JP2021165781A - 光学ローパスフィルタ、撮像装置、撮像システム及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】複屈折板の光学軸の角度を最適化することで、少数の複屈折素子を用いて、比較的に高い性能の光学ローパスフィルタを実現する。
【解決手段】光学ローパスフィルタは、入射光線を複数の出射光線に分離する。光学ローパスフィルタは、第１の複屈折部材と、第２の複屈折部材と、第３の複屈折部材とを備える。予め定められた基準面への第２の複屈折板の光学軸の正射影を基軸として、基準面への第１の複屈折板の光学軸の正射影と基軸とが成す角度がΦである。基準面への第３の複屈折板の光学軸の正射影と基軸とが成す角度が略−Φである。
【選択図】図１０

Description

本発明は、光学ローパスフィルタ、撮像装置、撮像システム及び移動体に関する。

特許文献１には、４枚の複屈折板を用いた光学ローパスフィルタが記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１８−４９１３号公報

本発明の一態様に係る光学ローパスフィルタは、入射光線を複数の出射光線に分離する。光学ローパスフィルタは、第１の複屈折素子と、第２の複屈折素子と、第３の複屈折素子とを備える。予め定められた基準面への第２の複屈折素子の光学軸の正射影を基軸として、基準面への第１の複屈折素子の光学軸の正射影と基軸とが成す角度がΦであり、基準面への第３の複屈折素子の光学軸の正射影と基軸とが成す角度が略−Φである。

Φが、４５°以上６０°以下であってよい。

光学ローパスフィルタは、第１の複屈折素子と第２の複屈折素子との間、及び、第２の複屈折素子と第３の複屈折素子との間の少なくとも一方に設けられた１/４波長板をさらに備えてよい。

光学ローパスフィルタは、第１の複屈折素子と第２の複屈折素子との間に設けられた第１の１/４波長板と、第２の複屈折素子と第３の複屈折素子との間に設けられた第２の１/４波長板とを備えてよい。入射光線の進行方向に沿って、第１の複屈折素子、第１の１/４波長板、第２の複屈折素子、第２の１/４波長板、第３の複屈折素子の順で設けられてよい。

光学ローパスフィルタは、第１の複屈折素子と第２の複屈折素子との間に設けられた第１の１/４波長板と、第２の複屈折素子と第３の複屈折素子との間に設けられた第２の１/４波長板とを備えてよい。入射光線の進行方向に沿って、第１の複屈折素子、第１の１/４波長板、第２の複屈折素子、第２の１/４波長板、第３の複屈折素子の順で設けられてよい。Φが、４５°以上７５°以下であってよい。

光学ローパスフィルタは、イメージセンサの受光面側に配置されてよい。基軸は、イメージセンサの長辺と略平行、又は、イメージセンサの長辺と略垂直であってよい。

本発明の一態様に係る撮像装置は、イメージセンサと、イメージセンサの受光面側に配置された請求項１又は２に記載の光学ローパスフィルタとを備える。

本発明の一態様に係る撮像システムは、上記の撮像装置と、撮像装置の姿勢を制御可能に支持する支持機構とを備える。

本発明の一態様に係る移動体は、上記の撮像装置を搭載して移動する。

本発明の一態様によれば、３つの複屈折素子を用いて光学ローパスフィルタを構成することができる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る撮像装置１００の外観斜視図の一例を示す図である。 本実施形態に係る撮像装置１００の機能ブロックを示す図である。 光学ローパスフィルタの概略図である。 複屈折板４００による光線の分離を説明するための図である。 複屈折板４００において光線５００が分離される様子を正面図及び側面図とともに示す。 光軸に沿って配列された複屈折板４００ａ、複屈折板４００ｂ及び複屈折板４００ｃの光学軸の方向を示す図である。 複屈折板４００ａが光線を分離する様子を、常光線０と異常光線１の光強度とともに示す。 複屈折板４００ａと４００ｂが光線を分離する様子を、複屈折板４００ｂの常光線００及び１０と複屈折板４００ｂの異常光線０１及び１１の光強度とともに示す。 複屈折板４００ａ、４００ｂ及び４００ｃが光線を分離する様子を、複屈折板４００ｃの常光線０００、１００、０１０及び１１０と複屈折板４００ｃの異常光線００１、１０１、０１１及び１１１の光強度とともに示す。 光学ローパスフィルタ１２２が備える複屈折板３００の光学軸の方向を示す図である。 複屈折板３００が光線を分離する様子を示す。 ８つの光線の光強度を示す。 光学ローパスフィルタ１２２の縦方向、横方向及び斜め方向のＭＴＦを示す。 Φ１＝５３°の場合の光学ローパスフィルタ１２２の特性を示す。 Φ１を４０、４５、５０、５５及び６０°とした場合の光学ローパスフィルタ１２２の特性を示すものである。 光学ローパスフィルタ１２２の変形例としての光学ローパスフィルタ１６２２の概略図である。 光学ローパスフィルタ１６２２の縦方向、横方向及び斜め方向のＭＴＦを示す。 Φ１＝６０°の場合の光学ローパスフィルタ１６２２の特性を示す。 。 Φ１＝４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０及び８５°のそれぞれの場合の光学ローパスフィルタ１６２２の特性を示す。 無人航空機（ＵＡＶ）の一例を示す。 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ１２００の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。以下の実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。

