撮像装置及び電子機器
【課題】小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録可能な撮像装置、及びその撮像装置を用いる電子機器を提供すること。
【解決手段】行列状に配列される複数の受光素子１０１を備え、入射光Ｌｉｎを画像信号に変換する撮像素子１１１と、撮像素子１１１の入射側に設けられるローパスフィルタ１１０と、を有し、ローパスフィルタ１１０は、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、屈折面は、入射光を所定方向へ屈折する。
【解決手段】行列状に配列される複数の受光素子１０１を備え、入射光Ｌｉｎを画像信号に変換する撮像素子１１１と、撮像素子１１１の入射側に設けられるローパスフィルタ１１０と、を有し、ローパスフィルタ１１０は、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、屈折面は、入射光を所定方向へ屈折する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び電子機器の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置として、例えば、入射光を受光素子で電気信号に変換し、被写体の像をデジタルデータとして記憶するデジタルビデオカメラが普及している。デジタルビデオカメラ等の撮像装置に用いられる受光素子は、画素に対応して規則的に配列される。撮像装置における画素構造と、被写体の模様とが同程度の周期で重なり合う場合、撮像装置に記録された画像にモアレが発生する場合がある。モアレは、被写体の周期模様と、撮像装置における周期構造とに起因して撮像装置に記録される。モアレは、記録された画像と、その画像を再生する再生機器における周期構造とが重なり合うことで、画像の再生時に発生する場合もある。モアレは、本来の被写体に無い色彩や模様を出現させることにより画質の低下を引き起こす。従来、モアレを低減する技術としては、例えば、特許文献１及び２に提案されているものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３０７９９号公報
【特許文献２】特開平５−２１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２には、ローパスフィルタとして複屈折板又は回折格子を用いる構成が開示されている。ローパスフィルタは、入射光を分割することで画像の周期性を低減するものである。画像の周期性は、入射光の分割数を増加するに従って効果的に低減させることができる。これに対して、ローパスフィルタとして複屈折板を用いる場合、入射光の分割数を増加するに従って厚い複屈折板を設ける必要がある。厚い複屈折板が必要であると、撮像装置が大型で高コストな構成となってしまう。また、複屈折板と併せて偏光板が必要となる場合もある。従って、複屈折板を用いる撮像装置は、小型で低廉な構成においてモアレを有効に低減することが難しい。また、ローパスフィルタとして回折格子を用いる場合、高次回折光の発生により画像のコントラストを低下させる場合がある。
【０００５】
このように、従来の技術では、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録することが困難であるため問題である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録可能な撮像装置、及びその撮像装置を用いる電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、行列状に配列される複数の受光素子を備え、入射光を画像信号に変換する撮像素子と、撮像素子の入射側に設けられるローパスフィルタと、を有し、ローパスフィルタは、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、屈折面は、入射光を所定方向へ屈折することを特徴とする撮像装置を提供することができる。
【０００７】
被写体からの光は、プリズム群に入射した後、光路を所定方向へ折り曲げられる。例えばプリズム素子に複数の屈折面を設けると、被写体の像は、複数に分割して撮像素子に投影される。例えば被写体に周期的な模様がある場合に、被写体の像を複数に分割することで模様の周期性が弱められる。被写体の像の周期性が弱められることによって、受光素子が規則的に設けられていることによって生じる光の干渉効果が低減される。さらに、被写体の像の周期性が弱められることにより、画像の再生機器の周期構造によるモアレの発生も低減できる。プリズム群は、プリズム素子の屈折面の向き及び数に応じて入射光を分割する。異なる向きの屈折面の数を増やすことで、薄型のプリズム群であっても入射光の分割数を増加できる。例えば成型技術によりプリズム群を製造する場合、プリズム素子の屈折面の数を増やすことは容易である。このため、小型でかつ低廉な構成においてモアレを有効に低減することができる。さらに、ローパスフィルタとして回折格子を用いる場合のように、不要な高次回折光によって画像のコントラストが低下することも無い。これにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録可能な撮像装置を得られる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、屈折面は、入射光がプリズム群を直進した場合の入射位置の受光素子に隣接する受光素子へ、入射光を導くような屈折面の向き、及び屈折面と光軸に対し略垂直方向に形成される基準面とのなす角度、を有することが望ましい。屈折面の向きによって、入射光の光路が折り曲げられる方向を制御できる。基準面に対する屈折面の角度によって、入射光を屈折させる度合い（屈折角）を制御できる。屈折面は、所定の向き及び所定の角度で設けることにより、プリズム群で屈折せず進行する入射光が入射する受光素子に隣接する受光素子へ入射光を導く。この結果、被写体の像の周期性を弱めることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム群は、第１の方向における断面形状が略台形形状であり、第１の方向に略直交する第２の方向に長手方向を有する２組のプリズム素子からなり、２組のプリズム素子は、それぞれ長手方向どうしが略直交するように設けられ、台形形状の斜面は屈折面に対応することが望ましい。プリズム素子の第１の方向における断面形状は略台形形状である。台形形状の斜面は、屈折面として作用する。このため、斜面で屈折した光による像を、プリズム素子の長手方向に対して直交する方向へ形成することができる。本態様では、さらに２組のプリズム素子の長手方向どうしが略直交するように構成されている。これにより、被写体の像の周期性を弱めることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、少なくとも４つの屈折面を有し、前記４つの屈折面は、それぞれ異なる向きを有することが望ましい。例えば４つの屈折面を有するプリズム素子は、入射光を４方向へ分岐できる。入射光を少なくとも４方向へ分岐することで、有効にモアレを低減することができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、プリズム群は、第１の形状を有する第１のプリズム素子と、第１の形状とは異なる第２の形状を有する第２のプリズム素子と、を少なくとも有することが望ましい。例えば、プリズム群は、入射光を上下左右の４方向に屈折させる第１のプリズム素子と、入射光を右上、右下、左上、左下の４方向に屈折させる第２のプリズム素子とを有する構成とすることができる。第１のプリズム素子と第２のプリズム素子とは、入射光を屈折させる方向を異ならせるほか、屈折面の大きさを異ならせることとしても良い。このように、異なる形状のプリズム素子を設けることで、プリズム群にプリズム素子を設けることによる周期性を弱めることとし、透過光が干渉し合うことを防止できる。これにより、画像のコントラストの低下を低減できる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、入射光を撮像素子へ導く撮像レンズを有し、プリズム群は、撮像レンズと撮像素子との間の光路中に設けられることが望ましい。撮像レンズと撮像素子との間の光路中にプリズム素子を設けることにより、被写体の像を複数に分割することができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、入射光を撮像素子へ導く撮像レンズを有し、プリズム群は、撮像レンズの瞳位置、瞳位置に共役な位置、瞳位置の近傍、又は瞳位置に共役な位置の近傍に設けられることが望ましい。撮像レンズの瞳位置は、光線密度が最も大きくなる。換言すると、瞳位置では、光束径が最も小さくなる。従って、プリズム群を瞳位置近傍に配置すると、プリズム群の寸法を小さくできる。このため、プリズム群を備える撮像レンズ自体も小型にできる。また、プリズム群は、高い加工精度で、容易に製造、加工できる。これにより、小型で低廉な撮像装置を得られる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する、略円形形状の領域内において、略円形形状の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数が５０以下であることが望ましい。単位面積の円形形状の直径に沿う直線に対して略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数を５０以下とすることにより、プリズム群の周期構造に起因する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。さらに、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する、略円形形状の領域内において、略円形形状の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数が３０以下であることが望ましい。これにより、さらに、プリズム群の周期構造に起因する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。さらに好ましくは、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する、略円形形状の領域内において、略円形形状の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数が１５以下であることが望ましい。これにより、さらに高品質な画像を記録可能な撮像装置を得られる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、撮像素子とプリズム群とを固定することにより、撮像素子の位置に対してプリズム群を所定の位置に保持する保持部を有することが望ましい。屈折面で屈折させた入射光を、プリズム群で直進した場合に入射する受光素子に隣接する受光素子へ正確に入射させるためには、撮像素子とプリズム群とを位置決めする必要がある。保持部を設けることにより、屈折面で屈折させた入射光を、正確に隣の受光素子を入射させることができる。これにより、モアレを有効に低減できる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、撮像装置を有することを特徴とする電子機器を提供することができる。上記の撮像装置を有することから、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、プリズム群の周期性に起因する回折現象の発生を低減することができる。これにより、コントラストの低下を回避し、高品質な画像を記録可能な電子機器を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る撮像装置１００の概略構成を示す。撮像装置１００は、入射光Ｌｉｎを受光素子１０１で電気信号に変換し、被写体の像をデジタルデータとして記憶する。撮像装置１００は、複数の受光素子１０１を備え、入射光Ｌｉｎを画像信号に変換する撮像素子１１１を有する。撮像素子１１１は、光軸ＡＸに略垂直な平面上に受光素子１０１を配置する。各受光素子１０１は、光軸ＡＸに略垂直な平面上において、略直交する２方向に行列状に配置されている。受光素子１０１としては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いることができる。
【００１９】
遮光部１０３は、受光素子１０１どうしの間の領域に対応して、撮像素子１１１の入射側に設けられている。遮光部１０３は、入射光Ｌｉｎのうち受光素子１０１どうしの間の位置へ進行する光を遮断することで、受光素子１０１のノイズの原因となる迷光の発生を防ぐ。遮光部１０３が設けられる層の入射側には、カラーフィルタ層１０５が設けられている。カラーフィルタ層１０５は、受光素子１０１に対応してカラーフィルタ１０４を設けている。カラーフィルタ１０４には、Ｒ光を透過させるＲ光透過カラーフィルタと、Ｇ光を透過させるＧ光透過カラーフィルタと、Ｂ光を透過させるＢ光透過カラーフィルタとがある。入射光Ｌｉｎは、各カラーフィルタ１０４を透過することによって、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分けられる。
【００２０】
カラーフィルタ層１０５の入射側には、マイクロレンズアレイ１０６が設けられている。マイクロレンズアレイ１０６は、入射光Ｌｉｎを各受光素子１０１へ集光させる。マイクロレンズアレイ１０６の入射側には、赤外線カットフィルタ１０７、プリズム群１１０、撮像レンズ１２０が順次設けられている。赤外線カットフィルタ１０７は、入射光Ｌｉｎのうちの赤外光を遮断する。
【００２１】
図２は、プリズム群１１０の斜視構成を示す。プリズム群１１０は、硝子又は透明樹脂からなる透明プレートの射出側表面に形成されている。プリズム群１１０は、撮像素子１１１の入射側に設けられるローパスフィルタである。プリズム群１１０は、屈折面と平坦面を備える複数のプリズム素子２０１から構成されている。
【００２２】
図１に戻って、撮像装置１００は、撮像レンズ１２０と撮像素子１１１との間光路中にプリズム群１１０を設けている。撮像レンズ１２０は、入射光Ｌｉｎを撮像素子１１１へ導く。撮像素子１１１及びプリズム群１１０は、保持部１１２によって固定されている。保持部１１２は、撮像素子１１１の位置に対してプリズム群１１０を所定の位置に保持している。撮像素子１１１は、保持部１１２の固定面１１４に固定されている。プリズム群１１０は、保持部１１２の固定面１１３に固定されている。プリズム群１１０と撮像素子１１１との位置関係については後述する。
【００２３】
