JP6344996B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関し、イメージファイバを介して光を電子撮像素子に伝送して撮影を行う撮像装置に関する。

様々な撮像装置において、撮像光学系からの光をイメージファイバによって伝送し、電子撮像素子で撮影する構成が取り入れられている。例えば蛍光イメージング装置、産業用微弱光検出装置、そして天体観測装置の様に微弱な光をイメージファイバ内部で増幅し、高輝度画像を取得する技術などが知られている。

撮像光学系からの光をイメージファイバによって電子撮像素子へ伝送して撮影した画像ではモアレが発生してしまう。モアレの発生原因としては２つある。１つの原因は電子撮像素子が成す格子とイメージファイバが成す格子の類型と周期が異なっているために生じる感度の非一様性である。特許文献１では、光電変換部が成す格子と光ファイバが成す格子とが１０度から２０度の角度を持つように構成することにより、この感度の非一様性によるモアレを大幅に低減する方法が提案されている。

もう１つの原因は、センサ画素の周期とファイバ画素の周期の相違である。特許文献２の放射線画像装置では、放射線吸収物質をグリッド状に並べた散乱除去用グリッド（イメージファイバに相当）を、撮影部位の周波数から決まる条件を満たすように、放射線検出器に対して傾斜することを提案している。上記の条件を満たすようにグリッドを傾斜させることで、モアレを撮影部位の周波数より高周波に追いやることができ、モアレ縞の発生を防止可能である。

特開平９−３１２３８５号公報 特開２０１２−２００４５５号公報

特許文献１記載の技術では、電子撮像素子が成す格子とイメージファイバが成す格子の類型と周期が異なっているために生じる感度の非一様性により発生するモアレを低減できる。しかしながら、センサ画素の周期とファイバ画素の周期の相違により発生するモアレは残ってしまうという問題がある。

また、特許文献２記載の技術では、センサ画素の周期とファイバ画素の周期の相違により発生するモアレ縞の発生を防止できる。しかしながら、被写体のもつ周波数によって放射線吸収物質の傾斜角の範囲を変える必要がある。よって、様々な周波数を持つ被写体を撮影する撮像装置に、この手法を適用することは困難である。

本発明は、上記問題を鑑みなされたものであり、イメージファイバを介して撮影を行う撮像装置において、センサ画素の周期とファイバ画素の周期の相違により発生するモアレを見えづらくすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第一の態様は、
第１の方向と該第１の方向に垂直な第２の方向とに配列された複数の撮像画素を含む撮像素子と、前記第１及び第２の方向に配列された複数のファイバ画素を含み、前記撮像素子に光を導くイメージファイバとを有する撮像装置であって、
前記第１の方向において前記撮像画素のピッチと前記ファイバ画素のピッチは互いに異なり、
前記複数のファイバ画素のうちの任意の注目画素に隣接するファイバ画素であって、該ファイバ画素の中心と前記注目画素の中心とを結ぶ直線の前記第１の方向に対する傾きが４５度以上１３５度以下であるファイバ画素を隣接画素とし、
前記注目画素の中心と前記隣接画素の中心とを結ぶ第１の直線を前記撮像素子に投影したときに、前記第１の直線が横切る撮像画素のうちのいずれかを第１の撮像画素、前記第２の方向において前記第１の撮像画素に隣接する撮像画素のいずれかを第２の撮像画素、とするとき、
前記第１の撮像画素の中心を通り前記第１の方向に平行な直線と前記第１の直線との交点と、前記第２の撮像画素の中心を通り前記第１の方向に平行な直線と前記第１の直線との交点の間の前記第１の方向における距離は、前記撮像画素のピッチの１／４倍以上３／４倍以下であることを特徴とする撮像装置である。

また、本発明の第二の態様は、
第１の方向と該第１の方向に垂直な第２の方向とに配列された複数の撮像画素を含む撮像素子と、第３の方向と該第３の方向に垂直な第４の方向に配列された複数のファイバ画素を含み、前記撮像素子に光を導くイメージファイバとを有する撮像装置であって、
前記第３及び第４の方向の夫々は、前記第１及び第２の方向とは異なり、かつ前記第１及び第２の方向を含む面に平行であり、
前記複数のファイバ画素のうちの任意の注目画素に隣接するファイバ画素であって、該ファイバ画素の中心と前記注目画素の中心とを結ぶ直線の前記第１の方向に対する傾きが４５度以上１３５度以下であるファイバ画素を隣接画素とし、
前記注目画素の中心と前記隣接画素の中心とを結ぶ第１の直線と前記第１の方向とがなす角をθ、前記第１の方向における前記撮像画素のピッチをＰ_ｓ、前記第１の直線に沿った前記ファイバ画素のピッチをＰ_ｆとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像装置である。
１／４×Ｐ_ｓ≦Ｐ_ｆ×ｓｉｎθ≦３／４×Ｐ_ｓ

本発明に係る撮像装置によると、センサ画素の周期とファイバ画素の周期の相違により発生するモアレを見えづらくできる。

実施形態１に係る撮像装置の構成を示す図。 センサ画素とファイバ画素と縦縞チャートの位置関係を示す図。 モアレが発生する原因を説明する図。 実施形態１におけるファイバ画素の配列を説明する図。 実施形態１におけるファイバ画素の配列を説明する図。 実施形態２におけるファイバ画素とセンサ画素の配置を説明する図。 ファイバ画素の境界点を説明する図。 ファイバ画素の境界線を説明する図。 モアレ発生に影響の大きいファイバ画素境界の方向を説明する図。 実施形態２におけるファイバ画素とセンサ画素の配置を説明する別の図。 実施形態３に係る撮像装置の構成を示す図。 実施形態３におけるファイバ画素とセンサ画素の配置を説明する図。

