JP6389547B1 - 撮像装置及び眼底検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体を撮影する時のユーザの視界の制限を解消する。【解決手段】撮像装置は、負の屈折率を有する透過型ミラーを備え、透過型ミラーは、透過型ミラーを対称軸として被写体に対して対称となる第１結像点に被写体の像を形成し、形成された像を撮像するイメージセンサを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

一般に、デジタルカメラは、レンズを介してイメージセンサに光を入射させる必要がある。
例えば、特許文献１の電子カメラは、撮影レンズと、クイックリターンミラーと、ファインダと、ディスプレイと、撮像素子と、を備える。被写体の反射光は、レンズ及びミラーを経由して、イメージセンサに入射する。イメージセンサは、入射した光を電気信号に変換することにより、被写体の画像を電子的に撮像する。

特開２００８−２４５１２９号公報

しかし、特許文献１では、ユーザは、被写体を撮影するために、ファインダ又はディスプレイに映った被写体を見る必要がある。つまり、被写体を撮影する時のユーザの視界は、ファインダ又はディスプレイによって制限される。

本発明の目的は、被写体を撮影する時のユーザの視界の制限を解消することである。

本発明の一態様は、
負の屈折率を有する透過型ミラーを備え、
前記透過型ミラーは、前記透過型ミラーを対称軸として被写体に対して対称となる第１結像点に前記被写体の像を形成し、
前記形成された像を撮像するイメージセンサを備える、
撮像装置である。

本発明によれば、被写体を撮影する時のユーザの視界の制限を解消することができる。

本実施形態の撮像装置の模式図。 図１の撮像装置の構成を示す図。 図２の透過型ミラーの一例である透過型二面コーナーリフレクタアレイミラーの模式図。 図２の撮像装置の動作原理の説明図。 図２の撮像装置の動作原理の説明図。 本実施形態の変形例１の撮像装置の構成を示す図。 図６の撮像装置の動作原理の説明図。 本実施形態の変形例３の撮像装置の模式図。 図８の撮像装置の動作原理の説明図。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（１）撮像装置の概要
本実施形態の撮像装置の概要について説明する。図１は、本実施形態の撮像装置の模式図である。

図１の撮像装置１０は、透過型ミラー１１を備える。

撮像装置１０は、透過型ミラー１１に対してユーザＵ側の空間（以下「第１空間」という）ＳＰ１と、透過型ミラー１１に対してユーザＵと反対側の空間（以下「第２空間」という）ＳＰ２と、を分離する。
第１空間ＳＰ１にはユーザＵが存在する。
第２空間ＳＰ２には、物理オブジェクトＯＢＪ１が存在する。

撮像装置１０は、第２空間ＳＰ２に配置された物理オブジェクトＯＢＪ１の反射光ＲＯＰを第２空間ＳＰ２から第１空間ＳＰ１に透過させることにより、ユーザＵの目ＵＥの網膜に結像する。これにより、物理オブジェクトＯＢＪ１の像が網膜に形成される。
撮像装置１０は、透過型ミラー１１を介して、目ＵＥの反射光ＯＰを撮像装置１０内に結像することにより、目ＵＥの像ＩＭＧ１を形成する。像ＩＭＧ１は、ユーザＵの網膜に形成された像（つまり、物理オブジェクトＯＢＪ１の像）を含む。
撮像装置１０は、ユーザＵが目ＵＥで見た物理オブジェクトＯＢＪ１を含む像ＩＭＧ１を撮像する。つまり、撮像装置１０は、目ＵＥと、ユーザが見た物理オブジェクトＯＢＪ１と、が被写体である画像を撮像することができる。

（２）撮像装置の構成
本実施形態の撮像装置の構成について説明する。図２は、図１の撮像装置の構成を示す図である。

図２に示すように、撮像装置１０は、筐体１０ａと、透過型ミラー１１と、イメージセンサ１２と、を備える。

筐体１０ａは、透過型ミラー１１と、イメージセンサ１２と、を収容する。

透過型ミラー１１は、第１面１１ａと、第２面と１１ｂと、を有する。
第１面１１ａは、イメージセンサ１２側（つまり、第２空間ＳＰ２）を向いている。
第２面１１ｂは、第１面１１ａの反対側（つまり、第１空間ＳＰ１）を向いている。