被写体からの入射光Ｌｉｎは、撮像レンズ１２０によって撮像素子１１１の方向へ導かれる。撮像レンズ１２０を透過した入射光Ｌｉｎは、プリズム群１１０、赤外線カットフィルタ１０７を透過して、マイクロレンズアレイ１０６に入射する。マイクロレンズアレイ１０６に入射した入射光Ｌｉｎは、マイクロレンズ素子によって各受光素子１０１へ集光する向きに屈折する。マイクロレンズアレイ１０６を透過した入射光Ｌｉｎは、カラーフィルタ層１０５でＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分けられる。カラーフィルタ層１０５は、画像信号に色情報を与える役割を有する。
【００２４】
各色光に分けられた入射光Ｌｉｎは、各受光素子１０１に入射する。入射光Ｌｉｎは、被写体上の位置に対応する位置の受光素子１０１に入射する。各受光素子１０１は、光電変換によって入射光Ｌｉｎを画像信号に変換する。撮像素子１１１の各受光素子で得られた画像信号は、不図示のメモリや記録媒体に記録される。撮像装置１００は、このようにして被写体の像をデジタルデータとして記憶する。
【００２５】
図３は、被写体ＯＢＪから結像面ＳＩまでにおける入射光Ｌｉｎの振舞いを説明するものである。ここでは説明に必要な構成のみを図示するものとする。結像面ＳＩは、例えば撮像素子１１１の表面である。例えば、被写体ＯＢＪの物点Ｑの像を結像面ＳＩで結像させる場合を考える。被写体ＯＢＪと結像面ＳＩとは、互いの共役関係にある。被写体ＯＢＪの物点Ｑからの入射光Ｌｉｎは、物点Ｑから角度θ１で拡散し、撮像レンズ１２０に入射する。撮像レンズ１２０は、拡散する入射光Ｌｉｎを受光素子１０１、図３では結像面ＳＩ上の一点Ｐ０に集光するように、入射光Ｌｉｎの角度を変換する。
【００２６】
図３に示すプリズム群１１０は、光軸を含む平面でプリズム群１１０を切断したときの断面構成である。かかる断面構成において、プリズム素子２０１は、２つの屈折面ＳＡ、ＳＢと、屈折面ＳＡ及びＳＢの間の平坦部ＳＣとで表すことができる。入射光Ｌｉｎのうち平坦部ＳＣに入射した光は、屈折せずそのままの進行方向へ進行する。平坦部ＳＣを通過した光は、結像面ＳＩの像点Ｐ０を焦点として集光する。
【００２７】
ＦナンバーがＦである撮像レンズ１２０を用いる場合に、撮像レンズ１２０で取り込み可能な光Ｌｉｎの角度θ１は、以下の条件式で表せる。
θ１＝ａｓｉｎ｛１／（２Ｆ）｝
物点Ｑから角度θ１で広がる光は、複数のプリズム素子２０１からなるプリズム群１１０上の領域Ｍを通過し、角度θ１で像点Ｐ０に入射する。
【００２８】
ここで、図３に示す物点Ｑから結像面ＳＩに向かう光線Ｌｉｎは、光路中に設けられたプリズム群１１０を透過する。物点Ｑからの光線が透過するプリズム群１１０上の領域Ｍの面積を、単位面積とする。領域Ｍは、略円形形状の領域である。物点Ｑから撮像素子１１１へ向かう光Ｌｉｎは、領域Ｍにおける屈折面の向きにより定められた屈折方向へ進行する。また、光Ｌｉｎは、プリズム群１１０を透過した後、単位面積のうち同じ向きの屈折面が占める割合に応じた強度の光量で、それぞれの屈折方向にある受光素子に入射する。
【００２９】
屈折面ＳＡ、ＳＢは、入射光を所定方向へ屈折する。入射光Ｌｉｎのうち屈折面ＳＡに入射した光は、屈折面ＳＡで屈折作用を受ける。屈折面ＳＡを通過した光は、光路が折り曲げられて、結像面ＳＩの像点Ｐ１を焦点として集光する。入射光Ｌｉｎのうち屈折面ＳＢに入射した光は、屈折面ＳＢで屈折作用を受ける。屈折面ＳＢを通過した光は、光路が折り曲げられて、結像面ＳＩの像点Ｐ２を焦点として集光する。
【００３０】
図４、図５は、プリズム群１１０の構成を示す平面図である。各プリズム素子２０１は、図５に示すように、略正方形形状をしている。各受光素子１０１が光軸ＡＸに略垂直な平面において、互いに略直交する２方向に行列状に配列されているのに対し、各プリズム素子２０１は、各プリズム素子２０１の辺部２１１ａが、受光素子１０１を配列する２方向に対して略４５°をなすように構成されている。図３に示すプリズム群１１０は、各プリズム素子２０１の略中心を通過し、かつ辺部２１１ａに沿う面で切断したときの断面を示している。
【００３１】
図６は、プリズム群１１０近傍を拡大して示す図である。プリズム群１１０と撮像素子１１１との間の媒質（例えば空気）は屈折率ｎ１、プリズム群１１０を構成する部材は屈折率ｎ２を有する場合を考える。また、屈折面２１２は、平坦部２１３を延長した基準面２１３ａに対して角度θとなるように形成されている。以下、角度θを、屈折面２１２の傾斜角度という。
【００３２】
簡単のため、被写体ＯＢＪからの光Ｌｉｎのうちの平行光について説明する。平坦部２１３に入射する光線は、平坦部２１３に対して垂直に入射する。このため、平坦部２１３で屈折作用を受けることなく、そのまま直進して受光素子１０１に入射する。これに対して、屈折面２１２に入射した光は、以下に示す条件式を満足するように屈折する。
ｎ１・ｓｉｎβ＝ｎ２・ｓｉｎα
ここで、角度αは屈折面２１２の法線Ｎを基準とする入射角度、角度βは射出角度であ
る。
【００３３】
また、プリズム群１１０と距離Ｌだけ離れた撮像素子１１１において、直進した光の位置と屈折された光の位置と距離Ｓは、次式で表される。
Ｓ＝Ｌ×ｔａｎΔβ
Δβ＝β−α
このように、屈折面２１２の傾斜角度θを制御することで、距離Ｓを任意に設定することができる。距離Ｓは、撮像素子１１１における被写体ＯＢＪの像の移動量である。さらに、図６から明らかなように、光線ＬＬ２が屈折する方向は屈折面２１２の向きに依存している。換言すると、屈折面２１２の向きを制御することで、撮像素子１１１において像を形成する方向を任意に設定できる。
【００３４】
図５に戻って、正方形のプリズム素子２０１の一辺は長さＬａ、平坦部２１３の一辺は長さＬｂを有するものとする。プリズム群１１０のうち一のプリズム素子２０１が占める面積Ｌａ×Ｌａを単位面積とする。平坦部２１３は面積ＦＳ＝Ｌｂ×Ｌｂを有する。また、４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは各々面積Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を有する。
【００３５】
ここで、平坦部２１３を透過して直進した光の光量は、単位面積に占める平坦部２１３の面積ＦＳに対応する。同様に、４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄで屈折される光の総光量は、単位面積に占める屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄの総面積Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４に対応する。ここで、４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄの面積Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はそれぞれ略等しい大きさとすると、総面積Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＝４×Ｐ１となる。換言すると、平坦部２１３又は屈折面２１２の面積を制御することで、撮像素子１１１においてプリズム素子２０１を直進又は屈折した光の光量を任意に設定できる。
【００３６】
撮像素子１１１での光量を考慮すると、平坦部２１３を透過して直進した光の光量と、屈折面２１２で屈折された光の光量とが等しいことが望ましい。例えば、長さＬａ＝１．０、長さＬｂ＝０．７０７とすると、プリズム素子２０１の単位面積は１．０（＝１．０×１．０）、平坦部２１３の面積ＦＳは０．５（＝０．７０７×０．７０７）となる。また、それぞれ等しい面積を有する４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄを合計した総面積（４×Ｐ１）は０．５（＝１．０−０．５）である。このようして、平坦部２１３を透過して直進した光の光量と、４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄで屈折した光の総光量とを等しくすることができる。
【００３７】
図７は、結像面ＳＩ上の点Ｐ０に集光する光を示す。複数のプリズム素子２０１からなるプリズム群１１０上の領域Ｍは、半径がＬ×ｔａｎθ１の円である。領域Ｍを通過した光のうち平坦部２１３を透過した光は、角度θ１で点Ｐ０に入射する。点Ｐ０に入射する光の光量は、領域Ｍに占める平坦部２１３の面積によって設定できる。また、領域Ｍに設けられたプリズム素子２０１の屈折面２１２の向きによって、像をシフトさせる方向が決まる。領域Ｍのうち、同じ向きの面を透過した光は、結像面ＳＩにおいて同じ点に入射する。従って、領域Ｍを透過した光は、領域Ｍのうち同じ向きの面が占める割合に応じた強度の光量で、それぞれの屈折方向にある受光素子に入射する。
【００３８】
図８は、プリズム群１１０上の点Ｎを通過する光を示す。点Ｎを通過する光は、被写体ＯＢＪから角度θ１で入射する。被写体ＯＢＪ上の面ＳＯにおける点Ｑ１からの光は、結像面ＳＩ上の点ＰＱ１に入射する。被写体ＯＢＪ上の面ＳＯにおける点Ｑ２からの光は、結像面ＳＩ上の点ＰＱ２に入射する。被写体ＯＢＪ上の面ＳＯにおける点Ｑ０からの光は、結像面ＳＩ上の点ＰＱ０に入射する。
【００３９】
図９は、撮像素子１１１における受光素子１０１の配置を示す。図９に示すＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれの受光素子１０１に対応してＲ光透過カラーフィルタ、Ｇ光透過カラーフィルタ、Ｂ光透過カラーフィルタが設けられていることを示す。図１０は、撮像素子１１１に形成される像を説明するものである。例えば、プリズム素子２０１の平坦部２１３に略垂直入射した光が直進することにより、受光素子１０１Ｒの位置に像ＰＩ１を形成したとする。
【００４０】
プリズム素子２０１の屈折面２１２ａ（図５参照）に入射した光は、屈折面２１２ａの向き、傾斜角度θ、面積Ｐ１にそれぞれ対応した屈折方向、屈折量、屈折光量でもって屈折作用を受ける。屈折面２１２ａで屈折された光は、受光素子１０１Ｒに対して右斜め上にある受光素子１０１Ｂａの位置に進行する。屈折面２１２ａによって、像ＰＩ１から右斜め上方向に距離Ｓだけ離れた位置に像ＰＩ２を形成する。なお、以下全ての説明において簡単のために、撮像レンズ１２０の結像作用による像の上下左右の反転は無いものとする。
【００４１】
屈折面２１２ｂで屈折された光は、受光素子１０１Ｒに対して左斜め上にある受光素子１０１Ｂｂの位置に進行する。屈折面２１２ｂによって、像ＰＩ１から左斜め上方向に距離Ｓだけ離れた位置に像ＰＩ３を形成する。屈折面２１２ｃで屈折された光は、受光素子１０１Ｒに対して左斜め下にある受光素子１０１Ｂｃの位置に進行する。屈折面２１２ｃによって、像ＰＩ１から左斜め下方向に距離Ｓだけ離れた位置に像ＰＩ４を形成する。
【００４２】
屈折面２１２ｄで屈折された光は、受光素子１０１Ｒに対して右斜め下にある受光素子１０１Ｂｄの位置に進行する。屈折面２１２ｄによって、像ＰＩ１から右斜め下方向に距離Ｓだけ離れた位置に像ＰＩ４を形成する。プリズム素子２０１の４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは、それぞれ異なる方向へ光を屈折するために異なる向きで設けられている。
【００４３】
このように、屈折面２１２は、入射光がプリズム群１１０を直進した場合の入射位置の受光素子１０１Ｒに隣接する受光素子１０１Ｂａ、１０１Ｂｂ、１０１Ｂｃ、１０１Ｂｄへ、入射光を導く。プリズム素子２０１の屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは、受光素子１０１Ｂａ、１０１Ｂｂ、１０１Ｂｃ、１０１Ｂｄへ入射光を導くような向き及び角度を有する。
【００４４】
例えば被写体ＯＢＪに周期的な模様がある場合に、被写体ＯＢＪの像を複数に分割することで模様の周期性が弱められる。被写体ＯＢＪの像の周期性が弱められることによって、受光素子１０１が規則的に設けられていることによって生じる光の干渉効果が低減される。さらに、被写体ＯＢＪの像の周期性が弱められることにより、画像の再生機器の周期構造によるモアレの発生も低減できる。
【００４５】
プリズム群１１０は、プリズム素子２０１の屈折面２１２の向き及び数に応じて入射光を分割する。異なる向きの屈折面２１２の数を増やすことで、薄型のプリズム群１１０であっても入射光の分割数を増加できる。例えば成型技術によりプリズム群１１０を製造する場合、プリズム素子２０１の屈折面２１２の数を増やすことは容易である。また、例えば射出成型による複製技術を用いれば、プリズム素子２０１を安価に製造することが可能である。このため、小型でかつ低廉な構成においてモアレを有効に低減することができる。さらに、ローパスフィルタとして回折格子を用いる場合のように、不要な高次回折光によって画像のコントラストが低下することも無い。これにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録できるという効果を得られる。
【００４６】
ここで、図２３−１、図２３−２を参照して、回折光の影響を低減可能なプリズム群の構成について説明する。例えば、図２３−１に示す上面構成を有するプリズムに群２３１０のように、撮像レンズ１２０のＦナンバーにより定められる領域Ｍ内に、第１の形状を有する第１のプリズム素子２３１１と、第１の形状とは異なる第２の形状を有する第２のプリズム素子２３１２とを設ける構成を考える。第１のプリズム素子２３１１が有する第１の形状は、４つの屈折面によって、図２３−１に示す上、下、左、右の４方向へ入射光を屈折可能な形状である。第２のプリズム素子２３１２が有する第２の形状は、いずれも第１のプリズム素子２３１１とは異なる向きの４つの屈折面によって、図２３−１に示す右上、右下、左上、左下の４方向へ入射光を屈折可能な形状である。第１のプリズム素子２３１１及び第２のプリズム素子２３１２は、領域Ｍ内に所定の割合で配置されている。このように異なる形状の複数のプリズム素子２３１１、２３１２をプリズム群２３１０に設けることによって、入射光を所定の比率かつ所定の方向で屈折させることができる。
【００４７】
このように、異なる形状のプリズム素子を設けることでプリズム群の周期性を弱めることとし、透過光が干渉し合うことを防止できる。これにより、画像のコントラストの低下を低減できる。なお、第１のプリズム素子と第２のプリズム素子とは、入射光を屈折させる方向を異ならせるほか、屈折面の大きさを異ならせることとしても良い。また、プリズム素子の形状は２種類とする場合に限らず、２以上の種類としても良い。
【００４８】
