CN102438154A - 彩色摄像机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能在光路中配置红外线截止滤波器的状态下在亮处摄影和暗处摄影之间切换的彩色摄像机。光学系统(16)吸收被摄体(12)的影像光(14)而使其聚焦。聚焦的影像光(14)透过配置在其光路(15)上的红外线截止滤波器(18)而在摄像元件(20)上成像。摄像元件(20)至少从可见光区域到近红外线区域具有感光度。以在透明基板的表面上形成电介质多层膜、且使阻隔波长处于可见光区域和近红外线区域的交界附近且增大入射角依赖性的方式构成红外线截止滤波器(18)。根据被摄体(12)的光量而利用入射角改变机构(22)改变红外线截止滤波器(18)与光学系统(16)的光轴(23)的角度而使阻隔波长变化。

Description

彩色摄像机
技术领域
本发明涉及一种使用摄像元件获得彩色影像的彩色摄影机，该彩色摄像机能够在光路内配置红外线截止滤波器的状态下对亮处(白天)摄影和暗处(夜晚)摄影进行切换。
背景技术
用于彩色摄像机的CCD等摄像元件从可见光区域到红外线区域具有感光度。因此，具有在亮处摄影时由于包含在被摄体的影像光中的红外线的影响而使影像的颜色再现性变差(色调变得不自然)的问题，为了解决上述问题通常在彩色摄像机中在紧挨着摄像元件的前面配置红外线截止滤波器。然而，红外线截止滤波器会损害暗视性，因此在进行暗处摄影的情况下会造成妨碍。例如车载彩色摄像机在夜间捕捉车辆倒退时由倒车灯的光亮照亮的车辆后方视野而将其显示在显示屏中。用于构成倒车灯的钨丝灯泡的发光特性是在红外线区域中较强，但是当在彩色摄像机中配置有红外线截止滤波器时，该红外线区域被截止，因此使放映在显示屏中的影像变暗，使车辆后方视野的可视性变差。因此，在专利文献1中公开了下述技术，即，为了既可以进行亮处摄影又可以进行暗处摄影，在彩色摄像机中设置用于使红外线截止滤波器机械性滑动而使其出入光路的机构，在亮处摄影时将红外线截止滤波器配置在光路上，在暗处摄影时使红外线截止滤波器从光路上退避。
专利文献1：日本特开2005-109630号公报
专利文献2：日本特开平6-281813号公报
专利文献3：日本特开2000-206325号公报
发明要解决的问题
在记载于专利文献1的技术中需要用于供红外线截止滤波器滑动而使其相对于光路进行出入的空间。此外，存在下述问题，即，在为了在动态影像的摄影中在暗处摄影和亮处摄影之间进行切换而使滑动红外线截止滤波器相对于光路进行出入时，红外线截止滤波器的边缘部经过光路而放映在影像上。因而，为了不放映该边缘部，需要在进行该出入操作时暂时停止摄影。
发明内容
本发明是鉴于以上情况做成的，其目的在于提供一种能够在光路上配置红外线截止滤波器的状态下对亮处摄影和暗处摄影进行切换的彩色摄像机。
用于解决问题的方案
本发明的彩色摄像机包括下述结构：该彩色摄像机具有：光学系统，其用于使被摄体的影像光聚焦，摄像元件，其用于供由上述光学系统聚焦的像投影而产生影像信号且至少从可见光区域到近红外线区域具有感光度，多层膜红外线截止滤波器，其配置在从上述被摄体到上述摄像元件的光路上的任一位置，阻隔波长设定在可见光区域和近红外线区域的交界附近，当入射角较小时使与可见光区域和近红外线区域的交界较近的近红外线区域通过，伴随着入射角变大阻隔波长向短波长侧变化而减少近红外线区域的通过量，入射角改变机构，其用于改变上述被摄体的影像光相对于上述多层膜红外线截止滤波器的入射角，驱动装置，其用于根据被摄体的光量在操作者的操作下或者自动地驱动上述入射角改变机构，从而当该被摄体的光量较小时减小上述入射角，当该被摄体的光量较大时增大上述入射角。若采用本发明，则利用多层膜红外线截止滤波器的阻隔波长根据入射角的不同而变动的特性(入射角依赖性)，根据被摄体的光量改变上述被摄体的影像光相对于多层膜红外线截止滤波器的入射角而使阻隔波长变动，因此能够在不进行使红外线截止滤波器滑动地相对于光路出入操作的情况下使摄像机在亮处摄影和暗处摄影之间切换。
