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JP6864604B2 - Imaging device - Google Patents
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JP6864604B2 - Imaging device - Google Patents

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JP6864604B2 JP2017212560A JP2017212560A JP6864604B2 JP 6864604 B2 JP6864604 B2 JP 6864604B2 JP 2017212560 A JP2017212560 A JP 2017212560A JP 2017212560 A JP2017212560 A JP 2017212560A JP 6864604 B2 JP6864604 B2 JP 6864604B2
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Description

本発明は、撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device.

IoT(Internet of things)デバイスやウェアラブルデバイスなどのデバイスに搭載する撮像装置は、限られたスペースへ組み込むために薄型化と低コスト化が求められる。そこで、例えば特許文献1のようにレンズを用いることなく物体像を得ることができる撮像方式が提案されている。また、例えば特許文献2では、マイクロレンズアレイを用いた「携帯用情報機器に設置することが可能な厚さの小さい指認証装置を可能にする撮像装置」が提案されている。 Imaging devices mounted on devices such as IoT (Internet of things) devices and wearable devices are required to be thin and cost-reduced in order to be incorporated in a limited space. Therefore, for example, as in Patent Document 1, an imaging method capable of obtaining an object image without using a lens has been proposed. Further, for example, Patent Document 2 proposes an "imaging device that enables a finger authentication device having a small thickness that can be installed in a portable information device" using a microlens array.

米国特許出願公開第2015/0219808号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2015/0219808 特開2011−203792号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-203792

上述の特許文献1は、画像センサ前に特殊な格子パターンを配置し、画像センサで受光する格子パターンの斜影パターンを用いて信号処理により逆問題を解くことで物体の像を得る撮像方式である。この撮像方式は、撮像装置の薄型化を可能とするが、像を得るための演算が複雑になるという問題がある。 The above-mentioned Patent Document 1 is an imaging method in which a special grid pattern is arranged in front of an image sensor, and an image of an object is obtained by solving an inverse problem by signal processing using an oblique shadow pattern of the grid pattern received by the image sensor. .. Although this imaging method makes it possible to reduce the thickness of the imaging device, there is a problem that the calculation for obtaining an image becomes complicated.

また、上述の特許文献2は、「前段のマイクロレンズアレイと絞りアレイとを対向させ、前段のマイクロレンズアレイの被写体からの光の焦点近傍に絞りアレイの絞りを設けて、更に後段のマイクロレンズアレイによって光の集束も同時に行う」ことで、「指静脈認証装置に用いる光学系を小さくし、小型・薄型の指静脈認証装置を実現することができる」撮像方式である。この撮像方式は、特に、接写可能な撮像装置の薄型化を可能とするが、レンズによる集光に距離が必要である点と、2つのレンズアレイを配置する空間が必要である点で、薄型化の限界となっている。 Further, Patent Document 2 described above states that "the front-stage microlens array and the diaphragm array are opposed to each other, the diaphragm of the diaphragm array is provided near the focal point of the light from the subject of the front-stage microlens array, and the subsequent-stage microlens By "focusing light at the same time by the array", it is an imaging method that "the optical system used for the finger vein recognition device can be made smaller and a compact and thin finger vein recognition device can be realized". This imaging method makes it possible to reduce the thickness of a close-up image pickup device, but it is thin in that a distance is required for focusing by a lens and a space for arranging two lens arrays is required. It is the limit of conversion.

本発明の目的は、簡易な構成で、薄型であり、かつ、接写時の視野を拡大した撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an image pickup apparatus having a simple structure, being thin, and having a wide field of view during close-up photography.

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。 The present application includes a plurality of means for solving at least a part of the above problems, and examples thereof are as follows.

本発明の一態様は、撮像装置であって、複数の基本格子パターンを有する複眼格子パターンを用いて光の強度を変調する変調器と、前記変調器を透過した光を画像データに変換して出力する複数の画像センサと、前記複数の画像センサから出力される複数の画像データの画像処理を行う画像処理部と、を具備する。 One aspect of the present invention is an image pickup apparatus, which is a modulator that modulates the light intensity using a compound eye lattice pattern having a plurality of basic lattice patterns, and converts the light transmitted through the modulator into image data. It includes a plurality of image sensors to be output and an image processing unit that performs image processing of a plurality of image data output from the plurality of image sensors.

本発明によれば、簡易な構成で、薄型であり、かつ、接写時の視野を拡大した撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image pickup apparatus having a simple structure, being thin, and having an enlarged field of view at the time of close-up photography.

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。 Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.

第1実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image pickup apparatus which concerns on 1st Embodiment. 変調器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a modulator. 変調器の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of a modulator. 撮像装置を用いて外界の物体を撮影する様子を示す図である。It is a figure which shows the state of taking a picture of the object of the outside world using an image pickup apparatus. 画像処理部の画像処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the image processing of the image processing unit. 斜め入射平行光による格子基板表面から裏面への射影像が面内ずれを生じることを説明する図である。It is a figure explaining that the projection image from the front surface to the back surface of a lattice substrate by oblique incident parallel light causes in-plane deviation. 格子基板両面の格子の軸がそろった場合のモアレ縞の生成と周波数スペクトルを説明する図であり、(a)は入射角:0の場合を示し、(b)は入射角:+θの場合を示し、(c)は入射角:−θの場合を示す。It is a figure explaining the generation of moire fringes and the frequency spectrum when the axes of the lattices on both sides of a lattice substrate are aligned, (a) shows the case of incident angle: 0, and (b) shows the case of incident angle: + θ. (C) shows the case of the incident angle: −θ. 表面格子と裏面格子の軸をずらして配置した格子基板の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the lattice substrate which arranged the front surface lattice and the back surface lattice by shifting the axis. 格子基板両面の格子をずらして配置する場合のモアレ縞の生成と周波数スペクトルを説明する図であり、(a)は入射角:0の場合を示し、(b)は入射角:+θの場合を示し、(c)は入射角:−θの場合を示す。It is a figure explaining the generation of moire fringes and the frequency spectrum when the lattices on both sides of a lattice substrate are staggered, (a) shows the case of incident angle: 0, and (b) shows the case of incident angle: + θ. (C) shows the case of the incident angle: −θ. 格子パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a lattice pattern. 格子パターンの他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of a lattice pattern. 格子パターンのさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows still another example of a lattice pattern. 物体を構成する各点からの光が画像センサに対してなす角を説明する図である。It is a figure explaining the angle which light from each point which constitutes an object makes with respect to an image sensor. 物体が無限距離にある場合に表側格子パターンが投影されることを説明する図である。It is a figure explaining that the front side grid pattern is projected when the object is at an infinite distance. 物体が無限距離にある場合に生成されるモアレ縞の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the moire fringe which is generated when an object is at an infinite distance. 物体が有限距離にある場合に表側格子パターンが拡大されることを説明する図である。It is a figure explaining that the front side grid pattern is enlarged when the object is at a finite distance. 物体が有限距離にある場合に生成されるモアレ縞の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the moire fringe which is generated when an object is at a finite distance. 物体が有限距離にある場合に裏側格子パターンを補正したモアレ縞の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the moire fringe which corrected the back side grid pattern when the object is at a finite distance. 裏側格子パターンを画像処理で実現する撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the image pickup apparatus which realizes the back side grid pattern by image processing. 変調器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a modulator. 画像処理部の画像処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the image processing of the image processing unit. 時分割フリンジスキャンを実現する撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the image pickup apparatus which realizes the time division fringe scan. 時分割フリンジスキャンにおける格子パターンの例を示す図であり、(a)は位相(ΦF, Φ=0)の場合を示し、(b)は位相(ΦF, Φ=π/2)の場合を示し、(c)は位相(ΦF, Φ=π)の場合を示し、(d)は位相(ΦF, Φ=3π/2)の場合を示す。It is a figure which shows the example of the lattice pattern in the time division fringe scan, (a) shows the case of a phase (ΦF, Φ = 0), and (b) shows the case of a phase (ΦF, Φ = π / 2). , (C) show the case of phase (ΦF, Φ = π), and (d) show the case of phase (ΦF, Φ = 3π / 2). 時分割フリンジスキャンを実現する変調器の構成例を示す図であり、(a)は位相(ΦF, Φ=0)の場合を示し、(b)は位相(ΦF, Φ=π/2)の場合を示し、(c)は位相(ΦF, Φ=π)の場合を示し、(d)は位相(ΦF, Φ=3π/2)の場合を示す。It is a figure which shows the structural example of the modulator which realizes a time-divided fringe scan, (a) shows the case of a phase (ΦF, Φ = 0), and (b) shows the case of a phase (ΦF, Φ = π / 2). The case is shown, (c) shows the case of the phase (ΦF, Φ = π), and (d) shows the case of the phase (ΦF, Φ = 3π / 2). 時分割フリンジスキャンを実現する画像処理部の画像処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the image processing of the image processing unit which realizes the time division fringe scan. 空間分割フリンジスキャンを実現する撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the image pickup apparatus which realizes a space division fringe scan. 空間分割フリンジスキャンにおける格子パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the lattice pattern in the space division fringe scan. 画角θmax2を説明する図である。It is a figure explaining the angle of view θ max2. 物体が近距離にある場合に物体を構成するある点からの光が照射する格子パターンの範囲と視野を説明する図である。It is a figure explaining the range and the field of view of the lattice pattern which the light from a certain point which constitutes an object irradiates when the object is in a short distance. 複眼の格子パターンと複数の画像センサの組み合わせによる広視野化を実現する撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the image pickup apparatus which realizes the wide field of view by the combination of the grid pattern of a compound eye and a plurality of image sensors. 複眼の格子パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the lattice pattern of a compound eye. 複眼の格子パターンと複数の画像センサによる視野を説明する図である。It is a figure explaining the grid pattern of a compound eye and the field of view by a plurality of image sensors. 画像処理部の画像処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the image processing of the image processing unit. 合成方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the synthesis method. 合成方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the synthesis method. 画像処理部の画像処理の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows other example of the image processing of the image processing unit. 画像センサの配置例を説明する図である。It is a figure explaining the arrangement example of an image sensor. 画像センサの他の配置例を説明する図である。It is a figure explaining another arrangement example of an image sensor. 画像センサの大きさの最適化方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of optimizing the size of an image sensor. 注視方向の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of a gaze direction. 注視方向の他の例を説明する図である。It is a figure explaining another example of a gaze direction. 長方形の受光面に投影される同心円状の格子パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the concentric lattice pattern projected on the rectangular light receiving surface. 長方形の受光面に投影される楕円状の格子パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the elliptical lattice pattern projected on the rectangular light receiving surface. 長方形の受光面に投影される同心円状の格子パターンの他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the concentric lattice pattern projected on the rectangular light receiving surface. 複眼の格子パターンを用いた指静脈撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the finger vein imaging apparatus using the grid pattern of a compound eye. 変調器としての液晶表示素子の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the liquid crystal display element as a modulator. 単眼の格子パターンを用いた指静脈撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the finger vein imaging apparatus using a monocular lattice pattern.

以下の実施形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when necessary for convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, and one is the other. There is a relationship of some or all modifications, details, supplementary explanations, etc.

また、以下の実施形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 In addition, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), except when explicitly stated and when the number is clearly limited to a specific number in principle. , The number is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number.

さらに、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、特に明示した場合およ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。 Furthermore, it goes without saying that, in the following embodiments, the components (including element steps and the like) are not necessarily essential unless otherwise specified or when it is clearly considered to be essential in principle. No.

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および原理的に明らかにそうでは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または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of a component or the like, the shape, etc., is substantially the same, except when it is clearly stated or when it is considered that it is not clearly the case in principle. It shall include those similar to or similar to. This also applies to the above numerical values and ranges.

また、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。以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。 Further, in all the drawings for explaining the embodiment, the same members are in principle the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted. Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
〈無限遠物体の撮影原理〉
図1は、第1実施形態に係る撮像装置101の構成例を示す図である。撮像装置101は、通常のカメラが備えるような結像させるためのレンズを用いることなく、外界の物体の画像を取得するものであり、変調器102、画像センサ103、および画像処理部106から構成されている。
[First Embodiment]
<Principle of shooting infinite objects>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the image pickup apparatus 101 according to the first embodiment. The image pickup apparatus 101 acquires an image of an object in the outside world without using a lens for forming an image as provided in a normal camera, and is composed of a modulator 102, an image sensor 103, and an image processing unit 106. Has been done.

図2は、変調器102の構成例を示す図である。変調器102は、画像センサ103の受光面に密着して固定されており(図1)、格子基板102aと、格子基板102aの上下面に形成された第1の格子パターン104及び第2の格子パターン105とから構成される。格子基板102aは、例えばガラスやプラスティックなどの透明な材料からなる。以降、格子基板102aの画像センサ103側を裏面と呼び、対向する面すなわち撮影対象側を表面と呼ぶ。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the modulator 102. The modulator 102 is closely fixed to the light receiving surface of the image sensor 103 (FIG. 1), and the lattice substrate 102a and the first lattice pattern 104 and the second lattice formed on the upper and lower surfaces of the lattice substrate 102a. It is composed of a pattern 105. The lattice substrate 102a is made of a transparent material such as glass or plastic. Hereinafter, the image sensor 103 side of the lattice substrate 102a is referred to as a back surface, and the facing surface, that is, the image target side is referred to as a front surface.

これらの格子パターン104,105は、外側に向かうほど中心からの半径に反比例して格子パターンの間隔、すなわちピッチが狭くなる同心円状の格子パターンからなる。格子パターン104,105は、例えば半導体プロセスに用いられるスパッタリング法などによってアルミニウム、クロムなどの金属を蒸着することによって形成される。金属が蒸着されたパターンと蒸着されていないパターンによって濃淡がつけられる。 These grid patterns 104 and 105 are composed of concentric grid patterns in which the spacing of the grid patterns, that is, the pitch becomes narrower in inverse proportion to the radius from the center toward the outside. The lattice patterns 104 and 105 are formed by depositing metals such as aluminum and chromium by, for example, a sputtering method used in a semiconductor process. Light and shade are added by the pattern with metal vapor deposition and the pattern without metal deposition.

格子パターン104,105の形成は、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などによる印刷などによって濃淡をつけて形成してもよい。さらに、ここでは可視光を例に説明したが、例えば遠赤外線での撮影の場合、格子基板102aは、例えばゲルマニウム、シリコン、カルコゲナイドなどの遠赤外線に対して透明な材料からなる。すなわち、格子基板102aには、撮影対象となる波長に対して透明な材料を用いることができ、格子パターン104,105には、撮影対象となる波長を遮断する金属等の材料を用いることができる。 The formation of the lattice patterns 104 and 105 is not limited to vapor deposition, and may be formed by adding shading by printing with, for example, an inkjet printer. Further, although visible light has been described as an example here, for example, in the case of photographing with far infrared rays, the lattice substrate 102a is made of a material transparent to far infrared rays such as germanium, silicon, and chalcogenide. That is, a material transparent to the wavelength to be photographed can be used for the lattice substrate 102a, and a material such as a metal that blocks the wavelength to be photographed can be used for the lattice patterns 104 and 105. ..

