(57)【要約】本発明の光検出装置は、入射光の位相を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を受ける複数の受光領域を備えた受光素子と、前記複数の受光領域から少なくとも１つの受光領域を選択し、選択した受光領域を有効に機能させる受光選択部と、前記受光選択部によって選択された前記受光領域に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部と、を備える。
2004077819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の位相を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を受ける複数の受光領域を備えた受光素子と、
前記複数の受光領域から少なくとも１つの受光領域を選択し、選択した受光領域を有効に機能させる受光選択部と、
前記受光選択部によって選択された前記受光領域に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部と、
を備える光検出装置。
【請求項２】
前記受光選択部は、選択する前記受光領域を時分割で巡回的に切り替え、
前記変調制御部は、この切り替え動作と同期して、選択された前記受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記変調制御部は、予め用意された複数の変調パターンの中から、選択された受光領域に応じて変調パターンを選択する、請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記空間光変調器は、結像光学系の光路上に配置される、請求項１から３のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項５】
前記空間光変調器に入射する前記光は、複数の異なる波長の光を含む請求項１に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記受光選択部は、変調すべき光として、前記複数の波長の光から特定波長範囲の光を選択する請求項５に記載の光検出器。
【請求項７】
前記受光選択部は、選択する前記光を時分割で巡回的に切り替え、
前記変調制御部は、この切り替え動作と同期して、選択された前記光に対して適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項６に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記結像光学系は、結像特性を多種類に設定可能であり、
前記多種類の結像特性の中から選択された結像特性に関わる情報を検知する結像情報検知部とを備え、
前記変調制御部は、前記結像特性検知部からの出力に応じて、適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項４に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記結像特性が結像倍率である請求項８に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記変調制御部は、前記空間光変調器の少なくとも一部の領域に入射した入射光を前記選択された受光領域の外側に偏向させる変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項１から９のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記変調制御部は、前記空間光変調器における前記領域の面積を変化させる変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項１０に記載の光検出装置。
【請求項１２】
前記変調制御部は、前記空間光変調器における前記領域の面積が相対的に大きな第１の変調パターンと、前記領域の面積が相対的に小さな第２の変調パターンとを選択的に前記空間光変調素子に与え、前記第１および第２の変調パターンの保持時間をそれぞれ制御する請求項１１に記載の光検出装置。
【請求項１３】
前記選択された受光領域の外側に偏向される前記光は、前記受光素子の他の受光領域内に照射される請求項１０から１２のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１４】
前記光検出装置の姿勢変化を検出する姿勢変化検出部をさらに備え、
前記変調制御部は、前記姿勢変化検出部からの出力に応じて、前記姿勢変化に伴う結像点の移動を補償する変調パターンを生成する請求項１から１３のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１５】
前記受光素子における前記複数の受光流領域の各々は、配列された複数の画素を有しており、
前記変調制御部は、前記受光素子における画素ピッチに等しい大きさだけ相互にシフトした複数の点に前記入射光を結像させる変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項１から１４のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１６】
前記空間光変調器は、可変形ミラーである請求項１から１５のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１７】
前記可変形ミラーは、基板上に配列された複数の光反射領域と、前記光反射領域を前記基板に対して少なくとも垂直な方向に変位させるアクチュエータとを備える請求項１６に記載の光検出装置。
【請求項１８】
前記可変形ミラーは、前記光反射領域の各々に閏連付けられた複数のアクチュエータと連結されており、前記各アクチュエータを独立に駆動することによって前記光反射領域の前記基板に対する垂直な方向への変位および／または前記基板に対する傾斜を行うことができる請求項１７に記載の光検出装置。
【請求項１９】
前記空間光変調器は液晶素子である請求項１から１５のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項２０】
前記受光素子における前記複数の受光領域の各々は、光電変換部を有しており、
前記受光選択部によって選択された前記受光領域における前記光電変換部からの出力を蓄積するメモリと、
前記メモリに蓄積された出力を配列して全体画像を再構成する再構成部と、
を更に備える請求項１から１９のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項２１】
前記受光素子は、露光によって物性が変化する記録媒体であって、前記受光選択部が前記入射光の透過または遮光を選択するシャッター部材を備える請求項１から１９のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項２２】
前記空間光変調器は、光学的ローパスフィルター機能を発揮する請求項１から２１のいずれかに記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、空間光変調器を備えた光検出器に関し、特に受光素子への結像を制御する機能を有する光検出装置に関する。
【背景技術】  一般にカメラ等の結像光学系には、６群７枚構や１０群１１枚構成などの複数のレンズが組み合わされた組みレンズが多用される。近軸理論によれば、こうした組みレンズは一枚の凸レンズと等価である。しかし、この近似が十分な精度を持つのは、光軸近傍の比較的狭い範囲に限定される。従って、比較的大きな像を実際に扱う場合には画角による収差が問題となり、またカラー画像のように複数の波長を扱う場合には色収差が問題となる。
こうした収差を低減するため、組みレンズにおける各レンズの屈折率や光学面形状の多様な組み合わせが提案されている。しかし、受光素子の全領域にわたって画角の収差や色収差を低減するには、多数枚の組みレンズが必要になる。このことは、部材や組立調整の高コスト化や、光学装置の大型化を招いている。
レンズ系のコンパクト化を図るには、各レンズの屈折力を大きくすることが有効であるが、それだけでは画角や波長差に伴う収差は却って増大してしまう。これを防ぐために組みレンズの枚数を増やすと、これは逆に複雑化や大型化につながる。
このように、収差の低減と光学系の簡素化とは互いに相矛盾するような関係にあるため、これを両立させることは難しく、現在でも光学設計における中心的な課題となっている。
また、例えばズームレンズ光学系等では結像倍率を可変にしつつ収差の低減を図らねばならず、光学系の簡素化、小型化はより一層困難となっている。
さらに、レンズ系だけではなく、絞りやシャッター等の光量調整機構も光学装置の大型化を招いている。これは広角レンズやズームレンズ等の多数の組みレンズを用いた光学系において特に顕著であるが、レンズに入射する光の角度によっては光線束が各レンズの一部のみを通ることになるため、受光素子の全領域に渡って均一な光量調整を行う配置設計が難しい。絞りを置く位置は、受光素子の全領域に渡って中心部と同じ割合で照度を変えられるような場所でなければならず、この条件が光学系の設計制約となる。
こうした光量調整機構の存在と、その配置上の制約が、光学系の簡素化、小型化の障害のもう一つの要因となっている。
一方、近年、従来のガラスレンズやプリズムのような固定の光学面を持つパッシブな光学素子だけでなく、変形可能な光学面を持つアクティブな光学素子が開発されている。
こうしたアクティブな光学素子の例としては、透明な液体を封入して形成したレンズを圧電素子で駆動して可変焦点レンズとしたものがある（例えば特開２００１−２５７９３２号公報参照）。この特開２００１−２５７９３２号公報（以下、「文献１」と称する）では、この可変焦点レンズの焦点位置を高速に切り替えつつ複数の画像をサンプリングし、最も観察対象に焦点が合った画素を画像処理によって抽出して全焦点画像を得る構成が開示されている。さらに、この特許文献１には、焦点距離の変化により発生する像の位置ずれ（倍率変化や像歪み）を補正する構成が記載されている。
また、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ：商品名）と呼ばれる可変形ミラーを撮影光学系の光路に設け、オン状態にあるミラーの数あるいは時間を制御して光学絞り装置を構成したものがある（例えば特開平１１−２３１３７３号公報参照）。この特開平１１−２３１３７３号公報（以下、「文献２」と称する）にはミラーの駆動パターンを制御して任意の開口形状にする構成が記載されている。
しかしながら、上記したような従来の構成には、以下のような課題がある。