本発明に係る撮像装置の実施の形態について図１乃至図１２に基づいて説明する。

（実施形態１）
＜基本構成＞
本実施形態に係る撮像装置１の斜視図を図１Ａに示し、断面構成図を図１Ｂに示す。
撮像装置１は、結像光学系２、イメージファイバ束３、電子撮像素子４、処理装置１００、記憶装置１０１を有する。イメージファイバ束３および電子撮像素子４は、結像光学系２の光軸５に対して垂直に配置される。イメージファイバ束３の結像光学系２側の端面を入射端面３ａと称し、電子撮像素子４側の端面を射出端面３ｂと称する。入射端面３ａは結像光学系２の像面であり、結像光学系２は被写体像を入射端面３ａ上に結像する。射出端面３ｂは電子撮像素子４に対向して配置される。

イメージファイバ束３は複数のファイバを２次元配列させたものである。１本のファイバは、内部から順に、コアガラス、クラッドガラス、吸収体ガラスを有する。ファイバの断面形状は、矩形であっても円形であってもよい。イメージファイバ束３は、複数のファイバを束ねて周期的に配列させたものである。以下では、それぞれのイメージファイバを、ファイバ画素（イメージファイバ画素）と称する。

電子撮像素子４は、複数の光電変換素子を正方格子状に配列させた構造を有する。以下では、電子撮像素子４のそれぞれの光電変換素子画素をセンサ画素（撮像素子画素）と称する。また、電子撮像素子４の配列方向を、水平方向および垂直方向と称する。

結像光学系２は、被写体光をイメージファイバ束３の入射端面３ａに結像する。その像はイメージファイバ束３を経由して電子撮像素子４に受光されて撮像される。電子撮像素子４で撮像された画像データは、処理装置１００において所定の画像処理が行われた後、記憶装置１０１に格納される。

＜モアレの発生原理＞
ファイバ画素の大きさがセンサ画素の大きさに比較して十分に小さい場合には、撮影画像にモアレは発生しない。しかしながら、ファイバ画素がセンサ画素に対してある程度以上の大きさを有すると、撮影画像にモアレが発生する。以下で、モアレの発生原理について説明する。なお、以下では、ファイバ画素の大きさ（あるいはファイバ画素のピッチ）がセンサ画素の大きさ（あるいはセンサ画素のピッチ）とほぼ同程度（例えば、０．８倍以上１．２倍以下）であるが完全には等しくないことを想定する。

図２は電子撮像素子４中の１画素を示す。図において、電子撮像素子４のセンサ画素４０が点線で示されている。また、イメージファイバ束３の射出端面３ｂにおける２つのファイバ画素３５，３６が実線で示されている。また、イメージファイバ束３上に結像した縦縞矩形チャート画像２０が、ハッチングと白抜きで示されている。

図に示すように、センサ画素４０は２つのファイバ画素３５、３６と重なっている。ファイバ画素３５，３６の境界（ファイバ画素境界）８は、センサ画素４０の内部に位置し
ている。また、センサ画素４０は、縦縞矩形チャート画像２０の黒色部分と白色部分の両方と重なっている。縦縞矩形チャートの黒色部分と白色部分の境界（縦縞矩形チャート境界）６は、センサ画素４０の内部に位置している。また、縦縞矩形チャート境界６は、ファイバ画素３６の内部にも位置している。

センサ画素４０、ファイバ画素３５，３６、および縦縞矩形チャート画像２０が図２に示す位置関係にあるとき、ファイバ画素３５では、縦縞矩形チャート画像２０の黒色と白色が混ざる。そして、ファイバ画素３５の射出端面からは、グレーの像が出力される。この結果、射出面の像と入射面の像とに差が生じ、センサ画素４０が取得する画素値にはイメージファイバ束３がない場合と比べて誤差が生じる。なお、実際に誤差が生じるか否かは被写体によって異なるが、生じうる誤差の大きさ（最大値）はファイバ画素境界８の水平位置によって変化する。例えば、ファイバ画素境界８がセンサ画素境界９と一致するとき誤差は、被写体によらずほぼゼロとなる。一方、ファイバ画素境界８がセンサ画素４０の水平方向の中央に位置するときには、誤差が大きくなる場合がある。

センサ画素ピッチ１０とファイバ画素ピッチ１１の水平方向成分の違いから、水平方向に並ぶセンサ画素におけるファイバ画素境界８の水平方向の位置は徐々に変化する。センサ画素におけるファイバ画素境界８の位置は、センサ画素ピッチ１０とファイバ画素ピッチ１１の最小公倍数を周期として、水平方向に周期的に変化する。垂直方向に並ぶセンサ画素４０について、ファイバ画素境界８の水平方向の位置がほぼ同じであると、撮影画像において同程度の誤差が垂直方向に連続するため縦線として認識される。上述のように、センサ画素４０とファイバ画素境界８の位置関係は水平方向に周期的に変化するので、誤差が大きい部分は水平方向に周期的に現れる。したがって、誤差に基づく縦線が水平方向に周期的に並び、縦縞のモアレが発生する。これが、電子撮像素子４の周期とイメージファイバ束３の周期の相違に起因して発生するモアレであり、本実施形態において低減することを目的とするものである。

以下では、画素値に大きな誤差が生じる可能性がある垂直方向に連続したセンサ画素からなる領域を、大誤差領域と呼ぶ。あるセンサ画素が大誤差領域に該当するか否かは、ファイバ画素とセンサ画素の重なり方に関係する。そして、ファイバ画素とセンサ画素の重なり方は、センサ画素に対するファイバ画素境界８の位置に関係する。

