JP2007281765A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体の開口部の開口面積とゴミのサイズとの比を小さくすることができ、これによって、撮像素子にて撮像される被写体像の画像品位の劣化を抑える。
【解決手段】筐体の開口部を介して取り込んだ被写体像の光は、光学素子２および撮像光学系を介して撮像素子に導かれ、そこで撮像される。光学素子２では、入射光は第１のＨＯＥ１２ａにて回折および全反射され、導光部材１１内で導光された後、第２のＨＯＥ１２ｂにて回折反射されて外部に射出される。このように、第１のＨＯＥ１２ａは、被写体像の光の入射領域で回折と全反射とが両方行われるように構成されているので、被写体像の光の入射領域で回折のみが行われる構成に比べて、上記入射領域は広い。したがって、第１のＨＯＥ１２ａの形成領域（被写体像の光の入射領域）に対応して筐体の開口部を形成すれば、開口部の開口面積を比較的大きくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体像の光を導光部材で導光し、撮像光学系を介して撮像素子に導く撮像装置に関するものである。

導光部材の表面に複数のホログラフィック回折光学素子（ＨＯＥ；Holographic Optical Element）を貼り付けた光学素子を用い、被写体像の光をその光学素子を介して撮像素子に導く撮像装置が従来から提案されている。例えば、図１１は、特許文献１の撮像装置の概略の構成を示す説明図である。この撮像装置では、被写体像の光１０１は、正レンズからなるカバー部材１０２および絞り１０３を順に介して光学素子１０４に入射する。なお、光学素子１０４の詳細については後述する。光学素子１０４から射出される光は、プリズム１０５およびフィルタ１０６を介して撮像素子（例えばＣＣＤ）１０７にて受光される。

撮像素子１０７から出力される信号は、処理手段１０８を介してＬＣＤ１０９および記録手段１１０に送られる。これにより、撮像素子１０７にて撮像された被写体像は、ＬＣＤ１０９上に電子像として表示されるとともに、上記被写体像が電子情報として記録手段１１０に記録される。ＬＣＤ１０９の表示画像の光は、接眼光学系１１１を介して観察者の瞳Ｅに導かれる。なお、接眼光学系１１１は、プリズム１１２と、光学素子１０４と同様の構成の光学素子１１３と、カバーレンズ１１４とで構成されている。

次に、光学素子１０４の詳細について説明する。図１２は、光学素子１０４の詳細な構成を示す断面図である。光学素子１０４は、平板状の導光部材２０１と、その導光部材２０１の表面上の異なる位置に形成される４つのＨＯＥ２０２〜２０５とで構成されている。

光学素子１０４に入射した被写体像の光１０１は、まず、ＨＯＥ２０２を透過してＨＯＥ２０３に入射し、そこで回折反射されてＨＯＥ２０２に入射する。ＨＯＥ２０２にて回折反射された光は、ＨＯＥ２０３にて全反射され、以降、導光部材２０１の対向する平面で全反射が繰り返される。その後、ＨＯＥ２０４に入射した光は、そこで全反射されてＨＯＥ２０５に入射してそこで回折反射され、ＨＯＥ２０４で再度回折反射された後、ＨＯＥ２０５を透過して外部に射出される。

特開２００２−１６２５９８号公報（図８、図２７参照）

ところで、近年では、撮像素子の小型化が進んでおり、それに伴って撮像光学系および被写体像の光を取り込むための、筐体に設けられた開口部が小さくなっている。なお、上記開口部は、図１１の例では、カバー部材１０２が配置される領域に対応する。

このように撮像素子の小型化に伴って上記開口部が小さくなると、カバー部材１０２にゴミが付着したときに、開口面積とゴミのサイズとの比が大きくなる。その結果、撮像素子にて撮像される被写体像の画像品位が著しく劣化する。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、筐体開口部の開口面積を広げて、開口面積とゴミのサイズとの比を小さくする構成とすることができ、これによって、撮像素子にて撮像される被写体像の画像品位の劣化を抑えることができる撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、筐体の開口部を介して取り込んだ被写体像の光を導光して射出する光学素子と、上記光学素子から射出された光を上記撮像素子に導く撮像光学系とを備え、上記光学素子は、互いに対向する２面を持ち、上記２面のそれぞれが互いに平行な平面を有する導光部材と、上記導光部材の平面上の異なる部位に保持される複数の体積位相型のホログラフィック回折光学素子とを備え、上記複数のホログラフィック回折光学素子は、外部から入射する被写体像の光を、上記導光部材内で全反射するように上記光の入射領域全域において回折するとともに、一度回折された後に上記導光部材内を導光されて再び上記入射領域に入射する光を全反射する第１のホログラフィック回折光学素子と、上記第１のホログラフィック回折光学素子を介して入射し、上記導光部材内を導光された光を、外部から入射する被写体像の光とほぼ平行に射出するように回折する第２のホログラフィック回折光学素子とを含んでいることを特徴としている。

