特許 7182935 撮像装置、制御方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-25

(45)【発行日】2022-12-05

(54)【発明の名称】撮像装置、制御方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G03B 15/05 20210101AFI20221128BHJP

   G03B 5/08 20210101ALI20221128BHJP

   G03B 15/02 20210101ALI20221128BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20221128BHJP

   H04N 5/235 20060101ALI20221128BHJP

【ＦＩ】

G03B15/05

G03B5/08

G03B15/02 H

H04N5/225 100

H04N5/225 600

H04N5/235 400

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2018142871

(22)【出願日】2018-07-30

(65)【公開番号】P2020020894

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-07-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】沼田 愛彦

【審査官】辻本 寛司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０４３９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００１２６１３（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５２０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２７８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１３４８６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０３３９１３９４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ １５／０５

Ｇ０３Ｂ ５／０８

Ｇ０３Ｂ １５／０２

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０４Ｎ ５／２３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像光学系と、
撮像素子と、
前記撮像光学系の主面と前記撮像素子の撮像面とがなす角度を変更する角度制御部と、
照明部と、
前記角度に基づいて前記照明部の光軸方向を変更する照明制御部と、を有し、
前記照明制御部は、前記撮像光学系の前記主面と前記撮像素子の前記撮像面とがなす第一の角度が増加するにつれて前記撮像光学系の光軸と前記照明部の光軸とがなす第二の角度が増加するように、前記照明部の前記光軸方向を変更し、
前記第一の角度は、１度以上であることを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

前記照明制御部は、前記照明部の前記光軸方向を前記撮像光学系の光軸方向と異なるように変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

前記照明制御部は、前記照明部の前記光軸方向を前記撮像素子の前記撮像面の法線方向に近づくように変更することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。

【請求項4】

前記照明制御部は、前記角度に基づいて決定されるピント面のうち前記照明部からの距離が第一の距離である第一の領域よりも、前記照明部からの前記距離が前記第一の距離よりも長い第二の距離である第二の領域に対する照明強度を上げるように、前記照明部の前記光軸方向を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項5】

前記角度制御部は、前記撮像素子の前記撮像面を前記撮像光学系の前記主面に対して回転させることにより、前記角度を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項6】

前記第二の角度は、前記撮像装置の画角の半分以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項7】

前記第二の角度は、前記撮像装置の画角以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項8】

前記照明制御部は、
前記第一の角度が第一の値である場合、前記第二の角度を第三の値に設定し、
前記第一の角度が前記第一の値よりも大きい第二の値である場合、前記第二の角度を前記第三の値よりも大きい第四の値に設定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項9】

前記照明部の照明範囲を変更する照明範囲制御部を更に有し、
前記照明範囲制御部は、
前記第一の角度が第一の値である場合、前記照明範囲を第一の照明範囲に設定し、
前記第一の角度が前記第一の値よりも大きい第二の値である場合、前記照明範囲を前記第一の照明範囲よりも狭い第二の照明範囲に設定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項10】

前記照明部は、照射範囲の異なる第一の照明素子および第二の照明素子を含み、
前記照明制御部は、前記第一の照明素子と前記第二の照明素子に流れる電流の比に基づいて前記照明部の照明範囲を制御することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。

【請求項11】

前記第一の照明素子の光軸と前記撮像光学系の光軸とのなす角度は、前記第二の照明素子の光軸と前記撮像光学系の前記光軸とのなす角度よりも大きく、
前記第一の照明素子の照明範囲は、前記第二の照明素子の照明範囲よりも狭いことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。

【請求項12】

前記照明制御部は、前記照明部の向きを制御することにより、前記照明部の前記光軸方向を変更することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項13】

前記照明部は、第一の照明素子および第二の照明素子を含み、
前記第一の照明素子の光軸と前記撮像光学系の光軸とのなす角度は、前記第二の照明素子の光軸と前記撮像光学系の前記光軸とのなす角度と異なり、
前記照明制御部は、前記第一の照明素子と前記第二の照明素子に流れる電流の比を制御することにより、前記照明部の前記光軸方向を変更することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項14】

撮像光学系の主面と撮像素子の撮像面とがなす角度を変更する角度制御ステップと、
前記角度に基づいて照明部の光軸方向を変更する照明制御ステップと、を有し、
前記照明制御ステップは、前記撮像光学系の前記主面と前記撮像素子の前記撮像面とがなす第一の角度が増加するにつれて前記撮像光学系の光軸と前記照明部の光軸とがなす第二の角度が増加するように、前記照明部の前記光軸方向を変更し、
前記第一の角度は、１度以上であることを特徴とする制御方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。

