JP2017157888A - カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影画像内に被写体照度差が大きい個所が有る場合に、低照度部を撮像素子の感度変化で対応しようとするとゲイン上昇によるノイズ画像となり視認性が劣る場合が有る。特に、魚眼レンズなどを搭載した広角カメラの場合に撮影画像内に照度差が生じる可能性が高くなる。【解決手段】光学フィルタを光軸に対して略垂直な面に沿って異なる２軸方向へ駆動可能とした。その為、撮像素子に対して光学フィルタを複数の位置に位置させることが可能となる。従って、低照度部が撮影画像内のどの位置に有ってもその近傍を光学フィルタで非覆いとすることが出来て、部分的に赤外光を取り込んだ画像を得ることで視認性を損なわない。【選択図】図３

Description

本発明は、光学フィルタを光路上に挿入及び退避移動させる駆動手段と撮像素子を備えたカメラ装置に関する。

一般に、カメラ装置は、撮像光学系から撮像素子に入射する光の成分から赤外光成分を除去するフィルタを備えている。これは撮像素子が赤外光成分にも感度を持っているために、赤外光成分が混じることで撮影された画像の色再現性が低下したり、収差により解像度が低下することを防止するためである。

撮影する被写体の明るさに応じて撮像素子の感度を変えて対応するのが一般的であるが、明るい被写体を撮影する場合は、感度を下げて白とびの発生を抑え、暗い被写体を撮影する場合は感度を上げて認識性を高める処理を行っている。

しかし、暗い被写体を撮影する場合に、撮像素子の感度を上げるとゲイン増加によるノイズが多く発生し画像認識性を損なう場合がある。

その為、可視光の光量が不十分な暗所での撮影を可能にするために、赤外光除去フィルタを撮像光学系の光路上に出し入れするフィルタ切り替え手段を設けた撮像装置が提案されている。これは、通常の可視光での撮影（以下、デイモード）では赤外光除去フィルタを光路上に入れて撮影を行う一方で、可視光が少ない暗所では赤外光除去フィルタを光路外に移動して、赤外光での撮影（以下、ナイトモード）も可能としたものである。

この様なフィルタの挿抜による物理的な対応とすることで、撮像素子の感度変化のみではカバー出来ない明るさ変化まで対応可能で有ると共に低照度下でもノイズ発生を抑えた認識性の高い撮影が可能となる。

一方、カメラで撮影する領域内には、明るい被写体と暗い被写体が混在することが有り、特に、魚眼レンズなどを使用した画角の広いレンズを使用したカメラでは、広い範囲を撮影するので撮影領域内の被写体の明るさの差が大きくなる場合が多くなる。この場合に、撮像素子の感度を部分的に変えて対応することも可能であるが、感度対応のみでは、暗い個所で充分な明るさが得られない場合や撮影画像にノイズが多くなる場合が有る。

特許文献１には、光路上の一部に光学フィルタを挿入する技術が開示されている。この技術を応用することで、撮影画像内に照度差の大きい被写体が有る場合に、以下に説明する対応が可能である。撮像素子に入射する光線を光学フィルタで部分的に覆いデイモード域とナイトモード域を有する撮影画像として、ゲイン増加によるノイズの発生を抑えつつ視認性の高い撮影画像を得ることが可能である。明るい被写体からの光線を含む領域のみを光学フィルタで覆い、その部分だけデイモード処理を行い、その他の領域をナイトモード処理することで上記対応が可能となる。

特開平１１-２８９４８７号公報

しかしながら、上述の特許文献１で開示された先行技術では、光路上の特定の方向から特定の位置にしか光学フィルタを挿入出来ない。従って、先行技術を応用しても、決まった位置にしか光学フィルタを挿入出来ないので、明るさの異なる被写体を撮影する場合に、被写体の位置によっては対応出来ない場合が生じる。

