JPS62263776A - 低照度撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ この発明は、低照度撮像装置、更に詳しくはＴＶ右カメ
ラビデオカメラ、電子カメラ等の撮像装置における低照
度撮影を赤外光を利用して行なう低照度撮像装置に関す
るものである。

［従来の技術］ ビデオカメラ“ｑの撮像装置には、可視光感度に合わせ
るため、従来可視光領域外の赤外光等をカットする赤外
カプトフィルタという光学フィルタが挿入されている。

例えば第６図に示すように、ビデオカメラの撮像光学系
１は、前段にアフオーカス系と呼ばれるフォーカシング
、倍率変換を行なうズームレンズ系、即ち、前玉レンズ
ｌａ、バリエータレンズ１ｂ、エレクタレンズ１ｃから
なるズームレンズ系が配置され、後段にリレーレンズｌ
ｄ、ｌｅからなるリレーレンズ系が配置されていて、ズ
ームレンズ系とリレーレンズ系との間にはアイリスアク
チュエータ３によって絞り開口が制御されるアイリス（
絞り）２が配設されている。そして、このアイリス２と
リレーリンズ系との間または撮像素子５の直前に」二記
赤外カントフィルタ４が配設されるようになっている。

このように構成された撮像光学系１によって撮影光は、
ＣＣＤからなる撮像索子５の撮像面に結像される。この
撮像索子５の出力はプロセス回路６に入力せられ、次い
でマトリックス回路からなる輝度１色素エンコーダ７お
よびＮＴＳＣエンコーダ８を経てＮＴＳＣ出力信号とさ
れる。またＬ記アイリス２はオートアイリスと呼ばれる
ものであって、プロセス回路６の映像信号レベルを検波
回路９で検波し、映像信号レベルが規定レベルより高い
か低いか、または丁度良いかを検出してアイリス駆動回
路１０を動作させて、上記アイリスアクチュエータ３を
作動させてアイリス２を適正に自動制御するようになっ
ている。

また、第７図はカラーカメラに使われているＣＣＤ撮像
素子の代表的な分光感度特性を示したもので、横軸に波
長を、縦軸に１１１対感度をそれぞれとったものである
。この素子のＲ，Ｇ、　　Ｂのカラー感度は波長が４０
０ｎｍ〜７００ｎｍの可視光領域においてはそれぞれ曲
線で示す如く、Ｂ（青）信号は４００〜５００　ｎｍに
おいてピーク値をもち、Ｇ（緑）信号は５００〜６００
ｎｍに、またＲ（赤）信号は６００　ｎｍ付近にそれぞ
れピーク値を有する。そして、上記Ｒ，Ｇ、　　Ｂ信号
の感度は波長が７００〜１２００ｎｍの赤外光領域にお
いては再び上記ピーク値相当迄上昇する。従って、この
赤外光領域におけるＲ、　Ｇ、　Ｂ信号の感度を、前記
赤外カットフィルタ（以下、ＴＲカットフィルタという
）４と呼ばれるシアン系のカラーフィルタをｔ＋Ｉ’ｉ
人することによりカットしている。また、この光学フィ
ルタを入れることによって可視光領域においてＲ信号を
点線で示すように降下させて実線て示すような色再現−
１−望ましい感度に補正される。このようなＩＲカット
フィルタの代表的特性例を第８図に示す。

このように広い領域でスペクトルをもつ太陽光のうちの
可視光領域の光のみを、上記ＴＲカットフィルタ等を使
用して採り入れるようにしている。

ところが、周囲が暗くなり被写体からの反射光も低下し
てくると、可視光領域だけの光では撮影できる照度に限
界がある。従って、低照度になった場合にはＴＲカット
フィルタを外して赤外光を利用して感度の低下を補うよ
うにする低照度撮像手段が既に提案せられている。

