特許 7287057 動画撮像装置

(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】2023-05-29

(45)【発行日】2023-06-06

(54)【発明の名称】動画撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 23/60 20230101AFI20230530BHJP

   H04N 23/56 20230101ALI20230530BHJP

   H04N 23/57 20230101ALI20230530BHJP

   H04N 23/66 20230101ALI20230530BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20230530BHJP

   G03B 15/02 20210101ALI20230530BHJP

   G03B 15/05 20210101ALI20230530BHJP

【ＦＩ】

H04N23/60 300

H04N23/56

H04N23/57

H04N23/66

G03B15/00 S

G03B15/02 F

G03B15/05

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019065758

(22)【出願日】2019-03-29

(65)【公開番号】P2020167506

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2021-12-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000102500

【氏名又は名称】ＳＭＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095636

【弁理士】

【氏名又は名称】早崎 修

(72)【発明者】

【氏名】川崎 基浩

(72)【発明者】

【氏名】本橋 一孝

【審査官】高野 美帆子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０２２５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４７５７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２３／６０

Ｈ０４Ｎ ２３／５６

Ｈ０４Ｎ ２３／５７

Ｈ０４Ｎ ２３／６６

Ｇ０３Ｂ １５／００

Ｇ０３Ｂ １５／０２

Ｇ０３Ｂ １５／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像視野の画像を所定の露光動作期間中に撮像し、露光動作期間の終了後に撮像した各フレーム画像を表す撮像信号をその撮像動作タイミング情報とともに順次出力する撮像部と、撮像視野を照光する光源と、撮像動作タイミング情報をもとに生成される光源制御信号により光源を点滅制御する光源制御部とを有するカメラモジュールと、
前記撮像部から順次出力される前記撮像信号と撮像動作タイミング情報から各フレーム画像を連続させた動画像を生成して出力する画像信号処理部と、前記カメラモジュールに直流電源を供給する直流電源回路とを有する撮像装置本体と、
前記カメラモジュールと前記撮像装置本体とを接続する同軸ケーブルとを備え、
前記直流電源回路から前記同軸ケーブルに直流電源電圧を印加して前記カメラモジュールの各部を駆動するとともに、前記カメラモジュールの第１重畳回路で、前記撮像部から順次出力される撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、前記同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳させて、前記画像信号処理部へ出力する動画撮像装置であって、
前記第１重畳回路は、前記光源の点滅制御時から所定経過時間に設定する電圧変動期間が経過した後の電圧安定期間に、前記撮像部から順次出力される撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、前記同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳し、
前記撮像部は、相対的に光源の消灯制御時より露光動作期間の終了時を遅延させ、前記撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、前記光源の消灯制御時から所定経過時間に設定する電圧変動期間が経過した後、前記光源の点灯制御時までの前記電圧安定期間に出力することを特徴とする動画撮像装置。

【請求項2】

前記撮像部は、前記撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、前記光源の消灯制御時から所定経過時間に設定する電圧変動期間が経過した後、前記光源の点灯制御時までの前記電圧安定期間に出力するように、露光動作期間の終了後の出力タイミングを遅延させることを特徴とする請求項１に記載の動画撮像装置。

【請求項3】

前記カメラモジュールは、撮像制御信号に従って前記撮像部の撮像動作を制御する撮像制御部を更に有し、
前記画像信号処理部は、各フレーム画像を表す前記撮像信号から前記撮像制御信号を生成し、
前記撮像装置本体の第２重畳回路は、前記画像信号処理部が生成した前記撮像制御信号を、前記同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳して、前記撮像制御部へ出力することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の動画撮像装置。

【請求項4】

前記第１重畳回路は、前記撮像部から出力される前記電圧安定期間のタイミング情報を、前記同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳させて、前記画像信号処理部へ出力し、
前記第２重畳回路は、前記撮像制御信号を、前記電圧安定期間に前記同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳して、前記撮像制御部へ出力することを特徴とする請求項３に記載の動画撮像装置。

【請求項5】

前記第１重畳回路は、前記撮像部から出力される前記電圧安定期間のタイミング情報を、前記同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳させて、前記画像信号処理部へ出力し、
前記画像信号処理部は、前記撮像制御信号に応答して前記撮像制御部が出力したＡＣＫ信号を、前記電圧安定期間以外の期間に入力した際に、そのＡＣＫ信号を無視することを特徴とする請求項３に記載の動画撮像装置。

【請求項6】

前記撮像制御部は、前記電圧変動期間に前記画像信号処理部から出力される前記撮像制御信号を入力した場合には、その撮像制御信号を無視し、ＡＣＫ信号を出力しないことを特徴とする請求項３に記載の動画撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源で照光した撮像視野の動画を撮像する動画撮像装置に関し、更に詳しくは、動画を撮像するカメラモジュールと、撮像した動画を出力する撮像装置本体とが１本の同軸ケーブルで接続された動画撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

