(57)【要約】【課題】  極めて低背でかつ解像度に優れた高品質な画像情報を取得可能な薄型撮像装置の提供。【解決手段】  導光路と、入射ミラー（２）と、撮像素子と、開口部と、を有する撮像装置である。本発明の薄型撮像装置においては、入射ミラー（２）が被写体（４）からの光を導光路へ誘導するように反射させ、そして、撮像素子が入射ミラー（２）によって反射され前記導光路内を透過する被写体（４）からの光を受光することにより撮像する。【選択図】図１
2005333617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部と、
被写体から前記開口部を経て入射した入射光を同時に反射する入射ミラーと、
前記入射ミラーで反射した入射光を案内する導光路と、
前記導光路の表面の少なくとも一部に設けたミラー面と、
少なくとも、前記ミラー面で反射することなく前記導光路内を案内される、前記被写体の一部である第１区分と、前記ミラー面で少なくとも１回反射して前記導光路内を案内される、前記被写体の別の一部である第２区分とを重畳した状態で同時に受光する撮像素子と、を有することを特徴とする薄型撮像装置。
【請求項２】
前記導光路は、２つの互いに平行な主面を有する略平板形の外形形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項３】
前記入射ミラーは、前記入射ミラーに入射する光を前記導光路内または前記導光路の射出端近傍の所定の焦点位置に集光する、１つまたは複数のミラーを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項４】
前記入射ミラーは、短冊状の形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項５】
前記入射ミラーは、前記所定の焦点位置を中心とする円弧状に湾曲した形状を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の薄型撮像装置。
【請求項６】
前記入射ミラーを構成する前記複数のミラーは、同一の前記焦点位置を中心とする円弧形状を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の薄型撮像装置。
【請求項７】
前記入射ミラーの前記１つまたは複数のミラーは、前記入射ミラーの中心と前記所定の焦点位置とを結ぶ主軸に対して垂直な方向に１列に配列されている、ことを特徴とする請求項３に記載の薄型撮像装置。
【請求項８】
前記入射ミラーは、少なくとも一部が、凹型形状である断面を有し、
前記入射ミラーは、前記凹形状部分により前記被写体からの光を所定の焦点位置に集光する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項９】
さらに、入射側レンズが、前記被写体から前記入射ミラーへの光路上の入射ミラー近傍に配されている、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項１０】
前記入射側レンズは、が所定の曲率の表面を有し、
前記入射側レンズが前記入射ミラーに入射する光を集光する、ことを特徴とする請求項９に記載の薄型撮像装置。
【請求項１１】
前記入射ミラーは、実質的に平面である反射面を有する、ことを特徴とする請求項９に記載の薄型撮像装置。
【請求項１２】
さらに、射出ミラーが、前記導光路の射出端近傍に配され、
前記射出ミラーが、前記射出端より射出される光を反射して前記撮像素子に導光する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像素子と前記入射ミラー間の距離は、可変である、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項１４】
前記撮像素子は、入射光の前記導光路内での進行方向に略平行にスライド可能である、ことを特徴とする請求項１３に記載の薄型撮像装置。
【請求項１５】
前記入射ミラーは、入射光の前記導光路内での進行方向に略平行にスライド可能である、ことを特徴とする請求項１３に記載の薄型撮像装置。
【請求項１６】
さらに、複数の入射側レンズを、前記被写体から前記入射ミラーまでの光路上であって前記入射ミラーの近傍に有し、
前記入射ミラーをスライドさせて前記入射ミラーに入射する光の透過する入射側レンズを選択することができる、ことを特徴とする請求項１５に記載の薄型撮像装置。
【請求項１７】
さらに、前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、光学的に視野毎の光学的画像情報に分別する手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項１８】
前記分別する手段は、前記撮像素子の前面に配され、
前記分別する手段は、前記撮像素子に入射する前記入射光に含まれる画像情報を、前記撮像素子に対する入射角に基づいて分別する、ことを特徴とする請求項１７に記載の薄型撮像装置。
【請求項１９】
前記分別する手段は、前記撮像素子の前面に前記撮像素子から所定距離だけ隔離してアレイ状に配された複数のシリンドリカルレンズである、ことを特徴とする請求項１８に記載の薄型撮像装置。
【請求項２０】
前記複数のシリンドリカルレンズは、前記撮像素子との距離の方向および／または前記シリンドリカルレンズのアレイの配列方向に可動であり、
前記シリンドリカルレンズの前記撮像素子に対する相対的変位により、前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、視野毎の光学的画像情報に分別する、ことを特徴とする請求項１９に記載の薄型撮像装置。
【請求項２１】
前記分別する手段は、前記撮像素子の前面に前記撮像素子から所定距離だけ隔離してアレイ状に配された１つまたは複数のスリットである、ことを特徴とする請求項１８に記載の薄型撮像装置。
【請求項２２】
前記スリットのアレイは、前記撮像素子との距離の方向および／または前記スリットのアレイ方向に可動であり、
前記スリットのアレイの前記撮像素子に対する相対的変位により、前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、視野毎の光学的画像情報に分別する、ことを特徴とする請求項２１に記載の薄型撮像装置。
【請求項２３】
前記スリットのアレイは、液晶シャッターを有し、
前記液晶シャッターのそれぞれを選択的にオン／オフすることによりスリットとしての光学的機能を実現している、ことを特徴とする請求項２１に記載の薄型撮像装置。
【請求項２４】
前記液晶シャッターは、それぞれ、オン／オフの状態を順次的に変更可能であり、
これにより、前記液晶シャッターは、光が透過する部分を変化させて、前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、視野毎の光学的画像情報に分別する、ことを特徴とする請求項２３に記載の薄型撮像装置。
【請求項２５】
前記分別する手段は、前記撮像素子を、撮像面と垂直な方向および／または平行な方向に可動とする手段であり、
前記撮像素子の移動による被撮像画像の変化に基づいて前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、視野毎の光学的画像情報に分別する、ことを特徴とする請求項１７に記載の薄型撮像装置。
【請求項２６】
さらに、前記導光路より射出される光を反射して前記撮像素子に結像させる射出ミラーが、前記導光路の射出端近傍に配され、
前記分別する手段は、前記射出ミラーを、前記導光路との距離の方向に可動とする手段であり、
前記射出ミラーの移動による被撮像画像の変化に基づいて前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、視野毎の光学的画像情報に分別する、ことを特徴とする請求項１７に記載の薄型撮像装置。
【請求項２７】
さらに、前記導光路の外側に、前記導光路の屈折率よりも小さい屈折率を有する外部媒体を有し、
前記ミラー面は、前記導光路と前記外部媒体の界面で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項２８】
前記外部媒体は、空気である、ことを特徴とする請求項２７に記載の薄型撮像装置。
【請求項２９】
前記外部媒体の外側に吸光部材を設けた、ことを特徴とする請求項２７に記載の薄型撮像装置。
【請求項３０】
前記導光路は、前記ミラー面を前記開口部近傍に有し、
前記ミラー面は、前記開口部に入射する光が外部から前記開口部に向かって透過可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項３１】
