JP2010187214A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置が、撮像手段と、前記撮像手段が有する撮像面の被写体側に配置される撮像用レンズと、前記撮像用レンズの被写体側に配置され複数のレンズが規則的に配置されたレンズアレイ手段と、前記レンズアレイ手段の被写体側に配置され前記レンズアレイ手段側に調整用パターンが形成された調整用パターン板と、前記撮像手段と前記撮像用レンズと前記レンズアレイ手段と前記調整用パターン板の配置を変更させる姿勢変更手段と、前記撮像手段が出力する撮像画像に基づき前記姿勢変更手段を制御する制御部とを具備する。
【選択図】図1
Description
要するに、特許文献1に記載の方法では、調整用パターンを用いて撮像レンズの光軸方向に固体撮像素子を移動させながら測定出力を得て、この測定出力から固体撮像素子のあおり量を算出している。
要するに、特許文献2に記載の方法では、調整用パターンを描いた立体構造部を有する解像度チャートを撮像し、撮像画像のコントラスト積算値からマスクレンズの焦点位置を求め、この焦点位置から固体撮像素子の位置を算出して、固体撮像素子の位置決めを行なっている。
ここで、姿勢変更手段が(前記撮像手段と前記撮像用レンズと前記レンズアレイ手段と前記調整用パターン板のうちの少なくともいずれかの)配置を変更させるとは、これらいずれかを、水平方向あるいは垂直方向に移動させる、奥行き方向に移動させる、あおり角を変更する、回転角を変更するといった姿勢変更である。
本発明の一態様では、姿勢変更手段は、調整用パターン板、レンズアレイおよび撮像手段(固体撮像素子)それぞれの、水平方向の移動、垂直方向の移動、あおり、回転、奥行きを変更する。また、姿勢変更手段は、撮像用レンズの、水平方向の移動、垂直方向の移動、あおり、奥行きを変更する。また、調整用パターン板、撮像用レンズおよび撮像手段の内、どれか1つを固定し、それに合うように他の装置を調整することで、固定対象の装置の姿勢変更手段を用意しなくても良い。
これによれば、レンズアレイ手段を通して調整用パターン板に描かれるパターンの画像を撮像手段で取得し、取得した画像を基に制御部が調整用パターンと固体撮像素子の配置のずれ量を計算することで、そのずれ量を補正するように制御部が姿勢変更手段に制御信号を出力し配置・位置を調整することができる。つまり、調整用パターン板を取り除いてから、その調整用パターンが配置されていた位置にレンズアレイ手段を再配置する必要がないため、レンズアレイと固体撮像素子を然るべき位置で精度良く正対させることができる。
ここでレンズアレイ手段に配置されたGRINレンズは、主点をGRINレンズの外側に有する。なお、調整用パターン板をGRINレンズによって構成されるレンズアレイの被写体側の主点位置に配置する。
ここで、GRINレンズアレイの撮像素子側の主点位置から撮像用レンズまでの距離をL1とし、撮像用レンズから撮像手段(固体撮像素子)までの距離をL2とし、撮像用レンズの焦点距離をfとしたとき、1/L1+1/L2=1/fの関係を満たすように撮像用レンズおよび固体撮像素子を配置することで、調整用パターンの等倍結像画像を撮像手段で取得することができる。
ここで、本発明の一態様では、被写体側から順に、調整用パターン板、第1のレンズアレイ、第2のレンズアレイ、撮像用レンズ、固体撮像素子の順に配置する。また、調整用パターン板を、第1のレンズアレイより被写体側であって、第1のレンズアレイから焦点距離の2倍の位置に配置する。また、第2のレンズアレイを、第1のレンズアレイより撮像素子側であって、第1のレンズアレイからその焦点距離の4倍の位置に配置する。
ここで姿勢変更手段は、拡散板のあおり、奥行き方向の位置の少なくともいずれかを変更させる。
拡散板は、レンズアレイ手段を構成する各要素レンズの隙間を目立たなくする作用を有する。
複数の撮像素子の間で画素同士をずらすように配置することにより、これら複数の撮像素子で取得された画像を合成し、より高精細の画像を撮像することができる。
これにより、撮像手段等の中心点の調整(水平方向および垂直方向の調整を含む)が可能となる。
これにより、調整用パターン、レンズアレイ手段、撮像用レンズ、撮像手段のあおりの調整が可能となる。
また、この構成において奥行きの調整を行なう。調整用パターンが解像度チャートを含んでいる場合には、制御部は、取得された画像の信号に基づいて各点の鮮鋭度を測定し、各点の鮮鋭度が最大になるように制御信号を出力する。また、調整用パターンがエッジのパターンを含んでいる場合には、制御部は、取得された画像の信号に基づいて各点のエッジ部分の画像の微分を行ない、各点のエッジ部分の微分値(微分値の極大値または極小値)の絶対値が最大になるように制御信号を出力する。姿勢変更手段は、この制御信号に基づき、レンズアレイ手段等の奥行き方向の配置を変更する。
これにより、調整用パターン、レンズアレイ手段、撮像用レンズ、撮像手段のあおりの調整が可能となる。
