JP2021144139A - Imaging device, method of controlling the same, and optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体の照明と撮像とを共通の光学系を通して行う撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device that illuminates a subject and captures images through a common optical system.
被写体の照明と撮像とを共通の光学系(撮像光学系)を通して行うことで、被写体側における撮像領域に対する照明領域とのずれを小さくすることができる。 By performing the illumination and imaging of the subject through a common optical system (imaging optical system), it is possible to reduce the deviation from the illumination region with respect to the imaging region on the subject side.
特許文献1には、共通の光学系(対物レンズ)を通して物体の照明と撮像とを行う光学式検査装置が開示されている。また特許文献2には、共通の光学系(対物レンズ))を通して物体の照明と観察を行う顕微鏡が開示されている。これら光学式検査装置と顕微鏡は、光源からの照明光を対物レンズに向かわせ、対物レンズからの物体光を撮像素子または観察光学系に向かわせる光分離素子を有する。
しかしながら、照明光を光分離素子を介して光学系に向かわせる構成において、光学系に対する照明光の照射角度が適切でないと、照明光のうち光学系やこれを保持する部材での反射光が不要光として撮像素子に入射してゴーストやフレアを発生させる。また照明光の一部が光学系等によりケラレて照明領域の周辺部に到達しないと、周辺光量落ちが発生する。このため、光学系に対する照明光の照射角度を調整する必要がある。特許文献1および特許文献2では、そのような照明光の照射角度の調整を行うことができない。
However, in the configuration in which the illumination light is directed to the optical system via the light separation element, if the irradiation angle of the illumination light with respect to the optical system is not appropriate, the reflected light of the illumination light in the optical system and the member holding the optical system is unnecessary. It enters the image pickup element as light and generates ghosts and flares. Further, if a part of the illumination light is vignetted by the optical system or the like and does not reach the peripheral portion of the illumination region, the amount of peripheral light is reduced. Therefore, it is necessary to adjust the irradiation angle of the illumination light with respect to the optical system. In
本発明は、光学系に対する照明光の照射角度の調整が可能な撮像装置を提供する。 The present invention provides an imaging device capable of adjusting the irradiation angle of illumination light with respect to an optical system.
本発明の一側面としての撮像装置は、被写体から撮像光学系に入射した撮像光を撮像する撮像素子と、撮像光学系を通して被写体に照射される照明光を発する光源と、撮像光および照明光のうち一方を反射して他方を透過させることにより、照明光を撮像光学系に向かわせ、撮像光学系からの撮像光を撮像素子に向かわせる光路分離素子と、光源と光路分離素子との間に配置された照明光学系とを有する。照明光学系は、該照明光学系の光軸方向に移動可能な照明レンズを含むことを特徴とする。なお、上記撮像装置とこれを回転させる回転ユニットとを有するカメラシステムも、本発明の他の一側面を構成する。 The imaging device as one aspect of the present invention includes an imaging element that captures imaging light incident on the imaging optical system from the subject, a light source that emits illumination light that is emitted to the subject through the imaging optical system, and imaging light and illumination light. Between the light path separating element and the light source and the optical path separating element, the illumination light is directed to the imaging optical system and the imaging light from the imaging optical system is directed to the imaging element by reflecting one of them and transmitting the other. It has an arranged illumination optical system. The illumination optical system is characterized by including an illumination lens that can move in the optical axis direction of the illumination optical system. A camera system including the image pickup device and a rotation unit for rotating the image pickup device also constitutes another aspect of the present invention.
