JPH0888806A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない情報量にも拘らず、観察者が注目した
い部分において極めて高精細かつ高品質の画像を得る。 【構成】 撮像対象像をそれぞれ分割して入力しそれら
の各分割された画像のうち解像度を高くしたい部分およ
び解像度を低くしたい部分を設定できる再配置光学系
と、この再配置光学系からの画像のうち解像度を高くし
たい部分の画像を高倍率のレンズに透過させるとともに
解像度を低くしたい部分の画像を低倍率のレンズに透過
させる光学系と、この光学系からの画像を投影させる撮
像素子と、この撮像素子からの画像情報を前記再配置光
学系における部分設定の情報に基づいて再構成する画像
再構成装置とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像装置は、撮像対象像を結合レンズ系
を介して撮像素子の投影面に投影させるようにして構成
されている。

【０００３】撮像素子は、その投影面にフォトダイオー
ドがマトリックス状に配置され、それぞれのフォトダイ
オードにおいて光強度に対応した電荷は、該投影面に形
成されたＣＣＤを介して取り出され、たとえば電圧に変
換されて出力されるようになっている。

【０００４】そして、このような撮像装置からの出力す
なわち撮像情報は、表示装置に入力され、その表示面に
前記撮像対象像が表示されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された撮像装置は、たとえばそのフォトダイオ
ードの数に限界があることから、この撮像装置を介して
表示する表示装置の画像をさらに高精細かつ高品質に表
示しようとした場合に制限が附されることは免れ得なか
った。

【０００６】すなわち、表示装置において高精細かつ高
品質に表示しようとしても、撮像装置から得られる情報
量では少なすぎるという問題が指摘されるに至った。

【０００７】そこで、本願出願人は、表示装置の表示面
に表示される画像はその全てにおいて観察者が注目する
部分となるものではなく、必ず、観察者が注目する部分
があり、しかも、その部分は表示画像の一部であるとい
うことを見い出し、上記問題点を解決するに至った。

【０００８】それ故、本発明は、このような事情に基づ
いてなされたものであり、その目的は、少ない情報量に
も拘らず、観察者が注目したい部分において極めて高精
細かつ高品質の画像を得ることができる撮像装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００１０】手段１．撮像対象像をそれぞれ分割して入
力しそれらの各分割された画像のうち解像度を高くした
い部分および解像度を低くしたい部分を設定できる再配
置光学系と、この再配置光学系からの画像のうち解像度
を高くしたい部分の画像を高倍率のレンズに透過させる
とともに解像度を低くしたい部分の画像を低倍率のレン
ズに透過させる光学系と、この光学系からの画像を投影
させる撮像素子と、この撮像素子からの画像情報を前記
再配置光学系における部分設定の情報に基づいて再構成
する画像再構成装置とからなることを特徴とするもので
ある。

【００１１】手段２．上記手段１記載の構成において、
再配置光学系における解像度を高くしたい部分および解
像度を低くしたい部分の設定は、表示装置の表示を確認
した上で行なえる入力手段が備えられていることを特徴
とするものである。

【００１２】手段３．上記手段１記載の構成において、
再配置光学系における撮像対象像の入力面に、複数に分
割された各画像の画角および撮像方法のうち少なくとも
その一方を変更できる手段を備えたことを特徴とするも
のである。

【００１３】手段４．撮像対象像を分割して入力する再
配置光学系と、この再配置光学系からの画像のうち解像
度を高くしたい部分の画像を高倍率のレンズに透過させ
るとともに解像度を低くしたい部分の画像を低倍率のレ
ンズに透過させる光学系と、この光学系からの画像を投
影させる撮像素子と、この撮像素子からの画像情報を前
記再配置光学系における部分設定の情報に基づいて再構
成する画像再構成装置とからなり、前記再配置光学系に
入力される分割画像のそれぞれの空間周波数を分析する
分析手段と、この分割手段の分析情報に基づいて前記画
像のうち解像度を高くしたい部分および解像度を低くし
たい部分を前記再配置光学系にて設定する制御手段とが
備えられていることを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】上記手段１のように構成した撮像装置におい
て、まず、撮像対象像は、再配置光学系によって、その
空間解像度を高くしたい画像部分は倍率の高い光学系を
透過させることにより、また、空間解像度を低くしたい
画像部分は倍率の低い光学系を透過させることにより、
撮像素子の撮像面に投影させるようになっている。

