JP2018173620A - 赤外線フィルタを逐次制御するための方法、及び該方法を実行するアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】昼夜兼用の撮像を可能とする。【解決手段】対向配置される二枚の絞りブレード２１２の重なり量を変えることにより、絞り２１０の開口が調節される。絞りブレード２１２のカットアウト２１４には、ＩＲフィルタ２１６が配置される。絞り２１０が初期開口状態のときに、入射光量を検出する。絞り２１０で形成される開口を通過する可視光と赤外放射線との間の比率を変更するために、絞り２１０を小絞り側に駆動、または開放側に駆動するにあたり、開口径を変化させた後に入射光量を検出する。初期開口状態のとき、および開口径を変化させたときそれぞれにおける入射光量検出結果と、可視／赤外光量比とから、被写界の可視光と赤外光との組成を計算し、必要に応じて絞り２１０の開口径を設定しなおす。【選択図】図２

Description

本発明は、カメラのための赤外線（ＩＲ）フィルタを制御することに関し、特に、カメラレンズシステムの絞り内に組み込まれたＩＲカットフィルタを制御することに関する。

カメラのためのＩＲ（赤外線）フィルタの使用は、当該技術分野でよく知られており、デジタルカメラに関しては特にそうである。短く言うと、カメラの画像センサは、赤外線内の無視できない成分に対するスペクトル感度を有する。これは、課題のみならず有利な状況をもたらす。微光状態では、ＩＲ成分が、撮像された光景についての有用な情報を提供し得るという点において、有利な状況が存在する。その情報は、ＩＲ光源によってまた更に改良され得る。課題は、日中の撮像の間に見られる。日中の撮像では、ＩＲ成分の追加が、画像内の色の調和を歪め、更に、画像センサを完全に飽和状態にし得る。

より有用でない効果を抑制する一方で有用な効果を維持するやり方は、画像センサの前のビーム経路内に可動なＩＲカットフィルタを追加することである。このやり方では、ＩＲ（カット）フィルタが、日光条件の間に使用され、カラー画像の取得を可能にし得る。本出願書類の全体を通して、「ＩＲカットフィルタ」と「ＩＲフィルタ」は相互交換可能に使用され得る。明確に記載されなければ、「ＩＲフィルタ」は、本文脈においてＩＲカットフィルタと一致する。その後、画像センサの画素は第１のやり方で動作し得る。つまり、入射光が複数の色へ分割され、個々の光検出器において電荷として検出され、したがって、色分解を可能にする。夜間又は微光状態では、ＩＲフィルタが除去され、スペクトルのＩＲ部分から入ってくる放射線が結果として増加することを利用し得る。ＩＲ放射は、任意の色情報を含まない。色分解を実行する代わりに、唯一のパラメータが入射する放射線の強度である。その強度は、黒と白の強度画像として（又は任意の所望のカラースケールを伴って）提示され得る。ＩＲ光源の追加は、画像をまた更に改良し得る。

補助光スペクトルセンサは、周囲光のレベルが低すぎると、ＩＲフィルタを取り除き、任意選択的にＩＲ光源を使用することにより、カメラが夜間モードに切り替わるように、ＩＲフィルタを挿入するタイミングと取り出しのタイミングを制御するために使用され得る。ＩＲ光源は、カメラによって運ばれるか、カメラに組み込まれるか、又はカメラの外部に配置される。

単純な解決策では、ＩＲカットフィルタがセンサの前に配置され、ＩＲカットフィルタがセンサを完全に覆う位置（「日中モード」）と、ＩＲカットフィルタが画像センサを覆い隠すことから完全に除去される位置（「夜間モード」）と、の間でフィルタを移動させるために、アクチュエータが使用される。このオン‐オフアプローチは、購入可能な製品における最も一般的なアプローチであると信じられている。しかし、そのアプローチは、幾つかの付随する副作用（artifact）を有する。夜間モードから日中モードへ切り替わったときに、ビーム経路内にＩＲフィルタを有する状態では光レベルが低すぎ、夜間モードへスイッチバックすることが必要であり、結果として、夜間モードと日中モードとの間で行ったり来たりの揺らめき（flickering）がもたらされることがよくある。アクチュエータにも、かなりの摩耗が生じる。現在の解決策は、光センサを追加することであり、その結果、切り替えを作動させる前に光レベルが許容可能であると推定され得る。特許文献では、より精巧な構造の実施例が存在する。

