３３  投射光学系制御回路
３５  メモリ
３６  撮像光学系制御回路
３７  ホワイトバランス演算部
３８  動き検出部
３９  照明パラメータ設定部
４０  制御回路
４１，４２  光線シャッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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