動画を撮像するカメラモジュールと撮像した動画を出力する撮像装置本体とは、カメラモジュールと撮像装置本体との間で撮像信号や制御信号を双方向で送受信し、更には、撮像装置本体からカメラモジュールの各部に電源を供給するために、電源ケーブルと多数本の信号ケーブルを用いて接続する必要があり、これらの配線や取り回しが煩雑であることから光源を駆動するための電源ケーブルと信号ケーブルであるＬＶＤＳ（Low Voltage Differetial Signaling）ケーブルにまとめてカメラモジュールと撮像装置本体とを接続した動画撮像装置が知られている（特許文献１）。

【0003】

この従来の動画撮像装置１００を図５で説明すると、カメラモジュール１０１に、撮像部１０２と撮像制御部１０３と記憶部１０４と直並列／平直列変換部１０５と光源であるＬＥＤ１０６を点滅制御するＬＥＤドライバ１０７とが内部バスで接続され、カメラモジュール１０１に接続ケーブルであるＬＶＤＳケーブル１２０を介して接続する撮像装置本体１１０に、直並列／平直列変換部１１１と画像信号処理部であるＩＳＰ（image signal processor）１１２と動画出力部１１３とが内部バスで接続されている。

【0004】

カメラモジュール１０１の撮像部１０２は、撮像視野の画像を所定周期で撮像し、各フレーム画像を表す撮像信号をその撮像タイミング情報とともにストリームとしてシリアライザである直並列／平直列変換部１０５へ順次出力する。また、撮像制御部１０３は、撮像装置本体１１０のＩＳＰ１１２から出力される撮像制御信号をもとに撮像部１０２のＡＦ制御、ＡＥ制御、ＡＷＢ制御等の各撮像動作を制御し、更に、撮像部１０２から出力される撮像タイミング情報をもとにＬＥＤ１０６を点滅制御する光源制御信号を生成してＬＥＤドライバ１０７へ出力し、撮像部１０２の撮像素子１０２ａの露光期間、すなわち撮像視野の画像を撮像する期間に同期させてＬＥＤ１０６を点灯制御している。ＬＥＤ１０６は、撮像部１０２が撮像する撮像視野を照光するように撮像視野に向けてカメラモジュール１０１に設置されているので、ＬＥＤ１０６で照光された撮像視野の画像が撮像される。

【0005】

撮像装置本体１１のＩＳＰ１１２は、１フレーム画像を表す撮像信号を連続させて動画像を生成し、動画出力部１１３から外部モニターなどへ動画を出力する。また、ＩＳＰ１１２は、入力される各フレーム画像からフレーム画像を補正するための撮像制御信号を生成し、ＬＶＤＳケーブル１２０を介して撮像制御部１０３へ出力し、撮像制御部１０３は、この撮像制御信号に従って撮像部１０２の撮像動作を制御するので、フレーム画像の補正が、撮像部１０２で新たに撮像されるフレーム画像にフィードバックされる。

【0006】

ＬＥＤ１０６とＬＥＤドライバ１０７を除くカメラモジュール１０１の各部を駆動する直流電源は、撮像装置本体１１からカメラモジュール１０１と接続するＬＶＤＳケーブル１２０を介して供給される。ＬＶＤＳケーブル１２０は、また双方向シリアル伝送線でもあるので、カメラモジュール１０１の直並列／平直列変換部１０５から、上記撮像信号と撮像タイミング情報の他、撮像制御信号に応答するＡＣＫ信号が上記直流電源電圧に重畳して撮像装置本体１１０へ出力され、また、撮像装置本体１１０の直並列／平直列変換部１１１から、ＩＳＰ１１２で生成される撮像制御信号が、ＬＶＤＳケーブル１２０の上記直流電源電圧に重畳してカメラモジュール１０１の撮像制御部１０３へ出力される。

【0007】

ＬＥＤ１０６とＬＥＤドライバ１０７を除くカメラモジュール１０１の各部を駆動する直流電源電流は３００ｍＡ程度であり、各部の消費電力はほぼ一定で安定しているので、ＬＶＤＳケーブル１２０の直流電源電圧は大きく変動することがなく、直流電源電圧に重畳する撮像信号他の上記各信号が変化したり消失することがなく、送受信エラーは生じない。

【0008】

一方、駆動電流が１Ａ程度と大きく、ＬＥＤ１０６が点滅することによって直流電圧が大きく変動するＬＥＤ１０６とＬＥＤドライバ１０７の電源線は、専用電源ケーブル１２１を用いて撮像装置本体１１０のＬＥＤ用電源１１４に接続させている。

【0009】

この従来の動画撮像装置１００に対して、カメラモジュールと撮像装置本体を１本の同軸ケーブルのみで接続し、撮像装置本体から同軸ケーブルを介してカメラモジュールへ直流電源を供給し、光源（ＬＥＤ）やＬＥＤドライバを含むカメラモジュール側の全ての回路素子を駆動する動画撮像装置も知られている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１７－１４７５７８号公報

【文献】特開２０１５－１５４３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

従来の動画撮像装置１００は、カメラモジュール１０１と撮像装置本体１１０とを、高価なＬＶＤＳケーブル１２０と、電源ケーブル１２１の２本のケーブルで接続するので、コスト高になるとともに、配線が煩わしく、美感も損なう。一般に、動画を撮像するカメラモジュールの設置場所と、動画を再生するモニターの近くに設置される撮像装置本体とは数ｍ以上離れている場合が多く、その距離が長くなるほど上記問題は顕著になる。