日本国特許第２００６０７８６６６号では、ＩＲフィルタが絞り（虹彩絞り）に隣接して配置された構成が開示されている。ＩＲフィルタは、半径方向に不均一な透過プロファイルを有し、フィルタの中心は本質的に透過しないが、透過率は半径と共に増加する（必ずしも線形ではない）。ＩＲフィルタは、光軸と同心円状に配置されており、これは、絞りの場合も同様である。結果として、豊富な周囲光があり、絞りが非常に小さい開口を有するときに、ＩＲ成分は、絞りを通過して画像センサに到達する全ての放射線から除去されることとなる。周囲光の量が減少すると、絞りのサイズを単純に大きくすることで夜間モードに切り替えることができ、ＩＲ減衰部分を絞り開口の小さな部分に低減させることができる。

通常の構成では、絞りの平面（以下、開口面と呼ぶ）が、画像センサの平面との空間的相関がない位置を表すので、フィルタを開口面に近づけることには、更なる利益が存在する。時々、これは開口絞り（aperture stop）と呼ばれ、開口絞りは、共役像点（この場合はセンサ）に到達する物体の各点からの光の量を制限する。したがって、開口絞りはビーム経路内に平面を画定し、時々「開口面」という用語が同じ特徴に対して使用される。この平面の特徴は、その平面が、少なくとも理想的な状況では、絞り開口部のサイズの変更が画像平面全体に等しく影響を及ぼす位置であるということである。

本発明は、主として、ＩＲフィルタ制御における改良に関する。

ＩＲフィルタ制御における改良を提供する労力において、本発明の第１の態様は、画像センサを有するカメラの絞り構成を逐次制御するための方法を提供し、前記構成は、絞り及び組み込まれたＩＲカットフィルタを備える。該方法は、初期開口部開口を有する絞りの閉鎖又は開口を開始すること、及び絞りが初期開口部開口を有するときに入射する放射線の量を検出することを含む。その後、該方法は、絞りを通過する可視光と赤外線との間の比率を変更するために、絞りの開口部開口を中間開口部開口へシフトすることに進む。該方法は、本明細書では、絞りの閉鎖又は開口の動きに対して適合され得る。すなわち、絞りの閉鎖が開始される場合には、絞りの開口部の所定の部分的な閉鎖を実行すること、絞りの開口が開始される場合には、絞りの開口部の所定の部分的な開口を実行することに適合され得る。部分的な開口又は閉鎖の後に、開口部開口のシフトの後で入射する放射線の量を検出すること、並びに、それぞれ、初期開口部開口と中間開口部開口とを有するときの、入射する放射線の検出された量、及び、可視光と赤外線との間の計算された比率から、光景内の可視光と赤外線の組成を計算することが行われる。最後の手段として、絞りの開口部開口が、新しい位置へシフトされ得る。その計算が、新しい開始がその後になって実行され得る場合に、現在の周囲条件が与えられるとすれば、シフトは不適切であると考えられることももたらし得る。絞りは、好適には、開口面内の開口絞りとして、又は可能な限り開口面の近くに配置される。「可能な限り近く」は、構造的な制約のために、絞りを開口面内に正確に配置することが物理的に不可能であり、且つ、別の場所におけるよりもむしろ、ビーム経路の小さい長さに沿って、適切な程度まで、開口面に関連付けられた効果が達成され得ることを指す。

本発明の方法は、センサを使用して可視光と赤外線との間の比率の予測を可能にする。センサは、それ自身でその２つの間の区別を行うことができない。そのようにして、該方法は、開口部開口を新しい設定へ調整することの結果の予測を可能にする。特定の一実施形態では、該方法が、日中モードから夜間モードへ又はその逆への、高い成功率を有するシフトを可能にする。その高い成功率は、結論として、現在の技術に存在する副作用を低減させる。

１以上の実施形態では、絞り［開口部］の閉鎖の開始が、タイマーによってトリガされることが好適であり得る。このやり方では、時々、シフトの結果が画像の質又は監視の観点から有益であり得るか否かを、機構が確認することとなる。実際のシフトを含まない実際のシフトに至るまでの方法の後で、実際のシフトは１秒の端数を要し、それは、プロセスの単なる速度のためにオペレータにとっては視認できないだろう。任意の望ましくない効果をもたらす危険性を更に低減させるために、ある実施形態では、機構が、該方法の制御段階の間に、すなわち、少なくとも実際のシフトまでに生成された画像フレームを隠すように配置され得る。

本実施形態の変形例において、タイマーは、１０秒毎に１回、１分毎に１回、２分毎に１回などの、好適な規則的間隔で周期的にトリガ信号又は開始信号を出力するように配置され得る。トリガ信号の間の時間は、変動し得る。例えば、内部の時計の追加は、タイマーの出力の動作を変更するために使用され得る。すなわち、タイマーは、日、日光統計などの時間に関するデータを含む。これは、夜間モードから日中モードへのシフトに関連して最も容易に説明される。現在の周囲光源が存在しなければ、夜間に１０秒毎にトリガ信号を出力することには、ほとんど意味がない。その後、タイマーは、最も単純な実施例では、日の時間帯に応じて間隔を変更するように構成され得る。

