WO2018061816A1 - 撮像装置 - Google Patents

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WO2018061816A1
WO2018061816A1 PCT/JP2017/033386 JP2017033386W WO2018061816A1 WO 2018061816 A1 WO2018061816 A1 WO 2018061816A1 JP 2017033386 W JP2017033386 W JP 2017033386W WO 2018061816 A1 WO2018061816 A1 WO 2018061816A1
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light
image sensor
interference fringes
lenses
diffusion plate
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優年 山下
憲久 吉村
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
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    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/20—Image enhancement or restoration by the use of local operators
    • G06T5/70—

Definitions

  • the present invention relates to an imaging device including a diffusion plate that diffuses and irradiates a subject with laser light within an angle of view.
  • an imaging apparatus includes a diffuser plate including a lens array in which a plurality of lenses are arranged adjacent to each other.
  • the diffusion plate uniformly diffuses the light emitted from the light source.
  • each lens is regularly arranged in a lattice shape
  • a light source that emits coherent light such as a laser diode
  • the light that has passed through each lens interferes with each other by diffraction, and interference fringes. Occurs. Therefore, the uniformity of the light intensity in the diffused light irradiated to the subject is impaired.
  • a diffuser plate in which two or more different curved lenses are arranged has been proposed (for example, see Patent Document 1). Thereby, uniform diffused light intensity is obtained.
  • the diffusion plate has a plurality of lenses. Therefore, when the light source emits coherent light, interference fringes in the diffused light cannot be completely eliminated. As a result, an image obtained by receiving the diffused light reflected from the subject with the imaging device of the imaging apparatus may be affected by interference fringes.
  • the present invention provides an imaging apparatus capable of suppressing the influence of interference fringes of diffused light in an image obtained when a subject is irradiated with light diffused by a diffusion plate having a plurality of lenses.
  • the imaging device of the present invention includes a light source and a plurality of lenses arranged adjacent to each other on a predetermined plane, a diffusion plate that diffuses light emitted from the light source, and light diffused by the diffusion plate
  • An imaging device having a plurality of pixels that receives reflected light reflected by a subject is provided.
  • the plurality of lenses are arranged such that the period of interference fringes in the diffused light is three pixels or less of the image sensor.
  • the period (interval) of interference fringes in the diffused light received by the image sensor is three pixels or less of the image sensor.
  • the influence of the interference fringes in the image obtained by the image sensor is suppressed. That is, the period of interference fringes generated in the diffused light is adjusted by the arrangement of the plurality of lenses on the diffuser plate. Thereby, even if an interference fringe resulting from passing through the diffusion plate occurs in the diffused light, the influence of the interference fringe in the image obtained by the imaging element can be suppressed.
  • the imaging apparatus of the present invention includes a light source and a plurality of lenses arranged adjacent to each other on a predetermined plane, and a diffusion plate that diffuses light emitted from the light source. Further, the imaging device includes a light receiving surface that receives reflected light reflected by the subject with light diffused by the diffusion plate, an image pickup device that outputs a signal corresponding to the reflected light received by the light receiving surface, and an imaging device A processing unit that filters an output signal in units of a pixel group constituted by a plurality of adjacent pixels of the image sensor. The plurality of lenses are arranged so that the period of the interference fringes in the diffused light is equal to or smaller than the size of the pixel group of the image sensor.
  • the period of interference fringes in the diffused light received by the image sensor is less than the size of the pixel group of the image sensor. Therefore, non-uniform light reception intensity (non-uniform diffusion light intensity in diffused light) due to interference fringes can be more reliably filtered. Thereby, the influence of the interference fringes in the image obtained by the image sensor can be effectively suppressed.
  • the period of the interference fringes is larger than the unit of the pixel group that is filtered by the processing unit of the image sensor, if the interference fringes are generated in the diffused light, the received light intensity (diffuse light intensity) between the plurality of pixel groups. ) Is uneven (difference). Therefore, even if the non-uniformity of the received light intensity within the pixel group is eliminated by the filtering process, the non-uniformity of the received light intensity between the pixel groups is not eliminated. Therefore, although the influence of interference fringes in the image obtained from the image sensor is large, the period of the interference fringes generated in the diffused light due to the arrangement of the plurality of lenses is less than the size of the pixel group of the image sensor as in the above configuration.
  • the imaging device includes a plurality of lenses, each having a plurality of lenses, each having a plurality of vertices arranged in a predetermined plane on the first direction and in a second direction orthogonal to the first direction at intervals.
  • the virtual lattice points are arranged in a state of being randomly shifted from the corresponding lattice points along a predetermined plane.
  • the amount of deviation between the position of the vertex of the lens in each of the first direction and the second direction and the lattice point corresponding to the position of the vertex is the distance between adjacent lattice points in the first direction or the second direction. It may be 20% or less.
  • the plurality of lenses of the diffusion plate are arranged in a state where the positions of the respective vertices are randomly shifted from the virtual lattice points.
  • interference fringes resulting from passing through a plurality of lenses are less likely to occur in diffused light.
  • the influence of interference fringes in the image obtained from the image sensor can be more effectively suppressed.
  • the shift amount of the position of the apex of the lens is suppressed to 20% or less of the interval between the lattice points in the first direction or the second direction. This makes it easier to obtain a rectangular light distribution that matches the angle of view.
  • an imaging device capable of suppressing the influence of interference fringes caused by diffused light in the obtained image when the subject is irradiated with light diffused by a diffusion plate having a plurality of lenses.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a light source and a diffusion plate of the imaging apparatus.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing a part of the diffusion plate according to the imaging apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an expression for obtaining the interval between the lattice points of the basic arrangement of the imaging apparatus.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a real image in the first embodiment of the imaging apparatus.
  • FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor of the same embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a light source and a diffusion plate of the imaging apparatus.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing a part
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a real image in the second embodiment of the imaging apparatus.
  • FIG. 9 is a diagram showing a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor of the same embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the imaging element according to the third embodiment of the imaging apparatus.
  • FIG. 12 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the imaging element in the fourth embodiment of the imaging apparatus.
  • FIG. 14 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • FIG. 14 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the imaging element in the fifth embodiment of the imaging apparatus.
  • FIG. 16 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor in the sixth embodiment of the image capturing apparatus.
  • FIG. 18 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an imaging apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the light source 2 and the diffusion plate 3 of the imaging apparatus.
  • the imaging apparatus 1 is used for, for example, a distance image camera of a TOF (Time Of Flight) system.
  • the TOF range image camera first irradiates a subject with laser light from a light source. Next, the reflected light from the subject is received by a two-dimensional image sensor, and the time is measured. And it is a camera which calculates the distance to a to-be-photographed object from the flight time of light, and produces a three-dimensional distance distribution image.
  • TOF Time Of Flight
  • the imaging device 1 of the present embodiment includes a light source 2, a diffusion plate 3, an imaging element 5, an imaging lens 4, a processing unit 6, and the like.
  • the diffusion plate 3 diffuses the light emitted from the light source 2.
  • the image sensor 5 receives reflected light (hereinafter, simply referred to as “reflected light”) reflected by the subject t with the light diffused by the diffusion plate 3.
  • the imaging lens 4 is disposed on the optical path of reflected light from the subject t toward the image sensor 5 and forms an image of the reflected light on the image sensor 5.
  • the processing unit 6 filters the signal output from the image sensor 5 in units of a pixel group (kernel) composed of a plurality of adjacent pixels in the image sensor 5. Thereby, the noise of the image received by the image sensor 5 is reduced.
  • the light source 2 is composed of, for example, a semiconductor laser diode and emits coherent laser light. Specifically, the light source 2 emits laser light in which the cross-sectional shape of the laser beam (the shape irradiated on the surface orthogonal to the laser light emitting direction) is an ellipse. At this time, the light source 2 is arranged so that the major axis direction D1 of the ellipse is the horizontal direction and the minor axis direction D2 of the ellipse is the vertical direction, as shown in FIG.
  • the cross-sectional shape of the laser beam emitted from the light source 2 is not limited to an ellipse, and may be a circle or a square.
  • the imaging apparatus 1 of the present embodiment is configured.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing a part of the diffusion plate 3 according to the imaging apparatus.
  • the diffusing plate 3 has a plurality of lenses 30 arranged on a predetermined plane as shown in FIG. Specifically, the diffusing plate 3 includes a lens array 31 including a plurality of lenses 30 arranged adjacent to each other on a plane. Each lens 30 has the same radius of curvature. And the vertex 310 of each lens 30 is arrange
  • the period of the interference fringes in the diffused light and the reflected light is equal to or smaller than the size of the pixel group (filter unit (kernel)) constituting the image sensor 5.