前記導光路は、前記ミラー面を前記導光路の射出端近傍に有し、
前記ミラー面は、前記導光路から射出される光が外部に向かって透過可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項３２】
前記ミラー面は、その１つまたは複数の、ミラー面の部分ごとに個別的に反射／非反射が制御可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項３３】
さらに、前記入射光に複数の前記視野の光学的画像情報が互いに重畳された状態で含まれている画像情報を、視野毎の光学的画像情報に分別する手段を有し、
前記分別する手段は、前記ミラー面の複数の前記ミラー面を構成する部分ごとの個別的な反射／非反射を制御する手段である、ことを特徴とする請求項３２に記載の薄型撮像装置。
【請求項３４】
さらに、前記導光路の外側に、外部媒体を有し、
前記ミラー面は、前記導光路と前記外部媒体の界面で構成され、
前記導光路の絶対屈折率と前記外部媒体の絶対屈折率の大小関係、および／または、それらの絶対屈折率の差を制御することにより、前記ミラー面の反射／非反射を制御する、ことを特徴とする請求項３２に記載の薄型撮像装置。
【請求項３５】
さらに、前記導光路の外側に、液晶を有し、
前記ミラー面は、前記導光路と前記液晶との界面で構成され、
前記液晶の絶対屈折率を制御することにより、前記ミラー面の反射／非反射を制御する、ことを特徴とする請求項３２に記載の薄型撮像装置。
【請求項３６】
前記導光路は、その少なくとも一部に空隙を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄型撮像装置。
【請求項３７】
前記空隙は、液体により満たされ、
さらに、前記液体の絶対屈折率よりも小さい絶対屈折率を有する外部媒体を前記導光路の外側に有し、
前記ミラー面は、前記導光路と前記外部媒体との界面で構成される、ことを特徴とする請求項３６に記載の薄型撮像装置。
【請求項３８】
請求項１に記載の薄型撮像装置と、
操作者の撮像実行指示を入力することができる操作部と、
前記薄型撮像装置からの画像情報に所定の処理を実行して画像データを生成する画像処理部と、
前記画像データを記憶する記憶部と、
前記薄型撮像装置、前記画像処理部、および、前記記憶部を制御するコントローラを有する、ことを特徴とするカメラ。
【請求項３９】
請求項１に記載の薄型撮像装置を、カード型ケースに内蔵して構成したカメラ。
【請求項４０】
被写体からの入射光の一部である第１区分を導光路内で案内し、導光路の表面に形成されたミラー面で反射することなく直接、撮像素子に入射するステップと、
前記被写体からの入射光の別の一部である第２区分を導光路内で案内し、導光路の表面に形成されたミラー面で少なくとも１回反射させて前記撮像素子に入射するステップと、
前記撮像素子から、少なくとも前記第１区分の像と前記第２区分の像を重畳させて同時に出力するステップと、を有する撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラモジュールに代表される撮像装置に関し、特に携帯情報端末など極めて薄型が要求される用途に対応して、その構成を改良した薄型撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子の小型化、高性能化や、非球面レンズなどの光学技術の進展により、撮像装置の小型化が可能となり、コンパクトなデジタルカメラや、カメラ付き携帯電話など気軽にカメラを携帯できる用途へと撮像装置の用途が広がっている。これらの携帯機器に用いられるカメラモジュールには、様々なシチュエーションを想定して、さらなる小型化、低背化が求められている。
【０００３】
従来のカメラモジュールに用いられる撮像装置としては、円形の集光レンズと、その結像面にＣＣＤやＣＭＯＳセンサを配置して撮像を行なう構成がとられている。（例えば、特許文献１（第２頁〜４頁、図１、表１等）参照）。図１４は、前記特許文献１に記載された従来の撮像装置を示すものである。
【０００４】
図１４の例において、集光レンズ系１０１として１０１ａ、１０１ｂの２群からなるレンズを用いており、レンズにより集光された入射光は、ガラスフィルター１０２を透過して、撮像素子１０３の面上に結像される。ここで、図１４は断面図を示したものであり、集光レンズ系１０１は一点鎖線で表わした光軸を回転中心とした同心円形状である。また、この例では、２群の集光レンズ１０１ａと１０１ｂの双方の位置を変えることにより、ズームとフォーカスの機能を実現している。１０４は、レンズ系の実効的な開口率を変化させるための開口絞りである。
【０００５】
従来の撮像装置において、ピントの合った綺麗な画像を得ようとすると、集光レンズ系１０１により被写体像が結像する面に撮像素子１０３を配置する必要があり、集光レンズ系１０１の焦点距離が、集光レンズ系１０１と撮像素子１０３の撮像面との距離を決めることになる。従って、従来の撮像装置においては、もっぱら集光レンズ系１０１の焦点距離を短く設計し、撮像素子１０３との距離を短縮し、光学系の全長を短縮して小型・低背化を図っている。
【０００６】
ちなみに、前記特許文献１の表１を例に取ると、焦点距離を２．４６〜４．７４ｍｍの間で可変とし、ズーム可能としているが、レンズ系の全長としては１２．９１〜１０．７９ｍｍと、実効的な焦点距離よりもかなり長い光学系を必要とする。このことからも、光学系の全長を短縮して低背化を図るためには、予想以上に焦点距離を短縮する必要があることが分かる。
【０００７】
また、特許文献２に開示の光学系のように、複数のプリズムを組み合わせて光路を折り畳み、低背化の実現を目指す技術思想も存在する。
【特許文献１】特開２００３−２５５２２５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９６２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の構成では、レンズの焦点距離を短縮することで小型・低背化を図っているので、結像する画像のサイズも焦点距離に比例して小さくなり、従来と同じ画素ピッチの撮像素子を用いた場合、結像した画像に対して相対的に解像度が劣化してしまう。従って、これまでと同じ解像度の画像情報を得ようとすると、レンズの焦点距離の縮小に比例して撮像素子の画素ピッチを微細化する必要がある。
【０００９】
撮像素子として用いられるＣＣＤやＣＭＯＳセンサは、既に最先端の微細半導体プロセスで製造されているが、微細ピッチ化のためには、より微細な製造プロセスが必要であり、微細化することでプロセスコストが増大し、また、歩留まりも極端に劣化することから、コストの増大が避けられなという課題を有している。
【００１０】
また、撮像素子の画素ピッチを縮小することで、各画素の受光面積がピッチ縮小率の二乗で減少し、さらに、撮像素子の各画素には駆動用のマトリックス配線やＣＣＤにおける電荷転送路などの受光エリア以外の部分も必要であり、画素ピッチ縮小によって受光できる有効開口率も低下してしまうことから、受光量が極端に減少し十分な光電変換能力を得ることが難しく、著しく画像の品質が劣化するという課題を有している。
【００１１】
さらに、可視光の波長の範囲は２００ｎｍ〜８００ｎｍ程度であり、回折限界のためレンズなどの光学系で波長レベルの画像の分解能を得ることは不可能となる。たとえ歩留まりやコストや光電変換能力を犠牲にして微細な画素ピッチの撮像素子を作成したとしても、光の回折限界のため、高い分解能を保ったままレンズの焦点距離を縮小して撮像装置の小型・低背化を図ることには自ずと限界があるという課題を有している。
【００１２】
上記のように、従来の撮像装置においては、必要とする焦点距離よりもさらに長い全長の光学系が必要となり、撮像装置の小型・低背化はさらに困難である。
【００１３】
つまり、従来の構成においてレンズの焦点距離を短縮して小型・低背化することには限界があり、レンズの焦点距離に依存するレンズと撮像素子との距離を短縮することが難しいことから、低背化を行なうことが極めて難しい。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、極めて低背でかつ解像度に優れた高品質な画像情報を得ることができる薄型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】