この低照度撮像手段は非常に有効なものである。

即ち、 通常の撮影時の感度を■Ｉ８ 赤外光領域の感度を　ＩＲ とすると、Ｉ　Ｒ”　ｋ　Ｖ　ｌｓのとき、（ｋは倍率
係数）総合感度はＶ　　＋ＩＲ−（１＋ｋ）ＶＩｓｓ となる。

上記■　はＴＲカットフィルタを挿入した場合ｓ のＲ，Ｇ、Ｂの可視光領域における面積に対応する感度
で、上記ＩＲはこのｖＩ８のに倍に相当する。

従って、赤外カットフィルタを外すと、第７図における
曲線内の全面積が感度となり、総合感度は（１＋に倍）
となって、このとき、ｋ−３なら総合感度は４倍になる
。

第７図に示した例ではｋの値は、４．３程度になる。

これをＥＶ値に換算すると、ｆＪＯｇ２　（１＋ｋ）Ｅ
Ｖであるから約２，４Ｅ　Ｖとなり、またｄＢ換算では
、２０４１ｏ２Ｏ４１ｏ＋ｋ）ｄＢであるから約１４．
５ｄ　Ｂとなり、大幅な感度アップが図れる。勿論、低
照度撮影では可視光領域の感度が落ちるので色信号感度
も落ちるが、これは実際上それ程支障はない。

このようにＴＲカットフィルタを外して赤外光を低照度
撮影に利用する撮像手段は大変有効なものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、この赤外光を低照度撮影に用いる撮像手段に
おいては、そのＴＲカットフィルタの挿脱手段に種々問
題がある。即ち、ＴＲカットフィルタを手動で撮像光学
系内に挿脱するようにした場合には素人ではフィルタの
出入のタイミングが解らないし、またＩＲフィルタを外
したのち、周囲か明るくなった場合にフィルタを挿入し
なければならないのを忘れてしまうという欠点を伴う。

また仮りに上記タイミングの問題を解決するために、Ｔ
Ｒカットフィルタを自動的に１Φ脱するようにしても、
そのサーボ系がハンチングを起こすとか、これを防止す
るために充分なヒステリシスをもたせて動作を安定化さ
せるようにしても、今度は周囲が明るくなっても外れた
まま、ＴＲカットフィルタはなかなか戻らなかったり、
外したまま撮影すると色再現が不良になったり、ブルー
ミング、スミア等が生じるとか、ほかの疑似信号が増え
て実用化には非常に困難性があるという欠点を有してい
る。また、ただ単に挿入すると、感度はいきなり２ＥＶ
値ダウンするし、外すと２ＥＶ値アツプするので、徐々
に感度を増やしたり減らしたりすることもできないとい
う欠点もある。

また、フィルタを撮影光路内に自動的に出入する手段は
、従来、ＮＤフィルタの自動切換装置（特公昭５２−６
１２３号公報参照）や光量調節が可能な撮像用光学系（
実公昭５９−５８４４号公報参照）等が提案されている
が、前者は絞りの開閉に応動して単にＮＤフィルタを出
入するだけのものであり、後者は撮影レンズの光軸付近
に微細回折格子構造を有する光学素子を、光量調節用フ
ィルタとして配設するようにしたものであって、何れも
上記欠点を解決する手段としては不適当なものである。

従って、本発明の目的は低照度撮影を赤外光を利用して
行なうに当たり、撮像光学系内にＩＲカットフィルタが
自動的に、かつ連続的に挿脱するようにした、上記従来
の欠点を悉く解決できる低照度撮像装置を提供するにあ
る。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明の低
照度撮像装置は撮像素子の撮像面に結像させるための光
学系に設けられていて、同光学系の透過光が波長域制限
を受けることなく、透過可能な開口を有し、その開口面
積が」二足光学系への入射光Ｄに応動して連続的に可変
となされた赤外カットフィルタを具備したことを特徴と
するものである。

