JP2017083584A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で焦点変動を補正し、異なる複数の周波数領域の光による撮像を可能とする撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１０は、撮像レンズ２２と、撮像レンズ２２を介して結像される被写体像を撮像する撮像素子２３と、波長選択性を有するとともに、屈折力を有する可視光カットフィルタ２８と、可視光カットフィルタ２８を保持して、この可視光カットフィルタ２８を撮像光学系の光路中に挿脱可能とするフィルタ交換機構２１とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

自動車等の車載カメラや、建物内、街中、駐車場等で用いられる監視カメラ等では、太陽光や屋内の照明光により明るい昼間には可視光により撮像を行い、太陽光が届かない夜間には赤外光による監視を行うカメラシステムが導入されている。このようなカメラシステムでは、可視光用のカメラと赤外光用のカメラとをそれぞれ用意し、昼間と夜間との間で切り替えて使用すると、経済性や大きさの点から好ましくない。そこで、ＣＣＤなどの撮像素子の感度を近赤外領域まで活用し、昼間は赤外光カットフィルタを装着してカラー画像を撮像し、夜間等光量が少ないときは赤外光カットフィルタを外して感度を高めた白黒画像を1台のカメラで撮像している。

しかし、波長帯域の異なる光の間では、撮像レンズに対する屈折率が異なる。カメラの赤外光カットフィルタを着脱可能とし、夜間において赤外光カットフィルタを撮像光学系から外した場合は、近赤外光による結像位置は可視光による結像位置よりも後側（撮像素子の背面側）にずれる。このため、赤外光により撮像される画像は、焦点が撮像素子の受光面に合わないピンぼけした画像となる。これに対して、赤外光による撮影に切り替えたときは、撮像素子の受光面を光軸方向に移動させてピントを調整することもできるが、カメラの構造が複雑となり高価になる。

そこで、可視光による撮像と赤外光による撮像との間で光学系の構成を変えることなく、撮像装置内の絞りを制御して、被写界深度が浅くならないようにすることによって、赤外光による撮像をピンぼけしないようにする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３４１１３７号公報

しかしながら、ピンぼけを防ぐために被写界深度を深くするには、絞り値を大きくすることが必要となり、撮像素子に結像する像の光量が低下する。被写体からの光量が少ない夜間における赤外光による撮像では、撮像素子にとり込むことのできる光量は、多い方が望ましい。

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、簡単な構成で焦点変動を補正し、異なる複数の周波数領域の光による撮像を可能とした撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成する撮像装置は、撮像光学系と、該撮像光学系を介して結像される被写体像を撮像する撮像素子と、波長選択性を有するとともに、屈折力を有する第１のフィルタと、前記第１のフィルタを保持して前記撮像光学系の光路中に挿脱可能とするフィルタ保持部とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、簡単な構成で焦点変動を補正し、異なる複数の周波数領域の光による撮像をすることができる。

第１実施形態に係る撮像装置を搭載した車両を示す図である。 図１の撮像装置を含む撮像システムの概略構成を示す図である。 図１のターレットを示す図である。 図１の撮像装置の光学系の結像状態を説明する図であり、図４（ａ）は可視光により撮像するときの光学系、図４（ｂ）は赤外光により撮像するときの光学系をそれぞれ示す。 図１の撮像装置の変形例１を示す図であり、図５（ａ）は可視光により撮像するときの光学系、図５（ｂ）は赤外光により撮像するときの光学系をそれぞれ示す。 図１の撮像装置の変形例２を示す図であり、図６（ａ）は可視光により撮像するときの光学系、図６（ｂ）は赤外光により撮像するときの光学系をそれぞれ示す。 図１のターレットの変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像装置を内蔵したルームミラーの概略構成を示す図である。 図８の撮像装置の光学系の結像状態を説明する図であり、図９（ａ）は、可視光により撮像するときの光学系、図９（ｂ）は可視光および赤外光により撮像するときの光学系をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、撮像装置１０は、車両１のフロントバンパーに装着されている。また、車両１のフロントガラスの下には、撮像装置１０により撮像された画像を表示することのできる表示装置１１が配置されている。図１では車両１内に配置される表示装置１１を図示している。なお、撮像装置１０および表示装置１１の配置は例示であり、種々の場所に配置することが可能である。例えば、撮像装置１０はルームミラーの裏側や、ダッシュボードの上等に配置することも可能である。表示装置１１は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として構成し、画像をフロントガラスに投影するようにしても良い。

