本発明は、撮像装置に関する。

特許文献1には、例えば、撮像手段2、第1の偏光手段22Aおよび第2の偏光手段22Bを備える撮像装置が記載されている。撮像手段2は、被投影面6上に投影された対象者6の画像を撮像する。第1の偏光手段22Aは、被投影面6と撮像手段2との間の光路L2上に設けられ、被投影面6の対象者D側からの入射波L2による反射波L2及び被投影面6の対象者D側とは反対側からの入射波L4を透過又は反射させた状態である第1の偏光状態を実現する。第2の偏光手段22Bは、被投影面6と撮像手段2との間の光路L2上に設けられ、被投影面6の反対側からの入射波L4を透過又は反射させた状態である第2の偏光状態を実現する。撮像装置は、第1の偏光状態での撮像画像と、第2の偏光状態での撮像画像との差分画像を生成し、被投影面の反対側からの入射波を考慮して、画像の鮮明さを向上させる。

特開2011−152883号公報

しかしながら、外光として太陽光を想定すると、外光はドライバーからの反射光に比べて光強度が大きい。そのため、差分画像は、ノイズが多い画像になってしまう。

撮像装置は、被写体からの光を集光する集光部と、前記集光部で集光された光を通過させる遮光部と、前記遮光部を通過した光を受光する撮像部とを備え、前記遮光部は開口を含み、前記集光された光は前記開口を通過し、前記開口には、前記被写体の像が前記集光された光によって形成され、前記撮像部は、前記像を撮像する。

本発明に係る撮像装置は、画像のノイズを抑えて外光による影響を低減することができる。

実施の形態1に係る撮像装置100の構成を示す構成図である。

実施の形態1に係る遮光部3の形状を示す模式図である。

実施の形態1に係る遮光部3による外光の低減を説明する光線図である。

変形例1に係る撮像装置110の構成を示す構成図である。

ウインドシールドにおける偏光方向に対する反射率の特性図である。

変形例2に係る撮像装置120の構成を示す構成図である。

以下の実施の形態に示す撮像装置は、撮像装置の一部を表示装置の光学系と共用化している。これによって、撮像装置の小型化を図ることができる。ここで、表示装置は、例えば、ヘッドアップディスプレイなどである。以下の実施の形態において、表示装置を車両用のヘッドアップディスプレイとして説明する。そのため、例えば、画像を認識する鑑賞者は車両の運転者である。

また、以下の実施の形態において、説明を容易にするためにXYZ座標を用いる。

Z軸は、運転者(鑑賞者)の前後方向に平行な軸である。運転者(鑑賞者)が表示装置に表示される画像を見る方向を+Z軸方向とする。

Y軸は、表示される画像の上下方向に平行な軸である。表示される画像の上方向は、+Y軸方向である。表示される画像の下方向は、−Y軸方向である。Y軸は、運転者(鑑賞者)の上下方向に平行な軸である。運転者(鑑賞者)の上方向は、+Y軸方向である。運転者(鑑賞者)の下方向は、−Y軸方向である。

X軸は、表示される画像の左右方向に平行な軸である。表示される画像の右方向は+X軸方向である。表示される画像の左方向は−X軸方向である。X軸は、運転者(鑑賞者)の左右方向に平行な軸である。画像を見ている運転者(鑑賞者)の右方向は+X軸方向である。画像を見ている運転者(鑑賞者)の左方向は−X軸方向である。

実施の形態1. 図1は、実施の形態1に係る撮像装置100の概略の構成を示す構成図である。図2は、遮光部3の形状を示す模式図である。図3は、遮光部3による外光の低減を説明する光線図である。

撮像装置100は、集光部2、遮光部3および撮像部4を備える。撮像装置100は、例えば、運転者9の顔の画像を撮影する。撮像装置100は、例えば、反射部1を介して運転者9の顔の画像を撮影する。

<反射部1> 反射部1は、後述するヘッドアップディスプレイが画像を投影するための被投影面である。反射部1は、例えば、ウインドシールドまたはコンバイナ等である。反射部1は、例えば、ハーフミラーのような反射部材である。反射部材は、光91の反射率を高くするために、反射率または透過率が調整されている。

実施の形態1では、一例として、反射部1をウインドシールドとして説明する。図1では、反射部1を平面形状に描いている。しかし、これに限定されるものではなく、反射部1は曲面形状であってもよい。

<集光部2> 集光部2は、運転者9からの散乱光を集光する。集光部2は、反射部1を介して運転者9からの散乱光を集光する。そのため、例えば、反射部1は集光機能の一部を備えることができる。