【請求項16】

撮像光学系と、
撮像素子と、
前記撮像光学系の主面と前記撮像素子の撮像面とがなす角度を変更する角度制御部と、
異なる照明範囲を有する第１の照明素子と第２の照明素子とを含む照明部と、
前記角度に基づいて前記照明部の照明範囲を変更する照明制御部と、を有し、
前記照明制御部は、前記第１の照明素子に流れる電流及び前記第２の照明素子に流れる電流を制御することにより、前記第１の照明素子の照明範囲及び前記第２の照明素子の照明範囲を制御することを特徴とする撮像装置。

【請求項17】

前記照明制御部は、前記第１の照明素子に流れる電流と前記第２の照明素子に流れる電流との比に基づいて、前記第１の照明素子の照明範囲と前記第２の照明素子の照明範囲とを制御することを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。

【請求項18】

前記第１の照明素子の光軸と前記撮像光学系の光軸とのなす角度は、前記第２の照明素子の光軸と前記撮像光学系の光軸とのなす角度よりも大きく、前記第１の照明素子の照明範囲は、前記第２の照明素子の照明範囲よりも狭いことを特徴とする請求項１６または１７に記載の撮像装置。

【請求項19】

前記第１の照明素子は、前記第１の照明素子からの距離が第１の距離であり、前記角度に基づいて決定されるピント面上にある第１の領域を照明し、前記第２の照明素子は、前記第２の照明素子からの距離が前記第１の距離よりも長い第２の距離であり、前記ピント面上にある第２の領域を照明し、
前記照明制御部は、前記第２の照明素子を流れる電流が前記第１の照明素子を流れる電流よりも大きくなるように制御することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項20】

撮像光学系の主面と撮像素子の撮像面とがなす角度を変更する角度制御ステップと、
前記角度に基づいて、異なる照明範囲を有する第１の照明素子と第２の照明素子とを含む照明部の照明範囲を変更する照明制御ステップと、を有し、
前記照明制御ステップは、前記第１の照明素子に流れる電流及び前記第２の照明素子に流れる電流を制御することにより、前記第１の照明素子の照明範囲及び前記第２の照明素子の照明範囲を制御することを特徴とする制御方法。

【請求項21】

請求項２０に記載の制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明部を備えた撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、被写体面がカメラレンズの主面に対して傾いている場合、望遠かつ明るいＦ値のレンズを使用した場合でも被写界深度を深く保つため、レンズの光軸を撮像素子に対して傾ける、所謂アオリ撮影が可能な撮像装置が開示されている。また、例えば特許文献２には、夜間等の低照度時にも鮮明な被写体像を取得するため、赤外ＬＥＤ等の照明部を備えたネットワークカメラが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－２８１８７９号公報

【文献】特開２０１３－４１２８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示されているようなアオリ撮影を行う撮像装置に対して、低照度時の視認性を向上させるため、特許文献２に開示されているような照明部を適用した場合、以下のような課題が発生する。一般に、アオリ撮影を行う場合、被写体面がカメラレンズの主面に対して傾いている。換言すると、撮像装置から被写体までの距離は、撮像素子の画角内で異なる。従って、特許文献２に開示されているネットワークカメラのように、レンズの光軸と照明部の光軸とが互いに一致している場合、画角内の被写体の輝度分布にムラが生じ、撮影画像の品質が低下する。特に、輝度分布のムラが大きい場合、撮影画像に白トビや黒ツブレが生じやすくなる。

【0005】

そこで本発明は、照明部を用いてアオリ撮影を行う場合に、被写体の輝度分布のムラを低減して撮影画像の品質を向上させることが可能な撮像装置、制御方法およびプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面としての撮像装置は、撮像光学系と、撮像素子と、前記撮像光学系の主面と前記撮像素子の撮像面とがなす角度を変更する角度制御部と、照明部と、前記角度に基づいて前記照明部の光軸方向を変更する照明制御部とを有し、前記照明制御部は、前記撮像光学系の前記主面と前記撮像素子の前記撮像面とがなす第一の角度が増加するにつれて前記撮像光学系の光軸と前記照明部の光軸とがなす第二の角度が増加するように、前記照明部の前記光軸方向を変更し、記第一の角度は、１度以上である。
本発明の他の側面としての制御方法は、撮像光学系の主面と撮像素子の撮像面とがなす角度を変更する角度制御ステップと、前記角度に基づいて照明部の光軸方向を変更する照明制御ステップと、を有し、前記照明制御ステップは、前記撮像光学系の前記主面と前記撮像素子の前記撮像面とがなす第一の角度が増加するにつれて前記撮像光学系の光軸と前記照明部の光軸とがなす第二の角度が増加するように、前記照明部の前記光軸方向を変更し、前記第一の角度は、１度以上である。
本発明の他の側面としてのプログラムは、前記制御方法をコンピュータに実行させる。

