JP6233735B2 - 監視用撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被写体を照明しながら撮像する撮像装置に関し、特に防犯や監視などの目的で道路や建物の敷地などを撮像する撮像装置およびその制御方法に関するものである。

防犯や監視などの目的で道路や建物の敷地などを撮像する撮像装置が広く普及している。この種の撮像装置では、夜間でも良好な撮像画像が得られるように被写体を照明する照明部が設けられている。この照明部では、撮像領域に対応した必要照明領域を均一な照度で照明することができるように配光特性を調整する必要があるが、撮像装置から被写体までの投光距離が変わると照度分布も変化する。このため、特定の投光距離で適切な照度分布が得られるように設定されたものを、投光距離が大きく異なる用途に流用することが難しいという問題があった。

このように投光距離に応じて被写体の照度分布が変化する問題に関連するものとして、複数の光源に、互いに断面形状が異なる複数のレンズをそれぞれ対向配置して、光源とレンズとからなる発光部ごとに配光特性を異なるようにした技術が知られている（特許文献１参照）。これによると、複数の発光部を組み合わせて点灯させることで、標準レンズ使用時、望遠レンズ使用時、および広角レンズ使用時やマクロ撮影といった撮影モードごとに適切な光量分布を得ることができる。

特開２００７−１８０５２０号公報

さて、前記従来の技術は、携帯電話などに内蔵される撮像装置に関するものであり、このような用途では、撮像装置から被写体までの距離が長くなるのに応じて被写体の撮像領域の大きさも大きくなる。例えば、一人を撮影するときよりも、三人を撮影するときの方が撮像装置と被写体の距離は長く、撮像範囲が広く、この撮像範囲を照明する照明範囲も拡大する。しかし、前記のように、防犯などの目的で道路や建物の敷地を撮像する撮像装置では、撮像領域（監視すべき被写体や範囲）が予め設定された後に、その撮像領域までの距離にかかわらず、被写体等を撮像することができる位置に撮像装置を設置するようにしており、撮像装置から被写体までの距離に応じて撮像領域の大きさが大きく変わることはない。つまり、監視用途では撮像装置から被写体等までの距離とは無関係に、撮像範囲を略一定（例えば半径５ｍの円内や、５ｍ×５ｍの矩形内）に規制する場合があり、このときは距離にかかわらず撮像範囲を適切な光量で照明する必要がある。

このため、前記従来の技術のように、被写体までの距離が長くなるほど撮像領域が大きくなることを前提とした点灯制御をそのまま、距離に応じて撮像領域の大きさが変わらない用途に用いられる撮像装置に適用しても、適切な照明状態を得ることができない。すなわち、被写体までの距離が短い場合には、照明領域の中心部で照度が過度になることで撮像画像内に白とびが発生し、一方、被写体までの距離が長い場合には、必要照明領域外の無用な方向に光が拡散されることで、被写体における照度は不足し（光量不足）、かつ電力が無駄に消費されるという問題が生じる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、被写体までの距離が大きく異なる場合でも、撮像領域に対応する必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができるように構成された撮像装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明の撮像装置は、撮像領域を照明しながら被写体を撮像する撮像装置であって、赤外光を発光する第１の照明手段と、この第１の照明手段を挟んで配置されて赤外光を発光する第２の照明手段と、を少なくとも含む照明部と、この照明部の出力を制御する出力制御手段と、を備え、前記第１の照明手段は、前記撮像領域の中心部を照明するように第１の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、前記第２の照明手段は、前記撮像領域の中心部より外側にずれた領域を照明するように前記第１の出射角度範囲よりずれた第２の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、前記出力制御手段は、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第１の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行う構成とする。

本発明の撮像装置の制御方法は、赤外光を発光する第１の照明手段と、この第１の照明手段を挟んで配置され赤外光を発光する第２の照明手段と、を少なくとも含む照明部を備え、前記第１の照明手段は、撮像領域の中心部を照明するように第１の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、前記第２の照明手段は、前記撮像領域の中心部より外側にずれた領域を照明するように前記第１の出射角度範囲よりずれた第２の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定された撮像装置の制御方法であって、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第１の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行う構成とする。

本発明によれば、被写体までの距離が大きく異なる場合でも、撮像領域に対応する必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができる。特に、被写体までの距離が短い場合に、第１の照明手段に対して出力制限を行うことにより、必要照明領域の中心部での照度が過度になることを避けることができる。これにより、防犯や監視の目的で撮像装置を設置する場合に、近距離の位置で必要照度を満足するように出力を低く抑えることで、照明領域内の人物から照明光が見えにくくなり、秘匿性を確保することができる。

第１実施形態に係る撮像装置１を示す斜視図 撮像装置１の設置状況を示す側面図 撮像装置１のブロック構成図 撮像装置１の正面図 照明部３の正面図 照明ユニット４１，４２の側面図 第１の照明ユニット４１の正面図 第１の照明ユニット４１を構成する光源基板４５およびレンズアレイ４６を別々に示す正面図 照明グループＡ〜Ｄごとに発光部３３ａ〜３３ｄ（光源３１およびレンズ３２）を示す断面図 第１の照明ユニット４１の変形例を示す正面図 図１０に示した第１の照明ユニット４１を構成する光源基板４５およびレンズアレイ４６を別々に示す正面図 近距離、中距離および遠距離の各照明モードでの光源３１の出力制御状況を示す説明図 各照明グループＡ〜Ｄでの駆動電流値をグラフで示す説明図 近距離、中距離および遠距離の各照明モードでの照度分布をグラフで示す説明図 従来構成および本実施形態による照明の状態を模式的に示す平面図 第２実施形態に係る撮像装置６１のブロック構成図 撮像装置６１の正面図 撮像装置６１による測距の状況を示す説明図 撮像装置６１で行われる処理の手順を示すフロー図 第３実施形態による測距の状況を示す説明図 第４実施形態に係る光源３１の電流制御の状況をグラフで示す説明図 第５実施形態による照度分布測定の状況を示す説明図

前記課題を解決するためになされた第１の発明は、撮像領域を照明しながら被写体を撮像する撮像装置であって、赤外光を発光する第１の照明手段と、この第１の照明手段を挟んで配置されて赤外光を発光する第２の照明手段と、を少なくとも含む照明部と、この照明部の出力を制御する出力制御手段と、を備え、前記第１の照明手段は、前記撮像領域の中心部を照明するように第１の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、前記第２の照明手段は、前記撮像領域の中心部より外側にずれた領域を照明するように前記第１の出射角度範囲よりずれた第２の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、前記出力制御手段は、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第１の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行う構成とする。

これによると、被写体までの距離が大きく異なる場合でも、撮像領域に対応する必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができる。特に、被写体までの距離が短い場合に、第１の照明手段に対して出力制限を行うことにより、必要照明領域の中心部での照度が過度になることを避けることができる。これにより、防犯や監視の目的で撮像装置を設置する場合に、近距離の位置で必要照度を満足するように出力を低く抑えることで、照明領域内の人物から照明光が見えにくくなり、秘匿性を確保することができる。

また、第２の発明は、前記照明部は、赤外光を発光する第３の照明手段をさらに含み、前記第１の照明手段は前記第３の照明手段を挟んで配置され、前記第３の照明手段は前記第１の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、前記第２の照明手段は前記第３の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、前記出力制御手段は、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第１の照明手段を前記第３の照明手段以下の出力で点灯し、前記被写体までの距離が長い場合には、前記第１の照明手段を前記第３の照明手段と同様に点灯する構成とする。

また、第３の発明は、前記照明部は、赤外光を発光する第３の照明手段をさらに含み、前記第１の照明手段は前記第３の照明手段を挟んで配置され、前記第３の照明手段は前記第１の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、前記第２の照明手段は前記第３の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、前記出力制御手段は、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第３の照明手段を前記第２の点灯手段よりも出力制限して点灯し、前記被写体までの距離が長い場合には、前記第３の照明手段を前記第２の点灯手段と同様に点灯する構成とする。

第２，３の発明によると、照明領域内の人物から照明光が見えにくくなり、秘匿性を確保することができるとともに、必要照明領域の中心部での照度が過度になることを避けながら、必要照明領域の全体に渡って必要照度を満足することができる。

また、第４の発明は、前記出力制御手段は、前記被写体までの距離について、第１の距離およびこれより短い第２の距離により、近距離、中距離および遠距離の３通りに場合分けして、前記照明部の出力を制御する構成とする。

これによると、３通りの場合分けで済むため、ユーザが選択する場合の煩わしさを解消することができ、また、実用上十分な程度で、必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができる。

また、第５の発明は、前記出力制御手段は、前記近距離の場合には、前記第１の照明手段を消灯するとともに前記第２の照明手段を点灯し、前記中距離の場合には、前記第２の照明手段を点灯するとともに前記第１の照明手段を前記第２の照明手段よりも出力制限して点灯し、前記遠距離の場合には、前記第１の照明手段および前記第２の照明手段の双方を点灯する構成とする。

