JP2017208612A - 撮像装置および画像管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】夜間等、照度が低い状況下において、照射された光が人に感知されにくく、且つ、なるべく遠距離まで撮像可能に目標領域を赤外光で照明することが可能な撮像装置および画像管理システムを提供する。【解決手段】撮像装置１は、イメージセンサ４０と、目標領域からの光をイメージセンサ４０に結像させるレンズ１０と、目標領域を照明する発光ダイオード１０１と、を備える。発光ダイオード１０１の発光スペクトルの波形について、ピーク値の５％の発光強度となる波長が可視光帯域の上限（７００ｎｍまたは７８０ｎｍ）以上である範囲で、イメージセンサ４０の分光感度特性と前記波形との積の積分値を求めた場合に、積分値が最大となる位置の前記波形に略整合するように、発光ダイオード１０１の発光スペクトルが設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、目標領域を撮像する撮像装置およびこれを備えた画像管理システムに関するものであり、特に、夜間等の照度が低い状況下において目標領域を撮像する際に用いて好適なものである。

街路や交差点等の状況を撮像する監視用の撮像装置が知られている。この種の撮像装置では、撮像された画像が、たとえば、交通事故の検証等に用いられる。検証では、車両および歩行者の状況や、信号機の点灯状況等が確認される。撮像装置は、日中のみならず日没後の夜間においても目標領域を撮像する。

以下の特許文献１には、赤外光によるＬＥＤ照明を備えた撮像装置が開示されている。撮像装置は、監視エリアが暗いと照度センサが判断すると、赤外光ＬＥＤを点灯させて、赤外光を監視エリアに照射する。また、特許文献１には、侵入者が検知された場合に、可視光ＬＥＤを点滅させて、侵入者に威嚇効果を与える構成が記載されている。

特開２００９−１７１８５号公報

目標領域の状況をより効果的に監視するため、撮像装置では、夜間等、照度が低い状況下において、なるべく遠距離まで撮像可能に、目標領域を赤外光で照明することが好ましい。上記特許文献１には、侵入者が検知された場合に可視光ＬＥＤを点滅させて、侵入者に威嚇効果を与える構成が開示されているものの、照度が低い状況下において、遠距離まで撮像可能に目標領域を赤外光で照明するための構成については、開示されていない。

また、撮像装置が監視用に用いられる場合には、目標領域に照射される赤外光が、なるべく人に感知されないことが好ましい。赤外光が感知されると、撮像装置の存在が認識され、他のルートを通ることが許容されてしまう。こうなると、撮像装置の監視目的が果たされなくなってしまう。

かかる課題を鑑み、本発明は、夜間等、照度が低い状況下において、照射された光が人に感知されにくく、且つ、なるべく遠距離まで撮像可能に目標領域を赤外光で照明することが可能な撮像装置およびこれを備えた画像管理システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、撮像装置に関する。本態様に係る撮像装置は、イメージセンサと、目標領域からの光を前記イメージセンサに結像させるレンズと、前記目標領域を照明する発光ダイオードと、を備え、前記発光ダイオードの発光スペクトルの波形について、ピーク値の５％の発光強度となる波長が７００ｎｍ以上である範囲で、前記イメージセンサの分光感度特性と前記波形との積の積分値を求めた場合に、前記積分値が最大となる前記波形に略整合するように、前記発光ダイオードの発光スペクトルが設定されている。

一般に、人の可視光帯域の上限は７００ｎｍ程度であると言われている。本態様に係る撮像装置によれば、少なくとも、ピーク値の５％程度の発光強度となる波長が７００ｎｍ以上となるように発光ダイオードの発光スペクトルが設定されるため、可視光帯域の上限に発光スペクトルの裾の部分が掛かったとしても、その部分の光の強度は略ゼロか極めて微弱なものとなる。このため、夜間等、照度が低い状況下で発光ダイオードが点灯されたとしても、目標領域に居る人に発光ダイオードからの光が認識されることが略起こり得ない。よって、撮像装置が監視目的で使用された場合であっても、発光ダイオードの点灯によりそこに撮像装置があると人が感知することを、防止することができる。

また、本態様に係る撮像装置によれば、イメージセンサの分光感度特性と前記波形との積の積分値が最大となる波形に略整合するように、発光ダイオードの発光スペクトルが設定されているため、イメージセンサの感度を最大限に高め得る波長帯域で、発光ダイオードから光を目標領域に照射できる。このため、発光ダイオードが点灯された場合の撮像装置の撮像距離を長くすることができる。

このように、本態様に係る撮像装置によれば、夜間等、照度が低い状況下において、発光ダイオードの点灯に気づかれることなく、なるべく遠距離まで撮像可能に、目標領域を赤外光で照明することができる。

本発明の第２の態様は、撮像装置に関する。本態様に係る撮像装置は、イメージセンサと、目標領域からの光を前記イメージセンサに結像させるレンズと、前記目標領域を照明する発光ダイオードと、を備え、前記発光ダイオードの発光スペクトルの波形について、ピーク値の５％の発光強度となる波長が７８０ｎｍ以上である範囲で、前記イメージセンサの分光感度特性と前記波形との積の積分値を求めた場合に、前記積分値が最大となる前記波形に略整合するように、前記発光ダイオードの発光スペクトルが設定されている。

本態様に係る撮像装置によれば、少なくとも、ピーク値の５％程度の発光強度となる波長が７８０ｎｍ以上となるように発光ダイオードの発光スペクトルが設定されるため、上記のように可視光帯域の上限が７００ｎｍである場合に、可視光帯域の上限に発光スペクトルの裾の部分が略掛かることがない。このため、撮像装置が監視目的で使用された場合であっても、発光ダイオードの点灯によりそこに撮像装置があると人が感知することを、より徹底して防止することができる。

