本发明涉及摄像装置，特别涉及对其小型化和薄型化有效的技术。
背景技术
智能手机等终端中搭载的摄像机、和逐步变得需要360°传感的车载摄像机需要薄型化。关于这一点，专利文献1公开了不使用透镜而是在图像传感器前配置同心圆状的光栅图案，对于来自被拍摄体的光产生的光栅图案的投影像叠加另一个光栅像从而得到摩尔纹，通过图像处理从该摩尔纹像得到被拍摄体的拍摄图像这样的摄像装置。
另外，专利文献1公开了为了改善因为使用通过印刷等方法形成的浓淡的光栅图案而产生的光量损失，以不遮挡光的方式用柱面透镜形成光栅图案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/203573号
技术实现要素：
发明要解决的课题
但是，在专利文献1中，光栅图案的投影像需要能够赋予正弦波状的光强度分布的程度的聚光，所以存在光栅图案的投影像的调制度因为大量点光源产生的投影像的重叠而降低、再现图像的s/n比降低的问题。
另外，要为了将再现图像拍摄得较大而延长有效焦距时，需要增大光栅图案与图像传感器的距离。此时，要得到图像传感器的像素节距的2倍程度的足够细的摩尔纹时，也需要延长柱面透镜的焦距。但是，相对于柱面透镜的环带宽度，其焦距变长时，存在与透镜的聚光作用相比环带宽度引起的衍射的影响更大、聚光作用消失的问题。
本发明鉴于上述问题，目的在于改善使用光栅图案来拍摄被拍摄体的图像的摄像装置的拍摄图像的画质。
用于解决课题的技术方案
本申请包括多个解决上述课题的至少一部分的技术方案，举其一例，如下所述。
本发明的一个方式是一种摄像装置，包括：将由受光面接收到的光转换为图像信号并将其输出的图像传感器；相位调制元件，其靠近所述受光面设置，具有由排列成同心圆状的多个环带构成的光栅图案，对从所述光栅图案透射而向所述受光面的方向去的光的相位进行调制；和对从所述图像传感器输出的所述图像信号进行图像处理的图像处理部，所述相位调制元件与所述图像传感器的间隔设定成，使得在来自点光源的光入射了的情况下的、同心圆状的光栅图案的投影像的亮部的半值宽度相对于1个周期的宽度的占空比在0.5以下，其中所述点光源位于所述光栅图案的同心圆的轴向上的被拍摄体的距离的位置。
发明效果
根据本发明，能够改善使用光栅图案来拍摄被拍摄体的图像的摄像装置的拍摄图像的画质。
上述以外的课题、结构和效果将通过以下实施方式的说明而说明。
附图说明
图1是表示第一实施方式的摄像装置的结构例的图。
图2是说明高次谐波成分与占空比的关系的图。
图3是说明图像传感器上的透射光强度分布的示意图。
图4是说明将不同的同心圆图案重叠时摩尔纹的生成的图。
图5是说明将相同的同心圆图案重叠时摩尔纹的生成的图。
图6是表示第二实施方式的摄像装置的结构例的图。
图7是说明第三实施方式的同心圆图案的例子的图。
图8是说明同心圆图案的各同心圆的节距的例子的图。
具体实施方式
在以下实施方式中，为了方便而在必要时分多节或实施方式进行说明，但除了特别声明的情况之外，它们并非相互无关的，而是处于一方是另一方的一部分或全部的变形例、详细、补足说明等的关系。
另外，以下实施方式中，提及要素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别声明的情况和原理上明显限定于特定数量等情况之外，都不限定于该特定数量，可以是特定数量以上或以下。
进而，以下实施方式中，关于其构成要素(也包括要素步骤等)，除了特别声明的情况和原理上明显认为必需等情况之外都非必需。
同样，以下实施方式中，提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别声明的情况和原理上明显认为并非如此等情况之外，都包括实质上与该形状等近似或类似的形状等。这一点对于上述数值和范围也是同样的。
另外，在用于说明实施方式的全部图中，对同一部件原则上附加同一符号，省略其反复的说明。以下用附图说明本发明的各实施方式。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式的摄像装置101的结构例的图。
