(57)【要約】      （修正有）【課題】安価で、高感度、低ノイズであって、歪みが少ない撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、互いに対向するＡ面１０１とＢ面１０２を有し、Ａ面から入射角αで入射された光がＢ面から出射角βで出射される、偏光器１００と、Ｂ面と対向するように配置された受光面１２１を有し、Ｂ面から出射される光を受光し、受光した光の強度に応じた電気信号を出力する、受光器１２０と、Ｂ面から出射される光の一部が光透過領域１１１を透過し受光面に入射するように、Ｂ面と受光面との間に配置された、スリット１１０と、受光器が出力した電気信号を受信し、偏向器に偏向方向を制御する制御信号ξを出力する、制御器１３０とを含む。制御器は、ユーザが決めた所定の周波数で、偏向器の偏向方向を周期的に変更する制御信号ξを出力して偏向器を制御する。【選択図】図１
2014207520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するＡ面とＢ面を有する偏光器であって、光は前記Ａ面から入射角αで入射され、前記Ｂ面から出射角βで出射される、偏光器と、
受光面を有する受光器であって、該受光器は前記Ｂ面と前記受光面が対向するように配置されており、前記Ｂ面から出射される光を受光し、前記受光した前記Ｂ面から出射された前記光の強度に応じた電気信号を出力する、受光器と、
光透過領域を有するスリットであって、該スリットは前記Ｂ面と前記受光面との間に配置されており、前記Ｂ面から出射される前記光の一部が前記光透過領域を透過し、前記受光面に入射する、スリットと、
制御器であって、前記受光器が出力した前記電気信号を受信し、前記偏光器に前記偏光器の偏光方向を制御する制御信号ξを出力する、制御器と
を含む撮像装置であって、
前記制御信号ξと、前記入射角αと、前記出射角βとのうちの２つの値が決定すると残りの１つの値が決定され、
前記出射角βは前記Ｂ面から出射し前記透過領域を透過し前記受光面で受光される光の出射角に等しく、
前記制御信号ξはユーザが所望する周波数で前記偏光器の偏光方向を周期的に変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御器は、周期Ｔのｎ周期分の前記制御信号ξを受信し、平均化した時間Ｔ分のデータのみを蓄積することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記偏光器は１次元偏光器であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記偏光器は２次元偏光器であり、前記入射角αは、前記Ｂ面から出射される光と平行な角度αｖと垂直な角度αｈとに分解され、前記角度αｖは周期Ｔｖで変動し、前記角度αｈは周期Ｔｈで変動することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
レンズをさらに含み、
前記レンズは、光が前記レンズを通過したのちに前記Ａ面に入射し、前記レンズの光軸を通過する直線が前記透過領域を通過する位置に配置され、前記レンズの像側主面と、前記Ａ面と、前記Ｂ面と、前記スリットとは互いに平行であり、
前記レンズから出射する光の前記レンズと前記Ａ面との間の光路の延長線と前記光軸との交点は、前記制御信号ξが変動しても、変動しない、または変動量が前記レンズの焦点距離と比較して小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
光源と、
ビームスプリッタと
をさらに含み、前記ビームスプリッタは、前記スリットと前記受光器との間に配置され、前記Ｂ面から出射して前記透過領域を透過する光を透過し、前記光源から出射した光が前記ビームスプリッタによって反射され前記Ｂ面から出射して前記透過領域を透過する前記光と同じであって方向が逆の光路を通るように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光源の波長が時間的に変更されることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記偏光器が、電気光学結晶と、前記電気光学結晶の光が通過する面と垂直であって対向する面に設置された前記電気光学結晶に電圧を印加するための電極と、前記制御器から得た前記制御信号ξに従って前記電気光学結晶に印加する電圧を生起する電源と、前記電極に前記電源で生成した電圧を伝えるための電線とからなることを特徴とする請求項１乃至３、または５乃至７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】
前記偏光器が、第１および第２の電気光学結晶と、前記第１および第２の電気光学結晶の光が通過する面と垂直であって対向する面に設置された前記第１および第２の電気光学結晶に電圧を印加するための第１および第２の電極と、前記制御器から得た前記制御信号ξに従って前記第１および第２の電気光学結晶に印加する電圧を生成する電源と、前記第１および第２の電極に前記電源で生起した電圧を伝えるための第１および第２の電線とからなり、