これによると、近距離、中距離および遠距離のいずれの場合でも、必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができる。

また、第６の発明は、前記出力制御手段は、前記近距離および前記中距離の場合には、前記第３の照明手段を前記第２の照明手段よりも出力制限して点灯し、前記遠距離の場合には、前記第３の照明手段を前記第２の照明手段と同様に点灯する構成とする。

また、第７の発明は、前記出力制御手段は、前記中距離および前記遠距離の場合には、前記第１の照明手段を前記第３の照明手段と同様に点灯する構成とする。

また、第８の発明は、前記第３の照明手段は、前記第１の出射角度範囲と前記第２の出射角度範囲との間の第３の出射角度範囲で光を出射する構成とする。

また、第９の発明は、前記照明部は、赤外光を発光する第４の照明手段をさらに含み、前記第４の照明手段は前記第２の照明手段の少なくとも一部を挟んで配置され、前記第２の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、前記出力制御手段は、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第４の照明手段を前記第２の点灯手段と同様に点灯し、前記被写体までの距離が長い場合には、前記第４の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行う構成とする。

また、第１０の発明は、前記照明部は、赤外光を発光する第４の照明手段をさらに含み、前記第４の照明手段は前記第２の照明手段の少なくとも一部を挟んで配置され、前記第２の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、前記出力制御手段は、前記近距離および前記中距離の場合には、前記第４の照明手段を前記第２の点灯手段と同様に点灯し、前記遠距離の場合には、前記第４の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行う構成とする。

第９，１０の発明によると、遠距離の位置で、必要照明領域の外にいる人物から照明光が見えなくなり、秘匿性を確保することができる。

また、第１１の発明は、前記第４の照明手段は、前記第１の出射角度範囲〜前記第３の出射角度範囲のいずれよりも大きい第４の出射角度範囲で光を出射する構成とする。

また、第１２の発明は、前記照明手段の各々は、光源と、この光源から放射される光を集光するレンズとを有し、前記第１の照明手段では、前記光源および前記レンズが、前記光源の光軸と前記レンズの中心軸とが第１のずれ量をもって相対的にずれた状態で配置され、前記第２の照明手段では、前記光源および前記レンズが、前記光源の光軸と前記レンズの中心軸とが前記第１のずれ量より大きな第２のずれ量をもって相対的にずれた状態で配置された構成とする。

これによると、光源の光軸とレンズの中心軸とを相対的にずらすことで、レンズの断面形状を変更することなく、出射角度範囲を変えることができ、これにより製造が容易になり、製造コストを低く抑えることができる。

また、第１３の発明は、前記レンズは、一定の間隔をおいて複数配置され、前記光源は、前記レンズの中心軸に対して光軸がずれた状態で複数配置された構成とする。

これによると、レンズに比較して光源は寸法が小さくなるため、レンズの幅内で光源をずらせばよく、これにより複数のレンズを密接して配置することができるため、装置の小型化を図ることができる。

また、第１４の発明は、前記被写体までの距離を測定する測距部をさらに備え、前記出力制御手段は、前記測距部で取得した距離に基づいて前記照明部の出力を制御する構成とする。

これによると、ユーザが測定器具を用いて距離を測定する手間や、測定距離に対応する制御を行うように撮像装置に対して必要な入力操作を行う手間を省くことができるため、ユーザの利便性が向上する。

また、第１５の発明は、赤外光を発光する第１の照明手段と、この第１の照明手段を挟んで配置され赤外光を発光する第２の照明手段と、を少なくとも含む照明部を備え、前記第１の照明手段は、撮像領域の中心部を照明するように第１の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、前記第２の照明手段は、前記撮像領域の中心部より外側にずれた領域を照明するように前記第１の出射角度範囲よりずれた第２の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定された撮像装置の制御方法であって、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第１の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行う構成とする。

これによると、被写体までの距離が大きく異なる場合でも、撮像領域に対応する必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができる。特に、被写体までの距離が短い場合に、第１の照明手段に対して出力制限を行うことにより、必要照明領域の中心部での照度が過度になることを避けることができる。これにより、防犯や監視の目的で撮像装置を設置する場合に、近距離の位置で必要照度を満足するように出力を低く抑えることで、照明領域内の人物から照明光が見えにくくなり、秘匿性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る撮像装置１を示す斜視図である。撮像装置１は、被写体を撮像する撮像部２と、被写体を照明する照明部３と、撮像部２および照明部３を収容する筐体４と、を備えている。筐体４は、有底の箱状をなし、その上側開放部が上カバー５で覆われ、さらにその上側に日よけ６が設けられている。筐体４の前面側には、カバーガラスにより構成される撮像窓７および照明窓８が横方向に並べて設けられており、照明部３が発する照明光が照明窓８を介して出射され、被写体からの光が撮像窓７を介して撮像部２に入射する。

図２は、撮像装置１の設置状況を示す側面図である。撮像装置１は、支柱１１に支持された状態で所要の高さ（例えば２ｍ〜５ｍ）に設置され、防犯や監視などの目的で道路や建物の敷地上に存在する人物や車両などの被写体を撮像する。撮像装置１の照明部３には、赤外光を発光する光源が用いられており、これにより人物に気づかれることなく撮像することができ、景観を害することもなく、特に透過性に優れた近赤外光を発光する光源を用いることで、降雨や霧の影響を受けることなく撮像することができる。

また、この撮像装置１は、撮像装置１から被写体までの投光距離に応じて照明モードを切り替えて使用される。特に本実施形態では、第１の距離（例えば１５ｍ）とこれより短い第２の距離（例えば１０ｍ）とにより、近距離（例えば５ｍ〜１０ｍ）、中距離（例えば１０ｍ〜１５ｍ）、および遠距離（例えば１５ｍ〜３０ｍ）の３通りに場合分けされ、投光距離に応じて対応する照明モードが選択される。

この照明モードの設定は、装置の据え付け時に行われ、また、撮像位置を変更する際に行われ、撮像装置１から被写体までの投光距離を適宜な測定器具を用いて測定し、その測定距離に応じてユーザが照明モードを選択設定する。

なお、図１に示した撮像装置１の筐体４内には、撮像部２および照明部３の他に、撮像部２および照明部３を駆動する制御基板（図示せず）が収容され、この他に、外部の装置との間での通信に必要となるインタフェイス２４，２５（図３参照）や、ユーザによる各種の入力操作が行われる入力操作部２６（図３参照）が設けられるコントローラ１２が、図２に示したように、筐体４とは別体で設けられている。このコントローラ１２はユーザが作業しやすいように地上近くに設置され、ケーブル１３を介して筐体４内の制御基板に接続される。

図３は、撮像装置１のブロック構成図である。撮像装置１は、前記の撮像部２および照明部３と、照明部３を駆動する駆動部２１と、撮像部２での撮像により得られた画像データを記憶する記憶部（メモリ）２２と、画像データの暗号化および符号化を行う暗号化／符号化部２３と、ネットワーク（インターネットなど）を介したデータの送受信を行う出力インタフェイス２４および入力インタフェイス２５と、ユーザによる各種の入力操作が行われる入力操作部２６と、各部を総括的に制御する制御部２７と、を有している。

制御部２７は、プログラムが格納されるＲＯＭと、プログラムを実行するＣＰＵと、ワーク領域として使用されるＲＡＭと、例えば撮像部２に対する制御信号を生成するタイミングジェネレータとを有している。

照明部３は、光源３１と、レンズ３２とで構成される複数の発光部３３ａ〜３３ｄを有している。光源３１は、赤外光（例えば近赤外光）を発光する赤外ＬＥＤである。レンズ３２は、光源３１から放射される光を集光する集光レンズ（例えばコリメートレンズ）である。発光部３３ａ〜３３ｄは、４つの照明グループＡ〜Ｄにグループ分けされている。駆動部２１は、発光部３３ａ〜３３ｄの光源３１を駆動する駆動回路３４を有している。この駆動回路３４は、発光部３３ａ〜３３ｄの４つの照明グループＡ〜Ｄごとに設けられた定電流電源であり、４つの照明グループＡ〜Ｄ単位で光源３１が制御される。

