JP6646619B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
<式1>
と表せる。
<式2>
のような干渉縞の強度分布が得られる。これは、
<式3>
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、
<式4>
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。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。
<式5>
のような強度分布が得られる。
ここで、式5から鋭いピークを持つ成分のみを
<式6>
のように取り出すと、そのフーリエスペクトルは、
<式7>
のようになる。ここで、Fはフーリエ変換の演算を表し、u、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。
<式8>
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
<式9>
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、
<式10>
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、
<式11>
とするのが妥当である。
<式14>
に相当すると考えることができる。
<式15>
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。
<式16>
のように表せる。この条件下であれば、無限遠の物体に対して本発明の撮像装置で撮像が可能である。
<式17>
のように算出できる。
<式18>
のように表せる。ここで、三角関数の直交性を利用し、
<式19>
のように式18をΦF、ΦB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。
<式20>
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。
<式21>
となる(ΦF=ΦB=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、
<式22>
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。
<式23>
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、
<式24>
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。
<式25>
となる。fは点2801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、近接撮影時には第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28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。
<式26>
となる。
<式28>
の直径をもつ範囲に散乱光が入射する。この範囲の情報が基本パターン3101の視野角θsの範囲の撮像に寄与する。
<式29>
となる。
なお、実施例1乃至実施例3では、第1の複眼格子パターンを構成する基本パターンを、隣接するもの同士が重ならないように配置していたが、本実施例では隣接する基本パターンが重なり合っていても良い。
<式30>
となる。
<式31>
のサイズがあれば、視野Am内の情報を正しく撮像することが可能となる。
Claims (7)
- 第1の複眼格子パターンを有し、前記第1の複眼格子パターンを透過させることで光の
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画像センサと、
前記画像センサから出力される画像データを用いて像を復元する画像処理を行う画像処
理部と、
を備え、
前記第1の複眼格子パターンは、複数の基本パターンを含んで構成され、
それぞれの前記基本パターンは、同心円状であり、
前記同心円の中心間の距離は複数の前記基本パターンの合成視野に隙間が生じないように決定されていることを特徴とする撮像装置。 - 第1の複眼格子パターンを有し、前記第1の複眼格子パターンを透過させることで光の
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前記第1の複眼格子パターンは、複数の基本パターンを含んで構成され、
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前記画像センサのサイズは、前記同心円の中心間の距離と、複数の前記基本パターンにより撮像できる視野角に基づいて決定されていることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1または請求項2に記載の撮像装置であって、
前記基本パターンにおける前記同心円は、同心円の中心となる基準座標に対して同心円
のピッチが前記基準座標からの距離に反比例して細かくなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1または請求項2に記載の撮像装置であって、
前記画像処理部は、前記画像データを、同心円から構成される第2の複眼格子パターン
を示すデータを用いて変調することでモアレ縞画像を生成することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1または請求項2に記載の撮像装置であって、
前記画像処理部は、前記画像データを、同心円から構成される第2の複眼格子パターン
を示すデータを用いて変調することでモアレ縞画像を生成し、前記モアレ縞画像をフーリ
エ変換して周波数スペクトルを算出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置であって、
前記同心円の中心間の距離は、前記変調器から撮像対象物までの距離および該撮像対象物からの光の散乱角に基づき決定されていることを特徴とする撮像装置。 - 請求項2に記載の撮像装置であって、
前記画像センサのサイズは、前記同心円の中心間の距離と、撮像対象物からの光の散乱角に基づいて決定されていることを特徴とする撮像装置。
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