(57)【要約】【課題】一般的な狭帯域バンドパスフィルターの光学特性を補正し、広角度な入射角特性を持つ光学機器や望遠レンズに応用することで、赤外線ＬＥＤ等、特定波長の発光体の位置検出を広い範囲で検出することを主な目的とする。【解決手段】広い視野角からの入射角の光を一般的な光学レンズにより補正することで、狭帯域バンドパスフィルターへの光の入射角をほぼ直角方向になるように補正し、ターゲットである赤外線ＬＥＤや特定波長の発光体を広い視野角の広い範囲内から検出することを可能にし、広い視野角内の検出位置から狭い視野角の光学機器に切り換えて誘導し、狭い視野角用の光学機器による狭い範囲でターゲットの位置の検出精度を高めることで解決した。【選択図】        図７
2004215210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学レンズまたは反射鏡を使って、光の狭帯域バンドパスフィルターへの入射角を補正することによって、特定の波長の光を選択的に透過させることを目的にした光学機器。
【請求項２】
ＣＣＤカメラのＣＣＤ素子（ＣＣＤ＝チャージカップルデバイスの略、以下同様）に集光させる映像光線のＣＣＤ素子に対して、垂直から２５度以内の画角になるように調整された光学機器とＣＣＤ素子との間に、特定の波長を選択的に透過する狭帯域バンドパスフィルターを設置した光学機器。
【請求項３】
ズームレンズユニットに組み込んだ、請求項１、請求項２記載の光学機器。
【請求項４】
請求項１、請求項２記載の光学機器を使用した、デジタルズームＣＣＤカメラ。
【請求項５】
請求項４記載のデジタルズームＣＣＤカメラで、スポットズームを可能とするデジタルスポットズームＣＣＤカメラ。
【請求項６】
スポットズーム機能を可能にした、デジタルスポットズームＣＣＤカメラ。
【請求項７】
請求項１記載の光学機器で、広い視野角を持つ光学機器の視野角内を狭い視野角で映し出し、特定の波長の光を選択的に透過させるために広い視野角から狭い視野角を導くことを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
テレビカメラを画像センサーとして使用し、撮影したテレビ画面に写った特定のターゲットのテレビ画面内における位置を解析するために、テレビ画面内の特定したターゲットの発する固有の光の波長を識別し認識するために、ターゲット固有の光の波長のみを選択的にかつ効果的に透過させるために狭帯域バンドパスフィルターを使用した技術である。
【０００２】
【従来の技術】
フィルムの感度特性を調整するために、カメラレンズの前面にカットフィルターやワイドバンドフィルターを取り付けてフィルムの感度特性の補正を行うことは広く行われている。この場合のフィルムの感度特性が比較的なめらかな特性を持つため、フィルターは特性のゆるやかなものでよく、光の波長のずれも特に問題にならなかった。
【０００３】
また、テレビカメラに使用されている光の波長の帯域を補正するフィルターは、光の波長の短い波長を遮断する赤外線透過型フィルターが広く用いられており、ＣＣＤ素子で電気信号に変換した後で電子回路やプログラムソフト等で電子的な各種の補正をするものもあった。
【０００４】
図１は赤外線光の補正フィルターを使用した例の説明図であり、図２も同様である。図１は、ＣＣＤカメラ用光学系レンズの前面に赤外線透過フィルター１を取り付けたもので、レンズユニット２の光学系機器の外部に被せる場合が多く、レンズユニット２からの赤外線透過光は、ＣＣＤ素子２表面で実像を得るように組み合わせ、回路基板４で電気信号に変換される。
【０００５】
図２は、赤外線透過フィルター６をレンズユニット７の対物レンズ１０に蒸着させたものであり、広い範囲の波長のワイドバンドカットフィルターや可視光線を遮断する赤外線透過フィルター用に用いられ、広い範囲の波長光を対象にしたものである。この場合も、光はレンズユニット７を通り、ＣＣＤ素子８で実像を得て、回路基板９で電気信号に変える。
【０００６】
図１及び図２に示すように、赤外線透過フィルターを使用する場合やその他の光学補正フィルターを使用する場合には、光の補正フィルターへの入射角の補正は行われることは無く、基本的に補正の必要のない使用方法が主であった。
【０００７】
また、本発明で使用する狭帯域バンドパスフィルターの主な使用目的は、主に光学機器の実験や天体の観測、記録に使用され、狭帯域バンドパスフィルターへの光の入射角はほぼ直角（９０度）での使用であり、狭帯域バンドパスフィルターへの広角からの光の入射角を使用した光学機器は無く、必要も多くは無かった。
【０００８】
狭帯域バンドパスフィルターはガラス面に多数の誘電体を繰り返し蒸着して製造され、各膜の厚さは数百ｎｍ（ナノメーター）オーダーの積層となり、必要な狭帯域特性を得るためにガラス蒸着フィルターを数枚重ねる構造をとることで特定波長の透過光を得るものである。図３は狭帯域バンドパスフィルターの特性の説明図であり、図４は一例として赤外線狭帯域バンドパスフィルターの透過特性を示したグラフである。
【０００９】
図５は、この赤外線狭帯域バンドパスフィルターの入射角特性を示した一例である。以上の例で解るように、一般的に透過帯域特性が狭くなるほど入射角の範囲が狭くなる特性がある。
【００１０】
狭帯域バンドパスフィルターは、狭帯域バンドパスフィルターに光が入射すると、蒸着で作られた多層膜の間で光の反射や透過があり、特定の波長の光のみが透過し他の波長の光は干渉しあって消滅するように製作されており、入射する光は狭帯域バンドパスフィルターにほぼ直角に入射すると想定して製作されている。従って、入射する光が直角と異なる角度で入射する場合は、直角からずれるほど透過する特定の波長の光は減り、干渉して消滅する光の割合は多くなる。
【００１１】
このことは、図６に説明するように狭帯域バンドパスフィルター１６に合った波長の光でも、入射角が直角に対して３０度または６０度の傾きがある場合には、ほぼ完全に遮光される入射光となる。１８は入射角９０度の光であり、１７は１２０度の入射角の光、１９は入射角６０度の光を示し、同一波長の光である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の発明者が出願済みの特願２０００−２５２７１４の追尾システムは、ターゲットとなる特定波長の光を広い範囲から精度の高い検出をする必要があるために、広い視野角のテレビ画面と狭いバンドパス特性のフィルターが必要であり、さらに望遠レンズを使用した狭い視野角のテレビ画面も追尾精度を得るために必要とし、これらの相反する事柄の解決が必要であった。