  • the plurality of lenses 30 are arranged such that the period of interference fringes in diffused light (also referred to as diffusely reflected light) is three pixels or less of the image sensor 5.
  • the plurality of lenses 30 are arranged based on a basic arrangement (a plurality of virtual lattice points 40) indicated by broken lines in FIG.
  • the plurality of virtual lattice points 40 have a predetermined direction in a first direction (left-right direction in FIG. 3) and a second direction (vertical direction in FIG. 3) orthogonal to the first direction. They are arranged side by side at intervals. That is, in the plurality of lenses 30, the position of the vertex 310 of each lens 30 (hereinafter sometimes referred to as “vertex position”) corresponds to each of the plurality of virtual lattice points 40. Arranged at random from the lattice point 40 along a predetermined plane.
  • a virtual line connecting lattice points 40 adjacent in the first direction is referred to as a first lattice line 41.
  • a virtual line connecting the lattice points 40 adjacent in the second direction is referred to as a second lattice line 42. That is, each intersection position of the first grid line 41 and the second grid line 42 arranged in a grid pattern corresponds to the grid point 40.
  • the amount of deviation between the position of the vertex 310 of the lens 30 and the lattice point 40 corresponding to the vertex 310 is defined by the amount of deviation in the first direction and the amount of deviation in the second direction.
  • the shift amount (interval) in the first direction corresponds to the shift amount in the first direction between the position of the vertex 310 of the lens 30 and the lattice point 40 corresponding to the vertex 310.
  • the amount of deviation in the second direction corresponds to the amount of deviation in the second direction between the position of the vertex 310 of the lens 30 and the lattice point 40 corresponding to the vertex 310.
  • the shift amount in the first direction is set to 20% or less of the distance d1 between the adjacent lattice points 40 in the first direction.
  • the shift amount in the second direction is set to 20% or less of the interval d2 between the adjacent lattice points 40 in the second direction.
  • intervals d1 and d2 of the lattice points 40 in the basic arrangement are set such that the period of the interference fringes is equal to or less than three adjacent pixels among the plurality of pixels constituting the image sensor 5.
  • the intervals d1 and d2 of the lattice points 40 at which the period of the interference fringes is equal to or less than three pixels of the image sensor 5 are determined according to the following equations (1) to (4) in the arrangement shown in FIG. .
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an equation for obtaining the interval between the lattice points of the basic arrangement of the imaging apparatus.
  • T1 L ⁇ pix / EFL (1)
  • T1 is a length (mm) corresponding to the size of one pixel of the image sensor 5 on the subject t at a predetermined distance L.
  • T2 is the period (mm) of interference fringes generated on the subject t at the predetermined distance L shown in FIG.
  • T is the period (pixel unit) of interference fringes on the image sensor 5.
  • pix is one pixel pitch (mm) of the image sensor 5 shown in FIG.
  • EFL is the focal length of the imaging lens 4 that forms an image on the image sensor 5.
  • d is the distance (mm) between the vertices of each lens 30 of the diffusion plate 3 before the random shift shown in FIG. .
  • ⁇ is the wavelength (nm) of the laser light emitted from the light source 2.
  • m ⁇ represents the optical path difference shown in FIG. 4, and m is an integer.
  • Expression (1) is an expression for obtaining a length T1 corresponding to the size of one pixel of the image sensor 5 on the subject t at a predetermined distance L.
  • Expression (2) is an expression (corresponding to a so-called Young double slit) for obtaining a period T2 of interference fringes generated on the object t at a predetermined distance L.
  • Formula (2) can be divided into the following formula (2-1) and formula (2-2).
  • T2 L ⁇ tan ⁇ (2-1)
  • ⁇ asin (m ⁇ / d) (2-2)
  • ⁇ is an intersection angle shown in FIG.
  • the period T of the interference fringes becomes three pixels or less of the image sensor 5.
  • the diffusion plate 3 of the present embodiment is configured. At this time, in the imaging apparatus 1 in the posture shown in FIG. 1, the diffusion plate 3 is arranged so that the first direction is the horizontal direction and the second direction is the vertical direction.
  • the imaging lens 4 forms an image of the reflected light reflected by the subject t on the light receiving surface 51 of the image sensor 5 as shown in FIG.
  • the image sensor 5 has a light receiving surface 51 having a rectangular shape that is long in the horizontal direction.
  • the light receiving surface 51 corresponds to the angle of view of the image sensor 5 and is configured by a large number of pixels.
  • the image sensor 5 outputs a signal (corresponding to an image signal in the present embodiment) corresponding to the reflected light received by the light receiving surface 51 to, for example, the processing unit 6 described later.
  • the image sensor 5 of the present embodiment is exemplified by a charge coupled device (CCD), a complementary metal oxide semiconductor (CMOS), and the like.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the processing unit 6 performs a filter process on an image obtained by receiving light from the image sensor 5. That is, the processing unit 6 removes noise included in the image signal output from the image sensor 5 by the filtering process. At this time, the processing unit 6 smoothes the image signal output from the plurality of pixels of the image sensor 5 in units of pixel groups including a plurality of adjacent pixels. Note that the pixel group is configured by being arranged in a matrix such as a so-called kernel or mask, for example, 3 ⁇ 3, 5 ⁇ 5, 7 ⁇ 7 or the like. In the case of the present embodiment, the processing unit 6 performs filter processing using, for example, a median filter, a moving average filter, a Gaussian filter, or the like, in units of pixel groups including 3 ⁇ 3 kernels.
  • the reflected light of the subject t enters the light receiving surface 51 of the image sensor 5. Then, an image signal corresponding to the reflected light is output from the image sensor 5 to the processing unit 6, and is filtered by the processing unit 6.
  • specifications such as the size and the number of pixels of the image sensor 5 are determined. Thereby, one pixel pitch pix of the image sensor 5 is determined.
  • the light source 2 to be used is determined. Thereby, the wavelength ⁇ is determined.
  • the specifications of the imaging lens 4 are determined. Thereby, the focal length EFL of the imaging lens 4 is determined.
  • a predetermined distance L to the subject t is arbitrarily set.
  • the distance L is set to 1000 mm, for example, as described above.
  • the length T1 corresponding to the size of one pixel of the image sensor 5 on the subject t at the predetermined distance L (1000 mm) is calculated using the equation (1).
  • a period T2 of interference fringes generated on the subject t at a predetermined distance L (1000 mm) that satisfies the expressions (3) and (4) is determined.
  • the intersection angle ⁇ to be set is calculated from the determined period T2 and the equation (2-1).
  • the distance d which is the distance between the vertices of the respective lenses 30 of the diffuser plate 3 before being randomly shifted and satisfying the expression (2-2), is obtained. Then, the obtained distance d is set as a distance between the apexes 310 of the lens 30 (specifically, an interval between virtual lattice points 40 adjacent in the basic arrangement).
  • the interval d which is different in the horizontal direction as the first direction, and the vertical direction as the second direction, specifically, the horizontal interval d1 and the vertical direction, respectively.
  • the interval d2 is set. Accordingly, for example, a horizontally long light distribution can be obtained in accordance with the angle of view corresponding to the light receiving surface 51 of the image sensor 5.
  • the lenses 30 are arranged in a lattice-like basic arrangement as a temporary arrangement. Then, the shift amount of the position of the vertex 310 of the corresponding lens 30 is set and arranged in the range of 0 ⁇ shift amount ⁇ (20% of the interval d) from each lattice point 40. As a result, the vertices 310 of the respective lenses 30 are arranged at positions shifted at random from the virtual lattice points 40 corresponding to the basic arrangement by the set shift amount.
  • the diffusion plate 3 of the present embodiment is such that the position of the vertex 310 of each lens 30 is not shifted from the corresponding virtual lattice point 40 or is shifted by the amount of the shift. Randomly allocated by either method.
  • the positions of the vertices 310 of the respective lenses 30 are randomly allocated by either a method of not shifting from the corresponding virtual lattice point 40 or shifting by the amount of the shift. .
  • the distance d that is the distance between the vertices in the diffusion plate 3 of the imaging device 1 is determined.
  • the period of interference fringes in the reflected light from the subject t received by the imaging element 5 is set to be equal to or smaller than the unit size of the pixel group to be filtered. Therefore, it is possible to more reliably filter the non-uniformity of the received light intensity (non-uniformity of the diffused light intensity in the diffused light) due to the interference fringes. Thereby, the influence of the interference fringes on the image obtained by the image sensor 5 can be effectively suppressed. Details will be described below.
