JP6799751B2

JP6799751B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP6799751B2
Application number: JP2016189085A
Authority: JP
Inventors: 優年山下; 憲久吉村
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: US20190335073A1; JP2018054769A; WO2018061816A1; CN109416497A; CN109416497B; US10666846B2

Description

本発明は、被写体に対してレーザ光を画角内に拡散照射する拡散板を備えた撮像装置に関する。

従来から、撮像装置において、複数のレンズが互いに隣接するように配列されたレンズアレイによって光源から出射された光を均一に拡散する拡散板が用いられている。

この拡散板において各レンズが格子状に規則的に配置されると、前記撮像装置においてレーザダイオード等のコヒーレント光を出射する光源が用いられた場合に、各レンズを通過した光同士が回折によって干渉して干渉縞が生じるため、被写体に照射される拡散光における光強度の均一性が損なわれる。

このため、拡散光における干渉縞の発生を抑えるために、例えば、２種以上の異なる曲面のレンズを配置することで均一な拡散光強度を得られるようにした拡散板がある（特許文献１参照）。

特開２０１４−２０３０３２号公報

しかし、前記拡散板においても、複数のレンズを有するため、光源がコヒーレント光を出射する場合には、拡散光における干渉縞を完全に無くすことができず、これにより、被写体で反射した前記拡散光を撮像装置の撮像素子が受光することで得られた画像が、前記干渉縞の影響を受ける場合があった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、複数のレンズを有する拡散板によって拡散させた光を被写体に照射して撮像したときに得られた画像において、前記拡散光の干渉縞の影響を抑えることができる撮像装置を提供することを課題とする。

本発明の撮像装置は、光源と、所定の平面上において互いに隣接して配置される複数のレンズを有すると共に、前記光源が出射する光を拡散する拡散板と、前記拡散板によって拡散された光が被写体で反射した反射光を受光する撮像素子と、を備え、前記複数のレンズは、前記拡散された光における干渉縞の周期が前記撮像素子の三画素以下となるように配置されている。

かかる構成によれば、撮像素子において受光した拡散光（被写体で反射した拡散光）における干渉縞の周期（間隔）が前記撮像素子の三画素以下であるため、撮像素子によって得られた画像における前記干渉縞の影響が抑えられる。即ち、拡散板の複数のレンズの配置によって拡散光に生じる干渉縞の周期を調整することで、該拡散光において拡散板を通過したことに起因する干渉縞が生じていても、撮像素子によって得られた画像における前記干渉縞の影響を抑えることができる。

また、本発明の撮像装置は、光源と、所定の平面上において互いに隣接して配置される複数のレンズを有すると共に、前記光源が出射する光を拡散する拡散板と、前記拡散板によって拡散された光が被写体で反射した反射光を受光する受光面を有すると共に、前記受光面が受光した前記反射光に応じた信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力される信号を、該撮像素子の隣接する複数の画素によって構成される画素群の単位でフィルタ処理する処理部と、を備え、前記複数のレンズは、前記拡散された光における干渉縞の周期が前記画素群の大きさ以下となるように配置されている。

かかる構成によれば、撮像素子において受光した拡散光（被写体で反射した拡散光）における干渉縞の周期が画素群の大きさ以下であるため、干渉縞に起因する撮像素子での受光強度の不均一（拡散光における拡散光強度の不均一）が確実にフィルタ処理され、これにより、撮像素子によって得られる画像での前記干渉縞の影響が効果的に抑えられる。

即ち、撮像素子においてフィルタ処理される単位（画素群）より干渉縞の周期が大きい場合には、拡散光に干渉縞が生じていると、複数の画素群の間で受光強度（拡散光強度）の不均一（違い）が生じるため、画素群内の受光強度の不均一がフィルタ処理によって解消されても画素群間の受光強度の不均一が解消されず、これにより、撮像素子から得られた画像における前記干渉縞の影響は大きいが、上記構成のように、複数のレンズの配置によって拡散光に生じる干渉縞の周期を画素群の大きさ以下にし、これにより、撮像素子において画素群内に前記干渉縞に起因する受光強度の不均一を生じさせることで、前記干渉縞に起因する受光強度の不均一がフィルタ処理によって解消又は抑制され、その結果、撮像素子から得られた画像での前記干渉縞の影響が効果的に抑えられる。