図３に電子撮像素子とファイバ画素境界の位置関係の例を示す。図３の構成において、画素４３，４４，４５はこの順で垂直方向に並んで配置されている。また、ファイバ画素境界８は、垂直方向に隣り合う画素間で、センサ画素ピッチ１０の１／５倍だけ水平方向にずれている。図３は、モアレ発生の理由および大誤差領域を説明するためのものであり、本実施形態の電子撮像素子４およびイメージファイバ束３の構成を示すものではない点に留意されたい。

大誤差領域４９は、上述したように、誤差の値が連続して高くなりうるセンサ画素の領域である。大誤差領域４９の場所は、センサ画素中央位置１２に対するファイバ画素境界８の位置関係から決まる。誤差は、ファイバ画素境界８がセンサ画素中央位置１２に近い程大きくなる。逆に、ファイバ画素境界８がセンサ画素中央位置１２に遠い程、誤差は小さくなる。大誤差領域４９は、ファイバ画素境界８がセンサ画素中央位置１２に近い画素が連続している領域といえる。つまり、大誤差領域４９はファイバ画素境界８のセンサ画素中央位置１２からの距離が小さい画素の連続した領域といえる。連続した２画素の誤差の平均値が大きいと、この連続した２画素は大誤差領域４９に該当する。逆に、誤差の平均値が小さいと、この連続した２画素は大誤差領域４９に該当しない。つまり、連続した２画素の誤差の平均値がある所定の閾値以上の場合に、この２画素は大誤差領域４９に含まれると判定できる。

センサ画素とファイバ画素境界８の違いに基づく画素値の誤差は、ファイバ画素境界８がセンサ画素中央位置１２にあるときに最大値をとる。実際に確認したところ、連続する２つのセンサ画素の画素値の誤差の平均が、誤差の最大値の９４．８％以上になった場合、この領域の誤差が目立つことが判明した。したがって、閾値は、誤差の最大値の９４．８％（若しくはそれ以下の値）を採用することが好ましい。すなわち、連続する２画素の画素値の誤差の平均が、誤差の最大値の９４．８％以上の場合に、これら２つのセンサ画素は大誤差領域４９に該当すると判断することが好ましい。誤差の大きさと、センサ画素におけるファイバ画素境界８のセンサ画素中央位置１２からの距離には対応関係がある。２つのセンサ画素における誤差の平均値が誤差の最大値の９４．８％以上であるという条件は、２つのセンサ画素におけるファイバ画素境界８とセンサ画素中央位置１２の距離の平均値がセンサ画素ピッチ１０の１／９倍以下であるという条件に相当する。例えば、センサ画素ピッチ１０をＰ_ｓとすると、図３中の画素４３ではファイバ画素境界８のセンサ画素中央位置１２からの水平距離は１／１０×Ｐ_ｓである。また、図３中の画素４４ではファイバ画素境界８のセンサ画素中央位置１２からの水平距離は１／１０×Ｐ_ｓである。よってファイバ画素境界８のセンサ画素中央位置１２からの水平距離の画素４３での値と画素４４での値との平均値は１／１０×Ｐ_ｓであるから１／９×Ｐ_ｓ以下となっている。次に、図３中の画素４３の２画素隣の画素４５ではファイバ画素境界８のセンサ画素中央位置１２からの水平距離は３／１０×Ｐ_ｓである。よってファイバ画素境界８のセンサ画素中央位置１２からの水平距離は画素４３での値と画素４５での値との平均値は１／５×Ｐ_ｓであるから１／９×Ｐ_ｓ以下となっていない。つまり、画素４３と画素４４は大誤差領域４９に含まれるが、画素４５は大誤差領域に含まれない。図３の例では、大誤差領域４９は、画素４３と画素４４の２画素から構成される。

大きな大誤差領域４９が発生するとモアレが認識されやすくなってしまう。逆に、大誤差領域４９の大きさを小さくすれば広範囲で見たときに大きな誤差を認識しづらくなる。特に、大誤差領域４９が発生しないようにすれば、全体的に安定した画素値に見えるため、モアレが認識されにくくできる。つまり、誤差が大きい領域を１画素以内に収めて大誤差領域４９が発生しないようにすれば、モアレは最も認識されにくくなる。

＜本実施形態におけるセンサ画素とファイバ画素の構成＞
本実施形態では、上記の知見に基づいて、大誤差領域が発生しないような構成を採用する。そのために、電子撮像素子４（センサ画素）とイメージファイバ束３（ファイバ画素）の構成を工夫している。以下、本実施形態にかかる電子撮像素子４とイメージファイバ束３の構成について説明する。

図１を用いて説明したように、電子撮像素子４は、複数のセンサ画素が正方格子状に配列された構成を有する。センサ画素のピッチは、本実施形態においては、５．０μｍである。

図４Ａは、イメージファイバ束３の配列を示す図である。イメージファイバ束３は、断面形状が正方形のファイバを周期的に２次元配列させた構成を有する。ファイバ画素のピッチは５．１μｍである。イメージファイバ束３の配列は、複数のイメージファイバをＸ方向（電子撮像素子４の水平方向）に一列に配列させた画素列を、Ｙ方向（電子撮像素子４の垂直方向）に配列させた構成を有する。この際、Ｙ方向に隣り合う２つの画素列を、所定量（ｄとして示す）だけＸ方向に互いにずらして配列される。本実施形態では、ファイバ画素のずらし量ｄを、センサ画素ピッチ１０の１／２倍（２．５μｍ）としている。イメージファイバ束３は、これら２行セットの配列を、Ｙ方向に繰り返し配列させた構成を有する。なお、センサ画素の断面形状は正方形である必要はなく、円や多角形などその他の形状をしていても構わない。