透過型ミラー１１は、筐体１０ａに回動可能に軸支されている。筐体１０ａに収容された透過型ミラー１１が回動すると、透過型ミラー１１は、筐体１０ａの外部において、イメージセンサ１２の光軸に対して傾斜角θ（０＜θ≦９０°）を形成する（つまり、イメージセンサ１２の光軸に対して傾斜する）。
透過型ミラー１１は、負の屈折率を有する。

透過型ミラー１１は、例えば、以下のものを含む。
・オプティカルメタマテリアルミラー
・透過型二面コーナーリフレクタアレイミラー（Transmission Type Dihedral Corner Reflector Array Mirror）

イメージセンサ１２は、筐体１０ａ内の第１結像点ＩＰ１に形成された画像を撮像するように構成される。イメージセンサ１２は、例えば、以下のものを含む。
・ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ
・ＣＣＤ（Charged Coupled Devices）センサ

撮影ポジションＰ１は、ユーザＵが撮像装置１０を用いて撮影する時の目ＵＥの位置である。撮影ポジションＰ１は、第１空間ＳＰ１に位置する。
仮想線ＶＬ１１は、撮影ポジションＰ１に位置する目ＵＥの反射光の光軸である。
仮想線ＶＬ１２は、透過型ミラー１１と仮想線ＶＬ１１との交点１１ｃを通り、且つ、仮想線ＶＬ１１に直交する線である。

透過型ミラー１１は、仮想線ＶＬ１１に対して傾斜角θを形成する。
第１結像点ＩＰ１は、透過型ミラー１１を対称軸として撮影ポジションＰ１に対して対称となる位置である。第１結像点ＩＰ１と交点１１ｃとの焦点距離ｄは、撮影ポジションＰ１と交点１１ｃとの焦点距離ｄと等しい。
透過型ミラー１１を回動させると、傾斜角θが変化する。傾斜角θが変化すると、第１結像点ＩＰ１の位置が変わる。

（２−１）透過型ミラーの構成
本実施形態の透過型ミラーの構成を説明する。図３は、図２の透過型ミラーの一例である透過型二面コーナーリフレクタアレイミラーの模式図である。

図３Ａは、透過型ミラー１１の一例である透過型二面コーナーリフレクタアレイミラーの外観を示している。
図３Ａに示すように、透過型ミラー１１は、第１面１１ａを含む第１層１１ｅと、第２面１１ｂを含む第２層１１ｆと、を有する。第１層１１ｅ及び第２層１１ｆは、Ｙ方向に積層されている。第１面１１ａは、第１層１１ｅ及び第２層１１ｆの積層方向（Ｙ方向）について、第２面１１ｂと反対方向を向く。

図３Ｂは、図３Ａの領域Ｉの拡大図である。
図３Ｂに示すように、透過型ミラー１１は、複数の第１マイクロミラーシート１１ｈａと、複数の第２マイクロミラーシート１１ｈｂと、を有する。

第１層１１ｅの複数の第１マイクロミラーシート１１ｈａは、ピッチｐでＸ方向に沿って配列されている。各第１マイクロミラーシート１１ｈａの反射面１１ｈａａは、第１マイクロミラーシート１１ｈａの配列方向（Ｘ方向）を向く。
第１層１１ｅに入射した光は、Ｘ方向に反射しながら進む。

第２層１１ｆの複数の第２マイクロミラーシート１１ｈｂは、ピッチｐでＺ方向に沿って配列されている。各第２マイクロミラーシート１１ｈｂの反射面１１ｈｂａは、第２マイクロミラーシート１１ｈｂの配列方向（Ｚ方向）を向く。
第２層１１ｆに入射した光は、Ｚ方向に反射しながら進む。

