JP2012129714A - 光学システム及びこれを備える撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度及び視野重複度を調整して所望の解像度及び視差情報を有する撮像対象物の画像を取得するための光学システムおよびこれを備える撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る光学システムは、光が入射される視野制御部と、前記視野制御部を通過した光が入射される複数の光学素子を備える複眼光学素子と、前記視野制御部及び前記複眼光学素子を通過した光を受光する撮像素子と、を備え、隣接する前記複数の光学素子の視野の重複度が可変であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学システム及びこれを備える撮像装置に関する。

近年、様々な画像情報を取得する撮像装置として、デジタルカメラ、ビデオカメラ等が知られている。これらの撮像装置においては、被写体である物体に対向する単一の光学系（単眼光学系）によって物体像を取得する構成が広く用いられている。しかしながら、このような単眼光学系の撮像装置では、視差情報を含む画像情報を得られない。そこで、視差情報を含む画像情報を元に自由視点画像や全焦点画像を合成することのできる複眼光学系を用いた撮像装置が開発されてきた。

このような複眼型の撮像装置の一例として、レンズアレイを用いて各レンズ（個眼）が略同一の視野を撮像することにより、個眼数分の視差情報を得て単眼光学系では実現できない３Ｄ画像や自由視点画像等、奥行方向の情報を含む画像を取得しようとするものがある（例えば、特許文献１参照）。また、レンズアレイの各レンズに異なる視野を撮像させ、同じ視野の画像を撮像する単眼光学系と比較して、小型化を実現しようとするものがある（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００１−６１１０９号公報 特開平１０−１４５８０２号公報

特許文献１に記載された従来の技術は、レンズアレイの各レンズにより撮像される隣接被写体像間で視野重複を確保しようとすると、視差量が少なくなり、被写体像の画像の解像度が低下する虞がある。また、特許文献２に記載された従来の技術は、画像の解像度を上げることができる一方、画像の視差情報の取得が犠牲となる。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、解像度及び視野重複度を調整して所望の解像度及び視差情報を有する撮像対象物の画像を取得するための光学システムおよびこれを備える撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る光学システムは、光が入射される視野制御部と、前記視野制御部を通過した光が入射される複眼光学素子と、前記視野制御部及び前記複眼光学素子を通過した光を受光する撮像素子と、を備え、隣接する前記複数の光学素子の視野の重複度が可変であることを特徴とする。本発明の一実施形態に係る光学システムによれば、所望の解像度及び視差情報を有する撮像対象物の画像を得ることのできる光学システムを提供することができる。

また、本発明の一実施形態に係る撮像装置は、撮像対象物からの光が入射される視野制御部と、前記視野制御部を通過した前記撮像対象物からの光が入射される複眼光学素子と、前記視野制御部及び前記複眼光学素子を通過した前記撮像対象物からの光を受光する撮像素子と、を備える光学システムと、前記撮像素子に受光された前記撮像対象物の光を処理し前記撮像対象物の像を構成する処理手段と、を備え、隣接する前記複数の光学素子の視野の重複度が可変であることを特徴する。本発明の一実施形態に係る撮像装置によれば、所望の解像度及び視差情報を有する撮像対象物の画像を得ることの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光学システムおよびこれを備える撮像装置によれば、解像度及び視野重複度を調整して所望の解像度及び視差情報を有する撮像対象物の画像を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る光学システムの概要を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学システムを用いて撮像した像の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学システムの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学システムにおいて、視野重複度を変化させて撮像する方法の一例を説明するための図であり、（ａ）は、視野重複度を０％に変化させた場合の構成例を示し、（ｂ）は、視野重複度を５０％に変化させた場合の構成例を示し、（ｃ）は、視野重複度を８０％に変化させた場合の構成例を示す。 本発明の一実施形態に係る光学システムの複眼光学素子及び撮像素子の構成例を示す図である。 図５に示した複眼光学素子及び撮像素子の断面構造を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学システムを備えた撮像装置の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施形態として図を参照しつつ説明を行う。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学システム１００の概要を示す図である。図１に示す本発明の一実施形態に係る光学システム１００は、光が入射される視野制御部１０１と、撮像対象物（被写体ともいう（図示せず））から見て視野制御部１０１の後側に配置される複眼光学素子１０２と、撮像対象物から見て複眼光学素子１０２の後側に配置される撮像素子１０３とを含む。視野制御部１０１は、複数のレンズが組み合わされたレンズ群からなるレンズであってもよい。複眼光学素子１０２は、光軸１１０を法線とする平面又は曲面上に、複数の光学面が配置された光学素子である。図示したように、複眼光学素子１０２は、複数の光学素子１０２ａが配列されて構成されたものであってもよい。なお、隣接する複数の光学素子１０２ａの視野の重複度は可変である。複眼光学素子１０２は、一体型のレンズアレイであってもよく、組レンズであってもよい。撮像素子１０３は複数の受光素子（図示せず）を有しており、複数の受光素子が撮像素子の表面に配置される。視野制御部１０１に入射し、視野制御部１０１及び複眼光学素子１０２を通過した光を、撮像素子の受光素子が受光する。