なお、文献等によれば、人の可視光帯域の上限が７８０ｎｍ程度であるとされる場合もある。本態様に係る撮像装置によれば、人の可視光帯域の上限が７８０ｎｍ程度であったとしても、少なくとも、ピーク値の５％程度の発光強度となる波長が７８０ｎｍ以上となるように発光ダイオードの発光スペクトルが設定されるため、可視光帯域の上限に発光スペクトルの裾の部分が掛かったとしても、その部分の光の強度は略ゼロか極めて微弱なものとなる。このため、夜間等、照度が低い状況下で発光ダイオードが点灯されたとしても、発光ダイオードの点灯によりそこに撮像装置があると人が感知することを、防止することができる。

よって、本態様に係る撮像装置によれば、夜間等、照度が低い状況下において、発光ダイオードの点灯にさらに気づかれることなく、なるべく遠距離まで撮像可能に、目標領域を赤外光で照明することができる。

第１および第２の態様の撮像装置において、前記発光ダイオードの前記発光スペクトルのピーク値の波長が、前記積分値が最大となる前記波形のピーク値の波長に対して±１０ｎｍの範囲に含まれてもよい。この場合も、上記と略同様の効果が奏され得る。

第１および第２の態様の撮像装置において、前記イメージセンサは、Ｐ型シリコン基板のＣＭＯＳイメージセンサであることが好ましい。こうすると、イメージセンサがＮ型シリコン基板のＣＭＯＳイメージセンサである場合に比べて、イメージセンサの分光感度特性において赤外帯域の感度を高めることができる。これにより、発光ダイオードの発光スペクトルの最適化による感度向上の効果がより大きく発揮され得る。よって、夜間等、照度が低い状況下において、発光ダイオードの点灯に気づかれることなく、より一層遠距離まで撮像可能に、目標領域を赤外光で照明することができる。

第１および第２の態様の撮像装置において、前記イメージセンサは、カラー画像を生成可能なカラーのイメージセンサであることが好ましい。こうすると、日中等、照度が高い状況下においては、カラー画像で目標領域を撮像でき、夜間等、照度が低い状況下においては、発光ダイオードからの赤外光を用いて白黒画像で目標領域を撮像できる。

この場合、第１および第２の態様の撮像装置は、目標領域の照度を検出する検出器と、赤外光を除去するフィルタと、前記レンズにより前記イメージセンサに取り込まれる光の光路に対して前記フィルタを挿脱させる切替機構と、を備える構成とされ得る。この場合、撮像装置は、前記検出器により検出された前記照度が所定の閾値に満たない場合に、前記フィルタを前記光路から待避させるとともに、前記発光ダイオードを点灯させ、前記検出器により検出された前記照度が前記閾値以上の場合に、前記フィルタを前記光路に挿入するとともに、前記発光ダイオードを消灯させる。こうすると、日中等、照度が高い状況下においては、赤外光の影響を除去した高品質のカラー画像で目標領域を撮像でき、夜間等、照度が低い状況下においては、発光ダイオードからの赤外光を用いて白黒画像で目標領域を撮像できる。

本発明の第３の態様は、画像管理システムに関する。この態様に係る画像管理システムは、第１の態様または第２の態様に係る撮像装置と、前記撮像装置により撮像された撮像画像を、前記撮像装置から通信により取得する外部装置と、を備える。

本態様に係る画像管理システムによれば、上記第１および第２の態様の撮像装置による効果と同様の効果が奏され得る。

以上のとおり、本発明によれば、夜間等、照度が低い状況下において、なるべく遠距離まで撮像可能に目標領域を赤外光で照明することが可能な撮像装置およびこれを備えた画像管理システムを提供ことができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）は、実施形態に係る画像管理システムの外観構成を示す図である。図１（ｂ）は、実施形態に係る撮像画像の一例を示す図である。図１（ｃ）は、実施形態に係る画像記録装置の鏡筒前側の構成を模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。 図３は、実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの読み出し制御を説明する図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る切替機構の構成を模式的に示す図である。 図６は、実施形態に係るフィルタと発光ダイオードの制御を示すフローチャートである。 図７（ａ）は、比較例および実施例１に係るイメージセンサの分光感度特性を示す図である。図７（ｂ）は、実施例１に係るイメージセンサに配置されたカラーフィルタの分光透過率特性を示す図である。図７（ｃ）は、実施例１に係る赤外光を除去するためのフィルタの分光透過率特性を示す図である。図７（ｄ）は、実施例１に係る発光ダイオードの発光スペクトルを示す図である。 図８は、実施例１に係る発光ダイオードの発光スペクトルの設定方法を示す図である。 図９は、実施例２に係る発光ダイオードの発光スペクトルの設定方法を示す図である。

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。

図１（ａ）は、実施形態に係る画像管理システムの外観構成を示す図である。

図１（ａ）に示すように、画像管理システムは、撮像装置１と外部装置２とを備える。撮像装置１は、監視カメラであり、信号機を含む街路や交差点等を撮像可能に被設置物３に設置される。被設置物３は、たとえば、建物等の外壁や屋上の構造物、電柱等である。撮像装置１は、撮像した画像を内部の記録媒体に随時記録する。外部装置２は、可搬型のパーソナルコンピュータである。この他、外部装置２は、携帯電話機、タブレット等の他の携帯情報端末であっても良い。

撮像装置１に記録された画像は、適宜、外部装置２に回収される。撮像装置１と外部装置２は、無線ＬＡＮによる通信が可能である。外部装置２は、無線ＬＡＮによる通信路を確立し、撮像装置１から画像をダウンロードする。撮像装置１と外部装置２との間の通信は、無線ＬＡＮに限らず、ブルートゥース（登録商標）等の他の通信方式であっても良い。