【0012】

特許文献２に記載されているように、電源ケーブル１２１を別に配線することなく、カメラモジュール１０１と撮像装置本体１１０とを、１本の同軸ケーブルで接続すれば、上記問題を解決できるが、以下の新たな問題が生じる。以下、この問題を図６を用いて説明する。

【0013】

図６は、動画撮像装置１００のカメラモジュール１０１と撮像装置本体１１０とを、１本の同軸ケーブルで接続した場合の各部の状態を示すタイミングチャートである。同図に示すように、撮像素子１０２ａは、１フレーム画像の撮像信号を生成するため、１／６０秒の周期でｔ０からｔ１の露光動作期間に撮像視野の画像を撮像し、露光動作期間の終了時ｔ１後のＶｓｙｎｃで示すタイミングで撮像した１フレーム画像を表す撮像信号を出力する。この撮像信号は、撮像装置本体１１０からカメラモジュール１０１に電源を供給するために直流電源電圧が印加された同軸ケーブルを介して、撮像装置本体１１０のＩＳＰ１１２へ出力するので、撮像信号でパルス変調した変調信号を同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳させて撮像装置本体１１０側へ出力する。

【0014】

撮像部１０２の撮像中に撮像視野を照光させるため、撮像素子１０２ａの露光動作期間（ｔ０－ｔ１）に同期させて、ＬＥＤ１０６が点灯制御される。このＬＥＤ１０６は、カメラモジュール１０１と撮像装置本体１１０とを接続する同軸ケーブルを介して撮像装置本体１１０から直流電源の供給を受けて点灯するが、ＬＥＤ１０６を点灯させる駆動電流は１Ａ程度と大きいので、同軸ケーブルに印加されている直流電源電圧は、ＬＥＤ１０６の点灯時ｔ０で瞬間的に低下し、徐々にもとの印加電圧まで上昇して安定する。逆に、ＬＥＤ１０６の消灯時ｔ１は、瞬間的に上昇し、ｔ１後通常３ｍｓｅｃ程度の期間、徐々にもとの印加電圧まで低下して安定する。

【0015】

このＬＥＤ１０６の消灯時ｔ１後に直流電源電圧が変動する電圧変動期間に、上述のように撮像信号でパルス変調した変調信号が直流電源電圧に加えられているので、パルス波形が崩れたり、矩形波の立ち上がり、若しくは立ち下がりの位置が直流電源電圧の変動で変化し、撮像装置本体１１０側でパルス変調した撮像信号を復調できないという問題が生じる。

【0016】

同様に、任意のタイミングでＩＳＰ１１２から撮像制御部１０３に出力する撮像制御信号（例えばＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３）や撮像制御信号（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３）に応答して撮像制御部１０３からＩＳＰ１１２へ出力するＡＣＫ信号（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３）もパルス変調して同軸ケーブルに印加された直流電源電圧に重畳して出力されるので、図６に示すように、その一部の撮像制御信号（ＳＣ１、ＳＣ２）やＡＣＫ信号（ＳＡ１、ＳＡ２）がＬＥＤ１０６の点滅制御時ｔ０、ｔ１の直後の電圧変動期間に出力される場合には、復調することができず、通信エラーが生じる。

【0017】

以上の理由から、従来より動画撮像装置のカメラモジュールと撮像装置本体とを１本の同軸ケーブルで安価に簡潔に接続する要望があるにもかかわらず、このような構造の動画撮像装置を実用化することはできなかった。

【0018】

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、カメラモジュールと撮像装置本体とを１本の同軸ケーブルのみで接続しても、同軸ケーブルを介したカメラモジュールと撮像装置本体間の通信エラーが生じることがない動画撮像装置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】

【0019】

上述の目的を達成するため、請求項１に記載の動画撮像装置は、撮像視野の画像を所定の露光動作期間中に撮像し、露光動作期間の終了後に撮像した各フレーム画像を表す撮像信号をその撮像動作タイミング情報とともに順次出力する撮像部と、撮像視野を照光する光源と、撮像動作タイミング情報をもとに生成される光源制御信号により光源を点滅制御する光源制御部とを有するカメラモジュールと、撮像部から順次出力される撮像信号と撮像動作タイミング情報から各フレーム画像を連続させた動画像を生成して出力する画像信号処理部と、カメラモジュールに直流電源を供給する直流電源回路とを有する撮像装置本体と、カメラモジュールと撮像装置本体とを接続する同軸ケーブルとを備え、直流電源回路から同軸ケーブルに直流電源電圧を印加してカメラモジュールの各部を駆動するとともに、カメラモジュールの第１重畳回路で、撮像部から順次出力される撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳させて、画像信号処理部へ出力する動画撮像装置であって、
第１重畳回路は、光源の点滅制御時から所定経過時間に設定する電圧変動期間が経過した後の電圧安定期間に、撮像部から順次出力される撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳し、前記撮像部は、相対的に光源の消灯制御時より露光動作期間の終了時を遅延させ、前記撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、前記光源の消灯制御時から所定経過時間に設定する電圧変動期間が経過した後、前記光源の点灯制御時までの前記電圧安定期間に出力することを特徴とする。