本発明は、第１の態様においては、開口部と、被写体から開口部を経て入射した入射光を同時に反射する入射ミラーと、入射ミラーで反射した入射光を案内する導光路と、導光路の表面の少なくとも一部に設けたミラー面と、少なくとも、ミラー面で反射することなく導光路内を案内される、被写体の一部である第１区分と、ミラー面で少なくとも１回反射して導光路内を案内される、被写体の別の一部である第２区分とを重畳した状態で同時に受光する撮像素子と、を有することを特徴とする薄型撮像装置である。
【００１６】
本発明は、第２の態様においては、第１の態様に記載の薄型撮像装置と、操作者の撮像実行指示を入力することができる操作部と、薄型撮像装置からの画像情報に所定の処理を実行して画像データを生成する画像処理部と、画像データを記憶する記憶部と、薄型撮像装置、画像処理部、および、記憶部を制御するコントローラを有する、ことを特徴とするカメラである。
【００１７】
本発明は、第３の態様においては、第１の態様に記載の薄型撮像装置を、カード型ケースに内蔵して構成したカメラである。
【００１８】
本発明は、第４の態様においては、被写体からの入射光の一部である第１区分を導光路内で案内し、導光路の表面に形成されたミラー面で反射することなく直接、撮像素子に入射するステップと、被写体からの入射光の別の一部である第２区分を導光路内で案内し、導光路の表面に形成されたミラー面で少なくとも１回反射させて撮像素子に入射するステップと、撮像素子から、少なくとも第１区分の像と第２区分の像を重畳させて同時に出力するステップと、を有する撮像方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の薄型撮像装置により、光学系の厚みはたかだか導光路の厚み程度で非常に低背とすることができ、かつ、入射ミラーから導光路を経て撮像素子までの光路長は、導光路の伸長のみで長く取ることができるため、低背なままで焦点距離の長い集光系を実現可能である。従って、極めて低背でありながら、結像する被写体像を縮小する必要がない。よって従来の低背な撮像装置のように焦点距離に比例して画素ピッチを縮小した高価な撮像素子を必要とせず、高い解像度の画像を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１を参照し、本発明の実施の形態１における薄型撮像装置の構成を説明する。図１（ａ）は、薄型撮像装置の斜視図であり、図１（ｂ）はその中心線９における断面図である。
【００２２】
撮像装置は、導光路１、入射ミラー２、撮像素子３、射出ミラー８及び開口部３３を備える。導光路１の一方の端面に入射ミラー２が設けられ、他方の端面に射出ミラー８及び撮像素子３が設けられている。
【００２３】
被写体４からの光は、開口部３３を介して撮像装置に入射し、入射ミラー２により反射されて導光路１の内部に導光される。導光された入射光５は集光されて撮像素子３の撮像面６上に結像し、被写体像の撮像が行なわれる。導光路１はその内部を入射光が進行する経路であって、本実施形態及び以下の実施形態では平板状形状を有している。導光路１の両主面側に入射光５を反射するようにミラー面７が設けられている。すなわち、本発明では、導光路１内において入射ミラー２と射出ミラー８（または撮像素子３）とを直線的に結ぶ光路（図１の直線９で示す光路）に平行または略平行にミラー面７を設けている。
【００２４】
撮像素子３は導光路１の上側主面に射出ミラー８と相対して配置され、射出ミラー８により入射光５を導光路１の上側主面方向に反射して、撮像を行なう構成としている。導光路１内を直進する一部の入射光５に含まれる像はそのまま撮像素子３に到達して結像し、直進しない残りの入射光５に含まれる像はミラー面７により反射され撮像素子３に到達して結像する。撮像素子３で得られた画像信号は、図１に図示していない画像処理回路により処理され、電気的な画像情報として得ることができる。
【００２５】
ここで、導光路１を構成する材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、等の有機光学材料、および、一般的な光学ガラスといった無機光学材料が使用される。これらの光学材料は一般に１．５前後の屈折率を有する。さらに大きな屈折率を有する光学材料として、高屈折率ガラスや、硫黄を含有するポリマーのような高屈折率プラスチックを導光路１に使用してもよい。なお、導光路１の形状は、平面形状に限定されるものではなく、ミラー面７で反射された入射光５が撮像素子３に到達可能であれば、導光路１の主面に緩やかな曲面を有していてもよい。導光路１に曲面を持たせることで、収差の補正などの機能を持たせることもできる。
【００２６】
入射ミラー２の形状は、入射光５が撮像面６に向かって集光するように、導光路１の主面に平行な面において円弧形状の細長い形状（短冊状形状）としている。この構成により導光路１の主面に平行な面内で入射光５が集光される。さらに、図１（ｂ）に示すように、入射ミラー２は断面においても凹面鏡形状としていることから、導光路１の断面内においても入射光５を撮像面６に集光することができる。当然のことながら、導光路１の断面に関する入射光５の集光の機能は、入射ミラー２のみならず、射出ミラー８にも担わせることが可能である。
【００２７】
かかる構成によれば、入射ミラー２で所定の焦点距離の集光光学系を構成することができ、入射ミラー２から導光路１を経て撮像素子３に至るまでの集光光学系の光路長をおよそ導光路内で長く取ることができるので、従来の撮像装置で課題であった、低背化を目的とした集光レンズの焦点距離の短縮に起因する被写体像の縮小による解像度の劣化の問題を回避することができる。即ち、本発明にかかる実施形態の構成では、集光のための光路を導光路内で長く取れる。そのため、低背なままで従来の撮像装置で高解像度の画像を得るのに必要な焦点距離と同程度の焦点距離を有する集光光学系を構成することができる。よって本撮像装置では、撮像面上に結像される被写体像は、より高密度な撮像素子を用いずには満足のいく解像度での撮像が不可能な程に縮小されることはない。そのため、従来と同等の画素ピッチの撮像素子を用いて、高解像度の撮像を行なうことが可能である。さらに、集光光路となる導光路１は厚さの薄いものを用いることができ、集光光学系となる入射ミラー２も導光路１と同等の厚さで構成することができ、装置全体を薄型化することが可能である。本構成によって、非常に低背・薄型の光学系でありながら、高い解像度の画像を得ることが可能となる。
【００２８】
具体的には本実施の形態において、例えば、入射ミラー２および導光路１の厚さｈを１ｍｍとし、入射ミラー２の長さＬを１０ｍｍとし、入射ミラー２から撮像素子３の結像位置までの光路長が１０ｍｍとなるよう光学設計を行ない、撮像素子３には、厚さが３５０μｍで撮像面６を８ｍｍ×１．２ｍｍとした細長いものを用いた場合、光学系と撮像素子３を含めた厚さを１．５ｍｍ以下という薄型にすることができ、従来の撮像装置で焦点距離１０ｍｍのレンズを用いた場合と同レベルの高解像度を得ることができる。さらに焦点距離の長い光学系が必要な場合でも、厚さを厚くせずに導光路１の長さを長くすることで対応できる。
【００２９】
一方、この厚さを従来の撮像装置で実現しようとすると、レンズの焦点距離は１ｍｍ程度かそれ以下でなくてはならず、１０ｍｍのレンズに比べて結像する被写体像は１０分の１となり高い解像度を得ることが困難となる。例えば、被写体像が１ｍｍ×１ｍｍだとして、百万画素いわゆるメガピクセルの画像を得ようとすると、１画素のサイズは１μｍ×１μｍとなり、微細な画素を有するＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子の実現が困難であるばかりか、光の波長オーダーの分解能が要求されることとなり、光学系における回折限界からも、高い解像度の画像を得ることが原理的に困難となる。
【００３０】
次に、本実施の形態における、導光路１の両面に設けたミラー面７の作用について図２を参照しながら説明する。図２は、導光路１内を入射光が伝播する様子を模式的に表した断面図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、入射光５がミラー面７で反射されずに直接射出ミラー８に入射し反射されて撮像素子３に到達する場合を示している。被写体からの入射角に応じて結像する位置が変わり、この視野の範囲の画像が撮像できることがわかる。図２（ｄ）および（ｅ）は、入射光５が上面のミラー面７で一回反射されて撮像される場合を示しており、このようにミラー面７で反射されることで、入射光５が導光路１内を直接伝播する視野ではなくても、これに隣接した視野の画像も結像することができる。なお、得られる画像としては、図２の（ａ）〜（ｃ）と（ｃ）〜（ｅ）では、視野の境界となる（ｃ）を境にして反転する性質を有する。図２（ｆ）および（ｇ）は、入射光５がミラー面７で複数回反射される場合を示しており、一回反射の場合と同様に、さらに広い視野角の画像も得ることができる。また、図２（ｈ）に示すように、図２（ａ）ないし図２（ｇ）の表す視野とは反対側、つまり図２（ａ）ないし図２（ｃ）の表す視野から図面に向かって左側の視野の画像も同様に得られることがわかる。ここで、視野および視野角とは被写界の一部または全体を指す。
