JP4490854B2 - Thin imaging device, thin camera using the same, and imaging method - Google Patents
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Description
本発明は、デジタルカメラモジュールに代表される撮像装置に関し、特に携帯情報端末など極めて薄型が要求される用途に対応して、その構成を改良した薄型撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus typified by a digital camera module, and more particularly to a thin imaging apparatus having an improved configuration corresponding to an application requiring extremely thin thickness such as a portable information terminal.
近年、CCDやCMOSセンサなどの撮像素子の小型化、高性能化や、非球面レンズなどの光学技術の進展により、撮像装置の小型化が可能となり、コンパクトなデジタルカメラや、カメラ付き携帯電話など気軽にカメラを携帯できる用途へと撮像装置の用途が広がっている。これらの携帯機器に用いられるカメラモジュールには、様々なシチュエーションを想定して、さらなる小型化、低背化が求められている。 In recent years, the downsizing and high performance of image sensors such as CCD and CMOS sensors, and the advancement of optical technology such as aspherical lenses have made it possible to reduce the size of image pickup devices, such as compact digital cameras and camera phones. Applications of imaging devices are expanding to applications where the camera can be easily carried. Camera modules used in these portable devices are required to be further reduced in size and height in consideration of various situations.
従来のカメラモジュールに用いられる撮像装置としては、円形の集光レンズと、その結像面にCCDやCMOSセンサを配置して撮像を行なう構成がとられている。(例えば、特許文献1(第2頁〜4頁、図1、表1等)参照)。図14は、前記特許文献1に記載された従来の撮像装置を示すものである。
An imaging device used in a conventional camera module has a configuration in which a circular condensing lens and a CCD or CMOS sensor are arranged on its imaging surface to perform imaging. (For example, refer to Patent Document 1 (
図14の例において、集光レンズ系101として101a、101bの2群からなるレンズを用いており、レンズにより集光された入射光は、ガラスフィルター102を透過して、撮像素子103の面上に結像される。ここで、図14は断面図を示したものであり、集光レンズ系101は一点鎖線で表わした光軸を回転中心とした同心円形状である。また、この例では、2群の集光レンズ101aと101bの双方の位置を変えることにより、ズームとフォーカスの機能を実現している。104は、レンズ系の実効的な開口率を変化させるための開口絞りである。
In the example of FIG. 14, a lens composed of two groups 101 a and 101 b is used as the
従来の撮像装置において、ピントの合った綺麗な画像を得ようとすると、集光レンズ系101により被写体像が結像する面に撮像素子103を配置する必要があり、集光レンズ系101の焦点距離が、集光レンズ系101と撮像素子103の撮像面との距離を決めることになる。従って、従来の撮像装置においては、もっぱら集光レンズ系101の焦点距離を短く設計し、撮像素子103との距離を短縮し、光学系の全長を短縮して小型・低背化を図っている。
In a conventional imaging apparatus, when trying to obtain a beautiful image in focus, it is necessary to dispose the
ちなみに、前記特許文献1の表1を例に取ると、焦点距離を2.46〜4.74mmの間で可変とし、ズーム可能としているが、レンズ系の全長としては12.91〜10.79mmと、実効的な焦点距離よりもかなり長い光学系を必要とする。このことからも、光学系の全長を短縮して低背化を図るためには、予想以上に焦点距離を短縮する必要があることが分かる。
Incidentally, taking Table 1 of
また、特許文献2に開示の光学系のように、複数のプリズムを組み合わせて光路を折り畳み、低背化の実現を目指す技術思想も存在する。
特許文献1の構成では、レンズの焦点距離を短縮することで小型・低背化を図っているので、結像する画像のサイズも焦点距離に比例して小さくなり、従来と同じ画素ピッチの撮像素子を用いた場合、結像した画像に対して相対的に解像度が劣化してしまう。従って、これまでと同じ解像度の画像情報を得ようとすると、レンズの焦点距離の縮小に比例して撮像素子の画素ピッチを微細化する必要がある。
In the configuration of
撮像素子として用いられるCCDやCMOSセンサは、既に最先端の微細半導体プロセスで製造されているが、微細ピッチ化のためには、より微細な製造プロセスが必要であり、微細化することでプロセスコストが増大し、また、歩留まりも極端に劣化することから、コストの増大が避けられなという課題を有している。 CCD and CMOS sensors used as image sensors are already manufactured using the most advanced fine semiconductor processes. However, a finer manufacturing process is required to reduce the pitch, and the process cost is reduced by making the structure finer. In addition, there is a problem that an increase in cost is unavoidable because the yield is extremely deteriorated.
また、撮像素子の画素ピッチを縮小することで、各画素の受光面積がピッチ縮小率の二乗で減少し、さらに、撮像素子の各画素には駆動用のマトリックス配線やCCDにおける電荷転送路などの受光エリア以外の部分も必要であり、画素ピッチ縮小によって受光できる有効開口率も低下してしまうことから、受光量が極端に減少し十分な光電変換能力を得ることが難しく、著しく画像の品質が劣化するという課題を有している。 In addition, by reducing the pixel pitch of the image sensor, the light receiving area of each pixel is reduced by the square of the pitch reduction rate. Further, each pixel of the image sensor has a driving matrix wiring, a charge transfer path in a CCD, etc. The area other than the light receiving area is also necessary, and the effective aperture ratio that can be received by reducing the pixel pitch also decreases, so the amount of received light is extremely reduced and it is difficult to obtain sufficient photoelectric conversion capability, and the image quality is remarkably improved. It has a problem of deterioration.
さらに、可視光の波長の範囲は200nm〜800nm程度であり、回折限界のためレンズなどの光学系で波長レベルの画像の分解能を得ることは不可能となる。たとえ歩留まりやコストや光電変換能力を犠牲にして微細な画素ピッチの撮像素子を作成したとしても、光の回折限界のため、高い分解能を保ったままレンズの焦点距離を縮小して撮像装置の小型・低背化を図ることには自ずと限界があるという課題を有している。 Furthermore, the wavelength range of visible light is about 200 nm to 800 nm, and because of the diffraction limit, it is impossible to obtain a resolution of an image at a wavelength level with an optical system such as a lens. Even if an image sensor with a fine pixel pitch is created at the expense of yield, cost, and photoelectric conversion capability, the focal length of the lens can be reduced while maintaining high resolution due to the light diffraction limit.・ There is a problem that there is a limit to reducing the height.
上記のように、従来の撮像装置においては、必要とする焦点距離よりもさらに長い全長の光学系が必要となり、撮像装置の小型・低背化はさらに困難である。 As described above, the conventional imaging device requires an optical system having a full length longer than the required focal length, and it is further difficult to reduce the size and height of the imaging device.
つまり、従来の構成においてレンズの焦点距離を短縮して小型・低背化することには限界があり、レンズの焦点距離に依存するレンズと撮像素子との距離を短縮することが難しいことから、低背化を行なうことが極めて難しい。 In other words, there is a limit to shortening the focal length of the lens by reducing the focal length of the lens in the conventional configuration, and it is difficult to reduce the distance between the lens and the image sensor depending on the focal length of the lens, It is extremely difficult to reduce the height.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、極めて低背でかつ解像度に優れた高品質な画像情報を得ることができる薄型撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a thin imaging device capable of obtaining high-quality image information having an extremely low height and excellent resolution.
本発明は、第1の態様においては、開口部と、被写体から開口部を経て入射した入射光を同時に反射する入射ミラーと、入射ミラーで反射した入射光を案内する導光路と、導光路の表面の少なくとも一部に設けたミラー面と、少なくとも、ミラー面で反射することなく導光路内を案内される、被写体の一部である第1区分と、ミラー面で少なくとも1回反射して導光路内を案内される、被写体の別の一部である第2区分とを重畳した状態で同時に受光する撮像素子と、を有することを特徴とする薄型撮像装置である。 In the first aspect, the present invention provides an opening, an incident mirror that simultaneously reflects incident light incident from the subject through the opening, a light guide that guides the incident light reflected by the incident mirror, and a light guide A mirror surface provided on at least a part of the surface, at least a first section that is a part of the object guided in the light guide path without being reflected by the mirror surface, and reflected by the mirror surface at least once and guided. An image sensor that simultaneously receives light in a state of being superimposed on a second section that is another part of the subject guided in the optical path.
