JP2010039007A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像光学系における絞り機構を改善することにより、フレアやゴーストを防ぎ、ダイナミックレンジの範囲を拡大することを可能にした撮像装置を提供することにある。
【解決手段】少なくとも、撮像光学系２と、撮像光学系２により被写体の光学像を結像する撮像素子５とを備える撮像装置において、撮像光学系２は、その結像光学系において少なくとも１つが反射ミラーで構成され、該反射ミラーは、透明部材６と、透明部材６の入射面とは反対側の面に接する反射面を有すると共に、該反射面の反射面積を可変することにより絞り機能を有する流体材料７と、流体材料７の反射面積を可変する反射面積可変手段９，１０，１１とからなることを特徴とする撮像装置である。
【選択図】図３

Description

本発明は、車載、監視、工業用等において、被写体を撮像する撮像装置に係わり、特に、撮像する被写体画像内の光量差が大きいために発生する、フレアやゴーストの影響を防止することを可能にした撮像装置に関する。

特許文献１には、反射光学系を用いた場合の絞り機構として、第１の反射面より前の入射光路内に絞りを配置し、絞りにより入射光束を光束の外周より遮光する構成が開示されている。また、特許文献２には、反射光学系を用いた場合の絞り機構として、光学素子が配置された光路中に絞りを配置する構成が開示されている。
再表００／０４８０３３号公報 特開２００６−８５１９４号公報

特許文献１及び２に記載の絞り機構では、図８（ａ）、（ｂ）に示すような、撮像素子に結像されるまでの結像光学系１０１，１０２間に光遮断式の光学絞り１０３が介在する場合、絞り１０３の口径端面１０４での反射によるフレアやゴーストの発生によってカメラシステムの画像コントラストを低下させてしまう。特に、撮影する被写体画像の光量比が高い画像の場合には、強い光は、絞り１０３の端面１０４で多重反射し、更に、撮像素子面でも反射を繰り返し、散乱するため、撮像画像全体へのフレア成分として極めて大きな影響を与える光ノイズ成分となる。そのため、広ダイナミックレンジの撮像装置においては、広ダイナミックレンジが確保できないという問題がある。

また、特許文献２に記載の反射式の光学系内に、光学遮断式の絞り機構を配置するような場合は、絞り機構を往路と復路での結像光を避けて配置しなければならず、結果として、反射面間を長くしたり、反射光学系自体を大きく角度を変えて反射させる必要が発生し、光学系が大型化してしまうという問題がある。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、撮像光学系における絞り機構を改善することにより、フレアやゴーストを防ぎ、ダイナミックレンジの範囲を拡大することを可能にした撮像装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、少なくとも、撮像光学系と、該撮像光学系により被写体の光学像を結像する撮像素子とを備える撮像装置において、前記撮像光学系は、その結像光学系において少なくとも１つが反射ミラーで構成され、該反射ミラーは、透明部材と、該透明部材の入射面とは反対側の面に接する反射面を有すると共に該反射面の反射面積を可変することにより絞り機能を有する流体材料と、該流体材料の反射面積を可変する反射面積可変手段と、を備えることを特徴とする撮像装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記撮像光学系は、その結像光学系の全てが反射ミラーで構成されていることを特徴とする撮像装置である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記絞り機能を有する反射ミラーの前記透明部材の入射面とは反対側の面が、曲面または平面であることを特徴とする撮像装置である。
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記透明部材の表面には、反射防止処理が施されていることを特徴とする撮像装置である。
第５の手段は、第１の手段ないし第４の手段のいずれか１つの手段において、前記流体材料は、高反射率を有する材料で構成されていることを特徴とする撮像装置である。
第６の手段は、第１の手段ないし第５の手段のいずれか１つの手段において、前記流体材料は、前記透明部材と保持部材との間に挟持され、前記反射面積可変手段は、前記透明部材と前記保持部材の前記流体材料を挟持する面に設けられた電極と、該電極間に可変電圧を印加することにより前記流体材料を変形させる可変電圧印加手段とからなることを特徴とする撮像装置である。
第７の手段は、第１の手段ないし第６の手段のいずれか１つの手段において、前記流体材料は、電歪ポリマーであることを特徴とする撮像装置である。
第８の手段は、第１の手段ないし第７の手段のいずれか１つの手段において、前記撮像装置は、広ダイナミックレンジの撮像装置であることを特徴とする撮像装置である。

