JP2010044192A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる撮像装置を提供すること。
【解決手段】光透過率を制御できる液晶板２と、この液晶板２を介して入射した入射光により被写体を撮像する撮像素子３と、この撮像素子３への入射光量、および、入射光の波長帯の少なくともいずれかに応じて、液晶板２の光透過率を変化させる制御部４と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

図５に、従来の撮像装置９Ａを示している。撮像装置９Ａは、たとえば車載カメラ、監視カメラ、携帯電話用カメラ、デジタルカメラなどに用いられる。撮像装置９Ａは、レンズ９１、絞り９２、この絞りの駆動機構（図示略）、撮像素子９３、制御部９４、を備えている。レンズ９１を透過した被写体からの光は、絞り９２の開口部を通過して、撮像素子９３に入射する。撮像素子９３は、入射する光に対応する信号を出力する。撮像素子９３から出力された信号は、制御部９４に入力される。そして、制御部９４は、絞り９２を所望の絞り値にするための信号を出力する。絞り９２は、この信号に基づいて、上記駆動機構を介して上記開口部の大きさを変化させるために移動する。

近年、車載カメラの搭載スペースを縮小することが要求されていることから、車載カメラを構成する部品の小型化も望まれている。したがって、撮像装置９Ａもより小さいものが好ましい。しかしながら、絞り９２が機械式であるため、撮像装置９Ａにおいては、絞り９２が移動するための空間を確保する必要がある。また、上記駆動機構を設置するスペースを確保する必要もある。これらは、撮像装置９Ａの小型化を妨げる要因となっている。

特開２００１−８０９４号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、小型化を図ることができる撮像装置を提供することをその課題とする。

本発明によって提供される撮像素子は、光透過率を制御できる物性素子と、この物性素子を介して入射した入射光により被写体を撮像する撮像素子と、この撮像素子への入射光量、および、入射光の波長帯の少なくともいずれかに応じて、上記物性素子の光透過率を変化させる制御手段と、を備えていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記撮像装置に機械式の絞りを設ける必要がなくなる。それに伴い、絞りの駆動機構を設置することも不要となる。そのため、上記撮像装置の小型化を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記制御手段は、上記波長帯が可視光波長帯のとき、上記入射光のうち可視光の上記光透過率を制御する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記制御手段は、上記波長帯が赤外波長帯のとき、上記入射光のうち赤外光の上記光透過率を制御する。このような構成によれば、可視光により上記被写体を撮像する事を望む場合には、上記撮像素子に入射する赤外光の光量を減少させうる。そのため、日中などに撮像した画像に赤みがかかることを、抑制できる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記制御手段は、上記入射光量が所定値を超えているとき、上記入射光量を上記所定値以下となるように上記光透過率を制御する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記入射光量に対応する上記撮像素子の出力値を、上記光透過率から、上記物性素子に入射する光の光量に相当する値に補正する補正手段をさらに備える。このような構成によれば、上記被写体からの光量が大きくなっても、上記撮像素子は、この光量に相当する信号の出力を適切に行うことができる。すなわち、上記撮像装置のダイナミックレンジが大きくなっているといえる。さらに、上記被写体を撮像した画像をモニタなどの画像表示手段に表示する場合には、ブルーミングの発生を抑制できる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記被写体からの光を集光し、上記入射光とするレンズをさらに備え、上記レンズと上記撮像素子との間に上記物性素子が配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記被写体からの光を集光し、上記入射光とするレンズをさらに備え、上記物性素子と上記撮像素子との間に上記レンズが配置されている。

本発明にかかる入射光量とは、上記撮像素子の受光面の一定の領域または受光面の全体に入射する光の光量を意味する。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明にかかる第１実施形態にかかる撮像装置Ａ１である。この撮像装置Ａ１は、レンズ１、液晶板２、撮像素子３、制御部４、補正部５を備えている。

レンズ１は、被写体からの光が撮像素子３に入射できるよう、被写体からの光を集光するものである。液晶板２は、本発明にかかる物性素子に相当する。液晶板２は、所定方向に処理が施された対向する２枚の透明電極板に、液晶を挟んで構成される。液晶板２の一方の面に入射した光は、液晶板２を透過し、液晶板２の他方の面から出射する。液晶板２は、たとえば光の進行方向視において２０ｍｍ角とされている。液晶板２において光の透過可能な部分の大きさは、同方向視において１０ｍｍ角とされている。液晶板２の電極に印加する電圧を変化させることにより、液晶板２の光透過率は全画素一括で制御される。液晶板２の光透過率は、所定の波長帯の光について可変である。たとえば、本実施形態では可視光の光透過率を変化させることができる。液晶板２は、印加電圧が０Ｖであるとき光を遮断する。一方、印加電圧が３Ｖ以上の方形波を入力することにより、光の透過率を変化させる。液晶板２の挿入損失は、６ｄＢ以下であることが好ましい。液晶板２のＯＮ／ＯＦＦ時の透過率変化は５０ｄＢ以上であることが好ましい。