本発明は、第2の態様においては、第1の態様に記載の薄型撮像装置と、操作者の撮像実行指示を入力することができる操作部と、薄型撮像装置からの画像情報に所定の処理を実行して画像データを生成する画像処理部と、画像データを記憶する記憶部と、薄型撮像装置、画像処理部、および、記憶部を制御するコントローラを有する、ことを特徴とするカメラである。 According to a second aspect of the present invention, in the second aspect, a predetermined processing is performed on image information from the thin imaging device described in the first aspect, an operation unit that can input an operator's imaging execution instruction, and the thin imaging device. And a controller that controls the storage unit, an image processing unit that executes image processing to generate image data, a storage unit that stores image data, a thin imaging device, an image processing unit, and a storage unit .
本発明は、第3の態様においては、第1の態様に記載の薄型撮像装置を、カード型ケースに内蔵して構成したカメラである。 In a third aspect, the present invention is a camera configured by incorporating the thin imaging device according to the first aspect in a card-type case.
本発明は、第4の態様においては、被写体からの入射光の一部である第1区分を導光路内で案内し、導光路の表面に形成されたミラー面で反射することなく直接、撮像素子に入射するステップと、被写体からの入射光の別の一部である第2区分を導光路内で案内し、導光路の表面に形成されたミラー面で少なくとも1回反射させて撮像素子に入射するステップと、撮像素子から、少なくとも第1区分の像と第2区分の像を重畳させて同時に出力するステップと、を有する撮像方法である。 According to the fourth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the first section, which is a part of the incident light from the subject, is guided in the light guide and is directly captured without being reflected by the mirror surface formed on the surface of the light guide. The step of entering the element and the second section, which is another part of the incident light from the subject, are guided in the light guide and reflected at least once by the mirror surface formed on the surface of the light guide to the image sensor. The imaging method includes an incident step and a step of superimposing at least a first section image and a second section image from the image sensor and simultaneously outputting them.
本発明の薄型撮像装置により、光学系の厚みはたかだか導光路の厚み程度で非常に低背とすることができ、かつ、入射ミラーから導光路を経て撮像素子までの光路長は、導光路の伸長のみで長く取ることができるため、低背なままで焦点距離の長い集光系を実現可能である。従って、極めて低背でありながら、結像する被写体像を縮小する必要がない。よって従来の低背な撮像装置のように焦点距離に比例して画素ピッチを縮小した高価な撮像素子を必要とせず、高い解像度の画像を得ることが可能となる。 With the thin imaging device of the present invention, the thickness of the optical system can be at most as low as the thickness of the light guide, and the optical path length from the incident mirror to the image sensor through the light guide is Since it can be taken for a long time only by extension, it is possible to realize a light condensing system with a low focal length and a long focal length. Therefore, it is not necessary to reduce the subject image to be formed while being extremely low. Therefore, an expensive image sensor having a pixel pitch reduced in proportion to the focal length as in a conventional low-profile image pickup apparatus is not required, and a high-resolution image can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1を参照し、本発明の実施の形態1における薄型撮像装置の構成を説明する。図1(a)は、薄型撮像装置の斜視図であり、図1(b)はその中心線9における断面図である。
(Embodiment 1)
With reference to FIG. 1, the structure of the thin imaging device in
撮像装置は、導光路1、入射ミラー2、撮像素子3、射出ミラー8及び開口部33を備える。導光路1の一方の端面に入射ミラー2が設けられ、他方の端面に射出ミラー8及び撮像素子3が設けられている。
The imaging device includes a
被写体4からの光は、開口部33を介して撮像装置に入射し、入射ミラー2により反射されて導光路1の内部に導光される。導光された入射光5は集光されて撮像素子3の撮像面6上に結像し、被写体像の撮像が行なわれる。導光路1はその内部を入射光が進行する経路であって、本実施形態及び以下の実施形態では平板状形状を有している。導光路1の両主面側に入射光5を反射するようにミラー面7が設けられている。すなわち、本発明では、導光路1内において入射ミラー2と射出ミラー8(または撮像素子3)とを直線的に結ぶ光路(図1の直線9で示す光路)に平行または略平行にミラー面7を設けている。
Light from the subject 4 enters the imaging device through the
撮像素子3は導光路1の上側主面に射出ミラー8と相対して配置され、射出ミラー8により入射光5を導光路1の上側主面方向に反射して、撮像を行なう構成としている。導光路1内を直進する一部の入射光5に含まれる像はそのまま撮像素子3に到達して結像し、直進しない残りの入射光5に含まれる像はミラー面7により反射され撮像素子3に到達して結像する。撮像素子3で得られた画像信号は、図1に図示していない画像処理回路により処理され、電気的な画像情報として得ることができる。
The
ここで、導光路1を構成する材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、等の有機光学材料、および、一般的な光学ガラスといった無機光学材料が使用される。これらの光学材料は一般に1.5前後の屈折率を有する。さらに大きな屈折率を有する光学材料として、高屈折率ガラスや、硫黄を含有するポリマーのような高屈折率プラスチックを導光路1に使用してもよい。なお、導光路1の形状は、平面形状に限定されるものではなく、ミラー面7で反射された入射光5が撮像素子3に到達可能であれば、導光路1の主面に緩やかな曲面を有していてもよい。導光路1に曲面を持たせることで、収差の補正などの機能を持たせることもできる。
Here, as a material constituting the
入射ミラー2の形状は、入射光5が撮像面6に向かって集光するように、導光路1の主面に平行な面において円弧形状の細長い形状(短冊状形状)としている。この構成により導光路1の主面に平行な面内で入射光5が集光される。さらに、図1(b)に示すように、入射ミラー2は断面においても凹面鏡形状としていることから、導光路1の断面内においても入射光5を撮像面6に集光することができる。当然のことながら、導光路1の断面に関する入射光5の集光の機能は、入射ミラー2のみならず、射出ミラー8にも担わせることが可能である。
The shape of the
かかる構成によれば、入射ミラー2で所定の焦点距離の集光光学系を構成することができ、入射ミラー2から導光路1を経て撮像素子3に至るまでの集光光学系の光路長をおよそ導光路内で長く取ることができるので、従来の撮像装置で課題であった、低背化を目的とした集光レンズの焦点距離の短縮に起因する被写体像の縮小による解像度の劣化の問題を回避することができる。即ち、本発明にかかる実施形態の構成では、集光のための光路を導光路内で長く取れる。そのため、低背なままで従来の撮像装置で高解像度の画像を得るのに必要な焦点距離と同程度の焦点距離を有する集光光学系を構成することができる。よって本撮像装置では、撮像面上に結像される被写体像は、より高密度な撮像素子を用いずには満足のいく解像度での撮像が不可能な程に縮小されることはない。そのため、従来と同等の画素ピッチの撮像素子を用いて、高解像度の撮像を行なうことが可能である。さらに、集光光路となる導光路1は厚さの薄いものを用いることができ、集光光学系となる入射ミラー2も導光路1と同等の厚さで構成することができ、装置全体を薄型化することが可能である。本構成によって、非常に低背・薄型の光学系でありながら、高い解像度の画像を得ることが可能となる。
According to such a configuration, the condensing optical system having a predetermined focal length can be configured by the
具体的には本実施の形態において、例えば、入射ミラー2および導光路1の厚さhを1mmとし、入射ミラー2の長さLを10mmとし、入射ミラー2から撮像素子3の結像位置までの光路長が10mmとなるよう光学設計を行ない、撮像素子3には、厚さが350μmで撮像面6を8mm×1.2mmとした細長いものを用いた場合、光学系と撮像素子3を含めた厚さを1.5mm以下という薄型にすることができ、従来の撮像装置で焦点距離10mmのレンズを用いた場合と同レベルの高解像度を得ることができる。さらに焦点距離の長い光学系が必要な場合でも、厚さを厚くせずに導光路1の長さを長くすることで対応できる。
Specifically, in the present embodiment, for example, the thickness h of the
一方、この厚さを従来の撮像装置で実現しようとすると、レンズの焦点距離は1mm程度かそれ以下でなくてはならず、10mmのレンズに比べて結像する被写体像は10分の1となり高い解像度を得ることが困難となる。例えば、被写体像が1mm×1mmだとして、百万画素いわゆるメガピクセルの画像を得ようとすると、1画素のサイズは1μm×1μmとなり、微細な画素を有するCCDやCMOSセンサなどの撮像素子の実現が困難であるばかりか、光の波長オーダーの分解能が要求されることとなり、光学系における回折限界からも、高い解像度の画像を得ることが原理的に困難となる。 On the other hand, if this thickness is to be realized with a conventional imaging device, the focal length of the lens must be about 1 mm or less, and the subject image formed is 10 times smaller than a 10 mm lens. It becomes difficult to obtain a high resolution. For example, assuming that the subject image is 1 mm × 1 mm and an image of 1 million pixels, that is, a so-called megapixel is obtained, the size of one pixel is 1 μm × 1 μm, and an image sensor such as a CCD or CMOS sensor having fine pixels is realized. In addition to being difficult, it is required to have a resolution in the order of the wavelength of light, and it is theoretically difficult to obtain a high-resolution image from the diffraction limit in the optical system.