【００１５】ここで、再配置光学系には、該画像のうち
解像度を高くしたい部分および低くしたい部分を自由に
設定できるものとなっている。

【００１６】このため、撮像素子の撮像面の空間分解能
が一定であったとしても、拡大されて投影された画像部
分は高い解像度の情報が得られることになり、縮小され
て投影された画像部分は低い解像度の情報が得られるこ
とになる。

【００１７】したがって、このような各情報に基づい
て、画像を再構成した場合に、所望の画像部分において
解像度の高い画像を、それ以外の画像エリアにおいて解
像度の低い画像を得ることができるようになる。

【００１８】それ故、少ない情報量にも拘らず、観察者
が注目したい部分において極めて高精細かつ高品質の画
像を得ることができるようになる。

【００１９】上記手段２のように構成した撮像装置によ
れば、表示されている画像のうち高精細かつ高品質にし
たい部分を任意に選択できるようになる。

【００２０】上記手段３のように構成した撮像装置によ
れば、広い範囲の撮像対象から任意の撮像対象像を選択
でき、この撮像対象像のうち注目したい部分において高
精細かつ高品質の画像を得ることができるようになる。

【００２１】上記手段４のように構成した撮像装置によ
れば、たとえば動きのある撮像対象のみをその動きに自
動的に追随させて高精細かつ高品質に表示することがで
きるようになる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明による撮像装置の一実施例を以
下に説明する。

【００２３】実施例１．図１は、本発明による撮像装置
の一実施例を示す概略構成図である。

【００２４】同図において、まず、撮像対象１０４があ
り、この撮像対象１０４からの光線１０５は再配置光学
系１０１のそれぞれの独立した窓（チャンネル）に入射
するようになっている。

【００２５】この再配置光学系１０１は、たとえば図５
に示す空間光スイッチから構成されている。

【００２６】この空間光スイッチは、後に詳述するが、
その入力画像を各窓に対応して複数（ｎ個：説明の便宜
上たとえば１６個）に分割する光学系と、この光学系に
よって分割された各入力画像を再配置させる他の光学系
とで構成されている。

【００２７】この場合、空間光スイッチの窓に入力され
る画像は、たとえば図２（ａ）に示すようになってお
り、同図から明らかなように、１６個の画像部分に分割
されるようになっいる。

【００２８】この再配置光学系１０１における入力画像
の再配置は、制御装置１１０内の前記撮像対象１０４の
たとえば図示しない立体計測情報に基づいた再配置光学
系制御装置１１１によって制御されるようになってい
る。

【００２９】そして、この再配置光学系１０１によって
再配置された各出力画像は、それぞれ結像光学系１０２
−１ないし１０２−ｎを介して、撮像素子１０３の撮像
面に結像されるようになっている。

【００３０】結像光学系１０２−１ないし１０２−ｎ
は、たとえば独立したレンズから構成され、それぞれの
倍率があらかじめ設定されて配置されている。

【００３１】このようにした場合の撮像素子１０３への
投影像は、たとえば図２（ｂ）に示したようになってい
る。この図から明らかなように、撮像素子１０３はその
セルが６４個で構成されており、撮像対象である部分は
それに関する多くの情報が取り込めるようになってお
り、それ以外の部分は少ない情報が取り込めるようにな
っている。