【００３１】
図３は、ミラー面７によって反射された被写体像の様子を模式的に示すものである。図３（ａ）に示す元の被写体像は、ミラー面７での反射の回数、反射するミラー面７の違い等により、それぞれ異なる視野の画像に分割され、撮像面６に結像する画像は、図３（ｂ）に示すようにそれぞれの視野の画像が重畳した画像となる。本実施の形態においては、画像処理回路において、視野角ごとの画像情報の分離を行ない、図３（ｃ）に示すように元の被写体像を得る処理を行うようになっている。図３（ａ）および（ｃ）においては、１つの画像を単一方向に（縦方向に）区分した短冊状の５つの視野画像で１フレームの画像が構成されている。ここでは、中央の視野画像５０３が、ミラー面７で反射せずに撮像素子３に到達した入射光５の成分から構成される像である。２番目および４番目の視野画像５０２および５０４は、ミラー面７で１回反射して撮像素子３に到達した入射光５の成分から構成される像であり、１番目および５番目の視野画像５０１および５０５は、ミラー面７で２回反射して撮像素子３に到達した入射光５の成分から構成される像である。
【００３２】
本実施の形態のように、被写体４からの光学的情報を重畳させて撮像素子３に結像させることによって、撮像に必要とされる撮像素子３の撮像面６の面積を、従来の撮像装置で同じ視野を撮像する場合に用いられる撮像面よりも小さくできる。よって、撮像素子３自体のさらなる小型化が可能となり、また、撮像装置製造にかかるコスト低減効果も期待される。
【００３３】
視野角ごとの画像情報を分離する手法として、撮像素子３に入射する入射光５の入射角によって分別する手法がある。図２に示した、異なる視野角から入射する入射光５の光路からも分るように、異なる被写体視野角から入射した入射光は、撮像素子３上に入射する角度もそれぞれ異なる。よって、撮像素子３の直近に入射角を分別する手段を設け、それぞれの画像を分離する画像処理を行なうことで、元の被写体画像を得ることができる。
【００３４】
図４に、光学的手法により撮像素子３に入射する光の入射角を分別する手法の一例を示す。図４（ａ）は、撮像素子３の撮像面６の近傍の光学系の構成を示したもので、撮像素子３の前面に、焦点が撮像面６上に結ぶように、円筒状曲面を有するシリンドリカルレンズ１０を等ピッチでアレイ状に多数配置した構成となっている。同図から分かるように、ある視野からの入射光５ａと別の視野からの入射光５ｂとは入射角が異なり、シリンドリカルレンズ１０によって撮像面６上に結像する位置は、それぞれ入射角に応じて異なる。このため、この結像する位置から入射角、視野角を分別することができる。シリンドリカルレンズ１０の焦点を丁度撮像面６に合わせているため、一つのシリンドリカルレンズ１０のどの位置に入射する光も、入射角が同じであれば同一の位置に焦点を結ぶことになり、正確に視野角情報を分離することができる。
【００３５】
一方、図４（ｂ）に示す構成は、シリンドリカルレンズ１０を、図４（ａ）に示す場合より撮像面６により近接させた場合であり、この場合は、入射光５ａ、５ｂとも視野角にあまり依存せず、およそそのままの画像として撮像面６上に結像する。従って、図４（ａ）の場合は、画像の高分解能よりも視野角の分離に優れ、図４（ｂ）の場合は、視野角の分離よりも高い画像の分解能に優れた構成であり、例えば、シリンドリカルレンズ１０を、図４（ａ）と図４（ｂ）の中間の位置関係に配置するとか、また、シリンドリカルレンズ１０の位置を図４（ａ）と図４（ｂ）の間で可変とするなどの方法を取って、それぞれの位置から得られた複数の画像情報から、画像演算により視野角情報を分離して、元の画像の復元を行なうことができる。
【００３６】
また、図４（ｃ）に示す様に、シリンドリカルレンズ１０を、その複数個配列された方向（撮像面６に平行方向）に動かすことにより、視野角に応じた結像位置と、シリンドリカルレンズ１０に入射する光線の位置との双方の情報により、撮像面６上に結像する画像は刻々と変化し、この変化する多数の画像情報から、画像演算処理により、視野角の分離と、元の画像の復元を行なうことができる。当然のことながら、前述のようにシリンドリカルレンズ１０と撮像素子３との距離を変更する方向への運動と上記のシリンドリカルレンズ１０が配列されている方向への運動とを組み合わせて複数の画像情報を獲得し、元の画像の復元を行うこともできる。
【００３７】
本実施の形態において、撮像素子３に入射する光の入射角の情報を光学的に分離する手段としてシリンドリカルレンズを用いているが、分離する入射角の方向の光束を集光する機能を有する光学系、たとえばフレネルレンズなどを用いても同様の効果が得られる。
【００３８】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の薄型撮像装置における、撮像装置３の前面において、入射光５の入射角を選別・分離する光学的構成を示した図である。導光路１に入射した入射光５が撮像素子３前面まで至る構成は、実施の形態１と同様である。
【００３９】
図５（ａ）において、撮像素子３の撮像面６の前面に、所定の距離を離してスリット部２０ａおよび遮光部２０ｂを有する光学スリットアレイ２０を設けている。これによって、入射角の異なる入射光５ａと５ｂとでは撮像面６上に陰を落とす位置が必然と異なり、視野角の異なる画像の分離を行なうことができる。
【００４０】
ここで、遮光部２０ｂにより遮光される部分の光は透過しないことから、さらに高い画像分解能を得ようとする場合、図４におけるシリンドリカルレンズ１０と同様に、光学スリットアレイ２０をその配列方向（図５（ａ）の水平方向矢印の方向）に振動させるとか、光学スリットアレイ２０と撮像面６との距離（図５（ａ）の垂直方向矢印の方向）を可変にして、得られた複数の画像情報から、画像演算を行ない、視野角情報を分離することが可能である。
【００４１】
本実施の形態では、光学スリットアレイを用いているが、光学的にスリットの機能を果たせば、他の手段を用いても良い。図５（ｂ）は、一方向にストライプ状に電極を配置した液晶シャッター２１を、撮像面６の前面に配置した構成である。光学スリットアレイ２０を移動させるのと同様に、逐次光が透過するラインをスキャンして行くことで、可動部分なしに、視野角の異なる画像の分離を行なうことが可能となる。また、液晶シャッター２１のスリット部２１ａ（液晶シャッター２１のうちで光の透過率がおよそ１であるように制御されている部分）の幅を可変とし、視野角ごとの画像の分離度を優先する場合には幅を狭く、また、受光される光のエネルギーのロスを最小限に止める必要がある場合には幅を広く設定することも可能となる。
【００４２】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３の薄型撮像装置を表わす断面図である。図６（ａ）において、導光路１に入射ミラー２により被写体からの光線が反射、導光され、導光路の両主面によって反射されるよう、ミラー面７が設けられている構成は、実施の形態１と同様である。本実施の形態では、実施の形態１で設けていた射出ミラー８を設けずに、導光路１の受光側の端面に導光された入射光を直接撮像素子３で受光しているところが異なる。このように、実施の形態１での射出ミラー８は、光軸を導光路１の主面側に反射し、撮像素子３を平面に配置しやすくしているという効果はあるが、撮像素子３を図６（ａ）の様に配置可能であれば、射出ミラー８を設けなくても、同様に、極めて薄型の光学系でありかつ、高い解像度の撮像が可能となる。
【００４３】
ここで、図６（ｂ）、（ｃ）を参照して、実施の形態３における、入射光５の異なる視野角からの画像情報を分離する手法を説明する。図６（ｂ）では、撮像素子３の同一の画素に異なる視野からの入射光５ｃ、５ｄ、５ｅが入射している場合を表わしている。このままでは、異なる視野の入射光を分別することはできないが、図６（ｃ）の様に、導光路１と撮像素子３の距離を変えることで、図６（ｃ）では同じ画素に焦点を結んでいた、異なる視野の入射光５ｃ、５ｄ、５ｅがそれぞれ別々の画素に焦点を結ぶことになる。このように、導光路１と撮像素子３の距離を変えた複数の画像情報から、画像演算により異なる視野角の画像を分離し、元の画像を復元することが可能である。
【００４４】
