(57)【要約】【課題】  画像のノイズを抑えて外光による影響を低減できる撮像装置を提供する。【解決手段】  撮像装置（１００）は集光部（２）、遮光部（３）及び撮像部（４）を備える。集光部（２）は、被写体（９）からの光を集光する。遮光部（３）は、集光部（２）で集光された光を通過させる。撮像部（４）は、遮光部（３）を通過した光を受光する。遮光部（３）は開口（３１）を含む。集光された光は開口（３１）を通過する。開口（３１）には、被写体（９）の像が集光された光によって形成される。撮像部（４）は、形成された像を撮像する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光する集光部と、
前記集光部で集光された光を通過させる遮光部と、
前記遮光部を通過した光を受光する撮像部と
を備え、
前記遮光部は開口を含み、
前記集光された光は前記開口を通過し、
前記開口には、前記被写体の像が前記集光された光によって形成され、
前記撮像部は、前記像を撮像する撮像装置。
【請求項２】
前記開口の径は、前記像よりも大きく、前記集光部に平行光が入射した際に、前記開口の位置に形成される光束径よりも小さい請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記集光部は特定の方向に偏光した光を透過する偏光フィルタと、特定の波長の光を透過し、他の波長の光を反射する波長選択素子とを備え、
前記偏光フィルタは、前記波長選択素子よりも前記被写体の側の光路上に配置されている請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記集光部は、特定の波長の光を透過し、他の波長の光を反射する波長選択素子を備え、
前記波長選択素子は、前記被写体からの光を反射する請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
特定の方向に偏光した光を透過する偏光フィルタを備え、
前記偏光フィルタは、前記波長選択素子よりも前記被写体の側の光路上に配置されている請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
画像情報を含む画像光を投射する画像表示部を備え、
前記画像光は、前記波長選択素子を透過する請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
画像情報を含む画像光を投射する画像表示部を備え、
前記画像光は、前記波長選択素子を透過する請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記画像表示部は、前記画像情報を形成して前記画像光を出射する画像表示素子を含み、
前記画像表示素子が出射する前記画像光は、特定の方向に偏光した光である請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記画像表示素子は液晶表示素子である請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記偏光フィルタが光を透過する偏光方向は、前記液晶表示素子が出射する前記画像光の偏光方向と一致する請求項９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、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、例えば、撮像手段２、第１の偏光手段２２Ａおよび第２の偏光手段２２Ｂを備える撮像装置が記載されている。撮像手段２は、被投影面６上に投影された対象者６の画像を撮像する。第１の偏光手段２２Ａは、被投影面６と撮像手段２との間の光路Ｌ２上に設けられ、被投影面６の対象者Ｄ側からの入射波Ｌ２による反射波Ｌ２及び被投影面６の対象者Ｄ側とは反対側からの入射波Ｌ４を透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する。第２の偏光手段２２Ｂは、被投影面６と撮像手段２との間の光路Ｌ２上に設けられ、被投影面６の反対側からの入射波Ｌ４を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する。