【００３２】撮像素子１０３からの情報は、メモリ装置
１１２に記憶されるとともに、画像再構成装置１１３に
入力されるようになっている。

【００３３】画像再構成装置１１３では、前記再配置光
学系１０１でなされた分割、再配置の逆変換を、前記再
配置光学系制御装置１１１からの情報に基づいて行なう
になっており、このような逆変換がなされた情報はモニ
タ１１４に入力されるようになっている。

【００３４】そして、このモニタ１１４には、図２
（ｃ）に示したような画像が映像されるようになってい
る。この場合の画像は、その対象画像の部分においてそ
れ以外の部分よりも高解像度になって表示されたものと
なっている。

【００３５】なお、上述した実施例では、再配置光学系
１０１の窓の数は１６個に対して説明したが、たとえば
再配置光学系１０１の窓の数を図３（ａ）に示すように
６４個としてもよいことはいうまでもなく、また、それ
以上の数であってもよいことはもちろんである。

【００３６】また、上述した実施例では、再配置光学系
制御装置１１１における再配置光学系１０１への制御は
図示しない立体計測情報に基づいて行なっているもので
あるが、これに限定されることはないことはもちろんで
ある。たとえば、入力手段１１５を用いてマニュアルで
インタラクティブに再配置光学系１０１を再配置光学系
制御手段を介して制御するようにしてもよい。このよう
にした場合、所定の部分において高解像度の撮像ができ
るようになる。

【００３７】このように構成した撮像装置は、まず、撮
像対象像は、再配置光学系によって、その空間解像度を
高くしたい画像部分は倍率の高い光学系を透過させるこ
とにより、また、空間解像度を低くしたい画像部分は倍
率の低い光学系を透過させることにより、撮像素子の撮
像面に投影させるようになっている。

【００３８】ここで、再配置光学系には、該画像のうち
解像度を高くしたい部分および低くしたい部分を自由に
設定できるものとなっている。

【００３９】このため、撮像素子の撮像面の空間分解能
が一定であったとしても、拡大されて投影された画像部
分は高い解像度の情報が得られることになり、縮小され
て投影された画像部分は低い解像度の情報が得られるこ
とになる。

【００４０】したがって、このような各情報に基づい
て、画像を再構成した場合に、所望の画像部分において
解像度の高い画像を、それ以外の画像エリアにおいて解
像度の低い画像を得ることができるようになる。

【００４１】それ故、少ない情報量にも拘らず、観察者
が注目したい部分において極めて高精細かつ高品質の画
像を得ることができるようになる。

【００４２】実施例２．図４は、本発明による撮像装置
の他の実施例を示す要部構成図である。

【００４３】同図において、図１と特に異なる構成は、
再配置光学系１０１の撮像対象側の面に、その窓に対応
させて光路変更手段２２０−１ないし２２０−ｎが配置
されていることにある。

【００４４】この光路変更手段２２０−１ないし２２０
−ｎは、たとえば、ミラー、プリズム（光路変更手
段）、ズームレンズ、凹および凸レンズ等から構成され
ている。

【００４５】このように構成された光路変更手段２２０
−１ないし２２０−ｎによって、それぞれ入射画像の画
角および方向を変化できるものとなっており、これによ
り、再配置光学系２０１の制御によって、広い範囲にわ
たる画角の情報を順次撮像することができるようにな
る。

【００４６】このため、単に一枚の画像の撮像だけでは
なく、複数の独立した画像を同時に撮像可能にできるよ
うになる。

【００４７】この場合、様々な方向からの複数の画像を
同時に撮像でき、さらに、それぞれの画像の撮像倍率等
を、再配置空間光スイッチ２０１を制御することにより
インタラクティブに操作でき、したがって撮像卯装置の
応用範囲を拡大できる効果を有する。

【００４８】実施例３．図５は、本発明による撮像装置
の他の実施例を示す概略構成図である。

【００４９】同図において、３０１は再配置光学系、３
２２−１ないし３２２−ｎは独立した結像光学系であ
り、同図ではｎ＝１６となっている。また、３０３は撮
像素子、３１１は再配置光学系制御装置、３１２は画像
メモリ、３１３は画像再構成装置、３１４はモニタを示
している。