次に、本実施の形態における、導光路1の両面に設けたミラー面7の作用について図2を参照しながら説明する。図2は、導光路1内を入射光が伝播する様子を模式的に表した断面図である。図2(a)〜(c)は、入射光5がミラー面7で反射されずに直接射出ミラー8に入射し反射されて撮像素子3に到達する場合を示している。被写体からの入射角に応じて結像する位置が変わり、この視野の範囲の画像が撮像できることがわかる。図2(d)および(e)は、入射光5が上面のミラー面7で一回反射されて撮像される場合を示しており、このようにミラー面7で反射されることで、入射光5が導光路1内を直接伝播する視野ではなくても、これに隣接した視野の画像も結像することができる。なお、得られる画像としては、図2の(a)〜(c)と(c)〜(e)では、視野の境界となる(c)を境にして反転する性質を有する。図2(f)および(g)は、入射光5がミラー面7で複数回反射される場合を示しており、一回反射の場合と同様に、さらに広い視野角の画像も得ることができる。また、図2(h)に示すように、図2(a)ないし図2(g)の表す視野とは反対側、つまり図2(a)ないし図2(c)の表す視野から図面に向かって左側の視野の画像も同様に得られることがわかる。ここで、視野および視野角とは被写界の一部または全体を指す。
Next, the effect | action of the
図3は、ミラー面7によって反射された被写体像の様子を模式的に示すものである。図3(a)に示す元の被写体像は、ミラー面7での反射の回数、反射するミラー面7の違い等により、それぞれ異なる視野の画像に分割され、撮像面6に結像する画像は、図3(b)に示すようにそれぞれの視野の画像が重畳した画像となる。本実施の形態においては、画像処理回路において、視野角ごとの画像情報の分離を行ない、図3(c)に示すように元の被写体像を得る処理を行うようになっている。図3(a)および(c)においては、1つの画像を単一方向に(縦方向に)区分した短冊状の5つの視野画像で1フレームの画像が構成されている。ここでは、中央の視野画像503が、ミラー面7で反射せずに撮像素子3に到達した入射光5の成分から構成される像である。2番目および4番目の視野画像502および504は、ミラー面7で1回反射して撮像素子3に到達した入射光5の成分から構成される像であり、1番目および5番目の視野画像501および505は、ミラー面7で2回反射して撮像素子3に到達した入射光5の成分から構成される像である。
FIG. 3 schematically shows the state of the subject image reflected by the
本実施の形態のように、被写体4からの光学的情報を重畳させて撮像素子3に結像させることによって、撮像に必要とされる撮像素子3の撮像面6の面積を、従来の撮像装置で同じ視野を撮像する場合に用いられる撮像面よりも小さくできる。よって、撮像素子3自体のさらなる小型化が可能となり、また、撮像装置製造にかかるコスト低減効果も期待される。
As in the present embodiment, by superimposing optical information from the subject 4 and forming an image on the
視野角ごとの画像情報を分離する手法として、撮像素子3に入射する入射光5の入射角によって分別する手法がある。図2に示した、異なる視野角から入射する入射光5の光路からも分るように、異なる被写体視野角から入射した入射光は、撮像素子3上に入射する角度もそれぞれ異なる。よって、撮像素子3の直近に入射角を分別する手段を設け、それぞれの画像を分離する画像処理を行なうことで、元の被写体画像を得ることができる。
As a method of separating image information for each viewing angle, there is a method of separating the image information according to the incident angle of
図4に、光学的手法により撮像素子3に入射する光の入射角を分別する手法の一例を示す。図4(a)は、撮像素子3の撮像面6の近傍の光学系の構成を示したもので、撮像素子3の前面に、焦点が撮像面6上に結ぶように、円筒状曲面を有するシリンドリカルレンズ10を等ピッチでアレイ状に多数配置した構成となっている。同図から分かるように、ある視野からの入射光5aと別の視野からの入射光5bとは入射角が異なり、シリンドリカルレンズ10によって撮像面6上に結像する位置は、それぞれ入射角に応じて異なる。このため、この結像する位置から入射角、視野角を分別することができる。シリンドリカルレンズ10の焦点を丁度撮像面6に合わせているため、一つのシリンドリカルレンズ10のどの位置に入射する光も、入射角が同じであれば同一の位置に焦点を結ぶことになり、正確に視野角情報を分離することができる。
FIG. 4 shows an example of a technique for classifying the incident angle of light incident on the
一方、図4(b)に示す構成は、シリンドリカルレンズ10を、図4(a)に示す場合より撮像面6により近接させた場合であり、この場合は、入射光5a、5bとも視野角にあまり依存せず、およそそのままの画像として撮像面6上に結像する。従って、図4(a)の場合は、画像の高分解能よりも視野角の分離に優れ、図4(b)の場合は、視野角の分離よりも高い画像の分解能に優れた構成であり、例えば、シリンドリカルレンズ10を、図4(a)と図4(b)の中間の位置関係に配置するとか、また、シリンドリカルレンズ10の位置を図4(a)と図4(b)の間で可変とするなどの方法を取って、それぞれの位置から得られた複数の画像情報から、画像演算により視野角情報を分離して、元の画像の復元を行なうことができる。
On the other hand, the configuration shown in FIG. 4B is a case where the
また、図4(c)に示す様に、シリンドリカルレンズ10を、その複数個配列された方向(撮像面6に平行方向)に動かすことにより、視野角に応じた結像位置と、シリンドリカルレンズ10に入射する光線の位置との双方の情報により、撮像面6上に結像する画像は刻々と変化し、この変化する多数の画像情報から、画像演算処理により、視野角の分離と、元の画像の復元を行なうことができる。当然のことながら、前述のようにシリンドリカルレンズ10と撮像素子3との距離を変更する方向への運動と上記のシリンドリカルレンズ10が配列されている方向への運動とを組み合わせて複数の画像情報を獲得し、元の画像の復元を行うこともできる。
Further, as shown in FIG. 4C, the
本実施の形態において、撮像素子3に入射する光の入射角の情報を光学的に分離する手段としてシリンドリカルレンズを用いているが、分離する入射角の方向の光束を集光する機能を有する光学系、たとえばフレネルレンズなどを用いても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, a cylindrical lens is used as a means for optically separating the incident angle information of the light incident on the
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2の薄型撮像装置における、撮像装置3の前面において、入射光5の入射角を選別・分離する光学的構成を示した図である。導光路1に入射した入射光5が撮像素子3前面まで至る構成は、実施の形態1と同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram showing an optical configuration for selecting and separating the incident angle of the
図5(a)において、撮像素子3の撮像面6の前面に、所定の距離を離してスリット部20aおよび遮光部20bを有する光学スリットアレイ20を設けている。これによって、入射角の異なる入射光5aと5bとでは撮像面6上に陰を落とす位置が必然と異なり、視野角の異なる画像の分離を行なうことができる。
In FIG. 5A, an
ここで、遮光部20bにより遮光される部分の光は透過しないことから、さらに高い画像分解能を得ようとする場合、図4におけるシリンドリカルレンズ10と同様に、光学スリットアレイ20をその配列方向(図5(a)の水平方向矢印の方向)に振動させるとか、光学スリットアレイ20と撮像面6との距離(図5(a)の垂直方向矢印の方向)を可変にして、得られた複数の画像情報から、画像演算を行ない、視野角情報を分離することが可能である。
Here, since the light of the portion shielded by the
本実施の形態では、光学スリットアレイを用いているが、光学的にスリットの機能を果たせば、他の手段を用いても良い。図5(b)は、一方向にストライプ状に電極を配置した液晶シャッター21を、撮像面6の前面に配置した構成である。光学スリットアレイ20を移動させるのと同様に、逐次光が透過するラインをスキャンして行くことで、可動部分なしに、視野角の異なる画像の分離を行なうことが可能となる。また、液晶シャッター21のスリット部21a(液晶シャッター21のうちで光の透過率がおよそ1であるように制御されている部分)の幅を可変とし、視野角ごとの画像の分離度を優先する場合には幅を狭く、また、受光される光のエネルギーのロスを最小限に止める必要がある場合には幅を広く設定することも可能となる。
In the present embodiment, an optical slit array is used, but other means may be used as long as the slit function is optically achieved. FIG. 5B shows a configuration in which a
(実施の形態3)
