JP2010049001A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＩＲＣＦを光路中から挿抜しても、観察上ピントズレのないような映像を撮影することができる撮像装置を得ること。
【解決手段】 フォーカスレンズを含む撮像光学系と
前記撮像光学系により結像した像を電気的映像信号に変換する撮像手段と、
前記撮像光学系の光路中に挿脱可能に設け、特定波長帯を選別する波長帯選別手段と、
前記波長帯選別手段を光路中から挿脱する挿脱手段と、
前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動させ、ピント調整を行うピント調整手段を有し、
前記挿脱手段による前記波長帯選別手段の光路中からの挿脱に伴い、前記ピント調整手段で前記撮影光学系のピント調整を行うこと。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像光学系の光路中に赤外光除去フィルタを挿脱可能に装着し、可視光のみで撮影する場合と、赤外光を含んだ光で撮影する場合に好適な撮影装置に関するものである。

従来より物体像を得るための撮像装置は、入射光を結像する撮影レンズと、撮影レンズにより結像した光学像を電気信号に変換する撮像素子を有している。更に撮像素子から得られた電気信号に対し各種の信号処理を施すことにより所定の画像信号を得る信号処理手段とを有している。

通常、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を一枚だけ用いた単板式のセンサを用いた撮像装置では、画素ごとに異なる色フィルタが設けられている。

赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）色光の色信号を得るには、Ｒ、Ｇ、Ｂ色光に対応する光の帯域を透過させる、Ｒ、Ｇ、Ｂ色の原色フィルタを用いる場合と、マジェンタ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）等の補色フィルタを用いる場合がある。

上記のいずれの色フィルタも染料もしくは顔料を用いて目的の色を透過させるようにその分光透過特性が設計されている。これらの各色フィルタは近赤外領域でも一定の透過率を有する。

また、撮像素子の光電変換部は主にシリコン（Ｓｉ）などの半導体で構成されている。このため、光電変換部の分光感度特性は波長の長い近赤外光まで感度を有している。よって、色フィルタを具備した撮像素子から得られた信号には近赤外領域の信号も含まれている。

一方、人間の色に対する感度特性である色覚特性および明るさに対する感度特性である比視感度特性はその感度が可視域といわれる波長３８０ｎｍから波長７８０ｎｍまでである。この感度特性では、波長７００ｎｍより長波長域ではほとんど感度がない。

そこで、多くの撮像装置では、色再現性を人間の色覚特性に合わせるため、撮像素子の前（光入射側）に近赤外領域の光線を通過させない視感度補正用の赤外光除去フィルタ（以後、ＩＲＣＦと称する）を設けている。

一方、多くの撮像装置には自動焦点調整機構が設けられている。自動焦点調整機構の１つとして、所定の駆動ステップで撮影レンズのフォーカスレンズを駆動し、所定の時間間隔で撮影レンズと撮像素子を介して得られる画像信号の高周波成分を抽出する。そして高周波成分の最大値を示す位置にフォーカスレンズを駆動させ、撮影レンズのピントを合わせる、所謂ＴＶＡＦ方式が知られている。

撮像装置として、例えば監視カメラ等のように色再現性よりも感度を重視する場合には、近赤外領域の光を利用する。このため、ＩＲＣＦを光路中から退避させて撮像素子に近赤外光を受光させて、被写体を撮像している。

ＩＲＣＦを光路中から挿脱すると、入光してくる波長やＩＲＣＦの厚さに相当する分だけ光路長が変化してしまう。

したがって、ＩＲＣＦの光路中からの挿脱によって撮影レンズの合焦位置が異なり、画像信号の高周波成分を検出するＴＶＡＦ方式を用いた撮像装置では、最適なフォーカスレンズの駆動範囲が異なってくる。

かかる問題点を解決するために、ＩＲＣＦを光路中に挿入している場合と、挿入していない場合で、フォーカスレンズの位置、及びフォーカスレンズの駆動範囲を変更するようにした撮像装置が知られている（特許文献１）。
特開２００２−２２１６５６号公報

ＩＲＣＦの光路中の有無でフォーカスレンズの駆動範囲を異ならせる機構を有する撮像装置は、ＴＶＡＦ方式により高精度な焦点検出が容易となる。

特許文献１では、ＩＲＣＦの光路中からの挿抜状況をレリーズスイッチが押されると同時に判断している。ビデオカメラのように連続的に撮影される撮像装置では、撮影中にＩＲＣＦが光路中から挿脱される場合がある。この場合にはＩＲＣＦの挿抜後、フォーカスレンズの移動及びフォーカスレンズの駆動範囲を設定するまでの間、ピントのずれた画像が撮影されてしまう。これは撮影上、あまり好ましくない。

