(57)【要約】【課題】簡易な構成で焦点距離が可変である反射光学素子、反射面内の任意部分の焦点距離が可変である反射光学素子アレイ、及び反射光学素子アレイを備えた撮像装置を提供する。【解決手段】ミラー部２２、フレーム部２３、フレーム部２３にミラー部２２の一端側を回動支持する一対のヒンジ部２４、２５、及び、ミラー部２２の両側方にそれぞれ接続される一対のアーム部２６、２７を有する可動ミラー層２と、可動ミラー層２と空間を隔てて対向して設けられる基板３と、を備え、ミラー部２２は、一対のヒンジ部２４、２５が延在する同一直線を回動軸として、外力により基板３側に向かって回動するとともに、可動端側において基板３から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部２６、２７から受けることにより、凹状に変形する。【選択図】図１
2014074804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部、フレーム部、及び、前記フレーム部に前記ミラー部の一端側を回動支持する一対のヒンジ部を有し、前記ミラー部が前記一対のヒンジ部が延在する同一直線を回動軸として回動する可動ミラー層と、
前記可動ミラー層と空間を隔てて対向して設けられる基板と、を備えた反射光学素子であって、
前記可動ミラー層は、前記ミラー部の外縁と前記フレーム部の内縁の間において、前記ミラー部の両側方にそれぞれ接続される一対のアーム部をさらに有し、
各前記アーム部は、
前記ミラー部の外縁と前記フレーム部の内縁の隙間に沿って形成された延伸部と、
前記一対のヒンジ部よりも前記ミラー部の他端側に形成され、前記延伸部と前記フレーム部の内縁を連結する第１の連結部と、
前記第１の連結部よりも前記ミラー部の前記他端側に形成され、前記延伸部と前記ミラー部の外縁を連結する第２の連結部と、を有し、
前記ミラー部は、外力により前記基板側に向かって前記回動軸を中心として回動するとともに、前記他端側において前記基板から離れる方向に作用する引っ張り力を前記一対のアーム部から受けることにより、凹状に変形することを特徴とする反射光学素子。
【請求項２】
前記可動ミラー層は導電性を有し、前記基板上には前記可動ミラー層と電気的に絶縁された電極が形成されており、
前記外力は、前記電極と前記可動ミラー層との間に電圧が印加された場合に、前記電極と前記可動ミラー層との間に生じる静電引力であることを特徴とする請求項１に記載の反射光学素子。
【請求項３】
前記電極は、前記回動軸に直交する方向に分割された複数の分割電極からなることを特徴とする請求項２に記載の反射光学素子。
【請求項４】
前記可動ミラー層は磁性を有し、
前記外力は、前記可動ミラー層に付与される磁気力であることを特徴とする請求項１に記載の反射光学素子。
【請求項５】
前記ミラー部、前記フレーム部、前記一対のヒンジ部、及び前記一対のアーム部が一体形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の反射光学素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の反射光学素子がアレイ状に複数配置されてなり、前記外力により前記各反射光学素子の前記ミラー部がそれぞれ任意の曲率で凹状に変形することにより、部分的に焦点距離が可変な凹面鏡として機能することを特徴とする反射光学素子アレイ。
【請求項７】
物体の複数の焦点画像を生成するための画像を撮像する撮像装置であって、
前記物体からの光を集光する撮像レンズと、
前記撮像レンズからの光を受光する複数の画素を含む撮像素子と、
前記撮像レンズからの光を前記撮像素子に伝達する光学素子と、を備え、
前記光学素子は、請求項６に記載の反射光学素子アレイであることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離が可変である反射光学素子、反射光学素子が複数配置されてなる反射光学素子アレイ、及び反射光学素子アレイを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ライトフィールドフォトグラフィという手法を用い、ある像面位置で撮影された画像からユーザが指定した異なる像面位置における画像を再構成できるライトフィールドカメラ（Light Field Camera）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ライトフィールドフォトグラフィでは、撮像光学系と光電変換素子の間に特殊な光学系が配置される。ライトフィールドカメラの一形態では、特殊な光学系としてマイクロレンズアレイが用いられており、撮像光学系の開口の異なる領域を通過しマイクロレンズアレイの各マイクロレンズに収束する光が、それぞれ光電変換素子の異なる画素に分離結像されるようになっている。