前記第１と第２の電気光学結晶の光軸は互いに一致しており、偏光方向は互いに異なっていることを特徴とする請求項１、または２、または４乃至７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記電気光学結晶がタンタル酸ニオブ酸カリウム（化学式  ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３；略称  ＫＴＮ）であることを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、1次元または2次元の画像または映像を撮像する装置に係り、特に、偏向器を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置としては、たとえば、非特許文献１に記載のものがあり、図１２にその基本的な構成を示す。以下、これを従来の撮像装置１と称することとする。図１２には、レンズ１２０９を介して物体１２９２から発した同族光線が、レンズの主点を通る主光線１２９０と受光器１２０４が交わる位置に結像している様子を示している。図１２にはレンズ１２０９は単レンズが記載されているが、これを複数組み合わせたレンズに置き換えても同等の機能を有する。なお、受光器１２０４は、撮像装置がラインスキャンカメラである場合は１次元、２次元像を撮像するスチルカメラやビデオカメラである場合は２次元受光素子である。
【０００３】
また、従来の撮像装置としては、たとえば、特許文献１に記載のものがあり、図１３にその基本的な構成を示す。以下、これを従来の撮像装置２と称することとする。直方体の電気光学結晶１００１の対向する２つの表面のそれぞれに電極１００２を形成し、それら電極１００２に電源１００３を接続する。電気光学結晶１００１の図面上の左側の端面を入射面、右側の端面を出射面とする。電気光学結晶１００１の入射面側にはレンズ１３０９を配置し、電気光学結晶１００１の出射面側には受光器１３０４を配置する。
【０００４】
次に動作について説明する。レンズ１３０９は入射した光の像を受光器１３０４上に結像させるためのものである。電源１００３によって電極１００２を介して印加された電圧に従って、電気光学結晶１００１の屈折率分布は変化する。電気光学結晶１００１の入射面に入射した光は、電気光学結晶１００１に印加された電圧Ｖに応じた角度θｃ（Ｖ）と出射面上の出射位置ｐｃ（Ｖ）で、出射面から出射される。出射面から出射した光は受光器１３０４の、ある位置ｐｄ（Ｖ）に到達して、光電変換される。電気光学結晶１００１には、電源１００３によって正弦波、ランプ波等の交番波形の電圧が、所定の周波数ｆで印加される。その結果、受光器１３０４上の受光位置ｐｄ（Ｖ）は、周波数ｆで受光器１３０４上をスイープする。つまり、時間とともに受光器１３０４上の受光位置ｐｄ（Ｖ）が変わる。これにより、光強度の時間が、受光器上の位置に対応することとなる。したがって、電気光学結晶１００１に入射した光の強度の時間変動は、受光素子１３０４の位置的な変動に変換された信号として、受光器から電気信号として取り出せる。
【０００５】
受光器１３０４が１次元受光器の場合は、撮像装置２はラインセンサとして機能する。受光器１３０４が２次元受光器の場合は、次のような、高速２次元撮像装置としての動作も可能である。受光器１３０４が、電気光学結晶１００１のスキャン方向 (図１３の紙面の平行方向) に画素をｎ個、図１３の紙面の垂直方向に画素をｍ個有しているとする (総画素数はｍ×ｎ個) 。レンズ１３０９によって、紙面平行方向がｎ’画素となる (紙面垂直方向はｍ画素) 画像が、受光器１３０４上に結像される場合、紙面平行方向にｎ’毎に、時間を区切って画像が結像するように、電気光学結晶１００１に電源１００３から電圧をかけて、レンズ１３０９を介して電気光学結晶１００１に入射した光を偏向すると、受光器１３０４が1フレーム内にｎ／ｎ’個のｎ’×ｍ画素の画像を取得できることとなる。もし、受光器１３０４のフレームレートがｆｒ［ｆｒａｍｅ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ；ｆｐｓ］であれば、撮像装置２は、ｎ’×ｍの画像をフレームレートｎ／ｎ’×ｆｒ［ｆｐｓ］で取得できる。つまり、受光器１３０４のフレームレートのｎ／ｎ’倍という速度で、高速に画像を取得できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平０６−１７８１９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】http://hangar7.jp/movie/movie-cam-Basic-03-Structure.html「ビデオカメラ・動画像撮影の基礎  第3回  ビデオカメラの構造」