【0020】

光源の点滅制御時から一定期間同軸ケーブルに印加した直流電源電圧は変動し、その点滅制御時からの電圧変動期間は、光源の消費電流、直流電源回路の出力電力等から予測できるので、光源の点滅制御時から所定経過時間の電圧変動期間を設定する。カメラモジュールの第１重畳回路は、設定した電圧変動期間が経過した電圧安定期間に、撮像部から順次出力される撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳するので、直流電源電圧の変動の影響を受けずに、撮像装置本体へ出力できる。また、撮像部が露光動作期間の終了時を遅延させ、若しくは、光源制御部が光源の消灯制御時を早め、若しくはその双方により、相対的に光源の消灯制御時より露光動作期間の終了時を遅延させることができ、電圧変動期間が経過した後の電圧安定期間に出力する撮像信号とその撮像動作タイミング情報の出力を早めることができる。

【0021】

請求項２に記載の動画撮像装置は、撮像部が、撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、光源の消灯制御時から所定経過時間に設定する電圧変動期間が経過した後、光源の点灯制御時までの電圧安定期間に出力するように、露光動作期間の終了後の出力タイミングを遅延させることを特徴とする。

【0022】

光源を点滅制御する光源制御信号は、撮像部から出力される撮像動作タイミング情報をもとに生成されるので、撮像部は、光源の消灯制御後に出力する撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、光源の消灯制御時から所定経過時間に設定する電圧変動期間が経過した後、次の光源の点灯制御時までの電圧安定期間に遅延して出力できる。

【0025】

請求項３に記載の動画撮像装置は、カメラモジュールは、撮像制御信号に従って撮像部の撮像動作を制御する撮像制御部を更に有し、画像信号処理部は、各フレーム画像を表す撮像信号から撮像制御信号を生成し、撮像装置本体の第２重畳回路は、画像信号処理部が生成した撮像制御信号を、同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳して、撮像制御部へ出力することを特徴とすることを特徴とする。

【0026】

各フレーム画像を表す撮像信号から生成する撮像制御信号を同軸ケーブルを介して撮像制御部へ出力し、撮像制御部は、撮像制御信号に従って撮像部の撮像動作を制御する。

【0027】

請求項４に記載の動画撮像装置は、第１重畳回路が、撮像部から出力される電圧安定期間のタイミング情報を、同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳させて、画像信号処理部へ出力し、第２重畳回路は、撮像制御信号を、電圧安定期間に同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳して、撮像制御部へ出力することを特徴とする。

【0028】

画像信号処理部は、カメラモジュールの第１重畳回路から電圧安定期間のタイミング情報が入力されるので、電圧安定期間に第２重畳回路から画像信号処理部が生成した撮像制御信号を同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳して、撮像制御部へ出力することができる。

【0029】

請求項５に記載の動画撮像装置は、第１重畳回路が、撮像部から出力される電圧安定期間のタイミング情報を、同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳させて、画像信号処理部へ出力し、画像信号処理部は、撮像制御信号に応答して撮像制御部が出力したＡＣＫ信号を、電圧安定期間以外の期間に入力した際に、そのＡＣＫ信号を無視することを特徴とする。

【0030】

電圧安定期間以外の期間に、ＡＣＫ信号を入力した場合には、撮像制御部がＡＣＫ信号を出力して応答した撮像制御信号や、そのＡＣＫ信号が電圧変動期間に同軸ケーブルの直流電源電圧に重畳して出力され、通信エラーが生じている可能性があるので、画像信号処理部は、ＡＣＫ信号を無視し、撮像制御信号が撮像制御部で認識されなかったものとする。

【0031】

請求項６に記載の動画撮像装置は、撮像制御部が電圧変動期間に画像信号処理部から出力される撮像制御信号を入力した場合には、その撮像制御信号を無視し、ＡＣＫ信号を出力しないことを特徴とする。

【0032】

撮像制御部が電圧変動期間に撮像制御信号を入力した場合には、その撮像制御信号は、重畳した直流電源電圧の変動で変化している可能性があるので、その撮像制御信号に従って撮像部の動作を制御せず、撮像制御信号を無視したことを、ＡＣＫ信号を出力しないことで画像信号処理部へ伝える。

【発明の効果】

【0033】

請求項１の発明によれば、１本の同軸ケーブルのみで、撮像視野を照光する光源を有するカメラモジュールと撮像装置本体とを接続でき、カメラモジュールで撮像した撮像信号を同軸ケーブルを介して正確に撮像装置本体へ送信できる。

【0034】

請求項２の発明によれば、光源の消灯制御時から所定経過時間に設定する電圧変動期間が経過した後、次の光源の点灯制御時までの電圧安定期間に、撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを、同軸ケーブルの直流電源電圧に重畳できるので、カメラモジュールで撮像した撮像信号を同軸ケーブルを介して通信エラーが生じることなく撮像装置本体へ送信できる。

【0035】

請求項３の発明によれば、光源の消灯制御時後の電圧変動期間中に、撮像部の露光動作期間が終了するので、露光動作期間の終了後速やかに電圧変動期間が経過し、その後の電圧安定期間に撮像信号とその撮像動作タイミング情報とを出力できる。