本発明の様々な実施形態は、フローチャート及びブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、プログラマブル回路、及び／またはプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び／またはアナログハードウェア回路を含んでよい。集積回路（ＩＣ）及び／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。再構成可能なハードウェア回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、及び他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等の様なメモリ要素等を含んでよい。

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよい。その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。

コンピュータ可読命令は、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードの何れかを含んでよい。ソースコードまたはオブジェクトコードは、従来の手続型プログラミング言語を含む。従来の手続型プログラミング言語は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語でよい。コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供されてよい。プロセッサまたはプログラマブル回路は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。

図１は、本実施形態に係る撮像装置１００の外観斜視図の一例を示す図である。図２は、本実施形態に係る撮像装置１００の機能ブロックを示す図である。

撮像装置１００は、撮像部１０２、レンズ部２００を備える。撮像部１０２は、イメージセンサ１２０、光学ローパスフィルタ１２２、撮像制御部１１０、メモリ１３０、指示部１６２、及び表示部１６０を有する。

イメージセンサ１２０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより構成されてよい。イメージセンサ１２０は、レンズ部２００が有するレンズ２１０を介して光を受光する。イメージセンサ１２０は、レンズ２１０を介して結像された光学像の画像データを撮像制御部１１０に出力する。光学ローパスフィルタ１２２は、イメージセンサ１２０の受光面の前面に設けられる。

撮像制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。メモリ１３０は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。撮像制御部１１０は回路に対応する。メモリ１３０は、撮像制御部１１０がイメージセンサ１２０などを制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ１３０は、撮像装置１００の筐体の内部に設けられてよい。メモリ１３０は、撮像装置１００の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

指示部１６２は、撮像装置１００に対する指示をユーザから受け付けるユーザインタフェースである。表示部１６０は、イメージセンサ１２０により撮像され、撮像制御部１１０により処理された画像、撮像装置１００の各種設定情報などを表示する。表示部１６０は、タッチパネルで構成されてよい。

撮像制御部１１０は、レンズ部２００及びイメージセンサ１２０を制御する。例えば、撮像制御部１１０は、レンズ２１０の焦点の位置や焦点距離を制御する。撮像制御部１１０は、ユーザからの指示を示す情報に基づいて、レンズ部２００が備えるレンズ制御部２２０に制御命令を出力することにより、レンズ部２００を制御する。

レンズ部２００は、１以上のレンズ２１０、レンズ駆動部２１２、レンズ制御部２２０、及びメモリ２２２を有する。本実施形態において１以上のレンズ２１０のことを「レンズ２１０」と総称する。レンズ２１０は、フォーカスレンズ及びズームレンズを含んでよい。レンズ２１０が含むレンズのうちの少なくとも一部または全部は、レンズ２１０の光軸に沿って移動可能に配置される。レンズ部２００は、撮像部１０２に対して着脱可能に設けられる交換レンズであってよい。

レンズ駆動部２１２は、レンズ２１０のうちの少なくとも一部または全部を、レンズ２１０の光軸に沿って移動させる。レンズ制御部２２０は、撮像部１０２からのレンズ制御命令に従って、レンズ駆動部２１２を駆動して、レンズ２１０全体又はレンズ２１０が含むズームレンズやフォーカスレンズを光軸方向に沿って移動させることで、ズーム動作やフォーカス動作の少なくとも一方を実行する。レンズ制御命令は、例えば、ズーム制御命令、及びフォーカス制御命令等である。

レンズ駆動部２１２は、複数のレンズ２１０の少なくとも一部または全部を光軸方向に移動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含んでよい。レンズ駆動部２１２は、ＤＣモータ、コアレスモータ、または超音波モータ等の電動機を含んでよい。レンズ駆動部２１２は、電動機からの動力をカム環、ガイド軸等の機構部材を介して複数のレンズ２１０の少なくとも一部または全部に伝達して、レンズ２１０の少なくとも一部または全部を光軸に沿って移動させてよい。

メモリ２２２は、レンズ駆動部２１２を介して移動するフォーカスレンズやズームレンズ用の制御値を記憶する。メモリ２２２は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。