  • the imaging device 5 when the period of the interference fringes is larger than the unit of the pixel group to be filtered, if the interference fringes are generated in the reflected light, the received light intensity (diffuse light intensity) among the plurality of pixel groups. Non-uniformity (difference) occurs. In this case, the non-uniformity of the received light intensity within the pixel group is eliminated by the filtering process, but the non-uniformity of the received light intensity between the pixel groups is not eliminated. Therefore, the influence of interference fringes on the image obtained from the image sensor 5 is increased.
  • the imaging apparatus 1 arranges the apexes 310 of the plurality of lenses 30 so that the period of interference fringes generated in the reflected light is equal to or smaller than the size of the pixel group. And in the image pick-up element 5, the nonuniformity of the light reception intensity resulting from an interference fringe is produced in a pixel group. In this case, the non-uniformity of the received light intensity caused by the interference fringes in the pixel group is eliminated or suppressed by the filtering process of the processing unit 6. As a result, the influence of interference fringes on the image obtained from the image sensor 5 is effectively suppressed.
  • a plurality of lenses 30 are arranged so that the period of interference fringes in the reflected light is equal to or less than three pixels of the image sensor 5.
  • the period (interval) of the interference fringes in the reflected light from the received subject becomes three pixels or less of the image sensor 5.
  • the influence of interference fringes in the image obtained by the image sensor 5 is suppressed. That is, the period of interference fringes generated in the diffused light is adjusted by the arrangement of the plurality of lenses 30 on the diffusion plate 3. Thereby, even if the interference fringe resulting from having passed through the diffusing plate 3 is generated in the diffused light, the influence of the interference fringe in the image obtained by the imaging element 5 is suppressed by the filter processing.
  • the imaging apparatus 1 has a plurality of virtual positions in which the positions of the vertices 310 of the plurality of lenses 30 are arranged in the first direction and the second direction at intervals on a predetermined plane.
  • the grid points 40 are arranged at random from the corresponding grid point 40. Then, in the first direction or the second direction, the shift amount between the position of the vertex 310 of each lens 30 and the lattice point 40 corresponding to the position of the vertex 310 is adjacent in the first direction or the second direction.
  • the interval d1 between the virtual lattice points 40 is 20% or less.
  • the positions of the vertices 310 of the plurality of lenses 30 are arranged in a state of being randomly shifted from the virtual lattice points 40.
  • interference fringes resulting from passing through the plurality of lenses 30 are less likely to occur in the diffused light.
  • the influence of interference fringes in the image obtained from the image sensor 5 is further suppressed.
  • the shift amount of the position of the vertex 310 of the lens 30 is suppressed to 20% or less of the interval d of the lattice points 40. This makes it easier to obtain a rectangular light distribution that matches the angle of view.
  • each lens 30 In general, in order to realize a rectangular light distribution, the outer shape of each lens 30 needs to be substantially rectangular (including a rectangle). At this time, if the lens 30 is disposed with the interval d between the lattice points 40 exceeding 20%, it is difficult to obtain a rectangular orientation distribution. Therefore, as described above, the interval d of the lattice points 40 is set to 20% or less to realize the orientation in accordance with the rectangular angle of view.
  • the diffusion plate 3 of Examples 1 to 6 was manufactured by changing each parameter in the above formulas (1) to (4). And the interference fringe which arises in diffused light, and the state of light distribution were confirmed using the imaging device 1 provided with the produced diffuser plate 3.
  • FIG. The imaging apparatus 1 used in Examples 1 to 6 has the configuration of the imaging apparatus 1 according to the above embodiment except for the configuration of the diffusion plate 3 (arrangement of the plurality of lenses 30) manufactured by changing the parameters. Is the same.
  • Example 1 The effect of the imaging device 1 of Example 1 in which the diffusion plate 3 described in the above embodiment is designed under the following conditions will be described.
  • the period T of the interference fringes on the image sensor 5 was set to a range of 0 ⁇ T ⁇ 3, and the position of the vertex 310 of the lens 30 was randomly shifted from the corresponding lattice point 40.
  • the diffusion plate 3 was manufactured with the shift amount set to 10% of the distance d between the adjacent lattice points 40.
  • the pixel pitch pix of the image sensor 5 is 0.0112 mm
  • the focal length EFL of the imaging lens 4 is 2.09 mm
  • the distance L to the subject t is 1000 mm
  • the laser light wavelength ⁇ is 855 nm
  • m is one cycle. It was.
  • the length T1 corresponding to the size of one pixel of the image sensor 5 on the subject t at the distance L is about 5.36 mm
  • the distance d1 between adjacent lattice points 40 in the first direction is 0.36 mm
  • the period T2 of interference fringes generated on the subject t at a distance L in one direction was set to about 2.4 mm.
  • the period T of the interference fringes on the image sensor 5 in the first direction is about 0.8 pixels
  • the distance d2 between adjacent lattice points 40 in the second direction is 0.23 mm
  • the distance L in the second direction is about 2.3 pixels.
  • FIG. 5 is a view showing a photographed image in Example 1 of the imaging apparatus.
  • FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor of the same embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example. 7 shows an orientation distribution diagram, and the upper right diagram shows an illuminance profile in a longitudinal section (Y direction corresponding to the second direction) of the orientation distribution diagram. Similarly, the lower left figure shows the illuminance profile of the cross section of the orientation distribution diagram (X direction corresponding to the first direction).
  • the horizontal axis X and Y of the illuminance profile indicate the distance from the center of the orientation distribution map, and the vertical axis indicates the illuminance of light.
  • the imaging device 1 including the diffusion plate 3 of Example 1 designed based on the above conditions can obtain an image in which unevenness due to interference fringes is sufficiently reduced. . Furthermore, it was confirmed that a rectangular light distribution was obtained.
  • Example 2 The effect of the imaging device 1 of Example 2 in which the diffusion plate 3 described in the above embodiment is designed under the following conditions will be described.
  • one pixel pitch pix described in detail in the first embodiment is simply referred to as pix
  • the focal length EFL of the imaging lens 4 is simply referred to as EFL. The same applies to the following embodiments.
  • the period T of interference fringes on the image sensor 5 was set to 3 ⁇ T, and the position of the vertex 310 of the lens 30 was randomly shifted from the corresponding lattice point 40.
  • the diffusion plate 3 was manufactured with the shift amount set to 10% of the distance d between the adjacent lattice points 40.
  • T1 is about 3.04 mm
  • d1 is 0.28 mm
  • T2 in the first direction is about 3.1 mm
  • T in the first direction is about 8 pixels
  • d2 is 0.2 mm
  • T2 in the second direction is about 4
  • the T in the second direction was about 3.5 pixels.
  • FIG. 8 is a diagram showing a real image in Example 2 of the imaging apparatus.
  • FIG. 9 is a diagram showing a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor of the same embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • the imaging apparatus 1 including the diffusion plate 3 of Example 2 designed based on the above conditions can obtain an image in which unevenness due to interference fringes is conspicuous. That is, it was confirmed that when the diffusion plate 3 having a period T of interference fringes on the image sensor 5 larger than the three pixels of the image sensor 5 is used, unevenness due to the interference fringes is conspicuous in the obtained image.
  • Example 3 The effect of the imaging device 1 of Example 3 in which the diffusion plate 3 described in the above embodiment is designed under the following conditions will be described.
  • the diffusion plate 3 was manufactured by setting the period T of the interference fringes on the image pickup device 5 to be in the range of 0 ⁇ T ⁇ 3, and the position of the vertex 310 of the lens 30 coincided with the position of the corresponding lattice point 40.
  • T1 is about 5.36 mm
  • d1 is 0.36 mm
  • T2 in the first direction is about 2.4 mm
  • T in the first direction is about 0.8 pixels
  • d2 is 0.23 mm
  • T2 in the second direction is It was about 3.7 mm
  • T in the second direction was about 2.3 pixels.
  • the above conditions are the same as those of the diffusion plate of Example 1 except that the position of the vertex 310 of the lens 30 is matched with the position of the corresponding lattice point 40.
  • FIG. 11 is a diagram showing a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor in the third embodiment of the imaging apparatus.
  • FIG. 12 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • the imaging apparatus 1 including the diffusion plate 3 of Example 3 designed based on the above conditions generates interference fringes.
  • the generated interference fringes are fine fringes that can be suppressed to such an extent that they become inconspicuous, for example, by filtering with the processing unit 6.
  • the interference fringes are generated because the plurality of lenses 30 are regularly arranged in a matrix.