【００１３】
また、本発明の発明者がすでに出願済みの特開２００１−３３２１２に記載されたテレビカメラの走査線から直接赤外線ＬＥＤによる特定の光のターゲットを検出しテレビ画面内のターゲットの位置を検出するためには、ターゲットになる特定波長の光のみを狭帯域で透過させる必要があった。
【００１４】
さらに、本発明の発明者が出願した特願２０００−２５２７１４での使用目的のためには、ＣＣＤカメラがターゲットをとらえる範囲は広いほうが望ましいために、広い視野角のレンズユニットを使用し広い範囲を検出範囲とすることであるが、特定波長の光のみを透過させる狭帯域バンドパスフィルターは、図５および図６の項で説明した光学的な特性上から、実際のレンズの視野角よりも検出範囲が狭くなる問題点があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
広い視野角からの入射角の光をレンズにより補正して、狭帯域バンドパスフィルターへの光の入射角をほぼ直角から２５度以内になるように補正することで、赤外線ＬＥＤを広い視野角で広い範囲内での検出を可能にし、広い視野角内の検出位置から狭い視野角の光学機器に切替えて誘導し、狭い視野角用の光学機器による狭い範囲でターゲットの位置の検出精度を高めることで解決した。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、狭帯域バンドパスフィルターを使用した光学機器において、広い視野角のレンズユニットを使用し狭い入射角の狭帯域バンドパスフィルターを使用するための発明であり、狭帯域バンドパスフィルターをレンズユニット内に組み込み、対物レンズユニットに入射する光が、レンズユニットに組み込まれた狭帯域バンドパスフィルターを透過する所では、狭帯域バンドパスフィルターに対してほぼ直角から２５度以内になるように光学レンズまたは反射鏡を使って補正した光学機器である。
【００１７】
【実施例】
図７は、狭帯域バンドパスフィルターをレンズユニット内に組み込んだ光学機器の実施例の説明図である。２０は狭帯域バンドパスフィルターであり、２１は対物レンズユニット、２２は接眼レンズユニット、２３はＣＣＤ素子、２４は回路基板、２５は入射する光を示す。
【００１８】
対物レンズユニット２１に対してそれぞれの入射角をもって入射する光２５は、対物レンズユニット２１において狭帯域バンドパスフィルター２０に対してほぼ直角から２５度以内に入射するようにレンズの組み合わせでほぼ平行線光線とする。狭帯域バンドパスフィルター２０は、狭い入射角の透過特性を持っているが、ほぼ直角から２５度以内に入射する光に対しては特性通りの透過特性で特定の波長のみを透過することが出来る。透過した特定波長の光は、接眼レンズユニット２２によりＣＣＤ素子２３上で実像を得るようにレンズの組み合わせで調整してあり、回路基板２４において透過した特定波長の光を電気信号に変えるものである。
【００１９】
図１９は狭帯域バンドパスフィルターをレンズユニット後部に組み込み、より広い範囲を撮影可能な光学機器の実施例の説明図である。１２８は狭帯域バンドパスフィルターであり、１２９は魚眼レンズユニット、１３０はＣＣＤ素子、１３１は回路基板、１３４は接眼レンズである。
【００２０】
より広い範囲を撮影可能な魚眼レンズ１２９に対してそれぞれの入射角をもつて入射する光１３２は、接眼レンズ１３４側においてＣＣＤ素子１３０集光し、集光した光はＣＣＤ素子１３０に対して垂直よりほぼ２５度以内の画角で集光するように魚眼レンズ１２９ユニットで調整されており、魚眼レンズの接眼レンズ側とＣＣＤ素子の間に狭帯域バンドパスフィルターを取り付けことにより、光１３２の入射する光に対しては特性通りの透過特性で特定の波長のみの光を透過させＣＣＤ素子で透過させた特定の光のみを電気信号に変えることが出来、魚眼レンズの特性を生かしてターゲットを効率よく検出することを可能とした。
【００２１】
図８は、狭帯域バンドパスフィルターをズームレンズユニットに組み込んだ光学機器の実施例の説明図である。２６は狭帯域バンドパスフィルターであり、２７は対物レンズユニット、２８は接眼レンズユニット、２９はＣＣＤ素子、３０は回路基板、３１はズームレンズユニット、３２はズーム用レンズユニット駆動機構、３３はズームレンズユニット駆動ギヤ、３４は入射する光を示す。
【００２２】
狭帯域バンドパスフィルター２６を組み込んだズームレンズユニット３１の視野角を調整するために、対物レンズユニット２７に入射した光３４の角度を変えるようにズーム用レンズユニット駆動機構３２の操作でズームレンズユニット駆動ギヤを動かしズームレンズユニット３１を調整しても、対物レンズユニット２７に入射する光３４の狭帯域バンドパスフィルター２６に入射する角度が常にほぼ直角から２５度以内になるように対物レンズユニット２７とズームレンズユニット３１は組み合わされている。
【００２３】
狭帯域バンドパスフィルター２６を透過した特定の波長の光はズームレンズユニット３１と接眼レンズ２８によってＣＣＤ素子２９上で実像を得るものである。
【００２４】
この場合において、狭帯域バンドパスフィルター２６に入射する光３４の角度をほぼ直角から２５度以内に保つことで、狭帯域バンドパスフィルター２６を透過する光の透過特性の変化は無いために、ＣＣＤ素子２９から得られる回路基板３０の電気特性に変化は無いものである。
【００２５】
従って、本発明の狭帯域バンドパスフィルター２６を組み込んだズームレンズユニット３１はズーム操作による特定波長の透過光の特性を一定に保つことが出来るものである。
【００２６】
図９は、ズームレンズユニットに赤外線狭帯域バンドパスフィルターを使用した、ＣＣＤカメラの映像を映したテレビ画面の説明図である。Ａは本発明のズームレンズユニットのズームレンズを広角側にした場合の赤外線ＬＥＤ３５を検出した画面図であり、Ｂは絞り込んだ場合の赤外線ＬＥＤ３６を検出した画面図であり、Ｃはズームレンズを遠方側にした場合の赤外線ＬＥＤ３７を検出した画面図であり、Ｄは近接側にした場合の赤外線ＬＥＤ３８を検出した画面図である。検出した赤外線ＬＥＤ３５、３６、３７、３８は被写体がつけた同じ赤外線ＬＥＤである。画像は赤外線画像であり、赤外線ＬＥＤの発光以外写っていないが実際の位置関係を表すため、被写体及び背景を点線で表記している。