また、請求項３に記載の発明において、前記複数のレンズは、各レンズの頂点位置が前記所定の平面上において第一方向と該第一方向と直交する第二方向とに間隔をあけて並ぶ複数の仮想の格子点のうちの対応する格子点から前記所定の平面に沿ってランダムにずれた状態で配置され、第一方向又は第二方向における前記各レンズの頂点位置と該頂点位置と対応する前記格子点とのずれ量は、第一方向において隣り合う格子点同士の間隔の２０％以下であってもよい。

このように複数のレンズを、それぞれの頂点位置が格子点からランダムにずれた状態で配置することで、頂点位置が格子点上となるように配置される場合に比べ、複数のレンズを通過したことに起因する干渉縞が拡散光において生じ難くなり、これにより、撮像素子から得られる画像における前記干渉縞の影響がより抑えられる。しかも、頂点位置のずれ量を格子点の第一方向の間隔の２０％以下に抑えることで、画角にあわせた矩形の配光が得やすくなる。

本発明によれば、複数のレンズを有する拡散板によって拡散させた光を被写体に照射して撮像したときに、得られた画像において前記拡散光に起因する干渉縞の影響を抑えることができる撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を説明するための図である。前記撮像装置の光源及び拡散板を説明するための模式図である。前記拡散板の一部を示す拡大図である。基礎配置の格子点の間隔を求める式を説明するための図である。実施例１の実写画像を示す図である。実施例１の撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を示す図である。実施例１の配光のシミュレーション結果を示す図である。実施例２の実写画像を示す図である。実施例２の撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を示す図である。実施例２の配光のシミュレーション結果を示す図である。実施例３の撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を示す図である。実施例３の配光のシミュレーション結果を示す図である。実施例４の撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を示す図である。実施例４の配光のシミュレーション結果を示す図である。実施例５の撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を示す図である。実施例５の配光のシミュレーション結果を示す図である。実施例６の撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を示す図である。実施例６の配光のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る撮像装置について図１〜図４を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る撮像装置は、被写体にレーザ光を拡散照射し、その反射光を二次元の画像センサで測定し、光の飛行時間により被写体までの距離を計算して三次元の距離分布画像を作成する、いわゆるＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式の距離画像カメラである。具体的に、撮像装置１は、図１に示すように、光源２と、光源２が出射する光を拡散する拡散板３と、拡散板３によって拡散された光が被写体ｔで反射した反射光（以下、「反射光」と称する。）を受光する撮像素子５と、を備える。また、本実施形態の撮像装置１は、被写体ｔから撮像素子５に向かう反射光の光路上に配置される結像レンズ４と、撮像素子５から出力された信号を、撮像素子５において隣接する複数の画素によって構成される画素群（カーネル）の単位でフィルタ処理する処理部６等も備える。

光源２は、コヒーレント光を出射する。本実施形態の光源２は、レーザ光を出射する半導体レーザダイオードである。この光源２は、レーザビームの断面形状（即ち、レーザ光の出射方向と直交する面に照射した形状）が楕円となるようにレーザ光を出射する。本実施形態の光源２は、図２に示すように、前記楕円の長径方向Ｄ１が水平方向となり、前記楕円の短径方向Ｄ２が垂直方向となるように配置される。尚、光源２が出射するレーザビームの断面形状は、楕円に限定されず、円形、角形等でもよい。

拡散板３は、所定の平面上に配置される複数のレンズ３０を有する。具体的に、拡散板３は、図３に示すような平面上において互いに隣接して配置される複数のレンズ３０を含むレンズアレイ３１を有する。各レンズ３０の曲率半径は、同じである。また、各レンズ３０の頂点３１０は、共通の平面上にそれぞれ位置している。