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４の薄型撮像装置を表わす断面図である。図７（ａ）において、導光路１に入射ミラー２により被写体からの光線が反射、導光され、導光路の両主面によって反射されるよう、ミラー面７が設けられている構成は、実施の形態１と同様である。本実施の形態では、実施の形態１で設けていた射出ミラー８を、導光路１の撮像素子３側の端面から離して設置しているところが異なる。射出ミラー８は、導光路１から射出した入射光５を反射し、撮像素子３に結像する役割を果たしている。
【００４５】
ここで、図７（ｂ）、（ｃ）を参照して、実施の形態４における、入射光５の異なる視野角からの画像情報を分離する手法を説明する。図７（ｂ）では、撮像素子３の同一の画素に異なる視野からの入射光５ｃ、５ｄ、５ｅが入射している場合を表わしている。このままでは、異なる視野の入射光を分別することはできないが、図７（ｃ）の様に、導光路１に対して射出ミラー８の距離を変えることで、図７（ｃ）では同じ画素に焦点を結んでいた、異なる視野の入射光５ｃ、５ｄ、５ｅがそれぞれ別々の画素に焦点を結ぶことになる。このように、導光路１に対して射出ミラー８の距離を変えた時の複数の画像情報から、画像演算により異なる視野角の画像を分離し、元の画像を復元することが可能である。
【００４６】
実施の形態３で、撮像素子３を可動とした場合と同様の動作原理によるものであるが、引き出し配線や信号処理回路を有し、複雑な構造である撮像素子３のユニットを動かさず、単純な構造で軽量なミラーだけを動かすことで対応できるので、駆動が容易であるという効果がある。
【００４７】
（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５における薄型撮像装置を表わす断面図であり、まず、図８（ａ）に基づいてその構成と動作について以下に説明する。
【００４８】
光を透過する導光路１の一方の端面に入射ミラー２が設けられ、もう一方の端面に撮像素子３が設けられており、被写体からの光が入射ミラー２により反射され導光路１の内部に導光され、導光された入射光５が集光されて、撮像素子３の撮像面６上に結像し、被写体像の撮像を行なう構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、導光路１の両主面に設けた、入射光５を反射するミラー面７の具体的構成が実施の形態１と異なる。
【００４９】
本実施の形態では、導光路１の外部にさらに導光路１と屈折率の異なる外部媒体３１を設けている。導光路１を構成する媒体の屈折率（ｎ１）は、外部媒体３１の屈折率（ｎ２）よりも大きくする。一般に、屈折率の大きい媒体から屈折率の小さい媒体へ、その界面に光束が入射した場合、２つの媒体の界面上に臨界角度よりも大きい角度で光束が入射すると全反射されるという光学的特性がある。本実施形態では、この光学的特性を利用し、導光路１と外部媒体３１の界面においてミラー面７の機能を実現している。つまり、本実施形態によるミラー面７は、導光路１の内部を浅い角度（大きな入射角）で反射して行く入射光５を全反射し、撮像素子３まで伝播させるという実施の形態１と同様の機能を果たし、薄型撮像装置として同様の効果を発揮する。
【００５０】
さらに、本実施形態のミラー面７は、臨界角度よりも小さい入射角度で入射した光はミラー面を透過するという性質を有していることから、さらに以下の効果が得られる。まず、図８に示した入射光５の光路は、理想的な条件での光路を表わしているが、実際の撮像環境においては、散乱光や予期しない方向からの入射光があり、導光路１の内部にはいわゆる迷光が生ずる。これらの迷光は、ミラー面７に対して無秩序な角度で入射するものが多く、臨界角よりも小さい入射角の迷光は、それぞれの媒体の屈折率ｎ１、ｎ２で決まる全反射条件を満たさないため、本実施形態のミラー面７で反射されず、撮像素子３まで到達しない。従って、不要な光の伝播を阻止することができる。図８（ａ）において吸光材３２は、これらの、ミラー面７で反射されなかった不要な光を吸収するために設けられたものであり、さらに散乱光などの不要な光の伝播を抑えることが可能となる。
【００５１】
本実施形態のミラー面７のもう一つの新たな効果について、図８（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。図８（ｂ）は、本実施の形態の入射ミラー２の周辺を拡大した断面図で、図８（ｃ）は、射出ミラー８の周辺を拡大した断面図である。図８（ｂ）において、被写体から入射した光は、屈折率の低い外部媒体３１から屈折率の高い媒体からなる導光路１に入射するため、界面で屈折されながら透過し、入射ミラー２により反射され、ミラー面７となす角が浅い方向へと変換されるため、ミラー面７で反射されて伝播される。このことにより、導光路１の入射側開口部３３に示すように、開口部分にもミラー面７を構成することができ、外部からの光は透過し、入射ミラー２で反射された入射光５は開口部３３であってもミラー面７で反射されて導光路１内を導光される。同様に、図８（ｃ）に示すように、撮像素子３側の開口部３４にもミラー面７を形成することができ、伝播してきた入射光５は、臨界角よりも大きい角度でミラー面７に入射することから、全反射されて射出ミラー８に向かい、射出ミラー８で反射された光は、臨界角よりも小さい角度でミラー面７に入射するため、界面を透過して撮像素子３まで到達する。
【００５２】
なお、外部媒体３１を構成する材料としては、例えばフッ素化ポリマーが挙げられる。フッ素化ポリマーは屈折率ｎ＝１．３４程度であり、また、フッ素化の程度により屈折率を制御可能な材料である。なお、外部媒体３１を構成する材料は導光路１の媒体の屈折率ｎ１よりも小さい屈折率を有していればよい。
【００５３】
導光路１として使用される材料と外部媒体３１として使用される材料の組み合わせとしては、外部媒体３１の屈折率ｎ２の二乗と導光路１の屈折率ｎ１とが近くなるような組み合わせが入射光５の反射防止効果にとって好ましく、さらには、外部媒体３１がその厚さ方向に、入射光５の波長λの１／４、３／４、．．．、（２ｎ−１）／４程度（ｎは自然数）の光学的距離を有することが、入射光５の反射防止効果にとって好ましい組み合わせである。可視光の波長の範囲はおよそ４００〜７００ｎｍであるので、その中心波長５５０ｎｍを例にとれば、外部媒体３１の厚さは、光学的距離でおよそ１４０ｎｍ、または、４１０ｎｍ、．．．が、反射防止効果にとっては好ましいものとなる。ただし、導光路１内を伝播する入射光５はその界面において反射される場合であっても外部媒体３１への光の漏れ出しがあるので、吸光材料３２が、波長よりも短い距離に存在すると光の損失が生じるおそれがある。そのため、外部媒体は十分に厚いことが、光の漏れ出しに起因する光の損失の防止の見地からは好ましい。
【００５４】
以上、本実施の形態の構成によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるばかりでなく、不要な光の伝播を抑え、外乱光や散乱の影響を抑えることができ、さらに、導光路１の入射側および射出側の双方の開口部にもミラー面７を設けられることで、光学的に効率の良い撮像を行なうことができ、品質の良好な撮像を行なうことが可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態において、導光路１の外部媒体３１は、光学物質を充填する必要はなく、空隙（空気）であってもよい。空隙の屈折率は、およそ真空の屈折率に等しく、よってｎ２＝１であるので、導光路１に光学媒体を用いることで、必ずｎ１＞ｎ２の条件を満足し、ミラー面７を構成することができる。
【００５６】
（実施の形態６）
図９は、本発明の実施の形態６における薄型撮像装置を表わす断面図である。図９に基づいてその構成と動作について以下に説明する。
【００５７】
図９（ａ）において、それぞれの構成は実施の形態５（図８（ａ））と同様の構成であり、導光路１を構成する媒体の屈折率（ｎ１）を導光路１の導光部の外部媒体４１の屈折率（ｎ２）よりも大きくすることで、光学媒体の屈折率差により全反射条件を満たす入射光５を反射させ、ミラー面７を構成している。ここで、実施の形態５と異なる点は、外部媒体として、その屈折率ｎ２を変化させることができる媒体４１を用い、入射光５を反射させたい時には、ｎ２＜ｎ１とし、反射させたくない時にはｎ２≧ｎ１とすることで、反射／非反射を選択制御できるところである。このような材料として液晶材料を用い、図示していないがストライプ状の液晶駆動電極により液晶を駆動してその屈折率を変化させ、部分的に入射光５の反射をオン・オフできるようにしている。こうすることで、これまでの実施の形態とは異なる観点での、入射光の視野角情報の分別が可能となる。その動作について図９（ｂ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。なお、図９（ｂ）〜（ｅ）において、参照符号「４２」は、入射光の反射を可能とする状態（反射状態）に制御された外部媒体４１を示している。