【0007】

また、本発明の他の側面としての撮像装置は、撮像光学系と、撮像素子と、前記撮像光学系の主面と前記撮像素子の撮像面とがなす角度を変更する角度制御部と、異なる照明範囲を有する第１の照明素子と第２の照明素子とを含む照明部と、前記角度に基づいて前記照明部の照明範囲を変更する照明制御部と、を有し、前記照明制御部は、前記第１の照明素子に流れる電流及び前記第２の照明素子に流れる電流を制御することにより、前記第１の照明素子の照明範囲及び前記第２の照明素子の照明範囲を制御する。
本発明の他の側面としての制御方法は、撮像光学系の主面と撮像素子の撮像面とがなす角度を変更する角度制御ステップと、前記角度に基づいて、異なる照明範囲を有する第１の照明素子と第２の照明素子とを含む照明部の照明範囲を変更する照明制御ステップと、を有し、前記照明制御ステップは、前記第１の照明素子に流れる電流及び前記第２の照明素子に流れる電流を制御することにより、前記第１の照明素子の照明範囲及び前記第２の照明素子の照明範囲を制御する。
本発明の他の側面としてのプログラムは、前記制御方法をコンピュータに実行させる。

【0008】

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、照明部を用いてアオリ撮影を行う場合に、被写体の輝度分布のムラを低減して撮影画像の品質を向上させることが可能な撮像装置、制御方法およびプログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第一の実施形態における撮像装置のブロック図である。

【図2】第一の実施形態におけるアオリ撮影でのピント面の説明図である。

【図3】被写体面の照度分布図である。

【図4】第一の実施形態におけるアオリ撮影での撮像素子と照明素子との関係図である。

【図5】第一の実施形態における被写体面の照度分布図である。

【図6】第一の実施形態における第二の角度を変化させたときの被写体面の照度分布図である。

【図7】第一の実施形態における被写体面の説明図である。

【図8】第二の実施形態における撮像装置のブロック図である。

【図9】第二の実施形態における被写体面の照度分布図である。

【図10】第３の実施形態における撮像装置のブロック図およびアオリ撮影での撮像素子と照明素子との関係図である。

【図11】第３の実施形態における複数の照明素子に流す電流の比ごとの光強度分布および照度分布図である。

【図12】第３の実施形態における撮像装置の変形例である。

【図13】第４の実施形態における監視システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

【0012】

（第一の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第一の実施形態における撮像装置について説明する。図１は、本実施形態における撮像装置１００のブロック図である。撮像装置１００は、結像光学系（撮像光学系）１０１、照明素子（照明部）１０２、照明方向制御機構（照明制御部）１０３、撮像素子（固体撮像素子）１０４、アオリ機構（角度制御部）１０５、および、制御部１０６を有する。制御部１０６は、撮像装置１００の各部を制御する。

【0013】

撮像素子１０４は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサであり、結像光学系１０１を介して形成された被写体像（光学像）を光電変換する。照明素子１０２は、撮像素子１０４が感度を有する波長の光を発する。例えば、撮像素子１０４がシリコン（Ｓｉ）で構成されている場合、照明素子１０２はＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＮ等の化合物半導体で構成されるＬＥＤを用いればよい。制御部１０６は、照明素子１０２のＯＮ／ＯＦＦおよび照明素子１０２からの射出光の強度を制御する。照明方向制御機構１０３は、照明素子１０２を回転することにより、照明素子１０２の向きを制御する。照明方向制御機構１０３は、モータとギアとを備えて構成されている。制御部１０６は、照明方向制御機構１０３のモータに流れる電流を制御することにより、照明素子１０２をＸＺ平面内で回転させることができる。アオリ機構１０５は、撮像素子１０４の向きをＸＺ平面内で回転させることができる。

【0014】

次に、図２を参照して、アオリ撮影におけるピント面（焦点面）１０７について説明する。図２は、アオリ撮影におけるピント面１０７の説明図である。シャインプルーフの原理に従い、撮像素子１０４の光入射面（撮像面）、結像光学系１０１の主面１０８（光軸１０９に直交する面）、および、ピント面１０７は、Ｙ軸方向に延びる一本の直線Ｌで交わっている。従って、ピント面１０７は、ＸＺ平面内において結像光学系１０１の主面１０８に対して傾いている。なお図２において、１０９は結像光学系１０１の光軸である。