本発明はＩＲＣＦを光路中から挿抜しても、観察上ピントズレのないような映像を撮影することができる撮像装置の提供を目的とする。

本発明の撮像装置は、フォーカスレンズを含む撮像光学系と
前記撮像光学系により結像した像を電気的映像信号に変換する撮像手段と、
前記撮像光学系の光路中に挿脱可能に設け、特定波長帯を選別する波長帯選別手段と、
前記波長帯選別手段を光路中から挿脱する挿脱手段と、
前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動させ、ピント調整を行うピント調整手段を有し、
前記挿脱手段による前記波長帯選別手段の光路中からの挿脱に伴い、前記ピント調整手段で前記撮像光学系のピント調整を行うことを特徴としている。

本発明によれば、ＩＲＣＦを光路中から挿抜しても、観察上ピントズレのないような映像を撮影することができる撮像装置が得られる。

以下に、本発明の撮像装置の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の撮像装置は、フォーカスレンズを含む撮像光学系により結像した像をＣＣＤ等の撮像手段で電気的映像信号に変換する。

撮像光学系の光路中には特定波長帯（例えば赤外光）を選別する波長帯選別手段が挿脱手段によって光路中から挿脱される。

撮像光学系のフォーカスレンズを駆動させ、ピント調整を行うピント調整手段を有している。

波長帯選別手段の光路中からの挿脱に伴い、ピント調整手段でフォーカスレンズを予め設定した位置に移動させたり、又はフォーカスレンズの駆動範囲を変更する等して撮像光学系のピント調整を行っている。

図１は、本発明の実施例１の要部構成図である。

図１において、１は撮像レンズ（撮像光学系）である。２は赤外光除去フィルタ（ＩＲＣＦ）である。３はＣＣＤ（撮像手段）（撮像素子）である。撮像レンズ１から入射した被写体からの光は、ＣＣＤ３の受光面上に像を結像する。

４はＡＤ変換部であり、ＣＣＤ３からのアナログ信号をＡＤ変換して、デジタル信号に変換する。５は映像信号処理部であり、ＡＤ変換部４からのデジタル化された信号に色変換、ＡＥ処理、ＷＢ処理を行う。

更に信号処理された映像の階調変換を行うγ処理など諸々の画像処理を行う。また、被写体のコントラスト値からＡＦ（自動合焦）に使用されるＡＦ情報Ｈを算出する。また、ＩＲＣＦ挿抜判定に使用される輝度情報Ｙを算出する。６は映像信号出力部であり、映像の出力を行う。

７はＩＲＣＦ２が光路中に挿脱されているか否かを判定するＩＲＣＦ挿脱判定部である。例えば映像信号処理部５にて算出された輝度情報Ｙを基に、ＩＲＣＦの挿脱の判定を行う。

通常、輝度情報Ｙが十分大きい場合には、ＩＲＣＦ２を光路中に挿入し、近赤外領域の光を用いず撮影し、カラー映像を出力する。

輝度情報Ｙが小さくなると、ＣＣＤ３が近赤外域にも感度を有することを利用し、ＩＲＣＦ２を光路長から抜き、撮影を行う。

ＩＲＣＦ２を光路中から抜くことで、近赤外の光も受光し、感度の向上を行う。９はＩＲＣＦ制御部であり、ＩＲＣＦ挿抜判定部７からの指示によりＩＲＣＦ２の挿抜を行う。８はフォーカス処理部で、オートフォーカス（自動焦点検出）（以下、ＡＦ）時には映像信号処理部５で算出されたＡＦ用の評価値であるＡＦ情報Ｈを基に撮影レンズ１のピント調整を行う。

また、マニュアルフォーカス（以下、ＭＦ）時には被写体距離情報Ｄにピントが合うように撮影レンズ１を駆動制御する。レンズ制御部１０はフォーカス処理部８から指定されたレンズ位置情報に撮影レンズ１の合焦レンズ（フォーカスレンズ）を移動させる。

図２は図１のＩＲＣＦ２の構成概略図である。２０はＩＲＣＦであり、通常撮影時は撮影レンズ１を通った光がＩＲＣＦ２０を通り、ＣＣＤ３に受光される。２１は可視光及び赤外光の透過領域であり、ダミーガラス又は単なる空枠などから成り、ＩＲＣＦ２０でカットされていた波長成分（赤外成分）も透過させる。