摄像装置101是不使用通常的摄像机所具备的用于成像的摄像镜头的、取得外界物体的图像的摄像装置。摄像装置101具备相位调制元件102、图像传感器103和图像处理电路109(相当于本发明的“图像处理部”)。摄像装置101通过相位调制元件102用图像传感器103接收来自被拍摄体t的光，用图像处理电路109对从图像传感器103输出的图像信号进行图像处理，由此得到被拍摄体t的拍摄图像，对显示器112等输出装置输出。摄像装置101也可以包括显示器112等输出装置。
相位调制元件102与图像传感器103的受光面接近地配置。在相位调制元件102中形成有同心圆状的光栅图案。从该光栅图案透射的来自被拍摄体t的光，光的相位被该光栅图案调制，作为同心圆状的投影像在图像传感器103的受光面上显现。
图像传感器103具有排列成面状的多个受光元件，将接收的光图像(投影像)转换为电信号即图像信号，对图像处理电路109输出。图像传感器103例如能够由使用了ccd(chargecoupleddevice：电荷耦合器件)或cmos(complementarymetaloxidesemiconductor：互补金属氧化物半导体)等元件的图像传感器构成。
图像处理电路109对于来自图像传感器103的输出图像，乘以同心圆状的光栅图案，由此生成摩尔纹图像。另外，图像处理电路109对生成的摩尔纹图像进行傅立叶变换运算，取其绝对值，由此得到拍摄图像。图像处理电路109将生成的拍摄图像对显示器112输出。
对于上述摄像装置101的结构和原理进行详细说明。
相位调制元件102以形成同心圆状的光栅图案的方式，由排列成同心圆状的多个圆环状(环带状)柱面透镜104构成。圆环状柱面透镜104的半径方向的曲率，形成为能够使来自位于规定的被拍摄体t的距离的点光源的入射光105以在环带宽度的范围内在图像传感器103的受光面106上形成圆环状亮线107(亮部)的方式聚光的曲率。从中心起第n个圆环状柱面透镜104的中心的半径位置，被设为
此处，相位调制元件102与图像传感器103之间的距离108，可以不一定与圆环状柱面透镜104的焦距一致。根据情况，圆环状亮线107的宽度也可以必要以上地过度变窄。于是，本实施方式中，距离108被调整为在来自置于同心圆图案的轴向的被拍摄体t的距离的点光源的光入射的情况下，圆环状亮线107的半值宽度w相对于该圆环状亮线107附近的环带宽度p在0.5以下。
半值宽度w是圆环状亮线107的半径方向的光强度分布的半值宽度。环带宽度p是某一圆环状亮线107与其相邻的圆环状亮线107的半径方向的中心间的距离，可以认为是同心圆图案的投影像的1个周期的宽度。另外，也可以认为距离108被调整为在满足该占空比的范围的精度下圆环状柱面透镜104合焦。以设定这样的占空比的方式调整距离108时，投影像的半径方向的光的强度分布成为与包括实际的节距p的整数分之1的节距的环带图案的成分等价的状况。
例如，如果某一环带的聚光截面强度分布局部上是节距p的周期结构，以亮线的中心位置为原点在半径方向上用坐标x表示的位置的点光源产生的投影像强度是i(x)，则其能够如下所示地进行傅立叶级数展开：
【式1】
此处为了简化，设该聚光截面强度分布是宽度w的矩形形状，则能够如下所示地求出其展开系数：
【式2】
此处，a是截面强度分布宽度为w时的矩形强度值。此处，设环带宽度内的强度的积分值aw＝c(固定)，则可以表达为：
【式3】
它们分别是直流成分、k倍高次谐波成分，设c/p＝1对于占空比对其作图时，可以如图2所示地表达。
图2是说明高次谐波成分与占空比的关系的图。图2的图的纵轴表示高次谐波系数(ak/a0)，横轴表示占空比(w/p)。根据图2可知，占空比越小，则傅立叶展开的高次谐波成分越增加，投影像的调制成分的调制度越提高。此处，k＝1是基本频率成分，相当于通常的投影像成分，k＝2以上是实际的高次谐波成分。可知因为高次谐波成分在占空比0.5以下显著增加，所以在将高次谐波成分用于再现拍摄图像的情况下优选将占空比调整为0.5以下。
以上说明中，假设聚光截面强度分布的局部的周期结构进行了说明，但对于周期结构逐渐变化(即节距p逐渐变化)的情况，用图3进行说明。
