(57)【要約】【課題】撮像光学系における絞り機構を改善することにより、フレアやゴーストを防ぎ、ダイナミックレンジの範囲を拡大することを可能にした撮像装置を提供することにある。【解決手段】少なくとも、撮像光学系２と、撮像光学系２により被写体の光学像を結像する撮像素子５とを備える撮像装置１において、撮像光学系２は、その結像光学系において少なくとも１つを反射ミラー４、７で構成するとともに、反射ミラーの１つが絞り機能６、７、８を有することを特徴とする撮像装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、撮像光学系と、該撮像光学系により被写体の光学像を結像する撮像素子とを備える撮像装置において、
前記撮像光学系は、その結像光学系において少なくとも１つを反射ミラーで構成するとともに、前記反射ミラーの１つが絞り機能を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像光学系は、その結像光学系の全てが反射ミラーで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記絞り機能を有する反射ミラーは、透明部材と、該透明部材の入射面とは反対側の面に、反射機能を有すると共に反射面積を可変することにより絞り機能を有する流体材料を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記絞り機能を有する反射ミラーの前記透明部材の入射面とは反対側の面が、曲面または平面であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記透明部材の表面には、反射防止処理が施されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記流体材料は、高反射率を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記流体材料は、前記流体材料の反射面と平行な面に対して略均等に加圧する加圧部材と前記透明部材の間に配置されていることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記加圧部材は、モータによって駆動されるカム機構を備えていることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記加圧部材は、高分子アクチュエータであることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像装置は、広ダイナミックレンジの撮像装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つの請求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、車載、監視、工業用等において、被写体を撮像する撮像装置に係わり、特に、撮像する被写体画像内の光量差が大きいために発生する、フレアやゴーストの影響を防止することを可能にした撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、反射光学系を用いた場合の絞り機構として、第１の反射面より前の入射光路内に絞りを配置し、絞りにより入射光束を光束の外周より遮光する構成が開示されている。また、特許文献２には、反射光学系を用いた場合の絞り機構として、光学素子が配置された光路中に絞りを配置する構成が開示されている。
【特許文献１】再公表第００／４８０３３号公報
【特許文献２】特開２００６−８５１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１及び２に記載の絞り機構では、図９（ａ）、（ｂ）に示すような、撮像素子に結像されるまでの結像光学系１０１、１０２間に光遮断式の光学絞り１０３が介在する場合、絞り１０３の口径端面１０４での反射によるフレアやゴーストの発生によってカメラシステムの画像コントラストを低下させてしまう。特に、撮影する被写体画像の光量比が高い画像の場合には、強い光は、絞り１０３の端面１０４で反射し、撮像素子面に散乱集光されるため、撮像画像全体へのフレア成分として極めて大きな影響を与える光ノイズ成分となる。そのため、広ダイナミックレンジの撮像装置においては、広ダイナミックレンジが確保できないという問題がある。
【０００４】