  • the period T of interference fringes on the image pickup device 5 is in the range of 0 ⁇ T ⁇ 3
  • even interference fringes with a fine period that is inconspicuous by filter processing by the processing unit 6 are achieved. It was confirmed that it can be suppressed.
  • Example 4 The effect of the imaging device 1 of Example 4 in which the diffusion plate 3 described in the above embodiment is designed under the following conditions will be described.
  • the period T of the interference fringes on the image sensor 5 was set to 3 ⁇ T, and the position of the vertex 310 of the lens 30 was matched with the position of the corresponding lattice point 40 to produce the diffusion plate 3.
  • pix was 0.0112 mm
  • EFL was 3.68 mm
  • L was 1000 mm
  • ⁇ was 855 nm
  • m was one cycle.
  • T1 is 3.04 mm
  • d1 is 0.28 mm
  • T2 in the first direction is about 3.1 mm
  • T in the first direction is about 8 pixels
  • d2 is 0.2 mm
  • T2 in the second direction is about 4. 3 mm
  • T in the second direction was about 3.5 pixels.
  • the above conditions are the same as those of the diffusion plate of Example 2 except that the position of the vertex 310 of the lens 30 is matched with the position of the corresponding lattice point 40.
  • FIG. 13 is a diagram showing a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor in Example 4 of the image pickup apparatus.
  • FIG. 14 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • the image pickup apparatus including the diffusion plate 3 of Example 4 designed based on the above conditions generates conspicuous interference fringes. That is, in the case of the diffusing plate 3 in which the period T of the interference fringes on the image sensor 5 is larger than three pixels constituting the pixel group of the image sensor 5 and the plurality of lenses 30 are regularly arranged in a matrix, the diffusion plate 3 is noticeable. It was confirmed that interference fringes were generated.
  • Example 5 The effect of the imaging device 1 of Example 5 in which the diffusion plate 3 described in the above embodiment is designed under the following conditions will be described.
  • the period T of the interference fringes on the image sensor 5 was set to a range of 0 ⁇ T ⁇ 3, and the position of the vertex 310 of the lens 30 was randomly shifted from the corresponding lattice point 40.
  • the diffusion plate 3 was manufactured with the shift amount set to 20% of the interval d between the adjacent lattice points 40.
  • T1 is about 5.36 mm
  • d1 is 0.36 mm
  • T2 in the first direction is about 2.4 mm
  • T in the first direction is about 0.8 pixels
  • d2 is 0.23 mm
  • T2 in the second direction is It was about 3.7 mm
  • T in the second direction was about 2.3 pixels.
  • the above conditions are the same as those of the diffusion plate of Example 1 except that the shift amount of the position of the vertex 310 of the lens 30 is set to 20% of the interval d between the adjacent lattice points 40.
  • FIG. 15 is a diagram showing a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor in the fifth embodiment of the image pickup apparatus.
  • FIG. 16 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • the imaging device provided with the diffusion plate 3 of Example 5 designed based on the above conditions can obtain a rectangular light distribution. That is, it was confirmed that a rectangular light distribution can be obtained even when the amount of deviation from the lattice point 40 at the position of the vertex 310 of each lens 30 is 20% of the interval d between the adjacent lattice points 40.
  • Example 6 The effect of the imaging device 1 of Example 6 in which the diffusion plate 3 described in the above embodiment is designed under the following conditions will be described.
  • the period T of the interference fringes on the image sensor 5 was set to a range of 0 ⁇ T ⁇ 3, and the position of the vertex 310 of the lens 30 was randomly shifted from the corresponding lattice point 40.
  • the diffusing plate 3 was manufactured by setting the shift amount to 30% of the distance d between the adjacent lattice points 40.
  • T1 is about 5.36 mm
  • d1 is 0.36 mm
  • T2 in the first direction is about 2.4 mm
  • T in the first direction is about 0.8 pixels
  • d2 is 0.23 mm
  • T2 in the second direction is It was about 3.7 mm
  • T in the second direction was about 2.3 pixels.
  • the above conditions are the same as those of the diffusing plates of Example 1 and Example 4 except that the shift amount of the position of the vertex 310 of the lens 30 is set to 30% of the interval d between the adjacent lattice points 40.
  • FIG. 17 is a diagram showing a simulation result of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor in Example 6 of the same image pickup apparatus.
  • FIG. 18 is a diagram showing a simulation result of light distribution in the same example.
  • the imaging device including the diffusion plate 3 of Example 6 designed based on the above conditions cannot obtain a rectangular light distribution. That is, if the amount of deviation from the lattice point 40 at the position of the apex 310 of each lens 30 is 30% of the distance d between the adjacent lattice points 40, the rectangular light distribution is broken to an extent that is not practical. It was confirmed that a rectangular light distribution could not be obtained.
  • the period T of the interference fringes on the image sensor 5 is in a range of 0 ⁇ T ⁇ 3, and the position of the vertex 310 of the lens 30 is shifted from the lattice point 40. It can be seen that by shifting the amount at random by 20% or less, the influence of the interference fringes of the diffused light is suppressed and a sufficient rectangular light distribution is obtained.
  • imaging apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
  • the diffusing plate 3 having a configuration in which the position of the vertex 310 of each lens 30 is randomly shifted from the corresponding lattice point 40 has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the position of the vertex 310 of each lens 30 may coincide with the corresponding lattice point 40 to configure the diffusion plate 3. That is, the plurality of lenses 30 may be regularly arranged in a matrix direction (matrix shape) according to the basic arrangement on a predetermined plane.
  • the unit of the pixel group for the filter processing is a pixel arranged in a 3 ⁇ 3 matrix and is three pixels or less of the image sensor.
  • the configuration of the imaging apparatus 1 that performs filter processing such as a median filter, a moving average filter, and a Gaussian filter on the image obtained by the imaging element 5 has been described as an example.
  • the imaging device 1 may have a configuration in which an image obtained by the imaging device 5 is not subjected to a filtering process such as a smoothing process.
  • the period of the interference fringes in the diffused light may be three pixels or less of the image sensor 5. Thereby, in the image obtained with the image pick-up element 5, the influence by an interference fringe can be suppressed.
  • the present invention can suppress the influence of interference fringes caused by diffused light in an image obtained when the subject is irradiated with light diffused by a diffuser plate having a plurality of lenses. Therefore, for example, the present invention can be applied to an application of an imaging apparatus such as a TOF range image camera that creates a three-dimensional distance distribution image.
  • an imaging apparatus such as a TOF range image camera that creates a three-dimensional distance distribution image.

