JP2005065064A - 電子撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子撮像素子を小型化しても従来と同様の解像力と画面サイズの撮像が可能な小型の電子撮像装置。
【解決手段】 入射方向により異なる画像が撮像可能な２次元撮像素子１と、少なくとも１つの物体の画像を２次元撮像素子１に向けて反射する反射面４、５とを備えており、２次元撮像素子１の入射側であって反射面４、５より物体側に、物体の像を結像する正のパワーの結像光学系３０と、光束を制限する絞り２とを備えており、絞り２中心を通り２次元撮像素子１中心に至る光線を光軸３とするとき、反射面４、５は光軸３と交差しないように配置されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電子撮像装置に関し、特に、撮像素子を含めて小型化した電子撮像装置に関するものである。

従来、ＣＣＤ等の電子撮像素子は、小型化、画素高密度化が進んでいる。画素高密度化については、近年、画素ピッチが２μｍを切るようになっているが、画素ピッチが２μｍを切ると、各画素の受光面にマイクロレンズを設けて集光するようにしても、１つの画素が受光可能なフォトン（光子）の数が少なくなり、熱によるノイズが相対的に多くなって画質が悪くなる問題がある。

したがって、仮に画素数を縦横１０００×１０００の電子撮像素子を構成する場合、画素ピッチが２μｍであるとすると、２ｍｍ×２ｍｍが電子撮像素子の小型化の限界と言うことになる。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電子撮像素子を小型化しても従来と同様の解像力と画面サイズの撮像が可能な小型の電子撮像装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の電子撮像装置は、入射方向により異なる画像が撮像可能な２次元撮像素子と、少なくとも１つの物体の画像を前記２次元撮像素子に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とするものである。

この場合に、２次元撮像素子の入射側であって反射面より物体側に、物体の像を結像する正のパワーの結像光学系と、光束を制限する絞りとを備えており、絞り中心を通り２次元撮像素子中心に至る光線を光軸とするとき、反射面は光軸と交差しないように配置されていることが望ましい。

また、２次元撮像素子で撮像された画像にその入射方向に応じて、画像の回転、鏡像処理等の画像処理を施し、その画像処理後の各画像を１枚の画面に合成するようにすることが望ましい。

本発明においては、入射方向により異なる画像が撮像可能な２次元撮像素子と、少なくとも１つの物体の画像をその２次元撮像素子に向けて反射する反射面とを備えてなるものので、２次元撮像素子の受光素子数を増加させることで電子撮像素子を小型化しても、従来と同様の解像力と画面サイズの撮像が可能な小型の電子撮像装置が得られる。

以下に、まず、本発明の電子撮像装置の原理を説明する。

本発明の特徴は、第１に、入射方向により異なる光量分布（画像に限定されず、光束中の光量分布であってもよい。）が受光可能な２次元撮像素子を用いることであり、そのような特性の２次元撮像素子の入射側であって正面から外れた位置に少なくとも１つの反射面を配置することにより、２次元撮像素子の受光面の２倍以上の光量分布像を撮像することである。

この原理を図１、図２を参照にして説明する。図１は、１個の２次元撮像素子１の正面に絞り２を配置し、２次元撮像素子１中心と絞り（開口）２中心を結ぶ軸を光軸３として、この光軸３に沿って（後で説明するように、必ずしも平行である必要はない。）２次元撮像素子１の正面から外れた位置に１枚の平面反射面４を配置してある。

ここで、２次元撮像素子１として、入射方向により別々の画像又は光量分布が受光可能なものを用いるものとする。なお、このような２次元撮像素子１の構成例は後で説明する。

このような配置において、絞り（開口）２を略正面方向から通過した光束１１は、直接２次元撮像素子１に入射し、その２次元撮像素子１に平行な断面内の光量分布像が２次元撮像素子１の撮像面で撮像される。

一方、絞り（開口）２を図の左斜め上方向から通過した光束１２は平面反射面４に向かって入射し、平面反射面４で反射された後、光束１１とは異なる入射方向から２次元撮像素子１に入射し、その２次元撮像素子１に平行な断面内の光量分布像が２次元撮像素子１の撮像面で撮像される。