図１（ｂ）は、撮像装置１により撮像される撮像画像の一例を示す図である。ここでは、信号機４を含む交差点５が目標領域に設定されている。便宜上、図１（ｂ）には、撮像装置１の方向を向く信号機４のみが図示されている。撮像装置１により撮像された画像は、外部装置２に回収された後、たとえば、交通事故の検証等に用いられる。この検証では、交差点５を進む車両や歩行者の状況の他、信号機４の点灯状況が確認される。すなわち、事故の際に信号機４が赤色、青色、黄色のどの色で点灯していたかが確認される。

図１（ｃ）は、撮像装置１の鏡筒前側の構成を模式的に示す図である。

図１（ｃ）に示すように、撮像装置１は、レンズ１０の周りに複数の発光ダイオード１０１と、目標領域の照度を検知するための１つの照度センサ１０２が配置されている。夜間等、照度が低い状況下では、発光ダイオード１０１が点灯されて、目標領域が照らされる。発光ダイオード１０１は、目標領域に赤外光を照射する。後述のように、発光ダイオード１０１は、照射する赤外光が人に感知されにくく、且つ、なるべく遠距離まで撮像可能に目標領域を赤外光で照明することが可能なように、発光スペクトルが調整されている。

図２は、撮像装置１の構成を示す図である。

撮像装置１は、レンズ１０と、アイリス２０と、シャッター３０と、イメージセンサ４０と、フィルタ５０と、切替機構５１と、撮像信号処理回路６１と、シャッター駆動回路６２と、フィルタ駆動回路６３と、アイリス駆動回路６４と、ＬＥＤ駆動回路６５と、検出信号処理回路６６と、制御部６７と、記憶部６８と、通信部６９と、電源回路７０とを備える。

レンズ１０は、目標領域からの光を取り込んで、目標領域の像をイメージセンサ４０の受光面に結像させる。アイリス２０は、目標領域からの光の強弱に応じて適切な光量がイメージセンサ４０に入射するように、外部からの光を制限する。アイリス２０は、アイリス駆動回路６４により、絞り量が調整される。

シャッター３０は、液晶シャッターである。シャッター３０は、たとえば、電圧が印加された状態で透過率が最大となり、電圧の印加が遮断されると透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーブラック方式の特性を有する液晶シャッターである。この場合、シャッター３０は、電圧が印加された状態で光を透過し、電圧が印加されない状態で光を遮断する。この他、シャッター３０は、電圧が印加されていない状態では透過率が最大となり、電圧が印加されると透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト方式の特性を有する液晶シャッターであっても良い。また、シャッター３０は、高速で開閉可能であれば、さらに他の方式のシャッターであっても良い。シャッター３０は、シャッター駆動回路６２からの駆動信号によって、開閉状態が切り替えられる。

イメージセンサ４０は、ＣＭＯＳイメージセンサである。イメージセンサ４０は、カラー画像を生成可能なカラーのイメージセンサである。イメージセンサ４０は、受光面上の各画素に対応する位置に、それぞれフォトダイオードを有する。また、イメージセンサは、赤、青および緑の光をそれぞれ受光する画素に対応する位置に、赤、青および緑の光をフィルタリングするためのカラーフィルタが配置されている。イメージセンサ４０は、ラインごとに、フォトダイオードに対する電荷の蓄積と出力が行われるよう撮像信号処理回路６１によって制御される。なお、イメージセンサ４０が、白黒のイメージセンサであってもよい。

フィルタ５０は、レンズ１０で集光された光から赤外の波長帯域の光を除去する。切替機構５１は、レンズ１０によりイメージセンサ４０に取り込まれる光の光路に対してフィルタ５０を挿脱させる。切替機構５１は、フィルタ駆動回路６３からの駆動信号に応じて、フィルタ５０の挿脱を切り替える。

ＬＥＤ駆動回路６５は、制御部６７からの制御に応じて、発光ダイオード１０１を点灯または消灯させる。検出信号処理回路６６は、照度センサ１０２からの検出信号に対して増幅およびＡ／Ｄ変換等の処理を行い、処理後の信号を制御部６７に出力する。

制御部６７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路を備え、記憶部６８に保持されたプログラムに従って各部を制御する。記憶部６８は、制御用のプログラムを保持する他、制御部６７による制御の際のワーク領域としても利用される。記憶部６８に保持されたプログラムによって、制御部６７は、撮像信号処理回路６１と、シャッター駆動回路６２と、フィルタ駆動回路６３と、アイリス駆動回路６４と、ＬＥＤ駆動回路６５とを制御する。

通信部６９は、図１（ａ）に示す外部装置２と通信を行う。電源回路７０は、商用交流電源に接続され、商用交流電源から供給された電力を調整して撮像装置１内の各部に供給する。

図３は、イメージセンサ４０の構成を模式的に示す図である。便宜上、図３には、９つの画素に対応する部分の構成が示されているが、実際には、同様の構成が縦方向と横方向に所定の画素数に対応して配置されている。

イメージセンサ４０は、各画素に対応する位置にフォトダイオード４０ａを有する。フォトダイオード４０ａは、光を受光すると、受光光量に応じた電荷を蓄積する。蓄積された電荷は、増幅器４０ｂによって電圧に変換され、増幅される。増幅された電圧は、スイッチ４０ｃがＯＮにされると、ラインＬ毎に垂直信号線４０ｄに伝送される。伝送された電圧は、垂直信号線４０ｄごとに配置されている列回路４０ｅにより一時的に保管される。保管された電圧は、列選択スイッチ４０ｆがＯＮにされると、水平信号線４０ｇに送られる。そして、水平信号線４０ｇに送られた電圧は、撮像信号処理回路６１に送られる。このように、イメージセンサ４０では、ラインＬ毎に電圧信号が送信される。