開口部の所定の部分的な開口又は閉鎖が、３０％未満のオーダー、好適には２０％未満、及び示唆的には１０％のオーダーで、相対的な強度の変更をもたらすように構成され得る。信頼できる統計を取得することと該方法を迅速に実行することとの間にバランスが存在する。

そのようにして、該方法は、単一の画像センサを使用して入射する放射線の検出を可能にし、それは、補助センサの追加なしに、通常のカメラ機構が利用され得ることを意味する。

入射する放射線を検出するときに、人は、画像センサのより小さい部分を利用し得る。一方、他の実施形態では、組成を計算することが、より信頼できる統計を与え得る、動作の好適なモードであるときに、撮像された光景内の可視光とＩＲ放射の平均組成又は全体組成を推定する。無論、所望ならば、情報の２つのすなわち余剰な両方の種類を組み合わせることが、常に可能であるだろう。

第２の態様では、本発明が、カメラ、カメラコントローラ、カメラレンズ、及びカメラの画像センサに到達する放射線の量を制御するための絞り構成を備えたアセンブリを提供する。ＩＲカットフィルタは、絞り構成内に組み込まれている。該アセンブリは、上述の又は以下で提供される実施形態のうちの１つ又は何れかによる方法を実行するように構成され得る。したがって、それは、対応する効果を含むこととなる。絞り構成は、アセンブリの開口絞り内に配置されることが好適である。

より洗練された実施形態では、アセンブリが、ＩＲカットフィルタに加えて、赤外線領域内の他の波長を遮断する一方で、可視光、及びＩＲ照明源のスペクトル領域を含むスペクトル領域内の放射線を透過する、二重帯域通過フィルタの形態を採る更なるフィルタを備える。二重帯域通過フィルタは、固定的に配置され得る。それは、そのフィルタが、常に、光景から画像センサへのビーム経路を遮断することを意味する。そのような構成は、日中モードと夜間モードとの間の移行を促進し、そのようにして、通常の可動なＩＲカットフィルタの使用なしにそのような移行を可能にし、結果として、１つの可動な部分が構成から除去される。１以上の実施形態では、固定的に配置される帯域通過ＩＲフィルタとＩＲカットフィルタの両方が、可視領域内の光を透過し、したがって、より大量の放射線が画像センサに到達することを可能にする。純粋な夜間モードでは、二重帯域通過フィルタのみが、光景からの放射線を遮断することとなり、純粋な日中モードでは、両方のフィルタが、光景からの放射線を遮断することとなる。画像センサのスペクトル感度の外側のスペクトル領域内でのそれらのフィルタの挙動は、あまり重要ではない。何故ならば、このスペクトル領域の外側の放射線は、検出されないからである。

該方法の迅速な制御及び作動のために、絞りは、少なくとも２つの絞りブレードを備え得る。ＩＲカットフィルタは、絞りブレードのうちの少なくとも一方に配置されている。

代替的な一組の実施形態では、ＩＲカットフィルタが、代わりに、絞りに隣接して配置され、その中央部分においてＩＲカット特性を有し得る。但し、中央部分の半径方向外側では、ＩＲカット特性を有さない。この構成の効果は、詳細な説明で徹底的に説明される。

本発明の第３の態様によれば、それは、カメラプロセッサに、任意の実施形態の方法を実行させるためのプログラム指示命令を含む、コンピュータ可読媒体に関する。

本発明の利用可能性の更なる範囲は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、この詳細な説明によって本発明の範囲内の様々な変更及び修正が当業者に明らかとなるため、詳細な説明及び具体例は、本発明の好適な実施形態を示しながらも単なる例として提示されることを理解されたい。したがって、記載のデバイス及び記載の方法は異なる場合があるため、この発明は、記載のデバイスの特定の構成要素部品又は記載の方法のステップに限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態だけを説明することを目的としており、限定的であることを意図していないということも理解されるべきである。明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、冠詞「１つの（「ａ」、「ａｎ」）」、及び「前記（「ｔｈｅ」、「ｓａｉｄ」）」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、要素のうちの１以上が存在することを意味すると意図している点に留意しなければならない。したがって、例えば、「センサ」（ａ ｓｅｎｓｏｒ）又は「前記センサ」（ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ）に言及した場合、これは幾つかのセンサなどを含んでもよい。更に、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素又はステップを除外しない。