集光部2は、波長選択素子22を備えている。集光部2は、凹面鏡21またはレンズ23を備えることができる。

凹面鏡21は、運転者9からの光を集光する。ここで、運転者9からの光は散乱光である。凹面鏡21は、反射部1からの光を集光する。また、凹面鏡21は、後述する画像表示部5からの画像光を集光する。

波長選択素子22は、特定の波長帯域の光を反射する。波長選択素子22は、例えば、ダイクロイックミラーまたはダイクロイックフィルターなどである。波長選択素子22は、撮影したい波長帯域の光と不要な帯域の光とを分離する。

波長選択素子22は、例えば、赤外の波長帯域の光を反射する。赤外の波長帯域の光は赤外光である。赤外光の波長は、例えば、780nmよりも長い。

また、波長選択素子22は、特定の波長帯域の光を透過する。波長選択素子22は、例えば、可視光の波長帯域の光を反射する。可視光の波長帯域は、380nmから780nmである。

実施の形態1では、例えば、撮像装置100は赤外画像を取得する。波長選択素子22は、赤外光を反射する。そして、波長選択素子22は、赤外光以外の波長帯域の光を透過する。しかし、波長選択素子22はこれに限定されるものではない。波長選択素子22は、特定の波長帯域の光を透過し、不要な波長帯域の光を反射とすることができる。

レンズ23は、波長選択素子22で反射された光を集光する。レンズ23の集光位置は、遮光部3の開口31の位置である。波長選択素子22で反射された光が遮光部3の開口31の位置で集光する場合には、レンズ23は不要である。

<遮光部3> 遮光部3は、波長選択素子22で反射された光の一部を遮光する。遮光部3は、例えば、遮光板である。遮光部3は、開口31および遮光領域32を備える。

図2では、例えば、開口31は円形形状である。しかし、開口31は円形形状以外の形状であってもよい。例えば、開口31は多角形形状であってもよい。開口31の中心は、例えば、撮像装置100の光学系の光軸上に位置する。

遮光領域32は、光を遮光する領域である。遮光領域32は、外光を吸収するように黒塗装が望ましい。遮光領域32は、外光の吸収によって熱を発生する。そのため、遮光領域32は、金属であることが望ましい。ここで、金属は、例えば、アルミニウムなどである。

開口31は、運転者9の顔と光学的に共役な関係にある。「光学的に共役な関係」とは、1つの点から発した光が他の1つの点に結像する関係のことを言う。つまり、運転者9の顔の一点から発せられた光は、開口31の位置で集光する。

<撮像部4> 撮像部4は、運転者9の顔からの光を受光して電気信号に変換する。撮像部4は、結像光学系41および撮像素子42を備える。

結像光学系41は、開口31を通過した光を撮像素子42の受光面42a上に集光する。結像光学系41は、遮光部3の開口31を通過した光91を撮像素子42の受光面42a上に結像する。結像光学系41は、レンズ41aおよびレンズ41bを備えることができる。

レンズ41aは、開口31の位置で集光された光を平行光に変換する。レンズ41bは、平行光を撮像素子42の受光面42a上に集光する。レンズ41bの焦点位置は、例えば、開口31の位置にある。

撮像素子42は、光を電気信号に変換する。撮像素子42は、例えば、半導体撮像素子である。撮像素子42は、例えば、CCDまたはC−MOSなどである。受光面42aは、開口31と光学的に共役な関係にある。そのため、開口31の位置に形成された運転者9の顔の像は、受光面42a上に結像される。

<撮像装置100による画像の撮像> 運転者9の顔からの光91は反射部1に到達する。光91は、運転者9の顔に当たって散乱した散乱光である。反射部1に到達した光91は反射部1によって反射される。

反射部1によって反射された光91は集光部2に入射する。集光部2に入射した光91は、凹面鏡21に到達する。凹面鏡21に到達した光91は、凹面鏡21で反射される。凹面鏡21に到達した光91は、凹面鏡21で集光される。

凹面鏡21で反射された光91は、波長選択素子22に到達する。例えば、波長選択素子22に到達した光91の赤外光は、波長選択素子22によって反射される。例えば、波長選択素子22に到達した光91の可視光は、波長選択素子22を透過する。

波長選択素子22によって反射された光91の赤外光は、レンズ23に到達する。レンズ23に到達した光91の赤外光は、レンズ23によって集光される。

レンズ23によって集光された光91の赤外光は、遮光部3の開口31に到達する。遮光部3の開口31に到達した光91の赤外光は、開口31の位置で集光する。運転者9の顔と開口31とは光学的に共役な関係にある。そのため、運転者9の顔の像は、開口31の位置に形成される。レンズ23によって集光された光91の赤外光は、遮光部3の開口31を通過する。