直線ＭＳに対して略垂直な、プリズム素子の境界のエッジの数が多いと、透過光の回折を引き起こす場合がある。プリズム群２３１０は、いずれの位置に領域Ｍを取っても、領域Ｍの直径上の直線ＭＳに２つのプリズム素子が接するように構成されている。この場合、直線ＭＳ上のプリズム素子２３１１の境界のエッジ２３１３の数は４である。図２３−２の断面構成Ａ、上面構成Ｂを有するプリズム群２３２０は、領域Ｍ内の直線ＭＳ上に４つのプリズム素子２３２１を有する。言い換えると、プリズム素子２３２１は、領域Ｍ内の直線ＭＳにおいて周波数が４になるように設けられている。また、直線ＭＳ上のプリズム素子２３２１の境界のエッジ２３２３の数は、１１である。
【００４９】
このように、プリズム群は、撮像レンズ１２０のＦナンバーにより決定される単位面積の領域内において、任意の直径に沿った直線上に、プリズム素子が少なくとも１個（周期）以上配置されることが望ましい。これにより、受光素子に入射する光線の均一化が図れ、モアレを有効に低減することができる。また、単位面積を有する領域Ｍ内の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジ数は、５０以下であることが望ましい。領域Ｍ内の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジ数を５０以下とすることにより、プリズム群が有する周期構造に起因する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。
【００５０】
さらに、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する領域Ｍ内の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数を３０以下とすることが望ましい。これにより、さらにプリズム群が有する周期構造に起因する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。さらに好ましくは、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する領域Ｍ内の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジ数を１５以下とすることが望ましい。これにより、さらに高品質な画像を記録可能な撮像装置１００を得られる。
【００５１】
屈折面２１２で屈折した光を隣接する受光素子１０１へ正確に入射させるためには、プリズム素子２０１の屈折面２１２の向きや角度を制御するほか、撮像素子１１１とプリズム群１１０との位置合わせをする必要がある。保持部１１２は、撮像素子１１１とプリズム群１１０とをいずれも光軸ＡＸに対して略垂直になるように保持する。また、保持部１１２は、撮像素子１１１とプリズム群１１０との間の距離Ｌを固定する。このようにして保持部１１２を設けることにより、屈折面２１２で屈折させた入射光Ｌｉｎを、正確に隣の受光素子１０１を入射させることができる。これにより、モアレを有効に低減できるという効果を奏する。なお、プリズム群１１０と撮像素子１１１とは、保持部１１２により位置決めする構成に限らず、例えばモ−ルド樹脂を用いてプリズム群１１０と撮像素子１１１とをモールドすることで位置決めしても良い。
【００５２】
モアレは、撮像装置１００における構造と、被写体ＯＢＪの模様とが同程度の周期で重なり合う場合に発生し易い。モアレは、特に画素数が少ない撮像装置１００において幅広く発生することが考えられる。ローパスフィルタであるプリズム群１１０は、特に画素数が少ない撮像装置１００に用いると、モアレの低減に対して効果的である。
【００５３】
ローパスフィルタであるプリズム群１１０は、図１１に示すように、撮像レンズ１１２０の瞳位置に設けても良い。瞳位置は、撮像レンズ１１２０の絞りの共役位置である。撮像レンズ１１２０の瞳位置は、光線密度が最も大きくなる。換言すると、瞳位置では、光束径が最も小さくなる。従って、プリズム群１１０を瞳位置に配置すると、プリズム群１１０の寸法を小さくできる。プリズム群１１０の寸法を小さくできると、各プリズム素子に対して多くの光を通過させることで光を有効に均一化でき、さらにモアレを有効に解消できる。
【００５４】
また、プリズム群１１０を小さくできると、プリズム群１１０を備える撮像レンズ１１２０自体も小型にできる。プリズム群１１０は、高い加工精度で、容易に製造、加工することも可能である。これにより、撮像装置１００を小型で低廉な構成にできる。なお、プリズム群１１０は、瞳位置に限らず、瞳位置の近傍、瞳位置に共役な位置及びその近傍の位置に設けても良い。
【００５５】
次に、プリズム群１１０を例として、プリズム群の製造方法を説明する。プリズム群１１０は、透明プレートに一体的に形成されている。透明プレートは、透明な平行平板硝子である。平行平板硝子の一方の面にプリズム群１１０をフォトリソグラフィ技術により形成する。具体的には、フォトレジスト層を平行平板硝子上に、グレースケール法を用いて所望のプリズム形状、例えば四角錐形状となるようにパターニングしてマスクを形成する。そして、ＣＨＦ3等のフッ素系ガスを用いたＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）法によりプリズム群１１０を形成する。また、プリズム群１１０は、フッ酸を用いるウェットエッチング法によっても形成することができる。かかる工程を経ることで、プリズム素子２０１の平坦部と屈折部とを精度良く形成できる。
【００５６】
さらにプリズム群１１０を製造する別の方法について説明する。プリズム群１１０は屈折面角度がおよそ０．０２ｄｅｇ〜４．９５ｄｅｇであり、プリズム素子２０１の高さはおよそ０．０１〜２．５μｍとなる。機械加工によって、微細構造を有するプリズム群１１０を作成するためには、プリズム素子２０１の高さ、屈折面の角度のいずれも高精度な加工が要求される。高精度な加工を施す場合、切削部により第１の平坦部を形成する第１平坦部形成工程と、切削部により、第１の平坦部を所定深さだけ切削し、第１平坦部に対し所定の角度を形成する第２の屈折面加工工程を用いることができる。この時、引き続き第２の平坦部形成工程を施すことで、平坦部を複数の高さ位置に形成することができる。
【００５７】
また、第１の平坦部と異なる試し加工領域において、加工データに基づいて切削部により所定形状を形成する試し加工工程と試し加工工程で形成された所定形状を測定する形状測定工程と、形状測定工程で得られた測定データと加工データとの差分を加工データへフィードバックして加工データを補正するフィードバック工程と補正された加工データに基づいて第１平坦部形成工程と第２の屈折面形成工程により、所望の形状形成が可能となる。さらに、第３の加工工程により平坦部や屈折面を形成しても良い。
【００５８】
これらの加工をする際において、バイトの再取り付け、加工対象物の再チャキングは行わず、一連の加工中の加工バイト、加工対象物、加工機の相対関係は一定に保つことが望ましい。また、この加工対象物で得られたものを金型として用い、ＰＭＭＡ、ゼオネックス、アートン、ＰＣなどの樹脂を用いて整形することで安価に大量に製造できる。また、金型を電鋳メッキにより金型を複成することによりさらに安価に作成できる。
【００５９】
さらに、プリズム群１１０の他の製造方法を説明する。平行平板硝子の一方の面に光学エポキシ樹脂を塗布する。次に、所望のプリズム形状とは凹凸が反転しているパターンを有する金型を準備する。そして、この金型をエポキシ樹脂に押圧することで型転写する。最後に、紫外線を光学エポキシ樹脂に照射して硬化させて、プリズム群１１０を形成する。また、型転写する場合に他の方法を採用することもできる。平行平板硝子を加熱して型
転写に必要な程度に軟化させる。そして、軟化した平行平板硝子の一方の表面に、上述の
金型を押圧させて型転写する。これによっても、平行平板硝子にプリズム群１１０を形成
できる。
【００６０】
なお、プリズム群１１０は、透明プレートに一体的に形成する場合に限られない。例えば、所望のプリズム形状のプリズム群１１０をホットプレス法で別途パターンシートとして製造しておく。そして、パターンシートを必要な大きさに裁断する。次に、裁断されたパターンシートを平行平板硝子の射出面側に光学的に透明な接着剤を用いて貼付する。これによっても、平行平板硝子にプリズム群１１０を形成できる。
【００６１】
さらに好ましくは、プリズム群１１０の表面に塵等が付着することを防止することが望ましい。このために、プリズム群１１０の射出側面に対して低屈折率の透明樹脂等からなるコーティング層を形成する。例えば、プリズム群１１０は、屈折率ｎ＝１．５６の光学エポキシ高屈折率樹脂で形成する。コーティング層は、例えば屈折率ｎ＝１．３８の光学エポキシ低屈折率樹脂で形成する。また、プリズム群１１０を構成する部材の屈折率と、コーティング層の屈折率とを略一致させることもできる。これにより、屈折面２１２の製造誤差のばらつき等に起因して、屈折された光が撮像素子１１１上で位置ずれが起きることを低減できる。
【００６２】
図１２−１〜１２−６は、プリズム素子の形状の様々なバリエーションの例を示す。例えば、図１２−１は、屈折面１２１０ａと平坦部１２１０ｂとを有する台形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群１２１０を示す。図１２−２は、屈折面１２２０ａと平坦部１２２０ｂとを有し、台形形状のプリズム素子が隙間無く設けられたプリズム群１２２０を示す。図１２−３は、屈折面１２３０ａと平坦部１２３０ｂとを有し、三角形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群１２３０を示す。図１２−４は、屈折面１２４０ａのみからなるブレーズ型のプリズム群１２４０を示す。
【００６３】
図１２−５は、屈折面１２０５ａと平坦部１２５０ｂとを有し、屈折面１２０５ａの位置、及び平坦部１２５０ｂの高さがランダムなプリズム群１２５０を示す。図１２−６は、屈折面１２０６ａと平坦部１２５０ｂとを有し、屈折面１２０６ａの位置がランダム、かつ平坦部１２５０ｂの高さが略一定のプリズム群１２６０を示す。プリズム群１２５０、１２６０はいずれも非周期的な構成を有することから、回折の発生を低減し、記録画像を高コントラストにできる。このように、屈折面の向き、傾斜角度、面積をパラメータとして様々なバリエーションをとることができる。
【００６４】
さらに、回折の発生を低減可能な構成を有するプリズム群としては、図１２−５及び図１２−６に示す非周期的な構成に限らず、異なる形状を有する複数のプリズム素子を組み合わせ、その組合せを繰り返して形成しても良い。撮像装置１００は、回折の発生を低減可能な構成のプリズム群を用いることで、高コントラストな画像を記録できる。
【００６５】
図１３は、プリズム素子の変形例を示す。図１３に示すプリズム素子１３１１は、略正方形形状をしている。プリズム素子１３１１は、四角錐形状の屈折面１３１２ａ、１３１２、１３１２ｃ、１３１２ｄを有する。また、屈折面１３１２ａ、１３１２ｂ、１３１２ｃ、１３１２ｄの周囲には、平坦部１３１３が設けられている。平坦部１３１３を透過した光は、直接透過像を形成する。そして、各屈折面１３１２ａ、１３１２ｂ、１３１２ｃ、１３１２ｄにより、斜め方向の位置に像が形成される。このようにして新たな像を形成することで、擬似的に見かけ上の解像度を１．２５倍に向上できる。
【００６６】
プリズム素子１３１１は単位面積Ｔを有する。そして、各屈折面１３１２ａ、１３１２ｂ、１３１２ｃ、１３１２ｄは、それぞれ面積Ｔ／８を、平坦部１３１３は面積４Ｔ／８を有する。この場合、撮像素子１１１において、直接透過像の光量は４Ｔ／８＝Ｔ／２に比例する。さらに、新しい像を形成する光の光量は４×（Ｔ／８）＝Ｔ／２に比例する。このように、プリズム素子１３１１の各面の面積を制御することで、各像の明るさを任意に、例えば略同一にすることができる。これにより、被写体ＯＢＪの像の周期性を低減することができる。なお、プリズム素子に設けるのは四角錐形状の屈折面に限らず、分割する像の数に応じて他の多角錐形状の屈折面を設けても良い。
【００６７】
図１４は、プリズム素子の他の変形例を示す。図１４に示すプリズム素子１４１１は、略正方形形状をしている。プリズム素子１４１１は、四角錐形状の屈折面１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄを有する。なお、図１３に示すプリズム素子１３１１とは異なり、平坦部は形成されていない。平坦部を設けないことにより、プリズム素子１４１１は、直接透過する光による像を形成しない。各屈折面１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄにより、４つの像が形成される。４つの像はいずれも重畳することなく形成される。
【００６８】
プリズム素子１４１１は単位面積Ｔを有する。そして、各屈折面１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄは、それぞれ面積Ｔ／４を有する。この場合、撮像素子１１１において、各像をそれぞれ等しく、面積Ｔ／４に比例する光量とすることができる。これにより、さらに被写体ＯＢＪの像の周期性を低減することができる。なお、プリズム素子に設けるのは四角錐形状の屈折面に限らず、分割する像の数に応じて他の多角錐形状の屈折面を設けても良い。
【００６９】
図１５は、変形例に係るプリズム群の一部を拡大した概略構成を示す。プリズム群１５００は、四角錐形状の第１のプリズム素子１５１０と、四角錐形状の第２のプリズム素子１５２０とから構成されている。第１のプリズム素子１５１０は、その一辺が受光素子１０１を配列する２方向に対して略４５°をなすように形成されている。第２のプリズム素子１５２０は、辺が受光素子１０１を配列する２方向のいずれにも略平行となるように形成されている。さらに、第１のプリズム素子１５１０と、第２のプリズム素子１５２０との周囲には平坦部１５３０が設けられている。
【００７０】
このように、プリズム素子をランダムに配置することで回折効果を抑制し、高コントラストな記録画像を得ることが可能となる。また、プリズム素子の形状は四角錐形状に限定されず、所望の方向に屈折面を持つ形状であれば良い。例えば、６角錐、８角錐等の多角錐形状や、多角錐形状を切断して得られる台形形状であっても良い。また、光学素子の突起方向はプリズム素子の外形形状に対し、凸形、凹形のいずれであっても同様な効果が得られる。
【００７１】
プリズム群１５００は、平坦部１５３０を直接透過した光により像を形成する。第１のプリズム素子１５１０は、屈折面１５１１により、受光素子１０１を配列する２方向に対して４５°の方向へ像を形成する。第２のプリズム素子１５２０は、屈折面１５２１により、受光素子１０１を配列する２方向へ像を形成する。本変形例と同様の屈折作用を生じさせるプリズム群の形状は様々な変形をとることができる。例えば、図１６に示すような屈折面１６１０と平坦部１６２０とを有するプリズム群１６００を用いることもできる。
【００７２】