また、イメージセンサ４０は、ラインＬごとに、フォトダイオード４０ａに対する電荷の蓄積が行われるよう制御される。つまり、１つのラインＬ上のフォトダイオード４０ａが、所定の期間、電荷の蓄積が可能な状態に設定され、この期間が経過すると、このラインＬ上の各フォトダイオード４０ａに生じた電荷が出力される。この制御が、最上段のラインＬから最下段のラインＬに向かって順番に行われる。ラインＬが電荷の蓄積が可能な状態にあるときに、ラインＬ上のフォトダイオード４０ａに光が照射されると、照射された光の光量に応じた電荷が、当該ライン上の各フォトダイオード４０ａに蓄積される。こうして蓄積された電荷が、上記のようにラインＬ毎に読み出され、電圧信号に変換されて、撮像信号処理回路６１に出力される。

以下、各ラインが電荷の蓄積が可能な状態に設定される期間のことを「電荷蓄積期間」と称する。

図２に戻り、撮像信号処理回路６１は、イメージセンサ４０上の各ラインを順番に電荷蓄積期間に設定し、ライン毎に、電荷の読み出しを行う。撮像信号処理回路６１は、Ａ／Ｄ変換回路を備え、水平信号線４０ｇ（図３参照）を介してイメージセンサ４０から供給されるライン毎の電圧信号をデジタル信号に変換して、制御部６７に出力する。制御部６７は、撮像信号処理回路６１から供給されたデジタル信号（映像信号）を記憶部６８に記憶させる。こうして、撮像信号処理回路６１から出力された全ライン分（１フレーム分）の映像信号から１枚の撮像画像が構成される。

図４（ａ）〜（ｃ）は、イメージセンサ４０の電荷の読み出し制御を説明する図である。図４（ａ）は、通常の速度で各ラインから電荷の読み出しを行う場合の制御（以下、「通常モード」という）を模式的に示す図であり、図４（ｂ）は、高速で各ラインから電荷の読み出しを行う場合の制御（以下、「高速モード」という）を模式的に示す図である。また、図４（ｃ）は、低速で各ラインから電荷の読み出しを行う場合の制御（以下、「低速モード」という）を模式的に示す図である。

図４（ａ）〜（ｃ）の左側には、イメージセンサ４０の受光面と各ラインＬが模式的に示されている。ここでは、最上段のラインＬがＬ０とされ、最下段のラインがＬｎとされている。また、図４（ａ）〜（ｃ）の右側には、各ラインに対する制御タイミングが模式的に示されている。

図４（ａ）を参照して、通常モードでは、最上段のラインＬ０に対する制御がタイミングｔ１で開始され、タイミングｔ２で終了する。１段下のラインＬ２に対する制御は、タイミングｔ１よりも所定時間だけ遅れて開始される。こうして、ラインＬが下段へと変わる毎に開始タイミングが所定時間ずつ遅れながら、各ラインに対する制御が順番に行われる。最下段のラインＬｎの開始タイミングは、タイミングｔ１からΔｔ遅れたタイミングｔ２となる。

最上段のラインＬ０では、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間に電荷が蓄積される。たとえば、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間の期間Δｔの全てが電荷蓄積期間とされる。他のラインＬに対しても、同様に電荷蓄積期間が設定される。タイミングｔ１から期間Δｔが経過したタイミングｔ２において、最上段のラインＬ０に対する電荷の読み出しが実行される。

２段目のラインＬ１については、タイミングｔ１から所定の時間遅れたタイミングで電荷の蓄積が開始され、タイミングｔ２から所定の時間遅れたタイミングで電荷の読み出しが実行される。こうして、ラインＬが変わる毎に、電荷蓄積の開始タイミングが所定時間ずつ遅れ、電荷読み出しの実行タイミングも所定時間ずつ遅れる。最下段のラインＬｎに対する電荷蓄積の開始タイミングは、タイミングｔ１からΔｔ遅れたタイミングｔ２となり、電荷読み出しの実行タイミングは、タイミングｔ２からΔｔ遅れたタイミングｔ３となる。

このように、通常モードでは、最上段のラインＬ０に対する電荷蓄積の終了タイミングが、最下段のラインＬｎに対する電荷蓄積の開始タイミングとなる。このため、通常モードでは、全てのラインの電荷蓄積期間が重なり合う期間が生じることはない。

図４（ｂ）を参照して、高速モードでは、各ラインＬに対する電荷の読み出し速度が高められることにより、ラインＬ間の制御開始タイミングのズレ量が通常モードに比べて短縮される。図４（ｂ）の例では、ラインＬ間の制御開始タイミングのズレ量が通常モードに比べて半分に低減されている。このため、最下段のラインＬｎに対する制御の開始タイミングは、最上段のラインＬ０に対する制御の開始タイミングｔ１からΔｔ／２だけ遅れるに留まる。

各ラインＬに対する電荷の読み出し速度は、各ラインの電荷信号を標本化（Ａ／Ｄ変換）する際のビット数を、通常モード時のビット数よりも削減することにより、高速化される。この処理は、図２の制御部６７による制御のもと、撮像信号処理回路６１によって行われる。高速モードでは、このように標本化ビット数が削減されるため、通常モードに比べて、若干、撮像画像の画質が劣化する。しかし、この劣化は、監視カメラ等の用途では、視認性に特に問題がない程度のものである。または、イメージセンサ４０および撮像信号処理回路６１の改善、高速化により、同等の標本化ビット数にとどめることも可能である。