本発明によれば、照明レンズを移動させることで撮像光学系に対する照明光の照射角度を調整することができ、不要光の発生や照明光の周辺光量落ちを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to adjust the irradiation angle of the illumination light with respect to the imaging optical system by moving the illumination lens, and it is possible to suppress the generation of unnecessary light and the decrease in the amount of peripheral light of the illumination light.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1である撮像装置1を含む監視カメラシステムの構成を示している。撮像装置1は、回転ユニットとしてのパンチルトローテーションユニット2により保持される。パンチルトローテーションユニット2は、撮像装置1をパン、チルトおよびローテーション方向に回転させて撮像装置1の撮像方向を変更する。撮像装置1は、パンチルトローテーションユニット2に保持リング4と複数のビスにより取り付けられるドームカバー3により覆われる。
FIG. 1 shows the configuration of a surveillance camera system including the
図2は撮像装置1の外観を示し、図3は撮像装置1を分解して示している。図4は、撮像装置1の光学的および電気的構成を示している。撮像装置1は、撮像レンズユニット10、照明ユニット20および撮像素子ユニット30より構成されており、被写体を照明しながら該被写体の撮像を行うことができる。
FIG. 2 shows the appearance of the
撮像レンズユニット10は、被写体側から順に、第1レンズ群110、第2レンズ群120、可変絞り150、第3レンズ群130および第4レンズ群140を含む撮像光学系を有する。第1レンズ群110は第1レンズ群枠111により保持され、第1レンズ群枠111は前側筐体170に固定されている。前側筐体170は後側筐体180に固定されている。
The image
第2レンズ群120は、第2レンズ群枠121に保持されている。第2レンズ群枠121は、2群案内部材161と係合して撮像光学系の光軸(以下、撮像光軸という)Oが延びる撮像光軸方向に移動可能に支持されている。また第2レンズ群枠121は、2群回転制限部材162とも係合しており、2群案内部材161回りでの回転が制限されている。第2レンズ群枠121は、2群ラック122を保持している。2群ラック122は、ステッピングモータ等のアクチュエータを含む2群駆動部123のリードスクリュー部と係合している。2群駆動部123によってリードスクリュー部が回転されると、第2レンズ群枠121は2群ラック122と共に撮像光軸方向に駆動される。
The
第3レンズ群130は、第3レンズ群枠131に保持されている。第3レンズ群枠131は3−4群案内部材163と係合して撮像光軸方向に移動可能に支持されている。また第3レンズ群枠131は3−4群回転制限部材164とも係合しており、3−4群案内部材163回りでの回転が制限されている。第3レンズ群枠131は、3群ラック132を保持している。3群ラック132は、ステッピングモータ等のアクチュエータを含む3群駆動部133のリードスクリュー部と係合しており、3群駆動部133によりリードスクリュー部が回転されると、第3レンズ群枠131は3群ラック132と共に撮像光軸方向に駆動される。
The
第2レンズ群120および第3レンズ群130が所定の位置関係で撮像光軸方向に移動することで、撮像光学系の変倍(ズーミング)が行われる。以下、第2および第3レンズ群120,130の位置を、ズーム位置という。
By moving the
第4レンズ群140は、第4レンズ群枠141に保持されている。第4レンズ群枠141は、3−4群案内部材163と係合して撮像光軸方向に移動可能に支持されている。また第4レンズ群枠141は、3−4群回転規制部材164とも係合しており、3−4群案内部材163回りでの回転が制限されている。第4レンズ群枠141は、4群ラック142を保持している。4群ラック142は、ステッピングモータ等の4群駆動部143のリードスクリュー部と係合しており、4群駆動部143によりリードスクリュー部が回転されると、第4レンズ群枠141は4群ラック142と共に撮像光軸方向に駆動される。
The
第4レンズ群140が撮像光軸方向に移動することで、撮像光学系のフォーカシングが行われる。以下、第4レンズ群140の位置を、フォーカス位置という。
Focusing of the imaging optical system is performed by moving the
可変絞り150は、後側筐体180に固定されている。可変絞り150は、ステッピングモータ等のアクチュエータを含む絞り駆動部151により駆動されてその開口径(絞り値)が変更されることで、被写体から取り込む光量を調整する。
The
照明ユニット20は、光源部(光源系)27と、照明光学系(21,28)と、光路分離素子25とを有する。光源部27は、光源としての赤外LEDと、該赤外LEDから発せられた無偏光光としての赤外光(以下、照明光という)を直線偏光としてのS偏光(第1の偏光光)に変換する偏光変換素子とを有する。偏光変換素子は、無偏光光のうちS偏光をそのまま出射させ、S偏光とは偏光方向が異なるP偏光の偏光方向を位相板により回転させてS偏光として出射させる。なお、光源としてS偏光を発することが可能なレーザ素子を用いる場合は、偏光変換素子は不要である。光源部27は、照明筐体200に固定されている。照明筐体200は後側筐体180に固定されている。光源部27の発光中心は、照明光学系の光軸(以下、照明光軸という)X上に配置されている。
The
