WO2010071191A1 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

　撮像装置における無駄な照射領域を低減させること。光を照射する送光部（１１）と、送光部から射出された光が対象に到達して反射された反射光を受光し、取り込んだ反射光を画像信号に変換して出力する受光部（１２）とを具備し、送光部（１１）が、画角に対する照射領域を画角全体の大きさよりも小さくし、かつ、該画角に対する照射領域を画角内において走査することで、画角全体に光を照射させる照射走査部（１１３）を備える。

Description

撮像装置及び撮像方法

　本発明は、撮像装置及び撮像方法に関するものである。

　従来、例えば、レーザレーダシステムやビデオカメラ等の監視カメラにおいては、画面を見易くするためにカメラの画角は光源によって照射される。この光源による照射領域が円形状である場合、図１５で示されるように照射領域の円の内側にカメラの画角が収まるように照射され、画角全体が照射されている。

特開２００３－１４９７１７号公報

　しかしながら、従来の方法では、カメラの画角からはみ出す照射領域が多く、無駄な照射エネルギーが多いという問題点があった。また、画角が大きくなるほど、はみ出す照射領域が増え、無駄な照射エネルギーがより増加するという問題点があった。例えば、カメラの画角が２倍になると光の照射する面積は４倍となるため、元の大きさの画角の画質と同じ画質を得るには、光源の照射エネルギーは４倍必要となる。このように、画角が拡大されると、それをカバーする光源の照射エネルギーは拡大率の二乗に比例して増すこととなる。

　本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、光の照射領域の無駄を低減し、画角拡大時に必要な光の照射エネルギーの増加量を低減することのできる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。

　課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
　本発明の一態様は、光を照射する送光部と、前記送光部から射出された光が対象に到達して反射された反射光を受光し、取り込んだ前記反射光を画像信号に変換して出力する受光部とを具備し、前記送光部は、光源と、画角に対する照射領域を画角全体の大きさよりも小さくし、かつ、該画角に対する照射領域を画角内において走査することで、画角全体に光を照射させる照射走査部を備える撮像装置である。

　このような構成によれば、送光部から射出された光は対象に到達して反射され、この反射光が受光部により受光される。受光部は、受光した反射光を画像信号に変換して出力する。この場合において、照射走査部が画角に対する照射領域を、画角全体の大きさよりも小さくし、更に、この照射領域を走査して画角全体に光を照射させるので、画角全体を照射していた従来の方法と比較して、画角からはみ出す領域を低減させることができる。これにより、照射エネルギーの無駄を低減することができる。

　上記撮像装置において、前記照射走査部は、前記画角に対する照射領域の径の長さを、画角を構成する辺のうちいずれかの辺の長さと略一致させることとしてもよい。

　このように、画角に対する照射領域の径の長さを、画角を構成する辺のうち、いずれかの辺の長さと略一致させる。これにより、照射エネルギーの無駄をより低減することができる。

　上記撮像装置において、前記照射走査部は、レンズを備え、該レンズを光軸に沿って移動させて、前記画角に対する照射領域の大きさを調整することとしてもよい。
　このように、画角に対する照射領域の大きさを簡便な方法で調整することができる。

　上記撮像装置において、前記照射走査部は、光軸上に挿入可能な照射角が異なる少なくとも２つのレンズを備え、いずれかのレンズを選択して、光軸上に挿入することにより、前記画角に対する照射領域の大きさを調整することとしてもよい。
　これにより、画角に対する照射領域を簡便な方法で調整することができる。

　上記撮像装置において、前記照射走査部は、画角を構成するいずれかの辺を基準辺とし、前記画角に対する照射領域の径の長さを該基準辺の長さと略一致させるとともに、該画角に対する照明領域を該基準辺と垂直な方向に走査させることとしてもよい。

　このように、画角を構成するいずれかの辺を基準辺とし、この基準辺の長さと略一致する長さの径を持つように照射領域の大きさを調整し、更に、この照射領域を基準辺と垂直な方向に走査させるので、照射エネルギーの無駄をより低減することができる。

　上記撮像装置において、前記照射走査部は、光軸上に配置された複数のレンズを備えるレンズ群を備え、前記レンズ群が備える少なくとも１つのレンズを、光軸と垂直方向に移動させて、画角内における照射領域を走査することとしてもよい。
　これにより、画角に対する照射領域を簡便な方法で走査させることができる。

