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公開番号2021005743
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019117024
出願日20190625
発明の名称撮像装置
出願人株式会社日立製作所
代理人特許業務法人湘洋内外特許事務所
主分類H04N 5/225 20060101AFI20201211BHJP(電気通信技術)
要約【課題】 光の入射角度に拘わらず、画質が均一な撮像画像を生成する。
【解決手段】 撮像装置は、撮像用格子パターンを有し、入射光の強度を変調する変調器と、前記変調器を通過して入射した光を電気信号に変換することにより、投影像を生成する画像センサと、前記投影像と、前記撮像用格子パターンに対応する現像用格子パターンとの相互相関関数を用いた現像処理によって現像画像を生成する画像処理部と、注目画角範囲を前記画像処理部に対して設定する注目画角設定部と、を備え、前記画像処理部は、設定された前記注目画角範囲に応じて前記現像処理を変更することを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
撮像用格子パターンを有し、入射光の強度を変調する変調器と、
前記変調器を通過して入射した光を電気信号に変換することにより、投影像を生成する画像センサと、
前記投影像と、前記撮像用格子パターンに対応する現像用格子パターンとの相互相関関数を用いた現像処理によって現像画像を生成する画像処理部と、
注目画角範囲を前記画像処理部に対して設定する注目画角設定部と、
を備え、
前記画像処理部は、設定された前記注目画角範囲に応じて前記現像処理を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
続きを表示(約 840 文字)【請求項2】
請求項1に記載の撮像装置であって、
前記画像処理部は、設定された前記注目画角範囲に応じて前記現像処理に用いる前記現像用格子パターンのサイズを変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項3】
請求項2に記載の撮像装置であって、
前記撮像用格子パターンのサイズは、前記画像センサのサイズよりも大きい
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項4】
請求項2に記載の撮像装置であって、
前記撮像用格子パターンのサイズは、前記画像センサのサイズよりも小さい
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項5】
請求項1に記載の撮像装置であって、
前記撮像用格子パターンは、複数の同心円からなる縞模様であり、
前記縞模様の開口は、前記同心円の中心からの距離に反比例して細かくなる
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項6】
請求項5に記載の撮像装置であって、
前記撮像用格子パターンをなす前記縞模様の最小開口幅からの1次回折光の幅は、前記最小開口幅の4倍以下である
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項7】
請求項1に記載の撮像装置であって、
前記注目画角設定部は、ユーザから入力された前記注目画角範囲を前記画像処理部に対して設定する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項8】
請求項1に記載の撮像装置であって、
前記注目画角設定部は、予め記憶している前記注目画角範囲を前記画像処理部に対して設定する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項9】
請求項1に記載の撮像装置であって、
前記画像処理部は、前記現像画像に対してノイズ除去処理、コントラスト強調処理、及びカラーバランス処理を行うことにより撮像画像を生成する
ことを特徴とする撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、撮像装置に関する。
続きを表示(約 5,100 文字)【背景技術】
【0002】
スマートフォン等の携帯端末にはカメラモジュールが搭載されており、携帯端末の薄型化に伴ってカメラモジュールにも薄型化が求められている。デジタルカメラの薄型化に関する技術としては、例えば、特許文献1に、レンズを用いないことによって薄型化を実現した撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−061109号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の撮像装置は、所定のパターンを有する変調器を透過した光を画像センサに入射させ、画像センサ上に生じる射影パターンから、入射光の入射角を相互相関演算により求めることで、被写体が写された撮像画像を得ることができる。
【0005】
しかしながら、該撮像装置では、光が斜入射した場合、射影パターンの全体を画像センサで取得できないため、光が垂直入射した場合に比較して、得られる撮像画像が劣化してしまう。
【0006】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、光の入射角度に拘わらず、画質が均一な撮像画像を生成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。
【0008】
上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係る撮像装置は、撮像用格子パターンを有し、入射光の強度を変調する変調器と、前記変調器を通過して入射した光を電気信号に変換することにより、投影像を生成する画像センサと、前記投影像と、前記撮像用格子パターンに対応する現像用格子パターンとの相互相関関数を用いた現像処理によって現像画像を生成する画像処理部と、注目画角範囲を前記画像処理部に対して設定する注目画角設定部と、を備え、前記画像処理部は、設定された前記注目画角範囲に応じて前記現像処理を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一態様によれば、光の入射角度に拘わらず、画質が均一な撮像画像を生成することが可能となる。
【0010】
上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1は、本発明の各実施形態の基礎となる撮像装置の構成例を示す図である。
図2は、図1の撮像装置における変調器の第1の構成例を示す図である。
図3は、図1の撮像装置における変調器の第2の構成例を示す図である。
図4は、撮像装置による撮像の様子の一例を示す図である。
図5は、ガボールゾーンプレートの一例を示す図である。
図6は、フレネルゾーンプレートの一例を示す図である。
図7は、変調器に対して斜入射した平行光が画像センサ上でシフトすることを説明するための図である。
図8は、投影像の一例を示す図である。
図9は、現像用格子パターンの一例を示す図である。
図10は、現像画像の一例を示す図である。
図11は、撮像装置の画角を説明するための図である。
図12は、撮像用格子パターンの一例を示す図である。