以下、図２及び図３を参照して、本発明の一実施形態に係る光学システム１００の構成をより詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る光学システム１００を用いて撮像した像の一例を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る光学システム１００の構成例を示した図である。

図２は、一つの光学素子１０２ａにより結像される像である個眼像と、複眼光学素子１０２全体に対する個眼像の集合である複眼像について、複数の光学素子１０２ａによりそれぞれ撮像された複数の個眼像１０８ａ〜１０８ｃを含む、撮像素子１０３により撮像された複眼像１０８の一例を示した図である。図示したように、複数の個眼像１０８ａ〜１０８ｃはそれぞれ、光学素子１０２ａの数だけ複数の視点や方向から得られる撮像対象物１０５の縮小像である。個眼像１０８ａ〜１０８ｃの集合である複眼像１０８には、撮像対象物１０５の距離情報及び方向情報等が含まれる。従って、複数の個眼像１０８ａ〜１０８ｃの画像データを、コンピュータ等を含む画像処理手段（図示せず）を用いて画像処理することにより、撮像対象物１０５の距離情報及び方向情報等を用いて、所望の撮像対象物１０５の画像を得ることが可能となる。例えば、画像処理により、任意の位置にピントを合わせた撮像対象物１０５の画像を形成することも可能となる。従って、このような画像処理を行うことにより、撮像対象物１０５を撮影した後で、その像のピントを合わせ直したり、撮像対象物１０５の距離を推定したりすることができる。

以下、図３を参照して、本発明の一実施形態に係る光学システム１００による撮像の一例について説明する。

図３は、図１に示した光学システム１００において、例えば、視野制御部１０１のパワーを正とした場合の、撮像対象物１０５の像の撮像の一例を示したものである。図３に図示したように、視野制御部１０１の前方に配置された撮像対象物１０５からの光が、視野制御部１０１に入射されると、撮像対象物１０５の実像である中間像１０７が、視野制御部１０１と複眼光学素子１０２との間に結像される。なお、中間像１０７は、物体１０５ａの中間像１０７ａと、物体１０５ｂの中間像１０７ｂとを含むものとする。図示したように、無限遠に位置する物体１０５ａの中間像１０７ａは、視野制御部１０１と複眼光学素子１０２との間の焦平面１１１に結像される。また、近接物体１０５ｂの中間像１０７ｂは、焦平面１１１よりも複眼光学素子１０２側の後方であって、複眼光学素子１０２よりも前方の所定の位置に結像される。

図３に示した撮像対象物１０５の中間像１０７は、それぞれ、複眼光学素子１０２に含まれる複数の光学素子１０２ａにより、撮像素子１０３の受光素子上に結像される。これにより、光学素子１０２ａの数だけ複数の視点や方向から得られる撮像対象物１０５の縮小像である複数の個眼像の画像データを得ることができる。従って、本発明の一実施形態に係る光学システム１００によれば、視差量の異なる複数の個眼像の画像データを取得することができるため、これらの画像データを画像処理手段（図示せず）により画像処理することにより、所望の解像度を有する撮像対象物１０５の画像を得ることが可能となる。

次に、図４を参照して、本発明の一実施形態に係る光学システム１００において、複眼光学素子１０２の隣接する複数の光学素子１０２ａ、１０２ｂの視野重複度を変化させて撮像する方法について説明する。図４は、視野重複度を変化させて撮像する方法の一例を説明するための図であり、（ａ）は、視野重複度を０％に変化させた場合の構成例を示し、（ｂ）は、視野重複度を５０％に変化させた場合の構成例を示し、（ｃ）は、視野重複度を８０％に変化させた場合の構成例を示す。

図４（ａ）〜（ｃ）に一例として図示したように、視野制御部１０１の前方に配置された撮像対象物１０５からの光が視野制御部１０１に入射されると、撮像対象物１０５の中間像１０７が、視野制御部１０１と複眼光学素子１０２との間に結像される。中間像１０７は複数の光学素子１０２ａ、１０２ｂを通して撮像素子１０３の受光素子上に複数の光学素子１０２ａ、１０２ｂの各々により撮像された個眼像１０８ｘａ、１０８ｘｂを含む複眼像１０８ｘとして結像する。

