(57)【要約】      （修正有）【課題】光学系の設計に於いて像面湾曲収差の負担を減じる。また、高精度の光学的画像移動装置の作成を可能とする。【解決手段】曲面状の画像入力面を持つ立体格子形状部材４を結像面に置くことで光学系３の像面湾曲収差が大きい場合でも良好な画像を得ることができる。また、立体格子の射出面上の稜線を同時に使う光学部材の突起、または、溝と噛み合わせることで高精度の接合を可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面状の画像入力面を持つ立体格子形状部材であって、前記立体格子形状の各開口要素に入射した光を、格子隔壁によって他の開口要素へ入射した光と分離すると同時に、この格子隔壁での反射によって立体格子の画像入力面の反対側に配置されている画像出力面へ導く立体格子構造。
【請求項２】
前記の立体格子形状部材を、光学的画像移動手段と共に用いる構成としたことを特徴とする請求項１記載の立体格子構造
【請求項３】
画像出力面の格子開口要素と光学的画像移動手段要素との画像位置を一致させて取り付けるために立体格子の画像出力面内の稜線を位置決めに用いる構成としたことを特徴とする請求項２記載の立体格子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、像面湾曲収差が残存している結像光学系が作成する空中画像の画質が最も良好である曲面上に形成される光の強度分布を、前記曲面と近い形状の画像入力面、及び、画像を画素に分割する開口要素列を立体格子隔壁により形成しており、前記開口要素は、隣接する開口要素との光の通過を遮断しつつ、立体格子隔壁において、光を反射することで画像入力面の反対側に位置する画像出力面へ導く機能を有する、曲面状の画像入力面を持つ立体格子に関する。
【背景技術】
【０００２】  結像光学系が作成する画像を平面上でのみ使用するという制約をなくすれば、とりわけ、広画角光学系の設計が大幅に楽になることは従来から知られている。この事実に着目して画角を拡げた光学設計の事例としてシュッミット式望遠鏡などが知られている。（非特許文献１）【０００３】  しかしながら、従来の画像を非平面とする方法は写真フイルムや写真乾板、撮像素子の受光面を非平面にするというもので、画像の作成、処理、保管などに於いて他の多くの現存する画像機器との共用性に劣るという欠点があった。（非特許文献２）【０００４】  光学的手段を用いて曲面上に形成される画像を平面上の画像に変換する方法として光フアイバーを束ねてその端面を画像の入出力面とすることも知られている。これらの製品はＦｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｐｌａｔｅｓ（ＦＯＰ）、または、Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｆａｃｅ  Ｐｌａｔｅ（ＦＯＦＰ，ＦＯＦ）と呼ばれている。【０００５】  しかしながら、これらの画像入出力機器に於いて画素となるファイバー要素の配列内における位置をばらつきなく精度良く固定することは難しかった。そのため、画素数が多く、かつ、モアレ縞の発生量が少ないＦＯＰ，ＦＯＦＰまたはＦＯＦ素子を作成することは難しかった。【０００６】  一方の端面に入射した光を他方の端面に伝達する機能を持つ結晶としてウレキサイトが知られている。（非特許文献３）【０００７】  しかしながら、ウレキサイトは温水に溶けるとともに、精密な研磨加工などを行おうとすると破損する可能性が大きい。【０００８】  光造形装置や３Ｄプリンターを用いてＣＣＤなどの撮像素子の各画素上に精確に配置させる導光柱列を製造する場合では、樹脂の乾燥工程に於いて、隣接する導光柱どうしが固着するなど変形してしまう問題が発生する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ウィキペディア『シュミット式望遠鏡』
【非特許文献２】天文ガイド編『増補天体写真テクニック』誠文堂新光社、１９９１年１０月。ＩＳＢＮ９７８−４４１６２８７０６４
【非特許文献３】ウィキペディア『ウレキサイト』
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  本発明は、以上のような従来の欠点に鑑み、像面湾曲収差が残存している結像光学系が作成する空中画像の画質が最も良好である曲面上に形成される光の強度分布を平面の撮像面に伝達する機能を持つ作成が容易な光学素子構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  上記目的を達成するために、本発明は、曲面状の画像入力面を持つ立体格子形状部材を、その画像入力面を同時に使用する光学系の残存像面湾曲収差が作成する良好画像曲面と近い位置に配置するとともに、各開口要素に入射した光を格子隔壁によって他の開口要素へ入射した光と分離しつつ、この格子隔壁での反射によって平面状の画像出力面へ導く立体格子構造であって、曲面上に形成された画像を撮像面上、または、光学的画像移動手段に導く構成となっている。【００１２】  回転対称な光学系と用いる場所には、画像入力曲面は回転対称であることが望ましい。