【００５８】
まず、導光路１内をミラー面７に反射されることなく、直接撮像素子３まで到達する入射光５は、常に導光される。従って、導光路１の両面のミラー面７を非反射状態にすれば、直接導光される視野の画像だけが撮像素子３により撮像される。
【００５９】
次に、図９（ｂ）のように、導光路１内の一方のミラー面７で一回反射されて導光される入射光の場合、対応する面のミラー面７のみを反射状態（４２）とすることで、前述の直接導光される画像と一回反射されて導光された画像とが重なった画像が得られ、他の視野からの入射光は必ずもう一方の非反射となっているミラー面７で反射されないと導光されないことになる。従って、撮像素子３によって得られた画像から、前述の直接到達した場合の画像情報を差し引くことで、一回反射されて導光された視野の画像情報のみを得ることができる。
【００６０】
さらに、図９（ｃ）のように、導光路１内を二回反射した場合、図９（ｄ）、（ｅ）のように導光路１内を三回反射した場合においても、それぞれの対応する視野ごとに固有の反射パターンを有することから、その視野に応じたミラー面７の反射／非反射の制御を行なうことで、その視野の画像情報のみを抽出することができる。同様に、さらに反射回数の多い視野の画像においても逐次分別して画像情報を得ることが可能である。
【００６１】
この方法による視野情報の分別によれば、撮像素子３の前面における光学的な視野角分別手段を設けることなく、レンズやスリットを振動させるなどの可動部分なく、容易に視野角ごとに分別した画像情報を得ることができる。
【００６２】
本実施形態では導光路１の屈折率（ｎ１）と外部媒体４１の屈折率（ｎ２）の大小関係を、外部媒体の屈折率（ｎ２）の制御によって変化させている。外部媒体４１として、屈折率（ｎ２）を多段階に変更可能な媒体を用いれば、界面における光の全反射のための臨界角を多段的に変更することができ、もって画像情報の分別に利用することも可能である。
【００６３】
なお、本実施の形態において、ミラー面７の反射／非反射の制御を、液晶の屈折率変化により制御を行なっているが、光の反射／非反射を部分的に制御できる手法であれば同様の効果が得られる。
【００６４】
（実施の形態７）
図１０は、本発明の実施の形態７における薄型撮像装置を表わす断面図である。図１０に基づいてその構成と動作について以下に説明する。図１０（ａ）は、本実施の形態における撮像装置を、被写体からの光が入射する側から見た上面図で、図１０（ｂ）は断面図であり、それぞれ、入射ミラー２と撮像素子３の撮像面６との関係を模式的に表わしたものである。
【００６５】
基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、入射ミラー２の構成が異なる。実施の形態１では、入射ミラーは円弧状に湾曲した形状（図１参照）となっていたが、本実施の形態では、直線的形状に構成され、入射ミラー２は、それぞれが互いに同じかまたは異なる曲率を有する複数の部分ミラー２ａ、２ｂ、…で構成されている。各部分ミラー２ａ、２ｂ、…の面が中心軸近傍より離れるに従って、曲率半径が大きくなるように構成され、それぞれの曲面に入射した入射光が、撮像面６の中心に集光されるように、それぞれのミラー２ａ、２ｂ、…の曲率および反射方向が設計されている。
【００６６】
このように、入射ミラー２を各部分２ａ、２ｂ、…において異なる曲率を有する、複数のミラー部分面で構成することもでき、それぞれの曲面の焦点位置を合わせて設計することで、一つの曲面ミラーではカバーできない、開口長さが長く、高開口率で明るい集光光学系が可能となる。また、図１０（ａ）の例のように、入射ミラー２の開口部を直線状に配することも可能である。
【００６７】
（実施の形態８）
図１１は、本発明の実施の形態８における薄型撮像装置を表わす上面図および断面図である。図１１に基づいてその構成と動作について以下に説明する。図１１（ａ）は、本実施の形態における撮像装置を、被写体からの光が入射する側から見た上面図で、図１１（ｂ）は断面図である。
【００６８】
基本的な構成は、実施の形態１と同様であるが、本実施の形態において、入射ミラー２の被写体側前面に、被写体から入射する光を集光するための集光レンズ５１を配置している点が異なる。図１１の場合、入射ミラー２には直線状の平面ミラーを用い、集光機能は集光レンズ５１に持たせている。また、集光レンズ５１には、実施の形態７における入射ミラー２と同様に、レンズ５１の局面を多数に分割して、それぞれの部分１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ…の焦点の位置が合うように設計している。レンズ５１のそれぞれの部分１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ…の曲率は、レンズ５１の長手方向と幅方向とで異なる曲率としてもよく、また、同じ曲率であってもよい。レンズ５１のそれぞれの部分を透過する光がうまく所定の焦点位置に集光されるのであれば、いかなる形態のレンズを使用してもかまわない。このように集光レンズ５１を部分的に分割することで、集光レンズ５１の厚さを抑えることができ、入射ミラー２に集光機能を持たせなくても撮像装置の薄型化を図ることができる。
【００６９】
このように、入射ミラー２に集光機能を持たせなくても、導光路１の長さ方向に集光光路を取ることができるので、薄型であり、かつ長い焦点距離の集光レンズ５１を用いることができ、従来に比べて高い解像度の画像を得ることができるという同様の効果が得られる。
【００７０】
なお、本実施の形態において、入射ミラー２を平面ミラーとしたが、集光レンズ５１と入射ミラー２の双方を曲面として、相補的に集光光学系を構成しても同様の効果が得られる。たとえば、入射ミラー２を円弧状の形状として、導光路１の主面に平行な方向の集光を行ない、集光レンズ５１では、導光路１の主面に垂直な方向の集光を行なうように設計すると、集光レンズ５１は開口部３３の幅方向にだけ凸曲面を有するシリンドリカルレンズ形状で良くなるため、集光レンズ５１の薄型化が容易となる。
【００７１】
（実施の形態９）
図１２は、本発明の実施の形態９における薄型撮像装置を表す上面図および断面図である。図１２に基づいてその構成と動作について以下に説明する。図１２（ａ）は、本実施の形態における撮像装置を、被写体からの光が入射する側から見た上面図で、図１２（ｂ）は断面図である。
【００７２】
基本的な構成は、実施の形態８と同様に、入射ミラー２の前面に集光レンズ５１を配した構成となっている。本実施の形態においては、導光路が導光路１ａと導光路１ｂに分割されている。導光路１ａの両主面にはミラー面７ａが形成されている。導光路１ａの一端に入射ミラー２が固定され、入射ミラー２によって導光された入射光５は、ミラー面７ａにより反射されて導光される。一方、導光路１ｂは、その両主面を構成するミラー面７ｂにより挟み込まれた空洞よりなり、導光路１ａを導光されてきた入射光５をミラー面７ｂで反射しながら撮像素子３まで導光する。
【００７３】
このようにミラー面を設けた空洞を導光路とすることで、図１２に図示した矢印のように、ミラー面２を集光光軸側に移動させることが可能となる。入射ミラー２を可動とすることで、入射ミラー２と撮像素子３との距離を調整することが可能となり、被写体の距離に応じたフォーカスの調整が可能となり、より高画質な撮像を行なうことができる。図示していないが、当然のことながら入射ミラーを固定とし、撮像素子３、射出ミラー８、などを可動とした構成であってもフォーカスの調整が可能であり、同様に高画質な撮像を行うことができる。
【００７４】
さらに、本実施の形態においては、入射ミラー２の前面に設けた集光レンズ５１を、複数のエリア５１ａ、５１ｂ、５１ｃに分割して配置している。これにより、入射ミラー２を移動させることで入射ミラー２に被写体の光を入射させるレンズを切り替えることを可能としている。レンズ５１ａ、５１ｂ、５１ｃの焦点距離をそれぞれ異ならせておくことで、焦点距離の異なるレンズを切り替えてズームを行なうことが可能となる。図１２の例では、集光レンズ５１ａは望遠、５１ｂは標準、５１ｃはワイドという３段階の切り替えとしており、それぞれのレンズの焦点距離が異なる設計としている。それぞれのレンズエリア内で入射ミラー２を移動することで、前述のフォーカス調整も可能であり、ズームとフォーカス調整の双方を両立することが可能である。
【００７５】