第１に、補正できる収差の種類が限定的で、受光素子の全領域にわたる収差の低減と光学系の簡素化の両立が難しいという課題がある。文献１の構成は焦点位置ずれの補正と像歪みの補正には有効であるが、コマ収差や非点収差といったモードが異なる他の収差を低減させる構成は開示されていない。画角による収差は、このコマ収差や非点収差が支配的であり、これらは文献１の構成では有効な補正を行うことが難しい。波長差による色収差、あるいは結像倍率の変更に伴う収差も焦点距離変化だけでは補正できない成分を含んでおり、これらも文献１の構成では有効な補正を行うことが難しい。
従って、文献１の構成を用いたとしても、受光素子の全領域にわたって画角の収差や色収差を低減するには、やはりほぼ同数枚の組みレンズが必要であり、収差の低減と光学系の簡素化の両立に対しては本質的な改善が図られない。また、文献２にも、この課題を解決する構成は特に開示されていない。
第２に、収差補正機構と光量調整機構との双方が必要で、このために光学系の簡素化が難しいという課題がある。文献２の構成は、収差補正機構として多数の組みレンズによる結像光学系が設けられ、光量調整機構としてＤＭＤとその駆動回路が設けられている。これらは互いに専用の機構として作成され、両機構を兼用するような構成は開示されていない。これが部品点数の増大や組立調整の複雑化を招き、光学系全体の高コスト化と大型化の要因となっている。また、文献１にも、この課題を解決する構成は特に開示されていない。
第３に、光量調整機構の配置上の制約により、光学系の小型化が難しいという課題がある。文献２の構成は、ＤＭＤで入射光を受光素子の範囲外に偏向させて光量を調整しているが、入射光を完全に受光素子外に偏向させるには、受光素子とＤＭＤとをある距離以上に離す必要がある。この距離はＤＭＤによる偏向角と受光素子の大きさとに大きく依存するため、小型化が難しい。
また、文献２の構成は、入射光を一度集光してその集光点に絞りとなるＤＭＤを配置しているため、光学系全体が大型化している。受光素子の全領域に渡って均一な光量調整を行うための絞りの配置制約が小型化を妨げるという点において、文献２は特に有効な改善手段を開示するものではない。文献２には、ミラーの駆動パターンを制御して任意の開口形状にする構成が開示されているが、１つの開口形状で受光素子の各領域に与える光量を独立に制御することは不可能であり、光量調整の不均一性を本質的に解決するものではない。また、文献１にも、これらの課題を解決する構成は特に開示されていない。
なお、特表２００２−５２５６８５公報は、空間光変調素子を用いることにより、対象とする物の異なる部分から発した光を１つの受光領域に順次結像させる技術を開示しているが、上記の問題は解決できていない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、受光素子の全領域にわたる収差低減もしくは光量調整の適正化と、光学系の簡素化を両立する光検出装置を提供することにある。
【発明の開示】
本発明の光検出装置は、入射光の位相を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を受ける複数の受光領域を備えた受光素子と、前記複数の受光領域から少なくとも１つの受光領域を選択し、選択した受光領域を有効に機能させる受光選択部と、前記受光選択部によって選択された前記受光領域に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部とを備える。
好ましい実施形態において、前記受光選択部は、選択する前記受光領域を時分割で巡回的に切り替え、前記変調制御部は、この切り替え動作と同期して、選択された前記受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える。
好ましい実施形態において、前記変調制御部は、予め用意された複数の変調パターンの中から、選択された受光領域に応じて変調パターンを選択する。
好ましい実施形態において、前記空間光変調器は、結像光学系の光路上に配置される。
好ましい実施形態において、前記空間光変調器に入射する前記光は、複数の異なる波長の光を含む。
好ましい実施形態において、前記受光選択部は、変調すべき光として、前記複数の波長の光から特定波長範囲の光を選択する。
好ましい実施形態において、前記受光選択部は、選択する前記光を時分割で巡回的に切り替え、前記変調制御部は、この切り替え動作と同期して、選択された前記光に対して適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える。
好ましい実施形態において、前記結像光学系は、結像特性を多種類に設定可能であり、
前記多種類の結像特性の中から選択された結像特性に関わる情報を検知する結像情報検知部とを備え、前記変調制御部は、前記結像特性検知部からの出力に応じて、適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える。
好ましい実施形態において、前記結像特性が結像倍率である。
好ましい実施形態において、前記変調制御部は、前記空間光変調器の少なくとも一部の領域に入射した入射光を前記選択された受光領域の外側に偏向させる変調パターンを前記空間光変調器に与える。
好ましい実施形態において、前記変調制御部は、前記空間光変調器における前記領域の面積を変化させる変調パターンを前記空間光変調器に与える。
好ましい実施形態において、前記変調制御部は、前記空間光変調器における前記領域の面積が相対的に大きな第１の変調パターンと、前記領域の面積が相対的に小さな第２の変調パターンとを選択的に前記空間光変調素子に与え、前記第１および第２の変調パターンの保持時間をそれぞれ制御する。
好ましい実施形態において、前記選択された受光領域の外側に偏向される前記光は、前記受光素子の他の受光領域内に照射される。
好ましい実施形態において、前記光検出装置の姿勢変化を検出する姿勢変化検出部をさらに備え、前記変調制御部は、前記姿勢変化検出部からの出力に応じて、前記姿勢変化に伴う結像点の移動を補償する変調パターンを生成する。
好ましい実施形態において、前記受光素子における前記複数の受光流領域の各々は、配列された複数の画素を有しており、前記変調制御部は、前記受光素子における画素ピッチに等しい大きさだけ相互にシフトした複数の点に前記入射光を結像させる変調パターンを前記空間光変調器に与える。
好ましい実施形態において、前記空間光変調器は、可変形ミラーである。
好ましい実施形態において、前記可変形ミラーは、基板上に配列された複数の光反射領域と、前記光反射領域を前記基板に対して少なくとも垂直な方向に変位させるアクチュエータとを備える。
好ましい実施形態において、前記可変形ミラーは、前記光反射領域の各々に関連付けられた複数のアクチュエータと連結されており、前記各アクチュエータを独立に駆動することによって前記光反射領域の前記基板に対する垂直な方向への変位および／または前記基板に対する傾斜を行うことができる。
好ましい実施形態において、前記空間光変調器は液晶素子である。
好ましい実施形態において、前記受光素子における前記複数の受光領域の各々は、光電変換部を有しており、前記受光選択部によって選択された前記受光領域における前記光電変換部からの出力を蓄積するメモリと、前記メモリに蓄積された出力を配列して全体画像を再構成する再構成部とを更に備える。
好ましい実施形態において、前記受光素子は、露光によって物性が変化する記録媒体であって、前記受光選択部が前記入射光の透過または遮光を選択するシャッター部材を備える。
好ましい実施形態において、前記空間光変調器は、光学的ローパス機能を発揮する。
本発明の他の光検出装置は、複数の波長の光を含む入射光の位相を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を波長に応じて選択的に受ける受光素子と、前記複数の波長から有効に受光する光の波長を選択する受光選択部と、前記受光選択部によって選択された波長に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部とを備える。
本発明の更に他の光検出装置は、結像特性が多種類に設定可能な決増光学系の光路に設けられ、入射光の位相を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を受ける受光素子と、前記多種類の結像特性から選択された結像特性に関する情報を検知する結像特性検知部と、前記結像特性検知部の出力に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部とを備える。
前記結像特性は、結像倍率である。
本発明の更に他の光検出装置は、結像光学系の光路に設けられ、入射光を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器に複数の変調パターンを与える変調制御部と、前記空間光変調器により変調された前記入射光を受光する複数の受光領域を備えた受光素子と、前記複数の受光領域の中から有効に受光する受光領域を選択する受光選択部とを備え、前記変調制御部は、前記受光選択部によって選択された前記受光領域に対して、それぞれ前記入射光の光量を調整するための変調パターンを生成する。
好ましい実施形態において、各前記受光領域内の光量を各々測定する光量検出部をさらに備え、前記変調制御部が、前記光量検出部の出力に基づいて前記変調パターンを生成する。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施形態１における光検出装置の概略構成図である。
図２は、本発明の実施形態１における可変形ミラーの分解斜視図である。
図３は、本発明の実施形態１における受光素子の概略構成図である。
図４は、可変形ミラー４の絞りおよびシャッター動作を説明する動作説明図である。
図５は、可変形ミラー４の光ローパスフィルタールター機能動作を説明する動作説明図である。
図６は、可変形ミラー４の手ブレ補正動作を説明する動作説明図である。
図７は、本発明の実施形態２における光検出装置の概略構成図である。
図８は、本発明の実施形態３における光検出装置の概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （実施形態１）
以下、図１〜図６を参照しながら、本発明による光検出器の第１の実施形態を説明する。
まず、図１を参照する。図１は、本実施形態における光検出装置の概略構成図である。図示されている光検出装置の筐体１には、レンズ２、レンズ移動機構３、可変形ミラー４、受光素子５、および制御回路６が取り付けられている。制御回路６は、図１のブロック図で示されるように、受光選択部７、変調制御部８、画像再構成部９、画像記録部１０、および全体制御部１１を備えている。