本発明の体格子形状部材を撮像素子に直付けして用いても良いし、必要に応じて格子の開口部分を透明部材で充填しても良い。この時、格子壁に面する部分の材質を中央部よりも低い屈折とすれば全反射が起こるため、画素間の光分離効率が向上する。【００１３】  また、立体格子形状部材を、光学的画像移動手段と共に用いても良い。【００１４】  光学的画像移動手段の事例として、ＦＯＰ，ＦＯＦＰ，イメージコンジット、イメージガイド、及び、ウレキサイト等の光学結晶材料が挙げられる。また、光学結晶材料と同等の機能を持つ人工材料も挙げられる。【００１５】  ウレキサイトは、入出力端面を加工難易度の低い平面加工とし、表面を保護層で覆えば、光学部材として用いることができる。【００１６】  本発明の体格子形状部材の画像出力端面の格子開口要素と光学的画像移動手段との画素位置を一致させて取り付けるために立体格子の画像出力面内の稜線を位置決めに用いても良い。【００１７】  また、立体格子形状部材の各開口の隅に立体格子形状の剛性を増すための充填部材を配置しても良い。
【発明の効果】
【００１８】  以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に記す効果が得られる。【００１９】  本立体格子構造の画像入力面を、同時に使用する光学系の残存像面湾曲収差が作成する良好画像曲面と近いものとすることで、光学系の収差補正の負担を軽減したまま、広画角、かつ、良好な画像を平面上に光学的に移動することができる。
したがって、既存の撮像素子の受光面上に立体格子構造を配置することで、曲面上に形成されている良好な画質の画像を汎用性の高い平面状撮像面を持つ撮像素子を用いて得ることができる。【００２０】  本立体格子構造を請求項２で述べている光学的画像移動手段と共に用いることで、光学機器の配置の自由度が増し、より多様な撮像装置における使用が可能となる。【００２１】  本立体格子構造を請求項３で述べている光学的画像移動手段要素との位置決めに用いることが可能となるため、光学系の画像が作成される箇所と電子画像に変換する箇所との空間的な分離が容易となるため、より耐久性の高い光ファイバーを光学的画像移動手段要素として使用できるなど、過酷な使用状況に耐える撮像システムや、空間的な制約の多い撮像システムの実現も可能となる。【００２２】  また、光学的画像移動手段の作成手段として光造形装置や３Ｄプリンターを用いて導光柱列を製造する際に発生が懸念される導光柱の変形も、導光柱列の乾燥工程の前に本発明である立体格子を組み付ける、または、導光柱列の製造時に立体格子も同じ加工装置を用いるなどして、導光柱列と立体格子とを連続加工することで防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を実施するための第１の形態の撮像系立体図である。
【図２】本発明である立体格子の各部形状を示すものである。
【図３】本発明である立体格子の開口形状のバリエーションを示すものである。
【図４】本発明を実施するための第１の形態の断面図であり、立体格子とマイクロレンズアレイを有するＣＣＤ撮像素子との接合状態を説明する図である。
【図５】本発明を実施するための第２の形態を示す立体図であり、導光管列６と本発明である立体格子４との接合状態を説明する図である。
【図６】本発明を実施するための第３の形態を示す立体図であり、導光管列６と本発明である立体格子４との接合状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２５】  図１は、本発明使用時の全体構成図であって、結像光学系１、本発明である立体格子４、撮像素子５の配置を示すものである。また、図２は、本発明である立体格子４の各部形状を説明するものである。結像光学系３に入射し画面中央に向かう光束の周辺光線１は、本発明である立体格子４の入力画像面４１の中央部で結像する。また、結像光学系３に入射し画面中央に向かう光束の周辺光線２は、本発明である立体格子４の入力画像面４１の周辺部で結像する。本発明である立体格子４へ到達した光は立体格子の隔壁４２で適宜反射して立体格子の射出面４３へ到達し、撮像面が平面である撮像素子５の対応する画素へ入射する。また、本発明である立体格子４の側面を外枠４４で囲むことは、立体格子４の強度増加、及び、迷光排除の点から望ましい。
【００２６】  本発明である立体格子４の入力画像面４１の形状は、同時に使用する対物光学系３が有する像面湾曲収差と揃えることが望ましい。そうすれば、対物光学系３の設計において、像面を平坦にするという制約が緩和され、より少ない屈折面構成での収差補正やより広い画角に渡る収差補正が可能となる。
【００２７】  なを、本明細書で使用する説明図においては、わかり易くするため、立体格子４、撮像素子５、導光管列６の間隔を大きくして描いているが、本発明の実施においては、これらの部材の間隔を密着させるなど、適宜設定して使用する。また、見易くするため、画像の画素数を少なく描いてあるが、本発明は特定の画素数にのみ適用されるものではない。また、本発明は、四角形の画像にのみ適用されるものではない。さらに、本発明は、分岐のあるイメージガイドなどにより画像を複数に分割する場合にもそれぞれの画像に対して有効である。