図４Ａの構成を採用することで、大誤差領域が発生しないことを、図４Ｂを参照して説明する。図４Ｂは、垂直方向（Ｙ方向）に連続する電子撮像素子４の画素と、ファイバ画素境界８の位置関係を示す図である。垂直方向に連続する２つのセンサ画素において、ファイバ画素境界８の位置は、水平方向にセンサ画素ピッチ（Ｐ_ｓ）の１／２倍（＝１／２×Ｐ_ｓ）だけ水平方向にずれる。したがって、垂直方向に連続する２つのセンサ画素についての、ファイバ画素境界８とセンサ画素中央位置の距離の平均値は、約１／４×Ｐ_ｓとなる。これは、先に説明した、大誤差領域に当てはまる条件の上限値（１／９×Ｐ_ｓ）よりも大きい。したがって、本実施形態に構成によれば、垂直方向に連続する任意のいずれのセンサ画素も大誤差領域にはならない。すなわち、モアレが認識されにくい画像を取得できる。

なお、図４Ａでは、ファイバ画素境界８とセンサ画素境界が一致する場合があるような構成を示しているが、これは必須の構成ではない。ファイバ画素境界８とセンサ画素境界が一致しない構成でも、垂直方向に連続する２つのセンサ画素についての、ファイバ画素境界８とセンサ画素中央位置の距離の平均値は、約１／４×Ｐ_ｓとなる。したがって、大誤差領域が発生せず、モアレが認識されにくい画像を取得できる。

本実施形態では、ファイバ画素の移動所定量を１／２×Ｐ_ｓとしているが、この移動所定量が１／４×Ｐ_ｓ以上３／４×Ｐ_ｓ以下であれば、大誤差領域を１画素以下とすることができる。図５Ａおよび図５Ｂを参照してこの点を説明する。図５Ａは移動所定量が、センサ画素ピッチの１／４倍の場合の、垂直方向（Ｙ方向）に連続する電子撮像素子４の画素と、ファイバ画素境界８の位置関係を示す図である。垂直方向に連続する２つのセンサ画素についての、ファイバ画素境界８とセンサ画素中央位置の距離の平均値が最小となるのは、いずれかのセンサ画素においてファイバ画素境界８がセンサ画素中央位置に一致する場合である。このとき、上記の平均値は１／８×Ｐ_ｓとなる。この値は、大誤差領域に当てはまる条件の上限値（１／９×Ｐ_ｓ）よりも大きい。したがって、移動所定量が１／４×Ｐ_ｓであれば大誤差領域が発生しない。

また、移動所定量が１／４×Ｐ_ｓ以上１／２×Ｐ_ｓ以下の範囲であれば、移動所定量が大きいほど、垂直方向に連続する２つのセンサ画素についてのファイバ画素境界８とセンサ画素中央位置の距離の平均値は大きくなる。したがって、移動所定量が、１／４×Ｐ_ｓ〜１／２×Ｐ_ｓの間であれば、大誤差領域は発生しない。

また、移動所定量ｄが１／２×Ｐ_ｓより大きい時は、移動所定量がｄ−１／２×Ｐ_ｓの時と実質的に同じ効果が得られる。図５Ｂは、移動所定量が３／４×Ｐ_ｓの場合を示した図である。移動所定量が３／４×Ｐ_ｓの場合は、ファイバ画素を−Ｘ方向に１／４×Ｐ_ｓだけ移動させた場合と実質的に同じであることが分かる。すなわち、移動所定量が１／２×Ｐ_ｓ以上３／４×Ｐ_ｓ以下の時は、移動所定量が１／４×Ｐ_ｓ以上１／２×Ｐ_ｓの時と同様に、大誤差領域が発生しない。

以上のように、移動所定量がセンサ画素ピッチＰ_ｓの１／４倍以上３／４以下であれば、大誤差領域が発生しない。なお、上記の議論から分かるように、移動所定量がセンサ画素ピッチＰ_ｓの２／９倍以上７／９以下であっても大誤差領域は発生しない。したがって、移動所定量は２／９×Ｐ_ｓ以下７／９×Ｐ_ｓ以下の範囲であってもよい。ただし、移動所定量はセンサ画素ピッチＰ_ｓの１／４倍以上３／４倍以下の範囲であることが好ましく、センサ画素ピッチＰ_ｓの１／３以上２／３以下の範囲であることがより好ましい。そして、移動所定量は１／２×Ｐ_ｓであることがさらに好ましい。移動所定量は、１／２×Ｐ_ｓに近いほど好ましい。

以上の説明は縦縞チャートを前提とするものであるが、横縞チャートの場合にも垂直方向と水平方向を入れ替えれば同様に扱える。

（実施形態２）
実施形態１では、センサ画素のピッチが５．０μｍ、ファイバ画素のピッチが５．１μｍであり、これらのピッチがほぼ等しい例を説明した。本実施形態では、センサ画素とファイバ画素のピッチの差がより大きい構成を説明する。本実施形態における、センサ画素ピッチは５．０μｍ、ファイバ画素ピッチは７．０μｍである。これ以外の構成については実施形態１と同様であるため説明を省略する。