上記の構成によれば、筐体の開口部を介して取り込んだ被写体像の光は、光学素子および撮像光学系を介して撮像素子に導かれ、そこで撮像される。ここで、上記光学素子においては、体積位相型の第１および第２のホログラフィック回折光学素子（以下、第１のＨＯＥ、第２のＨＯＥとも称する）が、導光部材の平面上の異なる部位に保持されている。

第１のＨＯＥでは、外部から入射する被写体像の光が、導光部材内で全反射するように上記光の入射領域全域において回折される。また、第１のＨＯＥでは、第１のＨＯＥにて一度回折された後に導光部材内を導光されて再び上記入射領域に入射する光が全反射される。一方、第２のＨＯＥでは、第１のＨＯＥを介して入射し、導光部材内を導光された光が、外部から入射する被写体像の光とほぼ平行に射出するように回折される。

このように、第１のＨＯＥは、被写体像の光の入射領域で回折と全反射とが両方行われるように構成されているので、例えば被写体像の光の入射領域で回折のみが行われる構成（この場合、全反射は導光部材内のＨＯＥ以外の部位で行われる）に比べて、上記入射領域（第１のＨＯＥの形成領域）は広くなるが、この場合でも、被写体像の光を第１のＨＯＥでの回折、全反射により導光部材内で導光させて、第２のＨＯＥから射出させることができる。

したがって、第１のＨＯＥの形成領域（被写体像の光の入射領域）に対応して筐体の開口部を形成すれば、開口部の開口面積を比較的大きくすることができる。これにより、第１のＨＯＥの表面にゴミが付着しても、開口面積（または光の入射領域の面積）とゴミのサイズとの比を小さくすることができ、撮像素子にて撮像される被写体像の画像品位の劣化を抑えることができる。

また、本発明においては、上記第１のホログラフィック回折光学素子の回折効率は、上記第２のホログラフィック回折光学素子から光路に沿って遠ざかるにしたがって増大するように設定されていることが望ましい。

この場合、第１のＨＯＥにおける被写体像の光の入射領域において、第２のＨＯＥから遠い位置ほど、外部から入射する被写体像の光を極力多く取り込んで回折させることができる。一方、上記入射領域において、第２のＨＯＥに近い位置ほど、上記入射領域で少なくとも一度回折された後に入射してくる光を効率よく全反射させることができる。したがって、第１のＨＯＥの入射領域全体に入射する被写体像の光を効率よく第２のＨＯＥに導くことができる。

また、本発明においては、上記第１のホログラフィック回折光学素子および上記第２のホログラフィック回折光学素子は、それぞれ、回折効率がピークとなる回折ピーク波長が複数存在する特性を有しており、上記撮像素子は、上記回折ピーク波長に対応する波長付近に透過率のピークを有するカラーフィルタを、各画素ごとに有していてもよい。

この構成では、外部から入射する被写体像の光のうち、第１のＨＯＥの複数の回折ピーク波長に対応する波長付近の光（例えばＲＧＢの各波長域の光）が第１のＨＯＥにて回折されて導光部材内を導光され、第２のＨＯＥにて回折されて射出された後、撮像素子の各画素のカラーフィルタを高い透過率で透過する。したがって、撮像素子は、外部から入射する被写体像の光の利用効率の低下を極力回避しながら、被写体像をカラーで撮像することが可能となる。

また、本発明においては、ｎを２以上の自然数とすると、上記第１のホログラフィック回折光学素子および上記第２のホログラフィック回折光学素子は、それぞれ、ｎ種類の波長の光をほぼ同じ角度に回折するｎ種類のピッチの干渉縞を有していることが望ましい。

この場合、外部から入射する被写体像の光がｎ種類の波長の光を有しており、これら波長の光が第１のＨＯＥに対して同じ方向から同一位置に入射した場合でも、これらの波長の光は第１のＨＯＥでの回折、全反射により、同一の光路で第２のＨＯＥに入射し、第２のＨＯＥでの回折によって同一の光路で射出される。したがって、撮像素子にて撮像される被写体像に色分散（色むら、色ずれ）が生じるのを低減することができる。

また、本発明の撮像装置は、映像を表示する表示手段をさらに備え、上記表示手段は、表示映像の光が上記光学素子の上記導光部材および上記第１のホログラフィック回折光学素子の少なくとも一部を透過して被写体側に進行するような位置に配置されている構成であってもよい。

第１のＨＯＥに入射する被写体像の光を導光部材内で導光し、第２のＨＯＥおよび撮像光学系を介して撮像素子に導く構成では、撮像素子は、第１のＨＯＥの前方の被写体像を、第１のＨＯＥとは異なる位置で撮像することができる。一方、表示手段の表示映像の光が導光部材および第１のＨＯＥの少なくとも一部を透過して被写体側に進行するような位置（第１のＨＯＥに対して被写体とは反対側）に表示手段が配置されていれば、表示手段の前方（第１のＨＯＥの前方）に観察者を位置させたときに、表示手段の表示映像を観察者に観察させながら、この観察者を被写体として撮像することができる。このとき、表示映像を観察する観察者の視線方向と、被写体像の光の第１のＨＯＥへの入射方向とがほぼ一致するので、撮像素子にて得られる観察者の撮像画像として、表示映像に視線を合わせた観察者の、その視線の延長線上から撮像した画像を得ることができる。

