(57)【要約】【課題】撮像面へ向かう撮影光束の一部を他の目的に使用し得るように瞳伝送することができる撮像素子を提供する。【解決手段】光電変換を行う画素６が複数配列された撮像面２と、撮像面２が設けられた面側に配設された、撮像面２へ向かう撮影光束の一部を反射して瞳伝送するための反射面５と、を備えた撮像素子１。反射面５は、例えば複数の微小反射面４により構成され、各微小反射面４は、例えば画素６同士の間隙に配設されている。【選択図】図１
2011193047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う画素が複数配列された撮像面と、
上記撮像面が設けられた面側に配設された、該撮像面へ向かう撮影光束の一部を反射して瞳伝送するための反射面と、
を具備したことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
上記反射面は、上記撮像面へ向かう撮影光束の内の、上記画素による光電変換には用いられない撮影光束の少なくとも一部を反射するものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
上記反射面は、一の画素と他の画素との間に設けられた微小反射面を、離散的に複数配置して構成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
上記複数の微小反射面は、連続した鏡面を細分化しかつ離散化して上記撮像面と略平行な面上に配列したものであることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
上記連続した鏡面は、凹面をなすコンデンサーミラー面であることを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
上記微小反射面は、上記撮像面に垂直な方向から見たときの中心位置が、上記複数の画素の各中心位置の何れとも一致することのないように配置されたものであることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項７】
上記撮像面は、該撮像面内の少なくとも一方向に隣接する一の画素と他の画素との間に間隙が生じるように、上記複数の画素を配列したものであり、
上記微小反射面は、上記撮像面と平行な面上における位置が上記間隙の位置と重複するように、互いに隣接する一の画素と他の画素との間に設けられたものであることを特徴とする請求項６に記載の撮像素子。
【請求項８】
上記撮像面は、長方格子の少なくとも対角方向に隣接する一の画素と他の画素との間に上記間隙が生じるように、上記複数の画素を該長方格子状に配列したものであり、
上記微小反射面は、対角方向に互いに隣接する一の画素と他の画素との間に設けられたものであることを特徴とする請求項７に記載の撮像素子。
【請求項９】
上記複数の微小反射面は、離隔した位置の複数の特定画素上にそれぞれ設けられることにより、該特定画素を間に挟む一の画素と他の画素との間に設けられたものであることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項１０】
上記微小反射面は、該微小反射面の垂線が、上記撮像面の垂線と交差するように、傾けて配置されたものであることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項１１】
上記反射面は、撮影光学系の射出瞳を、該撮影光学系の射出瞳とは空間的に異なる方向へ瞳伝送する下限角度以上となるように、各微小反射面のブレーズ角を設定して構成されたものであることを特徴とする請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１２】
上記反射面は、一の微小反射面で反射された光束が他の何れの微小反射面によってもけられることのない上限角度以下となるように、各微小反射面のブレーズ角を設定して構成されたものであることを特徴とする請求項１１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
上記複数の微小反射面は、上記撮像面と平行な面上における位置が不連続となるように配置することにより、撮像面と平行な面上における位置が連続となる場合よりも上記上限角度の値が大きくなるように設定されたものであることを特徴とする請求項１２に記載の撮像素子。
【請求項１４】
上記複数の微小反射面は、複数の画素毎に１つの割合で配置する間引配置を行うことにより、１画素毎に１つの割合で配置する場合よりも上記上限角度の値が大きくなるように設定されたものであることを特徴とする請求項１３に記載の撮像素子。
【請求項１５】
上記複数の微小反射面は、１つのグループが１つの光学面を構成するような複数のグループに分類されることを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
【請求項１６】
上記複数のグループの内の、一のグループが構成する光学面の光軸方向と、他の一のグループが構成する光学面の光軸方向とは、異なる方向であることを特徴とする請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項１７】
上記複数のグループの内の、一のグループが構成する光学面の光軸中心位置と、他の一のグループが構成する光学面の光軸中心位置とは、互いに異なる位置であることを特徴とする請求項１６に記載の撮像素子。
【請求項１８】
上記複数のグループの内の、一のグループが構成されている領域と、他の一のグループが構成されている領域とは、少なくとも一部重複する領域であることを特徴とする請求項１７に記載の撮像素子。
【請求項１９】
上記複数のグループの内の、一のグループが構成されている領域と、他の一のグループが構成されている領域とは、互いに重複することのない異なる領域であることを特徴とする請求項１７に記載の撮像素子。
【請求項２０】
上記複数のグループの内の任意のグループは、該グループが構成する光学面の光軸中心で反射される光線が、上記撮像面へ向かう撮影光束の通過範囲外に最短光路長で至るように、各グループに属する微小反射面のブレーズ角が設定されていることを特徴とする請求項１９に記載の撮像素子。
【請求項２１】
上記最短光路長は、上記撮像面における有効撮像領域へ向かう撮影光束の通過範囲外に至るまでの最短光路長であることを特徴とする請求項２０に記載の撮像素子。
【請求項２２】
上記請求項１０に記載の撮像素子と、
上記撮像素子へ撮影光束を結像する撮影光学系と、
上記撮影光学系から上記撮像面へ向かう撮影光束の通過範囲外へ、上記撮像素子の上記反射面により反射された光束を受けて、該撮像素子を含む撮像系の制御に係る検出を行う検出装置と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２３】
上記検出装置は、上記撮像系の制御に係る検出として位相差ＡＦを行うものであることを特徴とする請求項２２に記載の撮像装置。
【請求項２４】
上記検出装置は、上記撮像系の制御に係る検出としてＡＥを行うものであることを特徴とする請求項２２に記載の撮像装置。
【請求項２５】
上記検出装置は、上記撮像系の制御に係る検出としてＡＷＢを行うものであることを特徴とする請求項２２に記載の撮像装置。
【請求項２６】
上記撮影光学系から上記撮像素子へ向かう撮影光束の光路上に配設されていて、撮影光束を通過させる開放状態と撮影光束を遮断する遮光状態とを時分割に取り得るメカニカルシャッタと、
上記検出装置により上記反射面からの反射光を利用する場合には、上記メカニカルシャッタを上記開放状態に制御するシャッタ制御部と、
をさらに具備したことを特徴とする請求項２２に記載の撮像装置。
【請求項２７】
上記請求項１０に記載の撮像素子と、
上記撮像素子へ撮影光束を結像する撮影光学系と、
上記撮影光学系から上記撮像面へ向かう撮影光束の通過範囲外へ、上記撮像素子の上記反射面により反射された光束を受けて、観察系の造影を行う光学装置と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２８】
上記観察系の造影を行う光学装置は、ライブビュー用の撮像装置であることを特徴とする請求項２７に記載の撮像装置。
【請求項２９】
上記観察系の造影を行う光学装置は、光学ファインダ装置であることを特徴とする請求項２７に記載の撮像装置。
【請求項３０】
上記撮影光学系から上記撮像素子へ向かう撮影光束の光路上に配設されていて、撮影光束を通過させる開放状態と撮影光束を遮断する遮光状態とを時分割に取り得るメカニカルシャッタと、
上記光学装置により上記反射面からの反射光を利用する場合には、上記メカニカルシャッタを上記開放状態に制御するシャッタ制御部と、
をさらに具備したことを特徴とする請求項２７に記載の撮像装置。
【請求項３１】
上記撮影光学系から上記撮像素子へ向かう撮影光束の光路上には、撮影光束を遮断する遮光状態を取り得るメカニカルシャッタは設けられておらず、
