JP6560333B2 - 赤外線フィルタ構成 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線フィルタの改良された構成に関し、特に、カメラのための撮像ユニットで使用される赤外線フィルタに関する。

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照明器具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。出願書類の全体を通して、「ＩＲカットフィルタ」及び「ＩＲフィルタ」は、相互交換可能に使用され、その文脈が意味を明確にすることとなる。ＩＲカットフィルタが配置された状態で、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、何らの色情報も含まず、色表示を歪めることとなる。だから、代わりに、強度情報が、グレースケール（又は任意の所望のカラースケールを有する）強度画像として表示され得る。これは、１つの画素に対して色を生成するために使用された色チャネルが、結合されて単一の強度信号になることも意味する。夜間モードの性能を更に改良するために、ＩＲ光照明器具が追加され得る。

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。切り替えに関連付けられた独特な「クリック」音が、一時的な低い画像の質のしばしば望ましくない効果に追加され得る。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、より詳細な実施例が存在する。

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、開口面又は開口絞り（aperture stop）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、改良されたＩＲフィルタ構成に関する。

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となるであろう。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。

先行技術の欠点を除去し又は軽減する労力において、本発明は、カメラのためのＩＲフィルタ構成を提供する。フィルタ構成は、ＩＲ照明器具からのもの以外のＩＲ周波数を除去する、固定的に配置される帯域通過ＩＲフィルタ、及び、固定される帯域通過フィルタによって透過される任意のＩＲ波長を少なくとも遮断する、ＩＲカットフィルタを備える。ＩＲカットフィルタは、カメラの絞り内に組み込まれ、それによって、絞り開口部の閉鎖は、ＩＲカットフィルタによって覆われる絞り開口部の相対的な割合の増加を伴い、絞り開口部の開口は、ＩＲカットフィルタによって覆われる絞り開口部の相対的な割合の減少を伴う。

本発明の構成は、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。

１つ又は幾つかの実施形態では、ＩＲカットフィルタが、ＩＲ照明器具からの波長を含む狭いスペクトル領域内の透過を遮断する。ＩＲ帯域通過フィルタと組み合わされて、センサに到達するＩＲ放射の完全な消滅が達成され、それは、日中モードのための有益な課題である。無論、ＩＲカットフィルタは、そのような配置が好ましいならば、（少なくとも、画像センサがスペクトル感度を有する）特定の波長より上の全体のＩＲ領域内の透過を妨げることもできる。

１以上の実施形態では、固定的に配置される帯域通過フィルタが、画像センサの直前に、カメラのためのレンズ構成内に、又はカメラのためのレンズ構成の前に配置され得る。本発明は、固定的に配置されるフィルタが、レンズ又はカメラシステム内の幾つかの異なる位置に配置されることを可能にする。これは、注文通りの構成の利点を最大限利用することができる。多くの実施形態では、フィルタを、画像センサ上又はその近く、又は潜在的にはレンズ面上又はその近くに配置することが好適であり得る。

ＩＲカットフィルタは、カメラに関連付けられた撮像システムの開口絞りの内部又は近くに好適に配置され、したがって、本明細書で説明されるそのような位置決めのポジティブな効果を可能にする。

更なる実施形態では、ＩＲカットフィルタが、撮像システム内に含まれる絞りブレードの少なくとも一部分として配置され得る。このやり方では、ＩＲカットフィルタが、絞りブレードを作動させるのと同じ機構を用いて作動され得る。

ＩＲカットフィルタも固定的に配置される１以上の実施形態では、それが、規定されたやり方でＩＲを遮断する中央部分と、ＩＲを透過する周辺部分とを含み、中央部分は、好適には撮像システム内に含まれる絞り開口部の形状と合致する形状を有する。絞りがより大きく閉鎖される際に、絞り開口部がＩＲカットフィルタによって覆われるならば、一時的に、ＩＲカットフィルタは絞り開口部全体を覆うことになる。