【０００４】
光電変換素子の各画素で検出された光の方向は、既知である上記撮像光学系のパラメータ情報から分かるため、得られた撮像データからユーザが設定した仮想像面位置での任意焦点画像を再構成することが可能である。なお、ユーザが設定できる仮想像面位置の範囲は、１つのマイクロレンズに対する光電変換素子の画素数が多いほど広くなる。
【０００５】
しかしながら、従来のライトフィールドカメラでは、生成される任意焦点画像の画素数（解像度）がマイクロレンズアレイのマイクロレンズ数と等しくなるため、光電変換素子の画素数と比べて任意焦点画像の画素数が大幅に減少してしまうという問題点があった。
【０００６】
一方、任意焦点画像の画素数（解像度）の減少を抑えるためにマイクロレンズの数を多くすると、１つのマイクロレンズに対する光電変換素子の画素数（即ち、視差数）が少なくなるため、設定できる仮想像面位置の範囲が狭くなってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、特殊な光学系としてマイクロレンズアレイを用いない方法として符号化撮像が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。符号化撮像では、特殊な光学系として、ある規則によって複数の開口が開いている絞り（符号化絞り、コーデッドアパーチャ）が用いられる。符号化絞りを用いた場合には、マイクロレンズアレイを用いた場合のような画素数の減少は起こらないが、入射光が絞りを通過するためにその光量が減少し、画像のＳＮ比が悪化してしまう。
【０００８】
そこで、特殊な光学系として、異なる焦点距離を有する複数のレンズからそれぞれ一部分が切り出されたレンズが整列配置されてなるラティスフォーカスレンズが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献２等に開示された従来のラティスフォーカスレンズを用いたリフォーカスカメラでは、撮影する対象の距離範囲によって適切なラティスフォーカスレンズの組み合わせを用いなければならないが、そのためには、予め多数の組み合わせのラティスフォーカスレンズを取り揃えておき、撮影シーンに応じて交換しなければならず、煩雑な手間がかかっていた。さらに、非特許文献２等に開示されたリフォーカスカメラは、ラティスフォーカスレンズの交換のための機構を持つため、装置の小型化が困難になるという問題も有していた。
【００１０】
そこで、ラティスフォーカスレンズに代えて、反射面の光学特性を部分的に可変にできる反射型の光学素子を用いた構成が考えられる。このような光学素子としては、天文学などで従来から使用されている補償光学素子があり、特に近年ではＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を使用した小型の補償光学素子も提案されている。
【００１１】
しかしながら、従来の補償光学素子は、平面反射鏡の反射面内の微小な凹凸を制御して光波面の整形を行うものであり、ラティスフォーカスレンズのように焦点距離が部分的に他の箇所と大きく異なる状態を取るものではない。
【００１２】
これに対して、平面反射鏡の一辺に平行に設けられたヒンジ（ねじりばね）を中心として、平面反射鏡を回動させるミラー素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このミラー素子においては、静電引力などを用いて平面反射鏡の角度を任意に変位させることができる。さらに、上記のミラー素子を密集配置させて反射鏡アレイを構成することが考えられる。このような反射鏡アレイは、例えば個々のミラー素子の反射鏡の角度を調整することにより、フレネルミラーの構造をとることができるとともに、部分的に焦点距離を変えることもできる。
【００１３】
しかしながら、上記の構成の反射鏡アレイでは、個々のミラー素子の反射鏡が平面鏡であるため、全体として良好な特性の凹面鏡を構成するためには多数のミラー素子が必要となり、反射鏡アレイが大型で複雑になるという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で焦点距離が可変である反射光学素子、反射面内の任意部分の焦点距離が可変である反射光学素子アレイ、及び反射光学素子アレイを備えた撮像装置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】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明に係る反射光学素子は、ミラー部、フレーム部、及び、前記フレーム部に前記ミラー部の一端側を回動支持する一対のヒンジ部を有し、前記ミラー部が前記一対のヒンジ部が延在する同一直線を回動軸として