【非特許文献２】http://www.neopt.co.jp/imaging/neocam/custom_line0870/index.html
【非特許文献３】角博文, 奈良部忠邦, 齊藤新一郎, 「CMOSイメージセンサの高画質化」, Fundamentals Review, Vol. 3, No. 3, pp. 44-51, 2010年.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の撮像装置１、２は、複数の画素で構成された受光器を用いているため、それぞれの装置で取得した信号には受光器の固定パターンノイズが存在する。これを抑えるためには、全ての画素の感度、ノイズ特性等についてハードウェア的に均一化を図ることが必要である。また、ユーザがさらなる均一化を欲する場合は、固定パターンノイズ除去のための、ハードウェア的あるいはソフトウェア的な信号処理を行って画素毎の出力を補償することが必要であった。そして、これらのために製造コストが高くなるという問題があった。
【０００９】
また、従来の撮像装置１、２の受光器は１次元、または、２次元の受光器であって画素は複数あるため、高感度、低ノイズとなる撮像装置とするには全画素を高感度、低ノイズとする必要があるので、単一画素のもの (０次元の受光器) に比べて製造コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
また、従来の撮像装置２において上記の通りｎ’×ｍ画素の画像データを取得するものと、従来の撮像装置１とでは、レンズ１２０９、１３０９が収差を持つ場合は、取得画像データがその収差に従って歪むという問題があった。また、レンズ１２０９、１３０９を収差の無いレンズとした場合は、そのレンズは高価となるため、撮像装置の製造コストが高くなるという問題があった。
【００１１】
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するものであり、安価で、高感度、低ノイズ (パターンノイズを含む) であって、歪みが少ない撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を克服するために提供する撮像装置は、請求項１に記載の撮像装置であって、互いに対向するＡ面とＢ面を有する偏光器であって、光はＡ面から入射角αで入射され、Ｂ面から出射角βで出射される、偏光器と、受光面を有する受光器であって、該受光器はＢ面と受光面が対向するように配置されており、Ｂ面から出射される光を受光し、受光したＢ面から出射された光の強度に応じた電気信号を出力する、受光器と、光透過領域を有するスリットであって、該スリットはＢ面と受光面との間に配置されており、Ｂ面から出射される光の一部が光透過領域を透過し、受光面に入射する、スリットと、制御器であって、受光器が出力した電気信号を受信し、偏光器に偏光器の偏光方向を制御する制御信号ξを出力する、制御器とを含み、制御信号ξと、入射角αと、出射角βとのうちの２つの値が決定すると残りの１つの値が決定され、出射角βはＢ面から出射し透過領域を透過し受光面で受光される光の出射角に等しく、制御信号ξはユーザが所望する周波数で偏光器の偏光方向を周期的に変更することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の撮像装置は、請求項１に記載の撮像装置であって、制御器は、周期Ｔのｎ周期分の制御信号ξを受信し、平均化した時間Ｔ分のデータのみを蓄積することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の撮像装置は、請求項１または２に記載の撮像装置であって、偏光器は１次元偏光器であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の撮像装置は、請求項１または２に記載の撮像装置であって、偏光器は２次元偏光器であり、入射角αは、Ｂ面から出射される光と平行な角度αｖと垂直な角度αｈとに分解され、角度αｖは周期Ｔｖで変動し、角度αｈは周期Ｔｈで変動することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の撮像装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置であって、レンズをさらに含み、レンズは、光がレンズを通過したのちにＡ面に入射し、レンズの光軸を通過する直線が透過領域を通過する位置に配置され、レンズの像側主面と、Ａ面と、Ｂ面と、スリットとは互いに平行であり、レンズから出射する光のレンズとＡ面との間の光路の延長線と光軸との交点は、制御信号ξが変動しても、変動しない、または変動量が前記レンズの焦点距離と比較して小さいことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の撮像装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置であって、光源と、ビームスプリッタとをさらに含み、