撮影装置
【課題】光利用率を高めることができるとともに、光量変動を低減させた照明光を被写体に照射して撮影する。
【解決手段】２つの光源手段５ａ，５ｂと、各光源手段５ａ，５ｂからの照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段７と、偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチ９と、２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段１１とを備え、偏光分離手段７の各射出端面Ｆ１，Ｆ２と光路合成手段１１の射出端面Ｆ３とが略等しい面積を有する照明手段２と、照明光の光量を検出する光量検出手段１９と、撮影手段１３と、撮像手段１３の露光期間が１フレームの半分より長い場合に、検出された光量に基づいて、透過率特性の変化の始点または終点が、露光期間の終点または始点にほぼ一致するように、光源手段５ａ，５ｂの点滅および液晶スイッチ９の切替タイミングを制御する制御手段４とを備える撮影装置１を提供する。
【解決手段】２つの光源手段５ａ，５ｂと、各光源手段５ａ，５ｂからの照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段７と、偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチ９と、２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段１１とを備え、偏光分離手段７の各射出端面Ｆ１，Ｆ２と光路合成手段１１の射出端面Ｆ３とが略等しい面積を有する照明手段２と、照明光の光量を検出する光量検出手段１９と、撮影手段１３と、撮像手段１３の露光期間が１フレームの半分より長い場合に、検出された光量に基づいて、透過率特性の変化の始点または終点が、露光期間の終点または始点にほぼ一致するように、光源手段５ａ，５ｂの点滅および液晶スイッチ９の切替タイミングを制御する制御手段４とを備える撮影装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤのような高速パルス点灯可能な発光素子を用いて高出力かつ指向性の高い照明光を被写体に照射して撮影する撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のＬＥＤと、偏光ビームスプリッタと、液晶セルとを備えることにより、振動方向のそろった照明光を射出することのできる照明装置が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。この照明装置では、ＬＥＤを間欠的に駆動することにより、各ＬＥＤに対して定格よりも高めの電流を印加し、全体として輝度の高い照明光を出力している。
また、２つの光源から射出された照明光を偏光ビームスプリッタに対して異なる入射方向から入射させ、偏光ビームスプリッタにおいて、これら照明光を合成して共通する射出端面から射出させる光源装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５７８７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３８１８号公報
【特許文献３】特開２００６−０３４３３０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、従来の照明装置では、偏光ビームスプリッタへ入射する前段階での直線偏光化の効率が低いため、光の利用効率が低いという問題があった。
例えば、上述した特許文献１に開示されている発明では、光源部の反射による戻り光のリサイクルを前提としているため、偏光ビームスプリッタから射出される照明光の光量は、光源部における光の反射率に依存することとなり、光量の安定性に欠けるという問題がある。また、光源部の反射による戻り光がなければ、偏光ビームスプリッタから射出される照明光は所定の偏光方向の光に限られることから、光源部から射出される照明光の光量の１／２以下となり、光量の低下が著しい。
【０００５】
また、特許文献３に記載されている光源装置では、２つの光源の光路をビームスプリッタにより重ね合わせることが開示されているが、合成後の光束径が合成前の２倍となることから、エタンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）の関係により光利用率が低減するという問題がある。
ここで、エタンデュとは、ＬＥＤ等の光源と液晶セル等の空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に利用可能な光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積とで表したものである。つまり、光源から射出される照明光の光束径の面積と立体角との積が上記エタンデュを超えた場合には、超えた部分の光が有効利用されずに損失となり、光利用率が低減する。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光利用率を高めることができるとともに、光量変動を低減させた照明光を被写体に照射して撮影することができる撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、点滅駆動可能な２つの光源手段と、各光源手段から射出された照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光変換手段により分離された２つの偏光成分を入射させ、入射された偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチと、該液晶スイッチを透過した２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段とを備え、前記偏光分離手段の各射出端面と前記光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有する照明手段と、該照明手段から出射される照明光の光量を検出する光量検出手段と、前記照明手段から出射された照明光により照明された被写体を撮影する撮影手段と、該撮像手段の露光期間が１フレームの半分より長い場合に、前記光量検出手段により検出された光量に基づいて、前記液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化の始点または終点が、前記露光期間の終点または始点にほぼ一致するように、前記光源手段の点滅および前記液晶スイッチの切替タイミングを制御する制御手段とを備える撮影装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、２つの光源手段から射出された各照明光は、偏光分離手段において直交する２つの偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分）にそれぞれ分離される。分離された各偏光成分は、共通する液晶スイッチに入射され、偏光状態を調整された後に光路路合成手段により合成された同一の光路上の射出端面から出射される。
【０００９】
この場合に、各光源手段を間欠的に点滅させ、液晶スイッチの切替タイミングと各光源手段の点滅タイミングとを連携させることにより、各光源手段に定格よりも高い電流を印加することが可能となり、輝度の高い照明光を射出させることができる。
また、偏光分離手段の各射出端面と光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有するので、光路合成手段により光路を合成された照明光のエタンデュと合成前の各偏光成分のエタンデュとを略一定に保つことができる。これにより、照明光の利用率を向上させることができ、更に明るい照明光を射出させることができる。
【００１０】
照明手段からの明るい照明光が出射された被写体が、撮像手段の作動により撮影される。これにより、被写体の明るい画像を取得することができる。
この場合において、光量検出手段により検出された照明手段から出射される照明光の光量が液晶スイッチの切替の終点または視点において低下している場合には、制御手段が光源手段の点滅および液晶スイッチの切替タイミングを制御することにより、液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化の始点または終点が、露光期間の終点または始点にほぼ一致させられる。これにより、露光期間の始点または終点において、照明光の光量の低下が抑制され、光量変動の少ない照明光により照明した被写体を撮影することができる。
【００１１】
液晶スイッチの透過率特性は温度により大きく変化するので、液晶スイッチの透過率特性の変化の始点または終点は、温度によって移動する。本発明によれば、液晶スイッチの温度特性によって透過率特性の変化の始点または終点が変動しても、光量検出手段により検出された照明光の光量に基づいて制御手段を作動させることにより、液晶スイッチの透過率特性の変化期間と露光期間とが極力重複しないようにすることができる。その結果、撮像手段のシャッタースピードに関わらず、露光期間中に安定した照明光を被写体に照射して撮影することができる。
【００１２】