回動する可動ミラー層と、前記可動ミラー層と空間を隔てて対向して設けられる基板と、を備えた反射光学素子であって、前記可動ミラー層は、前記ミラー部の外縁と前記フレーム部の内縁の間において、前記ミラー部の両側方にそれぞれ接続される一対のアーム部をさらに有し、各前記アーム部は、前記ミラー部の外縁と前記フレーム部の内縁の隙間に沿って形成された延伸部と、前記一対のヒンジ部よりも前記ミラー部の他端側に形成され、前記延伸部と前記フレーム部の内縁を連結する第１の連結部と、前記第１の連結部よりも前記ミラー部の前記他端側に形成され、前記延伸部と前記ミラー部の外縁を連結する第２の連結部と、を有し、前記ミラー部は、外力により前記基板側に向かって前記回動軸を中心として回動するとともに、前記他端側において前記基板から離れる方向に作用する引っ張り力を前記一対のアーム部から受けることにより、凹状に変形することを特徴とする。
【００１６】
この構成により、ミラー部が、外力により基板側に向かって回動するとともに、基板から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部から受けることにより凹状に変形するため、簡易な構成で焦点距離が可変な反射光学素子を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、簡易な構成で焦点距離が可変である反射光学素子、反射面内の任意部分の焦点距離が可変である反射光学素子アレイ、及び反射光学素子アレイを備えた撮像装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態としての反射光学素子の構成を示す斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態としての反射光学素子の構成を示す分解斜視図
【図３】本発明の第１の実施形態としての反射光学素子の可動ミラー層の構成を示す上面図
【図４】（ａ）は本発明の第１の実施形態としての反射光学素子の動作を説明するための斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図５】（ａ）は本発明の第１の実施形態としての反射光学素子の電極の構成例を示す斜視図、（ｂ）は電極の他の構成例を示す斜視図
【図６】本発明の第１の実施形態としての反射光学素子の製造工程を示す断面図（その１）
【図７】本発明の第１の実施形態としての反射光学素子の製造工程を示す断面図（その２）
【図８】本発明の第１の実施形態としての反射光学素子の製造工程を示す断面図（その３）
【図９】本発明の第２の実施形態としての反射光学素子アレイの構成を示す斜視図
【図１０】本発明の第２の実施形態としての反射光学素子アレイの構成を示す部分斜視図
【図１１】本発明の第３の実施形態としての撮像装置の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る反射光学素子、反射光学素子アレイ、及び撮像装置の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致しない。
【００２０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態としての反射光学素子１の構成について説明する。図１、２に示すように、反射光学素子１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により一体的に形成された可動ミラー層２と、可動ミラー層２と空間を隔てて対向して設けられる基板３と、を主に備える。
【００２１】
さらに、反射光学素子１は、可動ミラー層２と基板３の間に、シリコンの酸化膜からなる絶縁層４、及び、導電性を有するシリコン層５を備える。例えば、導電性を有するシリコン層からなる可動ミラー層２、絶縁層４、及びシリコン層５は、３層のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板により構成される。シリコン層５は、可動ミラー層２のミラー部２２の可動空間を確保するための凹部６（空隙）を有している。絶縁層４により、可動ミラー層２とシリコン層５とは互いに絶縁されている。
【００２２】
図１〜３等に示すように、可動ミラー層２は、少なくとも一面側に光を反射させるための反射膜２１（図３には不図示）が形成され、導電性を有する基板（例えばシリコン基板）からなるミラー部２２と、フレーム部２３と、フレーム部２３にミラー部２２の一端側を回動支持する一対のヒンジ部２４、２５と、を有する。ミラー部２２は、与えられた外力に応じて、一対のヒンジ部２４、２５が延在する同一直線を回動軸として回動するようになっている。
【００２３】