ビームスプリッタは、スリットと受光器との間に配置され、Ｂ面から出射して透過領域を透過する光を透過し、光源から出射した光がビームスプリッタによって反射されＢ面から出射して透過領域を透過する光と同じであって方向が逆の光路を通るように配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の撮像装置は、請求項６に記載の撮像装置であって、光源の波長が時間的に変更されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の撮像装置は、請求項１乃至３、または５乃至７のいずれかに記載の撮像装置であって、偏光器が、電気光学結晶と、電気光学結晶の光が通過する面と垂直であって対向する面に設置された電気光学結晶に電圧を印加するための電極と、制御器から得た制御信号ξに従って電気光学結晶に印加する電圧を生起する電源と、電極に電源で生成した電圧を伝えるための電線とからなることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９に記載の撮像装置は、請求項１、または２、または４乃至７のいずれかに記載の撮像装置であって、偏光器が、第１および第２の電気光学結晶と、第１および第２の電気光学結晶の光が通過する面と垂直であって対向する面に設置された第１および第２の電気光学結晶に電圧を印加するための第１および第２の電極と、制御器から得た制御信号ξに従って第１および第２の電気光学結晶に印加する電圧を生起する電源と、第１および第２の電極に電源で生成した電圧を伝えるための第１および第２の電線とからなり、第１と第２の電気光学結晶の光軸は互いに一致しており、偏光方向は互いに異なっていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０に記載の撮像装置は、請求項８または９に記載の撮像装置であって電気光学結晶がタンタル酸ニオブ酸カリウム（化学式  ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３；略称  ＫＴＮ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
（１）ユーザが取得したい画像データの次元よりも低い次元の受光器が使用できるため、受光器が持つ画素数を、取得したい画像データの画素数よりも少なくすることができる。画素数が少ないので、画素数の多い従来技術１で使用している受光器よりも安価である。また、画素数が少ないので、画素数の多い従来技術１で使用している受光器と同じ製造コストであれば、感度、ノイズ性能が良い受光器が使用可能である。また、画素数が少ないので、パターンノイズ除去のためのハードウェア的、あるいは、ソフトウェア的な補償処理は、少ないハードウェア、あるいは、ソフトウェア資源で可能である。したがって、撮像装置の製造コストが低く、かつ撮像装置の消費電力が小さい。
（２）ユーザが取得したい画像データの次元よりも低い次元で集光するレンズで受光器上に像を結像するため、レンズの収差による取得画像の歪みを、従来の撮像装置１、２に比べて少なくできる。光偏向器に用いている電気光学結晶の屈折率変動が数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚレベルで可能なため、従来技術１の構成でＣＭＯＳやＣＣＤを受光器として使用した場合（現在主流となっている構成）と比較して、高フレームレートで画像取得できる。
（３）たとえば、１次元画像を０次元受光器で取得する場合は、１０００画素程度の画像であれば、数百ｋｆｐｓ〜数Ｍｆｐｓで取得できる。これは、現状の１次元画像撮像装置の数１０ｋｆｐｓを超える性能となる (従来の性能については非特許文献２参照)。
（４）また、２次元画像を１次元受光器で取得する場合は、２０００画素の１次元受光器を使用すれば、１０００×２０００画素程度 (ＨＤＴＶレベル) で数百ｋｆｐｓ〜数Ｍｆｐｓで取得できる。また、２次元画像を０次元受光器で取得する場合は、１０００×２０００画素程度 (ＨＤＴＶレベル) で数百ｆｐｓ〜数ｋｆｐｓで取得できる。いずれの場合であっても、現状の２次元画像撮像装置の数百ｋｆｐｓと同等かそれを超える性能となる (従来の性能については非特許文献３参照)。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係る撮像装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１に係る撮像装置の制御器が偏向器に出力する制御信号によって周期Ｔで入射角αが変動する様子を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１に係る撮像装置のαとＩを対応付けた蓄積データの例を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る撮像装置の制御器が偏向器に出力する制御信号によって周期Ｔで入射角αが変動する様子を示すグラフであり、図４（ａ）は入射角が紙面に平行な方向、（ｂ）は紙面に垂直な方向の場合を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２に係る撮像装置の制御器が偏向器に出力する制御信号によって変動する入射角αｖ、αｈの時間的な変動を２次元的に示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る撮像装置のαｖ、αｈとＩを対応付けた蓄積データの例を示す図である。
