JP2006109120A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを低減することが可能な赤外線撮像装置の提供を課題とする。
【解決手段】 赤外領域および可視領域に受光感度を有するＣＣＤセンサ１３と、それぞれ特定の波長領域の可視光線および特定の波長領域の赤外線を透過する３色のカラ−フィルタＦＲ、ＦＧ、ＦＢと、可視光線を除外して赤外線を透過させる赤外線透過フィルタ１２とを具備しており、ＣＣＤセンサ１３が、各カラ−フィルタを通過して赤外線に基づく撮像信号を生成するように構成されているため、通常の撮像装置におけるＣＣＤセンサとカラ−フィルタとをそのまま利用して赤外線を撮像光線とする赤外線撮像装置とすることが可能となる。その結果、赤外線ＣＣＤセンサ等の高価なイメ−ジセンサを設置する必要がなくなるため、製造コストを低減させることが可能となる。また、赤外領域における分光分布に依存するカラ−の撮像信号を得ることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、赤外線撮像装置に関するものである。

従来、赤外領域において高感度を有するように構成された受光素子がマトリクス状に配置された赤外線ＣＣＤセンサ等のイメ−ジセンサを備えた赤外線撮像装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２０００−２７８７０１号公報 特開２００２−１７１５１９号公報

しかしながら、上述した赤外領域に高感度な赤外線ＣＣＤセンサ等は、一般的に高価であるため、防犯用の暗視カメラ等に用いられる赤外線撮像装置は、可視光線を撮像光線とする通常の撮像装置よりも高価である。
また、通常の赤外線撮像装置により得られる撮像信号は、白黒信号（輝度信号）であるため、被写体の赤外領域における分光分布に関する情報が得られず、同分光分布に依存する撮像信号（カラ−の撮像信号等）を得ることができないという問題があった。

本発明は、上記課題にかんがみてなされたものであり、製造コストを低減することが可能であるとともに、被写体の赤外領域における分光分布に依存する撮像信号を得ることが可能な赤外線撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項２にかかる発明は、赤外領域に発光分布を有する赤外線光源と、撮像レンズと、赤外領域および可視領域に受光感度を有する受光素子がマトリクス状に配置されたイメ−ジセンサと、それぞれ特定の波長領域の可視光線および特定の波長領域の赤外線を透過し、上記受光素子の各々に張付される複数のカラ−フィルタとを具備する赤外線撮像装置であって、
可視光線を除外して赤外線を透過させる赤外線透過フィルタと、
上記イメ−ジセンサへの赤外線の入光に基づく撮像信号を生成する撮像信号生成手段と
を具備する構成としてある。

上記のように構成した請求項２において、赤外線撮像装置は、赤外領域に発光分布を有する赤外線光源と、撮像レンズと、赤外領域および可視領域に受光感度を有する受光素子がマトリクス状に配置されたイメ−ジセンサと、それぞれ特定の波長領域の可視光線および特定の波長領域の赤外線を透過し、上記受光素子の各々に張付される複数のカラ−フィルタとを具備している。可視光線を撮像光線とする通常の撮像装置が備えるイメ−ジセンサは、当然、可視領域に受光感度を有しているのであるが、可視光線を撮像光線とする場合には不要な赤外領域にも受光感度を有している。また、上記通常の撮像装置が備える撮像レンズからの光を分光するためのカラ−フィルタ（例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各光に分光するカラ−フィルタ）も、特定の波長領域の可視光線を透過するだけではなく、特定の波長領域の赤外線も透過してしまう。