また、可動ミラー層２は、ミラー部２２の外縁とフレーム部２３の内縁の間において、ミラー部２２と一対のヒンジ部２４、２５の連結部よりも他端（以下、可動端とも呼ぶ）側の位置で、ミラー部２２の両側方にそれぞれ接続される一対のアーム部２６、２７を有している。
【００２４】
図３に示すように、フレーム部２３は、台形枠状に形成されており、上底としての第１の横板２３ａ、下底としての第２の横板２３ｂ、脚としての第１の縦板２３ｃ及び第２の縦板２３ｄからなっている。
【００２５】
ヒンジ部２４は、第１の横板２３ａよりも第２の横板２３ｂに近い側において第１の縦板２３ｃとミラー部２２を連結するようになっている。一方、ヒンジ部２５は、第１の横板２３ａよりも第２の横板２３ｂに近い側において第２の縦板２３ｄとミラー部２２を連結するようになっている。
【００２６】
アーム部２６は、第１の縦板２３ｃとミラー部２２の隙間に沿って第２の横板２３ｂ側から第１の横板２３ａ側に延伸する延伸部２６ａと、ヒンジ部２４よりも第１の横板２３ａに近い側に形成され、延伸部２６ａと第１の縦板２３ｃを連結する第１の連結部２６ｂと、第１の連結部２６ｂよりも第１の横板２３ａに近い側に形成され、延伸部２６ａとミラー部２２を連結する第２の連結部２６ｃと、を有する。
【００２７】
一方、アーム部２７は、第２の縦板２３ｄとミラー部２２の隙間に沿って第２の横板２３ｂ側から第１の横板２３ａ側に延伸する延伸部２７ａと、ヒンジ部２５よりも第１の横板２３ａに近い側に形成され、延伸部２７ａと第２の縦板２３ｄを連結する第１の連結部２７ｂと、第１の連結部２７ｂよりも第１の横板２３ａに近い側に形成され、延伸部２７ａとミラー部２２を連結する第２の連結部２７ｃと、を有する。
【００２８】
既に述べたように、一対のヒンジ部２４、２５は、（第２の横板２３ｂの長さ方向に沿って）一直線上に並ぶように形成される。同様に、第１の連結部２６ｂ、２７ｂは、（第２の横板２３ｂの長さ方向に沿って）一直線上に並ぶように形成される。また、第２の連結部２６ｃ、２７ｃは、（第２の横板２３ｂの長さ方向に沿って）一直線上に並ぶように形成される。
【００２９】
ここで、一対のヒンジ部２４、２５、第１の連結部２６ｂ、２７ｂ、及び、第２の連結部２６ｃ、２７ｃは、それら自体がその長方向に沿ってねじれ変形するねじりばねとして機能し、その変形に対して自ら元の状態に戻るための復帰力を生じるような幅及び長さを有している。
【００３０】
ミラー部２２は、与えられた外力に応じて、一対のヒンジ部２４、２５が延在する同一直線を回動軸として基板３側に向かって回動すると、ミラー部２２の可動端側が、基板３から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部２６、２７から受けるようになっている。図４（ａ）に示すように、上記の復帰力、外力、及び引っ張り力の釣り合いにより、ミラー部２２全体が凹状（下に凸）に反ることとなる。
【００３１】
以下、ミラー部２２に付与する外力として静電引力を用いる場合の構成及び動作について説明する。反射光学素子１は、図４（ｂ）に示すように、可動ミラー層２のミラー部２２に静電引力を与えるミラー駆動装置１０に接続されるようになっている。
【００３２】
ここで、図４（ｂ）に示すように、ミラー部２２の一端側が鉛直方向に対して成す角度をθとする。ミラー部２２の回転角θ（変位量）は、外力の大きさ、一対のヒンジ部２４、２５のねじりばね定数、及び、一対のアーム部２６、２７の各連結部のねじりばね定数で決まる。
【００３３】
なお、ある回転角θにおけるミラー部２２の曲率は、例えば、一対のアーム部２６、２７の第１及び第２の連結部２６ｂ、２６ｃ、２７ｂ、２７ｃとフレーム部２３との接合位置を調整することで、任意に設定することが可能である。
【００３４】
図５に示すように、基板３の上面には、不図示の絶縁膜を介して、可動ミラー層２に対して外力としての静電引力を与えるための電極３１が形成されている。この電極３１は、１枚の金属膜からなるものであってもよく、あるいは、複数の分割電極からなるものであってもよい。
【００３５】
図５（ａ）は、電極３１が単一の電極からなる例を示している。電極３１は、ミラー駆動装置１０と電極３１とを電気的に接続するための引出配線３２を有する。また、図５（ｂ）は、電極３１が、回動軸に直交する方向に分割された複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなる例を示している。分割電極３１ａ〜３１ｄは、ミラー駆動装置１０にそれぞれが電気的に接続されるための引出配線３２ａ〜３２ｄを有する。
【００３６】
ここで、図５（ｂ）に示した各引出配線３２ａ〜３２ｄは、他の引出配線、並びに、それぞれ対応する分割電極３１ａ〜３１ｄ以外の分割電極と、不図示の絶縁層によって電気的に分離されている。この構成により、各分割電極３１ａ〜３１ｄは独立に通電可能となっている。