これにより、調整用パターン、レンズアレイ手段、撮像用レンズ、撮像手段のあおりの調整が可能となる。
これにより、調整用パターン、レンズアレイ手段、撮像手段の回転の調整が可能となる。
これにより、レンズアレイ手段において規則的に配置されたレンズの隙間が軽減された画像が取得される。これにより、撮像手段等の、水平方向および垂直方向の位置と、あおりと、回転の調整(つまり奥行き以外の調整)を行なえる。
図1は、第1の実施形態による撮像装置の要部全体構成を示す概略図である。図示するように、この撮像装置は、被写体側から順に、調整用パターン板10と、GRIN(GRaded INdex,屈曲率勾配)レンズアレイ20(レンズアレイ手段)と、撮像用レンズ30と、固体撮像素子40とが配置された状態で構成される。なお、図中の一点鎖線は、光路の中心軸(光軸)を示す。
なお、GRINレンズアレイ20を構成する要素レンズとしては次のようなGRINレンズを用いる。即ち、GRINレンズの長さをZとし、同GRINレンズの蛇行周期長をPとしたとき、P/2<Z<Pの関係を満たすようにする。これにより、GRINレンズアレイ20は、レンズの外側に主点を持つ。
また、GRINレンズの長さZは、上記不等式で表わす範囲の中でも、特に、Z=3P/4とすることが好適である。Z=3P/4としたときには、GRINレンズアレイ20の被写体側の無限遠に焦点を持つとともに、GRINレンズアレイ20の撮像素子側の端面に結像することで、アレイ上で隣り合うGRINレンズ間でのクロストークを防ぐことができる。
即ち、姿勢変更装置15,25,45は、調整用パターン板10、GRINレンズアレイ20及び固体撮像素子40それぞれの、水平方向及び垂直方向の移動(これらは、光軸と垂直な方向の平行移動)と、あおり、回転(光軸方向を中心とする回転)、奥行き(光軸方向の移動)を変更することができる。
また、姿勢変更装置35は、撮像用レンズ30の、水平方向及び垂直方向の移動と、あおりと、奥行きを変更することができる。
また、調整用パターン板、撮像用レンズおよび撮像手段の内、どれか1つを固定し、それに合うように他の装置を調整することで、固定対象の装置の姿勢変更手段を用意しなくてもよく、上記では、全ての姿勢変更装置を含んだ場合を示している。
これらの姿勢変更装置15,25,35,45によって、当該撮像装置の光学系における固体撮像素子等の位置調整を行なえる。なお、調整用パターン板10をGRINレンズアレイ20の被写体側の主点位置に配置する。
条件1 調整用パターンの中心位置と固体撮像素子の中心位置を一致させることが可能である。
条件2 固体撮像素子のあおりを調整することが可能である。
条件3 固体撮像素子の奥行きを調整することが可能である。
条件4 固体撮像素子の回転を調整することが可能である。
また或いは、上記の条件2を満たし、尚且つLx=LYを満たすような調整用パターンである場合、点P1〜P4の近傍に解像度チャートを有する調整用パターンを用いれば、点P1〜P4それぞれの近傍における解像度チャートの鮮鋭度が全て等しくなるように固体撮像素子のあおり角を調整することにより、固体撮像素子のあおりを取り除くことができる。
上記のような解像度チャートを有する調整用パターンを用いた場合には、撮像された画像の鮮鋭度が最大になるように、奥行き方向に固体撮像素子の姿勢変更を行なう制御をすれば、奥行き方向の位置の調整が行なえる。
上述した調整用パターンの中心点を通り且つ既知の傾きを持つ直線を示すパターンとは、例えばその直線そのものが描かれているパターンでも良く、またその直線が通る2点以上が描かれているパターンでも良い。後者の具体例は、調整用パターンの中心点から、水平方向や垂直方向またはその他の既知の傾きの方向に等しい距離だけ離れた2つの位置に、それら2つの位置を検出することが可能な所定のパターンを示すものである。固体撮像素子によって撮像された画像においてこれら2つの位置を結ぶ直線が、本来の既知の傾きの直線となす交差角度を算出することにより、XY平面内の傾きを求めることができる。
また、点CPおよびP1〜P4のそれぞれのいずれからも距離rを超える点(x,y)における階調度の値は、下の式(2)で表わされる。
また、図示したものと白黒逆転したパターンを調整用パターンとして用いても良い。
図6に示した調整用パターンは、前述した条件の1〜4を全て満たしている。奥行き調整が必要な場合には、条件3を満たしているこのような調整用パターンを使用することができる。
まず、ステップS11において、制御部90からの制御信号に基づいて姿勢変更装置15と25と35と45を動作させることにより、GRINレンズアレイ20を外し、調整用パターン板10と撮像用レンズ30と固体撮像素子40とを略正対させる。
そして、ステップS18において、実際にインテグラル立体画像を撮像するときには、調整用パターン板10を外し、撮像用レンズ30のフォーカスをGRINレンズアレイ20の撮像素子側端面に調整する。これにより、予めGRINレンズアレイ20を配置した状態で、固体撮像素子40を撮像光学系における然るべき所定位置に高精度で配置することができる。