また、本発明においては、上記表示手段は、上記撮像素子にて撮像された被写体像を表示するようにしてもよい。

この場合、表示手段の前方に位置する観察者は、例えば、表示手段に表示される自分の撮像画像を見て顔の向きをチェックしながら、適切な顔の向きで自分の画像を撮像素子に撮像させることができる。したがって、本発明の撮像装置を、例えば証明写真撮影用の装置や、被写体の顔写真と背景とを合成してシールプリントに焼き付ける、いわゆる写真シール作成装置（プリントシール作成装置）に適用すれば、観察者がどこを見てよいかわからないまま撮像されて、観察者の視線がずれた写真ができあがるという事態を防止することができる。また、本発明の撮像装置を例えば携帯電話機に適用すれば、外出先で、表示手段に表示される自分の撮像画像を見ながら自分の顔の化粧直しをすることも可能となる。

また、本発明においては、上記撮像素子にて撮像された被写体像の画像データを外部に送信するとともに、外部から送信される映像データを受信する通信手段をさらに備え、上記表示手段は、上記通信手段にて受信された映像データに基づいて映像を表示するようにしてもよい。

この場合、通信手段にて受信された映像データに基づいて表示手段に表示される映像を観察者に観察させながら、その映像を見る視線の延長線上から撮像した観察者の画像を、通信手段を介して外部に送信することができる。したがって、本発明の撮像装置を、例えばテレビ電話やテレビ会議システムに適用すれば、表示手段に表示される相手の視線と、その表示映像を見る観察者の視線とを一致させることができ、あたかも観察者の目の前に相手が実際にいるような通信形態を実現することができる。

本発明によれば、第１のＨＯＥでは、被写体像の光の入射領域で回折と全反射とが両方行われるので、第１のＨＯＥを上記入射領域が広くなるように形成するとともに、上記入射領域に対応して筐体の開口部を形成すれば、開口部の開口面積を比較的大きくすることができる。これにより、第１のＨＯＥの表面にゴミが付着しても、開口面積（または光の入射領域の面積）とゴミのサイズとの比を小さくすることができ、撮像素子にて撮像される被写体像の画像品位の劣化を抑えることができる。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図２は、本実施形態の撮像装置の概略の構成を示す断面図である。この撮像装置は、筐体１内に、光学素子２と、撮像光学系３と、撮像素子４とを有している。

光学素子２は、筐体１の開口部１ａを介して外部から取り込んだ被写体像の光を導光して射出するものである。撮像光学系３は、光学素子２から射出された光を撮像素子４に導く光学系であり、例えば撮影レンズで構成されている。撮像素子４は、撮像光学系３を介して得られる光を受光することにより、被写体像を撮像するものであり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサで構成されている。

このような撮像装置の構成では、筐体１の開口部１ａを介して取り込んだ被写体像の光は、光学素子２および撮像光学系３を介して撮像素子４に導かれ、そこで撮像される。

次に、光学素子２の詳細について説明する。図１は、光学素子２の詳細な構成を示す断面図である。光学素子２は、導光部材１１と、複数のホログラフィック回折光学素子１２とを有している。

導光部材１１は、内部で光を導光するものであり、本実施形態では透明な平行平板で構成されている。より具体的には、導光部材１１は、互いに対向する２面１１ａ・１１ｂを持ち、これら２面１１ａ・１１ｂの全体が互いに平行な平面となっている。

ホログラフィック回折光学素子１２は、本実施形態では、２つのホログラフィック回折光学素子、すなわち、第１のホログラフィック回折光学素子１２ａ（以下、第１のＨＯＥ１２ａと称する）と、第２のホログラフィック回折光学素子１２ｂ（以下、第２のＨＯＥ１２ｂと称する）とからなっている。第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂは、本実施形態ではともに体積位相型で反射型であり、導光部材１１の平面上の異なる部位に保持されている。より具体的には、第１のＨＯＥ１２ａは導光部材１１の面１１ａ上に保持されており、第２のＨＯＥ１２ｂは、導光部材１１の面１１ｂ上に保持されている。

特に、第１のＨＯＥ１２ａは、筐体１の開口部１ａを介して取り込んだ被写体像の光が全て入射するように、導光部材１１の面１１ａ上に形成されている。つまり、第１のＨＯＥ１２ａは、被写体像の光が全て入射する入射領域を少なくとも含むように形成されている。