本発明によれば、結像光学系において少なくとも１つを反射ミラーで構成すると共に、反射ミラーの１つに絞り機能を持たせたので、従来の光遮断式の光学絞り機構の絞り口径端面での反射によるフレアやゴーストの発生を心配する必要がなくなり、フレアやゴーストを大幅に低減することができるため、ダイナミックレンジを広範囲化した撮像装置を実現することができる。また、撮像光学系を小型化した撮像装置を実現することができる。

本発明の一実施形態を図１ないし図７を用いて説明する。
図１は、本発明に係る撮像装置１（筐体開口部のカバーガラスを外した状態）の斜視図である。
図２は、図１に示した撮像装置１の撮像光学系２の外観を示す斜視図であり、図２（ａ）は、正面方向から見た撮像光学系２の斜視図、図２（ｂ）は裏面方向から見た撮像光学系２の斜視図である。
図３、４は、本発明の撮像装置１に適用される光路と平行な切断面から見た撮像光学系２の断面図であり、図３は、流体材料７の反射面積を増大して絞り値（Ｆナンバー）を小さくしたときの撮像光学系２の断面図、図４は、流体材料７の反射面積を減少して絞り値（Ｆナンバー）を大きくしたときの撮像光学系２の断面図である。
これらの図において、撮像光学系２を保持する筐体３内には、撮像光学系２における結像光学系を構成するために複数枚の反射ミラー４が配置されている。また、筐体３には、撮像素子５が取り付けられ、撮像光学系を通過した光を受光している。流体材料７の一方の面を保持する透明部材である透明板６には、電圧が印加されることで自ら変形する電歪ポリマー等からなるゲル状の流体材料７が透明板６の裏面と接して配置されている。この流体材料７は高反射材料が混入されることで高反射を有し、この流体材料７と透明板６の接する面が反射ミラーとして機能すると共に、絞りとして機能する。また、透明板６は光が入射する光入射面と光入射面の反対側で流体材料７を保持する面に反射防止コート等の反射防止処理が施されている。電歪ポリマー等からなる流体材料７は、透明板６の流体材料７を保持する側の面に形成された透明電極等の電極９と接し、保持部材８の流体材料７を保持する側の面に形成された電極１０と接続され、電極９、１０間に可変電圧印加手段１１から可変電圧を印加することにより流体材料７を変形させる。撮像光学系２の筐体３開口部から入射された光の撮像素子５に入射されるまでの光の光路を１２に示している。なお、同図においては、結像光学系の全てを複数枚の反射ミラーで構成したが、絞り機能を有する反射ミラーを除く結像光学系の全てを反射ミラーで構成するものに限定されるものではない。

図３、４に示すように、本発明の撮像光学系２においては、撮像光学系２の光学像を筐体開口部から入射した光は、撮像光学系２内の複数の反射ミラー４や絞り機能を有する流体材料７に反射されて撮像素子５に入射される。図３に示すように、可変電圧印加手段１１の電圧を制御することにより流体材料７の電極間で流体材料７が圧縮変形して透明板６の光入射面の反対側の面と略平行な方向への拡張量が増大すると、反射ミラーとしての反射面積が増大し、透明板６に入射した光の多くが反射される。一方、図４に示すように、可変電圧印加手段１１の電圧を制御することにより流体材料７が変形して透明板６の光入射面の反対側の面と略平行な方向への拡張量が減少すると、反射ミラーとしての反射面積が減少し、減光されて反射される。つまり、可変電圧印加手段１１の電圧を制御することにより、流体材料７の反射面積が変化し、絞りとしての機能を持たせることができる。また、透明板６の流体材料７が接する面の形状を球面や非球面等の曲面または平面とすることで、結像光学系の機能を持たせることができる。