　上記撮像装置において、前記レンズ群のうち少なくとも１つのレンズの移動速度は調整可能とされていることとしてもよい。
　このように、例えば、第１レンズの移動速度を変更し、速度を上げると画角内が単位時間当たりに照射される回数が増加する。これにより、より明るい画像を得ることができ、より画質のよい画像を得ることができる。

　上記撮像装置において、前記照射走査部は、光源からの光を反射する第１のミラーと、前記第１のミラーが反射した光を反射する第２のミラーを具備し、該第２のミラーを回動させることで、光の照射角度を変えて画角内の照射領域を走査させることとしてもよい。

　このように、第１のミラーによって反射された光源からの光は、第２のミラーによって反射される。第２のミラーを回動させることにより、画角に対する照射領域が走査される。これにより、簡便な方法で画角に対する照射領域を走査させることができる。

　上記撮像装置において、前記第２のミラーを回動させる速度は調整可能とされていることとしてもよい。
　このように、例えば、第２のミラーの回動速度を上げると画角内が単位時間当たりに照射される回数が増加する。これにより、より明るい画像を得ることができ、より画質のよい画像を得ることができる。

　上記撮像装置において、前記照射走査部は、光源から出力された光を光軸に垂直な方向で切ったときの断面形状を変更し、かつ、画角に対する照射領域を画角全体の大きさよりも小さくし、該断面形状の面積を小さくする光束形状変更部を備えることとしてもよい。

　このように、照射走査部において、光源から出力される光の光軸に垂直方向の断面形状が変更され、かつ、画角に対する照射領域が画角全体の大きさよりも小さくされ、該断面形状の面積が小さくされるので、照射エネルギーが集約される。これにより、断面形状を変更しない場合と比較して、照射領域の輝度を高くすることができる。また、光束の形状を変更する方法は、例えば、シリンドリカルレンズ、スリット等を用いる方法がある。

　上記撮像装置において、前記送光部は、光源から射出された光が導入される光ファイババンドルを備え、該光ファイババンドルは、出力側の断面が楕円状となるように結束されていることとしてもよい。

　このように、光源から射出された光が導入される光ファイババンドルの出力側の断面が楕円状となるように結束することにより、光ファイババンドルから照射される光の照射領域は、楕円状となる。これにより、簡便に照射領域の断面形状を変更することができる。

　本発明の一態様は、光を照射する過程と、射出された光が対象に到達して反射された反射光を受光し、取り込んだ前記反射光を画像信号に変換して出力する過程と、画角に対する照射領域を画角全体の大きさよりも小さくし、かつ、該画角に対する照射領域を画角内において走査することで、画角全体に光を照射させる過程とを有する撮像方法を提供する。

　本発明によれば、無駄な照射エネルギーを低減しながら鮮明な画像を得ることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る撮像装置において、送光レンズと走査機構との配置の位置関係の一例を示した図である。 画角に対する小さい照射領域の一例を示した図である。 照射領域を画角内で走査する一例を示した図である。 レンズへの光線の入射位置が異なる一例を示した図である。 ＣＣＤカメラの１フレーム、半導体レーザから射出されるレーザ光のパルス周期、シャッタ装置の開閉タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。 監視画角と送光レンズ位置とを対応付けたテーブルの一例を示す図である。 照射角の異なるレンズを用いて照射領域の大きさを変更する場合の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置において、送光レンズと走査機構との配置の位置関係の一例を示した図である。 光束形状変更部によって照射された領域の一例を示した図である。 レーザ（画角）の拡がり角とレーザ出力との関係の一例を示した図である。 画角の水平方向と画像の輝度分布との関係の一例を示した図である。 光ファイバの結束の断面を楕円状にした一例を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る撮像装置における照射走査部にミラーを備えた一例を示した図である。 従来の画角に対する照射領域を示す図である。

　以下に、本発明に係る撮像装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
　また、本実施形態においては、レーザレーダによる監視装置に適用した場合について説明するが、本発明は、例えば、ビデオカメラ等のような一般的な撮像装置全般に広く適用可能である。

〔第１の実施形態〕
　図１は、第１の実施形態に係るレーザレーダの概略構成を示したブロック図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る撮像装置は、レーザレーダ１、レーザレーダ制御部２、制御装置３、及び表示装置４を備えて構成されている。また、レーザレーダ１は、送光部１１、受光部１２を備えて構成されている。