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Abstract

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（３０）を有すると共に、光源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で反射した反射光を受光する、複数の画素を有する撮像素子を備える。そして、複数のレンズ（３０）は、拡散された光における干渉縞の周期が、撮像素子の三画素以下となるように配置される。これにより、複数のレンズ（３０）を有する拡散板（３）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、拡散光の干渉縞の影響を抑える撮像装置を提供できる。

Description

撮像装置
　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、撮像装置は、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からなる拡散板を備える。拡散板は、光源から出射された光を均一に拡散する。
　各レンズが格子状に規則的に配置される拡散板の場合、撮像装置にレーザダイオードなどのコヒーレント光を出射する光源が用いられると、各レンズを通過した光同士が回折によって干渉し、干渉縞が生じる。そのため、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。
　そこで、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拡散板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、均一な拡散光強度を得ている。
　しかしながら、上記拡散板は、複数のレンズを有する。そのため、光源がコヒーレント光を出射する場合、拡散光における干渉縞を完全に無くすことができない。これにより、被写体で反射した拡散光を撮像装置の撮像素子で受光して得られた画像が、干渉縞の影響を受ける場合がある。
特開２０１４－２０３０３２号公報
　本発明は、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、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。
　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、光源が出射する光を拡散する拡散板と、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、複数の画素を有する撮像素子を備える。そして、複数のレンズは、拡散された光における干渉縞の周期が、撮像素子の三画素以下となるように配置される。
　この構成によれば、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、撮像素子の三画素以下となる。これにより、撮像素子によって得られた画像における干渉縞の影響が抑制される。すなわち、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。これにより、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も、撮像素子によって得られた画像における干渉縞の影響を抑制できる。
　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、光源が出射する光を拡散する拡散板を備える。さらに、撮像装置は、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、受光面が受光した反射光に応じた信号を出力する撮像素子と、撮像素子から出力される信号を、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を備える。そして、複数のレンズは、拡散された光における干渉縞の周期が、撮像素子の画素群の大きさ以下となるように配置される。
　この構成によれば、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、撮像素子の画素群の大きさ以下となる。そのため、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）を、より確実にフィルタ処理できる。これにより、撮像素子によって得られる画像での干渉縞の影響を効果的に抑制できる。
　すなわち、撮像素子の処理部でフィルタ処理される画素群の単位より、干渉縞の周期が大きい場合、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）に不均一（違い）が生じる。そのため、画素群内の受光強度の不均一をフィルタ処理で解消しても、画素群間の受光強度の不均一は解消されない。そこで、撮像素子から得られた画像における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、撮像素子の画素群の大きさ以下にする。これにより、撮像素子の画素群内で、干渉縞に起因する受光強度の不均一を生じさせ、干渉縞に起因する受光強度の不均一をフィルタ処理によって解消または抑制する。その結果、撮像素子から得られた画像での干渉縞の影響を効果的に抑制できる。
　また、本発明の撮像装置は、複数のレンズの、それぞれの頂点の位置を、所定の平面上において、第一方向と、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所定の平面に沿ってランダムにずれた状態で配置する。そして、第一方向または第二方向における、それぞれレンズの頂点の位置と、頂点の位置と対応する格子点とのずれ量は、第一方向または第二方向において、隣り合う格子点同士の間隔の２０％以下であればよい。
　この構成によれば、拡散板の複数のレンズは、それぞれの頂点の位置が、仮想の格子点からランダムにずれた状態で配置される。これにより、レンズの頂点の位置を仮想の格子点上に配置する場合に比べて、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る。その結果、撮像素子から得られる画像における干渉縞の影響を、より効果的に抑制できる。さらに、レンズの頂点の位置のずれ量を、格子点の第一方向または第二方向における間隔の２０％以下に抑える。これにより、画角にあわせた矩形の配光が得やすくなる。
　以上の構成により、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拡散光に起因する干渉縞の影響を抑制できる撮像装置を提供する。
図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を説明するための図である。 図２は、同撮像装置の光源および拡散板を説明するための模式図である。 図３は、同撮像装置に係る拡散板の一部を示す拡大図である。 図４は、同撮像装置の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。 図５は、同撮像装置の実施例１における実写画像を示す図である。 図６は、同実施例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。 図７は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。 図８は、同撮像装置の実施例２における実写画像を示す図である。 図９は、同実施例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。 図１０は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。 図１１は、同撮像装置の実施例３における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。 図１２は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。 図１３は、同撮像装置の実施例４における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。 図１４は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。 図１５は、同撮像装置の実施例５における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。 図１６は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。 図１７は、同撮像装置の実施例６における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。 図１８は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
　（実施の形態）
　以下に、本実施の形態に係る拡散板３を備えた撮像装置１について、図１および図２を用いて説明する。
　図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置１の構成を説明するための図である。図２は、同撮像装置の光源２および拡散板３を説明するための模式図である。
　なお、本実施の形態の撮像装置１は、例えばＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式の距離画像カメラなどに用いられる。ＴＯＦ方式の距離画像カメラは、まず、光源から、被写体にレーザ光を拡散照射する。つぎに、被写体からの反射光を二次元の画像センサで受光して、時間を測定する。そして、光の飛行時間から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カメラである。
　具体的には、本実施の形態の撮像装置１は、図１に示すように、光源２と、拡散板３と、撮像素子５と、結像レンズ４と、処理部６などを備える。拡散板３は、光源２が出射する光を拡散する。撮像素子５は、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、単に「反射光」と称する）を受光する。結像レンズ４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、反射光を撮像素子５上に結像する。処理部６は、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。これにより、撮像素子５で受光された画像のノイズを低減する。
　光源２は、例えば半導体レーザダイオードなどで構成され、コヒーレントなレーザ光を出射する。具体的には、光源２は、レーザビームの断面形状（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、レーザ光を出射する。このとき、光源２は、図２に示すように、楕円の長径方向Ｄ１が水平方向、楕円の短径方向Ｄ２が垂直方向となるように配置される。なお、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、角形などでもよい。
　以上のように、本実施の形態の撮像装置１は、構成される。
　つぎに、本実施の形態の拡散板３の構成について、図３を用いて説明する。
　図３は、同撮像装置に係る拡散板３の一部を示す拡大図である。
　拡散板３は、図３に示すように、所定の平面上に配置される複数のレンズ３０を有する。具体的には、拡散板３は、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で構成される。それぞれのレンズ３０は、同じ曲率半径を有する。そして、それぞれのレンズ３０の頂点３１０は、共通の平面上に配置される。なお、所定の平面上とは、拡散板の表面あるいは裏面のいずれかを意味する。また、共通の平面上とは、同一の平面上を意味する。以下の説明においても同様である。
　このとき、レンズアレイ３１において、複数のレンズ３０は、拡散光および反射光における干渉縞の周期が、撮像素子５を構成する画素群（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る。本実施の形態のレンズアレイ３１では、複数のレンズ３０は、拡散光（拡散反射光とも称される）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している。
　複数のレンズ３０は、図３の破線で示す基礎配置（複数の仮想の格子点４０）に基づいて、配置される。なお、複数の仮想の格子点４０は、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、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、所定の間隔を開けて並んで配置される。つまり、複数のレンズ３０は、それぞれのレンズ３０の頂点３１０の位置（以下、「頂点位置」と記す場合がある）が、上記複数の仮想の格子点４０のうち、それぞれのレンズ３０が対応する格子点４０から、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。