また、本発明の赤外線撮像装置は、可視光線を除外して赤外線を透過させる赤外線透過フィルタと、上記イメ−ジセンサへの赤外線の入光に基づく撮像信号を生成する撮像信号生成手段とを具備している。上述した通常の撮像装置では、可視光線を撮像光線とするので、不要となる赤外線をカットして可視光線のみを透過させる可視光線透過フィルタが用いられるのであるが、本発明では、逆に、可視光線をカットして赤外線のみを透過させる赤外線透過フィルタを用いるのである。そして、上述したように赤外領域および可視領域の両方に受光感度を有するイメ−ジセンサが、赤外線透過フィルタにより透過した赤外線を受光して、撮像信号を生成するのである。このように構成することにより、通常の撮像装置におけるイメ−ジセンサとカラ−フィルタをそのまま利用して赤外線を撮像光線とする赤外線撮像装置とすることが可能となる。その結果、赤外線ＣＣＤセンサ等の高価なイメ−ジセンサを設置する必要がなくなるため、製造コストを低減させることが可能となる。また、赤外領域における分光分布に依存する撮像信号を得ることが可能であるため、カラ−の画像を得ることも可能である。

また、イメ−ジセンサに入射した赤外線から撮像信号を生成するため、例えば、人体の皮膚により反射した特有の波長の赤外線を検知することも可能であり、人体検知センサとして用いることも可能となる。また、赤外線から撮像信号を生成するので、可視光線のない暗中でも撮像することが可能となり、不審者を撮像するための防犯カメラや、病院内で就寝中の患者の動向をチェックするためのカメラとしても適用することが可能となる。

また、請求項３にかかる発明は、上記イメ−ジセンサからの撮像信号をデジタル信号に変換するデジタル変換手段と、上記デジタル変換手段により変換されたデジタル信号を一時的に保持するメモリとを具備する構成としてある。
上記のように構成した請求項３において、変換されたデジタル信号を上記メモリに保持しておくことにより、同保持されたデジタル信号に各種の画像処理を行うことが可能となる。

また、請求項４にかかる発明は、上記イメ−ジセンサがＣＣＤセンサである構成としてある。
上記のように構成した請求項４において、現在、数多くの種類のＣＣＤセンサが流通しているため、目的に合致する仕様（解像度やサイズ）のＣＣＤセンサを選択し易くなる。

また、請求項５にかかる発明は、上記イメ−ジセンサがＣＭＯＳセンサである構成としてある。
上記のように構成した請求項５において、上記赤外線透過フィルタが着脱可能に設けられているため、赤外線撮像装置の消費電力を低減させることが可能となるとともに、デジタル変換回路等との一体化が可能であるため、装置の小型化を実現することが可能となる。

また、請求項６にかかる発明は、上記赤外線透過フィルタは、着脱可能に設けられている構成としてある。
上記のように構成した請求項６において、赤外線透過フィルタが着脱可能に設けられているため、同赤外線透過フィルタを取り外して、可視光線透過フィルタを取り付けることにより、可視光線を撮像光線とする上記通常の撮像装置とすることが可能となる。なお、赤外線透過フィルタを取り外した状態（赤外線透過フィルタと可視光線透過フィルタとのいずれもが取付けられていない状態）で撮像した撮像信号と、赤外線透過フィルタを取り付けて撮像した撮像信号とから、可視光線を撮像光線としたときの撮像信号を得ることも可能である。上記２通りの方法のいずれを用いても、可視光線を撮像光線とする通常の撮像装置を構成することが可能となる。

以上説明したように請求項２にかかる発明によれば、製造コストを低減させることが可能となる。
また、請求項３にかかる発明によれば、メモリに保持されたデジタル信号に各種の画像処理を行うことが可能となる。
さらに、請求項４にかかる発明によれば、赤外線撮像装置を小型化することが可能となる。
さらに、請求項５にかかる発明によれば、赤外線撮像装置の消費電力を低減させることが可能となる。
さらに、請求項６にかかる発明によれば、同赤外線透過フィルタを取り外して、可視光線透過フィルタを取り付けることにより、可視光線を撮像光線とする上記通常の撮像装置とすることが可能となる。

図１は、本発明にかかる赤外線撮像装置の概略構成を示すブロック図である。なお、以下の実施形態においては、赤外線撮像装置が備えるイメ−ジセンサが、ＣＣＤセンサである場合について説明するが、上記イメ−ジセンサとしてはＣＣＤセンサに限定されるものではなく、ＣＭＯＳセンサ等を採用することも可能である。図１において、赤外線撮像装置１０は、赤外線光源３１と、撮像レンズ１１と、ＣＣＤセンサ１３と、Ａ／Ｄコンバ−タ１５と、メモリ１７と、画像信号処理部１９と、Ｄ／Ａコンバ−タ２１とを具備している。