照明光学系は、光源部27側から順に配置された第2照明レンズ群28と第1照明レンズ群21とを含む。第2照明レンズ群28は第2照明レンズ群枠29により保持され、照明第2レンズ群枠29は照明筐体200に固定されている。
The illumination optical system includes a second
第1照明レンズ群21は、第1照明レンズ群枠22により保持されている。第1照明レンズ群枠22は、照明レンズ案内部材201と係合して照明光軸Xが延びる照明光軸方向に移動可能に支持されている。また第1照明レンズ群枠22は照明レンズ回転制限部材202とも係合しており、照明レンズ案内部材201回りでの回転が制限される。第1照明レンズ群枠22は、照明レンズラック23を保持している。照明レンズラック23は、ステッピングモータ等のアクチュエータを含む照明レンズ駆動部24のリードスクリュー部と係合している。照明レンズ駆動部24によりリードスクリュー部が回転されると、第1照明レンズ群枠22は照明レンズラック23と共に照明光軸方向に駆動される。第1照明レンズ群21が照明光軸方向に移動することで、光源部27から出射した照明光の光束サイズと照射角度を調整することができる。
The first
光路分離素子25は、偏光ビームスプリッタ(PBS)であり、S偏光を反射し、該S偏光とは偏光方向が異なるP偏光(第2の偏光光)を透過させる特性を有する。光路分離素子25は、照明光学系から出射したS偏光としての照明光を反射して撮像光学系に向かわせ、被写体が含まれる撮像領域から撮像光学系に入射した撮像光のうちP偏光を透過させて後述する撮像素子31に向かわせる。光路分離素子25はPBS保持部材26により保持され、PBS保持部材26は後側筐体180に固定されている。照明光軸Xは、撮像光軸Oと直交し、光路分離素子25と撮像光軸Oとの交点を通る。
The optical
撮像素子ユニット30は、撮像素子31を保持している。撮像素子31は、その中心が撮像光軸O上に位置するように保持されている。撮像素子ユニット30は、後側筐体180に固定されている。
The
撮像素子31は、CCDセンサやCMOSセンサ等の光電変換素子により構成され、光路分離素子25を透過したP偏光としての撮像光(が形成する被写体像)を撮像する。一方、撮像光学系から被写体を含む照明領域に向けて照射されたS偏光としての照明光は、被写体にて拡散反射されて無偏光光となり、該無偏光光のうちP偏光が撮像光として撮像素子31に到達する。このため、被写体の照明と撮像とを同時に行うことが可能である。
照明光が撮像光が共通の光学系である撮像光学系を通過するため、撮像領域と照明領域とのずれ(パララクス)が少ない。すなわち、照明領域の位置と大きさを撮像領域の位置と大きさに合わせることができる。
The
Since the illumination light passes through the imaging optical system, which is an optical system in which the imaging light is common, there is little deviation (paralux) between the imaging region and the illumination region. That is, the position and size of the illumination area can be adjusted to the position and size of the imaging area.
図4に示すカメラ制御部401は、CPUやMPU等を含むマイクロコンピュータであり、不図示のネットワーク(LANやインターネット等)を介して外部コントローラとしてのパーソナルコンピュータ(PC)402と通信を行う。カメラ制御部401は、PC402からの指示を受けて、2群駆動部123、3群駆動部133、4群駆動部143および絞り駆動部151を制御する。
The
またカメラ制御部401は、撮像素子31から読み出したアナログ信号としての撮像信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号に各種画像処理を行って画像データを生成する。画像データは、上記ネットワークを介してPC402に送信され、該PC402においてモニタに表示されたり記録されたりする。
Further, the
さらにカメラ制御部401は、光源部27と照明レンズ駆動部24も制御する。カメラ制御部401が光源部27に点灯を指示すると、光源部27内の光源が点灯して光源部27から照明光が出射される。カメラ制御部401は、光源部27からの照明光の強度(光量)も制御する。またカメラ制御部401は、撮像光学系への照明光の照射角度が適切になるように照明レンズ駆動部24を介して第1照明レンズ群21の照明光軸方向での位置(移動)を制御する。以下、カメラ制御部401による第1照明レンズ群21の位置制御について説明する。
Further, the
撮像光学系に照明光が入射する際に撮像レンズユニット10内の筐体(前側筐体170等)の内壁、レンズ群枠121,131,141および可変絞り150等にて照明光が反射すると、該反射光が不要光としてゴーストやフレアを発生させる。また撮像レンズユニット10内で照明光の一部がケラレると、照明領域の周辺部に到達する照明光量が少なくなって周辺光量落ちが発生する。
When the illumination light is incident on the imaging optical system, the illumination light is reflected by the inner wall of the housing (
図5は、本実施例における撮像光と照明光の光路を示している。ここでは、撮像光学系における最も撮像素子側のレンズ面(第4レンズ群140の撮像素子側レンズ面)を最終レンズ面とし、図中のA部に示すように照明光学系から出射して光路分離素子25で反射した照明光(点線)の最終レンズ面(またはその近傍)での開口数としての照明開口数をNsとする。また、撮像素子31(またはその近傍)において撮像光のうち最大像高に結像する主光線(図に実線で示す)と撮像光軸Oとがなす角度をθとする。さらに、撮像素子31(またはその近傍)において上記主光線と上線または下線(図に破線で示す)とがなす角度をθδとする。このとき、照明開口数Nsが、