図１７は、プリズム群１５００、１６００によって撮像素子１１１上に形成される像を説明するものである。プリズム群１５００、１６００は、平坦部を透過する光により、１つの受光素子１０１上に像を形成する。また、プリズム群１５００、１６００は、屈折面を透過する光により８つの像を形成する。８つの像は、平坦部を透過した光が入射する受光素子１０１に隣接する８つの受光素子１０１上にそれぞれ形成される。プリズム群１５００、１６００は、このようにして被写体ＯＢＪの像を９つの像ＰＩ１〜９に分割する。
【００７３】
プリズム群１５００、１６００は、各プリズム素子１５１０、１５２０を透過した光により隣接する受光素子１０１上に像を形成するように、屈折面の向き及び傾斜角度を設定する。例えばプリズム群１５００において屈折面の面積比は、単位面積Ｔに対して、屈折面１５１１の面積Ｔ／１６、屈折面１５２１の面積２Ｔ／１６、平坦部１５３０の面積４Ｔ／１６とそれぞれ設定する。これにより、それぞれ略等しい光量で像を形成できる。
【００７４】
プリズム群は、被写体ＯＢＪの像をさらに多くの像に分割するように構成しても良い。例えば、図１８に示すように、被写体ＯＢＪの像を１３個の像ＰＩ１〜１３に分割しても良い。これにより、さらに被写体ＯＢＪの像の周期性を低減し、モアレの発生を低減することができる。このように、異なる向きの屈折面の数を増加することで、容易に高品質な画像を記録することができる。
【実施例２】
【００７５】
図１９は、本発明の実施例２に係るローパスフィルタであるプリズム群１９００の概略斜視構成を示す。プリズム群１９００は、上記実施例１の撮像装置１００に適用することができる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。プリズム群１９００は、２組のプリズム素子１９１０ａ、１９１０ｂとから構成されている。
【００７６】
プリズム素子１９１０ａは、第１の方向であるｙ軸方向における断面形状が略台形形状である。また、プリズム素子１９１０ａは、第１の方向であるｙ軸方向に略直交する第２の方向であるｘ軸方向に長手方向を有している。プリズム素子１９１０ａのｙ軸方向における断面形状の台形形状のうち、２つの斜面Ｙ１、Ｙ２は屈折面として機能する。また、プリズム素子１９１０ａのｙ軸方向における断面形状のうち、上面Ｙ０は平坦部として機能する。このため、斜面Ｙ１又は斜面Ｙ２に入射した光は、斜面の角度に対応する方向へ屈折する。屈折した光により屈折透過像が形成される。また、上面Ｙ０に入射した光は、そのまま透過する。そのまま透過した光により直接透過像が形成される。
【００７７】
プリズム素子１９１０ｂは、プリズム素子１９１０ａと同様の構成である。プリズム素子１９１０ｂのｘ軸方向における断面形状のうち、２つの斜面Ｘ１、Ｘ２は屈折面として機能する。また、プリズム素子１９１０ｂのｘ軸方向における断面形状のうち、上面Ｘ０は平坦部として機能する。そして、２組のプリズム素子１９１０ａ、１９１０ｂは、それぞれの長手方向どうしが略直交するように設けられている。
【００７８】
さらに、本実施例では、プリズム素子１９１０ａの平面側と、プリズム素子１９１０ｂの平面側とを向かい合わせて固着している。しかし、これに限られず、以下の（１）〜（３）のいずれかの構成でも良い。
（１）プリズム素子１９１０ａの斜面Ｙ１、Ｙ２等が形成されている面と、プリズム素子１９１０ｂの斜面Ｘ１、Ｘ２等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
（２）プリズム素子１９１０ａの斜面Ｙ１、Ｙ２等が形成されている面と、プリズム素子１９１０ｂの平面側とを向かい合わせて固着する構成。
（３）プリズム素子１９１０ａの平面側と、プリズム素子１９１０ｂの斜面Ｘ１、Ｘ２等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
なお、図１９ではプリズム面が接する構成を示しているが、両面が空気と接する構成でもよい。
【００７９】
図２０は、プリズム群１９００による入射光の分岐を示す。図２０において、向かって左側から右側へ向かって入射光ＸＹが進行する。なお、図２０の一部では、説明の便宜上、斜面Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２の符号を用いて光線を特定する。入射光ＸＹは、点線で示すプリズム素子１９１０ａにより、斜面で屈折する光線Ｙ１、Ｙ２と、上面をそのまま透過する光線Ｙ０との３つの光線に分岐される。分岐された３つの光線Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２は、さらにプリズム素子１９１０ｂにより、それぞれ３つの光線に分岐される。入射光ＸＹは、９つの光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ０、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２に分岐される。
【００８０】
プリズム群１９００は、入射光を９つの光線に分岐することにより、上記のプリズム群１５００、１６００の場合と同様に、図１７に示すように９つの像を形成できる。プリズム群１９００は、各プリズム素子１９１０ａ、１９１０ｂの斜面を透過した光により隣接する受光素子１０１上に像を形成するように、斜面の向き及び傾斜角度を設定する。これにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録できるという効果を得られる。また、プリズム群１９００は、上記実施例１のプリズム群１１０と同様に成型技術等を用いて形成した各プリズム素子１９１０ａ、１９１０ｂを貼り合わせることで容易に製造することができる。
【実施例３】
【００８１】
図２１は、本発明の実施例３に係る電子機器であるカメラ付き携帯電話機２１００の概略構成を示す。カメラ付き携帯電話機２１００は、撮像装置であるカメラ部２１２０を有する。カメラ付き携帯電話機２１００は、カメラ部２１２０の撮像レンズを被写体に向けてシャッタを切ることによって、被写体の像を記憶する。上記の撮像装置は、小型な構成でモアレを低減可能である特徴がある。また、比較的画素数が少ない撮像装置は、幅広くモアレが発生し易いという性質がある。カメラ付き携帯電話機２１００は、小型かつ薄型で軽量な構成が求められる上、カメラ部２１２０の画素数は比較的少ない。従って、上記実施例の撮像装置は、カメラ付き携帯電話機２１００への適用に適している。カメラ部２１２０として上記実施例の撮像装置を用いることにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減できる。なお、カメラ付き携帯電話機２１００は、静止画を撮影可能なもの、静止画の他に動画も撮影可能なもの、のいずれであっても良い。
【００８２】
図２２は、実施例３の他の電子機器であるデジタルビデオカメラ２２００の概略斜視構成を示す。デジタルビデオカメラ２２００は、撮像装置であるカメラ部２２２０を有する。デジタルビデオカメラ２２００は、録画状態とすることで、カメラ部２２２０の撮像レンズを向けられた被写体の像を時系列的に記憶する。デジタルビデオカメラ２２００は、比較的モアレが発生し易い周期の画素数を持つものが多い。また、デジタルビデオカメラ２２００においても、小型かつ軽量な構成が求められている。従って、上記実施例の撮像装置は、デジタルビデオカメラ２２００への適用に適している。カメラ部２２２０として上記実施例の撮像装置を用いることにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減できる。
【００８３】
本発明の撮像装置は、カメラ付き携帯電話機２１００やデジタルビデオカメラ２２００に限らず、撮影機能を有する電子機器、例えばＰＤＡやパーソナルコンピュータ等の他の携帯型情報機器、デジタルスチルカメラ、テレビ電話等に幅広く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明に係る撮像装置は、静止画や動画を記憶する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１に係る撮像装置の概略構成図。
【図２】プリズム群の斜視構成図。
【図３】入射光の振舞いの説明図。
【図４】プリズム群の平面図。
【図５】プリズム群の平面図。
【図６】プリズム群近傍の拡大図。
【図７】結像面上の一点に集光する光の説明図。
【図８】プリズム群上の一点を通過する光の説明図。
【図９】受光素子の配置図。
【図１０】撮像素子に形成される像の説明図。
【図１１】瞳位置にプリズム群を配置した撮像レンズの概略構成図。
【図１２−１】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−２】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−３】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−４】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−５】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−６】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１３】変形例に係るプリズム素子の上面図。
【図１４】変形例に係るプリズム素子の上面図。
【図１５】変形例に係るプリズム群の一部上面図。
【図１６】変形例に係るプリズム群の一部上面図。
【図１７】撮像素子上に形成される像の説明図。
【図１８】撮像素子上に形成される像の説明図。
【図１９】本発明の実施例２に係るプリズム群の概略斜視構成図。
【図２０】プリズム群による入射光の分岐の説明図。
【図２１】本発明の実施例３に係る電子機器の概略構成図。
【図２２】本発明の実施例３に係る他の電子機器の概略構成図。
【図２３−１】回折光の影響を低減可能なプリズム群の構成例を示す図。
【図２３−２】回折光の影響を低減可能なプリズム群の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１００ 撮像装置、１０１ 受光素子、１０３ 遮光部、１０４ カラーフィルタ、１０５ カラーフィルタ層、１０６ マイクロレンズアレイ、１０７ 赤外線カットフィルタ、１１０ プリズム群、１１１ 撮像素子、１１２ 保持部、１１３、１１４ 固定面、１２０ 撮像レンズ、２０１ プリズム素子、ＯＢＪ 被写体、ＳＡ、ＳＢ 屈折面、ＳＣ 平坦部、２１１ａ 辺部、２１２、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ 屈折面、２１３ 平坦部、２１３ａ 基準面、ＰＩ１〜５ 像、１１２０ 撮像レンズ、１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、１２５０、１２６０ プリズム群、１２１０ａ、１２２０ａ、１２３０ａ、１２４０ａ、１２５０ａ、１２６０ａ 屈折面、１２１０ｂ、１２２０ｂ、１２３０ｂ、１２５０ｂ、１２６０ｂ 平坦部、１３１１ プリズム素子、１３１２ａ、１３１２ｂ、１３１２ｃ、１３１２ｄ 屈折面、１３１３ 平坦部、１４１１ プリズム素子、１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄ 屈折面、１５００ プリズム群、１５１０、１５２０ プリズム素子、１５１１、１５２１ 屈折面、１５３０ 平坦部、１６００ プリズム群、１６１０ 屈折面、１６２０ 平坦部、ＰＩ１〜９、ＰＩ１〜１３ 像、１９００ プリズム群、１９１０ａ、１９１０ｂ プリズム素子、２１００ カメラ付き携帯電話機、２１２０ カメラ部、２２００ デジタルビデオカメラ、２２２０ カメラ部、２３１０ プリズム群、２３１１ 第１のプリズム素子、２３１２ 第２のプリズム素子、２３１３ エッジ、２３２０ プリズム群、２３２１ プリズム素子、２３２３ エッジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び電子機器の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置として、例えば、入射光を受光素子で電気信号に変換し、被写体の像をデジタルデータとして記憶するデジタルビデオカメラが普及している。デジタルビデオカメラ等の撮像装置に用いられる受光素子は、画素に対応して規則的に配列される。撮像装置における画素構造と、被写体の模様とが同程度の周期で重なり合う場合、撮像装置に記録された画像にモアレが発生する場合がある。モアレは、被写体の周期模様と、撮像装置における周期構造とに起因して撮像装置に記録される。モアレは、記録された画像と、その画像を再生する再生機器における周期構造とが重なり合うことで、画像の再生時に発生する場合もある。モアレは、本来の被写体に無い色彩や模様を出現させることにより画質の低下を引き起こす。従来、モアレを低減する技術としては、例えば、特許文献１及び２に提案されているものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３０７９９号公報
【特許文献２】特開平５−２１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２には、ローパスフィルタとして複屈折板又は回折格子を用いる構成が開示されている。ローパスフィルタは、入射光を分割することで画像の周期性を低減するものである。画像の周期性は、入射光の分割数を増加するに従って効果的に低減させることができる。これに対して、ローパスフィルタとして複屈折板を用いる場合、入射光の分割数を増加するに従って厚い複屈折板を設ける必要がある。厚い複屈折板が必要であると、撮像装置が大型で高コストな構成となってしまう。また、複屈折板と併せて偏光板が必要となる場合もある。従って、複屈折板を用いる撮像装置は、小型で低廉な構成においてモアレを有効に低減することが難しい。また、ローパスフィルタとして回折格子を用いる場合、高次回折光の発生により画像のコントラストを低下させる場合がある。
【０００５】
このように、従来の技術では、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録することが困難であるため問題である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録可能な撮像装置、及びその撮像装置を用いる電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、行列状に配列される複数の受光素子を備え、入射光を画像信号に変換する撮像素子と、撮像素子の入射側に設けられるローパスフィルタと、を有し、ローパスフィルタは、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、屈折面は、入射光を所定方向へ屈折することを特徴とする撮像装置を提供することができる。