　送光部１１は、レーザ発振器（光源）１１１、送光シャッタ１１２、照射走査部１１３、及び送光レンズアクチュエータ（図示略）を主な構成要素として備えている。

　レーザ発振器１１１は、例えば、半導体レーザなどの小型のレーザ光源であり、後述するレーザレーダ制御部２内のレーザ電源２６から電源供給を受け、連続光であるレーザ光を出射する。
　また、送光レンズアクチュエータは、後述するレーザレーダ制御部２内の照射走査制御部２７から供給される制御信号に基づいて、照射走査部１１３を制御する。これにより、照射走査部１１３を通過して外部へ放射される光の照射領域を所望の範囲に調節することが可能となる。

　送光シャッタ１１２は、レーザ発振器１１１と照射走査部１１３との間に設けられ、後述する受光部１２が備える受光シャッタ１２２と同期して開閉制御される。具体的には、後述するレーザレーダ制御部２内のシャッタ装置制御部２４により開閉制御が行われる。

　照射走査部１１３は、送光レンズ系３０１と、走査機構３０２とを備えている。照射走査部１１３は、レーザ発振器１１１から射出されたレーザ光を目標物へ照射させるとともに、該照射領域を走査させる。また、画角に対する照射領域は画角全体の大きさよりも小さくし、かつ、画角に対する照射領域を走査することで、画角全体に光を照射させる。

　送光レンズ系３０１は、図２に示されるように、集光レンズ３０１ａ、凹レンズ３０１ｂ、及び第１レンズ３０１ｃのレンズ群を備えて構成されている。送光レンズ系３０１は、光源からの光を通過させ、監視対象に対し光を照射する。また、後述する照射走査制御部２７から受信した制御信号に基づいて照射領域が調整される。
　具体的には、送光レンズ系３０１は、照射走査制御部２７から制御信号が供給され、該制御信号に基づいて送光レンズ系３０１の第１レンズ３０１ｃが制御される。第１レンズ３０１ｃはこの制御信号に基づいて光軸に沿って移動され、画角に対する照射領域の大きさが調整される。

　例えば、図３に示されるように、第１レンズ３０１ｃが照射する照射領域の大きさは、画角全体の大きさよりも小さい照射領域にするとよい。このように、画角よりも小さい領域に照射を行うことにより、画角からはみ出す無駄な照射エネルギーを低減させることができる。

　走査機構３０２は、後述する走査機構制御部２７から受信した走査信号に基づいて、画角内における照射領域を走査する。具体的には、走査機構３０２は、光軸上に配置された送光レンズ系３０１の第１レンズ３０１ｃである。第１レンズ３０１ｃを光軸と垂直方向に移動させることにより、第１レンズ３０１ｃを通過した光の方向を変化させることができる。このように第１レンズ３０１ｃを一往復させることにより、図４に示されるように画角内における照射領域を一往復走査することができる。具体的には、図５に示されるように、レンズへの光線の入射位置によって照射方向を変更することができ、これによって走査が行われる。

　なお、本実施形態に係る撮像装置における走査機構３０２は、送光レンズ系３０１の第１レンズ３０１ｃであることとしていたが、これに限られない。例えば、第１レンズ３０１ｃの前面に走査用のレンズを別途設けることとしてもよい。

　なお、画角に対する照射領域の径の長さは、画角を構成する辺のうちいずれかの辺（基準辺）の長さと略一致させるとよい。例えば、図２に示されるように画角の垂直方向の長さを基準辺とした場合には、照射領域の径の長さをこの基準辺と略一致させ、更に、基準辺と垂直方向に照射領域を走査させる。これにより、画角全体を照射することができる。

　送光レンズアクチュエータは、後述するレーザレーダ制御部２から供給される制御信号に基づいて、照射走査部１１３の送光レンズ系３０１の位置を調整する。これにより、送光レンズ系３０１に入射されるレーザ光の角度を調整し、所望の範囲にレーザ光を射出させることが可能となる。

　受光部１２は、例えば、ＩＣＣＤ（イメージインテンシファイアＣＣＤ）カメラヘッド１２１、受光シャッタ１２２、及びズームレンズ１２３を備えて構成されている。ズームレンズ１２３は、送光部１１から発せられ、撮像対象により反射された反射光を集光して、受光シャッタ１２２に導く。受光シャッタ１２２は、例えば、高速で開閉可能な高速ゲート装置等により構成され、後述するレーザレーダ制御部２内に設けられたシャッタ装置制御部２４により駆動されるものであり、ズームレンズ１２３により導かれた光をＩＣＣＤカメラヘッド１２１に投入、遮断する。ＩＣＣＤカメラヘッド１２１は、取り込んだ光を電気信号に変換して画像信号を生成し、この画像信号をレーザレーダ制御部２内の画像処理装置２５へ出力する。このようなレーザレーダ１は、旋回台５によりその回転角及び迎角が所望の角度に調節される構造となっている。