θ−θδ≦arcsin(Ns)≦θ+θδ (1)
なる条件を満足する位置に第1照明レンズ群21が移動するように照明レンズ駆動部24を制御する。より好ましくは、
arcsin(Ns)=θ (2)
となるように第1照明レンズ群21の位置を制御する。これにより、照明光が撮像レンズユニット10内で反射したりケラレたりすることによる不要光の発生や照明光の周辺光量落ちを抑制することができる。
FIG. 5 shows the optical paths of the imaging light and the illumination light in this embodiment. Here, the lens surface closest to the image pickup element (lens surface on the image pickup element side of the fourth lens group 140) in the image pickup optical system is set as the final lens surface, and as shown in part A in the drawing, the light path is emitted from the illumination optical system. Let Ns be the numerical aperture of the illumination light (dotted line) reflected by the
θ-θδ ≤ arcsin (Ns) ≤ θ + θδ (1)
The illumination
arcsin (Ns) = θ (2)
The position of the first
図6のフローチャートは、カメラ制御部401が第1照明レンズ群21の照明光軸方向での位置を制御するために実行する照明制御処理(制御方法)を示している。カメラ制御部401は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。図7は、カメラ制御部401が保持する、撮像光学系のズーム位置とフォーカス位置に応じた第1照明レンズ群21の位置を示すデータテーブルを示している。図6および図7では、第1照明レンズ群21を単に「照明レンズ」と記している。
The flowchart of FIG. 6 shows an illumination control process (control method) executed by the
カメラ制御部401は、ステップS501において、PC402からの指示に応じてズーム位置またはフォーカス位置を変更したか否かを判定する。カメラ制御部401は、PC402からのズーミング指示に応じてズーム位置を変更する。なお、ズーム位置を変更すると撮像光学系のピント位置(像面)がずれるので、これを補正するようにカメラ制御部401はフォーカス位置も変更する。またカメラ制御部401は、PC402からのフォーカシング指示に応じて、ズーム位置を変更せずにフォーカス位置を変更する。ズーム位置またはフォーカス位置を変更した場合はステップS502に進み、そうでない場合は本処理を終了する。
In step S501, the
ステップS502では、カメラ制御部401は、上記変更後(現在)のズーム位置およびフォーカス位置を取得する。例えば、初期ズーム位置から2群駆動部123または3群駆動部133に印加された駆動パルス信号のパルス数をカウントすることで現在のズーム位置を取得する。同様に初期フォーカス位置から4群駆動部143に印加された駆動パルス信号のパルス数をカウントすることで現在のフォーカス位置を取得する。ただし、不図示の位置センサを用いてズーム位置やフォーカス位置を検出することで取得してもよい。
In step S502, the
そしてステップS503では、カメラ制御部401は、図7に示すテーブルデータから、上記変更後のズーム位置(0,1,2,…)とフォーカス位置(0,1,2,…)に対応する第1照明レンズ群21の位置(0,1,2,…,5,6,…,10,11,…)を読み出す。ズーム位置やフォーカス位置が変更されると、撮像光のうち最大像高に結像する主光線と撮像光軸Oとが撮像素子31上でなす角度θが変化するため、上述した照明開口数Nsを調整する必要がある。そこで、ズーム位置ごとおよびフォーカス位置ごとの第1照明レンズ群21を配置すべき位置を(1)式を満足するように予め計算してデータテーブルとしてカメラ制御部401に記憶させておく。
Then, in step S503, the
次にステップS504では、カメラ制御部401は、ステップS503で読み出した位置に第1照明レンズ群21が移動するように照明レンズ駆動部24を制御する。この際、カメラ制御部401は、初期レンズ位置から照明レンズ駆動部24に印加された駆動パルス信号のパルス数をカウントすることで取得しておいた現在の第1照明レンズ群21の位置とステップS503で読み出した位置との差分を算出し、該差分に相当するパルス数の駆動パルス信号を照明レンズ駆動部24に印加する。そして本処理を終了する。
Next, in step S504, the
本実施例によれば、撮像レンズユニット10のズーム位置やフォーカス位置が変更された場合でも、不要光の撮像素子31への入射や照明光の周辺光量落ちを抑制することができる。
(変形例1)
図8のフローチャートは、実施例1の変形例1においてカメラ制御部401が第1照明レンズ群21の照明光軸方向での位置を制御するために実行する照明制御処理を示している。図9は、本変形例においてカメラ制御部401が保持する、撮像光学系の絞り値(F値)とズーム位置とフォーカス位置に応じた第1照明レンズ群21の位置を示すデータテーブルを示している。図8および図9では、第1照明レンズ群21を単に「照明レンズ」と記している。
According to this embodiment, even when the zoom position and the focus position of the image