【０００７】
被写体からの光は、プリズム群に入射した後、光路を所定方向へ折り曲げられる。例えばプリズム素子に複数の屈折面を設けると、被写体の像は、複数に分割して撮像素子に投影される。例えば被写体に周期的な模様がある場合に、被写体の像を複数に分割することで模様の周期性が弱められる。被写体の像の周期性が弱められることによって、受光素子が規則的に設けられていることによって生じる光の干渉効果が低減される。さらに、被写体の像の周期性が弱められることにより、画像の再生機器の周期構造によるモアレの発生も低減できる。プリズム群は、プリズム素子の屈折面の向き及び数に応じて入射光を分割する。異なる向きの屈折面の数を増やすことで、薄型のプリズム群であっても入射光の分割数を増加できる。例えば成型技術によりプリズム群を製造する場合、プリズム素子の屈折面の数を増やすことは容易である。このため、小型でかつ低廉な構成においてモアレを有効に低減することができる。さらに、ローパスフィルタとして回折格子を用いる場合のように、不要な高次回折光によって画像のコントラストが低下することも無い。これにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録可能な撮像装置を得られる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、屈折面は、入射光がプリズム群を直進した場合の入射位置の受光素子に隣接する受光素子へ、入射光を導くような屈折面の向き、及び屈折面と光軸に対し略垂直方向に形成される基準面とのなす角度、を有することが望ましい。屈折面の向きによって、入射光の光路が折り曲げられる方向を制御できる。基準面に対する屈折面の角度によって、入射光を屈折させる度合い（屈折角）を制御できる。屈折面は、所定の向き及び所定の角度で設けることにより、プリズム群で屈折せず進行する入射光が入射する受光素子に隣接する受光素子へ入射光を導く。この結果、被写体の像の周期性を弱めることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム群は、第１の方向における断面形状が略台形形状であり、第１の方向に略直交する第２の方向に長手方向を有する２組のプリズム素子からなり、２組のプリズム素子は、それぞれ長手方向どうしが略直交するように設けられ、台形形状の斜面は屈折面に対応することが望ましい。プリズム素子の第１の方向における断面形状は略台形形状である。台形形状の斜面は、屈折面として作用する。このため、斜面で屈折した光による像を、プリズム素子の長手方向に対して直交する方向へ形成することができる。本態様では、さらに２組のプリズム素子の長手方向どうしが略直交するように構成されている。これにより、被写体の像の周期性を弱めることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、少なくとも４つの屈折面を有し、前記４つの屈折面は、それぞれ異なる向きを有することが望ましい。例えば４つの屈折面を有するプリズム素子は、入射光を４方向へ分岐できる。入射光を少なくとも４方向へ分岐することで、有効にモアレを低減することができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、プリズム群は、第１の形状を有する第１のプリズム素子と、第１の形状とは異なる第２の形状を有する第２のプリズム素子と、を少なくとも有することが望ましい。例えば、プリズム群は、入射光を上下左右の４方向に屈折させる第１のプリズム素子と、入射光を右上、右下、左上、左下の４方向に屈折させる第２のプリズム素子とを有する構成とすることができる。第１のプリズム素子と第２のプリズム素子とは、入射光を屈折させる方向を異ならせるほか、屈折面の大きさを異ならせることとしても良い。このように、異なる形状のプリズム素子を設けることで、プリズム群にプリズム素子を設けることによる周期性を弱めることとし、透過光が干渉し合うことを防止できる。これにより、画像のコントラストの低下を低減できる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、入射光を撮像素子へ導く撮像レンズを有し、プリズム群は、撮像レンズと撮像素子との間の光路中に設けられることが望ましい。撮像レンズと撮像素子との間の光路中にプリズム素子を設けることにより、被写体の像を複数に分割することができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、入射光を撮像素子へ導く撮像レンズを有し、プリズム群は、撮像レンズの瞳位置、瞳位置に共役な位置、瞳位置の近傍、又は瞳位置に共役な位置の近傍に設けられることが望ましい。撮像レンズの瞳位置は、光線密度が最も大きくなる。換言すると、瞳位置では、光束径が最も小さくなる。従って、プリズム群を瞳位置近傍に配置すると、プリズム群の寸法を小さくできる。このため、プリズム群を備える撮像レンズ自体も小型にできる。また、プリズム群は、高い加工精度で、容易に製造、加工できる。これにより、小型で低廉な撮像装置を得られる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する、略円形形状の領域内において、略円形形状の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数が５０以下であることが望ましい。単位面積の円形形状の直径に沿う直線に対して略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数を５０以下とすることにより、プリズム群の周期構造に起因する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。さらに、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する、略円形形状の領域内において、略円形形状の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数が３０以下であることが望ましい。これにより、さらに、プリズム群の周期構造に起因する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。さらに好ましくは、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する、略円形形状の領域内において、略円形形状の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数が１５以下であることが望ましい。これにより、さらに高品質な画像を記録可能な撮像装置を得られる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、撮像素子とプリズム群とを固定することにより、撮像素子の位置に対してプリズム群を所定の位置に保持する保持部を有することが望ましい。屈折面で屈折させた入射光を、プリズム群で直進した場合に入射する受光素子に隣接する受光素子へ正確に入射させるためには、撮像素子とプリズム群とを位置決めする必要がある。保持部を設けることにより、屈折面で屈折させた入射光を、正確に隣の受光素子を入射させることができる。これにより、モアレを有効に低減できる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、撮像装置を有することを特徴とする電子機器を提供することができる。上記の撮像装置を有することから、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、プリズム群の周期性に起因する回折現象の発生を低減することができる。これにより、コントラストの低下を回避し、高品質な画像を記録可能な電子機器を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る撮像装置１００の概略構成を示す。撮像装置１００は、入射光Ｌｉｎを受光素子１０１で電気信号に変換し、被写体の像をデジタルデータとして記憶する。撮像装置１００は、複数の受光素子１０１を備え、入射光Ｌｉｎを画像信号に変換する撮像素子１１１を有する。撮像素子１１１は、光軸ＡＸに略垂直な平面上に受光素子１０１を配置する。各受光素子１０１は、光軸ＡＸに略垂直な平面上において、略直交する２方向に行列状に配置されている。受光素子１０１としては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いることができる。
【００１９】
遮光部１０３は、受光素子１０１どうしの間の領域に対応して、撮像素子１１１の入射側に設けられている。遮光部１０３は、入射光Ｌｉｎのうち受光素子１０１どうしの間の位置へ進行する光を遮断することで、受光素子１０１のノイズの原因となる迷光の発生を防ぐ。遮光部１０３が設けられる層の入射側には、カラーフィルタ層１０５が設けられている。カラーフィルタ層１０５は、受光素子１０１に対応してカラーフィルタ１０４を設けている。カラーフィルタ１０４には、Ｒ光を透過させるＲ光透過カラーフィルタと、Ｇ光を透過させるＧ光透過カラーフィルタと、Ｂ光を透過させるＢ光透過カラーフィルタとがある。入射光Ｌｉｎは、各カラーフィルタ１０４を透過することによって、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分けられる。
【００２０】
カラーフィルタ層１０５の入射側には、マイクロレンズアレイ１０６が設けられている。マイクロレンズアレイ１０６は、入射光Ｌｉｎを各受光素子１０１へ集光させる。マイクロレンズアレイ１０６の入射側には、赤外線カットフィルタ１０７、プリズム群１１０、撮像レンズ１２０が順次設けられている。赤外線カットフィルタ１０７は、入射光Ｌｉｎのうちの赤外光を遮断する。
【００２１】
図２は、プリズム群１１０の斜視構成を示す。プリズム群１１０は、硝子又は透明樹脂からなる透明プレートの射出側表面に形成されている。プリズム群１１０は、撮像素子１１１の入射側に設けられるローパスフィルタである。プリズム群１１０は、屈折面と平坦面を備える複数のプリズム素子２０１から構成されている。
【００２２】
図１に戻って、撮像装置１００は、撮像レンズ１２０と撮像素子１１１との間光路中にプリズム群１１０を設けている。撮像レンズ１２０は、入射光Ｌｉｎを撮像素子１１１へ導く。撮像素子１１１及びプリズム群１１０は、保持部１１２によって固定されている。保持部１１２は、撮像素子１１１の位置に対してプリズム群１１０を所定の位置に保持している。撮像素子１１１は、保持部１１２の固定面１１４に固定されている。プリズム群１１０は、保持部１１２の固定面１１３に固定されている。プリズム群１１０と撮像素子１１１との位置関係については後述する。
【００２３】
被写体からの入射光Ｌｉｎは、撮像レンズ１２０によって撮像素子１１１の方向へ導かれる。撮像レンズ１２０を透過した入射光Ｌｉｎは、プリズム群１１０、赤外線カットフィルタ１０７を透過して、マイクロレンズアレイ１０６に入射する。マイクロレンズアレイ１０６に入射した入射光Ｌｉｎは、マイクロレンズ素子によって各受光素子１０１へ集光する向きに屈折する。マイクロレンズアレイ１０６を透過した入射光Ｌｉｎは、カラーフィルタ層１０５でＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分けられる。カラーフィルタ層１０５は、画像信号に色情報を与える役割を有する。
【００２４】
各色光に分けられた入射光Ｌｉｎは、各受光素子１０１に入射する。入射光Ｌｉｎは、被写体上の位置に対応する位置の受光素子１０１に入射する。各受光素子１０１は、光電変換によって入射光Ｌｉｎを画像信号に変換する。撮像素子１１１の各受光素子で得られた画像信号は、不図示のメモリや記録媒体に記録される。撮像装置１００は、このようにして被写体の像をデジタルデータとして記憶する。
【００２５】
図３は、被写体ＯＢＪから結像面ＳＩまでにおける入射光Ｌｉｎの振舞いを説明するものである。ここでは説明に必要な構成のみを図示するものとする。結像面ＳＩは、例えば撮像素子１１１の表面である。例えば、被写体ＯＢＪの物点Ｑの像を結像面ＳＩで結像させる場合を考える。被写体ＯＢＪと結像面ＳＩとは、互いの共役関係にある。被写体ＯＢＪの物点Ｑからの入射光Ｌｉｎは、物点Ｑから角度θ１で拡散し、撮像レンズ１２０に入射する。撮像レンズ１２０は、拡散する入射光Ｌｉｎを受光素子１０１、図３では結像面ＳＩ上の一点Ｐ０に集光するように、入射光Ｌｉｎの角度を変換する。
【００２６】
図３に示すプリズム群１１０は、光軸を含む平面でプリズム群１１０を切断したときの断面構成である。かかる断面構成において、プリズム素子２０１は、２つの屈折面ＳＡ、ＳＢと、屈折面ＳＡ及びＳＢの間の平坦部ＳＣとで表すことができる。入射光Ｌｉｎのうち平坦部ＳＣに入射した光は、屈折せずそのままの進行方向へ進行する。平坦部ＳＣを通過した光は、結像面ＳＩの像点Ｐ０を焦点として集光する。
【００２７】
ＦナンバーがＦである撮像レンズ１２０を用いる場合に、撮像レンズ１２０で取り込み可能な光Ｌｉｎの角度θ１は、以下の条件式で表せる。
θ１＝ａｓｉｎ｛１／（２Ｆ）｝
物点Ｑから角度θ１で広がる光は、複数のプリズム素子２０１からなるプリズム群１１０上の領域Ｍを通過し、角度θ１で像点Ｐ０に入射する。
【００２８】
ここで、図３に示す物点Ｑから結像面ＳＩに向かう光線Ｌｉｎは、光路中に設けられたプリズム群１１０を透過する。物点Ｑからの光線が透過するプリズム群１１０上の領域Ｍの面積を、単位面積とする。領域Ｍは、略円形形状の領域である。物点Ｑから撮像素子１１１へ向かう光Ｌｉｎは、領域Ｍにおける屈折面の向きにより定められた屈折方向へ進行する。また、光Ｌｉｎは、プリズム群１１０を透過した後、単位面積のうち同じ向きの屈折面が占める割合に応じた強度の光量で、それぞれの屈折方向にある受光素子に入射する。
【００２９】
屈折面ＳＡ、ＳＢは、入射光を所定方向へ屈折する。入射光Ｌｉｎのうち屈折面ＳＡに入射した光は、屈折面ＳＡで屈折作用を受ける。屈折面ＳＡを通過した光は、光路が折り曲げられて、結像面ＳＩの像点Ｐ１を焦点として集光する。入射光Ｌｉｎのうち屈折面ＳＢに入射した光は、屈折面ＳＢで屈折作用を受ける。屈折面ＳＢを通過した光は、光路が折り曲げられて、結像面ＳＩの像点Ｐ２を焦点として集光する。
【００３０】
図４、図５は、プリズム群１１０の構成を示す平面図である。各プリズム素子２０１は、図５に示すように、略正方形形状をしている。各受光素子１０１が光軸ＡＸに略垂直な平面において、互いに略直交する２方向に行列状に配列されているのに対し、各プリズム素子２０１は、各プリズム素子２０１の辺部２１１ａが、受光素子１０１を配列する２方向に対して略４５°をなすように構成されている。図３に示すプリズム群１１０は、各プリズム素子２０１の略中心を通過し、かつ辺部２１１ａに沿う面で切断したときの断面を示している。