光源３１は、駆動回路３４から印加される駆動電流値を増減することで出力（発光輝度）を変更することができる。各駆動回路３４は、図示しないＤＡ変換器を有しており、制御部（出力制御手段）２７のＣＰＵから出力される駆動制御信号（ディジタル値）に基づいて駆動電流を出力する。駆動電流値は、駆動制御信号に応じて所定のステップ数（例えば０〜２５５）で変更することができ、この駆動電流値を増減することで光源３１の出力（発光輝度）が制御される。また、制御部２７では、タイミングジェネレータから所定時間幅のパルス信号を出力しており、各駆動回路３４はパルス信号のＯＮデューティ時間だけ光源３１を駆動する。即ち本実施形態では、光源３１としてのＬＥＤはＰＷＭ駆動されている。そして光源３１が点灯、消灯されるタイミングは、照明グループＡ〜Ｄで同一とされ、例えば照明グループＡ〜Ｄの全てを点灯させる場合には、各照明グループ間で光源３１は同期して点灯と消灯を繰り返す。この間欠駆動によって、瞬間的に非常に高輝度な発光が得られる。そして、各光源３１が点灯する期間（ＯＮデューティ期間）は、後述のイメージセンサ３５の露光期間に含まれるようにタイミングジェネレータによって制御される。

撮像部２は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型のイメージセンサ３５を備えている。上述したように、光源３１のパルス発光は周期的に行われるから、ＣＭＯＳを構成する各画素の露光タイミング（期間長）を同一とすべくグローバルシャッタ方式が採用されている。このイメージセンサ３５は、所要のフレームレート（例えば３０ｆｐｓ）で画像データを出力し、この画像データはＡＤ変換器３６でディジタル化されて、画像処理部３７で例えばγ補正等の通常のモノクロ画像に対する画像処理を施された後、単色画像データとして記憶部２２に一時的に記憶される。なお、撮像部２は、照明部３から出射される赤外光で照明された被写体からの反射光を捉えるため、いわゆるＩＲカットフィルタを備えていない。

記憶部２２に記憶された画像データは制御部２７のＣＰＵから直接的に参照することができ、特に制御部２７のＣＰＵは特定のメモリ領域（つまり画像の一部）に強制的にデータを書き込めるようになっており、例えば、撮像装置１の識別情報や撮像時刻等の情報を画像に直接的にマージすることができる。

暗号化／符号化部２３では、記憶部２２に記憶された画像データを出力インタフェイス２４からネットワークに送出する際に必要となる暗号化および符号化が行われる。この暗号化および符号化では、ＴＣＰ／ＩＰに対応したパケット信号への変換などの処理が行われる。暗号化／符号化部２３から出力された画像データは、出力インタフェイス２４からネットワークを介して遠隔地にある外部装置に送信されて、その外部装置で画像を閲覧することができ、これにより遠隔監視が実現される。

また、外部装置からネットワークを介して撮像装置１の各種の動作を指示することができる。例えば、撮像部２では、画像データが動画または所定時間間隔で撮影された静止画として出力されるが、この動画または静止画を出力させる撮像モードが外部装置から指示される。外部装置からの動作指示信号は、ネットワークを介して入力インタフェイス２５で受信され、この動作指示信号に基づいて制御部２７が撮像部２を制御する。

また、撮像装置１自体に設けられた入力操作部２６でも同様の動作指示を行うことができる。また、前記のように、撮像装置１の据え付け時には、近距離、中距離および遠距離の照明モードを設定する操作が行われるが、この照明モードの設定が入力操作部２６で行われる。この操作に応じて制御部が駆動部２１を制御する。

なお、ここでは、画像データがネットワークを介して遠隔地にある外部装置に送信されるようにしたが、撮像装置１又はコントローラ１２が記録メディアを読み書きするリーダライタを備え、記録メディアに画像データを記憶させて、ＰＣなどの画像再生装置で記録メディアから画像データを読み出して画像を閲覧することができるようにしてもよい。また、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等のいわゆる大容量ストレージ装置を備え、これに記録するようにしてもよい。

図４は、撮像装置１の正面図である。この図４では、図１において照明部３の前面に設けられる照明窓８を構成するカバーガラスを省略して示している。照明部３は、第１の照明ユニット４１と、第２の照明ユニット４２とを有している。

図５は、照明部３の正面図である。第１，第２の各照明ユニット４１，４２には、発光部３３ａ〜３３ｄを構成する光源３１が２次元的に複数配列されており、レンズ３２も光源３１の各々に対応して２次元的に複数配列されている。特にここでは、光源３１およびレンズ３２が、Ｘ軸方向に５個、Ｙ軸方向に７個並べて、合計３５個配置されている。なお、以降の説明において、Ｘ軸の矢印方向を＋、その逆を−と定義して説明する。

図６は、照明ユニット４１，４２の側面図である。光源３１は、表面実装型の面発光赤外ＬＥＤであり、光源基板４５上に配置されている。レンズ３２は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの光透過性材料にて一体成形されてレンズアレイ（レンズ集合体）４６を構成している。レンズ３２は全て、光軸Ｃ２について点対称で、同一の断面形状に形成された非球面レンズである。

図示するように光源３１の光出射側はドーム形状をなしており、特定の配光特性を持つ。レンズ３２はこの光源３１の配光特性を考慮した上で、最終的に投光距離が遠方になるほど照射範囲が広がる特性とされている。具体的には、光源３１の光軸とレンズ３２の光軸を一致させた場合には、撮像装置１から３０ｍの距離において、１つの光源３１の発光領域（約１ｍｍ×１ｍｍ）が、約５ｍ×５ｍに拡大するような配光特性を有している。そして光源３１から出射された光は、照射領域で重なり合って（正確には、個々の光源３１について配置ピッチＰ（図８参照）だけずれている）１つの光スポットを形成する。なお、配光特性とは、照明による光度の分布であって、主に出射角度範囲によって制御が可能である。

光源基板４５およびレンズアレイ４６は、ブラケット４７に固定されて一体化されており、特にここでは、ビス４８により締結される。光源基板４５とレンズアレイ４６との間にはスペーサ４９が介装されており、これにより光源３１とレンズ３２とが一定の間隔に保持される。

図５に示したように、第１の照明ユニット４１および第２の照明ユニット４２では、発光部３３ａ〜３３ｄ（光源３１およびレンズ３２）が配光特性に応じて４つの照明グループＡ〜Ｄにグループ分けされている。この配光特性に応じたグループ分けは、第１の照明ユニット４１と第２の照明ユニット４２とで左右対称となっている。以下に、発光部３３ａ〜３３ｄの配光特性について説明する。

図７は、第１の照明ユニット４１の正面図である。図８は、第１の照明ユニット４１を構成する光源基板４５およびレンズアレイ４６を別々に示す正面図である。なお、この図７，図８では、向かって左側に配置される第１の照明ユニット４１のみを示すが、向かって右側に配置される第２の照明ユニット４２は第１の照明ユニット４１と左右対称に現れる。

図７に示すように、光源３１およびレンズ３２は、光源３１の光軸（ＬＥＤの面発光部分（通常は正方形又は長方形）の対角線の交点を通る法線を指す）とレンズ３２の中心軸（幾何光学的な中心軸）とが略平行な状態で、光源３１の光軸とレンズ３２の中心軸とが相対的にずれるようにオフセット配置されている。特に本実施形態では、レンズ３２をＸ，Ｙ方向に一定間隔Ｐで配置して、このレンズ３２の中心軸に対して光軸がＸ方向にずれるように光源３１が配置されている。すなわち、図８（Ｂ）に示すように、レンズアレイ４６では、レンズ３２が一定の間隔Ｐ（例えば１２mm）で配置されており、図８（Ａ）に示すように、光源基板４５では、レンズ３２の中心軸に対して光源３１の光軸がずれるように光源３１が配置されている。

このように光源３１およびレンズ３２は、光源３１の光軸とレンズ３２の中心軸とが相対的にずれるように配置されており、この光軸シフト幅（ずれ量）に応じて、光源３１およびレンズ３２からなる発光部３３ａ〜３３ｄの配光特性が異なるものとなる。

発光部３３ａ〜３３ｄ（光源３１およびレンズ３２）は、光軸シフト幅（ずれ量）に応じて４つの照明グループＡ〜Ｄにグループ分けされている。最も内側の１列を構成する５個が照明グループＢ（第３の照明手段）となり、内側から数えて２列目から５列目までの各列を構成する２０個が照明グループＡ（第１の照明手段）となり、外側から数えて２列目と最も外側の１列の一部を構成する７個が照明グループＣ（第２の照明手段）となり、最も外側の１列の一部を構成する３個が照明グループＤ（第４の照明手段）となる。

照明グループＡの光軸シフト幅（第１のずれ量）ＳａはＸ軸方向に＋０．２mm、照明グループＢの光軸シフト幅（第３のずれ量）ＳｂはＸ軸方向に＋０．４mm、照明グループＣの光軸シフト幅（第４のずれ量）ＳｃはＸ軸方向に＋０．９mm、照明グループＤの光軸シフト幅（第２のずれ量）ＳｄはＸ軸方向に＋２．７mmにそれぞれ設定されている。なお、この光軸シフト幅は特に限定されるものではなく、光源３１およびレンズ３２の光学特性などに応じて適宜に設定すればよい。