被写体輝度が小さいときには、近赤外光を利用し感度を上げるため、ＩＲＣＦ２０を光路外に位置させ、透過領域２１が光路中に位置するようにする。これにより、透過領域２１を通って、ＣＣＤ３に光束が集光するようにしている。

透過領域２１には、ＩＲＣＦ２０の厚み分、光路長が変わってしまわないように、ＩＲＣＦ２０と同様の光路長（厚さ）を要するダミーガラスを入れておくのが良い。２２はＩＲＣＦ２０を保持するＩＲＣＦ枠（保持手段）である。

図３はＣＣＤ３の分光特性およびＩＲＣＦ部２０の透過分光特性を表した説明図である。原色ＣＣＤの場合、Ｒ、Ｇ、Ｂが、カラーフィルタを加味した分光特性となっている。ＩＲＣＦは近赤外よりも長波長側の光を除去する分光特性を有している。

ＩＲＣＦ部２０が光路中から抜かれることにより、ＩＲＣＦ部２０で除去されていた波長約６５０［ｎｍ］より長波長側の光に対しても受光を行うため、感度をあげることができる。

その逆に、近赤外光の影響によりＲ成分の感度が著しくあがるため、カラーバランスが崩れ、通常時はＩＲＣＦ部２０を光路中に挿入して撮影する。

次に、本発明におけるＩＲＣＦ２の光路中からの抜出時の撮影レンズ１のピント調整について説明する。

監視カメラのように昼夜問わず使用されるカメラにおいては、日中、明度が十分な場合には、ＩＲＣＦ２を光路中に挿入し、カラー映像の出力を行う。夜間になり、明度が不十分になってくると、ゲインによるノイズの影響から色再現性よりも感度を重視する。

その場合には、可視光に加えて近赤外領域の光を利用するため、ＩＲＣＦ２を光路外に退避させて撮像素子３に近赤外光を受光させる。

その際に、単にＩＲＣＦ２を光路中より退避させるとＩＲＣＦ２の光路長分だけピント位置が変化してしまう。このため、透過領域２１にダミーガラスを挿入し、光路長をＩＲＣＦ２の挿抜により変わらないようにしても良い。

ダミーガラスがない場合、光路長が変化してしまう。このため、ピントを合わせるために予め設定されているフォーカスレンズの位置又は駆動範囲を変化させたり光路長の変化分フォーカスレンズを追従させる必要がある。

このときの光路長の変化値は予めフォーカス処理部８に記憶させておく。この他、図１の構成に光源判定部１１を設け、図７のように構成して、映像信号処理部５からの色情報をもとに光源の種類を推定することにより、光路長の変化分だけでなく、波長（照明光の分光特性）によるピント量を補正するようにしても良い。

監視カメラでマニュアルフォーカスにて被写体を撮影している場合、常時、所望の被写体距離のピントを維持していなければならない。ＩＲＣＦ２を光路中から所定時間を要した後にフォーカスの追従が行われると、ＩＲＣＦ２の挿抜とフォーカス追従の間、ピントを最良の位置に維持することができない期間が発生してしまう。

そのため、ＩＲＣＦ２の挿抜に連動してフォーカスを追従するのが良い。さらに、ＩＲＣＦ２の挿抜によるピントの最良位置の維持のためのフォーカスの追従動作がユーザー（撮影者）の目に付いてしまう可能性がある。

本実施例において、例えば図４のようなシーンを撮影していた場合、ＩＲＣＦ２の挿抜において、図５のような撮像手段３の撮像画面上をＩＲＣＦ枠２２の一部が通過する瞬間が存在する。そこでＩＲＣＦ２に連動して、かつ、ＩＲＣＦ枠２２が撮影画面内を通過している時間内でフォーカスレンズを追従させる。

本実施例ではＩＲＣＦ２０を保持するＩＲＣＦ枠２２（保持手段）の少なくとも一部が撮像手段の撮像画面を通過中にピント調整手段により予め設定されたピント調整を行っている。

特に本実施例では、ＩＲＣＦ枠（保持手段）２２が撮像画面３を通過する時間（第１の時間）より長くＩＲＣＦ２０が光路中からの挿脱に要する時間（第２の時間）よりも短い時間でピント調整を行っている。