図６Ａは本実施形態における電子撮像素子４とイメージファイバ束３の構成を示す図である。本実施形態においても、イメージファイバ束３の構成は実施形態１と同様であり、水平方向（Ｘ方向）に並べた画素列を、Ｘ方向に所定量だけずらしつつＹ方向に配列させた構成である。図６Ａにおいて、移動所定量はｄとして示してある。

図６Ａに示されるように、電子撮像素子４のセンサ画素５１は４つのファイバ画素６１〜６４と重なっている。そして、センサ画素５１の内部に、２つの垂直方向のファイバ画素境界６５，６６が位置する。ファイバ画素境界６５は、ファイバ画素６１とファイバ画素６２の境界であり、ファイバ画素境界６６は、ファイバ画素６３とファイバ画素６４の境界である。

このとき、縦縞矩形チャートを撮影したときのセンサ画素５１における画素値の誤差は、センサ画素５１内に１つの垂直方向ファイバ画素境界が位置するときと異なる。センサ画素５１における画素値の誤差は、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、センサ画素５１に１つの仮想的なファイバ画素境界６８（以下、擬似ファイバ画素境界とも称する）が位置する場合の誤差と近似的に等しい。擬似ファイバ画素境界６８は、ファイバ画素の境界線６７とセンサ画素５１に基づいて決定される、垂直方向の直線である。より詳細には、擬似ファイバ画素境界６８は、センサ画素５１の中心点５３を通り水平方向に平行な直線と境界線６７との交点５４を通る垂直方向に平行な直線として決定される。なお、ファイバ画素の境界線６７は、水平方向に隣接するファイバ画素（６１と６２および６３と６４）の中点を結ぶ直線である。

したがって、大誤差領域を１画素以内に納めるようにするためには、以下の条件を満たせばよい。
（条件１）垂直方向に隣接する２つのセンサ画素について、擬似ファイバ境界の水平方向位置が、センサ画素ピッチＰ_ｓの１／４倍以上３／４倍以下だけずれている。

図６Ｄを用いてより具体的に説明する。図６Ｄでは、垂直方向に隣接する２つのセンサ画素５１，５２を、ファイバ画素の境界線６７が通っている。センサ画素５１の中心点５３を通る水平方向の直線と境界線６７の交点５４、センサ画素５２の中心点５５を通る水平方向の直線と境界線６７の交点を５６とする。このとき、上記の条件１は、交点５４および交点５６の水平方向距離５７（ｄ’）が、センサ画素ピッチＰ_ｓの１／４倍以上３／４倍以下であるという条件と等しい。

実施形態１で説明したように、条件１におけるずれ量の範囲は、センサ画素ピッチＰ_ｓの１／３倍以上２／３倍以下であることが好ましく、１／２倍に近いほど好ましい。

なお、水平方向距離５７（ｄ’）と、ファイバ画素の移動所定量ｄ、ファイバ画素ピッチＰ_ｆ、センサ画素ピッチＰ_ｓの間には、ｄ’＝ｄ／Ｐ_ｆ×Ｐ_ｓの関係がある。上記の条件（１）は、次のようにも表現できる。
（条件１’）垂直方向に並ぶファイバ画素の水平方向の移動所定量ｄが、ファイバ画素ピッチＰ_ｆの１／４倍以上３／４倍以下である。

次に、ファイバ画素の境界線についてより詳細に説明する。まず、ファイバ画素同士の境界点について、図７Ａ〜図７Ｃを参照して説明する。
図７Ａのように、ファイバ画素７１と７２が線で接している場合には、ファイバ画素７１の中心点７１ａとファイバ画素７２の中心７２ａを結ぶ直線と、隣接線の交点７３を境界点と定義する。ファイバ画素の形状が正方形である場合には、中心点７１ａ，７２ａを結ぶ線分の中点が境界点となる。

図７Ｂのように、ファイバ画素７４と７５が１つの点（接点７６）で接している場合には、その接点７６を境界点と定義する。ファイバ画素の形状が円である場合には、ファイバ画素７４の中心点７４ａとファイバ画素７５の中心点７５ｂを結ぶ線分の中点が境界点となる。

図７Ｃのように、ファイバ画素７４と７５が接していない場合には、ファイバ画素の中心点７４ａ，７５ａを結ぶ直線のうち、どちらのファイバ画素にも含まれない領域にある線分７７の中点７６を、ファイバ画素７４と７５の境界点と定義する。

ファイバ画素の境界線は、複数のファイバ画素の境界点を結ぶ直線である。ファイバ画素の境界点を結ぶ直線は複数存在する。そこで、境界線を、ファイバ画素の境界点を結ぶ直線のうち、ファイバ画素の配列方向と平行な直線と定義する。

図８Ａ〜図８Ｃを参照して具体的に説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、円形のファイバ画素が配列されたイメージファイバ束３を示す。図において、ファイバ画素の境界点が黒丸で示されている。ファイバ画素の配列方向は、隣り合うファイバ画素の中心同士を結ぶ方向である。ファイバ画素８１は、ファイバ画素８２ａ，８２ｂ，８２ｃと隣り合っているので、ファイバ画素の配列方向として配列方向８５ａ，８５ｂ，８５ｃの３方向が存在する。なお、ファイバ画素８１には、隣り合うファイバ画素が上記以外に３つ存在するが、これらのファイバ画素から得られる配列方向も配列方向８５ａ〜８５ｃと等しい。ファイバ画素の境界線は、ファイバ画素の境界点を結ぶ直線のうち、配列方向８５ａ〜８５ｃと平行なものである。したがって、図８Ａ〜図８Ｃに示す直線８６ａ，８６ｂ，８６ｃが、ファイバ画素の境界線に該当する。