ここで、平面反射面４で反射されて２次元撮像素子１に入射する光束１２から見ると、光束１２は、２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面４による像である仮想撮像面１₁ に直接入射する光束に相当する。

したがって、この配置のように、１つの２次元撮像素子１と少なくとも１面の反射面４を用いることにより、異なる２つの方向から入射する光束の光量分布像を同時に撮像できる。

図２は、図１を発展させて、２枚の平面反射面４、５を光軸３を挟んで光軸３に平行に対向配置した場合であり、１個の２次元撮像素子１の正面に絞り２を配置し、光軸３に沿って平行に２次元撮像素子１の正面から外れた位置に２枚の平面反射面４、５を配置しており、この場合は、絞り（開口）２を通って、２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面４、５による像である仮想撮像面１₁ 、１₂ に入射する光束１２、１３と、略正面方向から通過した光束１１との３方向からの光束の光量分布像を１つの２次元撮像素子１により同時に撮像することができる。

さらに、図２の紙面の前後に光軸３を挟んで光軸３に平行にさらに別の２枚の平面反射面を配置する。すると、上記の３方向からの光束に加えて、２次元撮像素子１の撮像面のこの別の２枚の平面反射面による像である２つの仮想撮像面に入射する２方向からの光束が加わる。さらに、平面反射面４、５の何れかとこの別の２枚の平面反射面の何れかとの間で２回反射してできる２次元撮像素子１の撮像面の像である４つの仮想撮像面に入射する４方向からの光束が加わり、合計９方向からの光束が１つの２次元撮像素子１に入射し、これら９方向からの光束の光量分布像を１つの２次元撮像素子１により同時に撮像することができる。

光軸３に沿って２次元撮像素子１の正面から外れた位置に配置する平面反射面の枚数としては、上記の１〜２枚、４枚に限定されず、３枚あるいは５枚以上でもよい。

ところで、以上の原理を用いた具体的な電子撮像装置の構成例を説明する前に、入射方向により別々の画像又は光量分布が受光可能な２次元撮像素子１の構成例を説明する。

図３にその構成例の１つの断面図（ａ）と正面図（ｂ）を示す。この２次元撮像素子１は、基板２０上に縦横に規則的に略同じ大きさで碁盤の目状に配置された受光素子群２１と、その前方に距離を置いて配置された開口板２２とからなる。受光素子群２１はこの例の場合、隣接する縦横３×３＝９個の受光素子からなる単位受光素子群２１₀ の縦横に規則的な集合からなる。そして、１個の単位受光素子群２１₀ は中心の受光素子２１₀₀とその周りに配置された受光素子２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊とから構成されている（図３（ｂ））。

また、開口板２２には、受光素子群２１の各単位受光素子群２１₀ の中心の受光素子２１₀₀の位置に整列して１つの受光素子と略同じ寸法形状の開口２３が設けられている。

このような構成であるので、開口板２２の各開口２３を略垂直に通過した光束２４₀₀は、対応する単位受光素子群２１₀ の中心の受光素子２１₀₀に入射する。そのため、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１₀₀のみ選択して画素とする撮像面では、２次元撮像素子１の正面方向から入射する光束２４₀₀の各受光素子２１₀₀位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

また、開口板２２の各開口２３を図３（ａ）の左斜め上方から通過した光束２４_-0は、対応する単位受光素子群２１₀ の右側の受光素子２１_-0に入射する。そのため、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１_-0のみ選択して画素とする撮像面では、２次元撮像素子１の左斜め上方から入射する光束２４_-0の各開口２３位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

同様に、開口板２２の各開口２３を図３（ａ）の右斜め上方から通過した光束２４₊₀は、対応する単位受光素子群２１₀ の左側の受光素子２１₊₀に入射する。そのため、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１₊₀のみ選択して画素とする撮像面では、２次元撮像素子１の右斜め上方から入射する光束２４₊₀の各開口２３位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

同様に、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１₊₊のみ選択して画素とする撮像面では、図３（ｂ）の紙面の手前側右斜め下方から各開口２３に向かって進みその開口２３を通過した光束の各開口２３位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