【0036】

請求項４の発明によれば、画像信号処理部は、入力される各フレーム画像からフレーム画像を補正するための撮像制御信号を生成し、同軸ケーブルを介して撮像制御部へ出力するので、フレーム画像の補整を、撮像部で新たに撮像するフレーム画像にフィードバックできる。

【0037】

請求項５の発明によれば、画像信号処理部が生成した撮像制御信号を、電圧安定期間に、同軸ケーブルに印加した直流電源電圧に重畳し、撮像制御部へ正確に送信できる。

【0038】

請求項６の発明によれば、電圧安定期間以外の期間に出力した撮像制御信号は、通信エラーで異なる信号に変化している可能性があるので、撮像制御部に出力されなかったものとして、その撮像制御信号を再送したり、新たな撮像制御信号を出力できる。

【0039】

請求項７の発明によれば、通信エラーで変化した可能性のある撮像制御信号に従って撮像部の動作を誤制御することがなく、撮像制御信号に従って撮像動作を制御しなかったことを画像信号処理部へ伝えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本発明の一実施の形態に係る動画撮像装置１を示すブロック図である。

【図2】動画撮像装置１の各部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。

【図3】第２の実施の形態に係る動画撮像装置３０を示すブロック図である。

【図4】動画撮像装置３０の各部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。

【図5】従来の動画撮像装置１００を示すブロック図である。

【図6】同軸ケーブルを用いた動画撮像装置１００の各部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、本発明の一実施の形態に係る動画撮像装置１を、図１と図２を用いて説明する。この動画撮像装置１は、撮像視野の画像を撮像する撮像部１１と撮像視野を照光する光源１４を有するカメラモジュール１０と、カメラモジュール１０から連続して入力される撮像信号から動画像を生成して出力する画像信号処理部２１を有する撮像装置本体２０とが、１本の同軸ケーブル２で接続されている。この同軸ケーブル２の芯線には、撮像装置本体２０のＤＣ電源回路２２から、５Ｖの直流電源電圧が印加され、光源１４を含むカメラモジュール１０の各部に直流電源を供給するとともに、同軸ケーブル２を介して、カメラモジュール１０から撮像装置本体２０へ後述する撮像信号や撮像動作タイミング情報等を送信するｆｏｒｗａｒｄ通信と、撮像装置本体２０からカメラモジュール１０へ後述する撮像制御信号の送信するｒｅｖｅｒｓｅ通信の双方向通信が行われる。

【0042】

本実施の形態に係る動画撮像装置１は、車両を運転するドライバーの表情から居眠り運転の警告を発信する居眠り監視システムに使用され、カメラモジュール１０は、夜間であっても赤外光で照光されるドライバーの表情を高感度に撮像可能な赤外カメラ用の撮像部１１と、撮像制御部と変復調部を兼ねたシリアライザ１２と、同軸ケーブル２の端末に接続する重畳・分離回路１３と、夜間にドライバーに運転の妨げにならない赤外線を照光する光源となる赤外ＬＥＤ１４と、赤外ＬＥＤ１４を点滅制御するＬＥＤドライバ１５とを有している。

【0043】

撮像部１１は、フォーカス部、絞り部を有するレンズ、電子シャッター、撮像素子１１ａ、信号処理回路、Ａ／Ｄ変換回路及びＲＧＢゲイン補正回路の各部から構成され、これらの各部は、撮像装置本体２０の画像信号処理回路２１から、シリアライザ１２の撮像制御部を介して出力される撮像制御信号によってＡＦ制御、ＡＥ制御、ＡＷＢ制御等の各撮像動作が制御される。

【0044】

このうち、撮像部１１の撮像素子１１ａは、行方向に配列される画素群からなる画素ラインが、列方向に複数ライン配置されたマトリックス状の多数の画素からなるＣＭＯＳセンサで構成され、各画素毎に、フォトダイオードによって蓄積される信号電荷を電圧信号からなる画素信号として出力する。撮像素子１１ａの撮像動作は、シリアライザ１２から出力される撮像制御信号に含まれる露光制御信号と読み出し制御信号のタイミング制御信号で制御され、１フレーム画像の撮像周期である１／３０秒、すなわち約３３ｍｓｅｃの１フレーム周期ＴＦに、撮像視野全体のフレーム画像を撮像し、１フレーム画像を表す全ての画素信号を読み出し、アナログ信号の撮像信号としてその後段のシリアライザ１２へ出力する。

【0045】

すなわち、図２に示すように、この撮像素子１１ａは、グローバルシャッターの電子機能を有し、グローバルリセットの露光制御信号を受けて、全ての画素ラインの画素が同一の露光動作期間（図２のｔ０からｔ１までの時間）に露光し、露光動作期間が終了したｔ１時から後述する第２電圧変動期間Ｔｖｃ２が経過した後の後述する電圧安定期間Ｔｖｓ中の垂直同期信号ＶＳＹＮＣに同期する出力期間（図２のｔ２からｔ３までの時間）に、画素ライン毎に順に全ての画素ラインの画素に蓄積された信号電荷を表す画素信号を読み出し、１フレーム画像を表すアナログ信号の撮像信号としてその後段のシリアライザ１２へ出力する。