　なお、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と称する。同様に、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。すなわち、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に相当する。
　また、それぞれレンズ３０の頂点３１０の位置と、頂点３１０と対応する格子点４０との間のずれ量は、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。このとき、第一方向のずれ量（間隔）は、レンズ３０の頂点３１０の位置と、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に相当する。同様に、第二方向のずれ量は、レンズ３０の頂点３１０の位置と、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に相当する。そして、本実施の形態においては、第一方向のずれ量は、第一方向において、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄ１の２０％以下に設定される。同様に、第二方向のずれ量は、第二方向において、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄ２の２０％以下に設定される。
　さらに、上記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を構成する複数の画素のうち、隣接する三画素以下となるように設定される。
　このとき、干渉縞の周期が撮像素子５の三画素以下となる格子点４０の間隔ｄ１、ｄ２は、図４に示す配置において、以下の式（１）から式（４）に従って、決定される。
　図４は、同撮像装置の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。
　　　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、Ｔ１は、所定の距離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）である。Ｔ２は、図４に示す所定の距離Ｌにある被写体ｔ上に生じる干渉縞の周期（ｍｍ）である。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、図４に示す撮像素子５の一画素ピッチ（ｍｍ）である。ＥＦＬは、撮像素子５に結像する結像レンズ４の焦点距離である。Ｌは、図４に示す被写体ｔまでの距離（本実施の形態の例では、Ｌ＝１０００ｍｍ）である。ｄは、図４に示すランダムにずらす前の、拡散板３の、それぞれのレンズ３０の頂点間距離（ｍｍ）、すなわち、基礎配置における隣接する仮想の格子点４０間の間隔（距離）である。λは、光源２から出射されるレーザ光の波長（ｎｍ）である。ｍλは、図４に示す光路差を示し、ｍは整数である。
　なお、式（１）は、所定の距離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を求める式である。式（２）は、所定の距離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に相当）である。式（２）は、以下の式（２－１）および式（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、図４に示す交差角である。
　つまり、以上の式（１）から式（４）を満たすように、仮想の格子点４０の間隔ｄ１、ｄ２を設定することにより、干渉縞の周期Ｔが撮像素子５の三画素以下となる。
　以上のように、本実施の形態の拡散板３は、構成される。このとき、図１に示す姿勢の撮像装置１において、拡散板３は、第一方向が水平方向、第二方向が垂直方向となるように配置される。
　そして、結像レンズ４は、図１に示すように、被写体ｔで反射した反射光を撮像素子５の受光面５１に結像させる。
　つまり、撮像素子５は、水平方向に長い矩形状からなる受光面５１を有する。受光面５１は、撮像素子５の画角に相当し、多数の画素によって構成される。撮像素子５は、受光面５１で受光した反射光に応じた信号（本実施の形態では、画像信号に相当）を、後述する、例えば処理部６に出力する。
　なお、本実施の形態の撮像素子５は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などで例示される。
　処理部６は、撮像素子５の受光により得られた画像をフィルタ処理する。つまり、処理部６は、フィルタ処理により、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除去する。このとき、処理部６は、撮像素子５の複数の画素から出力される画像信号を、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。なお、画素群は、いわゆるカーネル、マスクなどと呼ばれる、例えば３×３、５×５、７×７などのマトリクス状に配置されて構成される。本実施の形態の場合、処理部６は、３×３のカーネルからなる画素群の単位で、例えば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などによるフィルタ処理を行う。
　以上にように、撮像素子５の受光面５１に被写体ｔの反射光が入射する。そして、反射光に対応する画像信号が撮像素子５から処理部６に出力され、処理部６でフィルタ処理される。
　つぎに、上述の式（１）から式（４）を用いて、撮像装置１の拡散板３における頂点間距離である間隔ｄの決め方の一例について、説明する。詳しくは、基礎配置に対する第一方向の間隔ｄ１、または第二方向の間隔ｄ２の設定方法について、説明する。
　まず、撮像素子５のサイズ・画素数などの仕様を決定する。これにより、撮像素子５の一画素ピッチｐｉｘが決まる。つぎに、使用する光源２を決定する。これにより、波長λが決まる。つぎに、結像レンズ４の仕様を決定する。これにより、結像レンズ４の焦点距離ＥＦＬが決まる。
　そして、被写体ｔまでの所定の距離Ｌを任意に設定する。本実施の形態では、距離Ｌは、上述したように、例えば１０００ｍｍに設定している。
　以上により、式（１）を用いて、所定の距離Ｌ（１０００ｍｍ）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が算出される。
　つぎに、式（３）および式（４）を満たすような、所定の距離Ｌ（１０００ｍｍ）にある被写体ｔ上に生じる干渉縞の周期Ｔ２を決定する。これにより、決定された周期Ｔ２と、式（２－１）とから、設定すべき交差角θが算出される。
　つぎに、式（２－２）を満たす、ランダムにずらす前の拡散板３の、それぞれのレンズ３０の頂点間距離である間隔ｄを求める。そして、求められた間隔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仮想の格子点４０同士の間隔）とする。なお、本実施の形態の拡散板３では、第一方向である水平方向と、第二方向である垂直方向において、それぞれ異なった間隔ｄ、具体的には、水平方向の間隔ｄ１と、垂直方向の間隔ｄ２が設定される。これにより、撮像素子５の受光面５１に対応する画角に合わせて、例えば横長の配光を得ることができる。
　つぎに、以上のように決められた間隔ｄに基づいて、それぞれのレンズ３０を、仮の配置として、格子状の基礎配置に配置する。そして、それぞれの格子点４０から、０≦ずらし量≦（間隔ｄの２０％）の範囲で、対応するレンズ３０の頂点３１０の位置のずらし量を設定し、配置する。これにより、それぞれのレンズ３０の頂点３１０が、基礎配置に対応する仮想の格子点４０から、設定したずらし量の分、ランダムにずらした位置に配置される。
　つまり、本実施の形態の拡散板３は、第一方向において、それぞれのレンズ３０の頂点３１０の位置が、対応する仮想の格子点４０から、ずらさない、または上記ずらし量の分だけずらす、のいずれかの方法でランダムに割り振られる。同様に、第二方向において、それぞれのレンズ３０の頂点３１０の位置が、対応する仮想の格子点４０から、ずらさない、または上記ずらし量の分だけずらす、のいずれかの方法でランダムに割り振られる。
　以上のように、撮像装置１の拡散板３における頂点間距離である間隔ｄが決定される。
　本実施の形態の撮像装置１によれば、撮像素子５において受光した被写体ｔからの反射光における干渉縞の周期が、フィルタ処理される画素群の単位の大きさ以下に設定される。そのため、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）を、より確実にフィルタ処理できる。これにより、撮像素子５によって得られる画像への干渉縞の影響を、効果的に抑制できる。詳しくは、以下で説明する。
　つまり、撮像素子５において、フィルタ処理される画素群の単位より、干渉縞の周期が大きい場合、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。この場合、画素群内の受光強度の不均一はフィルタ処理によって解消されるが、画素群間の受光強度の不均一は解消されない。そのため、撮像素子５から得られた画像に対する干渉縞の影響が、大きくなる。
　しかし、本実施の形態の撮像装置１は、反射光に生じる干渉縞の周期が画素群の大きさ以下になるように、複数のレンズ３０の頂点３１０を配置する。そして、撮像素子５において、画素群内に、干渉縞に起因する受光強度の不均一を生じさせる。この場合、画素群内の干渉縞に起因する受光強度の不均一は、処理部６のフィルタ処理によって解消または抑制される。その結果、撮像素子５から得られた画像に対する干渉縞の影響が、効果的に抑制される。
　具体的には、本実施の形態の拡散板３は、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、複数のレンズ３０が配置される。これにより、受光した被写体からの反射光における干渉縞の周期（間隔）は、撮像素子５の三画素以下となる。その結果、撮像素子５によって得られた画像における干渉縞の影響が抑制される。すなわち、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。これにより、拡散板３を通過したことに起因する干渉縞が拡散光に発生しても、撮像素子５によって得られた画像において干渉縞の影響が、フィルタ処理によって抑制される。
　また、本実施の形態の撮像装置１は、複数のレンズ３０の、それぞれの頂点３１０の位置を、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する。そして、第一方向または第二方向における、それぞれのレンズ３０の頂点３１０の位置と、頂点３１０の位置と対応する格子点４０とのずれ量を、第一方向または第二の方向において、隣り合う仮想の格子点４０同士の間隔ｄ１の２０％以下とする。
　つまり、複数のレンズ３０の、それぞれの頂点３１０の位置を、仮想の格子点４０からランダムにずれた状態で配置する。これにより、レンズ３０の頂点３１０の位置を仮想の格子点４０上に配置する場合に比べて、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。その結果、撮像素子５から得られる画像における干渉縞の影響が、より抑制される。さらに、レンズ３０の頂点３１０の位置のずれ量を、格子点４０の間隔ｄの２０％以下に抑える。これにより、画角にあわせた矩形の配光が得やすくなる。一般的に，矩形の配光を実現するには、それぞれのレンズ３０の外形を略矩形（矩形を含む）で構成する必要がある。その際、格子点４０の間隔ｄが２０％を超えてレンズ３０を配置すると、矩形の配向分布が得られ難くなる。そこで、上述のように、格子点４０の間隔ｄを２０％以下として、矩形の画角に合わせた配向を実現している。
　つぎに、上記のように構成される、本実施の形態の撮像装置１の効果について、実施例１から実施例６で用いて確認した。
　具体的には、上述の式（１）から式（４）における各パラメータを変えて、実施例１から実施例６の拡散板３を作製した。そして、作製した拡散板３を備える撮像装置１を用いて、拡散光に生じる干渉縞や配光の状態を確認した。なお、実施例１から実施例６で用いた撮像装置１は、パラメータを変えて作製される拡散板３の構成（複数のレンズ３０の配置）以外は、上記実施の形態の撮像装置１の構成と同じである。
　（実施例１）
　上記実施の形態で説明した拡散板３を、以下に示す条件で設計した実施例１の撮像装置１の効果について、説明する。
　まず、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを０＜Ｔ≦３の範囲とし、レンズ３０の頂点３１０の位置を、対応する格子点４０からランダムにずらした。このとき、ずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄの１０％として、拡散板３を作製した。
