JP6685040B2 - ゴースト低減装置およびこれを備えた撮像装置、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系 - Google Patents

Description

本発明は、太陽等の高輝度被写体に起因するゴーストを低減可能なゴースト低減装置およびこれを備えた撮像装置、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系に関するものである。

従来、太陽等の高輝度被写体からの光が撮像光学系に入射すると、レンズの表面や鏡筒の内面等により反射され、迷光となることが知られている。このような迷光は、撮像画面内に意図しない像（ゴースト）を形成する原因となるため、当該ゴーストを低減すべく迷光を防止するための技術が提案されている。

例えば、特開平１０−６２６６９号公報には、絞り値に基づいて変化する有効光束に対応して、開口の作用する大きさを変化させることによってゴーストを低減する技術が開示されている（特許文献１）。また、特開平８−３３４７２５号公報には、絞りを開放値よりも小さい絞り値に制限し有害光を除去する技術が提案されている。さらに、レンズ面のコーティングによって反射率を低下させ、ゴーストを抑制する方法も提案されている。

特開平１０−６２６６９号公報 特開平８−３３４７２５号公報

しかしながら、上述したような従来のゴースト低減技術では、依然として迷光を除去しきれず、ゴーストが発生してしまうケースが存在するという問題がある。また、特許文献１，２に記載の発明では、開口の大きさや絞りを制御する必要があるため、装置が複雑化するとともにコストが高くなるという問題もある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、簡易で安価な構成でありながら、効果的にゴーストを低減することができるゴースト低減装置およびこれを備えた撮像装置、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系を提供することを目的としている。

本発明に係るゴースト低減装置は、光を通過させる１または複数の開口部を有するとともに、撮像光学系の光軸に関して前記開口部の対称位置を全て遮光する遮光板が、前記撮像光学系における瞳位置近傍に配置されている。

また、本発明の一態様として、前記開口部は、前記光軸に直交する直線に関して片側一方にのみ１つ形成されていてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記開口部は、前記光軸から偏心した位置を中心とする１つの円形に形成されていてもよい。

また、本発明の一態様として、前記撮像光学系に対して前記遮光板を進退させる進退駆動手段と、光の強さを検出する光検出手段と、前記光検出手段によって検出された光の強さを監視し、前記光の強さが所定の閾値以上の場合、前記遮光板を前記撮像光学系に進出させて配置するとともに、前記光の強さが所定の閾値より小さい場合、前記遮光板を前記撮像光学系から退避させるように前記進退駆動手段を制御する制御手段と、を有していてもよい。

また、本発明に係る撮像装置は、上述したいずれかの態様を有するゴースト低減装置を備えてなる。

さらに、本発明に係るゴースト低減方法は、光を通過させる１または複数の開口部を有するとともに、撮像光学系の光軸に関して前記開口部の対称位置を全て遮光する遮光板を撮像光学系における瞳位置近傍に配置し、前記遮光板によって撮像素子からの反射光を遮光する。

また、本発明に係る撮像光学系は、レンズを介して被写体からの光を撮像素子に結像させる撮像光学系であって、光を通過させる１または複数の開口部を有するとともに、前記撮像光学系の光軸に関して前記開口部の対称位置を全て遮光する遮光板が、前記撮像光学系における瞳位置近傍に配置されている。

本発明によれば、簡易で安価な構成でありながら、効果的にゴーストを低減することができる。

本発明に係るゴースト低減装置、撮像装置および撮像光学系の一実施形態を示す図である。 第１実施形態における絞りを示す図である。 第１実施形態における遮光板を示す図である。 第１実施形態において、遮光板と絞りの配置を示す図である。 円弧形状の開口部を３つ有する遮光板の例を示す図である。 陰陽太極図形状の開口部を１つ有する遮光板の例を示す図である。 光軸から偏心した位置を中心とする円形の開口部を１つ有する遮光板の例を示す図である。 光軸から偏心した位置を中心とする楕円形の開口部を１つ有する遮光板の例を示す図である。 本発明に係るゴースト低減装置、撮像装置および撮像光学系の第２実施形態を示すブロック図である。 本実施例１において、本発明に係るゴースト低減装置、撮像装置および撮像光学系を搭載した自動車を示す図である。 従来の撮像光学系において、ゴーストが発生する要因を示す図である。