撮像制御部１１０は、指示部１６２等を通じて取得したユーザの指示を示す情報に基づいて、イメージセンサ１２０に制御命令を出力することにより、イメージセンサ１２０に撮像動作の制御を含む制御を実行する。撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０により撮像された画像を取得する。撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０から取得した画像に画像処理を施してメモリ１３０に格納する。

図３は、光学ローパスフィルタ１２２の概略図である。図３に示すｘ軸は、イメージセンサ１２０の長辺方向に平行であるとする。また、図３に示すｙ軸は、イメージセンサ１２０の短辺に平行であるとする。すなわち、ｘ−ｙ平面はイメージセンサ１２０の受光面と平行な平面である。また、図３に示したｘ軸およびｙ軸に対して共に垂直である方向を光軸方向と呼ぶ。

光学ローパスフィルタ１２２は、入射光線を複数の出射光線に分離する。光学ローパスフィルタ１２２は、平行平板状である３枚の複屈折板３００ａ、複屈折板３００ｂ、及び複屈折板３００ｃを備える。なお、本実施形態の説明において、複屈折板３００ａ、複屈折板３００ｂ及び複屈折板３００ｃのことを「複屈折板３００」と総称する場合がある。複屈折板３００ａ、複屈折板３００ｂ及び複屈折板３００ｃは、光軸方向に沿って配置されている。複屈折板３００によって、光学ローパスフィルタ１２２に入射した入射光線は複数の出射光線に分離される。

図４から図９にかけて、光学ローパスフィルタにおける複屈折板の作用を説明する。図４は、複屈折板４００による光線の分離を説明するための図である。複屈折板４００の材料としては、複屈折を有する様々な材料を用いることができる。例えば、複屈折板４００の材料は、水晶やニオブ酸リチウム等の一軸性結晶や、リン酸チタン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ_４）等の二軸性結晶であってよい。また、断面の構造が周期的な凹凸構造となっている素子等の構造性複屈折を有する素子を用いても良い。なお、以下の説明では複屈折板４００は水晶やニオブ酸リチウム等の一軸性結晶を用いて形成されている場合を説明する。

図４は、複屈折板４００の正面図及び側面図である。図４において、複屈折板４００の正面図は、光軸方向に複屈折板４００を見た場合の図である。

図４の正面図における両矢印は、複屈折板４００の光学軸のｘ−ｙ平面上への正射影を表す。これは、複屈折板４００の光学軸をイメージセンサ１２０の受光面に正射影したものと等価である。図４の正面図において、複屈折板４００の光学軸のｘ−ｙ平面上への正射影は、ｙ軸に対してφ＝９０°の角度を成す。

図４の側面図は、複屈折板４０をｙ軸方向から見た図である。図４の側面図に示した複屈折板４００は、厚みｄを有する。図４の側面図に示した両矢印は、光学軸を表している。図４の側面図に示すように、光学軸は光軸に対して角度θだけ傾いている。すなわち、複屈折板４００の光学軸は、ｘ−ｙ平面に対して傾いている。平行平板状の複屈折板４００において、このように光学軸が光軸に対して傾いている場合、複屈折板４００に入射する光線は、２つの出射光線に分離される。

図５は、複屈折板４００において光線５００が分離される様子を正面図及び側面図とともに示す。光線５００が複屈折板に入射すると、光線５００は常光線５１０と異常光線５２０に分離する。光線５００が複屈折板に対して垂直に入射する場合、常光線５１０は複屈折板を直進し透過する。一方、光線５００に含まれる異常光線５２０は、常光線５１０とは異なる光路で複屈折板を透過する。

この結果、常光線５１０と異常光線５２０は複屈折板４００の異なる位置から出射される。このとき、複屈折板４００において常光線５１０が出射する位置と異常光線５２０が出射する位置との距離Ｌを分離幅と呼ぶ。分離幅は、複屈折板のθ及びｄを制御することで様々な値に調整することができる。

図５の正面図に示す両矢印は、常光線５１０および異常光線５２０の偏光方向を示す。図５に示すように、常光線５１０と異常光線５２０とは、図４に示した光学軸のｘ−ｙ 平面上への正射影に平行な方向に分離される。このとき、常光線５１０の偏光方向は分離方向と直交する。異常光線５２０の偏光方向は分離方向と平行となる。

図６は、光軸に沿って配列された複屈折板４００ａ、複屈折板４００ｂ及び複屈折板４００ｃの光学軸の方向を示す図である。複屈折板４００ａ、４００ｂ及び４００ｃは、複屈折板３００ａ、３００ｂ及び３００ｃと同様に光軸に沿って配列されているものとする。図６に示す矢印は、複屈折板４００ａ、４００ｂ及び４００ｃのそれぞれの光学軸のｘ−ｙ平面への正射影を示す。