第１のＨＯＥ１２ａは、外部から入射する被写体像の光を、導光部材１１内で全反射するように上記光の入射領域全域において回折する。また、第１のＨＯＥ１２ａは、第１のＨＯＥ１２ａにて一度回折された後に導光部材１１内を導光されて再び上記入射領域に入射する光を全反射する。このような第１のＨＯＥ１２ａでの回折および全反射により、第１のＨＯＥ１２ａに入射する被写体像の光は、第１のＨＯＥ１２ａ側から第２のＨＯＥ１２ｂ側に向かって導光部材１１の内部を導光される。

一方、第２のＨＯＥ１２ｂは、第１のＨＯＥ１２ａを介して入射し、導光部材１１内を導光された光を、外部から入射する被写体像の光とほぼ平行に射出するように回折する。つまり、外部から入射する被写体像の光の第１のＨＯＥ１２ａに対する入射角は、例えば±１５度の範囲内を想定することができるが、第１のＨＯＥ１２ａに対して入射角αで入射した光は、第２のＨＯＥ１２ｂから出射角がαとなるように回折され、外部に射出される。

ここで、図３の実線は、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂの回折特性（入射光の波長と回折効率との関係を示す特性）を示す説明図である。第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂのもととなるホログラム感光材料は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の個々に対応する干渉縞が記録された３種類のシート状のフォトポリマーを積層してそれぞれ構成されている。各フォトポリマーには、対応する波長の光を全てほぼ同じ角度で回折するようなピッチで干渉縞が露光記録される。したがって、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂは、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で、例えば４６５±２０ｎｍ（Ｂ光）、５２１±２０ｎｍ（Ｇ光）、６３４±２０ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光をほぼ同じ角度で回折させる。

なお、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂのもととなるホログラム感光材料は、ＲＧＢの３種類の波長に対応する干渉縞が記録されたフォトポリマー１層で構成されていてもよい。

このように、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂは、それぞれ、回折効率がピークとなる回折ピーク波長がＲＧＢに対応して複数存在する特性を有しているので、カラーの被写体像を撮像すべく、本実施形態では、撮像素子４として、上記回折ピーク波長に対応する波長付近（ここではＲＧＢの各波長域）に透過率のピークを有するカラーフィルタを、各画素ごとに有しているものを用いている。図３の破線は、上記カラーフィルタの透過特性（波長と透過率との関係を示す特性）を示している。

次に、撮像装置において、外部から入射する被写体像の光が撮像素子４に導かれる様子について、さらに詳細に説明する。図４ないし図６は、被写体像の光が第１のＨＯＥ１２ａに対して入射角ａ、ｂおよびｃ度で入射する場合の、各光の光路を個々に示す説明図である。ただし、ａ＜ｂ＜ｃで、かつ、ａ、ｂ、ｃはいずれも±１５度の範囲内の角度とする。

図４に示すように、第１のＨＯＥ１２ａに入射角ａで入射する被写体像の光Ｌ１ａは、第１のＨＯＥ１２ａにて導光部材１１内で全反射するように回折される。そして、その回折された光は、導光部材１１の面１１ｂで全反射され、第１のＨＯＥ１２ａに再度入射し、そこで全反射されて面１１ｂに向かう。以降は、面１１ｂと面１１ａとの間で全反射が繰り返され、導光部材１１内を導光されて第２のＨＯＥ１２ｂに入射する。第２のＨＯＥ１２ｂに入射した光は、出射角がａ度となるようにそこで回折され、外部に射出される。第２のＨＯＥ１２ｂから射出された光は、撮像光学系３を介して撮像素子４に導かれ、撮像面上の位置Ａに集光される。

一方、第１のＨＯＥ１２ａに入射角ａで入射する被写体像の光であって、光Ｌ１ａを全反射する位置に入射する光Ｌ１ｂは、第１のＨＯＥ１２ａにて導光部材１１内で全反射するように回折されて面１１ｂに向かう。以降は、光Ｌ１ａと同じ光路を辿って撮像素子４の撮像面上の位置Ａに集光される。

また、図５に示すように、第１のＨＯＥ１２ａに入射角ｂで入射する被写体像の光Ｌ２ａは、第１のＨＯＥ１２ａにて導光部材１１内で全反射するように回折された後、導光部材１１の面１１ｂで全反射され、第１のＨＯＥ１２ａに再度入射し、そこで全反射されて面１１ｂに向かう。以降は、面１１ｂと面１１ａとの間で全反射が繰り返され、導光部材１１内を導光されて第２のＨＯＥ１２ｂに入射する。第２のＨＯＥ１２ｂに入射した光は、出射角がｂ度となるようにそこで回折されて、外部に射出される。第２のＨＯＥ１２ｂから射出された光は、撮像光学系３を介して撮像素子４に導かれ、撮像面上の位置Ａとは異なる位置Ｂに集光される。