なお、ここでは変調器102を実現するために、格子パターン104,105を格子基板102aに形成する方法について述べたが、これに限定されない。図3は、変調器102の他の構成例を示す図である。格子パターン104,105を薄膜に形成し、これらを格子基板102aの替わりに設けた支持部材102bにより保持する構成などによっても、変調器102を実現することができる。 Although the method of forming the lattice patterns 104 and 105 on the lattice substrate 102a in order to realize the modulator 102 has been described here, the present invention is not limited to this. FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the modulator 102. The modulator 102 can also be realized by forming the lattice patterns 104 and 105 on a thin film and holding them by a support member 102b provided instead of the lattice substrate 102a.

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)イメージセンサなどからなる。画像センサ103の表面には、受光素子である画素103aが格子状に規則的に配置されている。格子パターン104,105を透過する光は、それらの格子パターンによって光の強度が変調され、画像センサ103にて受光される。画像センサ103は、画素103aが受光した光画像を電気信号である画像信号に変換する。画像センサ103から出力された画像信号(「画像データ」とも呼ぶ)は、画像処理部106によって画像処理されて画像表示部107などに出力される。画像処理部106は、処理した画像データを、撮像装置101の備える記憶装置(図示せず)に格納したり、外部のホストコンピュータや記録媒体に出力したりしてもよい。 The image sensor 103 includes, for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Sensor) image sensor. Pixels 103a, which are light receiving elements, are regularly arranged in a grid pattern on the surface of the image sensor 103. The light transmitted through the grid patterns 104 and 105 is received by the image sensor 103 after the intensity of the light is modulated by the grid patterns. The image sensor 103 converts the optical image received by the pixel 103a into an image signal which is an electric signal. The image signal (also referred to as “image data”) output from the image sensor 103 is image-processed by the image processing unit 106 and output to the image display unit 107 or the like. The image processing unit 106 may store the processed image data in a storage device (not shown) included in the image pickup device 101, or output the processed image data to an external host computer or recording medium.

なお、撮像装置101は、例えば、プロセッサ、メモリ、通信装置、処理回路等を備えることができる。また、撮像装置101は、例えばUSB(Universal Serial Bus)、HDMI(High-Definition Multimedia Interface)等の、外部装置と接続する入出力インターフェイスを備えてもよい。画像処理部106は、例えば、専用画像処理回路によって実現されてもよいし、プログラムを実行するプロセッサによって実現されてもよい。 The image pickup device 101 may include, for example, a processor, a memory, a communication device, a processing circuit, and the like. Further, the image pickup apparatus 101 may include an input / output interface for connecting to an external device such as USB (Universal Serial Bus) and HDMI (High-Definition Multimedia Interface). The image processing unit 106 may be realized by, for example, a dedicated image processing circuit or a processor that executes a program.

図4は、図1の撮像装置101を用いて外界の物体を撮影する様子を示す図である。図4では、被写体401が撮像装置101によって撮影されて画像表示部107に表示されている例を示している。被写体401を撮影する際には、変調器102における表面、具体的には第1の格子パターン104が形成されている格子基板102aの面が、被写体401に対して正対するようにして撮影が行われる。 FIG. 4 is a diagram showing a state in which an object in the outside world is photographed using the image pickup apparatus 101 of FIG. FIG. 4 shows an example in which the subject 401 is photographed by the image pickup apparatus 101 and displayed on the image display unit 107. When the subject 401 is photographed, the surface of the modulator 102, specifically the surface of the lattice substrate 102a on which the first lattice pattern 104 is formed, faces the subject 401. It is said.

続いて、画像処理部106による画像処理の概略について説明する。図5は、画像処理部106の画像処理の一例を示すフローチャートである。 Subsequently, an outline of image processing by the image processing unit 106 will be described. FIG. 5 is a flowchart showing an example of image processing of the image processing unit 106.

まず、画像処理部106は、画像センサ103から出力されるモアレ縞画像に対して、カラーのRGB(Red Green Blue)成分ごとに高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)などの2次元フーリエ変換演算による現像処理で周波数スペクトルを求める(501)。続いて、画像処理部106は、ステップ501の処理による周波数スペクトルのうち必要な周波数領域のデータを切り出した後(502)、該周波数スペクトルの強度計算を行う(503)ことによって画像を取得する。そして、画像処理部106は、得られた画像に対してノイズ除去処理を行い(504)、続いてコントラスト強調処理(505)などを行う。その後、画像処理部106は、画像のカラーバランスを調整して(506)撮影画像として出力する。以上により、画像処理部106による画像処理が終了となる。 First, the image processing unit 106 performs a two-dimensional Fourier transform calculation such as a fast Fourier transform (FFT) for each RGB (Red Green Blue) component of the color on the moire fringe image output from the image sensor 103. The frequency spectrum is obtained by the development process according to (501). Subsequently, the image processing unit 106 acquires an image by cutting out data in a necessary frequency region from the frequency spectrum processed in step 501 (502) and then calculating the intensity of the frequency spectrum (503). Then, the image processing unit 106 performs noise removal processing (504) on the obtained image, and subsequently performs contrast enhancement processing (505) and the like. After that, the image processing unit 106 adjusts the color balance of the image (506) and outputs it as a captured image. As a result, the image processing by the image processing unit 106 is completed.

続いて、撮像装置101における撮影原理について説明する。 Subsequently, the imaging principle in the image pickup apparatus 101 will be described.

まず、中心からの半径に対して反比例してピッチが細かくなる同心円状の格子パターン104,105は、以下のように定義する。レーザ干渉計などにおいて、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。同心円の中心である基準座標からの半径をrとし、そこでの球面波の位相をΦ(r)とするとき、球面波は、波面の曲がりの大きさを決める係数βを用いて、 First, the concentric grid patterns 104 and 105 whose pitch becomes finer in inverse proportion to the radius from the center are defined as follows. In a laser interferometer or the like, it is assumed that a spherical wave close to a plane wave and a plane wave used as reference light interfere with each other. When the radius from the reference coordinate which is the center of the concentric circle is r and the phase of the spherical wave there is Φ (r), the spherical wave uses the coefficient β that determines the magnitude of the curve of the wave surface.

Figure 0006864604

と表せる。
Figure 0006864604

Can be expressed as.

球面波にもかかわらず、半径rの2乗で表されているのは、平面波に近い球面波のため、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、 Despite the spherical wave, it is represented by the square of the radius r because it is a spherical wave close to a plane wave and can be approximated only by the lowest order of expansion. When a plane wave interferes with light having this phase distribution,

Figure 0006864604

のような干渉縞の強度分布が得られる。これは、
Figure 0006864604

The intensity distribution of the interference fringes is obtained. this is,

Figure 0006864604

を満たす半径位置で明るい線を持つ同心円の縞となる。縞のピッチをpとすると、
Figure 0006864604

It becomes a concentric stripe with a bright line at a radius position that satisfies. Let p be the pitch of the stripes

Figure 0006864604

が得られ、ピッチは、半径に対して反比例して狭くなっていくことがわかる。このような縞を持つプレートは、フレネルゾーンプレートやガボールゾーンプレートと呼ばれる。本実施形態では、式(2)で定義される強度分布に比例した透過率分布をもった格子パターンを、図1に示した格子パターン104,105として用いる。
Figure 0006864604

Is obtained, and it can be seen that the pitch becomes narrower in inverse proportion to the radius. Plates with such stripes are called Fresnel zone plates or Gabor zone plates. In the present embodiment, the lattice patterns having the transmittance distribution proportional to the intensity distribution defined by the equation (2) are used as the lattice patterns 104 and 105 shown in FIG.

図6は、斜め入射平行光による格子基板表面から裏面への射影像が面内ずれを生じることを説明する図である。格子パターン104,105が両面に形成された厚さtの変調器102に、角度θで平行光が入射したとする。変調器102中の屈折角をθとして、幾何光学的には、表面の格子の透過率が乗じられた光が、δ=t・tanθだけずれて裏面に入射し、仮に2つの同心円格子の中心がそろえて形成されていたとすると、裏面の格子の透過率がδだけずれて掛け合わされることになる。このとき、 FIG. 6 is a diagram for explaining that the projected image from the front surface to the back surface of the lattice substrate due to the obliquely incident parallel light causes in-plane deviation. It is assumed that parallel light is incident on a modulator 102 having a thickness t having lattice patterns 104 and 105 formed on both sides at an angle θ 0. Geometrically, with the refraction angle in the modulator 102 as θ, the light multiplied by the transmittance of the lattice on the front surface is incident on the back surface with a deviation of δ = t · tan θ, and is assumed to be the center of the two concentric lattices. If they are formed together, the transmittance of the lattice on the back surface will be shifted by δ and multiplied. At this time,

Figure 0006864604

のような強度分布が得られる。この展開式の第4項が、2つの格子のずれの方向にまっすぐな等間隔の縞模様を、2つの格子の重なり合った領域一面に作ることがわかる。このような縞と縞の重ね合わせによって相対的に低い空間周波数で生じる縞は、モアレ縞と呼ばれる。このようにまっすぐな等間隔の縞は、検出画像の2次元フーリエ変換によって得られる空間周波数分布に鋭いピークを生じる。その周波数の値からδの値、すなわち光線の入射角θを求めることが可能となる。このような全面で一様に等間隔で得られるモアレ縞は、同心円状の格子配置の対称性から、ずれの方向によらず同じピッチで生じることは明らかである。このような縞が得られるのは、格子パターンをフレネルゾーンプレートまたはガボールゾーンプレートで形成したことによるものであるが、全面で一様に等間隔なモアレ縞が得られるのであればどのような格子パターンを使用してもよい。
Figure 0006864604

The intensity distribution is obtained. It can be seen that the fourth term of this expansion formula creates a striped pattern at equal intervals straight in the direction of deviation of the two grids over the overlapping region of the two grids. The fringes generated at a relatively low spatial frequency by superimposing such fringes are called moire fringes. Such straight, evenly spaced fringes produce sharp peaks in the spatial frequency distribution obtained by the two-dimensional Fourier transform of the detected image. From the value of the frequency, it is possible to obtain the value of δ, that is, the incident angle θ of the light beam. From the symmetry of the concentric lattice arrangement, it is clear that the moire fringes obtained uniformly over the entire surface at equal intervals occur at the same pitch regardless of the direction of deviation. Such fringes are obtained by forming the lattice pattern with a Fresnel zone plate or a Gabor zone plate, but any lattice can be obtained if moire fringes that are uniformly and evenly spaced on the entire surface can be obtained. Patterns may be used.

ここで、式(5)から鋭いピークを持つ成分のみを、 Here, from equation (5), only the components with sharp peaks

Figure 0006864604

のように取り出すと、そのフーリエスペクトルは、
Figure 0006864604

When taken out as, the Fourier spectrum is

Figure 0006864604

のようになる。ここで、Fはフーリエ変換の演算を表し、uおよびvは、x方向およびy方向の空間周波数座標、括弧を伴うδはデルタ関数である。この結果から、検出画像の空間周波数スペクトルにおいて、モアレ縞の空間周波数のピークがu=±δβ/πの位置に生じることがわかる。その様子を図7に示す。
Figure 0006864604

become that way. Here, F represents the operation of the Fourier transform, u and v are the spatial frequency coordinates in the x and y directions, and δ with parentheses is the delta function. From this result, it can be seen that the peak of the spatial frequency of the moire fringes occurs at the position of u = ± δβ / π in the spatial frequency spectrum of the detected image. The situation is shown in FIG.

図7は、格子基板両面の格子の軸がそろった場合のモアレ縞の生成と周波数スペクトルを説明する図である。図7において、左から右にかけて、光線と変調器102の配置図、モアレ縞、および空間周波数スペクトルの模式図を、それぞれ示している。図7の(a)は、垂直入射、図7の(b)は、左側から角度θで光線が入射する場合、図7の(c)は、右側から角度θで光線が入射する場合を、それぞれ示している。 FIG. 7 is a diagram for explaining the generation of moire fringes and the frequency spectrum when the axes of the lattices on both sides of the lattice substrate are aligned. In FIG. 7, from left to right, a layout diagram of the light beam and the modulator 102, a moire fringe, and a schematic diagram of the spatial frequency spectrum are shown, respectively. FIG. 7 (a) is a vertical incident, FIG. 7 (b) is a case where a light ray is incident from the left side at an angle θ, and FIG. 7 (c) is a case where a light ray is incident from the right side at an angle θ. Each is shown.

変調器102の表面側に形成された第1の格子パターン104と裏面側に形成された第2の格子パターン105とは、軸がそろっている。図7の(a)では、第1の格子パターン104と第2の格子パターン105との影が一致するのでモアレ縞は生じない。 The axes of the first lattice pattern 104 formed on the front surface side of the modulator 102 and the second lattice pattern 105 formed on the back surface side are aligned. In FIG. 7A, since the shadows of the first grid pattern 104 and the second grid pattern 105 match, moire fringes do not occur.

図7の(b)および図7の(c)では、第1の格子パターン104と第2の格子パターン105とのずれが等しいために同じモアレが生じ、空間周波数スペクトルのピーク位置も一致して、空間周波数スペクトルからは、光線の入射角が図7の(b)の場合なのか図7の(c)の場合なのかを判別することができなくなる。これを避ける方法の例を、図8に示す。 In (b) of FIG. 7 and (c) of FIG. 7, the same moire occurs because the deviations between the first lattice pattern 104 and the second lattice pattern 105 are equal, and the peak positions of the spatial frequency spectra also match. From the spatial frequency spectrum, it becomes impossible to determine whether the incident angle of the light beam is in the case of (b) of FIG. 7 or in the case of (c) of FIG. An example of how to avoid this is shown in FIG.

図8は、表面格子と裏面格子の軸をずらして配置した格子基板の一例を示す図である。図8に示すように、変調器102に垂直に入射する光線に対しても2つの格子パターンの影がずれて重なるよう予め2つの格子パターン104,105を光軸に対して相対的にずらしておくことが必要である。軸上の垂直入射平面波に対して2つの格子の影の相対的なずれをδとするとき、入射角θの平面波によって生じるずれδは、 FIG. 8 is a diagram showing an example of a lattice substrate arranged with the axes of the front surface lattice and the back surface lattice shifted. As shown in FIG. 8, the two grid patterns 104 and 105 are preliminarily shifted relative to the optical axis so that the shadows of the two grid patterns are shifted and overlapped with respect to the light rays perpendicularly incident on the modulator 102. It is necessary to keep it. When the relative deviation of the shadows of the two lattices with respect to the vertically incident plane wave on the axis is δ 0 , the deviation δ caused by the plane wave at the incident angle θ is

Figure 0006864604

のように表せる。このとき、入射角θの光線のモアレ縞の空間周波数スペクトルのピークは周波数のプラス側では、
Figure 0006864604

Can be expressed as. At this time, the peak of the spatial frequency spectrum of the moire fringes of the light beam having an incident angle θ is on the positive side of the frequency.