遮光部3の開口31を通過した光91の赤外光は、撮像部4に入射する。撮像部4に入射した光91の赤外光は、レンズ41aに到達する。レンズ41aに到達した光91の赤外光は、レンズ41aによって平行光に変換される。

レンズ41aによって平行光に変換された光91の赤外光は、レンズ41bに到達する。レンズ41bに到達した光91の赤外光は、レンズ41bによって集光される。

レンズ41bによって集光された光91の赤外光は、撮像素子42に到達する。レンズ41bによって集光された光91の赤外光は、撮像素子42の受光面42a上に集光される。開口31と受光面42aとは光学的に共役な関係にある。そのため、開口31上に形成された運転者9の顔の像は、受光面42a上に形成される。これによって、撮像素子42は、運転者9の顔の像を電気信号に変換することができる。

<撮像装置100による外光の遮光> 外光を太陽光として説明する。また、太陽光を平行光として扱う。

太陽光は、反射部1に到達する。反射部1に到達した太陽光は、反射部1を透過する。

反射部1を透過した太陽光は、凹面鏡21に到達する。凹面鏡21に到達した太陽光は、凹面鏡21で反射される。凹面鏡21に到達した太陽光は、凹面鏡21で集光される。

凹面鏡21で反射された太陽光は、波長選択素子22に到達する。例えば、波長選択素子22に到達した太陽光の赤外光は、波長選択素子22によって反射される。例えば、波長選択素子22に到達した太陽光の可視光は、波長選択素子22を透過する。

波長選択素子22によって反射された太陽光の赤外光は、レンズ23に到達する。レンズ23に到達した太陽光の赤外光は、レンズ23によって集光される。

図3に示す集光部2は、凹面鏡21およびレンズ23を1つのレンズとして示している。

図3(A)は、光91を示している。図3(A)では、運転者9と集光部2との間の距離が短いため有限系とみなしている。そのため、運転者9の1点から発せられた光91は、発散光とみなすことができる。

図3(B)は、太陽光(外光92)を示している。図3(B)では、外光92は運転者9に対して遠方から発せられた光である。そのため、集光部2へ入射する際の外光92は平行光とみなすことができる。

図3に示すように、これら2つの光は、集光部2によって、異なる位置で集光する。外光92の集光位置は、光91の集光位置よりも集光部2に近い。外光92は集光位置から発散して遮光部3に到達する。そのため、遮光部3の位置において、外光92の光束径は光91の光束径よりも大きい。

開口31の大きさは、開口31の位置に形成される運転者9の顔の像よりも大きい。そして、開口31の大きさは、開口31の位置における外光92の赤外光の光束よりも小さい。これによって、外光92の赤外光の光量は低減される。

遮光部3の開口31を通過した外光92の赤外光は、撮像部4に入射する。そして、撮像部4に入射した外光92の赤外光は、撮像素子42に到達する。

<変形例1> 図4は、変形例1に係る撮像装置110の構成を示す構成図である。撮像装置110は、偏光フィルタ24を備える点で撮像装置100と相違する。撮像装置100の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。

偏光フィルタは、特定方向の直線偏光を持つ成分を強く減衰する効果があるフィルタである。偏光フィルタは、一般的に吸収型偏光フィルタおよび反射型偏光フィルタなどが存在する。しかし、偏光フィルタ24は、これらに限定されない。

図4において、偏光フィルタ24は、凹面鏡21と波長選択素子22との間に配置されている。偏光フィルタ24は、集光部2に光91,92が入射する位置と撮像素子42との間に配置される。

図5は、入射光の偏光方向に対する反射率を示す特性図である。反射部1の透明部材の屈折率は、例えば、1.51である。

図5において、実線はS偏光の反射率を示している。破線はP偏光の反射率を示している。入射光線と反射光線とを含む平面に対して、垂直方向の偏光をS偏光とする。入射光線と反射光線とを含む平面に対して、平行方向の偏光をP偏光とする。図4では、紙面に対して垂直方向がS偏光である。また、紙面に対して平行方向がP偏光である。

図5に示すように、透明部材の反射率は、入射する光の偏光方向によって異なる。S偏光の反射率はP偏光の反射率よりも大きい。例えば、偏光フィルタ24は、反射部1における反射率の高い偏光(S偏光)を透過するように配置される。これによって、偏光フィルタ24は、反射部1で多く反射された光91の多くを透過することができる。

一方、太陽光などの外光92は、ランダム偏光とみなすことができる。ランダム偏光は、様々な方向に振動した光で構成されている光で偏光はみられない光である。そのため、偏光フィルタ24によって、外光92の光量の約半分が遮断される。偏光フィルタ24によって、外光92の影響を低減することができる。