【００３１】
図６は、プリズム群１１０近傍を拡大して示す図である。プリズム群１１０と撮像素子１１１との間の媒質（例えば空気）は屈折率ｎ１、プリズム群１１０を構成する部材は屈折率ｎ２を有する場合を考える。また、屈折面２１２は、平坦部２１３を延長した基準面２１３ａに対して角度θとなるように形成されている。以下、角度θを、屈折面２１２の傾斜角度という。
【００３２】
簡単のため、被写体ＯＢＪからの光Ｌｉｎのうちの平行光について説明する。平坦部２１３に入射する光線は、平坦部２１３に対して垂直に入射する。このため、平坦部２１３で屈折作用を受けることなく、そのまま直進して受光素子１０１に入射する。これに対して、屈折面２１２に入射した光は、以下に示す条件式を満足するように屈折する。
ｎ１・ｓｉｎβ＝ｎ２・ｓｉｎα
ここで、角度αは屈折面２１２の法線Ｎを基準とする入射角度、角度βは射出角度であ
る。
【００３３】
また、プリズム群１１０と距離Ｌだけ離れた撮像素子１１１において、直進した光の位置と屈折された光の位置と距離Ｓは、次式で表される。
Ｓ＝Ｌ×ｔａｎΔβ
Δβ＝β−α
このように、屈折面２１２の傾斜角度θを制御することで、距離Ｓを任意に設定することができる。距離Ｓは、撮像素子１１１における被写体ＯＢＪの像の移動量である。さらに、図６から明らかなように、光線ＬＬ２が屈折する方向は屈折面２１２の向きに依存している。換言すると、屈折面２１２の向きを制御することで、撮像素子１１１において像を形成する方向を任意に設定できる。
【００３４】
図５に戻って、正方形のプリズム素子２０１の一辺は長さＬａ、平坦部２１３の一辺は長さＬｂを有するものとする。プリズム群１１０のうち一のプリズム素子２０１が占める面積Ｌａ×Ｌａを単位面積とする。平坦部２１３は面積ＦＳ＝Ｌｂ×Ｌｂを有する。また、４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは各々面積Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を有する。
【００３５】
ここで、平坦部２１３を透過して直進した光の光量は、単位面積に占める平坦部２１３の面積ＦＳに対応する。同様に、４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄで屈折される光の総光量は、単位面積に占める屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄの総面積Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４に対応する。ここで、４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄの面積Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はそれぞれ略等しい大きさとすると、総面積Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＝４×Ｐ１となる。換言すると、平坦部２１３又は屈折面２１２の面積を制御することで、撮像素子１１１においてプリズム素子２０１を直進又は屈折した光の光量を任意に設定できる。
【００３６】
撮像素子１１１での光量を考慮すると、平坦部２１３を透過して直進した光の光量と、屈折面２１２で屈折された光の光量とが等しいことが望ましい。例えば、長さＬａ＝１．０、長さＬｂ＝０．７０７とすると、プリズム素子２０１の単位面積は１．０（＝１．０×１．０）、平坦部２１３の面積ＦＳは０．５（＝０．７０７×０．７０７）となる。また、それぞれ等しい面積を有する４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄを合計した総面積（４×Ｐ１）は０．５（＝１．０−０．５）である。このようして、平坦部２１３を透過して直進した光の光量と、４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄで屈折した光の総光量とを等しくすることができる。
【００３７】
図７は、結像面ＳＩ上の点Ｐ０に集光する光を示す。複数のプリズム素子２０１からなるプリズム群１１０上の領域Ｍは、半径がＬ×ｔａｎθ１の円である。領域Ｍを通過した光のうち平坦部２１３を透過した光は、角度θ１で点Ｐ０に入射する。点Ｐ０に入射する光の光量は、領域Ｍに占める平坦部２１３の面積によって設定できる。また、領域Ｍに設けられたプリズム素子２０１の屈折面２１２の向きによって、像をシフトさせる方向が決まる。領域Ｍのうち、同じ向きの面を透過した光は、結像面ＳＩにおいて同じ点に入射する。従って、領域Ｍを透過した光は、領域Ｍのうち同じ向きの面が占める割合に応じた強度の光量で、それぞれの屈折方向にある受光素子に入射する。
【００３８】
図８は、プリズム群１１０上の点Ｎを通過する光を示す。点Ｎを通過する光は、被写体ＯＢＪから角度θ１で入射する。被写体ＯＢＪ上の面ＳＯにおける点Ｑ１からの光は、結像面ＳＩ上の点ＰＱ１に入射する。被写体ＯＢＪ上の面ＳＯにおける点Ｑ２からの光は、結像面ＳＩ上の点ＰＱ２に入射する。被写体ＯＢＪ上の面ＳＯにおける点Ｑ０からの光は、結像面ＳＩ上の点ＰＱ０に入射する。
【００３９】
図９は、撮像素子１１１における受光素子１０１の配置を示す。図９に示すＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれの受光素子１０１に対応してＲ光透過カラーフィルタ、Ｇ光透過カラーフィルタ、Ｂ光透過カラーフィルタが設けられていることを示す。図１０は、撮像素子１１１に形成される像を説明するものである。例えば、プリズム素子２０１の平坦部２１３に略垂直入射した光が直進することにより、受光素子１０１Ｒの位置に像ＰＩ１を形成したとする。
【００４０】
プリズム素子２０１の屈折面２１２ａ（図５参照）に入射した光は、屈折面２１２ａの向き、傾斜角度θ、面積Ｐ１にそれぞれ対応した屈折方向、屈折量、屈折光量でもって屈折作用を受ける。屈折面２１２ａで屈折された光は、受光素子１０１Ｒに対して右斜め上にある受光素子１０１Ｂａの位置に進行する。屈折面２１２ａによって、像ＰＩ１から右斜め上方向に距離Ｓだけ離れた位置に像ＰＩ２を形成する。なお、以下全ての説明において簡単のために、撮像レンズ１２０の結像作用による像の上下左右の反転は無いものとする。
【００４１】
屈折面２１２ｂで屈折された光は、受光素子１０１Ｒに対して左斜め上にある受光素子１０１Ｂｂの位置に進行する。屈折面２１２ｂによって、像ＰＩ１から左斜め上方向に距離Ｓだけ離れた位置に像ＰＩ３を形成する。屈折面２１２ｃで屈折された光は、受光素子１０１Ｒに対して左斜め下にある受光素子１０１Ｂｃの位置に進行する。屈折面２１２ｃによって、像ＰＩ１から左斜め下方向に距離Ｓだけ離れた位置に像ＰＩ４を形成する。
【００４２】
屈折面２１２ｄで屈折された光は、受光素子１０１Ｒに対して右斜め下にある受光素子１０１Ｂｄの位置に進行する。屈折面２１２ｄによって、像ＰＩ１から右斜め下方向に距離Ｓだけ離れた位置に像ＰＩ４を形成する。プリズム素子２０１の４つの屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは、それぞれ異なる方向へ光を屈折するために異なる向きで設けられている。
【００４３】
このように、屈折面２１２は、入射光がプリズム群１１０を直進した場合の入射位置の受光素子１０１Ｒに隣接する受光素子１０１Ｂａ、１０１Ｂｂ、１０１Ｂｃ、１０１Ｂｄへ、入射光を導く。プリズム素子２０１の屈折面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは、受光素子１０１Ｂａ、１０１Ｂｂ、１０１Ｂｃ、１０１Ｂｄへ入射光を導くような向き及び角度を有する。
【００４４】
例えば被写体ＯＢＪに周期的な模様がある場合に、被写体ＯＢＪの像を複数に分割することで模様の周期性が弱められる。被写体ＯＢＪの像の周期性が弱められることによって、受光素子１０１が規則的に設けられていることによって生じる光の干渉効果が低減される。さらに、被写体ＯＢＪの像の周期性が弱められることにより、画像の再生機器の周期構造によるモアレの発生も低減できる。
【００４５】
プリズム群１１０は、プリズム素子２０１の屈折面２１２の向き及び数に応じて入射光を分割する。異なる向きの屈折面２１２の数を増やすことで、薄型のプリズム群１１０であっても入射光の分割数を増加できる。例えば成型技術によりプリズム群１１０を製造する場合、プリズム素子２０１の屈折面２１２の数を増やすことは容易である。また、例えば射出成型による複製技術を用いれば、プリズム素子２０１を安価に製造することが可能である。このため、小型でかつ低廉な構成においてモアレを有効に低減することができる。さらに、ローパスフィルタとして回折格子を用いる場合のように、不要な高次回折光によって画像のコントラストが低下することも無い。これにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録できるという効果を得られる。
【００４６】
ここで、図２３−１、図２３−２を参照して、回折光の影響を低減可能なプリズム群の構成について説明する。例えば、図２３−１に示す上面構成を有するプリズムに群２３１０のように、撮像レンズ１２０のＦナンバーにより定められる領域Ｍ内に、第１の形状を有する第１のプリズム素子２３１１と、第１の形状とは異なる第２の形状を有する第２のプリズム素子２３１２とを設ける構成を考える。第１のプリズム素子２３１１が有する第１の形状は、４つの屈折面によって、図２３−１に示す上、下、左、右の４方向へ入射光を屈折可能な形状である。第２のプリズム素子２３１２が有する第２の形状は、いずれも第１のプリズム素子２３１１とは異なる向きの４つの屈折面によって、図２３−１に示す右上、右下、左上、左下の４方向へ入射光を屈折可能な形状である。第１のプリズム素子２３１１及び第２のプリズム素子２３１２は、領域Ｍ内に所定の割合で配置されている。このように異なる形状の複数のプリズム素子２３１１、２３１２をプリズム群２３１０に設けることによって、入射光を所定の比率かつ所定の方向で屈折させることができる。
【００４７】
このように、異なる形状のプリズム素子を設けることでプリズム群の周期性を弱めることとし、透過光が干渉し合うことを防止できる。これにより、画像のコントラストの低下を低減できる。なお、第１のプリズム素子と第２のプリズム素子とは、入射光を屈折させる方向を異ならせるほか、屈折面の大きさを異ならせることとしても良い。また、プリズム素子の形状は２種類とする場合に限らず、２以上の種類としても良い。
【００４８】
直線ＭＳに対して略垂直な、プリズム素子の境界のエッジの数が多いと、透過光の回折を引き起こす場合がある。プリズム群２３１０は、いずれの位置に領域Ｍを取っても、領域Ｍの直径上の直線ＭＳに２つのプリズム素子が接するように構成されている。この場合、直線ＭＳ上のプリズム素子２３１１の境界のエッジ２３１３の数は４である。図２３−２の断面構成Ａ、上面構成Ｂを有するプリズム群２３２０は、領域Ｍ内の直線ＭＳ上に４つのプリズム素子２３２１を有する。言い換えると、プリズム素子２３２１は、領域Ｍ内の直線ＭＳにおいて周波数が４になるように設けられている。また、直線ＭＳ上のプリズム素子２３２１の境界のエッジ２３２３の数は、１１である。
【００４９】
このように、プリズム群は、撮像レンズ１２０のＦナンバーにより決定される単位面積の領域内において、任意の直径に沿った直線上に、プリズム素子が少なくとも１個（周期）以上配置されることが望ましい。これにより、受光素子に入射する光線の均一化が図れ、モアレを有効に低減することができる。また、単位面積を有する領域Ｍ内の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジ数は、５０以下であることが望ましい。領域Ｍ内の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジ数を５０以下とすることにより、プリズム群が有する周期構造に起因する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。
【００５０】
さらに、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する領域Ｍ内の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジの数を３０以下とすることが望ましい。これにより、さらにプリズム群が有する周期構造に起因する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。さらに好ましくは、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する領域Ｍ内の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジ数を１５以下とすることが望ましい。これにより、さらに高品質な画像を記録可能な撮像装置１００を得られる。
【００５１】
屈折面２１２で屈折した光を隣接する受光素子１０１へ正確に入射させるためには、プリズム素子２０１の屈折面２１２の向きや角度を制御するほか、撮像素子１１１とプリズム群１１０との位置合わせをする必要がある。保持部１１２は、撮像素子１１１とプリズム群１１０とをいずれも光軸ＡＸに対して略垂直になるように保持する。また、保持部１１２は、撮像素子１１１とプリズム群１１０との間の距離Ｌを固定する。このようにして保持部１１２を設けることにより、屈折面２１２で屈折させた入射光Ｌｉｎを、正確に隣の受光素子１０１を入射させることができる。これにより、モアレを有効に低減できるという効果を奏する。なお、プリズム群１１０と撮像素子１１１とは、保持部１１２により位置決めする構成に限らず、例えばモ−ルド樹脂を用いてプリズム群１１０と撮像素子１１１とをモールドすることで位置決めしても良い。
【００５２】
モアレは、撮像装置１００における構造と、被写体ＯＢＪの模様とが同程度の周期で重なり合う場合に発生し易い。モアレは、特に画素数が少ない撮像装置１００において幅広く発生することが考えられる。ローパスフィルタであるプリズム群１１０は、特に画素数が少ない撮像装置１００に用いると、モアレの低減に対して効果的である。
【００５３】
ローパスフィルタであるプリズム群１１０は、図１１に示すように、撮像レンズ１１２０の瞳位置に設けても良い。瞳位置は、撮像レンズ１１２０の絞りの共役位置である。撮像レンズ１１２０の瞳位置は、光線密度が最も大きくなる。換言すると、瞳位置では、光束径が最も小さくなる。従って、プリズム群１１０を瞳位置に配置すると、プリズム群１１０の寸法を小さくできる。プリズム群１１０の寸法を小さくできると、各プリズム素子に対して多くの光を通過させることで光を有効に均一化でき、さらにモアレを有効に解消できる。
【００５４】