　撮像時において、制御装置３は、図示しない入力装置から撮像画角が入力されると、その撮像画角の情報をレーザレーダ制御部２へ供給する。更に、制御装置３は、レーザ光を所定のタイミングで射出させるために必要となる同期制御信号、所定のタイミングで射出したレーザ光が所定の物体に到達し、反射された反射光のみを受光部１２が備えるＩＣＣＤカメラヘッド１２１に取り込むためのシャッタ駆動信号などを生成し、これらをレーザレーダ制御部２に出力する。

　制御装置３は、図６に示すように、１フレーム期間Ｔにおいて、送光シャッタ１１２のシャッタのタイミングを所定のパルス周期で開くように、レーザレーダ制御部２を制御する。ここで、本実施形態では、ＩＣＣＤカメラヘッド１２１は、ＮＴＳＣ規格の画像を出力しており、３０Ｈｚにて画像信号を出力、つまり、１秒間に３０枚の静止画像を出力する。従って、本実施形態では、１フレーム期間Ｔは、約３３ｍｓ（１／３０秒）である。

　なお、図６には、１フレーム期間Ｔを３３ｍｓとし、この１フレーム期間Ｔに送光シャッタ１１２が３３回開く場合のタイミングチャートが示されているが、シャッタを開く周期は、この周期に限定されない。
　また、シャッタを開く周期は、できるだけ短く設定されていることが好ましい。このように、周期を短く設定することで、１フレーム期間Ｔにおける画像枚数を多くすることができるので、輝度のより高い撮像画像を得ることができる。

　レーザレーダ制御部２は、制御装置３から供給される各種制御信号に基づいて、レーザレーダ１の送光部１１、受光部１２、及び旋回台５を制御する。レーザレーダ制御部２は、例えば、旋回台駆動部２１、同期回路２２、制御信号変換装置２３、シャッタ装置制御部２４、画像処理装置２５、レーザ電源２６、及び照射走査制御部２７などを備えている。

　レーザレーダ制御部２及び制御装置３は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＨＤ（Hard
Disc）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータシステムを内蔵している。後述の各種機能を実現するための一連の処理過程は、プログラムの形式でＨＤ又はＲＯＭ等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工及び演算処理を実行することにより、後述の各種機能を実現させる。

　制御装置３から出力された同期制御信号及びシャッタ駆動信号は、レーザレーダ制御部２内の制御信号変換装置２３を経由して、同期回路２２、シャッタ装置制御部２４へそれぞれ供給される。

　同期回路２２は、入力された同期制御信号に基づいて、レーザ光の送光と受光の同期を取るための同期信号を生成し、この同期信号をレーザ電源２６及びシャッタ装置制御部２４に出力する。

　レーザ電源２６は、同期回路２２から供給された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える送光部１１内のレーザ発振器１１１の動作信号を生成し、この動作信号に基づいてレーザ発振器１１１を駆動する。
　一方、シャッタ装置制御部２４は、制御装置３から入力されたシャッタ駆動信号及び同期回路２２から入力された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える受光部１２の受光シャッタ１２２を駆動する。

　画像処理装置２５は、ＩＣＣＤカメラヘッド１２１から出力される画像信号を１フレーム期間に渡って蓄積し、蓄積した複数の画像信号を重畳することにより、撮像画像を作成する。画像処理装置２５によって作成された撮像画像は、制御装置３を経由して表示装置４に出力されるように構成されている。

　照射走査制御部２７は、入力情報として取得した撮像画角に適した照射領域を設定し、設定した照射領域に光が照射されるように、照射走査部１１３の送光レンズ系３０１の位置を調節する。また、その照射領域を画角内で走査させるために、照射走査部１１３の走査機構３０２の制御を行う。