<変形例2> 図6は、変形例2に係る撮像装置120の構成を示す構成図である。撮像装置120は、画像表示部5を備える点で撮像装置110と相違する。撮像装置100,110の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。

画像表示部5は、画像を表示する表示部の一部である。画像表示部5および集光部2によって、例えば、撮像装置120は虚像を表示することができる。画像表示部5は、集光部2の一部の光学系を撮像部4と共用している。撮像部4と共用している集光部2の光学系は、凹面鏡21、波長選択素子22および偏光フィルタ24である。これによって、撮像装置120は運転者9を撮影すると同時に、運転者9が視認する画像を表示することができる。

画像表示部5は、画像表示素子52を備えている。画像表示部5は、投射光学系51を備えることができる。

投射光学系51は、画像表示素子52から出射される画像光を反射部1に投射する。運転者9は、反射部1に投射された画像光を虚像として視認する。投射光学系51は、運転者9に対して、適切な倍率または画像表示距離で虚像を視認させる。投射光学系51は、共用した光学系のレンズパワーを調整する。また、投射光学系51は、構成要素のレイアウトまたは光路長を調整する。

図6では、投射光学系51は凸面鏡である。撮像装置120の小型化のためには、光路長を短くすることが有効である。このためには、集光部2で共用化した光学系の集光能力を高めることが有効である。集光能力を高めることは、例えば、正のレンズパワーを強くすることである。

しかし、撮像のための光学系と画像を表示するための光学系とでは、求められるレンズパワーが異なる。

撮像のための光学系では、遮光部3における外光の遮光効果を高めるために、高い集光能力が求められる。つまり、撮像のための光学系では、強い正のレンズパワーが求められる。

一方、画像を表示するための光学系では、強いレンズパワーを用いると、画質の劣化が生じる。このため、画像を表示するための光学系では、集光部2による強い正レンズパワーを低減する負のレンズパワーが必要となる。投射光学系51は、この負のレンズパワーに相当する。これによって、画像を表示するための光学系における画質の劣化を低減できる。

画像表示素子52は画像光を形成する。画像光は、表示される画像情報を含んでいる。画像表示素子52は、例えば、液晶表示素子などである。画像表示素子52は、例えば、プロジェクターとスクリーンとを組み合わせた画像表示素子でも良い。

画像表示素子52から投射された画像光は、投射光学系51に到達する。投射光学系51に到達した画像光は、投射光学系51で発散角が変更される。図6では、投射光学系51は凸面鏡である。このため、投射光学系51に到達した画像光は、投射光学系51で反射される。また、投射光学系51では、投射光学系51に到達した画像光の発散角は大きくなる。

画像光は、波長選択素子22に到達する。投射光学系51で反射された画像光は、波長選択素子22に到達する。画像光は、投射光学系51を介して波長選択素子22に到達する。画像光の可視光は、波長選択素子22を透過する。画像光の赤外光は、波長選択素子22で反射される。

波長選択素子22を透過した画像光の可視光は、偏光フィルタ24に到達する。偏光フィルタ24は、可視光の特定の偏光を透過する。例えば、偏光フィルタ24が透過する偏光はS偏光である。

画像表示素子52が液晶表示素子の場合には、画像表示素子52から出射される偏光の方向と偏光フィルタ24を透過する偏光の方向とが一致するように、画像表示素子52を配置する。これによって、偏光フィルタ24による画像光の減衰を低減することができる。

偏光フィルタ24に到達した画像光(可視光)は、偏光フィルタ24を透過する。偏光フィルタ24を透過した画像光(可視光)は、凹面鏡21を介して、反射部1に投射される。運転者9は、反射部1に投射された画像光を虚像として視認する。

撮像装置120では、撮像部4と画像表示部5とが集光部2を共用している。そのため、撮像装置120を小型化することが容易である。

共用する構成要素は、例えば、波長選択素子22と偏光フィルタ24とである。波長選択素子22を共用することによって、撮像部4が受光する赤外光と画像表示部5が投射する可視光とを選別することができる。波長選択素子22は、赤外光を反射して、可視光を透過する。偏光フィルタ24を共用することによって、撮像部4に到達する外光を低減することができる。また、画像表示部5が投射する画像光の減衰を低減することができる。

なお、上述の各実施の形態においては、「平行」または「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。

また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

100,110,120 撮像装置、 1 反射部、 2 集光部、 21 凹面鏡、 22 波長選択素子、 23 レンズ、 24 偏光フィルタ、 3 遮光部、 31 開口、 32 遮光領域、 4 撮像部、 41 結像光学系、 42 撮像素子、 42a 受光面、 5 画像表示部、 51 投射光学系、 52 画像表示素子、 9 運転者、 91 光、 92 外光。