ファイバ画素の境界線は上記のように定義されるものなので、イメージファイバ束３について、複数方向の境界線が存在することになる。例えば、図６Ｂでは１つの境界線６７しか示していないが、実際には図９に示すように３つの境界線９１〜９３が存在する。このとき、これら全ての境界線について上記の条件を満たす必要はない。水平方向（センサ画素の配列方向の１つ）となす角度（鋭角とする）が４５度以上（９０度以下）である境界線について上記の条件を満たせばよい。これは例えば、水平方向とのなす角度が４５度以上のファイバ画素境界は、縦縞チャートに起因するモアレの発生に与える影響が大きく、水平方向とのなす角度が４５度未満のファイバ画素境界はその影響が小さいからである。したがって、水平方向とのなす角度が４５度以上の境界線について、上記の条件を満たせば縦縞チャートに起因するモアレを認識しにくくすることができる。

なお、水平方向とのなす角度が４５度以上の境界線が複数存在する場合もある。この場合、少なくともいずれかの境界線について、上記条件を満たせばモアレを認識しにくくできる効果が得られる。ただし、複数の境界線の全てについて上記条件を満たせば、より高い効果が得られるので好ましい。

上記の条件１は、図６Ｄを用いて説明したように、センサ画素５１の中心点５３を通る水平方向の直線と境界線６７の交点５４と、センサ画素５２の中心点５４を通る水平方向の直線と境界線６７の交点５６との間の水平方向距離５７に関する条件として表せる。そして、境界線６７が平行移動した場合であっても、水平方向距離５７は変わらない。例えば、境界線６７をイメージファイバ画素の配列方向を表す直線で置き換えても、水平方向距離は同一となる。したがって、条件１は、イメージファイバ画素の配列方向に平行な直線を用いても表現できる。以下、条件１の別の表現について説明する。

まず、ファイバ画素のうち任意の１つを注目画素とする。そして、注目画素に隣接するファイバ画素のうち、当該ファイバ画素の中心と注目画素の中心を結ぶ直線の傾きが、＋Ｘ方向（第１の方向）に対して４５度以上１３５度以下のものを、隣接画素とする。このように定義すると、注目画素の中心と隣接画素の中心を結ぶ直線はファイバ画素の配列方向と平行であり、したがって、ファイバ画素の境界線（図６Ｄの５７）と平行となる。例えば、ファイバ画素の配列を表す図１０Ａにおいて、ファイバ画素１０３１を注目画素とする。このとき、ファイバ画素１０３２が隣接画素に該当し、ファイバ画素１０３１の中心１０３１ａとファイバ画素１０３２の中心１０３２ａとを結ぶ直線１００１は、配列方向及びファイバ画素の境界線と並行となる。なお、直線１００１は、ファイバ画素１０３３の中心１０３３ａも通るので、ファイバ画素１０３１を隣接画素と捉えても構わない。

そして、注目画素の中心と隣接画素の中心を結ぶ直線が、横切る垂直方向に隣接する任意の２つセンサ画素のうち、それぞれ第１のセンサ画素および第２のセンサ画素と定義する。図１０Ｂは、センサ画素の配列と直線１００１の関係を示す図である。ここで、直線１００１は、垂直方向に隣接するセンサ画素１０５１とセンサ画素１０５２を通るので、センサ画素１０５１を第１のセンサ画素、センサ画素１０５２を第２のセンサ画素とみなすことができる。点１０５４は、センサ画素１０５１の中心１０５３を通り水平方向に平行な直線１００２と直線１００１との交点であり、点１０５６は、センサ画素１０５２の中心１０５５を通り水平方向に平行な直線１００３と直線１００１の交点である。このとき、上記の条件１は、交点１０５４と交点１０５６の水平方向距離１００４（ｄ’’）が、センサ画素ピッチＰ_ｓの１／４倍以上３／４倍以下であるという条件と等しい。

以上の説明では、縦縞に起因するモアレを認識しにくくするための構成について説明したが、横縞に起因するモアレを認識しづらくするためには、上記の条件において水平方向と垂直方向を入れ替えて解釈すればよい。

（実施形態３）
実施形態３に係る撮像装置について図１１、図１２を用いて説明する。
図１１Ａは、本実施形態に係る結像光学系２と電子撮像素子４の構成図を示す。実施形態３では、イメージファイバ束３の構成が実施形態１，２と異なる。イメージファイバ束３は正方形のファイバ画素を正方格子状に配列したものである。イメージファイバ束３の配列方向と電子撮像素子４の配列方向は、所定の角度だけずれている。すなわち、イメージファイバ束３は、配列方向が電子撮像素子４の配列方向と揃っている配置と比較して、光軸５に垂直な面内で所定の角度だけ回転させた配置にあると捉えることもできる。その他の構成及び作用は実施形態１，２と同様なので重複する説明は省略する。

図１１Ｂは、イメージファイバ束３と電子撮像素子４を結像光学系２側から見た図を示す。ファイバ画素ピッチ１１は６．０μｍ、センサ画素ピッチ１０は５．０μｍ、イメージファイバ束３の回転角１４は、θ＝２４．６°に設定する。

このような構成のイメージファイバ束３についても、実施形態２で説明した条件を満たせば大誤差領域が発生せず、モアレが認識されにくいという効果を得ることができる。本
実施形態のイメージファイバ束３と電子撮像素子４の構成が、上記条件を満たすことを説明する。