また、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１_+-のみ選択して画素とする撮像面では、図３（ｂ）の紙面の手前側右斜め上方から各開口２３に向かって進みその開口２３を通過した光束の各開口２３位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

また、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１_0-のみ選択して画素とする撮像面では、図３（ｂ）の紙面の手前側上方から各開口２３に向かって進みその開口２３を通過した光束の各開口２３位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

また、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１_--のみ選択して画素とする撮像面では、図３（ｂ）の紙面の手前側左斜め上方から各開口２３に向かって進みその開口２３を通過した光束の各開口２３位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

また、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１_-+のみ選択して画素とする撮像面では、図３（ｂ）の紙面の手前側左斜め下方から各開口２３に向かって進みその開口２３を通過した光束の各開口２３位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

また、単位受光素子群２１₀ の受光素子２１₀₊のみ選択して画素とする撮像面では、図３（ｂ）の紙面の手前側下方から各開口２３に向かって進みその開口２３を通過した光束の各開口２３位置でサンプリングした光量分布像が得られる。

このように、図３の構成の２次元撮像素子１においては、正面方向を含みその周りの８方向（合計９方向）から入射する別々の画像又は光量分布を撮像することができる。そのためには、上記のように、縦方向、横方向共に３個目毎の受光素子２１₀₀、２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊（各単位受光素子群２１₀ の対応する位置の受光素子）の何れか１つのみを選択して１画面を構成する画素とし、それらの受光素子から得られた信号により１つの撮像画面を構成するようにすればよい。

ところで、図３の例では、光束が通過する開口２３の面積は、単位受光素子群２１₀ の略９分の１しかなく、そのため、受光面に入射する光束の光量の約９分の１しか利用できず、残りの光量は開口板２２で遮られてしまう。この問題を解決するには、図４の構成例のように、開口板２２の代わりに、各単位受光素子群２１₀ に整列してその単位受光素子群２１₀ と略同じ寸法形状の凸レンズ２６が縦横に規則的に配置されたマイクロレンズアレイ２５を配置し、各凸レンズ２６の後側焦点位置が対応する単位受光素子群２１₀ の中心の受光素子２１₀₀の略中心に一致するように配置する。

このように配置すると、各方向から１つの単位受光素子群２１₀ に向けて入射する光束は、凸レンズ２６の略全面、すなわち、単位受光素子群２１₀ の略全面に入射したものが、対応する受光素子２１₀₀、２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊の何れか１つに集光されて入射することになるため、受光面に入射する光束の略全ての光量が撮像に利用でき、図３の場合に比較して感度がより高く撮像することができる。

なお、図４の構成の２次元撮像素子１において、正面方向を含みその周りの８方向（合計９方向）から入射する別々の画像又は光量分布を撮像することができるのは、図３の場合と同じであり、その動作の説明は図３の場合と同じである。

次に、本発明による具体的な電子撮像装置の１実施例を、図５の縦断面図、図６の全体の概略透視斜視図を参照にして説明する。この電子撮像装置は、例えば図４のような構成の９つの異なる方向から入射する光束の光量分布像を同時に撮像できる２次元撮像素子１の正面に絞り２を配置し、その場合の光軸３を中心軸として２次元撮像素子１の長方形の撮像面と同じ長方形の断面形状を持つ直方体１０を、２次元撮像素子１の前方にその断面形状が２次元撮像素子１の撮像面に一致しかつ密着するように配置し、また、絞り２の前方に光軸３と同軸に結像光学系３０を配置し、結像光学系３０の結像面を２次元撮像素子１の撮像面に一致させる。直方体１０の光軸３に平行な面４〜７を平面反射面とし、直方体１０の絞り２側の面、２次元撮像素子１側の面を透過面とする。平面反射面４と５は平行で相互に対向しており、また、平面反射面６と７は平行で相互に対向しており、平面反射面４、５に垂直に配置されている。