撮像装置は、第１の偏光状態での撮像画像と、第２の偏光状態での撮像画像との差分画像を生成し、被投影面の反対側からの入射波を考慮して、画像の鮮明さを向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５２８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、外光として太陽光を想定すると、外光はドライバーからの反射光に比べて光強度が大きい。そのため、差分画像は、ノイズが多い画像になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
撮像装置は、被写体からの光を集光する集光部と、前記集光部で集光された光を通過させる遮光部と、前記遮光部を通過した光を受光する撮像部とを備え、前記遮光部は開口を含み、前記集光された光は前記開口を通過し、前記開口には、前記被写体の像が前記集光された光によって形成され、前記撮像部は、前記像を撮像する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る撮像装置は、画像のノイズを抑えて外光による影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１に係る撮像装置１００の構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係る遮光部３の形状を示す模式図である。
【図３】実施の形態１に係る遮光部３による外光の低減を説明する光線図である。
【図４】変形例１に係る撮像装置１１０の構成を示す構成図である。
【図５】ウインドシールドにおける偏光方向に対する反射率の特性図である。
【図６】変形例２に係る撮像装置１２０の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の実施の形態に示す撮像装置は、撮像装置の一部を表示装置の光学系と共用化している。これによって、撮像装置の小型化を図ることができる。ここで、表示装置は、例えば、ヘッドアップディスプレイなどである。以下の実施の形態において、表示装置を車両用のヘッドアップディスプレイとして説明する。そのため、例えば、画像を認識する鑑賞者は車両の運転者である。
【０００９】
また、以下の実施の形態において、説明を容易にするためにＸＹＺ座標を用いる。
【００１０】
Ｚ軸は、運転者（鑑賞者）の前後方向に平行な軸である。運転者（鑑賞者）が表示装置に表示される画像を見る方向を＋Ｚ軸方向とする。
【００１１】
Ｙ軸は、表示される画像の上下方向に平行な軸である。表示される画像の上方向は、＋Ｙ軸方向である。表示される画像の下方向は、−Ｙ軸方向である。Ｙ軸は、運転者（鑑賞者）の上下方向に平行な軸である。運転者（鑑賞者）の上方向は、＋Ｙ軸方向である。運転者（鑑賞者）の下方向は、−Ｙ軸方向である。
【００１２】
Ｘ軸は、表示される画像の左右方向に平行な軸である。表示される画像の右方向は＋Ｘ軸方向である。表示される画像の左方向は−Ｘ軸方向である。Ｘ軸は、運転者（鑑賞者）の左右方向に平行な軸である。画像を見ている運転者（鑑賞者）の右方向は＋Ｘ軸方向である。画像を見ている運転者（鑑賞者）の左方向は−Ｘ軸方向である。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る撮像装置１００の概略の構成を示す構成図である。図２は、遮光部３の形状を示す模式図である。図３は、遮光部３による外光の低減を説明する光線図である。
【００１４】
撮像装置１００は、集光部２、遮光部３および撮像部４を備える。撮像装置１００は、例えば、運転者９の顔の画像を撮影する。撮像装置１００は、例えば、反射部１を介して運転者９の顔の画像を撮影する。
【００１５】
＜反射部１＞
反射部１は、後述するヘッドアップディスプレイが画像を投影するための被投影面である。反射部１は、例えば、ウインドシールドまたはコンバイナ等である。反射部１は、例えば、ハーフミラーのような反射部材である。反射部材は、光９１の反射率を高くするために、反射率または透過率が調整されている。