このレンズアレイ３１において、複数のレンズ３０は、拡散光及び拡散反射光における干渉縞の周期が画素群（フィルタ処理される単位（カーネル））の大きさ以下となるように配置されている。本実施形態のレンズアレイ３１では、複数のレンズ３０は、拡散光（拡散反射光）における干渉縞の周期が撮像素子５の三画素以下となるように配置されている。

これら複数のレンズ３０は、図３の破線で示す基礎配置（複数の格子点４０）に基づいて配置されている。詳しくは、複数のレンズ３０は、各レンズ３０の頂点３１０の位置（頂点位置）が所定の平面上において第一方向（図３における左右方向）と該第一方向と直交する第二方向（図３における上下方向）とに間隔をあけて並ぶ複数の仮想の格子点４０のうちの対応する格子点４０から前記所定の平面に沿ってランダムにずれた状態で配置される。尚、以下では、第一方向に隣り合う格子点４０を結ぶ仮想線を第一格子線４１と称し、第二方向に隣り合う格子点４０を結ぶ仮想線を第二格子線４２と称する。即ち、格子状に配置された第一格子線４１と第二格子線４２との各交差位置が格子点４０である。

各レンズ３０の頂点３１０の位置と、該頂点３１０と対応する格子点４０との間の具体的なずれ量は、第一方向のずれ量と第二方向のずれ量とによって規定される。そして、第一方向のずれ量、即ち、レンズ３０の頂点３１０の位置と、該頂点３１０と対応する格子点４０との間の第一方向におけるずれ量（間隔）は、第一方向に隣り合う格子点４０同士の間隔ｄ１の２０％以下である。また、第二方向のずれ量、即ち、レンズ３０の頂点３１０の位置と、該頂点３１０と対応する格子点４０との間の第二方向におけるずれ量（間隔）も、第一方向に隣り合う格子点４０同士の間隔ｄ２の２０％以下である。

これら基礎配置における格子点４０の間隔ｄ１、ｄ２は、干渉縞の周期が撮像素子５の三画素以下となるように設定されている。この間隔ｄ１、ｄ２は、以下の式（１）〜式（４）に従って決定されている。

Ｔ１＝Ｌ×ｐｉｘ／ＥＦＬ・・・（１）
Ｔ２＝Ｌ×ｔａｎ｛ａｓｉｎ（ｍλ／ｄ）｝・・・（２）
１／Ｔ＝｜１／Ｔ１−１／Ｔ２｜・・・（３）
０＜Ｔ≦３・・・（４）
ここで、図４に示すように、これらの式（１）〜式（４）において、Ｔ１は、所定距離Ｌにある被写体ｔ上における撮像素子５の一画素の大きさに対応する長さ（ｍｍ）であり、Ｔ２は、所定距離Ｌにある被写体ｔ上に生じる干渉縞の周期（ｍｍ）であり、Ｔは、撮像素子５上での干渉縞の周期（画素単位）である。また、ｐｉｘは、撮像素子５の一画素ピッチ（ｍｍ）であり、ＥＦＬは、撮像素子５に結像する結像レンズ４の焦点距離であり、Ｌは、被写体ｔまでの距離（本実施形態の例ではＬ＝１０００ｍｍとしている。）であり、ｄは、ランダムにずらす前の拡散板３の各レンズの頂点間距離（ｍｍ）、即ち、基礎配置における格子点間の距離であり、λは、波長（ｎｍ）であり、ｍλは、光路差である。

また、式（１）は、所定距離Ｌにある被写体ｔ上における、撮像素子５の一画素の大きさに対応する長さ（Ｔ１）を求める式であり、式（２）は、所定距離Ｌにある被写体ｔ上に生じる干渉縞の周期（Ｔ２）を求める式（いわゆるヤングの二重スリット）であり、以下の式（２−１）及び式（２−２）に分けて表すことができる。

