JP2014013700A - 光源システム及び撮像システム - Google Patents

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Abstract

【課題】対象物との距離に関係なく、対象物の色調の再現性を高める。
【解決手段】光源システムを含む撮像システム１によれば、測距部４０によって算出された対象物との距離に応じて光源部５０のＬＥＤ５３から出射する光の色を設定し、対象物に対して出射することができる。このため、対象物との距離が変わった場合であっても、距離に応じて光源からの光を変更することができるため、対象物の色調の再現性を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中、特に深海で用いられる光源システム及び当該光源システムを含んで構成される撮像システムに関する。
従来から、水中用のカメラが知られている。水中での被写体の撮像は、陸上の場合は異なり周囲が水であるため、カメラの構成部品に関しての種々検討が進められている。例えば、特許文献１では、被写体に対する合焦動作を行うために、超音波による測距を行う構成が示されている。
特開２００５−４３４０８号公報
太陽光が十分に届かない水中において対象物を撮像しようとする場合、光源を用いて被写体を照射する必要がある。しかしながら、深海のように水による光の吸収の影響を大きく受ける領域では、対象物とカメラとの距離が大きくなるに従って水による長波長側の光の吸収の影響が大きくなる。このため、従来から用いられている水中用の光源を用いた場合には、陸上での肉眼観察とは異なった色調となり対象物の本来の色を再現することが困難であった。
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、対象物との距離に関係なく、対象物の色調の再現性を高めることが可能な光源システム及び当該光源システムを含んで構成される撮像システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る光源システムは、水中で用いられる光源システムであって、対象物に対して光を照射する光源と、対象物の距離に対応して前記光源から出射する光の色を特定する光源色情報を格納する光源色情報格納手段と、前記対象物に向けて音波を送信することで前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段により算出された前記対象物までの距離に基づいて、前記光源色情報格納手段に格納された光源色情報を参照して前記光源の出射する光の色を設定する光源色設定手段と、を備えることを特徴とする。
上記の光源システムによれば、距離算出手段によって算出された対象物との距離に応じて光源の出射する光の色を設定し、対象物に対して出射することができる。このため、対象物との距離が変わった場合であっても、距離に応じて光源からの光を変更することができるため、対象物の色調の再現性を高めることができる。
ここで、前記光源色情報は、水深にも対応して前記光源から出射する光の色を特定され、前記光源色設定手段は、自システムの水深と前記距離算出手段により算出された前記対象物までの距離とに基づいて、前記光源色情報格納手段に格納された光源色情報を参照して前記光源の出射する光の色を設定する態様とすることもできる。
上記のように、自システムの水深にも応じて光源色を設定する態様とすることにより、対象物の色調の再現性をさらに高めることができる。
ここで、前記光源は、ガラスエポキシ製の基板と当該基板上に固定された複数個のＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）とを含んで構成され、前記基板と前記ＬＥＤとは透光性を有するエポキシ樹脂又は透光性を有するポリブタジエン樹脂によって被覆されている構成とすることができる。
上記のように、ガラスエポキシ製の基板と当該基板上に固定された複数個のＬＥＤとがエポキシ樹脂又はポリブタジエン樹脂により被覆されている構成とすること、本体の材質にエポキシ樹脂又はポリブタジエン樹脂を、基板にガラスエポキシを用いることで、この光源システムを深海のような高圧環境においても使用することが可能となる。
また、前記基板には厚さ方向に沿って複数の貫通孔が設けられている態様とすることができる。基板に貫通孔が設けられていることで、基板及び基板に固定されたＬＥＤを樹脂によって被覆する際に、未硬化の樹脂と基板との間に発生する気泡を効果的に除去することができるため、結果として光源の耐圧強度を高めることができる。
また、前記光源は、互いに色が異なる３種類のＬＥＤ又は３種類のＬＥＤがひとつの容器内にまとめられたものにより構成され、前記光源色設定手段は、前記３種類のＬＥＤに対して流す電流量を変更することで、前記対象物に対して照射する光の色を設定する態様とすることができる。
