(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テレビカメラ装置において、 一定方向へ走行する被写体を撮像するための撮像デバイスと、該撮像デバイスを駆動制御する駆動回路と、前記撮像デバイスの出力信号を増幅・制御する信号処理回路と、外部に設置された被写体位置センサからの位置情報信号に基づいて被写体の反射光を光電変換する１又は複数個の受光素子と、該受光素子の光電変換出力レベルに基いて撮像デバイスの電荷蓄積時間を制御する電荷蓄積時間制御回路を備えて構成し、
前記受光素子が、前記撮像デバイスの画像の走査を開始する１フレーム以上前の被写体の位置情報信号に同期して、同１フレーム以上前の被写体の反射光を受光し、その光電変換出力レベルにより前記電荷蓄積時間制御回路を制御し、撮像デバイスの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御することを特徴とする露光制御機能付テレビカメラ装置。
【請求項２】
前記受光素子が、テレビカメラの撮像デバイスに近接して配設され、かつテレビカメラの撮像用対物レンズのイメージサークル内に配設されてなることを特徴とする請求項１記載の露光制御機能付テレビカメラ装置。
【請求項３】
前記受光素子が、テレビカメラの撮像用対物レンズのイメージサークル内で、かつ前記撮像用対物レンズの結像面に配設されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の露光制御機能付テレビカメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像計測用テレビカメラに係わり、撮像デバイスの感度を自動制御する手段を有する露光制御機能付テレビカメラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像計測用テレビカメラにおいて、計測すべき被写体が多様な光反射率を有する場合、テレビカメラの出力映像信号において適正レベルを得るために、撮像した画像の中心部又は複数部の映像信号、又は公報特開平１−９４６５３号では同一イメージセンサチップ内の撮像に有効な領域以外の場所に連続するフォトダイオード列を配置して測光用信号が常時検出され出力されている。
これらの信号により対物レンズの絞り等を制御したり、あるいは、カメラ外部に受光素子又は測光装置を配置して被写体の反射光を検出し、その検出信号により対物レンズの絞りを制御したり、撮像デバイスの電荷蓄積時間の制御又は映像利得制御を行ってカメラ出力映像信号の適正レベルを得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、撮像デバイスの撮像した映像信号、前記測光用信号又はカメラ外部に受光素子又は測光装置を配置して被写体の反射光を検出して対物レンズの絞りの制御をしたり、撮像デバイスの電荷蓄積時間の制御又は映像利得制御をしているので、カメラ出力映像信号が適正レベルになるまで、 相当の時間を必要とした。
例えば、１８００個／分以上の高速画像処理を行おうとすると、
１８００／６０＝３０（個／秒）
となり、１秒間に３０個以上の高速処理を行う必要があるが、どの方法も制御系の応答速度の問題で３フレーム以上の時間を要しているため高速画像処理が困難であった。
また、特殊な撮像デバイスを製作したり、カメラ外部に受光素子又は測光装置を配置するため装置が複雑になりコストが増大するのみでなく、配置上の制約も生ずる。
本発明は、リアルタイムに適正な映像レベルを得る感度制御と、受光素子配置上の制約等を排除した低コストの露光制御機能付テレビカメラ装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記に鑑み鋭意研究の結果、次の手段によりこの課題を解決した。
（１）テレビカメラ装置において、 一定方向へ走行する被写体を撮像するための撮像デバイスと、該撮像デバイスを駆動制御する駆動回路と、前記撮像デバイスの出力信号を増幅・制御する信号処理回路と、外部に設置された被写体位置センサからの位置情報信号に基づいて被写体の反射光を光電変換する１又は複数個の受光素子と、該受光素子の光電変換出力レベルに基いて撮像デバイスの電荷蓄積時間を制御する電荷蓄積時間制御回路を備えて構成し、
前記受光素子が、前記撮像デバイスの画像の走査を開始する１フレーム以上前の被写体の位置情報信号に同期して、同１フレーム以上前の被写体の反射光を受光し、その光電変換出力レベルにより前記電荷蓄積時間制御回路を制御し、撮像デバイスの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御することを特徴とする露光制御機能付テレビカメラ装置。
【０００５】
（２）前記受光素子が、テレビカメラの撮像デバイスに近接して配設され、かつテレビカメラの撮像用対物レンズのイメージサークル内に配設されてなることを特徴とする（１）項記載の露光制御機能付テレビカメラ装置。
【０００６】
（３）前記受光素子が、テレビカメラの撮像用対物レンズのイメージサークル内で、かつ前記撮像用対物レンズの結像面に配設されてなることを特徴とする（１）又は（２）項記載の露光制御機能付テレビカメラ装置。
【０００７】
（４）さらに、特に好ましい態様として、前記受光素子が、前記撮像デバイスの画像の走査を開始する１フレーム前の被写体の位置情報信号に同期して、同１フレーム前の被写体の反射光を受光し、その光電変換出力レベルにより前記電荷蓄積時間制御回路を制御し、撮像デバイスの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御することを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項記載の露光制御機能付テレビカメラ装置が提案される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、撮像デバイス（以後、ＣＣＤと記述）と、該ＣＣＤを駆動制御する駆動回路と、前記ＣＣＤの出力信号を増幅・制御するカメラ信号処理回路と、位置情報信号に基づいて被写体の反射光を光電変換する受光素子（以後、ＰＤと記述）と、該ＰＤの光電変換出力信号によってＣＣＤの電荷蓄積時間を制御する電荷蓄積時間制御回路を備え、前記ＰＤが、一定方向に走行する被写体を撮像する前記ＣＣＤの画像の走査を開始する１又は１フレーム以上前の被写体の位置情報信号に基づいて反射光を受光し、その光電変換出力信号により前記電荷蓄積時間制御回路を制御し、ＣＣＤの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御し適正映像レベルを出力する。