　なお、撮像画角に適した照射領域の設定については、例えば、照射走査制御部２７が、撮像画角とそれに適した照射領域とを対応付けたテーブルを保有しており、このテーブルを参照することにより、撮像画角に適した照射領域を設定するようにしてもよい。または、上述のテーブルに代えて、撮像画角と送光レンズ系３０１の位置とを直接的に対応付けたテーブルを保有しており、このテーブルから送光レンズ系３０１の位置を直接的に取得するような構成としてもよい。この撮像画角と送光レンズ系３０１とを対応付けたテーブルの一例を図７に示す。図７において、縦軸は、送光レンズ系３０１の位置、横軸は撮像画角である。この図に示すように、撮像画角が決定されれば、送光レンズの位置が一意的に決定されることとなる。

　表示装置４は、制御装置３から出力される撮像画像等を表示する表示モニタ（図示略）を備えている。

　次に、本実施形態に係る撮像装置の作用について説明する。
　まず、撮像時において、制御装置３は、図示しない入力装置から撮像画角が入力されると、その撮像画角の情報をレーザレーダ制御部２へ供給する。
　また、制御装置３は、パルス状のレーザ光を所定のパルス周期で連続的に射出させるために必要となる同期制御信号を生成する。また、レーザ発振器から連続的に射出されたレーザ光を送光シャッタ１１２が所定の周期で開き、パルス状のレーザ光が撮像距離の位置にある物体に到達し、反射された反射光のみを受光部１２が取り込むためのシャッタ駆動信号などを生成し、これらをレーザレーダ制御部２に出力する。

　制御装置３から出力された撮像画角の情報は、レーザレーダ制御部２内の照射走査制御部２７に供給される。
　照射走査制御部２７において、入力情報として取得した撮像画角に適した照射領域が設定され、該照射領域に光が照射されるように送光レンズ系３０１の第１レンズ３０１ｃの位置を調整する駆動信号が生成される。生成された駆動信号は、図示しない送光レンズアクチュエータに出力され、送光レンズアクチュエータによって第１レンズ３０１ｃの位置が調節される。

　また、照射走査制御部２７において、撮像画角に適した照射領域に基づいて、走査機構３０２を駆動させる走査信号が生成され、走査機構３０２（本実施形態においては第１レンズ３０１ｃが走査機構を兼ねている）に出力される。走査機構３０２である第１レンズ３０１ｃは、照射領域を画角全体に走査させるべく受信した走査信号に基づいて光軸と垂直方向に移動させられる。

　続いて、制御装置３から出力された同期制御信号及びシャッタ駆動信号は、レーザレーダ制御部２内の制御信号変換装置２３を経由して、同期回路２２、シャッタ装置制御部２４へそれぞれ供給される。

　同期回路２２において、入力された同期制御信号に基づいて、レーザ光の送光と受光の同期を取るための同期信号が生成され、この同期信号がレーザ電源２６及びシャッタ装置制御部２４に出力される。

　レーザ電源２６において、同期回路２２から供給された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える送光部１１内のレーザ発振器１１１の動作信号が生成され、この動作信号に基づいてレーザ発振器１１１が駆動される。
　一方、シャッタ装置制御部２４においては、制御装置３から入力されたシャッタ駆動信号及び同期回路２２から入力された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える受光部１２の受光シャッタ１２２が駆動される。

　これにより、レーザ電源２６により送光シャッタ１１２が駆動されることにより、レーザ発振器１１１から連続的なレーザ光が所定のパルス周期でパルス状のレーザ光となって射出される。このレーザ光は、照射走査部１１３が備えるレンズ３０１ｃの位置に応じた大きさに拡張され、更に、レンズ３０１ｃが所定の速さで光軸と垂直な方向に往復移動させられることにより、照射方向が逐次変更される。
　送光部１１から射出された光は、照射領域内に存在する物体により反射され、この反射したレーザ光が受光部１２に導かれることとなる。この場合において、上述のシャッタ装置制御部２４がシャッタ駆動信号に基づいて受光シャッタ１２２を駆動することにより、所定の撮像距離の位置に存在する物体によって反射されてきたレーザ光のみをＩＣＣＤカメラヘッド１２１に順次取り込むことが可能となる。

　そして、ＩＣＣＤカメラヘッド１２１により取り込まれた反射光の情報は、電気信号である画像信号に変換されて、レーザレーダ制御部２内の画像処理装置２５に出力される。画像処理装置２５は、ＩＣＣＤカメラヘッド１２１が開いてから閉じるまでの１フレーム期間Ｔにおいて、受光シャッタ１２２の開閉によって取り込まれた反射光に基づいて生成された複数の画像を蓄積する。そして、蓄積した複数の画像を積算（重畳）することにより輝度の高い撮像画像を作成し、この撮像画像を出力する。