３種類のＬＥＤに対して流す電流量を変更することで光の色を設定する態様とすることで、光源からの光の色の変更を容易に行うことができ、より簡素な構成で対象物の色調の再現性の向上を達成することができる。
また、本発明に係る撮像システムは、上記の光源システムと、前記光源からの光により照射された前記対象物を撮像する撮像手段と、を備える態様とすることができる。
本発明に係る撮像システムでは、上記の構成を有することにより、対象物との距離に関係なく、対象物の色調の再現性を高めた状態で対象物を撮像することができる。
ここで、上記の撮像システムは、前記撮像手段の焦点距離を調整する合焦手段をさらに備え、前記合焦手段は、前記距離算出手段により算出された前記対象物までの距離に基づいて前記焦点距離を調整する態様としてもよい。
対象物までの距離に基づいて焦点距離を調整する合焦手段を備えることで、対象物の色調の再現性を高めるだけでなく、対象物の形状等も精度よく撮像することができる。
本発明によれば、対象物との距離に関係なく、対象物の色調の再現性を高めることが可能な光源システム及び当該光源システムを含んで構成される撮像システムが提供される。
本実施形態に係る光源システムを含んで構成される撮像システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す撮像システムのうち、本体部についての概略斜視図である。 図２の本体部の中心軸に沿った断面図である。 光源部の構造を説明する斜視図であり、図４（Ａ）は光源部の上面側（電源用コネクタ側）から見た斜視図であり、図４（Ｂ）は光源部の下面側（ＬＥＤ側）を示す図である。 図４（Ａ）のV-V線における断面を模式的に示した図である。 撮像システムによる撮像方法について説明する図である。 光源の色を変化させた場合のスペクトルについて説明する図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
（撮像システム）
図１は本実施形態に係る光源システムを含んで構成される撮像システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す撮像システムのうち、本体部についての概略斜視図であり、図３は、図２の本体部の中心軸に沿った断面図である。また、図４は、図１に示す撮像システムのうち、光源部についての概略斜視図であり、図５は、図４（Ｂ）のV-V線に沿った断面図である。
撮像システム１は、海中を始めとする水中、特に深海で用いられる撮像システムである。用途としては、主に採水器・採泥器やプランクトンネットと言った観測機器に取り付けられ、観測機器の作動状況や周辺の状況を撮像するために用いられる。そして撮像システム１により撮像された画像（動画の場合も含まれる）は、観測機器の機能評価等に用いられる。このため、撮像システム１自体は小型であることが望まれる。また、使用環境を考えると、深海のような高圧環境に耐える必要がある。さらに、観測機器周辺の海中の生物等の撮像が目的であるため、対象物に対するフォーカス合わせをより正確にし、且つ、色調の再現性を高める必要がある。
本実施形態に係る撮像システム１は、本体部１０、圧力計３０、測距部４０、及び光源部５０を含んで構成される。本体部１０は、光源部４０によって照射された対象物（本実施形態の光源システムにとっての対象物）を撮像するためのカメラ１１を備えると共に、圧力計３０、測距部４０（距離算出手段）、及び光源部５０（光源）の動作を指示する中央処理装置１２（光源色情報格納手段・光源色設定手段・距離算出手段／ＣＰＵ）を備える。本体部１０と圧力計３０、測距部４０、及び光源部５０とはそれぞれ水中コネクタ１３，１４，１５により接続されている。圧力計３０は、撮像システム１の周辺の圧力を測定する機能を有している。圧力計３０による圧力に係る情報は、撮像システム１の現在位置（水深）を導くために必要な情報である。測距部４０は、音波により撮像の対象物の距離を測定する機能を有する。また、光源部５０は、対象物を照射するための光を出射する機能を有する。光源部５０から出射される光は測距部４０により測定された対象物との距離に応じてスペクトルが変更される。詳細は後述する。
次に、撮像システム１の本体部１０の構造について、図２，３を用いて説明をする。本体部１０は外形が略円筒形状をなしている。本体部１０は上記のように深海で用いられることから耐圧性能を有する格納容器１６に収容される。内部のカメラ１１が外部環境を撮像するために、円筒形状の格納容器１６の一方の端面（図２，３における左側の端面）には光透過性を有する耐圧ガラス１７が取り付けられ、格納容器１６の内部のカメラが外部の光を受光可能とされている。耐圧ガラス１７は、円盤状の支持部材とボルトを用いて格納容器１６に対して固着される。また、格納容器１６の他方の端面（図２，３における左側の端面）には、圧力計３０、測距部４０、及び光源部５０と接続するための水中コネクタ１３，１４，１５が取り付けられる。