（３）撮像装置の動作原理
本実施形態の撮像装置の動作原理を説明する。図４及び図５は、図２の撮像装置の動作原理の説明図である。

図４Ａに示すように、ユーザＵの目ＵＥには、第２空間ＳＰ２に存在する物理オブジェクトＯＢＪ１の反射光ＲＯＰが入射する。反射光ＲＯＰは、目ＵＥの網膜で結像する。これにより、目ＵＥには、物理オブジェクトＯＢＪ１の像が映る。

透過型ミラー１１は、目ＵＥの反射光ＯＰ１１を第２面１１ｂで受ける。
透過型ミラー１１は、第２面１１ｂで受けた光ＯＰ１１を、負の屈折率に応じて屈折させて、第１面１１ａから透過させる。

透過型ミラー１１の透過光ＯＰ１２は、筐体１０ａ内の第１結像点ＩＰ１で結像する。
これにより、第１結像点ＩＰ１に、透過光ＯＰ１２に対応する空中画像ＩＭＧ１が表示される。空中画像ＩＭＧ１は、目ＵＥの反射光ＯＰ１１に対応する像（つまり、物理オブジェクトＯＢＪ１の像IＭＧ１ａが映る目ＵＥの像）である。

空中画像ＩＭＧ１に対応する光ＯＰ１３は、イメージセンサ１２に入射する。ユーザがシャッタボタン（不図示）を操作すると、イメージセンサ１２は、光ＯＰ１３を電気信号に変換することにより、光ＯＰ１３に対応する画像（つまり、物理オブジェクトＯＢＪ１の像ＩＭＧ１ａが映る目ＵＥの画像）を撮像する。

換言すると、図５に示すように、撮像装置１０は、第１結像点ＩＰ１に、ユーザＵには見えないバーチャルレンズＶＬＥを形成する。ユーザＵは、バーチャルレンズＶＬＥを介して、自身の目ＵＥで見た物理オブジェクトＯＢＪ１を撮影することができる。

（４）小括
本実施形態について小括する。

本実施形態によれば、撮像装置１０は、ユーザＵの目ＵＥに映った物理オブジェクトＯＢＪ１の画像を撮像することができる。つまり、ユーザＵは、ファインダ又はディスプレイを介さずに、自身の目ＵＥで見た被写体を撮影することができる。これにより、被写体を撮影する時のユーザの視界の制限を解消することができる。

本実施形態によれば、撮像装置１０には、対物レンズがない。従って、撮像装置１０を容易に小型化することができる。

本実施形態によれば、透過型ミラー１１は、入射光を直交方向に反射させて透過させるので、例えば凹面ミラーより高い開口率を有する。これにより、凹面ミラーを用いた場合に比べて、イメージセンサ１２により撮像される画像の輝度を上げることができる。

（５）変形例
本実施形態の変形例について説明する。

（５−１）変形例１
変形例１について説明する。変形例１は、ライトフィールドを記録する例である。

（５―１−１）撮像装置の構成
変形例１の撮像装置の構成について説明する。図６は、本実施形態の変形例１の撮像装置の構成を示す図である。

図６に示すように、変形例１の撮像装置１０は、マイクロレンズアレイ１４を備える点において、本実施形態の撮像装置１０（図２）と異なる。

マイクロレンズアレイ１４は、透過型ミラー１１とイメージセンサ１２との間に配置される。
マイクロレンズアレイ１４と交点１１ｃとの距離は、焦点距離ｄである。

（５−１−２）撮像装置の動作原理
変形例１の撮像装置の動作原理について説明する。図７は、図６の撮像装置の動作原理の説明図である。

図７Ａに示すように、変形例の透過型ミラー１１は、図４Ａと同様に、第２面１１ｂで受けた光ＯＰ１１を、負の屈折率に応じて屈折させて、第１面１１ａから透過させる。

透過型ミラー１１の透過光ＯＰ１２は、マイクロレンズアレイ１４を構成する複数のマイクロレンズ１４ａに入射する。
各マイクロレンズ１４ａは、イメージセンサ１２上の各座標に対応している。各マイクロレンズ１４ａは、透過光ＯＰ１２を屈折させ、且つ、イメージセンサ１２の対応する座標上に屈折光ＯＰ１４を結像する。