次に、第2の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通の事項については記載を省略する。
図8は、第2の実施形態による撮像装置の要部全体構成を示す概略図である。図示するように、この撮像装置における調整用パターン板10とGRINレンズアレイ20と撮像用レンズ30は、第1の実施形態のそれらと同様である。また、この撮像装置における姿勢変更装置15と25と35も、第1の実施形態のそれらと同様である。なお、調整用パターン板10は、GRINレンズアレイ20の被写体側の主点位置に配置される。
本実施形態の構成の特徴としては、撮像用レンズ30の撮像素子側にプリズム50(分光手段)が設けられている。撮像用レンズ30から出射される光は、このプリズム50によって分光され、分光されたそれぞれの光線を、固体撮像素子40aと40bが撮像するように配置されている。なお、姿勢変更装置45aおよび45bは、それぞれ、固体撮像素子40aおよび40bの、水平方向の位置、垂直方向の位置、あおり(水平軸成分のあおりと、垂直軸成分のあおり)、回転、奥行きを変更するものである。姿勢変更装置45aと45bは、電動モーター等によって或いは人の手によって駆動される。
ステップS21からS28までは、それぞれ第1の実施形態でのステップS11からS18までに相当する。これらステップS21からS28までの一連の手順によって、制御部90は、固体撮像素子40aおよび40bで撮像される画像を取り込むとともに、姿勢変更装置15と25と35と45aと45bとに対して適宜制御信号を送ることによって、第1の実施形態において説明したのと同様の方法を用いて、調整用パターン板10とGRINレンズアレイ20と撮像用レンズ30と固体撮像素子40aおよび40bとを、撮像光学系における然るべき所定位置に高い精度で配置するよう調整する。
次に、第3の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通の事項については記載を省略する。
図10は、第3の実施形態による撮像装置の要部全体構成を示す概略図である。図示するように、この撮像装置は、被写体側から順に、調整用パターン板10と、GRINレンズアレイ20と、撮像用レンズ30と、固体撮像素子40とが配置された状態で構成される。GRINレンズアレイ20は、外側に主点を持つGRINレンズを要素レンズとして構成されている。なお、図中の一点鎖線は、光路の中心軸を示す。これら調整用パターン板10と、GRINレンズアレイ20と、撮像用レンズ30と、固体撮像素子40の機能と作用自体は第1の実施形態におけるそれらと同様である。本実施形態の構成上の特徴は、固体撮像素子40と撮像用レンズ30とが一体となって一つの筐体内に設置され、カメラ70として構成されている点である。
制御部90が姿勢変更装置15,25,45を制御することにより、それぞれ、調整用パターン板10、GRINレンズアレイ20、カメラ70の、水平方向および垂直方向の位置、あおり、回転、奥行きを調整することができる。
まずステップS101において、制御部90からの制御信号により姿勢変更装置25を動作させ、GRINレンズアレイ20を外す。そして、調整用パターン板10と、カメラ70内の撮像用レンズ30および固体撮像素子40とが、略正対するように配置させる。
このステップにおいては、カメラ70のフォーカスを等倍結像位置から少しずらした位置に合わせて中心位置の調整を行なう。なお、このときの中心位置の調整は姿勢変更装置25を用いてGRINレンズアレイ20を動かすことのみによって行ない、調整用パターン板10や固体撮像素子40を動かさない。そして、あおり調整および回転調整を行う。このときも、姿勢変更装置25を用いてGRINレンズアレイ20を動かすことのみによって行なう。そして、最後に、姿勢変更装置25および45を用いて奥行き調整を行ない、カメラ70が等倍結像設定に配置されるように調整する。
なお、中心位置、あおり、回転、奥行きの調整用パターンを用いた調整の方法自体は、第1の実施形態において説明したものと同様である。
次に、第4の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通の事項については記載を省略する。
図12は、第4の実施形態による撮像装置の要部全体構成を示す概略図である。図示するように、この撮像装置は、被写体側から順に、調整用パターン板10と、凸レンズアレイ21a(レンズアレイ手段、第1のレンズアレイ)と、凸レンズアレイ21b(レンズアレイ手段、第2のレンズアレイ)と、撮像用レンズ30と、固体撮像素子40とが配置された状態で構成される。なお、図中の一点鎖線は、光路の中心軸を示す。これらのうち、調整用パターン板10と、撮像用レンズ30と、固体撮像素子40とは前の実施形態と同様である。但し、本実施形態では、撮像用レンズ30と固体撮像素子40を含んで一つの筐体に収めた状態で、カメラ70が構成されている。調整用パターン板10と凸レンズアレイ21aおよび21bとは、カメラ70の筐体の外側に設けられている。