一方、第１のＨＯＥ１２ａに入射角ｂで入射する被写体像の光であって、光Ｌ２ａを全反射する位置に入射する光Ｌ２ｂは、第１のＨＯＥ１２ａにて導光部材１１内で全反射するように回折されて面１１ｂに向かう。以降は、光Ｌ２ａと同じ光路を辿って撮像素子４の撮像面上の位置Ｂに集光される。

また、図６に示すように、第１のＨＯＥ１２ａに入射角ｃで入射する被写体像の光Ｌ３ａは、第１のＨＯＥ１２ａにて導光部材１１内で全反射するように回折された後、導光部材１１の面１１ｂで全反射され、第１のＨＯＥ１２ａに再度入射し、そこで全反射されて面１１ｂに向かう。以降は、面１１ｂと面１１ａとの間で全反射が繰り返され、導光部材１１内を導光されて第２のＨＯＥ１２ｂに入射する。第２のＨＯＥ１２ｂに入射した光は、出射角がｃ度となるようにそこで回折されて、外部に射出される。第２のＨＯＥ１２ｂから射出された光は、撮像光学系３を介して撮像素子４に導かれ、撮像面上の位置ＡおよびＢとは異なる位置Ｃに集光される。

一方、第１のＨＯＥ１２ａに入射角ｃで入射する被写体像の光であって、光Ｌ３ａを全反射する位置に入射する光Ｌ３ｂは、第１のＨＯＥ１２ａにて導光部材１１内で全反射するように回折されて面１１ｂに向かう。以降は、光Ｌ３ａと同じ光路を辿って撮像素子４の撮像面上の位置Ｃに集光される。

以上のように、光学素子２の第１のＨＯＥ１２ａでは、被写体像の光の入射領域の全域で回折と全反射とが両方行われるので、例えば被写体像の光の入射領域で回折のみが行われる構成に比べて、上記入射領域（第１のＨＯＥ１２ａの形成領域）は広くなる。しかし、この場合でも、被写体像の光を第１のＨＯＥ１２ａでの回折、全反射により導光部材１１内で導光させて、第２のＨＯＥ１２ｂから射出させることができる。

したがって、広く形成した第１のＨＯＥ１２ａの形成領域に対応して筐体１の開口部１ａを形成すれば、開口部１ａの開口面積を比較的大きくすることができる。これにより、第１のＨＯＥ１２ａの表面にゴミが付着しても、開口面積（または入射領域の面積）とゴミのサイズとの比を小さくすることができ、撮像素子４にて撮像される被写体像の画像品位の劣化を抑えることができる。

また、本実施形態では、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂは、それぞれ、回折ピーク波長がＲＧＢに対応して複数存在する特性を有しており、撮像素子４は、上記回折ピーク波長に対応してＲＧＢに透過率のピークを有するカラーフィルタを各画素ごとに有しているので、外部から入射する被写体像の光（ＲＧＢの波長の光を含む）を第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂにて効率よく回折させて、撮像素子４の各画素のカラーフィルタを高い透過率で透過させることができる。これにより、入射光の利用効率の低下を極力回避しながら、撮像素子４にて被写体像をカラーで撮像することが可能となる。

なお、撮像素子４がカラーフィルタを有していなければ、撮像素子４にて撮像される被写体像はモノクロとなる。また、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂが、それぞれ、回折ピーク波長がＲＧＢのいずれかに対応して１つだけ存在する特性を有している場合、撮像素子４がカラーフィルタを有しているか、有していないかに関係なく、撮像素子４にて撮像される被写体像はモノクロ（第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂのフォトポリマーが感度を有する色の画像）となる。しかし、これらの場合でも、筐体１の開口部１ａの開口面積を大きくして撮像素子４にて撮像される被写体像の画像品位の劣化を抑えることができるという効果が得られることに変わりはない。

したがって、本発明に適用できる、ＨＯＥ（第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂ）と撮像素子４との組み合わせとしては、（１）カラーとカラー、（２）カラーと白黒、（３）モノクロとカラー、（４）モノクロと白黒、の４通りを考えることができる。

また、本実施形態では、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂは、それぞれ、ＲＧＢの３種類の波長の光をほぼ同じ角度に回折する３種類のピッチの干渉縞を有しているので、外部から入射するＲＧＢの光が第１のＨＯＥ１２ａに同一方向から入射した場合でも、これらの波長の光は第１のＨＯＥ１２ａでの回折、全反射により、同一の光路で第２のＨＯＥ１２ｂに入射し、第２のＨＯＥ１２ｂでの回折によって同一の光路で射出される。したがって、撮像素子４にて撮像される被写体像に色分散（色むら、色ずれ）が生じるのを低減することができる。

なお、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂが、それぞれ、ＲＧＢのうちのいずれか２種類の波長の光をほぼ同じ角度に回折する２種類のピッチの干渉縞を有している場合でも、これらの光が第１のＨＯＥ１２ａに対して同一方向から入射する限り、同一の光路で撮像素子４に導かれる。したがって、この場合でも、撮像素子４にて撮像される被写体像に色分散が生じるのを低減することができると言える。