図２は、図１の撮像装置１０を含む撮像システム５の概略構成を示す図である。撮像装置１０以外の撮像システム５の構成要素は車両１内に設けられているが、図１には図示していない。この撮像システム５は、撮像装置１０で撮像した車両前方の画像を一定期間記録するドライブレコーダとして機能するとともに、夜間は前方の赤外光画像を表示装置１１に表示することにより、運転者の視覚を補助する。撮像装置１０は、表示装置１１、記憶装置１２、撮像制御装置１３、および、赤外光光源１４とともに、撮像システム５を構成している。撮像装置１０は、車両１の外部の被写体１００の像を撮像し映像信号として出力するカメラである。撮像装置１０のより詳細な構成については後述する。

表示装置１１は、液晶ディスプレイ等で構成され、撮像装置１０から出力された映像信号から映像を表示する。また、記憶装置１２は、例えばハードディスク等を含む大容量の記憶装置であり、撮像装置１０から出力される映像信号、および、撮像制御装置１３から出力される情報等を記憶する。

撮像制御装置１３は、撮像システム５全体を制御するコンピュータであり、ＣＰＵやメモリを搭載している。撮像制御装置１３は、撮像装置１０から出力された映像信号を必要に応じて加工し、記憶装置１２に蓄積する。さらに、撮像制御装置１３は、車両１から走行速度などの情報を取得し、記憶装置１２に記憶させる。また、撮像制御装置１３は、赤外光光源１４を制御する。赤外光光源１４は、赤外光による撮像を行うとき車両１の進行方向、すなわち、被写体１００に向けて近赤外領域（波長８００〜２５００ｎｍ）の赤外光を投光する装置である。赤外光光源１４は、例えば、ヘッドライト部へ組み込むことができる。または、赤外光光源１４は、撮像装置１０と同様に、車両１のフロントバンパーに設置することができる。これによって、撮像装置１０の被写体１００を赤外光で照明する。

撮像制御装置１３は、撮像装置１０から出力された映像信号の輝度に基づいて、赤外光による撮像と可視光による撮像との切り替えを判断することができる。また、撮像制御装置１３は、内蔵する時計の時間、車両１に設けた照度センサの情報等を使用して、撮像の切り替えを判断しても良い。撮像制御装置１３が、可視光による撮像を行うことを判断した場合は、撮像装置１０は撮像制御装置１３からの命令により可視光による撮像を行う。このとき、赤外光光源１４は発光しない。撮像制御装置１３が、赤外光による撮像を行うことを判断した場合は、撮像装置１０は撮像制御装置１３からの命令により赤外光による撮像を行い、この撮像に同期して赤外光光源１４がパルス発振またはＣＷ発振され、被写体１００に赤外光が照射される。

撮像装置１０、表示装置１１、撮像制御装置１３、および、赤外光光源１４の間は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車両１内の通信ネットワークにより接続されている。撮像制御装置１３の機能は、撮像装置１０の内部（後述するカメラ制御部２５等）に組み込んでも良い。

次に、撮像装置１０についてさらに説明する。撮像装置１０は、フィルタ交換機構２１（フィルタ保持部）、撮像レンズ２２、撮像素子２３、画像処理部２４、およびカメラ制御部２５を含んで構成される。

フィルタ交換機構２１は、ターレット２６と赤外光カットフィルタ２７（第２のフィルタ）と可視光カットフィルタ２８（第１のフィルタ）とターレット駆動モータ２９とを含んで構成される。図３に示すように、ターレット２６は、２つの開口部１９，２０を有する円板状の部材であり、２つの開口部には、それぞれ赤外光カットフィルタ２７と可視光カットフィルタ２８とが取り付けられている。２つの開口部１９，２０の形状、すなわち、赤外光カットフィルタ２７と可視光カットフィルタ２８との外形形状は、任意の形状、例えば、円形等の形状に適宜決めることができる。図３のターレット２６では、開口部１９，２０は、角部を丸めた矩形形状としている。

赤外光カットフィルタ２７は、赤外領域の波長の光を透過させず、可視光領域の波長の光を透過させる特性（波長選択性）を有する光学フィルタであり、透明なガラスまたは樹脂等の基板上に誘電体多層膜をコーティングすることにより作成される。例えば、赤外光カットフィルタ２７は、波長約７００ｎｍ以上の近赤外光の大部分をカットする。また、赤外光カットフィルタ２７は、平板状であり屈折力を有さない。