(Modification example 1)
The flowchart of FIG. 8 shows the illumination control process executed by the
カメラ制御部401は、ステップS511において、PC402からの指示に応じてズーム位置、フォーカス位置または絞り値を変更したか否かを判定する。カメラ制御部401は、PC402からの絞り値の指令に応じて、可変絞り150が指令された絞り値になるように絞り駆動部151を制御する。ズーム位置、フォーカス位置または絞り値を変更した場合はステップS512に進み、そうでない場合は本処理を終了する。
In step S511, the
ステップS512では、カメラ制御部401は、上記変更後(現在)のズーム位置、フォーカス位置および絞り値を取得する。例えば、初期絞り値から絞り駆動部151に印加された駆動パルス信号のパルス数をカウントすることで、現在の絞り値を取得する。
そしてステップS513では、カメラ制御部401は、図9に示すテーブルデータから、上記変更後の絞り値(1.4,2.0,…)とズーム位置(0,1,…)とフォーカス位置(0,1,2,…)に対応する第1照明レンズ群21の位置(0,1,2,3,…,5,6,…,7,8,…)を読み出す。撮像レンズユニット10が口径食を有する場合、絞り値が変化すると撮像光のうち最大像高に結像する主光線と撮像光軸Оとが撮像素子31上でなす角度θが変化するため、フォーカス位置とズーム位置の変更に加えて、絞り値が変更された場合においても上述した照明開口数Nsを調整する必要がある。そこで、絞り値ごと、ズーム位置ごとおよびフォーカス位置ごとの第1照明レンズ群21を配置すべき位置を(1)式を満足するように予め計算してデータテーブルとしてカメラ制御部401に記憶させておく。
In step S512, the
Then, in step S513, the
次にステップS514では、カメラ制御部401は、ステップS513で読み出した位置に第1照明レンズ群21が移動するように照明レンズ駆動部24を制御する。そして本処理を終了する。
Next, in step S514, the
本実施例によれば、撮像レンズユニット10のズーム位置、フォーカス位置および絞り値が変更された場合でも、不要光の撮像素子31への入射や照明光の周辺光量落ちを抑制することができる。
(変形例2)
図10は、変形例1をさらに変形した変形例2としての撮像装置1aの外観を示している。本実施例では、撮像レンズユニット10aが撮像装置本体(後側筐体180)に対して着脱可能な交換レンズユニットである。様々な型式の撮像レンズユニット10aが、撮像装置本体に設けられたマウント部Mにバヨネット結合等により機械的にかつ電気的に接続される。
According to this embodiment, even when the zoom position, focus position, and aperture value of the image
(Modification 2)
FIG. 10 shows the appearance of the
図11のフローチャートは、本変形例においてカメラ制御部401が第1照明レンズ群21の照明光軸方向での位置を制御するために実行する照明制御処理を示している。図12は、本変形例においてカメラ制御部401が保持する、撮像レンズユニット10aの型式と撮像光学系の絞り値(F値)とズーム位置とフォーカス位置に応じた第1照明レンズ群21の位置を示すデータテーブルを示している。図11および図12では、第1照明レンズ群21を単に「照明レンズ」と記している。
The flowchart of FIG. 11 shows the illumination control process executed by the
カメラ制御部401は、ステップS521において、撮像レンズユニット10aが撮像装置本体に装着されたか否かを判定する。撮像レンズユニット10aが装着された場合はステップS522に進み、撮像レンズユニット10aが装着されていない場合は本処理を終了する。
In step S521, the
ステップS522では、カメラ制御部401は、装着された撮像レンズユニット10aの型式(識別番号や製造番号でもよい)、ズーム位置、フォーカス位置および絞り値を取得する。
In step S522, the
そしてステップS513では、カメラ制御部401は、図12に示すテーブルデータから、着された撮像レンズユニット10aの型式(A,B,…)と絞り値(1.4,2.0,…)とズーム位置(0,1,…)とフォーカス位置(0,1,2,…)に対応する第1照明レンズ群21の位置(0,1,2,3,…,5,6,…,7,8,…,13,14,…,17,18,…)を読み出す。装着された撮像レンズユニット10aが備えた撮像光学系によって、撮像光のうち最大像高に結像する主光線と撮像光軸Оとが撮像素子31上でなす角度θが変化するため、上述した照明開口数Nsを調整する必要がある。そこで、撮像レンズユニット10aの型式ごとに、絞り値ごと、ズーム位置ごとおよびフォーカス位置ごとの第1照明レンズ群21を配置すべき位置を(1)式を満足するように予め計算してデータテーブルとしてカメラ制御部401に記憶させておく。
Then, in step S513, the
次にステップS524では、カメラ制御部401は、ステップS523で読み出した位置に第1照明レンズ群21が移動するように照明レンズ駆動部24を制御する。そして本処理を終了する。
Next, in step S524, the
本実施例によれば、互いに異なる撮像光学系を備えた撮像レンズユニット10aが装着された場合でも、そのズーム位置、フォーカス位置および絞り値にかかわらず、不要光の撮像素子31への入射や照明光の周辺光量落ちを抑制することができる。
According to this embodiment, even when image
なお、ズーム位置、フォーカス位置、絞り値および型式のうちいずれかの変更にもかかわらず照明開口数Nsが上述した(1)式を満足していれば、カメラ制御部401は第1照明レンズ群21を移動させない制御を行ってもよい。