構成は、入射する放射線がセンサに到達することを妨げるために、固定的に配置されるＩＲ帯域通過フィルタのみが配置される夜間モードと、固定的に配置されるＩＲ帯域通過フィルタ及びＩＲカットフィルタの両方が、センサに降り注ぐ放射線を遮断するように配置される日中モードとを有する。夜間モードと日中モードとの間に、混合モードを有する連続的な設定が存在する。

別の一態様によれば、本発明は、以前の又は以降に説明による、ＩＲフィルタ構成を逐次制御するための方法に関する。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、
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、
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と、によって、
絞りの開口部開口を中間開口部開口へシフトすること、
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、
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、並びに
適切ならば、絞りの開口部開口を新しい位置へシフトすることを含む。

本発明の方法は、単純な制御サイクルによって、第１のモードから第２のモードへ移行するための成功率の予測を可能にする。該方法は、１つ又は多くの実施形態による、本発明の構成の文脈で使用されるときに、迅速に実行され得る。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、逐次制御が実行される。すなわち、本構成が、ある使用範囲の１つの終了から別の使用範囲へ移行を実行するときに、逐次制御が実行される。

絞りの開口は、日中モードから夜間モードへの移行が存在するときに実行される。適切な撮像のための十分な周囲光が存在しないことを、カメラのコントローラが検出したときに、この移行は実行され得る。しかし、任意の実施形態で、絞りの閉鎖はタイマーによってトリガされ得る。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を出力し得る。

１以上の実施形態では、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。

全ての又は多くの実施形態では、日中モードから夜間モードへの移行において使用されるときに、該方法は、関連付けられたＩＲ照明器具の作動（例えば、ＩＲ照明器具をオンにすること）を含み得る。その後、他の方向への移行、すなわち、夜間モードから日中モードへの移行は、ＩＲ照明器具をオフにすることを含む。

カメラ機構の概略図である。 本発明の実施形態との関連で使用され得るスペクトルフィルタの透過曲線を示すグラフである。 本発明の実施形態との関連で使用され得るスペクトルフィルタの透過曲線を示すグラフである。 絞りとＩＲカットフィルタに関連する更なる実施形態を概略的に示す。 絞りとＩＲカットフィルタに関連する更なる実施形態を概略的に示す。 絞りとＩＲカットフィルタに関連する更なる実施形態を概略的に示す。 絞りとＩＲカットフィルタに関連する更なる実施形態を概略的に示す。 絞りとＩＲカットフィルタに関連する更なる実施形態を概略的に示す。 本発明の一実施形態による方法を示す概略的なフローチャートである。

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、従って、参照番号を過剰に使用することを不必要にしている。

本発明の構成は、３つの機能的な構成要素を備える。図１では、それらの構成要素が、デジタルビデオカメラ１００の文脈で概略的に示されている。ビデオカメラは、画像センサ１０２とカメラレンズハウジング１０４を有し、フィルタ１０６が、画像センサの前に配置されている。フィルタは、固定的に配置されるＩＲ帯域通過フィルタ１０６であり、それは、本発明の構成の第１の機能的な構成要素を表す。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１０８と絞り１１０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１１０は、レンズシステム１０８の開口絞り内（又は物理的に可能なように開口絞りの近く）に配置され得る。絞り１１０は、本発明の構成の第２の構成要素を表す。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、実際の画像内の配光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１１０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。絞り１１０の隣に又は平面内に、ＩＲカットフィルタ１１２が配置される。それは、本発明の第３の構成要素を表し、以降、３つの構成要素が、より詳細に説明されることとなる。