【0015】

次に、ピント面１０７が結像光学系１０１の主面１０８に対して傾いている撮像装置１００において、特許文献２に開示されている従来技術のように、照明素子１０２の光軸１１０を結像光学系１０１の光軸１０９と一致させた場合について考える。図３（ａ）は、アオリ撮影の際に、照明素子１０２の光軸１１０を結像光学系１０１の光軸１０９と一致させた場合におけるピント面１０７（被写体面）の照度分布図である。図３（ａ）において、横軸は像高、縦軸は照度（照度相対値）をそれぞれ示している。図３（ａ）に示されるように、像高に応じて照度は大きく異なり、画角内で大きな照度ムラが発生している。これは、アオリ撮影の際に、照明素子１０２とピント面１０７との間の距離が、撮像装置１００の画角内で大きく異なっているためである。このため、照明素子１０２とピント面１０７との間の距離が近い位置（図２中の領域１０７Ａ）では照度が高く、照明素子１０２とピント面１０７との間の距離が遠い位置（図２中の領域１０７Ｂ）では照度が低くなるため、照度ムラが発生する。その結果、画像の輝度ムラが発生し、視認性が低下する。

【0016】

図３（ｂ）は、比較例として、アオリ撮影を行わない場合の照度分布図である。図３（ｂ）に示されるように、アオリ撮影を行わない場合にも同様の照度ムラが発生する。しかしながら、アオリ撮影を行わない場合、被写体面のうちピントの合う範囲Ｒは狭い。このため、ピントの合う範囲内において、照度ムラは小さい。換言すると、アオリ撮影を行わない場合には、ピントが合っていないために被写体像がボケている領域においてのみ、照度ムラによる視認性の低下が発生する。

【0017】

一般に、観賞用の撮像装置の場合、被写体像がボケている領域についても、そのボケ味がきれいか否かという点は大きな課題である。このため、照度ムラによる視認性の低下は課題となる。しかしながら、監視等の認識用の撮像装置の場合、被写体像がボケている領域については、照度ムラが発生していてもいなくても、被写体がボケていて認識できないという結果は同じである。従って、被写体像がボケている領域については、照度ムラによる視認性の低下が問題となる場合はそれほど多くない。このように、照度ムラによる被写体像の視認性の低下は、認識用の撮像装置であって、かつアオリ撮影を行わない場合、照度ムラによる視認性の低下が問題となる場合はそれほど多くはない。本発明は、認識用の撮像装置において、アオリ撮影を行う場合に問題となる照度ムラによる被写体像の視認性の低下を抑制する。以下、本実施形態について具体的に説明する。

【0018】

次に、図４を参照して、撮像装置１００を用いたアオリ撮影における撮像素子１０４と照明素子１０２との関係について説明する。図４は、アオリ撮影での撮像素子１０４と照明素子１０２との関係図であり、撮像素子１０４の光入射面（撮像面）、結像光学系１０１の主面１０８、ピント面１０７、および、照明素子１０２の光軸１１０の関係を示している。なお、照明素子１０２の光軸１１０の方向は、照明素子１０２から放射される光の強度分布の重心方向である。

【0019】

図４に示されるように、撮像素子１０４の光入射面は、Ｙ軸を回転中心とし、かつ結像光学系１０１の主面１０８を基準として、反時計回りに回転している。本実施形態の撮像装置１００は、撮像素子１０４の光入射面の回転に応じて、照明素子１０２の光軸１１０を、Ｙ軸を回転中心とし、かつ結像光学系１０１の光軸１０９を基準として、同じく反時計回りに回転させる。ここで、結像光学系１０１の主面１０８と撮像素子１０４の光入射面とがなす角度（アオリ角度）θ１を第一の角度１１１とする。また、結像光学系１０１の光軸１０９に対する照明素子１０２の光軸１１０の角度θ２を第二の角度１１２とする。このとき、第一の角度１１１の符号（結像光学系１０１の主面１０８を基準とした撮像素子１０４の光入射面の回転方向）と第二の角度１１２の符号（結像光学系１０１の光軸１０９を基準とした照明素子１０２の光軸１１０の回転方向）とは互いに一致している。すなわち、第一の角度１１１の回転方向（図４では反時計回り方向）と第二の角度１１２の回転方向（反時計回り方向）とは互いに一致している。このように、撮像素子１０４のアオリ方向に応じて、照明素子１０２の光軸１１０の向きを変更する（回転させる）ことにより、照度ムラを低減することができる。