なお、本実施の形態において、集光レンズ５１を３段階に分割しているが、さらに多段階に分割することで、連続的に近いズームが可能となる。本実施の形態において、入射ミラー２を動かすことでフォーカスの調整も行なっているが、フォーカスの調整は、入射ミラー２と撮像素子３との距離を調整することにより可能であるので、フォーカス調整のために撮像素子３側を可動としても良い。フォーカス調整を撮像素子３側で行なう場合、入射ミラー２ではズームの調整中心となるため、集光レンズの分割数をより増やして、よりスムーズなズームも可能である。  
【００７６】
また、本実施の形態においては、入射ミラー２の面にも曲率を持たせ、集光レンズ５１との組み合わせで集光を行なっている。例えば図１２の例では、最も望遠の視野の焦点距離に合わせて、入射ミラー面２を円弧状に配置して集光を行ない、最も望遠の集光レンズ５１ａ部分には単なる平板のガラスを用いてレンズでの集光を行なっていない。これにより、５１ａの部分には曲率を持たせる必要がないので、薄くすることが可能となる。さらに、他のエリアの集光レンズ５１ｂ、５１ｃにおいては、本来ワイドになるほど焦点距離が短く曲率の大きなレンズが必要になるが、入射ミラー２の面に集光機能を持たせていることで、集光レンズの曲率を軽減することができ、集光レンズ系全体を薄くすることが可能で、薄型の撮像装置を実現できる。
【００７７】
なお、本実施の形態において、入射ミラー２と連動してミラー面７ａが移動する構成としているが、例えば集光レンズ５１ａから光が入射した場合、他の集光レンズ部５１ｂ、５１ｃに開口部があっても、これらの部分でもミラー面７ａがあるので、外光は遮断され、導光路１ａ内の入射光５は反射されるという双方の役割を果たしている。
【００７８】
（実施の形態１０）
図１３は、本発明の実施の形態１０における薄型撮像装置を表す断面図である。
【００７９】
本実施の形態の基本的な構成は、実施の形態５と同様に導光路１のミラー面７を導光路内の媒体と外部の媒体３１の屈折率差で構成しており、外部の媒体３１の外部には吸光材３２を配置して不要な光を吸収する構成としている。
【００８０】
ここで、導光路１は両面の外部媒体３１に挟まれた空間に液体を充填した構成となっており、外部媒体３１の屈折率よりも、導光路１に充填している液体の屈折率を高くすることでミラー面７を実現する。このようにすることで、入射ミラー２を構成するブロックを、導光路１内で移動することが可能となる。
【００８１】
なお、前記の充填する液体には、外部媒体３１をフッ素ポリマー程度の低い屈折率を有する光学材料とするならば、例えば通常の有機オイルやシリコーンオイルを用いることができる。例えば、信越シリコーンの光学用シリコーンオイルでは１．４７程度の屈折率が得られる。さらに高い屈折率を有する液体としては、例えば、カーギル社の標準屈折液があり、その、シリーズＢは１．７程度の屈折率を有する。
【００８２】
また、本実施の形態において、実施の形態９と同様に複数のエリアよりなる集光レンズ５１ａ、５１ｂ、５１ｃを入射ミラー２の前面に配置しており、導光路１内を入射ミラー２が移動することで、実施の形態９と同様にズーム機能とフォーカス機能を実現することができるようになる。
【００８３】
本実施の形態では、屈折率差によりミラー機能を実現しているので、実施の形態９のように導光路を分割する必要はなく、集光レンズを配置した開口部においてもミラー面７を構成することができ、入射ミラー２を所定の集光レンズ部（５１ａ、５１ｂ、または、５１ｃ）に移動することで、使用する集光レンズを指定することができる。例えば図示したように、集光レンズ５１ａから入射した入射光を導光路１内に導き、５１ｂ、５１ｃなどの集光レンズの開口部３３においてもミラー面７で反射し、撮像素子３まで導光し、撮像することができ、不要な入射光は吸光材３２に吸収、または、導光路１外へ透過される。
【００８４】
（実施の形態１１＜カード型カメラ＞）
図１５は、上記実施の形態に記載の薄型撮像装置を用いたカード型カメラ６０の斜視図である。上記実施の形態に記載の薄型撮像装置はいずれも低背である。よって、それらの薄型撮像装置はいずれも、本実施の形態に係るカード型カメラ６０の撮像装置６１としての利用に適する。本実施の形態においては、例として、図９に示す実施の形態６に係る薄型撮像装置を用いる。
【００８５】
カード型カメラ６０は、厚さＨ（Ｈ：０．５ｍｍ≦Ｈ≦３．０ｍｍ程度）であって、縦横には、一般に流通するクレジットカードに類似の寸法を有する。カメラ６０の外法がこのようなサイズに設定されているのは、利用者のカメラ６０の保管および携帯の利便性を考慮したことによる。カメラ６０の形状および寸法は本図のようなものに限定されない。カメラ６０は、薄型撮像装置６１を内蔵し、その開口部３３は、外部からの光を入射可能に露出されている。カメラ６０の表面には、シャッターボタン６２、および、外部インタフェース６３が配される。操作者は、シャッターボタン６２を押圧することで撮像を実施することができ、外部インタフェース６３に図示しない情報処理装置を接続することにより、撮像され、本体内の図示しない記憶装置に保存されている画像データを、情報処理装置等に送ることができる。シャッターボタン６２は、一般的な圧力センサで構成することができる。外部インタフェース６３は、接触型の外部インタフェース６３の他、非接触型の外部インタフェースを用いてもよい。
【００８６】
図１６にカメラ６０のブロック図を示す。シャッターボタン６２（図１５）を含む操作部１６２は、コントローラ１６４と接続される。コントローラ１６４は、操作部１６２の他に、撮像部１６１、画像処理部１６５、記憶部１６６、外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１６３と接続される。コントローラ１６４は、内部にプロセッサおよびメモリを備え、本カメラの制御に必要なプログラムを実行可能である。薄型撮像装置６１を含む撮像部１６１は、コントローラ１６４の制御下で画像の撮像が可能である。撮像により得た画像情報は、画像処理部１６５に送られる。画像処理部１６５は、コントローラ１６４の制御下で、受けた画像情報に所定の処理を実行する。処理された画像情報は、画像データとして記憶部１６６に送られて保存される。保存された画像データは、コントローラ１６４の制御下で、外部Ｉ／Ｆ部１６３より外部に伝送することができる。記憶部１６６は、不揮発性メモリを有することが好ましい。
【００８７】
図１７は、本カメラ６０を用いた被写体７０の撮像例の図である。図示しない操作者は、開口部３３を被写体７０に向けて、指でシャッターボタン６２を押圧する。これにより撮像が実施される。また、カメラ６０は、その一部に光を透過する窓（図示せず）を設けることにより、操作者に、ファインダーを供してもよい。
【００８８】
シャッターボタン６２の押圧により、本カメラ６０は、撮像を実施し、被写体７０からの光学的画像情報を撮像部１６１において電気信号に変換し、電気信号化された画像情報を、画像処理部１６５において処理することで、画像データ化し、画像データを記憶部１６６に保存する。図１８は、記憶部１６６に保存される画像データの表す画像の例を示す。本図においては、画像を９個の部分（画像セグメント７１ａないし７１ｉ）に分割する線を画像中に入れているが、これら線は画像データに含まれない。これらの線は、後述する画像データ生成に係る処理の理解を助けるための補助線と解されるべきである。
【００８９】
これより、図１９および図２０を参照し、撮像部１６１に含まれる薄型撮像装置６１（図９参照）による撮像、および、画像処理部１６５における情報処理について説明する。実施の形態６に係る薄型撮像装置は、先述のとおり、反射および非反射を区分ごとに制御可能な媒体４１または４２をミラー面７として利用している。そのため、本カメラ６０は、１フレーム分の撮像に対し、ミラー面７の反射・非反射の状態パターンを変化させて複数の撮像を実行し、それぞれの反射・非反射状態パターンに対応する複数の画像情報を、撮像素子３で電気信号として取り出し、これら複数の画像情報を、画像処理部１６５に送り、画像処理部１６５において所定の処理を行って１フレーム分の画像データを生成する。
【００９０】
コントローラ１６４が、操作者による操作部１６２に含まれるシャッターボタン６２の押圧を認識する（図２０ステップＳ１０１）と、コントローラ１６４は、撮像部１６１に対し第１ないし第９撮像の実行を指示する（図２０ステップＳ１０２）。図１９（ａ）ないし図１９（ｉ）は、第１ないし第９撮像で構成される１フレーム分の撮像において、撮像部１６１の作成する画像情報の表す画像を示す図である。これら画像情報は、厳密には異なる時刻において撮像された画像情報である。しかし、撮像の時間間隔は極めて接近しているため、同時刻において撮像された画像情報と認識可能である。また、これら画像情報の撮像の時間的順番は、特に指定されない。また、本実施の形態では、９回の撮像により１フレーム分の画像データを作成するが、撮像回数は任意に設定可能である。