上記撮影光学系からの撮影光束は、上記撮像素子上に常時結像されるように構成されていることを特徴とする請求項２２または請求項２７に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換を行う画素が複数配列された撮像面を備える撮像素子と、撮像素子を備える撮像装置と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置としてのカメラは、銀塩フィルムから撮像素子への記録媒体のシフトを果たし、市販されているカメラの多くが撮像素子を用いたデジタルカメラとなっている。このデジタルカメラは、マーケットシェア的に見て、小型化を狙ったコンパクトタイプと、高画質および高速連写を狙った一眼レフタイプと、の２つに大きく分類されるといえる。コンパクトタイプと一眼レフタイプとの主な差異は、コンパクトタイプが撮像素子から出力される映像信号を用いてカメラ制御用の検出データや観察用のファインダ出力を得るのに対して、一眼レフタイプがミラー等を用いて撮像素子への光束とは別に観察系や検出系への光束を分けるところにある。
【０００３】
すなわち、一眼レフタイプのデジタルカメラは、撮影光学系と撮像素子との間にミラーやビームスプリッタを配置して、撮影光学系からの撮影光束を、撮像系（撮像素子）へ導くことと、観察系（ファインダ光学系やライブビュー専用の撮像素子など）や検出系（オートフォーカス（ＡＦ）、自動露出制御（ＡＥ）、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）など）へ導くことと、の両方を行うことができるように構成されたものとなっている。
【０００４】
ここに、撮影光束を２方向へ導く方式としては、可動式のミラー（クイックリターンミラー等）を用いて時分割で導く時分割方式と、固定式のビームスプリッタ（ハーフミラー等）を用いて常時導く光量分割方式と、がよく知られている。
【０００５】
前者の時分割方式の長所は、撮影時にはミラーを跳ね上げて撮影光束の全てを撮像系へ導くことができるために、撮影時における光量の損失がなく、従ってシャッタ速度を高速化することができてブレを低減することが可能なこと、そしてＳ／Ｎ比が高く綺麗な画像が得られることなどである。
【０００６】
また、後者の光量分割方式の長所は、光束を撮像系と観察系（または検出系）とへ同時に導くことができ、しかもミラーを駆動する必要がないために、動画撮影にも適用し得るような高速連写が可能になること、ミラー振動が発生しないために連写時に得られる画像の解像度が高いことなどである。
【０００７】
このような光量分割方式を用いた技術として、例えば特開平５−６４０５６号公報には、ハーフミラー（ビームスプリッタ）により分割した光束の一方を位相差方式のＡＦに用い、他方をコントラスト方式のＡＦに用いることで、両方式によるＡＦ検出を同時に行うことができるようにした技術が記載されている。そして、位相差方式によりＡＦの高速性を確保しながら、コントラストＡＦによりＡＦの高精度化を図ることができるものとなっている。
【０００８】
ここで図１８は、従来の一般的な一眼レフタイプのデジタルカメラにおける位相差ＡＦで利用される光束の様子を示す図である。
【０００９】
従来の一般的な一眼レフタイプのデジタルカメラは、絞り１１５ａを含む撮影光学系１１５の光路上後方に、垂線が光軸に対して（例えば下向きの）略４５度の角度をなす反射面を備えたミラー１０５が設けられている。このミラー１０５は、クイックリターンミラーである場合にはこの図１８に示す位置と、撮影光束の通過範囲外に退避した位置と、を時分割でとる。また、ミラー１０５がビームスプリッタである場合には、この図１８に示す位置を固定的にとりながら撮影光束を透過光束と反射光束とに２分割する。
【００１０】
そして、このミラー１０５のさらに光路上後方に、撮像面１０１ａを有する撮像素子１０１が配設されている。
【００１１】
また、レンズ１１５の光軸方向位置（例えば、レンズ１１５を保持するレンズ鏡筒の光軸方向の後端面位置）は、フランジ１１１により規定されている。
【００１２】
被写体像は、撮影光学系１１５により上下左右が反転されて撮像面１０１ａ上に結像される。そこで、撮像面１０１ａの、下側に画面上部ＡＦ検出領域１０１ｕを、上側に画面下部ＡＦ検出領域１０１ｄを、それぞれ設定する（実際には、以下に説明する検出領域設定マスク１０３により設定される）。
【００１３】
ミラー１０５により反射された光束は、撮像面１０１ａと光学的に等価な位置にある１次結像面１０２に一旦結像する。この１次結像面１０２の近傍であって撮影光束の通過範囲外となる位置（例えば、ミラー１０５が配設されているミラーボックスの底面側の位置）に、検出領域設定マスク１０３が設けられている。この検出領域設定マスク１０３は、画面上部ＡＦ検出領域１０１ｕおよび画面下部ＡＦ検出領域１０１ｄに各対応する光束のみを通過させ、それ以外の光束を遮光する。
【００１４】
反射光速のさらに光路上後方には、画面上部ＡＦ検出領域１０１ｕおよび画面下部ＡＦ検出領域１０１ｄに各対応して検出領域設定マスク１０３を通過した光束を、それぞれ瞳分割するための瞳分割マスク１０４と、分割された瞳をそれぞれ結像するためのセパレータレンズ１０６ｕ，１０６ｄと、が配設されている。
【００１５】
一対のセパレータレンズ１０６ｕにより２次結像面１０７上に各結像される光束は位相差検出センサ１０８ｕにより検出され、同様に、一対のセパレータレンズ１０６ｄにより２次結像面１０７上に各結像される光束は位相差検出センサ１０８ｄにより検出される。
【００１６】
すなわち、この図１８に示す例では、セパレータレンズ１０６ｕおよび位相差検出センサ１０８ｕを含む画面上部位相差検出ユニットと、セパレータレンズ１０６ｄおよび位相差検出センサ１０８ｄを含む画面下部位相差検出ユニットと、の２つの位相差検出ユニットがＡＦ検出系として設けられている。
【００１７】
そして、位相差検出センサ１０８ｕにより検出された２つの像の間隔から画面上部ＡＦ検出領域１０１ｕに結像する被写体までの距離を算出し、同様に、位相差検出センサ１０８ｄにより検出された２つの像の間隔から画面下部ＡＦ検出領域１０１ｄに結像する被写体までの距離を算出するようになっている。
【００１８】
このような構成においては、フランジ１１１から撮像面１０１ａまでの距離であるフランジバック長１１１Ｌを、撮像面１０１ａからミラー１０５の先端位置（光軸方向の被写体側先端位置）までの距離１０５Ｌよりも長くする必要がある。さらに、フランジバック長１１１Ｌは、検出領域設定マスク１０３の光軸方向長さよりも長いことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平５−６４０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、可動式ミラーによる時分割方式は、ミラーアップ中にファインダ画像が消失してしまう。さらに、時分割方式は、ミラーのアップダウン駆動に時間を要するために、高速連写に限界があって、例えば秒１０コマ程度が上限となり、動画レベルの連写を行うことができない。加えて、時分割方式は、ミラー駆動時に発生する振動を吸収するように工夫しているものの、完全になくすことはできず幾らかの振動が残るために、特に連写時に得られる画像には像ぶれが生じることになる。この像ぶれは、撮像素子の高精細化が進んだ現在では、画像の解像度の低下につながることになる。
【００２１】
また、固定式のビームスプリッタによる光量分割方式では、撮像素子上に結像される光学像の光量が減るために、シャッタ速度が遅くなって被写体ブレや手ブレが増大したり、Ｓ／Ｎ比が低くなったりして、記録画像の画質が低下してしまう。さらに、光量分割方式では、ビームスプリッタをガラスなどの比較的厚いリジット部材で構成すると、厚み方向内部の表面と裏面とで多重反射が発生して輪郭部などに多重像が生じることがあるが、撮像素子の高精細化が進んだ現在では、このような多重像が目立って観察されてしまうという画質劣化につながっている。一方、ビームスプリッタを薄いフィルムベースのコーティングにより構成することも考えられるが、この場合には、平面性を高めるためにテンションをかけて張設する必要があり、長期間使用すると劣化し易くなるなど耐環境性が十分とはいえない。
【００２２】
また、時分割方式と光量分割方式との何れであっても、平面状をなすミラーを光軸に対して略４５度傾けた状態で配置するためのスペースを、撮影光学系と撮像素子との間に確保する必要があるために、上述したように、設計上のフランジバック長に下限の長さが生じて、撮像装置の小型化、特に光軸方向の薄型化を図るのが困難になっていた。
【００２３】
そして、フィルム面等からの表面反射（物質の単なる表面反射）を利用するＴＴＬダイレクト測光の技術は従来からあったものの、撮像素子は受光した光を電気信号に変換するものであるために、撮像面へ向かう撮影光束を積極的に瞳伝送して他の目的に使用し得るようにする撮像素子自体の提案は、未だかつてなされていなかった。
【００２４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、撮像面へ向かう撮影光束の一部を他の目的に使用し得るように瞳伝送することができる撮像素子を提供することを目的としている。
【００２５】
また、本発明は、ショートフランジバックの撮像装置に組み込むことが可能な撮像素子を提供することを目的としている。
【００２６】
さらに、本発明は、高画質を確保しつつ、動画レベルの連写が可能となる撮像装置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】