If the number of illumination apertures Ns satisfies the above-mentioned equation (1) despite the change of any of the zoom position, the focus position, the aperture value, and the model, the
また、本実施例では、ズーム位置、フォーカス位置、絞り値および型式に対する第1照明レンズ群21の位置を予め記憶されたデータテーブルから読み出す場合について説明したが、それらが変更されるごとに第1照明レンズ群21の位置を演算式を用いて算出してもよい。
Further, in this embodiment, the case where the position of the first
図13は、本発明の実施例2である撮像装置1bの光学的および電気的構成を示している。本実施例において、実施例1(図3)と共通する構成要素には実施例1と同符号を付す。本実施例の撮像装置1bは、実施例1に対して、照明ユニット20と撮像素子31の位置とを入れ替えた構成を有する。他の構成は実施例1と同じである。
FIG. 13 shows the optical and electrical configurations of the
照明ユニット20において、光源部27bは、赤外LEDと、該赤外LEDから発せられた無偏光光としての赤外光(照明光)を直線偏光としてのP偏光(第1の偏光光)に変換する偏光変換素子とを有する。偏光変換素子は、無偏光光のうちP偏光をそのまま出射させS偏光の偏光方向を位相板により回転させてP偏光として出射させる。なお、光源としてP偏光を発することが可能なレーザ素子を用いる場合は、偏光変換素子は不要である。
In the
光路分離素子25は、実施例1と同様に、S偏光(第2の偏光光)を反射し、P偏光を透過させる特性を有する偏光ビームスプリッタである。光路分離素子25は、照明光学系から出射したP偏光としての照明光を透過させて撮像光学系に向かわせ、被写体が含まれる撮像領域から撮像光学系に入射した撮像光のうちS偏光を透過させて撮像素子31に向かわせる。
The optical
光路分岐素子25から撮像素子31までの撮像光軸O2は、照明光軸Xと直交し、光路分離素子25と撮像光軸Oとの交点を通る。また照明光軸Xは、撮像光軸Oと同軸である。撮像素子31は、その中心が撮像光軸O2上に位置するように保持されている。
The imaging optical axis O2 from the optical
撮像素子31は、光路分離素子25を透過したP偏光としての撮像光(が形成する被写体像)を撮像する。一方、撮像光学系から被写体を含む照明領域に向けて照射されたP偏光としての照明光は、被写体にて拡散反射されて無偏光光となり、該無偏光光のうちS偏光が撮像光として撮像素子31に到達する。このため、被写体の照明と撮像とを同時に行うことが可能である。
The
本実施例でも、実施例1と同様に、照明光と撮像光とが共通の光学系である撮像光学系を通過するため、撮像領域と照明領域とのパララクスが少ない。 In this embodiment as well, as in the first embodiment, since the illumination light and the imaging light pass through the imaging optical system which is a common optical system, there is little paralux between the imaging region and the illumination region.
また本実施例でも、実施例1と同様に、撮像光学系に照明光が入射する際に撮像レンズユニット10内の筐体の内壁、レンズ群枠および可変絞り150等にて照明光が反射すると、該反射光が不要光としてゴーストやフレアを発生させる。また撮像レンズユニット10内で照明光の一部がケラレると、照明領域の周辺部に到達する照明光量が少なくなって周辺光量落ちが発生する。
Further, also in this embodiment, as in the first embodiment, when the illumination light is incident on the imaging optical system, the illumination light is reflected by the inner wall of the housing in the
図14は、本実施例における撮像光と照明光の光路を示している。ここでは、図中のC部に示すように照明光学系から出射して光路分離素子25を透過した照明光(点線)の撮像光学系の最終レンズ面(またはその近傍)での開口数としての照明開口数をNsとする。また、撮像素子31(またはその近傍)において撮像光のうち最大像高に結像する主光線(図に実線で示す)と撮像光軸O2とがなす角度をθとする。さらに、撮像素子31(またはその近傍)において上記主光線と上線または下線(図に破線で示す)とがなす角度をθδとする。このとき、照明開口数Nsが、
θ−θδ≦arcsin(Ns)≦θ+θδ
なる条件を満足する位置に第1照明レンズ群21が移動するように照明レンズ駆動部24を制御する。より好ましくは、
arcsin(Ns)=θ (2)
となるように第1照明レンズ群21の位置を制御する。これにより、照明光が撮像レンズユニット10内で反射したりケラレたりすることによる不要光の発生や照明光の周辺光量落ちを抑制することができる。第1照明レンズ群21の位置を制御するための照明制御処理は、実施例1と同様である。
FIG. 14 shows the optical paths of the imaging light and the illumination light in this embodiment. Here, as shown in part C in the drawing, the numerical aperture of the illumination light (dotted line) emitted from the illumination optical system and transmitted through the optical