【０００９】
【実施例】
本発明の露光制御機能付テレビカメラ装置の実施例の構成と作用について、図に基いて説明する。
図１は本発明の露光制御機能付テレビカメラブロック図。
図２は同撮像デバイスと受光素子の配置模式図。
図３は同タイムチャート図。
図４はＰＤ信号レベルとＣＣＤ電荷蓄積時間の関係図である。
図１、図２及び図３において、１はテレビカメラ、２は対物レンズ、３はＣＣＤ，４はカメラ信号処理回路、５は出力端子、６はＰＤ、７は光電変換出力信号、８は光量測定回路、９はＰＤ出力信号、１０は電荷蓄積時間制御回路、１１は位置情報信号、１２は電荷蓄積時間、１３はＣＣＤ駆動回路、１４はイメージサークル、１５はＣＣＤ取付面、１６はベルトコンベア等、１７は位置センサである。
【００１０】
図１及び図２において、テレビカメラ１の撮像用対物レンズ２のイメージサークル１４内で、かつＣＣＤ取付面１５上の結像面に配設されたＰＤ６が、走行するベルトコンベア等１６に近接して設置された位置センサ１７で、ＣＣＤ３の画像の走査を開始する１フレーム又は１フレーム以上前の時間に相当する被写体位置Ａを検知した位置情報信号１１に同期して被写体の反射光を受光し、その光電変換出力信号７を光量測定回路８に送出する。
この光量測定回路８の温度補正等されたＰＤ出力信号９のレベルに応じて電荷蓄積時間制御回路１０が作動し、ＣＣＤ駆動回路１３を介してＣＣＤ３の電荷蓄積時間１２と読み出し時間を制御する。
ＣＣＤ３から読み出された映像信号は、カメラ信号処理回路４によって信号処理されて、出力端子５から画像処理装置（図示せず）へ送出される。
【００１１】
図３において、ベルトコンベア等１６に近接して設置され、ベルトコンベア等１６上の被写体に対してＰＤ６の受光タイミングを与えるための位置センサ１７によって位置情報信号１１が生成されると、この位置情報信号１１に同期してＰＤ６が受光レベルＩL1〜ＩL3を決定し、被写体の反射率に比例して光電変換されたＰＤ出力信号９が電荷蓄積時間制御回路１０へ送出される。
位置センサ１７が検出した被写体位置Ａの被写体がカメラ光軸上の被写体位置Ｂに達したとき、ＩL1〜ＩL3の各信号レベルに対応したＣＣＤ３の露光（電荷蓄積）が開始される。
被写体位置Ａから被写体位置Ｂに至るまでの時間は、あらかじめベルトコンベア等１６の速度が分かっているので容易に予測できる。
また、被写体位置Ａが被写体位置Ｂに達するまでの時間は、あらかじめＶＤ信号の１フレームの時間に相当するようにベルトコンベア等１６の速度が設定されても良い。
ＣＣＤ３の露光が完了するとカメラのＶＤ信号リセットが行われる。
【００１２】
前記ＰＤ出力信号９のＩL1，ＩL2，ＩL3等の各レベルに基づいてＣＣＤ３の電荷蓄積時間１２のｔ１，ｔ２，ｔ３を決定し、ＣＣＤ駆動回路１３を介してＣＣＤ３を駆動する。
図４において、ＣＣＤ３の電荷蓄積時間１２は、ＰＤ出力信号９の信号レベルに逆比例の関係にあり、ＰＤ出力信号９レベルが高い（明るい）と短い時間で、低く（暗い）なるにしたがって長い時間になる。
この結果、ＣＣＤ３の電荷蓄積が完了し、蓄積された電荷を読みだしてカメラ信号処理回路４の出力端子５に出力された映像信号は、被写体の反射率の大小に拘わらず一定の信号レベルとなる。
電荷蓄積時間１２の生成は、例えば、１００００分の１秒から１フレーム分に相当する６０分の１秒まで連続可変速シャッタ機能を有するＣＣＤ３であればよい。
また、ＣＣＤはエリアセンサ又はラインセンサを使用してもよい。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果が発揮される。
１．本願の請求項１の発明によれば、
受光素子が、一定方向に走行する被写体を撮像する撮像デバイスの画像の走査を開始する１フレーム以上前の被写体の位置情報信号に同期して、同１フレーム以上前の被写体の反射光を受光し、その光電変換出力レベルにより電荷蓄積時間制御回路を制御し、撮像デバイスの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御できるので、高速度リアルタイムで適正レベルの画像処理用映像信号を送出可能である。
【００１４】
２．本願の請求項２及び３の発明によれば、
光電変換素子が、テレビカメラの撮像デバイスに近接して配設され、かつテレビカメラの撮像用対物レンズのイメージサークル内で結像面に配設されているので、小型でかつ低コストの画像計測用カメラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光制御機能付テレビカメラブロック図。
【図２】同撮像デバイスと受光素子の配置模式図。
【図３】同タイムチャート図。
【図４】ＰＤ信号レベルとＣＣＤ電荷蓄積時間の関係図。
【符号の説明】
１：テレビカメラ                    ２：対物レンズ
３：ＣＣＤ                          ４：カメラ信号処理回路
５：出力端子                        ６：ＰＤ
７：光電変換出力信号                ８：光量測定回路
９：ＰＤ出力信号                    １０：電荷蓄積時間制御回路
１１：位置情報信号                  １２：電荷蓄積時間
１３：ＣＣＤ駆動回路                １４：イメージサークル
１５：ＣＣＤ取付面                  １６：ベルトコンベア等
１７：位置センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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