レンズ２は、撮像対象である物体Ｙからの入射光を集光する対物レンズである。レンズ２を通った入射光の位相は、空間光変調器として機能する可変形ミラー４によって変調される。そして、可変形ミラー４によって反射された入射光は、受光素子５上に集光される。図１は、物体Ｙのある一点Ｙａからの入射光が受光素子５上の点Ｙａ’に結像している状態を示している。このときの光検出装置から物体Ｙまでの距離をｘ、入射光の角度をαとする。また同図には、点Ｙａから点Ｙａ’に至る入射光の光路Ｌ１〜Ｌ３が示されている。点Ｙａの像を点Ｙａ’に鮮明に結ばせるためには、各光路Ｌ１〜Ｌ３を含む全ての光路長が互いに等しくなるか、もしくは波長の整数倍だけずれるように設定すれば良い。すなわち、点Ｙａを出発して各光路をたどった入射光の位相が点Ｙａ’において一致すればよい。この条件を、可変形ミラー４を変形させることで実現している。可変形ミラー４の各点における変形量の目標値はαとｘだけの関数として算出することができ、ここではそれらをテーブル化して、αとｘに関わる値をアドレスとして呼び出している。可変形ミラー４の空間光変調器としての機能は５つあり、１つはこの収差補正機能であり、残る４つはシャッター機能、絞り機能、光学的ローパスフィルター機能と手振れ補正機能である。これらについての詳細は後述する。
レンズ２のレンズ面形状は、可変形ミラー４を変形させない状態、すなわち可変形ミラー４の表面が平坦な平面状態にしたときに、物体Ｙの光軸Ｏ付近の点Ｙｏが比較的良好に受光素子５上の点Ｙｏ’に結像するような形状に設計されている。
レンズ移動機構３はレンズ２を光軸Ｏに沿って前後移動させ、これによって焦点調節を行う。
可変形ミラー４は基板４ａ上に変形可能な微小ミラー４ｂを多数設けたものである。これは、例えば、本願出願人による先願である国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ０２／１２３４４に記載された構成を用いて実現することができる。各微小ミラー４ｂは□１００〜２００μｍ程度の正方形もしくはＷ方向を長手方向とする長方形形状の微小な反射面を持ち、隣接する微小ミラーと約１μｍの隙間をおいて２次元にアレイ状に配列されて全体の反射面を形成している。各微小ミラー４ｂはその裏面に接続されたアクチュエータ４ｃによって、基板４ａからの垂直方向変位および／または基板４ａに対する傾斜を独立して制御することが可能である。
この可変形ミラー４の詳細を、図２を用いて説明する。図２は本発明の実施形態１における可変形ミラー４の分解斜視図である。ここでは１つの微小ミラー４ｂおよびアクチュエータ４ｃの周辺を拡大したものが図示されている。
アクチュエータ４ｃの固定部側には、基板４ａ上に設けられた絶縁層２１と、その絶縁層２１上に設けられたベース２２および固定電極２３〜２５が備えられている。ベース２２および固定電極２３〜２５は、アルミニウム（Ａｌ）または多結晶シリコン等の導電膜をパターニングすることによって形成されている。固定電極２３〜２５はそれぞれ２つの固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂに分割されている。固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂは、絶縁層２１に形成されたビア（不図示）によって基板４ａに形成された駆動回路に接続されている。駆動回路は、０〜５Ｖの範囲内で各々独立した電圧を固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂに与えることができる。この６つの固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂに印加する電圧は例えば１６ｂｉｔ程度の多段階の値として設定され得る。一方、ベース２２は接地電位に設定されている。ベース２２の一部は可動電極を支持する支持ポスト２２ａとして機能する。
アクチュエータ４ｃの可動部側としては、支持ポスト２２ａにヒンジ２６を介してヨーク２７〜２９が取り付けられ、さらにこれらのヨーク２７〜２９を微小ミラー４ｂに連結するための中間連結部材３０が設けられている。
ヨーク２７〜２９は、対応する固定電極２３〜２５に対向し、それぞれが可動電極として機能する。ヨーク２７〜２９は、アルミニウム（Ａｌ）もしくは多結晶シリコン等の導電性部材をパターニングすることによって形成され、ベース２２と導通して接地電位に設定されている。ヨーク２７〜２９は、それぞれ固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂに対向する位置に第１の部分２７ａ〜２９ａおよび第２の部分２７ｂ〜２９ｂを有している。例えばヨーク２７について、固定電極片２３ａに駆動電圧を与えた場合、第１の部分２７ａが固定電極片２３ａ側に吸引される。これに対し、固定電極片２３ｂに駆動電圧を与えた場合は、第２の部分２７ｂが固定電極片２３ｂ側に吸引される。このようにして、回動軸Ａを中心にしてＣＷ（時計回り）方向、ＣＣＷ（反時計回り）方向の何れに対しても、選択的に回動力を付与できる。他のヨーク２８，２９についても同様である。
中間連結部材３０は、３点の突起３０ａ〜３０ｃを備え、突起３０ａはヨーク２７の第２の部分２７ｂと連結し、突起３０ｂはヨーク２８の第１の部分２７ａと連結し、突起３０ｃはヨーク２９の第２の部分２９ｂと連結している。このため、ヨーク２７〜２９を個別に回動駆動させると、突起３０ａ〜３０ｃの変位を独立に制御できることになり、これによって中間連結部材３０の姿勢が定まる。微小ミラー４ｂは、中間連結部材３０の概中心部である斜線部３０ｄにおいて中間連結部材３０と一体に連結されている。このため、中間連結部材３０の姿勢が、微小ミラー４ｂの姿勢を決定する。上記の構成から明らかなように、固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂを適宜選択して駆動電圧を独立に設定することにより、微小ミラー４ｂを、ｚ方向の変位、ｘ軸周りの傾き、ｙ軸周りの傾きについて正負双方向に駆動することが可能である。
再び図１を参照して、可変形ミラー４の説明を行う。
図１では各微小ミラー４ｂがその周縁において隣接する微小ミラーと連続するようにほぼ同程度の変位量を持ち、反射面全体が１つの連続的な曲面を形成している状態を例示している。この曲面は任意の形状に設定でき、アクティブに面形状を制御できる反射鏡の役割を果たしている。もちろん、隣接する微小ミラー４ｂ同士の周縁における変位量が異なり、全体の反射面が不連続となるような変位制御を行ってもよい。微小ミラー４ｂは各々独立に姿勢を制御できるので、可変形ミラー４は様々な形状の回折格子の役割を果たすこともでき、その形状によって回折光の次数毎の光量や集光位置等を制御することができる。このように各微小ミラー４ｂの変位量の制御によって入射光８の光路長を変化させ、入射光８に対して任意の位相変調を行うことが可能である。この各微小ミラー４ｂの変位量の目標値、すなわち可変形ミラー４の変調パターンについては、予め複数の変調パターンが作成されており、変調制御部８に備えられたメモリ１２に格納されている。そして、受光選択部７から受光領域を指定するアドレスＡが出力され、全体制御部１１から距離データＸ、シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢが出力されると、これに対応する変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）が呼び出される。適正な結像性能を与えるための可変形ミラー４の変形目標値は角度αと距離ｘとが定まれば決定可能であることは既に説明したが、アドレスＡは角度α、距離データＸは距離ｘを表すデータとなっている。シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢの詳細は後述する。
可変形ミラー４の基板４ａには、変調制御部８から出力された変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）に応じて、各アクチュエータ４ｃに駆動電圧を与える駆動回路が備えられている。ここでは、各微小ミラー４ｂの変位制御は開ループ制御で行われ、目的の変位量から逆算された駆動電圧が各アクチュエータ４ｃに与えられ、これによって各微小ミラー４ｂの多段階の変位を実現している。
受光素子５は画素が２次元アレイ状に配列されたＣＣＤイメージセンサもしくはＣＭＯＳイメージセンサである。
次に、図３を参照して受光素子５の詳細を説明する。図３は、本実施形態における受光素子の概略構成図である。
受光素子５の全画素数は１２８０画素×１２８０画素であり、この受光素子５はその受光部４０が水平方向に５分割、垂直方向に５分割されている。この計５×５個の各受光領域４０（１，１）〜４０（５，５）はそれぞれ２５６画素×２５６画素を含み、受光領域毎にアクセスが可能である。このために、受光領域４０の水平方向分割数と同数の水平走査回路４１（１）〜４１（５）と、受光領域４０の垂直方向分割数と同数の垂直走査回路４２（１）〜４２（５）が備えられている。
領域選択回路４３は、受光選択部７から出力されたアドレスＡを入力し、これに基づいて動作させる受光領域を選択する。ここでｉ、ｊを１〜５までの数を表すものとし、各受光領域を４０（ｉ，ｊ）とすると、アドレスＡにはこのｉとｊの値を指定するデータが含まれている。より具体的には、領域選択回路４３は動作させる受光領域４０（ｉ，ｊ）に対応する水平走査回路４１（ｊ）と垂直走査回路４２（ｉ）とを選択し、この領域内の２５６画素×２５６画素を順次走査する。各画素のフォトダイオードからの出力は処理回路４４によって増幅およびデジタル化され、出力データＤ（Ａ）が得られる。出力データＤ（Ａ）とはアドレスＡにより指定された受光領域の全画素分のデータ列を意味する。
受光領域４０（ｉ，ｊ）の撮像動作を行っている時、可変形ミラー４の反射面形状は、入射光の結像時の収差が受光領域４０（ｉ，ｊ）の中心部において最も小さくなるように制御されている。例えば、受光領域４０（１，１）の撮像動作を行っている時を例にとると、受光領域４０（１，１）を含む点線Ｃで示した領域内は適正な結像性能が得られている。撮像動作を行う受光領域４０（ｉ，ｊ）を選択する動作に同期して、点線Ｃで示したような適正な結像性能を与える領域を受光領域４０（ｉ，ｊ）上に設定しているため、全受光領域において適正な結像性能を持つ画像を得ることが可能となっている。１フレーム分の画像を得るには、受光領域４０（１，１）、４０（１，２）、４０（１，３）、・・・、４０（５，５）というように順次インクリメントし、２５個の受光領域全てから出力データＤを得る。もちろん、ランダムな順番で受光領域を選択しても良い。あるいは１フレーム内の必要に応じた範囲のみを選んで撮像することも可能である。例えば、動画を撮像するときに受光領域毎に動き検出を行い、前フレームの画像と比較して変化量が所定レベル以下の受光領域は、次フレームの撮像動作を行わず、現フレームの画像データをそのまま適用する等という構成も考えられる。いずれにしても、可変形ミラー４が有効に受光動作を行う受光領域に対して常に適正な結像性能を与えるように、受光領域の選択動作と同期して変調パターンＰが選択されている。