まず、本願発明者らは、鋭意研究および試行錯誤の結果、太陽等の高輝度被写体からの光は、レンズ面での反射と比較して、写真フィルムやイメージセンサ等の撮像面における反射の方がより大きいことを見出した。そして、図１１に示すように、当該撮像面で反射した不要光が、レンズによって反射されて戻り光となり、ゴーストを発生させる大きな要因となっていることを見出した。

そこで、本願発明者らは、上述した撮像面で反射した不要光が撮像面に戻らないように抑制することにより、効果的にゴーストを低減することを着想し、本発明を完成するに至ったものである。以下、本発明に係るゴースト低減装置およびこれを備えた撮像装置、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系の第１実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本第１実施形態のゴースト低減装置１Ａを内包する撮像光学系２を備えた撮像装置１０を示す図である。図１に示すように、本第１実施形態の撮像装置１０は、主として、被写体を撮像するための撮像光学系２と、この撮像光学系２における焦点位置に配置される撮像素子３とから構成されている。そして、撮像光学系２における瞳位置近傍にゴースト低減装置１Ａを配置することにより、撮像素子３の表面によって反射された戻り光を遮断し、ゴーストを低減するようになっている。以下、各構成について説明する。

撮像光学系２は、レンズを介して被写体からの光を撮像素子３へ結像させるものである。本第１実施形態において、撮像光学系２は、図１に示すように、瞳位置よりも前方に配置される前群レンズ２１と、瞳位置に配置される絞り２２と、瞳位置直後に配置されるゴースト低減装置１Ａと、瞳位置よりも後方に配置される後群レンズ２３とを有している。

前群レンズ２１および後群レンズ２３は、それぞれ１枚または複数枚のレンズから構成されており、被写体からの光を撮像素子３へ結像させるためのものである。なお、本第１実施形態において、撮像光学系２は、前群レンズ２１および後群レンズ２３を有しているが、この構成に限定されるものではなく、少なくとも前群レンズ２１を有する撮像光学系２に対して本発明は効果的に作用する。

絞り２２は、撮像光学系２における瞳位置に配置され、通過する光の量を調整するためのものである。本第１実施形態において、絞り２２は、図２に示すように、開口の中心位置を変化させることなく、開口の大きさを増減させることが可能な虹彩絞りによって構成されている。なお、本第１実施形態では、絞り２２を有する撮像光学系２を用いているが、この構成に限定されるものではなく、絞り２２を有しない撮像光学系２にも本発明は適用可能である。

ゴースト低減装置１Ａは、撮像素子３からの戻り光を遮断し、ゴーストを低減させるためのものである。本第１実施形態において、ゴースト低減装置１Ａは、反射率の低い黒色素材からなる遮光板１１によって構成されている。また、当該遮光板１１は、図３に示すように、絞り２２の開口と略同一径の半円形状に形成されて光を通過させる開口部１１ａを有している。そして、図４に示すように、当該開口部１１ａの中心が光軸と一致するように絞り２２の直後に設けられている。これにより、遮光板１１は、開口部１１ａが光軸に直交する直線に関して片側一方にのみ配置されて光を透過させ、他方側では光を遮光するようになっている。

なお、本第１実施形態では、瞳位置に絞り２２が設けられているため、当該絞り２２の直後にゴースト低減装置１Ａが配置されているが、この構成に限定されるものではない。絞り２２がない撮像光学系２および撮像装置１０の場合には、撮像光学系２における瞳位置にゴースト低減装置１Ａを配置してもよい。また、本発明において、瞳位置近傍とは、瞳位置のみならず、瞳位置直後のように、ケラレを生じさせることがなく、本発明に係るゴースト低減効果を発揮しうる範囲で瞳位置に近い位置を含む概念である。