【００３７】
なお、図５（ｂ）には、電極３１を複数に分割する場合の分割数（分割電極の個数）が４つの例を示したが、この分割数は４つに限定されるものではなく、必要に応じて２以上のいくつであってもよい。
【００３８】
図４（ｂ）に示したミラー駆動装置１０は、基板３の上面に形成された電極３１と、可動ミラー層２のミラー部２２との間に電圧を印加することにより、電極３１とミラー部２２との間に静電引力を生じさせて、ミラー部２２を電極３１が形成された基板３側に引きつけることにより、ミラー部２２を変位させるようになっている。
【００３９】
図４（ｂ）は、ミラー駆動装置１０が、電極３１に負電位を印加するとともに、ミラー部２２に正電位を印加する例を示している。これとは逆に、ミラー駆動装置１０は、電極３１に正電位を印加し、ミラー部２２に負電位を印加するものであってもよい。あるいは、ミラー駆動装置１０は、ミラー部２２の電位を基準電位（グランド電位）として、電極３１に正電位または負電位を印加するものであってもよい。
【００４０】
一般的に、対向する電極間に印加される電圧が大きく、対向する電極面積が広いほど静電引力は大きくなる。このため、印加電圧がゼロでミラー部２２と電極３１が大きく離れた初期状態（例えば反射光学素子１が平面鏡である状態）においては、大きな静電引力を発生させるために電極３１の面積を広くすることが有利である。そこで、電極３１が複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなる場合には、なるべく多くの分割電極３１ａ〜３１ｄに電圧が印加されることが好ましい。
【００４１】
次に、本実施形態の反射光学素子１の動作について説明する。
不図示の配線を介して、ミラー駆動装置１０により、可動ミラー層２のミラー部２２と、基板３の上面に形成された電極３１との間に電圧が印加されると、ミラー部２２と電極３１の間に生じた静電引力により、一対のヒンジ部２４、２５の回動軸を中心にしてミラー部２２が回動して基板３側に引き寄せられる。
【００４２】
ミラー部２２を変位させ続けるためにはミラー駆動装置１０から電圧を印加し続けることになるが、ミラー部２２の変位が大きくなり、ミラー部２２と電極３１の距離が近づけば、ミラー部２２の変位を保持するための静電引力は変位初期より小さくて済む。従って、電極３１が複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなる場合には、分割電極３１ａ〜３１ｄのうちのいくつかの電極への電圧印加を停止することにより、ミラー部２２の変位の保持に必要なエネルギーを少なくすることが可能である。
【００４３】
ミラー部２２が上記のような回動運動をすると、ミラー部２２の可動端側は、基板３から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部２６、２７から受ける。上記の静電引力と引っ張り力により、ミラー部２２は凹状（下に凸）に反ることとなる。
【００４４】
ここで、ミラー駆動装置１０により、ミラー部２２と電極３１の間への印加電圧の大きさが調整されることにより、所望のミラー部２２の回転角θ（変位量）と曲率を得ることが可能となる。
【００４５】
さらに、電極３１が複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなる場合には、複数の分割電極３１ａ〜３１ｄに印加する電圧が分割電極ごとに適正に設定されることで、ミラー部２２の曲率を制御することが可能である。また、一対のアーム部２６、２７の第１及び第２の連結部２６ｂ、２６ｃ、２７ｂ、２７ｃとフレーム部２３との接合位置を調整することで、ある傾き角（回転角）におけるミラー部２２の曲率を設定することが可能である。
【００４６】
なお、ミラー部２２の変位が大きくなった場合には、ミラー部２２の可動端が電極３１や基板３に接触することが考えられる。ミラー部２２と電極３１が電圧印加時に接触すると、ミラー駆動装置１０の電気回路がショートするとともに、ミラー部２２が破損する。このようなミラー部２２と電極３１の接触を防止するためには、可動用の電極３１を小さくすることが考えられるが、その場合には可動初期に静電引力が不足する懸念がある。
【００４７】
そこで、本実施形態のように、電極３１として複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなるものを用いれば、大きな静電引力が必要な時には全ての分割電極３１ａ〜３１ｄを使用し、ミラー部２２の変位が十分に大きくなった時には、例えばミラー部２２の可動端付近の分割電極（例えば分割電極３１ｄ）への通電を停止し、その他の分割電極を使用することができる。これにより、少ないエネルギーで安全にミラー部２２を変位させ続けることができる。
【００４８】