ここで、光源３１は互いに同一のものであり、光源３１の駆動電流を同一とした場合は、照明グループＡ〜Ｄごとの光量は光源３１の個数に応じて異なる。すなわち照明グループＡ（２０個）が最も光量が大きく、照明グループＣ（７個）、照明グループＢ（５個）、照明グループＤ（３個）の順で光量が小さくなる。

なお、図５に示したように、照明グループＡ〜Ｄのグループ分けは、第１の照明ユニット４１と第２の照明ユニット４２とで左右対称となっており、向かって右側に配置される第２の照明ユニット４２の光軸シフト幅Ｓａ〜Ｓｄは、図７，図８に示した第１の照明ユニット４１と比較すると、同じ照明グループＡ〜Ｄ同士で正負が逆になり、例えば第２の照明ユニット４２の照明グループＡの光軸シフト幅ＳａはＸ軸方向に−０．４mmとなる。

また、本実施形態では、光軸シフト幅の比較的小さな照明グループＢ（光軸シフト幅Ｓｂ＝０．４mm）を最も内側に配置しているが、これは、左右の照明ユニット４１，４２にそれぞれ設けられた照明グループＢの光源３１を単一の駆動回路で駆動させるためであり、左右の照明グループＢを近接させることで配線を簡素化してコストを削減することができる。

図９は、照明グループＡ〜Ｄごとに発光部３３ａ〜３３ｄ（光源３１およびレンズ３２）を示す断面図であり、図９（Ａ）は照明グループＡ（光軸シフト幅Ｓａ＝０．２mm）を、図９（Ｂ）は照明グループＢ（光軸シフト幅Ｓｂ＝０．４mm）を、図９（Ｃ）は照明グループＣ（光軸シフト幅Ｓｃ＝０．９mm）を、図９（Ｄ）は照明グループＤ（光軸シフト幅Ｓｄ＝２．７mm）をそれぞれ示す。

光源３１およびレンズ３２は、光源３１の光軸Ｃ１とレンズ３２の中心軸Ｃ２とが相対的にずれるように配置されており、光軸シフト幅（ずれ量）Ｓａ〜Ｓｄに応じてレンズ３２から光が出射する出射角度範囲が変化し、照明グループＡ〜Ｄごとに出射角度範囲が異なる。この出射角度範囲は、直進方向（Ｚ軸方向、光源３１の光軸Ｃ１およびレンズ３２の中心軸Ｃ２に平行となる方向）に対して、シフト方向（Ｘ軸正方向）と逆方向（Ｘ軸負方向）に傾き、この出射角度範囲の傾きは光軸シフト量Ｓａ〜Ｓｄが大きくなるのに応じて大きくなる。

具体的には、図９（Ａ）に示すように、光軸シフト幅が最も小さい照明グループＡ（第１の照明手段、光軸シフト幅Ｓａ＝０．２mm）では、直進方向（Ｚ軸方向）に近い出射角度範囲（第１の出射角度範囲）で光が出射される。一方、図９（Ｄ）に示すように、光軸シフト幅が最も大きい照明グループＤ（第４の照明手段、光軸シフト幅Ｓｄ＝２．７mm）では、照明グループＡの出射角度範囲より水平方向（Ｘ軸方向）の外側に大きくずれた出射角度範囲（第４の出射角度範囲）で光が出射される。

また、図９（Ｂ）に示すように、光軸シフト幅が比較的小さい照明グループＢ（第３の照明手段、光軸シフト幅Ｓｂ＝０．４mm）では、照明グループＡの出射角度範囲より直進方向に対する傾きが大きな出射角度範囲（第３の出射角度範囲）で光が出射される。また、図９（Ｃ）に示すように、光軸シフト幅が比較的大きい照明グループＣ（第２の照明手段、光軸シフト幅Ｓｃ＝０．９mm）では、直進方向に対する傾きがさらに大きな出射角度範囲（第２の出射角度範囲）で光が出射される。

このように光源３１およびレンズ３２を、光源３１の光軸とレンズ３２の中心軸とが相対的にずれた状態で配置することで、レンズ３２は、光源３１から放射される光を集光する集光レンズとして機能する他に、出射角度範囲を変化させる光学素子として機能する。

各照明グループＡ〜Ｄでは、光軸シフト幅Ｓａ〜Ｓｄが大きくなるのに応じて、直進方向に対する出射角度範囲の傾きが大きくなり、この出射角度範囲の傾きに応じて、各照明グループＡ〜Ｄごとの被写体上の照明領域も水平方向（Ｘ軸方向）にずれる。このため、光軸シフト幅が最も小さい照明グループＡは被写体の撮像領域の中心部を照明し、次に光軸シフト幅が大きい照明グループＢは照明グループＡより外側にずれた領域を照明し、次に光軸シフト幅が大きい照明グループＣは照明グループＢより外側にずれた領域を照明し、光軸シフト幅が最も大きい照明グループＤは照明グループＣより外側にずれた領域、すなわち最も外側の領域を照明する。

なお、ここで、撮像領域は、撮像部２により撮像される被写体の領域を示し、この撮像領域の中心部を照明グループＡで照明することになるが、この照明グループＡの照明領域は、撮像領域の中心位置に厳密に一致させる必要はなく、撮像領域の中心位置からずれた状態となる場合もある。また、所定の照度以上で照明する必要がある必要照明領域が撮像領域を含むように設定され、通常は、必要照明領域の中心部と撮像領域の中心部とが概ね一致するが、必要照明領域の中心位置と撮像領域の中心位置とを厳密に一致させる必要はなく、必要照明領域の中心位置と撮像領域の中心位置とがずれた状態となる場合もある。

図１０は、第１の照明ユニット４１の変形例を示す正面図である。図１１は、図１０に示した第１の照明ユニット４１を構成する光源基板４５およびレンズアレイ４６を別々に示す正面図である。なお、この図１０，図１１では、向かって左側に配置される第１の照明ユニット４１のみを示すが、向かって右側に配置される第２の照明ユニット４２は第１の照明ユニット４１と左右対称に現れる。

図７，図８に示した例では、レンズ３２を一定間隔で配置して、このレンズ３２の中心軸に対して光源３１の光軸がずれるように光源３１が配置された構成となっていたが、図１０，図１１に示す変形例では、光源３１を一定間隔Ｐで配置して、この光源３１の光軸に対してレンズ３２の中心軸がずれるようにレンズ３２が配置された構成となっている。

すなわち、図１１（Ａ）に示すように、光源基板４５では、光源３１が一定の間隔Ｐ（例えば１２mm）で配置されており、図１１（Ｂ）に示すように、レンズアレイ４６では、光源３１の光軸に対してレンズ３２の中心軸が所定の光軸シフト幅Ｓａ〜Ｓｄをもって相対的にずれるようにレンズ３２が配置されている。

ここで、図７，図８に示したように、一定間隔で配置されたレンズ３２に対して光源３１をずらして配置する構成では、一般に個々のレンズ３２の直径よりも光源３１のサイズが小さいことから、レンズアレイ４６においてレンズ３２を密接して配置して小型化を図ることができるが、図１０，図１１に示したように、一定間隔で配置された光源３１に対してレンズ３２をずらして配置する構成では、レンズ３２を外側にずらすことで、隣接するレンズ３２との間に隙間が生じるため、小型化が制限され、小型化を図る上では図７，図８に示した構成が有利である。

次に、光源３１の出力制御について説明する。図３に示したように、光源３１は駆動回路３４から印加される駆動電流により駆動され、この駆動電流値に応じて光源３１の出力（発光輝度）が制御される。ここで、最大の駆動電流値（最大定格）とすると、最大出力で光源３１を点灯させることができ、最大の駆動電流値より駆動電流値を小さくすると、光源３１の出力が制限され、駆動電流値を増減することで所要の割合で光源３１の出力を制限することができる。

図１２は、近距離、中距離および遠距離の各照明モードでの光源３１の出力制御状況を示す説明図である。図１３は、各照明グループＡ〜Ｄでの駆動電流値をグラフで示す説明図である。図１４は、近距離、中距離および遠距離の各照明モードでの照度分布をグラフで示す説明図である。

本実施形態では、図２に示したように、撮像装置１から被写体までの投光距離が近距離、中距離および遠距離である場合にそれぞれ選択される３つの照明モードごとに光源３１の出力制御が行われ、このとき、図１２，図１３に示すように、照明モードに応じて照明グループ単位で光源３１の出力制御が行われる。

この光源３１の出力制御では、最大の駆動電流値（第１の駆動電流値）Ｍａｘで光源３１を点灯させる他に、光源３１に駆動電流を印加しない、すなわち光源３１を消灯したり、最大の駆動電流値Ｍａｘより小さい駆動電流値、特にここでは最大の駆動電流値Ｍａｘの１／２となる中間の駆動電流値（第２の駆動電流値）Ｍｉｄで光源３１を点灯させる出力制限が行われる。最大の駆動電流値Ｍａｘおよび中間の駆動電流値Ｍｉｄはそれぞれ、電力に換算すると、例えば３．４Ｗおよび１．７Ｗとなる。