また、本実施形態では、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂは、ともに体積位相型であるので、ブレーズ型に比べて散乱による像の劣化が少ないという効果がある。

ところで、図７は、第１のＨＯＥ１２ａの回折特性（ここでは、入射位置と回折効率との関係）を示す説明図である。同図に示すように、第１のＨＯＥ１２ａの回折効率は、第２のＨＯＥ１２ｂから光路に沿って遠ざかるにしたがって増大するように設定されていることが望ましい。

このように第１のＨＯＥ１２ａの回折効率を設定することにより、第１のＨＯＥ１２ａにおける被写体像の光の入射領域において、第２のＨＯＥ１２ｂから遠い位置ほど、外部から入射する被写体像の光を極力多く取り込んで回折させることができる。一方、上記入射領域において、第２のＨＯＥ１２ｂに近い位置ほど、上記入射領域で少なくとも一度回折された後に入射してくる光の光量を低下させずに、上記入射領域で全反射させることができる。したがって、第１のＨＯＥ１２ａの入射領域全体に入射する被写体像の光を効率よく取り込んで、第２のＨＯＥ１２ｂに効率よく導くことができる。

また、第１のＨＯＥ１２ａにおいて、例えば外部からの光の入射領域と全反射領域とが異なっていると（入射領域と全反射領域とがずれていると）、上記各領域に入射する光の光路分離のために導光部材１１を厚くする必要がある。また、導光部材１１を薄くするためには、従来のように２枚のＨＯＥを導光部材１１を介して対向配置する必要がある。しかし、本実施形態のように、第１のＨＯＥ１２ａの回折効率を第２のＨＯＥ１２ｂから光路に沿って遠ざかるにしたがって増大するように設定することにより、第１のＨＯＥ１２ａにおいて、外部からの光の入射領域と全反射領域とを重ねることができ、上記入射領域にて、回折と全反射とを両方行わせることができる。その結果、１枚のＨＯＥを用いる構成で（ＨＯＥを対向配置しなくても）、導光部材１１を薄くすることができる。

また、図８は、光学素子２の他の構成を示す斜視図である。同図に示すように、光学素子２は、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂに加えて、第３のＨＯＥ１２ｃを有していてもよい。

第３のＨＯＥ１２ｃは、第１のＨＯＥ１２ａにて回折されて第２のＨＯＥ１２ｂとは異なる方向に導光部材１１内を進行する光が、第２のＨＯＥ１２ｂの配置方向に偏向されるように、上記光を回折する第３のホログラフィック回折光学素子である。第３のＨＯＥ１２ｃは、反射型で構成されており、導光部材１１の面１１ａまたは面１１ｂに保持されている。

この構成では、外部から入射する被写体像の光を、導光部材１１内で第１のＨＯＥ１２ａから第３のＨＯＥ１２ｃを介して第２のＨＯＥ１２ｂに向かう方向に導光し、第２のＨＯＥ１２ｂから外部に射出する際に、第３のＨＯＥ１２ｃにて、光の光束径を一方向（第１のＨＯＥ１２ａから第３のＨＯＥ１２ｃへの導光方向）に縮め、さらに、第２のＨＯＥ１２ｂにて、光の光束径を他の方向（第３のＨＯＥ１２ｃから第２のＨＯＥ１２ｂへの導光方向）に縮めて、最終的に第２のＨＯＥ１２ｂから外部に射出することができる。このことは、逆に、第２のＨＯＥ１２ｂを図２の構成と同じ面積に形成しておけば、第１のＨＯＥ１２ａの形成領域を図２の構成に比べて２次元的に拡大できることを意味する。

したがって、第１のＨＯＥ１２ａの形成領域をさらに広げるとともに、それに対応して筐体１の開口部１ａを形成すれば、開口部１ａの開口面積をさらに拡大することができる。これにより、第１のＨＯＥ１２ａの表面にゴミが付着しても、開口面積（または入射領域の面積）とゴミのサイズとの比をさらに小さくすることができ、撮像素子４にて撮像される被写体像の画像品位の劣化をさらに抑えることができる。

なお、本実施形態では、複数のＨＯＥを全て反射型で構成した例について説明したが、その全てを透過型で構成してもよく、また、一部を反射型で構成し、残りを透過型で構成してもよい。反射型のＨＯＥは、回折特性（波長の変化に対する回折効率の変化を示す特性）が透過型に比べてシャープであり、迷光が少なくなるので望ましい。

なお、透過型のＨＯＥを用いる場合、その形成位置は、本実施形態の反射型のＨＯＥの形成位置とは異なる。つまり、例えば、図１の構成において、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂを透過型で構成する場合は、第１のＨＯＥ１２ａを導光部材１１の面１１ｂに形成し、第２のＨＯＥ１２ｂを導光部材１１の面１１ａに形成すればよい。