【0046】

また、撮像部１１は、上記撮像信号に、その１フレーム画像を撮像した際の露光開始時ｔ０、露光終了時ｔ１、出力開始時ｔ２、出力終了時ｔ３の撮像動作タイミング情報を加えてその後段のシリアライザ１２へ出力するとともに、撮像動作タイミング情報をもとに上記露光動作期間（図２のｔ０からｔ１までの時間）に赤外ＬＥＤ１４を点灯制御するＬＥＤ制御信号をＬＥＤドライバ１５へ出力し、ＬＥＤドライバ１５は、このＬＥＤ制御信号に従って露光動作期間中赤外ＬＥＤ１４を点灯制御し、撮像視野を赤外線で照光する。

【0047】

シリアライザ１２の変復調部は、撮像部１１から入力される撮像信号と撮像動作タイミング情報と後述するＡＣＫ信号（以下、これらの信号をｆｏｗａｒｄ通信信号という）でパルス周波数変調し、変調した振幅が２００ｍＶのパルス信号からなる被変調信号を、同軸ケーブル２の端末に接続する重畳・分離回路１３へ出力する。

【0048】

また、シリアライザ１２は、ｒｅｖｅｒｓｅ通信で重畳・分離回路１３から入力される被変調信号から撮像装置本体２０の画像信号処理部から出力された撮像制御信号を復調し、復調した撮像制御信号（例えば、図２のＳＣ３）に従って撮像部１１の各部の動作を制御するとともに、撮像制御信号を復調した際に、ＡＣＫ信号（例えば図２のＳＡ３）を生成して上記ｆｏｗａｒｄ通信信号に含める。

【0049】

しかしながら、シリアライザ１２で被変調信号から復調した撮像制御信号（例えば、図２のＳＣ２）が、撮像部１１から入力される撮像動作タイミング情報から判定する後述の電圧変動期間Ｔｖｃ１、Ｔｖｃ２に、重畳・分離回路１３から入力された場合には、復調した撮像制御信号（図２のＳＣ２）の一部にエラーが含まれている可能性があるため、その撮像制御信号を無視し、図に示すように、ＡＣＫ信号を出力しない処理を行ってもよい。

【0050】

第１重畳回路である重畳・分離回路１３は、シリアライザ１２から入力された被変調信号を、同軸ケーブル２に印加された５Ｖの直流電源電圧に重畳して出力（ｆｏｗａｒｄ通信）し、同軸ケーブル２の５Ｖの直流電源電圧に重畳して、撮像装置本体２０から出力される被変調信号をシリアライザ１２へ出力する。

【0051】

また、同軸ケーブル２から５Ｖの直流電源を分離して、カメラモジュール１０の各部に直流電源を供給して駆動させる。このうち、カメラモジュール１０の赤外ＬＥＤ１４は、５Ｖ、１Ａの直流電力で点灯するので、図２に示すように、赤外ＬＥＤ１４の点灯制御時ｔ０に、同軸ケーブル２の芯線の電圧は５Ｖから瞬間的に低下し、図示する第１電圧変動期間Ｔｖｃ１に徐々に上昇し、第１電圧変動期間Ｔｖｃ１の経過後、５Ｖで安定する。

【0052】

また、赤外ＬＥＤ１４の消灯制御時ｔ１には、同軸ケーブル２の芯線の電圧は５Ｖから瞬間的に上昇し、図示する第２電圧変動期間Ｔｖｃ２に徐々に低下し、第２電圧変動期間Ｔｖｃ２の経過後、５Ｖに復帰して安定する。点灯制御ｔ０後の電圧が安定するまでの第１電圧変動期間Ｔｖｃ１と、消灯制御ｔ１後の電圧が安定するまでの第２電圧変動期間Ｔｖｃ２は、それぞれＤＣ電源回路２２の出力電力、赤外ＬＥＤ１４の点灯時の消費電力、他の回路定数により異なるので、実測値をもとに予め設定しておく。従って、図２に示すように、１フレーム周期ＴＦ中の第１電圧変動期間Ｔｖｃ１と第２電圧変動期間Ｔｖｃ２を除く期間が、同軸ケーブル２の直流電源電圧が安定する電圧安定期間Ｔｖｓとなる。従って、重畳・分離回路１３は、この電圧安定期間Ｔｖｓにｆｏｗａｒｄ通信する撮像信号と撮像動作タイミング情報を同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳させる。

【0053】

撮像装置本体２０側で同軸ケーブル２の他端に接続する第２重畳回路である重畳・分離回路２３は、ＤＣ電源回路２２から出力される５Ｖの直流電源を同軸ケーブル２に印加する。また、デシリアライザ２４から入力される被変調信号を、同軸ケーブル２に印加された５Ｖの直流電源電圧に重畳して出力（ｒｅｖｅｒｓｅ通信）し、カメラモジュール１００から同軸ケーブル２の５Ｖの直流電源電圧に重畳して出力される振幅が２００ｍＶのパルス信号からなる被変調信号を分離してデシリアライザ２４へ出力する。

【0054】

デシリアライザ２４は、画像信号処理部２１から入力される撮像制御信号でパルス周波数変調し、変調した振幅が２００ｍＶのパルス信号からなる被変調信号を重畳・分離回路２３へ出力するとともに、ｆｏｗａｒｄ通信で重畳・分離回路２３から入力される被変調信号からｆｏｗａｒｄ通信信号を復調し、画像信号処理部２１へ出力する。