また、プリズム群１１０を小さくできると、プリズム群１１０を備える撮像レンズ１１２０自体も小型にできる。プリズム群１１０は、高い加工精度で、容易に製造、加工することも可能である。これにより、撮像装置１００を小型で低廉な構成にできる。なお、プリズム群１１０は、瞳位置に限らず、瞳位置の近傍、瞳位置に共役な位置及びその近傍の位置に設けても良い。
【００５５】
次に、プリズム群１１０を例として、プリズム群の製造方法を説明する。プリズム群１１０は、透明プレートに一体的に形成されている。透明プレートは、透明な平行平板硝子である。平行平板硝子の一方の面にプリズム群１１０をフォトリソグラフィ技術により形成する。具体的には、フォトレジスト層を平行平板硝子上に、グレースケール法を用いて所望のプリズム形状、例えば四角錐形状となるようにパターニングしてマスクを形成する。そして、ＣＨＦ3等のフッ素系ガスを用いたＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）法によりプリズム群１１０を形成する。また、プリズム群１１０は、フッ酸を用いるウェットエッチング法によっても形成することができる。かかる工程を経ることで、プリズム素子２０１の平坦部と屈折部とを精度良く形成できる。
【００５６】
さらにプリズム群１１０を製造する別の方法について説明する。プリズム群１１０は屈折面角度がおよそ０．０２ｄｅｇ〜４．９５ｄｅｇであり、プリズム素子２０１の高さはおよそ０．０１〜２．５μｍとなる。機械加工によって、微細構造を有するプリズム群１１０を作成するためには、プリズム素子２０１の高さ、屈折面の角度のいずれも高精度な加工が要求される。高精度な加工を施す場合、切削部により第１の平坦部を形成する第１平坦部形成工程と、切削部により、第１の平坦部を所定深さだけ切削し、第１平坦部に対し所定の角度を形成する第２の屈折面加工工程を用いることができる。この時、引き続き第２の平坦部形成工程を施すことで、平坦部を複数の高さ位置に形成することができる。
【００５７】
また、第１の平坦部と異なる試し加工領域において、加工データに基づいて切削部により所定形状を形成する試し加工工程と試し加工工程で形成された所定形状を測定する形状測定工程と、形状測定工程で得られた測定データと加工データとの差分を加工データへフィードバックして加工データを補正するフィードバック工程と補正された加工データに基づいて第１平坦部形成工程と第２の屈折面形成工程により、所望の形状形成が可能となる。さらに、第３の加工工程により平坦部や屈折面を形成しても良い。
【００５８】
これらの加工をする際において、バイトの再取り付け、加工対象物の再チャキングは行わず、一連の加工中の加工バイト、加工対象物、加工機の相対関係は一定に保つことが望ましい。また、この加工対象物で得られたものを金型として用い、ＰＭＭＡ、ゼオネックス、アートン、ＰＣなどの樹脂を用いて整形することで安価に大量に製造できる。また、金型を電鋳メッキにより金型を複成することによりさらに安価に作成できる。
【００５９】
さらに、プリズム群１１０の他の製造方法を説明する。平行平板硝子の一方の面に光学エポキシ樹脂を塗布する。次に、所望のプリズム形状とは凹凸が反転しているパターンを有する金型を準備する。そして、この金型をエポキシ樹脂に押圧することで型転写する。最後に、紫外線を光学エポキシ樹脂に照射して硬化させて、プリズム群１１０を形成する。また、型転写する場合に他の方法を採用することもできる。平行平板硝子を加熱して型
転写に必要な程度に軟化させる。そして、軟化した平行平板硝子の一方の表面に、上述の
金型を押圧させて型転写する。これによっても、平行平板硝子にプリズム群１１０を形成
できる。
【００６０】
なお、プリズム群１１０は、透明プレートに一体的に形成する場合に限られない。例えば、所望のプリズム形状のプリズム群１１０をホットプレス法で別途パターンシートとして製造しておく。そして、パターンシートを必要な大きさに裁断する。次に、裁断されたパターンシートを平行平板硝子の射出面側に光学的に透明な接着剤を用いて貼付する。これによっても、平行平板硝子にプリズム群１１０を形成できる。
【００６１】
さらに好ましくは、プリズム群１１０の表面に塵等が付着することを防止することが望ましい。このために、プリズム群１１０の射出側面に対して低屈折率の透明樹脂等からなるコーティング層を形成する。例えば、プリズム群１１０は、屈折率ｎ＝１．５６の光学エポキシ高屈折率樹脂で形成する。コーティング層は、例えば屈折率ｎ＝１．３８の光学エポキシ低屈折率樹脂で形成する。また、プリズム群１１０を構成する部材の屈折率と、コーティング層の屈折率とを略一致させることもできる。これにより、屈折面２１２の製造誤差のばらつき等に起因して、屈折された光が撮像素子１１１上で位置ずれが起きることを低減できる。
【００６２】
図１２−１〜１２−６は、プリズム素子の形状の様々なバリエーションの例を示す。例えば、図１２−１は、屈折面１２１０ａと平坦部１２１０ｂとを有する台形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群１２１０を示す。図１２−２は、屈折面１２２０ａと平坦部１２２０ｂとを有し、台形形状のプリズム素子が隙間無く設けられたプリズム群１２２０を示す。図１２−３は、屈折面１２３０ａと平坦部１２３０ｂとを有し、三角形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群１２３０を示す。図１２−４は、屈折面１２４０ａのみからなるブレーズ型のプリズム群１２４０を示す。
【００６３】
図１２−５は、屈折面１２０５ａと平坦部１２５０ｂとを有し、屈折面１２０５ａの位置、及び平坦部１２５０ｂの高さがランダムなプリズム群１２５０を示す。図１２−６は、屈折面１２０６ａと平坦部１２５０ｂとを有し、屈折面１２０６ａの位置がランダム、かつ平坦部１２５０ｂの高さが略一定のプリズム群１２６０を示す。プリズム群１２５０、１２６０はいずれも非周期的な構成を有することから、回折の発生を低減し、記録画像を高コントラストにできる。このように、屈折面の向き、傾斜角度、面積をパラメータとして様々なバリエーションをとることができる。
【００６４】
さらに、回折の発生を低減可能な構成を有するプリズム群としては、図１２−５及び図１２−６に示す非周期的な構成に限らず、異なる形状を有する複数のプリズム素子を組み合わせ、その組合せを繰り返して形成しても良い。撮像装置１００は、回折の発生を低減可能な構成のプリズム群を用いることで、高コントラストな画像を記録できる。
【００６５】
図１３は、プリズム素子の変形例を示す。図１３に示すプリズム素子１３１１は、略正方形形状をしている。プリズム素子１３１１は、四角錐形状の屈折面１３１２ａ、１３１２、１３１２ｃ、１３１２ｄを有する。また、屈折面１３１２ａ、１３１２ｂ、１３１２ｃ、１３１２ｄの周囲には、平坦部１３１３が設けられている。平坦部１３１３を透過した光は、直接透過像を形成する。そして、各屈折面１３１２ａ、１３１２ｂ、１３１２ｃ、１３１２ｄにより、斜め方向の位置に像が形成される。このようにして新たな像を形成することで、擬似的に見かけ上の解像度を１．２５倍に向上できる。
【００６６】
プリズム素子１３１１は単位面積Ｔを有する。そして、各屈折面１３１２ａ、１３１２ｂ、１３１２ｃ、１３１２ｄは、それぞれ面積Ｔ／８を、平坦部１３１３は面積４Ｔ／８を有する。この場合、撮像素子１１１において、直接透過像の光量は４Ｔ／８＝Ｔ／２に比例する。さらに、新しい像を形成する光の光量は４×（Ｔ／８）＝Ｔ／２に比例する。このように、プリズム素子１３１１の各面の面積を制御することで、各像の明るさを任意に、例えば略同一にすることができる。これにより、被写体ＯＢＪの像の周期性を低減することができる。なお、プリズム素子に設けるのは四角錐形状の屈折面に限らず、分割する像の数に応じて他の多角錐形状の屈折面を設けても良い。
【００６７】
図１４は、プリズム素子の他の変形例を示す。図１４に示すプリズム素子１４１１は、略正方形形状をしている。プリズム素子１４１１は、四角錐形状の屈折面１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄを有する。なお、図１３に示すプリズム素子１３１１とは異なり、平坦部は形成されていない。平坦部を設けないことにより、プリズム素子１４１１は、直接透過する光による像を形成しない。各屈折面１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄにより、４つの像が形成される。４つの像はいずれも重畳することなく形成される。
【００６８】
プリズム素子１４１１は単位面積Ｔを有する。そして、各屈折面１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄは、それぞれ面積Ｔ／４を有する。この場合、撮像素子１１１において、各像をそれぞれ等しく、面積Ｔ／４に比例する光量とすることができる。これにより、さらに被写体ＯＢＪの像の周期性を低減することができる。なお、プリズム素子に設けるのは四角錐形状の屈折面に限らず、分割する像の数に応じて他の多角錐形状の屈折面を設けても良い。
【００６９】
図１５は、変形例に係るプリズム群の一部を拡大した概略構成を示す。プリズム群１５００は、四角錐形状の第１のプリズム素子１５１０と、四角錐形状の第２のプリズム素子１５２０とから構成されている。第１のプリズム素子１５１０は、その一辺が受光素子１０１を配列する２方向に対して略４５°をなすように形成されている。第２のプリズム素子１５２０は、辺が受光素子１０１を配列する２方向のいずれにも略平行となるように形成されている。さらに、第１のプリズム素子１５１０と、第２のプリズム素子１５２０との周囲には平坦部１５３０が設けられている。
【００７０】
このように、プリズム素子をランダムに配置することで回折効果を抑制し、高コントラストな記録画像を得ることが可能となる。また、プリズム素子の形状は四角錐形状に限定されず、所望の方向に屈折面を持つ形状であれば良い。例えば、６角錐、８角錐等の多角錐形状や、多角錐形状を切断して得られる台形形状であっても良い。また、光学素子の突起方向はプリズム素子の外形形状に対し、凸形、凹形のいずれであっても同様な効果が得られる。
【００７１】
プリズム群１５００は、平坦部１５３０を直接透過した光により像を形成する。第１のプリズム素子１５１０は、屈折面１５１１により、受光素子１０１を配列する２方向に対して４５°の方向へ像を形成する。第２のプリズム素子１５２０は、屈折面１５２１により、受光素子１０１を配列する２方向へ像を形成する。本変形例と同様の屈折作用を生じさせるプリズム群の形状は様々な変形をとることができる。例えば、図１６に示すような屈折面１６１０と平坦部１６２０とを有するプリズム群１６００を用いることもできる。
【００７２】
図１７は、プリズム群１５００、１６００によって撮像素子１１１上に形成される像を説明するものである。プリズム群１５００、１６００は、平坦部を透過する光により、１つの受光素子１０１上に像を形成する。また、プリズム群１５００、１６００は、屈折面を透過する光により８つの像を形成する。８つの像は、平坦部を透過した光が入射する受光素子１０１に隣接する８つの受光素子１０１上にそれぞれ形成される。プリズム群１５００、１６００は、このようにして被写体ＯＢＪの像を９つの像ＰＩ１〜９に分割する。
【００７３】
プリズム群１５００、１６００は、各プリズム素子１５１０、１５２０を透過した光により隣接する受光素子１０１上に像を形成するように、屈折面の向き及び傾斜角度を設定する。例えばプリズム群１５００において屈折面の面積比は、単位面積Ｔに対して、屈折面１５１１の面積Ｔ／１６、屈折面１５２１の面積２Ｔ／１６、平坦部１５３０の面積４Ｔ／１６とそれぞれ設定する。これにより、それぞれ略等しい光量で像を形成できる。
【００７４】
プリズム群は、被写体ＯＢＪの像をさらに多くの像に分割するように構成しても良い。例えば、図１８に示すように、被写体ＯＢＪの像を１３個の像ＰＩ１〜１３に分割しても良い。これにより、さらに被写体ＯＢＪの像の周期性を低減し、モアレの発生を低減することができる。このように、異なる向きの屈折面の数を増加することで、容易に高品質な画像を記録することができる。
【実施例２】
【００７５】
図１９は、本発明の実施例２に係るローパスフィルタであるプリズム群１９００の概略斜視構成を示す。プリズム群１９００は、上記実施例１の撮像装置１００に適用することができる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。プリズム群１９００は、２組のプリズム素子１９１０ａ、１９１０ｂとから構成されている。
【００７６】
プリズム素子１９１０ａは、第１の方向であるｙ軸方向における断面形状が略台形形状である。また、プリズム素子１９１０ａは、第１の方向であるｙ軸方向に略直交する第２の方向であるｘ軸方向に長手方向を有している。プリズム素子１９１０ａのｙ軸方向における断面形状の台形形状のうち、２つの斜面Ｙ１、Ｙ２は屈折面として機能する。また、プリズム素子１９１０ａのｙ軸方向における断面形状のうち、上面Ｙ０は平坦部として機能する。このため、斜面Ｙ１又は斜面Ｙ２に入射した光は、斜面の角度に対応する方向へ屈折する。屈折した光により屈折透過像が形成される。また、上面Ｙ０に入射した光は、そのまま透過する。そのまま透過した光により直接透過像が形成される。
【００７７】
プリズム素子１９１０ｂは、プリズム素子１９１０ａと同様の構成である。プリズム素子１９１０ｂのｘ軸方向における断面形状のうち、２つの斜面Ｘ１、Ｘ２は屈折面として機能する。また、プリズム素子１９１０ｂのｘ軸方向における断面形状のうち、上面Ｘ０は平坦部として機能する。そして、２組のプリズム素子１９１０ａ、１９１０ｂは、それぞれの長手方向どうしが略直交するように設けられている。
【００７８】
さらに、本実施例では、プリズム素子１９１０ａの平面側と、プリズム素子１９１０ｂの平面側とを向かい合わせて固着している。しかし、これに限られず、以下の（１）〜（３）のいずれかの構成でも良い。
（１）プリズム素子１９１０ａの斜面Ｙ１、Ｙ２等が形成されている面と、プリズム素子１９１０ｂの斜面Ｘ１、Ｘ２等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
（２）プリズム素子１９１０ａの斜面Ｙ１、Ｙ２等が形成されている面と、プリズム素子１９１０ｂの平面側とを向かい合わせて固着する構成。
（３）プリズム素子１９１０ａの平面側と、プリズム素子１９１０ｂの斜面Ｘ１、Ｘ２等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
なお、図１９ではプリズム面が接する構成を示しているが、両面が空気と接する構成でもよい。
【００７９】