以下、上記のように構成された反射光学素子１の製造方法について説明する。
可動ミラー層２は、シリコン基板のエッチング処理等で形成されるが、その製造方法は任意である。まず、図６（１）に示すようなＳＯＩ基板４０等の３層基板を準備する。ここで用いるＳＯＩ基板４０は２つのシリコン層４２、４５が絶縁層４４を挟んでなり、台形柱状の形状を有している。例えば、シリコン層４２、４５は、それぞれ厚さ４０μｍ、２１０μｍの単結晶シリコンからなる。絶縁層４４は、厚さ０．２μｍの酸化シリコン（例えばＳｉＯ2）からなる。
【００４９】
次に、図６（２）に示すように、ＳＯＩ基板４０の一方のシリコン層４２（一般に活性層と呼ばれる）の上面の所定位置に反射膜２１を形成する。この反射膜２１としては、一般的には金やアルミニウム等の金属を用いる。
【００５０】
次に、図６（３）に示すように、シリコン層４２の上面にエッチング用のマスク４１をフォトリソグラフィで形成する。マスク４１には、ミラー部２２の形成用パターンの他、フレーム部２３、一対のヒンジ部２４、２５、及び一対のアーム部２６、２７の形成用パターンも含まれている。
【００５１】
次に、図６（４）に示すように、ドライエッチングでマスク４１に沿った加工を行う。エッチングは酸化シリコン層である絶縁層４４まで進み、そこで絶縁層４４がエッチングストップ層となりエッチングが停止する。このエッチングにより、ミラー部２２、フレーム部２３、一対のヒンジ部２４、２５、及び一対のアーム部２６、２７を有する可動ミラー層２が形成される。
【００５２】
次に、図７（５）に示すように、ＳＯＩ基板４０を上下反転させ、厚さ２１０μｍの厚いシリコン単結晶（一般に支持基板と呼ばれる）であるシリコン層４５に、空隙を形成するためのマスク４３を形成する。
【００５３】
次に、図７（６）に示すように、ドライエッチングでマスク４３に沿った加工を行う。酸化シリコン層である絶縁層４４がエッチングストップ層として機能するため、絶縁層４４でエッチングが停止する。このエッチングにより、ミラー部２２の可動空間を確保するための空隙を有するシリコン層５が形成される。
【００５４】
次に、図７（７）に示すように、バッファードフッ酸などを用いて、酸化シリコン層である絶縁層４４のうち、可動ミラー層２とシリコン層５に挟まれた部分以外を除去する。このエッチングにより、可動ミラー層２とシリコン層５とを互いに絶縁させる絶縁層４が形成されるとともに、ミラー部２２の可動空間を確保するための凹部６が形成される。
【００５５】
次に、図８（８）に示すように、例えば厚さ５００μｍの単結晶シリコンウェハである基板３に、不図示の絶縁膜を形成後、駆動用の電極３１を形成する。
【００５６】
最後に、図８（９）に示すように、図７（７）に示したＳＯＩ基板と、図８（８）に示した基板とを貼り合わせることにより、反射光学素子１が完成する。
【００５７】
なお、上記では１つの反射光学素子１を図示して製造工程を説明したが、実際には複数個の反射光学素子のパターンが形成されたフォトリソグラフィのマスクを用いて、一度のプロセスで複数個の反射光学素子を同時に形成することができる。つまり、一度のプロセスで、第２の実施形態で説明する反射光学素子アレイを形成することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態に係る反射光学素子１は、ミラー部２２が、外力により基板３側に向かって回動するとともに、基板３から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部２６、２７から受けることにより凹状に変形するため、簡易な構成で焦点距離を可変とすることができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る反射光学素子１は、可動ミラー層２（ミラー部２２、フレーム部２３、一対のヒンジ部２４、２５、及び一対のアーム部２６、２７）がＳＯＩ基板４０にＭＥＭＳ技術を適用することにより一体形成されるため、一対のヒンジ部２４、２５や一対のアーム部２６、２７の形状を精度良く形成できるとともに、一対のヒンジ部２４、２５と一対のアーム部２６、２７の各連結部の位置を任意に設定することが可能である。
【００６０】
なお、上記の説明では、可動ミラー層２がＭＥＭＳ技術により一体形成されるとしたが、ミラー部２２、フレーム部２３、一対のヒンジ部２４、２５、及び一対のアーム部２６、２７はそれぞれ別個に形成されるものであってもよい。
【００６１】
また、上記の説明では、可動ミラー層２が導電性を有するとしたが、可動ミラー層２は導電性を持たない材質で構成されていてもよい。この場合には、反射膜２１が導電性の金属膜であれば、電極３１とミラー部２２との間の静電引力を確保することができる。
【００６２】