【0020】

次に、図５を参照して、結像光学系１０１の光軸１０９に対して照明素子１０２の光軸１１０を回転した場合と回転しない場合のそれぞれのピント面１０７（被写体面）の照度分布について説明する。図５は、結像光学系１０１の光軸１０９に対して照明素子１０２の光軸１１０を回転した場合と回転しない場合のそれぞれのピント面１０７（被写体面）の照度分布図である。図５において、横軸は像高、縦軸は照度（対数）をそれぞれ示している。また図５において、実線は本実施形態のように照明素子１０２の光軸１１０を回転した場合の照度分布、破線は比較例としての照明素子１０２の光軸１１０を回転しない場合の照度分布を示している。図５に示されるように、実線は破線よりもなだらかに変化している。このように、結像光学系１０１の光軸１０９に対して照明素子１０２の光軸１１０を回転させることで、照度ムラを低減することができる。以下、この理由について説明する。

【0021】

前述のように、アオリ撮影における照度ムラの原因は、照明素子１０２とピント面１０７との間の距離が、撮像装置１００の画角内で大きく異なっているためである。従って、照明素子１０２とピント面１０７との間の距離が近い位置（図４中の領域１０７Ａ）よりも、照明素子１０２とピント面１０７との間の距離が遠い位置（図４中の領域１０７Ｂ）に強い光を照射すれば、照度ムラを低減することができる。一般に、照明素子１０２は、ＬＥＤの構造を反映して、ＬＥＤの表面に垂直な方向（光軸方向）に強い指向性を有する配向分布を有する。このため、照明素子１０２の光軸１１０を、照明素子１０２とピント面１０７との間の距離が遠い方向に傾けることで、照度ムラを低減させることができる。その結果、撮影画像の品質を向上させることができ、被写体の認識精度を向上させることが可能である。

【0022】

結像光学系１０１の光軸１０９と照明素子１０２の光軸１１０とがなす第二の角度１１２は、結像光学系１０１の主面１０８と撮像素子１０４の光入射面（撮像面）とがなす第一の角度１１１に応じて、照度ムラが十分に低減するように決定すればよい。好ましくは、第二の角度１１２は、第一の角度１１１に応じて、照度ムラが最も低減するように決定される。

【0023】

次に、図６を参照して、第二の角度１１２を変化させたときのピント面１０７の照度分布について説明する。図６は、第二の角度１１２を変化させたときのピント面１０７の照度分布図である。図６において、横軸は像高、縦軸は照度（対数）をそれぞれ示す。また図６において、破線は第二の角度１１２の絶対値が小さい場合、点線は第二の角度１１２の絶対値が大きい場合、および、実線はそれらの中間の場合をそれぞれ示す。図６に示されるように、第二の角度１１２の絶対値を大きくするほど、照度ムラが低減する。特に、第二の角度１１２の絶対値を撮像装置１００の画角の半分以上にすると、照度ムラを十分に低減することができるため、好ましい。

【0024】

一方、図６の点線で示されるように、第二の角度１１２の絶対値を大きくし過ぎると、照度ムラは低減するが、撮像装置１００の画角内の平均照度が低下する。これは、第二の角度１１２の絶対値を大きくし過ぎると、照明素子１０２から放射された光束のうち、撮像装置１００の画角外に放出される光束の量が増加するためである。特に、第二の角度１１２の絶対値を撮像装置１００の画角以下にすると、撮像装置１００の画角外に放出される光束の量が減少するため、好ましい。

【0025】

アオリ撮影を行う際には、被写体面（ピント面１０７）と結像光学系１０１の主面１０８とのなす角度に応じて、第一の角度１１１を制御する必要がある。図７は、被写体面（ピント面１０７）の説明図である。図７（ａ）は、第一の角度１１１の絶対値が小さい場合、図７（ｂ）は第一の角度１１１の絶対値が大きい場合の、ピント面１０７、主面１０８、および、撮像素子１０４の光入射面（結像面）の関係を示している。

【0026】

図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、第一の角度１１１の絶対値が大きいほど、照明素子１０２とピント面１０７との間の距離が撮像装置１００の画角内で大きく異なる。このため、第一の角度１１１の絶対値が小さい場合には、画角内の照度ムラは大きな問題にならない。従って、第一の角度１１１の絶対値が小さい場合（第一の角度１１１が所定の角度よりも小さい場合）、図７（ａ）に示されるように照明素子１０２の光軸１１０を傾けなくてもよい。例えば、第一の角度１１１の絶対値が１度未満である場合、第二の角度１１２の絶対値をゼロに設定してもよい。換言すると、第一の角度１１１が１度以上の場合、本実施形態のように照明素子１０２の光軸１１０を結像光学系１０１の光軸１０９と異なるように、照明素子１０２の向きを変更することが好ましい。

【0027】

また本実施形態において、第一の角度１１１に応じて、第二の角度１１２を連続的に変化させることが好ましい。具体的には、第一の角度１１１の絶対値が大きいほど、第二の角度１１２の絶対値を大きくする。これにより、照度ムラが効果的に低減するため、好ましい。