【００１６】
実施の形態１では、一例として、反射部１をウインドシールドとして説明する。図１では、反射部１を平面形状に描いている。しかし、これに限定されるものではなく、反射部１は曲面形状であってもよい。
【００１７】
＜集光部２＞
集光部２は、運転者９からの散乱光を集光する。集光部２は、反射部１を介して運転者９からの散乱光を集光する。そのため、例えば、反射部１は集光機能の一部を備えることができる。
【００１８】
集光部２は、波長選択素子２２を備えている。集光部２は、凹面鏡２１またはレンズ２３を備えることができる。
【００１９】
凹面鏡２１は、運転者９からの光を集光する。ここで、運転者９からの光は散乱光である。凹面鏡２１は、反射部１からの光を集光する。また、凹面鏡２１は、後述する画像表示部５からの画像光を集光する。
【００２０】
波長選択素子２２は、特定の波長帯域の光を反射する。波長選択素子２２は、例えば、ダイクロイックミラーまたはダイクロイックフィルターなどである。波長選択素子２２は、撮影したい波長帯域の光と不要な帯域の光とを分離する。
【００２１】
波長選択素子２２は、例えば、赤外の波長帯域の光を反射する。赤外の波長帯域の光は赤外光である。赤外光の波長は、例えば、７８０ｎｍよりも長い。
【００２２】
また、波長選択素子２２は、特定の波長帯域の光を透過する。波長選択素子２２は、例えば、可視光の波長帯域の光を反射する。可視光の波長帯域は、３８０ｎｍから７８０ｎｍである。
【００２３】
実施の形態１では、例えば、撮像装置１００は赤外画像を取得する。波長選択素子２２は、赤外光を反射する。そして、波長選択素子２２は、赤外光以外の波長帯域の光を透過する。しかし、波長選択素子２２はこれに限定されるものではない。波長選択素子２２は、特定の波長帯域の光を透過し、不要な波長帯域の光を反射とすることができる。
【００２４】
レンズ２３は、波長選択素子２２で反射された光を集光する。レンズ２３の集光位置は、遮光部３の開口３１の位置である。波長選択素子２２で反射された光が遮光部３の開口３１の位置で集光する場合には、レンズ２３は不要である。
【００２５】
＜遮光部３＞
遮光部３は、波長選択素子２２で反射された光の一部を遮光する。遮光部３は、例えば、遮光板である。遮光部３は、開口３１および遮光領域３２を備える。
【００２６】
図２では、例えば、開口３１は円形形状である。しかし、開口３１は円形形状以外の形状であってもよい。例えば、開口３１は多角形形状であってもよい。開口３１の中心は、例えば、撮像装置１００の光学系の光軸上に位置する。
【００２７】
遮光領域３２は、光を遮光する領域である。遮光領域３２は、外光を吸収するように黒塗装が望ましい。遮光領域３２は、外光の吸収によって熱を発生する。そのため、遮光領域３２は、金属であることが望ましい。ここで、金属は、例えば、アルミニウムなどである。
【００２８】
開口３１は、運転者９の顔と光学的に共役な関係にある。「光学的に共役な関係」とは、１つの点から発した光が他の１つの点に結像する関係のことを言う。つまり、運転者９の顔の一点から発せられた光は、開口３１の位置で集光する。
【００２９】
＜撮像部４＞
撮像部４は、運転者９の顔からの光を受光して電気信号に変換する。撮像部４は、結像光学系４１および撮像素子４２を備える。
【００３０】
結像光学系４１は、開口３１を通過した光を撮像素子４２の受光面４２ａ上に集光する。結像光学系４１は、遮光部３の開口３１を通過した光９１を撮像素子４２の受光面４２ａ上に結像する。結像光学系４１は、レンズ４１ａおよびレンズ４１ｂを備えることができる。
【００３１】
レンズ４１ａは、開口３１の位置で集光された光を平行光に変換する。レンズ４１ｂは、平行光を撮像素子４２の受光面４２ａ上に集光する。レンズ４１ｂの焦点位置は、例えば、開口３１の位置にある。
【００３２】
撮像素子４２は、光を電気信号に変換する。撮像素子４２は、例えば、半導体撮像素子である。撮像素子４２は、例えば、ＣＣＤまたはＣ−ＭＯＳなどである。受光面４２ａは、開口３１と光学的に共役な関係にある。そのため、開口３１の位置に形成された運転者９の顔の像は、受光面４２ａ上に結像される。