θ-θδ ≤ arcsin (Ns) ≤ θ + θδ
The illumination
arcsin (Ns) = θ (2)
The position of the first
図15は本発明の実施例3である撮像装置1cの外観を示し、図16は撮像装置1cを分解して示している。本実施例において、実施例1(図2および図3)と共通する構成要素には実施例1と同符号を付す。本実施例の撮像装置1cでは、監視カメラシステムの設置時に第1照明レンズ群21の位置を設置者が手動により調整できるように照明ユニット20cが構成されている。
FIG. 15 shows the appearance of the
照明ユニット20cにおいて、第2照明レンズ群28を保持する第2照明レンズ群枠29は、照明固定筒203に固定されている。照明固定筒203は、後側筐体180に固定されている。照明回転筒204は、照明固定筒203と第2照明レンズ群枠29とに係合しており、照明光軸X回りに回転可能に保持されている。
In the
第1照明レンズ群21を保持する第1照明レンズ群枠22は係合ピン部22aを有し、該係合ピン部22aは照明固定筒203に形成された直線案内溝部203aと係合している。これにより、第1照明レンズ群枠22は、照明光軸方向に移動可能に支持される。また係合ピン部22aは照明回転筒204に形成されたカム溝部204aとも係合している。このため、照明回転筒204が照明光軸X回りにて手動回転されると、直線案内部203aにより照明光軸方向に案内される係合ピン部22aがカム溝部204aから照明光軸方向での駆動力を受ける。これにより、第1照明レンズ群枠22(つまりは第1照明レンズ群21)は照明光軸方向に移動する。
The first illumination
第1照明レンズ群21の位置調整方法について説明する。まず第1照明レンズ群21の位置調整を行うための調整撮像を行う。具体的には、撮像レンズユニット10を照明光使用時のズーム位置、フォーカス位置および絞り値に設定する。その後、光源部27を点灯させ、撮像素子31により取得した画像データをPC402に伝達してモニタに撮像画像を表示させる。調整撮像時の撮像素子31のゲイン、シャッタスピードおよびホワイトバランスは一定にする。なお、調整撮像時は撮像レンズユニット10にレンズキャップを取り付けるか撮像素子31の撮像面に平行な平面を被写体像にすることが好ましい。
A method of adjusting the position of the first
次に、表示された撮像画像を確認しながら、照明回転筒204を手動で回転させることにより、第1照明レンズ群21を照明光軸向に移動させる。このとき、実施例1で説明した照明開口数Nsが(1)式を満足する位置に第1照明レンズ群21を移動させることにより、ゴーストやフレアによる照度むらや周辺光量落ちが低減した撮像画像が得られる。
Next, the first
なお、本実施例において、実施例1の変形例2と同様に撮像レンズユニット10が交換レンズユニットであってもよく、実施例2と同様に照明ユニット20cと撮像素子ユニット30の配置を入れ替えてもよい。
In this embodiment, the image
図17は、本発明の実施例4である撮像装置1dの光学的および電気的構成を示している。本実施例において、実施例1(図3)と共通する構成要素には実施例1と同符号を付す。
FIG. 17 shows the optical and electrical configurations of the
撮像装置1dがレンズ交換タイプである場合には、互いに最大像高が異なる交換レンズユニットとしての撮像レンズユニット10dが装着される場合がある。装着された撮像レンズユニット10dの最大像高にかかわらずゴースト等の不要光や周辺光量落ちを抑制するためには、第1照明レンズ群21を移動させて撮像レンズユニット10の最終レンズ面近傍での照明開口数Nsを調整するだけでなく、光路分離素子25に入射する照明光の照射範囲も調整する必要がある。
When the
このため、本実施例では、照明ユニット20dを、第1照明レンズ群21だけでなく、光源部27および第2照明レンズ群28を照明光軸方向に移動させることができるように構成している。他の構成は実施例1と同じである。
Therefore, in this embodiment, the illumination unit 20d is configured so that not only the first
光路分離素子25上での照明光の照射範囲の調整は、第1照明レンズ群21の位置を固定した状態で、カメラ制御部401がステッピングモータ等のアクチュエータを含む光源駆動部205を制御して光源部27と第2照明レンズ群28を一体に照明光軸方向に移動させることで行う。これにより、第1照明レンズ群21を照明光軸方向に移動させても、第1照明レンズ群21に入射する照明光の開口数を維持することが可能となる。こうして、上記照明開口数Nsの調整と光路分離素子25上での照明光の照射範囲の調整とが可能となる。
To adjust the irradiation range of the illumination light on the optical
なお、本実施例において、実施例2と同様に照明ユニット20cと撮像素子ユニット30の配置を入れ替えてもよい。
In this embodiment, the arrangement of the
実施例1〜4において、ズーミングやフォーカシングが手動で行われてもよく、この場合は位置センサを用いてズーム位置やフォーカス位置を検出して取得してもよい。 In Examples 1 to 4, zooming and focusing may be performed manually. In this case, the zoom position and the focus position may be detected and acquired by using a position sensor.
