(57)【要約】【課題】撮像素子と、符号化開口パターンによって画像に空間的な変調を付与する空間光変調素子とを一体化した撮像モジュールを用いることにより、撮像素子と空間光変調素子との距離を短く、かつ高精度に配置する撮像装置の提供を目的とする。【解決手段】入射した光束に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子２１と、空間光変調素子２１によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子２２と、空間光変調素子２１と撮像素子２２とを一体化して固定する固定部２３とを有し、固定部２３は、空間光変調素子２１と撮像素子２２との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材２４を有する撮像装置１。【選択図】図１
2019062571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子と、
前記空間光変調素子と前記撮像素子とを一体化して固定する固定部とを有し、
前記固定部は、前記空間光変調素子と前記撮像素子との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材を有する撮像モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像モジュールにおいて、
前記固定部は、一方の面から入射した光束を他方の面へ誘導するための導光路素子を有し、
前記導光路素子は、前記撮像素子と前記空間光変調素子との間に、前記空間光変調素子との間に一定の間隔を持つよう固定して配置され、前記一方の面の開口面積と前記他方の面の開口面積とが異なることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の撮像モジュールにおいて、
前記空間光変調素子と、前記撮像素子との少なくとも一方を貫いて電気的に接続する貫通配線を有することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の撮像モジュールにおいて、
前記空間光変調素子は、液体を収容可能な微細空孔構造体と、電気的な信号により前記微細空孔構造体内部の前記液体の量を調整して光の透過率を制御する透過率制御手段とを有することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の撮像モジュールにおいて、
前記空間光変調素子は、透過型の液晶デバイスであることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の撮像モジュールと、前記撮像素子上に画像を形成する結像光学系とを有する撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記変調を周期的に変化させるために前記空間光変調素子を駆動する素子駆動部と、
前記画像情報から、前記変調を取り除いて画像を再構成する復号処理手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記素子駆動部は、複数の周期の異なる正弦波形を重ね合わせた空間透過率分布を用いて前記変調を付与することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の撮像装置において、
前記素子駆動部は、前記画像情報を解析する画像特性解析手段による解析結果に基づいて前記変調を周期的に変化させ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、符号化開口イメージングを用いた撮像モジュール及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラに代表される撮像装置は、写真撮影などの観賞用の他、産業用計測・物体認識システム、車両の危険検知、防犯用の監視システムなど、幅広く利用されている。これらの利用形態においては、被写体の画像のみならず、距離や視野方向などの空間情報の取得がしばしば要求される。
【０００３】