　画像処理装置２５により作成された撮像画像は、制御信号変換装置２３を経由して制御装置３へ入力される。制御装置３は、入力された撮像画像を表示装置４に出力する。これにより、例えば、撮像距離の位置にあった浮遊物の輪郭などが可視情報として、表示装置４の表示モニタに鮮明に（輝度が高く）表示されることとなる。この結果、表示モニタに表示された画像を乗組員等が確認することにより、照射領域に存在した物体の形状や大きさなどの情報を取得することが可能となる。

　以上説明してきたように、本実施形態に係る撮像装置によれば、画角に対する照射領域を、画角全体の大きさよりも小さくし、更に、この照射領域を画角内で走査して画角全体に光を照射させる。これにより、画角以外の部分を照射する領域が低減されるので、画角全体を照射していた従来の方法と比較して、照射エネルギーの無駄を低減することが可能となる。
　また、画角を拡大した場合は、画角を拡大する前と比較して、必要となる照射エネルギーは増加する。しかしながら、画角が拡大された場合であっても、画角よりも小さい大きさの照射領域を走査することにより、画角全体を照射していた従来の方法と比較して、拡大時に必要となるエネルギーの増分を低減させることが可能となる。

〔変形例〕
　本実施形態に係る撮像装置において、送光レンズ系３０１は、光軸上に配置されたレンズを光軸に沿って移動することにより画角に対する照射領域の大きさを調整することとしていたが、これに限定されない。例えば、レンズを光軸に沿って移動することに代えて、図８に示されるように、送光レンズ系３０１は、光軸上に挿入可能な照射角が異なる少なくとも２つのレンズを備え、いずれかのレンズを選択して、光軸上に挿入することにより、画角に対する照射領域の大きさを調整することとしてもよい。
　これにより、画角に対する照射領域を簡便な方法で調整することができる。

　なお、本実施形態に係る撮像装置のレンズ群は、３種類の３つのレンズであったが、レンズ群が備えるレンズの種類及びレンズの数は、特に限定されない。

　また、本実施形態に係る撮像装置において、照射走査部１１３は第１レンズ３０１ｃを光軸と垂直方向に移動させることにより画角に対する照射領域を走査させていたが、これに限定されない。例えば、光軸上に配置された照射走査部１１３のレンズ群が備えるレンズのうち、いずれかのレンズ１つを光軸と垂直方向に移動させることとしてもよいし、複数のレンズを同時に光軸と垂直方向に移動させることとしてもよい。また、レンズの移動速度は調整可能とされていてもよい。

　また、本実施形態に係る撮像装置において、照射走査部１１３は光軸と垂直方向に一往復させることにより、画角内の照射領域を一往復させる場合について例示したが、第１レンズ３０１ｃの往復回数は特に限定されない。

　また、本実施形態に係る撮像装置において、送光レンズ系３０１の第１レンズ３０１ｃを光軸と垂直方向に移動させる速度は、調整できることとしてもよい。例えば、撮像される画像に対して雑音を少なくしたい場合には、第１レンズ３０１ｃの移動速度を上げ、走査回数を増加させる。これにより、画角内が単位時間当たりに照射される回数が増加する。これにより、より明るい画像を得ることができ、より画質のよい画像を得ることができる。

　また、例えば、所望の画質を満足するように、上記移動速度を調整することとしてもよい。画質が一定の品質に達したか否かの判定については、人間による目視であっても、機械等による自動判定であってもよい。例えば、機械等による自動判定を行う場合には、ＳＮ比（Signal Noise比：信号雑音比）に基づいて数値で判定することとしてもよい。

　なお、本実施形態に係る撮像装置において、レーザ発振器１１１と照射走査部３０１との間に送光シャッタ１１２を設け、この送光シャッタ１１２を受光部１２が備える受光シャッタ１２２と同期して開閉制御することにより、送光部１１から射出されるレーザ光の照射タイミングを制御していたが、これに代えて、例えば、レーザ発振器１１１のレーザ光射出タイミングを受光シャッタ１２２と同期した電気信号により制御することとしても良い。このように、レーザ発振器１１１によるレーザ光射出タイミングを制御することにより、送光シャッタ１１２を不要とし、装置の簡素化を図ることが可能となる。