【図７】本発明の実施例３に係る撮像装置の構成を示す模式図である。
【図８】図７の偏向器の周りの拡大模式図である。
【図９】本発明の実施例４に係る撮像装置の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施例６に係る撮像装置の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施例７に係る撮像装置の構成を示す模式図である。
【図１２】従来の撮像装置の一例の基本的な構成を示す模式図である。
【図１３】従来の撮像装置の他の例の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［実施例１］
実施例１の構成図を図１に示す。実施例１は１次元撮像装置（ラインスキャナ）の例である。構成は以下の通りである。
【００２５】
偏向器１００は１次元偏向器である。偏向器１００は、対向するＡ面１０１とＢ面１０２を持つ。
【００２６】
偏向器１００では、A面１０１から入射した光の入射角をαとし、Ｂ面１０２から出射した光の出射角をβとし、偏向器１００の外部から入力された制御信号をξとすると、α、β、ξのうち２つの値が決まれば残りの１つの値が確定する。制御信号ξが一定であれば、入射角αと出射角βは１対１対応となる。この関係を、α＝ｇξ（β）（ただし、ｇｚ（．）は、ｙ＝ｇｚ（ｘ）としたときに、ｚが一定であればｘとｙが１対１対応する関数である。) と表すと、ｇｚ（．） には逆関数が存在し、β＝ｇξ−１（α）（ただし、ｇｚ−１（．） はｇｚ（．） の逆関数）と表される。また、Ｂ面１０２からの出射角βを一定とした場合は、Ａ面１０１への入射角αと制御信号ξは１対１対応となる。この関係を、α＝ｈβ（ξ）（ただし、ｈｚ（．）は、ｙ＝ｈｚ（ｘ）としたときに、ｚが一定であればｘとｙが１対１対応する関数である。）と表すと、ｈｚ（．）には逆関数が存在し、ξ＝ｈξ−１（α）（ただし、ｈｚ−１（．）は ｈｚ（．）の逆関数）と表される。
【００２７】
Ａ面１０１とＢ面１０２は平行であることが好例である。
【００２８】
スリット１１０にはユーザが指定する大きさの、光の透過する領域１１１が存在する。透過領域１１１は、たとえば、円状に空いたピンホールが好例である。透過領域１１１の形と大きさは、ユーザが欲する撮像素子の精細度に応じてユーザが決める。
【００２９】
受光器１２０は受光面１２１で受光した光の強度に応じた電気信号を出力する。
【００３０】
制御器１３０は、偏向器１００の偏向方向を制御する信号（上記ではξと記載）を偏向器１００へ出力する。また、受光器１２０から出力される電気信号が入力されてその強度情報を蓄積する。これについてさらに詳しく述べると、制御器１３０は、ユーザが決めた所定の周波数ｆで、偏向器１００の偏向方向を周期的に変更する制御信号ξを出力して偏向器１００を制御し、受光器１２０からの電気信号強度を蓄積する。このとき、偏向器１００の偏向方向に対応させるために制御信号ξや、時間ｔ等に対応付けて、受光器１２０からの電気信号強度を蓄積してもよい。また、Ａ面１０１への入射角αが、図１に記載のない測定器で実測して制御器１３０に入力したり、図１に記載のない装置で制御信号ξから算出して制御器１３０に入力した場合は、αと対応付けて、受光器１２０からの電気信号強度を蓄積してもよい。制御信号ξからαの計算は制御器１３０内で計算してもよい。蓄積したデータは、ユーザからの要求に応じて出力してもよい。
【００３１】
偏向器１０１と受光器１２０は、Ｂ面１０２と受光面１２１が対向するように配置し、Ｂ面１０２と受光面１２１の間にスリット１１０を配置する。Ａ面１０１、Ｂ面１０２、透過領域１１１、受光面１２１を通る直線を光軸１４０とする。Ａ面１０１、Ｂ面１０２、透過領域１１１、受光面１２１全てにおいて、光軸１４０が垂直になるように配置されていることが好例である。
【００３２】
図１中の光路１（１９０）は、制御器１３０から、ある制御信号ξを偏向器１００に入力したときに、偏向器１００のＡ面１０１に入射後偏向し、Ｂ面１０２から出射し、光軸に沿ってスリットの透過領域１１１を透過して、受光器１２０の受光面１２１に到達する光路である。偏向器１００とスリット透過領域１１１と受光器１２０の位置を固定したとき、光路１のＢ面１０２からの出射角は固定されるが、この出射角をγとすると、前記のα、β、ξの関係式α＝ｈβ（ξ）から、ξとαの関係はα＝ｈγ（ξ）となる。つまり、制御器１３０から偏向器１００に入力される制御信号ξによって受光器１２０で受光できる光路１（１９０）のA面への入射角はα＝ｈγ（ξ）となる。