赤外線光源３１は、近赤外領域（波長が７２０〜２５００ｎｍ）における所定の波長領域に発光分布を有する赤外線を照射可能な一の赤外線ランプからなるものであり、例えば、図２に示すような発光分布となっている。図２では、赤外線光源３１を構成する一の赤外線ランプが、約７００〜１０００ｎｍの波長領域に発光分布を持つことが示されている。
赤外線透過フィルタ１２は、撮像レンズと後述するＣＣＤセンサ１３との間の光路上に設けられるものであり、図３に示すように、可視光線を反射させて除外する一方、赤外線を透過するように構成されている。図３では、赤外線透過フィルタ１２の分光特性として、
波長が７００ｎｍ以下の可視光線の透過率は、ほぼ０である一方、波長が７００ｎｍを越える赤外線の透過率が高くなっていることが示されている。

ＣＣＤセンサ１３は、撮像レンズ１１に入射した可視光線を受光して撮像信号を生成する。なお、このＣＣＤセンサ１３は、可視光線を撮像光線とする通常の撮像装置に用いられるＣＣＤセンサであり、可視光線に対して受光感度を有するとともに、赤外線に対しても受光感度を有している。なお、このＣＣＤセンサ１３については、後に図面（図３）を用いて説明する。また、Ａ／Ｄコンバ−タ１５は、ＣＣＤセンサ１３により生成された撮像信号をデジタル信号に変換するためのものである。また、メモリ１７は、Ａ／Ｄコンバ−タ１５により変換された一画面分のデジタル信号を一時的に保持する。

画像信号処理部１９は、マイクロプロセッサであり、ＲＧＢ信号を生成するＲＧＢマトリクス回路や、同ＲＧＢ信号から所定の方式（例えばＮＴＳＣ方式）の映像信号を生成するエンコ−ダ回路等を含み、Ａ／Ｄコンバ−タ１５により変換されたデジタル信号からデジタル撮像信号を生成するための各種の処理を行う。この画像信号処理部１９は、上記撮像信号生成手段として機能するものである。上述したメモリ１７は、画像信号処理部１９が各種の処理を行う際のワ−クエリアとして用いられる。また、画像信号処理部１９は、所定のタイミングで、赤外線光源３１に赤外線を照射させるための駆動信号を送信する。さらに、画像信号処理部１９は、生成したデジタルの撮像信号を所定の圧縮形式（例えば、ＭＰＥＧ等）により圧縮し、画像記憶媒体２３に記憶させる処理も行う。画像記憶媒体２３としては、例えば、ＤＶＤ（Digital Video Disc）や、半導体メモリ等を採用することが可能である。また、メモリ１７に保持されたデジタルの撮像信号は、Ｄ／Ａコンバ−タ２１によりアナログの撮像信号に変換してディスプレイ２５に出力することも可能である。

図４は、ＣＣＤセンサ１３の構成を模式的に示す図である。同図において、ＣＣＤセンサ１３は、受光素子１３ａが水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）にマトリクス状に配置されている。この受光素子１３ａは、赤外領域と可視領域との両方に受光感度を有している。また、受光素子１３ａの各々の前面側には、Ｒ（赤）光のみを透過させるカラ−フィルタＦＲ、Ｇ（緑）光のみを透過させるカラ−フィルタＦＧ、および、Ｂ（青）光のみを透過させるカラ−フィルタＦＢの３色のカラ−フィルタが、所定の配列（図４では、所謂ベイヤ−配列）となるように設けられている。なお、このようなカラ−フィルタは、ＣＣＤセンサ１３のフォトレジストの工程で、その前面にカゼイン等をパタ−ニングして染色することにより形成することが可能である。カラ−フィルタＦＲ、カラ−フィルタＦＧおよびカラ−フィルタＦＢは、それぞれ、可視光線のＲ光、Ｇ光、Ｂ光を透過するのであるが、図４に示すように、特定の波長領域の赤外線も透過することができる。