このように、イメージセンサ４０に対する制御モードを高速モードに設定することにより、図４（ｂ）に示すように、全てのラインの電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間が生じる。そして、この重複蓄積期間にシャッター３０を開放して露光を行うことにより、各ラインＬに、同じタイミングで目標領域からの光が照射され、全てのラインＬ上のフォトダイオード４０ａに、同じタイミングおよび露光量で、電荷が蓄積されるようになる。このため、高速で移動する被写体の撮像画像に歪みが生じることを抑制できる。つまり、ローリングシャッター現象が抑制され、イメージセンサ４０を用いたグローバルシャッター機能が実現される。

本実施形態では、イメージセンサ４０の制御モードが、高速モードに設定される。そして、重複蓄積期間においてシャッター３０が開放されて、目標領域からの光がイメージセンサ４０に導かれる。

なお、イメージセンサ４０の制御モードを低速モードに設定することによって重複蓄積期間が生成されても良い。図４（ｃ）に示すように、低速モードでは、各ラインの撮像期間が通常モードの２倍、すなわち２Δｔに設定される。この場合も、シャッター３０は、重複蓄積期間に開放される。これによっても、高速モードの場合と同様、高速で移動する被写体の撮像画像に歪みが生じることを抑制できる。

図５（ａ）、（ｂ）は、切替機構５１の構成を模式的に示す図である。

切替機構５１は、ベース５１０と、移動板５２０と、モータ５３０と、レバー５４０とを備える。

ベース５１０は、左右の端部に、それぞれ、断面がＬ字状の２つのガイド５１１を備えている。２つのガイド５１１は、移動板５２０の上面と側面に接するように、それぞれ、移動板５２０の左右の端部に係合している。これにより、移動板５２０が、長手方向に移動可能に、ベース５１０に支持されている。ベース５１０には、貫通口５１２が形成されている。

移動板５２０は、薄板状の部材からなっている。移動板５２０には、長手方向に並ぶ２つの開口５２１、５２２が形成されている。開口５２１には、図２に示すフィルタ５０が装着されている。開口５２２には、光路長を揃えるために、ガラス板などの透明な板が装着されている。図５（ａ）の状態では、ベース５１０の貫通口５１２の位置に、開口５２１が位置付けられている。移動板５２０には、右方向に突出した鍔部５２０ａが形成されている。この鍔部５２０ａに、横方向に延びる長孔５２３が形成されている。

レバー５４０は、一方の端部がモータ５３０の駆動軸５３１に固着されている。モータ５３０が駆動されると、レバー５４０が、図５（ａ）、（ｂ）において、時計方向または反時計方向に回転する。レバー５４０の他方の端部の上面にピン５４１が形成され、このピン５４１が、鍔部５２０ａの裏側から長孔５２３に挿入されている。モータ５３０は、ステッピングモータである。

ベース５１０に形成された貫通口５１２は、図２に示すレンズ１０で集光された光の光路となっている。したがって、図５（ａ）の状態では、フィルタ５０が光路に挿入されている。モータ５３０が駆動されてレバー５４０が反時計方向に回転すると、ピン５４１が長孔５２３を押して、移動板５２０がスライドする。図５（ｂ）の位置まで移動板５２０がスライドすると、開口５２２が貫通口５１２の位置に位置付けられる。こうして、フィルタ５０が光路から外されて、光路が開放される。

図２のフィルタ駆動回路６３は、制御部６７からの制御により、モータ５３０を駆動して、移動板５２０を図５（ａ）の位置と図５（ｂ）の位置の何れか一方に位置付ける。これにより、レンズ１０で集光された光の光路に対して、フィルタ５０が挿脱される。

図６は、フィルタ５０と発光ダイオード１０１の制御を示すフローチャートである。

撮像動作が開始すると、制御部６７は、照度センサ１０２によって検出された照度が所定の閾値より小さいか否かを判定する（Ｓ１１）。

夜間や夕方等、日照が弱く目標領域の照度が低い場合は、ステップＳ１１の判定がＹＥＳとなる。ステップＳ１１の判定がＹＥＳの場合、制御部６７は、発光ダイオード１０１を点灯させ（Ｓ１２）、さらに、切替機構５１を制御して、レンズ１０で集光された光の光路からフィルタ５０を退避させる（Ｓ１３）。

他方、日中等、日照が強く目標領域の照度が高い場合は、ステップＳ１１の判定がＮＯとなる。ステップＳ１１の判定がＮＯの場合、制御部６７は、発光ダイオード１０１を消灯させ（Ｓ１４）、さらに、切替機構５１を制御して、レンズ１０で集光された光の光路にフィルタ５０を挿入する（Ｓ１５）。制御部６７は、撮像動作が終了するまで（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理を繰り返す。

ところで、本実施形態において、発光ダイオード１０１は、目標領域に照射する赤外光が人に感知されにくく、且つ、なるべく遠距離まで撮像可能に目標領域を赤外光で照明することが可能なように、発光スペクトルが調整されている。より詳細には、発光ダイオード１０１の発光スペクトルの波形について、ピーク値の５％の発光強度となる波長が人の可視光帯域の上限以上の範囲で、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光ダイオード１０１の発光スペクトルの波形との積の積分値を求めた場合に、積分値が最大となる位置の波形に略整合するように、発光ダイオード１０１の発光スペクトルが設定されている。

以下、発光ダイオード１０１の発光スペクトルの設定例について説明する。

＜実施例１＞
図７（ａ）は、比較例および実施例１に係るイメージセンサ４０の分光感度特性を示す図である。

実施例１では、イメージセンサ４０として、Ｐ型シリコン基板を用いたＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。図７（ａ）には、比較例として、Ｎ型シリコン基板を用いたイメージセンサの分光感度特性が併せて示されている。図７（ａ）に示すように、実施例１のようにＰ型シリコン基板をイメージセンサ４０の基板として用いると、Ｎ型のシリコン基板を用いた場合（比較例）に比べて、近赤外帯域の感度を高くできるため、感度のピークを赤外波長帯域側にシフトさせることができる。