図６に示されるように、複屈折板４００ａの光学軸のｘ−ｙ平面への正射影とｙ軸とが成す角度をΦ０、複屈折板４００ｂの光学軸のｘ−ｙ平面への正射影が複屈折板４００ａの光学軸のｘ−ｙ平面への正射影と成す角度をΦ１、複屈折板４００ｂの光学軸が複屈折板４００ｂの光学軸と成す角度をΦ２とする。

図７は、複屈折板４００ａが光線を分離する様子を、常光線０と異常光線１の光強度とともに示す。なお、複屈折板４００ａにおいてΦ０＝０であるとする。Φ０≠０の場合は、複屈折板４００を全体として回転することに相当するため、分離方向の向きがΦ０＝０の場合から回転することを除いて光等価特性は同一である。すなわち、Φ０≠０の場合も、透過光線の強度はΦ０＝０の場合と同じである。

図８は、複屈折板４００ａと４００ｂが光線を分離する様子を、複屈折板４００ｂの常光線００及び１０と複屈折板４００ｂの異常光線０１及び１１の光強度とともに示す。４つに分離された光線の強度は、図８に示されるように、角度Φ１に依存する。なお、Φ０≠０の場合も光強度は図８に示す式で表される。

図９は、複屈折板４００ａ、４００ｂ及び４００ｃが光線を分離する様子を、複屈折板４００ｃの常光線０００、１００、０１０及び１１０と複屈折板４００ｃの異常光線００１、１０１、０１１及び１１１の光強度とともに示す。図９に示されるように、８つに分離された光の強度は、角度Φ１及び角度Φ２に依存する。なお、Φ０≠０の場合も、透過光線の強度はΦ０＝０の場合と同じである。

図１０は、光学ローパスフィルタ１２２が備える複屈折板３００の光学軸の方向を示す図である。図１０は、複屈折板３００ａ、３００ｂ及び３００ｃのそれぞれの光学軸のｘ−ｙ平面への正射影を示す。ｘ−ｙ平面は基準面の一例である。図１０に示されるように、光学ローパスフィルタ１２２は、予め定められた基準面への複屈折板３００ｂの光学軸の正射影を基軸として、基準面への複屈折板３００ａの光学軸の正射影と基軸とが成す角度がΦ１であり、基準面への複屈折板３００ｃの光学軸の正射影と基軸とが成す角度が略−Φ１である。基軸は、イメージセンサ１２０の長辺と略平行である。なお、基軸は、イメージセンサ１２０の長辺と略垂直であってよい。基軸をイメージセンサ１２０の長辺と略平行又はイメージセンサ１２０の長辺と略垂直にすることで、複屈折板３００ａと複屈折板３００ｃを、同一の複屈折板の向きを変えることで形成することができる。

図１１は、複屈折板３００が光線を分離する様子を示す。図１１に示すように、複屈折板３００ａは、入射光線を常光線０と異常光線１とに分離する。そして、複屈折板３００ｂは、複屈折板３００ａの常光線０及び異常光線１は、複屈折板３００ｂの常光線００及び１０と、異常光線０１及び１１とに分離する。そして、複屈折板３００ｃは、複屈折板３００ｂの常光線００及び１０並びに異常光線０１及び１１を、複屈折板３００ｃの常光線０００、１００、０１０及び１１０と、異常光線００１、１０１、０１１及び１１１とに分離する。これにより、複屈折板３００は、入射光を８つの光線に分離する。

図１２は、光学ローパスフィルタ１２２により分離される８つの光線の光強度を示す。図１１及び図１２から分かるように、光学ローパスフィルタ１２２によれば、３枚の複屈折板３００により分離された光線の強度をｘ軸及びｙ軸について対称な分布とすることができる。

図１３及び図１４は、Φ１＝５３°の場合の光学ローパスフィルタ１２２の特性を示す。図１３は、光学ローパスフィルタ１２２の縦方向、横方向及び斜め方向のＭＴＦを示す。図１４は、光学ローパスフィルタ１２２により分離された光線の出射位置と、各光線の光強度を示す。なお、光強度の値は、光強度の合計が１となるように規格化した値である。また、複屈折板３００のそれぞれの光線の分離幅Ｌが３ｕｍになるように、複屈折板３００のそれぞれのθ及びｄが調整されているものとする。

ここで、イメージセンサ１２０の画素ピッチをＰとすると、ナイキスト周波数は、１０００／２／Ｐで表される。イメージセンサ１２０の画素ピッチＰが３．４［μｍ］であるとすると、ナイキスト周波数は先ほどの式に当てはめると、１０００／２／３．４≒１４７となる。よってナイキスト周波数は、１４７［ｌｐ／ｍｍ］となる。