図6は、実施の形態3の薄型撮像装置を表わす断面図である。図6(a)において、導光路1に入射ミラー2により被写体からの光線が反射、導光され、導光路の両主面によって反射されるよう、ミラー面7が設けられている構成は、実施の形態1と同様である。本実施の形態では、実施の形態1で設けていた射出ミラー8を設けずに、導光路1の受光側の端面に導光された入射光を直接撮像素子3で受光しているところが異なる。このように、実施の形態1での射出ミラー8は、光軸を導光路1の主面側に反射し、撮像素子3を平面に配置しやすくしているという効果はあるが、撮像素子3を図6(a)の様に配置可能であれば、射出ミラー8を設けなくても、同様に、極めて薄型の光学系でありかつ、高い解像度の撮像が可能となる。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the thin imaging device of the third embodiment. In FIG. 6A, the configuration in which the
ここで、図6(b)、(c)を参照して、実施の形態3における、入射光5の異なる視野角からの画像情報を分離する手法を説明する。図6(b)では、撮像素子3の同一の画素に異なる視野からの入射光5c、5d、5eが入射している場合を表わしている。このままでは、異なる視野の入射光を分別することはできないが、図6(c)の様に、導光路1と撮像素子3の距離を変えることで、図6(c)では同じ画素に焦点を結んでいた、異なる視野の入射光5c、5d、5eがそれぞれ別々の画素に焦点を結ぶことになる。このように、導光路1と撮像素子3の距離を変えた複数の画像情報から、画像演算により異なる視野角の画像を分離し、元の画像を復元することが可能である。
Here, a method for separating image information from different viewing angles of the
(実施の形態4)
図7は、実施の形態4の薄型撮像装置を表わす断面図である。図7(a)において、導光路1に入射ミラー2により被写体からの光線が反射、導光され、導光路の両主面によって反射されるよう、ミラー面7が設けられている構成は、実施の形態1と同様である。本実施の形態では、実施の形態1で設けていた射出ミラー8を、導光路1の撮像素子3側の端面から離して設置しているところが異なる。射出ミラー8は、導光路1から射出した入射光5を反射し、撮像素子3に結像する役割を果たしている。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a thin imaging device of the fourth embodiment. In FIG. 7A, the configuration in which the
ここで、図7(b)、(c)を参照して、実施の形態4における、入射光5の異なる視野角からの画像情報を分離する手法を説明する。図7(b)では、撮像素子3の同一の画素に異なる視野からの入射光5c、5d、5eが入射している場合を表わしている。このままでは、異なる視野の入射光を分別することはできないが、図7(c)の様に、導光路1に対して射出ミラー8の距離を変えることで、図7(c)では同じ画素に焦点を結んでいた、異なる視野の入射光5c、5d、5eがそれぞれ別々の画素に焦点を結ぶことになる。このように、導光路1に対して射出ミラー8の距離を変えた時の複数の画像情報から、画像演算により異なる視野角の画像を分離し、元の画像を復元することが可能である。
Here, a method of separating image information from different viewing angles of the
実施の形態3で、撮像素子3を可動とした場合と同様の動作原理によるものであるが、引き出し配線や信号処理回路を有し、複雑な構造である撮像素子3のユニットを動かさず、単純な構造で軽量なミラーだけを動かすことで対応できるので、駆動が容易であるという効果がある。
In the third embodiment, the operation principle is the same as when the
(実施の形態5)
図8は、本発明の実施の形態5における薄型撮像装置を表わす断面図であり、まず、図8(a)に基づいてその構成と動作について以下に説明する。
(Embodiment 5)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a thin imaging device according to
光を透過する導光路1の一方の端面に入射ミラー2が設けられ、もう一方の端面に撮像素子3が設けられており、被写体からの光が入射ミラー2により反射され導光路1の内部に導光され、導光された入射光5が集光されて、撮像素子3の撮像面6上に結像し、被写体像の撮像を行なう構成は実施の形態1と同様である。本実施の形態では、導光路1の両主面に設けた、入射光5を反射するミラー面7の具体的構成が実施の形態1と異なる。
An
本実施の形態では、導光路1の外部にさらに導光路1と屈折率の異なる外部媒体31を設けている。導光路1を構成する媒体の屈折率(n1)は、外部媒体31の屈折率(n2)よりも大きくする。一般に、屈折率の大きい媒体から屈折率の小さい媒体へ、その界面に光束が入射した場合、2つの媒体の界面上に臨界角度よりも大きい角度で光束が入射すると全反射されるという光学的特性がある。本実施形態では、この光学的特性を利用し、導光路1と外部媒体31の界面においてミラー面7の機能を実現している。つまり、本実施形態によるミラー面7は、導光路1の内部を浅い角度(大きな入射角)で反射して行く入射光5を全反射し、撮像素子3まで伝播させるという実施の形態1と同様の機能を果たし、薄型撮像装置として同様の効果を発揮する。
In the present embodiment, an
さらに、本実施形態のミラー面7は、臨界角度よりも小さい入射角度で入射した光はミラー面を透過するという性質を有していることから、さらに以下の効果が得られる。まず、図8に示した入射光5の光路は、理想的な条件での光路を表わしているが、実際の撮像環境においては、散乱光や予期しない方向からの入射光があり、導光路1の内部にはいわゆる迷光が生ずる。これらの迷光は、ミラー面7に対して無秩序な角度で入射するものが多く、臨界角よりも小さい入射角の迷光は、それぞれの媒体の屈折率n1、n2で決まる全反射条件を満たさないため、本実施形態のミラー面7で反射されず、撮像素子3まで到達しない。従って、不要な光の伝播を阻止することができる。図8(a)において吸光材32は、これらの、ミラー面7で反射されなかった不要な光を吸収するために設けられたものであり、さらに散乱光などの不要な光の伝播を抑えることが可能となる。
Furthermore, since the
本実施形態のミラー面7のもう一つの新たな効果について、図8(b)、(c)を参照して説明する。図8(b)は、本実施の形態の入射ミラー2の周辺を拡大した断面図で、図8(c)は、射出ミラー8の周辺を拡大した断面図である。図8(b)において、被写体から入射した光は、屈折率の低い外部媒体31から屈折率の高い媒体からなる導光路1に入射するため、界面で屈折されながら透過し、入射ミラー2により反射され、ミラー面7となす角が浅い方向へと変換されるため、ミラー面7で反射されて伝播される。このことにより、導光路1の入射側開口部33に示すように、開口部分にもミラー面7を構成することができ、外部からの光は透過し、入射ミラー2で反射された入射光5は開口部33であってもミラー面7で反射されて導光路1内を導光される。同様に、図8(c)に示すように、撮像素子3側の開口部34にもミラー面7を形成することができ、伝播してきた入射光5は、臨界角よりも大きい角度でミラー面7に入射することから、全反射されて射出ミラー8に向かい、射出ミラー8で反射された光は、臨界角よりも小さい角度でミラー面7に入射するため、界面を透過して撮像素子3まで到達する。
Another new effect of the
なお、外部媒体31を構成する材料としては、例えばフッ素化ポリマーが挙げられる。フッ素化ポリマーは屈折率n=1.34程度であり、また、フッ素化の程度により屈折率を制御可能な材料である。なお、外部媒体31を構成する材料は導光路1の媒体の屈折率n1よりも小さい屈折率を有していればよい。
In addition, as a material which comprises the
導光路1として使用される材料と外部媒体31として使用される材料の組み合わせとしては、外部媒体31の屈折率n2の二乗と導光路1の屈折率n1とが近くなるような組み合わせが入射光5の反射防止効果にとって好ましく、さらには、外部媒体31がその厚さ方向に、入射光5の波長λの1/4、3/4、...、(2n−1)/4程度(nは自然数)の光学的距離を有することが、入射光5の反射防止効果にとって好ましい組み合わせである。可視光の波長の範囲はおよそ400〜700nmであるので、その中心波長550nmを例にとれば、外部媒体31の厚さは、光学的距離でおよそ140nm、または、410nm、...が、反射防止効果にとっては好ましいものとなる。ただし、導光路1内を伝播する入射光5はその界面において反射される場合であっても外部媒体31への光の漏れ出しがあるので、吸光材料32が、波長よりも短い距離に存在すると光の損失が生じるおそれがある。そのため、外部媒体は十分に厚いことが、光の漏れ出しに起因する光の損失の防止の見地からは好ましい。
As a combination of the material used as the
以上、本実施の形態の構成によれば、実施の形態1と同様の効果が得られるばかりでなく、不要な光の伝播を抑え、外乱光や散乱の影響を抑えることができ、さらに、導光路1の入射側および射出側の双方の開口部にもミラー面7を設けられることで、光学的に効率の良い撮像を行なうことができ、品質の良好な撮像を行なうことが可能となる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also the propagation of unnecessary light can be suppressed, the influence of disturbance light and scattering can be suppressed, and By providing the
なお、本実施の形態において、導光路1の外部媒体31は、光学物質を充填する必要はなく、空隙(空気)であってもよい。空隙の屈折率は、およそ真空の屈折率に等しく、よってn2=1であるので、導光路1に光学媒体を用いることで、必ずn1>n2の条件を満足し、ミラー面7を構成することができる。
In the present embodiment, the
(実施の形態6)
図9は、本発明の実施の形態6における薄型撮像装置を表わす断面図である。図9に基づいてその構成と動作について以下に説明する。
(Embodiment 6)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a thin imaging device according to