【００３３】
＜撮像装置１００による画像の撮像＞
運転者９の顔からの光９１は反射部１に到達する。光９１は、運転者９の顔に当たって散乱した散乱光である。反射部１に到達した光９１は反射部１によって反射される。
【００３４】
反射部１によって反射された光９１は集光部２に入射する。集光部２に入射した光９１は、凹面鏡２１に到達する。凹面鏡２１に到達した光９１は、凹面鏡２１で反射される。凹面鏡２１に到達した光９１は、凹面鏡２１で集光される。
【００３５】
凹面鏡２１で反射された光９１は、波長選択素子２２に到達する。例えば、波長選択素子２２に到達した光９１の赤外光は、波長選択素子２２によって反射される。例えば、波長選択素子２２に到達した光９１の可視光は、波長選択素子２２を透過する。
【００３６】
波長選択素子２２によって反射された光９１の赤外光は、レンズ２３に到達する。レンズ２３に到達した光９１の赤外光は、レンズ２３によって集光される。
【００３７】
レンズ２３によって集光された光９１の赤外光は、遮光部３の開口３１に到達する。遮光部３の開口３１に到達した光９１の赤外光は、開口３１の位置で集光する。運転者９の顔と開口３１とは光学的に共役な関係にある。そのため、運転者９の顔の像は、開口３１の位置に形成される。レンズ２３によって集光された光９１の赤外光は、遮光部３の開口３１を通過する。
【００３８】
遮光部３の開口３１を通過した光９１の赤外光は、撮像部４に入射する。撮像部４に入射した光９１の赤外光は、レンズ４１ａに到達する。レンズ４１ａに到達した光９１の赤外光は、レンズ４１ａによって平行光に変換される。
【００３９】
レンズ４１ａによって平行光に変換された光９１の赤外光は、レンズ４１ｂに到達する。レンズ４１ｂに到達した光９１の赤外光は、レンズ４１ｂによって集光される。
【００４０】
レンズ４１ｂによって集光された光９１の赤外光は、撮像素子４２に到達する。レンズ４１ｂによって集光された光９１の赤外光は、撮像素子４２の受光面４２ａ上に集光される。開口３１と受光面４２ａとは光学的に共役な関係にある。そのため、開口３１上に形成された運転者９の顔の像は、受光面４２ａ上に形成される。これによって、撮像素子４２は、運転者９の顔の像を電気信号に変換することができる。
【００４１】
＜撮像装置１００による外光の遮光＞
外光を太陽光として説明する。また、太陽光を平行光として扱う。
【００４２】
太陽光は、反射部１に到達する。反射部１に到達した太陽光は、反射部１を透過する。
【００４３】
反射部１を透過した太陽光は、凹面鏡２１に到達する。凹面鏡２１に到達した太陽光は、凹面鏡２１で反射される。凹面鏡２１に到達した太陽光は、凹面鏡２１で集光される。
【００４４】
凹面鏡２１で反射された太陽光は、波長選択素子２２に到達する。例えば、波長選択素子２２に到達した太陽光の赤外光は、波長選択素子２２によって反射される。例えば、波長選択素子２２に到達した太陽光の可視光は、波長選択素子２２を透過する。
【００４５】
波長選択素子２２によって反射された太陽光の赤外光は、レンズ２３に到達する。レンズ２３に到達した太陽光の赤外光は、レンズ２３によって集光される。
【００４６】
図３に示す集光部２は、凹面鏡２１およびレンズ２３を１つのレンズとして示している。
【００４７】
図３（Ａ）は、光９１を示している。図３（Ａ）では、運転者９と集光部２との間の距離が短いため有限系とみなしている。そのため、運転者９の１点から発せられた光９１は、発散光とみなすことができる。
【００４８】
図３（Ｂ）は、太陽光（外光９２）を示している。図３（Ｂ）では、外光９２は運転者９に対して遠方から発せられた光である。そのため、集光部２へ入射する際の外光９２は平行光とみなすことができる。
【００４９】
図３に示すように、これら２つの光は、集光部２によって、異なる位置で集光する。外光９２の集光位置は、光９１の集光位置よりも集光部２に近い。外光９２は集光位置から発散して遮光部３に到達する。そのため、遮光部３の位置において、外光９２の光束径は光９１の光束径よりも大きい。
【００５０】