こうした空間情報の取得が可能な技術としては、撮像素子と符号化開口パターンとを用いて、フーリエ変換に基づく復号処理を施すことにより撮像素子に入射した光束の空間及び入射角度に関する情報を取得する技術が既に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、この符号化開口パターンに再構成可能な、言い換えるとアクティブな空間光変調素子を用いることで、複数種類の符号化開口パターンによる撮影画像から復号処理を行って画質を向上する技術が既に知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、このような空間光変調素子に用いられる素子として、液晶素子やその代替技術などが提案されている（例えば、特許文献３、４、非特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の符号化開口イメージング技術及び符号化開口パターンを用いた撮像装置は、撮像素子と符号化開口パターンが個別に設置されており、光路中に符号化開口パターンを設ける必要がある。また、その他、撮像装置のサイズが大きくなる、可動ミラーなどの光学部品との実装位置の競合が生じる、符号化開口パターンと撮像素子との設置位置に高い精度が要求される、レンズ交換等の光学系の変更に対応できない等の実装上の問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、撮像素子と、符号化開口パターンによって画像に空間的な変調を付与する空間光変調素子とを一体化した撮像モジュールを用いることにより、撮像素子と符号化開口パターンとの距離を短く、かつ高精度に配置する撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明においては、入射した光束に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子と、前記空間光変調素子によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子と、前記空間光変調素子と前記撮像素子とを一体化して固定する固定部とを有し、前記固定部は、前記空間光変調素子と前記撮像素子との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮像素子と符号化開口パターンとの距離を短く、かつ高精度に配置する撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置及び撮像モジュールの全体構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における撮像モジュールの構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における撮像装置の最適化手段の動作の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における撮像装置の素子駆動部の動作の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における撮像モジュールの構成の第１の変形例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における導光路素子を有する撮像モジュール及び撮像装置の構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における撮像モジュールの構成の第２の変形例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態における撮像モジュールの構成の第３の変形例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態における撮像モジュールの構成の第４の変形例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態における撮像モジュールの構成の第５の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態における図１に示された撮像装置１は、画像を取得するための撮像モジュール２と、入射した光束を結像して撮像モジュール２に向けて出射する結像光学系３と、結像光学系３からの光路を選択するためのミラー４とを有している。
撮像装置１はまた、視野を確認するためのファインダー６と、ミラー４からファインダー６へと光を偏向させる偏向素子５と、露光時間を決定するシャッター８と、これらの部材を制御するための制御部９とを有している。
撮像モジュール２以外の上述の構成は一般的な一眼レフカメラと同等であるが、ファインダー６とミラー４とを外し、変わりに液晶モニタを備えた所謂ミラーレス一眼レフの構成であっても良い。
【００１２】
図２を用いて、撮像モジュール２の構成を説明する。
撮像モジュール２は、入射した光速に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子２１と、空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子２２と、空間光変調素子２１と撮像素子２２とを一体化して固定する固定部２３とを有している。
撮像モジュール２はまた、空間光変調素子２１と撮像素子２２とを電気的に接続する配線２５と、制御部９からの信号を処理するためのロジック回路１３とを有している。