図9(a)において、それぞれの構成は実施の形態5(図8(a))と同様の構成であり、導光路1を構成する媒体の屈折率(n1)を導光路1の導光部の外部媒体41の屈折率(n2)よりも大きくすることで、光学媒体の屈折率差により全反射条件を満たす入射光5を反射させ、ミラー面7を構成している。ここで、実施の形態5と異なる点は、外部媒体として、その屈折率n2を変化させることができる媒体41を用い、入射光5を反射させたい時には、n2<n1とし、反射させたくない時にはn2≧n1とすることで、反射/非反射を選択制御できるところである。このような材料として液晶材料を用い、図示していないがストライプ状の液晶駆動電極により液晶を駆動してその屈折率を変化させ、部分的に入射光5の反射をオン・オフできるようにしている。こうすることで、これまでの実施の形態とは異なる観点での、入射光の視野角情報の分別が可能となる。その動作について図9(b)〜(e)を参照しながら説明する。なお、図9(b)〜(e)において、参照符号「42」は、入射光の反射を可能とする状態(反射状態)に制御された外部媒体41を示している。
In FIG. 9A, each configuration is the same as that of the fifth embodiment (FIG. 8A), and the refractive index (n1) of the medium constituting the
まず、導光路1内をミラー面7に反射されることなく、直接撮像素子3まで到達する入射光5は、常に導光される。従って、導光路1の両面のミラー面7を非反射状態にすれば、直接導光される視野の画像だけが撮像素子3により撮像される。
First, the
次に、図9(b)のように、導光路1内の一方のミラー面7で一回反射されて導光される入射光の場合、対応する面のミラー面7のみを反射状態(42)とすることで、前述の直接導光される画像と一回反射されて導光された画像とが重なった画像が得られ、他の視野からの入射光は必ずもう一方の非反射となっているミラー面7で反射されないと導光されないことになる。従って、撮像素子3によって得られた画像から、前述の直接到達した場合の画像情報を差し引くことで、一回反射されて導光された視野の画像情報のみを得ることができる。
Next, as shown in FIG. 9B, in the case of incident light that is reflected once and guided by one
さらに、図9(c)のように、導光路1内を二回反射した場合、図9(d)、(e)のように導光路1内を三回反射した場合においても、それぞれの対応する視野ごとに固有の反射パターンを有することから、その視野に応じたミラー面7の反射/非反射の制御を行なうことで、その視野の画像情報のみを抽出することができる。同様に、さらに反射回数の多い視野の画像においても逐次分別して画像情報を得ることが可能である。
Furthermore, when the inside of the
この方法による視野情報の分別によれば、撮像素子3の前面における光学的な視野角分別手段を設けることなく、レンズやスリットを振動させるなどの可動部分なく、容易に視野角ごとに分別した画像情報を得ることができる。
According to the classification of the visual field information by this method, an image that is easily classified for each visual field angle without a movable part such as vibrating a lens or a slit without providing an optical visual field angle classification means on the front surface of the
本実施形態では導光路1の屈折率(n1)と外部媒体41の屈折率(n2)の大小関係を、外部媒体の屈折率(n2)の制御によって変化させている。外部媒体41として、屈折率(n2)を多段階に変更可能な媒体を用いれば、界面における光の全反射のための臨界角を多段的に変更することができ、もって画像情報の分別に利用することも可能である。
In the present embodiment, the magnitude relationship between the refractive index (n1) of the
なお、本実施の形態において、ミラー面7の反射/非反射の制御を、液晶の屈折率変化により制御を行なっているが、光の反射/非反射を部分的に制御できる手法であれば同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the reflection / non-reflection of the
(実施の形態7)
図10は、本発明の実施の形態7における薄型撮像装置を表わす断面図である。図10に基づいてその構成と動作について以下に説明する。図10(a)は、本実施の形態における撮像装置を、被写体からの光が入射する側から見た上面図で、図10(b)は断面図であり、それぞれ、入射ミラー2と撮像素子3の撮像面6との関係を模式的に表わしたものである。
(Embodiment 7)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a thin imaging device according to
基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、入射ミラー2の構成が異なる。実施の形態1では、入射ミラーは円弧状に湾曲した形状(図1参照)となっていたが、本実施の形態では、直線的形状に構成され、入射ミラー2は、それぞれが互いに同じかまたは異なる曲率を有する複数の部分ミラー2a、2b、…で構成されている。各部分ミラー2a、2b、…の面が中心軸近傍より離れるに従って、曲率半径が大きくなるように構成され、それぞれの曲面に入射した入射光が、撮像面6の中心に集光されるように、それぞれのミラー2a、2b、…の曲率および反射方向が設計されている。
The basic configuration is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the
このように、入射ミラー2を各部分2a、2b、…において異なる曲率を有する、複数のミラー部分面で構成することもでき、それぞれの曲面の焦点位置を合わせて設計することで、一つの曲面ミラーではカバーできない、開口長さが長く、高開口率で明るい集光光学系が可能となる。また、図10(a)の例のように、入射ミラー2の開口部を直線状に配することも可能である。
In this way, the
(実施の形態8)
図11は、本発明の実施の形態8における薄型撮像装置を表わす上面図および断面図である。図11に基づいてその構成と動作について以下に説明する。図11(a)は、本実施の形態における撮像装置を、被写体からの光が入射する側から見た上面図で、図11(b)は断面図である。
(Embodiment 8)
FIG. 11 is a top view and a cross-sectional view showing a thin imaging device according to
基本的な構成は、実施の形態1と同様であるが、本実施の形態において、入射ミラー2の被写体側前面に、被写体から入射する光を集光するための集光レンズ51を配置している点が異なる。図11の場合、入射ミラー2には直線状の平面ミラーを用い、集光機能は集光レンズ51に持たせている。また、集光レンズ51には、実施の形態7における入射ミラー2と同様に、レンズ51の局面を多数に分割して、それぞれの部分151a、151b、151c…の焦点の位置が合うように設計している。レンズ51のそれぞれの部分151a、151b、151c…の曲率は、レンズ51の長手方向と幅方向とで異なる曲率としてもよく、また、同じ曲率であってもよい。レンズ51のそれぞれの部分を透過する光がうまく所定の焦点位置に集光されるのであれば、いかなる形態のレンズを使用してもかまわない。このように集光レンズ51を部分的に分割することで、集光レンズ51の厚さを抑えることができ、入射ミラー2に集光機能を持たせなくても撮像装置の薄型化を図ることができる。
The basic configuration is the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, a condensing
このように、入射ミラー2に集光機能を持たせなくても、導光路1の長さ方向に集光光路を取ることができるので、薄型であり、かつ長い焦点距離の集光レンズ51を用いることができ、従来に比べて高い解像度の画像を得ることができるという同様の効果が得られる。
As described above, the condensing optical path can be taken in the length direction of the
なお、本実施の形態において、入射ミラー2を平面ミラーとしたが、集光レンズ51と入射ミラー2の双方を曲面として、相補的に集光光学系を構成しても同様の効果が得られる。たとえば、入射ミラー2を円弧状の形状として、導光路1の主面に平行な方向の集光を行ない、集光レンズ51では、導光路1の主面に垂直な方向の集光を行なうように設計すると、集光レンズ51は開口部33の幅方向にだけ凸曲面を有するシリンドリカルレンズ形状で良くなるため、集光レンズ51の薄型化が容易となる。
In the present embodiment, the
(実施の形態9)
図12は、本発明の実施の形態9における薄型撮像装置を表す上面図および断面図である。図12に基づいてその構成と動作について以下に説明する。図12(a)は、本実施の形態における撮像装置を、被写体からの光が入射する側から見た上面図で、図12(b)は断面図である。
(Embodiment 9)
12A and 12B are a top view and a cross-sectional view showing a thin imaging device according to
基本的な構成は、実施の形態8と同様に、入射ミラー2の前面に集光レンズ51を配した構成となっている。本実施の形態においては、導光路が導光路1aと導光路1bに分割されている。導光路1aの両主面にはミラー面7aが形成されている。導光路1aの一端に入射ミラー2が固定され、入射ミラー2によって導光された入射光5は、ミラー面7aにより反射されて導光される。一方、導光路1bは、その両主面を構成するミラー面7bにより挟み込まれた空洞よりなり、導光路1aを導光されてきた入射光5をミラー面7bで反射しながら撮像素子3まで導光する。