Ｔ２＝Ｌ×ｔａｎθ ・・・（２−１）
θ＝ａｓｉｎ（ｍλ／ｄ）・・・（２−２）
ここで、θは、交差角である。

以上の式（１）〜式（４）を満たすことで、干渉縞の周期Ｔが撮像素子５の三画素以下となる。

上述のように構成される拡散板３は、撮像装置１（図１に示す姿勢の撮像装置１）において、第一方向が水平方向となり、第二方向が垂直方向となるように配置される。

結像レンズ４は、被写体ｔで反射した反射光を撮像素子５の受光面５１（図１参照）で結像させる。

撮像素子５は、多数の画素によって構成される受光面（画角）５１を有し、受光面５１で受光した光（反射光）に応じた信号（本実施形態の例では画像信号）を出力する。この撮像素子５の受光面（画角）５１は、水平方向に長い矩形状である。本実施形態の撮像素子５は、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等である。

処理部６は、撮像素子５が受光することで得られた画像（撮像素子５から出力される画像信号）に含まれるノイズをフィルタ処理によって除去する。この処理部６は、撮像素子５の各画素からの信号を、いわゆるカーネル、マスク等と呼ばれる３×３、５×５、７×７等のマトリクス状に配置された画素群（隣接する複数の画素によって構成される画素群）の単位で平滑化処理する。本実施形態の処理部６は、３×３のカーネルをフィルタ処理の単位（画素群）とし、メディアンフィルタ、移動平均フィルタ、ガウシアンフィルタ等によるフィルタ処理を行う。

次に、上述の式（１）〜式（４）を用いて撮像装置１の拡散板３におけるｄ（詳しくは、基礎配置におけるｄ１又はｄ２）の決め方の一例を説明する。

先ず、撮像素子５のサイズ・画素数等の仕様が決定されることで、ｐｉｘが決まる。続いて、使用する光源２が決定されることで、λが決まる。また、結像レンズ４の仕様が決定されることで、ＥＦＬが決まる。そして、被写体ｔまでの距離Ｌが任意に設定され（本実施形態の例では、１０００ｍｍ）、式（１）を用いてＴ１が算出される。次に、式（３）及び式（４）を満たすようなＴ２が決められ、このＴ２と式（２−１）とから、設定すべき交差角θが算出される。そして、式（２−２）を満たすｄが求められ、このｄをレンズ３０の頂点３１０間の距離（詳しくは、基礎配置において隣り合う格子点４０同士の間隔）とする。尚、本実施形態では、撮像素子５の画角に合わせて横長の配光を得るため、水平方向と垂直方向とにおいて、それぞれ異なったｄ（ｄ１とｄ２）が設定される。

続いて、以上のように決められたｄに基づくレンズ３０の配置を格子状の基礎配置（仮の配置）とし、各格子点４０から、０＜ずらし量≦（ｄの２０％）、の範囲で、ずらし量が設定され、各レンズ３０が、頂点３１０の位置を基礎配置における対応する格子点４０から前記ずらし量の分ランダムにずらした位置に配置される。

本実施形態の拡散板３では、対応する格子点４０から頂点３１０の位置を、第一方向にずらさない又は前記ずらし量の分だけずらす、のいずれかと、第二方向にずらさない又は前記ずらし量の分だけずらす、のいずれかと、をレンズ３０毎にランダムに割り振られている。

以上の撮像装置１によれば、撮像素子５において受光した反射光（被写体ｔでの反射光）における干渉縞の周期がフィルタ処理される単位（画素群）の大きさ以下であるため、干渉縞に起因する撮像素子５での受光強度の不均一（拡散光における拡散光強度の不均一）が確実にフィルタ処理される。これにより、撮像素子５によって得られる画像での前記干渉縞の影響が効果的に抑えられる。詳しくは、以下の通りである。