開口３１の大きさは、開口３１の位置に形成される運転者９の顔の像よりも大きい。そして、開口３１の大きさは、開口３１の位置における外光９２の赤外光の光束よりも小さい。これによって、外光９２の赤外光の光量は低減される。
【００５１】
遮光部３の開口３１を通過した外光９２の赤外光は、撮像部４に入射する。そして、撮像部４に入射した外光９２の赤外光は、撮像素子４２に到達する。
【００５２】
＜変形例１＞
図４は、変形例１に係る撮像装置１１０の構成を示す構成図である。撮像装置１１０は、偏光フィルタ２４を備える点で撮像装置１００と相違する。撮像装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００５３】
偏光フィルタは、特定方向の直線偏光を持つ成分を強く減衰する効果があるフィルタである。偏光フィルタは、一般的に吸収型偏光フィルタおよび反射型偏光フィルタなどが存在する。しかし、偏光フィルタ２４は、これらに限定されない。
【００５４】
図４において、偏光フィルタ２４は、凹面鏡２１と波長選択素子２２との間に配置されている。偏光フィルタ２４は、集光部２に光９１，９２が入射する位置と撮像素子４２との間に配置される。
【００５５】
図５は、入射光の偏光方向に対する反射率を示す特性図である。反射部１の透明部材の屈折率は、例えば、１．５１である。
【００５６】
図５において、実線はＳ偏光の反射率を示している。破線はＰ偏光の反射率を示している。入射光線と反射光線とを含む平面に対して、垂直方向の偏光をＳ偏光とする。入射光線と反射光線とを含む平面に対して、平行方向の偏光をＰ偏光とする。図４では、紙面に対して垂直方向がＳ偏光である。また、紙面に対して平行方向がＰ偏光である。
【００５７】
図５に示すように、透明部材の反射率は、入射する光の偏光方向によって異なる。Ｓ偏光の反射率はＰ偏光の反射率よりも大きい。例えば、偏光フィルタ２４は、反射部１における反射率の高い偏光（Ｓ偏光）を透過するように配置される。これによって、偏光フィルタ２４は、反射部１で多く反射された光９１の多くを透過することができる。
【００５８】
一方、太陽光などの外光９２は、ランダム偏光とみなすことができる。ランダム偏光は、様々な方向に振動した光で構成されている光で偏光はみられない光である。そのため、偏光フィルタ２４によって、外光９２の光量の約半分が遮断される。偏光フィルタ２４によって、外光９２の影響を低減することができる。
【００５９】
＜変形例２＞
図６は、変形例２に係る撮像装置１２０の構成を示す構成図である。撮像装置１２０は、画像表示部５を備える点で撮像装置１１０と相違する。撮像装置１００，１１０の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００６０】
画像表示部５は、画像を表示する表示部の一部である。画像表示部５および集光部２によって、例えば、撮像装置１２０は虚像を表示することができる。画像表示部５は、集光部２の一部の光学系を撮像部４と共用している。撮像部４と共用している集光部２の光学系は、凹面鏡２１、波長選択素子２２および偏光フィルタ２４である。これによって、撮像装置１２０は運転者９を撮影すると同時に、運転者９が視認する画像を表示することができる。
【００６１】
画像表示部５は、画像表示素子５２を備えている。画像表示部５は、投射光学系５１を備えることができる。
【００６２】
投射光学系５１は、画像表示素子５２から出射される画像光を反射部１に投射する。運転者９は、反射部１に投射された画像光を虚像として視認する。投射光学系５１は、運転者９に対して、適切な倍率または画像表示距離で虚像を視認させる。投射光学系５１は、共用した光学系のレンズパワーを調整する。また、投射光学系５１は、構成要素のレイアウトまたは光路長を調整する。
【００６３】
図６では、投射光学系５１は凸面鏡である。撮像装置１２０の小型化のためには、光路長を短くすることが有効である。このためには、集光部２で共用化した光学系の集光能力を高めることが有効である。集光能力を高めることは、例えば、正のレンズパワーを強くすることである。
【００６４】
しかし、撮像のための光学系と画像を表示するための光学系とでは、求められるレンズパワーが異なる。
【００６５】