As in the eighth embodiment, the basic configuration is a configuration in which a
このようにミラー面を設けた空洞を導光路とすることで、図12に図示した矢印のように、ミラー面2を集光光軸側に移動させることが可能となる。入射ミラー2を可動とすることで、入射ミラー2と撮像素子3との距離を調整することが可能となり、被写体の距離に応じたフォーカスの調整が可能となり、より高画質な撮像を行なうことができる。図示していないが、当然のことながら入射ミラーを固定とし、撮像素子3、射出ミラー8、などを可動とした構成であってもフォーカスの調整が可能であり、同様に高画質な撮像を行うことができる。
Thus, by using the cavity provided with the mirror surface as the light guide path, it is possible to move the
さらに、本実施の形態においては、入射ミラー2の前面に設けた集光レンズ51を、複数のエリア51a、51b、51cに分割して配置している。これにより、入射ミラー2を移動させることで入射ミラー2に被写体の光を入射させるレンズを切り替えることを可能としている。レンズ51a、51b、51cの焦点距離をそれぞれ異ならせておくことで、焦点距離の異なるレンズを切り替えてズームを行なうことが可能となる。図12の例では、集光レンズ51aは望遠、51bは標準、51cはワイドという3段階の切り替えとしており、それぞれのレンズの焦点距離が異なる設計としている。それぞれのレンズエリア内で入射ミラー2を移動することで、前述のフォーカス調整も可能であり、ズームとフォーカス調整の双方を両立することが可能である。
Furthermore, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態において、集光レンズ51を3段階に分割しているが、さらに多段階に分割することで、連続的に近いズームが可能となる。本実施の形態において、入射ミラー2を動かすことでフォーカスの調整も行なっているが、フォーカスの調整は、入射ミラー2と撮像素子3との距離を調整することにより可能であるので、フォーカス調整のために撮像素子3側を可動としても良い。フォーカス調整を撮像素子3側で行なう場合、入射ミラー2ではズームの調整中心となるため、集光レンズの分割数をより増やして、よりスムーズなズームも可能である。
In the present embodiment, the condensing
また、本実施の形態においては、入射ミラー2の面にも曲率を持たせ、集光レンズ51との組み合わせで集光を行なっている。例えば図12の例では、最も望遠の視野の焦点距離に合わせて、入射ミラー面2を円弧状に配置して集光を行ない、最も望遠の集光レンズ51a部分には単なる平板のガラスを用いてレンズでの集光を行なっていない。これにより、51aの部分には曲率を持たせる必要がないので、薄くすることが可能となる。さらに、他のエリアの集光レンズ51b、51cにおいては、本来ワイドになるほど焦点距離が短く曲率の大きなレンズが必要になるが、入射ミラー2の面に集光機能を持たせていることで、集光レンズの曲率を軽減することができ、集光レンズ系全体を薄くすることが可能で、薄型の撮像装置を実現できる。
In the present embodiment, the surface of the
なお、本実施の形態において、入射ミラー2と連動してミラー面7aが移動する構成としているが、例えば集光レンズ51aから光が入射した場合、他の集光レンズ部51b、51cに開口部があっても、これらの部分でもミラー面7aがあるので、外光は遮断され、導光路1a内の入射光5は反射されるという双方の役割を果たしている。
In the present embodiment, the mirror surface 7a is moved in conjunction with the
(実施の形態10)
図13は、本発明の実施の形態10における薄型撮像装置を表す断面図である。
(Embodiment 10)
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a thin imaging device according to
本実施の形態の基本的な構成は、実施の形態5と同様に導光路1のミラー面7を導光路内の媒体と外部の媒体31の屈折率差で構成しており、外部の媒体31の外部には吸光材32を配置して不要な光を吸収する構成としている。
In the basic configuration of the present embodiment, the
ここで、導光路1は両面の外部媒体31に挟まれた空間に液体を充填した構成となっており、外部媒体31の屈折率よりも、導光路1に充填している液体の屈折率を高くすることでミラー面7を実現する。このようにすることで、入射ミラー2を構成するブロックを、導光路1内で移動することが可能となる。
Here, the
なお、前記の充填する液体には、外部媒体31をフッ素ポリマー程度の低い屈折率を有する光学材料とするならば、例えば通常の有機オイルやシリコーンオイルを用いることができる。例えば、信越シリコーンの光学用シリコーンオイルでは1.47程度の屈折率が得られる。さらに高い屈折率を有する液体としては、例えば、カーギル社の標準屈折液があり、その、シリーズBは1.7程度の屈折率を有する。
For the liquid to be filled, if the
また、本実施の形態において、実施の形態9と同様に複数のエリアよりなる集光レンズ51a、51b、51cを入射ミラー2の前面に配置しており、導光路1内を入射ミラー2が移動することで、実施の形態9と同様にズーム機能とフォーカス機能を実現することができるようになる。
In the present embodiment,
本実施の形態では、屈折率差によりミラー機能を実現しているので、実施の形態9のように導光路を分割する必要はなく、集光レンズを配置した開口部においてもミラー面7を構成することができ、入射ミラー2を所定の集光レンズ部(51a、51b、または、51c)に移動することで、使用する集光レンズを指定することができる。例えば図示したように、集光レンズ51aから入射した入射光を導光路1内に導き、51b、51cなどの集光レンズの開口部33においてもミラー面7で反射し、撮像素子3まで導光し、撮像することができ、不要な入射光は吸光材32に吸収、または、導光路1外へ透過される。
In the present embodiment, since the mirror function is realized by the difference in refractive index, it is not necessary to divide the light guide as in the ninth embodiment, and the
(実施の形態11<カード型カメラ>)
図15は、上記実施の形態に記載の薄型撮像装置を用いたカード型カメラ60の斜視図である。上記実施の形態に記載の薄型撮像装置はいずれも低背である。よって、それらの薄型撮像装置はいずれも、本実施の形態に係るカード型カメラ60の撮像装置61としての利用に適する。本実施の形態においては、例として、図9に示す実施の形態6に係る薄型撮像装置を用いる。
(Embodiment 11 <Card type camera>)
FIG. 15 is a perspective view of a card-type camera 60 using the thin imaging device described in the above embodiment. All of the thin imaging devices described in the above embodiments are low-profile. Therefore, any of these thin imaging devices is suitable for use as the
カード型カメラ60は、厚さH(H:0.5mm≦H≦3.0mm程度)であって、縦横には、一般に流通するクレジットカードに類似の寸法を有する。カメラ60の外法がこのようなサイズに設定されているのは、利用者のカメラ60の保管および携帯の利便性を考慮したことによる。カメラ60の形状および寸法は本図のようなものに限定されない。カメラ60は、薄型撮像装置61を内蔵し、その開口部33は、外部からの光を入射可能に露出されている。カメラ60の表面には、シャッターボタン62、および、外部インタフェース63が配される。操作者は、シャッターボタン62を押圧することで撮像を実施することができ、外部インタフェース63に図示しない情報処理装置を接続することにより、撮像され、本体内の図示しない記憶装置に保存されている画像データを、情報処理装置等に送ることができる。シャッターボタン62は、一般的な圧力センサで構成することができる。外部インタフェース63は、接触型の外部インタフェース63の他、非接触型の外部インタフェースを用いてもよい。
The card-type camera 60 has a thickness H (H: about 0.5 mm ≦ H ≦ 3.0 mm), and has dimensions similar to those of a generally distributed credit card in length and width. The reason why the external method of the camera 60 is set to such a size is that the user's convenience of storing and carrying the camera 60 is taken into consideration. The shape and dimensions of the camera 60 are not limited to those shown in this figure. The camera 60 incorporates a
図16にカメラ60のブロック図を示す。シャッターボタン62(図15)を含む操作部162は、コントローラ164と接続される。コントローラ164は、操作部162の他に、撮像部161、画像処理部165、記憶部166、外部インタフェース(I/F)部163と接続される。コントローラ164は、内部にプロセッサおよびメモリを備え、本カメラの制御に必要なプログラムを実行可能である。薄型撮像装置61を含む撮像部161は、コントローラ164の制御下で画像の撮像が可能である。撮像により得た画像情報は、画像処理部165に送られる。画像処理部165は、コントローラ164の制御下で、受けた画像情報に所定の処理を実行する。処理された画像情報は、画像データとして記憶部166に送られて保存される。保存された画像データは、コントローラ164の制御下で、外部I/F部163より外部に伝送することができる。記憶部166は、不揮発性メモリを有することが好ましい。