カメラ機構の概略図である。 本発明の実施形態で使用され得る、絞りの概略図である。 本発明の１以上の実施形態による、本発明の主要ステップを概説するフローチャートである。 図３の方法における実際のステップを示す組み合せ図である。 図３の方法における実際のステップを示す組み合せ図である。 本発明を可能にする目的のために利用され得る絞り／フィルタの組み合わせの図である。 本発明の更なる実施形態による、本発明を可能にする目的のために利用され得る絞り／フィルタの組み合わせの更なる組み合わせの図である。 本発明の更なる実施形態による、カメラ機構の概略図である。 グラフである。

図１は、本構成と方法が部分を形成し得る機構を示している概略図である。示されているのは、画像センサ１０２とカメラレンズハウジング１０４を有するビデオカメラなどの、カメラ１００である。示されている実施例のカメラレンズハウジング１０４は、レンズシステム１０６と絞り１０８を有する、標準的なレイアウトを有する。これは、明らかに、カメラレンズハウジングの非常に単純化された描写であるが、本出願の目的のために十分であると考えられる。

絞り１０８は、レンズシステム１０６の開口絞り内に（又は物理的に可能な限り開口面の近くに）配置されている。理想的な対称単一レンズシステムでは、開口絞りが、複数のレンズの中央に光軸に対して垂直に配置され得る。既に言われたことに加えて、開口絞りの特徴は、絞りのサイズが、画像センサ１０２に到達する光の量のみに影響を与え、実際の画像に影響を与えないことを企図している。より具体的には、それは、画像平面内、すなわち、画像センサの平面内で、任意のシャドーイング若しくは類似の効果又は副作用を生成し得ない。この理由のために、絞り（開口部）を開口絞り内に配置することは、標準的な技法である。

絞りの開口のサイズを制御することによって、センサに到達する放射線の量を制御することが可能である。無論、それは、カメラで使用される通常の虹彩絞りからよく知られている。

図２で示されている第１の実施形態による絞り２１０は、実際のデザインとは相当異なり得るが、図２は、満足できる程度まで機能を表現していると信じられる。絞り２１０は、２つの絞りブレード２１２を備え、その各々は三角形状のカットアウト２１４を有する。各ブレード上の矢印は、好適には調和したやり方で、それらが如何にして前後運動し得るかを示している。その運動は、組み合わされた三角形状のカットアウトによって画定される絞り開口部のサイズにおける変動をもたらすこととなる。

本発明の第１の実施形態による本発明での閉鎖のために、ＩＲフィルタ２１６は、各三角形状のカットアウトの頂点に配置されている。示されている実施形態では、フィルタが、四角形状を与えられてきたが、その形状は異なっていてもよい。更に、カットアウト２１４の形状も異なり得る。ある程度まで、カットアウトの形状は、非常に自由にデザインされ得る。種々の製造業者が、種々の形状を提供する。一般的な特徴は、絞りブレードが閉鎖すると、スリット形状の開口部の形成が避けられるはずだということであろう。何故ならば、これは、望ましくない効果をもたらし得るからである。１以上のフィルタの形状は、明らかに、対応するカットアウトの形状に適合され得る。ＩＲフィルタに戻ると、それらは、ＩＲカットフィルタであり、赤外線の透過を妨げる一方で、可視光の透過を許容する。図２で示されている程度まで絞りが開口したときに、可視光とＩＲ放射の両方が、絞り開口部を通過することは明らかである。更に、絞り開口部のサイズが低減されると、開口部がＩＲフィルタによって完全に覆われるポイントが到達され、したがって、可視光のみの透過が許容されることが容易に理解される。このポイントから下向き（すなわち、より小さい開口部へ向かう）範囲では、ＩＲフィルタが、開口部を完全に覆い、その範囲は、したがって、例えば、日中に周囲光が豊富に存在する条件に対して適切である。

カットアウトの組み合わせによって規定される完全領域が、可視光の透過を可能にし、一方、赤外線の透過は、完全領域からフィルタが占める領域を引いたものによって規定されると考える。結論として、効果的な開口部のサイズは、２つの波長の領域に対して変動することとなる。より具体的には、（示されている実施形態内での任意の重なりに関係なく）フィルタによって占められた領域が一定であり、それは、可視光とＩＲ放射との間の比率が、絞りの位置、すなわち、絞り開口部のサイズで変動することを意味する。透過する可視光とＩＲ放射の両方は、開口部のサイズに比例して変動し得るが、異なる割合で変動し得る。何故ならば、それらは、異なる効果の開口部を有するからである。結論として、ＩＲ放射と可視放射との間の比率は変動することとなる。