図13は、撮像用格子パターンの一例を示す図である。
図14は、画像処理部が有する機能ブロックの構成例を示す図である。
図15は、画像処理の一例を説明するフローチャートである。
図16は、被写体を構成する各点からの光がセンサに対してなす角を説明するための図である。
図17は、被写体が無限距離にある場合における撮像用格子パターンが画像センサ上に照射された状態の一例を示す図である。
図18は、被写体が有限距離にある場合における撮像用格子パターンが画像センサ上に照射された状態の一例を示す図である。
図19は、図1の撮像装置の変形例を示す図である。
図20は、図19の変形例による画像処理の一例を説明するフローチャートである。
図21は、撮像用格子パターンが部分的に画像センサ上に投影されない状態の一例を示す図である。
図22は、図21の状態に対応する撮像用格子パターンの投影像の一例を示す図である。
図23は、現像用格子パターンの一例を示す図である。
図24は、図22の投影像に対応する現像画像を示す図である。
図25は、サイズを拡張した撮像用格子パターンの投影が画像センサの全体を覆うことを示す図である。
図26は、拡張した撮像用格子パターンに対応する投影像の一例を示す図である。
図27は、拡張した現像用格子パターンの一例を示す図である。
図28は、図26の投影像に対応する現像画像を示す図である。
図29は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。
図30は、図25は、サイズを縮小した撮像用格子パターンの全体が画像センサ上に全て投影されることを示す図である。
図31は、サイズを縮小した撮像用格子パターンに対応する投影像の一例を示す図である。
図32は、サイズを縮小した撮像用格子パターンに対応する投影像の一例を示す図である。
図33は、撮像用格子パターンの開口から入射光が回折して画像センサに投影された状態を示す図である。
図34は、撮像用格子パターンの隣接した開口から入射光が回折して画像センサに投影された状態を示す図である。
図35は、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合、及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、「Aからなる」、「Aより成る」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合、及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含むものとする。
【0013】
<本発明の各実施形態の基礎となる撮像装置101の構成例>
図1は、本発明の各実施形態となる撮像装置101の構成例を示している。
【0014】
撮像装置101は、被写体からの光を画像センサに結像させるためのレンズを用いることなく、被写体を撮像し、その結果得られた撮像画像を画像表示部107に出力するものである。
【0015】
撮像装置101は、変調器102、画像センサ103、及び画像処理部106を備える。
【0016】
変調器102は、その上面(入射面)に撮像用格子パターン104を有しており、撮像用格子パターン104により、変調器102と通過する光の強度を変調する。画像センサ103は、光電変換により、変調器102を通過して入射した光に応じた画像信号(以下、センサ画像または投影像と称する)を生成する。
【0017】
次に、図2は、変調器102の第1の構成例を示している。変調器102の第1の構成例は、格子基板102a、及び撮像用格子パターン104からなり、格子基板102aが画像センサ103の受光面に密着して固定され、撮像用格子パターン104が格子基板102aの上面に形成されている。
【0018】
可視光での撮像を想定している場合、格子基板102aには、例えばガラスやプラスティック等の可視光に対して透明な材料を用いればよい。撮像用格子パターン104は、可視光を遮断するアルミニウム、クロム等の金属を、例えば半導体プロセスに用いられるスパッタリング法等によって格子基板102aの上面に蒸着することによって形成される。撮像用格子パターン104は、金属が蒸着されている部分と、蒸着されていない部分によって濃淡がつけられる。
【0019】
なお、撮像用格子パターン104の形成方法は、スパッタリング法等による金属の蒸着に限定されるものでなく、例えばインクジェットプリンタ等による印刷等によって濃淡をつける等、光の透過率を変調できれば、どのように形成してもよい。
【0020】
また、可視光以外の光での撮像を想定している場合、格子基板102aには、撮像対象となる光に対して透明な材料(例えば、遠赤外光の場合、例えばゲルマニウム、シリコン、カルコゲナイド等)を用い、撮像用格子パターン104には、撮像対象となる光を遮断する材料を用いればよい。
【0021】
次に、図3は、変調器102の第2の構成例を示している。変調器102の第2の構成例は、支持部材102b、及び撮像用格子パターン104からなり、撮像用格子パターン104が薄膜によって形成され、該薄膜(撮像用格子パターン104)が、支持部材102bによって画像センサ103から所定の距離を離して保持されている。
【0022】
図1に戻る。画像センサ103は、例えばCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等からなる。画像センサ103の受光面には、受光素子である複数の画素103aが格子状に規則的に配置されている。画像センサ103は、各画素103aが変調器102を通過して入射した光を電気信号に変換することによってセンサ画像(投影像)を生成する。
【0023】
撮像用格子パターン104は、複数の同心円からなる縞模様であって、外側に向かうほど中心からの半径に反比例して隣接する円どうしの間隔(ピッチまたは開口とも称する)が狭くなるように形成されている。
【0024】
画像処理部106は、投影像に対して現像処理を含む画像処理を行い、その結果得られる撮像画像を画像表示部107に出力する。
【0025】
<撮像装置101による撮像の様子>
次に、図4は、撮像装置101による撮像の様子を示している。同図に示されるように、撮像装置101は、被写体401を撮像して所定の画像処理を行い、その結果得られる撮像画像を画像表示部107に表示させる用途に用いることができる。
【0026】
<撮像装置101における撮像原理>
次に、撮像装置101における撮像原理について説明する。
【0027】
はじめに、撮像用格子パターン104としての複数の同心円からなる縞模様について定義する。レーザ干渉計等において、平面波に近い球面波と参照光として用いる平面波とを干渉させる場合を想定する。同心円の中心を基準座標、基準座標からの半径をrとし、基準座標から半径rの位置における球面波の位相をφ(r)とした場合、位相φ(r)は、波面の曲がりの大きさを決める係数βを用いて、次式(1)のように表すことができる。
【0028】
【0029】
球面波にも拘わらず、位相φ(r)が半径rの2乗で表されているのは、球面波が平面波に近いため、展開の最低次のみで近似できるからである。この位相分布を持った光に平面波を干渉させると、次式(2)に示される干渉縞の強度分布が得られる。
【0030】
(【0031】以降は省略されています)

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