【００３３】
同じ制御信号ξを偏向器１００に入力したときに、光路１以外の光路、たとえば、光路２（１９１）で示されるような光路のようにＡ面１０１に入射した場合は、図１に示すように、偏向器１００によって光路が曲げられた後にＢ面から出射するが、光軸１４０を通らずにスリット１１０まで進むため、透過領域１１１を通らないことからスリット１１０で遮光され、受光器１２０の受光面１２１には到達しない。
【００３４】
上記光路１（受光面１２１で受光できる光の光路）のＡ面への入射角αは、制御器１３０から出力される制御信号ξによって、前記のα、γ、ξの関係式α＝ｈγ（ξ）に従って変えることができる。制御信号ξを時間ｔに従って変化させると、αはｔによって変化する。さらに、制御信号ξを時間周波数ｆで周期的に変動させると、αは時間周波数ｆで変動する。
【００３５】
動作は以下の通りである。
制御器１３０は、所定の周期ｆで、受光器１２０の受光面１２１に到達する光路１（１９０）の、偏向器１００のＡ面１０１への入射角αを制御する制御信号ξを、偏向器１００に出力する。たとえば、図２に示すように、周期Ｔ（＝１／ｆ）で入射角αを鋸波状に変動させる制御信号ξを出力することが好例である。
【００３６】
制御器１３０は、制御信号ξ、時間ｔ、Ａ面への入射角αや、これらに準ずるもののいずれか、または、いくつかの組み合わせた情報と、受光器１２０の受光面１２１で受光した光強度を示す信号Ｉを、対応付けて蓄積する。図３に、αとＩを対応付けた蓄積データの例を示す。制御器１３０は、周期Ｔ（＝１／ｆ）のｎ周期分を取得し、平均化し、平均化した時間Ｔ分のデータのみを蓄積してもよい。この場合、無相関な信号ノイズを元の１√ｎ程度に低減する効果がある。また、制御器１３０は、周期Ｔ＝（１／ｆ）の１周期分のデータ (時間Ｔ分のデータ) のみを取得してもよい。制御器１３０内に蓄積された時間Ｔ分のデータが、１次元撮像データとなる。
【００３７】
制御器１３０はユーザの要求に応じてデータを出力する。たとえば、ユーザからの要求信号ηを受け付けると、データを出力する。
【００３８】
実施例特有の効果は以下の通りである。角度で掃引が可能である。また、受光した像の各位置は、ピンホールカメラと同様に撮像装置への角度によって決まることから、レンズのように収差による光学歪みが発生しないため、光学歪みのない画像を取得可能である。
【００３９】
［実施例２］
実施例２は２次元撮像装置（２次元スキャナ）の例である。実施例２の構成図は実施例1の構成図である図１と同様である。構成は以下の通りである。
【００４０】
実施例１の偏向器１００は１次元偏向器であったが、実施例２では２次元偏向器である。制御器１３０から出力される制御信号ξは、偏向器１００で入射光を２次元的に偏向するための信号である。
【００４１】
図４にスリット１１０を通って受光器１２０の受光面１２１に到達する光路１（１９０）の、偏向器１００のＡ面１０１への入射角の時間変動を示す。図１紙面に平行な方向 (垂直掃引方向) の入射角をαv、図１紙面に垂直な方向 (水平掃引方向) の入射角をαhと表している。αvは周期Tv（＝１／ｆv；ｆvは垂直掃引周波数）で変動し、αhは周期Ｔh（＝１／ｆh；ｆhは水平掃引周波数）で変動している様子が示されている。図５に入射角の時間的な変動を２次元的に示す。矢印が変動方向を示している。図５の実線は受光器１２０の受光面１２１で受光している角度を示している。図４のような角度変動をする場合は、図５の破線上の角度では受光面１２１では受光しない。もし、図４の角度の変動のグラフにおいて、時間軸に対して垂直な信号が垂直でなくなると (信号がなまると) 図５の破線上の信号が受光面１２１で受光するようになり、きれいな２次元画像を取得することができなくなる。その場合は、点線部分において受光面１２１で受光した信号を、制御器１３０で取り除く。
【００４２】
制御器１３０で蓄積される受光強度のデータは、受光強度のみのデータでもよいし、２次元の制御関連データと受光器１２０とを対応付けたものであってもよい。光路１（１９０）のＡ面への入射角をαv、αｈとするときに、図６に、αv、αｈと受光強度Ｉを対応付けたデータの例を示す。
【００４３】
動作は以下の通りである。
制御器１３０は、所定の周期ｆv、ｆｈで、受光器１２０の受光面１２１に到達する光路１（１９０）の、偏向器１００のＡ面１０１への入射角αv、αｈを制御する制御信号ξを、偏向器１００に出力する。たとえば、図４に示すように、周期Ｔv（＝１／ｆv）、Ｔｈ（＝１／ｆｈ）で入射角αv、αｈを階段状、および、鋸波状に変動させ、図５に示すように、2次元的にスキャン（ラスタースキャン）するように、制御信号ξを出力することが好例である。制御器１３０は、制御信号ξ、時間ｔ、Ａ面への入射角αや、これらに準ずるもののいずれか、または、いくつかの組み合わせた情報と、受光器１２０の受光面１２１で受光した光強度を示す信号Ｉを、対応付けて蓄積する。図３に、αとＩを対応付けた蓄積データの例を示す。