ここで、図１２，図１３に基づいて、光源３１の出力制御状況を４つの照明グループＡ〜Ｄごとに説明する。

まず、照明グループＡ（第１の照明手段、光軸シフト幅Ｓａ＝０．２mm）では、近距離照明モードで光源３１を消灯する出力制限が行われ、中距離照明モードで中間出力、すなわち中間の駆動電流値Ｍｉｄで光源３１を点灯させる出力制限が行われる。一方、遠距離照明モードでは光源３１の出力制限は行われず、最大出力、すなわち最大の駆動電流値Ｍａｘで光源３１を点灯させる。

照明グループＢ（第３の照明手段、光軸シフト幅Ｓｂ＝０．４mm）では、近距離および中距離の各照明モードで光源３１の出力制限が行われるが、この照明グループＢでは、照明グループＡとは異なり、近距離および中距離の各照明モードともに中間出力、すなわち中間の駆動電流値Ｍｉｄで光源３１を点灯させる出力制限が行われる。一方、遠距離照明モードでは、照明グループＡと同様に、光源３１の出力制限は行われず、最大出力、すなわち最大の駆動電流値Ｍａｘで光源３１を点灯させる。

照明グループＣ（第２の照明手段、光軸シフト幅Ｓｃ＝０．９mm）では、照明モードに関係なく最大出力、すなわち最大の駆動電流値Ｍａｘで光源３１が点灯され、出力制限は行われない。

照明グループＤ（第４の照明手段、光軸シフト幅Ｓｄ＝２．７mm）では、近距離および中距離の各照明モードともに最大出力、すなわち最大の駆動電流値Ｍａｘで光源３１が点灯され、光源３１の出力制限は行われない。一方、遠距離照明モードでは、光源３１を消灯する出力制限が行われる。

なお、本実施形態では、上述したように光源３１を駆動する電流値を複数段階に設定しておき、撮像装置から被写体までの距離に応じて駆動電量を選択する構成としたが、駆動電流を一定（例えば最大定格）としておき、距離に応じてＰＷＭ駆動のＯＮ期間を増減するように構成してもよい。少なくとも、光源３１のＯＮ期間がグローバルシャッタ方式で駆動されるイメージセンサ３５の露光期間に包含されれば、駆動電流を選択する場合と同等の作用効果が得られ、撮像される画像の明るさは同じになる。

次に、光源３１の出力制御状況を近距離、中距離および遠距離の照明モードごとに説明する。

図９に示したように、各照明グループＡ〜Ｄでは、光軸シフト幅Ｓａ〜Ｓｄが大きくなるのに応じて、直進方向に対する出射角度範囲の傾きが大きくなり、これにより各照明グループＡ〜Ｄの被写体上の照明領域が水平方向（Ｘ軸負方向）にずれる。このため、図１４に示すように、各照明グループＡ〜Ｄでは、被写体上の照度のピークが順に外側にずれた状態となる。

ここで、図１２（Ａ）に示したように、近距離照明モードでは、光軸シフト幅が最も小さい照明グループＡで光源３１を消灯する出力制限が行われ、光軸シフト幅が比較的小さい照明グループＢで中間の駆動電流値Ｍｉｄで光源３１を点灯させる出力制限が行われ、光軸シフト幅が大きい照明グループＣ，Ｄでは出力制限が行われない。

このように制御することで、近距離照明モードでは、図１４（Ａ）に示すように、照明グループＢが必要照明領域の中心領域を照明し、照明グループＣが照明グループＢの照明領域より外側にずれた領域を照明し、照明グループＤが必要照明領域の周辺領域を照明し、これにより必要照明領域の全体に渡って必要照度を満足することができる。

特に、光軸シフト幅が最も小さい照明グループＡで光源３１を消灯する出力制限を行うことにより、必要照明領域の中心部での照度が過度になることを避けることができる。また、光軸シフト幅が比較的小さい照明グループＢは、照明領域の中心寄りの領域を照明するため、この照明グループＢの駆動電流を小さくすることにより、必要照明領域の中心部での照度が過度になることを避けることができる。

また、図１２（Ｂ）に示したように、中距離照明モードでは、光軸シフト幅が小さい照明グループＡ，Ｂで中間の駆動電流値Ｍｉｄで光源３１を点灯させる出力制限が行われ、光軸シフト幅が大きい照明グループＣ，Ｄでは出力制限が行われない。

このように制御することで、中距離照明モードでは、図１４（Ｂ）に示すように、照明グループＡが必要照明領域の中心領域を照明し、照明グループＢが照明グループＡの照明領域より外側にずれた領域を照明し、照明グループＣが照明グループＢの照明領域より外側にずれた領域を照明し、照明グループＤが必要照明領域の周辺領域を照明し、これにより必要照明領域の全体に渡って必要照度を満足することができる。

特に、光軸シフト幅が小さい照明グループＡ，Ｂは、必要照明領域の中心部およびその近傍の領域を照明するため、この照明グループＡ，Ｂの駆動電流を小さくすることにより、必要照明領域の中心部での照度が過度になることを避けることができる。

また、図１２（Ｃ）に示したように、遠距離照明モードでは、光軸シフト幅が最も大きい照明グループＤで光源３１を消灯する出力制限が行われ、その他の照明グループＡ〜Ｃでは出力制限が行われない。

このように制御することで、図１４（Ｃ）に示すように、照明グループＡが必要照明領域の中心領域を照明し、照明グループＢが照明グループＡの照明領域より外側にずれた領域を照明し、照明グループＣが照明領域の周辺領域を照明し、これにより必要照明領域の全体に渡って必要照度を満足することができる。

特に、光軸シフト幅が最も大きい照明グループＤで光源３１を消灯する出力制限を行うことにより、必要照明領域から外れた領域の無駄な照明を避けることができる。また、点灯させる全ての照明グループＡ〜Ｃで駆動電流を大きくすることで、遠距離での必要照明領域内の全体に渡って必要照度を確保することができる。

以上のように、本実施形態では、被写体までの距離が短い場合（近距離および中距離の照明モード）には、照明グループＡ（第１の照明手段）に対して出力制限を行い、被写体までの距離が長い場合（遠距離照明モード）には、照明グループＤ（第４の照明手段）に対して出力制限を行うため、被写体までの距離が大きく異なる場合でも、撮像領域に対応する必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができる。

すなわち、被写体までの距離が短い場合には、照明グループＡに対して出力制限が行われるため、必要照明領域の中心部で照度が過度になることで撮像画像内に発生する白とびを抑えることができる。一方、被写体までの距離が長い場合には、照明グループＤに対して出力制限が行われるため、必要照明領域外の無用な方向に光が拡散されることを抑制するとともに消費電力を低く抑えることができる。

ところで、防犯や監視の目的で撮像装置１を設置する場合には、秘匿性、すなわち撮像領域内に存在する人物に撮像装置１で監視されていることを気づかれないようにする必要があり、このために本実施形態では、光源３１に赤外光を発するＬＥＤが用いられている。さらに光源３１には、降雨による影響を避けるためには透過性に優れた近赤外光を発するものが好適である。ところが、近赤外光を発するＬＥＤでは、可視域に入る波長の光も僅かながら出射されるため、高出力の場合には、照明領域内の人物から照明光が僅かに赤く見えてしまい、秘匿性が低下する。

このような問題に対して、本実施形態では、前記のような光源３１の出力制御を行うことで秘匿性を確保することができる。以下、秘匿性に関する本実施形態の意義について説明する。

図１５は、従来構成および本実施形態による照明の状態を模式的に示す平面図であり、図１５（Ａ）に従来構成による場合を、図１５（Ｂ−１），（Ｂ−２）に本実施形態による場合をそれぞれ示す。

ここで、撮像装置１，５１は、防犯などの目的で道路や建物の敷地を撮像するものであり、撮像装置１，５１から被写体までの距離に関係なく、撮像領域の横幅は一定であり、したがって必要照明領域の横幅も一定である。

図１５（Ａ）に示すように、従来構成による撮像装置５１では、距離に応じた照明モードの切り替えが行われないため、近距離で実際の照明領域が必要照明領域を含むように広範囲に赤外光を照射し、かつ遠距離で必要照度を満足するように高出力で赤外光を照射する必要がある。このため、近距離では、照明領域内の人物から照明光がはっきりと赤く見えてしまい、また遠距離では、必要照明領域の外にいる人物からも照明光が見えてしまい、いずれにしても秘匿性を確保することができない。