Figure 0006864604

の位置となる。画像センサの大きさをS、画像センサのx方向およびy方向の画素数を共にNとすると、2次元フーリエ変換による離散画像の空間周波数スペクトルは、−N/(2S)から+N/(2S)の範囲で得られる。このことから、プラス側の入射角とマイナス側の入射角を均等に受光することを考えれば、垂直入射平面波(θ=0)によるモアレ縞のスペクトルピーク位置は、原点(DC:直流成分)位置と、例えば+側端の周波数位置との中央位置、すなわち、
Figure 0006864604

It becomes the position of. Assuming that the size of the image sensor is S and the number of pixels in the x and y directions of the image sensor is N, the spatial frequency spectrum of the discrete image by the two-dimensional Fourier transform is from -N / (2S) to + N / (2S). It can be obtained in the range of. From this, considering that the positive-side incident angle and the negative-side incident angle are received evenly, the spectral peak position of the moire fringes due to the vertically incident plane wave (θ = 0) is the origin (DC: DC component) position. And, for example, the center position with the frequency position at the + side end, that is,

Figure 0006864604

の空間周波数位置とするのが妥当である。したがって、2つの格子の相対的な中心位置ずれは、
Figure 0006864604

It is appropriate to use the spatial frequency position of. Therefore, the relative center misalignment of the two grids is

Figure 0006864604

とするのが妥当である。
Figure 0006864604

Is appropriate.

図9は、格子基板両面の格子をずらして配置する場合のモアレ縞の生成と周波数スペクトルを説明する図である。図7と同様にして、左から右にかけて、光線と変調器102の配置図、モアレ縞、および空間周波数スペクトルの模式図を、それぞれ示す。図9の(a)は、光線が垂直入射の場合、図9の(b)は、光線が左側から角度θで入射する場合、図9の(c)は、光線が右側から角度θで入射する場合を、それぞれ示している。 FIG. 9 is a diagram for explaining the generation of moire fringes and the frequency spectrum when the lattices on both sides of the lattice substrate are arranged in a staggered manner. Similar to FIG. 7, from left to right, a layout diagram of the light beam and the modulator 102, moire fringes, and a schematic diagram of the spatial frequency spectrum are shown, respectively. 9 (a) shows a light ray vertically incident, FIG. 9 (b) shows a light ray incident at an angle θ from the left side, and FIG. 9 (c) shows a light ray incident at an angle θ from the right side. The cases to be done are shown respectively.

第1の格子パターン104と第2の格子パターン105とは、予めδだけずらして配置されている。そのため、図9の(a)でもモアレ縞が生じ、空間周波数スペクトルにピークが現れる。そのずらし量δは、上記したとおり、ピーク位置が原点から片側のスペクトル範囲の中央に現れるように設定されている。このとき図9の(b)では、ずれδがさらに大きくなる方向、図9の(c)では、ずれδが小さくなる方向となっているため、図7と異なり、図9の(b)と図9の(c)との違いがスペクトルのピーク位置から判別できる。このピークのスペクトル像がすなわち無限遠の光束を示す輝点であり、図1の撮像装置101による撮影像にほかならない。 The first grid pattern 104 and the second grid pattern 105 are arranged in advance by shifting by δ 0. Therefore, moire fringes also occur in FIG. 9A, and peaks appear in the spatial frequency spectrum. As described above, the shift amount δ 0 is set so that the peak position appears in the center of the spectral range on one side from the origin. At this time, in FIG. 9B, the deviation δ is further increased, and in FIG. 9C, the deviation δ is decreasing. Therefore, unlike FIG. 7, the deviation δ is different from that of FIG. 9B. The difference from (c) in FIG. 9 can be discriminated from the peak position of the spectrum. The spectral image of this peak is a bright spot showing a luminous flux at infinity, and is nothing but an image taken by the image pickup apparatus 101 of FIG.

受光できる平行光の入射角の最大角度をθmaxとすると、 Assuming that the maximum angle of incidence of parallel light that can be received is θ max ,

Figure 0006864604

より、撮像装置101にて受光できる最大画角は、
Figure 0006864604

Therefore, the maximum angle of view that can be received by the image pickup device 101 is

Figure 0006864604

で与えられる。
Figure 0006864604

Given in.

一般的なレンズを用いた結像との類推から、画角θmaxの平行光を画像センサの端で焦点を結んで受光すると考えると、レンズを用いない撮像装置101の実効的な焦点距離は、 By analogy with imaging using a general lens, considering that parallel light with an angle of view θ max is focused at the edge of the image sensor and received, the effective focal length of the image pickup device 101 without a lens is ,

Figure 0006864604

に相当すると考えることができる。
Figure 0006864604

Can be considered to be equivalent to.

ここで、式(13)および式(14)より、画角は変調器102の厚さt、および画像センサ103の大きさSによって変更可能であることが判る。よって、例えば変調器102が図3の構成であり支持部材102bの長さを変更可能な機能(例えば機械構造)を有していれば、撮影時に画角を変更して撮影することも可能となる。 Here, from equations (13) and (14), it can be seen that the angle of view can be changed by the thickness t of the modulator 102 and the size S of the image sensor 103. Therefore, for example, if the modulator 102 has the configuration shown in FIG. 3 and has a function (for example, a mechanical structure) that can change the length of the support member 102b, it is possible to change the angle of view at the time of shooting. Become.

なお、モアレ縞から空間周波数スペクトルを算出する方法として高速フーリエ変換を例に説明したが、これに限定されるものではなく、離散コサイン変換(DCT:Discrete Cosine Transform)などを使用しても実現可能であり、さらに演算量を削減することも可能である。 Although the fast Fourier transform has been described as an example as a method for calculating the spatial frequency spectrum from the moire fringes, the present invention is not limited to this, and can be realized by using a discrete cosine transform (DCT: Discrete Cosine Transform) or the like. Therefore, it is possible to further reduce the amount of calculation.

また、格子パターン104,105の透過率分布は、式(2)で示したように正弦波的な特性があることを想定して説明したが、格子パターンの基本周波数成分としてそのような成分を含んでいればよい。例えば図10(格子パターンの一例を示す図)に示すように格子パターンの透過率を2値化することも可能であり、さらに図11(格子パターンの他の例を示す図)のように透過率が高い格子領域と低い領域のdutyを変えて、透過率の高い領域の幅を広げて透過率を高めることも可能である。これにより、格子パターンからの回折を抑圧するなどの効果も得られ、撮影像の劣化を低減可能である。 Further, the transmittance distributions of the lattice patterns 104 and 105 have been described on the assumption that they have sinusoidal characteristics as shown in the equation (2), but such a component is used as the fundamental frequency component of the lattice pattern. It may be included. For example, it is possible to binarize the transmittance of the lattice pattern as shown in FIG. 10 (a diagram showing an example of the lattice pattern), and further, as shown in FIG. 11 (a diagram showing another example of the lattice pattern). It is also possible to increase the transmittance by widening the width of the region having a high transmittance by changing the duty of the lattice region having a high transmittance and the region having a low transmittance. As a result, effects such as suppressing diffraction from the lattice pattern can be obtained, and deterioration of the photographed image can be reduced.

また、格子パターン104,105は透過率変調でなく、位相変調で実現してもよい。例えば図12(格子パターンのさらに他の例を示す図)に示すように、格子基板102aをシリンドリカルレンズ1201で構成することにより、画像センサ103上に図に示すような強度変調パターンを生じさせることができるため、今までの議論と同様に撮像が可能となる。これにより格子パターン104の遮蔽部による光量損失を低減でき、光利用効率を向上させることができる上、格子パターンからの回折を抑圧する効果も得られる。図12ではレンズで実現したが、同等の効果を持つ位相変調素子で実現することも可能である。 Further, the lattice patterns 104 and 105 may be realized by phase modulation instead of transmittance modulation. For example, as shown in FIG. 12 (a diagram showing still another example of the lattice pattern), by configuring the lattice substrate 102a with the cylindrical lens 1201, an intensity modulation pattern as shown in the figure is generated on the image sensor 103. Therefore, it is possible to take an image as in the discussion so far. As a result, the light amount loss due to the shielding portion of the lattice pattern 104 can be reduced, the light utilization efficiency can be improved, and the effect of suppressing diffraction from the lattice pattern can be obtained. Although it was realized with a lens in FIG. 12, it can also be realized with a phase modulation element having the same effect.

以上の説明では、いずれも入射光線が同時には1つの入射角度で入射する場合であったが、実際に撮像装置101がカメラとして作用するためには、複数の入射角度の光が同時に入射する場合を想定しなければならない。このような複数の入射角の光は、裏面側の格子パターンに入射する時点ですでに複数の表側格子の像を重なり合わせることになる。もし、これらの像が相互にモアレ縞を生じると、このモアレ縞が、信号成分である第2の格子パターン105とのモアレ縞の検出を阻害するノイズとなることが懸念される。しかし、実際は、第1の格子パターン104の像どうしの重なりはモアレ像のピークを生じず、ピークを生じさせるのは裏面側の第2の格子パターン105との重なりだけになる。その理由について以下に説明する。 In all of the above explanations, the incident light rays are incident at one incident angle at the same time, but in order for the image pickup apparatus 101 to actually act as a camera, the incident rays are incident at a plurality of incident angles at the same time. Must be assumed. Light with such a plurality of incident angles already overlaps the images of the plurality of front-side grids when they are incident on the back-side grid pattern. If these images generate moire fringes with each other, there is a concern that the moire fringes become noise that hinders the detection of the moire fringes with the second lattice pattern 105, which is a signal component. However, in reality, the overlap of the images of the first grid pattern 104 does not cause the peak of the moire image, and the peak is caused only by the overlap with the second grid pattern 105 on the back surface side. The reason will be explained below.

まず、複数の入射角の光線による表面側の第1の格子パターン104の影どうしの重なりは、積ではなく和であることが大きな違いである。1つの入射角の光による第1の格子パターン104の影と第2の格子パターン105との重なりについては、第1の格子パターン104の影である光の強度分布に、第2の格子パターン105の透過率を乗算することで、裏面側の第2の格子パターン105を透過したあとの光強度分布が得られる。 First, the major difference is that the overlap of the shadows of the first grid pattern 104 on the surface side due to the light rays having a plurality of incident angles is not a product but a sum. Regarding the overlap between the shadow of the first grid pattern 104 and the second grid pattern 105 due to the light of one incident angle, the light intensity distribution which is the shadow of the first grid pattern 104 and the second grid pattern 105 By multiplying the transmittance of, the light intensity distribution after passing through the second lattice pattern 105 on the back surface side can be obtained.

これに対して、表面側の第1の格子パターン104に複数入射する角度の異なる光による影どうしの重なりは、光の重なり合いなので、積ではなく、和になるのである。和の場合は、 On the other hand, the overlap of shadows due to light having a plurality of angles incident on the first lattice pattern 104 on the surface side is not a product but a sum because of the overlap of light. In the case of sum

Figure 0006864604

のように、もとのフレネルゾーンプレートの格子の分布に、モアレ縞の分布を乗算した分布となる。したがって、その周波数スペクトルは、それぞれの周波数スペクトルの重なり積分で表される。そのため、たとえモアレのスペクトルが単独で鋭いピークをもったとしても、実際上、その位置にフレネルゾーンプレートの周波数スペクトルのゴーストが生じるだけである。つまり、スペクトルに鋭いピークは生じない。したがって、複数の入射角の光を入れても検出されるモアレ像のスペクトルは、常に表面側の第1の格子パターン104と裏面側の第2の格子パターン105との積のモアレだけであり、第2の格子パターン105が単一である以上、検出されるスペクトルのピークは1つの入射角に対して1つだけとなるのである。
Figure 0006864604

As shown above, the distribution is obtained by multiplying the distribution of the grid of the original Fresnel zone plate by the distribution of moiré fringes. Therefore, the frequency spectrum is represented by the overlap integral of each frequency spectrum. Therefore, even if the moiré spectrum alone has a sharp peak, in practice, only a ghost of the frequency spectrum of the Fresnel zone plate occurs at that position. That is, no sharp peaks occur in the spectrum. Therefore, the spectrum of the moire image that can be detected even when light with a plurality of incident angles is input is always only the moire of the product of the first lattice pattern 104 on the front surface side and the second lattice pattern 105 on the back surface side. As long as the second grid pattern 105 is single, the detected spectrum has only one peak for one incident angle.

ここで、これまで検出することを説明してきた平行光と、実際の物体からの光との対応について図13を用いて模式的に説明する。 Here, the correspondence between the parallel light, which has been described so far for detection, and the light from an actual object will be schematically described with reference to FIG.

図13は、物体を構成する各点からの光が画像センサに対してなす角を説明する図である。被写体401を構成する各点からの光は、厳密には点光源からの球面波として、図1の撮像装置101の変調器102および画像センサ103(以下、図13では格子センサ一体基板1301という)に入射する。このとき、被写体401に対して格子センサ一体基板1301が十分に小さい場合や十分に遠い場合には、各点から格子センサ一体基板1301を照明する光の入射角は、同じとみなすことができる。 FIG. 13 is a diagram illustrating an angle formed by light from each point constituting the object with respect to the image sensor. Strictly speaking, the light from each point constituting the subject 401 is a spherical wave from a point light source, and is referred to as a modulator 102 and an image sensor 103 of the imaging device 101 in FIG. 1 (hereinafter, referred to as a lattice sensor integrated substrate 1301 in FIG. 13). Incident in. At this time, when the grid sensor integrated substrate 1301 is sufficiently small or sufficiently far from the subject 401, the incident angles of the light illuminating the grid sensor integrated substrate 1301 from each point can be regarded as the same.

式(9)から求められる微小角度変位Δθに対するモアレの空間周波数変位Δuが、画像センサの空間周波数の最小解像度である1/S以下となる関係から、Δθが平行光とみなせる条件は、 Since the spatial frequency displacement Δu of the moire with respect to the minute angular displacement Δθ obtained from the equation (9) is 1 / S or less, which is the minimum resolution of the spatial frequency of the image sensor, the condition that Δθ can be regarded as parallel light is

Figure 0006864604

のように表せる。この条件下であれば、無限遠の物体を本実施形態の撮像装置が撮像可能である。
Figure 0006864604

Can be expressed as. Under this condition, the image pickup apparatus of this embodiment can image an object at infinity.

〈有限距離物体の撮影原理〉
ここで、これまで述べた無限遠の物体に対する撮像について再度説明する。図14は、物体が無限距離にある場合に表側格子パターンが投影されることを説明する図である。図14は、表面側の第1の格子パターン104の裏面への射影の様子を示している。無限遠の物体を構成する点1401からの球面波は、十分に長い距離を伝搬する間に平面波となり表面側の第1の格子パターン104を照射し、その投影像1402が下の面に投影される。この場合、その投影像は第1の格子パターン104とほぼ同じ形状である。結果、投影像1402に対して、裏面側の格子パターン(図2の第2の格子パターン105に相当)の透過率分布を乗じることにより、図15(物体が無限距離にある場合に生成されるモアレ縞の例を示す図)に示すような等間隔な直線状のモアレ縞を得ることができる。
<Principle of shooting finite-distance objects>
Here, the imaging of an object at infinity described so far will be described again. FIG. 14 is a diagram illustrating that the front grid pattern is projected when the object is at an infinite distance. FIG. 14 shows how the first lattice pattern 104 on the front surface side is projected onto the back surface. The spherical wave from the point 1401 constituting the object at infinity becomes a plane wave while propagating a sufficiently long distance, irradiates the first lattice pattern 104 on the surface side, and the projected image 1402 is projected on the lower surface. To. In this case, the projected image has almost the same shape as the first grid pattern 104. As a result, by multiplying the projected image 1402 by the transmittance distribution of the lattice pattern on the back surface side (corresponding to the second lattice pattern 105 in FIG. 2), FIG. 15 (generated when the object is at an infinite distance). It is possible to obtain linear moire fringes at equal intervals as shown in (figure showing an example of moiré fringes).