図５の縦断面図で見た場合、光軸３を挟んだ垂直方向の中心画角ω₀₀の範囲の物体光は、２次元撮像素子１の撮像面に略正面から入射してその範囲の物体の倒立像を結像する。また、中心画角ω₀₀より上側の上側画角ω₀₊の範囲の物体光は、２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面４による像である仮想撮像面１₀₊に向かって入射し、平面反射面４で反射されて２次元撮像素子１の撮像面に左斜め下方から入射してその範囲の物体の正立鏡像を結像する。さらに、中心画角ω₀₀より下側の下側画角ω_0-の範囲の物体光は、２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面５による像である仮想撮像面１_0-に向かって入射し、平面反射面５で反射されて２次元撮像素子１の撮像面に左斜め上方から入射してその範囲の物体の正立鏡像を結像する。

水平方向についても同様の結像をする。ただし、中心画角ω₀₀の左右の画角の範囲の物体光がそれぞれ平面反射面７、６で反射されて２次元撮像素子１の撮像面に右斜め方向、左斜め方向から入射して結像する像は倒立鏡像である。また、物体面の対角方向から入射して、相互に直交する平面反射面４と６、４と７、５と６、５と７を順に２回反射（直角二面鏡による反射）して２次元撮像素子１の撮像面に達する結像もある。これらの像は、正立正像となる。

図６にその結像の様子を示してある。物体面Ｏを縦横に９等分し、その中心物体面をＯ₀₀、右上物体面をＯ₊₊、右側物体面をＯ₊₀、右下物体面をＯ_+-、下側物体面をＯ_0-、左下物体面をＯ_--、左側物体面をＯ_-0、左上物体面をＯ_-+、上側物体面をＯ₀₊とし、また、２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面４による像の仮想撮像面を１₀₊、平面反射面５による像の仮想撮像面を１_0-、平面反射面６による像の仮想撮像面を１₊₀、平面反射面７による像の仮想撮像面を１_-0、平面反射面４と６による像の仮想撮像面を１₊₊、平面反射面４と７による像の仮想撮像面を１_-+、平面反射面５と６による像の仮想撮像面を１_+-、平面反射面５と７による像の仮想撮像面を１_--とする。また、２次元撮像素子１の撮像面自体を１₀₀とする。

このように定義した場合、中心物体面Ｏ₀₀の像は撮像面１₀₀に結像され、右上物体面Ｏ₊₊の像は仮想撮像面１₊₊に結像され、右側物体面Ｏ₊₀の像は仮想撮像面１₊₀に結像され、右下物体面Ｏ_+-の像は仮想撮像面１_+-に結像され、下側物体面Ｏ_0-の像は仮想撮像面１_0-に結像され、左下物体面Ｏ_--の像は仮想撮像面１_--に結像され、左側物体面Ｏ_-0の像は仮想撮像面１_-0に結像され、左上物体面Ｏ_-+の像は仮想撮像面１_-+に結像され、上側物体面Ｏ₀₊の像は仮想撮像面１₀₊に結像され、何れも倒立像となるが、前記のように、撮像面１₀₀に直接結像される像以外は、平面反射面４〜７で１回あるいは２回反射されるため、２次元撮像素子１の撮像面に実際に結像される像は、図示のように、正立鏡像であったり、倒立鏡像であったり、正立正像となる。なお、図６の各仮想撮像面１₊₊、１₊₀、１_+-、１_0-、１_--、１_-0、１_-+、１₀₊上に結像するかのように描かれている像は、実際の結像状態を表現しているのではなく（前記のように、本来は何れも倒立像となる。）、２次元撮像素子１の撮像面に実際に結像される像を表現している。

図５、図６の配置において、異なる９方向から入射する画像を別々に同時に撮像できる２次元撮像素子１として図４の２次元撮像素子１を用いるものとし、この場合に、１個の２次元撮像素子１が各々の画像を別々に撮像できる撮像面を９個有すると見ることができるので、その２次元撮像素子１の受光面における受光素子群２１を構成する各受光素子２１₀₀、２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊で構成される各々の撮像面で撮影される物体面Ｏ₀₀、Ｏ₊₊、Ｏ₊₀、Ｏ_+-、Ｏ_0-、Ｏ_--、Ｏ_-0、Ｏ_-+、Ｏ₀₊と、撮影される各物体面の像の状態（正立、倒立、正像、鏡像）の区別と、各撮像面で撮像された画像に２次元撮像素子１に接続される画像処理回路で加えるべき画像処理の種類と、その画像処理後の各画像を合成して１枚の画面にするのにその画面上での各画像の配置すべき位置とを整理して以下の表に示す。