上記の課題を解決するために、本発明に係るカメラ装置は、
光学フィルタを光路に対して略垂直な面に沿った異なる２つ以上の軸に沿う方向に移動可能とした。

本発明に係るカメラ装置によれば、光学フィルタによって撮像素子を任意の方向から任意の位置まで覆うことが可能となる。例えば、撮影画像の上側が明るく下側が暗い場合には、撮像素子の上側の範囲を赤外光除去フィルタで覆えば、撮像素子の上側は赤外光が除去された光線が入射し、下側には赤外光が含まれた光線が入射する。従って、明るい部分は赤外光が除去されているので色再現性が高い画像が得られ、暗い部分のみ光量を増した画像が得られ、認識性の高い画像が得られる。

本発明の実施例を示す説明図 本発明の実施例を示す説明図 本発明の実施例を示す説明図 本発明の実施例を示すブロック図 本発明の実施例を示す説明図 本発明の実施例を示すフローチャート

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
本発明によるカメラ装置のレンズ鏡筒の構造を図を用いて説明する。

図１及び図２は本発明の実施例のカメラ装置の撮影部の説明図である。図１は本発明の実施例の撮影部の断面図である。

図１において１は撮像光学系、１aは撮像光学系１の光軸、２は赤外光除去フィルタなどの光学フィルタが一部に形成されたフィルタ、３は撮像素子、４はフィルタ駆動ユニットである。

図２はフィルタ駆動ユニット４を被写体側から見た図である。

図２おいて、１aは撮像光学系１の光軸、２はフィルタ、２aは光学フィルタ部、２bは透明部、５はフィルタホルダ、６は第１のガイドバー、７は第１のラック、８は第１のモータ、９は第１のセンサ、１０はホルダで有る。１１は第２のガイドバー、１２は第２のラック、１３は第２のモータ、１４はベース、１５は第２のセンサ、１６は第１の軸方向、１７は第１の軸方向１６とは異なる方向である第２の軸方向である。

ベース１４は、撮像光学系１及び撮像素子３に対して固定されており、第２のガイドバー１１及び第２のモータ１３を保持している。第２のガイドバー１１は、ホルダ１０を撮像光学系１の光軸１aに略垂直な面に沿った第２の軸方向１７に移動可能にガイド保持している。

ホルダ１０に取り付けられた第２のラック１２は、第２のモータ１５のネジシャフト部１３aに螺合している。第２のモータ１３はステッピングモータで、ネジシャフト部１３aを回動することでネジシャフト部１３aに螺合している第２のラック１２を介して、ホルダ１０を第２のガイドバー１１によりガイドする方向に移動させる。第２のセンサ１５は、フォトインタラプタで、ホルダ１０に設けた遮光部１０aによりホルダ１０の第２の軸方向１７方向の原点位置検出を行う。

ホルダ１０は第１のガイドバー６及び第１のモータ８を保持している。第１のガイドバー６は、フィルタホルダ５を撮像光学系１の光軸１aに略垂直な面に沿った第１の軸方向１６に移動可能にガイド保持している。フィルタホルダ５に取り付けられた第１のラック７は、第１のモータ８のネジシャフト部８aに螺合している。

第１のモータ８はステッピングモータで、ネジシャフト部８aを回動することでネジシャフト部８aに螺合している第１のラック７を介して、フィルタホルダ５を第１のガイドバー６によりガイドする方向に移動させる。第１のセンサ９は、フォトインタラプタで、フィルタホルダ５に設けた遮光部５aによりフィルタホルダ５の第１の軸方向１６方向の原点位置検出を行う。

フィルタホルダ５はフィルタ２を保持しているので、第１のモータ８及び第２のモータ１３を駆動することで、フィルタ２を撮像光学系１の光軸１aに略垂直な面に沿った異なる２方向に駆動可能となる。その為、撮像素子３の撮像面に対して光学フィルタ部２a、透明部２bの位置を移動可能となるので撮像素子３の撮像面を光学フィルタ部２aを覆う位置及び範囲を可変とすることが可能となる。

