(57)【要約】【課題】ハンチングを発生せずに日中および夜間の撮影を可能とする撮像装置を提供する。【解決手段】レンズＬを透過した像を撮像する撮像素子Ｅと、レンズと撮像素子の間に設けられ光を透過させる部位に応じてフィルタ特性が異なる光学フィルタＦと、レンズと撮像素子の間の光を透過させる部位を移動する移動手段Ｍと、明るさ検出部によって検出された周囲の明るさに従って移動手段により光学フィルタの光を透過させる部位の移動を制御する制御部１０をもつ撮像装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、該レンズを透過した像を撮像する撮像素子と、
前記レンズと前記撮像素子の間に設けられ、光を透過させる部位により赤外光の透過率が異なる帯状の光学フィルタと、
前記光学フィルタの光を透過させる前記部位を移動させる移動手段と、
前記撮像素子によって撮像される範囲の明るさを検出する明るさ検出部と、
前記明るさ検出部によって検出された明るさに従って、前記移動手段により前記光学フィルタの光を透過させる前記部位の移動を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学フィルタは、赤外光の透過率を一端から他端に向かって低下させた特性を持つことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光学フィルタは、赤外光の遮断波長を一端から他端に向かって長くさせた特性を持つことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記移動手段は、前記光学フィルタを二つの軸に巻きつけ、前記軸を回転させることで前記光学フィルタの光を透過させる前記部位を移動させることを特徴とする請求項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、デイナイト機能をもったカメラ等の撮像装置に関し、特に、レンズと撮像素子の間に巻き取り可能な赤外光をカットする光学フィルタを設けた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、日中だけでなく夜間も単一の撮像装置で撮影を行いたいという要望があり、撮影モード切り替え（デイナイト機能）可能な撮像装置が知られている。このようなカメラは固体撮像素子としてＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサを用いていることが多いが、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサは、一般的に４００ｎｍ〜１１００ｎｍまで感度特性をもち、カラーカメラとして使用する場合は、人間の目が感知できる波長が６５０ｎｍ程度迄で、色再現性を向上させる必要があるので、このＣＣＤの前面に６５０ｎｍより長い波長の光を遮断する光学フィルタを配置する。一方、夜間においては６５０ｎｍより長い波長の光を受光することで感度を向上させるため、赤外光をカットする光学フィルタを取り除き、白黒カメラとして動作させる。このように、単一の撮像装置で日中および夜間に撮影する場合は、適宜、明るければ光学フィルタを付け、暗ければ光学フィルタを外す。
【０００３】
このような赤外光をカットする光学フィルタの取り付け、取り外しを自動的に行う際の動作を示すフローチャートを図８に示す。すなわち、撮像装置に制御部をもうけ、この制御部の制御下において、初めに撮像素子により画像の明るさを検出する（Ｓ１）。制御部は現在光学フィルタが付いているかどうかを判断し（Ｓ２）、光学フィルタが付いていれば、検出した明るさが第１閾値よりも大きいか小さいかを判断する（Ｓ３）。制御部が、明るさ＜第１閾値と判断すれば、光学フィルタを外す（Ｓ４）。また、制御部がステップＳ２で光学フィルタが付いていないと判断すれば、検出した明るさが第２閾値よりも大きいか小さいかを判断する（Ｓ５）。制御部が、明るさ＞第２閾値と判断すれば、光学フィルタを付ける（Ｓ６）。しかし、このような制御を行う場合、ハンチングといって光学フィルタの取り外しが頻繁に発生してしまい、撮像装置自体の動作が安定しないと共に、撮像した映像もまた安定しえないものとなる。また、ハンチングを防止するべく、光学フィルタの着脱を決定する閾値にヒステリシスを設ける方法が一般的である。しかし、赤外光をカットする光学フィルタを装着した状態では、赤外光がカットされてしまうので、その時のレンズから与えられる赤外光の量が分からず、カメラの周囲の明るさが定めた閾値を超えて明るくなってしまう場合があり、この結果、閾値を適切に定めることが困難であり、ハンチングが発生してしまう問題がある。