【００５０】入射光３０４は、ハーフミラー３０７によ
って２つの光路３０５、３０６に分離され、そのうち光
路３０６上の入射光は結像レンズ３０８を介して空間周
波数分析装置３２１に結像されるようになっている。

【００５１】この空間周波数分析装置３２１は、再配置
光学系３０１の窓の数と同数の窓を有するサブ空間周波
数分析装置３２２から構成され、いずれかの窓の分割画
像の空間周波数が高いかを分析するようになっている。

【００５２】そして、このような分析情報は、再配置光
学系制御装置３１１へフィードバックされるようになっ
ている。

【００５３】すなわち、図６（ａ）に示すように、それ
ぞれの画像の空間周波数の基準空間周波数がｆ１より高
い成分の積分値の大小で、再配置光学系３０１の制御方
法が定められている。図６（ｂ）に示すように分割画像
番号ｉの画像が最も高い空間周波数成分を持つ場合に、
その分割画像を最も高い倍率の拡大光学系を透過するよ
うに、再配置光学系３０１を制御するようになってい
る。同様に、その分割画像の空間周波数の高い成分の順
に、その透過する結像光学系３０２−１ないし３０２−
ｎの倍率を順次上げるようにして再配置光学系３０１を
制御するようになっている。

【００５４】再配置光学系制御装置３１１では、空間周
波数分析装置３２１からの情報をもとに、空間周波数の
高い画像は拡大光学系を透過するように、空間周波数の
低い画像は縮小光学系を透過するように、再配置光学系
３０１を再配置するようになっている。

【００５５】そして、この一連の再配置動作は、ある一
定の時間間隔で行なうようになっている。この時間間隔
は毎秒６０回程度とすることにより、通常の動きを有す
る動画に対しても充分に対応できるようになる。

【００５６】一方、他の光路３０５上に分離された入射
光３０５は、再配置光学系３０１でｎ個の分割画像に分
割され、さらに再配置されるようになっている。

【００５７】このように再配置された画像は、結像光学
系３０２−１ないし３２０−ｎを介して撮像素子３０３
に結像されるようになっている。

【００５８】この撮像素子３０３上に結像された画像
は、撮像素子３０３によって電気信号に変換されて画像
メモリ３１２に格納されるようになっている。そして、
この画像情報は画像再構成装置３１３で再構成されてモ
ニタ３１４に出力されるようになっている。

【００５９】実施例４．図７（ａ）は、実施例３にて説
明した空間周波数分析装置の他の実施例を示す構成図で
ある。この空間周波数分析装置は、図５におけるサブ空
間周波数分析装置３２２に対応したものである。

【００６０】図７（ａ）において、レーザー光源４０３
からのコヒーレントからなるレーザ光は、コリメートレ
ンズ４０４で平行光になり、さらに、ミラー４０５およ
びハーフミラー４０６によって光路を変えられ、液晶位
相変調型空間変調器４１１の一方の面に入射されるよう
になっている。

【００６１】この液晶位相変調型空間変調器４１１は、
前記レーザ光の入射側から、透明電極４１０、液晶層４
０９、ミラー４０８、光導電膜４０７の順次積層体から
構成され、光導電膜４０７と透明電極４１０との間には
交流電源４１２によって一定電圧が印加されるようにな
っている。

【００６２】一方、前記液晶位相変調型空間変調器４１
１の前記レーザ光が入射される側と反対側の面には、分
析対象である像の入射光４１３が入射されるようになっ
ており、その強度分布が光導電膜４０７の抵抗値を空間
的に変調させ、液晶層４０９に印加されている電圧を変
調させるようになっている。