また、特許文献２に記載の反射式の光学系内に、光学遮断式の絞り機構を配置するような場合は、絞り機構を往路と復路での結像光を避けて配置しなければならず、結果として、反射面間を長くしたり、反射光学系自体を大きく角度を変えて反射させる必要が発生し、光学系が大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題点にかんがみ、撮像光学系における絞り機構を改善することにより、フレアやゴーストを防ぎ、ダイナミックレンジの範囲を拡大することを可能にした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】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、少なくとも、撮像光学系と、該撮像光学系により被写体の光学像を結像する撮像素子とを備える撮像装置において、前記撮像光学系は、その結像光学系において少なくとも１つを反射ミラーで構成するとともに、前記反射ミラーの１つが絞り機能を有することを特徴とする撮像装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記撮像光学系は、その結像光学系の全てが反射ミラーで構成されていることを特徴とする撮像装置である。
第３の手段は、第１の手段又は第２の手段において、前記絞り機能を有する反射ミラーは、透明部材と、該透明部材の入射面とは反対側の面に配置され、反射機能を有するとともに反射面積を可変することにより絞り機能を有する流体材料を配置したことを特徴とする撮像装置である。
第４の手段は、第３の手段において、前記絞り機能を有する反射ミラーの透明部材の入射面とは反対側の面が、曲面又は平面であることを特徴とする撮像装置である。
第５の手段は、第３の手段又は第４の手段において、前記透明部材の表面には、反射防止処理が施されていることを特徴とする撮像装置である。
第６の手段は、第３の手段ないし第５の手段のいずれか１つの手段において、前記流体材料は、高反射率を有する材料で構成されていることを特徴とする撮像装置である。 
第７の手段は、第３の手段ないし第６の手段のいずれか１つの手段において、前記流体材料は、前記流体材料の反射面と平行な面に対して略均等に加圧する加圧部材と前記透明部材の間に配置されていることを特徴とする撮像装置である。
第８の手段は、第３の手段ないし第７の手段のいずれか１つの手段において、前記加圧部材は、モータによって駆動されるカム機構を備えていることを特徴とする撮像装置である。
第９の手段は、第３の手段ないし第７の手段のいずれか１つの手段において、前記加圧部材は、高分子アクチュエータであることを特徴とする撮像装置である。
第１０の手段は、第１の手段ないし第９の手段のいずれか１つの手段において、前記撮像装置は、広ダイナミックレンジの撮像装置であることを特徴とする撮像装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、結像光学系において少なくとも１つを反射ミラーで構成するとともに、反射ミラーの１つに絞り機能を持たせたので、従来の光遮断式の光学絞り機構の絞り口径端面での反射によるフレアやゴーストの発生を心配する必要がなくなり、フレアやゴーストを大幅に低減することができるため、ダイナミックレンジを広範囲化した撮像装置を実現することができる。また、撮像光学系を小型化した撮像装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態を図１ないし図８を用いて説明する。
図１は、本発明に係る撮像装置１（筐体開口部のカバーガラスを外した状態）の斜視図である。
図２は、図１に示した撮像装置１の撮像光学系２の外観を示す斜視図であり、図２（ａ）は、正面方向から見た撮像光学系２の斜視図、図２（ｂ）は裏面方向から見た撮像光学系２の斜視図である。
図３は、本発明の撮像装置１に適用される光路と平行な切断面から見た撮像光学系２の断面図であり、図３（ａ）は、流体材料７の反射面積を増大して絞り値（ＦＮｏ）を小さくしたときの撮像光学系２の断面図、図３（ｂ）は、流体材料７の反射面積を減少して絞り値（ＦＮｏ）を大きくしたときの撮像光学系２の断面図である。