ところで、変調パターンＰのパターン数についてであるが、受光領域４０（１，１）、４０（１，５）、４０（５，１）、４０（５，５）は回転対称であり、それぞれに対応する変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）もアドレスＡのパラメータに関して言えば回転対称性を有する。従って、１つの変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を例えば９０度回転させて別の変調パターンＰ（Ａ’，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を作成することが可能である。こうした対称性を利用すれば、メモリ１２に格納すべき変調パターンのパターン数は、例えばアドレスＡに関して言えば、アドレスＡの数２５に対して５個にまで減らすことが可能である。
また、前述のように、可変形ミラー４を変形させずに表面を平坦にした場合には、全受光領域４０（１，１）〜（５，５）の中央部に相当する位置に存する受光領域４０（３，３）において適正な結像性能が得られているものとする。レンズ移動機構３によるフォーカス制御時には、この受光領域４０（３，３）を用いて、画素間のコントラストが最大となる位置にレンズ２を移動する。
再び図１に戻って光検出装置の全体構成の説明を続ける。
受光選択部７は１フレームの撮影動作時にはアドレスＡの値を順次切り替えて、２５個の全ての受光領域から出力データＤ（Ａ）が得られるようにする。動画撮影時は、これを繰り返す。既に説明したように、アドレスＡは受光素子５と変調制御部８とに出力され、これによって、受光素子５による撮像動作と可変形ミラー４による入射光変調動作との同期がとられている。また、アドレスＡは画像再構成部９にも出力される。
変調制御部８は、可変形ミラー４を駆動するための変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を生成する。変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）は各微小ミラー４ｂの変形量の目標値であり、これは受光選択部７から出力されたアドレスＡ、全体制御部１１から出力された距離データＸ、シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢの関数となっている。変調制御部８のメモリ１２には、アドレスＡと距離データＸとが与えられた場合に発生する収差を補正して適正な結像性能を与えるための変調パターンＰ（Ａ，Ｘ）が予め計算的もしくは実験的に求められ、複数格納されている。これらの変調パターンはアドレスＡと距離データＸとに対するテーブルの形態で格納されており、アドレスＡと距離データＸとが入力されると、対応する変調パターンＰ（Ａ，Ｘ）が読み出される。この変調パターンＰ（Ａ，Ｘ）は、さらに変調制御部８において、シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢに応じた変調をかけられて最終的な変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）が生成される。
画像再構成部９は、受光選択部７からのアドレスＡと、受光素子５からの出力データＤ（Ａ）とを入力して１フレーム分の画像を再構成する。アドレスＡに対応する受光領域の出力データＤ（Ａ）は一時的にメモリ１３に保存され、全ての受光領域からの出力データが蓄積されると、これらをつなぎ合わせて１つの画像が作られる。画像データの圧縮処理も画像再構成部９で行われる。データ圧縮の処理手順としては、下記の２つの方法のいずれかが選択可能である。第１の方法は、各受光領域からの非圧縮画像をつなぎ合わせて全画面分の非圧縮画像を作成した後にデータ圧縮を行う方法である。第２の方法は、各受光領域単位で２次元ＤＣＴ処理等の画像圧縮を行った後に、これらをつなぎ合わせる方法である。第２の方法は、メモリ１３の容量を削減でき、処理速度を高速化できるといった長所を備える。こうして上記いずれかの方法でデータ圧縮された全体画像は画像記録部１０に記録される。画像記録部１０はフラッシュメモリカード等の可換型メモリである。
全体制御部１１はフォーカス制御部１４、光量検出部１５、姿勢変化検出部１６を備え、光検出装置全体の動作を制御する。
フォーカス制御部１４は、光検出装置と物体Ｙとの距離ｘに応じてレンズ２を合焦位置に移動させるように、レンズ移動機構３を制御する。距離ｘを距離計で直接測定してレンズ位置を調節してもよいが、ここでは可変形ミラー４を平坦にした状態で光軸付近の受光領域でのコントラストが最大となる位置にレンズ２を移動している。フォーカス制御部１４は、このときのレンズ２の位置情報を、距離ｘに相関する距離データＸとして出力している。
光量検出部１５はマトリックス測光方式の露出計から構成され、複数の測光点について光量を検出し、照度データを作成する。光量検出部１５が光量を測定する測光点の位置は受光素子５の各受光領域の位置と対応し、本実施例では５×５＝２５点の測光点が設けられている。この各測光点からの出力は、アドレスＡと対応させて、照度データＩ（Ａ）とする。また、全体制御部１１にはユーザＩ／Ｆを介して絞り優先あるいはシャッター速度優先を選択入力し、絞り値あるいはシャッター速度値を入力する。これらのデータと照度データＩ（Ａ）とから受光領域毎のシャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）とを決定する。シャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）とはアドレスＡによらず一定値としてもよいが、これらをアドレスＡ毎に可変にしてもよい。これにより、光量調節のための制御自由度を大きく増やすことができる。これは、受光素子５の全域にわたる均一な光量調整を容易にする。また、画像内の明暗差が大きくダイナミックレンジの確保が難しい画像についても、受光領域毎に光量を調節することで、画像の白とびあるいは黒つぶれを有効に防止することができる。あるいは、全体制御部１１がユーザに画像領域毎に絞り優先あるいはシャッター速度優先を選択可能に設けてもよい。こうすれば、一部の受光領域はシャッター速度を遅くして流れた感じを出し、同じ画面の別の受光領域ではシャッター速度を速くして瞬間を切り取った感じを出すなど、受光領域毎に異なる効果を持たせた特殊な絵作りを行うことができる。
姿勢変化検出部１６は、手ブレ補正を行うために筐体１の姿勢変化を検出する。姿勢変化検出部１６は、角速度センサ（不図示）２組を備え、筐体１のピッチングおよびヨーイングの角速度が検出される。これらの角速度出力は積分器により積分され、撮像開始時点からの姿勢変化として一定時間間隔ごとに筐体１の姿勢変化に関わる姿勢変化検出データＢが算出される。算出された姿勢変化検出データＢは変調制御部８に出力される。
次に、以上のように構成した光検出装置の動作を説明する。
シャッターボタン（不図示）を半押しにすると、全体制御部１１は、まず焦点調節を行う。レンズ移動機構３によってレンズ２を前後に微小移動し、受光素子５の光軸付近の受光領域でのコントラストが最大になる位置を探索する。このとき、可変形ミラー４には駆動電圧を与えず、微小ミラー４ｂの反射面は平坦としている。レンズ２が合焦位置に調節されると、このときの距離データＸが作成される。
次に、光量検出部１５が各測光点からの照度データＩ（Ａ）を出力する。全体制御部１１は、この照度データＩ（Ａ）のパターンを予め保有する複数の照度パターンデータと照合して画像の状況を判断し、最適と判断されるシャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）とを決定する。これらの距離データＸ、シャッター時間データＴ（Ａ）、絞りデータＦ（Ａ）は変調制御部８に出力される。
これでシャッターボタンの半押しによる準備動作を完了し、次にシャッターボタンが押されると全体制御部１１は撮像動作を開始する。まず姿勢変化検出部１６が筐体１の２軸の角速度を検出し、撮像開始時点を起点としてこの角速度出力を積分して姿勢変化検出データＢを出力する。
受光選択部７はアドレスＡを順次切り替えて受光素子５と変調制御部８に出力する。これにより、受光素子５の各受光領域を選択的に有効に動作させ、これと同期して変調制御部８に各受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を発生させる。可変形ミラー４は変調制御部８からの変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）に応じて各微小ミラー４ｂを変位させ、入射光を変調する。可変形ミラー４は姿勢変化検出データＢに応じて結像点の位置を補正し、アドレスＡと距離データＸに応じて画角等による収差を補正し、シャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）に応じて動作中の受光領域への光量を制御する。
また、受光素子５では画素間ピッチで定まる空間周期で離散サンプリングを行っているが、この折り返し誤差によるモアレ縞が発生するのを防ぐために、可変形ミラー４は光学的ローパスフィルターとしても機能している。
これらの撮像中の可変形ミラー４の絞り、シャッター、ローパスフィルター、手ブレ補正の各動作を図４〜図６を用いて説明する。図４は可変形ミラー４の絞りおよびシャッター動作を説明する動作説明図である。
図４（ａ）は開放絞りに相当する可変形ミラー４の状態を示している。受光素子５のうち有効に受光動作している受光領域をＧとする。これ以外の全ての領域を、受光素子５の外の領域も含めて非受光領域と呼ぶ。図４（ａ）において、各微小ミラー４ｂは受光領域Ｇの中心において収差が最小になるように変形している。これを実現する条件が、各光路をたどる入射光の位相条件を等しくするように光路長を決定することであることは既に説明したとおりである。このとき可変形ミラー４は特に絞りの機能は果たしておらず、開放絞りに相当する状態にある。
図４（ｂ）は全ての入射光を受光領域Ｇ外に偏向している可変形ミラー４の状態を示している。これを実現する条件は、受光領域Ｇ内においては各光路をたどる入射光の位相条件が互いに大きく異なり相殺的な干渉が発生するように光路長を決定することである。一例を挙げれば、各微小ミラー４ｂを図４（ａ）の姿勢から大きく異なる傾斜角に傾ければよい。あるいは、微小ミラー４ｂがブレーズ形状の回折格子を形成し、１次光以上の高次光を受光領域Ｇ外に偏向させた上でこの光量比をほぼ１００％程度まで高めることもできる。このような条件を与える解は多数存在するので、適当なものを１つ選んで変調パターンとして採用すればよい。これにより、受光領域Ｇ内については実質的に完全に遮光が行われていることになる。
受光領域Ｇは受光素子５の全受光領域の一部に過ぎないので、受光素子５と可変形ミラー４とが近い距離にあっても、入射光を容易に非受光領域に偏向することができる。このため、従来のように入射光を完全に受光素子５外に偏向させねばならないような場合に比べて、受光素子５と可変形ミラー４との距離を大幅に短くすることが可能である。