一方、可視光カットフィルタ２８は、可視光領域（波長約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の波長の光を透過させず、赤外領域の波長の光を透過させる特性（波長選択性）を有する光学フィルタであり、赤外光カットフィルタ２７と同様に、基板上に誘電体多層膜をコーティングすることにより形成される。例えば、可視光カットフィルタ２８は、波長約８００ｎｍ以下の波長の光の大部分をカットする。可視光カットフィルタ２８の双方または何れか一方の面は、凸面となっており、可視光カットフィルタ２８は、正の屈折力を有する。

可視光カットフィルタ２８の屈折力は、可視光をカットし赤外光による画像を撮像した時の想定される中心波長に基づいて定める。赤外光による撮像を行う際には、赤外光光源１４を発光させその反射光を観察することから、赤外光による画像を撮影するときの波長を赤外光光源１４の波長とする。そして、被写体１００により反射され、可視光カットフィルタ２８および撮像レンズ２２を透過した赤外光が、撮像素子２３の受光面上にちょうど結像するように、可視光カットフィルタ２８の屈折力を決定する。

ターレット駆動モータ２９は、ターレット２６の円形の外形の中心を回転軸として回転駆動されるモータである。図２では、ターレット駆動モータ２９の駆動軸が、ターレット２６の回転軸に接続されているが、ターレット２６の駆動方法は種々の方法が可能である。例えば、ターレット２６は、例えばターレット２６の外周に設けたギアにターレット駆動モータ２９の駆動軸に設けたギアを噛み合わせて駆動させることもできる。このように、ターレット２６を、ターレット駆動モータ２９により回転することにより、赤外光カットフィルタ２７と可視光カットフィルタ２８とを、撮像レンズ２２の被写体側（前側）で挿脱させ切り替えることができる。ターレット駆動モータ２９は、カメラ制御部２５に電気的に接続されておりカメラ制御部２５からの制御信号によりフィルタ交換機構２１の制御がおこなわれる。このように、フィルタ交換機構２１は、赤外光カットフィルタ２７および可視光カットフィルタ２８を、撮像光学系の光路中に排他的に挿脱可能に保持している。すなわち、フィルタ交換機構２１は、赤外光カットフィルタ２７および可視光カットフィルタ２８のうちの一方を選択して撮像光学系の光路中に挿脱可能に保持している。

撮像レンズ２２は、被写体１００の像を撮像素子２３の受光面上に結像させる光学系である。本実施形態の撮像光学系は撮像レンズ２２を含んで構成される。図２において、撮像光学系の光軸Ｏを一点鎖線により示している。また、以下において、適宜光軸Ｏに沿って被写体１００側（すなわち、図２において左側）を「前側」、撮像素子２３側（すなわち、図２において右側）を「後側」と呼ぶ。撮像レンズ２２は、少なくとも可視光領域から近赤外領域の光を透過させ、想定される距離に位置する被写体１００からの可視光領域の光が、良好に撮像素子２３の受光面に結像されるように設計される。例えば、撮像レンズ２２は、可視光領域の中心波長に近い５５０ｎｍの光が、撮像素子２３の受光面に集光するように設計される。

撮像素子２３は、可視光領域から近赤外領域までの周波数の光に感度を有するＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子を有しており、撮像レンズ２２を通して入射した被写体１００からの可視光および近赤外光を電気信号に変換する。これにより撮像素子２３は、撮像光学系を介して結像される被写体像を撮像する。

画像処理部２４は、ＤＳＰなどの画像処理専用のプロセッサを含んで構成される。画像処理部２４は、撮像素子２３により生成された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換処理、ノイズ低減処理、明るさやコントラスト、彩度の調整などの画像処理などを施して、例えばプログレッシブ形式またはインターレース形式の撮像画像を生成する。生成した画像は映像信号として表示装置１１および記憶装置１２に出力される。また、画像処理部２４は、撮像素子２３から得られた被写体１００の輝度（明るさ）情報を、カメラ制御部２５に出力することができる。画像処理部２４の機能の一部または全部は、カメラ制御部２５で行うように構成しても良い。

カメラ制御部２５は、内部に記憶されたプログラムに従って動作するＣＰＵで構成され、撮像装置１０全体の動作を制御する。例えば、カメラ制御部２５は、画像処理部２４が表示装置１１および記憶装置１２に映像信号を出力する処理を制御する。また、カメラ制御部２５は撮像制御装置１３と通信を行い、必要に応じてターレット駆動モータ２９を制御して、フィルタの切り替えを行う。