图3是说明图像传感器103上的透射光强度分布的示意图。图3(a)表示入射光301对遮挡型的同心圆图案302入射的情况下的透射光强度分布。图3(b)表示光301对相位调制元件102入射的情况下的透射光强度分布，进而示出了对光强度分布进行傅立叶展开得到的1次成分和2次成分。另外，遮挡型的同心圆图案302指的是如专利文献1所记载的、例如用印刷或溅射法等形成的浓淡的光栅图案。
根据图3可知，在节距p均匀地变化的情况下，也维持局部地考虑周期结构展开的傅立叶系数，高次谐波的周期与基本频率成分的周期成正比地变化。
对于基本频率成分的光栅图案的投影像，用图像处理对仅高次谐波成分的光栅图案的像进行乘法运算时，能够形成高次谐波成分之间的摩尔纹像。对此，用图4和图5进行说明。
图4是说明将不同的同心圆图案重叠时摩尔纹的生成的图。图4示意性地示出了将占空比在0.5以下的包括高次谐波成分的基本频率成分的同心圆图案401、与环带节距是同心圆图案401的一半的2倍高次谐波成分的同心圆图案402重叠的情况。图5是说明将相同的同心圆图案重叠时摩尔纹的生成的图。图5示意性地示出了将2倍高次谐波成分的同心圆图案402彼此重叠的情况。
对图4和图5进行比较时，虽然图4中摩尔纹更淡，但是图4和图5中产生了大致相同节距的摩尔纹。根据这一点，可知由稀疏的基本频率成分的同心圆图案，也能够产生实质上致密的2倍高次谐波的摩尔纹。
如专利文献1所示，这样的摩尔纹具有反映了入射的光线的角度的节距和方向，来自大量点光源的多个图案的摩尔纹在节距和方向分别不同的状态下被合成。节距和方向不同的摩尔纹，在用二维傅立叶变换进行频率分解时，被变换为节距对应于到原点的距离、方向对应于到原点的方向的亮点。该亮点是表示来自某一点光源的光的亮点，所以结果能够得到与用摄像机成像的图像相同的图像。因为能够将来自大量点光源的光同时分解变换为各自的亮点，所以最终能够得到被拍摄体的像。
另外，构成二维傅立叶变换后的再现图像的视野的最外周的点像的，是最致密的摩尔纹的空间频率成分，最致密的摩尔纹的节距，基本上等于图像处理中相乘的同心圆图案的最外周的节距。即，再现图像区域的直径或一边的大小，与其同心圆图案的最外周的节距成反比。另一方面，用快速傅立叶变换(fft)离散地进行二维傅立叶变换的情况下，跨传感器图像的整个区域生成的摩尔纹的周期图案的傅立叶变换像，被变换为与空间频率对应的位置的1个像素，产生周期图案的区域的直径或一边的大小成为传感器宽度的1/2时，傅立叶变换后的点像增大至2倍。即，再现图像区域的直径或一边的大小除以能够分辨的点像的大小得到的实质上的一边的分辨点数，等于产生周期图案的区域的直径或一边的大小除以相乘的同心圆图案的最外周的节距得到的值。
从而，将使用高频成分的本实施方式的相位调制元件的同心圆图案的大小以其最外周的节距为单位表达的大小，与再现图像的直径或一边的实质的分辨点数相比较小，是使用的高次谐波次数分之一。相反，为了得到本实施方式的效果，只要使相位调制元件的最外周的节距与相位调制元件的大小除以再现图像区域的直径或一边的实质的分辨点数得到的值相比增大至2倍以上即可。或者，使拍摄图像的直径或一边的大小除以能够分辨的2个点像的像素间隔得到的直径或一边的分辨点数是相位调制元件的大小除以该相位调制元件的最外周的节距得到的值的2倍以上即可。
返回图1的说明。图像处理电路109具备2倍频率图案相乘电路110和快速傅立叶变换电路111。2倍频率图案相乘电路110如上所述将2倍频率同心圆图案对图像传感器103的输出图像相乘。由此得到摩尔纹图像。快速傅立叶变换电路111对该摩尔纹图像进行傅立叶变换，取其绝对值，由此再现拍摄图像。
以上说明了本发明的第一实施方式。根据本实施方式，能够使与图像传感器103接近地配置的相位调制元件102的同心圆状的光栅图案的节距比本来必要的节距更稀疏。由此，即使扩大图像传感器103与相位调制元件102的间隔而缩小视野、扩大投影像，也能够减少衍射导致的光栅图案的投影像的模糊，改善再现图像的画质。另外，根据本实施方式，能够提高光栅图案的投影像中的调制成分相对于直流成分的比率。由此，在来自构成被拍摄体的大量点光源的投影像重叠的情况下，也能够抑制光栅图案的投影像的调制度降低，能够改善摩尔纹的对比度，能够改善再现图像的画质。
[第二实施方式]