図４（ｃ）は絞りを形成している可変形ミラー４の状態を示している。可変形ミラー４のうち領域Ｓ内の微小ミラー４ｂは、図４（ａ）における各微小ミラー４ｂの変形状態と同様に、受光領域Ｇの中心において収差が最小になるように変形している。また、可変形ミラー４のうち領域Ｓ外の微小ミラー４ｂは、図４（ｂ）における各微小ミラー４ｂの変形状態と同様に、入射光を受光領域Ｇ外に偏向している。従って、領域Ｓは絞りの開口に相当し、この瞳内の入射光は受光領域Ｇに到達し、それ以外の入射光は実質的に遮光される。領域Ｓの大きさは、絞りデータＦによって決定される。また、可変形ミラー４は、シャッター時間データＴによって規定される時間内だけ図４（ｃ）の動作状態にあり、それ以外は図４（ｂ）の動作状態にある。これにより、シャッター時間データＴの期間内だけ入射光を受光領域Ｇに到達させることができ、可変形ミラー４は絞りとシャッターの機能を同時に実現している。
絞りの開口径やシャッター時間は受光領域Ｇ毎に可変に設定可能であるため、それぞれ最適な値が用いられる。光学系の設計にもよるが、一般的に視野の中心付近では絞りが効きやすく、周辺部では絞りが効きにくい傾向があるため、受光素子の中心付近にある受光領域では絞りの開口径の変化を小さくし、受光素子の周辺付近にある受光領域では絞りの開口径の変化を大きくすれば、光量の均一化が図りやすい。当然ながら、絞りの形状も任意に設定できるため、この形状を最適化することで光量の均一化をより一層図ることができる。
次に、図５を用いて可変形ミラー４の光学的ローパスフィルター機能動作を説明する。図５は可変形ミラー４の光学的ローパスフィルター機能動作を説明する動作説明図である。
受光素子５のうち有効に受光動作している受光領域Ｇに対して、可変形ミラー４のうち領域Ｓ内の微小ミラー４ｂは、受光領域Ｇ内の収差が小さくなるように変形していることは既に説明したとおりである。しかし、領域Ｓ内の微小ミラー４ｂは、さらに、光学的ローパスフィルターとして機能するために、微視的に見ると、物点Ｙａに対する結像点を点Ｙａ’１と点Ｙａ’２の２点を形成している。結像点Ｙａ’１と結像点Ｙａ’２とは、丁度撮像素子５の画素間ピッチｐ分離れた位置にあり、これによって受光素子５のナイキスト周波数に相当する帯域の光学的な信号成分が遮断される。このため、受光素子５のサンプリング時の折り返し誤差を低減し、モアレの発生を防止する光学的ローパスフィルターの機能が実現できる。結像点を点Ｙａ’１と点Ｙａ’２の２点に分離するには、領域Ｓ内の複数の微小ミラー４ｂのうち、その一部のものを点Ｙａ’１に結像するように姿勢を制御し、他のものを点Ｙａ’２に結像するように姿勢を制御すればよい。これも変調制御部８が出力する変調パターンＰの内容のみで実現可能な事柄である。また、実際の結像点は２点ではなく、受光素子５の画素の水平方向、斜め２方向の計３方向４点に、それぞれ画素間ピッチだけずらした結像点を設けている。効果的な光学的ローパスフィルター効果を得るには、受光領域Ｇ内の全ての結像点に対して正確に画素間ピッチｐ分だけずらした点を構成する必要がある。有効な受光領域Ｇの中心部付近と周辺部付近とではこのずらし量に誤差が出るが、受光領域Ｇの大きさを十分小さくすることでこの誤差を問題のないレベルまで小さくすることが可能である。
従来は一般的にはこうした画素間ピッチｐ分ずれた複数の結像点を設ける構成を水晶などの複屈折材を組み合わせて構成していたが、本発明によれば特別な部材を必要とすることなく、モアレを防ぐ光学的ローパスフィルターを構成することができる。また、従来の複屈折材を利用した光学的ローパスフィルターは入射光が偏りのない光であることが必要であったが、本発明ではこうした制約がなく、入射光の偏光方向によらず使用が可能な光学的ローパスフィルターを提供することができる。
次に、図６を用いて可変形ミラー４の手ブレ補正動作を説明する。図６は可変形ミラー４の手ブレ補正動作を説明する動作説明図である。
撮像開始時点を起点とし、このとき物体Ｙのある一点Ｙａ（Ｏ）からの入射光は角度α（Ｏ）で装置内に入射し、受光素子５上の点Ｙａ’に結像している。既に説明したように、角度α（Ｏ）は受光領域を選択するアドレスＡにより定まる値であり、可変形ミラー４は点Ｙａ（Ｏ）から点Ｙａ’に至る各光路をたどる入射光の位相条件を等しくするように変形している。
筐体１が手ブレにより向きを変えると、筐体１側からは物体Ｙが移動するように見える。
撮像開始時点から時刻ｔが経過したとき、点Ｙａ（Ｏ）は点Ｙａ（ｔ）に移動し、入射光の角度がα（ｔ）−α（Ｏ）だけ変化する。可変形ミラー４は、この入射角度変化α（ｔ）−α（Ｏ）を補償して結像点Ｙａ’の位置を一定に保つように変位量を制御する。これは点Ｙａ（ｔ）から点Ｙａ’に至る各光路をたどる入射光の位相条件を等しくするように変形することで実現される。この条件を満たす変位量は、実質的に角度変化α（ｔ）−α（Ｏ）が求まれば作成可能であり、この角度変化α（ｔ）−α（Ｏ）は姿勢変化検出部１６が出力する姿勢変化検出データＢとして与えられる。従って、変調制御部８は、この姿勢変化検出データＢを基に、手ブレ補正を行う変調パターンを発生することができる。
このように、可変形ミラー４は、単に変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を変化させるだけで、収差補正機能、絞り機能、シャッター機能、光学的ローパスフィルター機能、手ブレ補正機能の任意の組み合わせを同時に実現させることが出来るため、装置構成の大幅な簡素化や小型化を図ることができる。また、受光領域毎に異なる絞りの開口径もしくはシャッター時間を設定可能に設けているため、受光素子の全領域に渡って均一な光量調整を行うことができる。
以上のように本実施形態の光検出装置は、受光素子５の受光領域の中から受光選択部７が有効に受光する受光領域を選択し、変調制御部８がこの受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンを生成するように構成されている。従って、簡素な光学系でも、受光素子５の全領域にわたって画角に伴う収差を効果的に低減させることができる。
さらに本実施形態によれば、変調制御部８が、可変形ミラー４に入射した入射光の一部を有効な受光領域Ｇ外に偏向させることにより、有効な受光領域Ｇに入射する光景を調整するように構成されている。従って、収差補正機構と光量調整機構とを１つの可変形ミラー４で兼用することができ、光学系を簡素化することができる。
また本実施例によれば、有効な受光領域Ｇ外に偏向された入射光が、受光素子５の他の受光領域内に照射されるように構成されている。従って、従来のように入射光を完全に受光素子５外に偏向させねばならないような場合に比べて、受光素子５と可変形ミラー４との距離を大幅に短くすることが可能となり、光検出装置を小型化することができる。
また本実施形態によれば、変調制御部８は姿勢変化検出部１６の出力に応じて結像点の移動を補償する変調パターンを生成するように構成されている。従って、手ブレ補正機構を１つの可変形ミラー４で兼用することができ、光学系を簡素化することができる。
また本実施形態によれば、変調制御部８は入射光を受光素子５の画素間ピッチ分だけ互いにずれた複数の結像点に結蔵させるような変調パターンを生成するように構成されている。従って、光学的ローパスフィルターを１つの可変形ミラー４で兼用することができ、光学系を簡素化することができる。
また本実施形態によれば、受光素子５の受光領域の中から受光選択部７が有効に受光する受光領域を選択し、変調制御部８がこの受光領域に対して適正な遮光パターンを生成するように構成されている。従って、受光領域毎に独立に光量調整を行うことができ、従来のように１つの遮光パターンで受光素子の全領域を一度に光量調整する場合に比べて、遮光器の配置設計上の制約が大幅に緩和され、装置全体の小型化を図ることができる。
なお、本実施形態では、アドレスＡは受光素子５の受光領域を指定する情報とし、これに応じて変調制御部８が変調パターンＰを出力する構成を説明したが、さらにアドレスＡがＲ、Ｇ、Ｂの各色を指定する情報を含み、これに応じて変調制御部８が変調パターンＰを出力することもできる。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の波長差による色収差を効果的に低減させることができる。
また、本実施形態ではレンズ２は両凸単レンズとして説明したが、これをメニスカスレンズ等の他のレンズ形状としたり、組みレンズとしたり、回折素子と組み合わせたり、凹凸面を有する反射鏡を用いたりといった一般的な光学設計技術に基づく変更を加えることができる。これらの変更を適宜用いることによって、例えば色収差はレンズ設計によって抑制して画角による収差を可変形ミラーで除去する、といった様々な設計解の選択肢を与えることができる。これによって、適度な光学系の簡素化を図りつつ、例えば角度α、距離ｘ、波長差による収差等の一部を緩和し、変調パターンＰのパターン数を減らすことができる。
また、本実施形態ではレンズ移動機構３によりレンズ２を動かして焦点調整を行ったが、このレンズ移動機構３を省略してレンズ２を筐体１に固定してもよい。これは、レンズ２の被写界深度が深く、パンフォーカスカメラとして用いる場合は自明の構成であるが、レンズ２の被写界深度が浅い場合でも、レンズ移動機構３によりレンズ２を光軸に沿って動かしたのと等価な波面を可変形ミラー４で作り出すことにより、焦点調整のためのレンズ移動機構３を省略することができる。
さらには、レンズ２に相当する構成を省略することも可能である。すなわち、可変形ミラー４が集光面を形成して受光素子５上に像点を結ばせることもでき、この構成によれば、より一層の装置小型化、部品削減が可能であると共に、特別な制御を行うことなく色収差の発生を抑制することができる。
また、本実施形態では受光素子５の各受光領域は２５６画素×２５６画素を備えているが、この数は任意であり、１画素が１つの受光領域を形成していてもよい。受光領域の数も任意に決定でき、この受光領域の数を多くするほど画角による収差を細かく補正できる。また、各受光領域に対して測光点の数は１つとしたが、各受光領域に対して複数の測光点を設けても良いことはいうまでもない。
（実施形態２）
図７を参照しながら、本発明の光検出装置の第２の実施形態を説明する。図７は本発明の実施形態２における光検出装置の概略構成図である。
本実施形態では、光検出装置の筐体５１には、可変形ミラー４、受光素子５５、制御回路５６がそれぞれ固定されている。制御回路５６は、変調制御部５７、画像記録部１０、全体制御部５８を備えている。また、筐体５１には交換可能なレンズユニット５２がマウントされている。可変形ミラー４、画像記録部１０は実施形態１で説明したものと同一の構成である。