格納容器１６の内部には、カメラ１１、中央処理装置１２を含む電気回路が搭載された回路基板１８、回路基板１８を指示するためのボード１９、撮像システム１の各機器へ電源を供給するバッテリ２０が収容される。
図１に戻り、本体部１０の内部の各機能部についてさらに説明をする。入力部１０１は、撮像システム１による撮像条件を予め設定するためのものである。入力部１０１への撮像条件の入力は、撮像システム１の使用者等により行われる。入力部１０１に入力される撮像条件とは、撮像開始条件（例えば、圧力計の水圧・撮像開始時間等）、撮像間隔等が含まれる。入力部１０１において入力された撮像条件は中央処理装置１２へ送られて、撮像システム１による撮像の制御に用いられる。
中央処理装置１２は、撮像システム１の各部と電気的に接続され、各部の動作の指示を行う機能を有する。また、水深・対象物との距離に応じた光源色情報を保持していて、撮像を行う場合に光源部４０から対象物に対して出射する光の色を特定し、指示する機能も備えている。
中央処理装置１２の機能について、より具体的には、入力部１０１から取得した撮像条件に基づいて、圧力計３０からの情報等に基づいて撮像を行うか否かを判断する。撮像を開始する場合には、測距部４０からの情報に基づいて光源部４０から出射する光のスペクトルを決定し指示すると共に、カメラ１１のフォーカスに係る指示を行う。さらに、カメラ１１の撮像条件に応じて、カメラ１１及び光源部５０の制御を行う。また、カメラ１１により撮像された撮像データは、出力部１０２に対して送られる。
ここで、光源色情報とは、光源から発する光の色を特定するものである。水中において撮像システム１を用いて対象物の撮像をする場合、地上の自然光の元で撮像する場合と比較して、撮像システム１及び対象物の水深・撮像システム１と対象物との距離に応じて対象物の色合いが変わるという問題がある。これは、水中では、水による長波長帯域の光の吸収の影響が変わるからである。そして、水による長波長帯域の光の吸収の影響は、水深及び対象物との距離によって異なる。したがって、本実施形態に係る撮像システム１では、水深及び対象物との距離によって対象物を照らすための光源からの光の色を変更する。色温度情報とは、陸上の自然光の下での対象物の見え方と同等の見え方となるために光源から出射する光の色の情報のことを言う。すなわち、水深及び対象物との距離に対応付けて光源から出射する光の色を特定した情報のことを光源色情報という。
なお、本実施形態では、光源色情報として、色温度情報を用いる場合について説明する。色温度とは、光源が発している光の色を定量的な数値で表現する尺度（単位）であり、単位には熱力学的温度のＫ（ケルビン）が用いられる。本実施形態に係る光源色情報としては、水深及び対象物との距離のそれぞれに関連付けて、当該条件の場合に光源から出射すべき光の色を特定するための色温度が示された表等を用いることが考えられる。また、水深及び対象物との距離に基づいて、光源から出射するべき光の色の色温度とを関係付けた数式を光源色情報として保持しておき、水深及び対象物との距離を入力することで色温度を算出する構成としてもよい。色温度から三原色（ＲＧＢ）の相対強度を算出し、この三原色の相対強度に対応する光を出射することで、色温度に対応する色を実現することができる。以下では、光源色情報として色温度情報を用いた構成について説明するが、色温度を用いることなく、光源から出射する光の色を特定する方法を用いてもよい。
出力部１０２は、カメラ１１において撮像された撮像データを外部に出力する機能を有する。深海で撮像された画像を地上においてリアルタイムで確認したい場合は、例えば、撮像システム１に接続されたケーブルを経由して出力部１０２から地上に対して送信する構成とすることで地上の表示機器等を利用してその画像を確認することができる。
次に中央処理装置１２に対して接続する各装置とその機能について説明する。カメラ１１は、撮像システム１において対象物を撮像する撮像手段として機能する。カメラ１１にはさらにフォーカス制御手段１０３（合焦手段）が接続する。フォーカス制御手段１０３はカメラ１１を対象物に対して合焦する機能を有する。フォーカス制御手段１０３による合焦動作は、中央処理装置１２からの指示に基づいたモータ駆動回路１０４の動作により行われる。
信号増幅回路１０５は、中央処理装置１２からの信号を受けて増幅し、水中コネクタ１４を経て測距部４０に対して送信する信号を生成する機能を有する。また、測距部４０に対して信号増幅回路から信号を送信することで測距部４０が機能し、その結果測距部４０から送信される情報は、第１Ａ／Ｄ変換器１０６に送られ、アナログ／デジタル変換を行った後に中央処理装置１２へ送られる。測距部４０の機能は後述する。
第２Ａ／Ｄ変換器１０７は、水中コネクタ１３を経て圧力計３０からの情報を取得し、アナログ／デジタル変換を行った後に中央処理装置１２へ送る機能を有する。