図３は本実施例のカメラ装置の撮像素子とフィルタの光軸に対して略垂直な面上の位置を示す説明図で、被写体側から撮像素子とフィルタ見た図であり、図３(a)は撮像素子３の撮像エリアを示す。

図３（a）は撮像エリア３aに対してフィルタ２の光学フィルタ部２aが略一致している位置として撮像エリア３a全域を光学フィルタ部２aで覆った状態を示す。図３（ｂ）は撮像エリア３(a)に対してフィルタ２の光学フィルタ部２aが上に位置している状態を示す。図３（ｃ）は撮像エリア３aに対してフィルタ２の光学フィルタ部２aが下に位置している状態を示す。図３（ｄ）は撮像エリア３aに対してフィルタ２の光学フィルタ部２aが退避している状態を示す。

撮像素子３により撮影された画像が全体的に明るく、個所により照度の差が小さい場合には、図３（a）に示す状態として、撮像エリア３a全体を光学フィルタ部２aで覆う位置にフィルタ２を駆動する。撮像素子３により撮影された画像の上側の照度が高く、下側の照度が低い場合には、図３（ｂ）に示す状態にフィルタ２を駆動する。撮像素子３により撮影された画像の下側の照度が高く、下側の照度が低い場合には、図３（ｃ）に示す状態にフィルタ２を駆動する。撮像素子３により撮影された画像が全体的に暗く、個所により照度の差が小さい場合には、図３（ｄ）に示す状態にフィルタ２を駆動する。

このように、撮像エリア３aの全域または一部を光学フィルタ部２aで覆うことが可能で、更には覆うエリアを変化させることが可能で有る。尚、この時、フィルタと撮像素子の間には、レンズ等の光学素子は無い。その為、光学フィルタ部と透明部の境界がぼけること無く比較的鮮明に撮影画像に反映されることになる。

また、フィルタに設けた光学フィルタ範囲部と透明範囲部は略同一の厚さとしている。
略同一の厚さとしたのは、光学フィルタ範囲部と透明範囲部を通過する光線の光路長を、略同一とする為である。

図４は本実施例のカメラ装置のブロック図である。

図４において、５１は撮像光学系、５２はフィルタ、５３は撮像素子、５４は第１のモータ、５５は第２のモータ、５６は第１のセンサ、５７は第２のセンサ、５８は画像処理部、５９は第１のモータドラーバーである。６０は第２のモータドラーバー、６１は制御回路、６２はメモリ、６３は操作部、６４は画像表示部である。

撮像光学系５１は、被写体像を撮像素子５３に導く。フィルタ５２は赤外光成分除去フィルタなどの光学フィルタ範囲部と透明範囲部を有するフィルタで撮像光学系５１の光路に略垂直な面に沿って移動可能である。

第１のモータ５４及び第２のモータ５６は、フィルタ５２を撮像光学系５１の光路に略垂直な面に沿って駆動する。尚、第１のモータ５４及び第２のモータ５６はフィルタ５２を異なる方向へ駆動するものとする。第１のセンサ５６及び第２のセンサ５７は、モータ５４及び第２のモータ５６駆動の原点検出を行う。画像処理部５８は、撮像素子５３で得られた画像を処理する。第１のモータドラーバー５９及び第２のモータドラーバー６０は、それぞれ第１のモータ５４及び第２のモータ５６を駆動する。制御回路６１はカメラ装置を制御する。

図５は本実施例のカメラ装置の画像表示を示す説明図である。図５(a)は撮像光学系により撮像素子の撮像エリア上に結像された被写体像を示す図である。

図５(a)において、７０は撮像素子の撮像エリア、７１は被写体像、７２は分割線、７１a、及び７１ｂは、分割線７２により分割された第１の被写体像エリア、第２の被写体像エリアを示す。