撮像素子５においてフィルタ処理される単位（画素群）より干渉縞の周期が大きい場合には、反射光に干渉縞が生じていると、複数の画素群の間で受光強度（拡散光強度）の不均一（違い）が生じるため、画素群内の受光強度の不均一がフィルタ処理によって解消されても画素群間の受光強度の不均一が解消されず、これにより、撮像素子５から得られた画像における前記干渉縞の影響は大きい。しかし、本実施形態の撮像装置１のように、複数のレンズ３０の配置によって反射光に生じる干渉縞の周期を画素群の大きさ以下にし、これにより、撮像素子５において画素群内に前記干渉縞に起因する受光強度の不均一を生じさせることで、前記干渉縞に起因する受光強度の不均一がフィルタ処理によって解消又は抑制される。その結果、撮像素子５から得られた画像での前記干渉縞の影響が効果的に抑えられる。

具体的に、本実施形態の拡散板３では、複数のレンズ３０は、反射された光における干渉縞の周期が撮像素子５の三画素以下となるように配置されている。このように、本実施形態の撮像装置１では、撮像素子５において受光した反射光（被写体での反射光）における干渉縞の周期（間隔）を撮像素子５の三画素以下とすることで、撮像素子５によって得られた画像における前記干渉縞の影響が抑えられる。即ち、拡散板３の複数のレンズ３０の配置によって拡散光に生じる干渉縞の周期を調整することで、該拡散光において拡散板３を通過したことに起因する干渉縞が生じていても、撮像素子５によって得られた画像において前記干渉縞の影響が抑えられる。

また、本実施形態の撮像装置１では、複数のレンズ３０は、各レンズ３０の頂点３１０の位置が前記所定の平面上において第一方向と第二方向とに間隔をあけて並ぶ複数の仮想の格子点４０のうちの対応する格子点４０からランダムにずれた状態で配置されている。そして、第一方向又は第二方向における各レンズ３０の頂点３１０の位置と該頂点３１０の位置と対応する格子点４０とのずれ量は、第一方向において隣り合う格子点４０同士の間隔ｄ１の２０％以下である。

このように複数のレンズ３０を、それぞれの頂点３１０の位置が格子点４０からランダムにずれた状態で配置することで、頂点３１０の位置が格子点４０上となるように配置される場合に比べ、複数のレンズ３０を通過したことに起因する干渉縞が拡散光において生じ難くなる。これにより、撮像素子５から得られる画像における前記干渉縞の影響がより抑えられる。しかも、頂点３１０の位置のずれ量を格子点４０の間隔の２０％以下に抑えることで、画角にあわせた矩形の配光が得やすくなる。

ここで、本実施形態の撮像装置１の効果を確認するために、上述の式（１）〜式（４）における各パラメータを変えて拡散光に生じる干渉縞や配光の状態を確認した結果を以下に示す。尚、以下の実施例１〜実施例６で用いられる撮像装置において、前記パラメータによって規定される拡散板の構成（複数のレンズの配置）以外の構成は、上記実施形態の撮像装置１と同じである。
（実施例１）
０＜Ｔ≦３、レンズ３０の頂点３１０を格子点４０からランダムにずらし、そのずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔の１０％とした。詳しくは、ｐｉｘが０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬが２．０９ｍｍ、Ｌが１０００ｍｍ、λが８５５ｎｍ、ｍが１周期、Ｔ１が約５．３６ｍｍ、ｄ１が０．３６ｍｍ、第一方向のＴ２が約２．４ｍｍ、第一方向のＴが約０．８画素、ｄ２が０．２３ｍｍ、第二方向のＴ２が約３．７ｍｍ、第二方向のＴが約２．３画素である。

この条件の拡散板を用いたときの実写画像を図５に示し、撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を図６に示し、配光のシミュレーション結果を図７に示す。

これらの結果から、撮像装置において本実施例１に示す条件に基づく拡散板を用いることで、得られる画像において干渉縞によるムラが十分低減され、且つ、矩形配光が得られることが確認できた。
（実施例２）
３＜Ｔ、レンズ３０の頂点３１０を格子点４０からランダムにずらし、そのずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔の１０％とした。詳しくは、ｐｉｘが０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬが３．６８ｍｍ、Ｌが１０００ｍｍ、λが８５５ｎｍ、ｍが１周期、Ｔ１が約３．０４ｍｍ、ｄ１が０．２８ｍｍ、第一方向のＴ２が約３．１ｍｍ、第一方向のＴが約８画素、ｄ２が０．２ｍｍ、第二方向のＴ２が約４．３ｍｍ、第二方向のＴが約３．５画素である。