透過した放射線が完全にスペクトル分解されたならば、その割合を監視し評価することは容易に可能であろうが、一般に、画像センサと関連する構成要素とは、入射する放射線を、各々が（図９で示されている）ＩＲ成分を含む、赤、緑、及び青の成分に最大限分解することに留意されたい。それによって、カラー画像を再生することが可能であり、概して、赤外線成分を単離することは全く不可能である。そのようなスペクトル分解を可能にする画像センサは、特許文献で開示されてきており、ＮＩＲ画素を含むが、未だ、そのような画像センサのための費用は、現在において非常に高価である。更に、ＮＩＲ画素は、解像度における、非常にしばしば緑色成分における損失を犠牲にしてセンサ内に含まれるものである。

ＩＲカットフィルタが開口面内に配置されている間に、他のフィルタをセンサの前又はレンズの前にさえ配置することができる。その理由の１つは、周囲光の状態および効果に応じて特定のフィルタが交換されるということである（そのようなフィルタは、通常、レンズの前に配置されているか又はレンズに取り付けられている）。または、そのフィルタが除去されたり又は交換されたりすることが考えられないか、（画像センサの直前に配置されたフィルタの場合に）制御が別個のアクチュエータによって実行されるということである。

図２に戻ると、本実施形態の絞り２１０が、ＩＲ放射が完全に遮断される純粋な日中モードと、画像センサに対するＩＲ放射の透過が許容される夜間モードとの間で、如何にしてシフトするかは明らかである。例えば、光景内に存在するＩＲ光の量を推定するために、日中モードと夜間モードの両方において、開口部のサイズが如何にして変動するかを理解することも容易なはずである。

従来の解決策では、可動なＩＲカットフィルタが、日中モードでは画像センサの前に配置され、夜間モードではビーム経路から除去される。したがって、従来の解決策では、絞り開口部が、日中モードと夜間モードの両方において等しい範囲にわたり変更され得る。何故ならば、その機能はフィルタの機能から独立しているからである。但し、実際の状況では、夜間モードでは絞りが完全に開口している。対照的に、本実施形態では、フィルタ２１６のサイズが、ＩＲ放射が絞り開口部を通って透過され始める前に、絞りがどれだけ開口され得るかに影響を与えることとなる。その理由のために、本発明の実施形態は、従来の解決策における場合よりも早く、夜間モードに切り替わる、すなわち、黒白画像を生成しなければならないだろう。

その理由は、画像センサに対するＩＲ放射の導入が、カメラコントローラによって実行される色補正を歪めるということである。何故ならば、ＩＲ放射は、（図９で言及される）全ての画素に影響を与え、ＩＲフィルタは、本当の色表示を提供できることが必要だからである。したがって、夜間モードは、概して、（スペクトル情報よりもむしろ強度情報のみを表示する）黒白だけにおいて提示される。本発明のある実施形態によれば、本発明に対して、日中モードと夜間モードとの間に中間状態の範囲が存在し得る。これらの中間状態では、たとえ表示される色が歪められ得るとしても、色補正のアルゴリズムが維持される。ユーザは、受け入れ可能と考えられ得る歪みの量と、本当の日中モードと本当の夜間モードが何時実行されるべきかと、を選択することができる。色の差異の情報は、たとえ色が歪められるとしても、監視状況に応じて、ユーザにとって貴重であり得る。

ここまで、本発明を可能にする設定のみについて説明してきた。以下の段落では、図３、図４、及び図５を参照しながら、第１の実施形態による方法が開示される。図３は、該方法のフローチャートであり、図４及び図５は、波長の関数として、２つの絞り設定及び関連付けられた透過した放射線を示している図である。それらのグラフは、定量的であるというよりもむしろ定性的である。図４は、日中モードから夜間モードへ移行するための方法の一部分を示しており、一方、図５は、夜間モードから日中モードへ移行するための方法の一部分を示している。

第１のステップ３１８では、モード間の移行が要求され、移行が開始され得ることが決定される。日中モードから夜間モードへの移行（図４ａ及び図４ｂ）を実行するときに、その決定は、画像センサの応答、ノイズの量、利得の設定などの、実際の測定値、すなわち、周囲光レベルが日中モードに対して不十分であることを示すパラメータに基づき得る。純粋な日中モードは、図４ａで示されている。それは、絞り開口部を完全に覆う（より低い左）ＩＲカットフィルタを有し、透過した放射線は、可視波長領域だけに存在する。

第２のステップ３２０では、絞り開口部が、所定の量だけ開口される（図４ｂのより低い部分）。その結果として、透過する放射線が、図４ｂのグラフで示されているように、赤外線領域内の波長を含み始める。