【００１３】
空間光変調素子２１は、透過型の液晶デバイスであり、それぞれの位置における透過率を制御部９によって変化させることにより、符号化開口パターン、言い換えるとモザイクパターンを形成することで、入射した光束に空間的な変調を付与する。
【００１４】
撮像素子２２は、空間光変調素子２１によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像面たる光検出器アレイとしてのCCD（Charge Coupled Device）を用いたイメージセンサである。撮像素子２２上には複数の光検出器である受光素子たるフォトダイオードが並べて配設された光検出器アレイ２８が配置されており、撮像面に入射した光束の強度等の情報を電気信号に変換する。ここではCCDを用いることとしたが、画像情報を取得可能なイメージセンサであれば、CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサ等を用いるものであっても良い。
【００１５】
固定部２３は、空間光変調素子２１と撮像素子２２との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材２４を有している。
固定部２３は、空間光変調素子２１と撮像素子２２とを一定の間隔で、かつ平行に固定する。ここで固定部２３は、ネジなどの固定部材を用いるものであっても、あるいは接着剤等を用いても、あるいは空間光変調素子２１と撮像素子２２とを一体成型するものであっても良い。
本実施形態においては、ギャップ規定部材２４は、開口を設けたSi基板であり、ギャップ規定部材２４が固定部２３としての機能を有している。ギャップ規定部材２４は、空間光変調素子２１と撮像素子２２との少なくとも一方に接触し、上記開口とSi基板の厚みによって、空間光変調素子２１と撮像素子２２との間に数ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下の空隙構造、言い換えるとギャップ構造を形成している。
ギャップ規定部材２４は、ここでは開口を設けたSi基板としたが、ガラス材料のような透明部材や、ビーズを分散させたガラスフリット材料のような接合部材を用いても良い。
ギャップ規定部材２４に透明な部材を用いた場合には、光束の通過を妨げることがないので、ギャップ構造は空隙構造でなくてもよく、空間光変調素子２１と撮像素子２２との間の距離であるギャップ距離を透明部材の厚みで制御する。
配線２５は、ワイヤーボンディングを用いて形成されている。配線２５は、空間光変調素子２１と、撮像素子２２との少なくとも一方を貫いて電気的に接続する貫通配線２６であっても良い。この貫通配線２６については、後に詳しく説明する。
ロジック回路１３は、制御部９からの電気信号に従って動作する、空間光変調パターン生成補助手段あるいは制御補助手段として機能する。
【００１６】
結像光学系３は、撮像素子２２上に画像を形成するよう配設された、少なくとも１つ以上のレンズを備えた結像用レンズ群３０と、入射光量を調整するための絞り７とを有している。
結像光学系３は、撮像装置１に入射した光束を撮像素子２２上に画像を形成するように配設されている。言い換えると、撮像モジュール２よりも光軸方向上流側に、撮像素子２２上に焦点が位置するように配置される。
【００１７】
撮像装置１に入射してきた光束は、結像用レンズ群３０によって、撮像素子２２上に像を結ぶように偏向され、絞り７を通過することで光量が調整される。
結像光学系３を通過した光束は、非撮影時にはミラー４に反射して、偏向素子５を経てファインダー６へと導かれる。撮影時には、ミラー４は結像光学系３からの光束を通過させるよう動作する。このように、ミラー４は光路選択手段たる可動ミラーとして動作する。
【００１８】
ミラー４を通過し、空間光変調素子２１に入射した光束は、空間光変調素子２１によって空間的な変調を付与される。
素子駆動部たる制御部９は、複数の周期の異なる正弦波形を重ね合わせた空間透過率分布を用いて空間光変調素子２１の透過率分布を制御する。
以下、この透過率分布を制御可能な最小単位をセルと呼ぶ。
空間光変調素子２１は、素子駆動部たる制御部９からの電気信号、言い換えると周期的な変調信号に従って、素子上それぞれのセルにおける透過率を変化させることで符号化開口パターンを形成する。
すなわち、空間光変調素子２１は、素子上の各セルの透過率を周期的に変化させることで、空間光変調素子２１を通過する光束に対して空間的な変調を付与する。
このとき、素子駆動部たる制御部９は、空間光変調パターン生成手段として機能する。
【００１９】
こうした空間透過率分布を用いて、符号化開口パターンを形成する際には、その正弦波の周期に対応する空間周波数位置、すなわちフーリエ変換を行った場合の横軸に、画像自身の持つ有限の空間周波数帯域のスペクトル分布が畳み込み積分の形で複製される。