これにより、ＩＲＣＦ２の挿抜によるピントズレをなくし、さらにピントのボケた画像からピントの合った画像までの変化が遅くなるためユーザー（撮影者）に気付かれずフォーカスの追従を行うことができる。

次に、図６のフローチャートを用いて、マニュアルフォーカス時、ＩＲＣＦ２の挿抜によるフォーカスについて説明する。被写体の輝度情報Ｙが低下してきて、閾値Ｙｔｈよりも輝度情報Ｙが小さくなると、ＩＲＣＦ挿脱判定部７にて、ＩＲＣＦ２の抜出の指示がＩＲＣＦ制御部９に送られ、ＩＲＣＦ２が光路中から抜出される。その際に、ＩＲＣＦ２が抜かれた情報もＩＲＣＦ挿脱判定部７からフォーカス処理部８に送られる（Ｓ６０１）。

フォーカス処理部８は、ＩＲＣＦ制御部９からのＩＲＣＦ２の位置情報を基にＩＲＣＦ枠２２が撮影画面通過中か判断する（Ｓ６０２）。

この際、ＩＲＣＦ制御部９のＩＲＣＦ２の位置情報を基に判断しなくても、ＩＲＣＦ挿抜判定部７からＩＲＣＦ２の挿抜指示からの時間をカウントして、ＩＲＣＦ枠２２が撮影画面中通過中か否かを判断しても構わない。

Ｓ６０２にてＩＲＣＦ枠２２が撮影画面通過中の場合、撮影レンズ１を構成するフォーカスレンズを追従し、ＩＲＣＦ２を挿脱した分のピント補正を行う。また、ＩＲＣＦ枠２２の挿抜状況によりフォーカスレンズの駆動範囲を異ならせている場合、ＩＲＣＦ２の挿抜に連動して、フォーカスレンズの駆動範囲を変更することもある。

上記のように、ＩＲＣＦ２の駆動に伴い、フォーカスレンズを追従することによりＩＲＣＦ２の駆動によるピントズレを補正することができる。

さらに、ＩＲＣＦ枠２２の撮影画面通過中にフォーカスレンズを追従させることにより、フォーカスレンズの追従によるピント移動動作をユーザーに気づかれず行え、違和感のない映像を観察することができる。

本発明の実施例２の形態を説明する。

実施例２の構成図は、図１の実施例１と同様であるため説明は割愛する。

次に、実施例２におけるＩＲＣＦ２の光路中からの抜出時の撮影レンズ１のピント調整について説明する。

監視カメラのように昼夜問わず使用されるカメラにおいては、日中、明度が十分な場合には、ＩＲＣＦ２を光路中に挿入し、カラー映像の出力を行う。夜間になり、明度が不十分になってくると、ゲインによるノイズの影響から色再現性よりも感度を重視する。

その場合には、可視光に加えて近赤外領域の光を利用するため、ＩＲＣＦ２を光路外へ退避させて撮像素子３に近赤外光を受光させる。

その際に、ＩＲＣＦ２の光路長分だけ撮影光路長が変化するため、透過領域２１にダミーガラスを挿入し、光路長をＩＲＣＦ２の挿抜により変わらないようにしている。ダミーガラスがない場合、光路長が変化してしまう。このため、ピントを合わせるためにフォーカスレンズの駆動範囲を変化させる、および光路長の変化分だけフォーカスレンズを追従させる必要がある。

監視カメラで外部からの操作でマニュアルフォーカスにて被写体を撮影している場合は、常時、所望の被写体距離のピントを維持していなければならない。ＩＲＣＦ２を抜いて所定時間を要した後にフォーカスレンズの追従が行われると、ＩＲＣＦ２の挿抜とフォーカス追従の間、ピントを維持できない期間が発生してくる。

そのため、ＩＲＣＦ２の光路中からの挿抜に連動して予め設定した位置にフォーカスレンズを追従している。

さらに、ＩＲＣＦ２の挿入によるピント維持のためのフォーカスレンズの追従がユーザーの目に付いてしまう可能性がある。そのため、フォーカスレンズの追従時のフォーカス速度を十分遅くすることにより、徐々に画像が良くなるように変化させる。これによれば、フォーカス追従の瞬間的な動きをなくして、フォーカス調整がユーザーに気付かれることなく行うことができる。

ここで、フォーカス追従時のフォーカス速度について説明する。ＩＲＣＦ枠２２が画面上に見え始め、ＩＲＣＦ枠２２が画面から見えなくなるまで要する時間はおおよそ１０Ｖ〜６０Ｖかかり、人がＩＲＣＦ２の通過を認識できるだけの時間がかかっている。ここで、１Ｖは１／６０秒である。