第１の、最も複雑ではない、構成要素は、固定的に配置されるＩＲ帯域通過フィルタ１０６である。そのフィルタの目的は、可視波長の、及び、ＩＲ照明器具の分光透過率に対応する狭い波長領域の透過のみを可能にすることであり、すなわち、他のＩＲ波長は画像センサに到達することが妨げられるはずである。ＣＭＯＳセンサなどの通常の画像センサは、波長、スペクトル感度で変動する、応答曲線を有する。フィルタ構成が、制限された量において、このスペクトル感度の外側の波長の透過を許容するならば、それは概して受け入れ可能である。

ＩＲ帯域通過フィルタの上述の性能は、単一のフィルタ１０６によって提供されることが好適だが、２つ以上のフィルタの組み合わせも可能であり得る。固定されるフィルタの好適な位置は、画像センサの近くであり、又はフィルタ構成の端における位置である。何故ならば、それは保護され、途切れる（out of the way）こととなるからである。無論、それは他の位置にも配置され得る。例えば、それは、スナップロックコネクタ又はより恒久的なねじ取付具の何れか一方を使用して、他の写真フィルタと類似してレンズシステムに配置され得る。ＩＲ帯域通過フィルタは、光学素子構成内に含まれた１以上の他の構成要素のコーティングとしても具現化され得る。レンズシステム内に含まれる通常のＩＲフィルタに対して、これは、一般的に、レンズシステムの最後のレンズのコーティングとして設けられる。太陽が非常に強い（自然の）ＩＲ照明を構成するので、ＩＲ領域内の透過性ギャップの幅は、可能な限り狭いことが重要であり得る。一方、夜間に使用される（人工の）ＩＲ照明器具の透過性を最大化することも重要であり得る。本発明では、第３の構成要素と組み合わされたＩＲ帯域通過フィルタを使用することが好適であり、説明されるように、それは透過性ギャップのサイズをより重要でなくする。ＩＲ領域内の透過性ギャップは、可能な限り有用な放射線を収集することができるようにするために、ＩＲ‐ＬＥＤ照明器具が使用されたときに、約５０ｎｍであり得る。より狭い帯域の照明源、及びより優れて規定されたバンドギャップ（bandgap）を有するフィルタに対して、透過性ギャップは、１０〜２０ｎｍのオーダーであり得る。レーザ照明器具が使用されるならば、透過性ギャップは、無論、透過性ギャップが完全にレーザ照明器具の波長と重なるとすれば、シングルナノメートルのオーダーであり得る。

例示的な透過曲線が、図２で示されている。その曲線は、既に上述されてきたことを更に示すことを意図し、必ずしも、特定のフィルタに対する実際の透過曲線を表すものではない。透過性は、透過性が望ましいスペクトル領域（スペクトルの可視部分及びＩＲ領域の狭い部分）で１又は１に近く、これらの外側では０又は０に近い。

第２の構成要素は、絞り１１０である。絞りは、通常の絞りが働くやり方で、すなわち、絞り開口部を調整することによって動作し、画像センサに到達する放射線の量が調整され得るように説明され得る。その通常の動作に加えて、本発明の実施形態で使用される絞りは、制御及びデザインに関して何らかの特別な特徴を有し得る。デザインの特徴は、ＩＲカットフィルタ１１２の組み込みを含み得る。ＩＲカットフィルタ１１２は、第３の構成要素である。

ＩＲカットフィルタの目的は、スペクトルの意味において且つ赤外線領域で、固定的に配置されるＩＲ帯域通過フィルタによって残されたギャップを満たすことである。その目的のために、ＩＲカットフィルタは、例えば、日中モードと夜間モードを有するカメラで使用される撮像構成のために現在使用されている種類の、単純なＩＲカットフィルタであり得る。しかし、実際には、ＩＲカットフィルタが、固定的に配置されるＩＲ帯域通過フィルタを通過することを許容された狭いスペクトルＩＲ領域内の放射線を遮断することで十分である。これらの実施形態の両方が、図３で示されている。実線は、通常のＩＲカットフィルタの透過曲線を示し、一方で、点線は特定の波長間隔のみに対するＩＲカットフィルタを示している。