【００２８】  図３は、本発明である立体格子４の開口形状、および、そのバリエーションを示すものである。
図３（ａ）は、開口要素が、四角形の開口要素４２１の整列により構成される事例を示す。
図３（ｂ）は、四角形の開口要素４２１の内部が、隔壁面に近い周辺部分４２１１と中央部分４２１２とで構成される事例を示す。
【００２９】  立体格子の隔壁４２は、隣接する開口要素との光の遮断が必要であるとともに、入射した光の減衰を防ぐために高反射率を有する必要がある。開口要素周辺部分４２１１を設けることで、立体格子の剛性が向上する。開口要素中央部分４２１２は、中空構造であっても良いし、開口要素周辺部分４２１１と比べて、より屈折率の高い透明部材で充填しても良い、この場合、開口要素中央部分４２１２と開口要素周辺部分４２１１との境界面で全反射が発生するため、立体格子４による光の減衰を防げる。
【００３０】  図３（ｃ）は、開口要素が、六角形の開口要素４２２の整列により構成される事例を示す。
図３（ｄ）は、六角形の開口要素４２２の内部が、隔壁面に近い周辺部分４２２１と中央部分４２２２とで構成される事例を示す。立体格子の隔壁４２に求められる光の遮断性、及び、高反射率の必要性は四角形の場合と同じである。また、六角形の開口要素中央部分４２２２と六角形の開口要素周辺部分４２２１との透過率、及び、屈折率に関する性質は四角形の場合と同様である。
【００３１】  開口要素形状としてどのような形状を選択するかは、撮像素子の開口要素形状と取り出したい画像情報に基づいて決められる。
【実施例１】
【００３２】  図４は、本発明装置の実施例１を説明する断面図であり、立体格子４の平面状の射出端面４３を撮像素子の撮像面に取り付ける様子を示している。立体格子の隔壁４２で構成される端面上に現れる稜が撮像素子５の画素要素上に取り付けられているマイクロレンズの突起している部分と噛み合うことで立体格子４と撮像素子５とを精度良く取り付けることが可能となることを説明するものである。【００３３】立体格子の隔壁４２の稜と噛み合わせるものは、球状の突起に限定されるものではなく、取り付け精度を確保するために有用な、あらゆる突起形状でも良い。【００３４】立体格子４と突起列を利用して位置決めする部材は、マイクロレンズアレイを有する撮像素子に限定されることなく、柱状列、光ファイバー列、光学結晶材料であっても良い。
【実施例２】
【００３５】  図５（ａ）は、本発明装置の実施例２を説明する立体図であり、立体格子の画像出力面と、光学的画像移動手段と共に用いる事例を示す図である。
立体格子４の平面状の射出端面４３上の各開口要素４２１に対応する導光管要素がはめ込まれている柱列状の導光管列６を介して撮像素子の撮像面に光学的に画像を転送する構造を示している。立体格子の隔壁４２の稜は、導光管列要素間の隙間に入ることで導光管列要素の配列内に於ける位置を精確に保持することを可能としている。【００３６】  また、立体格子４の射出端面４３は、光学的画像移動手段側の画像入力面の形状と近いことが望ましい。光学的画像移動手段側の画像入力面が曲面の場合には、立体格子４の射出端面４３もそれに揃えて曲面であることが望ましい。
【実施例３】
【００３７】  図６（ａ）は、本発明装置の実施例３を説明する立体図であり、立体格子４の平面状の射出端面４３に固定されている柱列状の導光管列６を介して撮像素子の撮像面に画像を光学的に転送する構造を示している。
図６（ｂ）は、立体格子の隔壁４２の稜と噛み合わせるための溝状構造（６２と６３）を持つ導光管要素の形態を示す立体図である。導光管要素の構成は、柱部６１、突起部６２、溝部６３からなる。
図６（ｃ）は、立体格子の隔壁４２の稜と噛み合わせるための溝状構造（６２と６３）を持つ導光管要素の別形態を示す立体図である。この形態は、光の入射端面に光トラップ効果を有する角錐状の窪みを有する。【００３８】  また、立体格子４の射出端面４３の形状は、柱状列との取り付けの都合に応じて決定するべきである。そのため、段差を含む面であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】本発明は、画像関連機器を製造する産業で利用される。
【符号の説明】
【００４０】１  撮像素子画面中央部に結像する光線
２  撮像素子画面周辺部に結像する光線
３  対物光学系
４  立体格子
５  撮像面が平面である撮像素子
４１  立体格子の入射曲面
４２  立体格子の隔壁
４３  立体格子の射出面
４４  立体格子の外枠
４２１  開口が四角形の隔壁
４２１１  四角形の開口要素の周辺部分
４２１２  四角形の開口要素の中央部分
４２２  開口が六角形の隔壁
４２２１  六角形の開口要素の周辺部分
４２２２  六角形の開口要素の中央部分
５１  撮像素子のマイクロレンズアレイ要素
６１  柱部
６２  突起部
６３  溝部
６４  光トラップ窪み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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