なお、本実施形態では、導光部材１１において、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂが保持される面１１ａ・１１ｂは、その全体が互いに平行な平面となっている。しかし、導光部材１１のうち、第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂが配置されていない部分が互いに平行な曲面で構成されても、全反射条件を満たせば、光学素子２として機能する。したがって、導光部材１１は、面１１ａ・１１ｂの全体が平面である必要はなく、少なくとも第１のＨＯＥ１２ａおよび第２のＨＯＥ１２ｂの保持部が平面であればよいと言える。つまり、光学素子２の導光部材１１の互いに対向する２面１１ａ・１１ｂは、全反射条件を満たす曲率を持つ互いに平行な曲面を有していてもよい。この場合、導光部材１１の設計の自由度が広がり、筐体１内の各構成要素の配置の自由度も増大する。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図９は、本実施形態の撮像装置の概略の構成を示す説明図である。この撮像装置は、実施の形態１の構成に加えて、表示手段５と、制御部６とをさらに備えている。表示手段５は、映像を表示するものであり、例えばＬＣＤで構成されている。制御部６は、表示手段５における映像の表示を制御するものである。

表示手段５は、表示映像の光が光学素子２の導光部材１１および第１のＨＯＥ１２ａの少なくとも一部を透過して被写体側に進行するような位置に配置されている。つまり、表示手段５は、被写体像の光が第１のＨＯＥ１２ａに入射する方向の延長線上に配置されているとともに、第１のＨＯＥ１２ａに対して被写体とは反対側に配置されている。

第１のＨＯＥ１２ａに入射する被写体像の光を導光部材１１内で導光し、第２のＨＯＥ１２ｂおよび撮像光学系３を介して撮像素子４に導く構成では、上記のように表示手段５を配置することにより、表示手段５の前方（第１のＨＯＥ１２ａの前方）に観察者を位置させたときに、表示手段５の表示映像を観察者に観察させながら、撮像素子４はこの観察者を被写体として撮像することができる。

ここで、観察者と第１のＨＯＥ１２ａと表示手段５とは、ほぼ同じ直線上に位置する関係となるので、表示手段５の表示映像を観察する観察者の視線方向と、被写体像の光の第１のＨＯＥ１２ａへの入射方向とがほぼ一致する。これにより、撮像素子４にて得られる観察者の撮像画像として、表示映像に視線を合わせた観察者の、その視線の延長線上から撮像した画像を得ることができる。

このとき、表示手段５は、撮像素子４にて撮像された被写体像を表示するようにしてもよい。つまり、制御部６は、撮像素子４にて撮像された被写体像のデータに基づいて表示手段５を制御し、表示手段５に被写体像を表示させるようにしてもよい。この場合、表示手段５の前方に位置する観察者は、表示手段５に表示される自分の撮像画像を見て顔の向きをチェックしながら、適切な顔の向きで自分の画像を撮像素子４に撮像させることができる。

したがって、本実施形態の撮像装置を、例えば証明写真撮影用の装置や、被写体の顔写真と背景とを合成してシールプリントに焼き付ける、いわゆる写真シール作成装置に適用すれば、観察者がどこを見てよいかわからないまま撮像されて、観察者の視線がずれた写真ができあがるという事態を防止することができる。また、本実施形態の撮像装置を例えば携帯電話機に適用すれば、外出先で、表示手段５に表示される自分の撮像画像を見ながら自分の顔の化粧直しをすることも可能となる。以上のことから、本実施形態の撮像装置は、証明写真撮影用の装置や写真シール作成装置、携帯電話機などに好適であると言える。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、実施の形態１または２と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図１０は、本実施形態の撮像装置の主要部の概略の構成を示すとともに、この撮像装置を２台用い、これらを通信回線を介して通信可能とした通信システムの概略の構成を示すブロック図である。なお、２台の撮像装置を特に区別する場合は、一方を撮像装置Ａと称し、他方を撮像装置Ｂと称することとする。撮像装置Ａ・Ｂの構成は全く同じである。

本実施形態の撮像装置は、テレビ電話やテレビ会議などの通信システムに適用可能なものであり、実施の形態２の構成に加えて、操作手段７と、通信手段８と、信号処理手段９とをさらに有している。

操作手段７は、通信システムの立ち上げの指示、撮像素子４による撮像の指示、表示手段５に表示させる画像（撮像画像か、受信画像か）の選択などを行うときに、使用者（観察者）によって操作される操作部（入力部）である。

通信手段８は、他の撮像装置との間でデータを送受信するためのインターフェースである。特に、通信手段８は、撮像素子４にて撮像された被写体像の画像データを外部に送信するとともに、外部から送信される映像データを受信する。

信号処理手段９は、操作手段７からの指示に基づいて、表示手段５の表示動作を制御するとともに、撮像素子４にて撮像された被写体像のデータの外部への送信を制御する。前者の制御には、撮像素子４にて撮像された被写体像のデータに基づく画像表示や、通信手段８にて受信された映像データに基づく画像表示の制御が含まれる。なお、信号処理手段９は、図９の制御部６を兼ねていてもよい。