受光素子 撮影される物体面 像の状態 画像処理 画面上での配置位置
２１₀₀ Ｏ₀₀ 倒立正像 無 中心
２１₊₊ Ｏ₊₊ 正立正像 １８０°回転 左斜め下
２１₊₀ Ｏ₊₀ 倒立鏡像 左右鏡像 左側
２１_+- Ｏ_+- 正立正像 １８０°回転 左斜め上
２１_0- Ｏ_0- 正立鏡像 上下鏡像 上側
２１_-- Ｏ_-- 正立正像 １８０°回転 右斜め上
２１_-0 Ｏ_-0 倒立鏡像 左右鏡像 右側
２１_-+ Ｏ_-+ 正立正像 １８０°回転 右斜め下
２１₀₊ Ｏ₀₊ 正立鏡像 上下鏡像 下側
。

このような画像処理と部分画面の合成処理により、小型の２次元撮像素子１を用いても大画面の画像を撮像できるようになる。

ところで、本発明の電子撮像装置において、絞り２と上記のような２次元撮像素子１の間に配置する平面反射面４〜７としては、図５〜図６のように光軸３に平行である必要はなく、図７に示すような光軸３を中心軸とする裁頭四角錐１０’の側面を平面反射面４〜７としてもよい。その場合も、裁頭四角錐１０’の底面は、２次元撮像素子１の長方形の撮像面と同じ長方形であって、その底面が２次元撮像素子１の撮像面に一致しかつ密着するように配置される。したがって、この場合は、平面反射面４、５は平面反射面６、７に垂直に配置されるが、相互に対向する平面反射面４と５、６と７は平行ではなく、光軸に対して対称に配置される。

ただし、このような光軸３に非平行な平面反射面４〜７を２次元撮像素子１の前方に配置する場合には、２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面４、５等による像である仮想撮像面１₀₊、１_0-等は、２次元撮像素子１の撮像面１₀₀とは同一面にならず、絞り２の中心を中心とする球面上に接して位置することになるので、用いる結像光学系３０としては、その像面がその球面に略一致する特性のものを用いることが望ましい。

なお、図５〜図７においては、２次元撮像素子１の前方に光軸３に沿って配置される平面反射面は４面としたが、対向する２面の平面反射面を配置し、仮想撮像面ができる方向が１方向になるようにしてもよく、あるいは、断面が正三角形になる３面の平面反射面を光軸３の周囲に配置するようにしてもよい。

さらに、これの平面反射面はガラス、プラスチック等の透明媒質からなる直方体等の側面に設けるようにしてもよい。このようにすると、平面反射面間の位置、角度関係が安定すると共に、ミラー素子（直方体１０、裁頭四角錐１０’等）の作製が容易になる。

次に、本発明の電子撮像装置に用いる撮像光学系の具体例を以下に実施例１〜３として説明する。実施例１〜３の撮像光学系の光路を示す垂直断面図をそれぞれ図８〜図１０に示す。それぞれの実施例は、結像光学系３０の焦点距離を１ｍｍに規格化している。また、何れの実施例も絞り３の像側に配置する平面反射面を直方体１０の光軸３に平行な側面に配置している（図６参照）。