図４〜図８を参照すると、絞りに関連する何らかの更なる実施形態、及びＩＲカットフィルタが示されている。

そのスペクトル特性は別にして、ＩＲカットフィルタは、先ず最初に図４で示されているように、幾つかの異なるやり方で配置され得る。該方法の迅速な制御及び作動のために、絞り４１０は、少なくとも２つの絞りブレード４１４を備え得る。ＩＲカットフィルタ４１２は、絞りブレード４１４のうちの少なくとも一方に配置されている。例示的な一実施例として、ＩＲカットフィルタ４１２は、各三角形状カットアウト４１６の頂点に配置され得る。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４１６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、（両側の矢印によって示されているように）絞りブレード４１４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る。何故ならば、これは、（干渉パターンの生成などの）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４１２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。図４で示されている程度まで絞りが開口したときに、可視光及びＩＲ放射の両方が、絞り開口部を通過することが明らかである（一方、未だ、ＩＲ帯域通過フィルタ１０６のスペクトル範囲内のＩＲ放射のみが、画像センサに到達することを許容されることとなる）。更に、絞り開口部のサイズが低減されると、開口部がＩＲカット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。

この構成の結果として、フィルタの制御と絞り開口部の制御は、密接に関連し、別の効果は、透過される可視放射と透過されるＩＲ放射との間の比率が、絞り開口部のサイズで変動し得るということである。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、ＩＲ放射の透過は、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。

図５及び図６は、それぞれ、各々が、ＩＲカットフィルタ５１２と６１２の形状によって表された、代替的な実施形態を示し、その目的は、単に、様々な形状が可能なことを示すことである。

図７及び図８は、絞り及びＩＲカットフィルタの組み合わせの代替的な構成を示している。この構成では、ＩＲカットフィルタ７１２と８１２が、その表面にわたり変動するスペクトル透過性を有する。示されている実施例では、ＩＲカットフィルタ７１２と８１２は、それらの中央部分７１８と８１８内の（既に開示された特性を有する）本当のＩＲカットフィルタのみであり、一方、フィルタ７１２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７１２と８１２を絞り７１０と８１０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８で示されるように、虹彩絞り８１０との組み合わせである。

日中モードでは、両方のフィルタが、ビーム経路内に配置され、可視光のみの透過を許容する。夜間モードでは、可動に配置されたＩＲカットフィルタが除去され、可視光とＩＲ照明器具の波長内の放射線との透過を許容する。

ＩＲカットフィルタの説明された構成は、日中モードから夜間モードへ及びその逆へのシフトを制御する新しい改良された方法を可能にする。

一実施例によれば、そのような方法は、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み得る。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、適切ならば、絞りの開口部開口が、新しい位置へシフトされ得る。この実施形態は、図９の概略的なフローチャート内で示されている。

第１のステップ９２０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。

第２のステップ９２２では、絞り開口部が、所定の量だけ開口又は閉鎖し（移行が日中モードから夜間モードへならば開口し、移行が夜間モードから日中モードへならば閉鎖し）、結果として、透過した放射線が増加された又は低減された量のＩＲ放射を含むこととなる。

第３のステップ９２４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、特定の現状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。利得の設定及び露光時間の設定などの、他のパラメータも、新しい絞り設定に対して推定され得る。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るか又は外部の光源によって提供され得る。内部と内部の照明構成の組み合わせも、使用され得る。本発明の任意の実施形態は、上で規定された、関連付けられたＩＲ照明器具を有し得る。それは、すなわち、フィルタ構成も制御するコントローラによって制御され、又は他のやり方でフィルタ構成のためにコントローラと通信する、内部若しくは外部のＩＲ照明器具である。より精巧ではない実施形態では、ＩＲ照明器具が、カメラによってキャプチャされた光景を明るくするという意味において関連付けられ得る。例えば、ＩＲ投光照明が、カメラのコントローラ又はフィルタのコントローラによって制御されることなしに、すなわち、ＩＲ照明の制御された源とは独立して、カメラによってキャプチャされた光景を明るくするように配置され得る。ＩＲ照明器具の追加は、重大な改良をもたらすようであるが、未だ、カメラに反射して戻るＩＲ放射の実際の量が、撮像された光景に応じ得ることに留意されたい。