図５は、３色のカラ−フィルタ（カラ−フィルタＦＲ、カラ−フィルタＦＧおよびカラ−フィルタＦＢ）の分光特性を示す図である。同図に示すように、Ｒ光を透過させるカラ−フィルタＦＲは、波長６００ｎｍ付近の可視光線を透過させるとともに、波長７５０ｎｍ付近の赤外線を透過させる。また、Ｇ光を透過させるカラ−フィルタＦＧは、波長５３０なの付近の可視光線を透過させるとともに、波長８００ｎｍ付近の赤外線を透過させることができる。さらに、Ｂ光を透過させるカラ−フィルタＦＢは、波長４５０ｎｍ付近の可視光線を透過させるとともに、波長８２０ｎｍ付近の赤外線を透過させることができる。

可視光線を撮像光線とする通常の撮像装置では、赤外線を除外して可視光線を透過させる可視光線透過フィルタが用いられ、イメ−ジセンサに可視光線を入光させて撮像信号を生成するように構成されているのであるが、実施形態にかかる赤外線撮像装置１０では、上述したように、上記通常の撮像装置において不要となる赤外線を透過させる一方、同通常の撮像装置において必要な可視光線を除外する赤外線透過フィルタ１１を用いるのである。そして、イメ−ジセンサとしてのＣＣＤセンサ１３に透過した赤外線を入光させて同赤外線に基づく撮像信号を生成するように構成されているのである。

以下、赤外線透過フィルタ１１を通過した赤外線が、３色のカラ−フィルタ（カラ−フィルタＦＲ、カラ−フィルタＦＧおよびカラ−フィルタＦＢ）が形成されたＣＣＤセンサ１３に入光したときの撮像信号の出力値について図６を用いて説明する。図６は、赤外線透過フィルタ１１を設けたときのＣＣＤセンサ１１における撮像信号の出力値を示す図である。同図において、可視光線は、赤外線透過フィルタ１１により除外されるため、可視光線がＣＣＤセンサ１３に入光されることはない。

一方、赤外領域においては、カラ−フィルタＦＲは、波長７５０ｎｍ付近の赤外線を透過させるため（図５参照）、この波長領域における出力値が高くなっている。また、カラ−フィルタＦＧは、波長８００ｎｍ付近の赤外線を透過させるため（図５参照）、この波長領域における出力値が高くなっている。さらに、カラ−フィルタＦＢは、波長８２０ｎｍ付近の赤外線を透過させるため（図５参照）、この波長領域における出力値が高くなっている。
また、図６に示すように、各カラ−フィルタが設けられたときの撮像信号の出力値のピ−ク値がそれぞれ異なっているため、この違いに基づいて、撮像信号に色付けを行い、カラ−の撮像信号を得ることも可能である。

上述した実施形態においては、赤外線光源が、近赤外領域における所定の波長領域に発光分布を有する一の赤外線ランプからなる場合について説明したが、本発明では、赤外線光源が、例えば、図７に示すように、波長の異なる赤外線を発する複数の赤外線ランプからなるものであってもよい。図７では、赤外線光源を構成する３つの赤外線ランプＬ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれの波長が示されている。これらの波長は、図５に示した３つのカラ−フィルタ（カラ−フィルタＦＲ、カラ−フィルタＦＧおよびカラ−フィルタＦＢ）が透過させる赤外線の波長と同一となっている。勿論、赤外線光源を波長の異なる複数の赤外線ランプにより構成する場合には、同赤外線ランプの波長は、用いられるカラ−フィルタが透過する赤外線の波長に合致させるように適宜設定することが可能である。

本実施形態において、赤外線透過フィルタ１２は、赤外線撮像装置１０の本体から着脱可能に設けられていることが望ましい。赤外線透過フィルタ１２を取り外して上記可視光線透過フィルタを取り付けることにより、赤外線撮像装置１０を、可視光線を撮像光線とする通常の撮像装置として機能させることも可能となるからである。