実施例１は、図８に垂直断面図を示すように、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ１と両凸正レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とからなる結像光学系３０の像側に、光軸に垂直な水平方向長さ０．４４８ｍｍ、垂直方向長さ０．３３６ｍｍ、光軸方向の長さ１．４９２ｍｍの直方体１０を両凸正レンズＬ３の像側の面に光軸上で密着して配置しており、直方体１０の入射側の平面に絞り２を配置し、直方体１０の光軸に平行な側面４面を平面反射面４〜７としている。そして、直方体１０の射出側の平面に、撮像面の大きさが水平方向０．４４８ｍｍ、垂直方向０．３３６ｍｍの２次元撮像素子１が密着して配置されている。２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面４〜７による像領域を設計撮像面Ｉとし、その水平方向、垂直方向の大きさは１．３４３ｍｍ×１．００７ｍｍである。なお、結像光学系３０の負メニスカスレンズＬ１の物体側の面、物体側の両凸正レンズＬ２の物体側の面に非球面を用いている。

実施例２は、図９に垂直断面図を示すように、平凹負レンズＬ１と両凸正レンズＬ２と物体側に凸の負メニスカスレンズＬ３と両凸正レンズＬ４からなる接合レンズとからなる結像光学系３０の像側に、平行平板Ｐを配置し、その像側に光軸に垂直な水平方向長さ０．５７０ｍｍ、垂直方向長さ０．４９６ｍｍ、光軸方向の長さ２．０９６ｍｍの直方体１０を配置しており、平行平板Ｐの像側の平面に絞り２を配置し、直方体１０の光軸に平行な側面４面を平面反射面４〜７としている。そして、直方体１０の射出側の平面に、撮像面の大きさが水平方向０．５７０ｍｍ、垂直方向０．４９６ｍｍの２次元撮像素子１が密着して配置されている。２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面４〜７による像領域を設計撮像面Ｉとし、その水平方向、垂直方向の大きさは１．７１０ｍｍ×１．４８８ｍｍである。

実施例３は、図１０に垂直断面図を示すように、平凹負レンズＬ１と平行平板Ｐと両凸正レンズＬ２と物体側に凸の負メニスカスレンズＬ３と両凸正レンズＬ４からなる接合レンズとからなる結像光学系３０の像側に、光軸に垂直な水平方向長さ０．５７０ｍｍ、垂直方向長さ０．４９６ｍｍ、光軸方向の長さ２．３６ｍｍの直方体１０を配置しており、直方体１０の入射側の平面に絞り２を配置し、直方体１０の光軸に平行な側面４面を平面反射面４〜７としている。そして、直方体１０の射出側の平面に、撮像面の大きさが水平方向０．５７０ｍｍ、垂直方向０．４９６ｍｍの２次元撮像素子１が密着して配置されている。２次元撮像素子１の撮像面の平面反射面４〜７による像領域を設計撮像面Ｉとし、その水平方向、垂直方向の大きさは１．７１０ｍｍ×１．４８８ｍｍである。

以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｒ₁ 、ｒ₂ …は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁ 、ｄ₂ …は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。

ｘ＝（ｙ² ／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）² ｝^1/2 ］
＋A₄ｙ⁴ ＋A₆ｙ⁶ ＋A₈ｙ⁸ ＋ A₁₀ｙ¹⁰
ただし、ｒは光軸上の曲率半径、Ｋは円錐係数、A₄、A₆、A₈、A₁₀ はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。なお、物体面をｒ₀ 、物体面から第１面までの物体距離をｄ₀ としている。

実施例１
焦点距離 1.000
Ｆナンバー 2.344
半画角 水平面 33.87 °×垂直面26.72 °
ｒ₀ = ∞（物体面） ｄ₀ = ∞
ｒ₁ = 3.436 （非球面） ｄ₁ = 0.16 ｎ_d1 =1.6204 ν_d1 =60.3
ｒ₂ = 0.925 ｄ₂ = 0.54
ｒ₃ = 1.463 （非球面） ｄ₃ = 0.47 ｎ_d2 =1.7200 ν_d2 =42.0
ｒ₄ = -3.981 ｄ₄ = 0.58
ｒ₅ = 5.628 ｄ₅ = 0.19 ｎ_d3 =1.7440 ν_d3 =44.8
ｒ₆ = -1.372 ｄ₆ = 0.00
ｒ₇ = ∞（絞り） ｄ₇ = 0.00
ｒ₈ = ∞ ｄ₈ = 1.49 ｎ_d4 =1.5163 ν_d4 =64.1
ｒ₉ = ∞（像面）
非球面係数
第１面
Ｋ = 0
A₄ = 2.5217 ×10^-1
A₆ =-2.1920 ×10^-1
A₈ = 7.3838 ×10^-2
A₁₀= 0
第３面
Ｋ = 0.0000
A₄ =-4.7169 ×10^-1
A₆ = 6.5741 ×10^-1
A₈ =-3.8101 ×10^-1
A₁₀= 0 。