スイッチング回路１０８は中央処理装置１２からの信号を受けて、光源部５０において光源を点灯するための電流の調整を行い出力する機能を有する。スイッチング回路１０８から出力された電流は、水中コネクタ１５を経て光源部５０へ送られる。
バッテリ２０からは、図１の破線で示すように、中央処理装置１２、モータ駆動回路１０４、スイッチング電源１０８に対して各機器が動作するための電気が供給される。また、水中コネクタ１３を介して圧力計３０へ、水中コネクタ１４を介して測距部４０へ、水中コネクタ１５を介して光源部５０へ、それぞれ電気が供給される。
次に撮像システム１に含まれる本体部１０以外の各機器について説明する。圧力計３０は、撮像システム１の周辺の圧力、特に撮像システム１が水中に投下されたときの水圧を測定する機能を有する。圧力計３０が水圧を測定することで、撮像システム１が現在どれくらいの水深にあるかがわかる。圧力計３０による測定結果は中央処理装置１２に送られて、光源部４０から出射される光の色温度の決定に用いられるほか、圧力計３０による圧力を撮像システム１による撮像開始のトリガとして利用する場合もある。
測距部４０は、音波発信器４１と音波受信器４２とを備え、超音波信号を対象物に発信することで対象物において反射された超音波信号を受信する機能を有する。音波発信器４１は信号増幅回路１０５により増幅された信号に基づいて超音波を発信する機能を備える。また、音波受信器４２は、超音波を受信する機能を有する。音波受信器４２により受信される超音波は、音波発信器４１から出力された後に対象物で反射されたものであると考えられるから、測距部４０における超音波の発信から受信までの時間を利用して、対象物と撮像システム１との距離を算出する。
音波発信器４１から発信される超音波信号としては、低周波信号が用いられるが、Ｓ／Ｎの低下やノイズによる誤動作を防ぐ目的から、特定のパルス幅を持った信号、或いは、搬送波に特定のパルス幅を持った信号を載せたもの（パルス位置変調）が用いられる。距離の算出については中央処理装置１２において行われる。中央処理装置１２では、デジタル復調された信号を解析し、周波数、パルス幅、周期等により、ノイズや屈折により生じる信号と対象物からの信号とを区別することで、対象物の距離を算出する。なお、距離の算出に音波を用いる理由としては、懸濁物が多い海底等、視界が良好でない環境においては、光による距離の算出が困難であるからである。距離の算出には、周波数の高い超音波が用いることが好ましい。
次に光源部５０について図４，５を用いて説明する。図４（Ａ）（Ｂ）は光源部５０の構造を説明する斜視図であり、図４（Ａ）は光源部５０の上面側（電源用コネクタ５１側）から見た斜視図であり、図４（Ｂ）は光源部５０の下面側（ＬＥＤ５３側）を示す図である。また、図５は、図４（Ａ）のV-V線における断面を模式的に示した図である。
光源部５０は、長方形の平板状であるガラスエポキシ製の基板５２上に３種類（赤・緑・青／Ｒ・Ｇ・Ｂ）のＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）５３が複数交互に配置されたものの全体を透光性の樹脂５４で被覆したものである。３種類のＬＥＤとしては上記のように三色（ＲＧＢ）のＬＥＤを用いてもいいいし、砲弾型ＬＥＤに含まれるＲ，Ｇ，Ｂの三色を利用してもよい。また、３種類のＬＥＤがひとつの容器内にまとめられたものを用いることもできる。この場合、距離の近い被写体に光を当てた場合にも、光源から発せられる三色の光が被写体に到達するまでに混合するため、被写体に色むらが生じることを防ぐことができる。また、必要に応じて３種類のＬＥＤの数は変更してもよい。本実施形態に係る光源部５０は、平板状の基板５２の上にＬＥＤ５３を取り付けるため、広範囲を明るく照らすことが可能となる。
また、基板５２上のＬＥＤ５３は、同一色のＬＥＤ同士は配線５５によって１つの回路で接続される。また、互いに異なる色のＬＥＤは別の配線５５により接続されている。ＬＥＤ５３に対して電流を流すための配線５５は、本体部１０の水中コネクタ１５とケーブルを介して接続された電源用コネクタ５１に対して接続される。また、電源用コネクタ５１に対して基板５２を離間して保持するための支持部材５６が基板５２と電源用コネクタ５１とを繋ぐように取り付けられている。基板５２には回路パターン等がプリントされ、ＬＥＤ５３が取り付けられているが、電流制限抵抗等も取り付けることができる。なお、支持部材５６は、図４において直方体形状の基板５２の対角線の一方のみに取り付けられているが、図５においては指示部材５６の取付け位置が分かりやすくなるように模式的に図示をしている。また、配線５５も同様である。配線５５及び支持部材５６は、基板５２や基板５２のＬＥＤ５３の配置等に応じて適宜変更することができる。