これらの図において、撮像装置１は、撮像光学系２を保持する筐体３内には、撮像光学系２における結像光学系を構成するために複数枚の反射ミラー４が配置されている。また、筐体３には、撮像素子５が取り付けられ、撮像光学系を通過した光を受光している。加圧部材として機能するアクチュエータ６は、高反射材料が混入されたシリコン系樹脂等からなる流体材料（ゲル）７を筐体３に固定された透明部材である透明板８との間で加圧し、流体材料７が透明板８と接する面が、反射ミラーとして機能するとともに、絞りとして機能している。ここで、アクチュエータ６は、流体材料７を流体材料７の反射面と平行な面に対して略均等に加圧するように構成されている。また、流体材料７が透明板８と接する結像光学系の反射ミラーとして機能する面は、結像光学系を構成する範囲において曲面又は平面のいずれの反射ミラーとして構成しても良い。そのため、流体材料７の反射ミラーとしての形状を規定する透明板８の流体材料７と接する面、つまり、透明板８の光の入射面と反対側の面は、曲面又は平面で構成される。また、透明板８は、光が入射する光入射面と光入射面の反対側で流体材料７が接する面に反射防止コート等の反射防止処理が施されている。撮像光学系２の筐体開口部から入射された光の撮像素子５に入射されるまでの光の光路を９に示している。なお、同図においては、結像光学系の全てを複数枚の反射ミラーで構成したが、絞り機能を有する反射ミラーを除く結像光学系の全てを反射ミラーで構成するものに限定されるものではない。
【０００９】
図３に示すように、本発明の撮像光学系２においては、撮像光学系２の光学像を取込む入射口から入射した光は、撮像光学系２内の複数の反射ミラー４や絞り機能を有する流体材料７に反射されて撮像素子５に入射される。図３（ａ）に示すように、アクチュエータ６が流体材料７への加圧を強める方向に動作すると、流体材料７は加圧されて透明板８の光入射面の反対側の面と略平行な方向への拡張量が増大し、反射ミラーとしての反射面積が増大し、透明板８に入射した光の多くが反射される。一方、図３（ｂ）に示すように、アクチュエータ６が流体材料７への加圧を弱める方向に動作すると、流体材料７は透明板８の光入射面の反対側の面と略平行な方向への拡張量が減少し、反射ミラーとしての反射面積が減少し、減光されて反射される。つまり、アクチュエータ６の動作により流体材料７の反射面積を変化させることにより、絞りとしての機能を持たせることができる。
【００１０】
図４は、図３に示したアクチュエータ６として、モータによって駆動されるカム機構を用いたときの、光路と平行な切断面から見た撮像光学系２の断面図であり、図４（ａ）は、流体材料７の拡張量を増大して絞り値（ＦＮｏ）を小さくしたときの撮像光学系２の断面図、図４（ｂ）は、流体材料７の拡張量を減少して絞り値（ＦＮｏ）を大きくしたときの撮像光学系２の断面図である。
これらの図において、モータによって駆動されるカム１０ａは、筐体３に設けられた１ないし複数のガイドピン１０ｃと摺接する穴、又は溝を設けた押圧板１０ｂを押圧し、流体材料７を流体材料７の反射面と平行な面に対して略均等に加圧する。なお、その他の構成は図３に示した同符号の構成に対応する。
【００１１】
図４に示すように、撮像光学系２の光学像を取込む入射口から入射した光は、撮像光学系２内の複数の反射ミラー４や絞り機能を有する流体材料７に反射されて撮像素子５に入射される。図４（ａ）に示すように、モータによって駆動されるカム１０の回転動作により、流体材料７への加圧を強める方向に動作されると、流体材料７は加圧されて透明板８の光入射面の反対側の面と略平行な方向への拡張量が増大し、反射ミラーとしての反射面積が増大し、透明板８に入射した光の多くが反射される。一方、図４（ｂ）に示すように、モータによって駆動されるカム１０の回転動作により、流体材料７への加圧を弱める方向に動作すると、流体材料７は透明板８の光入射面の反対側の面と略平行な方向への拡張量が減少し、反射ミラーとしての反射面積が減少し、流体材料７に入射した光は減光されて反射される。つまり、モータによって駆動されるカム１０の回転動作により流体材料７の反射面積を変化させ、絞りとしての機能を持たせることができる。
【００１２】
図５は、図３に示したアクチュエータ６として、高分子アクチュエータを用いたときの構成を示す図である。
同図において、１１は高分子アクチュエータ、１２は反射防止コートが施された透明板、１３は流体材料７の反射面、１４は反射面１３で反射された反射光、１５は高分子アクチュエータ１１に反射されることなく、透明板８、１２を透過する透過光である。流体材料７は、２枚の透明板８、１２間に挟持され、高分子アクチュエータ１１は、透明板１２に対して垂直方向に均等に加圧可能に設けられる。このため、高分子アクチュエータ１１は、流体材料７の中心を押圧されるように配置されることが望ましいので、透明板１２と筐体３に、流体材料７を流体材料７の反射面と平行な面に対して略均等に加圧するように移動するガイド機構を設けてもよい。