このような構成においては、信号処理手段９の制御により、表示手段５は、撮像素子４にて撮像された被写体像を表示することもできるし、通信手段８にて受信された映像データに基づいて、その映像を表示することもできる。

特に、表示手段５が、通信手段８にて受信された映像データに基づいて映像を表示する場合は、その映像を観察者に観察させながら、信号処理手段９は、撮像素子４にて撮像された被写体像、すなわち、その映像を見る視線の延長線上から撮像した観察者の画像を、通信手段８を介して外部に送信することができる。

したがって、本実施形態の撮像装置を、テレビ電話やテレビ会議システムに適用したときに、表示手段５に表示される相手の視線と、その表示映像を見る観察者の視線とを一致させることができ、撮像装置Ａと撮像装置Ｂとの間で、あたかも観察者の目の前に相手が実際にいるような通信形態を実現することができる。

なお、本実施形態では、撮像装置を２台用いて通信システムを構築しているが、３台以上用いて通信システムを構築することも可能である。

なお、以上の各実施の形態で説明した構成を適宜組み合わせて撮像装置や通信システムを構成することも勿論可能である。

本発明の撮像装置は、デジタルカメラ、テレビ電話、テレビ会議システムなどに適用することが可能である。

本発明の実施の一形態に係る撮像装置が有する光学素子の詳細な構成を示す断面図である。 上記撮像装置の概略の構成を示す断面図である。 上記光学素子の第１のＨＯＥおよび第２のＨＯＥの回折特性と、撮像素子のカラーフィルタの透過特性とを示す説明図である。 被写体像の光の光路の一例を示す説明図である。 被写体像の光の光路の他の例を示す説明図である。 被写体像の光の光路のさらに他の例を示す説明図である。 第１のＨＯＥの回折特性を示す説明図である。 上記光学素子の他の構成を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る撮像装置の概略の構成を示す説明図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る撮像装置の主要部の概略の構成と、通信システムの概略の構成とを示すブロック図である。 従来の撮像装置の概略の構成を示す説明図である。 上記撮像装置が有する光学素子の詳細な構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 筐体
１ａ 開口部
２ 光学素子
３ 撮像光学系
４ 撮像素子
５ 表示手段
８ 通信手段
１１ 導光部材
１１ａ 面
１１ｂ 面
１２ ホログラフィック回折光学素子
１２ａ 第１のＨＯＥ（第１のホログラフィック回折光学素子）
１２ｂ 第２のＨＯＥ（第２のホログラフィック回折光学素子）

Claims (7)

1. 被写体像を撮像する撮像素子と、
   筐体の開口部を介して取り込んだ被写体像の光を導光して射出する光学素子と、
   上記光学素子から射出された光を上記撮像素子に導く撮像光学系とを備え、
   上記光学素子は、
   互いに対向する２面を持ち、上記２面のそれぞれが互いに平行な平面を有する導光部材と、
   上記導光部材の平面上の異なる部位に保持される複数の体積位相型のホログラフィック回折光学素子とを備え、
   上記複数のホログラフィック回折光学素子は、
   外部から入射する被写体像の光を、上記導光部材内で全反射するように上記光の入射領域全域において回折するとともに、一度回折された後に上記導光部材内を導光されて再び上記入射領域に入射する光を全反射する第１のホログラフィック回折光学素子と、
   上記第１のホログラフィック回折光学素子を介して入射し、上記導光部材内を導光された光を、外部から入射する被写体像の光とほぼ平行に射出するように回折する第２のホログラフィック回折光学素子とを含んでいることを特徴とする撮像装置。
2. 上記第１のホログラフィック回折光学素子の回折効率は、上記第２のホログラフィック回折光学素子から光路に沿って遠ざかるにしたがって増大するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記第１のホログラフィック回折光学素子および上記第２のホログラフィック回折光学素子は、それぞれ、回折効率がピークとなる回折ピーク波長が複数存在する特性を有しており、
   上記撮像素子は、上記回折ピーク波長に対応する波長付近に透過率のピークを有するカラーフィルタを、各画素ごとに有してい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。
4. ｎを２以上の自然数とすると、
   上記第１のホログラフィック回折光学素子および上記第２のホログラフィック回折光学素子は、それぞれ、ｎ種類の波長の光をほぼ同じ角度に回折するｎ種類のピッチの干渉縞を有していることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 映像を表示する表示手段をさらに備え、
   上記表示手段は、表示映像の光が上記光学素子の上記導光部材および上記第１のホログラフィック回折光学素子の少なくとも一部を透過して被写体側に進行するような位置に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 上記表示手段は、上記撮像素子にて撮像された被写体像を表示することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 上記撮像素子にて撮像された被写体像の画像データを外部に送信するとともに、外部から送信される映像データを受信する通信手段をさらに備え、
   上記表示手段は、上記通信手段にて受信された映像データに基づいて映像を表示することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。

Images