　詳しくは、撮像素子５の一画素ピッチｐｉｘを０．０１１２ｍｍ、結像レンズ４の焦点距離ＥＦＬを２．０９ｍｍ、被写体ｔまでの距離Ｌを１０００ｍｍ、レーザ光の波長λを８５５ｎｍ、ｍを１周期とした。また、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を約５．３６ｍｍ、第一方向における隣接する格子点４０間の間隔ｄ１を０．３６ｍｍ、第一方向における距離Ｌにある被写体ｔ上に生じる干渉縞の周期Ｔ２を約２．４ｍｍとした。さらに、第一方向における撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを約０．８画素、第二方向における隣接する格子点４０間の間隔ｄ２を０．２３ｍｍ、第二方向における距離Ｌにある被写体ｔ上に生じる干渉縞の周期Ｔ２を約３．７ｍｍ、第二方向における撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを約２．３画素とした。
　そして、以上の条件で設計した実施例１の拡散板３を作製し、撮像装置１に組み込んで評価した。得られた結果を、図５から図７に示す。
　図５は、同撮像装置の実施例１における実写画像を示す図である。図６は、同実施例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。図７は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。なお、図７の左上段図は配向分布図を示し、右上段図は配向分布図の縦断面（第二方向に相当するＹ方向）の照度プロファイルを示す。同様に、左下段図は配向分布図の横断面（第一方向に相当するＸ方向）の照度プロファイルを示す。また、照度プロファイルの横軸ＸおよびＹは配向分布図の中心からの距離、縦軸は光の照度を示す。以下、図１０、図１２、図１４、図１６および図１８においても同様である。
　図５から図７に示す結果から、上記条件に基づいて設計された実施例１の拡散板３を備える撮像装置１は、干渉縞によるムラが十分に低減された画像が得られることがわかった。さらに、矩形形状の配光が得られることが確認できた。
　（実施例２）
　上記実施の形態で説明した拡散板３を、以下に示す条件で設計した実施例２の撮像装置１の効果について、説明する。なお、以下では、実施例１で詳述した、例えば撮像素子５の一画素ピッチｐｉｘを単にｐｉｘ、結像レンズ４の焦点距離ＥＦＬを単にＥＦＬなどと記して説明する。以降の実施例でも同様である。
　まず、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを３＜Ｔとし、レンズ３０の頂点３１０の位置を、対応する格子点４０からランダムにずらした。このとき、ずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄの１０％として、拡散板３を作製した。
　詳しくは、ｐｉｘを０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬを３．６８ｍｍ、Ｌを１０００ｍｍ、λを８５５ｎｍ、ｍを１周期とした。さらに、Ｔ１を約３．０４ｍｍ、ｄ１を０．２８ｍｍ、第一方向におけるＴ２を約３．１ｍｍ、第一方向におけるＴを約８画素、ｄ２を０．２ｍｍ、第二方向におけるＴ２を約４．３ｍｍ、第二方向におけるＴを約３．５画素とした。
　そして、以上の条件で設計した実施例２の拡散板３を作製し、撮像装置１に組み込んで評価した。得られた結果を、図８から図１０に示す。
　図８は、同撮像装置の実施例２における実写画像を示す図である。図９は、同実施例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。図１０は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。
　図８から図１０に示す結果から、上記条件に基づいて設計された実施例２の拡散板３を備える撮像装置１は、干渉縞によるムラが目立つ画像が得られることがわかった。すなわち、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔが、撮像素子５の三画素より大きい拡散板３を用いると、得られる画像に干渉縞によるムラが目立つことが確認された。
　（実施例３）
　上記実施の形態で説明した拡散板３を、以下に示す条件で設計した実施例３の撮像装置１の効果について、説明する。
　まず、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを０＜Ｔ≦３の範囲とし、レンズ３０の頂点３１０の位置を、対応する格子点４０の位置と一致させて拡散板３を作製した。
　詳しくは、ｐｉｘを０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬを２．０９ｍｍ、Ｌを１０００ｍｍ、λを８５５ｎｍ、ｍを１周期とした。さらに、Ｔ１を約５．３６ｍｍ、ｄ１を０．３６ｍｍ、第一方向におけるＴ２を約２．４ｍｍ、第一方向におけるＴを約０．８画素、ｄ２を０．２３ｍｍ、第二方向におけるＴ２を約３．７ｍｍ、第二方向におけるＴを約２．３画素とした。なお、上記条件は、レンズ３０の頂点３１０の位置を、対応する格子点４０の位置と一致させる以外、実施例１の拡散板と同じである。
　そして、以上の条件で設計した実施例３の拡散板３を作製し、撮像装置１に組み込んで評価した。得られた結果を、図１１および図１２に示す。
　図１１は、同撮像装置の実施例３における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。図１２は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。
　図１１および図１２に示す結果から、上記条件に基づいて設計された実施例３の拡散板３を備える撮像装置１は、干渉縞が発生することがわかった。しかし、発生した干渉縞は、例えば処理部６でフィルタ処理することにより、目立たなくなる程度まで抑制できる、細かい周期の干渉縞であることがわかった。
　すなわち、実施例３の拡散板３は、複数のレンズ３０が規則正しくマトリクス状に配置しているため、干渉縞が発生している。しかし、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを０＜Ｔ≦３の範囲に設計した拡散板を用いることにより、処理部６によるフィルタ処理で、目立たなくなる程度の細かい周期の干渉縞にまで抑制できることが確認された。
　（実施例４）
　上記実施の形態で説明した拡散板３を、以下に示す条件で設計した実施例４の撮像装置１の効果について、説明する。
　まず、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを３＜Ｔとし、レンズ３０の頂点３１０の位置を、対応する格子点４０の位置と一致させて拡散板３を作製した。
　詳しくは、ｐｉｘを０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬを３．６８ｍｍ、Ｌを１０００ｍｍ、λを８５５ｎｍ、ｍを１周期とした。さらに、Ｔ１を３．０４ｍｍ、ｄ１を０．２８ｍｍ、第一方向におけるＴ２を約３．１ｍｍ、第一方向におけるＴを約８画素、ｄ２を０．２ｍｍ、第二方向におけるＴ２を約４．３ｍｍ、第二方向におけるＴを約３．５画素とした。なお、上記条件は、レンズ３０の頂点３１０の位置を、対応する格子点４０の位置と一致させる以外、実施例２の拡散板と同じである。
　そして、以上の条件で設計した実施例３の拡散板３を作製し、撮像装置１に組み込んで評価した。得られた結果を、図１３および図１４に示す。
　図１３は、同撮像装置の実施例４における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。図１４は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。
　図１３および図１４に示す結果から、上記条件に基づいて設計された実施例４の拡散板３を備える撮像装置は、目立つ干渉縞が発生することがわかった。すなわち、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔが、撮像素子５の画素群を構成する三画素より大きく、かつ、複数のレンズ３０が規則正しくマトリクス状に配置された拡散板３の場合、目立つ干渉縞が生じることが確認できた。
　（実施例５）
　上記実施の形態で説明した拡散板３を、以下に示す条件で設計した実施例５の撮像装置１の効果について、説明する。
　まず、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを０＜Ｔ≦３の範囲とし、レンズ３０の頂点３１０の位置を、対応する格子点４０からランダムにずらした。このとき、ずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄの２０％として、拡散板３を作製した。
　詳しくは、ｐｉｘを０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬを２．０９ｍｍ、Ｌを１０００ｍｍ、λを８５５ｎｍ、ｍを１周期とした。さらに、Ｔ１を約５．３６ｍｍ、ｄ１を０．３６ｍｍ、第一方向におけるＴ２を約２．４ｍｍ、第一方向におけるＴを約０．８画素、ｄ２を０．２３ｍｍ、第二方向におけるＴ２を約３．７ｍｍ、第二方向におけるＴを約２．３画素とした。なお、上記条件は、レンズ３０の頂点３１０の位置のずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄの２０％とした以外、実施例１の拡散板と同じである。
　そして、以上の条件で設計した実施例５の拡散板３を作製し、撮像装置１に組み込んで評価した。得られた結果を、図１５および図１６に示す。
　図１５は、同撮像装置の実施例５における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。図１６は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。
　図１５および図１６に示す結果から、上記条件に基づいて設計された、実施例５の拡散板３を備える撮像装置は、矩形状の配光が得られることがわかった。すなわち、それぞれのレンズ３０の頂点３１０の位置の格子点４０からのずれ量を、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄ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）
　上記実施の形態で説明した拡散板３を、以下に示す条件で設計した実施例６の撮像装置１の効果について、説明する。
　まず、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを０＜Ｔ≦３の範囲とし、レンズ３０の頂点３１０の位置を、対応する格子点４０からランダムにずらした。このとき、ずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄの３０％として、拡散板３を作製した。
　詳しくは、ｐｉｘを０．０１１２ｍｍ、ＥＦＬを２．０９ｍｍ、Ｌを１０００ｍｍ、λを８５５ｎｍ、ｍを１周期とした。さらに、Ｔ１を約５．３６ｍｍ、ｄ１を０．３６ｍｍ、第一方向におけるＴ２を約２．４ｍｍ、第一方向におけるＴを約０．８画素、ｄ２を０．２３ｍｍ、第二方向におけるＴ２を約３．７ｍｍ、第二方向におけるＴを約２．３画素とした。なお、上記条件は、レンズ３０の頂点３１０の位置のずらし量を、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄの３０％とした以外、実施例１および実施例４の拡散板と同じである。
　そして、以上の条件で設計した実施例６の拡散板３を作製し、撮像装置１に組み込んで評価した。得られた結果を、図１７および図１８に示す。
　図１７は、同撮像装置の実施例６における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。図１８は、同実施例の配光のシミュレーション結果を示す図である。
　図１７および図１８に示す結果から、上記条件に基づいて設計された実施例６の拡散板３を備える撮像装置は、矩形の配光が得られないことがわかった。すなわち、それぞれのレンズ３０の頂点３１０の位置の格子点４０からのずれ量を、隣り合う格子点４０同士の間隔ｄの３０％とすると、実用的でない程度まで矩形状の配光がくずれ、十分な矩形状の配光が得られないことが確認できた。
　つまり、上述した実施例１から実施例６によれば、撮像素子５上での干渉縞の周期Ｔを０＜Ｔ≦３の範囲とし、レンズ３０の頂点３１０の位置の格子点４０からのずれ量を２０％以下でランダムにずらすことにより、拡散光の干渉縞の影響を抑制し、十分な矩形状の配光を得ることがわかる。
　なお、本発明の撮像装置は、上記実施の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、実施の形態の構成に、他の構成を追加することができる。また、実施の形態の構成の一部を、他の構成に置き換えることができる。