撮像素子３は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ等によって構成されており、受光面に結像した像の光による明暗を電荷の量に光電変換し、それを順次読み出して電気信号に変換するものである。なお、本第１実施形態では、撮像光学系２が撮像素子３を有しているが、この構成に限定されるものではなく、フィルムカメラのように撮像素子３を有しない撮像光学系にも本発明は適用可能である。

つぎに、以上の構成を備えた本第１実施形態のゴースト低減装置１Ａおよびこれを備えた撮像装置１０、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系２による作用について説明する。

まず、本第１実施形態においては、図１に示すように、撮像光学系２における瞳位置近傍にゴースト低減装置１Ａとしての遮光板１１を配置する。この遮光板１１は、黒色の板材に過ぎないため、構成が極めて簡易であり安価である。

つぎに、本第１実施形態の撮像光学系２において、太陽等の高輝度被写体が視野内に存在する場合、図１に示すように、ゴースト低減装置１Ａが瞳位置近傍において、光軸に直交する直線に関して上半分に形成された開口部１１ａを通過する光のみに入射光束を制限する。このとき、本第１実施形態では、開口部１１ａが、光軸に直交する直線に関して片側一方にのみ１つ形成されている。また、光軸に関して開口部１１ａの対称位置を全て遮光するという条件下において、開口部１１ａの面積が最大であるため、十分な光量を確保する。

ゴースト低減装置１Ａを通過した光は、後群レンズ２３を介して撮像素子３の表面で結像され、その大部分は撮像素子３に吸収される。ただし、一部の光は、図１に示すように、撮像素子３の表面で正反射されて戻り光となる。これらの戻り光は、再び瞳位置近傍に戻って来た際、図１に示すように、光軸に関して入射したときの位置と対称の位置に到達する。

すなわち、本第１実施形態において、戻り光は、遮光板１１の上半分に設けられた開口部１１ａを通過した光に由来するため、瞳位置近傍では全て遮光板１１の下半分に戻って来る。このため、遮光板１１は、瞳位置近傍で全ての戻り光を遮断し、前方へ戻してしまうことがない。したがって、本第１実施形態のゴースト低減装置１Ａは、図１１に示したような、戻り光が前群レンズ２１に到達し、当該前群レンズ２１で再度反射されて撮像素子３の表面にゴースト像を生成してしまうという現象を効果的に抑制する。

なお、後群レンズ２３の枚数が多い場合には、戻り光が遮光板１１へ到達する前に反射されて撮像素子３へ戻る確率が高くなり、相対的に除去されるゴーストは少ない。しかしながら、前群レンズ２１の枚数が多い場合には、除去対象となるようなゴースト（戻り光）が多く発生することになるため、それらを遮断できる遮光板１１の効果は極めて大きい。

以上のような本第１実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
１．簡易で安価な構成でありながら、効果的にゴーストを低減することができる。
２．ゴーストを効果的に低減するため、常に一定領域の撮影が要請される監視カメラや車載カメラ等において、見やすい画像を提供することができる。
３．特に前群レンズ２１の枚数が多い場合に、大きなゴースト低減効果を有する。
４．マシンビジョンシステムのように、撮像装置１０で撮像された画像に対して画像認識技術を利用する場合には、ノイズとなるゴーストを低減し視認精度を向上することができる。

なお、上述した本第１実施形態では、遮光板１１が、光軸に直交する直線に関して片側一方にのみ、半円形状の開口部１１ａを１つ有しているが、この構成に限定されるものではない。すなわち、光を通過させる１または複数の開口部１１ａを有するとともに、撮像光学系２の光軸に関して開口部１１ａの対称位置を全て遮光するような遮光板１１であればよい。