また、本発明は、点滅駆動可能な２つの光源手段と、各光源手段から射出された照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光変換手段により分離された２つの偏光成分を入射させ、入射された偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチと、該液晶スイッチを透過した２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段とを備え、前記偏光分離手段の各射出端面と前記光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有する照明手段と、該照明手段から出射される照明光の光量を検出する光量検出手段と、前記照明手段から出射された照明光により照明された被写体を撮影する撮影手段と、該撮像手段の露光期間が遮光期間より長い場合に、前記光量検出手段により検出された光量に基づいて、前記液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化期間が、前記遮光期間内に配されるように、前記光源手段の点滅および前記液晶スイッチの切替タイミングを制御する制御手段とを備える撮影装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、光量検出手段により検出された照明手段から出射される照明光の光量が液晶スイッチの切替の終点または視点において低下している場合には、制御手段が光源手段の点滅および液晶スイッチの切替タイミングを制御することにより、液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化期間が、遮光期間内に配される。これにより、露光期間内において、液晶スイッチの切替に基づく照明光の光量の低下が抑制され、光量変動の少ない照明光により照明した被写体を撮影することができる。
【００１４】
液晶スイッチの透過率特性は温度により大きく変化するので、液晶スイッチの透過率特性の変化期間は、温度によって移動する。本発明によれば、液晶スイッチの温度特性によって透過率特性の変化期間が変動しても、光量検出手段により検出された照明光の光量に基づいて制御手段を作動させることにより、液晶スイッチの透過率特性の変化期間と遮光期間とを重複させることができる。その結果、撮像手段のシャッタースピードに関わらず、露光期間中に安定した照明光を被写体に照射して撮影することができる。
【００１５】
上記発明においては、前記撮像手段の露光期間が１フレームの半分以下の場合に、前記制御手段が、いずれか一方の光源手段のみを点滅させるとともに、他方の光源手段の点灯を停止し、前記液晶スイッチの切替を停止するよう制御することとしてもよい。
このようにすることで、一方の光源手段のみを点滅させることで、該光源手段に定格よりも高い電流を印加することが可能となり、輝度の高い照明光を射出させることができる。また、一方の光源手段のみを点滅させ、液晶スイッチの切替を停止することにより、温度変化にかかわらず、一定の光量の照明光を発生させることができる。すなわち、シャッタースピードが速い場合においても、温度変化にかかわらず安定した明るい照明を行って、明るい画像を得ることができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記光源手段の電源投入を検出する電源投入検出部を備え、前記制御手段が、前記電源投入検出部からの検出信号に基づいて、前回の電源投入時に点滅させた光源手段とは異なる光源手段のみを点滅させるよう制御することとしてもよい。
このようにすることで、片方の光源手段のみが頻繁に使用されて劣化する不都合を防止して、長時間にわたり、安定した光量の照明光を照射して被写体を撮影することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光利用率を高めることができるとともに、光量変動を低減させた照明光を被写体に照射して撮影することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る撮影装置１について、図１〜図８を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る撮影装置１は、図１に示されるように、照明部２と、撮像部３と、これらを制御する制御部４とを備えている。図１は本実施形態に係る撮影装置１のブロック図である。
【００１９】
照明部２は、図２に示されるように、直交する方向に照明光を出射するように点滅駆動可能な２つのＬＥＤ（光源手段）５ａ，５ｂと、ＬＥＤ５ａ，５ｂから射出される照明光をそれぞれ導光するテーパロッド６ａ，６ｂと、該テーパロッド６ａ，６ｂにより導光された照明光に含まれるＰ偏光成分をそれぞれ透過し、Ｓ偏光成分をそれぞれ反射する偏光分離面７ａを有する偏光ビームスプリッタ７とを備えている。また照明部２は、該偏光ビームスプリッタ７の一方の射出端面Ｆ１から出射された偏光成分を９０°偏向して、他方の射出端面Ｆ２から出射された偏光成分と平行にする三角プリズム８と、偏光ビームスプリッタ７により分離された２つの偏光成分をそれぞれ入射させる液晶スイッチ９とを備えている。さらに、照明部２は、該液晶スイッチ９を透過した偏光成分のうち、偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ２から直接入射された偏光成分を９０°偏向させる三角プリズム１０と、該三角プリズム１０により９０°偏向された偏光成分および三角プリズム８を介して液晶スイッチ９を透過した偏光成分を入射させ、同一の射出端面Ｆ３から出射させる偏光ビームスプリッタ１１とを備えている。
【００２０】
液晶スイッチ９は、例えば、ＴＮ液晶であり、入射された偏光成分の偏光状態を、電圧無印加状態（以下、「オフ状態」という。）で９０°回転させ、電圧印加状態（以下、「オン状態」という。）を回転させずにそのまま透過させる特性を有している。
偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ１から射出されて液晶スイッチ９を透過した偏光成分は、三角プリズム１０により９０°偏向されて、偏光ビームスプリッタ１１に入射され、三角プリズム８から射出されて液晶スイッチ９を透過した偏光成分は、そのまま偏光ビームスプリッタ１１に入射されるようになっている。
【００２１】
偏光ビームスプリッタ１１において、互いに異なる入射端面から入射された偏光成分の光路は合成され、共通の射出端面Ｆ３から射出されるようになっている。この場合において、偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ３は、偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ１，Ｆ２と同等の面積を有している。換言すると、偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ３は、ＬＥＤ５ａ，５ｂからの照明光を偏光ビームスプリッタ７へそれぞれ導くテーパロッド６ａ，６ｂの射出端面と略同等の面積に設定されている。
【００２２】
撮像部３は、被写体からの光を集光する撮影光学系１２と、該撮影光学系１２により集光された被写体からの光を撮影する撮像素子１３とを備えている。撮像素子１３は、例えば、ＣＣＤ素子であり、被写体の２次元的な画像を取得することができるようになっている。
【００２３】
制御部４は、前記撮像素子１３の駆動信号を生成するＣＣＤコントローラ１４と、露光期間判定部１５と、電源投入回数判定部１６と、タイミング生成部１７と、光源制御部１８と、光量検出手段１９とを備えている。
前記露光期間判定部１５は、該ＣＣＤコントローラ１４において生成された露光期間（LIGHT_EN）に基づいて、当該露光期間が１フレームの半分以上か否かを判定し、タイミング生成部１７に対して判定情報を出力するようになっている。
【００２４】
前記電源投入回数判定部１６は、撮影装置１自体の電源が投入された回数を計数し、現在の電源投入回数が奇数か偶数かを判定して判定情報を出力するようになっている。
前記光量検出手段１９は、前記照明部２から出射された照明光の光量を随時検出するようになっている。
【００２５】
前記タイミング生成部１７は、前記ＣＣＤコントローラ１４において生成された垂直ブランキングの情報（VTG）、露光期間判定部１５から出力された露光期間の判定情報および電源投入回数判定部１６から出力された電源投入回数の判定情報および光量検出手段１９から出力された照明光の光量情報を受けて、ＬＥＤ５ａ，５ｂの切替タイミングを生成するとともに、液晶スイッチ９の切替タイミングを生成するようになっている。
前記光源制御部１８は、タイミング生成部１７から出力された２つのＬＥＤ５ａ，５ｂの切替指令信号（LED_TG）およびＣＣＤコントローラ１４から出力された露光期間を受けて、ＬＥＤ５ａ，５ｂのオン／オフを切り替えるＬＥＤ駆動信号（LED5a_ON，LED5b_ON）を出力するようになっている。
【００２６】
２つのＬＥＤ５ａ，５ｂを交互に点滅駆動するので、図３に破線で示されるように、２つのＬＥＤ５ａ，５ｂを定格の直流電流によって連続的に駆動する場合と比較して、各ＬＥＤに、それらの定格よりも大きい電流を印加することができ、明るい照明光を出射させることができるようになっている。