図１３及び図１４から分かるように、光学ローパスフィルタ１２２によれば、水平方向の対称性及び垂直方向の対称性を維持することができる。また、縦方向、横方向及び斜め方向のＭＴＦ特性は、ナイキスト周波数１４７［ｌｐ／ｍｍ］までの空間周波数領域において互いに同等の特性を持つ。また、解像特性の低下量も小さい。また、偽解像や偽色が特に目立つ２００［ｌｐ／ｍｍ］近傍の空間周波数成分に対するＭＴＦは小さい。したがって、光学ローパスフィルタ１２２は、偽解像や偽色を抑制する効果を有するといえる。

以上に説明したように、光学ローパスフィルタ１２２によれば、良好な特性を持つ光学ローパスフィルタを３枚の複屈折板で実現することができる。

なお、以上の説明では、複屈折板３００は、分離幅Ｌがいずれも３ｕｍになるように調整されているものとした。これに対し、複屈折板３００ｂの厚みを変更することにより、横方向及び対角方向のＭＴＦ特性を変更してもよい。また、１枚の複屈折板３００の分離幅Ｌを変更することで、ＭＴＦ特性を変更することができる。そのため、１枚の複屈折板３００の分離幅Ｌを変更することで、イメージセンサ１２０の画素ピッチＰに適したＭＴＦ特性を持つ光学ローパスフィルタを実現することができる。

図１５は、Φ１の大きさを４０、４５、５０、５５及び６０°とした場合の光学ローパスフィルタ１２２の特性を示すものである。なお、複屈折板３００の分離幅Ｌはいずれも同一であるとした。

図１５から分かるように、Φ１＝４０°の場合は、縦方向のＭＴＦと横方向のＭＴＦ特性とに大きな差がある。これは偽解像や偽色を抑制する効果が方向によって異なってしまうことを意味するため、必ずしも好ましくない。

Φ１＝４５°の場合、分離された８つの光線の全ての強度が同一となる。このときの縦方向のＭＴＦは横方向のＭＴＦより高いものの、この差異は許容範囲にあるといえる。したがって、Φ１＝４５°を角度Φ１の下限としてよい。なお、Φ１＝４５°の場合は、分離された８つの光線の全ての強度が同一となる。そのため、複屈折板３００ｂの向きを逆にしても、分離される光線の光強度は変わらない。

Φ１＝６０°の場合、分離された光線のうち中央の２つの光線が重なり、全体として正六角形の形状に分離される。なお、光線０１０と１０１の強度を分けて記載しているが、実際には２つの光線の強度を加算したものが中央の１点の強度となる。Φ１＝６０°の場合、光強度がアンバランスであるために、縦方向のＭＴＦより横方向のＭＴＦがやや高くなっている。また対角方向のＭＴＦが０を超えるため、Φ１を６０°を超えないようにすることが望ましい。したがって、Φ１＝６０°を角度Φ１の下限としてよい。以上から、４５°＜＝Φ１＜＝６０°となる角度を設定することにより、バランスのとれた光学ローパスフィルタを実現することができるといえる。

なお、Φ１の大きさが４５°を超えることが望ましい場合がある。一例として、Φ１の大きさは４６°以上であってよい。Φ１の大きさは５０°以上であってよい。Φ１の大きさは５５°以上であってよい。また、Φ１の大きさが６０°未満であることが望ましい場合がある。一例として、Φ１は５９°未満であってよい。

図１６は、光学ローパスフィルタ１２２の変形例としての光学ローパスフィルタ１６２２の概略図である。光学ローパスフィルタ１６２２は、平行平板状である３枚の複屈折板１６００ａ、１６００ｂ及び１６００ｃと、１／４波長板１６１０ａ及び１６１０ｂとを備える。１／４波長板は、直線偏光の入射光を円偏光の光に変換する。上述したように、光学ローパスフィルタ１２２においては直線偏光の光が複屈折板３００ｂ及び複屈折板３００ｃに入射するため、角度によって光強度が異なるものとなる。

これに対し、光学ローパスフィルタ１６２２のように、複屈折板１６００の間に１／４波長板１６１０ａ及び１６１０ｂを挿入することによって、複屈折板１６００ｂ及び複屈折板１６００ｃに円偏光の光線が入射するため、複屈折板１６００によって同一強度の常光線と異常光線になる。したがって、図１６のように配置することによって、分離された光線の光強度は同一となる。

図１７及び図１８は、Φ１＝６０°の場合の光学ローパスフィルタ１６２２の特性を示す。図１７は、光学ローパスフィルタ１６２２の縦方向、横方向及び斜め方向のＭＴＦを示す。図１８は、光学ローパスフィルタ１６２２により分離された光線の出射位置と、各光線の光強度を示す。なお、光強度の値は、光強度の合計が１となるように規格化した値である。また、複屈折板１６００のそれぞれの光線の分離幅Ｌが２．８ｕｍになるように、複屈折板１６００のそれぞれのθ及びｄが調整されているものとする。