【００２７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による撮像素子は、光電変換を行う画素が複数配列された撮像面と、上記撮像面が設けられた面側に配設された、該撮像面へ向かう撮影光束の一部を反射して瞳伝送するための反射面と、を具備したものである。
【００２８】
また、本発明の第２の態様による撮像装置は、上記撮像素子と、上記撮像素子へ撮影光束を結像する撮影光学系と、上記撮影光学系から上記撮像面へ向かう撮影光束の通過範囲外へ、上記撮像素子の上記反射面により反射された光束を受けて、該撮像素子を含む撮像系の制御に係る検出を行う検出装置と、を具備したものである。
【００２９】
さらに、本発明の第３の態様による撮像装置は、上記撮像素子と、上記撮像素子へ撮影光束を結像する撮影光学系と、上記撮影光学系から上記撮像面へ向かう撮影光束の通過範囲外へ、上記撮像素子の上記反射面により反射された光束を受けて、観察系の造影を行う光学装置と、を具備したものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の撮像素子によれば、撮像面へ向かう撮影光束の一部を他の目的に使用し得るように瞳伝送することができる。
【００３１】
また、本発明の撮像素子によれば、ショートフランジバックの撮像装置に組み込むことが可能となる。
【００３２】
さらに、本発明の撮像装置によれば、高画質を確保しつつ、動画レベルの連写が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１において、撮像面上に複数の微小反射面が配置された撮像素子の一構成例を部分的に拡大して示す斜視図。
【図２】上記実施形態１において、撮像面上に複数の微小反射面が配置された撮像素子の他の構成例を部分的に拡大して示す斜視図。
【図３】上記実施形態１において、ディスクリートミラーの光学的機能の一例を示すパラボラ反射面を示す光線図。
【図４】上記実施形態１において、撮像素子上に、ディスクリートミラーを構成する微小反射面を配置した様子を示す図。
【図５】上記実施形態１において、微小反射面のブレーズ角に対する第１および第２の制限を説明するための図。
【図６】上記実施形態１において、微小反射面のブレーズ角に対する第３の制限を説明するための図。
【図７】上記実施形態１において、撮像素子の撮像面を上下２つの領域に分割して各領域にディスクリートミラーを配設した例を示す図。
【図８】上記実施形態１において、撮像素子の撮像面を上下左右４つの領域に分割して各領域にディスクリートミラーを配設した例を示す図。
【図９】上記実施形態１において、４つのグループの微小反射面が領域を重複させるように互い違いに撮像面上に配置された撮像素子の構成例を部分的に拡大して示す斜視図。
【図１０】上記実施形態１において、撮像面上における微小反射面の第１の配置例を示す平面図。
【図１１】上記実施形態１において、撮像面上における微小反射面の第２の配置例を示す平面図。
【図１２】上記実施形態１において、撮像面上における微小反射面の第３の配置例を示す平面図。
【図１３】上記実施形態１において、撮像面上における微小反射面の第４の配置例を示す平面図。
【図１４】上記実施形態１において、撮像面上におけるディスクリートミラーの他の構成例を側方から示す図。
【図１５】上記実施形態１において、撮像素子を備える撮像装置の第１の例を示す図。
【図１６】上記実施形態１において、撮像素子を備える撮像装置の第２の例を示す図。
【図１７】上記実施形態１において、撮像素子を備える撮像装置の第３の例を示す図。
【図１８】従来の一般的な一眼レフタイプのデジタルカメラにおける位相差ＡＦで利用される光束の様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施形態１］
【００３５】
本実施形態の撮像素子１は、光電変換を行う画素６が複数配列された撮像面２と、撮像素子１における撮像面２が設けられた面側に配設された反射面と、を備えており、この反射面が、物質の単なる表面反射を行う面ではなく、撮像面２へ向かう撮影光束の一部を反射して瞳伝送するための反射面となっている点が特徴となっている。
【００３６】
そして、反射面は、撮像面２へ向かう撮影光束の内の、画素６による光電変換には用いられない撮影光束の少なくとも一部を反射するものであることが望ましい（ただし、これに限定されるものではない）。ここに、撮像面２へ向かう撮影光束であって、画素６による光電変換には用いられない撮影光束としては、画素６同士の隙間へ向かう撮影光束、ＯＢ（オプティカルブラック）領域へ向かう撮影光束、例えばＣＣＤ等の撮像素子における垂直転送路上へ向かう撮影光束、可視光撮影には用いられない波長（例えば、赤外線や紫外線など）の光束、などが幾つかの例として挙げられる。
【００３７】
まず、図１は、撮像面２上に複数の微小反射面４が配置された撮像素子１の一構成例を部分的に拡大して示す斜視図である。
【００３８】
この図１に示す撮像素子１は、例えば半導体基板をベースとする撮像面２上に、光電変換を行う画素６が、２次元状（例えば長方格子（正方格子を含む）状）に複数配列されたものとなっている（ただし、これに限定されるものではなく、１次元状の配列（ラインセンサ等）であっても構わないし、配列も長方格子状に限るものではない）。
【００３９】
画素６は、光電変換を行うフォトダイオードＰＤを備えている。そして、図１には撮像素子１が単板カラー撮像素子である例を示しているために、このフォトダイオードＰＤの撮影光束入射側にはカラーフィルタが配設されている。ここに、撮像素子１が原色の単板カラー撮像素子である場合には、カラーフィルタは、緑色カラーフィルタＧＦ、青色カラーフィルタＢＦ、赤色カラーフィルタＲＦの３種類があり、これらのカラーフィルタが例えばベイヤー配列で配設されている。
【００４０】
さらに、図１に示す例においては、各画素６上に、１画素に１つの割合で、画素６への集光率（開口率）を向上するためのマイクロレンズ３が配設されている。このマイクロレンズ３は、表面が略球面の一部をなす形状となるように（つまり、凸レンズとなるように）形成されていて、撮像面２に垂直な方向から見たときに例えば円形に近い形状をなしている（図１０〜図１３等も参照）。
【００４１】
長方格子状に配列された画素６上にこのようなマイクロレンズ３を配置すると、長方格子の対角方向（斜め方向）に隣接する画素６同士の間にマイクロレンズ３が存在しない間隙が発生する（従って、１つの画素６に着目したときには、着目画素の四隅に間隙が発生することになる）。
【００４２】
そこで、この離散的に配列されている間隙に、瞳伝送の機能を有する光学反射面である微小反射面４を形成している（ただし、後で詳細に説明するように、各間隙の全てに稠密に形成すると限るものではなく、適宜の間隔で間引いて形成することもあり得る。また、撮像面２の全面に形成すると限るものでもなく、検出等に必要な一部の領域にのみ形成することも勿論あり得る。）。すなわち、まず、マイクロレンズ３と同程度の高さの四角柱状の形状部（以下、スタンドという）を、撮像面２に垂直な方向から見たときに、菱形状（画素配列である長方格子を４５度程度傾けた方向の四辺をもつ四角形状）となるように、間隙に形成する。そして、このスタンドの上面に、光学反射面である微小反射面４を形成する。
【００４３】
この微小反射面４は、単一であっても瞳反射機能を有する光学反射面であるが、マクロ的に見れば微小な画素レベルの大きさであって、面積が小さいために反射光量も小さい。そこで、本実施形態においては、複数の微小反射面４で構成されるグループ（以下、反射面群という）が、総体として１つの光学面を構成する（微小反射面４よりも面積が大きい１つのミラーの役割を果たす）ようにしている。このような構成の場合には、離散的に配置された微小反射面４の集合が１つのミラーの役割を果たすために、反射面群が構成する１つのミラーを、ディスクリートミラー５と呼ぶことにする。
【００４４】
図１は、複数の微小反射面４により構成されるディスクリートミラー５が、１つ設けられている例を図示している。
【００４５】
次に、図２は、撮像面２上に複数の微小反射面４が配置された撮像素子１の他の構成例を部分的に拡大して示す斜視図である。
【００４６】
この図２は、複数の微小反射面４により構成される２種類のディスクリートミラー５ａおよびディスクリートミラー５ｂが設けられている例を図示している。ここに、ディスクリートミラー５ａによる撮影光束の反射方向と、ディスクリートミラー５ｂによる撮影光束の反射方向とは、異なる方向となるように構成されている。
【００４７】
次に、図３はディスクリートミラー５の光学的機能の一例を示すパラボラ反射面５ｐを示す光線図である。
【００４８】
パラボラ反射面５ｐは、よく知られているように、回転対称な形状（例えば回転放物面の形状）をなしており、回転軸に平行な光線が入射すると、光線は焦点に集光される（凹面をなすコンデンサーミラー面としての機能）。そこで、ディスクリートミラー５は、例えばこのようなパラボラ反射面５ｐ（の図３において点線で囲んだような比較的傾斜が緩やかな部分）をフレネル変形した光学面を有するものとなっている。
【００４９】
図４は、撮像素子１上に、ディスクリートミラー５を構成する微小反射面４を配置した様子を示す図である。
【００５０】