つまり、正弦波形の周期の数だけ、空間周波数の軸上に被写体の空間周波数スペクトル分布が複製される。ここで、正弦波形の周波数の大きさに依存して角度成分の周波数情報が混ざりこむことにより画角分離が可能となる（例えば非特許文献１）。
【００２０】
ここで、被写体の空間周波数帯域よりも、隣接する正弦波形の周期に対応する空間周波数の間隔が狭い場合、空間周波数の高周波成分が低周波成分と干渉するエイリアシングが発生する。その結果、画角分離した画像の劣化や、復元した画像へのノイズの重畳などが生じる。これを回避するためには、得られた画像情報の持つ空間周波数の帯域と、空間光変調素子２１に与える正弦波形の周期を、エイリアシングが生じない程度まで異ならせる必要がある。
【００２１】
このようにエイリアシングを回避するための処理フローを図３を用いて説明する。
ここで画像特性解析手段、空間光変調パターン生成手段、画質判定手段、復号処理手段１２は、本実施形態においてはいずれも制御部９の機能である。
まず、制御部９は、空間的な変調なし、もしくは一定の空間的な変調を行った場合についての初期画像を取得する（ステップＳ１）。
この初期画像の空間周波数帯域を、画像特性解析手段としての制御部９によって解析する。制御部９は、初期画像の空間周波数帯域を解析することで、空間光変調素子２１に印加するのに必要な正弦波の周波数を決定する（ステップＳ２）。
ついで、空間光変調パターン算出手段あるいは空間光変調パターン生成手段たる制御部９は、かかる処理で得られた正弦波形の周波数に基づいた空間光変調パターンを算出して生成する（ステップＳ３）。このとき制御部９は符号化開口パターン算出手段あるいは符号化開口パターン生成手段としての機能を有する。ステップＳ３で得られた空間光変調パターンに基づいて、素子駆動部たる制御部９は空間光変調素子２１の透過率を変化させ、再度画像情報を取得する（ステップＳ４）。
さらに、画質判定手段としての制御部９は、取得された画像情報の画質が十分良好であるかどうか、言い換えると得られた画像情報の空間周波数が、エイリアシングを生じない条件に収まるか否かを判定する（ステップＳ５）。不十分と判定された場合には、ステップＳ２に戻って空間周波数の解析に戻って同様の処理を繰り返す、すなわちフィードバック機構によってエイリアシングを生じない条件に画質を最適化する。画質の最適化が終了した時点で、所望の空間情報、この場合には画角分離した画像情報を取得する（ステップＳ６）。
【００２２】
空間的な変調を付与された光束は、撮像素子２２に検出されることで、画像情報として認識される。この画像情報には、周期的な変調信号に従って空間的な変調を付与されたことにより、空間光変調素子２１上のどのセルを、どの時間に通過したのかという情報が含まれている。
つまり、画像情報と、当該画像情報が検出された撮像素子２２の位置から、撮像素子２２に検出された光束の角度情報、言い換えると光束の方向成分の情報が得られる。
【００２３】
このようにして得られた画像情報から、復号処理手段１２を用いて空間的な変調を取り除いて画像を再構成することにより、撮像装置を複数台設ける等の特殊な装置構成を必要とせず、距離や方向などの空間情報を含んだ画像を得る。
【００２４】
本実施形態においては、画像内に含まれた特定の被写体をターゲットとして、距離分解能を最適化することで被写体までの距離情報を取得することができる。
こうした空間情報の取得方法を、距離情報の取得を例に図４を用いて説明する。
ただし、複数の画角分離画像から視差情報を算出する手法についてその詳細な説明は適宜省略する。
【００２５】
まず、空間光変調パターン生成手段としての制御部９が、任意の空間光変調パターンを生成する（ステップＳ２１）。制御部９は、ステップＳ２１で生成した任意の空間光変調パターンを用いて画像取得を行い（ステップＳ２２）、複数の画角分離情報を抽出する（ステップＳ２３）。
次に、画像特性解析手段たる距離分解能判定手段としての制御部９は、かかる画角分離された画像情報を解析し、画像内の特定のターゲットたる被写体の局所位置について、距離情報を算出する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４で算出された距離情報を用いて、距離分解能判定手段としての制御部９は、得られた画像に所望の分解能が得られているか否かを判定する（ステップＳ２５）。
得られた画像の分解能が不十分である場合には、空間光変調パターン生成手段としての制御部９は、空間光変調パターンを構成する正弦波の周期を再度算出する（ステップＳ２６）。
制御部９は、ステップＳ２６で算出された空間光変調パターンを基に画角分離分解能を変化させることで、再度空間光変調パターンの生成を行って新たな画像を取得する（ステップＳ２７）。