図１８に示されるように、光線０１０と光線１０１の位置が重なる。そのため、光学ローパスフィルタ１６２２は、入射光線を実質的に７つの光線に分離する。したがって、光線０１０と光線１０１が出射する中央の１点の光線の光強度が、他の光線の強度の２倍の強度であることになる。

イメージセンサ１２０の画素ピッチＰを３．６μｍとすると、ナイキスト周波数は、上述の式より１０００／２／３．６≒１３９となり。ナイキスト周波数は１３９［ｌｐ／ｍｍ］となる。したがって、図１７に示すＭＴＦ特性から、光学ローパスフィルタ１６２２は、偽解像や偽色を抑制する効果を有するといえる。

光学ローパスフィルタ１６２２のように、１／４波長板を備える構成を採用することで、光学ローパスフィルタ１２２と同等の光学ローパスフィルタ効果が得られる。一般に、１／４波長板は複屈折板より薄い。そのため、光学ローパスフィルタ１６２２の全体の厚みを抑制することができる。また、１／４波長板は廉価であるため、光学ローパスフィルタ１６２２のコストの増加量も抑制することができる。

図１９及び図２０は、Φ１＝４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０及び８５°のそれぞれの場合の光学ローパスフィルタ１６２２の特性を示す。なお、光学ローパスフィルタ１６２２は２枚の１／４波長板１６１０ａ及び１６１０ｂを備えるため、分離された８つの光線の光強度は同一となる。したがって、図１９では光線強度の表示を省略する。

図１９から分かるように、Φ１＝４０°の場合は、縦方向のＭＴＦと横方向のＭＴＦ特性とに大きな差がある。これは偽解像や偽色を抑制する効果が方向によって異なってしまうことを意味するため、必ずしも好ましくない。

Φ１＝４５°の場合、１／４波長板を備えない構成と同じ特性となる。このときの縦方向のＭＴＦは横方向のＭＴＦより高いものの、この差異は許容範囲にあるといえる。したがって、Φ１＝４５°を角度Φ１の下限に設定し得る。

Φ１＝６０°の場合、図１７から図２０に示されるように、分離された光線のうち中央の２つの光線が重なり、光線は全体として正六角形となる。ただし、光学ローパスフィルタ１２２とは異なり、分離された８つの光線の光強度は同一であるため、ＭＴＦ特性は縦方向、横方向、斜め方向で１３９［ｌｐ／ｍｍ］までの空間周波数領域においてほぼ同等の特性となり、解像特性の低下量も小さい。また、２００［ｌｐ／ｍｍ］近傍の空間周波数被に対してはＭＴＦ値が小さいため、偽解像や偽色を抑制することができる。したがって、光学ローパスフィルタ１６２２の構成においては、光学ローパスフィルタ１２２の構成とは異なり、光学特性のバランスが最も取れた角度Φ１は６０°であるといえる。

図２０に示されるように、Φ１が６０度を超えると、横方向の広域側の周波数特性が高くなる傾向がある。２００［ｌｐ／ｍｍ］近傍の空間周波数成分に対する感度の大きさを考慮すると、Φ１＝７５度を角度Φの上限に設定し得る。以上から、光学ローパスフィルタ１６２２において、４５°＜＝Φ１＜＝７５°を満たすことによって、光学特性のバランスのとれた光学ローパスフィルタを実現することができる。

図１６から図２０に関連して説明したように、光学ローパスフィルタ１６２２は、複屈折板１６００ａと複屈折板１６００ｂとの間に設けられた１/４波長板１６１０ａと、複屈折板１６００ｂと複屈折板１６００ｃとの間に設けられた１/４波長板１６１０ｂとを備える。入射光線の進行方向に沿って、複屈折板１６００ａ、１/４波長板１６１０ａ、複屈折板１６００ｂ、１/４波長板１６１０ｂ、複屈折板１６００ｃの順で設けられている。なお、光学ローパスフィルタ１６２２の変形例として、複屈折素子１６００ａと複屈折部材１６００ｂとの間、及び、複屈折素子１６００ｂと複屈折部材１６００ｃとの間の一方に１/４波長板を備える構成を採用してもよい。

以上の説明において、イメージセンサ１２０の長辺と平行な軸をｘ軸とした場合に、水平軸（ｘ軸）を基軸として光学ローパスフィルタの構成を記述できる。その他、垂直軸（ｙ軸）を基軸として光学ローパスフィルタの構成を記述できる。イメージセンサ１２０の撮像面に平行な面内の任意の軸を基軸として光学ローパスフィルタの構成を記述できる。いずれの軸を基軸として記述しても、光学ローパスフィルタの光学特性は実質的に同様のものとなる。