一方、本実施形態による撮像装置１では、図１５（Ｂ−１），（Ｂ−２）に示すように、距離に応じて照明モードを切り替える。これにより、図１５（Ｂ−１）に示す近距離照明モードでは、近距離の位置で必要照度を満足するように出力を低く抑えることで、照明領域内の人物から照明光が見えにくくなり、秘匿性を確保することができる。また、図１５（Ｂ−２）に示す遠距離照明モードでは、遠距離の位置で実際の照明領域が必要照明領域を満足するように照明領域を狭く制限するため、必要照明領域の外にいる人物から照明光が見えなくなり、秘匿性を確保することができる。

（第２実施形態）
前記の第１実施形態では、撮像装置１から被写体までの投光距離に応じてユーザが照明モードを手動で切り替えるものとしたが、以下に説明する第２実施形態では、投光距離を測定して、その測定距離に基づいて照明モードを自動的に設定するようにしている。なお、特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。

図１６は、第２実施形態に係る撮像装置６１のブロック構成図である。図１７は、撮像装置６１の正面図である。

図１６に示すように、撮像装置６１は、撮像装置６１から被写体までの投光距離を測定する測距部６２を備えている。この測距部６２は、いわゆるＴＯＦ（Time of Flight）法に基づいて投光距離を計測するものであり、赤外線センサ６３と、アンプ６４と、比較器６５と、Ｄ／Ａ変換器６６と、高速カウンタ６７と、クロックジェネレータ６８と、を有している。

赤外線センサ６３は例えばフォトダイオードで構成されている。この赤外線センサ６３は、図１７に示すように、撮像装置６１の前面側に撮像部２や照明部３と並んで設けられる。

図１８は、撮像装置６１による測距の状況を示す説明図であり、図１８（Ａ）に撮像装置１の背面側から見た状況を、図１８（Ｂ）に撮像装置１の側方から見た状況をそれぞれ示す。

撮像装置６１から被写体までの投光距離を測定する測距の処理は、例えば撮像装置６１の設置時に一度行っておけばよいため、測距の際には、想定される被写体の位置にダミーの被写体を配置して計測することで精度を向上させることができる。図１８の例では、被写体となる道路の路面上の照明領域の中心位置に、ダミーの被写体として反射板７１を配置している。この反射板７１は、例えば撮像装置から５ｍ〜３０ｍといった比較的広い範囲において任意位置に置かれるため、反射特性をなるべく一定にするため、例えばガラスビーズ等を利用した再帰性反射材で構成されていることが望ましい。

図１９は、撮像装置６１で行われる処理の手順を示すフロー図である。ここでは、撮像装置１から光を照射してから反射板７１で反射された光が撮像装置１に入射するまでの時間を計測して、撮像装置１から反射板７１までの距離を算出し、この距離に基づいて照明モードを選択する。

具体的には、まず、事前に、制御部２７から比較器６５に対して閾値レベル信号を出力して、反射光検出用の閾値レベルを設定する。そして、照明部３から測定用の赤外光を出射する（ＳＴ１０１）。なお、測定に際して、近距離〜遠距離照明モードのいずれにも対応させるため、全ての光源３１を最大光量で点灯するとよい。ここでは、制御部２７が、高速カウンタ６７のカウント値をリセットすると共に、４つの照明グループＡ〜Ｄのいずかの光源３１、例えば照明グループＡ（光軸シフト幅＝０．２mm）の光源３１を駆動して所定時間幅を有する光パルスを出力する。ここで、リセットされた高速カウンタ６７は、クロックジェネレータ６８から出力される１ＧＨｚ（１周期は１ｎｓ）のクロック信号に基づきカウントアップを行う。

そして、照明部３から出射された赤外光（光パルス）は、反射板７１で反射されて赤外線センサ６３に入射し、測距部６２において反射赤外光が入射したことが検知される（ＳＴ１０２）。このとき、赤外線センサ６３の出力が図示しないオペアンプによってオフセット成分を除去された後にアンプ６４によって増幅されてアナログレベル信号が生成される。このアナログレベル信号は比較器６５で閾値レベルと比較され、アナログレベル信号が閾値レベルを上回ると、比較器６５は検出信号を高速カウンタ６７及び制御部２７に出力する。検出信号を受信した高速カウンタ６７は、その時点のカウント値を図示しないレジスタにキャプチャする。一方、制御部２７に入力される検出信号は、ＣＰＵに対する割り込み信号（ＩＲＱ）として機能し、割り込み信号に基づきＣＰＵは高速カウンタのレジスタにアクセスしてカウント値を取得する。

ついで、制御部２７においてカウント値に基づいて反射板７１までの距離が算出される（ＳＴ１０３）。このとき、制御部２７のＣＰＵが、光速Ｃ（３００×１０^６［ｍ／ｓ］）と、カウント値Ｎに基づき、次のようにして距離を計算する。
３００×１０^６［ｍ／ｓ］×１０^−９×Ｎ／２＝０．１５×Ｎ［ｍ］
ここでは、カウント周波数を１Ｇ（１×１０^９）［Ｈｚ］（周期＝１×１０^９［ｓ］＝１［ｎｓ］）としている。また、カウント値Ｎを２で除するのは、測定された距離は往復分であるから、これを片道分にするためである。これにより、１Ｇ［Ｈｚ］のクロックを用いれば、１５ｃｍの精度で想定被写体位置までの距離を計測できることになる。

ついで、制御部２７において、測定された距離に基づく照明モードの判定が行われる（ＳＴ１０４）。ここでは、測定された距離を所定のしきい値と比較することで照明モードが決定される。本実施形態では、近距離、中距離および遠距離の３つの照明モードがあり、したがって中距離と遠距離とを区別する第１のしきい値（１５ｍ）と、近距離と中距離とを区別する第２のしきい値（１０ｍ）との比較で照明モードが決定される。

ついで、決定された照明モードに基づいて光源３１の駆動条件（点灯の有無および駆動電流値）を設定する処理が行われる（ＳＴ１０５〜ＳＴ１０７）。光源３１の駆動条件は、照明モードごとに制御部２７のＲＯＭなどに予め記憶されており、これを参照して光源３１の駆動条件を設定する処理が行われる。

なお、本実施形態では、ＴＯＦ法による例について説明したが、光の代わりに超音波（例えば２０〜３０ＫＨｚ程度）を用いるようにしてもよく、また、ステレオ法や他の公知の測距方法を用いるようにしてもよい。また、本実施形態では、反射板７１までの距離を算出するようにしたが、カウント値Ｎ（反射時間）から直接、照明モードを決定するようにしてもよく、さらに、カウント値Ｎから直接、光源３１の駆動条件を求めるようにしてもよい。

また、図１８（Ｂ）に示すように、これまでの説明では（図２参照）投光距離を水平方向の距離Ｄで説明したが、ＴＯＦ法で得られる距離（反射経路長）Ｄ’は水平方向の距離Ｄとは厳密には異なり、両者の関係は撮像装置６１の設置高さＨで規定されるが、実際の照明状態に影響を及ぼすものは距離Ｄ’である。このため、第２実施形態のように距離Ｄ’をＴＯＦ法で実測する場合には距離Ｄ’に関するしきい値で照明モードを判定し、また、第１実施形態のようにユーザが照明モードを選択設定する場合には撮像装置１の設置高さＨを考慮して照明モードを決定すればよい。

（第３実施形態）
前記の第２実施形態では、測定距離に基づいて照明モードを自動的に設定するにあたり、撮像装置６１から被写体までの投光距離をＴＯＦ法で測定するようにしたが、以下に説明する第３実施形態では、被写体上の照明領域を撮像してその照明領域の横幅に基づいて投光距離を測定するようにしている。このため、本実施形態では、図１６に示したように、投光距離をＴＯＦ法に基づいて測定する測距部６２は備えていない。なお、特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。

図２０は、第３実施形態による測距の状況を示す説明図である。撮像装置８１から被写体（道路の路面）に光を照射すると、被写体上に明るく照らし出された照明領域が現れるが、この照明領域の横幅は撮像装置８１からの投光距離に応じて変化する。ここで、撮像装置１の撮像倍率（特定の離間距離を前提とした場合に、所定の基準長を持つ物品を撮像したときの対応画素数）を調整しておくことで、照明領域の横幅に基づいて投光距離を取得することができ、照明領域の横幅は、被写体上の照明領域を撮像し、得られた撮像画像を制御部２７で画像処理することで取得する。

具体的には、まず、照明部３の光源３１を点灯させる。４つの照明グループＡ〜Ｄでは光の拡散状況が異なり、例えば拡散幅が最も狭い照明グループＡの光源３１を点灯させる。ついで、被写体上に出現した照明領域を撮像部２で撮像する。そして、制御部２７において、撮像部２による撮像で得られた画像に対して画像処理を行うことで、被写体上の照度分布パターンを取得し、この照度分布パターンに基づいて有効照明領域を抽出して、その有効照明領域の横幅を求める。ついで、算出された有効照明領域の横幅から投光距離を求める。このとき、投光距離と照明領域の横幅との相関関係を例えばテーブルで予めＲＯＭに記憶させておき、これを参照して有効照明領域の横幅から投光距離を求める。