この条件の拡散板を用いたときの実写画像を図８に示し、撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を図９に示し、配光のシミュレーション結果を図１０に示す。

これらの結果から、撮像装置において本実施例２に示す条件、即ち、Ｔが撮像素子５の三画素より大きくなる拡散板を用いると、得られる画像において干渉縞によるムラが目立つことが確認できた。
（実施例３）
０＜Ｔ≦３、レンズ３０の頂点３１０を格子点４０と一致させた。詳しくは、ｐｉｘが０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬが２．０９ｍｍ、Ｌが１０００ｍｍ、λが８５５ｎｍ、ｍが１周期、Ｔ１が約５．３６ｍｍ、ｄ１が０．３６ｍｍ、第一方向のＴ２が約２．４ｍｍ、第一方向のＴが約０．８画素、ｄ２が０．２３ｍｍ、第二方向のＴ２が約３．７ｍｍ、第二方向のＴが約２．３画素である。

この条件の拡散板を用いたときの撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を図１１に示し、配光のシミュレーション結果を図１２に示す。

これらの結果から、撮像装置において本実施例３に示す条件、即ち、複数のレンズが規則正しくマトリクス状に配置されても０＜Ｔ≦３となる拡散板を用いることで、干渉縞が生じているが、問題ない程度（例えば、後工程のフィルタ処理によって目立たなくなる程度の細かい周期の干渉縞）まで抑えられることが確認できた。
（実施例４）
３＜Ｔ、レンズ３０の頂点３１０を格子点４０と一致させた。詳しくは、ｐｉｘが０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬが３．６８ｍｍ、Ｌが１０００ｍｍ、λが８５５ｎｍ、ｍが１周期、Ｔ１が３．０４ｍｍ、ｄ１が０．２８ｍｍ、第一方向のＴ２が約３．１ｍｍ、第一方向のＴが約８画素、ｄ２が０．２ｍｍ、第二方向のＴ２が約４．３ｍｍ、第二方向のＴが約３．５画素である。

この条件の拡散板を用いたときの撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を図１３に示し、配光のシミュレーション結果を図１４に示す。

これらの結果から、撮像装置において本実施例４に示す条件、即ち、Ｔが撮像素子５の三画素より大きくなり、且つ、複数のレンズが規則正しくマトリクス状に配置されると、生じる干渉縞が目立つことが確認できた。
（実施例５）
０＜Ｔ≦３、レンズ３０の頂点３１０を格子点４０からランダムにずらし、そのずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔の２０％とした。詳しくは、ｐｉｘが０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬが２．０９ｍｍ、Ｌが１０００ｍｍ、λが８５５ｎｍ、ｍが１周期、Ｔ１が約５．３６ｍｍ、ｄ１が０．３６ｍｍ、第一方向のＴ２が約２．４ｍｍ、第一方向のＴが約０．８画素、ｄ２が０．２３ｍｍ、第二方向のＴ２が約３．７ｍｍ、第二方向のＴが約２．３画素である。

この条件の拡散板を用いたときの撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を図１５に示し、配光のシミュレーション結果を図１６に示す。

これらの結果から、撮像装置において本実施例５に示す条件、即ち、各レンズ３０の頂点３１０の格子点４０からのずれ量を、隣り合う格子点４０同士の間隔の２０％としても、矩形の配光が得られることが確認できた。
（実施例６）
０＜Ｔ≦３、レンズ３０の頂点３１０を格子点４０からランダムにずらし、そのずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔の３０％とした。詳しくは、ｐｉｘが０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬが２．０９ｍｍ、Ｌが１０００ｍｍ、λが８５５ｎｍ、ｍが１周期、Ｔ１が約５．３６ｍｍ、ｄ１が０．３６ｍｍ、第一方向のＴ２が約２．４ｍｍ、第一方向のＴが約０．８画素、ｄ２が０．２３ｍｍ、第二方向のＴ２が約３．７ｍｍ、第二方向のＴが約２．３画素である。