【００２７】
上記のいずれの場合においても赤外線狭帯域バンドパスフィルターに入射する光の角度をほぼ直角から２５度以内にすることで、従来は赤外線狭帯域バンドパスフィルターの特性により検出できなかった角度の位置にある赤外線ＬＥＤの特定波長の光を検出することが出来るものである。
【００２８】
次に、狭帯域バンドパスフィルターを内蔵した広角レンズユニットと同じく狭帯域バンドパスフィルターを内蔵した望遠レンズユニットを組み合わせて、広い視野角で広い範囲を映し出せる広角レンズユニット付ＣＣＤカメラからの駆動誘導によって、狭い視野角の狭い範囲を映し出せる望遠レンズユニット付ＣＣＤテレビカメラによる、精度の高いテレビ画面の位置検出について説明する
【００２９】
図１０は、広角レンズユニットと望遠レンズユニットに同一帯域の赤外線狭帯域バンドパスフィルターを内蔵した装置の説明図である。Ｅは広角レンズユニットであり、３９は赤外線帯域の狭帯域バンドパスフィルター、４０は対物レンズユニット、４１は接眼レンズユニット、４２はＣＣＤ素子、４３は回路基板、４４は広角レンズユニットに入射する光を示し、Ｆは望遠レンズユニット、４５は３９と同一の赤外線帯域の狭帯域バンドパスフィルター、４６は対物レンズユニット、４７は接眼レンズユニット、４８はＣＣＤ素子、４９は回路基板、５０は広角レンズユニットに入射する光を示し、広角レンズユニットに入射する光４４と同一方向の光であり、１２１は広角レンズユニットＥと望遠レンズユニットＦを駆動する駆動機構である。
【００３０】
広角レンズユニットＥの対物レンズユニット４０に入射する光４４は、対物レンズユニット４０で狭帯域バンドパスフィルター３９に対してほぼ直角から２５度以内に入射するように調整され、狭帯域バンドパスフィルター３９は、ほぼ直角から２５度以内に入射した光４４を狭帯域バンドパスフィルターの特性通りに特定波長の赤外線ＬＥＤの光のみを透過させ、接眼レンズユニット４１は透過した特定波長の赤外線ＬＥＤの光をＣＣＤ素子４２上に結像し、回路基板４３により電気信号に変換している。
【００３１】
望遠レンズユニットＦも同様に、対物レンズユニット４６に入射する光５０を対物レンズユニット４６により狭帯域バンドパスフィルター４５に対しほぼ直角から２５度以内に入射するように調整し、狭帯域バンドパスフィルター４５は同様に、特定波長の赤外線ＬＥＤの光のみを透過させ、接眼レンズユニット４７は透過した特定波長の赤外線ＬＥＤの光をＣＣＤ素子４８上に結像し、回路基板４９により電気信号に変換している。
【００３２】
図１１は、図１０に説明した広角レンズユニットＥと望遠レンズユニットＦが撮影した、特定波長の赤外線ＬＥＤを検出した映像をモニターテレビ画面に映し出した説明図であり、Ｇは広角レンズユニットＥが撮影した映像を表し、５１は検出した赤外線ＬＥＤの光である。Ｈは望遠レンズユニットＦが撮影した映像を表し、５２は検出した赤外線ＬＥＤの光であり５１と同一の赤外線ＬＥＤである。画像は赤外線画像であるため、点線で示した人物及び背景は本来画面には見えていないが、画面内の位置関係を表すために表記している。
【００３３】
本発明の目的である、特定のターゲットの位置検出を行うために、狭帯域バンドパスフィルター内蔵光学機器による広角レンズユニットＥが撮影した広い視野角でのターゲット検出を可能とし、広角レンズユニットＥが撮影した映像Ｇ内の赤外線ＬＥＤ５１の位置を検出し駆動機構１３５で導き、続いて望遠レンズユニットＦが撮影した画像Ｈ内の赤外線ＬＥＤ５２の位置を検出し駆動機構１３５で導くことで、狭い視野角の画像である画像Ｈ内に検出した赤外線ＬＥＤ５２の位置のより精度の高い位置解析と駆動を行うことが可能となるものである。
【００３４】
次に、本発明の狭帯域バンドパスフィルターを内蔵した光学機器による、広角レンズユニットと望遠レンズユニットによる映像を利用したＣＣＤカメラセンサーを本発明の発明者が出願した、特願２００１−３３２１２の追尾システムに応用した実施例を説明する。
【００３５】
図１２は赤外線ＬＥＤ用の狭帯域バンドパスフィルターを内蔵した広角レンズと望遠レンズを使用した、ＣＣＤカメラセンサー追尾システムを説明したシステム図である。（以降、文中及び図中の狭帯域バンドパスフィルターは、赤外線フィルターと記す。）５３は赤外線フィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサーであり、５４は赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラセンサー、５５は駆動機構、５６はテレビカメラ、５７はＹ軸駆動モーター、５８はＸ軸駆動モーター、５９は支点、６０は広角レンズ撮影範囲、６１は望遠レンズ撮影範囲、６２はターゲットの赤外線ＬＥＤ、１２６はカラーテレビモニター、６４はフィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路、６５は駆動機構データ算出回路、６６は望遠レンズＣＣＤカメラセンサー優先切替え回路、６７は駆動機構データ算出回路、６８はフィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラ位置解析回路、６９はＸ軸Ｙ軸モーター駆動ドライバー、１１５は広角レンズ撮影範囲６０及び望遠レンズ撮影範囲６１内にあるターゲットの赤外線ＬＥＤの設定位置、１１６はカラーテレビモニター画面内のターゲットである赤外線ＬＥＤ６２の設定位置である。
【００３６】
赤外線フィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５３及び赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５４は、赤外線ＬＥＤ６２の波長にあわせた赤外線フィルターを内蔵している。
【００３７】