イメージセンサ１２は、結像した屈折光ＯＰ１４に対応する画素を合成することにより、目ＵＥの像を撮像する。また、イメージセンサ１２は、各画素のライトフィールドを記録する。

一般に、対物レンズは、入射光を焦点に結像するように構成される。目ＵＥとマイクロレンズアレイ１４との間の光路上に対物レンズがある場合、イメージセンサ１２が撮像する画像は、対物レンズによって光学的に変換された像である。従って、イメージセンサ１２が記録可能なライトフィールドの範囲は、対物レンズにより制限される。

これに対して、変形例１によれば、目ＵＥとマイクロレンズアレイ１４との間の光路上に対物レンズがない。イメージセンサ１２が撮像する画像は、光学的に変換されていない像である。従って、イメージセンサ１２が記録可能なライトフィールドの範囲は、対物レンズがある場合より拡がる。

（５−２）変形例２
変形例２について説明する。変形例２は、撮像装置１０のピントを調整する例である。

イメージセンサ１２は、イメージセンサ１２の光軸（つまり、図２の仮想線ＶＬ１２）に沿って移動可能である。
イメージセンサ１２が移動すると、第１結像点ＩＰ１は、交点１１ｃから離間する、又は、交点１１ｃに近づく。

変形例２によれば、イメージセンサ１２の移動に応じて焦点距離ｄが変化する。これにより、撮像すべき画像のピントを調整することができる。

（５−３）変形例３
変形例３について説明する。変形例３は、空中に結像したイメージセンサ１２の像を用いて画像を撮像する例である。

（５−３−１）撮像装置の概要
変形例３の撮像装置１０の概要について説明する。図８は、本実施形態の変形例３の撮像装置の模式図である。

図８に示すように、撮像装置１０は、外光ＮＬがイメージセンサ１２で反射した光ＯＰ１６を、透過型ミラー１１を介して、第１空間ＳＰ１に透過させる。透過型ミラー１１の透過光ＯＰ１７は、第１空間ＳＰ１で結像する。これにより、第１空間ＳＰ１に、イメージセンサ１２の空中画像ＩＭＧ２が表示される。

ユーザが、空中画像ＩＭＧ２に被写体ＯＢＪ２を位置合わせして、シャッタボタン（不図示）を操作すると、イメージセンサ１２は、被写体ＯＢＪ２の画像を撮像する。

（５−３−２）撮像装置の動作原理
変形例３の撮像装置の動作原理を説明する。図９は、図８の撮像装置の動作原理の説明図である。

図９Ａに示すように、外光ＮＬは、筐体１０ａ内に入射して、イメージセンサ１２で反射する。

透過型ミラー１１は、イメージセンサ１２の反射光ＯＰ１６を第１面１１ａで受ける。
透過型ミラー１１は、第１面１１ａで受けた反射光ＯＰ１６を、負の屈折率に応じて屈折させて、第２面１１ｂから透過させる。

透過型ミラー１１の透過光ＯＰ１７は、第１空間ＳＰ１内の第２結像点ＩＰ２で結像する。
これにより、第２結像点ＩＰ２に、透過光ＯＰ１７に対応する空中画像ＩＭＧ２が表示される。空中画像ＩＭＧ２は、イメージセンサ１２の実像である。

図９Ｂに示すように、空中画像ＩＭＧ２に被写体ＯＢＪ２を位置合わせする（つまり、被写体ＯＢＪ２を第２結像点ＩＰ２に配置する）と、本実施形態（図４及び図５）と同様の原理により、外光ＮＬが被写体ＯＢＪ２で反射した光ＯＰ１１は透過型ミラー１１に入射する。透過型ミラー１１の透過光ＯＰ１２は、イメージセンサ１２に入射する。

ユーザがシャッタボタン（不図示）を操作すると、イメージセンサ１２は、入射した透過光ＯＰ１２を電気信号に変換することにより、被写体ＯＢＪ２の画像を撮像する。

撮像装置１０が指紋認証装置に組み込まれる場合、ユーザは、指で空中画像ＩＭＧ２に触れることにより、指紋の画像を指紋認証装置に与えることができる。この場合、指と撮像装置１０とを接触させることなく、指紋認証を実現することができる。これにより、撮像装置１０及び指の何れにも汚れの付着を避けることができる。
多数のユーザが利用する指紋認証装置に撮像装置１０を組み込むと、指紋認証装置の衛生を保つことができるので、特に好ましい。