なお、撮像用レンズ30は、カメラ70の所定の位置に予め固定して設けられているため、本実施形態では、撮像用レンズに対する姿勢変更装置は存在しない。
なお、凸レンズアレイ21aの撮像素子側であって凸レンズアレイ21aから焦点距離fAの2倍の位置に、更に、同じ焦点距離fAを持つ新たな凸レンズアレイを配置するようにしても良い。
なお、上で述べたように、凸レンズアレイ21aの撮像素子側であって凸レンズアレイ21aから焦点距離fAの2倍の位置に、更に、同じ焦点距離fAを持つ新たな凸レンズアレイを配置する場合には、その新たな凸レンズアレイの要素レンズ数も同一であり、それらの各要素レンズの中心位置は、凸レンズアレイ21aおよび21b内のそれぞれ対応する要素レンズの中心位置と一致するように調整する必要がある。
まず、ステップS131において、制御部90の制御によって、凸レンズアレイ21aおよび21bを外し、固体撮像素子40(カメラ70内)と、撮像用レンズ30(カメラ70内)と、調整用パターン板10とが、略正対するように配置させる。
ここまでの手順により、GRINレンズアレイを用いた場合と同様に、凸レンズアレイを用いる場合においても、位置調整をすることができる。
次に、第5の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通の事項については記載を省略する。
図14は、第5の実施形態による撮像装置の要部構成を示す概略図である。
図示するように、この撮像装置は、GRINレンズアレイ20の撮像素子側主点位置に拡散板60を設けている。図示する構成のうち、拡散板以外の部分については、第1の実施形態と同様の構成である。
あるいは、第2又は第3の実施形態の構成において、同様にGRINレンズアレイ20の撮像素子側主点位置に、拡散板60を設けるようにしても良い。
また、第4の実施形態の構成において、凸レンズアレイ21b(撮像素子側の凸レンズアレイ)の撮像素子側であって凸レンズアレイ21bから前記焦点距離fAの2倍の位置に、拡散板60を設けるようにしても良い。
20 GRINレンズアレイ(レンズアレイ手段)
21a,21b 凸レンズアレイ(レンズアレイ手段)
30 撮像用レンズ
40,40a,40b 固体撮像素子(撮像手段)
50 プリズム(分光手段)
60 拡散板
70 カメラ
15,25,26a,26b,35,45,45a,45b 姿勢変更装置(姿勢変更手段)
65 姿勢変更装置(姿勢変更手段)
90 制御部
Claims (6)
- 撮像手段と、
前記撮像手段が有する撮像面の被写体側に配置される撮像用レンズと、
前記撮像用レンズの被写体側に配置され複数のレンズが規則的に配置されたレンズアレイ手段と、
前記レンズアレイ手段の被写体側に配置され前記レンズアレイ手段側に調整用パターンが形成された調整用パターン板と、
前記撮像手段と前記撮像用レンズと前記レンズアレイ手段と前記調整用パターン板の配置を変更させる姿勢変更手段と、
前記撮像手段が出力する撮像画像に基づき前記姿勢変更手段を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。 - 前記レンズアレイ手段は、複数のGRINレンズを規則的に配置したレンズアレイであることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記レンズアレイ手段は、第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイで構成され、前記第1のレンズアレイおよび前記第2のレンズアレイはそれぞれ複数の凸レンズを規則的に配置したものであることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記レンズアレイ手段の撮像素子側の結像位置に拡散板を更に備え、
前記姿勢変更手段は、さらに前記拡散板の配置を変更させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記撮像用レンズの出射光を分光する分光手段を更に備え、
前記撮像手段は、前記分光手段によって分光されたそれぞれの光線による像を撮像する複数の撮像素子で構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、第1の過程で前記レンズアレイ手段を外した状態で前記調整用パターン板と前記撮像手段との間の配置を調整する制御を行ない、第2の過程で光路上の前記調整用パターン板と前記撮像用レンズとの間に前記レンズアレイ手段を配置させた状態で前記レンズアレイ手段の配置を調整する制御を行なう、
ことを特徴とする請求項1から5までのいずれかに記載の撮像装置。
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