このようなフィードバックループを形成する距離分解能最適化機構によって距離分解能が最適化され、最終的にターゲットとする被写体に適した距離画像を取得する（ステップＳ２８）。
【００２６】
このとき、撮像モジュール２によって得られる光束の角度情報の分解能及び得られる画像情報の視野角は、撮像素子２２の大きさと、空間光変調素子２１の各セルの大きさと、撮像素子２２と空間光変調素子２１との間の距離、すなわちギャップ距離とで決定される。
【００２７】
しかしながら、従来の技術では、符号化開口パターンと光検出アレイはそれぞれ独自に設置・制御されており、両者を近接して設置することは困難であった。また、符号化開口パターンとして液晶素子などの能動的にパターンを変えられる構成を用いた場合には、液晶素子に電気的な接続が必須であるが、ワイヤーボンディング等の既知の手法では破損などの恐れがあり、実装上の問題が解決されていない。
このような問題点は、ギャップ距離が比較的大きい場合には問題とされていなかった。
そこで本発明では、空間光変調素子２１と撮像素子２２とを一体化して固定する固定部と、空間光変調素子２１と撮像素子２２との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材２４とを有している。
このような構成により、空間光変調素子２１と撮像素子２２とが一体化され、モジュール化されるから、ギャップ距離を短く、撮像素子２２と空間光変調素子２１との位置を高精度に合わせて、角度分解能が高い高精度な画像情報が得られる。
【００２８】
本実施形態における空間光変調素子２１は、周期的にその透過率を変化させる、再構成可能な符号化開口パターンを形成しているが、このような制御には高周波信号がよく用いられる。一般に高周波信号を用いる回路においては、ノイズや信号のロスの抑制のために配線の長さを短くすることが望ましい。
【００２９】
空間光変調素子２１を、透過型の液晶デバイスとすることにより、市場流通するデバイスや制御部材がそのまま利用可能であり、上述のような効果に加えて、コストを抑えて空間情報を含んだ画像情報が得られる。
【００３０】
また、空間光変調素子２１は、液晶デバイスの他、ウェット毛細管型の空間光変調素子２１であっても良い（例えば特許文献３、４、非特許文献１参照）。
ウェット毛細管型の空間光変調素子２１は、液体を収容可能な微細空孔構造体と、電気的な信号により微細空孔構造体内部の当該液体の量を調整して光の透過率を制御する透過率制御手段とを有する。
このような構成にすることで、入射する光束の照射領域全てが透明材料によって構成されるから、空間光変調素子２１の下層に位置する撮像素子２２上の受光素子が全て利用可能となり、画像あるいは空間情報を含んだ画像情報がより高い解像度で取得される。
【００３１】
さらに、高精度を求められる計測においては、空間光変調素子２１と撮像素子２２との水平位置、回転、平行度等の位置合わせが画素オーダーの精度で行えることが望ましい。
ウェット毛細管型の空間光変調素子２１を用いるとすれば、空間光変調素子２１と撮像素子２２とギャップ規定部材２４とが何れも半導体プロセスで製造可能になるから、接着剤等を用いずに撮像モジュール２を一体形成することが容易になる。このような構成により、画素サイズ程度の精度での位置合わせが可能であるから、接着剤等を用いて空間光変調素子２１と撮像素子２２とを一体化する場合よりも、より高精度かつ高解像度の画像情報を得られる。
空間光変調素子２１と撮像素子２２とを一定の間隔を維持しながら一体化して固定し、配線２５によって電気的な配線を行うから、撮像モジュール２は、実装形態による制約を受けずに空間情報を含んだ画像情報を更に高解像度および／または高精度に取得する。
【００３２】
また本実施形態における撮像装置１は、変調を周期的に変化させるために空間光変調素子を駆動する素子駆動部たる制御部９と、画像情報から該変調を取り除いて画像を再構成する復号処理手段１２とを有する。かかる構成により、撮像装置１は、被写体の特性または撮影シーンに応じた最適な符号化開口パターンを形成して、画像ないし空間情報を含んだ画像情報を取得する。
【００３３】
また本実施形態において、素子駆動部たる制御部９は、複数の周期の異なる正弦波形を重ね合わせた空間透過率分布を用いて、空間光変調素子２１を透過した光束に空間的な変調を付与している。
かかる構成により、撮像装置１は、空間光変調素子２１に画像から取得される画像特性情報を利用した最適な符号化開口パターンを形成して、被写体の特性や撮像シーンに依存した画像劣化要因を排除された高画質の画像情報を取得する。
【００３４】
また本実施形態において、素子駆動部たる制御部９は、画像情報を解析する画像特性解析手段たる制御部９による解析結果に基づいて空間光変調素子２１に付与する変調を周期的に変化させる。
かかる構成により、撮像装置１は被写体の特性または撮像シーンに応じた最適な符号化開口パターンを形成するから、より高精度な画像ないし空間情報を含んだ画像情報を取得する。