図４（ａ）に図示したように、中間像１０７から複眼光学素子１０２までの距離を距離ｋ１、複眼光学素子１０２から撮像素子１０３までの距離を距離ｋ２とすると、光学素子１０２ａは、撮像範囲ｔ１に対応する中間像１０７の一部分を撮像素子１０３上に結像させ、光学素子１０２ｂは、撮像範囲ｔ２に対応する中間像１０７の一部分を撮像素子１０３上に結像させる。なお、図示したように、光学素子１０２ａを通して結像される像が個眼像１０８ｘａであり、光学素子１０２ｂを通して結像される像が個眼像１０８ｘｂである。このとき、隣接する複数の光学素子１０２ａ、１０２ｂが撮像する撮像対象物１０５の撮像範囲ｔ１、ｔ２をそれぞれ重複しないものとすることができる。従って、図４（ａ）に示す光学システム１００によれば、視野重複度を０％として複数の個眼像１０８ｘａ、１０８ｘｂを得ることができる。

図４（ｂ）に図示したように、中間像１０７から複眼光学素子１０２までの距離を距離ｋ３、複眼光学素子１０２から撮像素子１０３までの距離を距離ｋ４とすると、光学素子１０２ａは撮像範囲ｔ３に対応する中間像１０７の一部分を撮像素子１０３上に個眼像１０８ｙａとして結像し、光学素子１０２ｂは撮像範囲ｔ４に対応する中間像１０７の一部分を撮像素子１０３上に個眼像１０８ｙｂとして結像する。このとき、中間像１０７から複眼光学素子１０２の距離ｋ３は、図４（ａ）に示した距離ｋ１よりも大きく、複眼光学素子１０２から撮像素子１０３までの距離ｋ４は、図４（ａ）に示した距離ｋ２よりも小さい。また、撮像範囲ｔ３と撮像範囲ｔ４とが重複する共通撮像範囲ｔ５は、撮像範囲ｔ３、ｔ４の大きさの５０％の大きさである。従って、図４（ｂ）に示す光学システム１００によれば、視野重複度を５０％として個眼像１０８ｙａ、１０８ｙｂを得ることができる。

図４（ｃ）に図示したように、中間像１０７から複眼光学素子１０２までの距離を距離ｋ５、複眼光学素子１０２から撮像素子１０３までの距離を距離ｋ６とすると、光学素子１０２ａは撮像範囲ｔ６に対応する中間像１０７の一部分を撮像素子１０３上に個眼像１０８ｚａとして結像し、光学素子１０２ｂは撮像範囲ｔ７に対応する中間像１０７の一部分を撮像素子１０３上に個眼像１０８ｚｂとして結像する。このとき、中間像１０７から複眼光学素子１０２の距離ｋ５は、図４（ｂ）に示した距離ｋ３よりも大きく、複眼光学素子１０２から撮像素子１０３までの距離ｋ６は、図４（ｂ）に示した距離ｋ４よりも小さい。また、撮像範囲ｔ６と撮像範囲ｔ７とが重複する共通撮像範囲ｔ８は、撮像範囲ｔ６、ｔ７の大きさの８０％の大きさである。従って、図４（ｃ）に示す光学システム１００によれば、視野重複度を８０％として個眼像１０８ｚａ、１０８ｚｂを得ることができる。

このように、中間像１０７から複眼光学素子１０２までの距離ｋ１、ｋ３、ｋ５と、複眼光学素子１０２から撮像素子１０３までの距離ｋ２、ｋ４、ｋ６とをそれぞれ変化させることによって、隣接する複数の光学素子１０２ａ、１０２ｂの視野重複度を変化させることが可能であることがわかる。従って、本発明の一実施形態に係る光学システム１００によれば、中間像１０７から複眼光学素子１０２までの距離ｋ１、ｋ３、ｋ５及び複眼光学素子１０２から撮像素子１０３までの距離ｋ２、ｋ４、ｋ６を、視野制御部１０１及び複眼光学素子１０２の配置位置をそれぞれ調整して変化させることにより、所望の視差情報を含む撮像対象物１０５の複数の個画像１０８ｘａ、１０８ｘｂ、１０８ｙａ、１０８ｙｂ、１０８ｚａ、１０８ｚｂを取得することが可能となる。

従って、図４に図示したように、本発明の一実施形態に係る光学システム１００によれば、視野制御部１０１及び複眼光学素子１０２の配置位置をそれぞれ調整することにより、視野重複度を変化させて、所望の視差情報を有する複数の撮像対象物１０５の個画像１０８ｘａ、１０８ｘｂ、１０８ｙａ、１０８ｙｂ、１０８ｚａ、１０８ｚｂを取得することができるため、これらの個眼像に基づき画像処理することにより、所望の解像度を有する撮像対象物１０５の画像を取得することが可能となる。