例えば、図５に示すように、中心角が６０°の円弧形状に形成された開口部１１ａを光軸に関して６０°間隔で３つ設けてもよい。このように、光軸に直交する直線に関して片側のみならず両側に複数の開口部１１ａを有する遮光板１１であっても、撮像光学系２の光軸に関して各開口部１１ａの対称位置が全て遮光される。

また、図６に示すように、陰陽太極図の一方のような開口部１１ａを遮光板１１に形成してもよい。このように、光軸に直交する直線に関して両側に渡って１つの開口部１１ａを有する遮光板１１であっても、撮像光学系２の光軸に関して開口部１１ａの対称位置が全て遮光される。

さらに、図７に示すように、光軸から偏心した位置を中心とする円形に形成された開口部１１ａを１つ有する遮光板１１であってもよい。このような遮光板１１によれば、円形の自然なボケ像が得られることとなる。

また、図８に示すように、光軸から偏心した位置を中心とする楕円形に形成された開口部１１ａを１つ有する遮光板１１であってもよい。このような遮光板１１によれば、図７の開口部１１ａと比較して、十分な光量を確保できることとなる。

つぎに、本発明に係るゴースト低減装置およびこれを備えた撮像装置、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における構成のうち、上述した第１実施形態と同一もしくは相当する構成は同一の符号を付し、再度の説明を省略する。

本第２実施形態の特徴は、太陽等の高輝度被写体が撮影範囲内に入ったときのみ、ゴースト低減装置１Ｂを機能させる点にある。具体的には、本第２実施形態のゴースト低減装置１Ｂは、図９に示すように、撮像光学系２に対して遮光板１１を進退させる進退駆動手段１２と、光の強さを検出する光検出手段１３と、この光検出手段１３の検出結果に基づいて進退駆動手段１２を制御する制御手段１４とを有している。

進退駆動手段１２は、撮像光学系２に対して遮光板１１を進退させるものである。本実施形態において、進退駆動手段１２は、光軸に対して直交する方向に沿って遮光板１１をスライド移動させるソレノイドアクチュエータで構成されている。しかしながら、この構成に限定されるものではなく、撮像光学系２に対して遮光板１１を進退させる機構であればよい。

光検出手段１３は、撮像光学系２に入射する光の強さを検出するものである。本実施形態では、撮像素子１０が光検出手段１３としても兼用されている。しかしながら、この構成に限定されるものではなく、撮像光学系２に入射する光の強さを検出するものであれば、硫化カドミウム（ＣｄＳ）セルを搭載した光センサ等を光検出手段１３として採用してもよい。

制御手段１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成されており、光検出手段１３の検出結果に基づいて進退駆動手段１２を制御するものである。本第２実施形態において、制御手段１４は、光の強さが所定の閾値以上の場合、遮光板１１を撮像光学系２に進出させて配置する。一方、光の強さが所定の閾値より小さい場合、遮光板１１を撮像光学系２から退避させるように進退駆動手段１２を制御するようになっている。

以上の構成において、ゴーストが発生しやすくなる光の強さを予め求めておき、当該光の強さを上記閾値として設定する。これにより、ゴーストを発生させる程度の高輝度被写体が撮影範囲に入ると、遮光板１１が撮像光学系２に進出してゴーストを低減する。一方、撮影範囲内にゴーストを発生させる程度の高輝度被写体が存在しなければ、遮光板１１が退避して十分な光量を確保する。

以上のような本第２実施形態のゴースト低減装置１Ｂおよびこれを備えた撮像装置１０、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系２によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏する上、ゴーストが発生しない撮影条件下においては、遮光板１１を自動的に退避させ、十分な光量を確保することができる。

つぎに、本発明に係るゴースト低減装置およびこれを備えた撮像装置、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系の具体的な実施例について説明する。

本実施例１では、上述した第１実施形態のゴースト低減装置１Ａ、撮像装置１０および撮像光学系２を自動車に搭載することを想定した。

具体的には、図１０に示すように、撮像装置１０としての車載カメラをフロントガラスの上端部近傍において正面を向くように設置した。この場合、時間帯及び自動車の方向によっては高輝度被写体である太陽の光が入ることになる。