［実　施　例］ 以下、図示の一実施例によって本発明を説明する。第１
．２図は本発明の低照度撮像装置におけるフィルタ絞り
の一例を示したもの−である。このフィルタ絞り２０は
、撮像光学系１　（第３図参照）の光軸０上に配設され
たアイリス１２の背面がわに隣接して設けられている。

」二足アイリス１２は周知のもであって、固定リング１
３に等間隔に植設された曳数の支持ピン１４に、複数枚
の絞り羽根１５（第１図には一葉のみしか示されていな
い）がそれぞれその各揺動支点を枢着されて配設されて
いて、上記固定リング１３の外周に回動自在に配設され
た矢車１６に面積されている駆動ビン１７が各絞り羽根
１５の外方延出部の長孔１５ａに嵌入しているものであ
る。このアイリス１２は、その矢車１６にかけられたば
ね１８によって同矢車が光軸Ｏの周りに時計方向に回動
する習性が与えられており、この習性による回動により
矢車１６がその突出片１６ａをストッパー１９ａに当接
させる位置まで回動したときには、支持ピン１４の周り
に時計方向に回動した各絞り羽根１５は全開態位をとる
ようになっている。

また上記矢車１６の回動は、同矢車１６に穿設された部
分円弧状の長孔１６ｂに挿入されている、ガルバノメー
タ等のアイリス駆動用アクチュエータ１１の駆動軸１１
ａによって行なわれる。即ち、アクチュエータ１１の駆
動軸１１ａが時計方向に回動したときには、矢車１６は
ばね１８の弾力により突出片１６ａがストッパー１９８
に当接する、絞り羽根１５が全開する位置まで回動し、
上記駆動軸１１ａが反時計方向に回動したときには、矢
車１６はばね１８の弾力に抗して駆動軸１１ａによって
光軸Ｏの周りに反時計方向にストッパー１９ｂに突出片
１６ａが当接する、絞り羽根１５が全閉する位置まで回
動するようになっている。

なお、上記部分円弧状の長孔１６ｂはアイリス１２の全
開状態において、次に述べるフィルタ絞り２０の開閉動
作が続いて行なわれるようにしたものである。

このように構成されたアイリス１２の背面がわに配設さ
れるフィルタ絞り２０は、絞り羽根２１が従来知られて
いるＩＲカットフィルタより形成されているものであっ
て、このＩＲカットフィルタは、例えば赤外吸収物質よ
りなるもの、或いは赤外光反射コーティングを表面に施
されたものを含む透明部材で形成されていること、およ
び矢車２２の回動習性が反時計方向であること以外は前
記アイリス１２と全く同様に構成される。即ち固定リン
グ２３に等間隔に面積された＞ｙｔの支持ピン２４に、
複数枚のＩＲカットフィルタ用透明絞り羽根２１（第１
図に一葉のみ図示）がそれぞれその各揺動支点を旧管さ
れて配設されており、固定リング２３の外周には矢車２
２が回動自在に配設されていて、同矢車２２に植立され
た駆動ピン２５が上述のような各ＩＲカットフィルタ用
透明絞り羽根（以下、フィルタ絞り羽根という）２１の
外方延出部の長孔２１ａに嵌入している。そして、上記
矢車２２にはばね２６がかけられていて、同矢車２２に
は光ＩＴｏｏの周りに反時計方向に回動する習性が与え
られており、この習性による回動により矢車２２がその
突出片２２ａをストッパー２７ａに当接させる位置まで
回動したときには支持ピン２４の周りに反時計方向に回
動した各フィルタ絞り羽根２１は全閉態位をとるように
なっている。

また、この矢車２２の回動も同矢車に穿設された部分円
弧状の長孔２２ｂに挿通されている−に記アイリス駆動
用アクチュエータ１１の駆動軸１ｉａにより行なわれる
。即ち、駆動軸１１ａが時計方向に回動したときには、
矢車２２はばね２６の弾力に抗して突出片２２ａがスト
ッパー２７ｂに当接する、フィルタ絞り羽根２１が全開
する位置まで回動し、上記駆動軸１１ａか反時計方向に
回動したときには矢車２２はばね２６の弾力により光軸
Ｏの周りに反時計方向にストンパー２７ｂに突出片２２
ａが当接する、フィルタ絞り羽根２１が全閉する位置ま
で回動するようになっている。