図７（ｂ）は、実施例１に係るイメージセンサ４０に配置されたカラーフィルタの分光透過率特性を示す図である。図７（ｂ）中のＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ、赤、緑、青の光を受光する画素に対応するカラーフィルタの分光透過率特性を示している。図７（ｂ）に示すように、各色のカラーフィルタは、当該色の波長帯域において透過率が高くなるように設定されている。また、各色のカラーフィルタは、何れも、波長が８２０ｎｍ付近を超えると透過率が高く維持されている。

図７（ｃ）は、実施例１に係るフィルタ５０の分光透過率特性の例を示す図である。図７（ｃ）に示すように、フィルタ５０は、波長が６３０ｎｍ付近を超えると透過率が急激に低下し、波長７００ｎｍ付近で透過率が略ゼロになる。波長が７００ｎｍ付近を超えると、フィルタ５０の透過率が略ゼロに維持される。

図７（ｄ）は、実施例１に係る発光ダイオード１０１の発光スペクトルを示す図である。

図７（ｄ）では、人の可視光帯域の上限が７８０ｎｍであると想定されている。図７（ｄ）には、可視光帯域の上限が、Ａ１で示されている。この場合、発光ダイオード１０１の発光スペクトルは、図７（ｄ）に実線で示すように、ピーク値の５％の発光強度となる波長が人の可視光帯域の上限Ａ１以上の範囲で発光スペクトルの波形を波長方向（横軸方向）にずらして、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光スペクトルの波形との積の積分値を求めた場合に、積分値が最大となる位置の波形に略整合するように設定される。ここでは、図７（ａ）に示すように、イメージセンサ４０の分光感度のピークが６５０ｎｍ付近にあるため、発光ダイオード１０１の発光スペクトルは、ピークの５％に対応する波長が可視光帯域の上限Ａ１に一致するように設定される。この場合、発光スペクトルがピークとなる波長は、８３０ｎｍ付近となる。

なお、上記のように、イメージセンサ４０がカラーのＣＭＯＳイメージセンサである場合、たとえば、図７（ｄ）に示すように、各色のカラーフィルタの透過率が設定される。このため、発光ダイオード１０１の発光スペクトルを図７（ｄ）の実線のように設定すると、発光スペクトルのピークよりも短波長側では、青と緑のカラーフィルタの透過率が最大値よりも低くなる。このため、発光スペクトルのピークよりも短波長側の光が、青と緑のカラーフィルタでフィルタリングされて、有効に利用されないことが起こり得る。

これを避けるため、カラーフィルタの分光透過率特性は、発光ダイオード１０１の発光スペクトルの全波長帯域において、高く維持されるように調整されることが好ましい。すなわち、図７（ｂ）に示す範囲Ｗ１が発光ダイオード１０１の発光スペクトルの全波長帯域を含むように、範囲Ｗ１の短波長側の境界が発光ダイオード１０１の発光スペクトルの下限の波長付近（たとえば７５０ｎｍ付近）に設定されることが好ましい。このようにカラーフィルタの分光透過率を設定したとしても、図７（ｃ）に示すように、フィルタ５０の分光透過率が７００ｎｍ付近でゼロに収束するため、赤の波長帯域よりも長波長側の近赤外の光は、フィルタ５０によって除去される。よって、日中等、照度が高い環境下で目標領域を撮像する場合に、可視光以外の赤外光がイメージセンサ４０の各画素に入射することが抑止される。

なお、このようにカラーフィルタの分光透過率が調整されない場合、すなわち、カラーフィルタの分光透過率が図７（ｂ）の特性に維持される場合は、イメージセンサ４０の分光感度特性の他、さらに、カラーフィルタの分光透過率特性を加味して、発光ダイオード１０１の発光スペクトルを設定すればよい。すなわち、ピーク値の５％の発光強度となる波長が人の可視光帯域の上限以上の範囲で、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光ダイオード１０１の発光スペクトルの波形と各色のカラーフィルタの分光透過率特性と積の積分値を求めた場合に、積分値が最大となる波形に略整合するように、発光ダイオード１０１の発光スペクトルを設定すればよい。この場合の発光スペクトルは、図７（ｄ）の破線のように設定される。

なお、白黒のＣＭＯＳイメージセンサにはカラーフィルタが含まれていないため、イメージセンサ４０として白黒のＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合は、上記制約がなくなる。したがって、イメージセンサ４０として白黒のＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合は、イメージセンサ４０の分光感度特性との積の積分値が最大となるように、発光ダイオード１０１の発光スペクトルを設定すればよい。

図８は、実施例１に係る発光ダイオード１０１の発光スペクトルの設定方法を示す図である。

図８において、Ｓ１は、上記のように、可視光帯域の上限が７８０ｎｍ（上限Ａ１）である場合の発光ダイオード１０１の発光スペクトルである。この場合、発光スペクトルのピークの波長Ｐ１は、８３０ｎｍ付近となる。

図８において、Ｓ２は、可視光帯域の上限が７００ｎｍ（上限Ａ２）である場合の発光ダイオード１０１の発光スペクトル、Ｐ２は、発光スペクトルＳ２がピークとなる位置の波長である。

この場合も、発光ダイオード１０１の発光スペクトルは、ピーク値の５％の発光強度となる波長が人の可視光帯域の上限Ａ２以上の範囲で発光スペクトルの波形を波長方向（横軸方向）にずらして、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光スペクトルの波形との積の積分値を求めた場合に、積分値が最大となる位置の波形に略整合するように設定される。図７（ａ）に示すように、イメージセンサ４０の分光感度のピークが６５０ｎｍ付近にあるため、発光ダイオード１０１の発光スペクトルは、ピークの５％に対応する波長が可視光帯域の上限Ａ２に一致するように設定される。この場合、発光スペクトルがピークとなる波長は、７５０ｎｍ付近となる。