赤外線フィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５３と赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５４及びテレビカメラ５６は、同一の駆動機構５５に取り付けられており、駆動機構５５は支点５９でＸ軸モーターと５８Ｙ軸モーター５７とほぼ直角交差し、駆動機構５５はＸ軸モーター５８とＹ軸モーター５７によって、ほぼ垂直方向から駆動される。設定位置１１６は、駆動機構データ算出回路６５および駆動機構データ算出回路６７に設定される。
【００３８】
赤外線フィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５３が、広角レンズ撮影範囲６２に赤外線ＬＥＤ１２５を検出した場合において、赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５４は望遠レンズ撮影範囲内６１に赤外線ＬＥＤ６２を検出できない場合に、赤外線フィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路６４は広角レンズ撮影範囲６０内の赤外線ＬＥＤ６２の位置を解析する。
【００３９】
駆動機構データ算出回路６５は、設定された設定位置１１６と赤外線フィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路６４が解析した赤外線ＬＥＤ１２５の位置とを比較して、設定位置１１６と赤外線ＬＥＤ６２の解析位置が重なるように駆動機構データ算出回路６５が駆動データを算出する。
【００４０】
この駆動データは、赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５４がターゲットの赤外線ＬＥＤ６２の位置を検出していない場合は、望遠レンズ優先切替え回路６０を通ってＸ軸Ｙ軸駆動ドライバー６９によってＸ軸モーター５８とＹ軸モーター５７を動かして駆動機構５５が広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５３と赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラセンサー５４のアングルを上方に変える。
【００４１】
つまり、ターゲットである赤外線ＬＥＤ６２を広角レンズ撮影範囲６０および望遠レンズ撮影範囲６１内の設定位置１１５が移動することにより、赤外線ＬＥＤ６２に重なる様にカメラアングルを駆動機構５５が変えることにより、赤外線ＬＥＤ６２が望遠レンズ撮影範囲６１に撮影範囲が移動して赤外線ＬＥＤ６２を望遠レンズ撮影範囲６１内に映し出すことが出来る。
【００４２】
赤外線ＬＥＤ６２を望遠レンズ撮影範囲６１内に映し出すことが出来、赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラ位置解析回路６８が赤外線ＬＥＤ６２の位置を解析できた場合に、駆動機構データ算出回路６７は赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラ位置解析回路６８が解析した赤外線ＬＥＤ６２の位置を設定された設定位置１１６と比較し、赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラ位置解析回路６８が解析した赤外線ＬＥＤ６２の位置と設定された設定位置１１６が重なる様に駆動データを算出する。
【００４３】
このとき、望遠レンズ優先切替え回路６５は、優先して駆動機構データ算出回路６７の駆動データをＸ軸Ｙ軸駆動ドライバー６９に送り、Ｘ軸Ｙ軸駆動ドライバー６９は、Ｘ軸モーター５８とＹ軸モーター５７を動かして駆動機構５５を駆動し望遠レンズ撮影範囲６１内の設定位置１１６が移動して、赤外線ＬＥＤ６２に重なる様に導くことにより、カラーテレビカメラ５６により映し出されるカラーテレビモニター画面５６内の設定位置１１６を広角レンズ撮影範囲６０及び望遠レンズ撮影範囲６１内の設定位置１１５に合わせておくことで、カラーテレビモニター画面１２６内の設定位置１１６に赤外線ＬＥＤ６２を映し出すことが出来るものである。
【００４４】
このように、広角レンズ撮影範囲６０の広い画面でターゲットである赤外線ＬＥＤ６２を検出し、望遠レンズ撮影範囲６１の狭い画面内に赤外線ＬＥＤ６２を検出できるように誘導し、望遠レンズ撮影範囲６１の狭い画面内でターゲットである赤外線ＬＥＤ６２を検出し位置解析を行うことにより、広い画面範囲内でターゲットである赤外線ＬＥＤを検出して誘導し、狭い望遠画面による精度の高い位置解析を行い誘導することを可能としたものである。
【００４５】
広い撮影範囲でターゲットを検出し、狭い撮影範囲に誘導することによる精度の高い位置解析を行うことで、設定位置１１６への駆動データも精度の高い値を算出することが出来、カラーテレビモニター画面１２６内の設定位置１１６への赤外線ＬＥＤ６２の移動も非常に精度の高いものとなり、移動速度も速く、人間が操作する速度より速く正確な追尾が可能である。
【００４６】
本発明の発明者が出願した特願２０００−２５２７１４に記載した追尾システムのターゲット位置解析にテレビ画面の走査線を利用している為に、出来るだけ狭い画面でのターゲットの位置解析による精度の高い位置解析が望ましいが、システム動作時や広い空間でのターゲットの位置解析および動作中にターゲットを見失った場合は、広い画面でのターゲットの位置解析が有効である事から狭帯域バンドパスフィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサーと狭帯域バンドパスフィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラセンサーの共用によるターゲット位置解析が必要であり、特に広い空間で使用する場合の有効な手段である。
【００４７】
次に、本発明の赤外線フィルターを内蔵した電動ズームレンズを用いたＣＣＤカメラセンサー追尾システムについて説明する。  図１３は赤外線ＬＥＤ用の赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサーを本発明の発明者が出願した特願２０００−２５２７１４に記載した追尾システムに応用したシステムの実施図であり、図１４は図１３の赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０が撮影したズーム画面の説明図である。