本実施例においてはこのようにｆＭ成されたフィルタ絞
り２０と上記アイリス１２とが第３図に示すように撮像
光学系１中に配設される。すると、日中の周囲が充分に
明るい場合には、アイリス駆動用アクチュエータ１１の
駆動軸１１ａは反時計方向に回動し、フィルタ絞り２０
のキ車２２をばね２６の弾力によりストッパー２７ａに
突出片２２ａが当接する位置に回動させ、フィルタ絞り
２０を完全に絞り込んだ状態で、アイリス１２の絞り開
口をその長孔２２ｂの範囲内において矢車１６を回動さ
せて調節する。従って、この状態では通常のＩＲカット
フィルタが押入された状態と全く同様に撮像動作が行な
わわる１、第２図（Ａ）はアイリス１２とフィルタ絞り
２０との両者が完全に絞り込まれた状態を示しており、
第２図（Ｂ）はフィルタ絞り２０が全閉した状態でアイ
リス１２の全開した状態を示している。

さて、周囲が暗くなって低照度の状況となり、上記第２
図（Ｂ）に示す如く、アイリス１２を全開しても撮影光
量が不足してくると、検波回路９が光量か足りないとい
う信号を駆動回路１０に出力する。すると、アイリスア
クチュエータ１１の駆動軸１１ａは時計方向に回動し、
矢車２２を時計方向に回動しフィルタ用絞り羽根２１を
その支持ピン２４の周りに時計方向に揺動させて、フィ
ルタ絞り２０を開き、赤外光の導入が開始される。

フィルタ絞り２０の形成開口は低照度の状態によって適
正に制御される。そして、更に暗くなると、第２図（Ｃ
）に示す如く、アイリス１２およびフィルタ絞り２０の
両者共が全開状態となり、赤外光の導入比率が最大とな
る。即ち、前述のように全開時には（１＋ｋ）倍の光量
か導入される。また、この状態から周囲が明るくなると
、フィルタ絞り２０が検波回路９からの出力により適正
開口を形成するように絞り込まれる。従、〕で、必要な
量だけの赤外光が入ることになる。Ｌ、かもアイリス１
２に続いてフィルタ絞り２０が連続的に可変するので理
想的な感度アップができる。

また、フィイレタ絞り２０はアイリス１２の近傍の、実
質的に光学的絞り位置と等しい位置に配設されるので、
絞り開口により光量のみを制御することができ、像の明
るさが変るだけで像光束がｒうれるようなことはない。

このことは例えば、撮像索子の前面に通常のＩＲカット
フィルタを出入させるようにし、これを半分たけ挿入し
た場合にはＩＲカットフィルタの入った部分のみがＩＲ
カント撮影となり、フィルタのない部分は赤外光成分の
多く入った撮影となるため、実用に供するものとはなら
ないことに較べれば大変杓゛効なものである。

次に、第５図は上記赤外光領域から導入される光量が絞
り段数に換算した場合、Ｅ　Ｖ値相当でどの位の光量に
なるかをグラフて衷わ１−たちのてある。これは入って
くる光量からどの位絞っているかを知りたい場合に便利
である。なお、赤外光領域の感度特性は、使用する撮像
素子によって異なるが、このグラフはに一３程文となる
素子を用いたものである。

このグラフは横軸に絞り段数をとり、縦軸に総光量の対
数値、即ちＥＶ相当の相対値をとったもので、横軸の絞
り段数はフィルタ絞り段数Ｎ１と可視光絞り段数Ｎ　と
をとり、Ｎ２−８では開放Ｆ　１．４のときＦ２２の最
小絞りとなるものである。