また実施例1〜4において、照明光学系が可変絞りを備えていてもよい。こり場合、可変絞りは、第1照明レンズ群21と光路分離素子25との間または第1照明レンズ群21と第2照明レンズ群28との間に配置されることが好ましい。可変絞りをマスクとして使用することで、調整された照明光学系の光路外に出射する不要な照明光を低減することができる。
Further, in Examples 1 to 4, the illumination optical system may include a variable diaphragm. In this case, the variable diaphragm is preferably arranged between the first
さらに実施例1〜4において、撮像レンズユニット10(10a,10d)は単焦点レンズであってもよい。また実施例1〜4において、光源部27内の光源は、白色光源や単色光源等の可視光光源であってもよい。
Further, in Examples 1 to 4, the imaging lens unit 10 (10a, 10d) may be a single focus lens. Further, in Examples 1 to 4, the light source in the
また、実施例1〜4において、光路分離素子25は無偏光ビームスプリッタであってもよい。その場合は光源部27の偏光変換素子は不要である。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Further, in Examples 1 to 4, the optical
(Other Examples)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。 Each of the above-described examples is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each of the examples in carrying out the present invention.
1 撮像装置
10 撮像レンズユニット
20 照明ユニット
21 第1照明レンズ群
25 光路分離素子
27 光源部
31 撮像素子
1
Claims (11)
前記撮像光学系を通して前記被写体に照射される照明光を発する光源と、
前記撮像光および前記照明光のうち一方を反射して他方を透過させることにより、前記照明光を前記撮像光学系に向かわせ、前記撮像光学系からの前記撮像光を前記撮像素子に向かわせる光路分離素子と、
前記光源と前記光路分離素子との間に配置された照明光学系とを有し、
前記照明光学系は、該照明光学系の光軸方向に移動可能な照明レンズを含むことを特徴とする撮像装置。 An image sensor that captures the imaging light incident on the imaging optical system from the subject,
A light source that emits illumination light that illuminates the subject through the imaging optical system,
By reflecting one of the imaging light and the illumination light and transmitting the other, the illumination light is directed to the imaging optical system, and the imaging light from the imaging optical system is directed to the imaging element. Separation element and
It has an illumination optical system arranged between the light source and the optical path separation element.
The illumination optical system is an imaging device including an illumination lens that can move in the optical axis direction of the illumination optical system.
該アクチュエータを制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 An actuator that moves the illumination lens in the direction of the optical axis,
The imaging device according to claim 1, further comprising a control means for controlling the actuator.
前記制御手段は、前記ズーミングに応じて前記照明レンズの位置を変更するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The imaging optical system is capable of zooming and can be zoomed.
The imaging device according to claim 2, wherein the control means controls the actuator so as to change the position of the illumination lens according to the zooming.
前記制御手段は、前記フォーカシングに応じて前記照明レンズの位置を変更するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The imaging optical system is capable of focusing and
The imaging device according to claim 2, wherein the control means controls the actuator so as to change the position of the illumination lens according to the focusing.
前記制御手段は、前記可変絞りの絞り値の変化に応じて前記照明レンズの位置を変更するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The imaging optical system includes a variable diaphragm.
The imaging device according to claim 2, wherein the control means controls the actuator so as to change the position of the illumination lens in response to a change in the aperture value of the variable aperture.
前記制御手段は、前記撮像装置に装着された前記撮像光学系に応じて前記照明レンズの位置を変更するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The imaging optical system can be attached to and detached from the imaging device.
The imaging device according to claim 2, wherein the control means controls the actuator so as to change the position of the illumination lens according to the imaging optical system mounted on the imaging device.
θ−θδ≦arcsin(Ns)≦θ+θδ
なる条件を満足する位置に前記照明レンズを移動させるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項2から6のいずれか一項に記載の撮像装置。 The control means uses the lens surface closest to the image pickup element in the image pickup optical system as the final lens surface, and the illumination light emitted from the illumination optical system and reflected or transmitted by the optical path separation element on the final lens surface. The numerical aperture is the numerical aperture of illumination Ns, the angle formed by the main ray forming the maximum image height of the imaging light in the imaging element and the optical axis of the imaging optical system is θ, and the main ray in the imaging element. When the angle between the upper line and the lower line is θδ, the numerical aperture Ns of illumination is
θ-θδ ≤ arcsin (Ns) ≤ θ + θδ
The imaging apparatus according to any one of claims 2 to 6, wherein the actuator is controlled so as to move the illumination lens to a position satisfying the above condition.
前記光路分離素子は、前記第1の偏光光および該第1の偏光光とは偏光方向が異なる前記撮像光としての第2の偏光光のうち一方を反射して他方を透過させる偏光分離素子であることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の撮像装置。 It has a light source system that includes the light source and emits a first polarized light that becomes the illumination light.
The optical path separation element is a polarization separation element that reflects one of the first polarized light and the second polarized light as the imaging light whose polarization direction is different from that of the first polarized light and transmits the other. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the image pickup apparatus is provided.
該撮像装置を回転させる回転ユニットとを有することを特徴とするカメラシステム。 The imaging device according to any one of claims 1 to 10.
A camera system including a rotating unit for rotating the image pickup device.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2020042620A JP2021144139A (en) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Imaging device, method of controlling the same, and optical device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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