一方、有限距離の物体に対する撮像について説明する。図16は、物体が有限距離にある場合に表側格子パターンが拡大されることを説明する図である。図16は、表面側の第1の格子パターン104の裏面への射影の様子を示している。物体を構成する点1601からの球面波は表面側の第1の格子パターン104を照射し、その投影像1602が下の面に投影される。この場合、その投影像はほぼ一様に拡大される。なお、この拡大率αは、第1の格子パターン104から点1601までの距離dを用いて、 On the other hand, imaging of a finite-distance object will be described. FIG. 16 is a diagram illustrating that the front grid pattern is enlarged when the object is at a finite distance. FIG. 16 shows how the first lattice pattern 104 on the front surface side is projected onto the back surface. The spherical wave from the point 1601 constituting the object irradiates the first lattice pattern 104 on the surface side, and the projected image 1602 is projected on the lower surface. In this case, the projected image is magnified almost uniformly. The enlargement ratio α is determined by using the distance d from the first grid pattern 104 to the point 1601.

Figure 0006864604

のように算出できる。
Figure 0006864604

It can be calculated as follows.

そのため、平行光に対して設計された裏面側の格子パターンの透過率分布をそのまま乗じたのでは、図17(物体が有限距離にある場合に生成されるモアレ縞の例を示す図)に示すように、等間隔な直線状のモアレ縞は生じなくなる。しかし、一様に拡大された表面側の第1の格子パターン104の影に合わせて、第2の格子パターン105を拡大するならば、拡大された投影像1602に対して再び、図18(物体が有限距離にある場合に裏側格子パターンを補正したモアレ縞の例を示す図)に示すように、等間隔な直線状のモアレ縞を生じさせることができる。このためには、第2の格子パターン105の係数βをβ/αとすることで補正が可能である。 Therefore, if the transmittance distribution of the lattice pattern on the back surface side designed for parallel light is multiplied as it is, it is shown in FIG. 17 (a diagram showing an example of moire fringes generated when an object is at a finite distance). As such, linear moire fringes at equal intervals do not occur. However, if the second grid pattern 105 is magnified to match the shadow of the uniformly magnified first grid pattern 104 on the surface side, then again with respect to the magnified projected image 1602, FIG. 18 (object). As shown in the figure showing an example of moire fringes in which the backside lattice pattern is corrected when is at a finite distance), linear moire fringes at equal intervals can be generated. For this purpose, the correction can be performed by setting the coefficient β of the second lattice pattern 105 to β / α 2.

これにより、必ずしも無限遠でない距離の点1601からの光を選択的に現像することができる。これによって、任意の位置に焦点合わせて撮影を行うことができる。 This makes it possible to selectively develop the light from the point 1601 at a distance that is not necessarily infinity. This makes it possible to focus on an arbitrary position for shooting.

〈簡略化構成〉
次に、上述の変調器102の構成を簡略化する方法について説明する。変調器102では、格子基板102aの表面および裏面にそれぞれ同一形状の第1の格子パターン104および第2の格子パターン105を互いにずらして形成している。そして、画像処理によって入射する平行光の角度をモアレ縞の空間周波数スペクトルから検知して像を現像している。この裏面側の第2の格子パターン105は、画像センサ103に密着して入射する光の強度を変調する光学素子であり、入射光に依らず同じ格子パターンである。そこで、次のように撮像装置101の構成を変更してもよい。図1と異なる点を中心に説明する。
<Simplified configuration>
Next, a method for simplifying the configuration of the above-mentioned modulator 102 will be described. In the modulator 102, the first lattice pattern 104 and the second lattice pattern 105 having the same shape are formed on the front surface and the back surface of the lattice substrate 102a so as to be offset from each other. Then, the angle of the parallel light incident by the image processing is detected from the spatial frequency spectrum of the moire fringes to develop the image. The second grid pattern 105 on the back surface side is an optical element that closely adheres to the image sensor 103 and modulates the intensity of the incident light, and is the same grid pattern regardless of the incident light. Therefore, the configuration of the image pickup apparatus 101 may be changed as follows. The points different from FIG. 1 will be mainly described.

図19は、裏側格子パターンを画像処理で実現する撮像装置101の構成例を示す図である。この撮像装置101は、第2の格子パターン105を省略した変調器1901と、第2の格子パターン105に相当する処理を行う強度変調部1903を含む画像処理部1902とを備える。 FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of an image pickup apparatus 101 that realizes a backside grid pattern by image processing. The image pickup apparatus 101 includes a modulator 1901 that omits the second grid pattern 105, and an image processing unit 1902 that includes an intensity modulation unit 1903 that performs processing corresponding to the second grid pattern 105.

図20は、変調器1901の構成例を示す図である。変調器1901は、格子基板102aと、格子基板102aの表面に形成された第1の格子パターン104とから構成される。図2と比較して、格子基板102aに形成する格子パターンを1面減らすことができる。これにより、変調器の製造コストを低減することができ、さらに光利用効率を向上させることもできる。 FIG. 20 is a diagram showing a configuration example of the modulator 1901. The modulator 1901 is composed of a lattice substrate 102a and a first lattice pattern 104 formed on the surface of the lattice substrate 102a. Compared with FIG. 2, the lattice pattern formed on the lattice substrate 102a can be reduced by one surface. As a result, the manufacturing cost of the modulator can be reduced, and the light utilization efficiency can be further improved.

図21は、画像処理部1902の画像処理の一例を示すフローチャートである。図5のフローチャートと異なるところは、ステップ501の前のステップ2101の処理である。ステップ501〜506の処理は、図5の対応する処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。 FIG. 21 is a flowchart showing an example of image processing of the image processing unit 1902. The difference from the flowchart of FIG. 5 is the process of step 2101 before step 501. Since the processes of steps 501 to 506 are the same as the corresponding processes of FIG. 5, the description thereof will be omitted here.

ステップ2101の処理では、前述した強度変調部1903は、画像センサ103から出力される画像に対して、裏面側の格子パターン105を透過したことに相当するモアレ縞画像を生成する。具体的には、式(5)に相当する演算が行われればよいので、強度変調部1903は、裏面側の格子パターン105を生成し、画像センサ103の画像に対して乗算する。さらに、裏面側の格子パターン105が図10又は図11に示すような2値化したパターンであれば、強度変調部1903が黒に相当する領域の画像センサ103の値を0に設定するだけでよい。これにより、乗算演算の計算負荷や乗算回路の規模を抑圧することが可能である。 In the process of step 2101, the intensity modulation unit 1903 described above generates a moire fringe image corresponding to the image output from the image sensor 103 passing through the lattice pattern 105 on the back surface side. Specifically, since the calculation corresponding to the equation (5) may be performed, the intensity modulation unit 1903 generates the grid pattern 105 on the back surface side and multiplies the image of the image sensor 103. Further, if the lattice pattern 105 on the back surface side is a binarized pattern as shown in FIG. 10 or 11, the intensity modulation unit 1903 simply sets the value of the image sensor 103 in the region corresponding to black to 0. Good. This makes it possible to suppress the computational load of multiplication operations and the scale of multiplication circuits.

なお、この場合、画像センサ103が有する画素103a(図20)のピッチは、第1の格子パターン104のピッチを十分再現できる程度に細かいか、あるいは第1の格子パターン104のピッチは、画素103aのピッチにて再現できる程度に粗い必要がある。格子パターンを格子基板102aの両面に形成する場合は、必ずしも格子パターンのピッチが画像センサ103の画素103aにて解像できる必要はなく、そのモアレ像だけが解像できればよい。しかし、画像処理により格子パターンを再現する場合は、格子パターンと画像センサ103の解像度は同等である必要がある。 In this case, the pitch of the pixels 103a (FIG. 20) of the image sensor 103 is fine enough to sufficiently reproduce the pitch of the first grid pattern 104, or the pitch of the first grid pattern 104 is the pixel 103a. It needs to be rough enough to be reproduced at the pitch of. When the grid pattern is formed on both sides of the grid substrate 102a, it is not always necessary that the pitch of the grid pattern can be resolved by the pixels 103a of the image sensor 103, and only the moire image can be resolved. However, when the grid pattern is reproduced by image processing, the grid pattern and the resolution of the image sensor 103 need to be the same.

また、以上は強度変調部1903により第2の格子パターン105に相当する処理を実現した。しかし、これに限定されず、第2の格子パターン105はセンサに密着して入射する光の強度を変調する光学素子であるため、センサの感度を実効的に第2の格子パターン105の透過率を加味して設定することによっても実現できる。 Further, as described above, the intensity modulation unit 1903 has realized the processing corresponding to the second grid pattern 105. However, the present invention is not limited to this, and since the second grid pattern 105 is an optical element that closely adheres to the sensor and modulates the intensity of the incident light, the sensitivity of the sensor is effectively adjusted to the transmittance of the second grid pattern 105. It can also be realized by adding and setting.

〈ノイズキャンセル〉
これまでの説明では、式(5)から鋭いピークを持つ成分のみを取り出した式(6)に着目して話を進めたが、実際には式(5)の第4項以外の項がノイズとなる。そこで、フリンジスキャンに基づくノイズキャンセルが効果的である。
<Noise cancellation>
In the explanation so far, the discussion has focused on the equation (6) in which only the components having sharp peaks are extracted from the equation (5), but in reality, the terms other than the fourth term of the equation (5) are noise. It becomes. Therefore, noise cancellation based on fringe scan is effective.

まず、式(2)の干渉縞強度分布において、第1の格子パターン104の初期位相をΦ、第2の格子パターン105の初期位相をΦとすると、式(5)は、 First, in the interference fringe intensity distribution of the equation (2), assuming that the initial phase of the first lattice pattern 104 is Φ F and the initial phase of the second lattice pattern 105 is Φ B , the equation (5) is:

Figure 0006864604

のように表せる。ここで、三角関数の直交性を利用し、
Figure 0006864604

Can be expressed as. Here, using the orthogonality of trigonometric functions,

Figure 0006864604

式(19)のように式(18)をΦ、Φに関して積分すると、ノイズ項がキャンセルされ単一周波数の定数倍の項が残ることになる。前述の議論から、これをフーリエ変換すれば、空間周波数分布にノイズのない鋭いピークを生じることになる。
Figure 0006864604

When the equation (18) is integrated with respect to Φ F and Φ B as in the equation (19), the noise term is canceled and a term of a constant multiple of a single frequency remains. From the above discussion, if this is Fourier transformed, a sharp peak without noise will be generated in the spatial frequency distribution.

ここで式(19)は積分の形で示しているが、実際にはΦ、Φの組合せの総和を計算することによっても同様の効果が得られる。Φ、Φは0〜2πの間の角度を等分するように設定すればよく、{0、π/2、π、3π/2}のように4等分、{0、π/3、2π/3}のように3等分してもよい。 Here, equation (19) is shown in the form of integral, but in reality, the same effect can be obtained by calculating the sum of the combinations of Φ F and Φ B. Φ F and Φ B may be set so as to divide the angle between 0 and 2π into equal parts, and divide into 4 equal parts such as {0, π / 2, π, 3π / 2}, {0, π / 3 , 2π / 3} may be divided into three equal parts.

さらに、式(19)は簡略化できる。式(19)では、Φ、Φを独立して変えられるように計算したが、Φ=Φすなわち格子パターン104と105の初期位相に同じ位相を適用してもノイズ項をキャンセルできる。式(19)においてΦ=Φ=Φとすれば、 Further, equation (19) can be simplified. In equation (19), Φ F and Φ B are calculated so that they can be changed independently, but the noise term can be canceled even if the same phase is applied to the initial phases of Φ F = Φ B, that is, the lattice patterns 104 and 105. .. If Φ F = Φ B = Φ in equation (19),

Figure 0006864604

となり、ノイズ項がキャンセルされ単一周波数の定数倍の項が残ることになる。また、Φは0〜2πの間の角度を等分するように設定すればよく、{0、π/2、π、3π/2}のように4等分すればよい。
Figure 0006864604

Therefore, the noise term is canceled and a term that is a constant multiple of a single frequency remains. Further, Φ may be set so as to divide the angle between 0 and 2π into equal parts, and may be divided into four equal parts such as {0, π / 2, π, 3π / 2}.

また、等分せずとも、{0、π/2}の直交した位相を使用してもノイズ項をキャンセルでき、さらに簡略化できる。まず、図19の構成のように第2の格子パターン105を画像処理部1902で実施すれば、格子パターン105に負値を扱えるため、式(18)は、 Further, the noise term can be canceled by using the orthogonal phases of {0, π / 2} without equal division, which can be further simplified. First, if the second grid pattern 105 is performed by the image processing unit 1902 as in the configuration of FIG. 19, a negative value can be handled by the grid pattern 105, so that the equation (18) is:

Figure 0006864604

となる(Φ=Φ=Φ)。格子パターン105は既知であるため、この式(21)から格子パターン105を減算し、Φ={0、π/2}の場合について加算すれば、
Figure 0006864604

F = Φ B = Φ). Since the grid pattern 105 is known, if the grid pattern 105 is subtracted from this equation (21) and added for the case of Φ = {0, π / 2},

Figure 0006864604

のようにノイズ項がキャンセルされ単一周波数の定数倍の項が残ることになる。
Figure 0006864604

The noise term is canceled and a term that is a constant multiple of a single frequency remains.

また、前述のように第1の格子パターン104と第2の格子パターン105とは、あらかじめδずらすことで空間周波数空間に生じる2つの現像画像を分離していた。しかし、この方法では現像画像の画素数が半分になる問題点がある。そこで、δずらさなくとも現像画像の重複を回避する方法について説明する。式(19)のフリンジスキャンにおいて、cosの代わりに、 Further, as described above, the first grid pattern 104 and the second grid pattern 105 are separated from each other by shifting the two developed images generated in the spatial frequency space by δ 0 in advance. However, this method has a problem that the number of pixels of the developed image is halved. Therefore, a method of avoiding duplication of developed images without shifting δ 0 will be described. In the fringe scan of equation (19), instead of cos,

Figure 0006864604

のようにexpを用い複素平面上で演算する。これによりノイズ項がキャンセルされ単一周波数の定数倍の項が残ることになる。式(23)中のexp(2iβδx)をフーリエ変換すれば、
Figure 0006864604

Calculate on the complex plane using exp as in. As a result, the noise term is canceled and a term that is a constant multiple of a single frequency remains. If exp (2iβδx) in equation (23) is Fourier transformed,

Figure 0006864604

となり、式(7)のように2つのピークを生じず、単一の現像画像を得られることが判る。このように、格子パターン104,105をずらす必要もなくなり、画素数を有効に使用可能となる。
Figure 0006864604

Therefore, it can be seen that a single developed image can be obtained without generating two peaks as in the equation (7). In this way, it is not necessary to shift the grid patterns 104 and 105, and the number of pixels can be effectively used.

以上のフリンジスキャンに基づくノイズキャンセル方法を行うための構成について、図22〜27を用いて説明する。フリンジスキャンでは、少なくとも格子パターン104として初期位相の異なる複数のパターンを使用する必要がある。これを実現するには、時分割でパターンを切り替える方法(図22〜25)と、空間分割でパターンを切り替える方法(図26〜27)がある。 The configuration for performing the noise canceling method based on the above fringe scan will be described with reference to FIGS. 22 to 27. In the fringe scan, it is necessary to use at least a plurality of patterns having different initial phases as the grid pattern 104. To realize this, there are a method of switching patterns by time division (FIGS. 22 to 25) and a method of switching patterns by spatial division (FIGS. 26 to 27).