【0028】

（第二の実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第二の実施形態における撮像装置について説明する。図８は、本実施形態における撮像装置２００のブロック図である。本実施形態の撮像装置２００は、照明素子１０２の照明範囲（照射角度範囲）を変更する照明範囲制御機構２１３を有する点で、図１を参照して説明した第一の実施形態の撮像装置１００とは異なる。照明範囲制御機構２１３は、第一の角度１１１に応じて、照明素子１０２の照明範囲を変更する。このような構成により、ピント面１０７（被写体面）の照度ムラをより効果的に低減することができる。

【0029】

次に、図９を参照して、照明素子１０２の照明範囲を変更した場合と照明範囲を変更しない場合におけるピント面１０７（被写体面）の照度分布について説明する。図９は、照明素子１０２の照明範囲を変更した場合と照明範囲を変更していない場合におけるピント面１０７の照度分布図である。図９（ａ）、（ｂ）において、横軸は像高、縦軸は照度（対数）をそれぞれ示す。図９（ａ）は、被写体面と結像光学系１０１の主面１０８とのなす角度が小さいため、第一の角度１１１の絶対値を小さくした場合を示している。一方、図９（ｂ）は、被写体面と結像光学系１０１の主面１０８とのなす角度が大きいため、第一の角度１１１の絶対値を大きくした場合を示している。

【0030】

図９（ａ）、（ｂ）において、実線は、第一の角度１１１に応じて照明素子１０２の照明範囲を変更する場合を示す。また図９（ａ）、（ｂ）において、破線および点線は、第一の実施形態の撮像装置１００のように、第一の角度１１１によらず一定の照明範囲で照明を行う照明素子１０２を用いた場合を示す。また、破線は照明素子１０２の照明範囲を第一の照明範囲とした場合を示し、点線は照明素子１０２の照明範囲を第二の照明範囲とした場合を示している。なお、図９（ａ）では実線と破線とが互いに重なっており、図９（ｂ）では実線と点線とが互いに重なっている。

【0031】

図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、第一の角度１１１に応じて照明範囲を変更しない（一定にする）場合、第一の角度１１１の絶対値が小さい場合の照度ムラを低減しようとすると、第一の角度１１１の絶対値が大きい場合の照度ムラが増大する（破線）。一方、第一の角度１１１の絶対値が大きい場合の照度ムラを低減しようとすると、第一の角度１１１の絶対値が小さい場合の照度ムラが増大する（点線）。

【0032】

一方、第一の角度１１１に応じて照明範囲を変更する場合、第一の角度１１１の絶対値の大小によらず、照度ムラを低減することができる（実線）。具体的には、第一の角度１１１の絶対値が大きいほど、照明素子１０２の照明範囲を狭くすればよい。なお本実施形態において、照明範囲とは、照明素子１０２から放射される光の強度分布の半値全幅を意味する。

【0033】

照明素子１０２の照明範囲を制御するには、照明素子１０２の光射出側に照明光学系を設け、照明光学系の一部のレンズを照明光学系の光軸方向に駆動すればよい。これにより照明光学系の焦点距離が変化し、照明範囲を制御することができる。レンズを駆動するには、モータおよびギアを用い、モータに流れる電流を制御すればよい。

【0034】

（第３の実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第３の実施形態における撮像装置について説明する。図１０（ａ）は本実施形態における撮像装置３００のブロック図、図１０（ｂ）はアオリ撮影での撮像素子１０４と照明素子１０２との関係図である。

【0035】

前述の各実施形態の撮像装置１００、２００は、一つの照明素子１０２を有し、照明素子１０２そのものを回転して照明方向を制御し、または、照明光学系の一部のレンズを駆動して照明範囲を制御する。一方、本実施形態の撮像装置３００は、照明方向および照明範囲が異なる複数の照明素子３２１、３２２（第一の照明素子および第二の照明素子）を有する。このような構成において、撮像装置３００は、複数の照明素子３２１、３２２のそれぞれに流す電流を制御することにより、複数の照明素子の全体としての実効的な照明方向および照明範囲を制御する。このような構成により、照明素子１０２の回転機構や照明光学系のレンズ駆動機構が不要となる。

【0036】

図１０（ａ）、（ｂ）に示されるように、撮像装置３００は、照明方向の異なる複数の照明素子３２１、照明素子３２２を有する。制御部１０６は、複数の照明素子３２１、３２２のそれぞれに流す電流を制御することができる。照明素子３２１の光軸３３１の方向は、結像光学系１０１の光軸１０９の方向と一致している。一方、照明素子３２２の光軸３３２は、結像光学系１０１の光軸１０９に対して反時計回りに傾いている。