レンズユニット５２は、筐体５１に脱着可能に設けられ、他のレンズユニットと交換が可能に設けられている。ここでは、レンズユニット５２は、それぞれ独立に移動可能な凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとを備え、撮像対象である物体Ｙからの入射光を多段階の結像倍率βで受光素子５５上に集光する。凹レンズ部５３ａの焦点距離を−７０ｍｍ、凸レンズ部５３ｂの焦点距離を５０ｍｍ、倍率−１／２〜−１とすると、レンズユニット５２はｆ＝３５〜７０ｍｍの２群構成ズームレンズとなる。図７では凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとは簡単のために単レンズとして図示しているが、これらは組みレンズであってもよい。本実施形態では画角による収差、色収差はこれらのレンズ系の設計によって実用上問題にならないレベルに抑えられているものとし、以降では凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとを動かしてレンズユニット５２の結像倍率βを変化させた場合のレンズ系の状態変化に伴う収差と、物体Ｙまでの距離ｘによるフォーカスの高次収差とを可変形ミラー４で補正する構成を説明する。
レンズユニット５２には不揮発性メモリからなるレンズ情報保持部５４が備えられ、レンズユニット５２の種別、可変できる結像倍率β、レンズユニット５２が距離ｘにある物体Ｙに対して結像倍率βで合焦した場合の結像特性に関する情報等が保持されている。この結像特性とは特にレンズユニット５２が持つ収差の特性に相関するものである。ここでは、レンズ情報保持部５４は、レンズユニット５２が距離ｘにある物体Ｙに対して結像倍率βで合焦した場合に最も好ましく収差を補正できる可変形ミラー４の変調パターンとして計算的もしくは実験的に求められたものが格納されている。この変調パターンは、後述する距離データＸと結像倍率データＺとに対するテーブルの形態で保持される。
また、凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとにはこれらを独立に移動させる
また、凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとにはこれらを独立に移動させる移動機構が備えられ、それぞれが全体制御部５８からの制御を受けて独立に駆動される。さらに、レンズユニット５２にはそれぞれ凹レンズ部５３ａの位置と凸レンズ部５３ｂの位置を検知するエンコーダ（不図示）が備えられ、これらの位置情報を全体制御部５８に出力する。
受光素子５５は画素が２次元アレイ状に配列されたＣＣＤイメージセンサもしくはＣＭＯＳイメージセンサである。受光素子５５は第１の実施形態で説明した受光素子５と同じものでもよいが、ここでは受光領域が特に複数に分割駆動されることのない通常のフレーム走査型の撮像センサとしている。
変調制御部５７は、全体制御部５８から出力された距離データＸと結像倍率データＺとに応じて、可変形ミラー４に出力する変調パターンＰ（Ｘ，Ｚ）を生成する。変調制御部５７のメモリ５９には、結像情報保持部５４から読み出された変調パターンのテーブル情報が格納され、全体制御部５８から与えられた距離データＸと結像倍率データＺとに対応して、変調パターンＰ（Ｘ，Ｚ）が読み出される。
全体制御部５８は、レンズ情報検知部６０、倍率制御部６１、フォーカス制御部６２を備え、光検出装置全体の動作を制御する。
レンズ情報検知部６０はレンズ情報保持部５４の内容を読み出して、レンズユニット５２の種別を検知する。この情報に基づき、全体制御部５８はメモリ５９の内容となる変調パターンのテーブル情報の更新を行う。
倍率制御部６１は、ユーザ操作による結像倍率βの増加もしくは減少の指示に応じて凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとの位置を制御すると共に、この結果得られた凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂの位置から結像倍率データＺを生成する。
フォーカス制御部６２は、光検出装置と物体Ｙとの距離ｘに応じて凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとの位置を合焦位置に移動させる。合焦の判断は、第１の実施形態と同様に、受光素子５５の出力の画素間コントラストが極大となる位置を判別することによって行われる。このとき凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとは所定の配置関係を維持しつつ細かく前後に動かされ、受光素子５５の画素間コントラストが極大化する位置が探索される。
凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとを動かす際には、その都度、距離データＸが出力され、変調制御部５７はこの距離データＸに対応する変調パターンＰ（Ｘ，Ｚ）を生成する。このため、可変形ミラー４を駆動して高次収差を除去し、適正な結像性能を与えつつコントラストの極大値を探索することが可能で、精度のよい合焦判断を行うことができる。また、フォーカス制御部６２は、この結果に基づいて距離データＸを生成する。
全体制御部５８は、以上のように生成した結像倍率データＺと距離データＸとを変調制御部５７に出力する。
以上のように構成した光検出装置の動作を説明する。
まず、レンズユニット５２が筐体５１に取り付けられた状態で、レンズ情報検知部６０はレンズユニット５２の種別を検知する。全体制御部５８はレンズ情報保持部５４の情報を読み出して、メモリ５９の内容を更新する。次に、倍率制御部６１が、ユーザのズーム操作に応じて、凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとの位置を制御して結像倍率βを決定し、結像倍率データＺを生成する。
ユーザがシャッターボタン（不図示）を半押しにすると、全体制御部５８は焦点調節を行う。フォーカス制御部６２が凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとを動かして合焦位置を探索し、距離データＸを決定する。
撮像時には、変調制御部５７がこれらの距離データＸと結像倍率データＺとから変調パターンＰ（Ｘ，Ｚ）を生成し、これに従って可変形ミラー４が変形する。この可変形ミラー４の変形によってレンズユニット５２が持つ収差が補正され、受光素子５５上に適正な像が結ばれることになる。受光素子５５から出力された出力データＤは画像記録部１０に記録される。
以上のように本実施形態の光検出装置は、ズームが可能なレンズユニット５２について、その設定された結像倍率を倍率制御部６１が検知し、これに応じて変調制御部５７が適正な結像性能を与えるように構成している。従って、レンズユニット５２の光学系を簡素化した場合でも、レンズユニット５２の結像倍率の変化に伴う収差の発生を効果的に低減することができる。
また、本実施形態の光検出装置は、レンズユニット５２と一体に設けたレンズ情報保持部５４に、レンズユニット５２の結像特性に関する情報を格納し、これをレンズ情報検知部６０が検知し、これに応じて変調制御部５７が適正な結像性能を与えるように構成している。従って、互いに異なる結像特性を持つレンズユニット５２が交換装着された場合でも有効に収差の低減を図ることができる。これによって、望遠から広角まで様々な結像特性を持つレンズユニットを扱う場合でも、その光学系を簡素化しつつ収差を有効に補正することが可能となる。あるいは同種のレンズユニットを扱う場合でも、その個体毎の特性ばらつきを補正することができる。個体レンズユニット毎の特性ばらつき補正は、各レンズユニットの検査データをレンズ情報保持部５４に格納することによって有効に行うことができる。
なお、本実施形態では、結像倍率βと距離ｘとに関わる収差を補正する構成について説明したが、実施例１で説明したような画角による収差や色収差を補正する構成と組み合わせることもできる。
また、本実施形態では、レンズ情報保持部５４に格納するレンズユニット５２の結像特性情報を、変調制御部５７が発生する変調パターンのテーブル情報としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばレンズユニット５２の収差データをＺｅｒｎｉｋｅ多項式の各係数の形で表したようなものでもよい。
（実施形態３）
図８を参照しながら、本発明の光検出装置の第３の実施形態を説明する。本実施形態は、空間光変調器と受光選択部の一部を液晶素子で構成し、受光素子を感光フィルムで構成したものである。図８は本発明の実施形態３における光検出装置の概略構成図である。
本実施形態では、光検出装置の筐体７１には、レンズ２、レンズ移動機構３、液晶位相変調器７２、液晶シャッター７３、感光フィルム７４、制御回路７５がそれぞれ固定されている。制御回路７５は、受光選択回路７６、変調制御部７７、全体制御部７８を備えている。レンズ２、レンズ移動機構３は実施形態１で説明したものと同一の構成である。
液晶位相変調器７２は、マトリクス型の透明電極を備えた１対のガラス基板間に、ネマティック液晶もしくはＤＨＦ（Ｄｅｆｏｒｍｅｄ  Ｈｅｌｉｘ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）液晶などのアナログ位相変調特性を有する液晶を封入し、各透明電極間の電圧を制御して入射光の位相変調を行うものである。液晶位相変調器７２の光の入射側には第１偏光板が設けられ、液晶層には直線偏光が入射するように形成されている。さらに、２枚のガラス基板は、いずれもこの偏光方向に液晶分子が配向するように配向処理がなされている。このため、液晶位相変調器７２を透過する入射光に対して偏光方向を不変にしたまま、光路長の制御を行うことが可能となっている。液晶位相変調器７２を構成する変調素子の数は例えば５１２個×５１２個程度と多く、各変調素子を多段階の駆動電圧で駆動することにより滑らかな位相変調制御を行っている。また、液晶位相変調器７２は図示しない駆動回路を内蔵し、変調制御部７７が出力する変調パターンＰに応じて位相変調を行う。
液晶シャッター７３は、マトリクス型の透明電極を備えた１対のガラス基板間に、強誘電性液晶を封入し、各透明電極間の電圧を２値的にオンオフ制御して、領域毎に入射光の透過または遮光を行うものである。液晶シャッター７３の液晶層のは入射光の偏光方向と平行に配向し、透明電極間に電圧を与えない場合は入射光の偏光方向に変化が無く、透明電極間に電圧を与えた場合は液晶層の複屈折性により入射光の偏光方向が変化するように設けられている。そして、液晶シャッター７３の光の出射側には第２偏光板が設けられ、この第２偏光板の偏光方向は液晶位相変調器７２に設けられた第１偏光板と直交するように設けられる。
このため、液晶シャッター７３の透明電極間に電圧を与えると、入射光の偏光方向は略９０度回転するため、入射光は透過する。一方、液晶シャッター７３の透明電極間に電圧を与えないと、入射光の偏光面は変化せず、遮断される。
液晶シャッター７３を構成する遮光素子の数は例えば５個×５個程度とし、各遮光素子に与える電圧を選択的に解除することにより、任意の領域のみにおいて入射光を透過させることができる。また、液晶シャッター７３は図示しない駆動回路を内蔵し、受光選択回路７６が出力するアドレスＡに対応した場所の入射光を透過し、その場所に位置する感光フィルム７４を露光する。この構成によって、感光フィルム７４は２５個の受光領域に分割されることになる。アドレスＡを与えたときに露光される受光領域を有効な受光領域と呼ぶ。