実施例２
焦点距離 1.000
Ｆナンバー 6.796
半画角 水平面 55.00 °×垂直面40.01 °
ｒ₀ = ∞（物体面） ｄ₀ = 7.46 ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 0.29 ｎ_d1 =1.8830 ν_d1 =40.7
ｒ₂ = 1.03 ｄ₂ = 1.48
ｒ₃ = 2.77 ｄ₃ = 0.62 ｎ_d2 =1.7725 ν_d2 =49.6
ｒ₄ = -3.77 ｄ₄ = 0.06
ｒ₅ = 2.96 ｄ₅ = 0.17 ｎ_d3 =1.8467 ν_d3 =23.8
ｒ₆ = 1.47 ｄ₆ = 0.81 ｎ_d4 =1.6968 ν_d4 =55.5
ｒ₇ = -4.37 ｄ₇ = 0.18
ｒ₈ = ∞ ｄ₈ = 0.39 ｎ_d5 =1.5229 ν_d5 =59.9
ｒ₉ = ∞ ｄ₉ = 0.00
ｒ₁₀= ∞（絞り） ｄ₁₀= 0.10
ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 2.10 ｎ_d6 =1.5163 ν_d6 =64.1
ｒ₁₂= ∞（像面） 。

実施例３
焦点距離 1.000
Ｆナンバー 6.796
半画角 水平面 55.00 °×垂直面40.01 °
ｒ₀ = ∞（物体面） ｄ₀ = 7.47
ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 0.29 ｎ_d1 =1.8830 ν_d1 =40.7
ｒ₂ = 0.97 ｄ₂ = 1.05
ｒ₃ = ∞ ｄ₃ = 0.39 ｎ_d2 =1.5229 ν_d2 =59.9
ｒ₄ = ∞ ｄ₄ = 0.06
ｒ₅ = 2.77 ｄ₅ = 0.62 ｎ_d3 =1.7725 ν_d3 =49.6
ｒ₆ = -3.37 ｄ₆ = 0.06
ｒ₇ = 3.43 ｄ₇ = 0.17 ｎ_d4 =1.8467 ν_d4 =23.8
ｒ₈ = 1.60 ｄ₈ = 0.81 ｎ_d5 =1.6968 ν_d5 =55.5
ｒ₉ = -3.51 ｄ₉ = 0.39
ｒ₁₀= ∞（絞り） ｄ₁₀= 0.00
ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 2.36 ｎ_d6 =1.5163 ν_d6 =64.1
ｒ₁₂= ∞（像面） 。

以上の本発明の電子撮像装置は、例えば次のように構成することができる。

〔１〕 入射方向により異なる画像が撮像可能な２次元撮像素子と、少なくとも１つの物体の画像を前記２次元撮像素子に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とする電子撮像装置。

〔２〕 前記２次元撮像素子は、撮像可能な画像の数に対応する受光素子のアレイに対応して配置される開口を同一面にアレイ状に有する開口板を受光素子群の入射側所定位置に配置されてなるものであることを特徴とする上記１記載の電子撮像装置。

〔３〕 前記２次元撮像素子は、撮像可能な画像の数に対応する受光素子のアレイに対応して配置される凸レンズを同一面にアレイ状に有するマイクロレンズアレイを受光素子群の入射側所定位置に配置されてなるものであることを特徴とする上記１記載の電子撮像装置。

〔４〕 前記２次元撮像素子の入射側であって前記反射面より物体側に、物体の像を結像する正のパワーの結像光学系と、光束を制限する絞りとを備えており、前記絞り中心を通り前記２次元撮像素子中心に至る光線を光軸とするとき、前記反射面は光軸と交差しないように配置されていることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の電子撮像装置。