撮像のための光学系では、遮光部３における外光の遮光効果を高めるために、高い集光能力が求められる。つまり、撮像のための光学系では、強い正のレンズパワーが求められる。
【００６６】
一方、画像を表示するための光学系では、強いレンズパワーを用いると、画質の劣化が生じる。このため、画像を表示するための光学系では、集光部２による強い正レンズパワーを低減する負のレンズパワーが必要となる。投射光学系５１は、この負のレンズパワーに相当する。これによって、画像を表示するための光学系における画質の劣化を低減できる。
【００６７】
画像表示素子５２は画像光を形成する。画像光は、表示される画像情報を含んでいる。画像表示素子５２は、例えば、液晶表示素子などである。画像表示素子５２は、例えば、プロジェクターとスクリーンとを組み合わせた画像表示素子でも良い。
【００６８】
画像表示素子５２から投射された画像光は、投射光学系５１に到達する。投射光学系５１に到達した画像光は、投射光学系５１で発散角が変更される。図６では、投射光学系５１は凸面鏡である。このため、投射光学系５１に到達した画像光は、投射光学系５１で反射される。また、投射光学系５１では、投射光学系５１に到達した画像光の発散角は大きくなる。
【００６９】
画像光は、波長選択素子２２に到達する。投射光学系５１で反射された画像光は、波長選択素子２２に到達する。画像光は、投射光学系５１を介して波長選択素子２２に到達する。画像光の可視光は、波長選択素子２２を透過する。画像光の赤外光は、波長選択素子２２で反射される。
【００７０】
波長選択素子２２を透過した画像光の可視光は、偏光フィルタ２４に到達する。偏光フィルタ２４は、可視光の特定の偏光を透過する。例えば、偏光フィルタ２４が透過する偏光はＳ偏光である。
【００７１】
画像表示素子５２が液晶表示素子の場合には、画像表示素子５２から出射される偏光の方向と偏光フィルタ２４を透過する偏光の方向とが一致するように、画像表示素子５２を配置する。これによって、偏光フィルタ２４による画像光の減衰を低減することができる。
【００７２】
偏光フィルタ２４に到達した画像光（可視光）は、偏光フィルタ２４を透過する。偏光フィルタ２４を透過した画像光（可視光）は、凹面鏡２１を介して、反射部１に投射される。運転者９は、反射部１に投射された画像光を虚像として視認する。
【００７３】
撮像装置１２０では、撮像部４と画像表示部５とが集光部２を共用している。そのため、撮像装置１２０を小型化することが容易である。
【００７４】
共用する構成要素は、例えば、波長選択素子２２と偏光フィルタ２４とである。波長選択素子２２を共用することによって、撮像部４が受光する赤外光と画像表示部５が投射する可視光とを選別することができる。波長選択素子２２は、赤外光を反射して、可視光を透過する。偏光フィルタ２４を共用することによって、撮像部４に到達する外光を低減することができる。また、画像表示部５が投射する画像光の減衰を低減することができる。
【００７５】
なお、上述の各実施の形態においては、「平行」または「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。
【００７６】
また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
【符号の説明】
【００７７】
１００，１１０，１２０  撮像装置、  １  反射部、  ２  集光部、  ２１  凹面鏡、  ２２  波長選択素子、  ２３  レンズ、  ２４  偏光フィルタ、  ３  遮光部、  ３１  開口、  ３２  遮光領域、  ４  撮像部、  ４１  結像光学系、  ４２  撮像素子、  ４２ａ  受光面、  ５  画像表示部、  ５１  投射光学系、  ５２  画像表示素子、  ９  運転者、  ９１  光、  ９２  外光。
【図１】
2019211664.tif 000003
【図２】
2019211664.tif 000004
【図３】
2019211664.tif 000005
【図４】
2019211664.tif 000006
【図５】
2019211664.tif 000007
【図６】
2019211664.tif 000008