【００２７】
前記タイミング生成部１７におけるＬＥＤ５ａ，５ｂおよび液晶スイッチ９の切替タイミングについてさらに詳しく説明する。
まず、ＬＥＤ５ａ，５ｂの切替タイミングとしては、図４に示されるように、ＣＣＤコントローラ１４から出力された垂直ブランキングの略中央に設定している。垂直ブランキングの開始時刻は、撮像素子１３の露光期間の間に設けられる遮光期間の開始時刻に一致しており、垂直ブランキングの略中央にＬＥＤ５ａ，５ｂの切替タイミングを設定することにより、ＬＥＤ５ａ，５ｂの切替を遮光期間内に確実に行うことができるようになっている。
【００２８】
光源制御部１８は、タイミング生成部１７から出力される垂直ブランキングに対応したＬＥＤ５ａ，５ｂの切替指令信号（LED5a_TG，LED5b_TG）と、ＣＣＤコントローラ１４から出力される露光期間を示す信号（LIGHT_EN）との論理積により、ＬＥＤ駆動信号（LED5a_ON，LED5b_ON）を生成し、２つのＬＥＤ５ａ，５ｂのオンオフを切り替えるようになっている。
【００２９】
次に、液晶スイッチ９の切替タイミングについて説明する。液晶スイッチ９は、オン切替またはオフ切替のいずれかにおいて応答が遅くなる特性を有している。さらに、液晶スイッチ９の応答特性は、図８に示されるように、温度によって大きく変化する。
【００３０】
このため、液晶スイッチ９の切替タイミングを固定した場合には、図８に実線で示されるように、例えば、２５℃において露光期間の始点および終点において、高い光量の照明光を出射させることができるように設定されていたとしても、それよりも応答が遅くなる温度１０℃時（図中破線で示される。）には、露光期間の始点において光量が低下し、応答が速くなる温度４０℃時（図中一点鎖線で示される。）には、露光期間の終点において光量不足が発生する不都合が発生する。
【００３１】
そこで、本実施形態においては、タイミング生成部１７において、露光期間判定部１５から出力された判定情報に基づいて、露光期間が１フレームの半分より長い場合と、半分以下である場合とで制御を切り替えることとしている。
すなわち、露光期間が１フレームの半分より長い場合（シャッタースピードが遅い場合）には、タイミング生成部１７は、光量検出手段１９により検出された照明光の光量に基づいて、液晶スイッチ９の透過率特性の変化の始点が、露光期間の終点に一致するように液晶スイッチ９の切替タイミングを生成するようになっている。
【００３２】
さらに具体的には、図４に示されるように、一方のＬＥＤ５ａ，５ｂの発光開始付近のサンプリングポイントｂにおける光量と比較して、露光期間終了付近のサンプリングポイントｇにおける光量が低下している場合には、両サンプリングポイントｂ，ｇにおける光量が一致するように液晶スイッチ９の切替タイミングを遅らせていくようになっている。また、他方のＬＥＤ５ａ，５ｂの発光終了付近のサンプリングポイントＧにおける光量と比較して、露光期間開始付近のサンプリングポイントＤにおける光量が低下している場合には、サンプリングポイントｇにおける光量がサンプリングポイントｂにおける光量と比較して低下しない範囲で、両サンプリングポイントＤ，Ｇにおける光量が一致するように、液晶スイッチ９の切替タイミングを早めて行くようになっている。
【００３３】
また、露光期間が１フレームの半分以下である場合（シャッタースピードが速い場合）には、一方のＬＥＤ５ａ（またはＬＥＤ５ｂ）のみでシャッタースピードが遅い場合と同等の光量の照明光を得ることができるので、図５または図６に示されるように、一方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）のみを点滅駆動し、他方のＬＥＤ５ｂ（５ａ）の駆動を停止し、かつ、液晶スイッチ９の切替を停止することとしている。すなわち、液晶スイッチ９を切り替えないので、液晶スイッチ９の応答特性の遅れによる部分的な光量低下の問題が発生しないようになっている。
【００３４】
この場合に、一方のＬＥＤ５ａのみについて駆動し続ける場合には、当該ＬＥＤ５ａの早期劣化を招くことになるため、本実施形態においては、電源投入回数判定部１６から入力される電源投入回数に基づいて駆動するＬＥＤ５ａ，５ｂを電源投入毎に切り替えるようになっている。すなわち、タイミング生成部１７は、電源投入回数が偶数の場合と奇数の場合とで異なるＬＥＤ５ａ，５ｂを点滅駆動するようになっている。
【００３５】
このように構成された本実施形態に係る撮影装置１の作用について、図７に示されるフローチャートを参照して、以下に説明する。
本実施形態に係る撮影装置１を用いて被写体を撮影するには、制御部４は、まず、初期設定されたシャッタースピード、ＬＥＤ５ａ，５ｂの切替タイミングおよび液晶スイッチ９の切替タイミングで照明部２および撮像部３を駆動する（ステップＳ１）。
【００３６】
まず、図２に示すように、液晶スイッチ９がオン状態とされている期間においては、ＬＥＤ５ａが点灯し、ＬＥＤ５ｂが消灯する。ＬＥＤ５ａから射出された照明光は、テーパロッド６ａに入射され、指向性を高められた後に、偏光ビームスプリッタ７に入射させられる。照明光のＳ偏光成分は、偏光分離面７ａにおいて反射され、Ｐ偏光成分は偏光分離面７ａを透過することにより、ＬＥＤ５ａからの照明光はＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。
【００３７】
Ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ２から射出されて、液晶スイッチ９に入射される。液晶スイッチ９はオン状態とされているので、入射されたＰ偏光成分は、偏光方向を９０°旋回されることによりＳ偏光成分に変換される。変換されたＳ偏光成分は、三角プリズム１０によって９０°偏向されて、偏光ビームスプリッタ１１に入射される。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ７において、偏光分離面７ａにより反射されたＳ偏光成分は、三角プリズム８により９０°偏向されて、液晶スイッチ９に入射させられる。液晶スイッチ９はオン状態とされているので、当該Ｓ偏光成分は、偏光方向を９０°旋回されることによりＰ偏光成分に変換される。変換されたＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１１に入射させられ、三角プリズム１０からのＳ偏光成分と合成され、共通の射出端面Ｆ３から射出される。
【００３９】
一方、液晶スイッチ９がオフ状態とされている期間においては、ＬＥＤ５ａが消灯し、ＬＥＤ５ｂが点灯する。ＬＥＤ５ｂから射出された照明光は、テーパロッド６ｂに入射され、指向性が高められた後に、偏光ビームスプリッタ７に入射させられる。この照明光のＳ偏光成分は、偏光分離面７ａにおいて反射され、Ｐ偏光成分は偏光分離面７ａを透過することにより、ＬＥＤ５ｂからの照明光はＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。
【００４０】
Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ２から射出されて、液晶スイッチ９に入射される。液晶スイッチ９はオフ状態とされているので、入射されたＳ偏光成分は、偏光方向がそのまま維持されて液晶スイッチ９を透過し、その後、三角プリズム１０によって９０°偏向されて、偏光ビームスプリッタ１１に入射される。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ７の偏光分離面７ａを透過したＰ偏光成分は、三角プリズム８により９０°偏向されて、液晶スイッチ９に入射させられる。液晶スイッチ９はオフ状態とされているので、当該Ｐ偏光成分は、偏光方向がそのまま維持されて液晶スイッチ９を透過し、偏光ビームスプリッタ１１に入射させられ、三角プリズム１０からのＳ偏光成分と合成され、共通の射出端面Ｆ３から射出される。
【００４２】
すなわち、本実施形態に撮影装置１に備えられる照明部２によれば、２つのＬＥＤ５ａ，５ｂを交互に点滅駆動するので、各ＬＥＤ５ａ，５ｂの定格よりも大きい電流を印加することが可能となる。これにより、照明部２から射出する照明光の光量を高めることができる。
【００４３】
更に、照明部２によれば、偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ３が、偏光ビームスプリッタ７の２つの射出端面Ｆ１，Ｆ２と略等しい面積を有するので、偏光ビームスプリッタ７によって分離された照明光の光束径と、偏光ビームスプリッタ１１により合成された後の照明光の光束径とを同等に保つことができる。合成前と合成後におけるエタンデュを一定に維持することができる。このように、分離した照明光を、エタンデュを増加させずに合成することができ、光利用率を向上させることが可能となる。
【００４４】
次いで、制御部４は、撮像素子１３の露光期間の設定を行う。露光期間の設定は、例えば、取得された画像に輝度の飽和する画素が存在するか否かに基づいて行う。輝度の飽和する画素が存在する場合に、露光期間を短くしていく。これにより、露光期間が決定される。
【００４５】