フォーカスの追従に要するフォーカスレンズの移動量はＩＲＣＦ２の移動量に比べ、十分小さい。ＩＲＣＦ枠２２の移動に要する以上の時間をかけてフォーカスの追従を行うような速度で追従されることにより、フォーカス追従の動きによる画像の急激な変化をユーザーに気付かれないようにすることができる。

ただ、その後、ＩＲＣＦ２０および透過領域２１が入りきるまでにさらに時間を要する。ＩＲＣＦ２０および透過領域２１が入りきるまでの時間を要して駆動してしまっては、ＩＲＣＦ２０の挿抜が終わったにも関わらず、フォーカスが追従しきれていない状態になってしまう。

そのため、ＩＲＣＦ枠（保持手段）２２の移動に要する時間（第１の時間）以上（よりも長く）でかつＩＲＣＦ２０の挿抜終了に要する時間（第２の時間）以下（よりも短い）でフォーカス追従するのが望ましい。

また、マニュアルフォーカス（手動ピント調整手段）でのピント調整に使用されるフォーカス速度はピント面に画像が止められるように十分遅い速度で移動させている。

そのため、マニュアルフォーカスでのピント調整に使用されるフォーカス速度よりもＩＲＣＦの光路中からの挿脱に伴うフォーカス追従におけるフォーカスレンズのフォーカス速度を遅く設定している。

即ち手動ピント調整手段により、撮像光学系のフォーカスレンズを駆動させる速度に比べてＩＲＣＦの光路中からの挿脱に伴いピント調整を行うときの撮像光学系のフォーカスレンズの速度を低速としている。

上記のように、フォーカス追従時の速度を十分遅く設定することにより、フォーカスレンズ移動によるピント移動動作をユーザーに気づかれず行え、違和感のない映像とすることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば赤外光除去フィルター（ＩＲＣＦ）の代わりに色フィルタ、紫外線除去フィルタ等を用いても良い。

本発明の実施例１の構成図 図１のＩＲＣＦの構成図 図１のＣＣＤの分光特性およびＩＲＣＦの透過特性の説明図 ＩＲＣＦ挿入時の撮像素子面上での撮影シーンの一例の説明図 ＩＲＣＦ枠通過中の撮像素子面上での撮影シーンの一例の説明図 本発明の実施例１の制御フロー図 本発明の実施例の他の形態の構成図

符号の説明

１ 撮影光学系
２ 赤外光除去フィルタ（ＩＲＣＦ）
３ 撮像手段
４ ＡＤ変換部
５ 映像信号処理部
６ 映像信号出力部
７ ＩＲＣＦ挿脱判定部
８ フォーカス処理部
９ ＩＲＣＦ制御部
１０ レンズ制御部
１１ 光源判定部
２２ 保持手段
２０ ＩＲＣＦ
２１ ダミーガラス

Claims (5)

1. フォーカスレンズを含む撮像光学系と
   前記撮像光学系により結像した像を電気的映像信号に変換する撮像手段と、
   前記撮像光学系の光路中に挿脱可能に設け、特定波長帯を選別する波長帯選別手段と、
   前記波長帯選別手段を光路中から挿脱する挿脱手段と、
   前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動させ、ピント調整を行うピント調整手段を有し、
   前記挿脱手段による前記波長帯選別手段の光路中からの挿脱に伴い、前記ピント調整手段で前記撮像光学系のピント調整を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 前記波長帯選別手段の光路中からの挿脱に伴い、前記フォーカスレンズの駆動範囲を変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記波長帯選別手段を保持する保持手段を有し、
   前記保持手段の少なくとも一部が前記撮像手段の撮像画面を通過中に前記ピント調整手段により予め設定されたピント調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記波長帯選別手段を保持する保持手段を有し、
   前記保持手段が前記撮像手段の撮像画面を通過に要する第１の時間よりも長く、
   前記波長帯選別手段の光路中からの挿脱に要する第２の時間よりも短い時間で前記ピント調整手段で前記撮像光学系のピント調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 外部からの操作により前記撮像光学系のピント調整を行う手動ピント調整手段を有し、
   前記手動ピント調整手段により、前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動させる速度に比べて
   前記波長帯選別手段の光路中からの挿脱に伴い前記ピント調整を行うときの前記撮像光学系のフォーカスレンズの速度を低速とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。