撮像素子３は、たとえばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像素子である。撮像素子３は、マトリクス状に配置された複数の光電変換素子を有している。光電変換素子は、入射した光を電気信号として出力する。本実施形態では、撮像素子３には、レンズ１により集光され、液晶板２を透過した被写体からの光が入射する。そして、撮像素子３は、この入射した光に対応する電気信号を制御部４などに出力する。

制御部４は、撮像素子３から出力した信号を入力し、液晶板２の電極に印加する電圧を制御するための信号を出力する。これにより、液晶板２の光透過率を制御する。補正部５は、後述するように、撮像素子３の出力値を、液晶板２の光透過率から、液晶板２に入射する光の光量に相当する値に補正するものである。

図２（１）は、液晶板２の光透過率を常にＴｍａｘとした場合における、撮像素子３のある画素に入射する光の光量Ｌａと撮像素子３の出力値Ｓ１との関係を示したグラフである。ここで、Ｔｍａｘとは、液晶板２において実現可能である最大の光透過率である。このＴｍａｘは、理想的には１００％である。この図に示されているように、入射光の光量Ｌａが（ａ）の範囲内にある場合には、撮像素子３は適切に入射光量Ｌａを検出できる。このときの撮像素子３の出力値の範囲を（ｃ）とする。（ａ）の範囲の光量Ｌａの上限値はｔａである。（ｃ）の範囲の出力値Ｓ１の上限値はｔｃである。一方、入射光の光量Ｌａが（ｂ）の範囲にあるときには、撮像素子３は適切に入射光の光量を検出できない。なお、本実施形態では、理解の便宜上、撮像素子３のある画素における入射光に注目して説明している。入射光の光量として、たとえば、最大光量の画素の光量を適宜平均化したものを参照してもよい。また、入射光の光量として、上記撮像素子における一定領域内（受光面全体を含む）における複数の画素に入射する光の光量の平均値を用いても良い。

図２（２）は、液晶板２の光透過率をＴｍａｘとした場合において撮像素子３のある画素に入射すると思われる光の光量Ｌｂと、制御部４により制御された液晶板２の光透過率と、の関係を概念的に示したものである。図２（３）は、光量Ｌｂと撮像素子３のある画素からの出力値Ｓ２の値（図１におけるＳ２で検出できる値）とを概念的に示したものである。図２（２）によく表れているように、制御部４は、光量Ｌｂが（ａ）の範囲にある場合、液晶板２の光透過率をＴｍａｘとなるように制御する。一方、光量Ｌｂが図２（１）で示した（ｂ）の範囲にある場合、液晶板２の光透過率を、Ｔｍａｘより小さい値、たとえば５０パーセントにする。そして、液晶板２の光透過率をこのように変化させることによって、撮像素子３のある画素における出力値Ｓ２が図２（３）に示したようになる。この図において光量Ｌｂが（ａ）の範囲内にあるときには、図２（１）に示したものと同様に出力値Ｓ２はｔｃ以下となっている。一方、光量Ｌｂが（ｂ）の範囲内にあるときにも出力値Ｓ２はｔｃ以下となっており、図２（１）に示したものと異なる。

図２（４）には、光量Ｌｂと、補正部５により撮像素子３のある画素における出力値を補正した出力値Ｓ３の値（図１におけるＳ３にて検出できる）との関係を示している。補正部５は、たとえば、図２（３）に示した出力値に液晶板２の光透過率の逆数を掛け合わせる処理を行う。図２（４）から明らかなように、光量Ｌｂが（ａ）の範囲内にあるときだけでなく、光量Ｌｂが（ｂ）の範囲内にあるときにも、適切な出力がなされている。

次に、撮像装置Ａ１の作用について説明する。

撮像装置Ａ１に機械式の絞りを設ける必要がなくなる。それとともに、絞りの駆動機構を設ける必要もなくなる。これにより、撮像装置Ａ１の小型化を図ることができる。また、被写体からの可視光の光量が大きくなっても、撮像素子３は、この光量に相当する信号の出力を適切に行うことができる。すなわち、可視光についての撮像装置Ａ１のダイナミックレンジが大きくなっているといえる。被写体を撮像した画像をモニタなどの画像表示手段に表示する場合には、ブルーミングの発生を抑制できる。このような構成は、特に、日中など太陽光が強いときの撮影に好適である。