１枚の画像を取得するための１フレームの期間は固定されているので、露光期間が決定されると、露光を行わない遮光期間も設定される。そして、ＣＣＤコントローラ１４からは、露光期間情報（LIGHT_EN）が露光期間判定部１５に対して出力され、露光期間判定部１５においては、それが１フレームの半分以上か否かが判定される（ステップＳ２）。
【００４６】
また、ＣＣＤコントローラ１４からは、設定された露光期間に基づいて決定された垂直ブランキングの期間を示すブランキング情報（VTG）が、タイミング生成部１７に出力される。また、光量検出手段１９からは、照明部２から出力される照明光の光量情報がタイミング生成部１７に出力される。さらに、電源投入回数判定部１６からは、電源投入回数がタイミング生成部１７に入力される。
【００４７】
露光期間の判定の結果、露光期間が１フレームの半分より長い場合には、タイミング生成部１７は、２つのＬＥＤ５ａ，５ｂを切り替えて点滅駆動することとし、垂直ブランキングの期間の略中央においてＬＥＤ５ａからＬＥＤ５ｂへの切替を行う。また、タイミング生成部１７は、所定の切替タイミングで液晶スイッチ９をオンオフ駆動する（ステップＳ３）。
【００４８】
そして、光量検出手段１９により照明部２から出射される光量を検出し（ステップＳ４）、タイミング生成部１７が、光量検出手段１９により検出された光量を、まず、サンプリングポイントｂ，ｇで比較して、露光期間の終点において光量低下があるか否かを判定する（ステップＳ５）。判定の結果、光量低下が存在する場合には、液晶スイッチ９の立ち下がりエッジを遅らせる方向に切替タイミングをずらしていく（ステップＳ６）。
【００４９】
一方、露光期間の終点において光量低下がない場合には、光量検出手段１９により検出された光量を、サンプリングポイントＤ，Ｇにおいて比較して、露光期間の始点において光量低下があるか否かを判定し（ステップＳ７）、光量低下が存在する場合には、サンプリングポイントｇにおける光量がサンプリングポイントｂにおける光量と比較して低下しない範囲で、液晶スイッチ９の立ち上がりエッジを早める方向に切替タイミングをずらしていく（ステップＳ８）。
【００５０】
これにより、図４に示されるように、液晶スイッチ９の透過率特性の変化期間の始点が、露光期間の終点に一致させられるので、ＬＥＤ５ａによる露光期間の全範囲にわたって、一定の光量の照明光を発生させることができるとともに、ＬＥＤ５ｂによる露光期間の始点付近の光量低下を最小限に抑えることができる。
【００５１】
一方、露光期間の判定の結果、露光期間が１フレームの半分以下である場合には、図５および図６に示されるように、タイミング生成部１７は、電源投入回数判定部１６からの入力を判定し（ステップＳ９）、例えば、電源投入回数が奇数回である場合には、一方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）を点滅駆動し、他方のＬＥＤ５ｂ（５ａ）の駆動を停止することとし、垂直ブランキングの期間の略中央においてＬＥＤ５ａ（５ｂ）からＬＥＤ５ｂ（５ａ）への切替を行う（ステップＳ１０）。また、電源投入回数が偶数回である場合には、一方のＬＥＤ５ｂ（５ａ）を点滅駆動し、他方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）の駆動を停止することとし、垂直ブランキングの期間の略中央においてＬＥＤ５ｂ（５ａ）からＬＥＤ５ａ（５ｂ）への切替を行う（ステップＳ１１）。
また、タイミング生成部１７では、駆動するＬＥＤ５ａ，５ｂに応じて、液晶スイッチ９をオン状態またはオフ状態に連続して維持する。
【００５２】
このように、本実施形態に係る撮影装置１によれば、照明部２からエタンデュを維持した照明光を被写体に照射して、ＬＥＤ５ａ，５ｂから発せられる照明光を無駄なく利用して、低消費電力で明るい画像を取得することができる。
そして、露光期間が１フレームの半分より長い場合には、液晶スイッチ９の透過率特性の変化期間が温度によって変化しても、露光期間の終点における光量の低下をなくし、かつ、露光期間の始点における光量の低下を最小限に抑えるので、光量不足や過度の光量変動の発生を未然に防止することができる。
【００５３】
また、露光期間が１フレームの半分以下の場合には、液晶スイッチ９を切り替えることなく連続的にオン状態またはオフ状態に維持するので、温度変化に基づく透過率特性の変化を考慮する必要がなく、安定した高輝度の照明光を照射することができる。したがって、シャッタースピードが速い場合においても、露光期間において適正な照明光を照射して、明るい画像を取得することができる。
【００５４】
さらに、電源投入回数に応じて点滅させるＬＥＤ５ａ，５ｂを切り替えることにより、片方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）のみの劣化が進んで、寿命による光量低下を生じてしまう不都合を防止することができる。したがって、一方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）のみを点滅駆動している状態から露光期間が延びて両方のＬＥＤ５ａ，５ｂを点滅駆動する状態に切り替わったときに、急激に光量が増大する不都合の発生を防止することができる。
【００５５】
なお、本実施形態においては、液晶スイッチ９の透過率特性の変化期間の始点を撮像素子１３の露光期間の終点に一致させるように制御することとしたが、これに代えて、液晶スイッチ９の透過率特性の変化期間の終点を撮像素子１３の露光期間の始点に一致させるように制御することとしてもよい。また、遮光期間の略中央と透過率特性の略中央とを一致させるように制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮影装置を説明するブロック図である。
【図２】図１の撮影装置の照明部の構造と動作を説明する図である。
【図３】図２の照明部から出射される照明光の光量の時間変化を示すグラフである。
【図４】図１の撮影装置において、撮像素子の露光期間が１フレームの半分より長い場合のタイミングチャートを示す図である。
【図５】図１の撮影装置において、撮像素子の露光期間が１フレームの半分以下の場合の一方のＬＥＤを点滅駆動する場合のタイミングチャートを示す図である。
【図６】図１の撮影装置において、撮像素子の露光期間が１フレームの半分以下の場合の他方のＬＥＤを点滅駆動する場合のタイミングチャートを示す図である。
【図７】図１の撮影装置における制御部の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図１の撮影装置において、液晶スイッチの切替タイミングを固定した場合のタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 射出端面
１ 撮影装置
２ 照明部（照明手段）
３ 撮影部（撮影手段）
４ 制御部（制御手段）
５ａ，５ｂ ＬＥＤ（光源手段）
７ 偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）
９ 液晶スイッチ
１１ 偏光ビームスプリッタ（光路合成手段）
１６ 電源投入回数判定部（電源投入検出部）
１９ 光量検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤのような高速パルス点灯可能な発光素子を用いて高出力かつ指向性の高い照明光を被写体に照射して撮影する撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のＬＥＤと、偏光ビームスプリッタと、液晶セルとを備えることにより、振動方向のそろった照明光を射出することのできる照明装置が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。この照明装置では、ＬＥＤを間欠的に駆動することにより、各ＬＥＤに対して定格よりも高めの電流を印加し、全体として輝度の高い照明光を出力している。
また、２つの光源から射出された照明光を偏光ビームスプリッタに対して異なる入射方向から入射させ、偏光ビームスプリッタにおいて、これら照明光を合成して共通する射出端面から射出させる光源装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５７８７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３８１８号公報
【特許文献３】特開２００６−０３４３３０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、従来の照明装置では、偏光ビームスプリッタへ入射する前段階での直線偏光化の効率が低いため、光の利用効率が低いという問題があった。
例えば、上述した特許文献１に開示されている発明では、光源部の反射による戻り光のリサイクルを前提としているため、偏光ビームスプリッタから射出される照明光の光量は、光源部における光の反射率に依存することとなり、光量の安定性に欠けるという問題がある。また、光源部の反射による戻り光がなければ、偏光ビームスプリッタから射出される照明光は所定の偏光方向の光に限られることから、光源部から射出される照明光の光量の１／２以下となり、光量の低下が著しい。
【０００５】
