(57)【要約】【課題】周囲光の影響を低減するとともに小型化と高解像度化を両立し且つ動きの速い被写体をぶれずに撮像する。【解決手段】対象空間に光を照射する光照射部３と、光照射部３が照射する光の分光特性に一致する分光感度特性を有して対象空間を撮像する第１の撮像部１と、光照射部３が照射する光の分光特性に近接する分光感度特性を有して対象空間を撮像する第２の撮像部２と、第１の撮像部１で撮像される第１の画像と第２の撮像部２で撮像される第２の画像の差分画像を生成する差分画像生成手段（信号処理部４）とを備える。第１及び第２の撮像部１，２には一般の撮像素子を用いることができる。故に、周囲光の影響を低減するとともに小型化と高解像度化を両立することができ、しかも、２つの撮像部１，２で同時に撮像することができるから、動きの速い被写体をぶれずに撮像することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象空間に光を照射する光照射手段と、光照射手段が照射する光の分光特性に一致する分光感度特性を有して対象空間を撮像する第１の撮像素子と、光照射手段が照射する光の分光特性に近接する分光感度特性を有して対象空間を撮像する第２の撮像素子と、第１の撮像素子で撮像される第１の画像と第２の撮像素子で撮像される第２の画像の差分画像を生成する差分画像生成手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
第１及び第２の撮像素子の光路上に設けられ、第１の撮像素子の分光感度特性と第２の撮像素子の分光感度特性を併せた透過特性を有する光学フィルタと、第１及び第２の撮像素子の分光感度特性の境界となる波長選択性を有し前記光学フィルタを通過した光束を第１の撮像素子の光路と第２の撮像素子の光路に分岐する光束分岐手段とを備えた請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に周囲光の影響を低減した画像を撮像するための撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、発光ダイオードが発する赤外光を高速変調した変調光を対象領域に照射し、撮像素子で受光する当該変調光の反射光成分と周囲光の反射光成分とを区別して変調光だけの反射光成分を画素値とする画像（光変調画像）を生成する撮像装置を既に提案している（特許文献１参照）。かかる撮像装置を用いれば、周囲光の影響を低減した画像を撮像することができる。
【特許文献１】特開２００６−１２１６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１の従来例で用いられる撮像素子はデジタルカメラなどに用いられている一般の固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなど）と若干構造が異なっている。具体的には、一つの受光部に対して複数個の制御電極が設けられ、制御電圧を印加する制御電極の個数を変化させることで受光部の感度を調整可能な構造を有している。従って、特許文献１における撮像素子は、同じ寸法で比較したときに一般の撮像素子に比べて画素数が少ないために相対的に解像度が低くなってしまう。
【０００４】
一方、一般の撮像素子を用いて変調光が照射されているときの画像と変調光が照射されていないときの画像を交互に撮像して両画像の画素値の差分から光変調画像を生成した場合、撮像素子のフレームレートに制限されて２種類の画像を撮像するタイムラグが大きくなり、動きの速い被写体を撮像したときに被写体像がぶれてしまう虞がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、周囲光の影響を低減するとともに小型化と高解像度化を両立し且つ動きの速い被写体をぶれずに撮像することができ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】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、対象空間に光を照射する光照射手段と、光照射手段が照射する光の分光特性に一致する分光感度特性を有して対象空間を撮像する第１の撮像素子と、光照射手段が照射する光の分光特性に近接する分光感度特性を有して対象空間を撮像する第２の撮像素子と、第１の撮像素子で撮像される第１の画像と第２の撮像素子で撮像される第２の画像の差分画像を生成する差分画像生成手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明によれば、第１及び第２の撮像素子には従来例のように特殊な構造の撮像素子ではなく一般の撮像素子を用いることができるから、周囲光の影響を低減するとともに小型化と高解像度化を両立することができ、しかも、第１の撮像素子と第２の撮像素子とで同時に撮像することができるから、動きの速い被写体をぶれずに撮像することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、第１及び第２の撮像素子の光路上に設けられ、第１の撮像素子の分光感度特性と第２の撮像素子の分光感度特性を併せた透過特性を有する光学フィルタと、第１及び第２の撮像素子の分光感度特性の境界となる波長選択性を有し前記光学フィルタを通過した光束を第１の撮像素子の光路と第２の撮像素子の光路に分岐する光束分岐手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明によれば、第１の撮像素子で撮像される撮像範囲と第２の撮像素子で撮像される撮像範囲を一致させることができて差分画像を容易に生成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、周囲光の影響を低減するとともに小型化と高解像度化を両立し且つ動きの速い被写体をぶれずに撮像することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施形態の撮像装置は、図１に示すように対象空間に周期的に光を照射する光照射部３と、対象空間を撮像する第１の撮像部１並びに第２の撮像部２と、第１の撮像部１で撮像される第１の画像と第２の撮像部２で撮像される第２の画像の差分画像を生成する差分画像生成手段とを備えている。