感光フィルム７４は、通常の撮像用フィルムであり、露光による化学変化によって物性を変化させ、像もしくは潜像を形成する記録媒体である。感光フィルム７４は、液晶シャッター７３に接触させて、もしくは、液晶シャッター７３に極めて接近させて設けられている。
受光選択回路７６は、１フレームの撮影動作時にはアドレスＡの値を切り替えて、２５個の受光領域を１つずつ順次露光するようにする。受光選択回路７６が発生するアドレスＡは同時に変調制御部７７に出力され、これによって、液晶シャッター７３による受光領域選択動作と液晶位相変調器７２による入射光変調動作との同期がとられている。
変調制御部７７は、液晶位相変調器７２を駆動するための変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を生成する。変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）と、アドレスＡ、距離データＸ、シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢの内容は、第１の実施形態において変調制御部８で説明したものとほぼ同一である。
全体制御部７８は、フォーカス制御部８０、光量検出部１５、姿勢変化検出部１６を備え、光検出装置全体の動作を制御する。光量検出部１５、姿勢変化検出部１６は第１の実施形態において変調制御部８で説明したものと同一である。フォーカス制御部８０は、図示しない距離計を備えて光検出装置と物体Ｙとの距離ｘを検出し、この距離ｘに応じてレンズ２を合焦位置に移動させるように、レンズ移動機構３を制御する。またフォーカス制御部１４は、この距離ｘを表す距離データＸを出力する。
以上のように構成した光検出装置の動作を説明する。
シャッターボタン（不図示）を半押しにすると、全体制御部７８はまず焦点調節を行う。フォーカス制御部８０の距離計を作動して距離ｘを計測し、レンズ移動機構３によってレンズ２を合焦位置に移動すると共に、距離データＸ変調制御部７７に出力する。
次に、光量検出部１５が出力する各測光点からの照度データＩ（Ａ）に基づいて、全体制御部７８が、シャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）とを決定し、これらを変調制御部７７に出力する。
これでシャッターボタンの半押しによる準備動作を完了し、次にシャッターボタンが押されると全体制御部７８は撮像動作を開始する。姿勢変化検出部１６が筐体１の２軸の角速度を検出し、撮像開始時点を起点としてこの角速度出力を積分して姿勢変化検出データＢを出力する。
受光選択回路７６はアドレスＡを順次切り替えて液晶シャッター７３と変調制御部７７に出力する。これにより、液晶シャッター７３による遮光をアドレスＡに対応する部分だけ局所的に解除し、この有効な受光領域にある感光フィルム７４への露光を行う。これと同期して変調制御部７７に各受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を発生させる。液晶位相変調器７２は変調制御部７７からの変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）に応じて入射光を変調する。この変調制御によって、画角等による収差の補正制御、受光領域への光量制御、手ブレ補正制御が行われる。
以上のように本実施形態の光検出装置は、感光フィルム７４に対する前記入射光の透過または遮光を選択する液晶シャッター７３と受光選択回路７６とを備え、これらによって選択された受光領域に対して変調制御部７７が適正な結像性能を与える変調パターンを生成するように構成されている。従って、簡素な光学系でも、感光フィルム７４の全領域にわたって画角に伴う収差を効果的に低減させることができる。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、空間光変調器を制御する変調制御部が、画角や結像倍率などの各要因の変化に対応して適正な結像性能を与える変調パターンを生成するために、受光素子の全領域にわたる収差低減もしくは光量調整の適正化と光学系の簡素化を両立することができる。
【図１】
2004077819.tif 000003
【図２】
2004077819.tif 000004
【図３】
2004077819.tif 000005
【図４】
2004077819.tif 000006
【図５】
2004077819.tif 000007
【図６】
2004077819.tif 000008
【図７】
2004077819.tif 000009
【図８】
2004077819.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月16日(2004.9.16)
【手続補正１】
【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】
入射光の位相を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を受ける複数の受光領域を備えた受光素子と、
前記複数の受光領域から少なくとも１つの受光領域を選択し、選択した受光領域を有効に機能させる受光選択部と、
前記受光選択部によって選択された前記受光領域に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部と、
を備える光検出装置。
【請求項２】
前記受光選択部は、選択する前記受光領域を時分割で巡回的に切り替え、
前記変調制御部は、この切り替え動作と同期して、選択された前記受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記変調制御部は、予め用意された複数の変調パターンの中から、選択された受光領域に応じて変調パターンを選択する、請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記空間光変調器は、結像光学系の光路上に配置される、請求項１から３のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項５】
前記空間光変調器に入射する前記光は、複数の異なる波長の光を含む請求項１に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記受光選択部は、変調すべき光として、前記複数の波長の光から特定波長範囲の光を選択する請求項５に記載の光検出器。
【請求項７】
前記受光選択部は、選択する前記光を時分割で巡回的に切り替え、
前記変調制御部は、この切り替え動作と同期して、選択された前記光に対して適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項６に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記結像光学系は、結像特性を多種類に設定可能であり、
前記多種類の結像特性の中から選択された結像特性に関わる情報を検知する結像情報検知部とを備え、
前記変調制御部は、前記結像特性検知部からの出力に応じて、適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項４に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記結像特性が結像倍率である請求項８に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記変調制御部は、前記空間光変調器の少なくとも一部の領域に入射した入射光を前記選択された受光領域の外側に偏向させる変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項１から９のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記変調制御部は、前記空間光変調器における前記領域の面積を変化させる変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項１０に記載の光検出装置。
【請求項１２】
前記変調制御部は、前記空間光変調器における前記領域の面積が相対的に大きな第１の変調パターンと、前記領域の面積が相対的に小さな第２の変調パターンとを選択的に前記空間光変調素子に与え、前記第１および第２の変調パターンの保持時間をそれぞれ制御する請求項１１に記載の光検出装置。
【請求項１３】
前記選択された受光領域の外側に偏向される前記光は、前記受光素子の他の受光領域内に照射される請求項１０から１２のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１４】
前記光検出装置の姿勢変化を検出する姿勢変化検出部をさらに備え、
前記変調制御部は、前記姿勢変化検出部からの出力に応じて、前記姿勢変化に伴う結像点の移動を補償する変調パターンを生成する請求項１から１３のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１５】
前記受光素子における前記複数の受光領域の各々は、配列された複数の画素を有しており、
前記変調制御部は、前記受光素子における画素ピッチに等しい大きさだけ相互にシフトした複数の点に前記入射光を結像させる変調パターンを前記空間光変調器に与える請求項１から１４のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１６】
前記空間光変調器は、可変形ミラーである請求項１から１５のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１７】
前記可変形ミラーは、基板上に配列された複数の光反射領域と、前記光反射領域を前記基板に対して少なくとも垂直な方向に変位させるアクチュエータとを備える請求項１６に記載の光検出装置。
【請求項１８】
前記可変形ミラーは、前記光反射領域の各々に関連付けられた複数のアクチュエータと連結されており、前記各アクチュエータを独立に駆動することによって前記光反射領域の前記基板に対する垂直な方向への変位および／または前記基板に対する傾斜を行うことができる請求項１７に記載の光検出装置。
【請求項１９】
前記空間光変調器は液晶素子である請求項１から１５のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項２０】
前記受光素子における前記複数の受光領域の各々は、光電変換部を有しており、
前記受光選択部によって選択された前記受光領域における前記光電変換部からの出力を蓄積するメモリと、
前記メモリに蓄積された出力を配列して全体画像を再構成する再構成部と、
を更に備える請求項１から１９のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項２１】
前記受光素子は、露光によって物性が変化する記録媒体であって、前記受光選択部が前記入射光の透過または遮光を選択するシャッター部材を備える請求項１から１９のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項２２】