また、特許文献３に記載されている光源装置では、２つの光源の光路をビームスプリッタにより重ね合わせることが開示されているが、合成後の光束径が合成前の２倍となることから、エタンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）の関係により光利用率が低減するという問題がある。
ここで、エタンデュとは、ＬＥＤ等の光源と液晶セル等の空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に利用可能な光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積とで表したものである。つまり、光源から射出される照明光の光束径の面積と立体角との積が上記エタンデュを超えた場合には、超えた部分の光が有効利用されずに損失となり、光利用率が低減する。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光利用率を高めることができるとともに、光量変動を低減させた照明光を被写体に照射して撮影することができる撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、点滅駆動可能な２つの光源手段と、各光源手段から射出された照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光変換手段により分離された２つの偏光成分を入射させ、入射された偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチと、該液晶スイッチを透過した２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段とを備え、前記偏光分離手段の各射出端面と前記光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有する照明手段と、該照明手段から出射される照明光の光量を検出する光量検出手段と、前記照明手段から出射された照明光により照明された被写体を撮影する撮影手段と、該撮像手段の露光期間が１フレームの半分より長い場合に、前記光量検出手段により検出された光量に基づいて、前記液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化の始点または終点が、前記露光期間の終点または始点にほぼ一致するように、前記光源手段の点滅および前記液晶スイッチの切替タイミングを制御する制御手段とを備える撮影装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、２つの光源手段から射出された各照明光は、偏光分離手段において直交する２つの偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分）にそれぞれ分離される。分離された各偏光成分は、共通する液晶スイッチに入射され、偏光状態を調整された後に光路路合成手段により合成された同一の光路上の射出端面から出射される。
【０００９】
この場合に、各光源手段を間欠的に点滅させ、液晶スイッチの切替タイミングと各光源手段の点滅タイミングとを連携させることにより、各光源手段に定格よりも高い電流を印加することが可能となり、輝度の高い照明光を射出させることができる。
また、偏光分離手段の各射出端面と光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有するので、光路合成手段により光路を合成された照明光のエタンデュと合成前の各偏光成分のエタンデュとを略一定に保つことができる。これにより、照明光の利用率を向上させることができ、更に明るい照明光を射出させることができる。
【００１０】
照明手段からの明るい照明光が出射された被写体が、撮像手段の作動により撮影される。これにより、被写体の明るい画像を取得することができる。
この場合において、光量検出手段により検出された照明手段から出射される照明光の光量が液晶スイッチの切替の終点または視点において低下している場合には、制御手段が光源手段の点滅および液晶スイッチの切替タイミングを制御することにより、液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化の始点または終点が、露光期間の終点または始点にほぼ一致させられる。これにより、露光期間の始点または終点において、照明光の光量の低下が抑制され、光量変動の少ない照明光により照明した被写体を撮影することができる。
【００１１】
液晶スイッチの透過率特性は温度により大きく変化するので、液晶スイッチの透過率特性の変化の始点または終点は、温度によって移動する。本発明によれば、液晶スイッチの温度特性によって透過率特性の変化の始点または終点が変動しても、光量検出手段により検出された照明光の光量に基づいて制御手段を作動させることにより、液晶スイッチの透過率特性の変化期間と露光期間とが極力重複しないようにすることができる。その結果、撮像手段のシャッタースピードに関わらず、露光期間中に安定した照明光を被写体に照射して撮影することができる。
【００１２】
また、本発明は、点滅駆動可能な２つの光源手段と、各光源手段から射出された照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光変換手段により分離された２つの偏光成分を入射させ、入射された偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチと、該液晶スイッチを透過した２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段とを備え、前記偏光分離手段の各射出端面と前記光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有する照明手段と、該照明手段から出射される照明光の光量を検出する光量検出手段と、前記照明手段から出射された照明光により照明された被写体を撮影する撮影手段と、該撮像手段の露光期間が遮光期間より長い場合に、前記光量検出手段により検出された光量に基づいて、前記液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化期間が、前記遮光期間内に配されるように、前記光源手段の点滅および前記液晶スイッチの切替タイミングを制御する制御手段とを備える撮影装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、光量検出手段により検出された照明手段から出射される照明光の光量が液晶スイッチの切替の終点または視点において低下している場合には、制御手段が光源手段の点滅および液晶スイッチの切替タイミングを制御することにより、液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化期間が、遮光期間内に配される。これにより、露光期間内において、液晶スイッチの切替に基づく照明光の光量の低下が抑制され、光量変動の少ない照明光により照明した被写体を撮影することができる。
【００１４】
液晶スイッチの透過率特性は温度により大きく変化するので、液晶スイッチの透過率特性の変化期間は、温度によって移動する。本発明によれば、液晶スイッチの温度特性によって透過率特性の変化期間が変動しても、光量検出手段により検出された照明光の光量に基づいて制御手段を作動させることにより、液晶スイッチの透過率特性の変化期間と遮光期間とを重複させることができる。その結果、撮像手段のシャッタースピードに関わらず、露光期間中に安定した照明光を被写体に照射して撮影することができる。
【００１５】
上記発明においては、前記撮像手段の露光期間が１フレームの半分以下の場合に、前記制御手段が、いずれか一方の光源手段のみを点滅させるとともに、他方の光源手段の点灯を停止し、前記液晶スイッチの切替を停止するよう制御することとしてもよい。
このようにすることで、一方の光源手段のみを点滅させることで、該光源手段に定格よりも高い電流を印加することが可能となり、輝度の高い照明光を射出させることができる。また、一方の光源手段のみを点滅させ、液晶スイッチの切替を停止することにより、温度変化にかかわらず、一定の光量の照明光を発生させることができる。すなわち、シャッタースピードが速い場合においても、温度変化にかかわらず安定した明るい照明を行って、明るい画像を得ることができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記光源手段の電源投入を検出する電源投入検出部を備え、前記制御手段が、前記電源投入検出部からの検出信号に基づいて、前回の電源投入時に点滅させた光源手段とは異なる光源手段のみを点滅させるよう制御することとしてもよい。
このようにすることで、片方の光源手段のみが頻繁に使用されて劣化する不都合を防止して、長時間にわたり、安定した光量の照明光を照射して被写体を撮影することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光利用率を高めることができるとともに、光量変動を低減させた照明光を被写体に照射して撮影することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る撮影装置１について、図１〜図８を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る撮影装置１は、図１に示されるように、照明部２と、撮像部３と、これらを制御する制御部４とを備えている。図１は本実施形態に係る撮影装置１のブロック図である。