FIG. 16 shows a block diagram of the camera 60. The
図17は、本カメラ60を用いた被写体70の撮像例の図である。図示しない操作者は、開口部33を被写体70に向けて、指でシャッターボタン62を押圧する。これにより撮像が実施される。また、カメラ60は、その一部に光を透過する窓(図示せず)を設けることにより、操作者に、ファインダーを供してもよい。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of imaging of the subject 70 using the camera 60. An operator (not shown) points the
シャッターボタン62の押圧により、本カメラ60は、撮像を実施し、被写体70からの光学的画像情報を撮像部161において電気信号に変換し、電気信号化された画像情報を、画像処理部165において処理することで、画像データ化し、画像データを記憶部166に保存する。図18は、記憶部166に保存される画像データの表す画像の例を示す。本図においては、画像を9個の部分(画像セグメント71aないし71i)に分割する線を画像中に入れているが、これら線は画像データに含まれない。これらの線は、後述する画像データ生成に係る処理の理解を助けるための補助線と解されるべきである。
When the
これより、図19および図20を参照し、撮像部161に含まれる薄型撮像装置61(図9参照)による撮像、および、画像処理部165における情報処理について説明する。実施の形態6に係る薄型撮像装置は、先述のとおり、反射および非反射を区分ごとに制御可能な媒体41または42をミラー面7として利用している。そのため、本カメラ60は、1フレーム分の撮像に対し、ミラー面7の反射・非反射の状態パターンを変化させて複数の撮像を実行し、それぞれの反射・非反射状態パターンに対応する複数の画像情報を、撮像素子3で電気信号として取り出し、これら複数の画像情報を、画像処理部165に送り、画像処理部165において所定の処理を行って1フレーム分の画像データを生成する。
With reference to FIGS. 19 and 20, imaging by the thin imaging device 61 (see FIG. 9) included in the
コントローラ164が、操作者による操作部162に含まれるシャッターボタン62の押圧を認識する(図20ステップS101)と、コントローラ164は、撮像部161に対し第1ないし第9撮像の実行を指示する(図20ステップS102)。図19(a)ないし図19(i)は、第1ないし第9撮像で構成される1フレーム分の撮像において、撮像部161の作成する画像情報の表す画像を示す図である。これら画像情報は、厳密には異なる時刻において撮像された画像情報である。しかし、撮像の時間間隔は極めて接近しているため、同時刻において撮像された画像情報と認識可能である。また、これら画像情報の撮像の時間的順番は、特に指定されない。また、本実施の形態では、9回の撮像により1フレーム分の画像データを作成するが、撮像回数は任意に設定可能である。
When the
先ず、薄型撮像装置(図9参照)のミラー面7を構成する媒体を全て非反射の状態41にして、第1撮像を行う。この第1撮像では、導光路を透過し、ミラー面7に入射することなく、直接的に射出ミラー8に入射した光のみが撮像素子3において像を形成する。図19(a)は、第1撮像において得られる画像72aを示す。これは、図18における中央の画像セグメント71aに対応する。
First, the first imaging is performed by setting all the media constituting the
次に、2つのミラー面7の一方のミラー面7を、全面的に反射状態42にし、他方のミラー面7を非反射状態41として、第2撮像を行う(図9(b)参照)。この第2撮像では、ミラー面7で反射せずに射出ミラー8に入射した光と、ミラー面7で1回反射して射出ミラー8に入射した光が撮像素子3において像を形成する。図19(b)は、第2撮像において得られる画像72bを示す。これは、図18における画像セグメント71aと、上下方向に反転した画像セグメント71bが重畳した画像に対応する。
Next, one
次に、2つのミラー面7を、それぞれ部分的に非反射状態41および反射状態42にし、第3撮像を行う(図9(c)参照)。第3撮像におけるミラー面7の反射・非反射パターンは、射出ミラー8に入射する光が、ミラー面7で反射せずに射出ミラー8に入射した光と、ミラー面7で2回反射して射出ミラー8に入射した光とで構成されるパターンである。図19(c)は、第3撮像において得られる画像72cを示す。これは、図18における画像セグメント71aと、画像セグメント71cが重畳した画像に対応する。
Next, the two
次に、2つのミラー面7を、第3撮像とは異なるパターンでそれぞれ部分的に非反射状態41および反射状態42にし、第4撮像を行う(図9(d)参照)。第4撮像におけるミラー面7の反射・非反射パターンは、射出ミラー8に入射する光が、ミラー面7で反射せずに射出ミラー8に入射した光と、ミラー面7で3回反射して射出ミラー8に入射した光とで構成されるパターンである。図19(d)は、第4撮像において得られる画像72dを示す。これは、図18における画像セグメント71aと、上下方向に反転した画像セグメント71dが重畳した画像に対応する。
Next, the two
次に、2つのミラー面7を、第2および第3撮像とは異なるパターンでそれぞれ部分的に非反射状態41および反射状態42にし、第5撮像を行う。第5撮像におけるミラー面7の反射・非反射パターンは、射出ミラー8に入射する光が、ミラー面7で反射せずに射出ミラー8に入射した光と、ミラー面7で4回反射して射出ミラー8に入射した光とで構成されるパターンである。図19(e)は、第5撮像において得られる画像72eを示す。これは、図18における画像セグメント71aと、画像セグメント71eが重畳した画像に対応する。
Next, the two
さらに、第6撮像ないし第9撮像を行う。第6撮像は、第2撮像における薄型撮像装置のミラー面7の反射・非反射パターンの状態を反転したパターンで行う撮像である。図19(f)は、第6撮像において得られる画像72fを示す。これは、図18における画像セグメント71aと、上下方向に反転した画像セグメント71fが重畳した画像に対応する。
Further, sixth to ninth imaging is performed. The sixth imaging is an imaging performed with a pattern obtained by inverting the reflection / non-reflection pattern state of the
第7撮像は、第3撮像における薄型撮像装置のミラー面7の反射・非反射パターンの状態を反転したパターンで行う撮像である。図19(g)は、第7撮像において得られる画像72gを示す。これは、図18における画像セグメント71aと、画像セグメント71gが重畳した画像に対応する。
The seventh imaging is imaging performed with a pattern obtained by inverting the state of the reflection / non-reflection pattern of the
同様に、第8撮像は、第4撮像における薄型撮像装置のミラー面7の反射・非反射パターンの状態を反転したパターン(図9(e)参照)で行う撮像である。図19(h)は、第8撮像において得られる画像72hを示す。これは、図18における画像セグメント71aと、上下方向に反転した画像セグメント71hが重畳した画像に対応する。
Similarly, the eighth imaging is imaging performed with a pattern (see FIG. 9E) obtained by inverting the state of the reflection / non-reflection pattern of the
同様に、第9撮像は、第5撮像における薄型撮像装置のミラー面7の反射・非反射パターンの状態を反転したパターンで行う撮像である。図19(i)は、第9撮像において得られる画像72iを示す。これは、図18における画像セグメント71aと、画像セグメント71iが重畳した画像に対応する。
Similarly, the ninth imaging is an imaging performed with a pattern obtained by inverting the state of the reflection / non-reflection pattern of the
第1ないし第9撮像によって得た画像情報は、次に画像処理部165に送られる。画像処理部165に送られた画像情報は画像処理部165で処理され1フレーム分の画像データに変換される(図20ステップS103)。先ず、第2ないし第9撮像で得た画像情報からはそれぞれ、第1撮像で得られた画像情報が差し引かれ、さらに、第2、第4、第6、および、第8撮像で得た画像情報は、上下を反転される処理が施される。そして、第1画像情報および処理された各画像情報の輝度等を調整の後、画像情報を上下方向に連結して1フレーム分の画像データが作成される。
The image information obtained by the first to ninth imaging is then sent to the
作成された画像データは、記憶部166に保存される(ステップS104)。 The created image data is stored in the storage unit 166 (step S104).
本実施の形態のカード型カメラは、薄型撮像装置の低背性を利用している。薄型である利点を損なわないならば、カード型形状である必要はない。 The card-type camera of this embodiment uses the low profile of the thin imaging device. If the advantage of being thin is not impaired, it is not necessary to have a card shape.