撮像素子１上に配置された複数の微小反射面４は、図３に示したような連続した鏡面を細分化しかつ離散化して撮像面２と略平行な面上に配列することにより構成されている。従って、それぞれの微小反射面４は、微小反射面４の垂線が、撮像面２の垂線と交差するように、傾けて配置されている。そして、複数の微小反射面４の何れもが、フランジ１１（図１５〜図１７等も参照）側から（例えば平行に）入射する撮影光束を、同一の焦点へ反射するように構成されている。ここに、反射される光束が集光される焦点位置は、撮影光学系（撮影レンズ、テイキングレンズなどとも呼ばれる）の射出瞳から撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外となるように設計されている。これは、この焦点位置に、検出装置（検出系）や観察系の光学装置などが光を取り込む要素を配置することを想定してのことである（図１５〜図１７等も参照）。
【００５１】
なお、フランジ１１は、撮影光学系の光軸方向位置の基準面を与えるものである（図１５〜図１７等も参照）。従来のクイックリターンミラーやペリクルミラーを用いる構成では、撮影光学系の光軸に対してミラーを略４５度傾ける必要があるために、撮像素子１からフランジ１１までの距離（フランジバック）を長く確保する必要があったが、本実施形態の構成ではディスクリートミラー５は撮像素子１の撮像面２上に構成されているために、フランジバックを短縮することが可能となる。
【００５２】
ただし、通常のカメラボディの設計では、撮像素子１の撮像面２からディスクリートミラー５の焦点位置までの距離Ｌｄｅｔは、フランジバックよりも短くする必要があるために、フランジバックの短縮はディスクリートミラー５を構成する微小反射面４の設計にも制限を及ぼすことになる。このような微小反射面４の設計上の制限については、後で詳細に説明する。
【００５３】
図４における拡大図に示すように、１つ１つの微小反射面４も、１つの焦点位置に集光することができるような曲面として形成されていることが望ましい。ただし、微小反射面４を平面として形成しても、反射光を利用する検出系や観察系などにおいて要求される精度上の問題がない場合には、これに限るものではない。そして、個々の微小反射面４を平面として形成すれば、製造工程における加工が比較的容易になる利点が生じる。
【００５４】
また、上述ではディスクリートミラー５が全体としてパラボラ反射面５ｐの機能を果たす構成例を説明したが、このように構成すると、ディスクリートミラー５の周辺部になるほどブレーズ角が大きくなり、つまり微小反射面４の高さが高くなってしまう。このときには、後で詳しく説明するように、反射光が隣接する微小反射面４によりけられてしまう可能性がある。そこで、このような場合には、ディスクリートミラー５を理想的な曲面とは幾らか異なる形状に形成する選択肢も考えられる。一例を挙げれば、ディスクリートミラー５が１枚の平面ミラーの機能を果たすように構成することである。この構成例では、伝送される瞳の径が大きくなるものの、ディスクリートミラー５に属する全ての微小反射面４を同一のブレーズ角の平面に形成すれば良いために、製造工程における加工がより一層容易になる利点が生じる。
【００５５】
次に、図５は微小反射面４のブレーズ角に対する第１および第２の制限を説明するための図である。ここに、撮影光学系の光軸（撮影光軸）は、撮像素子１の撮像面２に垂直であるものとする。そして、この図５においては、撮影光軸と撮像面２との交点を原点（０，０）、撮影光軸をｘ軸、撮像面２上における独立２方向の内の例えば短辺方向（図５の図面における上下方向）に設定した軸をｙ軸とし、簡単のためにｘｙ平面について考えるものとする。
【００５６】
まず、微小反射面４のブレーズ角に対する第１の制限は、微小反射面４により反射された光が撮影光学系の射出瞳ＥＹＥ内へ戻らないという制限である。ブレーズ角は、撮像素子１の撮像面２と微小反射面４とのなす角（言い替えれば、撮像面２の垂線と微小反射面４の垂線ＰＬとのなす角）である。従って、ブレーズ角が小さいと、微小反射面４により反射された光は、撮影光学系の射出瞳ＥＹＥ内へ戻ってしまう。反射光が射出瞳ＥＹＥ内へ戻ると、撮影光学系内で反射したり、撮影光学系と撮像素子１との間で反射したりして、フレア光になることがあるために、画質の低下を招く要因となる。従って、このようなフレア光の発生を抑制するための第１の制限は、微小反射面４のブレーズ角の下限値を与える制限となる。
【００５７】
まず、撮影光学系の射出瞳ＥＹＥは、原点からｘ軸の負方向に距離ｆａ（ここにｆａは正の実数）だけ離れた位置にあり、直径がｄであるものとする。すると、この射出瞳ＥＹＥは、ｘｙ平面上において、下端点（−ｆａ，−ｄ／２）と上端点（−ｆａ，ｄ／２）とを両端とする線分により表現される。また、微小反射面４は、撮像面２上の位置ｙ（以下では適宜、着目点ともいう）にあり、ブレーズ角γ（ｙ）となるように配置されているものとする。なお、複数の微小反射面４は各々のブレーズ角が異なっていても構わず、しかも、微小反射面４が撮像面２上のどの位置ｙに配設されているかに応じてブレーズ角に対する制限が異なってくるために、ブレーズ角γが位置ｙの関数であることを明示している。
【００５８】
さらに、光線の入射角θがｘ軸の正方向に対する角度であると定義し、射出瞳ＥＹＥの下端点から着目点へ到達する光線の入射角をθｍａｘ、射出瞳ＥＹＥの上端点から着目点へ到達する光線の入射角をθｍｉｎとしておく。すると、図５に示す例では、θｍａｘは正の値をとり、θｍｉｎは負の値をとる。なお、θｍａｘ，θｍｉｎは着目点の位置ｙに応じて値が異なるために、明示はしないがｙの関数である。この定義の下に、射出瞳ＥＹＥ内の任意の位置を通過して着目点へ到達する光線の入射角θが取り得る範囲は、次の数式１に示すように、
［数１］
θｍｉｎ≦θ≦θｍａｘ
となる。
【００５９】
一方、微小反射面４による反射光の射出角がｘ軸の負方向に対する角度であると定義すると、入射光と反射光とが微小反射面４の垂線ＰＬに対して軸対称であることを考えれば、反射光の射出角は２γ（ｙ）−θとなる。
【００６０】
この反射光が射出瞳ＥＹＥ内へ戻らない条件は、射出瞳ＥＹＥを表現する線分と反射光線とが交点を持たないことであるが、入射光と反射光とが垂線ＰＬに対して軸対称であることに再び着目すれば、垂線ＰＬが、着目点と射出瞳ＥＹＥの上端点と下端点とを結んだ三角形領域の外側にあれば良い、という条件に読み替えることができる。
【００６１】
従って、この図５に例示するような、反射光を上述した三角形領域の下側へ反射させたい場合には、次の数式２
［数２］
γ（ｙ）＞θｍａｘ
が満たされれば良い。
【００６２】
この数式２の右辺に現れるθｍａｘは、次の数式３のように簡単に算出される。
［数３］
θｍａｘ＝ｔａｎ-1｛（ｙ＋ｄ／２）／ｆａ｝
ここに、記号「ｔａｎ-1」は逆正接（アークタンジェント）を表す。
【００６３】
なお、射出瞳ＥＹＥ内の任意の位置を通過して着目点へ到達する光線の入射角θは、着目点のｙ座標から射出瞳ＥＹＥ上における入射位置のｙ座標を減算した値を△ｙとおけば、次の数式４
［数４］
θ＝ｔａｎ-1｛△ｙ／ｆａ｝
により表される。
【００６４】
次に、微小反射面４のブレーズ角γ（ｙ）に対する第２の制限は、微小反射面４により反射された光が撮像面２の背面側へ向かってはならないという制限である。この制限は、次の数式５
［数５］
２γ（ｙ）−θ＜π／２
が、数式１に示した範囲内の入射角θの全てに対して成り立たなければならない、と表現することができる。
【００６５】
この数式５は、ブレーズ角γ（ｙ）の上限を与えるものであるから、最小の入射角であるθｍｉｎに対して数式５が満たされれば足りるために、次の数式６
［数６］
γ（ｙ）＜θｍｉｎ／２＋π／４
が満たされれば良い。
【００６６】
この数式６の右辺に現れるθｍｉｎも、次の数式７のように簡単に算出される。
［数７］
θｍｉｎ＝ｔａｎ-1｛（ｙ−ｄ／２）／ｆａ｝
【００６７】
グローバルな観点からは、ブレーズ角γ（ｙ）に対して、数式２および数式６で示される条件が課せられる。しかし、ミクロな観点を考慮すると、微小反射面４の構造によっては、数式６で示された第２の制限に取って代わる第３の制限があり得ることが分かる。
【００６８】
図６は微小反射面４のブレーズ角に対する第３の制限を説明するための図である。ここに、図６は、微小反射面４が図１や図１０等に示されているように画素６同士の隙間に配置されている場合を例示している。なお、この図６においても、ｘ軸方向およびｙ軸方向を図５と同様に設定している。
【００６９】
まず、微小反射面４のｘ軸方向の長さ（高さ）をＨ、隣接する微小反射面４同士が不連続に配置されているときのｙ軸方向の間隔をＧＡＰ、微小反射面４のｙ軸方向の配置間隔（配置の空間周期）をＰＩＴとしておく。さらに、この図６に関して、ｘ座標が小さいこと（図６における左側であること）を「高い」、ｘ座標が大きい（図６における右側であること）ことを「低い」、と呼ぶことにする。
【００７０】
すると、微小反射面４の高い部分で反射される反射光は、反射角がπ／２に近い角度でも構わないのに対して、低い部分で反射角π／２で反射された光は隣接する微小反射面４のスタンド等に当たってけられが発生したり、あるいはさらに反射されてフレア光になってしまったりする可能性がある。ここで、スタンドとは、上述したように反射面が形成される土台の部分のことであり、図６においてハッチングを付して示している。
【００７１】