同図に示すように、高分子アクチュエータ１１が透明板１２を介して流体材料７への加圧を強める方向に動作すると、流体材料７は加圧されて透明板８の光入射面の反対側の面と略平行な方向への拡張量が増大し、反射ミラーとしての反射面積が増大し、透明板８に入射した光の多くを反射させることができる。また、高分子アクチュエータ１１が透明板１２を介して流体材料７への加圧を弱める方向に動作すると、流体材料７は透明板８の光入射面の反対側の面と略水平な方向への拡張量が減少し、反射ミラーとしての反射面積が減少するため、流体材料７に入射した光は減光されて反射する。つまり、高分子アクチュエータ１１により流体材料７の反射面積を変化させることにより、絞りとしての機能を持たせることができる。
【００１３】
図６は、本発明に係る撮像装置を広ダイナミックレンジの車載用カメラに適用した場合の説明図である。
同図に示すように、車載用カメラ１６として適用された広ダイナミックレンジの撮像装置を、車両の左右のヘッドライト付近に装着し、道路の白線認識１７に用いると極めて有効である。
【００１４】
図７は、本発明に係る撮像装置を交差点等の広ダイナミックレンジの監視用カメラに適用した場合の説明図である。
同図に示すように、監視用カメラ１８として適用された広ダイナミックレンジの撮像装置を、交差点１９を監視するために、周囲のビルや信号機等に設置し、２４時間３６５日、常時交差点の監視を行うと、朝日や夕日等の強い入射光等が画像に取込まれる環境下にあっても、撮像素子が飽和することなく、状況確認を行うための撮影画像２０を取得することができる。
【００１５】
図８は、本発明に係る撮像装置を工場内の広ダイナミックレンジのＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用カメラに適用した場合の説明図である。
同図に示すように、ＦＡ用カメラ２１として適用された広ダイナミックレンジの撮像装置を、例えば、レーザー半田付け装置２２付近に装備し、電子部品とプリント基板の半田付けの様子を撮像することにより、撮像画像２３をＴＶモニター等に表示する。これによって、作業者はレーザーの危険にさらされずに、レーザー加工状況を安全に確認することができ、場合によっては、撮像素子が飽和せずに安定した画像が得られるため、その画像を画像処理し、半田付け状況を正確に観察して自動半田付けを行うためのアシスト機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る撮像装置１の斜視図である。
【図２】図１に示した撮像装置１の撮像光学系２の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の撮像装置１に適用される光路と平行な切断面から見た撮像光学系２の断面図である。
【図４】図３に示したアクチュエータ６として、モータによって駆動されるカム１０を用いたときの、光路と平行な切断面から見た撮像光学系２の断面図である。
【図５】図３に示したアクチュエータ６として、高分子アクチュエータ１１を用いたときの構成を示す図である。
【図６】本発明に係る撮像装置を広ダイナミックレンジの車載用カメラ１６に適用した場合の説明図である。
【図７】本発明に係る撮像装置を交差点１９等の広ダイナミックレンジの監視用カメラ１８に適用した場合の説明図である。
【図８】本発明に係る撮像装置を工場内の広ダイナミックレンジのＦＡ用カメラ２１に適用した場合の説明図である。
【図９】従来技術に係る光遮断式の光学絞り機構における絞り１０３の口径端面１０４での反射によるフレアやゴーストの発生を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  撮像装置
２  撮像光学系
３  筐体
４  反射ミラー
５  撮像素子
６  アクチュエータ
７  流体材料
８  透明板
９  光路
１０ａ  モータによって駆動されるカム
１０ｂ  押圧板
１０ｃ  ガイドピン
１１  高分子アクチュエータ
１２  透明板
１３  反射面
１４  反射光
１５  透過光
１６  車載用カメラ
１７  道路の白線認識
１８  監視用カメラ
１９  交差点
２０  撮影画像
２１  ＦＡ用カメラ
２２  レーザー半田付け装置
２３  撮像画像
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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