【０００４】
上記ハンチングの問題を解決するために特許文献１では、デイナイト機能を備えた撮像装置であって、ハンチングの回数が所定回数を超えると、赤外光をカットする光学フィルタの着脱を禁止する撮像装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３３２２５号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
デイナイト機能をそなえた撮像装置は、赤外線をカットする光学フィルタの着脱を自動的に行うことで、日中および夜間に連続して撮影を行うことができる。しかし、撮像装置が撮影する映像の明るさが光学フィルタ着脱の閾値に近い場合、頻繁に光学フィルタの着脱が繰り返されるというハンチング状態に陥る。
【０００７】
特許文献１の従来技術は、このハンチング対策を開示しているが、ハンチングが起きた場合にそれを停止するだけであって、ハンチング自体を抑制することはできない。また、赤外光をカットする光学フィルタの着脱を停止するハンチング停止状態から赤外光をカットする光学フィルタを着脱するモードに復帰した直後に、再びハンチングに陥る可能性が高いので本質的なハンチングの解決を示してはいない。
【０００８】
本発明は、どの様なときにもハンチングが発生することがない撮像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】
【０００９】
課題を解決するための請求項１記載の発明は、レンズと、該レンズを透過した像を撮像する撮像素子と、前記レンズと前記撮像素子の間に設けられ、光を透過させる部位により赤外光の透過率が異なる帯状の光学フィルタと、前記光学フィルタの光を透過させる前記部位を移動させる移動手段と、前記撮像素子によって撮像される範囲の明るさを検出する明るさ検出部と、前記明るさ検出部によって検出された明るさに従って、前記移動手段により前記光学フィルタの光を透過させる前記部位の移動を制御する制御部と、を具備することを特徴とする撮像装置である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記光学フィルタは、赤外光の透過率を一端から他端に向かって低下させた特性を持つことを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記光学フィルタは、赤外光の遮断波長を一端から他端に向かって長くさせた特性を持つことを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記移動手段は、前記光学フィルタを二つの軸に巻きつけ、前記軸を回転させることで前記光学フィルタの光を透過させる前記部位を移動させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【発明の効果】
【００１３】
ハンチングを発生せずに日中および夜間の撮影を可能とする撮像装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示す説明図。
【図２】同じく撮像装置の動作の一例を示すフローチャート。
【図３】同じく撮像装置に適用する光学フィルタの一例を示す説明図。
【図４】同じく該光学フィルタの特性の一例を示すグラフ。
【図５】同じく該光学フィルタの特性の一例を示すグラフ。
【図６】同じく該光学フィルタの特性の一例を示すグラフ。
【図７】同じく他の撮像装置の構成の一例を示すブロック図。
【図８】従来の撮像装置における光学フィルタ変更の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置１の構成の一例を示す説明図である。
図１において、撮像装置１は、帯状の光学フィルタＦを備えている。光学フィルタＦは、