従って、微小反射面４の高さＨを考慮すると、微小反射面４の最も低い部分での反射が、反射角に対する最も大きな制限（第３の制限）を受けることになる。すなわち、微小反射面４の最も低い部分の反射光が、隣接する微小反射面４の最も高い部分にけられ始める上限角度η（０）未満となるように、反射角が設定されることが基本的に必要となる。
【００７２】
入射角θの入射光がブレーズ角γ（ｙ）の微小反射面４により反射されたときの反射光の反射角は、上述したように２γ（ｙ）−θであったから、次の数式８
［数８］
２γ（ｙ）−θ＜η（０）
が、数式１に示した範囲内の入射角θの全てに対して成り立てば良い。
【００７３】
この数式８は、ブレーズ角γ（ｙ）の上限を与えるものであるから、最小の入射角であるθｍｉｎに対して数式８が満たされれば足りるために、次の数式９
［数９］
γ（ｙ）＜｛θｍｉｎ＋η（０）｝／２
を満たすようにブレーズ角γ（ｙ）を設定すれば良いことになる。
【００７４】
この数式９の右辺に現れるη（０）は、次の数式１０のように簡単に算出される。
［数１０］
η（０）＝ｔａｎ-1（ＧＡＰ／Ｈ）
【００７５】
ただし、撮影光学系の射出瞳ＥＹＥの直径ｄが大きかったり、撮像面２から射出瞳ＥＹＥまでの距離ｆａが小さかったり、微小反射面４が配設されている位置ｙの値が小さかったり（例えば図５における撮像面２の下端側に配置されていたり）する場合には、数式７を参照すれば分かるように、θｍｉｎは小さな値（例えば絶対値がある程度大きい負の値）となる。同様に、Ｈの値が大きかったりＧＡＰの値が小さかったりする場合にはη（０）が小さな値となる。これらのような場合には、数式９の右辺がブレーズ角γ（ｙ）の下限を示す数式３に示したθｍａｘよりも小さくなってしまう可能性がある（特に、ｆａが小さかったり、ｄが大きかったり、ｙが大きかったりすると、θｍａｘ自体が大きな値となるために、数式９の右辺の方が小さくなってしまう可能性が高まる）。
【００７６】
そこで、このような場合には、微小反射面４を基本的な空間周期で配置するときよりも間引くことが考えられる。すなわち、基本的な空間周期の配置において、着目する微小反射面４に隣接する微小反射面４に係る上限角度を上述のようにη（０）、さらにその隣（２番目）に隣接する微小反射面４に係る上限角度をη（１）、…、（ｎ＋１）番目に隣接する微小反射面４に係る上限角度をη（ｎ）、…、などと表記することにする。
【００７７】
このとき、η（ｎ）は次の数式１１に示すように与えられる。
［数１１］
η（ｎ）＝ｔａｎ-1｛（ＧＡＰ＋ｎ×ＰＩＴ）／Ｈ｝
【００７８】
そして、次の数式１２
［数１２］
θｍａｘ＜｛θｍｉｎ＋η（ｎ）｝／２
に示すような関係を満たす最小のｎを求め、求めたｎが０であれば微小反射面４を間引く必要はなく、求めたｎが１以上であればｎ個以上の微小反射面４を間引く（つまり、微小反射面４の基本的な空間周期の配置において、ｎ＋１個以上毎に１つの割合で微小反射面４を配置する）ようにすれば良い。この数式１２に含まれるθｍａｘおよびθｍｉｎは、数式３および数式７に示したように共にｙの関数であるために、微小反射面４をどのくらいの割合で間引く必要があるかは、微小反射面４を配置するｙ座標によって異なることが分かる。
【００７９】
そして、数式１２を満たす範囲内で決定されたη（ｎ）を用いれば、数式９の一般化表現は、次の数式１３となる。
［数１３］
γ（ｙ）＜｛θｍｉｎ＋η（ｎ）｝／２
【００８０】
ここに、図６を参照すれば分かるように、Ｈ、ＰＩＴは何れも有限な正の値をとり、ＧＡＰも０または有限な正の値をとるために、数式１１により算出されるη（ｎ）が取り得る値は、最も広くても次の数式１４に示す範囲内となる。
［数１４］
０≦η（ｎ）＜π／２
【００８１】
従って、この数式１４の結果を利用して数式１３と数式６とを比較すれば、
［数１５］
γ（ｙ）＜｛θｍｉｎ＋η（ｎ）｝／２＜｛θｍｉｎ＋π／２｝／２
となって、数式１３の方が数式６よりも厳しい制限、つまり数式６に取って代わる制限となることが証明される。
【００８２】
以上の議論を総合すれば、ミクロな構造までを考慮したときにブレーズ角γ（ｙ）に課せられる制限は、次の数式１６
［数１６］
θｍａｘ＜γ（ｙ）＜｛θｍｉｎ＋η（ｎ）｝／２
に示すようになり、この数式１６に現れるθｍａｘ、θｍｉｎ、η（ｎ）は、数式３、数式７、数式１１によりそれぞれ与えられる。ここに、左辺のθｍａｘは、撮影光学系の射出瞳ＥＹＥを、撮影光学系の射出瞳ＥＹＥとは空間的に異なる方向へ瞳伝送する下限角度を示している（θｍａｘとγ（ｙ）との間の不等号が等号を含まず、厳密にはθｍａｘは下限角度でないために、「下限角度を示す」と記載している）。また、右辺の｛θｍｉｎ＋η（ｎ）｝／２は、ある微小反射面４で反射された光束が他の何れの微小反射面４によってもけられることのない上限角度を示している（「上限角度を示す」旨の記載は下限角度について上述したのと同様）。
【００８３】
微小反射面４のブレーズ角γ（ｙ）の上限角度は、数式１６の右辺および数式１１を参照すれば分かるように、隣接する微小反射面４同士が不連続に配置されているときの間隔ＧＡＰを変数とする増加関数となる。従って、図６に例示したようにＧＡＰ＞０となるように設計すれば、つまり、複数の微小反射面４を、撮像面２と平行な面上における位置が不連続となるように配置すれば、撮像面２と平行な面上における位置が連続となるようにした場合（ＧＡＰ＝０とした場合）よりも上限角度の値を大きくすることができるために望ましい。
【００８４】
なお、上述では簡単のためにｘｙ平面について考えたが、光線を水平方向に反射する場合には原点を通りｘｙ平面に垂直なｚ軸を設定して、ｘｚ平面について同様に考えれば良い。また、光線を斜め方向に反射する場合には、入射光線と反射光線を含む平面について、同様の考え方を適用すれば良い。
【００８５】
次に、図７は撮像素子１の撮像面２を上下２つの領域に分割して各領域にディスクリートミラー５を配設した例を示す図である。
【００８６】
図２を参照して説明したように、撮像素子１上に構成されるディスクリートミラー５は１つであるとは限らず、複数である場合もある。このときには、撮像素子１上の全ての微小反射面４は、１つのグループが１つのディスクリートミラー５（光学面）を構成するような複数のグループに分類されることになる。
【００８７】
この図７に示す例では、撮像面２を上下２つの領域に分割して（図７においては、上約３分の１と下約３分の２の２つの領域に分割した例を示しているが、分割の割合は設計上の必要性に応じて適宜設定すれば良いことは勿論である）、上の領域にディスクリートミラー５ａを、下の領域にディスクリートミラー５ｂを、それぞれ設けている。これらの内の、ディスクリートミラー５ａは撮影光学系からの光線を上方へ反射し、ディスクリートミラー５ｂは下方へ反射するものとなっている。
【００８８】
このように、微小反射面４が属する複数のグループの内の、一のグループが構成するディスクリートミラー５の光軸方向と、他の一のグループが構成するディスクリートミラー５の光軸方向とは、異なる方向であっても構わない。そして、この場合には、複数のグループの内の、一のグループが構成するディスクリートミラー５の光軸中心位置と、他の一のグループが構成するディスクリートミラー５の光軸中心位置とは、互いに異なる位置となる。
【００８９】
このように構成すると、撮像素子１上に１つのディスクリートミラー５だけを構成した場合に比して、反射光を受ける検出系や観察系などの配置を、撮像素子１により近接させることが可能となる。具体的にこの図７に示す例では、光軸方向に距離△ｘだけ撮像素子１に近接させることが可能である。
【００９０】
続いて、図８は撮像素子１の撮像面２を上下左右４つの領域に分割して各領域にディスクリートミラー５を配設した例を示す図である。
【００９１】
この図８に示す例では、撮像面２を上下左右４つの領域に分割している。ただし、この図８に示す例では、撮像面２を構成する上下左右４辺の何れまでの距離が最短となるかに応じて領域を分割している。すなわち、ディスクリートミラー５ａが設けられる上の領域は、上下左右４辺の内の上辺までの距離が最短となるような領域である。同様に、ディスクリートミラー５ｂが設けられる下の領域は下辺までの距離が最短となるような領域、ディスクリートミラー５ｃが設けられる左の領域は左辺までの距離が最短となるような領域、ディスクリートミラー５ｄが設けられる右の領域は右辺までの距離が最短となるような領域である。
【００９２】
そして、光線反射方向を撮像面に投影したときの方向（つまり、ｘ軸方向成分以外の方向成分）は、ディスクリートミラー５ａが上方向、ディスクリートミラー５ｂが下方向、ディスクリートミラー５ｃが左方向、ディスクリートミラー５ｄが右方向となっている。
【００９３】
すなわち、ディスクリートミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを各構成するグループに属する微小反射面４のブレーズ角は、ディスクリートミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの光軸中心で反射される光線が、撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外に最短光路長で至るように設定されている。
【００９４】
なお、一般的な射出瞳は円形やあるいは絞り形状に応じた略多角形をなしているために、撮影光束はほぼ円形のイメージサークルを形成する。これに対して、撮像素子１は矩形状をなすのが一般的である。従って、最短光路長は、撮像面２における有効撮像領域へ向かう撮影光束の通過範囲外に至るまでの最短光路長であれば足りる。