【００４４】
制御器１３０は、周期Ｔv（＝１／ｆv）のｎ周期分を取得し、平均化し、平均化した時間Ｔ分のデータのみを蓄積してもよい。この場合、無相関な信号ノイズを元の１／√ｎ程度に低減する効果がある。また、制御器１３０は、周期Ｔv（＝１／ｆv）の1周期分のデータ (時間Ｔv分のデータ) のみを取得してもよい。制御器１３０内に蓄積された時間Ｔv分のデータが、2次元撮像データとなる。
【００４５】
制御器１３０はユーザの要求に応じてデータを出力する。たとえば、ユーザからの要求信号ηを受け付けると、データを出力する。
【００４６】
実施例特有の効果は以下の通り。実施例２の効果に加え、下記がある。２次元の入射角で撮像可能である。
【００４７】
［実施例３］
実施例３はテレセントリックな１次元、または、２次元撮像装置（２次元スキャナ)の例である。構成は以下の通りである。
【００４８】
実施例３の構成図を図７に示す。実施例３の構成は実施例１、２の構成図である図１の、偏向器１００のＡ面１０１側にレンズ１５０を入れた構成である。光路３（１９２）はスリット１１０のスリット透過領域１１１を抜けて受光器１２０の受光面１２１に到達する光路である。光路４（１９３）は受光面１２１に到達しない光路である。
【００４９】
レンズ１５０の配置位置について、偏向器１００の周りの拡大図である図８で説明する。光路３（１９２）が偏向器１００のA面へ入射したときに、レンズ１５０とA面の間の光路３（１９２）の光路をまっすぐに伸ばした線 （図８中の破線）と光軸１４０との交点をピボット１０３と名付ける。偏向器１００は、制御器１３０からの制御信号ξが変動することによって光路３（１９２）が変動しても、ピボット１０３の位置が不動であるか、変動量が、レンズ１５０の焦点距離に比べて小さいものであることが望ましい。レンズ１５０は、ピボット１０３か、その近傍に焦点を結ぶ位置に配置する。たとえば、光軸１４０にレンズ１５０のレンズ中心を一致させ、レンズ１５０の像側主面をA面に平行とし、レンズ１５０の像側主面からピボットまでの距離を、レンズ１５０の像側の焦点距離となるように配置する。レンズ１５０は、図７、８には単レンズとして描かれているが、複数のレンズを組み合わせたものでもよい。レンズ１５０以外の構成は、実施例1、2と同じである。
【００５０】
動作も実施例1、2と同様である。
【００５１】
実施例３特有の効果は以下の通りである。物体側テレセントリック光学系を構成しているため、レンズからの距離に影響を受けずに、レンズからの距離が異なっていても同じ大きさの物体は、同じ大きさとして撮像できる。
【００５２】
［実施例４］
実施例４は、実施例１〜３の撮像装置内に光源を持ち、偏向器を通して物体に光を当て、その光で撮像する撮像装置である。構成は以下の通りである。図９に実施例４の構成図を示す。ビームスプリッタ１７０と光源１６０以外は実施例１〜３と同じ構成である。
【００５３】
実線で示されている光路５（１９４）は、偏向器１００で偏向されてスリット１１０を抜けて受光器１２０の受光面１２１に到達する光路である。スリット１１０と受光器１２０の間に、光軸１４０を通るようにビームスプリッタ１７０を挿入する。このビームスプリッタ１７０は、光源１６０から出射した光が光軸１４０上を、スリット１１０の方向に進むように配置されている。また、光路５（１９４）の進路を妨げずに受光器１２０の受光面１２１に到達するようにも配置されている。破線で示されている光路６（１９５）は、光源１６０からビームスプリッタ１７０、偏向器１００を通ってA面１０１から出射する光であり、光路５（１９４）と同じ空間上の位置を通り、方向が逆の光路である。ビームスプリッタ１７０はハーフミラーでもよいし、偏向ビームスプリッタでもよい。偏向ビームスプリッタの場合は、光源１６０が直線偏向の光を照射するものを使い、スリット１１０とビームスプリッタ１７０の間に、光軸１４０が通過するように１／２波長板を入れることにより、効率良く、光源１６０から出射した光（光路６（１９５）の反射と、光路５（１９４）で撮像装置に入ってくる光の透過を行うことができる。
【００５４】
動作は以下の通りである。光源１６０から光を、ビームスプリッタ１７０とスリット透過領域１１１と偏向器１００を通る光路１９５を通して出射しておく。その後の動作は、実施例１〜３と同様である。
【００５５】
実施例４特有の効果は以下の通りである。物体を照射を他の装置でする必要がない。また、照射する光路と受光する光路が同じであるため、影が無い像を撮像できる。
【００５６】
［実施例５］
実施例５は、実施例４の光源１６０の光源の波長を時間的に変え、複数の色の画像を取得する撮像装置である。
【００５７】
実施例１のような１次元偏向器を使う場合は、周期Ｔで１次元のデータが取得できるが、この１次元データを１フィールドということとする。また、同様に、実施例２のような２次元偏向器を使う場合は、周期Ｔｖで２次元のデータが取得できるが、この２次元データも同様に１フィールドということとする。この１フィールドを取得するごとに波長を変えると、複数の波長のフィールドが取得できる。特に、その波長を赤、緑、青の３色とすると、３フィールドの画像が取得できる。この３色のフィールドの画像を合わせたものを１フレームということとすると、３フィールドで１フレームのカラー画像を取得できる。