図５(b)は図６(a)の像を第１の被写体像エリア７１a及び第２の被写体像エリア７１ｂを矩形変換して表示した表示画像を示す。

図５(b)において、７３は表示画像、７３a、７３ｂはそれぞれ第１の表示画像エリア、第２の表示画像エリアである。この時、第１の表示画像エリア７３aは、第１の被写体像エリア７１aの範囲を表示し、第２の表示画像エリア７３bは、第１の被写体像エリア７１bの範囲を表示する。また、撮影画像のエリアは図５に示す通りに分割されるものとし、撮影画像を７１a、７１ｂの２つのエリアに分割したものである。

図６は本実施例のカメラ装置の制御を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１にて、撮像素子５３で得られ画像処理部５８で画像処理された撮影画像のエリア毎の明るさを制御回路６１にて測定する。尚、本実施例では、エリア毎に明るさは、エリア内の平均の明るさとした。

ステップＳ１０２にて、ステップＳ１０１で測定された撮影画像のエリア毎の明るさを制御回路６１にて、メモリに記憶されている予め設定している閾値より低いエリアの有無を判定する。閾値より低いエリアが有れば、ステップＳ１０３にすすみ、無ければステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０３にて、撮影画像の明るさが閾値より低いエリアに対応する撮像素子５３の範囲をフィルタ５２の透明範囲部が覆う位置になるようにフィルタ５２を第１のモータ５４と第２のモータ５６の何れか一方、または両方を駆動する。

ステップＳ１０４にて、制御回路６１で撮像素子５３のフィルタ５２の光学フィルタ範囲部で覆われている範囲はデイモード処理とし、透明範囲部で覆われている範囲をナイトモード処理を行い画像表示部６４に出力する。この時、デイモード処理及びナイトモード処理で分割された範囲は、図５に示す第１の表示画像エリア７３a及び第２の表示画像エリア７３bの範囲と略一致した範囲で有る。即ち、撮影画像を分割表示する場合は、画像分割部に略一致する位置に光学フィルタ範囲部と透明範囲部の境界部を駆動可能となっている。

上述の通り、本実施例では、光軸に略垂直方向の面に沿う異なる２軸方向に光学フィルタ駆動可能とし、撮影画像の明るさに応じて光学フィルタを駆動することで、撮影画像内のエリア毎に光学的な照度対応が可能となる。即ち、撮像素子のゲイン上昇に頼らない低照度対応が可能となるので視認性を妨げない効果が得られる。

尚、本実施例では画像エリアの分割は上下の２分割としたが、これに限定されることなく左右２分割、上下左右４分割などの分割方法でも良い。

１ 撮像光学系、２ フィルタ、３ 撮像素子、４ フィルタ駆動ユニット、
５ フィルタホルダ、６ 第１のガイドバー、７ 第１のラック、８ 第１のモータ、
９ 第１のセンサ、１０ ホルダ、１１ 第２のガイドバー、１２ 第２のラック、
１３ 第２のモータ、１４ ベース、１５ 第２のセンサ、１６ 第１の軸方向、
１７ 第２の軸方向

Claims (4)

1. 撮像素子と、該撮像素子に被写体像を結像させるレンズと、光学フィルタと、該光学フィルタを前記レンズの光軸に対して垂直な面に沿って駆動可能なフィルタ駆動手段と、を備えたカメラ装置において、前記フィルタ駆動手段は前記光学フィルタを前記レンズの光軸に対して垂直な面に沿った少なくとも異なる２軸方向へ駆動可能なことを特徴とするカメラ装置。
2. 前記光学フィルタは、光学フィルタ部と透明部の範囲を有することを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
3. 前記光学フィルタと前記撮像素子の間に１つ以下の光学素子を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカメラ装置。
4. 前記カメラ装置は画像表示部と、前記撮像素子により撮影された画像を分割処理して前記画像表示部に分割画像を表示可能とする表示手段とを有し、前記分割画像の分割境界部と一致する個所に前記光学フィルタの端部を駆動可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のカメラ装置。