第３のステップ３２２では、所定の開口の効果が評価される。所定の開口の効果を評価することによって、特定の現在の状況に対して 適切な絞り開口部を推定することが可能であり、又は、単にモード（日中／夜間）間の完全な移行を実行することが適切であるか否かを推定することが可能である。更に、ＩＲ放射源、例えば、（内部又は外部の）ＩＲ‐ＬＥＤ照明器具が、撮像状況を改良するために作動されるべきか否かを推定することが可能である。ＩＲ‐ＬＥＤ照明器具は、カメラの中に含まれ得るか又は外部の光源によって提供され得る。内部と外部の照明構成の組み合わせも、使用され得る。

その評価の後で、適切なやり方でカメラ機構を構成することが可能になる。特に、絞り開口部の設定において、デフォルトの動作は、適切であると考えられるならば、夜間モードへ切り替わることである。本発明では、光景内に存在するＩＲ放射が撮像目的で十分であるか否か、又は、ＩＲ照明器具の作動が適切であるか否かを、推定することが可能となる。更に、利得と露光時間などの他の設定も、推定され得る。

未だ再び、スペクトル分解された情報は利用可能ではなく、画像センサは、強度のみを検出し得ることに留意されたい。その強度は、空間的に分解され得るが、全体の画像センサにわたる平均値又は全体値は、より信頼できる統計値を与え得る。最小及び最大の強度を見つけることは、重要な情報も提供し得る。しかし、絞りの特性を知ることによって、可視光を透過させるため、どれだけの面積が増加されたか、ＩＲ放射を透過させるため、どれだけの面積が増加されたかが知られる（図４の実施例では、基本的に０から幾らかまで）。

日中モードから夜間モードへの移行は、その反対よりも容易である。何故ならば、照明の程度が不十分であるときに、切り替えが本質的に行われなければならないからである。その理由で、本発明は、夜間モードから日中モードへの移行においてより明らかな利点を有する。それについては、図５を参照しながら説明されることとなる。図５ａでは、夜間モードが示されている。絞りは、ほとんど完全に開口しており、ＩＲと可視光の透過を許容する。ＩＲは、ＩＲ照明器具の使用によって高められ、可視光成分は、その状況のために当然低い。夜間モードにあるときに、特に、ＩＲ照明器具が使用されるならば、日中モードへの移行のために適切な時間を評価することは困難であり得る。図５の状況に対する本発明の適用は、図４を参照しながら説明された適用の類推であり得る。すなわち、第１のステップでは、モード間の移行が望ましいことが決定される。今記載されたことを参照して、これが、図４の実施形態の場合よりもわずかに精巧な決定を必要とし得ることに留意されたい。その原因は、夜間モードにあるときに、特に、ＩＲ照明器具が使用されるならば、状態は、周囲光が増加したときに大幅に変化しないということである。その代わりに、その決定は、具体的な動作によって支持されなければならない。第１のアプローチは、その効果を推定するためにＩＲ光源を明滅させることであり得る。その課題に対処するための代替例は、本発明の方法の開始を、多かれ少なかれより精巧なタイミングデバイスに基づかせることであり得る。タイミングデバイスは、その方法を特定の間隔で開始し得る。開始の間の間隔は、等しく開けられるか、又は日の時間帯及び／若しくは日付に関連付けられ得る。

第２のステップで、絞り開口部は、図５ｂの下側部分で示されているように、第１の所定の状態に近づけられ得る。このポイントで、透過するＩＲ放射の量は、可視光の量よりも高い程度で低減され得る。それは、図５ｂのグラフ内で明らかな比率のシフトにおいて示されている。ＩＲを透過する絞りの面積と可視光を透過する絞りの面積がどれだけ変化したかを知ることによって、絞り開口部のための適切な設定を推定することができる。より具体的には、夜間モードから日中モードへの移行が、適切な画像の質に関して成功するという何らかの希望を持ちながら、実行され得るか否かを推定することを可能にする。

この実施例では、開口部のサイズが、開口部の１００％がＩＲフィルタによって覆われる第１の開口部設定（日中モード）と、開口部の９０％がＩＲフィルタによって覆われる第２の開口部設定との間で変更されると考える。本発明の使用により、既知のパラメータ、又はカメラセンサを使用して測定することができるパラメータを使用することによって、ＩＲ放射と可視光との間の比を計算することが可能となる。
Ｚ_２／Ｙ_２＝（Ｘ_２−Ａ_２／Ａ_１×Ｘ_１）／（Ａ_２／Ａ_１×Ｘ_１）
Ａ_１は、第１の開口部開口の面積である（既知）。
Ｘ_１は、第１の全体の強度である（画像センサによって測定されるＩＲ放射と可視光）。
Ａ_２は、第２の開口部開口の面積である（既知）。
Ｘ_２は、第２の全体強度である（画像センサによって測定されるＩＲ放射と可視光）。
Ｙ_２は、第２の開口部位置における可視光の強度である。
Ｚ_２は、第２の開口部位置におけるＩＲ放射の強度である。