【００３５】
一般に、容易に入手可能でコスト低減に効果のある液晶デバイスは、液晶素子のセルあたりのサイズが、光検出器であるフォトダイオードのサイズと比較して非常に大きい。従って、液晶デバイスの透過率を制御して符号化開口パターンとして用いるのみでは、符号化開口パターンと撮像面の解像度が異なるために、光検出器を効率よく利用できないという懸念がある。
【００３６】
このような懸念を解消するための撮像モジュール２の第１の変形例について説明する。
図５に示す撮像モジュール２は、既に説明した図２の撮像モジュール２の構成と比較して、固定部２３の構成が異なっている。
固定部２３は、空間光変調素子側の面から入射した光束を撮像素子側の面へ誘導するための導光路素子２７と、導光路素子２７を支持するための支持構造体２９と、空間光変調素子２１と導光路素子２７との間に配置されるギャップ規定部材２４とを有している。
導光路素子２７は、撮像素子２２と空間光変調素子２１との間に、空間光変調素子２１との間に一定の間隔を持つよう固定して配置され、空間光変調素子２１側の面の開口面積と撮像素子２２側の面の開口面積とが異なるテイパー形状である。
導光路素子２７は、光ファイバーを束ねて作成するファイバープレートを加熱・延伸した後、切断・研磨されたファイバーテイパープレートであり、空間光変調素子２１側の面の解像度と撮像素子２２側の面の解像度とが異なる。
導光路素子２７は、開口面積が狭い面を撮像面たる撮像素子２２に接触して固定され、空間光変調素子２１に対して数ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下のギャップ構造を形成するギャップ規定部材２４を介して空間光変調素子２１と一体化して固定されている。
導光路素子２７は、このような構成により、撮像面を擬似的に導光路素子２７の空間光変調素子２１側の面に拡大して、解像度を変える。
従って、空間光変調素子２１の画素ピッチが、撮像素子２２の画素ピッチより大きく、解像度が異なるような場合であっても、拡大された撮像面によって、空間光変調素子２１を擬似的に高解像度化して、より空間分解能の高い画像を得られる。
空間光変調素子２１は、電気的な配線２５により制御部９と接続されている。
本実施形態においては、導光路素子２７は、空間光変調素子２１と導光路素子２７との間に配置されるギャップ規定部材２４によって空間光変調素子２１と接続されている。
撮像素子２２と導光路素子２７とは接触して配置されているが、接触面に境界面での光反射を抑えるためのマッチングオイルを塗布することで、光束の利用効率が向上してより良好な画質での撮像が可能となる。
【００３７】
なお、一般に空間光変調素子２１の画素ピッチは、撮像素子２２の画素ピッチより大きいため、導光路素子２７の開口面積が狭い面を撮像素子２２側に向けて配置したが、導光路素子２７の開口面積が狭い面を空間光変調素子２１側に向けても構わない。
この場合には、導光路素子２７は、撮像面を擬似的に導光路素子２７の空間光変調素子２１側の面に縮小して、撮像素子２２を擬似的に高解像度化するため、特に撮像素子２２の解像度が粗い場合には、より高解像度の画像を得る。
【００３８】
以上、図５に沿って説明した以外の構成および動作については、図２に示したような撮像モジュール２の構成および動作と同様であるため説明を省略する。
【００３９】
図６に、図５に示した撮像モジュール２を有する撮像装置１の構成例を示す。
図１に示した撮像装置１との差異について説明する。第１の変形例における撮像モジュール２を有する構成においては、擬似的な撮像面が導光路素子２７の入射面、すなわち導光路素子２７の空間光変調素子２１側の面に位置しており、実際の撮像面よりも画素ピッチが拡大されている。
したがって、結像光学系３は、その結像面たる画像形成領域であるイメージサークルを、擬似的な撮像面よりも大きく設定する必要がある。この結像光学系３にかかる制約を満たせば、その他の撮像装置１の構成は図１に示すものと同様であり、様々なカメラ、レンズ交換型のカメラに利用してもよい。
【００４０】
その他、例えば、撮像モジュール２は、図７に示す第２の変形例のように、ウェット毛細管型の空間光変調素子２１と固定部２３とを同一基板上に一体形成した構成であっても良い。このとき固定部２３は、ギャップ規定部材２４としての機能を有して空隙構造を形成している。図７のような構成とすることで、空間光変調素子２１と撮像素子２２との接合に、半導体プロセスでのウェハ接合技術を用いることにより、空間光変調素子２１と撮像素子２２との間の平行度や位置決め精度が向上する。
ウェハ接合技術としては、ガラスフリット接合や金属による共晶接合などを用いても良い。
さらにこの構成例において、空間光変調素子２１はＳｉ熱酸化によるガラス化を用いて作成してもよい。このような構成とすることで、撮像モジュール２をシリコンプロセスのみで製作し、量産コストを低減しながらも、精度が向上する。