図22は、時分割フリンジスキャンを実現する撮像装置101の構成例を示す図である。この撮像装置101は、図1の変調器102に替えて、変調器2201を有する。また、この撮像装置101は、変調器制御部2202と画像処理部2203を有する。 FIG. 22 is a diagram showing a configuration example of an image pickup apparatus 101 that realizes time-division fringe scanning. The imaging device 101 has a modulator 2201 instead of the modulator 102 of FIG. Further, the image pickup apparatus 101 has a modulator control unit 2202 and an image processing unit 2203.

図23は、時分割フリンジスキャンにおける格子パターンの例を示す図である。変調器2201は、例えば電気的に図23に示す複数の初期位相を切り替えて表示することが可能(すなわち格子パターンを変更可能)な液晶表示素子などで構成される。図23(a)〜(d)のパターンは、初期位相Φもしくは位相差Φがそれぞれ{0、π/2、π、3π/2}である。これを実現する変調器2201の液晶表示素子における電極配置の例を図24に示す。 FIG. 23 is a diagram showing an example of a grid pattern in a time-division fringe scan. The modulator 2201 is composed of, for example, a liquid crystal display element capable of electrically switching and displaying a plurality of initial phases shown in FIG. 23 (that is, the lattice pattern can be changed). In the patterns of FIGS. 23 (a) to 23 (d), the initial phase Φ F or the phase difference Φ is {0, π / 2, π, 3π / 2}, respectively. FIG. 24 shows an example of electrode arrangement in the liquid crystal display element of the modulator 2201 that realizes this.

図24は、時分割フリンジスキャンを実現する変調器2201の構成例を示す図である。変調器2201には、格子パターンの1周期を4分割するように同心円状電極が設けられており、内側から4本おきに電極が結線され、外周部から駆動端子として4本の電極が引き出されている。変調器制御部2202によってこれら4つの電極に印加する電圧状態を“0”と“1”の2つの状態で時間的に切り替えることで、格子パターンの初期位相ΦもしくはΦを図24(a)〜(d)のように{0、π/2、π、3π/2}と切り替えることが可能となる。なお、図24において、網掛けで示した“1”を印加した電極が光を遮蔽し、白で示した“0”を印加した電極が光を透過させることに対応している。 FIG. 24 is a diagram showing a configuration example of a modulator 2201 that realizes time division fringe scanning. The modulator 2201 is provided with concentric electrodes so as to divide one cycle of the lattice pattern into four, the electrodes are connected every four from the inside, and four electrodes are pulled out from the outer peripheral portion as drive terminals. ing. By temporally switching the voltage states applied to these four electrodes between the two states of “0” and “1” by the modulator control unit 2202, the initial phase Φ F or Φ of the lattice pattern can be changed in FIG. 24 (a). It is possible to switch between {0, π / 2, π, 3π / 2} as in (d). It should be noted that, in FIG. 24, the shaded electrode to which "1" is applied blocks light, and the electrode to which "0" is applied, which is shown in white, transmits light.

図25は、時分割フリンジスキャンを実現する画像処理部2203の画像処理の一例を示すフローチャートである。図21のフローチャートと異なるところは、ステップ501より前のステップ2501〜2504の処理である。ステップ501〜506の処理は、図21の対応する処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。 FIG. 25 is a flowchart showing an example of image processing of the image processing unit 2203 that realizes time-division fringe scanning. The difference from the flowchart of FIG. 21 is the processing of steps 2501 to 2504 before step 501. Since the processes of steps 501 to 506 are the same as the corresponding processes of FIG. 21, the description thereof will be omitted here.

まず、画像処理部2203は、フリンジスキャン演算の初めに加算結果をリセットする(2501)。次に、式(20)に対応する場合には、画像処理部2203は、撮影に使用された格子パターン104と同じ初期位相を設定し(2502)、その初期位相を持つ格子パターン105を生成し、画像センサ103の出力画像に対して乗算する(2101)。画像処理部2203は、この乗算結果を各初期位相のパターン毎に加算する(2503)。画像処理部2203は、以上のステップ2502〜2503の処理を全ての初期位相のパターン数繰り返す(2504でNO)。全ての位相について処理が終了した場合(2505でYES)、画像処理部2203は、処理をステップ501に進める。なお、上記フローチャートは式(20)を例に説明したが、式(19)、式(22)、式(23)にも同様に適用することが可能である。 First, the image processing unit 2203 resets the addition result at the beginning of the fringe scan calculation (2501). Next, in the case corresponding to the equation (20), the image processing unit 2203 sets the same initial phase as the grid pattern 104 used for photographing (2502), and generates a grid pattern 105 having the initial phase. , Multiplies the output image of the image sensor 103 (2101). The image processing unit 2203 adds the multiplication result for each pattern of each initial phase (2503). The image processing unit 2203 repeats the above steps 2502 to 2503 for the number of patterns of all initial phases (NO in 2504). When the processing is completed for all the phases (YES in 2505), the image processing unit 2203 advances the processing to step 501. Although the above flowchart has been described by taking the equation (20) as an example, it can be similarly applied to the equation (19), the equation (22), and the equation (23).

図26は、空間分割フリンジスキャンを実現する撮像装置101の構成例を示す図である。この撮像装置101は、図1の変調器102に替えて、変調器2601を有する。また、この撮像装置101は、画像分割部2602と画像処理部2203を有する。 FIG. 26 is a diagram showing a configuration example of the image pickup apparatus 101 that realizes the spatial division fringe scan. The imaging device 101 has a modulator 2601 instead of the modulator 102 of FIG. Further, the image pickup apparatus 101 has an image division unit 2602 and an image processing unit 2203.

図27は、空間分割フリンジスキャンにおける格子パターンの例を示す図である。変調器2601は、例えば図27の初期位相ΦFもしくはΦがそれぞれ{0、π/2、π、3π/2}のパターンように、2次元的に配列した複数の初期位相のパターンを有する。画像分割部2602は、画像センサ103の出力画像を変調器2601のパターン配置に対応した領域画像に分割し、画像処理部2203に順次伝送する。図26の例では、画像センサ出力は、2×2の領域に分割される。式(20)に基づくフリンジスキャンでは4位相必要であるため、変調器2601は2×2のパターン配置を有する。式(22)に基づくフリンジスキャンは2位相で実現できるため、変調器2601は1×2のパターン配置で実現可能であり、それに応じて画像センサ出力も1×2の領域に分割される。以降の画像処理部2203の処理は、時分割フリンジスキャンである図22の処理と同等であるため、説明を省略する。 FIG. 27 is a diagram showing an example of a grid pattern in the spatial division fringe scan. The modulator 2601 has a plurality of initial phase patterns arranged two-dimensionally, for example, the initial phase ΦF or Φ in FIG. 27 is {0, π / 2, π, 3π / 2}, respectively. The image dividing unit 2602 divides the output image of the image sensor 103 into a region image corresponding to the pattern arrangement of the modulator 2601, and sequentially transmits the image to the image processing unit 2203. In the example of FIG. 26, the image sensor output is divided into 2 × 2 regions. Since the fringe scan based on equation (20) requires four phases, the modulator 2601 has a 2 × 2 pattern arrangement. Since the fringe scan based on the equation (22) can be realized in two phases, the modulator 2601 can be realized in a 1 × 2 pattern arrangement, and the image sensor output is also divided into 1 × 2 regions accordingly. Since the subsequent processing of the image processing unit 2203 is equivalent to the processing of FIG. 22 which is a time-division fringe scan, the description thereof will be omitted.

この空間分割フリンジスキャンを用いれば、時分割フリンジスキャンの変調器2201のように電気的に格子パターンを切り替える必要がなく、安価に変調器を作製することができる。しかし、空間分割フリンジスキャンを用いると画像を分割するため解像度が実効的に低下する。よって、解像度を上げる必要がある場合には時分割フリンジスキャンが適している。 By using this spatial division fringe scan, it is not necessary to electrically switch the grid pattern as in the time division fringe scan modulator 2201, and the modulator can be manufactured at low cost. However, when the spatial division fringe scan is used, the image is divided and the resolution is effectively lowered. Therefore, when it is necessary to increase the resolution, time-division fringe scanning is suitable.

〈接写における問題〉
次に、接写時の問題点について説明する。まず初めに画角について再定義する。これまでの説明では、入射角θの光線のモアレ縞の空間周波数スペクトルのピーク位置u(式(9))が、画像センサ103のピクセルピッチによって決定される上限周波数N/(2S)よりも大きい場合で、画角θmaxを定義(式(13))していた。一方で、βが小さい、または画像センサ103のピクセルピッチ(S/N)が小さく、ピーク位置uが上限周波数よりも小さい場合には、画角の定義が異なる。
<Problems in close-up photography>
Next, problems during close-up photography will be described. First, redefine the angle of view. In the above description, the peak position u (Equation (9)) of the spatial frequency spectrum of the moire fringes of the light beam having the incident angle θ is larger than the upper limit frequency N / (2S) determined by the pixel pitch of the image sensor 103. In some cases, the angle of view θ max was defined (Equation (13)). On the other hand, when β is small, or the pixel pitch (S / N) of the image sensor 103 is small, and the peak position u is smaller than the upper limit frequency, the definition of the angle of view is different.

図28は、その画角θmax2を説明する図である。第1の格子パターン104を構成する同心円状の格子パターンの基準座標と、画像センサ103の端とを通る直線の傾きであるθmax2が、現像できる最大の画角となる。よって、画角θmax2は、第1の格子パターンからdだけ離れた距離の撮像において、画像センサ103の大きさSと変調器の厚さtを用いて、 FIG. 28 is a diagram for explaining the angle of view θ max2. And reference coordinates of concentric grating pattern constituting the first grating pattern 104, theta max2 is the slope of the straight line passing through the edges of the image sensor 103, the maximum angle of view can be developed. Therefore, the angle of view θ max2 is determined by using the size S of the image sensor 103 and the thickness t of the modulator in imaging at a distance d away from the first grid pattern.

Figure 0006864604

のように表せる。また、視野の直径Aは、θmax2を用いて、
Figure 0006864604

Can be expressed as. Further, the diameter A of the visual field is set to θ max2 by using θ max2.

Figure 0006864604

となる。
Figure 0006864604

Will be.

ここで、接写時には、撮像する物体からの散乱角や、画像センサのCRA(Chief Ray Angle)特性によって視野が狭まることが問題となる。 Here, at the time of close-up photography, there is a problem that the field of view is narrowed due to the scattering angle from the object to be imaged and the CRA (Chief Ray Angle) characteristic of the image sensor.

まず、撮像する物体からの散乱角による視野の制限について説明する。図29は、物体が近距離にある場合に物体を構成するある点からの光が照射する格子パターンの範囲と視野を説明する図である。図29は、物体のある点からの光の拡がり角(散乱角)θを示している。物体を構成する点2901乃至点2903からの散乱光が第1の格子パターン104を照射する場合、第1の格子パターン104における照射領域の直径Bは、散乱角θを用いて、 First, the limitation of the field of view due to the scattering angle from the object to be imaged will be described. FIG. 29 is a diagram illustrating a range and a field of view of a grid pattern irradiated by light from a certain point constituting the object when the object is at a short distance. FIG. 29 shows the spread angle (scattering angle) θ s of light from a certain point of an object. When the scattered light from the points 2901 to 2903 constituting the object irradiates the first lattice pattern 104, the diameter B of the irradiation region in the first lattice pattern 104 is determined by using the scattering angle θ s.

Figure 0006864604

となる。dは点2901乃至点2903から第1の格子パターン104までの距離である。このように、接写時には第1の格子パターン104のうち照射領域しか使用することができない。なお、現実には散乱光強度は散乱角が大きくなるに従い徐々に減衰するものであるが、図29では簡単化のため、照射領域のみ散乱光が到達しているとしている。
Figure 0006864604

Will be. d is the distance from the points 2901 to 2903 to the first grid pattern 104. As described above, at the time of close-up photography, only the irradiation region of the first lattice pattern 104 can be used. In reality, the scattered light intensity gradually attenuates as the scattering angle increases, but in FIG. 29, for the sake of simplicity, it is assumed that the scattered light reaches only the irradiation region.

上述したように、入射光が第1の格子パターン104を構成する同心円状の格子パターンの基準座標を通る場合に撮像が可能となる。そのため、散乱光が基準座標を通る点2901や点2902の撮像はできる一方で、基準座標を通らない点2903などの撮像はできない。図29のように、θ≦θmax2となる場合には、画角は散乱角θで決定され、視野の直径Aは、 As described above, imaging is possible when the incident light passes through the reference coordinates of the concentric grid patterns constituting the first grid pattern 104. Therefore, while it is possible to image the points 2901 and 2902 in which the scattered light passes through the reference coordinates, it is not possible to image the points 2903 and the like that do not pass through the reference coordinates. As shown in FIG. 29, when the θ s ≦ θ max2 is the angle of view is determined by the scattering angle theta s, the diameter A s field of view,

Figure 0006864604

となる。
Figure 0006864604

Will be.

次に、画像センサのCRA特性による視野の制限について説明する。受光素子の表面または背面にある配線等の配置や受光素子の通常前面に配置するマイクロレンズアレイの設計によって、画像センサの受光光量には、CRA特性とよばれる角度依存性がみられる。そこで、CRA特性に基づいて、入射光が入射角θまで受光できるとすると、θ≦θmax2となるような画像センサを用いた撮像では、画角はθで決定され、視野Aは、 Next, the limitation of the field of view due to the CRA characteristics of the image sensor will be described. Depending on the arrangement of the wiring or the like on the front surface or the back surface of the light receiving element and the design of the microlens array which is usually arranged on the front surface of the light receiving element, the amount of received light of the image sensor has an angle dependence called CRA characteristic. Therefore, assuming that the incident light can be received up to the incident angle θ i based on the CRA characteristics, the angle of view is determined by θ i in the imaging using an image sensor such that θ i ≤ θ max 2, and the field of view A i Is

Figure 0006864604

となる。ただし、θ≦θの場合の視野は式(28)となる。
Figure 0006864604

Will be. However, the field of view in the case of θ s ≤ θ i is given by Eq. (28).

なお、入射角θはCRA特性の半値半幅となる角度で決定するのがよいが、これに限定するものではなく、半値半幅より小さい角度に設計すれば周辺光量減衰が起き難く、半値半幅より大きい角度に設計すれば視野が大きくなる。 The angle of incidence θ i should be determined by an angle that is half-width of the CRA characteristic, but it is not limited to this, and if the angle is designed to be smaller than half-width of half-value, peripheral illumination is less likely to occur, and it is more than half-width of half-value. If you design it at a large angle, the field of view will be large.

〈接写時の視野拡大方法〉
そこで、接写時に視野を拡大する方法について説明する。
<How to expand the field of view during close-up photography>
Therefore, a method of expanding the field of view during close-up photography will be described.