〔第２の実施形態〕
　次に、本発明の第２の実施形態について、図９を用いて説明する。
　本実施形態の撮像装置が第１の実施形態と異なる点は、照射走査部１１３に代えて照射走査部１１３´を備えており（図９参照）、照射走査部１１３´が光束形状変更部３０３を備えている点である。以下、本実施形態の撮像装置について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

　走査機構３０２´は、光束形状変更部３０３を備えている。光束形状変更部３０３は、図９に示されるように、光の進行方向を前と定義した場合、第１レンズ３０１ｃの前面に備えられている。
　光束形状変更部３０３は、光源から出力された光を光軸に垂直な方向で切ったときの断面形状を楕円または線状に変更し、かつ、画角に対する照射領域を画角全体の大きさよりも小さくし、該断面形状の面積を小さくする機能を有している。これにより、光束形状変更部３０３を使用する場合においては、光速形状変更部３０３を使用しない場合と比較すると、照射エネルギーを集約するので照射領域の輝度を高くすることができる。例えば、光束形状変更部３０３として、シリンドリカルレンズを用いた場合には、図１０に示されるように、照射領域の形状を縦長の楕円状とすることができる。
　光束形状変更部３０３には、上記シリンドリカルレンズの他、スリット等を採用することが可能である。

　より具体的な例として、図１１は、横軸に画角の広さ、縦軸にレーザ出力を示している。第１の線は、従来のように画角全体を照射している場合であり、第２の線は、本実施形態の楕円状の照射を行った場合の画角内水平方向と輝度情報との関係の図である。図１１からわかるように、図９の光速形状変更部３０３を使用すると、従来と比較して、１度の照射で照射できる領域は狭いが、輝度を高くすることができる。

　続いて、シリンドリカルレンズ（光束形状変更部３０３）を用いた場合の画角内走査と、シリンドリカルレンズを用いない場合の画角全体の画角内走査とを行った場合の、輝度情報について説明する。
　図１２は、横軸に画角の水平方向、縦軸に画像の輝度分布を示している。
　第１の線は、従来のように画角全体を照射している場合であり、第２の線は、本実施形態の楕円状の照射領域を、画角全体に走査させた場合の輝度情報の分布状態である。図１２からわかるように、照射領域を走査させない場合には、画角内の中心の輝度が高く、中心から離れるほど輝度が低くなっている。これに対し、本実施形態に係る光束形状変更部３０３を用いて画角内走査を行うと、第２の線で示されるように画角内の中心における輝度の絶対値は低下するものの、画角内における輝度を略均一化できる。

　このように、照射領域を集約させて照射領域を楕円状にすると、円状の照射領域の場合と同じ出力で、画角内の輝度を高くすることができる。さらに、この画角内の輝度が高い状態で、照射領域を走査させることにより、画角全体が明るく照射された画像を得ることができる。

　例えば、海上の対象物を捜索する場合のように、対象物の所在が不明確なことがある。このような場合には、画角全体の輝度を高め、画角全体を明るくするとよい。これにより、従来のように画角の中央付近が主に明るく、画角の端の辺りが中央より輝度が低い画像よりも、対象物を探しやすくなる。

　以上説明してきたように、本実施形態に係る撮像装置によれば、光束形状変更部３０３を用いることにより、光源から出力された光を光軸に垂直な方向で切ったときの断面形状を変更し、面積を小さくすることができる。これにより、照射領域を明るくすることができる。また、明るくなった照射領域を画角内で走査させることによって、画角全体が略均一的に明るい撮像画像を得ることができる。

〔変形例〕
　本実施形態においては、光源から入射される光を光束形状変更部３０３によって照射領域を変更していたが、これに限られない。例えば、図１３に示されるように、光源から射出された光が導入される光ファイババンドルを、その出力側の断面形状が楕円状になるように結束することにより、この光ファイババンドルから射出される照射領域を楕円形状に成形することとしてもよい。
　これにより、光束形状変更部３０３が不要となり、簡便に照射領域の輝度を上げ、画角内を走査することが可能となる。

　また、光ファイババンドルによる楕円形状を成形した場合の照射領域の上部と下部とにおいては、シリンドリカルレンズによりビーム整形する場合と比較して、照射の強度分布が低減される。これにより、より広い範囲において明るい画像を得ることができる。