【0037】

次に、図１１を参照して、撮像装置３００の照明素子３２１、３２２のそれぞれに流す電流の比と、照明素子３２１、３２２のそれぞれから照射される光の強度の合計の分布との関係について説明する。図１１（ａ）は、撮像装置３００の複数の照明素子３２１、３２２に流す電流の比ごとの、照明素子３２１、３２２から照射される光の強度の合計の分布図（光強度分布図）である。図１１（ａ）において、横軸は像高、縦軸は光強度分布（対数）をそれぞれ示す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示される電流の比ごとの、ピント面１０７（被写体面）の照度分布図である。図１１（ｂ）において、横軸は像高、縦軸は照度分布（対数）をそれぞれ示す。

【0038】

図１１（ａ）、（ｂ）中の点線、破線、一点鎖線、実線はそれぞれ、照明素子３２１、３２２に流す電流の比が０：１（３２２／３２１＝０）、５：１（３２２／３２１＝０．２）、２：１（３２２／３２１＝０．５）、１：１（３２２／３２１＝１）である。すなわち、点線、破線、一点鎖線、実線の順に、照明素子３２１に流す電流に対する照明素子３２２に流す電流の比が大きくなっている。

【0039】

図１１（ｂ）に示されるように、照明素子３２１に流す電流に対する照明素子３２２に流す電流の比を大きくすると、ピント面１０７での照度ムラが低減する。このように、向きの異なる複数の照明素子３２１、３２２に流す電流を制御することで、ピント面１０７での照度ムラを低減することができる。その結果、撮影画像の品質を向上させることができるため、好ましい。

【0040】

図１１（ａ）に示されるように、照明素子３２１に流す電流に対する照明素子３２２に流す電流の比が大きくすると、照明素子３２１、３２２の光強度分布の重心（照明部の向き）が反時計回りに傾く。従って、図９に示される撮像装置３００の構成においても、第一の角度１１１の符号（撮像素子１０４の光入射面の回転方向）と第二の角度１１２の符号（照明素子１０２の光軸１１０の回転方向）とが互いに一致する。

【0041】

次に、図１２を参照して、本実施形態における変形例について説明する。図１２は、向きの異なる複数の照明素子３２１、３２２に加えて、照明範囲の異なる複数の照明素子３２３、３２４を有する撮像装置の説明図である。照明素子３２３と照明素子３２１の向き、照明素子３２４と照明素子３２２の向きはそれぞれ一致している。また、照明素子３２３および照明素子３２４の照明範囲は、照明素子３２１および照明素子３２２の照明範囲よりも狭い。

【0042】

図１２に示される構成により、照明素子の実効的な向きに加えて照明素子の実効的な照射範囲を制御することができる。具体的には、アオリ撮影を行っていない場合には照明素子３２１に流す電流を増加することで、第二の角度１１２の絶対値を小さくしつつ照明範囲を広くする。一方、第一の角度１１１の絶対値が大きい場合には照明素子３２４に流す電流を増加することで、第二の角度１１２の絶対値を大きくしつつ照明範囲を狭くする。このような構成により、第一の角度１１１によらず、ピント面１０７の照度ムラを低減することができるため、より好ましい。

【0043】

以上のように、本実施形態において、第二の角度１１２の絶対値が大きいほど、照明素子の照明範囲を狭くすることが好ましい。従って、照明素子の光軸と結像光学系１０１の光軸１０９とのなす角度が大きいほど照明素子の照明範囲が狭い複数の照明素子を配置することにより、必要な照明素子の数が減少する。具体的には、図１２において、照明素子３２２、３２３を取り除いて、照明素子３２１、３２４のみを残せばよい。

【0044】

（第４の実施形態）
次に、図１３を参照して、本発明の第４の実施形態における監視システムについて説明する。図１３は、本実施形態における監視システム４００のブロック図である。監視システム４００は、クライアント装置４０１と撮像装置４０３とを備えて構成される。撮像装置４０３は、前述の第一の実施形態～第３の実施形態の撮像装置１００～３００のいずれかに相当する。

【0045】

クライアント装置４０１と撮像装置４０３は、ネットワーク４０２を介して相互に通信可能な状態に接続されている。クライアント装置４０１は、撮像装置４０３を制御するための各種コマンドを撮像装置４０３へ送信する。撮像装置４０３は、クライアント装置４０１からコマンドを受信し、そのコマンドに応じたレスポンスや撮像した画像データをクライアント装置４０１に送信する。ユーザは、クライアント装置４０１を介して、撮像装置４０３を被写界深度優先モード等の所望のモードで駆動するか否かを選択することができる。クライアント装置４０１は例えばＰＣなどの外部機器である。ネットワーク４０２は、有線ＬＡＮまたは無線ＬＡＮ等により構成されている。また本実施形態において、ネットワーク４０２を介して撮像装置４０３に電源を供給するように構成してもよい。