撮像装置１０には、内部への埃や水の侵入を防ぎ、外部からの光を入射させるために、筺体の外側面にガラス窓３１が設けられる。ガラス窓３１は、可視光領域の光および赤外領域の光の双方を透過させる。

以上のような構成によって、本撮像システム５は、以下のように動作する。すなわち、昼間の時間帯などにおいて、車両１の周辺が明るい場合、撮像装置１０は、可視光による撮像を行う。このとき、撮像制御装置１３は、画像処理部２４で撮像される画像の輝度信号をカメラ制御部２５から取得して、周辺が明るいことを認識し、カメラ制御部２５に対して可視光による撮像を指示する。

カメラ制御部２５は、ターレット駆動モータ２９を制御して、赤外光カットフィルタ２７を、撮像レンズ２２の前側の光路上に位置させる。このときの撮像装置１０の光学系の結像状態を、図４（ａ）に示す。この状態で、撮像装置１０は撮像を行う。被写体１００からの光は、撮像装置１０の筺体に設けられたガラス窓３１を通り、赤外光カットフィルタ２７、撮像レンズ２２を透過し、撮像素子２３の受光面上に結像する。赤外光カットフィルタ２７によって、可視光による画像の画質を低下させる赤外光がカットされ、可視光領域の光が撮像素子２３に到達する。前述のように、赤外光カットフィルタ２７は、屈折力が無く、撮像レンズ２２は、可視光領域の光に対して撮像素子２３の受光面上に良好な結像が得られるように設計されている。これにより、撮像装置１０では、撮像素子２３によりピンボケのない良好な可視光画像を撮像し、表示装置１１への表示および記憶装置１２への記憶をすることができる。

一方、夜間において、車両１周辺が暗くなった場合は、撮像装置１０は、近赤外光による撮像を行う。このとき、撮像制御装置１３は、画像処理部２４で取得した画像の輝度信号をカメラ制御部２５から取得して、周辺が暗くなったことを認識し、カメラ制御部２５に対して赤外光による撮像を指示する。

カメラ制御部２５は、ターレット駆動モータ２９を制御して、可視光カットフィルタ２８を、撮像レンズ２２の前側の光路上に位置させる。このときの撮像装置１０の光学系の結像状態を、図４（ｂ）に示す。図２において、ターレット２６はこの状態にある。また、撮像制御装置１３は赤外光光源１４に対して発光を指示して、被写体１００を照明する。この状態で、撮像装置１０は撮像を行う。被写体１００からの光は、撮像装置１０の筺体に設けられたガラス窓３１を透過し、可視光カットフィルタ２８、撮像レンズ２２を透過し、撮像素子２３の受光面上に結像する。可視光カットフィルタ２８によって、可視光領域の光がカットされ、赤外領域の光のみが撮像素子２３に到達する。

可視光カットフィルタ２８が屈折力を有していないとした場合、近赤外光は、可視光と比べると波長が長いために、撮像レンズ２２による結像面は、波長による屈折率の違いに起因して、撮像素子２３の受光面に対して後側にずれを生じる。しかしながら、前述のように、可視光カットフィルタ２８は正の屈折力を有するので、被写体像の結像位置は可視光カットフィルタ２８に屈折力がない場合に比べて前側にずれる。その結果、赤外光による画像を撮影する場合も、撮像素子２３の受光面上に被写体１００の像が良好に結像する。これにより、ピンボケのない良好な赤外光による画像を撮像し、表示装置１１への表示および記憶装置１２への記憶をすることができる。

特に、夜間などの周辺が暗い場合、車両１の運転者および搭乗者は、肉眼では確認し難い被写体１００の像を、表示装置１１に表示される赤外光による画像により確認することが可能になる。

また、撮像制御装置１３は、可視光による画像の撮像時および赤外光による画像の撮像時において、画像とともに走行時の速度情報を記憶装置１２に記憶させる。これによって、撮像システム５は、昼間の可視光による画像および夜間の赤外光による画像を、走行速度などの車両の走行情報と共に記録することができる。