＜実施例２＞
図９は、実施例２に係る発光ダイオード１０１の発光スペクトルの設定方法を示す図である。便宜上、図９には、図８に示した実施例１の分光感度特性と、発光スペクトルＳ１およびピークの波長Ｐ１が示されている。

実施例２では、イメージセンサ４０の分光感度特性のピークの位置が、８８０ｎｍ付近となっており、実施例１に比べて長波長側にシフトしている。

Ｓ３は、可視光帯域の上限が７８０ｎｍ（上限Ａ１）である場合の発光ダイオード１０１の発光スペクトルである。この場合も、発光ダイオード１０１の発光スペクトルＳ３は、ピーク値の５％の発光強度となる波長が人の可視光帯域の上限Ａ２以上の範囲で発光スペクトルの波形を波長方向（横軸方向）にずらして、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光スペクトルの波形との積の積分値を求めた場合に、積分値が最大となる位置の波形に略整合するように設定される。図９に示すように、イメージセンサ４０の分光感度のピークが８８０ｎｍ付近にあるため、発光スペクトルがピークとなる波長が８８０ｎｍ付近となるように、発光ダイオード１０１の発光スペクトルが設定される。この場合、発光ダイオード１０１の発光スペクトルは、可視光帯域の上限Ａ１において、発光強度が略ゼロとなっている。

このように、実施例２では、実施例１に比べて、発光ダイオード１０１の発光スペクトルがより長波長側に設定される。実施例２では、実施例１に比べて、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光スペクトルの波形との積の積分値が大きくなるため、発光ダイオード１０１が点灯された場合のイメージセンサ４０の感度をさらに高めることができる。これにより、実施例１に比べて、撮像装置１の撮像距離をさらに長くすることができる。

なお、人の可視光帯域の上限がＡ２である場合も、図９と同様に、発光ダイオード１０１の発光スペクトルが設定される。この場合も、発光ダイオード１０１の発光スペクトルは、可視光帯域の上限Ａ２において、発光強度が略ゼロとなる。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。

少なくとも、ピーク値の５％程度の発光強度となる波長が人の可視光帯域の上限（７８０ｎｍまたは７００ｎｍ）以上となるように発光ダイオード１０１の発光スペクトルが設定されるため、可視光帯域の上限に発光スペクトルの裾の部分が掛かったとしても、その部分の光の強度は略ゼロか極めて微弱なものとなる。このため、夜間等、照度が低い状況下で発光ダイオード１０１が点灯されたとしても、目標領域に居る人に発光ダイオード１０１からの光が認識されることが略起こり得ない。よって、撮像装置１が監視目的で使用された場合であっても、発光ダイオード１０１の点灯によりそこに撮像装置１があると人が感知することを、防止することができる。

また、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光ダイオード１０１の発光スペクトルの波形との積の積分値が最大となる波形に略整合するように、発光ダイオード１０１の発光スペクトルが設定されているため、イメージセンサ４０の感度を最大限に高め得る波長帯域で、発光ダイオード１０１から光を目標領域に照射できる。このため、発光ダイオード１０１が点灯された場合の撮像装置１の撮像距離を長くすることができる。

このように、本実施形態に係る撮像装置１によれば、夜間等、照度が低い状況下において、発光ダイオード１０１の点灯に気づかれることなく、なるべく遠距離まで撮像可能に、目標領域を赤外光で照明することができる。

なお、発光ダイオード１０１の発光スペクトルは、必ずしも、ピーク値の５％の発光強度となる波長が人の可視光帯域の上限以上の範囲で、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光スペクトルの波形との積の積分値を求めた場合に、積分値が最大となる位置の波形に整合しなくともよく、たとえば、この位置から±１０ｎｍの範囲で波長軸方向（横軸方向）にずらした波形に整合するように設定してもよい。この場合も、可視光帯域の上限に発光スペクトルの裾の部分が掛かったとしても、その部分の光の強度は略ゼロか極めて微弱なものとなるため、夜間等、照度が低い状況下で発光ダイオード１０１が点灯されたとしても、目標領域に居る人に発光ダイオード１０１からの光が認識されることが抑制される。また、イメージセンサ４０の感度を最大限近くに高め得る波長帯域で、発光ダイオード１０１から光を目標領域に照射できるため、発光ダイオード１０１が点灯された場合の撮像装置１の撮像距離を長くすることができる。

なお、上述のずれが±２０ｎｍである場合、可視光帯域の上限に掛かる発光スペクトルの裾の部分の光の強度がやや高まり得るが、この場合も、この部分の光の強度は人に気づかれにくい程度の強度に抑えられる。このため、このように発光ダイオード１０１の発光スペクトルを設定したとしても、目標領域に居る人により発光ダイオード１０１からの光が認識されにくく、特に、建物の外壁や屋上、電柱等、目標領域から離れた位置や、歩行する人の目線から離れた位置等、監視目的のために人に気づかれにくい位置に撮像装置１が設置される場合には、裾の部分の光の強度は略問題とならず、所期の目的が達成され得る。

また、イメージセンサ４０として、Ｐ型シリコン基板のＣＭＯＳイメージセンサを用いたため、図７（ａ）に示すように、イメージセンサ４０がＮ型シリコン基板のＣＭＯＳイメージセンサである場合に比べて、イメージセンサ４０の分光感度特性のピークを赤外帯域のより長波長側に設定することができ、図９に示すように、イメージセンサ４０の分光感度特性のピークをさらに長波長側に設定することができる。これにより、イメージセンサ４０の分光感度特性と発光ダイオード１０１の発光スペクトルの波形との積の積分値の最大値をより高めることができる。よって、夜間等、照度が低い状況下において、発光ダイオード１０１の点灯に気づかれることなく、より一層遠距離まで撮像可能に、目標領域を赤外光で照明することができる。