【００９５】
このような構成を採用することにより、反射光を受ける検出系や観察系などの配置を、撮像素子１に最も近接させることが可能となる。
【００９６】
なお、図７や図８に示した例では、微小反射面４が属する複数のグループの内の、一のグループが構成されている領域と、他の一のグループが構成されている領域とは、互いに重複することのない異なる領域である。しかし、これに限定されるものではなく、領域を少なくとも一部重複させながら、あるいは領域を同一としながら、微小反射面４が属する複数のグループを構成するようにしても構わない。
図９は、４つのグループの微小反射面４が領域を重複させるように互い違いに撮像面２上に配置された撮像素子１の構成例を部分的に拡大して示す斜視図である。
この図９は、複数の微小反射面４により構成される４種類のディスクリートミラー５ａ、ディスクリートミラー５ｂ、ディスクリートミラー５ｃ、およびディスクリートミラー５ｄが設けられている例を図示している。ここに、ディスクリートミラー５ａによる撮影光束の反射方向と、ディスクリートミラー５ｂによる撮影光束の反射方向と、ディスクリートミラー５ｃによる撮影光束の反射方向と、ディスクリートミラー５ｄによる撮影光束の反射方向とは、それぞれ異なる方向（例えば、撮像面２に垂直な方向から見たときの光束反射方向が、互いに直交する４方向（例えば、上下左右の各方向、あるいは左上、右上、左下、右下の各方向など））となるように構成されている。そして、この図９に示す例では、図２に示した例と異なり、ディスクリートミラー５ａが配置された領域と、ディスクリートミラー５ｂが配置された領域と、ディスクリートミラー５ｃが配置された領域と、ディスクリートミラー５ｄが配置された領域とは分離されておらず、重複されている。すなわち、ディスクリートミラー５ａを構成する微小反射面４と、ディスクリートミラー５ｂを構成する微小反射面４と、ディスクリートミラー５ｃを構成する微小反射面４と、ディスクリートミラー５ｄを構成する微小反射面４とは、２×２配列を基本配列とするように互い違いに撮像面２上に配設されていて、ディスクリートミラー５ａとディスクリートミラー５ｂとディスクリートミラー５ｃとディスクリートミラー５ｄとが領域を共有するようになっている。
【００９７】
次に、図１０〜図１３を参照して、撮像面２上における微小反射面４の配置例を幾つか説明する。
【００９８】
まず、図１０は、撮像面２上における微小反射面４の第１の配置例を示す平面図である。
【００９９】
この図１０に示す例は、図１や図２、図９に示した配置例とほぼ同様である。すなわち、図１や図２、図９に示したような画素６およびマイクロレンズ３の構成では、各画素６の対角方向に例えば略菱形の間隙が生じる。そして、この間隙に照射される撮影光束は、画素６による光電変換には有効に用いられない。そこで、この間隙をなるべく必要十分にカバーするように（つまり、間隙のほぼ全域と重複するが、画素６やあるいはマイクロレンズ３とはなるべく重複しないように）、微小反射面４を形成した例を示すのがこの図１０である。従って、間隙が略菱形であるのに対応して、撮像面２に垂直な方向から見たときの微小反射面４の形状も略菱形となっている。
【０１００】
こうして、図１０に示す例は、撮像面２に垂直な方向から見たときの微小反射面４の中心位置が、複数の画素６の各中心位置の何れとも一致することのないように配置されたものとなっている。
【０１０１】
続いて、図１１は、撮像面２上における微小反射面４の第２の配置例を示す平面図である。
【０１０２】
この図１１に示す例は、画素６の垂直方向配列同士の間に微小反射面４を形成したものとなっている。すなわち、微小反射面４の水平方向の幅は、画素６の画素開口同士の間に入るような幅となっており、１つの微小反射面４の面積をより広くするために、この図１１に示す例では微小反射面４はやや縦長の矩形状となっている（撮像面２に垂直な方向から見たときの形状）。ただし、この場合であっても、微小反射面４が上述した菱形の間隙となるべく重複するように構成することが望ましい。このような構成は、例えば、撮像素子１がＣＣＤ等であるときの垂直転送路上に微小反射面４を配置する場合などに適している。
【０１０３】
この図１１に示す例も、撮像面２に垂直な方向から見たときの微小反射面４の中心位置が、複数の画素６の各中心位置の何れとも一致することのないように配置されたものとなっている。
【０１０４】
ところで、光電変換を行うフォトダイオード同士の間には、電荷を転送するための画素回路が構成されていたり、あるいはフォトダイオードで発生した電荷を一時的に蓄積しておくための電荷蓄積部が設けられていたりするために、撮影光束が照射されないようにマスクされていることが一般的である。このマスクは、一般的な輝度の光を遮光し得るように構成されているが、昼間の日光が直接照射される場合のような極めて輝度の高い光に対しては必ずしも十分な遮光性能を備えているとはいえない。そこで、このような点を考慮して、特に遮光性が要求される位置に微小反射面４を配置することも考えられる。
【０１０５】
さらに、図１２は、撮像面２上における微小反射面４の第３の配置例を示す平面図である。
【０１０６】
この図１２に示す例は、画素６の画素開口に少なくとも一部重複するように微小反射面４を形成したものとなっている。ただし、微小反射面４を形成する位置は、画素６の画素開口の中央部には重複しないようにしている。画素６上に微小反射面４を配置することは、画素６において光電変換に用いられる撮影光束の光量が減少することにつながるために、できれば望ましくない。しかしながら、撮像面２上に微小反射面４を配置すれば、その配置が画素６上であるか否かによらず、従来のクイックリターンミラーやペリクルミラーを用いる構成よりも、フランジバックを格段に短縮することができるという利点がある。従って、このような利点を得るためには、必要に応じて画素６に重複するように微小反射面４を配置することも考えられる。
【０１０７】
次に、図１３は、撮像面２上における微小反射面４の第４の配置例を示す平面図である。
【０１０８】
この図１３に示す例は、図１０に示したような配置の微小反射面４ａに加えて、さらに、離隔した位置の複数の特定の画素６の画素開口に重複するように微小反射面４ｂを形成したものとなっている。この図１３に示す例では、微小反射面４ｂを形成する位置が、特定の画素６の画素開口の中央部に重複している。
【０１０９】
ここに、特定の画素６の開口率が下がるデメリット、あるいは特定の画素６において光電変換が行われないデメリットよりも、特定の画素６からの反射光を得たい、あるいはフランジバックの短縮を図りたいなどの要求の方が勝ることも考えられる。そこで、この図１３はこのような要求に対応し得る例となっている。
【０１１０】
なお、例えば図１に示したような単板カラー撮像素子は、画素毎に特定色のカラーフィルタが設けられていて、しかも４画素中の２画素に緑色カラーフィルタＧＦが、残りの１画素ずつに青色カラーフィルタＢＦと赤色カラーフィルタＲＦとが設けられているなど、画素の役割は均等ではない。また、近年では、特定の画素の画素面積を、他の画素の画素面積よりも大きくするようにして、低輝度撮影時のノイズ低減を図るようにした撮像素子も提案されているが、このような場合にも画素の役割は均等ではない。従って、このような画素の役割分担を考慮しながら、微小反射面４ｂを形成する特定の画素６を選択するようにすると良い。
【０１１１】
続いて、図１４は、撮像面２上におけるディスクリートミラーの他の構成例を側方から示す図である。
【０１１２】
上述した説明においては、ディスクリートミラー５が可視光を含む光を反射する通常のミラーであることを想定していた（ただし、通常のミラーであることに限定されるものではない）。
【０１１３】
これに対して、この図１４に示すディスクリートミラー５Ａは、可視光を透過し、可視光の帯域に含まれない帯域の光（画素６による光電変換には用いられない（あるいは、用いられなくても良い）撮影光であり、例えば赤外光や紫外光が挙げられるが、ここでは赤外光であるものとして説明する）を反射する赤外反射ミラーとなっている。
【０１１４】
そして、この図１４に示すディスクリートミラー５Ａは、可視光を透過するものであり、つまり画素６へ到達する可視光を減光するものでは基本的にないために、撮像面２に垂直な方向から見たときに、微小反射面４が隙間なく配置されていても構わない（勿論、隙間をもって不連続に配置されていても構わない）。ただし、撮像面２に沿った配置であって、かつ撮影光束を射出瞳とは異なる方向へ反射させるためにディスクリートミラー５Ａがフレネル変形等なされていることは上述と同様であるために、撮像面２に平行な方向から見たときには複数の微小反射面４は連続してはおらず、離散化されているのは勿論である。
【０１１５】
なお、この図１４に示す構成は、撮像素子１の製造プロセスにおいてディスクリートミラー５Ａを作り込む製造方法で製造するに限られるものではなく、例えばディスクリートミラー５Ａを光学フィルタとして別体で形成した後に、撮像素子１の撮像面に貼設する製造方法を採用することも可能である。このような製造方法を用いれば、従来より提案されている広範な各種の撮像素子の全てに、容易にディスクリートミラーの機能を持たせることが可能になるという利点を有する。そして、この場合には、ディスクリートミラー５Ａを貼設する前の撮像素子の製造プロセスには変更がないという利点もある。さらに、撮像素子の撮影光学系側に配設されることの多い赤外カットフィルタを別途設ける必要がなくなる利点もある。