さらに、別の動作方法として、車両１周辺が暗い場合、撮像制御装置１３は、カメラ制御部２５を介してターレット駆動モータ２９を回転させ、例えば１フレーム毎に交互に赤外光カットフィルタ２７と可視光カットフィルタ２８とを、撮像レンズ２２の前側の光路上に交互に挿入することができる。可視光カットフィルタ２８が、光路上に挿入されたときは、赤外光光源１４の発光を行う。これにより、撮像素子２３には交互に可視光による画像と赤外光による画像とが結像する。画像処理部２４は、可視光による画像と赤外光による画像を重ね合わせて、表示装置１１に表示するとともに、記憶装置１２に記憶させる。この場合、車両１の運転者および搭乗者は、可視光による画像に赤外光による画像を重ね合わせた画像を観察することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、撮像装置１０は、可視光領域の光を遮断し赤外領域の光を透過する、屈折力を有する可視光カットフィルタ２８を有する。また、撮像装置１０は、可視光カットフィルタ２８を赤外光カットフィルタ２７とともに保持して、撮像レンズ２２を含む撮像光学系の光路中に挿脱可能とするフィルタ交換機構２１を有する。これにより、赤外光カットフィルタ２７と可視光カットフィルタ２８とを挿脱させるだけの簡単な構成で焦点変動を補正し、可視光領域と赤外領域との異なる周波数領域の光による撮像をすることができる。また、被写界深度を深くする方法ではないので、絞りを絞る必要がなく、撮像される赤外光の光量を犠牲にすることもない。

したがって、本撮像システム５の撮像装置１０は、光学系または撮像素子を複数設けることなく、昼間および夜間兼用の撮像装置１０として使用することができる。さらに、本実施形態の撮像装置１０では、可視光による画像と赤外光による画像とを順次切り替えて撮像しても、何れの画像もピンボケを生じることなく、焦点の合った画像を得ることができる。

（変形例）
以下に、第１実施形態の変形例について説明する。

（変形例１）
本変形例では、図５（ａ）に示すように、赤外光カットフィルタ２７に代えて、負の屈折力を有する赤外光カットフィルタ３２が用いられる。また、本変形例では、図５（ｂ）に示すように、可視光カットフィルタ２８に代えて、正の屈折力を有する可視光カットフィルタ３３が用いられる。ただし、可視光カットフィルタ３３の屈折力は、可視光カットフィルタ２８よりも小さい。

また、撮像レンズ２２に代えて、撮像レンズ３４が設けられる。これに対して、赤外光カットフィルタ３２は、赤外光カットフィルタ３２を透過する可視光が、撮像素子２３の受光面に結像するように屈折力が決められている。同様に、可視光カットフィルタ３３は、可視光カットフィルタ３３を透過する赤外光が、撮像素子２３の受光面に結像するように屈折力が決められている。

（変形例２）
次に、他の変形例について説明する。本変形例では、図６（ａ）に示すように、赤外光カットフィルタ２７に代えて、負の屈折力を有する赤外光カットフィルタ３５が用いられる。本変形例では、また、図６（ｂ）に示すように、可視光カットフィルタ２８に代えて、屈折力を有さない可視光カットフィルタ３６が用いられる。

また、本変形例では、撮像レンズ２２に代えて、撮像レンズ３７が設けられる。撮像レンズ３７は、赤外光カットフィルタ３５および可視光カットフィルタ３６を挿入しないとき、赤外光光源１４の発光する波長の近赤外光に対して、被写体１００の像を撮像素子２３の受光面に結像させる屈折力を有する。これに対して、赤外光カットフィルタ３５は、赤外光カットフィルタ３５を透過する可視光が、撮像素子２３の受光面に結像するように屈折力が決められている。

第１実施形態及び変形例１，２の何れの場合も、可視光カットフィルタ２８，３３，３６は赤外光カットフィルタ２７，３２，３５よりも、より正の側の屈折力を有している。これによって、可視光による画像と赤外光による画像との間で、撮像に用いられる光の波長の違いによる焦点移動が補正される。

図５および図６の何れの場合も、その他の構成は第１実施形態と同様とする。これにより、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。

（変形例３）
図７は、図１のターレット２６の変形例を示す図である。ターレット４１は、第１の光学フィルタ４２（第１のフィルタ）、第２の光学フィルタ４３（第２のフィルタ）および第３の光学フィルタ４４の３つの光学フィルタを保持する。第１の光学フィルタ４２は、近紫外領域（波長２００ｎｍ〜３８０ｎｍ）の光を選択的に透過させる。第２の光学フィルタ４３は可視光領域（波長３８０〜７８０ｎｍ）の光を選択的に透過させる。また、第３の光学フィルタ４４は近赤外領域（波長８００〜２５００ｎｍ）の光を選択的に透過させる。第１の光学フィルタ４２は、近紫外領域の光が撮像素子２３の受光面に結像するように、負の屈折力を有する。第２の光学フィルタ４３は屈折力を有さない。また、第３の光学フィルタ４４は、近赤外領域の光が撮像素子２３の受光面に結像するように、正の屈折力を有する。