図５は、本発明に係る撮像装置を広ダイナミックレンジの車載用カメラに適用した場合の説明図である。
同図に示すように、車載用カメラ１３として適用された広ダイナミックレンジの撮像装置を、車両の左右のヘッドライト付近に装着し、道路の白線認識１４に用いると極めて有効である。

図６は、本発明に係る撮像装置を交差点等の広ダイナミックレンジの監視用カメラに適用した場合の説明図である。
同図に示すように、監視用カメラ１５として適用された広ダイナミックレンジの撮像装置を、交差点１６を監視するために、周囲のビルや信号機等に設置し、２４時間３６５日、常時交差点の監視を行うと、朝日や夕日等の強い入射光等が画像に取込まれる環境下にあっても、撮像素子が飽和することなく、状況確認を行うための撮影画像１７を取得することができる。

図７は、本発明に係る撮像装置を工場内の広ダイナミックレンジのＦＡ用カメラに適用した場合の説明図である。
同図に示すように、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用カメラ１８として適用された広ダイナミックレンジの撮像装置を、例えば、レーザー半田付け装置１９付近に装備し、電子部品とプリント基板の半田付けの様子を撮像することにより、撮像画像２０をＴＶモニター等に表示する。これによって、作業者はレーザーの危険に曝されずに、レーザー加工状況を安全に確認することができ、場合によっては、撮像素子が飽和せずに安定した画像が得られるため、その画像を画像処理し、半田付け状況を正確に観察して自動半田を行うためのアシスト機能を実現することができる。

本発明に係る撮像装置１の斜視図である。 図１に示した撮像装置１の撮像光学系２の外観を示す斜視図である。 本発明の撮像装置１に適用される光路と平行な切断面から見た撮像光学系２の断面図である。 本発明の撮像装置１に適用される光路と平行な切断面から見た撮像光学系２の断面図である。 本発明に係る撮像装置１を広ダイナミックレンジの車載用カメラ１３に適用した場合の説明図である。 本発明に係る撮像装置１を交差点等の広ダイナミックレンジの監視用カメラ１５に適用した場合の説明図である。 本発明に係る撮像装置を工場内の広ダイナミックレンジのＦＡ用カメラ１８に適用した場合の説明図である。 従来技術に係る光遮断式の光学絞り機構における絞り口径端面での反射によるフレアやゴーストの発生を説明するための図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ 撮像光学系
３ 筐体
４ 反射ミラー
５ 撮像素子
６ 透明板
７ 流体材料
８ 保持部材
９、１０ 電極
１１ 可変電圧印加手段
１２ 光路
１３ 車載用カメラ
１４ 道路の白線認識
１５ 監視用カメラ
１６ 交差点
１７ 撮影画像
１８ ＦＡ用カメラ
１９ レーザー半田付け装置
２０ 撮影画像

Claims (8)

1. 少なくとも、撮像光学系と、該撮像光学系により被写体の光学像を結像する撮像素子とを備える撮像装置において、
   前記撮像光学系は、その結像光学系において少なくとも１つが反射ミラーで構成され、該反射ミラーは、透明部材と、該透明部材の入射面とは反対側の面に接する反射面を有すると共に該反射面の反射面積を可変することにより絞り機能を有する流体材料と、該流体材料の反射面積を可変する反射面積可変手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像光学系は、その結像光学系の全てが反射ミラーで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記絞り機能を有する反射ミラーの前記透明部材の入射面とは反対側の面が、曲面または平面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記透明部材の表面には、反射防止処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。
5. 前記流体材料は、高反射率を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。
6. 前記流体材料は、前記透明部材と保持部材との間に挟持され、前記反射面積可変手段は、前記透明部材と前記保持部材の前記流体材料を挟持する面に設けられた電極と、該電極間に可変電圧を印加することにより前記流体材料を変形させる可変電圧印加手段とからなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。
7. 前記流体材料は、電歪ポリマーであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。
8. 前記撮像装置は、広ダイナミックレンジの撮像装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つの請求項に記載の撮像装置。

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