【0046】

このように各実施形態において、撮像装置は、角度制御部（アオリ機構１０５）および照明制御部（照明方向制御機構１０３）を有する。角度制御部は、撮像光学系（結像光学系１０１）の主面１０８と撮像素子１０４の撮像面（光入射面）とがなす角度（アオリ角度）を変更する。照明制御部は、角度制御部により変更された角度に基づいて照明部の光軸方向（光軸１１０の方向）を変更する。

【0047】

好ましくは、照明制御部は、照明部の光軸方向（光軸１１０の方向）を撮像光学系の光軸方向（光軸１０９の方向）と異なるように変更する。また好ましくは、照明制御部は、照明部の光軸方向を撮像素子の撮像面の法線方向に近づくように変更する。また好ましくは、照明制御部は、角度制御部により変更された角度に基づいて決定されるピント面１０７のうち第一の領域（領域１０７Ａ）よりも、第二の領域（領域１０７Ｂ）に対する照明強度を上げるように、照明部の光軸方向を変更する。ここで、第一の領域は照明部からの距離が第一の距離の領域であり、第二の領域は照明部からの距離が第一の距離よりも長い第二の距離の領域である。また好ましくは、角度制御部は、撮像素子の撮像面を撮像光学系の主面に対して回転させることにより、角度を変更する。

【0048】

好ましくは、照明制御部は、撮像光学系の主面と撮像素子の撮像面とがなす第一の角度１１１の符号と、撮像光学系の光軸と照明部の光軸とがなす第二の角度１１２の符号とが互いに一致するように、照明部の光軸方向を変更する。より好ましくは、第二の角度の絶対値は、撮像装置の画角の半分以上である。また好ましくは、第二の角度の絶対値は、撮像装置の画角以下である。また好ましくは、第一の角度の絶対値は、１度以上である。

【0049】

好ましくは、照明制御部は、第一の角度の絶対値が第一の値である場合、第二の角度の絶対値を第三の値に設定し、第一の角度の絶対値が第一の値よりも大きい第二の値である場合、第二の角度の絶対値を第三の値よりも大きい第四の値に設定する。すなわち照明制御部は、第一の角度の絶対値が大きいほど前記第二の角度の絶対値を大きくする。

【0050】

好ましくは、撮像装置は、照明部の照明範囲を変更する照明範囲制御部（照明範囲制御機構２１３）を有する。照明範囲制御部は、第一の角度の絶対値が第一の値である場合、照明範囲を第一の照明範囲に設定し、第一の角度の絶対値が第一の値よりも大きい第二の値である場合、照明範囲を第一の照明範囲よりも狭い第二の照明範囲に設定する。すなわち照明範囲制御部は、第一の角度の絶対値が大きいほど照明範囲を狭くする。より好ましくは、照明部は、照射範囲の異なる第一の照明素子（照明素子３２１）および第二の照明素子（照明素子３２２）を含む。そして照明制御部は、第一の照明素子と第二の照明素子に流れる電流の比に基づいて、照明部の照明範囲（実効的な照明範囲）を制御する。より好ましくは、第一の照明素子の光軸と撮像光学系の光軸とのなす角度は、第二の照明素子の光軸と撮像光学系の光軸とのなす角度よりも大きく、第一の照明素子の照明範囲は、第二の照明素子の照明範囲よりも狭い。すなわち、照明素子の光軸と撮像光学系の光軸とが大きいほど照明素子の照明範囲を狭くする。

【0051】

好ましくは、照明制御部は、照明部の向きを制御することにより、照明部の光軸方向を変更する。また好ましくは、第一の照明素子の光軸と撮像光学系の光軸とのなす角度は、第二の照明素子の光軸と撮像光学系の光軸とのなす角度と異なる。そして照明制御部は、第一の照明素子と第二の照明素子に流れる電流の比を制御することにより、照明部の光軸方向（実効的な光軸方向）を変更する。

【0052】

各実施形態によれば、照明部を用いてアオリ撮影を行う場合に、被写体の輝度分布のムラを低減して撮影画像の品質を向上させることが可能な撮像装置、制御方法およびプログラムを提供することができる。

【0053】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0054】

１００、２００、３００、４０３ 撮像装置
１０１ 結像光学系
１０２ 照明素子（照明部）
１０３ 照明方向制御機構（照明制御部）
１０４ 撮像素子
１０５ アオリ機構（角度制御部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】