周知の通り、絞り段数Ｎ（Ｎ１．Ｎ２）の定義であり、
１段て光ゴは２倍、Ｆナンバーで、／Ｔ倍変化する。従
って、赤外光領域を可視光領域の絞り段数Ｎ　に準じて
フィルタ絞り段数Ｎ１て４段に分け、４段目で全開とす
ると全開時では２ＥＶ値、即ち１２ｄＢの光量増加とな
ることが解る。

また、このような感度アップのカーブが解っていれば、
ＩＥＶ値アップするには何段開けばよいかが容易にわか
る。

一方、本発明のようにＩＲカットフィルタで上述の如く
、フィルタ絞り２０を４Ｍ成し、低照度撮影時に赤外光
の導入を行った場合には、可視光領域の情報が低下する
ので、実用」二支障はないとはいえ、色感度が下り色落
ちは避けられない。

これを救済するために、色差信号系にゲインコントロー
ルアンプを設けて赤外光導入時に、これによってゲイン
アップを図るようにした構成例を以下に説明する。

即ち、第４図に示すように輝度１色差エンコーダ７から
ＮＴＳＣエンコーダ８へは輝度信号と色差信号とが入力
されるが、この色差信号系中に色信号ゲインコントロー
ルアンプ３ｏを設ける。このアンプはビデオカメラにお
いては出（：：１時に色信号を調節して固定するために
設けられているものもあるが、本例ではこれを設けて積
極的に使用する。そして、このアンプ３０にはフィルタ
絞り駆動量検出回路３１によってアイリス駆動回路１゜
のフィルタ絞り駆動量を検知した検出出力が加えられる
。この場合、可視光領域のときの色信号のケインに対し
て赤外光領域の光量が多く入ってきて、例えばＩＥＶの
ゲインアップに相当するだけの赤外光が入ってきている
とすると、色信号ゲインコントロールアンプ３０は色信
号ゲインをＩＥＶ（６ｄＢ）たけアップするように動作
する。従って、これによって色感度が落ちた分を相対的
に補正することができる。

このように本発明による低照度撮像装置は、簡単な構成
でメカ連動が容易にできるため、従来のオートアイリス
系に、光学的および電気的にもそのまま置き換えること
ができる。また暗視赤外ライトを使用した場合にも何ら
問題なく適用することかできるし、更に連続制御、段階
制御のいずれの形式も任セに採り得るし、また手動操作
も可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、低照度撮影時に赤外
光を（り用して実質的に撮像感度のアップを図るに際し
て、赤外光の寄与する度合いを自動的、かつ連続的に可
変し得るようにしたので、従来提案されているようなＩ
Ｒカットフィルタの手動による挿脱の繁）Ｉｔさやｚ１
駆動の虞れを解消することができると共に、最適な入射
光量調節ができる低照度撮像装置を提供することかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の低照度撮像装置に用いられる赤外カ
ットフィルタの一例を示す斜視図、第２図（Ａ）（Ｂ）
（Ｃ）は、上記第１図の赤外カットフィルタの作動態様
をそれぞれ示す正面図、 第３図は、本発明の一実施例を示す低］１ｒ！度撮像装
置の概略構成図、 第４図は、色信号補正手段ををする本発明の低照度撮像
装置の概略構成図、 第５図は、絞り段数に換算した感度アップ特性図、 第６図は、従来の低Ｈ１＜＜度撮像装置の一例を示す概
略（＾ｉ構成図 第７図は、撮像素子（ＣＣＤ）の代表的な分光感度特性
図、 第８図は、ＩＲカットフィルタの代表的特性曲線図であ
る。 １・・・・・・・・・撮像光学系 ５・・・・・・・・・撮像素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像素子の撮像面に結像させるための光学系に設けられ
   ていて、同光学系の透過光が波長域制限を受けることな
   く、透過可能な開口を有し、その開口面積が上記光学系
   への入射光量に応動して連続的に可変となされた赤外カ
   ットフィルタを具備したことを特徴とする低照度撮像装
   置。