【００５８】
上記は、１フィールド単位で波長を変えた場合について述べたが、Ａ面からの出射角度（１元偏向器の場合はα、２次元偏向器の場合はαｈ、αv）毎に波長を変えて取得してもよい。出射角度毎に取得するデータを画素ということにすると、１画素毎に波長を変えて取得してもよい。たとえば、１画素毎に偏向器の偏向角を止め、複数の波長の画素データを取得してもよい。この場合も、同様に、赤、緑、青の３色の波長を取得すると、カラー画像を取得できる。また、１画素毎に別の波長で取得してもよい。たとえば、１次元偏向器を使う場合、出射角α０である波長の画素データを取得し、次のα１で別の波長の画素データを取得してもよい。特に、赤、緑、青の３色の波長を、Ｂａｙｅｒパターンの赤、緑、青の画素位置で取得すると、少ないデータでカラー画像を取得できる。
【００５９】
実施例５特有の効果は以下の通りである。複数の波長の１次元、または、２次元データを取得できる。
【００６０】
［実施例６］
実施例６は、実施例１、３、４、５で使用している１次元偏向器１００として、電気光学結晶を使った偏向器を使ったものである。偏向器１００の構成を図１０に示す。偏向器１００は、電気光学結晶６０１と、電気光学結晶に電圧を印加するための電極６０２と、制御器１３０から得た制御信号ξに従って電気光学結晶に印加する電圧を生成する電源６０３と、電極６０２に電源６０３で生成した電圧を伝えるための電線からなる。
【００６１】
実施例６特有の効果は以下の通りである。機械的な動作を行う部分が無いため、振動に強い。また、高速に動作する。
【００６２】
［実施例７］
実施例７は、実施例２、３、４、５で使用している２次元偏向器１００として、電気光学結晶を使った偏向器を使ったものである。偏向器１００の構成を図１１に示す。これは、１次元偏向器を２つ並べた構成である。電気光学結晶６０１ｖと電極６０２ｖで構成される１次元偏向器と、電気光学結晶６０２ｈと電極６０２ｈで構成される１次元偏向器の光軸は光軸１４０に一致している。電気光学結晶６０１ｖと６０１ｈの偏向方向は異なっている。それぞれの偏向方向が直交している場合が好例である。電源７０５は、制御器１３０から得た制御信号ξに従って、電気光学結晶に印加する。図１１は２つの１次元偏向器を使用したが、１つの２次元偏向器であってもよい。
【００６３】
実施例７特有の効果は以下の通り。機械的な動作を行う部分が無いため、振動に強い。また、高速に動作する。(実施例６と同じ。)
【００６４】
［実施例８］
実施例６、７の電気光学結晶としてタンタル酸ニオブ酸カリウム（化学式  ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３；略称  ＫＴＮ）を用いる。
【００６５】
実施例８特有の効果は以下の通り。偏向の周波数が最大数百ＭＨｚと高い。また、偏向角が百ｍｒａｄ乃至数百ｍｒａｄ程度と大きい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
スキャナ、スチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置として利用されることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１００  偏向器
１０１  Ａ面
１０２  Ｂ面
１０３  ピボット
１１０  スリット
１１１  スリット透過領域
１２０、１２０４、１３０４  受光器
１２１  受光器受光面
１３０  制御器
１４０  光軸
１５０、１２０９、１３０９  レンズ
１６０  光源
１７０  ビームスプリッタ
１９０、１３９０  光路１
１９１  光路２
１９２  光路３
１９３  光路４
１９４  光路５
１９５  光路６
１００１、１００１ｈ、１００１ｖ  電気光学結晶
１００２、１００２ｈ、１００２ｖ  電極
１００３、１１０５  電源
１２９０  主光線
１２９１  同族光線
１２９２  物体
１２９３  像
【図１】
2014207520.tif 000003
【図２】
2014207520.tif 000004
【図３】
2014207520.tif 000005
【図４】
2014207520.tif 000006
【図５】
2014207520.tif 000007
【図６】
2014207520.tif 000008
【図７】
2014207520.tif 000009
【図８】
2014207520.tif 000010
【図９】
2014207520.tif 000011
【図１０】
2014207520.tif 000012
【図１１】
2014207520.tif 000013
【図１２】
2014207520.tif 000014
【図１３】
2014207520.tif 000015