光を透過させる部位により赤外光の透過率が異なる。より詳しくは、光学フィルタＦは一端から他端に向かって赤外光透過率を低下させた特性を持つ。また、二つの軸に巻きつけられ、軸が回転することで光を透過させる部位を移動させて撮像素子に届く赤外光の量を自在に調整できる構成としている。図２は、同じく撮像装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【００１６】
初めに、本発明の一実施形態に係る撮像装置１の構成を、図１を用いて詳細に説明する。撮像装置１は、図１に示すように、レンズＬと、レンズＬを透過した光を受光する位置に設置されたＣＣＤ撮像素子等の撮像素子Ｅと、レンズＬと撮像素子Ｅとの間に設けられた光学フィルタＦと、光学フィルタＦの光を透過させる部位を移動させる移動手段としてのモータＭ１、Ｍ２等で回転する回転軸Ｓ１，Ｓ２と、回転軸Ｓ１，Ｓ２を回転させるモータＭ１、Ｍ２を回転駆動する駆動部１１と、撮像素子Ｅから映像信号が与えられ明るさ検出部１２が検出した撮像範囲の明るさに従って、各回転軸Ｍ１、Ｍ２を適宜回転させるべく駆動部１１を制御する制御部１０と、撮像素子Ｅからの映像信号を基に撮像範囲の明るさを検出する明るさ検出部１２を有している。
【００１７】
次に、制御部１０が行う光学フィルタＦの移動処理を、図２のフローチャートを用いて、以下に詳細に説明する。制御部１０は、明るさ検出部１２から、明るさを検知する（Ｓ１１）。
【００１８】
次に、制御部１０は、この明るさを示す信号の値が第1閾値に比べて小さいかどうかを判断する（Ｓ１２）。なお、この第1閾値や他の第２閾値乃至第４閾値は、後述する方法で予め制御部１０に記憶されている。制御部１０は、この明るさが第1閾値未満と判断すれば、光学フィルタＦをプラス方向（すなわち光学フィルタＦの赤外光透過率を大きくして赤外光量を多くする方向）に移動することを決定する（Ｓ１５）。制御部１０は、ステップＳ１２において明るさが第1閾値以上と判断すれば、ステップＳ１３に進んで、明るさが第２閾値（第２閾値＞第1閾値とする）以上かどうかを判断する（Ｓ１３）。制御部１０は、この明るさが第２閾値以上と判断すれば、光学フィルタＦをマイナス方向（すなわち光学フィルタＦの赤外光透過率を小さくして赤外光量を少なくする方向）に移動することを決定する（Ｓ１４）。ステップＳ１３において、制御部１０は、この明るさが第２閾値未満だと判断すれば、速度を光学フィルタＦの移動速度が最低となる初期値にして制御部１０の記憶領域に記録する（Ｓ１７）。またステップ１７−１に進んで光学フィルタＦの移動を停止する。次に、制御部１０は、ステップＳ１６において、方向が以前の方向と比べて変更があったかどうかを判断し、方向が現在の移動方向と比べて変更があったと判断すると、ステップＳ１７に進んで、速度を初期値にして制御部１０の記憶領域に記録する（Ｓ１７）。その後は、ステップＳ１１に戻って、再び以降の処理を行う。なお、速度の初期値が速すぎると、１回の移動で明るさが閾値の範囲を超えてハンチングに突入するので、速度の初期値は可能な限り遅くしておくべきである。
【００１９】
制御部１０は、ステップＳ１６において、方向が以前の方向と比べて変更がなかったと判断すると、制御部１０は、ステップＳ１８に進んで、記憶している前回の明るさと現在の明るさとを比較する（Ｓ１８）。制御部１０は、ステップＳ１８において、明るさに変化があると判断すると、明るさ変化量は第３閾値未満かどうかを判断する（Ｓ１９）。制御部１０は、ステップＳ１９において、明るさ変化量が第３閾値未満と判断すると、ステップＳ２１に進んで、以前の速度から速度を早くするべく決定する（Ｓ２１）。制御部１０は、ステップＳ１９において、明るさ変化量が第３閾値以上と判断すると、ステップＳ２０に進んで、明るさ変化量が第４閾値以上かを判断する（Ｓ２０）。制御部１０は、ステップＳ２０において、明るさ変化量が第４閾値以上だと判断すると、ステップＳ２２に進んで、以前の速度から速度を遅くするべく決定する（Ｓ２２）。尚、光学フィルタＦの移動速度の上限と下限はモータの特性によって決定される。
【００２０】