【００９１】
先ず、薄型撮像装置（図９参照）のミラー面７を構成する媒体を全て非反射の状態４１にして、第１撮像を行う。この第１撮像では、導光路を透過し、ミラー面７に入射することなく、直接的に射出ミラー８に入射した光のみが撮像素子３において像を形成する。図１９（ａ）は、第１撮像において得られる画像７２ａを示す。これは、図１８における中央の画像セグメント７１ａに対応する。
【００９２】
次に、２つのミラー面７の一方のミラー面７を、全面的に反射状態４２にし、他方のミラー面７を非反射状態４１として、第２撮像を行う（図９（ｂ）参照）。この第２撮像では、ミラー面７で反射せずに射出ミラー８に入射した光と、ミラー面７で１回反射して射出ミラー８に入射した光が撮像素子３において像を形成する。図１９（ｂ）は、第２撮像において得られる画像７２ｂを示す。これは、図１８における画像セグメント７１ａと、上下方向に反転した画像セグメント７１ｂが重畳した画像に対応する。
【００９３】
次に、２つのミラー面７を、それぞれ部分的に非反射状態４１および反射状態４２にし、第３撮像を行う（図９（ｃ）参照）。第３撮像におけるミラー面７の反射・非反射パターンは、射出ミラー８に入射する光が、ミラー面７で反射せずに射出ミラー８に入射した光と、ミラー面７で２回反射して射出ミラー８に入射した光とで構成されるパターンである。図１９（ｃ）は、第３撮像において得られる画像７２ｃを示す。これは、図１８における画像セグメント７１ａと、画像セグメント７１ｃが重畳した画像に対応する。
【００９４】
次に、２つのミラー面７を、第３撮像とは異なるパターンでそれぞれ部分的に非反射状態４１および反射状態４２にし、第４撮像を行う（図９（ｄ）参照）。第４撮像におけるミラー面７の反射・非反射パターンは、射出ミラー８に入射する光が、ミラー面７で反射せずに射出ミラー８に入射した光と、ミラー面７で３回反射して射出ミラー８に入射した光とで構成されるパターンである。図１９（ｄ）は、第４撮像において得られる画像７２ｄを示す。これは、図１８における画像セグメント７１ａと、上下方向に反転した画像セグメント７１ｄが重畳した画像に対応する。
【００９５】
次に、２つのミラー面７を、第２および第３撮像とは異なるパターンでそれぞれ部分的に非反射状態４１および反射状態４２にし、第５撮像を行う。第５撮像におけるミラー面７の反射・非反射パターンは、射出ミラー８に入射する光が、ミラー面７で反射せずに射出ミラー８に入射した光と、ミラー面７で４回反射して射出ミラー８に入射した光とで構成されるパターンである。図１９（ｅ）は、第５撮像において得られる画像７２ｅを示す。これは、図１８における画像セグメント７１ａと、画像セグメント７１ｅが重畳した画像に対応する。
【００９６】
さらに、第６撮像ないし第９撮像を行う。第６撮像は、第２撮像における薄型撮像装置のミラー面７の反射・非反射パターンの状態を反転したパターンで行う撮像である。図１９（ｆ）は、第６撮像において得られる画像７２ｆを示す。これは、図１８における画像セグメント７１ａと、上下方向に反転した画像セグメント７１ｆが重畳した画像に対応する。
【００９７】
第７撮像は、第３撮像における薄型撮像装置のミラー面７の反射・非反射パターンの状態を反転したパターンで行う撮像である。図１９（ｇ）は、第７撮像において得られる画像７２ｇを示す。これは、図１８における画像セグメント７１ａと、画像セグメント７１ｇが重畳した画像に対応する。
【００９８】
同様に、第８撮像は、第４撮像における薄型撮像装置のミラー面７の反射・非反射パターンの状態を反転したパターン（図９（ｅ）参照）で行う撮像である。図１９（ｈ）は、第８撮像において得られる画像７２ｈを示す。これは、図１８における画像セグメント７１ａと、上下方向に反転した画像セグメント７１ｈが重畳した画像に対応する。
【００９９】
同様に、第９撮像は、第５撮像における薄型撮像装置のミラー面７の反射・非反射パターンの状態を反転したパターンで行う撮像である。図１９（ｉ）は、第９撮像において得られる画像７２ｉを示す。これは、図１８における画像セグメント７１ａと、画像セグメント７１ｉが重畳した画像に対応する。
【０１００】
第１ないし第９撮像によって得た画像情報は、次に画像処理部１６５に送られる。画像処理部１６５に送られた画像情報は画像処理部１６５で処理され１フレーム分の画像データに変換される（図２０ステップＳ１０３）。先ず、第２ないし第９撮像で得た画像情報からはそれぞれ、第１撮像で得られた画像情報が差し引かれ、さらに、第２、第４、第６、および、第８撮像で得た画像情報は、上下を反転される処理が施される。そして、第１画像情報および処理された各画像情報の輝度等を調整の後、画像情報を上下方向に連結して１フレーム分の画像データが作成される。
【０１０１】
作成された画像データは、記憶部１６６に保存される（ステップＳ１０４）。
【０１０２】
本実施の形態のカード型カメラは、薄型撮像装置の低背性を利用している。薄型である利点を損なわないならば、カード型形状である必要はない。
【０１０３】
また、本発明に係る薄型撮像装置およびカメラは、静止画像の撮像に限定されず、動的画像の撮像に利用してもよい。
【０１０４】
また、カード型カメラは、クレジットカード機能を備えてもよい。さらには、本体内にカード所有者の顔情報を備え、クレジット機能使用時に、カメラ機能によって使用者の顔を撮像し、外部インタフェースより認証結果を出力することで、使用者の認証を行ってもよい。
【０１０５】
また、本発明に係る薄型撮像装置は、その低背性を利用し、内視鏡プローブの撮像装置として用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の薄型撮像装置は、極めて薄い導光路の中に、焦点距離の長い集光光学系を容易に実現することができ、高い解像度での撮像を実現できることから、薄型で高画質が求められるカメラモジュール等の撮像装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施の形態１における薄型撮像装置の斜視図および中心線における断面図
【図２】本発明の実施の形態１における薄型撮像装置の導光路内を入射光が伝播する様子を表す断面図
【図３】本発明の実施の形態１における薄型撮像装置での、被写体像の再構成の様子を表す模式図
【図４】本発明の実施の形態１における薄型撮像装置での、光の入射角を分別する手法を表す断面図
【図５】本発明の実施の形態２における薄型撮像装置での、光の入射角を分別する手法を表す断面図
【図６】本発明の実施の形態３における薄型撮像装置の断面図
【図７】本発明の実施の形態４における薄型撮像装置の断面図
【図８】本発明の実施の形態５における薄型撮像装置の断面図
【図９】本発明の実施の形態６における薄型撮像装置の断面図
【図１０】本発明の実施の形態７における薄型撮像装置の上面図および断面図
【図１１】本発明の実施の形態８における薄型撮像装置の上面図および断面図
【図１２】本発明の実施の形態９における薄型撮像装置の上面図および断面図
【図１３】本発明の実施の形態１０における薄型撮像装置の断面図
【図１４】従来の撮像装置の断面図
【図１５】本発明の実施の形態１１におけるカード型カメラの斜視図
【図１６】本発明の実施の形態１１におけるカード型カメラのブロック図
【図１７】本発明の実施の形態１１におけるカード型カメラによる撮像の例図
【図１８】本発明の実施の形態１１におけるカード型カメラにより撮像された被写体画像例の図
【図１９】本発明の実施の形態１１におけるカード型カメラにより撮像された被写体画像例の図
【図２０】本発明の実施の形態１１におけるカード型カメラにおける画像形成のフローチャート
【符号の説明】
【０１０８】
１  ・・・  導光路                      ２  ・・・  入射ミラー
３  ・・・  撮像素子                    ４  ・・・  被写体
５  ・・・  入射光                      ６  ・・・  撮像面
７  ・・・  ミラー面                    ８  ・・・  射出ミラー
６０  ・・・  カード型カメラ            ７０  ・・・  被写体
【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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【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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