図30は、複眼の格子パターンと複数の画像センサの組み合わせによる広視野化を実現する撮像装置の構成例を示す図である。この撮像装置101は、図19と異なり、複眼格子パターン3003が形成された変調器3001と、画像センサ3004と、画像合成部3007を含む画像処理部3006とを有する。複眼格子パターン3003は、中心から端へ向かうほど縞のピッチが狭くなる同心円状の格子パターンからなる基本パターン(基本格子パターン)3002を複数配列することで構成される。画像センサ3004は、画像センサ3005を複数配列することで構成される。 FIG. 30 is a diagram showing a configuration example of an imaging device that realizes a wide field of view by combining a compound eye grid pattern and a plurality of image sensors. Unlike FIG. 19, the image pickup apparatus 101 includes a modulator 3001 in which a compound eye grid pattern 3003 is formed, an image sensor 3004, and an image processing unit 3006 including an image synthesis unit 3007. The compound eye grid pattern 3003 is configured by arranging a plurality of basic patterns (basic grid patterns) 3002 composed of concentric grid patterns in which the pitch of stripes becomes narrower from the center to the edges. The image sensor 3004 is configured by arranging a plurality of image sensors 3005.

図31は、複眼の格子パターンの一例を示す図である。この例では、基本パターン3002を3×3に互いに重なることなく配列することで複眼格子パターン3003を実現している。この場合、各画像センサ3005は、各基本パターン3002と対応するように3×3で配置される。 FIG. 31 is a diagram showing an example of a compound eye grid pattern. In this example, the compound eye grid pattern 3003 is realized by arranging the basic patterns 3002 in 3 × 3 without overlapping each other. In this case, each image sensor 3005 is arranged in 3 × 3 so as to correspond to each basic pattern 3002.

図32は、図30に示す複眼の格子パターンと複数の画像センサによる視野を説明する図である。複数の基本パターン3002と複数の画像センサ3005のうち、n番目の基本パターン3002とn番目の画像センサ3005の組み合わせによるn番目の視野をA、画角をθ、n番目とn+1番目の基本パターン3002の中心間距離をq、複数の基本パターン3002と複数の画像センサ3005の一次元方向の個数をNとする。このとき、合成視野Aは、 FIG. 32 is a diagram illustrating a grid pattern of the compound eyes shown in FIG. 30 and a field of view by a plurality of image sensors. Among the plurality of basic patterns 3002 and a plurality of image sensors 3005, a combination n-th field by the n-th basic pattern 3002 and the n-th image sensor 3005 A n, the angle theta n, n-th and n + 1 th Let n be the distance between the centers of the basic pattern 3002, and N be the number of the plurality of basic patterns 3002 and the plurality of image sensors 3005 in the one-dimensional direction. At this time, the composite field of view AN is

Figure 0006864604

となる。つまり、基本パターン3002と画像センサ3005の組み合わせ(基本ユニットともいう)を複数用いることで、それぞれの組み合わせで撮像できる視野を合成し拡大することができる。
Figure 0006864604

Will be. That is, by using a plurality of combinations (also referred to as basic units) of the basic pattern 3002 and the image sensor 3005, it is possible to synthesize and enlarge the field of view that can be imaged by each combination.

ただし、複眼格子パターン3003から撮像対象までの距離dが短いと、各基本パターン3002の視野が小さくなり、合成視野Aに隙間ができる。隙間が生じない連続した視野を得るためには、Aがq以上であれば良く、A=2d・tanθ≧qを満たすようなdとqを設定すれば良い。 However, if the distance d from the compound-eye grating pattern 3003 to the imaging object is short, the field of view of the basic pattern 3002 is reduced, a gap in the synthesis field A N. To obtain a field of view continuous gap does not occur, A n is as long or q n, may be set to d and q n which satisfies A n = 2d · tanθ n ≧ q n.

続いて、上述の画像センサ3004及び複眼格子パターン3003を使った撮像の画像処理について、図33〜35を用いて説明する。 Subsequently, image processing for imaging using the above-mentioned image sensor 3004 and compound eye grid pattern 3003 will be described with reference to FIGS. 33 to 35.

図33は、画像処理部3006の画像処理の一例を示すフローチャートである。図21のフローチャートと異なるところは、ステップ504とステップ505の間に追加されたステップ3301の処理である。なお、画像処理部3006は、ステップ2101〜ステップ504の処理を、複数の画像センサ3005の出力するセンサ画像それぞれについて行う。画像処理部3006の画像合成部3007は、ステップ3301にて、各画像センサ3005の配列に従ってステップ504の出力画像を並び替え、これらを合成する。 FIG. 33 is a flowchart showing an example of image processing of the image processing unit 3006. The difference from the flowchart of FIG. 21 is the process of step 3301 added between step 504 and step 505. The image processing unit 3006 performs the processes of steps 2101 to 504 for each of the sensor images output by the plurality of image sensors 3005. In step 3301, the image synthesizing unit 3007 of the image processing unit 3006 rearranges the output images of step 504 according to the arrangement of each image sensor 3005 and synthesizes them.

図34と図35は、ステップ3301の合成方法の一例を説明する図である。図34におけるAは、図32における合成視野Aであり、AとAn+1は、図32におけるn番目とn+1番目の基本パターン3002による視野Aと視野An+1である。また、図33のステップ504の出力画像を、出力画像3401と出力画像3402と表している。図35は、出力画像3401と出力画像3402の合成画像を示している。ステップ3301では、n番目とn+1番目の基本パターン3002の中心間距離qに相当するピクセル数だけ、出力画像3401及び出力画像3402の少なくとも一方をずらして足し合わせることで一枚の合成画像が得られる。 34 and 35 are diagrams illustrating an example of the synthesis method of step 3301. A N in FIG. 34 is a synthetic field A N in FIG. 32, A n and A n + 1 is the field A n and field A n + 1 by n-th and (n + 1) th basic pattern 3002 in FIG. 32. Further, the output image of step 504 in FIG. 33 is represented as an output image 3401 and an output image 3402. FIG. 35 shows a composite image of the output image 3401 and the output image 3402. In step 3301, n-th and (n + 1) th by the number of pixels corresponding to the center distance q n of the basic pattern 3002, obtained one of the composite image by summing shifting at least one of the output image 3401 and the output image 3402 Be done.

次に、図35を用いて、合成後の輝度補正について説明する。領域3501は、出力画像3401と出力画像3402の視野Aと視野An+1が重なる領域を示している。合成後の領域3501の輝度は、出力画像3401と出力画像3402の足し合わせとなる。そのため、領域3501と視野の重なっていないその他の領域との輝度差を無くし、滑らかな輝度分布とするためには、領域3501の輝度補正が必要である。出力画像3401の領域3501と出力画像3402の領域3501との輝度が一致する場合には、合成後の領域3501の輝度を1/2にすることで補正できる。 Next, the brightness correction after composition will be described with reference to FIG. 35. The area 3501 indicates a region where the field of view An and the field of view An + 1 of the output image 3401 and the output image 3402 overlap. The brightness of the region 3501 after composition is the sum of the output image 3401 and the output image 3402. Therefore, it is necessary to correct the brightness of the area 3501 in order to eliminate the difference in brightness between the area 3501 and the other areas where the visual fields do not overlap and to obtain a smooth brightness distribution. When the brightness of the region 3501 of the output image 3401 and the brightness of the region 3501 of the output image 3402 match, it can be corrected by halving the brightness of the combined region 3501.

しかしながら、実際の輝度は、CRA等の影響によって、中心から端になるほど減衰する分布を持つため、出力画像3401の領域3501と出力画像3402の領域3501との輝度が一致せず、合成後の輝度を1/2としても輝度差を補正することができない。そこで、出力画像3401または出力画像3402のどちらかの画像のうち、視野Aと視野An+1が重なる領域3501を切り取って合成する、または、両方の画像を端からq/2に対応するピクセル数だけ切り取って重なり部分を無くした画像を足し合わせればよい。これにより、輝度補正をすることなく、輝度差を低減することができる。 However, since the actual brightness has a distribution that attenuates from the center to the edge due to the influence of CRA or the like, the brightness of the region 3501 of the output image 3401 and the region 3501 of the output image 3402 do not match, and the brightness after synthesis. Even if is set to 1/2, the brightness difference cannot be corrected. Therefore, of either the output image 3401 or the output image 3402, the region 3501 in which the field of view An and the field of view An + 1 overlap is cut out and combined, or both images are pixels corresponding to q n / 2 from the edge. All you have to do is add the images that have been cut out by the number and have no overlapping parts. As a result, the difference in brightness can be reduced without correcting the brightness.

図36は、画像処理部3006の画像処理の他の例を示すフローチャートである。図33のフローチャートと異なるところは、ステップ501の前のステップ3601とステップ3602の処理である。図36では、ステップ3301は省略されている。画像処理部3006の画像合成部3007は、ステップ3601において、複数の画像センサ3005の出力する複数のセンサ画像を、n番目とn+1番目の基本パターン3002の中心間距離qに相当するピクセル数だけずらして足し合わせて合成する。画像処理部3006は、ステップ3602において、複数の基本パターン3002のそれぞれに対応した複数のパターンからなる第2の複眼格子パターンを用いて、ステップ3601の合成画像に対して強度変調を行う。 FIG. 36 is a flowchart showing another example of image processing of the image processing unit 3006. The difference from the flowchart of FIG. 33 is the processing of step 3601 and step 3602 before step 501. In FIG. 36, step 3301 is omitted. Image synthesis unit 3007 of the image processing unit 3006, in step 3601, a plurality of sensor image output from the plurality of image sensors 3005, n-th and the number of pixels corresponding to the center distance q n (n + 1) th basic pattern 3002 only Shift and add them together to synthesize. In step 3602, the image processing unit 3006 performs intensity modulation on the composite image of step 3601 using a second compound eye grid pattern composed of a plurality of patterns corresponding to each of the plurality of basic patterns 3002.

なお、図30の複眼格子パターンに関する構成について図19を基に説明したが、この構成を同様に図22など他の構成に適用することで、フリンジスキャンによるノイズキャンセルを行うことも可能である。 Although the configuration related to the compound eye grid pattern of FIG. 30 has been described with reference to FIG. 19, it is also possible to cancel noise by fringe scanning by similarly applying this configuration to other configurations such as FIG. 22.

また、図32などでは基本パターン3002と画像センサ3005の一次元方向の配列に着目して説明したが、この構成は、同様に直交する方向にも拡張することにより二次元配列についても適用可能である。 Further, in FIG. 32 and the like, the basic pattern 3002 and the image sensor 3005 have been described by focusing on the arrangement in the one-dimensional direction, but this configuration can also be applied to the two-dimensional arrangement by extending the arrangement in the orthogonal direction as well. is there.

また、基本パターン3002の個数も、図示したものに限定するものではない。基本パターン3002の個数によって視野が決定するため、撮像対象の大きさに合わせて適宜変更してもよい。 Further, the number of basic patterns 3002 is not limited to those shown in the figure. Since the field of view is determined by the number of basic patterns 3002, it may be appropriately changed according to the size of the imaging target.

また、基本パターン3002から撮像対象までの距離を離すと視野は広くなるため、このようにすれば基本パターン3002の個数を減らすことができる。 Further, since the field of view becomes wider when the distance from the basic pattern 3002 to the imaging target is increased, the number of basic patterns 3002 can be reduced in this way.

また、図37は、各画像センサ3005の配置例を説明する図である。図37は、各画像センサ3005の向き(配線の向き)を揃えた配置を示している。一般的な画像センサは、信号を伝送するための配線が受光面の横から出ている。複数の画像センサ3005を配置するには、配線同士の干渉や受光面3701への配線の重なりが発生しないように画像センサ3005同士の間隔を空ける必要があり、受光面同士を近づけられない場合がある。 Further, FIG. 37 is a diagram illustrating an arrangement example of each image sensor 3005. FIG. 37 shows an arrangement in which the directions (wiring directions) of the image sensors 3005 are aligned. In a general image sensor, wiring for transmitting a signal comes out from the side of the light receiving surface. In order to arrange a plurality of image sensors 3005, it is necessary to leave a space between the image sensors 3005 so that the wirings do not interfere with each other or the wirings overlap with the light receiving surface 3701, and the light receiving surfaces may not be brought close to each other. is there.

図38は、画像センサの他の配置例を説明する図である。図38は、各画像センサ3005の向き(配線の向き)が画像センサ3004の外側を向くようにした配置を示している。配線の位置は画像センサの種類によって異なるが、少なくとも一部の画像センサ3005の向きを他の画像センサ3005の向きと異ならせて配置することで、配線による受光面間の距離の制約を回避することができる。 FIG. 38 is a diagram illustrating another arrangement example of the image sensor. FIG. 38 shows an arrangement in which the orientation (wiring orientation) of each image sensor 3005 faces the outside of the image sensor 3004. The position of the wiring differs depending on the type of the image sensor, but by arranging the orientation of at least some of the image sensors 3005 to be different from the orientation of the other image sensors 3005, the restriction of the distance between the light receiving surfaces due to the wiring is avoided. be able to.

以上の方法及び構成に依れば、画像センサ3005と基本パターン3002の組み合わせを複数用いることで、それぞれで撮像できる視野を合成し拡大することができる。 According to the above method and configuration, by using a plurality of combinations of the image sensor 3005 and the basic pattern 3002, it is possible to synthesize and enlarge the field of view that can be imaged by each.

本実施形態によれば、簡易な構成で、薄型であり、かつ、接写時の視野を拡大した撮像装置を提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide an image pickup apparatus having a simple structure, being thin, and having a wide field of view at the time of close-up photography.

[第2実施形態]
〈画像センサの大きさの最適化〉
本実施形態では、画像センサ3005の大きさを最適化することで、画素を効率良く使用し、演算量を低減する方法について説明する。
[Second Embodiment]
<Optimization of image sensor size>
In this embodiment, a method of efficiently using pixels and reducing the amount of calculation by optimizing the size of the image sensor 3005 will be described.

図39は、画像センサの大きさの最適化方法を説明する図である。図39を用いて、複眼格子パターン3003を用いた撮像に必要な画像センサ3005の受光面の大きさと個数について説明する。以下の説明では、画像センサ3005は、画像センサ3901又は画像センサ3903に対応する。 FIG. 39 is a diagram illustrating a method of optimizing the size of the image sensor. The size and number of light receiving surfaces of the image sensor 3005 required for imaging using the compound eye grid pattern 3003 will be described with reference to FIG. 39. In the following description, the image sensor 3005 corresponds to the image sensor 3901 or the image sensor 3903.

領域Cは、画角θがθまたはθ(θ≦θmax2)で決定されるとき、視野Aを得るために必要な画像センサ3901の受光面上の領域を示している。入射角がθの光線は、画像センサ3901上の領域C内に入射する。視野Aを得るためには、画像センサ3901の受光面の大きさSをC以上とすれば良く、SとCが等しいとき、Sを最小にして受光面を効率よく使用することができる。また、画像センサ3901の受光面を最小にすることで、現像に不要な領域C以外の画素を減らすことが出来るため、演算量を低減することができる。 Region C, when the angle theta n is determined by theta s or θ i (θ n ≦ θ max2 ), indicates a region on the light receiving surface of the image sensor 3901 required to obtain a visual field A n. A ray having an incident angle of θ n is incident on the region C on the image sensor 3901. In order to obtain the field of view An , the size S of the light receiving surface of the image sensor 3901 may be set to C or more, and when S and C are equal, S can be minimized and the light receiving surface can be used efficiently. Further, by minimizing the light receiving surface of the image sensor 3901, the number of pixels other than the region C unnecessary for development can be reduced, so that the amount of calculation can be reduced.