【００１９】
照明部２は、図２に示されるように、直交する方向に照明光を出射するように点滅駆動可能な２つのＬＥＤ（光源手段）５ａ，５ｂと、ＬＥＤ５ａ，５ｂから射出される照明光をそれぞれ導光するテーパロッド６ａ，６ｂと、該テーパロッド６ａ，６ｂにより導光された照明光に含まれるＰ偏光成分をそれぞれ透過し、Ｓ偏光成分をそれぞれ反射する偏光分離面７ａを有する偏光ビームスプリッタ７とを備えている。また照明部２は、該偏光ビームスプリッタ７の一方の射出端面Ｆ１から出射された偏光成分を９０°偏向して、他方の射出端面Ｆ２から出射された偏光成分と平行にする三角プリズム８と、偏光ビームスプリッタ７により分離された２つの偏光成分をそれぞれ入射させる液晶スイッチ９とを備えている。さらに、照明部２は、該液晶スイッチ９を透過した偏光成分のうち、偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ２から直接入射された偏光成分を９０°偏向させる三角プリズム１０と、該三角プリズム１０により９０°偏向された偏光成分および三角プリズム８を介して液晶スイッチ９を透過した偏光成分を入射させ、同一の射出端面Ｆ３から出射させる偏光ビームスプリッタ１１とを備えている。
【００２０】
液晶スイッチ９は、例えば、ＴＮ液晶であり、入射された偏光成分の偏光状態を、電圧無印加状態（以下、「オフ状態」という。）で９０°回転させ、電圧印加状態（以下、「オン状態」という。）を回転させずにそのまま透過させる特性を有している。
偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ１から射出されて液晶スイッチ９を透過した偏光成分は、三角プリズム１０により９０°偏向されて、偏光ビームスプリッタ１１に入射され、三角プリズム８から射出されて液晶スイッチ９を透過した偏光成分は、そのまま偏光ビームスプリッタ１１に入射されるようになっている。
【００２１】
偏光ビームスプリッタ１１において、互いに異なる入射端面から入射された偏光成分の光路は合成され、共通の射出端面Ｆ３から射出されるようになっている。この場合において、偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ３は、偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ１，Ｆ２と同等の面積を有している。換言すると、偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ３は、ＬＥＤ５ａ，５ｂからの照明光を偏光ビームスプリッタ７へそれぞれ導くテーパロッド６ａ，６ｂの射出端面と略同等の面積に設定されている。
【００２２】
撮像部３は、被写体からの光を集光する撮影光学系１２と、該撮影光学系１２により集光された被写体からの光を撮影する撮像素子１３とを備えている。撮像素子１３は、例えば、ＣＣＤ素子であり、被写体の２次元的な画像を取得することができるようになっている。
【００２３】
制御部４は、前記撮像素子１３の駆動信号を生成するＣＣＤコントローラ１４と、露光期間判定部１５と、電源投入回数判定部１６と、タイミング生成部１７と、光源制御部１８と、光量検出手段１９とを備えている。
前記露光期間判定部１５は、該ＣＣＤコントローラ１４において生成された露光期間（LIGHT_EN）に基づいて、当該露光期間が１フレームの半分以上か否かを判定し、タイミング生成部１７に対して判定情報を出力するようになっている。
【００２４】
前記電源投入回数判定部１６は、撮影装置１自体の電源が投入された回数を計数し、現在の電源投入回数が奇数か偶数かを判定して判定情報を出力するようになっている。
前記光量検出手段１９は、前記照明部２から出射された照明光の光量を随時検出するようになっている。
【００２５】
前記タイミング生成部１７は、前記ＣＣＤコントローラ１４において生成された垂直ブランキングの情報（VTG）、露光期間判定部１５から出力された露光期間の判定情報および電源投入回数判定部１６から出力された電源投入回数の判定情報および光量検出手段１９から出力された照明光の光量情報を受けて、ＬＥＤ５ａ，５ｂの切替タイミングを生成するとともに、液晶スイッチ９の切替タイミングを生成するようになっている。
前記光源制御部１８は、タイミング生成部１７から出力された２つのＬＥＤ５ａ，５ｂの切替指令信号（LED_TG）およびＣＣＤコントローラ１４から出力された露光期間を受けて、ＬＥＤ５ａ，５ｂのオン／オフを切り替えるＬＥＤ駆動信号（LED5a_ON，LED5b_ON）を出力するようになっている。
【００２６】
２つのＬＥＤ５ａ，５ｂを交互に点滅駆動するので、図３に破線で示されるように、２つのＬＥＤ５ａ，５ｂを定格の直流電流によって連続的に駆動する場合と比較して、各ＬＥＤに、それらの定格よりも大きい電流を印加することができ、明るい照明光を出射させることができるようになっている。
【００２７】
前記タイミング生成部１７におけるＬＥＤ５ａ，５ｂおよび液晶スイッチ９の切替タイミングについてさらに詳しく説明する。
まず、ＬＥＤ５ａ，５ｂの切替タイミングとしては、図４に示されるように、ＣＣＤコントローラ１４から出力された垂直ブランキングの略中央に設定している。垂直ブランキングの開始時刻は、撮像素子１３の露光期間の間に設けられる遮光期間の開始時刻に一致しており、垂直ブランキングの略中央にＬＥＤ５ａ，５ｂの切替タイミングを設定することにより、ＬＥＤ５ａ，５ｂの切替を遮光期間内に確実に行うことができるようになっている。
【００２８】
光源制御部１８は、タイミング生成部１７から出力される垂直ブランキングに対応したＬＥＤ５ａ，５ｂの切替指令信号（LED5a_TG，LED5b_TG）と、ＣＣＤコントローラ１４から出力される露光期間を示す信号（LIGHT_EN）との論理積により、ＬＥＤ駆動信号（LED5a_ON，LED5b_ON）を生成し、２つのＬＥＤ５ａ，５ｂのオンオフを切り替えるようになっている。
【００２９】
次に、液晶スイッチ９の切替タイミングについて説明する。液晶スイッチ９は、オン切替またはオフ切替のいずれかにおいて応答が遅くなる特性を有している。さらに、液晶スイッチ９の応答特性は、図８に示されるように、温度によって大きく変化する。
【００３０】
このため、液晶スイッチ９の切替タイミングを固定した場合には、図８に実線で示されるように、例えば、２５℃において露光期間の始点および終点において、高い光量の照明光を出射させることができるように設定されていたとしても、それよりも応答が遅くなる温度１０℃時（図中破線で示される。）には、露光期間の始点において光量が低下し、応答が速くなる温度４０℃時（図中一点鎖線で示される。）には、露光期間の終点において光量不足が発生する不都合が発生する。
【００３１】
そこで、本実施形態においては、タイミング生成部１７において、露光期間判定部１５から出力された判定情報に基づいて、露光期間が１フレームの半分より長い場合と、半分以下である場合とで制御を切り替えることとしている。
すなわち、露光期間が１フレームの半分より長い場合（シャッタースピードが遅い場合）には、タイミング生成部１７は、光量検出手段１９により検出された照明光の光量に基づいて、液晶スイッチ９の透過率特性の変化の始点が、露光期間の終点に一致するように液晶スイッチ９の切替タイミングを生成するようになっている。
【００３２】
さらに具体的には、図４に示されるように、一方のＬＥＤ５ａ，５ｂの発光開始付近のサンプリングポイントｂにおける光量と比較して、露光期間終了付近のサンプリングポイントｇにおける光量が低下している場合には、両サンプリングポイントｂ，ｇにおける光量が一致するように液晶スイッチ９の切替タイミングを遅らせていくようになっている。また、他方のＬＥＤ５ａ，５ｂの発光終了付近のサンプリングポイントＧにおける光量と比較して、露光期間開始付近のサンプリングポイントＤにおける光量が低下している場合には、サンプリングポイントｇにおける光量がサンプリングポイントｂにおける光量と比較して低下しない範囲で、両サンプリングポイントＤ，Ｇにおける光量が一致するように、液晶スイッチ９の切替タイミングを早めて行くようになっている。
【００３３】
また、露光期間が１フレームの半分以下である場合（シャッタースピードが速い場合）には、一方のＬＥＤ５ａ（またはＬＥＤ５ｂ）のみでシャッタースピードが遅い場合と同等の光量の照明光を得ることができるので、図５または図６に示されるように、一方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）のみを点滅駆動し、他方のＬＥＤ５ｂ（５ａ）の駆動を停止し、かつ、液晶スイッチ９の切替を停止することとしている。すなわち、液晶スイッチ９を切り替えないので、液晶スイッチ９の応答特性の遅れによる部分的な光量低下の問題が発生しないようになっている。
【００３４】
この場合に、一方のＬＥＤ５ａのみについて駆動し続ける場合には、当該ＬＥＤ５ａの早期劣化を招くことになるため、本実施形態においては、電源投入回数判定部１６から入力される電源投入回数に基づいて駆動するＬＥＤ５ａ，５ｂを電源投入毎に切り替えるようになっている。すなわち、タイミング生成部１７は、電源投入回数が偶数の場合と奇数の場合とで異なるＬＥＤ５ａ，５ｂを点滅駆動するようになっている。