【００４８】
７０は赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサーであり、７１はカラーテレビカメラ、７２は赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０とカラーテレビカメラ７１を同一面に取り付けて同一に駆動される駆動機構、７３はＹ軸駆動モーター、７４はＸ軸駆動モーター、７５は駆動機構７２を支える支点、７６は電動ズームレンズ駆動モーター、７７は電動ズームレンズ駆動ギヤ、７８はターゲットである赤外線ＬＥＤであり図１４の８８赤外線ＬＥＤと同じである。７９はカラーテレビモニターあり、８０は赤外線フィルター内臓電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路、８１は駆動機構データ算出回路、８２はＸ軸Ｙ軸モーター駆動ドライバー、８３は電動ズームレンズ駆動データ算出回路、８４は電動ズームレンズ駆動ドライバー、１１７は設定位置である。
【００４９】
赤外線フィルター内臓電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０に内蔵された赤外線フィルターは、赤外線ＬＥＤ７８の波長に合わせてあり、ターゲットである赤外線ＬＥＤを撮影し赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路８０により赤外線ＬＥＤ７８の位置を解析する。
【００５０】
解析されたデータにより、カラーテレビカメラ７１の映像であるカラーテレビモニター７９の画面内の設定位置１１７に赤外線ＬＥＤ７８を重ね合わせるように、カラーテレビカメラ７１の位置を適正な位置へ駆動機構７２を駆動し、撮影アングルを変えるものである。
【００５１】
また、設定位置１１７は、カラーテテレビモニター７９画面内に任意に設定した位置であり、駆動機構データ算出回路８１に事前に記憶し設定した設定位置である。
【００５２】
赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０の電動ズームレンズを広角側にし、図１３内の赤外線ＬＥＤ７８を図１４に示す広角側画面８５内の赤外線ＬＥＤ８８の位置に映し出した場合、電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路８０が赤外線ＬＥＤ７８の位置を解析する。駆動機構データ算出回路８１は設定した設定位置１１７と赤外線ＬＥＤ８８の位置が異なる場合には、駆動機構７２を駆動して赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路８０が解析した赤外線ＬＥＤ８８の位置と設定位置１１７位置が重なるように駆動データを算出する。
【００５３】
この駆動データにより、Ｘ軸Ｙ軸モーター駆動ドライバー８２はＸ軸モーター７４とＹ軸モーター７３を駆動し、電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０が撮影した画面内の赤外線ＬＥＤ８８の解析位置と設定位置１１７とが重なるように駆動する。
【００５４】
同時に、赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路８０が赤外線ＬＥＤ７８の位置検出が出来ている場合に、電動ズームレンズ駆動データ算出回路８３のデータが図１４に示す電動ズームレンズ設定範囲をあらかじめ設定しておいた電動ズームレンズ設定値１１８と比較して、電動ズームレンズ駆動算出回路８３の設定範囲より内側にある場合には電動ズームレンズ駆動算出回路８３は電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０に内蔵した電動ズームレンズを望遠側に駆動する駆動するデータを算出し、電動ズームレンズ駆動ドライバー８４により電動ズームレンズ駆動モーター７６を駆動し、電動ズームレンズ駆動ギヤ７７を駆動して電動ズームレンズを望遠側に駆動する。
【００５５】
従って、赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０の撮影したテレビ画面は、図１４に示す広角画面８５から電動ズーム画面８６となり、赤外線ＬＥＤ８８は設定位置１１７方向に移動し、赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０の撮影するテレビ画面は同様に、望遠画面８７へと移動し赤外線ＬＥＤ８８はズームアップし大きく映し出される。
【００５６】
撮影画面がズームアップし大きくなることにより、図１２の項で説明した通り望遠画面８７の画像から赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路８０が解析する赤外線ＬＥＤ８８の位置解析精度は高いものになる。
【００５７】
従って、ターゲットである赤外線ＬＥＤ７８の位置と動きを広角側画面で捕らえ、望遠側画面に誘導することで正確に追尾出来る物である。
【００５８】
本発明の赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサーの使用により、広い範囲から赤外線ＬＥＤの位置を解析し、狭い範囲での赤外線ＬＥＤの正確な位置解析を誘導することを可能とするものである。
【００５９】
また、逆に赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０がターゲットの赤外線ＬＥＤを見失った場合には、赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路８０は赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０の電動ズームレンズを広角側に駆動するデータを出力し、図１４に示す赤外線ＬＥＤ７８を図１４に示す電動ズーム画面８６または広角画面８５内に入るように誘導する。