さらに、基板５２上には、ＬＥＤ５３が取り付けられる位置とは異なる位置に厚み方向に伸びる複数の貫通孔５５が設けられている。また、樹脂５４は、上記の光源部５０を構成する部材のうち、ケーブルによって本体部１と接続するための電源用コネクタ５１の接続部以外の全ての部材を被覆する。この場合、貫通孔５５内部にも樹脂５４は充填される。本実施形態に係る光源部５０では、樹脂５４の外形は略直方体形状となっている。樹脂５４によって、ＬＥＤ５３を始めとする光源部５０を構成する部品を全て被覆することにより内部の部品の耐圧性を高めることができる。樹脂５４による被覆の厚さ等は、光源部５０を含む撮像システム１の使用環境に応じて適宜変更される。
光源部５０の光源としてＬＥＤ５３を用いることで、光源自体の小型化が達成されると同時にバルブ交換等のメンテナンスをする必要がなくなる。さらに、消費電力も電球に比べて圧倒的に低いことから、バッテリの小容量化・小型化も達成される。
上記の光源部５０に用いられる樹脂５４としては、二液混合型のエポキシ樹脂又はポリブタジエン樹脂を用いることができる。また、電源用コネクタ５１のうち、樹脂５４と当接するボディには、ステンレスか真鍮を用いることができる。
本実施形態に係る撮像システム１は、深海という高圧環境で使用することを想定しているため、深海への投入時の加圧、地上への引き揚げ時の減圧等の圧力負荷がかかることを念頭に置いた配慮が必要となる。本実施形態に係る光源部５０の場合は、基板５２及びＬＥＤ５３は全面が樹脂５４により被覆されることで、耐圧性が向上されるが、ケーブルとの接続のために外部に露出される電源用コネクタ５１と樹脂５４との接続部分において疲労によって隙間が発生すると、致命的な故障がこの隙間から発生する可能性がある。
これに対して、電源用コネクタ５１のボディの材質と樹脂５４の材質とを上記の組み合わせにした場合、上記の樹脂と金属とのなじみが良いこと、加圧に伴う収縮率がエポキシ樹脂やポリブタジエン樹脂の方が高いために、加圧・減圧に伴う疲労によって樹脂５４と電源用コネクタ５１との間に隙間が生じることを抑制できること、これにより、物理的な破損による強度低下や、海水の侵入に伴う故障を避けることができる。また、本実施形態に係る光源部５０のような構造とすることで、電源用コネクタ５１のうち外部に露出する領域を一部限定することもできる。このため、この光源部５０を海水中にいれた場合に電源用コネクタ５１のうち海水中に露出する領域の面積を小さくすることができる。また、電源用コネクタ５１と基板５２とを支持部材５６により離間して保持する構成とすることで、基板５２が導体となる海水中に接触することで発生する電蝕腐食の発生を回避することができる。また、基板５２はガラス繊維が入ったエポキシ樹脂からなるガラスエポキシ製である。樹脂５４の材質にエポキシ樹脂を用いた場合、基板５２とエポキシ樹脂との間で収縮率に違いが生じ、加圧・減圧中に樹脂５４に亀裂が入ることを避けるため、基板５２の厚さは１．６ｍｍ以下とし、樹脂５４の厚さは４ｃｍ以上とする。これによって、加圧に伴う材質の収縮率の違いを原因とする変形を回避できる。なお、樹脂５４にポリブタジエンを用いた場合、圧力によって樹脂が変質又は破損することのないことが確認されているが、ポリブタジエンは硬化後も柔らかさを保っているため、支持部材５６を金属板など強固な材質で作成し、これに電源用コネクタ５１の取付け部分をねじ込んでおく。このような構造にすることで、樹脂による固定に頼ることなく、電源用コネクタ５１と基板５２をあらかじめ機械的に固定しておく。
本実施形態において説明した光源部５０において樹脂５４にエポキシ樹脂を用いたものを、観測船「かいれい」ＫＲ１１−１１航海において、海底の映像や堆積物を採取する目的で深海に投入・回収する観測機器に取り付ける形で、９８ＭＰａの圧力に相当する水深約９８００ｍにおける耐圧テストを行った結果、問題なく作動することが確認できた。さらに、光源部５０について、樹脂５４にエポキシ樹脂を用いたもの及びポリブタジエンを用いたもののそれぞれについて、支援母船「よこすか」ＹＫ１２−０９航海における航海において、９２ＭＰａの圧力に相当する水深約９２００ｍにおける耐圧テストを５回連続して行ったが、いずれにおいても破損は見られなかった。これは、国内外のほとんどのＲＯＶ（遠隔操作無人探査機：Remotely operated vehicle）や有人潜水艇の最大潜航深度を超える水深であることから、全世界の、ほぼ全ての海域での深海調査において本実施形態に係る光源部５０を適用できることを示している。
上記の光源部５０は、例えば、以下の方法で製造することができる。光源部の外形の形状に応じた型枠に対して、未硬化の樹脂を流し込むと共に、ＬＥＤ、配線、電源用コネクタ等が取り付けられた基板を樹脂内に沈めた後に樹脂を硬化させる。このとき、基板と樹脂との間に気泡が含まれる場合があり、必要に応じて、樹脂の硬化前に減圧等により気泡を取り除く操作が行われる。ここで、基板に対して貫通孔が複数設けられていることにより、従来は排出されづらく硬化後も内部に残留していることが多かった基板の下側の気泡についても、貫通孔を経て外部に排出させやすくなる。