此外，在专利文献2中公开了能够通过改变多层膜薄膜的入射角来改变透过波长的透过波长改变装置。此外，在专利文献3中公开了通过变化多层膜红外线截止滤波器的入射角来在形成多层膜后微变化阻隔波长的技术。虽然上述每一个技术都是利用了多层膜薄膜的入射角依赖性的技术，但是上述技术没有对将该入射角依赖性利用于彩色摄像机的亮处摄影和暗处摄影的切换的情况给予任何技术启示。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的框图。
图2是表示图1的电动驱动源及入射角改变机构的结构例的立体图。
图3是表示图1的多层膜红外线截止滤波器的多层膜的结构例的图表。
图4是表示利用图3的膜结构的多层膜红外线截止滤波器的分光透过率特性图。
图5是表示本发明的实施方式2的框图。
图6是表示图5的操作器及入射角改变机构的结构例的立体图。
图7是表示该发明的实施方式3的框图。
图8是表示图7的操作信号输出装置的结构例的立体图。
图9是表示各个实施方式中的光学系统的其它的结构例的图。
具体实施方式
第1实施方式
图1是表示本发明的彩色摄像机的实施方式1的图。该实施方式1根据被摄体的光亮而自动改变红外线截止滤波器的入射角。在彩色摄像机10中，光学系统16用于引入被摄体12的影像光14并使其聚焦。聚焦的影像光14透过配置在该光路15上的多层膜红外线截止滤波器(以下简称“红外线截止滤波器”)18而在摄像元件20上成像。摄像元件20由CCD影像传感器、CMOS影像传感器等彩色摄像元件构成，其用于输出成像的被摄体12的彩色影像信号。摄像元件20至少从可见光区域到近红外线区域具有感光度。将从摄像元件20输出的彩色影像信号送至影像信号处理而进行适当的信号处理(用于在显示屏上显示影像的处理等)。
以在透明基板的表面上形成电介质多层膜的方式构成红外线截止滤波器18。红外线截止滤波器18以使阻隔波长处于可见光区域和近红外线区域的交界附近并且入射角依赖性变大的方式设定多层膜的材料、膜厚及层数。能够利用入射角改变机构22改变红外线截止滤波器18相对于光学系统16的光轴23的角度(被摄体12的影像光14相对于红外线截止滤波器18的入射角)，由此使对于被摄体12的影像光14的阻隔波长变化。即当入射角较小时(当光轴23以直角或者接近直角的角度与红外线截止滤波器18的面交叉时)，阻隔波长向长波长侧变化而使离可见光区域和近红外线区域的交界较近的近红外线区域通过。伴随着入射角增大使阻隔波长向短波长侧变化而减少近红外线区域的通过量。
驱动装置24根据被摄体12的光量而自动驱动入射角改变机构22。即，在驱动装置24中利用电动驱动源25电动驱动入射角改变机构22，从而改变红外线截止滤波器18的入射角。光量检测器26利用自摄像元件20输出的影像信号来检测被摄体12的光量。控制装置28根据该检测光量驱动电动驱动源25，从而对红外线截止滤波器18的入射角进行二值切换控制。即，当检测光量较小时(暗处摄影时)减小入射角而使阻隔波长向长波长侧变化，当检测光量较大时(亮处摄影时)增大入射角而使阻隔波长向短波长侧变化。由此，在被摄体12的光量较小时(暗处摄影时)，红外线截止滤波器18使离可见光区域和近红外线区域的交界较近的近红外线区域通过，使本发明的彩色摄像机具有良好的暗视性。此外，在被摄体12的光量较大时(亮处摄影时)，红外线截止滤波器18阻隔近红外线区域或者减少近红外线区域的通过量而获得良好的颜色再现性。由此，既可以进行亮处摄影又可以进行暗处摄影。此外，虽然在上述说明中是利用影像信号进行光量检测，但是也能够另外设置光电传感器作为光量检测器而进行光量检测。
在图2中表示图1的电动驱动源25及入射角改变机构22的结构例。红外线截止滤波器18以能够在与光学系统16的光轴23正交的转动轴30的周向上转动的方式被支承部(未图示)支承。在红外线截止滤波器18的外缘的保持环19的一部分位置上抵接有被该支承部支承的板簧32，该板簧32对红外线截止滤波器18向转动轴30的周向施加作用力。用齿轮36、38对构成电动驱动源的马达25的旋转进行减速并将该旋转传递至凸轮40。凸轮40的凸轮面40a与红外线截止滤波器18的不同于保持环19上的由板簧32施力的部分的另一部分位置相抵接，使红外线截止滤波器18在转动轴30的周向上转动而使入射角变动。