【００３５】
このように構成された本実施形態に係る撮影装置１の作用について、図７に示されるフローチャートを参照して、以下に説明する。
本実施形態に係る撮影装置１を用いて被写体を撮影するには、制御部４は、まず、初期設定されたシャッタースピード、ＬＥＤ５ａ，５ｂの切替タイミングおよび液晶スイッチ９の切替タイミングで照明部２および撮像部３を駆動する（ステップＳ１）。
【００３６】
まず、図２に示すように、液晶スイッチ９がオン状態とされている期間においては、ＬＥＤ５ａが点灯し、ＬＥＤ５ｂが消灯する。ＬＥＤ５ａから射出された照明光は、テーパロッド６ａに入射され、指向性を高められた後に、偏光ビームスプリッタ７に入射させられる。照明光のＳ偏光成分は、偏光分離面７ａにおいて反射され、Ｐ偏光成分は偏光分離面７ａを透過することにより、ＬＥＤ５ａからの照明光はＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。
【００３７】
Ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ２から射出されて、液晶スイッチ９に入射される。液晶スイッチ９はオン状態とされているので、入射されたＰ偏光成分は、偏光方向を９０°旋回されることによりＳ偏光成分に変換される。変換されたＳ偏光成分は、三角プリズム１０によって９０°偏向されて、偏光ビームスプリッタ１１に入射される。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ７において、偏光分離面７ａにより反射されたＳ偏光成分は、三角プリズム８により９０°偏向されて、液晶スイッチ９に入射させられる。液晶スイッチ９はオン状態とされているので、当該Ｓ偏光成分は、偏光方向を９０°旋回されることによりＰ偏光成分に変換される。変換されたＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１１に入射させられ、三角プリズム１０からのＳ偏光成分と合成され、共通の射出端面Ｆ３から射出される。
【００３９】
一方、液晶スイッチ９がオフ状態とされている期間においては、ＬＥＤ５ａが消灯し、ＬＥＤ５ｂが点灯する。ＬＥＤ５ｂから射出された照明光は、テーパロッド６ｂに入射され、指向性が高められた後に、偏光ビームスプリッタ７に入射させられる。この照明光のＳ偏光成分は、偏光分離面７ａにおいて反射され、Ｐ偏光成分は偏光分離面７ａを透過することにより、ＬＥＤ５ｂからの照明光はＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。
【００４０】
Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ７の射出端面Ｆ２から射出されて、液晶スイッチ９に入射される。液晶スイッチ９はオフ状態とされているので、入射されたＳ偏光成分は、偏光方向がそのまま維持されて液晶スイッチ９を透過し、その後、三角プリズム１０によって９０°偏向されて、偏光ビームスプリッタ１１に入射される。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ７の偏光分離面７ａを透過したＰ偏光成分は、三角プリズム８により９０°偏向されて、液晶スイッチ９に入射させられる。液晶スイッチ９はオフ状態とされているので、当該Ｐ偏光成分は、偏光方向がそのまま維持されて液晶スイッチ９を透過し、偏光ビームスプリッタ１１に入射させられ、三角プリズム１０からのＳ偏光成分と合成され、共通の射出端面Ｆ３から射出される。
【００４２】
すなわち、本実施形態に撮影装置１に備えられる照明部２によれば、２つのＬＥＤ５ａ，５ｂを交互に点滅駆動するので、各ＬＥＤ５ａ，５ｂの定格よりも大きい電流を印加することが可能となる。これにより、照明部２から射出する照明光の光量を高めることができる。
【００４３】
更に、照明部２によれば、偏光ビームスプリッタ１１の射出端面Ｆ３が、偏光ビームスプリッタ７の２つの射出端面Ｆ１，Ｆ２と略等しい面積を有するので、偏光ビームスプリッタ７によって分離された照明光の光束径と、偏光ビームスプリッタ１１により合成された後の照明光の光束径とを同等に保つことができる。合成前と合成後におけるエタンデュを一定に維持することができる。このように、分離した照明光を、エタンデュを増加させずに合成することができ、光利用率を向上させることが可能となる。
【００４４】
次いで、制御部４は、撮像素子１３の露光期間の設定を行う。露光期間の設定は、例えば、取得された画像に輝度の飽和する画素が存在するか否かに基づいて行う。輝度の飽和する画素が存在する場合に、露光期間を短くしていく。これにより、露光期間が決定される。
【００４５】
１枚の画像を取得するための１フレームの期間は固定されているので、露光期間が決定されると、露光を行わない遮光期間も設定される。そして、ＣＣＤコントローラ１４からは、露光期間情報（LIGHT_EN）が露光期間判定部１５に対して出力され、露光期間判定部１５においては、それが１フレームの半分以上か否かが判定される（ステップＳ２）。
【００４６】
また、ＣＣＤコントローラ１４からは、設定された露光期間に基づいて決定された垂直ブランキングの期間を示すブランキング情報（VTG）が、タイミング生成部１７に出力される。また、光量検出手段１９からは、照明部２から出力される照明光の光量情報がタイミング生成部１７に出力される。さらに、電源投入回数判定部１６からは、電源投入回数がタイミング生成部１７に入力される。
【００４７】
露光期間の判定の結果、露光期間が１フレームの半分より長い場合には、タイミング生成部１７は、２つのＬＥＤ５ａ，５ｂを切り替えて点滅駆動することとし、垂直ブランキングの期間の略中央においてＬＥＤ５ａからＬＥＤ５ｂへの切替を行う。また、タイミング生成部１７は、所定の切替タイミングで液晶スイッチ９をオンオフ駆動する（ステップＳ３）。
【００４８】
そして、光量検出手段１９により照明部２から出射される光量を検出し（ステップＳ４）、タイミング生成部１７が、光量検出手段１９により検出された光量を、まず、サンプリングポイントｂ，ｇで比較して、露光期間の終点において光量低下があるか否かを判定する（ステップＳ５）。判定の結果、光量低下が存在する場合には、液晶スイッチ９の立ち下がりエッジを遅らせる方向に切替タイミングをずらしていく（ステップＳ６）。
【００４９】
一方、露光期間の終点において光量低下がない場合には、光量検出手段１９により検出された光量を、サンプリングポイントＤ，Ｇにおいて比較して、露光期間の始点において光量低下があるか否かを判定し（ステップＳ７）、光量低下が存在する場合には、サンプリングポイントｇにおける光量がサンプリングポイントｂにおける光量と比較して低下しない範囲で、液晶スイッチ９の立ち上がりエッジを早める方向に切替タイミングをずらしていく（ステップＳ８）。
【００５０】
これにより、図４に示されるように、液晶スイッチ９の透過率特性の変化期間の始点が、露光期間の終点に一致させられるので、ＬＥＤ５ａによる露光期間の全範囲にわたって、一定の光量の照明光を発生させることができるとともに、ＬＥＤ５ｂによる露光期間の始点付近の光量低下を最小限に抑えることができる。
【００５１】
一方、露光期間の判定の結果、露光期間が１フレームの半分以下である場合には、図５および図６に示されるように、タイミング生成部１７は、電源投入回数判定部１６からの入力を判定し（ステップＳ９）、例えば、電源投入回数が奇数回である場合には、一方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）を点滅駆動し、他方のＬＥＤ５ｂ（５ａ）の駆動を停止することとし、垂直ブランキングの期間の略中央においてＬＥＤ５ａ（５ｂ）からＬＥＤ５ｂ（５ａ）への切替を行う（ステップＳ１０）。また、電源投入回数が偶数回である場合には、一方のＬＥＤ５ｂ（５ａ）を点滅駆動し、他方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）の駆動を停止することとし、垂直ブランキングの期間の略中央においてＬＥＤ５ｂ（５ａ）からＬＥＤ５ａ（５ｂ）への切替を行う（ステップＳ１１）。
また、タイミング生成部１７では、駆動するＬＥＤ５ａ，５ｂに応じて、液晶スイッチ９をオン状態またはオフ状態に連続して維持する。
【００５２】
このように、本実施形態に係る撮影装置１によれば、照明部２からエタンデュを維持した照明光を被写体に照射して、ＬＥＤ５ａ，５ｂから発せられる照明光を無駄なく利用して、低消費電力で明るい画像を取得することができる。
そして、露光期間が１フレームの半分より長い場合には、液晶スイッチ９の透過率特性の変化期間が温度によって変化しても、露光期間の終点における光量の低下をなくし、かつ、露光期間の始点における光量の低下を最小限に抑えるので、光量不足や過度の光量変動の発生を未然に防止することができる。
【００５３】
また、露光期間が１フレームの半分以下の場合には、液晶スイッチ９を切り替えることなく連続的にオン状態またはオフ状態に維持するので、温度変化に基づく透過率特性の変化を考慮する必要がなく、安定した高輝度の照明光を照射することができる。したがって、シャッタースピードが速い場合においても、露光期間において適正な照明光を照射して、明るい画像を取得することができる。