以上説明したように、実施形態にかかる赤外線撮像装置１０によれば、赤外領域および可視領域に受光感度を有するＣＣＤセンサ１３と、それぞれ特定の波長領域の可視光線および特定の波長領域の赤外線を透過する３色のカラ−フィルタＦＲ、ＦＧ、ＦＢと、可視光線を除外して赤外線を透過させる赤外線透過フィルタ１２とを具備しており、ＣＣＤセンサ１３が、各カラ−フィルタを通過して赤外線に基づく撮像信号を生成するように構成されているため、通常の撮像装置におけるＣＣＤセンサとカラ−フィルタとをそのまま利用して赤外線を撮像光線とする赤外線撮像装置とすることが可能となる。その結果、赤外線ＣＣＤセンサ等の高価なイメ−ジセンサを設置する必要がなくなるため、製造コストを低減させることが可能となる。また、赤外領域における分光分布に依存するカラ−の撮像信号を得ることが可能となる。

本発明にかかる赤外線撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 赤外線光源を構成する赤外線ランプの発光分布を示す図である。 赤外線透過フィルタの分光特性を示す図である。 ＣＣＤセンサの構成を模式的に示す図である。 ３色のカラ−フィルタの分光特性を示す図である。 ＣＣＤセンサの撮像信号の出力値を示す図である。 赤外線光源を構成する３つの赤外線ランプの波長を示す図である。

符号の説明

１０…赤外線撮像装置
１１…撮像レンズ
１２…赤外線透過フィルタ
１３…ＣＣＤセンサ
１５…Ａ／Ｄコンバ−タ
１７…メモリ
１９…画像信号処理部
２１…Ｄ／Ａコンバ−タ
２３…画像記憶媒体
２５…ディスプレイ
３１…赤外線光源
ＦＲ、ＦＧ、ＦＢ…カラ−フィルタ

Claims (6)

1. 赤外領域に発光分布を有する赤外線光源と、撮像レンズと、赤外領域および可視領域に受光感度を有する受光素子がマトリクス状に配置されたＣＣＤセンサと、それぞれ特定の波長領域の可視光線および特定の波長領域の赤外線を透過し、上記受光素子の各々に張付される複数のカラ−フィルタとを具備する赤外線撮像装置であって、
   可視光線を除外して赤外線を透過させる赤外線透過フィルタと、
   上記イメ−ジセンサへの赤外線の入光に基づく撮像信号を生成する撮像信号生成手段と、
   上記撮像信号をデジタル信号に変換するデジタル変換手段と、
   上記デジタル変換手段により変換されたデジタル信号を一時的に保持するメモリと
   を具備していることを特徴とする赤外線撮像装置。
2. 赤外領域に発光分布を有する赤外線光源と、撮像レンズと、赤外領域および可視領域に受光感度を有する受光素子がマトリクス状に配置されたイメ−ジセンサと、それぞれ特定の波長領域の可視光線および特定の波長領域の赤外線を透過し、上記受光素子の各々に張付される複数のカラ−フィルタとを具備する赤外線撮像装置であって、
   可視光線を除外して赤外線を透過させる赤外線透過フィルタと、
   上記イメ−ジセンサへの赤外線の入光に基づく撮像信号を生成する撮像信号生成手段と
   を具備することを特徴とする赤外線撮像装置。
3. 上記撮像信号をデジタル信号に変換するデジタル変換手段と、
   上記デジタル変換手段により変換されたデジタル信号を一時的に保持するメモリと
   を具備することを特徴とする請求項２に記載の赤外線撮像装置。
4. 上記イメ−ジセンサは、ＣＣＤセンサであることを特徴とする請求項３に記載の赤外線撮像装置。
5. 上記イメ−ジセンサは、ＣＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項３に記載の赤外線撮像装置。
6. 上記赤外線透過フィルタは、着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１に記載の赤外線撮像装置。
   

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