【００６３】液晶層４０９はその印加電圧により屈折率
が変化する性質を有していることから、前記入射光４１
３の強度分布に対応する位相変調像が液晶層４０９に形
成できることになる。

【００６４】このため、液晶位相変調型空間変調器４１
１に入射したレーザ光は、入射光４１３の強度分布に対
応する像のパターンで位相変調されることになる。

【００６５】そして、位相変調されたレーザ光は、フー
リエ変換レンズ４０１によってフーリエ変換されて撮像
素子４０２に投射されるようになっている。この投射像
は入射光４１３の像のフーリエ変換像であることから、
それ自体、空間周波数の分布像となっている。

【００６６】そして、この像は、撮像素子４０２で検出
されるとともに制御装置４２０によって分析されること
によって、その空間周波数の分布が検出されるようにな
っている。

【００６７】ここで、撮像素子４０２に投射されるフー
リエ変換像は、図７（ｂ）に示すようになっている。

【００６８】同図において、撮像素子４０２は、それ中
央に円形状の孔を有しており、その孔を除く領域（斜線
部）が光を検知できる領域となっている。前記孔の中心
から離れるにしたがって空間周波数が高くなることを示
し、その孔の半径は空間周波数ｆ１に相当したものとな
っている。

【００６９】フーリエ変換像４３０は、前記孔が形成さ
れた領域に重ねられて投射されることから、該孔の半径
を超えて投射された部分がある場合、入射光４１３の像
における空間周波数のうちｆ１の値より高い成分の積分
値が瞬時に検出できるようになっている。

【００７０】この場合、撮像素子４０２には、必ずしも
孔が設けられている必要はなく、一般におけるアレイ素
子であってもよい。しかし、この場合、一定の空間周波
数を超える成分の積分値を瞬時に検出するには、積分手
段を付加させる構成とする必要があることはもちろんで
ある。

【００７１】なお、このような空間周波数分析装置につ
いては、たとえば、光学、Ｖｏ．２３、Ｎｏ．５、ｐｐ
３１５〜３２０、１９９４、「位相変調型空間光変調器
を用いた光相関システム、豊田晴義、吉田成浩、向坂直
久、小林祐二、原勉 著」に詳述されている。

【００７２】上述した各実施例に示した撮像装置によれ
ば、まず、撮像対象を含む画像は、再配置光学系によっ
て、その空間解像度を高くしたい画像部分は倍率の高い
光学系を透過させることにより、また、空間解像度を低
くしたい画像部分は倍率の低い光学系を透過させること
により、撮像素子の撮像面に投影させるようになってい
る。

【００７３】ここで、再配置光学系は、該画像のうち解
像度を高くしたい部分および低くしたい部分を自由にマ
ニュアルであるいは自動的に設定できるものとなってい
る。

【００７４】このため、撮像素子の撮像面の空間分解能
が一定であったとしても、拡大されて投影された画像部
分は高い解像度の情報が得られることになり、縮小され
て投影された画像部分は低い解像度の情報が得られるこ
とになる。

【００７５】したがって、このような各情報に基づい
て、画像を再構成した場合に、所望の画像部分において
解像度の高い画像を、それ以外の画像エリアにおいて解
像度の低い画像を得ることができるようになる。

【００７６】それ故、少ない情報量にも拘らず、観察者
が注目したい部分において極めて高精細かつ高品質の画
像を得ることができるようになる。

【００７７】図８（ａ）は、前記再配置光学系の一実施
例を示す概略構成図であり、同図（ｂ）はその等価図で
ある。

【００７８】同図は説明を簡単にするため、４入力４出
力のものについて説明しており、５０１は液晶空間変調
器、５０２は偏光ビームスプリッタアレイ、５０３ない
し５０６に入射光（直線偏光）、５０７ないし５１０は
出射光（直線偏光）を示している。また、５１３−１は
ツイスト状態の液晶分子の配列を、５１３−２はホメオ
トロピック状態の液晶分子の配列を示している。