【００４１】
なお、空間光変調素子２１と撮像素子２２との接合に、半導体プロセスでのウェハ接合技術を用いる構成においては、積層した部分での十分な配線スペースの確保が難しい。
従って、空間光変調素子２１と撮像素子２２との間の電気的な接続は、例えばシリコン貫通ビア（TSV、Through-Silicon via）等の貫通配線２６とすることが望ましい。
貫通配線２６により、配線実装時の破損等の可能性を低減するとともに、空間光変調素子２１や撮像素子２２と、これらを制御する基板と、配線との干渉を防止ないしは低減し、実装形態による制約を受けずに空間情報を含んだ画像情報を得られる。
空間光変調素子２１と撮像素子２２とを一体化することに併せて、貫通配線２６によって最短経路で電気的な接続を行うことにより、周期的に空間光変調素子２１の透過率を変化させる際のノイズを低減ないしは抑止して、より高精度な画像情報を得られる。
【００４２】
また、図８に示す第３の変形例のように、撮像モジュール２の空間光変調素子２１と、撮像素子２２と、が固定部２３と一体に配置され、ガラス材料等の透明部材で構成されたギャップ規定部材２４が内部に配置された構成としても良い。
このような構成によれば、透明部材に接合した状態で空間光変調素子２１を加工することで、空間光変調素子２１の厚みを薄くして、撮像モジュール２の小型化が図れる。
なお、図８に示すようにギャップ規定部材２４と撮像素子２２の間に、ガラスフリット材料で構成された接合部材２４１を配設するとしても良い。
【００４３】
また、図９に示す第４の変形例のように、制御部９を空間光変調素子２１上に設けた構成とすれば、透明部材を用いたギャップ規定部材２４によってギャップ構造を確保しながらも、回路形成に十分な面積を持たせることができる。
このような構成により、撮像装置１が小型化可能になる。
【００４４】
また、図１０に示す第５の変形例のように、撮像素子２２を裏面照射型として、裏面側を深堀することで、撮像素子２２と空間光変調素子２１の間のギャップ距離を維持しながらも、撮像素子２２の厚みを薄くできるから、撮像モジュール２の小型化が可能になる。
【００４５】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態において、撮像装置１は、コンパクトデジタルカメラや、携帯機器搭載の小型カメラのような種々の形態の撮像装置であっても良い。
【００４７】
上述した実施形態によれば、入射した光束に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子と、前記空間光変調素子によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子と、前記空間光変調素子と前記撮像素子とを一体化して固定する固定部とを有し、前記固定部は、前記空間光変調素子と前記撮像素子との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材を有するから、撮像素子と符号化開口パターンとの距離を短く、かつ高精度に配置して、エイリアシング等の画像の劣化を防ぎながらも、光の空間情報を高解像度且つ高精度に取得可能であることを特徴とする。
【００４８】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４９】
１  撮像装置
２  撮像モジュール
３  結像光学系
４  ミラー
６  ファインダー
７  絞り
８  シャッター
９  制御部（素子駆動部）（画像特性解析手段）
１２    復号処理手段
１３    ロジック回路
２１    空間光変調素子
２２    撮像素子
２３    固定部
２４    ギャップ規定部材
２５    配線
２６    貫通配線
２７    導光路素子
２８    光検出器アレイ
２９    支持構造体
３０    結像用レンズ群
２４１  接合部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５０】
【特許文献１】特開２００８−１９１６６１号公報
【特許文献２】特開２００８−５４２８６３号公報
【特許文献３】特開２００５−３１６３２１号公報
【特許文献４】特開２００５−３１６３１６号公報
【非特許文献１】ジェラルド・ベニ、ハックウッド（Ｇ．Ｂｅｎｉ，Ｓ．Ｈａｃｋｗｏｏｄ）著、「アプライドフィジクス、レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．  Ｖｏｌ．３８，Ｉｓｓｕｅ４）」（米国）、１９８１年、ｐ．２０７−２０９
【図１】
2019062571.tif 000003
【図２】
2019062571.tif 000004
【図３】
2019062571.tif 000005
【図４】