【０１１６】
次に、図１５〜図１７を参照して、上述したような撮像素子１を用いて構成した撮像装置１２の幾つかの例を説明する。
【０１１７】
まず、図１５は、撮像素子１を備える撮像装置１２の第１の例を示す図である。
【０１１８】
この撮像装置１２は、上述したような撮像素子１が配設されたボディユニット１３と、このボディユニット１３に対して例えば着脱自在に構成されたレンズユニット１４と、を備えている。
【０１１９】
レンズユニット１４は、絞り１５ａを含む撮影光学系１５を備えており、また図示はしないがレンズ制御マイコン等を備えている。ここに、撮影光学系１５は、撮像素子１へ撮影光束を結像するためのものである。
【０１２０】
ボディユニット１３は、装着されるレンズユニット１４の後端面位置を規定するフランジ１１と、ボディユニット１３内の図示しないボディ制御マイコンがレンズ制御マイコンと通信を行うための電気接点１６と、を備えている。また、撮像素子１の撮影光学系１５側には、撮像素子１に近い方から順に、赤外カットフィルター２１、光学ローパスフィルタ２２、保護ガラス２３が設けられている。
【０１２１】
この図１５に示す撮像素子１は、互いに重複することのない例えば３つの測距領域を備えており、これらの測距領域に各対応して３つのディスクリートミラー５ａ〜５ｃがそれぞれ設けられている。具体的には、ディスクリートミラー５ａは例えば撮像素子１の下部に、ディスクリートミラー５ｂは例えば撮像素子１の中央部の光軸上に、ディスクリートミラー５ｃは例えば撮像素子１の上部に、それぞれ配設されている。
【０１２２】
これらの内のディスクリートミラー５ａ，５ｂは、撮影光束を下側前方へ反射するようになっており、ボディユニット１３内の下部の撮影光学系１５から撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外となる位置には、各反射光束を集光するためのコンデンサレンズ１７ａ，１７ｂと、各コンデンサレンズ１７ａ，１７ｂにより集光された光に基づき位相差ＡＦを行うための位相差検出ユニット１８ａ，１８ｂと、が設けられている。
【０１２３】
また、ディスクリートミラー５ｃは、撮影光束を上側前方へ反射するようになっており、ボディユニット１３内の上部の撮影光学系１５から撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外となる位置には、反射光束を集光するためのコンデンサレンズ１７ｃと、このコンデンサレンズ１７ｃにより集光された光に基づき位相差ＡＦを行うための位相差検出ユニット１８ｃと、が設けられている。
【０１２４】
これらコンデンサレンズ１７ａ〜１７ｃおよび位相差検出ユニット１８ａ〜１８ｃは、ディスクリートミラー５ａ〜５ｃにより反射された光束を受けて、撮像素子１を含む撮像系の制御に係る検出としての位相差ＡＦを行う検出装置となっている。
【０１２５】
さらに、この撮像装置１２は、撮像素子１によって動画像を撮像してリアルタイムに表示するライブビューを行うことができるようになっており、ボディユニット１３の上部には電子ビューファインダ２４が、ボディユニット１３の背面側には表示装置２５が、それぞれ設けられていて、ライブビュー表示を行ったり、この撮像装置１２に係る各種の情報を表示したりするようになっている。
【０１２６】
また、この撮像装置１２は、撮影光学系１５から撮像素子１へ向かう撮影光束の光路上に撮影光束を遮断する遮光状態を取り得るメカニカルシャッタが設けられておらず、撮影光学系１５からの撮影光束は撮像素子１上に常時結像されるように構成されている。従って、反射光を利用する位相差ＡＦを常時行うことが可能となっている。
【０１２７】
次に、図１６は、撮像素子１を備える撮像装置１２の第２の例を示す図である。
【０１２８】
この図１６に示す撮像素子１は、例えば撮像面２のほぼ全面に渡って形成されたディスクリートミラー５を備えている。そして、このディスクリートミラー５は、撮影光束を上側前方へ反射するようになっている。
【０１２９】
一方、ボディユニット１３内の上部の撮影光学系１５から撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外となる位置には、ビームスプリッタ３１と、コンデンサレンズ１７と、位相差検出ユニット１８と、コンデンサレンズ３２と、ＡＥ・ＡＷＢ・ＬＶ用センサユニット３３と、が設けられている。
【０１３０】
そして、ビームスプリッタ３１を透過した光束は、コンデンサレンズ１７により集光されて、位相差検出ユニット１８により位相差ＡＦが行われるようになっている。
【０１３１】
また、ビームスプリッタ３１により反射された光束は、コンデンサレンズ３２により集光されて、ＡＥ・ＡＷＢ・ＬＶ用センサユニット３３により撮像系の制御に係る検出としてのＡＥ（自動露出制御）およびＡＷＢ（オートホワイトバランス）が行われるとともに、ライブビュー用画像の撮像が行われるようになっている。すなわち、ＡＥ・ＡＷＢ・ＬＶ用センサユニット３３は、観察系の造影を行う光学装置としてのライブビュー用の撮像装置を兼ねたものとなっている。
【０１３２】
さらに、この図１６に示す撮像装置１２には、撮影光学系１５から撮像素子１へ向かう撮影光束の光路上に配設されていて、撮影光束を通過させる開放状態と撮影光束を遮断する遮光状態とを時分割に取り得るメカニカルシャッタ３４が設けられている。そして、この撮像装置１２には、メカニカルシャッタ３４を制御するシャッタ制御部３５も設けられている。このシャッタ制御部３５は、位相差検出ユニット１８やＡＥ・ＡＷＢ・ＬＶ用センサユニット３３におけるＡＥ部、ＡＷＢ部等の検出装置、またはＡＥ・ＡＷＢ・ＬＶ用センサユニット３３におけるＬＶ用センサ部等の光学装置によりディスクリートミラー５からの反射光を利用する場合には、メカニカルシャッタ３４が開放状態となるように制御するようになっている。
【０１３３】
続いて、図１７は、撮像素子１を備える撮像装置１２の第３の例を示す図である。
【０１３４】
この図１７に示す撮像素子１も、図１６に示した撮像素子１と同様に、例えば撮像面２のほぼ全面に渡って形成されたディスクリートミラー５を備えている。そして、このディスクリートミラー５も、撮影光束を上側前方へ反射するようになっている。
【０１３５】
一方、ボディユニット１３内の上部の撮影光学系１５から撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外となる位置には、ビームスプリッタ３１と、コンデンサレンズ１７と、位相差検出ユニット１８と、ビームスプリッタ４１と、コンデンサレンズ３２と、ＡＥ・ＡＷＢセンサユニット３３ａと、ミラー４２，４３と、が設けられている。
【０１３６】
そして、ビームスプリッタ３１を透過した光束は、コンデンサレンズ１７により集光されて、位相差検出ユニット１８により位相差ＡＦが行われるようになっている。
【０１３７】
また、ビームスプリッタ３１により反射された光束は、ビームスプリッタ４１に入射する。
【０１３８】
このビームスプリッタ４１により反射された光束は、コンデンサレンズ３２により集光されて、ＡＥ・ＡＷＢセンサユニット３３ａにより撮像系の制御に係る検出としてのＡＥ（自動露出制御）およびＡＷＢ（オートホワイトバランス）が行われるようになっている。
【０１３９】
一方、ビームスプリッタ４１を透過した光束は、ミラー４２，４３により反射された後に、観察系の造影を行う光学装置としての光学ファインダ装置４４に入射するようになっている。これにより、撮影者は光学ファインダ装置４４を介して被写体の光学像を観察することが可能であるとともに、ボディユニット１３の背面側に設けられた表示装置２５を介してライブビュー画像を観察することも可能となっている。
【０１４０】
なお、上述では各画素６上にマイクロレンズ３が配設されている構成を例に挙げたが、本発明は、マイクロレンズ３が配設されていない構成の撮像素子に対しても同様に適用可能であることは勿論である。
【０１４１】
また、上述では微小反射面４は反射方向が固定であったが、反射方向を変更可能なＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）として構成されたものであっても構わない。
【０１４２】
このような実施形態１によれば、撮像面２が設けられた面側に、撮像面２へ向かう撮影光束の一部を反射して瞳伝送するための反射面であるディスクリートミラー５を配設したために、撮像面２へ向かう撮影光束の一部を、撮影以外の目的、例えば位相差ＡＦやＡＥ、ＡＷＢなどの検出装置、あるいは観察系の造影を行う光学装置（ライブビュー用の撮像装置や光学ファインダ装置など）等に使用することが可能となる。
【０１４３】
そして、撮像素子１自体に反射面を設けたために、従来のクイックリターンミラーやペリクルミラー等のような撮影光学系１５の光軸に対して略４５度傾けて配設されたミラーが不要となり、フランジバックを短縮することができる。
【０１４４】
加えて、クイックリターンミラーのようなマクロな物体を可動させる機構が不要であるために、動画レベルの連写も可能となる。さらに、動画レベルの連写と同時に、検出装置や光学装置を機能させることができる。従って、クイックリターンミラーを用いた場合のような露光中の像消失もなく、連写中の常時検出も可能である。このため、被写体に高精度に追従したＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等が可能であり、連写時にも高画質を確保することができる。