【００１２】
光照射部３は、赤外光を発する発光ダイオードと、当該発光ダイオードに直流電力を供給して発光させるＬＥＤ駆動回路とを具備している（但し、何れも図示せず）。
【００１３】
第１の撮像部１は、図２に示すように第１の撮像素子ＩＳ１と、入射光を集光するレンズ（凸レンズ）ＬＺと、所定の波長域の光のみを透過する光学フィルタＢＰと、光学フィルタＢＰを透過した光（光束）を２つの光路Ｌ１，Ｌ２に分岐するビームスプリッタＢＳとを具備している。同じく第２の撮像部２は、第２の撮像素子ＩＳ２と、レンズＬＺと、光学フィルタＢＰと、ビームスプリッタＢＳとを具備している。尚、第１の撮像部１と第２の撮像部２とで撮像素子ＩＳ以外のレンズＬＺ及び光学フィルタＢＰ、ビームスプリッタＢＳを共用している。
【００１４】
第１の撮像素子ＩＳ１は、２次元ＣＣＤイメージセンサや２次元ＣＭＯＳイメージセンサなどの一般の撮像素子であり、図示しない光学フィルタによって、光照射部３が照射する光（赤外光）の分光特性（波長λ）に一致する分光感度特性Ｘ１を有している（図３（ｂ）参照）。一方、第２の撮像素子ＩＳ２は、第１の撮像素子ＩＳ１と同じく２次元ＣＣＤイメージセンサや２次元ＣＭＯＳイメージセンサなどの一般の撮像素子であり、図示しない光学フィルタによって、第１の撮像素子ＩＳ１の分光感度特性Ｘ１に近接する分光感度特性Ｘ２を有している（図３（ｃ）参照）。
【００１５】
レンズＬＺの後方に配置される光学フィルタＢＰは吸収型のバンドパスフィルタであって、第１の撮像素子ＩＳ１の分光感度特性Ｘ１と第２の撮像素子ＩＳ２の分光感度特性Ｘ２を併せた透過特性を有している。つまり、レンズＬＺで集光される光（光束）のうちで２つの分光感度特性Ｘ１，Ｘ２に一致する波長域の光だけが光学フィルタＢＰを透過してビームスプリッタＢＳに入射することになる。
【００１６】
ビームスプリッタＢＳは、２つの直角プリズムを接合するとともに当該接合面に誘電体多層膜や金属薄膜のコーティングを施して反射面（分岐面）を形成したものであって、第１及び第２の撮像素子ＩＳ２の分光感度特性Ｘ１，Ｘ２の境界となる波長選択性を有するように、反射面を形成するコーティング材料が選定されている。すなわち、光学フィルタＢＰを透過して入射する光（光束）のうちで第１の撮像素子ＩＳ１の分光感度特性Ｘ１に一致する波長域の光はビームスプリッタＢＳの反射面を通過して光路Ｌ１を進行し、第２の撮像素子ＩＳ２の分光感度特性Ｘ２に一致する波長域の光はビームスプリッタＢＳの反射面で反射して光路Ｌ２を進行し、それぞれ第１の撮像素子ＩＳ１と第２の撮像素子ＩＳ２で受光される。
【００１７】
ここで、撮像される画像の品質に最も大きな影響を与える周囲光は太陽光であるが、太陽光には様々な波長域の光が含まれており、赤外の波長域の光も当然に含まれている。つまり、太陽光の下で光照射部３から光（赤外光）を照射した場合、図３（ａ）に示すようにほぼ一定の光量を有する太陽光Ｓ２に光照射部３の赤外光Ｓ１が重畳された光が対象空間に照射されることになる。
【００１８】
したがって、光路Ｌ１を通ってレンズＬＺ、光学フィルタＢＰ、ビームスプリッタＢＳを通過した後に第１の撮像素子ＩＳ１で受光される光は、図３（ｄ）に示すように赤外光の波長λを含む波長領域の光であって太陽光Ｓ２の光量と赤外光Ｓ１の光量を合わせた光量を有している。一方、光路Ｌ２を通ってレンズＬＺ、光学フィルタＢＰ、ビームスプリッタＢＳを通過した後に第２の撮像素子ＩＳ２で受光される光は、図３（ｅ）に示すように第１の撮像素子ＩＳ１の分光感度特性に隣接する波長領域の光であって太陽光Ｓ２の光量のみを有している。ここで、太陽光は第１の撮像素子ＩＳ１の分光感度特性の波長域における光量（エネルギ）と第２の撮像素子ＩＳ２の分光感度特性の波長域における光量（エネルギ）とがほぼ等しいとみなすことができるので、第１の撮像素子ＩＳ１で撮像される第１の画像と第２の撮像素子ＩＳ２で撮像される第２の画像の差分画像においては、図３（ｆ）に示すようにほぼ赤外光Ｓ１の光量のみで画素値が決まることとなって周囲光（太陽光Ｓ２）の影響を低減することができる。
【００１９】
しかも、本実施形態では第１の撮像部１と第２の撮像部２とで同時に画像を撮像することができるから、動く被写体を撮像したときの画像のぶれが実施形態１よりも生じ難くなるという利点がある。さらに本実施形態では、第１の撮像部１で撮像される撮像範囲と第２の撮像部２で撮像される撮像範囲を一致させて差分画像を容易に生成することができる。尚、本実施形態の撮像装置は、例えば、顔認証装置における顔画像の入力装置や監視カメラ、特に被写体を屋外の太陽光下で撮像する用途に用いるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１を示すブロック図である。
【図２】同上における第１及び第２の撮像部を示すブロックである。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  第１の撮像部（第１の撮像素子）
２  第２の撮像部（第２の撮像素子）
３  光照射部（光照射手段）
４  信号処理部（差分画像生成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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