【００６０】
駆動機構データ算出回路８１は設定位置１１７が電動ズーム画面８６または広角画面８５内の赤外線ＬＥＤ８８へ誘導するためのデータを算出し、Ｘ軸Ｙ軸駆動ドライバー８２によりＸ軸モーター７４及びＹ軸モーター７３を駆動して駆動機構７２を駆動し、電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー７０を連続して傾けて赤外線ＬＥＤ７８を追尾して、カラーテレビカメラ７１の撮影画面であるカラーテレビモニター７９の画面内に赤外線ＬＥＤ７８を設定位置１１７に映し出すことが出来るものである。
【００６１】
次に本発明の赤外線フィルター内蔵の光学機器を使用したデジタルズームＣＣＤカメラセンサー追尾システムの実施例を図１５で説明する。デジタルズームＣＣＤカメラセンサーは、機械的な稼動部分が無い分ズーム操作が高速に行えるメリットがある。
【００６２】
図１５は赤外線フィルター内蔵広角レンズ付デジタルズームＣＣＤカメラセンサーによる追尾システムの実施図であり、図１６は同様に赤外線フィルター内蔵広角レンズ付デジタルズームＣＣＤカメラセンサーの撮影画面の説明図である。８９は赤外線フィルター内蔵広角レンズ付のデジタルズームＣＣＤカメラセンサーであり、９０はカラーＣＣＤカメラ、９１は赤外線フィルター内蔵デジタルズームＣＣＤカメラセンサー８９とカラーＣＣＤカメラ９０を同一面に取り付けた駆動機構、９２はＹ軸駆動モーター、９３はＸ軸駆動モーター、９４は駆動機構の支点であり、９５は被写体に付けたターゲットである赤外線ＬＥＤであり、図１６の１０４赤外線ＬＥＤと同じである。９６はカラーテレビモニターであり、９７は赤外線フィルター内蔵デジタルズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路、９８は駆動データ算出回路、９９はＸ軸Ｙ軸モーター駆動ドライバー、１００はデジタルズーム設定範囲回路、１２７はカラーテレビモニター９６画面内に設定した赤外線ＬＥＤ１２７を映し出す設定位置である。
【００６３】
Ｙ軸駆動モーター９２とＸ軸駆動モーター９３は、支点９４を中心にほぼ直交する様に取り付けており、駆動機構９１を垂直方向から駆動する。また、赤外線フィルター内蔵デジタルズームＣＣＤカメラセンサー８９に内蔵した赤外線フィルターは、赤外線ＬＥＤ９５の波長に合わせてあり、設定位置１２７は、カラーテテレビモニター９６画面内に任意に設定した位置であり、駆動機構データ算出回路９８に事前に記憶し設定した設定位置である。
【００６４】
赤外線フィルター内蔵デジタルズームＣＣＤカメラセンサー８９が図１６に示す広角画面１０１内に、赤外線ＬＥＤ１０４を検出した場合、デジタルズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路９７は、図１６に示す広角画面１０１内の赤外線ＬＥＤ１０４の位置を解析する。
【００６５】
このとき、駆動機構データ算出回路９８は、前記の赤外線ＬＥＤ１０４を解析した位置と設定位置１２７を比較して赤外線ＬＥＤ１０４を解析した位置と設定位置１２７が重なるように駆動機構９１のＸ軸モーター９３及びＹ軸モーター９２を駆動する駆動データを算出し、Ｘ軸Ｙ軸駆動ドライバー回路によって駆動機構９１を駆動する。
【００６６】
また、デジタルズーム設定範囲回路１００は、デジタルズーム設定範囲回路１００内に設定した図１６に示すデジタルズーム設定範囲１２０と、デジタルズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路９７の解析した赤外線ＬＥＤ１０４の解析位置とを比較し、デジタルズーム設定範囲１２０内に赤外線ＬＥＤ１０４がある場合は、赤外線フィルター内蔵デジタルズームＣＣＤカメラセンサー８９のデジタルズームを望遠側にする。
【００６７】
従って、デジタルズームＣＣＤカメラセンサー８９の撮影した画面は、図１６に示すデジタルズーム画面１０２となり、駆動機構９１はデジタルズームＣＣＤカメラセンサー８９の向きを赤外線ＬＥＤ１０４へと駆動することにより望遠デジタルズーム画面１０３になる。
【００６８】
この説明のように、赤外線フィルター内蔵デジタルズームＣＣＤカメラセンサー８９の画面は望遠側画面１０３を映し出すことになり、駆動機構９１に取り付けたカラーＣＣＤカメラ９０がカラーテレビモニター９６に映し出す画面内の設定位置１２７に赤外線ＬＥＤ９５を重ね合わせて映し出すことが出来、図１２の項で説明した事と同様に、広い範囲から赤外線ＬＥＤを検出し、狭い範囲へと誘導することで赤外線ＬＥＤの精度の高い位置検出を行うことが可能となり、正確な追尾が出来るものである。
【００６９】
また、デジタルズームＣＣＤカメラセンサー８９が赤外線ＬＥＤ９５を見失った場合においては、デジタルズーム設定範囲回路１００による速いデジタルズーム操作により画面を広角側にしてターゲットの赤外線ＬＥＤ９５の検出が可能であり、駆動機構９１の駆動も素早い対応が可能となる。
【００７０】
次に本発明の赤外線フィルターを内蔵した光学機器を使用したデジタルスポットズーム機能を持つＣＣＤカメラセンサーを利用した追尾システムを説明する。図１７は赤外線フィルター内蔵広角レンズ付デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー追尾システムの実施例であり、図１８は赤外線フィルター内蔵広角レンズ付デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサーの撮影画面の説明図である。１０５は赤外線フィルター内蔵広角レンズ付のデジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサーであり、１０６は広角レンズレンズ付デジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ、１０７は被写体がつけたターゲットである赤外線ＬＥＤ、１０８は広角レンズレンズ付のデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６の画像を映したカラーテレビモニター、１０９は赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路、１１０はスポット位置操作回路、１１１はデジタルスポットズーム設定回路、１２４はスポット設定位置である。