なお、本実施形態では、基板５２として長方形状のものが用いられた略直方体形状の光源部５０について説明しているが、上述のように光源部５０は基板上にＬＥＤを取り付けたものを樹脂で被覆した構成であるので、その形状は変更が容易である。例えば、円板状の基板にＬＥＤを取り付け、周囲を被覆する樹脂の形状も円環状にすることにより、リングライトのような構造の光源部を製造することもできる。この場合、基板と型枠の形状を変更することで、上記と同様の方法で光源部を製造することができる。
（撮像システムの使用方法）
次に、上記の撮像システム１の使用方法について、図６のフローチャートを用いて説明する。
まず、撮像システム１の入力部１０１において、撮像条件の設定が行われる（Ｓ２１）。これは、例えば、撮像システム１の使用者が入力部１０１に対して条件を入力することによって行われ、中央処理装置１２に保存される。ここでいう撮像条件とは、例えば、静止画像を撮像する場合には「撮像開始条件（時間管理／圧力管理）」「撮像時間」「撮像間隔」「撮像回数」「強制撮像実施時間」等が挙げられる。撮像開始条件のうち、時間管理とは、例えば、所定の時刻になったら撮像を開始する等の設定である。また、圧力管理とは、例えば、圧力計３０が所定の圧力になったら（すなわち、所定の水深に撮像システム１が到達したら）撮像を開始するという設定である。強制撮像実施時間とは、撮像システム１を圧力（水深）に応じて撮像を開始させる設定にして深海等に投入した場合に、例えば圧力計の破損等の理由により撮像開始条件を満たさない場合であっても強制的に撮像を開始させる時間の設定である。これらの条件が撮像システム１において設定された後に、撮像システム１は深海等の水中に投入される。なお、撮像開始条件が時間管理であっても、圧力計３０においては圧力の測定が行われ、中央処理装置１２に送られる。これは撮像システム１の場所（水深）を確認するための情報として収集される。
次に、これらの条件を利用した撮像開始の判定が行われる。具体的には、まず、撮像開始の指示がなされているか（撮像開始条件が設定されているか）の判定が行われる（Ｓ２２）。撮像開始条件の設定がなされていない場合には待機状態が継続される。撮像開始条件が設定されている場合には、撮像開始条件が時間管理となっているか圧力管理となっているかの判定が行われる（Ｓ２３）。ここで、時間管理の場合は、現在が撮像開始時間であるかによって、撮像を開始するかの判定が行われる（Ｓ２４）。撮像開始時間になっていない場合は、待機状態を継続し、撮像開始時間になっている場合は、撮像に係る処理に移る。
一方、圧力管理の場合、強制撮像開始時間になっているかの判定が先に行われる（Ｓ２５）。強制撮像開始時間となっている場合には、圧力計の情報に関係なく、撮像に係る処理に移る。また、強制撮像開始時間になっていない場合は、撮像開始条件において設定された圧力に到達しているかの判定が行われる（Ｓ２６）。設定圧力に到達していない場合は、強制開始時間に到達しているかの判定から再度行う。また、設定圧力に到達している場合には、撮像に係る処理に移る。
撮像に係る処理としては、最初に対象物の距離測定が行われる（Ｓ３１）。距離測定は、中央処理装置１２の指示により、信号増幅回路１０５により増幅された信号が測距部４０の音波発信器４１に送られることで、音波発信器４１から超音波を発信する。そして、対象物によって反射された超音波を音波受信器４２において受信し、その情報は、第１Ａ／Ｄ変換器１０６によりＡ／Ｄ変換された後に中央処理装置１２に送られる。そして、中央処理装置１２において、超音波発信から受信までの時間に基づいて対象物の距離を算出する。
このようにして得られた対象物の距離に基づいて、光源部５０の光源が点灯される（Ｓ３２）。ここで、測距部４０により得られた対象物との距離より得られた水深に係る情報に基づいて中央処理装置１２に格納された色温度情報を参照し、光源部５０から出射する光の色（色温度）が決定される。具体的には、対象物との距離が大きいほど、さらには、水上から太陽光や人口光など到達する環境においては、水深が深いほど、温度を下げるために長波長側の光の光量を大きくしたスペクトルの光を出射するように設定され、中央処理装置１２において、ＬＥＤ５３を駆動するための電流値が決定される。中央処理装置１２において光源部５０の色温度が決定されると光源部５０の３種のＬＥＤに対して流す電流量の調整が行われる。色温度（光源色）で示される光源の色を実現するためにＬＥＤ５３に流す電流量は予め決められていて、中央処理装置１２において格納されている。そして、定電流回路１０８を駆動させることで、所望の電流が光源部５０のＬＥＤ５３へ送られる。これにより３種のＬＥＤ５３がそれぞれ設定された光量で点灯することで、色温度情報により指定されたスペクトル形状の光が対象物に対して出射される。なお、ＬＥＤに流す電流量は、定電流回路１０８による調整のほか、可変抵抗等を用いて調整する構成としてもよい。また、これまでは３種のＬＥＤ５３にそれぞれ流す電流値を調整することで、出射する光の色温度を変更する構成について説明しているが、ＬＥＤに流す電流が最大値を超えないよう、電流制限抵抗器などを搭載した上で、さらにＰＷＭ駆動回路を用いてパルス幅等を調整してもよい。
