レンズ光学とデジタル画像処理の融合：“ジョイントデジタル光学設計”

超小型・超軽量・低コストな電子光学画像システムを作るために、従来別々に設計していたレンズ光学系と電子画像処理系を総合的に設計する新しい手法を開発しました。

発想の転換から生まれたジョイントデジタル光学設計技術(JOIPO)

ジョイントデジタル光学設計(JOIPO)は、デジタルカメラ・望遠鏡・内視鏡・車載カメラ・ドキュメントスキャナなど、その他多くの画像センサーで用いられる電子光学画像システム設計のために、リコーが開発した新しい手法です。従来別々に設計していたレンズ光学系と電子画像処理系を同時に、総合的に設計することにより、超小型・超軽量・低コストな画像キャプチャーを実現できます。

何百年もの昔から、光学設計者は、最終的に人間の目で見ることを前提にしていたので、レンズ光学系だけで高画質の光学画像が得られるような画像システムを追求してきました。しかし近年では、レンズで結像された光学画像はさらに、CMOSセンサー、CCDアレイといったデジタルセンサーでセンシングされ、デジタル的に画像処理された上で、ディスプレイ上で美しいデジタル画像を見ることができるようになりました。

この設計手法では、高画質のレンズ光学設計と高品質のデジタル画像処理を必要とします。JOIPOは、デジタルセンサー上に一時的にできる中間の光学画像は人間ではなくコンピュータが“見る”ため、従来の光学センシングの段階では画像は“美しく見える必要はない”という気付きから生まれたものです。そのため、従来の手法よりもっと自由で大胆な発想で設計ができます。フルデジタル光学システムの設計を、伝統的手法では不可能な手法で行うことが可能になります。

図１：レンズ光学とデジタル画像処理の融合による高画質化
図１：レンズ光学とデジタル画像処理の融合による高画質化

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ジョイントデジタル光学設計(JOIPO)のもたらすメリット

新たな発想で生まれたJOIPOによる画像システムは、これまでにはない下記のようなメリットをもたらします。

JOIPOを用いて設計した画像システムでは、従来のシステムよりレンズ枚数を少なくすることができます。なぜなら、収差･ボケ等の画像劣化を高コストなレンズ光学系だけで吸収する必要が無く、後のデジタル画像処理で修復可能だからです。レンズ枚数が少なくなることで、システムの小型化にもつながります。また、製造プロセスもシンプルになり、画像システムの歩留まりを上げることができます。

JOIPOを活用することにより、従来では考えられないほどコンパクト、かつ低価格で高機能なデジタルカメラが実現可能となります。例えば、指先にはめて、指を示すだけで自動的に高画質写真が撮れるカメラの実現も夢ではありません。

参考文献

本技術は、数学理論、サンプル設計、ソフトウェアツールから構成される技術です。この最先端の設計プロセスについての詳細は、下記を参照ください。 "Spherical coded imagers: Improving lens speed, depth-of-field, and manufacturing yield through enhanced spherical aberration and compensating image processing", Robinson, D., Feng, G, Stork, D.G., Proceedings of the SPIE Optics and Photonics Conference, Vol. 7429, August 2009 short overview.

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