【００７１】
赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５は図１８に示す様に狭帯域バンドパスフィルター内臓広角デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５の撮影した画面内の任意のスポット位置にスポットズームが出来るＣＣＤカメラセンサーであり、デジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６も同様の機能を持つカラーＣＣＤカメラである。
【００７２】
赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５と広角レンズ付きデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６は、ＣＣＤ素子上の任意のポイントをスポットし、このポイントを中心に任意倍率でズームアップすることが可能なＣＣＤ素子を取り付けたＣＣＤカメラであり、赤外線フィルター内臓広角レンズ付きデジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路１０９の出力する解析位置を中心にデジタルスポットズーム設定回路が指示するスポットにズームインおよびアウトすることが出来る機能を持つＣＣＤ素子である。
【００７３】
赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５の赤外線フィルターは、赤外線ＬＥＤ１０７の波長に合わせてあり、赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５とデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６は同一の画角で同一の画面を撮影している。また、スポット設定位置１２４はカラーテレビモニター１０８の画面内に任意に設定した設定位置であり、スポット位置操作回路１１０に事前に設定し記憶している。
【００７４】
赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５及びデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６の標準画面は、図１８に示す広角画面１１２であり、赤外線ＬＥＤ１０７の位置を広角画面１１２内の赤外線ＬＥＤ１２３の位置に検出した場合に、赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路１０９は図１８に示す広角画面１１２内の赤外線ＬＥＤ１２３の位置を解析し、デジタルスポットズーム設定回路１１１は赤外線ＬＥＤ１２３の解析位置に向かってデジタルスポットズーム動作を行う信号を赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５およびデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６に送る。
【００７５】
このとき、赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５およびデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６は、デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路１０９が解析した赤外線ＬＥＤ１２３の解析位置とスポット設定位置１２４が重なるようにスポットズームを行い、広角画面１１２からズーム画面１１３、望遠側画面１１４を映し出す。
【００７６】
このことは、広角側ＣＣＤ画面１１２内の赤外線ＬＥＤ１２３の解析位置をスポット位置として設定することで可能であり、従って、デジタルスポットズーム設定回路１１１からの同一信号で操作されるデジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５の映像もデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６と同じ映像を映し出すことが出来るものである。
【００７７】
赤外線ＬＥＤ１０７のターゲットに対してデジタルスポットズームのデジタル画面の切替えは、赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５の映像内に映し出された赤外線ＬＥＤ１０７の検出に従うものであり、赤外線フィルター内蔵デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー１０５内に赤外線ＬＥＤ１０７が検出さえすればデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ１０６は赤外線ＬＥＤ１０７を追尾した画面を映し出すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンズユニットに取り付けたフィルターの説明図である。
【図２】フィルターをレンズにコーティングしたレンズユニットの説明図である。
【図３】狭帯域バンドパスフィルターの特性図である。
【図４】狭帯域バンドパスフィルターの波長対透過特性図である。
【図５】狭帯域バンドパスフィルターの入射角特性図である。
【図６】狭帯域バンドパスフィルターへの透過光線の入射角の説明図である。
【図７】レンズユニット内に組み込んだ狭帯域バンドパスフィルターの説明図である。
【図８】ズームレンズユニット内に組み込んだ狭帯域バンドパスフィルターの説明図である
【図９】狭帯域バンドパスフィルターを使用したＣＣＤカメラ画像の説明図である。
【図１０】広角レンズユニットと望遠レンズユニットの説明図である。
【図１１】広角レンズユニットと望遠レンズユニットで写した画像の説明図である
【図１２】ＣＣＤカメラセンサー追尾システムの説明図である。
【図１３】電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー追尾システムの説明図である。