〔５〕 前記反射面は対向した２面の反射面より構成されていることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の電子撮像装置。

〔６〕 前記反射面は対向した２面を２組有する反射面より構成されていることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の電子撮像装置。

〔７〕 前記反射面は四角柱の側面に設けられていることを特徴とする上記６記載の電子撮像装置。

〔８〕 前記反射面は裁頭四角錐の側面に設けられていることを特徴とする上記６記載の電子撮像装置。

〔９〕 前記反射面は断面正三角形状の３面の反射面より構成されていることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の電子撮像装置。

〔１０〕 前記反射面は透明媒質の側面に設けられていることを特徴とする上記５から９の何れか１項記載の電子撮像装置。

〔１１〕 前記２次元撮像素子で撮像された画像にその入射方向に応じて、画像の回転、鏡像処理等の画像処理を施し、その画像処理後の各画像を１枚の画面に合成するようにしたことを特徴とする上記１から１０の何れか１項記載の電子撮像装置。

本発明の電子撮像装置の原理を説明するための図である。 図１の構成を発展させて２枚の平面反射面を光軸を挟んで光軸に平行に対向配置した場合を説明するための図である。 入射方向により別々の画像又は光量分布が受光可能な２次元撮像素子の１構成例を示す断面図と正面図である。 入射方向により別々の画像又は光量分布が受光可能な２次元撮像素子の別の構成例を示す断面図と正面図である。 本発明による電子撮像装置の１実施例の縦断面図である。 本発明による電子撮像装置の１実施例の全体の概略透視斜視図である。 裁頭四角錐の側面に平面反射面を配置した場合の図５と同様の図である。 本発明の電子撮像装置に用いる撮像光学系の実施例１の光路を示す垂直断面図である。 本発明の電子撮像装置に用いる撮像光学系の実施例２の光路を示す垂直断面図である。 本発明の電子撮像装置に用いる撮像光学系の実施例３の光路を示す垂直断面図である。

符号の説明

１…２次元撮像素子
１₁ 、１₂ …仮想撮像面
１₀₊、１_0-、１₊₀、１_-0、１₊₊、１_-+、１_+-、１_--…仮想撮像面
１₀₀…２次元撮像素子の撮像面
２…絞り
３…光軸
４、５、６、７…平面反射面
１０…直方体
１０’…裁頭四角錐
１１、１２、１３…入射光束
２０…基板
２１…受光素子群
２１₀ …単位受光素子群
２１₀₀、２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊…受光素子
２２…開口板
２３…開口
２４₀₀、２４_-0、２４₊₀…入射光束
２５…マイクロレンズアレイ
２６…凸レンズ
３０…結像光学系
ω₀₀…中心画角
ω₀₊…上側画角
ω_0-…下側画角
Ｏ…物体面
Ｏ₀₀…中心物体面
Ｏ₊₊…右上物体面
Ｏ₊₀…右側物体面
Ｏ_+-…右下物体面
Ｏ_0-…下側物体面
Ｏ_--…左下物体面
Ｏ_-0…左側物体面
Ｏ_-+…左上物体面
Ｏ₀₊…上側物体面
Ｌ１…第１レンズ
Ｌ２…第２レンズ
Ｌ３…第３レンズ
Ｌ４…第４レンズ
Ｉ…設計撮像面
Ｐ…平行平板

Claims (3)

1. 入射方向により異なる画像が撮像可能な２次元撮像素子と、少なくとも１つの物体の画像を前記２次元撮像素子に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とする電子撮像装置。
2. 前記２次元撮像素子の入射側であって前記反射面より物体側に、物体の像を結像する正のパワーの結像光学系と、光束を制限する絞りとを備えており、前記絞り中心を通り前記２次元撮像素子中心に至る光線を光軸とするとき、前記反射面は光軸と交差しないように配置されていることを特徴とする請求項１記載の電子撮像装置。
3. 前記２次元撮像素子で撮像された画像にその入射方向に応じて、画像の回転、鏡像処理等の画像処理を施し、その画像処理後の各画像を１枚の画面に合成するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電子撮像装置。

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