【００７９】５１３−１のツイスト状態では入射偏光は
９０°回転し、５１３−２のホメトロピック状態では、
入射偏光はそのまま透過するようになっている。

【００８０】同図から明らかなように、入射光は、その
偏光の方向によって偏光ビームスプリッタアレイ５０２
内でその光路が変えられるようになっている。

【００８１】なお、同図（ｂ）において、５１１はスイ
ッチエレメントで液晶空間光変調器に対応しており、５
１２はルーティングエレメントで偏光ビームスプリッタ
アレイに対応している。

【００８２】図９は、偏光多重使用時の１２８入力１２
８出力の再配置光学系の実施例を示す構成図である。同
図（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。前述
した再配置光学系と同様の動作を行ない、５２１は液晶
空間光変調器、５２２は光ビームスプリッタアレイ、５
３０は入射光、５３１は出射光を示している。

【００８３】なお、このような再配置光学系構成する空
間光スイッチについては、たとえば特開平６−３５００
８号公報に詳述されている。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による撮像装置によれば、少ない情報量にも拘ら
ず、観察者が注目したい部分において極めて高精細かつ
高品質の画像を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による撮像装置の一実施例を示す概略
構成図である。

【図２】 図１に示した撮像装置の作用を説明するため
の説明図である。

【図３】 図１の実施例に対する他の実施例を説明する
ための説明図である。

【図４】 本発明による撮像装置の他の実施例を示す概
略構成図である。

【図５】 本発明による撮像装置の他の実施例を示す概
略構成図である。

【図６】 図５に示した撮像装置の作用を説明するため
の説明図である。

【図７】 図５の実施例に対する他の実施例を説明する
ための説明図である。

【図８】 本発明による撮像装置に適用される再配置光
学系の一実施例を示す概略構成図である。

【図９】 再配置光学系の他の実施例を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１０１…再配置光学系、１０２…結像光学系、１０３…
撮像素子、１０４…撮像対象、１１１…再配置光学系制
御装置、１１２…画像メモリ、１１３…画像再構成装
置、１１５…入力手段。

フロントページの続き (72)発明者 岡村 正通 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像対象像をそれぞれ分割して入力しそ
   れらの各分割された画像のうち解像度を高くしたい部分
   および解像度を低くしたい部分を設定できる再配置光学
   系と、この再配置光学系からの画像のうち解像度を高く
   したい部分の画像を高倍率のレンズに透過させるととも
   に解像度を低くしたい部分の画像を低倍率のレンズに透
   過させる光学系と、この光学系からの画像を投影させる
   撮像素子と、この撮像素子からの画像情報を前記再配置
   光学系における部分設定の情報に基づいて再構成する画
   像再構成装置とからなることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の発明において、再配置光
   学系における解像度を高くしたい部分および解像度を低
   くしたい部分の設定は、表示装置の表示を確認した上で
   行なえる入力手段が備えられていることを特徴とする撮
   像装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の発明において、再配置光
   学系における撮像対象像の入力面に、複数に分割された
   各画像の画角および撮像方法のうち少なくともその一方
   を変更できる手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】 撮像対象像を分割して入力する再配置光
   学系と、この再配置光学系からの画像のうち解像度を高
   くしたい部分の画像を高倍率のレンズに透過させるとと
   もに解像度を低くしたい部分の画像を低倍率のレンズに
   透過させる光学系と、この光学系からの画像を投影させ
   る撮像素子と、この撮像素子からの画像情報を前記再配
   置光学系における部分設定の情報に基づいて再構成する
   画像再構成装置とからなり、前記再配置光学系に入力さ
   れる分割画像のそれぞれの空間周波数を分析する分析手
   段と、この分割手段の分析情報に基づいて前記画像のう
   ち解像度を高くしたい部分および解像度を低くしたい部
   分を前記再配置光学系にて設定する制御手段とが備えら
   れていることを特徴とする撮像装置。