また、上記の説明では、ミラー部２２に付与される外力が静電引力であるとしたが、可動ミラー層２が磁性を有する材質からなる場合には、ミラー部２２に付与される外力は磁気力であってもよい。磁気力をミラー部２２に付与する構成としては、例えば電極３１に代えて基板３上に、電磁石コアと、渦巻き状の薄膜コイルと、薄膜コイルから引き出された引出配線と、を有する電磁石が形成され、ミラー駆動装置１０が引出配線を介して電磁石に磁界を発生させるための電流を流す構成が考えられる。
【００６３】
また、上記の説明では、反射光学素子１の形状が台形柱状であるとしたが、反射光学素子１の形状は、例えば、第１の横板２３ａ及び第２の横板２３ｂを円弧状とした扇状の形状であってもよい。
【００６４】
（第２の実施形態）
続いて、本発明における第２の実施形態としての反射光学素子アレイについて図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
【００６５】
本実施形態の反射光学素子アレイ１００は、第１の実施形態の反射光学素子１がアレイ状に複数配置されてなるものである。図９に示すように、反射光学素子アレイ１００は、台形柱状の反射光学素子１が例えば同心円状に整列配置されて構成される。なお、反射光学素子アレイ１００の中心部には、最も中心に近い反射光学素子１の第１の横板２３ａに接するように、平面状または凹面上の中心ミラー７が配置されることが望ましい。
【００６６】
図９（ａ）は、反射光学素子アレイ１００を構成する全ての反射光学素子１が基板３の面に平行になっている状態を示している。この状態においては、全ての反射光学素子１の焦点距離が無限大になっており、反射光学素子アレイ１００は全体として平面鏡として機能するようになっている。
【００６７】
図９（ｂ）は、外力により個々の反射光学素子１の反射面（ミラー部２２の反射膜２１が形成された面）がそれぞれ任意の曲率で凹状に変形した構成を示している。例えば、図９（ｂ）に示した複数の反射光学素子１のうち、矢印で示した２つの反射光学素子はそれぞれ異なる焦点距離Ａ、Ｂを有する凹面鏡の一部に相当する。
【００６８】
このように、反射光学素子アレイ１００を構成する各反射光学素子１のミラー部２２がそれぞれ異なる焦点距離を有する凹面鏡の一部からなることにより、反射光学素子アレイ１００は、部分的に焦点距離が可変な凹面鏡として機能するようになっている。一例としては、反射光学素子アレイ１００をフレネルミラーの構成とすることも可能である。
【００６９】
図１０は、図９（ｂ）の一部を拡大して示す部分斜視図である。既に述べたように、一対のヒンジ部２４、２５を中心とした回動と一対のアーム部２６、２７の引っ張りにより、各反射光学素子１のミラー部２２に凹状の変形が生じるので、個々のミラー部２２が凹面鏡の一部を構成する。これにより、個々のミラー部２２が平面鏡である従来の構成と比較して、少ない数の反射光学素子で、より精度の高い反射光学素子アレイを形成することが可能となる。
【００７０】
このように構成された本実施形態の反射光学素子アレイ１００は、任意の位置にある反射光学素子１の焦点距離を任意に変化させることができる。従って、本実施形態の反射光学素子アレイ１００は、非特許文献２に開示されたようなラティスフォーカスレンズの代わりに第３の実施形態で説明するリフォーカスカメラに適用されることにより、従来のラティスフォーカスレンズと同様の光学機能を発揮するだけでなく、撮影シーンの変化に対応した画像処理に適した光学系を構成することが可能となる。
【００７１】
さらに、本実施形態の反射光学素子アレイ１００をリフォーカスカメラに適用することにより、従来のラティスフォーカスレンズを用いたリフォーカスカメラにおけるレンズの交換機構などが不要となるため、リフォーカスカメラを小型化することが可能となる。
【００７２】
（第３の実施形態）
続いて、本発明における第３の実施形態としての撮像装置について図面を参照しながら説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
【００７３】
図１１に示すように、本実施形態の撮像装置２００は、ライトフィールドカメラなどのリフォーカスカメラであり、筺体５０内に、撮像素子５１と、撮影対象（物体）からの光線を撮像素子５１の受光面に集光して結像させるための撮像レンズとしてのレンズ群５２、５３と、第２の実施形態の反射光学素子アレイ１００と、レンズ群５２からの光を反射光学素子アレイ１００に向けて通過させるとともに、反射光学素子アレイ１００により変調を受けた反射光をレンズ群５３に向けて反射させるハーフミラー５４と、制御部５５と、を備える。
【００７４】
反射光学素子アレイ１００は、レンズ群５２からの光を撮像素子５１に伝達する光学素子として機能するようになっている。撮像素子５１は、レンズ群５２、５３からの光を受光する複数の画素を有するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージャからなる。