また、本発明に係る薄型撮像装置およびカメラは、静止画像の撮像に限定されず、動的画像の撮像に利用してもよい。 Further, the thin imaging device and the camera according to the present invention are not limited to capturing a still image, and may be used for capturing a dynamic image.
また、カード型カメラは、クレジットカード機能を備えてもよい。さらには、本体内にカード所有者の顔情報を備え、クレジット機能使用時に、カメラ機能によって使用者の顔を撮像し、外部インタフェースより認証結果を出力することで、使用者の認証を行ってもよい。 Further, the card type camera may have a credit card function. Furthermore, the cardholder's face information is provided in the main body, and when the credit function is used, the user's face is imaged by the camera function, and the authentication result is output from the external interface, thereby authenticating the user. Good.
また、本発明に係る薄型撮像装置は、その低背性を利用し、内視鏡プローブの撮像装置として用いてもよい。 Further, the thin imaging device according to the present invention may be used as an imaging device for an endoscope probe by utilizing its low profile.
本発明の薄型撮像装置は、極めて薄い導光路の中に、焦点距離の長い集光光学系を容易に実現することができ、高い解像度での撮像を実現できることから、薄型で高画質が求められるカメラモジュール等の撮像装置として有用である。 The thin imaging device of the present invention can easily realize a condensing optical system having a long focal length in an extremely thin light guide, and can realize imaging with high resolution. It is useful as an imaging device such as a camera module.
1 ・・・ 導光路 2 ・・・ 入射ミラー
3 ・・・ 撮像素子 4 ・・・ 被写体
5 ・・・ 入射光 6 ・・・ 撮像面
7 ・・・ ミラー面 8 ・・・ 射出ミラー
60 ・・・ カード型カメラ 70 ・・・ 被写体
DESCRIPTION OF
Claims (28)
被写体から前記開口部を経て入射した入射光を同時に反射する入射ミラーと、
前記入射ミラーで反射した入射光を案内する導光路と、
前記導光路の光路に沿った内側壁の表面に設けたミラー面と、
少なくとも、前記ミラー面で反射することなく前記導光路内を案内される、前記被写体の一部である第1区分と、前記ミラー面で少なくとも1回反射して前記導光路内を案内される、前記被写体の別の一部である第2区分とを重畳した状態で同時に受光する撮像素子と、
前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、光学的に視野毎の光学的画像情報に分別する手段と、
を有することを特徴とする薄型撮像装置。 An opening,
An incident mirror that simultaneously reflects incident light incident from the subject through the opening;
A light guide for guiding incident light reflected by the incident mirror;
A mirror surface provided on the surface of the inner wall along the optical path of the light guide;
At least a first section that is a part of the subject guided in the light guide without being reflected by the mirror surface, and guided in the light guide by being reflected at least once by the mirror surface. An image sensor that simultaneously receives light in a superimposed state with a second section that is another part of the subject;
Means for optically separating image information included in a state in which a plurality of optical image information of the field of view is superimposed on the incident light into optical image information for each field of view;
A thin imaging device characterized by comprising:
前記入射ミラーは、前記凹形状部分により前記被写体からの光を所定の焦点位置に集光する、ことを特徴とする請求項1に記載の薄型撮像装置。 The incident mirror has a cross-section that is at least partially concave.
The thin imaging apparatus according to claim 1, wherein the incident mirror condenses light from the subject at a predetermined focal position by the concave portion.
前記入射側レンズが前記入射ミラーに入射する光を集光する、ことを特徴とする請求項9に記載の薄型撮像装置。 The incident side lens has a surface with a predetermined curvature,
The thin imaging apparatus according to claim 9, wherein the incident side lens collects light incident on the incident mirror.
前記射出ミラーが、前記射出端より射出される光を反射して前記撮像素子に導光する、ことを特徴とする請求項1に記載の薄型撮像装置。 Furthermore, an exit mirror is disposed near the exit end of the light guide,
The thin imaging apparatus according to claim 1, wherein the emission mirror reflects light emitted from the emission end and guides the light to the imaging element.
前記分別する手段は、前記撮像素子に入射する前記入射光に含まれる画像情報を、前記撮像素子に対する入射角に基づいて分別する、ことを特徴とする請求項1に記載の薄型撮像装置。 The means for sorting is arranged on the front surface of the image sensor,
The thin image pickup apparatus according to claim 1 , wherein the sorting unit sorts image information included in the incident light incident on the image sensor based on an incident angle with respect to the image sensor.
前記撮像素子の移動による被撮像画像の変化に基づいて前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、視野毎の光学的画像情報に分別する、ことを特徴とする請求項1に記載の薄型撮像装置。 The means for sorting is a means for moving the imaging device in a direction perpendicular to the imaging surface and / or in a direction parallel to the imaging surface,
Based on the change of the image to be captured due to the movement of the image sensor, the image information included in the incident light in a state where a plurality of optical image information of the field of view is superimposed on each other is converted into optical image information for each field of view. The thin imaging device according to claim 1 , wherein the thin imaging device is sorted.
前記分別する手段は、前記射出ミラーを、前記導光路との距離の方向に可動とする手段であり、
前記射出ミラーの移動による被撮像画像の変化に基づいて前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、視野毎の光学的画像情報に分別する、ことを特徴とする請求項1に記載の薄型撮像装置。 Furthermore, an exit mirror that reflects light emitted from the light guide and forms an image on the image sensor is disposed near the exit end of the light guide,
The means for sorting is a means for moving the exit mirror in the direction of the distance from the light guide,
Based on the change in the captured image due to the movement of the exit mirror, the image information that is included in the incident light in a state where the optical image information of the plurality of fields of view is superimposed on each other is converted into optical image information for each field of view. The thin imaging device according to claim 1 , wherein the thin imaging device is sorted.
前記ミラー面は、前記導光路と前記外部媒体の界面で構成される、ことを特徴とする請求項1に記載の薄型撮像装置。 Furthermore, an external medium having a refractive index smaller than the refractive index of the light guide path outside the light guide path,
The thin imaging apparatus according to claim 1, wherein the mirror surface is configured by an interface between the light guide path and the external medium.
前記ミラー面は、前記開口部に入射する光が外部から前記開口部に向かって透過可能である、ことを特徴とする請求項1に記載の薄型撮像装置。 The light guide has the mirror surface in the vicinity of the opening,
The thin film imaging device according to claim 1, wherein the mirror surface allows light incident on the opening to be transmitted from the outside toward the opening.
前記ミラー面は、前記導光路から射出される光が外部に向かって透過可能である、ことを特徴とする請求項1に記載の薄型撮像装置。 The light guide has the mirror surface in the vicinity of the exit end of the light guide,
2. The thin imaging apparatus according to claim 1, wherein the mirror surface allows light emitted from the light guide path to be transmitted outward.
前記ミラー面は、前記導光路と前記外部媒体の界面で構成され、
前記導光路の絶対屈折率と前記外部媒体の絶対屈折率の大小関係、および/または、それらの絶対屈折率の差を制御することにより、前記ミラー面の反射/非反射を制御する、ことを特徴とする請求項23に記載の薄型撮像装置。 Further, an external medium is provided outside the light guide path,
The mirror surface is composed of an interface between the light guide and the external medium,
Controlling the reflection / non-reflection of the mirror surface by controlling the magnitude relationship between the absolute refractive index of the light guide and the absolute refractive index of the external medium and / or the difference between the absolute refractive indexes of the light guide path. 24. The thin imaging device according to claim 23 , wherein
前記ミラー面は、前記導光路と前記液晶との界面で構成され、
前記液晶の絶対屈折率を制御することにより、前記ミラー面の反射/非反射を制御する、ことを特徴とする請求項23に記載の薄型撮像装置。 Furthermore, it has a liquid crystal outside the light guide,
The mirror surface is composed of an interface between the light guide path and the liquid crystal,
24. The thin imaging device according to claim 23 , wherein reflection / non-reflection of the mirror surface is controlled by controlling an absolute refractive index of the liquid crystal.
操作者の撮像実行指示を入力することができる操作部と、
前記薄型撮像装置からの画像情報に所定の処理を実行して画像データを生成する画像処理部と、
前記画像データを記憶する記憶部と、
前記薄型撮像装置、前記画像処理部、および、前記記憶部を制御するコントローラを有する、ことを特徴とするカメラ。 A thin imaging device according to claim 1;
An operation unit capable of inputting an imaging execution instruction of the operator;
An image processing unit that executes predetermined processing on image information from the thin imaging device to generate image data;
A storage unit for storing the image data;
A camera comprising: a controller that controls the thin imaging device, the image processing unit, and the storage unit.
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