図１１Ｃは、本実施形態に係るイメージファイバ束３の配列を示す。本実施形態での配列方向は第１配列方向３２ａ、第２配列方向３３ａの２方向である。ここでは縦縞矩形チャートを撮影するので水平方向４１とのなす角度が４５度以上１３５度以下の配列方向が重要となる。第１配列方向３２ａは第１方向に対して傾きが９０＋θ度（＝１１４．６度）であり４５度以上１３５度以下である。これに対して、第２配列方向３３ａは第１方向に対して傾きがθ度（＝２４．６度）であり、４５度未満である。よって、第１配列方向
３２ａと平行なファイバ画素の境界線に関して、実施形態２で説明した条件を満たせばよい。

図１２Ａに、第１配列方向３２ａと平行なファイバ画素の境界線１１０１と、電子撮像素子４の画素の位置関係を示す。ファイバ画素の境界線１１０１は垂直方向に連続したセンサ画素４３、４４と重なる。このとき、センサ画素４３における画素値の誤差は、センサ画素４３の中心点４３ａを通り水平方向４１に平行な直線と境界線１１０１との交点を通る垂直方向のファイバ画素境界１１０２がある場合と同じとみなせる。同様に、センサ画素４４における画素値の誤差は、センサ画素４４の中心点４４ａを通り水平方向４１に平行な直線と境界線１１０１との交点を通る垂直方向のファイバ画素境界１１０３がある場合と同じとみなせる。したがって、この仮想的なファイバ画素境界１１０２と１１０３の水平方向の距離１１０４がセンサ画素ピッチの１／４倍以上３／４倍以下であるという条件を満たせば、撮影画像に大誤差領域が生じない。距離１１０４は、ファイバ画素ピッチＰ_ｆを用いてＰ_ｆ×ｓｉｎθと表せる。したがって、以下の不等式で表される条件を満たせば、大誤差領域が発生せず、電子撮像素子４の画素周期とイメージファイバ束３の画素周期の相違により発生するモアレが認識されにくい。
（条件２）１／４×Ｐ_ｓ≦Ｐ_ｆ×ｓｉｎθ≦３／４×Ｐ_ｓ

本実施形態では、Ｐ_ｆ＝６．０μｍ、Ｐ_ｓ＝５．０μｍ、θ＝２４．６°である。したがって、Ｐ_ｆ×ｓｉｎθ＝２．５０＝１／２×Ｐ_ｓとなり上記の条件２を満たす。すなわち、本実施形態の構成によれば、モアレを見づらくする効果が得られる。なお、上記の条件２を満たせば発明の効果が得られるが、１／３×Ｐ_ｓ≦Ｐ_ｆ×ｓｉｎθ≦２／３×Ｐ_ｓとすることがより好ましく、Ｐ_ｆ×ｓｉｎθ＝１／２×Ｐ_ｓとすることがより好ましい。本実施形態の構成では、この条件を満たすので好ましいといえる。

また、製造誤差等の理由によりθの値が２４．６°から１０°程度ずれた時にもＰ_ｆ×ｓｉｎθは０．３０×Ｐ_ｓ以上０．６８×Ｐ_ｓ以下の値に収まる。したがって、この程度の製造誤差が生じても上記の条件２を満たすので、モアレを見づらくするという効果を保てる。つまり本実施形態の構成は製造上も有利である。

以上、本実施形態の構成によって縦縞矩形チャートを撮影したときにモアレを見づらくする効果を得ていることを説明した。

次に、本実施形態の構成によって縦縞矩形チャートだけでなく、横縞矩形チャートを撮影した時にもモアレを見づらくする効果を得ていることを説明する。横縞矩形チャートを撮影した時には、電子撮像素子４の垂直方向を基準として考える必要がある。図１１Ｃに示すように、第１配列方向３２ａと垂直方向のなす角度はθ（＝２４．６°）であり、４５°より小さい。第２配列方向３３ａと垂直方向のなす角度は９０−θ（６５．４°）であり、４５度以上である。したがって、第２配列方向３３ａと平行なファイバ画素の境界線に関して、実施形態２で説明した条件を満たせばよい。

図１２Ｂに、第２配列方向３３ａと平行なファイバ画素の境界線１１０５と、電子撮像素子４の画素の位置関係を示す。ファイバ画素の境界線１１０５は水平方向に連続したセンサ画素４３、４５と重なる。このとき、センサ画素４３における画素値の誤差は、センサ画素４３の中心点４３ａを通り垂直方向４１’に平行な直線と境界線１１０５との交点を通る垂直方向のファイバ画素境界１１０６がある場合と同じとみなせる。同様に、センサ画素４５における画素値の誤差は、センサ画素４５の中心点４５ａを通り水平方向４１’に平行な直線と境界線１１０５との交点を通る垂直方向のファイバ画素境界１１０７がある場合と同じとみなせる。したがって、この仮想的なファイバ画素境界１１０６と１１０７の水平方向の距離１１０８がセンサ画素ピッチの１／４倍以上３／４倍以下であるという条件を満たせば、撮影画像に大誤差領域が生じない。距離１１０８は、ファイバ画素ピッチＰ_ｆを用いてＰ_ｆ×ｓｉｎθと表せる。つまり、距離１１０８は、図１２Ａにおける距離１１０４等しい。したがって、上記の条件２を満たす場合は、縦縞のチャートのみ
ならず、横縞のチャートを撮影した時にもモアレを見づらくするという効果が得られる。

以上のように、本実施形態にかかる撮像装置１では電子撮像素子４の水平方向と垂直方向のどちらに対しても電子撮像素子４の画素周期とイメージファイバ束３の画素周期の相違により発生するモアレを見づらくすることが可能である。