さらに、撮像レンズ２２は、近紫外領域から近赤外領域までの光に対して透明であり、撮像素子２３は、近紫外領域から近赤外領域までの光に対して感度を有するものとする。カメラ制御部２５は、適宜第１〜第３の光学フィルタ４２，４３，４４から一つを選択して、光路上に挿入する。また、周辺環境が明るい場合を想定し、撮像制御装置１３は、赤外光光源１４を発光させないものとする。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

このようにすることによって、撮像装置１０は、カメラ制御部２５により適宜第１〜第３の光学フィルタ４２，４３，４４を切り替えて、撮像を行う。第２の光学フィルタ４３を透過した可視光領域の光が、撮像レンズ２２により撮像素子２３の受光面に結像されることに加え、第１の光学フィルタ４２は負の屈折力を有し、第３の光学フィルタ４４は正の屈折力を有して、それぞれ、近紫外光および近赤外光を撮像レンズ２２で屈折した後、撮像素子２３の受光面に結像させるので、近紫外領域、可視光領域、近赤外領域の何れの画像も、ピントが合った状態で撮像することが可能になる。

図７に示すようなターレット４１を使用した場合の、各光学フィルタの波長帯域の選択は上述のように、近紫外領域、可視光領域、近赤外領域の組合せに限定されず、種々の周波数帯域の光を選択的に透過させる光学フィルタを、組み合わせて使用することが出来る。その場合、光学フィルタの透過させる光の波長に基づいて、各光学フィルタには屈折力を与える。例えば、フィルタの組合せとしては、可視光領域の光の透過率の異なる赤外光カットフィルタ２つと、可視光カットフィルタ１つとを組み合わせることもできる。可視光領域の光の透過率の異なる赤外光カットフィルタは、車両１の周辺の明るさに応じて使い分けることができる。

（変形例４）
さらに、図７に示す形態のターレット４１を撮像レンズの対物側に配置して、上記変形例２の構成を拡張することができる。すなわち、第１の光学フィルタ４２には変形例２の赤外光カットフィルタ３２と同様の波長選択特性および屈折力を有するフィルタを配置し、第２の光学フィルタ４３には変形例２の可視光カットフィルタ３３と同様の波長選択特性および屈折力を有するフィルタを配置する。さらに、第３の光学フィルタ４４が配置されるべき位置には、フィルタを配置しないかまたは可視光および近赤外光を透過させる平行平板ガラスを配置する。

このようにすることによって、車外が明るい場合は、第１の光学フィルタ４２（赤外光カットフィルタ）を選択し外光による撮像を行い、車外が暗い場合は第２の光学フィルタ４３（可視光カットフィルタ）を選択し、赤外光光源１４を発光させて赤外光による画像を撮像する。

さらに、外光または赤外光光源１４による赤外光のみでは、十分な光量が得られないときは、フィルタが無いか平行平板ガラスが配置される第３の光学フィルタ４４の位置を光路に合わせて、可視光および赤外光の双方による撮像を行う。この場合、前述のごとく、可視光領域の光による像は、撮像素子２３の受光面の前面側（前側）に結像し、近赤外光の像は、撮像素子２３の受光面の背面側（後側）に結像するので、一方の結像位置が撮像素子２３の受光面から大きく外れることは無い。このため、得られる画像のピンボケを抑制することができる。これにより、光量を増大させたより明るい画像を撮像することが可能になる。