说明图1的红外线截止滤波器18的多层膜的结构例。以如上所述地增大入射角依赖性的方式构成红外线截止滤波器18的多层膜。为了增大入射角依赖性，以尽可能地减小多层膜整体的平均折射率的方式设计多层膜即可，为此使低折射率膜的膜厚占多层膜整体的膜厚的比例较大即可。图3是表示由47层膜构成的多层膜的设计例的图。“L”是低折射率膜(由低折射率电介质材料构成的薄膜)，这里使用SiO2(波长900nm下的折射率为1.4679)作为低折射率膜。“H”是高折射率膜(由高折射率电介质材料构成的薄膜)，这里使用TiO2(波长900nm下的折射率为2.2743)作为高折射率膜。玻璃基板的折射率为1.5101(波长900nm)。在图4中表示由图3的膜结构形成的红外线截止滤波器18的透过率特性。在图4中，
实线A：入射角0°
单点划线B：入射角30°
虚线C：入射角60°。
若采用图4则透过率50％(半值)的阻隔波长在入射角30°及0°时改变至波长比750nm靠长波长侧，在入射角60°时改变至波长比750nm靠短波长侧。入射角60°时的透过率50％的阻隔波长为700nm。此外，在入射角从60°变为0°时，透过率50％的阻隔波长变化了133nm，在入射角从30°变为0°时，透过率50％的阻隔波长变化了38nm。
实施方式2
在图5中表示本发明的实施方式2。该实施方式2能够与由操作者进行的与被摄体的光量相对应的手动操作机械性地连动地改变红外线截止滤波器的入射角。在与实施方式1共用的部分上使用与实施方式1相同的附图标记。驱动装置24由供操作者根据被摄体12的光量进行手动操作的操作器42构成。操作器42与入射角改变机构22机械性连接，与操作器42的手动操作机械性连动而驱动入射角改变机构22。由此，当被摄体12的光量较小时，减小红外线截止滤波器18的入射角，当被摄体12的光量较大时，增大红外线截止滤波器18的入射角。
在图6中表示图5的电动驱动源25及入射角改变机构22的结构例。操作器42以能够在转动轴44的周向上转动的方式被支承在支承部(未图示)上。借助连接部46在操作器42的转动轴44上连接固定有凸轮40，与操作器42的转动操作连动而使凸轮40转动。凸轮40的凸轮面40a与红外线截止滤波器18的由板簧32施力的保持环19的一部分位置抵接，与操作器42的转动操作连动而使红外线截止滤波器18在转动轴30的周向上转动，从而使入射角变动。为了使操作者能够理解操作器42的与被摄体12的光量相对应的操作方向，在操作器42的操作面48上标注“明”、“暗”等指示50。当向“暗”侧推动操作器42时减小红外线截止滤波器18的入射角，当向“明”侧推动操作器42时增大红外线截止滤波器18的入射角。
实施方式3
在图7中表示本发明的实施方式3。本实施方式3根据操作信号而驱动电动驱动源从而改变红外线截止滤波器的入射角，上述操作信号是由操作者根据被摄体的光量手动操作信号输出装置而产生的。对于与实施方式1共用的部分使用相同的附图标记。操作信号输出装置52由操作者手动操作，例如由图8所示的二位置切换式开关构成。操作者通过对该开关52的操作器52a进行滑动操作从而进行开关的切换。为了使操作者能够理解操作器52a的与被摄体12的光量相对应的操作方向而在操作器52a的操作面48上标注“明”“暗”等指示50。向控制装置28输入从操作信号输出装置52输出的操作信号，从而驱动电动驱动源25而借助入射角改变机构22对红外线截止滤波器18的入射角进行双值间切换控制。即当使操作器52a滑动至“暗”侧时减小红外线截止滤波器18的入射角，当使操作器52a滑动至“明”侧时增大红外线截止滤波器18的入射角。能够与上述图2同样地构成电动驱动源25及入射角改变机构22。操作信号输出装置52并不限定为手动操作的装置，也能够使用由操作者的声音等进行操作而输出操作信号的装置。
光学系统的其它的结构例