本実施形態におけるイメージファイバ束３は、正方形のファイバ画素を正方格子状に配列したものであるが、イメージファイバ束３の構成はこれに限られない。例えば、ファイバ画素の形状は、正方形以外に、円や多角形などの形状であってよい。また、ファイバ画素の配列は、正方格子状の配列に限られず、六方格子状や斜方格子状の配列であってもよい。上記の説明では角度θを便宜的にイメージファイバ束３の回転角度として説明しているが、ファイバ画素の配列が正方格子状の配列以外の場合は、ファイバ画素の配列方向と水平方向（または垂直方向）とのなす角度と捉えるべきである。

（実施形態４）
実施形態４では、イメージファイバ束３の回転角１４がθ＝１２．０°である点が、実施形態３と異なる。その他の構成及び作用は実施形態３と同様なので重複する説明は省略する。このとき、Ｐ_ｆ×ｓｉｎθ＝０．２５×Ｐ_ｓとなるため、上記の条件２を満たす。したがって、実施形態３と同様に、モアレを見づらくする効果が得られる。

また、回転角１４がθ＝１２．０°であるとθ＝０°に近いため、イメージファイバ束３の配列方向と電子撮像素子４の配列方向が揃っている状態に近くなるため、アーティファクトが発生しにくくなるという利点がある。

（実施形態５）
実施形態５では、イメージファイバ束３の回転角１４がθ＝３８．７°である点が、実施形態３と異なる。その他の構成及び作用は実施形態３と同様なので重複する説明は省略する。このとき、Ｐｆ×ｓｉｎθ＝０．７５×Ｐｓとなるため、上記の条件２を満たす。したがって、実施形態３と同様に、モアレを見づらくする効果を得ている。

また、回転角１４がθ＝３８．７°であるとθ＝４５°に近いため、電子撮像素子４の水平方向と垂直方向で撮影画像の見え方が同等に近くなるという利点がある。

１ 撮像装置
２ 結像光学系
３ イメージファイバ束
４ 電子撮像素子

Claims (7)

1. 第１の方向と該第１の方向に垂直な第２の方向とに配列された複数の撮像画素を含む撮像素子と、前記第１及び第２の方向に配列された複数のファイバ画素を含み、前記撮像素子に光を導くイメージファイバとを有する撮像装置であって、
   前記第１の方向において前記撮像画素のピッチと前記ファイバ画素のピッチは互いに異なり、
   前記複数のファイバ画素のうちの任意の注目画素に隣接するファイバ画素であって、該ファイバ画素の中心と前記注目画素の中心とを結ぶ直線の前記第１の方向に対する傾きが４５度以上１３５度以下であるファイバ画素を隣接画素とし、
   前記注目画素の中心と前記隣接画素の中心とを結ぶ第１の直線を前記撮像素子に投影したときに、前記第１の直線が横切る撮像画素のうちのいずれかを第１の撮像画素、前記第２の方向において前記第１の撮像画素に隣接する撮像画素のいずれかを第２の撮像画素、とするとき、
   前記第１の撮像画素の中心を通り前記第１の方向に平行な直線と前記第１の直線との交点と、前記第２の撮像画素の中心を通り前記第１の方向に平行な直線と前記第１の直線との交点の間の前記第１の方向における距離は、前記撮像画素のピッチの１／４倍以上３／４倍以下であることを特徴とする撮像装置。
2. 前記距離は、前記撮像画素のピッチの１／３倍以上２／３倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記イメージファイバは、前記第１の方向に配列された複数のファイバ画素から成る画素列が前記第２の方向に配列された構成を有し、隣接する画素列同士においてファイバ画素の中心は前記第１の方向にずれており、
   前記ファイバ画素のピッチは、前記撮像画素のピッチの０．８倍以上１．２倍以下であり、
   前記隣接する画素列同士でのファイバ画素の中心の前記第１の方向におけるずれ量は、前記撮像画素のピッチの１／４倍以上３／４倍以下である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記イメージファイバは、前記第１の方向に配列された複数のファイバ画素から成る画素列が前記第２の方向に配列された構成を有し、隣接する画素列同士においてファイバ画素の中心は前記第１の方向にずれており、
   前記隣接する画素列同士でのファイバ画素の前記第１の方向における移動所定量は、前記ファイバ画素のピッチの１／４倍以上３／４倍以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 第１の方向と該第１の方向に垂直な第２の方向とに配列された複数の撮像画素を含む撮像素子と、第３の方向と該第３の方向に垂直な第４の方向に配列された複数のファイバ画素を含み、前記撮像素子に光を導くイメージファイバとを有する撮像装置であって、
   前記第３及び第４の方向の夫々は、前記第１及び第２の方向とは異なり、かつ前記第１及び第２の方向を含む面に平行であり、
   前記複数のファイバ画素のうちの任意の注目画素に隣接するファイバ画素であって、該ファイバ画素の中心と前記注目画素の中心とを結ぶ直線の前記第１の方向に対する傾きが４５度以上１３５度以下であるファイバ画素を隣接画素とし、
   前記注目画素の中心と前記隣接画素の中心とを結ぶ第１の直線と前記第１の方向とがなす角をθ、前記第１の方向における前記撮像画素のピッチをＰ_ｓ、前記第１の直線に沿った前記ファイバ画素のピッチをＰ_ｆとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像装置。
   １／４×Ｐ_ｓ≦Ｐ_ｆ×ｓｉｎθ≦３／４×Ｐ_ｓ
6. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
   １／３×Ｐ_ｓ≦Ｐ_ｆ×ｓｉｎθ≦２／３×Ｐ_ｓ
7. 前記複数のファイバ画素は、正方格子状又は六方格子状に配列されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。

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