以上に説明したように、光学ローパスフィルタ１２２及び光学ローパスフィルタ１６２２によれば、３つの複屈折素子を用いて光学ローパスフィルタを構成することができる。また、偽解像や偽色を抑制することが可能な光学ローパスフィルタを提供することができる。上記の先行文献には、光学軸の角度差を４５°にした複屈折板を備える光学ローパスフィルタが開示されている。このように、従来、光学ローパスフィルタの設計においては、光学軸の角度差が決まった角度（上記の先行技術文献の構成では４５°）になるように設計することが通常であった。例えば上記の先行技術文献の構成では、光学軸の角度差を４５°以外にすると光線の分布に不均一性が生じると考えられるためである。これに対し、上述したように、光学ローパスフィルタ１２２及び光学ローパスフィルタ１６２２に関連して説明したように、複屈折板の光学軸の角度を最適化することで、少数の複屈折素子を用いて、比較的に高い性能の光学ローパスフィルタを実現することができることが分かる。

上記のような撮像装置１００は、移動体に搭載されてもよい。撮像装置１００は、図２１に示すような、無人航空機（ＵＡＶ）に搭載されてもよい。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ本体２０、ジンバル５０、複数の撮像装置６０、及び撮像装置１００を備えてよい。ジンバル５０、及び撮像装置１００は、撮像システムの一例である。ＵＡＶ１０は、推進部により推進される移動体の一例である。移動体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機などの飛行体、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。

ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼を備える。複数の回転翼は、推進部の一例である。ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ１０を飛行させる。ＵＡＶ本体２０は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ１０を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。また、ＵＡＶ１０は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。

撮像装置１００は、所望の撮像範囲に含まれる被写体を撮像する撮像用のカメラである。ジンバル５０は、撮像装置１００を回転可能に支持する。ジンバル５０は、支持機構の一例である。例えば、ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いてピッチ軸で回転可能に支持する。ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いて更にロール軸及びヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に支持する。ジンバル５０は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の少なくとも１つを中心に撮像装置１００を回転させることで、撮像装置１００の姿勢を変更してよい。

複数の撮像装置６０は、ＵＡＶ１０の飛行を制御するためにＵＡＶ１０の周囲を撮像するセンシング用のカメラである。２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０の機首である正面に設けられてよい。更に他の２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０の底面に設けられてよい。正面側の２つの撮像装置６０はペアとなり、いわゆるステレオカメラとして機能してよい。底面側の２つの撮像装置６０もペアとなり、ステレオカメラとして機能してよい。複数の撮像装置６０により撮像された画像に基づいて、ＵＡＶ１０の周囲の３次元空間データが生成されてよい。ＵＡＶ１０が備える撮像装置６０の数は４つには限定されない。ＵＡＶ１０は、少なくとも１つの撮像装置６０を備えていればよい。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ１０の機首、機尾、側面、底面、及び天井面のそれぞれに少なくとも１つの撮像装置６０を備えてもよい。撮像装置６０で設定できる画角は、撮像装置１００で設定できる画角より広くてよい。撮像装置６０は、単焦点レンズまたは魚眼レンズを有してもよい。

遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０と通信して、ＵＡＶ１０を遠隔操作する。遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０と無線で通信してよい。遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０に上昇、下降、加速、減速、前進、後進、回転などのＵＡＶ１０の移動に関する各種命令を示す指示情報を送信する。指示情報は、例えば、ＵＡＶ１０の高度を上昇させる指示情報を含む。指示情報は、ＵＡＶ１０が位置すべき高度を示してよい。ＵＡＶ１０は、遠隔操作装置３００から受信した指示情報により示される高度に位置するように移動する。指示情報は、ＵＡＶ１０を上昇させる上昇命令を含んでよい。ＵＡＶ１０は、上昇命令を受け付けている間、上昇する。ＵＡＶ１０は、上昇命令を受け付けても、ＵＡＶ１０の高度が上限高度に達している場合には、上昇を制限してよい。

図２２は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ１２００の一例を示す。コンピュータ１２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ１２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーションまたは当該装置の１または複数の「部」として機能させることができる。例えば、コンピュータ１２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ１２００に、撮像制御部１１０として機能させることができる。または、当該プログラムは、コンピュータ１２００に当該オペレーションまたは当該１または複数の「部」の機能を実行させることができる。当該プログラムは、コンピュータ１２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ１２００に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、ＣＰＵ１２１２によって実行されてよい。

本実施形態によるコンピュータ１２００は、ＣＰＵ１２１２、及びＲＡＭ１２１４を含み、それらはホストコントローラ１２１０によって相互に接続されている。コンピュータ１２００はまた、通信インタフェース１２２２、入力／出力ユニットを含み、それらは入力／出力コントローラ１２２０を介してホストコントローラ１２１０に接続されている。コンピュータ１２００はまた、ＲＯＭ１２３０を含む。ＣＰＵ１２１２は、ＲＯＭ１２３０及びＲＡＭ１２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。