制御部１０は、ステップＳ２１またはステップＳ２２またはステップＳ２３の後に、先に決定した速度および方向により駆動部１１に制御信号を送って光学フィルタＦを移動する（Ｓ２４）。制御部１０は、現在の明るさ、移動方向、速度を記憶領域に記憶する（Ｓ２５）。制御部１０は、次に、現在の光学フィルタ位置に対応した第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値を記憶領域に設定すると（Ｓ２６）、ステップＳ１１に戻って、処理を継続する。本発明の一実施形態に係る撮像装置１においては、以上のような手順により、明るさに応じた適正な光学フィルタ位置を実現し、これにより適正な光量の赤外光を撮像素子Ｅに送ることができる。
【００２１】
ここで、第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値の設定方法について以下に述べる。
第１閾値は、光学フィルタをプラス方向に移動するかを判定するための閾値である。
第２閾値は、光学フィルタをマイナス方向に移動するかを判定するための閾値である。
第３閾値は、明るさの変化量が小さすぎるかを判定するための閾値である。
第４閾値は、明るさの変化量が大きすぎるかを判定するための閾値である。
通常は、第１閾値と第２閾値には、撮像素子Ｅ上にある光学フィルタＦの赤外光透過率が高いほど低い閾値を設定し、撮像素子Ｅ上にある光学フィルタＦの赤外光透過率が低いほど高い閾値を設定する。
第３閾値には、例えば、（第２閾値−第１閾値）の２０％に設定する。
第４閾値には、例えば、（第２閾値−第１閾値）の５％に設定する。
第２閾値と第１閾値の差を超える値を第３及び第４閾値に設定すると、ハンチングを起こす可能性があるので、第３及び第４閾値は第２閾値と第１閾値の差に到達しないように設定する必要がある。
上記の様に、撮像素子Ｅ上にある光学フィルタＦの赤外光透過率によって第１〜第４閾値はその値が変更される。各値は例えば光学フィルタＦの光を透過させる部位を移動させるモータＭの回転位置と対応する形でテーブルとして制御部１０に予め格納されており、それを読みだす事により各閾値が随時設定される。
【００２２】
なお、制御部１０は、必ずしも図２に示したフローチャートの手順をすべて実行する必要はない。一例として、このフローチャートから「速度に関する工程」を全て削除して、移動速度を常に一定とすることも可能である。この場合は、ステップＳ１７、ステップＳ１８乃至ステップＳ２３の工程は省略する。さらに、ステップＳ２４およびステップＳ２５の速度に関する処理を省略する。これにより、移動速度は一定となり、明るさの大きさに応じて移動速度が変化する働きは無いが、処理動作が簡略化されると共に、ハンチングを防止し、明るさに応じた最適な赤外光光量を撮像素子Ｅに提供するという本発明の一実施形態に係る撮像装置の作用効果を有するものである。
【００２３】
次に、図３乃至図６を用いて、この実施形態に適用する光学フィルタＦの一例を以下に説明する。光学フィルタＦは、実装体積を減らすために、一方向に長いテープのような素材を巻き取ることによって移動する方法を一例として挙げているが、移動することができれば縦にも横にも長くて構わない。光学フィルタＦの一例として、光を透過させる部位によって赤外光の透過率が異なる赤外光カットを行う光学フィルタＦが図３に示される。撮像素子に到達する赤外光を増減させる光学フィルタ特性は、赤外光の透過率が挙げられる。図３の光学フィルタＦを、どちらかの方向に巻き取ると、光学フィルタの光を透過させる部位によって赤外光の透過率が赤外光透過率０％から１００％へと変化し、撮像素子に赤外光が到達する量が徐々に変化する。
例えば、赤外光の透過率を変化させる構成としては、赤外光を吸収する物質をテープに塗布したり、練り込んだりし、赤外光を吸収する物質の量をテープの部位によって変化させる構成を挙げることができる。
【００２４】
このような特性を実現するには、図４のグラフに示すように、光学フィルタの光を透過させる部位によって異なる透過率を持たせる。すなわち、上端が１００％、下端が０％として、途中は透過率を徐々に変化させるものである。従って、図内に示していない部位、例えば２.５ｃｍ位置の部位の波長毎の透過率は、１.６ｃｍ位置の部位の透過率と３.３ｃｍ位置の部位の透過率を平均化した値とする。それ以外の部位の透過率も、例えば、最も近い２つの部位の透過率を線形補間した値とする。すなわち光学フィルタＦは上端から遠くなるにつれて、赤外光の透過率が一次関数的に減少する特性を持つ。
【００２５】