（第４実施形態）
前記の第１から第３の実施形態では、投光距離に応じて近距離、中距離および遠距離の照明モードに場合分けして、照明モードごとに予め設定された光源３１の駆動条件（点灯の有無および駆動電流値）にしたがって光源３１の出力制御を行うものとしたが、以下に説明する第４実施形態では、光源３１の駆動条件が投光距離に応じて予め設定されており、投光距離に基づいて選択された駆動条件で光源３１の出力制御を行うようにしている。なお、特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。

図２１は、第４実施形態に係る光源３１の電流制御の状況をグラフで示す説明図である。この図２１には、図１３に示した第１実施形態に係る電流制御の状況を併せて示す。

この第４実施形態では、投光距離に応じた駆動電流値を照明グループごとに予め設定しておき、測定された投光距離に応じて駆動電流値を変化させるようにしている。放射照度（パワー密度）は距離の２乗に反比例するため、距離に応じた駆動電流値を２次関数（放物線）で変化させることで、照度分布をより適切なものとすることができる。

照明グループＡ（光軸シフト幅Ｓａ＝０．２mm）では、近距離の場合に、第１実施形態と同様に、消灯による出力制限が行われる。一方、中距離および遠距離の場合には、投光距離が長くなるのに応じて駆動電流値が２次関数的に大きくなるように制御される。照明グループＢ（光軸シフト幅Ｓｂ＝０．４mm）では、近距離の場合に、第１実施形態と同様に、中間の駆動電流値Ｍｉｄで一定の出力制限が行われる。一方、中距離および遠距離の場合には、投光距離が長くなるのに応じて駆動電流値が２次関数的に大きくなるように制御される。照明グループＣ（光軸シフト幅Ｓｃ＝０．９mm）では、第１実施形態と同様に、投光距離に関係なく最大の駆動電流で光源３１が点灯され、出力制限は行われない。照明グループＤ（光軸シフト幅Ｓｄ＝２．７mm）では、投光距離に応じた場合分けは行われず、投光距離が長くなるのに応じて駆動電流値が２次関数的に小さくなるように制御される。

これにより、本実施形態では、第１実施形態と同様に、被写体までの距離が短い場合（近距離および中距離の照明モード）には、照明グループＡ（第１の照明手段）に対して出力制限が行われ、また、被写体までの距離が長い場合（遠距離照明モード）には、照明グループＤ（第４の照明手段）に対して出力制限が行われるため、被写体までの距離が大きく異なる場合でも、撮像領域に対応する必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができる。

また、本実施形態では、被写体までの距離が短い場合（近距離および中距離の照明モード）には、照明グループＡに対して出力制限が行われる他に、照明グループＤに対しても出力制限が行われるが、照明グループＤに対しては照明グループＡより小さな割合で出力が制限されるため、必要照明領域内の照度を確保することができる。また、被写体までの距離が長い場合（遠距離照明モード）にも、照明グループＤに対して出力制限が行われる他に、照明グループＡに対しても出力制限が行われるが、照明グループＡに対しては照明グループＤより小さな割合で出力が制限されるため、必要照明領域内の照度を確保することができる。

（第５実施形態）
前記の第１から第４の実施形態では、投光距離を測定してその投光距離に基づいて光源３１の出力制御を行うものとしたが、以下に説明する第５実施形態では、被写体上の実際の照度分布を測定し、その実際の照度分布に基づいて理想的な照度分布が得られるように光源３１の駆動条件（点灯の有無および駆動電流値）を調整するようにしている。なお、特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。

図２２は、第５実施形態による照度分布測定の状況を示す説明図である。ここでは、測定結果が路面の状態（乾燥、濡れている等）に左右されないよう、所定の反射率を有する基準シート９２を路面に敷設する。この基準シート９２は薄い樹脂製のものを採用するとよく、これにより基準シート９２上を車両が通行することを妨げずに済む。なお、基準シート８１は、撮像領域より十分に大きなサイズのものを用いる。

照度分布測定では、まず、撮像装置９１において照明部３の光源３１を点灯させる。このとき、４つの照明グループＡ〜Ｄの全ての光源３１を最大の駆動電流値で点灯させる。ついで、基準シート９２を撮像部２で撮像する。そして、制御部２７において、撮像部２による撮像で得られた画像に対して画像処理を行うことで、基準シート８１上の照度分布パターンを取得し、この照度分布パターンに基づいて有効照明領域を抽出する。なお、この際には基準シート９２の撮像を比較的長期にわたって行って、いわゆる前景を除去した画像に基づいて照度分布を求めるとよい。具体的には、撮像期間を例えば３０〜６０秒程度に設定し、この期間に取り込んだフレーム画像の各画素について平均値を求める。これによって、監視領域を通過する人や車といった前景の影響を低減することができる。また、このようにしても平均化による影響（前景成分の残存）が問題となる場合は、メディアンフィルタ処理を行なうことで、より外乱の影響を低減することが可能となる。

ついで、その有効照明領域における照度分布パターンと予め用意された目標パターンとの対比を行う。この対比では、両者のサイズを同一に正規化したうえ、複数画素からなるブロックに分割してその代表値（平均値）を算出し、これらの差分の平方和を評価関数とする。そして、この評価関数が最小となるように光源３１の駆動条件を設定する。なお、第４実施形態で示したように光量制御を微小なステップで行う場合において、評価関数が最小となる駆動条件を求めるには、公知のアルゴリズム、例えば遺伝的アルゴリズム等を利用することができる。

ここで、光源３１の駆動条件は、前記の実施形態と同様に、４つの照明グループＡ〜Ｄごとに設定すればよいが、光源３１ごとに駆動条件を設定することも可能である。

なお、前記の各実施形態では、赤外光を発する光源３１を用いるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、可視光を発する光源を用いることも可能である。

また、前記の各実施形態では、図５に示したように、照明部３が２つの照明ユニット４１，４２で構成されたものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば照明部を単一の照明ユニットで構成してもよく、この場合、光源基板やレンズアレイは１つで済む。

また、前記の各実施形態では、図５などに示したように、照明グループＡ〜Ｄで出射角度範囲を変えるため、光源３１から放射される光を集光するレンズを用いて、光源およびレンズが、光源の光軸とレンズの中心軸とが相対的にずれた状態で配置されるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばレンズ以外の光学素子（例えばプリズム）を用いて出射角度範囲を変えるようにしてもよい。

また、前記の各実施形態では、図５などに示したように、複数の発光部３３ａ〜３３ｄ（光源３１およびレンズ３２）を配光特性に応じて４つの照明グループＡ〜Ｄにグループ分けしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発光部を２つや３つ、あるいは４つ以上の照明グループにグループ分けすることも可能である。また、各照明グループを構成する発光部の配置位置も、図示した構成に限定されるものではない。

また、前記の各実施形態では、図５などに示したように、４つの照明グループＡ〜Ｄの全てで光源３１の光軸とレンズ３２の中心軸とを相対的にずらすようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば照明グループＡは、被写体の中心領域を照明するものであるため、光源３１の光軸とレンズ３２の中心軸とを相対的にずらさない構成も可能である。

また、前記の各実施形態（第４実施形態を除く）では、図１３に示したように、光源３１の出力制限を行う際に、最大の駆動電流値（第１の駆動電流）より小さい第２の駆動電流値で点灯させる場合と消灯させる場合との２段階に切り替えるものしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、最大の駆動電流値より小さい複数の駆動電流値で光源３１の出力制限を多段階に行うようにしてもよい。

また、前記の各実施形態（第４実施形態を除く）では、光源３１の出力制限を行う際に光源３１に印加される第２の駆動電流値を、第１の駆動電流値である最大の駆動電流値Ｍａｘの１／２となる中間の駆動電流値Ｍｉｄとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、光源３１の発光特性や配置数などに応じて第２の駆動電流値を適宜に設定すればよい。

また、前記の各実施形態では、光源３１に、駆動電流値を増減することで出力（発光輝度）を変更することができるものを採用して、最大出力で点灯させる他に、中間出力で点灯させたり、あるいは最大出力より低い任意の出力で点灯させて、照明状態の適正化を図るようにしたが、このような駆動電流値による出力制御の他に、照明グループ内の点灯させる光源３１の数を変更する出力制御も可能であり、さらに、このような点灯光源数による出力制御と駆動電流値による出力制御とを組み合わせることも可能である。

また、前記の各実施形態では、撮像装置を地上から所定高さに設置した場合を説明したが、設置する場所は適宜変更が可能である。地上のような静止体に限らず、移動体に設置することも可能である。移動体として、車の車内または車外に搭載してもよい。さらに撮像装置を携帯可能として、人が手に持ち使用するようにしてもよい。