【０１４５】
また、光電変換には用いられない撮影光束の少なくとも一部を反射することにより、光電変換に用いられる撮影光束のみを用いる場合よりも、画像の高画質化を図ることができる。
【０１４６】
ここに、微小反射面４を一の画素６と他の画素６との間に設けてかつ離散的に複数配置した場合には、画素６が配列されている撮像面２への反射面の配置を容易に行うことが可能となる。
【０１４７】
そして、複数の微小反射面４を、連続した鏡面を細分化しかつ離散化して撮像面２と略平行な面上に配列したものとする場合には、撮像面２に結像する像を反射する、より大面積の反射面としての機能を、複数の微小反射面４によるディスクリートミラー５として達成することが可能となる。
【０１４８】
また、連続した鏡面を、凹面をなすコンデンサーミラー面とする場合には、反射面に光学的なパワーをもたせることが可能となる。
【０１４９】
撮像面２に垂直な方向から見たときの微小反射面４の中心位置が、複数の画素６の各中心位置の何れとも一致することのないように微小反射面４を配置した場合には、微小反射面４と画素６とが仮に一部重複していたとしても、感度低下を比較的抑制することができる。
【０１５０】
撮像面２が、一方向に隣接する一の画素６と他の画素６との間に間隙が生じるように複数の画素６を配列したものである場合には、撮像面２と平行な面上における位置がこの間隙の位置と重複するように微小反射面４を配置することで、感度低下を有効に抑制することができる。特に、微小反射面４を画素６同士の間隙のみに配置した場合には、画素６の受光光量が減ずることはないために、クイックリターンミラーを用いた場合と同等の画質、つまりペリクルミラーを用いた場合よりも高い画質を得ることができる。また、撮像面２における画素６の配列が長方格子状である場合には、対角方向に互いに隣接する一の画素６と他の画素６との間に生じる間隙に微小反射面４を配置すれば良い。
【０１５１】
一方、離隔した位置の複数の特定画素６上に複数の微小反射面４をそれぞれ設ける場合には、該当する特定画素６の感度は低下するものの、その他の画素の感度には影響がなく、しかもショートフランジバックの撮像装置に組み込むことが可能となる等の効果を依然として奏することができる。
【０１５２】
微小反射面４の垂線が撮像面２の垂線と交差するように、微小反射面４を傾けて配置した場合には、傾斜角の設計に応じて、所望の方向へ撮影光束を反射することが可能となる。
【０１５３】
特に、各微小反射面４のブレーズ角を、撮影光学系１５の射出瞳を撮影光学系１５の射出瞳とは空間的に異なる方向へ瞳伝送する下限角度以上となるように設定した場合には、反射された光が撮影光学系１５側へ戻ることがなくなるために、フレアの発生を抑制して画質の低下を防ぐことができる。
【０１５４】
さらに、一の微小反射面４で反射された光束が他の何れの微小反射面４によってもけられることのない上限角度以下となるように、各微小反射面４のブレーズ角を設定した場合には、光量の損失やフレアの発生を抑制することができる。
【０１５５】
撮像面２と平行な面上における位置が不連続となるように複数の微小反射面４を配置した場合には、撮像面２と平行な面上における位置が連続となる場合よりも上限角度の値を大きくすることができ、設計の自由度を高めることができる。
【０１５６】
複数の画素６毎に１つの割合で微小反射面４を配置することを、複数の微小反射面４に対して行う間引配置を実施する場合には、１画素６毎に１つの割合で配置する場合よりも上限角度の値を大きくすることができ、設計の自由度をより高めることができる。
【０１５７】
複数の微小反射面４を、１つのグループが１つの光学面を構成するような複数のグループに分類することができるように構成する場合には、つまり、同一の撮像素子１上に、複数の反射面が形成されることになるために、反射される撮影光束を多目的に利用することが可能となる。特に、一のグループが構成する光学面の光軸方向と、他の一のグループが構成する光学面の光軸方向とを異なる方向とする場合には、反射された光束を受光する検出装置や光学装置の配置の自由度を高めることができ、例えば、検出装置や観察装置を撮像面２に近接して配置することも可能となる。また、一のグループが構成する光学面の光軸中心位置と、他の一のグループが構成する光学面の光軸中心位置とを互いに異なる位置とする場合には、異なる光軸中心をもつ光束を利用することが可能となる。特に、一のグループが構成されている領域と、他の一のグループが構成されている領域とを互いに重複することのない異なる領域とする場合には、撮像面２上の異なる領域へ向かう撮影光束をそれぞれ利用することが可能となる。また、一のグループが構成されている領域と、他の一のグループが構成されている領域とを少なくとも一部重複する領域とする場合には、撮像面２上の同一の領域へ向かう撮影光束を、異なる目的に利用することが可能となる。
【０１５８】
また、複数のグループの内の任意のグループについて、グループが構成する光学面の光軸中心で反射される光線が、撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外に最短光路長で至るように、各グループに属する微小反射面４のブレーズ角を設定する場合には、撮影光学系１５の光軸方向における検出装置や光学装置の位置を撮像素子１に近接させることが可能となり、フランジバックを効果的に短縮することができる。特に、最短光路長を、撮像面２における有効撮像領域へ向かう撮影光束の通過範囲外に至るまでの最短光路長とする場合には、フランジバックの最大限の短縮を図ることができる。
【０１５９】
撮影光学系１５から撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外へ、撮像素子１の反射面により反射された光束を受けて、撮像素子１を含む撮像系の制御に係る検出を行う検出装置を撮像装置に設けた場合には、撮像系の制御を行うことが可能となる。
【０１６０】
検出装置を、位相差ＡＦを行うもの、ＡＥを行うもの、またはＡＷＢを行うものとした場合には、位相差ＡＦ、ＡＥ、またはＡＷＢを行うことが可能となる。
【０１６１】
撮影光学系１５から撮像面２へ向かう撮影光束の通過範囲外へ、撮像素子１の反射面により反射された光束を受けて、観察系の造影を行う光学装置を撮像装置に設けた場合には、撮影光学系１５を介して入射する被写体像を観察することが可能となる。
【０１６２】
光学装置を、ライブビュー用の撮像装置または光学ファインダ装置とした場合には、ライブビューにより、または光学ファインダ装置により、被写体像を観察することができる。
【０１６３】
撮像装置がメカニカルシャッタ３４をさらに備える場合には、シャッタ制御部３５によりメカニカルシャッタを開放状態に制御することで、反射面からの反射光を検出装置または光学装置により利用することができる。
【０１６４】
一方、撮像装置がメカニカルシャッタを備えていない場合には、撮影光学系１５からの撮影光束が撮像素子１上に常時結像されるために、反射面からの反射光を検出装置または光学装置により随時所望に利用することができる。
【０１６５】
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１６６】
１…撮像素子
２…撮像面
３…マイクロレンズ
４，４ａ，４ｂ…微小反射面
５，５Ａ，５ａ〜５ｄ…ディスクリートミラー
５ｐ…パラボラ反射面
６…画素
１１…フランジ
１２…撮像装置
１３…ボディユニット
１４…レンズユニット
１５…撮影光学系
１６…電気接点
１７，１７ａ〜１７ｃ…コンデンサレンズ
１８，１８ａ〜１８ｃ…位相差検出ユニット
２１…赤外カットフィルター
２２…光学ローパスフィルタ
２３…保護ガラス
２４…電子ビューファインダ
２５…表示装置
３１…ビームスプリッタ
３２…コンデンサレンズ
３３…ＡＥ・ＡＷＢ・ＬＶ用センサユニット
３３ａ…ＡＥ・ＡＷＢセンサユニット
３４…メカニカルシャッタ
３５…シャッタ制御部
４１…ビームスプリッタ
４２，４３…ミラー
４４…光学ファインダ装置
【図１】
2011193047.tif 000003
【図２】
2011193047.tif 000004
【図３】
2011193047.tif 000005
【図４】
2011193047.tif 000006
【図５】
2011193047.tif 000007
【図６】
2011193047.tif 000008
【図７】
2011193047.tif 000009
【図８】
2011193047.tif 000010
【図９】
2011193047.tif 000011
【図１０】
2011193047.tif 000012
【図１１】
2011193047.tif 000013
【図１２】
2011193047.tif 000014
【図１３】
2011193047.tif 000015
【図１４】
2011193047.tif 000016
【図１５】
2011193047.tif 000017
【図１６】
2011193047.tif 000018
【図１７】
2011193047.tif 000019
【図１８】
2011193047.tif 000020