無論、入力として使用される実際の方程式とパラメータは、機構に応じて異なり得る。

この方程式から、可視光成分のサイズを推定することが可能となり。その成分が、撮像目的のために十分であると考えられるならば、日中モードへの切り替えが実行され得る。

この方程式のパラメータは別にして、切り替えが適切であるか否かを推定する評価は、（現在及び潜在的に）利得の設定、（現在及び潜在的に）露出時間の設定、並びに結果として得られる画像の質とモード切り替えを実行するという決定とに影響を与え得る他のパラメータも含み得る。

本発明のアイデアは、種々の構成で使用され得る。例えば、１つの用途は、夜間モードから日中モードへの移行において、（本発明の実施形態のうちの何れかによる）本発明の方法を利用するように構成され得るが、未だ、他のやり方も存在する。これは、ＩＲ照明器具が使用される状況において有用であり得る。何故ならば、その後、その光景内に沢山のＩＲ放射が存在し得ることが知られているからである。別の１つの用途では、日中モードから夜間モードへの移行において、（本発明の実施形態のうちの何れかによる）本発明の方法が使用されるが、未だ、他のやり方も存在する。また更なる用途では、本発明の方法が、移行の両方の種類に対して使用される。一代替例では、具体的な用途に対して、ユーザが、どちらの移行に対して本発明の方法が起動されるべきかを選択し得るように、その利用がユーザによって規定される。

図６ａ及び図６ｂは、絞りとフィルタのための、ある代替的な実施形態の図である。図６ａでは、三角形状の断面を有するフィルタ６１６ａが各ブレードに配置され、フィルタが重なることなしに完全なＩＲの遮断を可能にする。図６ｂでは、ブレードのうちの一方に配置された単一のフィルタ６１６ｂが存在し、ＩＲの遮断を可能にし、任意のフィルタの重なりなしに開口部サイズを変更する。

図７ａは、絞りブレード内にＩＲカットフィルタを含むことに対する一代替例を示している。すなわち、それは、その表面にわたりスペクトル透過率が変化するＩＲカットフィルタ７１６を有する。示されている実施例では、ＩＲカットフィルタが、その中央部分内の本当のＩＲカットフィルタ７２４のみであり、一方、フィルタ７１６の残りは、可視光とＩＲ放射の両方を透過する。そのようなＩＲカットフィルタを、絞りの平面の内部又は近くに固定的に配置することにより、既に開示された実施形態による方法の使用が可能になる。ＩＲカットフィルタが、絞りブレードにおけるよりもむしろ絞り開口部内に含まれる実施形態は、より精巧な絞りの構造の使用を可能にする。一実施例は、図７ｂで示されるように、虹彩絞り７１２ｂとの組み合わせである。

図面全体を通して、類似の構成要素には類似の参照番号が与えられており、図面の番号に関連する識別子においてのみ異なっている。図面の間の類似性は、読者が、異なる図面を正しく理解することを可能にし、したがって、参照番号を過剰に使用することを不必要にしている。

本開示の実施形態における絞り構成の挙動に関する一般的な特徴は、構成を通って透過するＩＲ放射と可視光との間の比率が、可能な開口部開口の範囲にわたり変動するということである。開口がより小さくなれば、本質的にＩＲ放射が透過されず（減衰は、ＩＲカットフィルタの特性によって制限されることとなる）、その比率が基本的にゼロであるポイントまで、その比率がより小さくなる（すなわち、可視部分が増加することとなる）。その比率は、開口部開口のサイズで増加するが、１までには至らない。何故ならば、ＩＲカットフィルタによって覆われている開口部開口の一部分が常に存在することとなるからである。更に、開口部開口は、本質的にＩＲ光が存在しない領域を有し得るため、その比率が一定である完全に閉じた位置に近い間隔が存在する。この間隔のサイズは、ＩＲカットフィルタのサイズによって影響され得る。