図２０は、プリズム群１９００による入射光の分岐を示す。図２０において、向かって左側から右側へ向かって入射光ＸＹが進行する。なお、図２０の一部では、説明の便宜上、斜面Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２の符号を用いて光線を特定する。入射光ＸＹは、点線で示すプリズム素子１９１０ａにより、斜面で屈折する光線Ｙ１、Ｙ２と、上面をそのまま透過する光線Ｙ０との３つの光線に分岐される。分岐された３つの光線Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２は、さらにプリズム素子１９１０ｂにより、それぞれ３つの光線に分岐される。入射光ＸＹは、９つの光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ０、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２に分岐される。
【００８０】
プリズム群１９００は、入射光を９つの光線に分岐することにより、上記のプリズム群１５００、１６００の場合と同様に、図１７に示すように９つの像を形成できる。プリズム群１９００は、各プリズム素子１９１０ａ、１９１０ｂの斜面を透過した光により隣接する受光素子１０１上に像を形成するように、斜面の向き及び傾斜角度を設定する。これにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減し、高品質な画像を記録できるという効果を得られる。また、プリズム群１９００は、上記実施例１のプリズム群１１０と同様に成型技術等を用いて形成した各プリズム素子１９１０ａ、１９１０ｂを貼り合わせることで容易に製造することができる。
【実施例３】
【００８１】
図２１は、本発明の実施例３に係る電子機器であるカメラ付き携帯電話機２１００の概略構成を示す。カメラ付き携帯電話機２１００は、撮像装置であるカメラ部２１２０を有する。カメラ付き携帯電話機２１００は、カメラ部２１２０の撮像レンズを被写体に向けてシャッタを切ることによって、被写体の像を記憶する。上記の撮像装置は、小型な構成でモアレを低減可能である特徴がある。また、比較的画素数が少ない撮像装置は、幅広くモアレが発生し易いという性質がある。カメラ付き携帯電話機２１００は、小型かつ薄型で軽量な構成が求められる上、カメラ部２１２０の画素数は比較的少ない。従って、上記実施例の撮像装置は、カメラ付き携帯電話機２１００への適用に適している。カメラ部２１２０として上記実施例の撮像装置を用いることにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減できる。なお、カメラ付き携帯電話機２１００は、静止画を撮影可能なもの、静止画の他に動画も撮影可能なもの、のいずれであっても良い。
【００８２】
図２２は、実施例３の他の電子機器であるデジタルビデオカメラ２２００の概略斜視構成を示す。デジタルビデオカメラ２２００は、撮像装置であるカメラ部２２２０を有する。デジタルビデオカメラ２２００は、録画状態とすることで、カメラ部２２２０の撮像レンズを向けられた被写体の像を時系列的に記憶する。デジタルビデオカメラ２２００は、比較的モアレが発生し易い周期の画素数を持つものが多い。また、デジタルビデオカメラ２２００においても、小型かつ軽量な構成が求められている。従って、上記実施例の撮像装置は、デジタルビデオカメラ２２００への適用に適している。カメラ部２２２０として上記実施例の撮像装置を用いることにより、小型かつ低廉な構成でモアレを有効に低減できる。
【００８３】
本発明の撮像装置は、カメラ付き携帯電話機２１００やデジタルビデオカメラ２２００に限らず、撮影機能を有する電子機器、例えばＰＤＡやパーソナルコンピュータ等の他の携帯型情報機器、デジタルスチルカメラ、テレビ電話等に幅広く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明に係る撮像装置は、静止画や動画を記憶する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１に係る撮像装置の概略構成図。
【図２】プリズム群の斜視構成図。
【図３】入射光の振舞いの説明図。
【図４】プリズム群の平面図。
【図５】プリズム群の平面図。
【図６】プリズム群近傍の拡大図。
【図７】結像面上の一点に集光する光の説明図。
【図８】プリズム群上の一点を通過する光の説明図。
【図９】受光素子の配置図。
【図１０】撮像素子に形成される像の説明図。
【図１１】瞳位置にプリズム群を配置した撮像レンズの概略構成図。
【図１２−１】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−２】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−３】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−４】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−５】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１２−６】プリズム群のバリエーションの断面構成図。
【図１３】変形例に係るプリズム素子の上面図。
【図１４】変形例に係るプリズム素子の上面図。
【図１５】変形例に係るプリズム群の一部上面図。
【図１６】変形例に係るプリズム群の一部上面図。
【図１７】撮像素子上に形成される像の説明図。
【図１８】撮像素子上に形成される像の説明図。
【図１９】本発明の実施例２に係るプリズム群の概略斜視構成図。
【図２０】プリズム群による入射光の分岐の説明図。
【図２１】本発明の実施例３に係る電子機器の概略構成図。
【図２２】本発明の実施例３に係る他の電子機器の概略構成図。
【図２３−１】回折光の影響を低減可能なプリズム群の構成例を示す図。
【図２３−２】回折光の影響を低減可能なプリズム群の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１００ 撮像装置、１０１ 受光素子、１０３ 遮光部、１０４ カラーフィルタ、１０５ カラーフィルタ層、１０６ マイクロレンズアレイ、１０７ 赤外線カットフィルタ、１１０ プリズム群、１１１ 撮像素子、１１２ 保持部、１１３、１１４ 固定面、１２０ 撮像レンズ、２０１ プリズム素子、ＯＢＪ 被写体、ＳＡ、ＳＢ 屈折面、ＳＣ 平坦部、２１１ａ 辺部、２１２、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ 屈折面、２１３ 平坦部、２１３ａ 基準面、ＰＩ１〜５ 像、１１２０ 撮像レンズ、１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、１２５０、１２６０ プリズム群、１２１０ａ、１２２０ａ、１２３０ａ、１２４０ａ、１２５０ａ、１２６０ａ 屈折面、１２１０ｂ、１２２０ｂ、１２３０ｂ、１２５０ｂ、１２６０ｂ 平坦部、１３１１ プリズム素子、１３１２ａ、１３１２ｂ、１３１２ｃ、１３１２ｄ 屈折面、１３１３ 平坦部、１４１１ プリズム素子、１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄ 屈折面、１５００ プリズム群、１５１０、１５２０ プリズム素子、１５１１、１５２１ 屈折面、１５３０ 平坦部、１６００ プリズム群、１６１０ 屈折面、１６２０ 平坦部、ＰＩ１〜９、ＰＩ１〜１３ 像、１９００ プリズム群、１９１０ａ、１９１０ｂ プリズム素子、２１００ カメラ付き携帯電話機、２１２０ カメラ部、２２００ デジタルビデオカメラ、２２２０ カメラ部、２３１０ プリズム群、２３１１ 第１のプリズム素子、２３１２ 第２のプリズム素子、２３１３ エッジ、２３２０ プリズム群、２３２１ プリズム素子、２３２３ エッジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配列される複数の受光素子を備え、入射光を画像信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の入射側に設けられるローパスフィルタと、を有し、
前記ローパスフィルタは、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、
前記屈折面は、前記入射光を所定方向へ屈折することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記屈折面は、前記入射光が前記プリズム群を直進した場合の入射位置の前記受光素子に隣接する前記受光素子へ、前記入射光を導くような向き、及び前記屈折面と光軸に対し略垂直方向に形成される基準面とのなす角度、を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記プリズム群は、第１の方向における断面形状が略台形形状であり、前記第１の方向に略直交する第２の方向に長手方向を有する２組のプリズム素子からなり、
前記２組のプリズム素子は、それぞれ前記長手方向どうしが略直交するように設けられ、
前記台形形状の斜面は前記屈折面に対応することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記プリズム素子は、少なくとも４つの前記屈折面を有し、
前記屈折面は、それぞれ異なる向きを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記プリズム群は、第１の形状を有する第１のプリズム素子と、前記第１の形状とは異なる第２の形状を有する第２のプリズム素子と、を少なくとも有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記入射光を前記撮像素子へ導く撮像レンズを有し、
前記プリズム群は、前記撮像レンズと前記撮像素子との間の光路中に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記入射光を前記撮像素子へ導く撮像レンズを有し、
前記プリズム群は、前記撮像レンズの瞳位置、前記瞳位置に共役な位置、前記瞳位置の近傍、又は前記共役な位置の近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する、略円形形状の領域内において、前記略円形形状の直径に沿う直線に略垂直な前記プリズム素子の境界のエッジの数が５０以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像素子と前記プリズム群とを固定することにより、前記撮像素子の位置に対し前記プリズム群を所定の位置に保持する保持部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の撮像装置を有することを特徴とする電子機器。
【請求項１】
行列状に配列される複数の受光素子を備え、入射光を画像信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の入射側に設けられるローパスフィルタと、を有し、
前記ローパスフィルタは、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、
前記屈折面は、前記入射光を所定方向へ屈折することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記屈折面は、前記入射光が前記プリズム群を直進した場合の入射位置の前記受光素子に隣接する前記受光素子へ、前記入射光を導くような向き、及び前記屈折面と光軸に対し略垂直方向に形成される基準面とのなす角度、を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記プリズム群は、第１の方向における断面形状が略台形形状であり、前記第１の方向に略直交する第２の方向に長手方向を有する２組のプリズム素子からなり、
前記２組のプリズム素子は、それぞれ前記長手方向どうしが略直交するように設けられ、
前記台形形状の斜面は前記屈折面に対応することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記プリズム素子は、少なくとも４つの前記屈折面を有し、
前記屈折面は、それぞれ異なる向きを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記プリズム群は、第１の形状を有する第１のプリズム素子と、前記第１の形状とは異なる第２の形状を有する第２のプリズム素子と、を少なくとも有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記入射光を前記撮像素子へ導く撮像レンズを有し、
前記プリズム群は、前記撮像レンズと前記撮像素子との間の光路中に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記入射光を前記撮像素子へ導く撮像レンズを有し、
前記プリズム群は、前記撮像レンズの瞳位置、前記瞳位置に共役な位置、前記瞳位置の近傍、又は前記共役な位置の近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積を有する、略円形形状の領域内において、前記略円形形状の直径に沿う直線に略垂直な前記プリズム素子の境界のエッジの数が５０以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像素子と前記プリズム群とを固定することにより、前記撮像素子の位置に対し前記プリズム群を所定の位置に保持する保持部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の撮像装置を有することを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２−１】
【図１２−２】
【図１２−３】
【図１２−４】
【図１２−５】
【図１２−６】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３−１】
【図２３−２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２−１】
【図１２−２】
【図１２−３】
【図１２−４】
【図１２−５】
【図１２−６】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３−１】
【図２３−２】
【公開番号】特開２００６−３０７２３（Ｐ２００６−３０７２３Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１１０９７（Ｐ２００４−２１１０９７）
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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