この条件の拡散板を用いたときの撮像素子の受光面上での干渉縞のシミュレーション結果を図１７に示し、配光のシミュレーション結果を図１８に示す。

これらの結果から、撮像装置において本実施例５に示す条件、即ち、各レンズ３０の頂点３１０の格子点４０からのずれ量を、隣り合う格子点４０同士の間隔の３０％とすると、矩形の配光が得られない（換言すると、実用的でない程度まで矩形配光がくずれる）ことが確認できた。

尚、本発明の撮像装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、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できる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の拡散板３では、各レンズ３０の頂点３１０の位置が、対応する格子点４０からランダムにずれているが、この構成に限定されない。拡散板３において、各レンズ３０の頂点３１０の位置は、対応する格子点４０上であってもよい、即ち、複数のレンズ３０が所定の平面上において行列方向（マトリクス状）に規則正しく配置されてもよい。かかる構成であっても、撮像素子５において受光した反射光（被写体ｔでの反射光）における干渉縞の周期がフィルタ処理における画素群の大きさ（例えば、上記実施形態のフィルタ処理の単位（画素群）は、３×３のマトリクス状に配置された画素であるため、画素群の大きさは三画素）以下であれば、撮像素子５によって得られる画像での前記干渉縞の影響が効果的に抑えられる。

また、上記実施形態の撮像装置１では、撮像素子５によって得られた画像がメディアンフィルタ、移動平均フィルタ、ガウシアンフィルタ等によってフィルタ処理（上記実施形態の例では、平滑化処理）されているが、この構成に限定されない。撮像装置１は、撮像素子５によって得られた画像がフィルタ処理（平滑化処理）されない構成でもよい。かかる構成であっても、拡散板３によって拡散された光における干渉縞の周期が撮像素子５の三画素以下となっていれば、撮像素子５によって得られる画像での前記干渉縞の影響が抑えられる。

本発明に係る撮像装置は、複数のレンズを有する拡散板によって拡散させた光を被写体に照射して撮像したときに、得られた画像において前記拡散光に起因する干渉縞の影響を抑えることができ、例えば、被写体にレーザ光を拡散照射し、その反射光を二次元の画像センサで測定し、光の飛行時間により被写体までの距離を計算して三次元の距離分布画像を作成するＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式の距離画像カメラの用途にも適用できる。

１撮像装置
２光源
３拡散板
４結像レンズ
５撮像素子
６処理部
３０レンズ
４０格子点
５１受光面
３１０レンズの頂点
ｔ被写体

Claims

光源と、所定の平面上において互いに隣接して配置される複数のレンズを有すると共に、前記光源が出射する光を拡散する拡散板と、前記拡散板によって拡散された光が被写体で反射した反射光を受光する撮像素子と、を備え、前記複数のレンズは、前記拡散された光における干渉縞の周期が前記撮像素子の三画素以下となるように配置されている、撮像装置。
光源と、
所定の平面上において互いに隣接して配置される複数のレンズを有すると共に、前記光源が出射する光を拡散する拡散板と、
前記拡散板によって拡散された光が被写体で反射した反射光を受光する受光面を有すると共に、前記受光面が受光した前記反射光に応じた信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号を、該撮像素子の隣接する複数の画素によって構成される画素群の単位でフィルタ処理する処理部と、を備え、
前記複数のレンズは、前記拡散された光における干渉縞の周期が前記画素群の大きさ以下となるように配置されている、撮像装置。
前記複数のレンズは、各レンズの頂点位置が前記所定の平面上において第一方向と該第一方向と直交する第二方向とに間隔をあけて並ぶ複数の仮想の格子点のうちの対応する格子点から前記所定の平面に沿ってランダムにずれた状態で配置され、
第一方向又は第二方向における前記各レンズの頂点位置と該頂点位置と対応する前記格子点とのずれ量は、第一方向において隣り合う格子点同士の間隔の２０％以下である、請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。