第一实施方式的摄像装置101在图像处理中乘以相位调制元件102的2倍高次谐波图案，对得到的摩尔纹图像直接进行傅立叶变换，由此得到再现图像。但是，该结构中，摩尔纹以外的原本的同心圆图案成分和图像处理中相乘的高次谐波图案成分残留，可能作为图像的噪声出现而成为问题。以下，对于本发明的第二实施方式，以与第一实施方式的不同点为中心进行说明。
图6是表示第二实施方式的摄像装置的结构例的图。第二实施方式的摄像装置101具备复合相位调制元件601代替第一实施方式的相位调制元件102。另外，第二实施方式的图像处理电路109具备3倍频率图案相乘电路602和3倍频率摩尔纹提取电路603代替2倍频率图案相乘电路110。
复合相位调制元件601与图像传感器103的受光面接近地配置。复合相位调制元件601中，在同一个面内形成了相位不同的多个同心圆状的光栅图案。具体而言，复合相位调制元件601中，9个不同的同心圆状的光栅图案在受光面的纵横方向上3×3地配置。各光栅图案由与第一实施方式同样地排列成同心圆状的多个圆环状柱面透镜形成。各光栅图案中，从中心起第n个圆环状柱面透镜的中心的半径位置，被设为
以下对于能够从包括高次谐波成分的同心圆图案的摩尔纹中除去噪声而提取摩尔纹成分这一点理论性地进行说明。
由构成被拍摄体t的第p个点光源(强度ap)对图像传感器上投影的包括大量高次谐波成分的1个同心圆图案，能够表达为：
【式4】
x、y是图像传感器上的局部的位置坐标，k是高次谐波次数，β是反映了同心圆图案的节距的常数，φf是同心圆图案的相位。使用该式进而对由n个点光源在图像传感器上合成的传感器图像乘以k＇次的高次谐波成分得到的分布，成为：
【式5】
此处，φb是图像处理中相乘的虚拟的同心圆图案的相位，r2是半径坐标的平方即x2+y2。为了简化，忽略点光源的位置的2次的项，则成为：
【式6】
其最后的项是成为没有r2的相位变动的直线的摩尔纹的成分。除此以外的像都是噪声，需要除去。进而，为了简化，将作为信号的摩尔纹成分和噪声一并表达为：
【式7】
此处，θ1kp、θ2kp分别是噪声的相位项和包括信号的摩尔纹成分的相位项。对其乘以包括相位调制元件的相位和假想同心圆图案的相位的复指数函数并按各相位二重积分时，能够如下所示地仅提取信号成分的相位项：
【式8】
此处，在可以提取任意的项的意义上提取了第k项，但如果提取摩尔纹成分即k＇项，则它是作为信号的n个点光源产生的摩尔纹的合成的分布。反言之，作为信号的k倍高次谐波产生的摩尔纹成分，能够如下所示地提取：
【式9】
从而，对其进行傅立叶变换时，成为：
【式10】
能够得到第p个点光源在与点光源的位置(xp，yp)成正比的位置产生与点光源的强度ap成正比的亮度的亮点的分布，可知能够再现被拍摄体的像。此处，右侧的f[]表示傅立叶变换的运算。此时，图像的亮度与高次谐波的展开系数αk成正比，可知需要选择系数尽量大的高次项。
在式(10)的右侧进行的用于提取摩尔纹成分的积分，实际上不能较细微地选择其相位值。反言之，需要抑制为不同的次数之间不产生混叠的程度的采样点数。但是，本实施方式中示出的使用3倍高次谐波的情况下，需要至少能够提取3倍高次谐波成分的采样点数，如果对于3倍高次谐波的1个周期不采样3点，则三角函数的正交性不成立。同时，如果对于基本频率成分不采样1个周期整体则不能除去噪声。因为基本频率成分1个周期中包括3倍高次谐波3个周期，所以最终需要3×3的9点的相位采样。因此，图6中，为了进行φ1至φ9的9点的相位采样，而在复合相位调制元件601中在受光面内排列配置各相位的同心圆图案的开口。
另外，如上所述的相位采样也可以使用液晶元件这样的可变调制元件，按时间顺序进行。
3倍频率图案相乘电路602对于来自图像传感器103的输出图像的各个相位区域，如上所述地乘以对应的3倍频率同心圆图案。式(10)中的假想同心圆图案的相位积分中，相乘的假想同心圆图案可以仅有3倍高次谐波成分，所以其相位采样最少为3点即可。3倍频率摩尔纹提取电路603对于相乘得到的这些摩尔纹图像进行式(9)的运算。快速傅立叶变换电路111对这些摩尔纹图像进行傅立叶变换，取其绝对值，由此再现拍摄图像。