【００７５】
制御部５５は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、を有し、画像安定化、ズーム、露光及び焦点制御、雑音低減、画像構成等のような機能を実施するようになっている。さらに、制御部５５は、反射光学素子アレイ１００を構成する各反射光学素子１の焦点距離を制御するようになっている。
【００７６】
次に、本実施形態の撮像装置２００の動作について説明する。
不図示の撮影対象から出た光は、レンズ群５２により集光されハーフミラー５４に導かれる。ハーフミラー５４を通過した光は、反射光学素子アレイ１００に導かれ、反射光学素子アレイ１００により変調を受けた反射光は再びハーフミラー５４に導かれる。
【００７７】
このとき、制御部５５が反射光学素子アレイ１００の各反射光学素子１の焦点距離を無限大とし、反射光学素子アレイ１００を平面鏡として機能させる場合には、撮像装置２００は通常のカメラ光学系となる。一方、制御部５５が反射光学素子アレイ１００の各反射光学素子１の焦点距離を撮影シーンに応じて異ならせて、反射光学素子アレイ１００にラティスフォーカスレンズと同等の光学機能を持たせる場合には、撮像装置２００は撮影シーンに適したライトフィールド光学系となる。
【００７８】
ハーフミラー５４によって反射された光は、撮像素子５１に受光されて、画像情報に変換される。制御部５５は、この画像情報と、反射光学素子アレイ１００の変調情報（各反射光学素子１の焦点距離などの情報）から撮影対象のライトフィールド情報を取得する。
【００７９】
なお、制御部５５は、取得したライトフィールド情報から複数の焦点画像を生成するものであってもよく、あるいは、取得したライトフィールド情報を外部の処理装置に出力するものであってもよい。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置２００は、撮像レンズ（レンズ群５２、５３）からの光を受光する面の一部が任意に焦点距離を変えられる凹面鏡である本発明の反射光学素子アレイ１００を備えるため、像面位置の異なる任意焦点画像を高い解像度で得ることができる。
【００８１】
従って、本実施形態の撮像装置２００は、非特許文献２に開示されたようなラティスフォーカスレンズを備えたリフォーカスカメラと同様の機能を発揮するだけでなく、撮影シーンの変化に対応した画像処理を行うことが可能となる。
【００８２】
さらに、本実施形態の撮像装置２００は、従来のラティスフォーカスレンズを用いたリフォーカスカメラにおけるレンズの交換機構などが不要となるため、装置全体を小型化することが可能となる。
【符号の説明】
【００８３】
１  反射光学素子
２  可動ミラー層
３  基板
４  絶縁層
５  シリコン層
６  凹部
７  中心ミラー
１０  ミラー駆動装置
２１  反射膜
２２  ミラー部
２３  フレーム部
２３ａ  第１の横板
２３ｂ  第２の横板
２３ｃ  第１の縦板
２３ｄ  第２の縦板
２４、２５  （一対の）ヒンジ部
２６、２７  （一対の）アーム部
２６ａ、２７ａ  延伸部
２６ｂ、２７ｂ  第１の連結部
２６ｃ、２７ｃ  第２の連結部
３１  電極
３１ａ〜３１ｄ  分割電極
３２、３２ａ〜３２ｄ  引出配線
４０  ＳＯＩ基板
４１  マスク
４２、４５  シリコン層
４３  マスク
４４  絶縁層
５０  筺体
５１  撮像素子
５２、５３  レンズ群（撮像レンズ）
５４  ハーフミラー
５５  制御部
１００  反射光学素子アレイ
２００  撮像装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２００９−２４４６６２号公報
【特許文献２】特表２００６−５２６８０６号公報
【非特許文献】
【００８５】
【非特許文献１】長原一、「符号化撮像」、情報処理学会研究報告、2010年3月18日、第2010-CVIM-171巻、第14号、ｐ．1−9
【非特許文献２】A. Levin，S. W. Hasinoff，P. Green，F. Durand，W. T. Freeman，"4D Frequency Analysis of Computational Camera for Depth of Field Extension"，SIGGRAPH 2009，ACM Transactions on Graphics 2009，ACM SIGGRAPH 2009，第28巻，第3号，2009年8月
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図５】
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