【0055】

撮像装置本体１１の画像信号処理部２１は、デシリアライザ２４から入力される１フレーム画像を表す撮像信号を連続させて動画像を生成し、動画像の映像信号をドライバーの表情から居眠り運転の警告を発信する居眠り監視システムへ出力する。

【0056】

また、画像信号処理部２１は、入力される各フレーム画像からフレーム画像を補正するための撮像制御信号を任意のタイミングで生成し、同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳させるｒｅｖｅｒｓｅ通信でカメラモジュール１０の撮像制御部であるシリアライザ１２へ出力する。シリアライザ１２は、この撮像制御信号に従って撮像部１１の撮像動作を制御するので、フレーム画像の補正が、撮像部１１で新たに撮像されるフレーム画像にフィードバックされる。

【0057】

本実施の形態では、赤外ＬＥＤ１４の点灯制御時ｔ０と消灯制御ｔ１は、それぞれ露光開始時ｔ０と露光終了時ｔ１に等しく、第１電圧変動期間Ｔｖｃ１と第２電圧変動期間Ｔｖｃ２は、予め設定した画像信号処理部２１において既知の期間であるので、画像信号処理部２１は、カメラモジュール１０から出力される撮像動作タイミング情報に含まれるれ露光開始時ｔ０と露光終了時ｔ１を電圧安定期間のタイミング情報として、既知の第１電圧変動期間Ｔｖｃ１と第２電圧変動期間Ｔｖｃとから、１フレーム周期ＴＦ中の電圧安定期間Ｔｖｓが得られる。

【0058】

そこで、画像信号処理部２１は、任意のタイミングで生成される撮像制御信号に応答してカメラモジュール１０のシリアライザ１２から出力されるＡＳＫ信号が、電圧安定期間のタイミング情報から判定する電圧安定期間Ｔｖｓ以外の期間にデシリアライザ２４から入力された場合には、そのＡＳＫ信号（図２のＳＡ１）は、電圧変動期間Ｔｖｃ１、Ｔｖｃ２に同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳して出力された撮像制御信号（図２のＳＣ１）であって、通信エラーを含む撮像制御信号（図２のＳＣ１）に応答して出力されたものと推定してそのＡＣＫ信号を無視し、同じ撮像制御信号を再送する。

【0059】

この動画撮像装置１によれば、１本の同軸ケーブル２のみで、カメラモジュール１０と撮像装置本体２０を接続しても、同軸ケーブル２の直流電源電圧が５Ｖに安定する電圧安定期間Ｔｖｓ中に、撮像信号と撮像動作タイミング情報で変調した被変調信号を同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳させるので、直流電源電圧の変動によって被変調信号のパルス波形が崩れたり、立ち上がりや立ち下がりの位置が変化することがなく、撮像装置本体２０のでシリアライザ２４で正確に撮像信号と撮像動作タイミング情報を復調して、画像信号処理部２１へ出力できる。

【0060】

また、カメラモジュール１０の各部に直流電源を供給する電源ケーブル２を利用して、撮像装置本体２０の画像信号処理部２１からカメラモジュール１０の撮像部１１の撮像動作を制御する撮像制御信号を出力できる。更に、電圧変動期間Ｔｖｃ１、Ｔｖｃ２に撮像制御信号を出力した場合には、カメラモジュール１０側でその撮像制御信号を無視し、若しくは撮像装置本体２０の画像信号処理部２１で通信エラーが生じた可能性のある撮像制御信号を出力したことを知ることができる。

【0061】

次に、本発明の第２実施の形態に係る動画撮像装置３０を、図３と図４を用いて説明する。この第２実施の形態の説明においては、第１実施の形態にかかる構成と同一若しくは同様に作用する構成については、同一番号を付してその詳細な説明を省略する。

【0062】

この動画撮像装置３０は、第１実施の形態にかかる動画撮像装置１に対して図４に示すように、露光動作期間（図４のｔ０からｔ１までの時間）の終了時ｔ１前のｔ４時に赤外ＬＥＤ１４を消灯制御し、第２電圧変動期間Ｔｖｃ２が終了した後の撮像信号の出力開始時ｔ５を早めたものである。これにより、１フレーム画像を表す全ての撮像信号と撮像動作タイミング情報とを、１フレーム周期ＴＦの電圧安定期間Ｔｖｓ内に確実に同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳して撮像装置本体２０側へ出力できる。

【0063】

露光動作期間の終了時ｔ１前のｔ４時に赤外ＬＥＤ１４を消灯制御するため、カメラモジュール１０の撮像部１１とＬＥＤドライバ１５の間にＬＥＤタイミング制御部３１が接続されている。ＬＥＤタイミング制御部３１は、撮像部１１から出力される１フレーム画像を撮像した際の露光開始時ｔ０、露光終了時ｔ１を含む撮像動作タイミング情報から、ｔ０からｔ１までの露光動作期間中で赤外ＬＥＤ１４の消灯制御時ｔ４を露光終了時ｔ１より早めたＬＥＤ制御信号を生成し、ＬＥＤドライバ１５へ出力する。