次に、撮像システム１では、測距部４０を用いて求められた対象物との距離に応じたカメラ１１のフォーカス制御が行われる（Ｓ３３）。カメラ１１のフォーカス制御は、中央処理装置１２からモータ駆動回路１０４に対して信号を送信することでモータ駆動回路が駆動をすることで、フォーカス制御手段１０３がカメラ１１のフォーカスの調整を行う。これにより、カメラ１１が対象物に対して合焦される。
これらの準備が完了した状態で、中央処理装置１２からカメラ１１に対して、対象物の撮像を指示し、撮像が行われる（Ｓ３４）。撮像された画像は、カメラ１１から中央処理装置１２へ送られ、必要に応じて出力部１０２へ送られるがカメラ１１において蓄積をしておく構成であってもよい。カメラ１１による撮像が終了すると、中央処理装置１２は、スイッチング回路１０８から光源部５０への送電を停止することで光源部５０のＬＥＤ５３を消灯する（Ｓ３５）。
その後、中央処理装置１２において撮像条件を参照することで、次回の撮像があるかを確認する（Ｓ３６）。次回の撮像がある場合には、撮像開始時間になったか否かを判断し（Ｓ３７）、撮像開始時間になったら、光源点灯（Ｓ３２）からの一連の処理を再度行うことで次回の撮像を開始する。次回の撮像が無い場合には、撮像に係る処理を終える。以上の処理によって、撮像システム１による対象物の撮像に係る処理が終了する。
ここで、図７を用いて、光源部５０から出射する光の色を変更した場合の対象物側で受光する光のスペクトル形状について説明する。図７では、（１）大気中で三色（ＲＧＢ）のＬＥＤを点灯した場合に、ＬＥＤから１．５ｍ離れた位置での各波長の光の強度、（２）水中にて大気中と同様の条件で三色のＬＥＤを点灯した場合に、ＬＥＤから１．５ｍ離れた位置での各波長の光の強度、（３）三色のＬＥＤの光の出射強度を変えて水中で点灯した場合に、ＬＥＤから１．５ｍ離れた位置での各波長の光の強度を示したものである。また、図７では、各条件での光の強度のうち最大値を１とし、それぞれ規格化したものを示している。
三色のＬＥＤに対して流した電流の電流値は、（１）及び（２）では、青と緑が１８０ｍＡであり、赤が１７０ｍＡであった。図７において、（１）と（２）とを比較すると、波長４６０ｍ付近をピークとする青色の光と、波長５２５ｍ付近をピークとする緑色の光とは、その強度がほぼ同じであったが、波長６４０ｍ付近をピークとする赤色の光については、（１）の大気中に比べて（２）の水中では強度が小さくなった。これに対して、（３）では、三色のＬＥＤのうち赤色のＬＥＤに流す電流の電流値を（１）（２）に対して２倍である３４０ｍＡとした。この結果、図７に示すように赤色の光の強度が大きくなった。このように、赤色のＬＥＤに流す電流値を変更することにより、光源部から出射する光のスペクトル形状を変化させることができる。これを利用して、色温度情報に基づいた色の光を光源部から出射させることにより、対象物がより自然な色となった状態で撮像することができる。
以上のように、本実施形態に係る光源システムを含む撮像システム１によれば、測距部４０によって算出された対象物との距離に応じて光源部５０のＬＥＤ５３から出射する光の色温度を設定し、対象物に対して出射される。従来深海での撮像で用いられる照明としては、ハロゲンランプが用いられていたが、大きさ、消費電流、メンテナンス性において課題があった。したがって、ＬＥＤを用いることによりこれらの課題を解消することができる。一方、白色ＬＥＤを光源として用いた場合、白色ＬＥＤの出射光の波長は赤色成分が少ない。また、水による光の吸収係数は長波長になるほど大きくなる（青、緑の吸収係数はそれぞれ１０２ｃｍ−１、１０−１ｃｍ−１であるのに対して、赤は０．５ｃｍ−１である）。したがって、白色ＬＥＤを用いた場合には、対象物の色が青白くなり、色の再現性が低いという課題があった。また、この度合いは対象物との距離に応じて変化するという問題もあった。これに対して、本実施形態の構成を採用することで、対象物との距離が変わった場合であっても、距離に応じて光源からの光を変更することができるため、対象物の色調の再現性を高めることができる。
また、光源部５０は、基板５２と基板上に固定された複数個のＬＥＤ５３とが樹脂５４により被覆されている構成であるため、深海のような高圧環境においても使用することが可能となる。
また、基板５２には厚さ方向に沿って複数の貫通孔５７が設けられていることで、基板５２及びＬＥＤ５３を樹脂５４によって被覆する際に、未硬化の樹脂と基板との間に発生する気泡を効果的に除去することができるため、結果として光源の耐圧強度を高めることができる。