また、イメージセンサ４０が、カラー画像を生成可能なカラーのイメージセンサであるため、日中等、照度が高い状況下においては、カラー画像で目標領域を撮像でき、夜間等、照度が低い状況下においては、発光ダイオード１０１からの赤外光を用いて白黒画像で目標領域を撮像できる。

また、照度センサ１０２により検出された照度が所定の閾値に満たない場合に、フィルタ５０をレンズ１０の光路から待避させるとともに、発光ダイオード１０１を点灯させ、照度センサ１０２により検出された照度が閾値以上の場合に、フィルタ５０をレンズ１０光路に挿入するとともに、発光ダイオード１０１を消灯させる構成であるため、日中等、照度が高い状況下においては、赤外光の影響をフィルタ５０で除去した高品質のカラー画像で目標領域を撮像でき、夜間等、照度が低い状況下においては、発光ダイオード１０１からの赤外光を用いて白黒画像で目標領域を撮像できる。

＜変更例＞
発光ダイオード１０１の発光スペクトルの波形は、必ずしも図７（ｄ）、図８および図９に示したものに限定されるものではなく、たとえば、これらの図に示した波形に比べて幅が狭くあるいは幅が広い波形であってもよい。発光ダイオード１０１の発光スペクトルの波形を幅広とすることにより、発光ダイオード１０１から目標領域に照射される赤外光の波長幅を広げることができる。これにより、赤外光に対する反射率が被写体を構成する物質によって異なっていても、各物質において反射率が高い波長の光が各物質に照射されやすくなる。よって、夜間等、照度が低い状況下においても、照明光源から目標領域に光を照射することにより、高いコントラストで撮像画像を取得することができる。

また、イメージセンサ４０の分光感度特性は、必ずしも図７（ａ）、図８および図９に示したものに限定されるものではなく、他の特性であってもよい。また、カラーフィルタの分光透過率およびフィルタ５０の分光透過率も、必ずしも図７（ｂ）および図７（ｃ）に示したものに限定されるものではなく、他の特性であってもよい。

また、切替機構５１の構成は、必ずしも図５（ａ）、（ｂ）に示した構成に限定されるものではなく、たとえば、ギアを用いて移動板５２０を移動させる構成であってもよい。また、フィルタ５０を省略してもよい。

また、発光ダイオード１０１の数および配置は、必ずしも図１（ｃ）に示したものに限定されるものではなく、他の数および配置で、発光ダイオード１０１が撮像装置１に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、無線通信によって、撮像装置１が外部装置２に送信されたが、有線通信によって、撮像装置１が外部装置２に送信されてもよい。あるいは、撮像装置１に装着されたメモリカードに撮像画像を記録しておき、このメモリカードを撮像装置１から取り外して外部装置２に装着することで、撮像画像を外部装置２に取り込むようにしてもよい。

また、上記実施形態では、撮像装置１が建物等の外壁や屋上の構造物、電柱等に設置されたが、撮像装置１の設置場所はこれに限定されるものではない。たとえば、交通標識に撮像装置１が設置されてもよく、あるいは、街灯等に撮像装置１の構成が一体的に含められても良い。

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ … 撮像装置
１０ … レンズ
４０ … イメージセンサ
５０ … フィルタ
５１ … 切替機構
１０１ … 発光ダイオード
１０２ … 照度センサ（検出器）

Claims (7)

1. イメージセンサと、
   目標領域からの光を前記イメージセンサに結像させるレンズと、
   前記目標領域を照明する発光ダイオードと、を備え、
   前記発光ダイオードの発光スペクトルの波形について、ピーク値の５％の発光強度となる波長が７００ｎｍ以上である範囲で、前記イメージセンサの分光感度特性と前記波形との積の積分値を求めた場合に、前記積分値が最大となる前記波形に略整合するように、前記発光ダイオードの発光スペクトルが設定されている、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. イメージセンサと、
   目標領域からの光を前記イメージセンサに結像させるレンズと、
   前記目標領域を照明する発光ダイオードと、を備え、
   前記発光ダイオードの発光スペクトルの波形について、ピーク値の５％の発光強度となる波長が７８０ｎｍ以上である範囲で、前記イメージセンサの分光感度特性と前記波形との積の積分値を求めた場合に、前記積分値が最大となる前記波形に略整合するように、前記発光ダイオードの発光スペクトルが設定されている、
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の撮像装置において、
   前記発光ダイオードの前記発光スペクトルのピーク値の波長が、前記積分値が最大となる位置の前記波形のピーク値の波長に対して±１０ｎｍの範囲に含まれている、ことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の撮像装置において、
   前記イメージセンサは、Ｐ型シリコン基板のＣＭＯＳイメージセンサである、ことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の撮像装置において、
   前記イメージセンサは、カラー画像を生成可能なカラーのイメージセンサである、ことを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   目標領域の照度を検出する検出器と、
   赤外光を除去するフィルタと、
   前記レンズにより前記イメージセンサに取り込まれる光の光路に対して前記フィルタを挿脱させる切替機構と、を備え、
   前記検出器により検出された前記照度が所定の閾値に満たない場合に、前記フィルタを前記光路から待避させるとともに、前記発光ダイオードを点灯させ、
   前記検出器により検出された前記照度が前記閾値以上の場合に、前記フィルタを前記光路に挿入するとともに、前記発光ダイオードを消灯させる、ことを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置により撮像された撮像画像を、前記撮像装置から通信により取得する外部装置と、を備える画像管理システム。

Images