ここで、Cは、画角θと、複眼格子パターン3003から画像センサ3901までの距離tを用いて、 Here, C uses the angle of view θ n and the distance t from the compound eye grid pattern 3003 to the image sensor 3901.

Figure 0006864604

と求められる。よって、tを小さくし、Cを小さくすることで、Sを小さくすることができる。
Figure 0006864604

Is required. Therefore, S can be reduced by reducing t and C.

また、撮像対象の散乱角θを小さくする、または、CRA特性で決まる画像センサ3901に受光できる最大の入射角θの小さい画像センサ3901を用いることでも、Sを小さくできる。しかし、この場合には、視野Aも小さくなる。そのため、第1実施形態で説明したように、画像センサ3005と基本パターン3002の組み合わせの個数を増やすなどして視野を広げる必要がある。 Further, S can be reduced by reducing the scattering angle θ s of the imaging target, or by using an image sensor 3901 having a small incident angle θ i that can be received by the image sensor 3901 determined by the CRA characteristics. However, in this case, the field of view An also becomes small. Therefore, as described in the first embodiment, it is necessary to widen the field of view by increasing the number of combinations of the image sensor 3005 and the basic pattern 3002.

以上の方法・構成に依れば、画像センサ3005の大きさと個数を最適化し、演算量を低減することが可能となる。 According to the above method and configuration, it is possible to optimize the size and number of the image sensors 3005 and reduce the amount of calculation.

なお、図39では、基本パターン3902と一対一に対応するように画像センサ3901が配置されているが、例えば視野An+1と視野An+2の光線を受光する1つの画像センサ3903を配置してもよい。この場合、画像センサ3005の個数を減らすことができる。また、画像センサ3901と画像センサ3903のように大きさの異なるものを組み合わせて配置してもよい。 In FIG. 39, the image sensor 3901 is arranged so as to have a one-to-one correspondence with the basic pattern 3902, but for example, even if one image sensor 3903 that receives the light rays of the field of view An + 1 and the field of view An + 2 is arranged. Good. In this case, the number of image sensors 3005 can be reduced. Further, the image sensor 3901 and the image sensor 3903, which have different sizes, may be arranged in combination.

[第3実施形態]
〈注視方向の設計〉
本実施形態では、複眼格子パターン3003を用いた撮像における注視方向について説明する。
[Third Embodiment]
<Design of gaze direction>
In this embodiment, the gaze direction in imaging using the compound eye grid pattern 3003 will be described.

図40は、複眼格子パターン3003による撮像の注視方向の一例を説明する図である。Aは、式(25)により画角が決定される場合にn番目の基本パターン4001によって取得できる視野を示している。また、ここでは、基本パターン4001を構成する同心円状の格子パターンの基準座標と画像センサ3005の受光面の中心座標は一致していない。なお、画像センサ3005の受光面の中心座標は、受光面の四隅を結ぶ対角線の交点とする。第1実施形態で説明したとおり、式(25)で決定する画角は、画像センサ3004の受光面の端と基本パターン4001を構成する同心円状の格子パターンの基準座標とを通る直線の傾きとなる。従って、注視方向は、基本パターン4001を構成する同心円状の格子パターンの基準座標と視野Aの中心との2点を結んだベクトルとなる。つまり、基本パターン4001を構成する同心円状の格子パターンの基準座標と画像センサ3004の受光面の中心座標の位置の設計時の設定によって、注視方向を変えることができる。 FIG. 40 is a diagram illustrating an example of a gaze direction of imaging by the compound eye grid pattern 3003. A n represents the field of view can be obtained by the n-th basic pattern 4001 when angle by the equation (25) is determined. Further, here, the reference coordinates of the concentric grid patterns constituting the basic pattern 4001 and the center coordinates of the light receiving surface of the image sensor 3005 do not match. The center coordinates of the light receiving surface of the image sensor 3005 are the intersections of the diagonal lines connecting the four corners of the light receiving surface. As described in the first embodiment, the angle of view determined by the equation (25) is the slope of a straight line passing through the edge of the light receiving surface of the image sensor 3004 and the reference coordinates of the concentric grid pattern constituting the basic pattern 4001. Become. Thus, gaze direction is the vector connecting the two points and the center of the reference coordinates and the field A n of concentric grating pattern constituting the basic pattern 4001. That is, the gaze direction can be changed by setting the reference coordinates of the concentric grid patterns constituting the basic pattern 4001 and the positions of the center coordinates of the light receiving surface of the image sensor 3004 at the time of design.

図41は、注視方向の他の例を説明する図であり、基本パターンごとに注視方向を変えるための構成を示している。図40の構成と図41の構成の異なるところは、基本パターン4101と基本パターン4102を構成する各同心円状の格子パターンの基準座標の位置である。図41では、これらの基準座標は、基本パターン4101と基本パターン4102の同心円状の格子パターンの中心間距離lが近づく向きに寄せられている。このように同心円状の格子パターンの中心座標を基本パターンごとに変えることによって、それぞれの基本パターンによる撮像の注視方向を変えることができる。画像センサ3005の種類によっては、受光面から出ている配線の配置などの理由によって、隣接する画像センサ3004の受光面の中心座標を近づけられない場合もある。そのような場合にも、基本パターン3002の基準座標の位置を変えることによって、撮像対象に視野Aを合わせることができ、連続した視野Aを得ることができる。 FIG. 41 is a diagram illustrating another example of the gaze direction, and shows a configuration for changing the gaze direction for each basic pattern. The difference between the configuration of FIG. 40 and the configuration of FIG. 41 is the position of the reference coordinates of each concentric grid pattern constituting the basic pattern 4101 and the basic pattern 4102. In FIG. 41, these reference coordinates are aligned in the direction in which the distance l between the centers of the concentric grid patterns of the basic pattern 4101 and the basic pattern 4102 approaches. By changing the center coordinates of the concentric grid patterns for each basic pattern in this way, it is possible to change the gaze direction of imaging by each basic pattern. Depending on the type of the image sensor 3005, the center coordinates of the light receiving surface of the adjacent image sensor 3004 may not be brought close to each other due to reasons such as the arrangement of the wiring protruding from the light receiving surface. Even in such a case, by changing the position of the reference coordinates of the basic pattern 3002, it is possible to adjust the field of view A N in the imaging target, it is possible to obtain a continuous visual field A N.

以上の方法・構成に依れば、基本パターン3002を構成する同心円状の格子パターンの基準座標の設定によって、注視方向を変えることができ、画像センサ3005の配置方法に制約がある場合にも、撮像対象に視野を向けることが可能である。 According to the above method / configuration, the gaze direction can be changed by setting the reference coordinates of the concentric grid patterns constituting the basic pattern 3002, and even when there are restrictions on the arrangement method of the image sensor 3005. It is possible to direct the field of view to the imaging target.

[第4実施形態]
本実施形態では、楕円状の格子パターンを基本パターン3002として用いる撮像について説明する。
[Fourth Embodiment]
In this embodiment, imaging using an elliptical grid pattern as the basic pattern 3002 will be described.

画像センサ3005の受光面は種類によって長方形の場合がある。図42は、長方形の受光面に投影される同心円状の格子パターンの一例を示す図である。図42では、中心から端へ向かうほど縞のピッチが狭くなる同心円状の格子パターンを、基本パターン3002として用いている。この場合、受光面の長辺方向と短辺方向では、投影される円の本数が異なり、長辺方向にはよりピッチの細かな格子パターンが投影されることになる。 The light receiving surface of the image sensor 3005 may be rectangular depending on the type. FIG. 42 is a diagram showing an example of a concentric grid pattern projected on a rectangular light receiving surface. In FIG. 42, a concentric grid pattern in which the pitch of the stripes becomes narrower from the center to the edges is used as the basic pattern 3002. In this case, the number of projected circles differs between the long side direction and the short side direction of the light receiving surface, and a grid pattern having a finer pitch is projected in the long side direction.

第1実施形態で説明したとおり、同心円状の格子パターンのピッチの細かさは係数βにより決定され、現像後の解像度は式(12)のとおりβによって決定される。つまり、現像後の解像度は、受光面に投影されるパターンのピッチの細かさに依存する。よって、図42の投影パターンのように長辺方向と短辺方向のピッチの細かさが一致していない(長辺方向外側のより細かいピッチのパターンが短辺方向には存在しない)場合には、現像後の解像度も一致しないことになる。以上の理由により、長方形の受光面に対して同心円状の格子パターンを用いた場合には、短辺方向の解像度が長辺方向よりも低下するという問題が発生する。 As described in the first embodiment, the fineness of the pitch of the concentric lattice pattern is determined by the coefficient β, and the resolution after development is determined by β as shown in the equation (12). That is, the resolution after development depends on the fineness of the pitch of the pattern projected on the light receiving surface. Therefore, when the fineness of the pitch in the long side direction and the pitch in the short side direction do not match as in the projection pattern of FIG. 42 (the finer pitch pattern on the outside in the long side direction does not exist in the short side direction), , The resolution after development will not match. For the above reasons, when a grid pattern concentric with respect to a rectangular light receiving surface is used, there arises a problem that the resolution in the short side direction is lower than that in the long side direction.

図43は、長方形の受光面に投影される楕円状の格子パターンの一例を示す図である。図43では、中心から端へ向かうほど縞のピッチが狭くなる楕円状の格子パターンを、基本パターン3002として用いている。楕円の長軸方向と短軸方向は、それぞれ長方形の長辺方向と短辺方向に一致するように設定されている。また、楕円の長軸と短軸の長さは、長方形の長辺と短辺のアスペクト比に応じて設定されていてもよいし、そのアスペクト比とは関係なく設定されていてもよい。また、楕円の短軸方向の縞のピッチは、長軸方向の対応する縞のピッチよりも小さくなるように設定されている(すなわち、楕円の短軸方向の縞のピッチの最小値は、長軸方向の対応する縞のピッチの最小値と一致しない)。この場合、図42と比べて、短辺方向に投影される楕円の本数が増え、長辺方向と短辺方向で得られる楕円の本数が揃っている。つまり、楕円状の格子パターンを用いることで、受光面が長方形の画像センサ3005を用いた場合にも、短辺方向の解像度の低下を防ぐことができる。 FIG. 43 is a diagram showing an example of an elliptical grid pattern projected on a rectangular light receiving surface. In FIG. 43, an elliptical grid pattern in which the pitch of the stripes becomes narrower from the center to the edges is used as the basic pattern 3002. The major axis direction and the minor axis direction of the ellipse are set so as to coincide with the long side direction and the short side direction of the rectangle, respectively. Further, the lengths of the long axis and the short axis of the ellipse may be set according to the aspect ratio of the long side and the short side of the rectangle, or may be set regardless of the aspect ratio. Also, the pitch of the stripes in the minor axis of the ellipse is set to be smaller than the pitch of the corresponding stripes in the major axis (that is, the minimum value of the pitch of the stripes in the minor axis of the ellipse is long. Does not match the minimum pitch of the corresponding stripes in the axial direction). In this case, the number of ellipses projected in the short side direction is increased as compared with FIG. 42, and the number of ellipses obtained in the long side direction and the short side direction are the same. That is, by using the elliptical grid pattern, it is possible to prevent a decrease in resolution in the short side direction even when the image sensor 3005 having a rectangular light receiving surface is used.

さらに、中心から端へ向かうほど縞のピッチが狭くなる同心円状の格子パターンにおける入射光の回折は、投影パターンのコントラストを低下させる要因となり、解像度の低下やノイズを引き起こす。回折の影響は、格子パターンの縞のピッチに依存するため、図43の格子パターンを使った場合、長辺方向と短辺方向で回折の影響が異なってしまう。これに対して、短軸方向の縞のピッチと長軸方向の対応する縞のピッチが一致する(すなわち、短軸方向の縞のピッチの最小値と長軸方向の対応する縞のピッチの最小値とが一致する)楕円状の格子パターンを用いて、長方形の受光面に投影される格子パターンの縞のピッチを受光面の長辺方向と短辺方向で揃えることで、長辺方向と短辺方向で回折の影響を一定にすることができる。 Further, the diffraction of the incident light in the concentric lattice pattern in which the pitch of the stripes becomes narrower from the center to the edge causes a factor of lowering the contrast of the projection pattern, which causes a decrease in resolution and noise. Since the effect of diffraction depends on the pitch of the stripes of the lattice pattern, when the lattice pattern of FIG. 43 is used, the effect of diffraction differs between the long side direction and the short side direction. On the other hand, the pitch of the stripes in the minor axis and the pitch of the corresponding stripes in the major axis match (that is, the minimum value of the pitch of the stripes in the minor axis and the minimum pitch of the corresponding stripes in the major axis direction). By using an elliptical grid pattern (which matches the value) and aligning the pitch of the stripes of the grid pattern projected on the rectangular light receiving surface in the long side direction and the short side direction of the light receiving surface, the long side direction and the short side direction are aligned. The effect of diffraction can be made constant in the side direction.

なお、図44は、長方形の受光面に投影される同心円状の格子パターンの他の例を示す図である。図4443では、同心円状の格子パターンを用いて、長辺方向と短辺方向のパターンのピッチを一定にした場合を示している。同心円状の格子パターンを用いることで、長辺方向と短辺方向の回折の影響を一定にすることも可能であるが、その場合は、受光面上にパターンが投影される領域が小さく限られてしまうため、受光面の画素を効率よく使うことができない。一方、楕円状の格子パターンを用いることで、受光面全体の画素を使うことができ、同心円状の格子パターンと同じピッチの縞をサンプリングする点数を増やすことができるので、画質を向上することができる。 Note that FIG. 44 is a diagram showing another example of the concentric grid pattern projected on the rectangular light receiving surface. FIG. 4443 shows a case where the pitch of the pattern in the long side direction and the pattern in the short side direction is made constant by using a concentric grid pattern. By using a concentric grid pattern, it is possible to make the influence of diffraction in the long side direction and the short side direction constant, but in that case, the area where the pattern is projected on the light receiving surface is small and limited. Therefore, the pixels on the light receiving surface cannot be used efficiently. On the other hand, by using the elliptical grid pattern, the pixels of the entire light receiving surface can be used, and the number of points for sampling fringes having the same pitch as the concentric grid pattern can be increased, so that the image quality can be improved. it can.

以上の方法・構成によれば、受光面が長方形の画像センサ3005を用いた場合に、短辺方向の解像度低下を防ぐことが可能となる。 According to the above method and configuration, when the image sensor 3005 having a rectangular light receiving surface is used, it is possible to prevent a decrease in resolution in the short side direction.

[第5実施形態]
本実施形態では、接写が可能な薄型の指静脈認証装置を実現するための構成について説明する。以下、指静脈認証装置の一部を構成する指静脈撮像装置について説明する。
[Fifth Embodiment]
In this embodiment, a configuration for realizing a thin finger vein recognition device capable of close-up photography will be described. Hereinafter, the finger vein imaging device that constitutes a part of the finger vein recognition device will be described.

指静脈認証装置を実現するためには、指静脈撮像装置において認証に必要な画像を得るための視野を確保する必要がある。図45は、複眼の格子パターンを用いた指静脈撮像装置の構成例を示す図である。指静脈撮像装置は、複数の基本パターン4503を含む複眼格子パターン4502が形成された変調器4501と、複数の画像センサ4504と、複数の光源4505とを含む。 In order to realize the finger vein authentication device, it is necessary to secure a field of view for obtaining an image necessary for authentication in the finger vein image pickup device. FIG. 45 is a diagram showing a configuration example of a finger vein imaging device using a compound eye grid pattern. The finger vein imaging device includes a modulator 4501 in which a compound eye grid pattern 4502 including a plurality of basic patterns 4503 is formed, a plurality of image sensors 4504, and a plurality of light sources 4505.