通信インタフェース１２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブが、コンピュータ１２００内のＣＰＵ１２１２によって使用されるプログラム及びデータを格納してよい。ＲＯＭ１２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ１２００によって実行されるブートプログラム等、及び／またはコンピュータ１２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。プログラムが、ＣＲ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリまたはＩＣカードのようなコンピュータ可読記録媒体またはネットワークを介して提供される。プログラムは、コンピュータ可読記録媒体の例でもあるＲＡＭ１２１４、またはＲＯＭ１２３０にインストールされ、ＣＰＵ１２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ１２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ１２００の使用に従い情報のオペレーションまたは処理を実現することによって構成されてよい。

例えば、通信がコンピュータ１２００及び外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース１２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース１２２２は、ＣＰＵ１２１２の制御の下、ＲＡＭ１２１４、またはＵＳＢメモリのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。

また、ＣＰＵ１２１２は、ＵＳＢメモリ等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ１２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ１２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ１２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ１２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ１２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ１２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ１２００上またはコンピュータ１２００近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ１２００に提供する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ ＵＡＶ
２０ ＵＡＶ本体
５０ ジンバル
６０ 撮像装置
１００ 撮像装置
１０２ 撮像部
１１０ 撮像制御部
１２０ イメージセンサ
１２２ 光学ローパスフィルタ
１３０ メモリ
１６０ 表示部
１６２ 指示部
２００ レンズ部
２１０ レンズ
２１２ レンズ駆動部
２２０ レンズ制御部
２２２ メモリ
４００ 複屈折板
５００ 光線
５１０ 常光線
５２０ 異常光線
１６００ 複屈折板
１６１０ １／４波長板
１６２２ 光学ローパスフィルタ
１２００ コンピュータ
１２１０ ホストコントローラ
１２１２ ＣＰＵ
１２１４ ＲＡＭ
１２２０ 入力／出力コントローラ
１２２２ 通信インタフェース
１２３０ ＲＯＭ

Claims (9)

1. 入射光線を複数の出射光線に分離する光学ローパスフィルタであって、
   第１の複屈折素子と、
   第２の複屈折素子と、
   第３の複屈折素子と
   を備え、
   予め定められた基準面への前記第２の複屈折素子の光学軸の正射影を基軸として、前記基準面への前記第１の複屈折素子の光学軸の正射影と前記基軸とが成す角度がΦであり、前記基準面への前記第３の複屈折素子の光学軸の正射影と前記基軸とが成す角度が略−Φである
   光学ローパスフィルタ。
2. 前記Φが、４５°以上６０°以下である
   請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
3. 前記光学ローパスフィルタは、
   前記第１の複屈折素子と前記第２の複屈折素子との間、及び、前記第２の複屈折素子と前記第３の複屈折素子との間の少なくとも一方に設けられた１/４波長板
   をさらに備える請求項１又は２に記載の光学ローパスフィルタ。
4. 前記第１の複屈折素子と前記第２の複屈折素子との間に設けられた第１の１/４波長板と、
   前記第２の複屈折素子と前記第３の複屈折素子との間に設けられた第２の１/４波長板と、
   をさらに備え、
   入射光線の進行方向に沿って、前記第１の複屈折素子、前記第１の１/４波長板、前記第２の複屈折素子、前記第２の１/４波長板、前記第３の複屈折素子の順で設けられている
   請求項１又は２に記載の光学ローパスフィルタ。
5. 前記第１の複屈折素子と前記第２の複屈折素子との間に設けられた第１の１/４波長板と、
   前記第２の複屈折素子と前記第３の複屈折素子との間に設けられた第２の１/４波長板と、
   をさらに備え、
   入射光線の進行方向に沿って、前記第１の複屈折素子、前記第１の１/４波長板、前記第２の複屈折素子、前記第２の１/４波長板、前記第３の複屈折素子の順で設けられ、
   前記Φが、４５°以上７５°以下である
   請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
6. 前記光学ローパスフィルタは、イメージセンサの受光面側に配置され、
   前記基軸は、前記イメージセンサの長辺と略平行、又は、前記イメージセンサの長辺と略垂直である
   請求項１又は２に記載の光学ローパスフィルタ。
7. イメージセンサと、
   前記イメージセンサの受光面側に配置された請求項１又は２に記載の光学ローパスフィルタと
   を備える撮像装置。
8. 請求項７に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置の姿勢を制御可能に支持する支持機構と
   を備える撮像システム。
9. 請求項７に記載の撮像装置を搭載して移動する移動体。

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