図３は、本発明の第２実施形態にかかる撮像装置Ａ２を示している。第１実施形態と同一または類似の要素には、第１実施形態と同一の符号を付して説明する。本実施形態では、液晶板２は赤外光の光透過率について可変である。また、制御部４における制御方法が第１実施形態におけるものと異なる。さらに、撮像装置Ａ２は、撮像装置Ａ１と異なり補正部５を備えていない。

制御部４は、液晶板２の光透過率をたとえば以下のように変化させる。日中は赤外光を遮断すべく、赤外光の光透過率を、液晶板２において実現可能である最小の光透過率Ｔｍｉｎにする。この光透過率Ｔｍｉｎは、理想的には０％である。一方、夜間は可視光により被写体を撮像せず、赤外光により被写体を撮像する。そのため、赤外光の光透過率を、液晶板２において実現可能である最大の光透過率Ｔｍａｘにする。なお、このＴｍａｘの値は、第１実施形態におけるものとは異なる。

このような構成によれば、可視光により上記被写体を撮像することを望む場合に、撮像素子３に入射する赤外光の光量を減少させうる。そのため、日中などに撮像した画像に赤みがかかることを、抑制できる。

図４には、本発明の第３実施形態にかかる撮像装置Ａ３を示している。撮像装置Ａ３は、撮像装置Ａ２と比較してレンズ１と液晶板２との設けられている位置が異なる。

本発明に係る撮像装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る撮像装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、本発明にかかる撮像素子はＣＣＤに限られずＣＭＯＳでも良いことは、もちろんである。

本発明にかかる液晶板２が、被写体側に向かって凸状となった湾曲形状であってもよい。このような構成によれば、液晶板２に入射する光の入射角をより小さくすることができる。そのため、液晶板２の光透過率をより均一とすることができる。

本発明にかかる撮像装置は、複数の物性素子を備えていてもよい。たとえば、赤外線を遮断可能な物性素子および可視光を遮断可能な物性素子といった、２の物性素子を備えていても良い。このとき、これらの物性素子の光透過率を別々に変化させてもよいし、同時に変化させてもよい。また、これらの物性素子を本発明にかかるレンズの前後に配置してもよい。また、第２実施形態において述べた可視光についての制御を赤外光について行ってもよい。

本発明にかかる物性素子の光透過率が、可視光のうちの特定の波長帯、たとえば黄色光のみについて変化するものであってもよい。また、本発明にかかる補正手段による処理と同様の処理が、上記撮像装置の外部でなされてもよい。上記実施形態では、本発明にかかる物性素子として液晶板を用いて説明したが、この物性素子は液晶に限られない。たとえば、エレクトロクロミック素子などを用いてもよい。

また、ダイナミックレンジを拡大できる他の手法を併用して、本発明にかかる撮像装置を用いてもよい。

本発明にかかる第１実施形態にかかる撮像装置である。 図１に示した撮像装置における制御方法について説明するための図である。 本発明にかかる第２実施形態にかかる撮像装置である。 本発明にかかる第３実施形態にかかる撮像装置である。 従来の撮像装置である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２，Ａ３ 撮像装置
１ レンズ
２ 液晶板
３ 撮像素子
４ 制御部
５ 補正部

Claims (7)

1. 光透過率を制御できる物性素子と、
   この物性素子を介して入射した入射光により被写体を撮像する撮像素子と、
   この撮像素子への入射光量、および、入射光の波長帯の少なくともいずれかに応じて、上記物性素子の光透過率を変化させる制御手段と、を備えていることを特徴とする、撮像装置。
2. 上記制御手段は、上記波長帯が可視光波長帯のとき、上記入射光のうち可視光の上記光透過率を制御する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記制御手段は、上記波長帯が赤外波長帯のとき、上記入射光のうち赤外光の上記光透過率を制御する、請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 上記制御手段は、上記入射光量が所定値を超えているとき、上記入射光量を上記所定値以下となるように上記光透過率を制御する、請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 上記入射光量に対応する上記撮像素子の出力値を、上記光透過率から、上記物性素子に入射する光の光量に相当する値に補正する補正手段をさらに備える、請求項４に記載の撮像装置。
6. 上記被写体からの光を集光し、上記入射光とするレンズをさらに備え、
   上記レンズと上記撮像素子との間に上記物性素子が配置されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 上記被写体からの光を集光し、上記入射光とするレンズをさらに備え、
   上記物性素子と上記撮像素子との間に上記レンズが配置されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の撮像装置。

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