　上記実施の形態では、それぞれのレンズ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構成の拡散板３を例に説明したが、これに限定されない。例えば、それぞれのレンズ３０の頂点３１０の位置は、対応する格子点４０上に一致させて拡散板３を構成してもよい。すなわち、複数のレンズ３０を、所定の平面上において、基礎配置に従って、行列方向（マトリクス状）に規則正しく配置してもよい。この構成の場合でも、撮像素子５で受光した被写体ｔから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単位の大きさ以下であれば、撮像素子５で得られる画像に対する干渉縞の影響を効果的に抑制できる。この場合、上記実施の形態と同様に、フィルタ処理の画素群の単位を、３×３のマトリクス状に配置された画素とし、撮像素子の三画素以下とすることが、好ましい。
　また、上記実施の形態では、撮像素子５で得られた画像を、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などのフィルタ処理をする撮像装置１の構成を例に説明したが、これに限定されない。例えば、撮像装置１は、撮像素子５で得られた画像を、平滑化処理などのフィルタ処理しない構成としてもよい。この構成の場合でも、拡散光における干渉縞の周期が、撮像素子５の三画素以下とすればよい。これにより、撮像素子５で得られる画像において、干渉縞による影響を抑制できる。
　本発明は、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拡散光に起因する干渉縞の影響を抑制できる。そのため、例えば三次元の距離分布画像を作成するＴＯＦ方式の距離画像カメラなどの撮像装置の用途に適用できる。
　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
　３１　　レンズアレイ
　４０　　格子点
　４１　　第一格子線
　４２　　第二格子線
　５１　　受光面
　３１０　　頂点
　Ｄ１　　長径方向
　Ｄ２　　短径方向
　ｄ，ｄ１，ｄ２　　間隔
　ＥＦＬ　　焦点距離
　Ｌ　　距離
　ｐｉｘ　　一画素ピッチ
　Ｔ，Ｔ２　　周期
　Ｔ１　　長さ
　ｔ　　被写体

Claims (3)

  1. 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、複数の画素を有する撮像素子と、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る、撮像装置。
  2. 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、前記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、前記撮像素子の前記画素群の大きさ以下となるように配置される、撮像装置。
  3. 前記複数のレンズは、それぞれの前記レンズの頂点の位置が、前記所定の平面上において、第一方向と、前記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、対応する前記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、
    前記第一方向または前記第二方向における、それぞれの前記レンズの頂点の位置と、前記頂点の位置と対応する前記格子点とのずれ量が、前記第一方向または前記第二方向において、隣り合う前記格子点同士の間隔の２０％以下である、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の撮像装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020012906A1 (ja) * 2018-07-11 2020-01-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 表示装置、画像処理装置及び制御方法
JP2020017265A (ja) * 2018-07-11 2020-01-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 表示装置、画像処理装置及び制御方法
WO2021079923A1 (ja) * 2019-10-25 2021-04-29 デクセリアルズ株式会社 拡散板、表示装置、投影装置及び照明装置
US11539191B2 (en) 2019-03-05 2022-12-27 Fujifilm Business Innovation Corp. Light-emitting device, optical device, and information processing apparatus
US11599610B2 (en) 2019-03-05 2023-03-07 Fujifilm Business Innovation Corp. Light-emitting device, optical device, and information processing apparatus
EP4027177A4 (en) * 2019-10-25 2023-10-11 Dexerials Corporation DIFFUSION PLATE, DISPLAY DEVICE, PROJECTION DEVICE AND LIGHTING DEVICE

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020155621A (ja) 2019-03-20 2020-09-24 富士ゼロックス株式会社 発光装置、光学装置および情報処理装置
JP2020155622A (ja) 2019-03-20 2020-09-24 富士ゼロックス株式会社 発光装置、光学装置および情報処理装置
CN113454482A (zh) 2019-03-25 2021-09-28 富士胶片商业创新有限公司 发光装置、光学装置以及信息处理装置
CN113614562A (zh) 2019-04-02 2021-11-05 富士胶片商业创新有限公司 发光装置、光学装置以及信息处理装置
JP2020174097A (ja) 2019-04-10 2020-10-22 富士ゼロックス株式会社 発光装置、光学装置及び情報処理装置
JP6763452B1 (ja) 2019-04-15 2020-09-30 富士ゼロックス株式会社 発光装置、光学装置および情報処理装置
WO2021142610A1 (zh) * 2020-01-14 2021-07-22 南昌欧菲生物识别技术有限公司 微透镜阵列、透镜阵列、tof发射模块及具有其的电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004028977A (ja) * 2002-05-02 2004-01-29 Fuji Xerox Co Ltd 位置計測システム
JP2005326316A (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 Ricoh Co Ltd 動的形状測定装置
JP2005331413A (ja) * 2004-05-20 2005-12-02 Fuji Xerox Co Ltd 距離画像取得システム
JP2014038314A (ja) * 2012-07-19 2014-02-27 Asahi Glass Co Ltd 光学素子、投影装置および計測装置並びに製造方法
WO2017043063A1 (ja) * 2015-09-10 2017-03-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 拡散板および拡散板を備えた撮像装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1731955A1 (en) * 2005-06-09 2006-12-13 Sony Ericsson Mobile Communications AB Flash device for an electronic equipment for a wireless communication system and method for operating a flash device for an electronic equipment
TWI433052B (zh) * 2007-04-02 2014-04-01 Primesense Ltd 使用投影圖案之深度製圖
EP2075630A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-01 Varioptic Adaptative illumination device
WO2014036509A1 (en) * 2012-08-31 2014-03-06 Nuoptic, Llc Multi-spectral variable focus illuminator
JP2014142338A (ja) * 2012-12-27 2014-08-07 Canon Inc 干渉計及び被検体情報取得システム
JP6043229B2 (ja) 2013-04-09 2016-12-14 リコー光学株式会社 拡散板およびこれを用いた光学機器
US9596397B2 (en) * 2014-09-05 2017-03-14 Apple Inc. Dual shot strobe lens and flex and stiffener features of a camera
CN104581142B (zh) * 2015-01-12 2017-07-14 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种ccd像素位置偏差测量装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004028977A (ja) * 2002-05-02 2004-01-29 Fuji Xerox Co Ltd 位置計測システム
JP2005326316A (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 Ricoh Co Ltd 動的形状測定装置
JP2005331413A (ja) * 2004-05-20 2005-12-02 Fuji Xerox Co Ltd 距離画像取得システム
JP2014038314A (ja) * 2012-07-19 2014-02-27 Asahi Glass Co Ltd 光学素子、投影装置および計測装置並びに製造方法
WO2017043063A1 (ja) * 2015-09-10 2017-03-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 拡散板および拡散板を備えた撮像装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020012906A1 (ja) * 2018-07-11 2020-01-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 表示装置、画像処理装置及び制御方法
JP2020017265A (ja) * 2018-07-11 2020-01-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 表示装置、画像処理装置及び制御方法
JP7113375B2 (ja) 2018-07-11 2022-08-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 表示装置、画像処理装置及び制御方法
US11694659B2 (en) 2018-07-11 2023-07-04 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Display apparatus, image processing apparatus, and control method
US11539191B2 (en) 2019-03-05 2022-12-27 Fujifilm Business Innovation Corp. Light-emitting device, optical device, and information processing apparatus
US11599610B2 (en) 2019-03-05 2023-03-07 Fujifilm Business Innovation Corp. Light-emitting device, optical device, and information processing apparatus
WO2021079923A1 (ja) * 2019-10-25 2021-04-29 デクセリアルズ株式会社 拡散板、表示装置、投影装置及び照明装置
EP4027177A4 (en) * 2019-10-25 2023-10-11 Dexerials Corporation DIFFUSION PLATE, DISPLAY DEVICE, PROJECTION DEVICE AND LIGHTING DEVICE

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