【図１４】電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサーの画像の説明図である。
【図１５】デジタルズームＣＣＤカメラセンサー追尾システムの説明図である
【図１６】デジタルズームＣＣＤカメラセンサーの画像の説明図である。
【図１７】デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサーシステムの説明図である
【図１８】デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサーの画像の説明図である
【図１９】狭帯域バンドパスフィルターをレンズユニット後部に組み込んだ光学機器の説明図である。
【符号の説明】
１、６        赤外線透過フィルター
２、７        レンズユニット
３、８、２３、２９、４２、４８、１３０        ＣＣＤ素子
４、９、２４、３０、４３、４９、１３１        回路基板
５、１１、２５、３４、４４、５０、１３２        光
１０、１３３        対物レンズ
１３４      接眼レンズ
１２、１６、２０、２６、３９、４５、１２８      狭帯域バンドパスフィルター
１３        赤外線Ａ
１４        赤外線Ｂ
１５        赤外線Ｃ
１７        入射角１２０°
１８        入射角９０°
１９        入射角６０°
２２、２８、４１、４７        接眼レンズユニット
２１、２７、４０、４６        対物レンズユニット
３１        ズーム用レンズユニット
３２        ズームレンズ用駆動機構
３３        ズームレンズ用駆動ギヤ
３５、３６、３７、３８、５１、５２、６２、７８、８８、９５、
１０４、１０７、１２３        赤外線ＬＥＤ
５３        赤外線フィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー
５４        赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラセンサー
５５、７２、９１、１２１        駆動機構
５６、７９、７１、９０        カラーテレビカメラ
５７、７３、９２        Ｙ軸駆動モーター
５８、７４、９３        Ｘ軸駆動モーター
５９、７５、９４        支点
６０        広角レンズ撮影範囲
６１        望遠レンズ撮影範囲
１１５、１１６、１１７、１１９、１２７        設定位置
６４        赤外線フィルター内蔵広角レンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路
６５、８１        駆動機構データ算出回路
６６        望遠レンズＣＣＤカメラセンサー優先切替え回路
６７        駆動機構データ算出回路
６８        赤外線フィルター内蔵望遠レンズ付ＣＣＤカメラ位置解析回路
６９、８２、９９        Ｘ軸Ｙ軸モーター駆動ドライバー
７０        赤外線フィルター内臓電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー
７６        電動ズームレンズ駆動モーター
７７        電動ズームレンズ駆動ギヤ
８０        赤外線フィルター内蔵電動ズームレンズ付ＣＣＤカメラセンサー位置解析回路
８３        電動ズームレンズ駆動データ算出回路
８４        電動ズームレンズ駆動ドライバー
８５、１０１、１１２        広角画面
８６        電動ズーム画面
８７        望遠画面
８９        赤外線フィルター内臓広角レンズ付デジタルズームＣＣＤカメラセンサー
９６、７９、１０８、１２６        カラーテレビモニター
９７        赤外線フィルター内臓広角レンズ付デジタルズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路
９８        駆動機構データ算出回路
１００        デジタルズーム設定範囲回路
１０２        デジタルズーム画面
１０３        望遠デジタルズーム画面
１１４        望遠側画面
１０５        赤外線フィルター内臓デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー
１０６        広角レンズ付きデジタルスポットズームカラーＣＣＤカメラ
１０９        赤外線フィルター内臓広角レンズ付デジタルスポットズームＣＣＤカメラセンサー位置解析回路
１１０        スポット位置操作回路
１１１        デジタルスポットズーム設定回路
１１３        ズーム画面
１１８        電動ズームレンズ設定値内
１２０        デジタルズーム設定範囲
１２４        スポット設定位置
１２５、１２６        スポット位置
１２９      魚眼レンズユニット
Ａ        広角側画像
Ｂ        広角側レンズでの絞り込み画像
Ｃ        望遠側画像
Ｄ        望遠側最大画像
Ｅ        広角レンズユニット
Ｆ        望遠レンズユニット
Ｇ        広角レンズユニットＥのＣＣＤカメラ画像
Ｈ        望遠レンズユニットＦのＣＣＤカメラ画像
【図１】
2004215210.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004215210.tif 000016
【図１５】
2004215210.tif 000017
【図１６】
2004215210.tif 000018
【図１７】
2004215210.tif 000019
【図１８】
2004215210.tif 000020
【図１９】
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