〔第３の実施形態〕
　次に、本発明の第３の実施形態について、図１４を用いて説明する。
　本実施形態においては、第１の実施形態の図１における照射走査部１１３に代えて照射走査部１１３´´を備えており（図１４参照）、照射走査部１１３´´は、走査機構３０２´´を備えている。
　また、本実施形態の撮像装置が第１、第２の実施形態と異なる点は、画角内の照射領域の走査は、走査機構３０２´´が備えるミラーによって行う点である。以下、本実施形態の撮像装置について、第１、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

　照射走査部１１３´´は、光源からの光を反射する第１のミラーと、第１のミラーが反射した光を反射する第２のミラーとを備えている。
　照射走査部１１３´´は、照射走査制御部２７から受信した制御信号に基づいて第２のミラーを回動させ、光の照射角度を変えて画角内の照射領域を走査させる。また、第２のミラーは、例えば、ガルバノミラーである。
　これにより、レンズを移動させることなく、簡便な方法で画角に対する照射領域を走査させることができる。

　なお、第２のミラーを回動させる速度は調整可能とされていてもよい。このように、例えば、第２のミラーの回動速度を上げると画角内が単位時間当たりに照射される回数が増加する。これにより、より明るい画像を得ることができ、より画質のよい画像を得ることができる。

１　レーザレーダ
２　レーザレーダ制御部
３　制御装置
４　表示装置
５　旋回台
２７　照射走査制御部
１１１　レーザ発振器
１１２　送光シャッタ
１１３、１１３´、１１３´´　照射走査部
１２１　ＩＣＣＤカメラヘッド
１２２　受光シャッタ
１２３　ズームレンズ
３０１　送光レンズ系
３０２　走査機構
３０３　光束形状変更部

Claims (12)

1. 　光を照射する送光部と、
   　前記送光部から射出された光が対象に到達して反射された反射光を受光し、取り込んだ前記反射光を画像信号に変換して出力する受光部と
   を具備し、
   　前記送光部は、
   　光源と、
   　画角に対する照射領域を画角全体の大きさよりも小さくし、かつ、該画角に対する照射領域を画角内において走査することで、画角全体に光を照射させる照射走査部を備える撮像装置。
2. 　前記照射走査部は、前記画角に対する照射領域の径の長さを、画角を構成する辺のうちいずれかの辺の長さと略一致させる請求項１に記載の撮像装置。
3. 　前記照射走査部は、レンズを備え、
   　該レンズを光軸に沿って移動させて、前記画角に対する照射領域の大きさを調整する請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 　前記照射走査部は、光軸上に挿入可能な照射角が異なる少なくとも２つのレンズを備え、
   　いずれかのレンズを選択して、光軸上に挿入することにより前記画角に対する照射領域の大きさを調整する請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 　前記照射走査部は、画角を構成するいずれかの辺を基準辺とし、前記画角に対する照射領域の径の長さを該基準辺の長さと略一致させるとともに、該画角に対する照明領域を該基準辺と垂直な方向に走査させる請求項１に記載の撮像装置。
6. 　前記照射走査部は、光軸上に配置された複数のレンズを備えるレンズ群を備え、
   　前記レンズ群が備える少なくとも１つのレンズを、光軸と垂直方向に移動させて、画角内における照射領域を走査する請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 　前記レンズ群のうち少なくとも１つのレンズの移動速度は調整可能とされている請求項３から請求項６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 　前記照射走査部は、
   　光源からの光を反射する第１のミラーと、
   　前記第１のミラーが反射した光を反射する第２のミラーを具備し、
   　該第２のミラーを回動させることで、光の照射角度を変えて画角内の照射領域を走査させる請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮像装置。
9. 　前記第２のミラーを回動させる速度は調整可能とされている請求項８に記載の撮像装置。
10. 　前記照射走査部は、光源から出力された光を光軸に垂直な方向で切ったときの断面形状を変更し、かつ、画角に対する照射領域を画角全体の大きさよりも小さくし、該断面形状の面積を小さくする光束形状変更部を備える請求項１から請求項９のいずれかに記載の撮像装置。
11. 　前記送光部は、
    　光源から射出された光が導入される光ファイババンドルを備え、
    　該光ファイババンドルは、出力側の断面が楕円状となるように結束されている請求項１から請求項９のいずれかに記載の撮像装置。
12. 　光を照射する過程と、
    　射出された光が対象に到達して反射された反射光を受光し、取り込んだ前記反射光を画像信号に変換して出力する過程と、
    　画角に対する照射領域を画角全体の大きさよりも小さくし、かつ、該画角に対する照射領域を画角内において走査することで、画角全体に光を照射させる過程と
    を有する撮像方法。

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