また、中央処理装置１２において色温度を設定した後に、３種類のＬＥＤ５３に対して流す電流量を変更することで光の色温度を設定する態様とすることで、色温度の変更を容易に行うことができ、より簡素な構成で対象物の色調の再現性の向上を達成することができる。
また、上記の撮像システム１のように、光源部５０から対象物に対して光を照射しながらカメラ１１により撮像する構成とすることで、対象物との距離に関係なく、対象物の色調の再現性を高めた状態で対象物を撮像することができる。
また、測距部４０により測定された対象物までの距離に基づいてフォーカス制御手段１０３によりカメラの焦点距離を調整することで、対象物の色調の再現性を高めるだけでなく、対象物の形状等も精度よく撮像することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本実施形態に係る撮像システム及び当該撮像システムに含まれる光源システムは種々の変更を行うことができる。例えば、本実施形態では、光源システムとカメラとが一体型になった撮像システムについて説明をしたが、光源システムと撮像システムとは別体であってもよい。すなわち、本実施形態に係る光源システムは、対象物の色再現性を高めた状態での照射が目的であって、対象物の撮像の用途に限らず種々の用途に用いることができる。また、撮像システムの本体部及び光源部の構造は上記実施形態に限られない。
また、本実施形態では、水深と対象物との距離に応じて光源から出射する光の色温度を特定した色温度情報を用いる構成について説明したが、水深と色温度との対応関係については必須ではなく、少なくとも対象物との距離に応じた色温度を特定した色温度情報があれば色再現性を高めることが可能である。また、光源色情報として、色温度を用いずに光源からの光を特定することが可能な情報を用いてもよい。
１…撮像システム、１０…本体部、１１…カメラ、１２…中央処理装置、１３〜１５…水中コネクタ、３０…圧力計、４０…測距部、５０…光源部、５１…電源用コネクタ、５２…基板、５３…ＬＥＤ、５４…樹脂、５５…配線、５６…支持部材、５７…貫通孔。

Claims (7)

  1. 水中で用いられる光源システムであって、
    対象物に対して光を照射する光源と、
    対象物の距離に対応して前記光源から出射する光の色を特定する光源色情報を格納する光源色情報格納手段と、
    前記対象物に向けて音波を送信することで前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と、
    前記距離算出手段により算出された前記対象物までの距離に基づいて、前記光源色情報格納手段に格納された光源色情報を参照して前記光源の出射する光の色を設定する光源色設定手段と、
    を備えることを特徴とする光源システム。
  2. 前記光源色情報は、水深にも対応して前記光源から出射する光の色を特定され、
    前記光源色設定手段は、自システムの水深と前記距離算出手段により算出された前記対象物までの距離とに基づいて、前記光源色情報格納手段に格納された光源色情報を参照して前記光源の出射する光の色を設定することを特徴とする請求項１記載の光源システム。
  3. 前記光源は、ガラスエポキシ製の基板と当該基板上に固定された複数個のＬＥＤとを含んで構成され、前記基板と前記ＬＥＤとは透光性を有するエポキシ樹脂又は透光性を有するポリブタジエン樹脂によって被覆されている
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の光源システム。
  4. 前記基板には厚さ方向に沿って複数の貫通孔が設けられている
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源システム。
  5. 前記光源は、互いに色が異なる３種類のＬＥＤ又は３種類のＬＥＤがひとつの容器内にまとめられたものにより構成され、
    前記光源色設定手段は、前記３種類のＬＥＤに対して流す電流の強度を変更することで、前記対象物に対して照射する光の色を設定する
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源システム。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源システムと、
    前記光源からの光により照射された前記対象物を撮像する撮像手段と、
    を備えることを特徴とする撮像システム。
  7. 前記撮像手段の焦点距離を調整する合焦手段をさらに備え、
    前記合焦手段は、前記距離算出手段により算出された前記対象物までの距離に基づいて前記焦点距離を調整する
    ことを特徴とする請求項６記載の撮像システム。

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