また、上記第１実施形態および各変形例において、光学系の配置は適宜変更することが可能である。例えば、変形例４を除いて各光学フィルタが挿入される位置は、撮像レンズ２２と撮像素子２３との間としても良い。また、撮像装置１０の画像処理部２４、カメラ制御部２５および撮像制御装置１３の有する各機能は、種々の機能分担方法が可能である。例えば、撮像制御装置１３の機能を、カメラ制御部２５に組み入れても良い。また、記憶装置１２および赤外光光源１４は、撮像装置１０の内部に搭載しても良い。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置５５を内蔵したルームミラー５１の概略構成を示す図である。このルームミラー５１は、ミラーハウジング５２、半透過ミラー５３、車体接続部５４、撮像装置５５を含んで構成されている。図８は、半透過ミラー５３のミラー面に垂直な面に沿う方向に見た断面図となっている。ミラーハウジング５２は、半透過ミラー５３を保持するとともに、半透過ミラー５３とともに内部に空間を形成する。半透過ミラー５３は、入射する光の一部を反射させ、一部を透過させる特性を有する。車体接続部５４は、ミラーハウジング５２を、車両の天井またはフロントウィンドウに対して、向きを調整可能に固定する。

撮像装置５５は、ミラーハウジング５２と半透過ミラー５３とが形成する空間内に配置される。撮像装置５５は、フィルタスライド機構５６（フィルタ保持部）、撮像レンズ５７、撮像素子５８、フィルタスライド機構５６内に保持される赤外光カットフィルタ５９（第１のフィルタ）を含んで構成される。撮像装置５５は、半透過ミラー５３を通して、車両の運転者、搭乗者等の画像を撮像するものである。

フィルタスライド機構５６は、内蔵する赤外光カットフィルタ５９を、被写体２００から撮像レンズ５７を通り撮像素子５８の受光面に結像する撮像光学系の光路中に挿脱可能なように、撮像光学系の光路内と光路外のフィルタ退避位置６０との間でスライドさせることができる。赤外光カットフィルタ５９は、赤外領域の波長の光を透過させず、可視光領域の波長の光を透過させる特性を有する光学フィルタであり、負の屈折力を有する。フィルタスライド機構５６は、赤外光カットフィルタ５９がフィルタ退避位置６０に位置するときは、撮像光学系の光路内に何も配置しないか、または、代替的に可視光および赤外光に対して透明な平行平板（例えば、ガラス板）を配置しても良い。

赤外光カットフィルタ５９および撮像レンズ５７の屈折力は、次のように設定される。すなわち、赤外光カットフィルタ５９を挿入しているとき、可視光領域の光が、撮像素子５８の受光面に良好に結像するものとし、且つ、赤外光カットフィルタ５９を挿入しないとき、撮像素子５８の受光面が、被写体２００からの赤外領域の光の結像位置と可視光領域の光の結像位置との中間に位置するように決定される。撮像素子５８は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を含んで構成され、撮像レンズ５７により結像された被写体２００の像を電気信号に変換して出力する。

なお、第１実施形態の画像処理部２４に相当する画像処理機能を有する画像処理部は、ミラーハウジング５２の外に設けられ、撮像素子５８から出力された信号を処理して画像信号を生成する。また、図８では、フィルタスライド機構５６を駆動する駆動部は図示せず省略している。さらに、フィルタスライド機構５６の駆動を制御する制御装置等は、ミラーハウジング５２の外部に設けられている。撮像装置５５は、ミラーハウジング５２の外部の画像処理装置や制御装置と、信号線で接続される。好ましくは、美観上の理由から視界に入らないように、そのような信号線は、車体接続部５４の内部の空洞に配線される。

以上のような構成によって、撮像装置５５は、以下のように動作する。すなわち、昼間の時間帯などにおいて、車両１の内部が明るい場合、撮像装置５５は、可視光による撮像を行う。このとき、フィルタスライド機構５６は、赤外光カットフィルタ５９を撮像光学系の光路中に挿入する。図９（ａ）に示すように、被写体２００からの可視光の一部は、ルームミラー５１の半透過ミラー５３、赤外光カットフィルタ５９を透過し、撮像レンズ５７により、撮像素子５８の受光面上に結像する。赤外光カットフィルタ５９によって、可視光による画像の画質を低下させる赤外光がカットされ、可視光領域の光のみが撮像素子５８に到達する。これにより、良好な可視光画像の撮像が可能になる。

一方、夜間において、車両内が暗くなった場合は、撮像装置５５は、可視光と近赤外光との双方による撮像を行う。このとき、フィルタスライド機構５６は、赤外光カットフィルタ５９をフィルタ退避位置６０に退避させる。これにより、図９（ｂ）に実線で示すように、被写体２００からの可視光の一部は、ルームミラー５１の半透過ミラー５３を透過し、撮像レンズ５７により集光され撮像素子５８の受光面の前側の近傍を結像位置として結像する。一方、図９（ｂ）に破線で示すように、被写体２００からの赤外光の一部は、半透過ミラー５３を透過し、撮像レンズ５７により撮像素子５８の受光面の背面側（後側）近傍を結像位置として結像される。撮像素子５８は、可視光と赤外光との双方による光量を検出して、以降の画像処理を行う。これにより、可視光のみでは十分な光量が得られない場合でも、赤外光の検出によって画像全体が明るくなり、撮像装置５５により得られる映像が改善される。