以上の構成において、ゴースト低減装置１Ａは、撮像光学系２に入射した太陽光のうち、遮光板１１の開口部１１ａを通過する光のみに入射光束を制限した。また、遮光板１１は、撮像素子３の表面で反射され瞳位置近傍に戻って来た戻り光を遮断した。このため、太陽光が撮影範囲内にある場合においても、車載カメラの映像では、ゴーストの発生が効果的に抑制された。

以上のような本実施例１によれば、常に一定領域の撮影が要請される車載カメラにおいても、ゴーストを効果的に低減し、見やすい画像を提供できることが示された。

なお、本発明に係るゴースト低減装置およびこれを備えた撮像装置、ゴースト低減方法、ならびに撮像光学系は、前述した実施形態や実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、上述した各実施形態では、本発明に係る撮像装置１０をデジタルビデオカメラに適用し、本発明に係る撮像光学系２を当該デジタルビデオカメラに備えられた撮像光学系に適用している。しかしながら、本発明の適用範囲は上記に限定されるものではなく、デジタルスチルカメラ、フィルムカメラ、スマートフォンやタブレット等に組み込まれたカメラ等のように、各種のカメラに備えられた撮像光学系及びこれらの撮像光学系を備えた撮像装置に広く適用することができる。

１Ａ ゴースト低減装置（第１実施形態）
１Ｂ ゴースト低減装置（第２実施形態）
２ 撮像光学系
３ 撮像素子
１０ 撮像装置
１１ 遮光板
１１ａ 開口部
１２ 進退駆動手段
１３ 光検出手段
１４ 制御手段
２１ 前群レンズ
２２ 絞り
２３ 後群レンズ

Claims (7)

1. 光を通過させる１または複数の開口部を有するとともに、撮像光学系の光軸に関して前記開口部の対称位置を全て遮光する遮光板が、前記撮像光学系における瞳位置近傍に配置されており、前記開口部は、前記開口部を通過した光に由来する戻り光が前記遮光板によって全て遮断されるように予め設計された形状を有している、ゴースト低減装置。
2. 前記開口部は、前記光軸に直交する直線に関して片側一方にのみ１つ形成されている、請求項１に記載のゴースト低減装置。
3. 前記開口部は、前記光軸から偏心した位置を中心とする１つの円形に形成されている、請求項１または請求項２に記載のゴースト低減装置。
4. 前記撮像光学系に対して前記遮光板を進退させる進退駆動手段と、
   光の強さを検出する光検出手段と、
   前記光検出手段によって検出された光の強さを監視し、前記光の強さが所定の閾値以上の場合、前記遮光板を前記撮像光学系に進出させて配置するとともに、前記光の強さが所定の閾値より小さい場合、前記遮光板を前記撮像光学系から退避させるように前記進退駆動手段を制御する制御手段と、
   を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のゴースト低減装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のゴースト低減装置を備えた撮像装置。
6. 光を通過させる１または複数の開口部を有するとともに、撮像光学系の光軸に関して前記開口部の対称位置を全て遮光する遮光板を撮像光学系における瞳位置近傍に配置し、前記遮光板によって撮像素子からの反射光を遮光する、ゴースト低減方法であって、
   前記開口部は、前記開口部を通過した光に由来する戻り光が前記遮光板によって全て遮断されるように予め設計された形状を有している、ゴースト低減方法。
7. レンズを介して被写体からの光を撮像素子に結像させる撮像光学系であって、
   光を通過させる１または複数の開口部を有するとともに、前記撮像光学系の光軸に関して前記開口部の対称位置を全て遮光する遮光板が、前記撮像光学系における瞳位置近傍に配置されており、前記開口部は、前記開口部を通過した光に由来する戻り光が前記遮光板によって全て遮断されるように予め設計された形状を有している、撮像光学系。