虽然在上述各个实施方式中将红外线截止滤波器18配置在比光学系统16靠后侧的位置，但是也可以代替上述结构，将红外线截止滤波器18配置在比光学系统16靠前侧的位置或者配置在光学系统16中。在图9中表示在光学系统中配置红外线截止滤波器18的结构例。光学系统由红外线截止滤波器18的前侧的第一光学系统16A和后侧的第二光学系统16B构成。第一光学系统16A用于引入被摄体12的影像光14并将其转换为平行光14′而使平行光14′入射到红外线截止滤波器18。第二光学系统16B用于供透过红外线截止滤波器18的影像光14′入射并将其转换为聚焦光14″而使该聚焦光14″入射到摄像元件20且进行成像。红外线截止滤波器18的入射光具有截面积，因此当该入射光为聚焦光时，由于该截面中的入射部位不同而使入射角不同从而导致阻隔波长不均匀，但是若采用图9的光学系统的结构则将影像光14转换为平行光14′而使其入射到红外线截止滤波器18，因此在影像光14′的截面中不会由入射部位不同而产生入射角的差异，从而使阻隔波长均匀化。
虽然在上述各个实施方式中根据被摄体的光量使红外线截止滤波器的入射角在双值间进行切换，但是也能够根据被摄体的光量使入射角在多级或者无级切换。
产业上的可利用性
本发明的彩色摄像机例如能够适用于下述用途。
用于在车载显示屏中显示车辆周边(后方等)的影像的车载用摄像机、监视用摄像机、便携式摄像机、数字摄像机、其它的动态影像用、静止影像用摄像机。

Claims (6)

1.一种彩色摄像机，其中，
该彩色摄像机具有：
光学系统，其用于使被摄体的影像光聚焦，
摄像元件，其用于供由上述光学系统聚焦的像投影而产生影像信号且至少从可见光区域到近红外线区域具有感光度，
多层膜红外线截止滤波器，其配置在从上述被摄体到上述摄像元件的光路上的任一位置，阻隔波长设定在可见光区域和近红外线区域的交界附近，当入射角较小时使与可见光区域和近红外线区域的交界较近的近红外线区域通过，伴随着入射角变大，阻隔波长向短波长侧变化而减少近红外线区域的通过量，
入射角改变机构，其用于改变上述被摄体的影像光相对于上述多层膜红外线截止滤波器的入射角，
驱动装置，其用于根据被摄体的光量在操作者的操作下或者自动地驱动上述入射角改变机构，从而当该被摄体的光量较小时减小上述入射角，当该被摄体的光量较大时增大上述入射角。
2.根据权利要求1所述的彩色摄像机，其中，
上述驱动装置包括：
电动驱动源，其用于电动驱动上述入射角改变机构而改变上述入射角，
光量检测器，其用于检测上述被摄体的光量，
控制装置，其用于根据上述光量检测器的检测光量而自动驱动上述电动驱动源，从而当该检测光量较小时减小上述入射角，当该检测光量较大时增大上述入射角。
3.根据权利要求1所述的彩色摄像机，其中，
上述驱动装置具有操作器，该操作器由操作者手动操作，与该手动操作机械性地连动地驱动上述入射角改变机构，从而当上述被摄体的光量较小时减小上述入射角，当该被摄体的光量较大时增大上述入射角。
4.根据权利要求1所述的彩色摄像机，其中，
上述驱动装置具有：
电动驱动源，其用于电动驱动上述入射角改变机构而改变上述入射角，
操作信号输出装置，其用于由操作者操作而输出与该操作相应的操作信号，
控制装置，其用于根据从上述操作信号输出装置输出的操作信号来驱动上述电动驱动源，从而当上述被摄体的光量较小时减小上述入射角，当该被摄体的光量较大时增大上述入射角。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的彩色摄像机，其中，
上述多层膜红外线截止滤波器具有透过率50％的阻隔波长在入射角从0°变为60°或从60°变为0°时变化100nm以上的特性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的彩色摄像机，其中，
上述多层膜红外线截止滤波器具有透过率50％的阻隔波长在入射角为0°时变化至波长比750nm靠长波长侧、在入射角为60°时变化至波长比750nm靠短波长侧的特性。
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