以上说明了本发明的第二实施方式。根据本实施方式，能够减少摩尔纹以外的原本的同心圆图案成分和图像处理中相乘的高次谐波图案成分的残留，提高拍摄图像的画质。
另外，本实施方式中示出了使用3倍频率的情况，但也可以考虑使用2倍频率或4倍以上的频率。该情况下，在复合相位调制元件601中，例如如果是2倍频率则4个不同的同心圆状的光栅图案在受光面的纵横方向上2×2地配置，如果是4倍频率则16个不同的同心圆状的光栅图案在受光面的纵横方向上4×4地配置。
[第三实施方式]
即使增大相位调制元件的同心圆图案的节距而减少衍射的影响、改善摩尔纹的对比度，也能够通过使用高次谐波成分而得到实质上与使用致密的节距的相位调制元件同等的摄影像，对于这一点用第一实施方式和第二实施方式进行了说明。但是，原本如专利文献1所记载，同心圆图案的节距为了得到平直的等间隔的摩尔纹，需要设定为在中心部分稀疏、越向周边越致密。因此，使同心圆图案的节距稀疏时，原本节距较大的中心部分的节距进一步增大，担心中心部分参与的区域的摩尔纹的对比度局部地降低。以下，对于第三实施方式，以与第一实施方式和第二实施方式的不同点为中心进行说明。
本实施方式的相位调制元件，在从中心到第一半径的第一区域(圆区域)中，由节距与从中心起的半径成反比地变窄的同心圆状的基本光栅图案构成。另一方面，相位调制元件在从第一半径到外侧的第二半径的第二区域(圆环状区域)中，由从上述基本光栅图案中每隔m个(m是任意自然数)剔除同心圆(环带)得到的光栅图案构成。即，相位调制元件的光栅图案中，中心部分保持基本频率，从最内侧和最外侧的中间部的半径位置起是每隔m个的图案。另外，基本光栅图案是能够形成平直的等间隔的摩尔纹的周期结构。对于这样的同心圆图案的例子，参考图7和图8进行说明。
图7是说明第三实施方式的同心圆图案的例子的图。图8是说明同心圆图案的各同心圆的节距的例子的图。图7的(a)是从中心到外周按基本频率配置的同心圆图案，图7的(b)是从其中心起第6个环带起每隔1个地删除了环带的情况下的同心圆图案。图8表示各环带的环带编号和设该环带的中央区域的外径为1时的相对半径。图8中，对于图7的(b)中删除的环带关联了“删除”。图7的(c)是将(a)的同心圆图案相对偏移地重叠得到的，图7的(d)是将(a)与(b)以与(c)大致同等的偏移量偏移地重叠得到的。
可知图7的(d)中，与(c)相比摩尔纹变淡，但是摩尔纹以与(c)大致相同的节距出现。即，表示了也能够采用以中央部分为基础地使上述式(4)中的β从某一半径起在外侧成为1/2的同心圆图案。
以上说明了本发明的第三实施方式。通过使用如上所述的光栅图案的相位调制元件，而在同心圆图案整体中实现节距的均匀化，减轻衍射的影响，同时能够期待画质进一步改善。
另外，本发明不限定于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的全部结构。
另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。
另外，上述各实施方式的图像处理电路，只要能够实现与其同等的功能，就可以用例如包括执行规定的软件程序的cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)等运算装置的计算机实现，也可以用图像处理电路与计算机的组合实现。另外，上述各实施方式的相位调制元件只要能够实现与同心圆状图案的多个圆环状柱面透镜同等的功能，就不限于柱面透镜，也可以用薄膜或基板等其他元件实现。
本发明不限于摄像装置，能够以摄像方法等其他各种方式提供。
附图标记说明
t…被拍摄体，101…摄像装置，102…相位调制元件，103…图像传感器，104…圆环状柱面透镜，105…对图像传感器的入射光，106…图像传感器的受光面，107…圆环状亮线，108…相位调制元件与图像传感器的距离，109…图像处理电路，110…2倍频率图案相乘电路，111…快速傅立叶变换电路，112…显示器，301…入射光，302…遮挡型的同心圆图案，401…包括高频成分的同心圆图案，402…2倍高次谐波成分的同心圆图案，601…复合相位调制元件，602…3倍频率图案相乘电路，603…3倍频率摩尔纹提取电路。