該方法は、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。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。

本方法及び類似の方法の更なる説明が、（本出願人による）同時係属出願で開示されている。その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれている。

本発明の二重フィルタ構成は、複数の色が、さもなければ可能なものよりも低い光レベルでキャプチャされた画像において保有され得るという、上述の方法に対する利点を提供することに留意されたい。

ＩＲ照明器具なしでは、その効果は非常に低い画像センサの出力であり、典型的なＩＲ照明器具に関する幾つかの言葉が適所にあるかもしれない。先ず最初に、何故ＩＲ照明器具が使用されるかに対する幾つかの理由が存在する。１つの理由は、ＩＲ照明器具が、光景に強力な照明を提供することができる一方で、肉眼ではその明るさを視認できないということである。通常の波長の間隔は、７３０ｎｍと約１０００ｎｍの間の範囲辺りにあり、例えば、７３０ｎｍ辺り、８５０ｎｍ辺り、及び９４０ｎｍ辺りにある。これらのうちで、９４０ｎｍは、可視スペクトル範囲の完全に外側であり、７３０ｎｍと８５０ｎｍは、照明源の領域内の僅かな輝きを与え得る。不可視性は、強い光で誰かの目をくらませる危険がないという利点を有し得る。誰かとは、例えば、車の運転手又は単に監視されている領域の隣人である。潜在的な侵入者が、例えば、個別の監視が望ましい所で、彼らが監視されていることに気付きさえもしない可能性が高いという点でも有益である。これに加えて、ＣＭＯＳセンサなどの画像センサのスペクトル応答曲線は、赤外線成分を含む。撮像機構においてこれを使用することによって、画像センサの能力がより優れて使用される。上で開示されたものによる機構に対して、基本的に画像センサに到達できる唯一のＩＲ波長が、ＩＲ照明器具のものである場合に、この成分は明らかに非常に重要である。

照明源の選択も、どの源が使用されるかに応じて、ＩＲにおける透過性ギャップの幅が変動し得るという点で、ＩＲ帯域通過フィルタに影響を与え得る。通常のＩＲ‐ＬＥＤは、約３０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有することができ、その結果、照明放射の恩恵を受けるために、ＩＲフィルタにおけるギャップは、対応する幅を有するべきである。ＩＲ‐ＥＥＬＤ（端面発光ダイオード）を使用するならば、その半値全幅は３〜５ｎｍであり、より狭いギャップの使用を可能にする。照明源が等しい効果を有するならば、ギャップ幅を減少させる可能性は、バックグラウンド放射の更なる低減を可能にする。ＩＲ‐ＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ面発光レーザ）では、１ｎｍ未満の半値全幅が見られ、フィルタ内で非常に狭いギャップを使用することが可能になる。ＩＲ‐ＶＣＬＥＳの一般的な波長は、８３０、９７６、及び１０６４ｎｍである。一見すると、フィルタ内のより狭いギャップが画像の質を向上させるという結論は、直感に反するように見えるかもしれないが、その背後にある物理的な考えは簡単である。より狭いギャップ、すなわち、スペクトルフィルタリングを使用することは、信号とノイズの比率を改良する１つのやり方である。もう１つは、時間的フィルタリングを追加することであり、照明器具としてのレーザの使用は、両方に対して優れた特性を提供する。レーザをパルスモードで操作することにより、全ての利用可能なエネルギーは、非常に短時間で放出され得る。この短時間の間にカメラがアクティブになる（開放シャッターを有する）ように、カメラを開閉することにより、利用可能な照明が完全に使用される。（パルスレートに関して）パルスレーザの周波数は、所望の１秒当たりのフレーム数に一致するように変更することができる。ＩＲ照明器具からの狭いスペクトル放射と組み合わされた狭い透過性ギャップを使用するこれらの潜在的な利点にもかかわらず、本発明の二重フィルタの解決策の使用は、未だ、照明器具からのより広い放射と組み合わされたより広い透過性ギャップの使用を可能にしている。