図45は、撮像対象から複眼格子パターン4502までの距離dを2mmとしたとき、連続した視野A=12mm×10mmを得るために必要な構成を示している。各基本パターン4503は、中心間距離qc=7.5mmとqr=5.0mmの間隔を空けて、2×2個配置してあり、各画像センサ4504も、各基本パターン4503の数及び配置に対応して2×2個配置してある。 FIG. 45 shows a configuration required to obtain a continuous field of view AN = 12 mm × 10 mm when the distance d from the imaging target to the compound eye grid pattern 4502 is 2 mm. Each basic pattern 4503 is arranged in 2 × 2 with an interval of center-to-center distance qc = 7.5 mm and qr = 5.0 mm, and each image sensor 4504 is also arranged in the number and arrangement of each basic pattern 4503. Correspondingly, 2 × 2 are arranged.

ここで、d=2mmとし、各画像センサ4504のCRA特性から求められる画角θをθ=50°とした場合、N=2、qc=7.5mmとqr=5.0mmから、式(30)より、A=12mm×10mmとなり、目的の視野が得られることが判る。 Here, when d = 2 mm and the angle of view θ i obtained from the CRA characteristics of each image sensor 4504 is θ i = 50 °, the formula is based on N = 2, qc = 7.5 mm and qr = 5.0 mm. (30) than it can be seen that a N = 12mm × 10mm, and the visual field of the object is obtained.

また、図45の構成では、画像センサ4504の受光面が長方形であるため、基本パターン4503を構成するパターンを楕円状の格子パターンとすることで、第4実施形態で説明したように、現像画像の短辺方向で解像度が低下することを防ぐことが出来る。 Further, in the configuration of FIG. 45, since the light receiving surface of the image sensor 4504 is rectangular, the pattern constituting the basic pattern 4503 is an elliptical lattice pattern, and as described in the fourth embodiment, the developed image. It is possible to prevent the resolution from decreasing in the direction of the short side of.

また、光源4505には、近赤外光光源を用いることができる。図45では、光源4505が撮像対象となる指を下側から照射する構成としている。もちろん、光源4505を指の上側に配置し、指を透過する光を画像センサ4504で取得する構成としてもよい。 Further, a near infrared light source can be used as the light source 4505. In FIG. 45, the light source 4505 irradiates the finger to be imaged from below. Of course, the light source 4505 may be arranged above the finger, and the light transmitted through the finger may be acquired by the image sensor 4504.

また、第1実施形態で説明した時分割フリンジスキャンを行うためには、変調器4501を図24のような液晶表示素子で構成すればよい。図46は、変調器4501としての液晶表示素子の構成例を示す断面図である。液晶表示素子は、主に、液晶層4601、液晶層4601の上側と下側に配置される2枚の偏光板4602、及び液晶層4601を挟むように配置される2枚のガラス基板4603からなる。一般的な液晶ディスプレイなどに用いる偏光板は、可視光に対応したものが使用されるが、変調器4501に用いる偏光板4602は、光源4505の波長に対応したものを使用する必要がある。2枚の偏光板4602は、光源4505の波長の光の偏光方向に応じて透過と吸収の特性を有する。 Further, in order to perform the time division fringe scan described in the first embodiment, the modulator 4501 may be configured by the liquid crystal display element as shown in FIG. 24. FIG. 46 is a cross-sectional view showing a configuration example of a liquid crystal display element as the modulator 4501. The liquid crystal display element is mainly composed of a liquid crystal layer 4601, two polarizing plates 4602 arranged on the upper side and a lower side of the liquid crystal layer 4601, and two glass substrates 4603 arranged so as to sandwich the liquid crystal layer 4601. .. As the polarizing plate used for a general liquid crystal display or the like, a polarizing plate corresponding to visible light is used, but as the polarizing plate 4602 used for the modulator 4501, it is necessary to use a polarizing plate corresponding to the wavelength of the light source 4505. The two polarizing plates 4602 have transmission and absorption characteristics depending on the polarization direction of the light having the wavelength of the light source 4505.

また、図47は、単眼の格子パターンを用いた指静脈撮像装置の構成例を示す図である。図45では複眼格子パターン4502を用いた構成について説明したが、単眼の格子パターン4702と画像センサ4703を用いて指静脈撮像装置してもよい。その際には、被写体から格子パターン4702までの距離dを大きく設定し、式(26)、式(28)あるいは式(29)で決まる視野を拡大することで、認証に必要な画像を得るための視野を確保することが出来る。なお、画像センサ4703は、図45のように複数の画像センサを配列して構成してもよい。 Further, FIG. 47 is a diagram showing a configuration example of a finger vein imaging device using a monocular lattice pattern. Although the configuration using the compound eye grid pattern 4502 has been described with reference to FIG. 45, a finger vein imaging device may be used by using the monocular grid pattern 4702 and the image sensor 4703. In that case, in order to obtain the image required for authentication by setting a large distance d from the subject to the grid pattern 4702 and expanding the field of view determined by the equation (26), the equation (28) or the equation (29). The field of view can be secured. The image sensor 4703 may be configured by arranging a plurality of image sensors as shown in FIG. 45.

以上の構成によれば、接写においても指静脈認証装置に必要な視野を確保し、かつ薄型の指静脈認証装置を実現することが可能になる。 According to the above configuration, it is possible to secure the field of view required for the finger vein recognition device even in close-up photography and to realize a thin finger vein recognition device.

以上、本発明について複数の実施形態を用いて説明した。もちろん、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 The present invention has been described above using a plurality of embodiments. Of course, the present invention is not limited to the above embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.

また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体に置くことができる。 Further, each of the above configurations, functions, processing units, processing means and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD (Digital Versaille Disc). Can be placed.

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 In addition, the control lines and information lines indicate those that are considered necessary for explanation, and do not necessarily indicate all the control lines and information lines in the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected.

本発明は、撮像装置、及び撮像方法に限られず、撮像システム、現像方法、コンピュータ読み取り可能なプログラム、画像処理回路、指静脈認証装置、指静脈撮像装置、指静脈認証方法などの様々な態様で提供できる。 The present invention is not limited to the imaging device and the imaging method, but may be in various aspects such as an imaging system, a developing method, a computer-readable program, an image processing circuit, a finger vein authentication device, a finger vein imaging device, and a finger vein authentication method. Can be provided.

101…撮像装置、102…変調器、102a…格子基板、102b…支持部材、103…画像センサ、103a…画素、104…第1の格子パターン、105…第2の格子パターン、106…画像処理部、107…画像表示部、401…被写体、1201…シリンドリカルレンズ、1301…格子センサ一体基板、1401…点、1402…投影像、1601…点、1602…投影像、1901…変調器、1902…画像処理部、1903…強度変調部、2201…変調器、2203…画像処理部、2202…変調器制御部、2601…変調器、2602…画像分割部、2901…点、2902…点、2903…点、3001…変調器、3002…基本パターン、3003…複眼格子パターン、3004…画像センサ、3005…画像センサ、3006…画像処理部、3007…画像合成部、3401…出力画像、3402…出力画像、3501…領域、3701…受光面、3901…画像センサ、3902…基本パターン、3903…画像センサ、4001…基本パターン、4002…基本パターン、4101…基本パターン、4102…基本パターン、4501…変調器、4502…複眼格子パターン、4503…基本パターン、4504…画像センサ、4505…光源、4601…液晶層、4602…偏光板、4603…ガラス基板、4702…格子パターン、4703…画像センサ 101 ... Imaging device, 102 ... Modulator, 102a ... Lattice substrate, 102b ... Support member, 103 ... Image sensor, 103a ... Pixel, 104 ... First lattice pattern, 105 ... Second lattice pattern, 106 ... Image processing unit , 107 ... Image display unit, 401 ... Subject, 1201 ... Cylindrical lens, 1301 ... Lattice sensor integrated substrate, 1401 ... Point, 1402 ... Projected image, 1601 ... Point, 1602 ... Projected image, 1901 ... Modulator, 1902 ... Image processing Unit, 1903 ... Intensity modulator, 2201 ... Modulator, 2203 ... Image processing unit, 2202 ... Modulator control unit, 2601 ... Modulator, 2602 ... Image division unit, 2901 ... Point, 2902 ... Point, 2903 ... Point, 3001 ... Modulator, 3002 ... Basic pattern, 3003 ... Compound eye grid pattern, 3004 ... Image sensor, 3005 ... Image sensor, 3006 ... Image processing unit, 3007 ... Image compositing unit, 3401 ... Output image, 3402 ... Output image, 3501 ... Area , 3701 ... light receiving surface, 3901 ... image sensor, 3902 ... basic pattern, 3903 ... image sensor, 4001 ... basic pattern, 4002 ... basic pattern, 4101 ... basic pattern, 4102 ... basic pattern, 4501 ... modulator, 4502 ... compound eye lattice Pattern, 4503 ... Basic pattern, 4504 ... Image sensor, 4505 ... Light source, 4601 ... Liquid crystal layer, 4602 ... Plate plate, 4603 ... Glass substrate, 4702 ... Lattice pattern, 4703 ... Image sensor

Claims (8)

複数の基本格子パターンを有する複眼格子パターンを用いて光の強度を変調する変調器と、
前記変調器を透過した光を画像データに変換して出力する複数の画像センサと、
前記複数の画像センサから出力される複数の画像データの画像処理を行う画像処理部と、
を具備し、
前記基本格子パターンと前記画像センサとが一対一に対応する複数の基本ユニットにより構成されており、
前記複数の基本ユニットは、それぞれ異なる視野を有する、
ことを特徴とする撮像装置。
A modulator that modulates the light intensity using a compound eye grid pattern with multiple basic grid patterns,
A plurality of image sensors that convert the light transmitted through the modulator into image data and output it,
An image processing unit that performs image processing of a plurality of image data output from the plurality of image sensors, and an image processing unit.
Equipped with
The basic grid pattern and the image sensor are composed of a plurality of basic units having a one-to-one correspondence.
The plurality of basic units have different fields of view.
An imaging device characterized by this.
請求項に記載の撮像装置であって、
前記基本格子パターンを構成する同心円状のパターンの基準座標と、前記画像センサの中心座標とによって注視方向を設定可能である、
ことを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1.
The gaze direction can be set by the reference coordinates of the concentric patterns constituting the basic lattice pattern and the center coordinates of the image sensor.
An imaging device characterized by this.
複数の基本格子パターンを有する複眼格子パターンを用いて光の強度を変調する変調器と、
前記変調器を透過した光を画像データに変換して出力する複数の画像センサと、
前記複数の画像センサから出力される複数の画像データの画像処理を行う画像処理部と、
を具備し、
前記複数の画像センサのそれぞれの大きさは、前記複眼格子パターンから前記画像センサまでの距離と、前記画像センサの個数と、撮像対象物からの光の散乱角または前記画像センサの入射光強度の角度依存性により決定される画角とに基づいて決定される、
ことを特徴とする撮像装置。
A modulator that modulates the light intensity using a compound eye grid pattern with multiple basic grid patterns,
A plurality of image sensors that convert the light transmitted through the modulator into image data and output it,
An image processing unit that performs image processing of a plurality of image data output from the plurality of image sensors, and an image processing unit.
Equipped with
The size of each of the plurality of image sensors is the distance from the compound eye lattice pattern to the image sensor, the number of the image sensors, the scattering angle of light from the image pickup object, or the incident light intensity of the image sensor. Determined based on the angle of view determined by the angle dependence,
An imaging device characterized by this.
請求項3に記載の撮像装置であって、
前記基本格子パターンの数と前記撮像対象物からの光の散乱角または前記画像センサの入射光強度の角度依存性により決定される画角と、前記撮像対象物から前記複眼格子パターンまでの距離とに基づいて視野が決定される、
ことを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 3.
The angle of view determined by the number of basic lattice patterns, the scattering angle of light from the imaging object, or the angle dependence of the incident light intensity of the image sensor, and the distance from the imaging object to the compound eye lattice pattern. The field of view is determined based on
An imaging device characterized by this.
複数の基本格子パターンを有する複眼格子パターンを用いて光の強度を変調する変調器と、
前記変調器を透過した光を画像データに変換して出力する複数の画像センサと、
前記複数の画像センサから出力される複数の画像データの画像処理を行う画像処理部と、
を具備し、
前記基本格子パターンは、複数の楕円状のパターンから構成され、
前記複数の楕円状のパターンは、長軸方向と短軸方向で前記複数の楕円状のパターン間の最小ピッチが同じである、
ことを特徴とする撮像装置。
A modulator that modulates the light intensity using a compound eye grid pattern with multiple basic grid patterns,
A plurality of image sensors that convert the light transmitted through the modulator into image data and output it,
An image processing unit that performs image processing of a plurality of image data output from the plurality of image sensors, and an image processing unit.
Equipped with
The basic lattice pattern is composed of a plurality of elliptical patterns.
The plurality of elliptical patterns have the same minimum pitch between the plurality of elliptical patterns in the major axis direction and the minor axis direction.
An imaging device characterized by this.
複数の基本格子パターンを有する複眼格子パターンを用いて光の強度を変調する変調器と、
前記変調器を透過した光を画像データに変換して出力する複数の画像センサと、
前記複数の画像センサから出力される複数の画像データの画像処理を行う画像処理部と、
を具備し、
前記基本格子パターンは、複数の楕円状のパターンから構成され、
前記複数の楕円状のパターンの長軸と短軸の長さは、前記画像センサの受光面のアスペクト比に応じて決定される、
ことを特徴とする撮像装置。
A modulator that modulates the light intensity using a compound eye grid pattern with multiple basic grid patterns,
A plurality of image sensors that convert the light transmitted through the modulator into image data and output it,
An image processing unit that performs image processing of a plurality of image data output from the plurality of image sensors, and an image processing unit.
Equipped with
The basic lattice pattern is composed of a plurality of elliptical patterns.
The lengths of the major axis and the minor axis of the plurality of elliptical patterns are determined according to the aspect ratio of the light receiving surface of the image sensor.
An imaging device characterized by this.
請求項1に記載の撮像装置であって、
撮像対象物に近赤外光を照射する光源を具備し、
前記画像センサは前記光源が照射する前記近赤外光に受光感度がある
ことを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1.
It is equipped with a light source that irradiates the object to be imaged with near-infrared light.
The image sensor is an image pickup apparatus characterized in that the near-infrared light emitted by the light source has a light receiving sensitivity.
請求項に記載の撮像装置であって、
前記変調器は液晶表示素子であり、
前記撮像対象物と液晶層の間の第1の偏光板と、前記液晶層と前記画像センサの間の第2の偏光板とを具備し、
前記第1の偏光板と前記第2の偏光板は、前記光源の波長に対して透過と吸収の特性を有する、
ことを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 7.
The modulator is a liquid crystal display element.
A first polarizing plate between the image pickup object and the liquid crystal layer and a second polarizing plate between the liquid crystal layer and the image sensor are provided.
The first polarizing plate and the second polarizing plate have transmission and absorption characteristics with respect to the wavelength of the light source.
An imaging device characterized by this.
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