また、位置によって赤外光を遮断する波長が異なる光学フィルタであってもよい。すなわち、図５のグラフに示すように、上端を９５０ｎｍ以上の波長、下端を６５０ｎｍ以上の波長とし、その途中は単調に比例変化させるものである。このような光学フィルタをどちらかの方向に巻き取ると、光学フィルタの光を透過させる部位によって赤外光を遮断する波長が変化し、撮像素子に赤外光が到達する量が徐々に変化する。このように、透過率ではなく、遮断する波長を変えることで、撮像素子に到達する赤外光の量を変化させてもよい。
【００２６】
撮影範囲が特定の波長の赤外光ライトで照らされている場合は、遮断する波長が少し変化するだけで、光量が大きく変化する場合がある。これを防ぐために、図６に示すように、光学フィルタの光を透過させる部位によって波長と透過率の両方を異なるようにしても良い。すなわち、図６に示すように、光を透過させる部位によって波長毎に異なる透過率を持たせる。これによって、波長が長い赤外光の不自然さを軽減しつつ、特定の波長の赤外光ライトによる変化にも対応できる。図内に示していない途中部位については、一次関数的に変化させるものである。
【００２７】
以上、光学フィルタＦの例を述べたが、撮像素子に到達する赤外光を減らす光学フィルタ特性として、赤外光の透過率と赤外光を遮断する波長を挙げた。しかし、本発明の実施形態はこれに限るものではなく、赤外光を減らす特性が光学フィルタの光を透過させる部位によって異なればどのようなものでも可能である。
【００２８】
例えば、赤外光を取り入れた画像は、人間の見た目と異なる色が表示されるのを防ぐために、白黒表示するのが一般的である。１枚の赤外光をカットする光学フィルタを付け外しするカメラでは、光学フィルタを外したときに白黒表示する。これに対して、本発明は、徐々に赤外光を取り入れられる。従って、撮像素子に到達する赤外光を減らす特性に応じて、出力される画像の色の濃さを加減しても良い。例えば、光学フィルタの長さが１０ｃｍであり、赤外光透過率の、上端が１００％で、下端が０％である場合は、１ｃｍあたりの赤外光透過率の変化は１０％なので、
色の濃さ＝（１００％−赤外光透過率％）＝下端からの位置[ｃｍ]×１０％
とする。
すなわち、例えば、光学フィルタの長さが１０ｃｍであり、赤外光を遮断する波長が、上端で９５０ナノメートル以上、下端で６５０ナノメートル以上である場合、１ｃｍあたりの遮断波長の変化は３０ナノメートルなので、
色の濃さ＝（９５０[ｎｍ]−遮断波長[ｎｍ]）÷３０[ｎｍ]
＝下端からの位置[ｃｍ]×１０％
とする。このように、出力される画像の色の濃さを徐々に変化させれば、突然白黒表示に切り替わることによる違和感を軽減できる。
【００２９】
また、本発明の一実施形態に係る撮像装置においては、光学フィルタの光を透過させる部位において光学フィルタ特性が異なるため、この結果、１つの画像内の位置によって赤外光が含まれる量が変わってしまう。このような光学フィルタ特性の不均衡を軽減する方法として、図７に示す撮像装置２のように、濃度分布が逆のフィルタＦ１、Ｆ２を二つ並べてフィルタ処理を行うことが好適である。すなわち、図７に示す撮像装置２は、二つの逆の濃度分布をもった光学フィルタＦ１、Ｆ２を有しており、それぞれ回転軸Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４により逆方向に回転される。この撮像装置２においては、１つの画素を構成する光線は、二つの逆の濃度分布をもった光学フィルタＦ１、Ｆ２を通過するため、光学フィルタ特性の不均衡が相殺されることになる。この結果、光学フィルタ特性の不均衡は、画像上に表れにくくなる。
【００３０】
また、できるだけ１つの画像内で赤外光のレベルが変化しないように、光学フィルタをできるだけ長くして、単位長さあたりの赤外光の透過率の変化を小さくすることで、光学フィルタ特性の不均衡を目立たなくすることができる。
【００３１】
以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１…撮像装置、Ｆ…光学フィルタ、Ｅ…撮像素子、Ｍ１、Ｍ２…モータ、Ｓ１、Ｓ２…軸、１０…駆動部、１１…駆動部。
【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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