【0064】

また、ＬＥＤタイミング制御部３１は、ＬＥＤ制御信号に含まれる消灯制御時ｔ４を、シリアライザ１２へ出力し、シリアライザ１２は、撮像部１１から入力される撮像動作タイミング情報にこの消灯制御時ｔ４を電圧安定期間のタイミング情報として含める。

【0065】

ＬＥＤドライバ１５は、このＬＥＤ制御信号により赤外ＬＥＤ１４を点滅制御するので、撮像素子１１ａの露光動作が終了するｔ１前のｔ４時に赤外ＬＥＤ１４は消灯制御される。しかしながら、露光期間中のｔ０からｔ４までの期間には赤外ＬＥＤ１４が点灯しているので、撮像素子１１ａは、赤外ＬＥＤ１４で照光された撮像視野の画像を撮像できる。

【0066】

この動画撮像装置３０によれば、露光動作期間が終了するｔ１時より前の消灯制御時ｔ４から第２電圧変動期間Ｔｖｃ２が開始するので、第２電圧変動期間Ｔｖｃ２から電圧安定期間Ｔｖｓへの移行が早まり、撮像部１１の撮像素子１１ａは、露光動作期間の終了時ｔ１後にシリアライザ１２へ出力する１フレーム画像を表すアナログ信号の撮像信号の出力開始時ｔ５時を早めることができる。

【0067】

また、本実施の形態では、撮像装置本体２０の画像信号処理部２１は、デシリアライザ２４から入力される撮像動作タイミング情報に含まれる電圧安定期間のタイミング情報である点灯制御時（露光開始時）ｔ０と、消灯制御時ｔ４と、既知の第１電圧変動期間Ｔｖｃ１及び第２電圧変動期間Ｔｖｃ２とから１フレーム周期Ｔ_Ｆ毎の電圧安定期間Ｔｖｓが得られるので、図４に示すように、この電圧安定期間Ｔｖｓ内にフレーム画像を補正するための撮像制御信号（図４のＳＣ４、ＳＣ５）を出力し、電圧安定期間Ｔｖｓ内にシリアライザ１２から応答するＡＣＫ信号（図４のＳＡ４、ＳＡ５）を出力できる。従って、同軸ケーブル２の直流電源電圧に撮像制御信号を重畳しても通信エラーが生じることなく、撮像部１１の撮像動作を制御できる。

【0068】

この実施の形態では、ＬＥＤタイミング制御部３１が生成するＬＥＤ制御信号で、赤外ＬＥＤ１４の消灯制御時ｔ４を露光終了時ｔ１より早めるように赤外ＬＥＤ１４を点滅制御したが、撮像制御部のシリアライザ１２で赤外ＬＥＤ１４の消灯制御時ｔ４より露光終了時ｔ１が遅れるように撮像素子１１ａの動作を制御してもよく、また、両者を併用してもよい。

【0069】

また、露光動作期間の終了時ｔ１より撮像信号を出力する出力期間の開始時ｔ５を遅らせているが、露光動作期間の終了時ｔ１に第２電圧変動期間Ｔｖｃ２が経過していれば、露光動作期間の終了時ｔ１に撮像信号の出力を開始してもよい。

【0070】

また、画像信号処理部２１は、電圧安定期間Ｔｖｓに撮像制御信号が同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳するタイミングで、撮像制御信号を出力しているが、デシリアライザ２４若しくは重畳・分離回路２３にバッファーを設け、撮像制御信号を電圧安定期間Ｔｖｓに同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳させてもよい。

【0071】

一方、上述の各実施の形態では、カメラモジュール１０側のシリアライザ１２が、ｆｏｗａｒｄ通信信号を電圧安定期間Ｔｖｓに同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳させるタイミングで出力しているが、バッファーを設けた重畳・分離回路１３で、ｆｏｗａｒｄ通信信号を電圧安定期間Ｔｖｓに同軸ケーブル２の直流電源電圧に重畳させてもよい。

【0072】

また、動画撮像装置１、３０は、必ずもしカメラモジュール１０と撮像装置本体２０とが車両に搭載されているものに限らず、撮像視野を照光する光源を備えた全ての動画撮像装置に本発明を適用できる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

光源で撮像視野の画像を撮像する動画撮像装置に適し、撮像装置本体とカメラモジュールがカメラモジュールの光源に電源を供給する電源ケーブルで接続された動画撮像装置に適している。

【符号の説明】

【0074】

１、３０ 動画撮像装置
２ 同軸ケーブル
１０ カメラモジュール
１１ 撮像部
１１ａ 撮像素子
１２ シリアライザ（変復調部、撮像制御部）
１３ 重畳・分離回路（第１重畳回路）
１４ 赤外ＬＥＤ（光源）
１５ ＬＥＤドライバ（光源制御部）
２０ 撮像装置本体
２１ 画像信号処理部
２２ ＤＣ電源回路
２３ 重畳・分離回路（第２重畳回路）
２４ デシリアライザ（変復調部）
３１ ＬＥＤタイミング制御部
Ｔｖｃ１ 第１電圧変動期間
Ｔｖｃ２ 第２電圧変動期間
Ｔｖｓ 電圧安定期間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】