さらに、可視光と赤外光とを用いて撮像を行う場合は、フィルタスライド機構５６により赤外光カットフィルタ５９を光路外に退避させているので、図９（ｂ）のように、可視光と赤外光との結像位置は、それぞれ、撮像素子５８の受光面を挟んで前後の位置となる。仮に、赤外光カットフィルタ５９が屈折力を持たず、撮像レンズ５７が可視光による画像を撮像素子５８に結像させるようにすると、赤外光による画像の結像位置は、図９（ｂ）よりも大きく後側にずれてしまう。本実施形態では、上述のように赤外光カットフィルタ５９が負の屈折力を有することによって、可視光による画像と赤外光による画像とのいずれかの結像位置が、受光面から大きく外れることはない。その結果、得られる画像のピンボケを抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、本発明が適用できるのは、車載カメラの分野に限られない。屋内、街中、駐車場等に設置される監視カメラについても、本発明を適用することが可能である。また、近赤外光を用いて食品や農産物等の検査を行う非破壊検査の分野でも、本発明の撮像装置を適用することによって、検査対象物の近赤外光による画像と、可視光画像とを一つの光学系および撮像素子で観察することができる。さらに、波長選択性を有するフィルタとは、特定の波長領域の光のみを透過させ、他の波長領域の光のほぼ全てをカットするものに限られない。本発明では、特定の波長領域の光について、他の波長領域の光よりも高い透過率を有していれば、波長選択性を有するものとすることができる。

本発明は、車載カメラ、監視カメラ等の撮像装置を使用する種々の分野で利用することができる。

１ 車両
５ 撮像システム
１０ 撮像装置
１１ 表示装置
１２ 記憶装置
１３ 撮像制御装置
１４ 赤外光光源
２１ フィルタ交換機構（フィルタ保持部）
２２ 撮像レンズ
２３ 撮像素子
２４ 画像処理部
２５ カメラ制御部
２６ ターレット
２７ 赤外光カットフィルタ（第２のフィルタ）
２８ 可視光カットフィルタ（第１のフィルタ）
２９ ターレット駆動モータ
３１ ガラス窓
３２ 赤外光カットフィルタ
３３ 可視光カットフィルタ
３４ 撮像レンズ
３５ 赤外光カットフィルタ
３６ 可視光カットフィルタ
３７ 撮像レンズ
４１ ターレット
４２ 第１の光学フィルタ（第１のフィルタ）
４３ 第２の光学フィルタ（第２のフィルタ）
４４ 第３の光学フィルタ
５１ ルームミラー
５２ ミラーハウジング
５３ 半透過ミラー
５４ 車体接続部
５５ 撮像装置
５６ フィルタスライド機構（フィルタ保持部）
５７ 撮像レンズ
５８ 撮像素子
５９ 赤外光カットフィルタ（第１のフィルタ）
６０ フィルタ退避位置
１００，２００ 被写体

Claims (5)

1. 撮像光学系と、
   該撮像光学系を介して結像される被写体像を撮像する撮像素子と、
   波長選択性を有するとともに、屈折力を有する第１のフィルタと、
   前記第１のフィルタを保持して前記撮像光学系の光路中に該第１のフィルタを挿脱可能とするフィルタ保持部と
   を備える撮像装置。
2. 前記第１のフィルタとは、異なる波長選択性を有する少なくとも１つの第２のフィルタを備え、前記フィルタ保持部は、前記第１のフィルタに加え、前記第２のフィルタを保持して前記撮像光学系の光路中に該第２のフィルタを挿脱可能とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記フィルタ保持部は、前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタの何れか一方を選択し、該選択された一方のフィルタを、前記撮像光学系の光路中に挿脱可能とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタのうちの一方は赤外光カットフィルタであり、他方は可視光カットフィルタである請求項２または３に記載の撮像装置。
5. 前記可視光カットフィルタは前記赤外光カットフィルタよりも、より正の側の屈折力を有する請求項４に記載の撮像装置。

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