本発明にかかる撮像装置およびその制御方法は、被写体までの距離が大きく異なる場合でも、撮像領域に対応する必要照明領域を適切な照度で照明するとともに必要照明領域外の無駄な照明を抑えることができる効果を有し、被写体を照明しながら撮像する撮像装置、特に防犯や監視などの目的で道路や建物の敷地などを撮像する撮像装置およびその制御方法などとして有用である。

１ 撮像装置
２ 撮像部
３ 照明部
２１ 駆動部
２７ 制御部（出力制御手段）
３１ 光源
３２ レンズ
３３ａ 照明グループＡの発光部（第１の照明手段）
３３ｂ 照明グループＢの発光部（第３の照明手段）
３３ｃ 照明グループＣの発光部（第２の照明手段）
３３ｄ 照明グループＤの発光部（第４の照明手段）
３４ 駆動回路
４１，４２ 照明ユニット
４５ 光源基板
４６ レンズアレイ
Ｃ１ 光源の光軸
Ｃ２ レンズの中心軸
Ｓａ〜Ｓｄ 光軸シフト量（ずれ量）

Claims (15)

1. 撮像領域を含むように設定される必要照明領域を照明しながら被写体を撮像する監視用撮像装置であって、
   赤外光を発光する第１の照明手段と、この第１の照明手段を挟んで配置されて赤外光を発光する第２の照明手段と、を少なくとも含む照明部と、
   この照明部の出力を制御する出力制御手段と、を備え、
   前記必要照明領域は、前記監視用撮像装置からの距離に関係なく一定の横幅を有する矩形領域からなり、
   前記第１の照明手段は、前記必要照明領域の中心部を照明するように第１の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、
   前記第２の照明手段は、前記必要照明領域の中心部より外側にずれた領域を照明するように前記第１の出射角度範囲よりずれた第２の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、
   前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段はさらに、前記必要照明領域において前記監視用撮像装置からの距離に関係なく、それぞれの照度分布のピークを前記矩形領域からなる必要照明領域の横幅内に有し、
   前記出力制御手段は、
   前記被写体までの距離が短い場合には、前記第１の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行い、前記被写体までの距離が長い場合には、前記第１の照明手段に対する出力制限の解除又は全点灯を行うとともに、前記第２の照明手段に対しては、前記必要照明領域における前記監視用撮像装置からの距離に関係なく全点灯を行うことを特徴とする監視用撮像装置。
2. 前記照明部は、赤外光を発光する第３の照明手段をさらに含み、
   前記第１の照明手段は前記第３の照明手段を挟んで配置され、
   前記第３の照明手段は前記第１の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、
   前記第２の照明手段は前記第３の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、
   前記出力制御手段は、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第１の照明手段を前記第３の照明手段以下の出力で点灯し、前記被写体までの距離が長い場合には、前記第１の照明手段を前記第３の照明手段と同様に点灯し、
   前記第３の照明手段はさらに、前記必要照明領域において前記監視用撮像装置からの距離に関係なく、それぞれの照度分布のピークを前記矩形領域からなる必要照明領域の横幅内に有することを特徴とする請求項１に記載の監視用撮像装置。
3. 前記照明部は、赤外光を発光する第３の照明手段をさらに含み、
   前記第１の照明手段は前記第３の照明手段を挟んで配置され、
   前記第３の照明手段は前記第１の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、
   前記第２の照明手段は前記第３の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、
   前記出力制御手段は、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第３の照明手段を前記第２の照明手段よりも出力制限して点灯し、前記被写体までの距離が長い場合には、前記第３の照明手段を前記第２の照明手段と同様に点灯し、
   前記第３の照明手段はさらに、前記必要照明領域において前記監視用撮像装置からの距離に関係なく、その照度分布のピークを前記矩形領域からなる必要照明領域の横幅内に有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の監視用撮像装置。
4. 前記出力制御手段は、前記被写体までの距離について、第１の距離およびこれより短い第２の距離により、近距離、中距離および遠距離の３通りに場合分けして、前記照明部の出力を制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の監視用撮像装置。
5. 前記出力制御手段は、前記近距離の場合には、前記第１の照明手段を消灯するとともに前記第２の照明手段を点灯し、前記中距離の場合には、前記第２の照明手段を点灯するとともに前記第１の照明手段を前記第２の照明手段よりも出力制限して点灯し、前記遠距離の場合には、前記第１の照明手段および前記第２の照明手段の双方を点灯することを特徴とする請求項４に記載の監視用撮像装置。
6. 前記照明部は、赤外光を発光する第３の照明手段をさらに含み、
   前記出力制御手段は、前記近距離および前記中距離の場合には、前記第３の照明手段を前記第２の照明手段よりも出力制限して点灯し、前記遠距離の場合には、前記第３の照明手段を前記第２の照明手段と同様に点灯することを特徴とする請求項５に記載の監視用撮像装置。
7. 前記出力制御手段は、前記中距離および前記遠距離の場合には、前記第１の照明手段を前記第３の照明手段と同様に点灯することを特徴とする請求項６に記載の監視用撮像装置。
8. 前記第３の照明手段は、前記第１の出射角度範囲と前記第２の出射角度範囲との間の第３の出射角度範囲で光を出射することを特徴とする請求項２、請求項３、請求項６、請求項７のいずれかに記載の監視用撮像装置。
9. 前記照明部は、赤外光を発光する第４の照明手段をさらに含み、
   前記第４の照明手段は前記第２の照明手段の少なくとも一部を挟んで配置され、前記第２の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、
   前記出力制御手段は、前記被写体までの距離が短い場合には、前記第４の照明手段を前記第２の照明手段と同様に点灯し、前記被写体までの距離が長い場合には、前記第４の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行い、
   前記第４の照明手段はさらに、前記必要照明領域の少なくとも最も手前側において、その照度分布のピークを前記矩形領域からなる必要照明領域の横幅内に有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の監視用撮像装置。
10. 前記照明部は、赤外光を発光する第４の照明手段をさらに含み、
    前記第４の照明手段は前記第２の照明手段の少なくとも一部を挟んで配置され、前記第２の照明手段より前記外側にずれた領域を照明し、
    前記出力制御手段は、前記近距離および前記中距離の場合には、前記第４の照明手段を前記第２の照明手段と同様に点灯し、前記遠距離の場合には、前記第４の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行い、
    前記第４の照明手段はさらに、前記必要照明領域の少なくとも最も手前側において、その照度分布のピークを前記矩形領域からなる必要照明領域の横幅内に有することを特徴とする請求項４から請求項８のいずれかに記載の監視用撮像装置。
11. 前記第４の照明手段は、前記第１の出射角度範囲〜前記第３の出射角度範囲のいずれよりも大きい第４の出射角度範囲で光を出射することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の監視用撮像装置。
12. 前記照明手段の各々は、光源と、この光源から放射される光を集光するレンズとを有し、
    前記第１の照明手段では、前記光源および前記レンズが、前記光源の光軸と前記レンズの中心軸とが第１のずれ量をもって相対的にずれた状態で配置され、
    前記第２の照明手段では、前記光源および前記レンズが、前記光源の光軸と前記レンズの中心軸とが前記第１のずれ量より大きな第２のずれ量をもって相対的にずれた状態で配置されたことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の監視用撮像装置。
13. 前記レンズは、一定の間隔をおいて複数配置され、
    前記光源は、前記レンズの中心軸に対して光軸がずれた状態で複数配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の監視用撮像装置。
14. 前記被写体までの距離を測定する測距部をさらに備え、
    前記出力制御手段は、前記測距部で取得した距離に基づいて前記照明部の出力を制御することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の監視用撮像装置。
15. 赤外光を発光する第１の照明手段と、この第１の照明手段を挟んで配置され赤外光を発光する第２の照明手段と、を少なくとも含む照明部を備え、
    前記第１の照明手段は、撮像領域を含むように設定され監視用撮像装置からの距離に関係なく一定の横幅を有する矩形領域からなる必要照明領域の中心部を照明するように第１の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定され、
    前記第２の照明手段は、前記必要照明領域の中心部より外側にずれた領域を照明するように前記第１の出射角度範囲よりずれた第２の出射角度範囲で光を出射する配光特性に設定された監視用撮像装置の制御方法であって、
    前記必要照明領域を照明しながら被写体を撮像し、
    前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段はさらに、前記監視用撮像装置からの距離に関係なく、それぞれの照度分布のピークを前記矩形領域からなる必要照明領域の横幅内に有し、
    前記被写体までの距離が短い場合には、前記第１の照明手段に対して消灯を含む出力制限を行い、前記被写体までの距離が長い場合には、前記第１の照明手段に対する出力制限の解除又は全点灯を行うとともに、前記第２の照明手段に対しては、前記必要照明領域における前記監視用撮像装置からの距離に関係なく全点灯を行うことを特徴とする監視用撮像装置の制御方法。