先に述べた問題に戻ると、これまでに開示された実施形態は、日中モードから夜間モードへの移行を、可動なＩＲカットフィルタが画像センサの前に配置される従来の構成よりも早く行う必要があるだろう。次に、その潜在的な解決策について説明する。その効果を排除又は軽減するために、図８で示されるように、上記の実施形態の１つに示された構成に、更なるＩＲフィルタ８１０を供給することができる。更なるＩＲフィルタは、可視放射、及び光景の照明のために使用されるＩＲ照明器具の放射に一致する波長領域のＩＲの透過を可能にするが、他のＩＲ波長領域に対しては透過しない二重帯域通過フィルタであるに違いない。この二重帯域通過フィルタは、ビーム経路内に、例えば、画像センサの前に、又はレンズハウジング上に配置される、後付け可能なフィルタとして固定的に配置されるが、明らかに他の位置に配置されてもよい。この実施形態は、わずかに異なるアプローチを可能にする。それは、図４ｂを研究するときに理解され得る。図４ｂの実施形態では、ＩＲ領域における重大な貢献が、色表現を歪め、黒白夜間モードへ戻るように移行することを必要とし得る。しかし、本実施形態に対して、ＩＲの貢献は、狭い波長領域に対応するのみであり、それは、日中モードにおける、より多くの動態（dynamics）を可能にする。効果は、狭いスペクトル感度領域のために、ＩＲ放射源が、夜間モードにおいて必要とされ得ることである。

本発明の方法は、全体の画像センサからの信号の合計を単に使用することによってもたらされ得る。元々の画像と、絞りが所定の位置に動かされた画像と、の間の比率を生成することにより、方程式系を生成することができる。方程式系の解は簡単であり、それは、順番に、夜間モードから日中モードへの移行前、及び逆の場合、並びに更なる照明を利用すべきか否かを推定したときに、成功率の予測を可能にするパラメータを明らかにする。これは、それ自身で優れているが、本発明の他の実施形態は、更なる利益ももたらし得る。

Claims (13)

1. 画像センサを有するカメラの絞り構成を逐次制御するための方法であって、前記構成が、開口絞りとして配置される絞りを備え、組み込まれたＩＲカットフィルタが、常に前記絞りの開口部開口の少なくとも一部分を覆い、前記方法が、
   初期開口部開口を有する前記絞りの閉鎖又は開口を開始すること、
   前記絞りが前記初期開口部開口を有するときに、入射する放射線の量を検出すること、
   前記絞りを通過する可視光と赤外線との間の比率を変更するために、
   前記絞りの閉鎖が開始される場合には、赤外線に対する可視光の前記比率が増加するように、前記絞りの開口部の所定の部分的な閉鎖を実行することと、
   前記絞りの開口が開始される場合には、赤外線に対する可視光の前記比率が減少するように、前記絞りの前記開口部の所定の部分的な開口を実行することと、によって、
   前記絞りの前記開口部開口を中間開口部開口へシフトすること、
   前記開口部開口の前記シフトの後で入射する放射線の量を検出すること、
   それぞれ、前記初期開口部開口と前記中間開口部開口とを有するときの、入射する放射線の前記検出された量、及び、可視光と赤外線との間の計算された比率から、光景内の可視光と赤外線の組成を計算すること、並びに
   前記絞りの前記開口部開口を新しい位置へシフトすることを含む、方法。
2. 日中モードから夜間モードへ又はその逆へのシフトにおいて、前記逐次制御が実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記絞りの閉鎖が、タイマーによってトリガされる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記タイマーが、日の時間帯及び日光の統計値に関するデータを有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記タイマーが、１０秒毎に１回、１分毎に１回、２分毎に１回などの、好適な規則的間隔で周期的にトリガ信号を出力する、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記開口部の前記所定の部分的な開口又は閉鎖が、３０％未満のオーダー、好適には２０％未満、及び示唆的には１０％のオーダーで、相対的な強度の変更をもたらすように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記カメラが、単一の画像センサを備え、入射する放射線の前記検出が、前記単一の画像センサを使用して実行される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記組成を計算するときに、撮像された前記光景内の可視光とＩＲ放射の平均組成又は全体組成を推定することを更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. カメラ、カメラコントローラ、カメラレンズ、及び前記カメラの画像センサに到達する放射線の量を制御するための絞り構成を備えた、アセンブリであって、ＩＲカットフィルタが、前記絞り構成内に組み込まれ、前記アセンブリが、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されている、アセンブリ。
10. 更なるフィルタを更に備え、前記更なるフィルタが、可視光、及びＩＲ照明源のスペクトル領域を含むスペクトル領域内の放射線を透過するが、ＩＲ領域内の他の放射線を遮断する、二重帯域通過フィルタである、請求項９に記載のアセンブリ。
11. 前記絞りが、少なくとも２つの絞りブレードを備え、前記ＩＲカットフィルタが、前記絞りブレードのうちの少なくとも１つに配置されている、請求項９又は１０に記載のアセンブリ。
12. 前記ＩＲカットフィルタが、前記絞りに隣接して配置され、前記ＩＲカットフィルタの中央部分においてＩＲカット特性を有するが、前記中央部分の半径方向外側では、前記ＩＲカット特性を有さない、請求項９から１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
13. カメラプロセッサに、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行させるためのプログラム指示命令を含む、コンピュータ可読媒体。
    

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