【００５４】
さらに、電源投入回数に応じて点滅させるＬＥＤ５ａ，５ｂを切り替えることにより、片方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）のみの劣化が進んで、寿命による光量低下を生じてしまう不都合を防止することができる。したがって、一方のＬＥＤ５ａ（５ｂ）のみを点滅駆動している状態から露光期間が延びて両方のＬＥＤ５ａ，５ｂを点滅駆動する状態に切り替わったときに、急激に光量が増大する不都合の発生を防止することができる。
【００５５】
なお、本実施形態においては、液晶スイッチ９の透過率特性の変化期間の始点を撮像素子１３の露光期間の終点に一致させるように制御することとしたが、これに代えて、液晶スイッチ９の透過率特性の変化期間の終点を撮像素子１３の露光期間の始点に一致させるように制御することとしてもよい。また、遮光期間の略中央と透過率特性の略中央とを一致させるように制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮影装置を説明するブロック図である。
【図２】図１の撮影装置の照明部の構造と動作を説明する図である。
【図３】図２の照明部から出射される照明光の光量の時間変化を示すグラフである。
【図４】図１の撮影装置において、撮像素子の露光期間が１フレームの半分より長い場合のタイミングチャートを示す図である。
【図５】図１の撮影装置において、撮像素子の露光期間が１フレームの半分以下の場合の一方のＬＥＤを点滅駆動する場合のタイミングチャートを示す図である。
【図６】図１の撮影装置において、撮像素子の露光期間が１フレームの半分以下の場合の他方のＬＥＤを点滅駆動する場合のタイミングチャートを示す図である。
【図７】図１の撮影装置における制御部の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図１の撮影装置において、液晶スイッチの切替タイミングを固定した場合のタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 射出端面
１ 撮影装置
２ 照明部（照明手段）
３ 撮影部（撮影手段）
４ 制御部（制御手段）
５ａ，５ｂ ＬＥＤ（光源手段）
７ 偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）
９ 液晶スイッチ
１１ 偏光ビームスプリッタ（光路合成手段）
１６ 電源投入回数判定部（電源投入検出部）
１９ 光量検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点滅駆動可能な２つの光源手段と、各光源手段から射出された照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光変換手段により分離された２つの偏光成分を入射させ、入射された偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチと、該液晶スイッチを透過した２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段とを備え、前記偏光分離手段の各射出端面と前記光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有する照明手段と、
該照明手段から出射される照明光の光量を検出する光量検出手段と、
前記照明手段から出射された照明光により照明された被写体を撮影する撮影手段と、
該撮像手段の露光期間が１フレームの半分より長い場合に、前記光量検出手段により検出された光量に基づいて、前記液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化の始点または終点が、前記露光期間の終点または始点にほぼ一致するように、前記光源手段の点滅および前記液晶スイッチの切替タイミングを制御する制御手段とを備える撮影装置。
【請求項２】
点滅駆動可能な２つの光源手段と、各光源手段から射出された照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光変換手段により分離された２つの偏光成分を入射させ、入射された偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチと、該液晶スイッチを透過した２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段とを備え、前記偏光分離手段の各射出端面と前記光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有する照明手段と、
該照明手段から出射される照明光の光量を検出する光量検出手段と、
前記照明手段から出射された照明光により照明された被写体を撮影する撮影手段と、
該撮像手段の露光期間が遮光期間より長い場合に、前記光量検出手段により検出された光量に基づいて、前記液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化期間が、前記遮光期間内に配されるように、前記光源手段の点滅および前記液晶スイッチの切替タイミングを制御する制御手段とを備える撮影装置。
【請求項３】
前記撮像手段の露光期間が１フレームの半分以下の場合に、前記制御手段が、いずれか一方の光源手段のみを点滅させるとともに、他方の光源手段の点灯を停止し、前記液晶スイッチの切替を停止するよう制御する請求項１または請求項２に記載の撮影装置。
【請求項４】
前記光源手段の電源投入を検出する電源投入検出部を備え、
前記制御手段が、前記電源投入検出部からの検出信号に基づいて、前回の電源投入時に点滅させた光源手段とは異なる光源手段のみを点滅させるよう制御する請求項３に記載の撮影装置。
【請求項１】
点滅駆動可能な２つの光源手段と、各光源手段から射出された照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光変換手段により分離された２つの偏光成分を入射させ、入射された偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチと、該液晶スイッチを透過した２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段とを備え、前記偏光分離手段の各射出端面と前記光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有する照明手段と、
該照明手段から出射される照明光の光量を検出する光量検出手段と、
前記照明手段から出射された照明光により照明された被写体を撮影する撮影手段と、
該撮像手段の露光期間が１フレームの半分より長い場合に、前記光量検出手段により検出された光量に基づいて、前記液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化の始点または終点が、前記露光期間の終点または始点にほぼ一致するように、前記光源手段の点滅および前記液晶スイッチの切替タイミングを制御する制御手段とを備える撮影装置。
【請求項２】
点滅駆動可能な２つの光源手段と、各光源手段から射出された照明光をそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離手段と、該偏光変換手段により分離された２つの偏光成分を入射させ、入射された偏光成分の偏光状態を変更可能な液晶スイッチと、該液晶スイッチを透過した２つの偏光成分の光路を合成する光路合成手段とを備え、前記偏光分離手段の各射出端面と前記光路合成手段の射出端面とが略等しい面積を有する照明手段と、
該照明手段から出射される照明光の光量を検出する光量検出手段と、
前記照明手段から出射された照明光により照明された被写体を撮影する撮影手段と、
該撮像手段の露光期間が遮光期間より長い場合に、前記光量検出手段により検出された光量に基づいて、前記液晶スイッチの切替に基づく透過率特性の変化期間が、前記遮光期間内に配されるように、前記光源手段の点滅および前記液晶スイッチの切替タイミングを制御する制御手段とを備える撮影装置。
【請求項３】
前記撮像手段の露光期間が１フレームの半分以下の場合に、前記制御手段が、いずれか一方の光源手段のみを点滅させるとともに、他方の光源手段の点灯を停止し、前記液晶スイッチの切替を停止するよう制御する請求項１または請求項２に記載の撮影装置。
【請求項４】
前記光源手段の電源投入を検出する電源投入検出部を備え、
前記制御手段が、前記電源投入検出部からの検出信号に基づいて、前回の電源投入時に点滅させた光源手段とは異なる光源手段のみを点滅させるよう制御する請求項３に記載の撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２９９０９５（Ｐ２００８−２９９０９５Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４５２００（Ｐ２００７−１４５２００）
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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