撮像装置１０が眼底検査装置に組み込まれる場合、患者は、空中画像ＩＭＧ２に目を位置合わせすることにより、目の画像を眼底検査装置に与えることができる。この場合、目に強い光を照射することなく、眼底検査を実現することができる。これにより、患者の負担を軽減することができる。

反射光ＯＰ１６の光源は、透過光ＯＰ１２（つまり、被写体ＯＢＪ２の反射光を起源とする光）であってもよい。
反射光ＯＰ１６の光源は、筐体１０ａ内に設けられた光源（例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode））の光であってもよい。

変形例３によれば、撮像装置１０と被写体ＯＢＪ２とを接触させることなく、被写体ＯＢＪ２の画像を取得することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例は、組合せ可能である。

１０ ：撮像装置
１０ａ ：筐体
１１ ：透過型ミラー
１１ａ ：第１面
１１ｂ ：第２面
１１ｃ ：交点
１１ｅ ：第１層
１１ｆ ：第２層
１１ｈａ ：第１マイクロミラーシート
１１ｈａａ ：反射面
１１ｈｂ ：第２マイクロミラーシート
１１ｈｂａ ：反射面
１２ ：イメージセンサ
１４ ：マイクロレンズアレイ
１４ａ ：マイクロレンズ

Claims (9)

1. 透過型ミラーを備え、
   前記透過型ミラーは、前記透過型ミラーを対称軸として被写体の目に対して対称となる第１結像点に前記被写体の目の像を形成し、
   前記目の像を撮像するイメージセンサを備える、
   撮像装置。
2. 透過型ミラーを備え、
   前記透過型ミラーは、前記透過型ミラーを対称軸として被写体に対して対称となる第１結像点にバーチャルレンズを形成し、
   前記バーチャルレンズの透過光を電気信号に変換することにより、前記バーチャルレンズを介して被写体の目の像を撮像するイメージセンサを備える、撮像装置。
3. 前記透過型ミラーは、更に、前記被写体の目の網膜に結像された像と、前記目の像と、を前記第１結像点に形成する、
   請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記透過型ミラーは、
   前記透過型ミラーに対して前記目の反対側に位置する物理オブジェクトの反射光を屈折させて透過させ、
   前記目の網膜に前記物理オブジェクトの反射光に対応する透過光を結像し、
   前記網膜に結像された透過光に対応する前記物理オブジェクトの像と、前記目の像と
   、を前記第１結像点に形成する、
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記透過型ミラーは、
   前記イメージセンサ側を向く第１面と、前記第１面の反対側を向く第２面と、を有し、
   前記イメージセンサの光軸に対して傾斜し、
   前記被写体の反射光を前記第２面で受け、
   前記第２面で受けた光を屈折させて前記第１面から透過させ、
   前記第１面からの透過光を前記結像点に結像する、
   請求項１〜４の何れかに記載の撮像装置。
6. 前記透過型ミラーの透過光を前記イメージセンサ上に結像するマイクロレンズアレイを備え、前記イメージセンサは、
   前記マイクロレンズアレイによって結像された透過光に対応する像を撮像し、
   前記撮像された像のライトフィールドを記録する、
   請求項１〜５の何れかに記載の撮像装置。
7. 前記イメージセンサは、前記イメージセンサの光軸に沿って移動可能である、
   請求項１〜６の何れかに記載の撮像装置。
8. 前記透過型ミラーは、前記透過型ミラーを対称軸として前記イメージセンサに対して対称となる第２結像点に、前記イメージセンサの像を形成し、
   前記イメージセンサは、前記イメージセンサの像に位置合わせされた前記被写体の目の像を撮像する、
   請求項１〜７の何れかに記載の撮像装置。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の撮像装置を備える、眼底検査装置。

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