Claims (15)

1. 関連付けられたＩＲ照明器具を有する、カメラのための撮像システムであって、当該撮像システムはＩＲフィルタ構成を含み、当該ＩＲフィルタ構成は、
   前記ＩＲ照明器具からのもの以外のＩＲ周波数を除去する、固定的に配置される帯域通過ＩＲフィルタ（１０６）、及び
   固定される前記帯域通過ＩＲフィルタ（１０６）によって透過される任意のＩＲ波長を少なくとも遮断する、ＩＲカットフィルタ（１１２）を備え、
   前記ＩＲカットフィルタ（１１２）が前記撮像システムの絞り（１１０）内に組み込まれ、絞り開口部の閉鎖が、前記ＩＲカットフィルタ（１１２）によって覆われる前記絞り開口部の相対的な割合の増加を伴い、前記絞り開口部の開口が、前記ＩＲカットフィルタ（１１２）によって覆われる前記絞り開口部の相対的な割合の減少を伴う、撮像システム。
2. 固定的に配置される前記帯域通過ＩＲフィルタと前記ＩＲカットフィルタの両方が、可視領域内の光を透過する、請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記ＩＲカットフィルタが、前記ＩＲ照明器具からの波長を含む狭いスペクトル領域内の透過を遮断する、請求項１又は２に記載の撮像システム。
4. 前記ＩＲカットフィルタが、カメラの画像センサによって検出可能なスペクトル領域内の特定の波長よりも長い波長の透過を遮断する、請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像システム。
5. カメラのためのレンズ構成と画像センサとを更に備え、固定的に配置される前記帯域通過ＩＲフィルタが、画像センサの直前か、前記レンズ構成内か、又は前記カメラのための前記レンズ構成の前に配置されるように適合されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像システム。
6. 前記ＩＲカットフィルタが、前記撮像システム内に含まれる開口絞りの内部又は近くに配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像システム。
7. 前記ＩＲカットフィルタが、前記撮像システム内に含まれる絞りブレードの少なくとも一部分として配置されており、前記ＩＲカットフィルタによって覆われる前記絞り開口部の相対的な割合が逐次変化するよう、前記絞りブレードの開閉度合いが逐次制御される、請求項６に記載の撮像システム。
8. 前記ＩＲカットフィルタが、規定されたやり方でＩＲを遮断する中央部分と、ＩＲを透過させる周辺部分とを備え、前記中央部分が、好適には前記撮像システム内に含まれる絞り開口部の形状と合致する形状を有する、請求項６に記載の撮像システム。
9. カメラのための画像センサを更に備え、前記ＩＲフィルタ構成は、入射線が前記画像センサに到達することを妨げるために、前記固定的に配置されるＩＲ帯域通過フィルタのみが配置される夜間モードと、前記画像センサに降り注ぐ入射線を遮断するために、前記固定的に配置されるＩＲ帯域通過フィルタ及び前記ＩＲカットフィルタの両方が配置される日中モードとを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像システム。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のＩＲフィルタ構成をコントローラによって逐次制御するための方法であって、
    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、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、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
    適切ならば、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。
11. 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１０に記載の方法。
12. 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１０又は１１に記載の方法。
13. 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１２に記載の方法。
14. 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１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 日中モードから夜間モードへの移行において使用されるときに、関連付けられたＩＲ照明器具の作動を含む、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。

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