2019062571.tif 000006
【図５】
2019062571.tif 000007
【図６】
2019062571.tif 000008
【図７】
2019062571.tif 000009
【図８】
2019062571.tif 000010
【図９】
2019062571.tif 000011
【図１０】
2019062571.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月24日(2019.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明においては、入射した光束に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子と、前記空間光変調素子によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子と、前記空間光変調素子と前記撮像素子とを一体化して固定する固定部とを有し、前記固定部は、前記空間光変調素子と前記撮像素子との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材を有し、前記固定部は、一方の面から入射した光束を他方の面へ誘導するための導光路素子を有し、前記導光路素子は、前記撮像素子と前記空間光変調素子との間に、前記空間光変調素子との間に一定の間隔を持つよう固定して配置され、前記一方の面の開口面積と前記他方の面の開口面積とが異なる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子と、
前記空間光変調素子と前記撮像素子とを一体化して固定する固定部とを有し、
前記固定部は、前記空間光変調素子と前記撮像素子との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材を有し、
前記固定部は、一方の面から入射した光束を他方の面へ誘導するための導光路素子を有し、
前記導光路素子は、前記撮像素子と前記空間光変調素子との間に、前記空間光変調素子との間に一定の間隔を持つよう固定して配置され、前記一方の面の開口面積と前記他方の面の開口面積とが異なることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２】
入射した光束に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子と、
前記空間光変調素子と前記撮像素子とを一体化して固定する固定部とを有し、
前記固定部は、前記空間光変調素子と前記撮像素子との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材を有し、
前記空間光変調素子と、前記撮像素子との少なくとも一方を貫いて電気的に接続する貫通配線を有することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項３】
入射した光束に空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子と、
前記空間光変調素子と前記撮像素子とを一体化して固定する固定部とを有し、
前記固定部は、前記空間光変調素子と前記撮像素子との間に配置されて一定の間隔のギャップ構造を形成するギャップ規定部材を有し、
前記空間光変調素子は、液体を収容可能な微細空孔構造体と、電気的な信号により前記微細空孔構造体内部の前記液体の量を調整して光の透過率を制御する透過率制御手段とを有することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項４】
請求項１または２に記載の撮像モジュールにおいて、
前記空間光変調素子は、透過型の液晶デバイスであることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の撮像モジュールと、前記撮像素子上に画像を形成する結像光学系とを有する撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、
前記変調を周期的に変化させるために前記空間光変調素子を駆動する素子駆動部と、
前記画像情報から、前記変調を取り除いて画像を再構成する復号処理手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記素子駆動部は、複数の周期の異なる正弦波形を重ね合わせた空間透過率分布を用いて前記変調を付与することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の撮像装置において、
前記素子駆動部は、前記画像情報を解析する画像特性解析手段による解析結果に基づいて前記変調を周期的に変化させることを特徴とする撮像装置。