なお、図４に図示した実施例では、視野制御部１０１及び複眼光学素子１０２の配置位置を調整することにより、視野重複度を変化させる例を説明したが、視野制御部１０１のパワーを調整することにより、中間像１０７を結像させるときの倍率を変化させ、個眼像の視野重複度を変化させてもよい。また、中間像１０７は、視野制御部１０１と複眼光学素子１０２との間に結像されるものでなくともよい。例えば、中間像１０７は虚像として視野制御部１０１よりも被写体側に結像されるものであってもよい。

次に、図５及び図６を参照して、本発明の一実施形態に係る光学システム１００の複眼光学素子１０２及び撮像素子１０３の構成例を説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る光学システム１００の複眼光学素子１０２及び撮像素子１０３の構成例を示す図である。図６は、図５に示した複眼光学素子１０２及び撮像素子１０３の断面構造を示す図である。

図５及び図６に図示したように、本発明の一実施形態に係る光学システム１００は、複眼光学素子１０２の各光学素子１０２ａから撮像素子１０３の複数の受光素子１０３ａに入射する光を区画する支持体として、隔壁１０４が配置されてもよい。隔壁１０４は、複眼光学素子１０２と撮像素子１０３との間に配置され、隣接する各光学素子１０２ａ間で撮像対象物１０５の個眼像１０８ａ〜１０８ｃがオーバーラップすることを防ぐように配置される。これにより、図５に図示したように、一つの光学素子１０２ａと複数の受光素子１０３ａとが対をなし、隔壁１０４により区画されて一つのユニット１０６が構成される。従って、ユニット１０６ごとに、個眼像１０８ａ〜１０８ｃの画像データを取得することが可能となる。各ユニット１０６からの画像データは、撮像素子１０３に接続された画像処理手段（図示せず）により画像処理される。また、隔壁１０４の代わりに、視野絞りを、複眼光学素子１０２よりも被写体側に配置してもよい。視野絞りとして、例えば、アパーチャやフードのアレイであってもよい。

次に、図７を参照して、本発明の一実施形態に係る光学システム１００を備えた撮像装置１０００を説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る光学システム１００を備えた撮像装置１０００の一例を示す図である。

図７に図示したように、本発明の一実施形態に係る撮像装置１０００は、視野制御部１０１、複眼光学素子１０２、及び撮像素子１０３を含む光学システム１００を含む。視野制御部１０１及び複眼光学素子１０２は、レンズボディ１００４内に配置され、撮像素子１０３は、カメラボディ１００６内に配置される。レンズボディ１００４は、レンズマウント１００５により、カメラボディ１００６に連結される。図７に示した光学システム１００は、図１乃至図９に示した光学システム１００と同様の構成を有する。従って、レンズボディ１００４と、カメラボディ１００６とを、レンズマウント１００５により、切り離しを可能とする構成にすることにより、レンズボディ１００４内の視野制御部１０１及び複眼光学素子１０２の交換が容易に可能となる。これにより、撮像装置１０００によれば、所望の視野制御部１０１及び複眼光学素子１０２を選択し、本発明の一実施形態に係る光学システム１００を利用して、所望の撮像対象物１０５の画像を得ることが可能となる。従って、撮像装置１０００によれば、所望の視差量及び解像度を有する所望の画像を得ることができる。

このように、本発明の一実施形態に係る光学システム１００及び撮像装置１０００によれば、解像度及び視野重複度を調整して所望の解像度及び視差情報を有する撮像対象物の画像を得ることのできる光学システムおよびこれを備える撮像装置を提供することができる。

なお、本発明の一実施形態に係る光学システム１００は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、及び携帯電話などを含む各種の電子機器に用いる光学システム及び撮像装置に適用することができる。

１００ 光学システム
１０１ 視野制御部
１０２ 複眼光学素子
１０２ａ 光学素子
１０３ 撮像素子

Claims (6)

1. 光が入射される視野制御部と、
   前記視野制御部を通過した光が入射される複数の光学素子を備える複眼光学素子と、
   前記視野制御部及び前記複眼光学素子を通過した光を受光する撮像素子と、を備え、
   隣接する前記複数の光学素子の視野の重複度が可変であることを特徴とする光学システム。
2. 前記視野制御部のパワーは、連続的に変化することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
3. 前記視野制御部は、複数のレンズの組み合わせであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学システム。
4. 撮像対象物からの光が入射される視野制御部と、
   前記視野制御部を通過した前記撮像対象物からの光が入射される複数の光学素子を備える複眼光学素子と、
   前記視野制御部及び前記複眼光学素子を通過した前記撮像対象物からの光を受光する撮像素子と、を備える光学システムと、
   前記撮像素子に受光された前記撮像対象物の光を処理し前記撮像対象物の像を構成する処理手段と、を備え、
   隣接する前記複数の光学素子の視野の重複度が可変であることを特徴する撮像装置。
5. 前記視野制御部のパワーは、連続的に変化することが可能であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記視野制御部は、複数のレンズの組み合わせであることを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。