前記空間光変調器は、光学的ローパスフィルター機能を発揮する請求項１から２１のいずれかに記載の光検出器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調器を備えた光検出器に関し、特に受光素子への結像を制御する機能を有する光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にカメラ等の結像光学系には、６群７枚構や１０群１１枚構成などの複数のレンズが組み合わされた組みレンズが多用される。近軸理論によれば、こうした組みレンズは一枚の凸レンズと等価である。しかし、この近似が十分な精度を持つのは、光軸近傍の比較的狭い範囲に限定される。従って、比較的大きな像を実際に扱う場合には画角による収差が問題となり、またカラー画像のように複数の波長を扱う場合には色収差が問題となる。
【０００３】
こうした収差を低減するため、組みレンズにおける各レンズの屈折率や光学面形状の多様な組み合わせが提案されている。しかし、受光素子の全領域にわたって画角の収差や色収差を低減するには、多数枚の組みレンズが必要になる。このことは、部材や組立調整の高コスト化や、光学装置の大型化を招いている。
【０００４】
レンズ系のコンパクト化を図るには、各レンズの屈折力を大きくすることが有効であるが、それだけでは画角や波長差に伴う収差は却って増大してしまう。これを防ぐために組みレンズの枚数を増やすと、これは逆に複雑化や大型化につながる。
【０００５】
このように、収差の低減と光学系の簡素化とは互いに相矛盾するような関係にあるため、これを両立させることは難しく、現在でも光学設計における中心的な課題となっている。
【０００６】
また、例えばズームレンズ光学系等では結像倍率を可変にしつつ収差の低減を図らねばならず、光学系の簡素化、小型化はより一層困難となっている。
【０００７】
さらに、レンズ系だけではなく、絞りやシャッター等の光量調整機構も光学装置の大型化を招いている。これは広角レンズやズームレンズ等の多数の組みレンズを用いた光学系において特に顕著であるが、レンズに入射する光の角度によっては光線束が各レンズの一部のみを通ることになるため、受光素子の全領域に渡って均一な光量調整を行う配置設計が難しい。絞りを置く位置は、受光素子の全領域に渡って中心部と同じ割合で照度を変えられるような場所でなければならず、この条件が光学系の設計制約となる。
【０００８】
こうした光量調整機構の存在と、その配置上の制約が、光学系の簡素化、小型化の障害のもう一つの要因となっている。
【０００９】
一方、近年、従来のガラスレンズやプリズムのような固定の光学面を持つパッシブな光学素子だけでなく、変形可能な光学面を持つアクティブな光学素子が開発されている。
【００１０】
こうしたアクティブな光学素子の例としては、透明な液体を封入して形成したレンズを圧電素子で駆動して可変焦点レンズとしたものがある（例えば特開２００１−２５７９３２号公報参照）。この特開２００１−２５７９３２号公報（以下、「文献１」と称する）では、この可変焦点レンズの焦点位置を高速に切り替えつつ複数の画像をサンプリングし、最も観察対象に焦点が合った画素を画像処理によって抽出して全焦点画像を得る構成が開示されている。さらに、この特許文献１には、焦点距離の変化により発生する像の位置ずれ（倍率変化や像歪み）を補正する構成が記載されている。
【００１１】
また、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：商品名）と呼ばれる可変形ミラーを撮影光学系の光路に設け、オン状態にあるミラーの数あるいは時間を制御して光学絞り装置を構成したものがある（例えば特開平１１−２３１３７３号公報参照）。この特開平１１−２３１３７３号公報（以下、「文献２」と称する）にはミラーの駆動パターンを制御して任意の開口形状にする構成が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記したような従来の構成には、以下のような課題がある。
【００１３】
第１に、補正できる収差の種類が限定的で、受光素子の全領域にわたる収差の低減と光学系の簡素化の両立が難しいという課題がある。文献１の構成は焦点位置ずれの補正と像歪みの補正には有効であるが、コマ収差や非点収差といったモードが異なる他の収差を低減させる構成は開示されていない。画角による収差は、このコマ収差や非点収差が支配的であり、これらは文献１の構成では有効な補正を行うことが難しい。波長差による色収差、あるいは結像倍率の変更に伴う収差も焦点距離変化だけでは補正できない成分を含んでおり、これらも文献１の構成では有効な補正を行うことが難しい。
【００１４】
従って、文献１の構成を用いたとしても、受光素子の全領域にわたって画角の収差や色収差を低減するには、やはりほぼ同数枚の組みレンズが必要であり、収差の低減と光学系の簡素化の両立に対しては本質的な改善が図られない。また、文献２にも、この課題を解決する構成は特に開示されていない。
【００１５】
第２に、収差補正機構と光量調整機構との双方が必要で、このために光学系の簡素化が難しいという課題がある。文献２の構成は、収差補正機構として多数の組みレンズによる結像光学系が設けられ、光量調整機構としてＤＭＤとその駆動回路が設けられている。これらは互いに専用の機構として作成され、両機構を兼用するような構成は開示されていない。これが部品点数の増大や組立調整の複雑化を招き、光学系全体の高コスト化と大型化の要因となっている。また、文献１にも、この課題を解決する構成は特に開示されていない。
【００１６】
第３に、光量調整機構の配置上の制約により、光学系の小型化が難しいという課題がある。文献２の構成は、ＤＭＤで入射光を受光素子の範囲外に偏向させて光量を調整しているが、入射光を完全に受光素子外に偏向させるには、受光素子とＤＭＤとをある距離以上に離す必要がある。この距離はＤＭＤによる偏向角と受光素子の大きさとに大きく依存するため、小型化が難しい。
【００１７】
また、文献２の構成は、入射光を一度集光してその集光点に絞りとなるＤＭＤを配置しているため、光学系全体が大型化している。受光素子の全領域に渡って均一な光量調整を行うための絞りの配置制約が小型化を妨げるという点において、文献２は特に有効な改善手段を開示するものではない。文献２には、ミラーの駆動パターンを制御して任意の開口形状にする構成が開示されているが、１つの開口形状で受光素子の各領域に与える光量を独立に制御することは不可能であり、光量調整の不均一性を本質的に解決するものではない。また、文献１にも、これらの課題を解決する構成は特に開示されていない。
【００１８】
なお、特表２００２−５２５６８５公報は、空間光変調素子を用いることにより、対象とする物の異なる部分から発した光を１つの受光領域に順次結像させる技術を開示しているが、上記の問題は解決できていない。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、受光素子の全領域にわたる収差低減もしくは光量調整の適正化と、光学系の簡素化を両立する光検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の光検出装置は、入射光の位相を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を受ける複数の受光領域を備えた受光素子と、前記複数の受光領域から少なくとも１つの受光領域を選択し、選択した受光領域を有効に機能させる受光選択部と、前記受光選択部によって選択された前記受光領域に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部とを備える。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記受光選択部は、選択する前記受光領域を時分割で巡回的に切り替え、前記変調制御部は、この切り替え動作と同期して、選択された前記受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記変調制御部は、予め用意された複数の変調パターンの中から、選択された受光領域に応じて変調パターンを選択する。
【００２３】
好ましい実施形態において、前記空間光変調器は、結像光学系の光路上に配置される。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記空間光変調器に入射する前記光は、複数の異なる波長の光を含む。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記受光選択部は、変調すべき光として、前記複数の波長の光から特定波長範囲の光を選択する。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記受光選択部は、選択する前記光を時分割で巡回的に切り替え、前記変調制御部は、この切り替え動作と同期して、選択された前記光に対して適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記結像光学系は、結像特性を多種類に設定可能であり、
前記多種類の結像特性の中から選択された結像特性に関わる情報を検知する結像情報検知部とを備え、前記変調制御部は、前記結像特性検知部からの出力に応じて、適正な結像性能を与える変調パターンを前記空間光変調器に与える。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記結像特性が結像倍率である。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記変調制御部は、前記空間光変調器の少なくとも一部の領域に入射した入射光を前記選択された受光領域の外側に偏向させる変調パターンを前記空間光変調器に与える。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記変調制御部は、前記空間光変調器における前記領域の面積を変化させる変調パターンを前記空間光変調器に与える。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記変調制御部は、前記空間光変調器における前記領域の面積が相対的に大きな第１の変調パターンと、前記領域の面積が相対的に小さな第２の変調パターンとを選択的に前記空間光変調素子に与え、前記第１および第２の変調パターンの保持時間をそれぞれ制御する。
【００３２】
好ましい実施形態において、前記選択された受光領域の外側に偏向される前記光は、前記受光素子の他の受光領域内に照射される。
【００３３】
好ましい実施形態において、前記光検出装置の姿勢変化を検出する姿勢変化検出部をさらに備え、前記変調制御部は、前記姿勢変化検出部からの出力に応じて、前記姿勢変化に伴う結像点の移動を補償する変調パターンを生成する。
【００３４】
好ましい実施形態において、前記受光素子における前記複数の受光領域の各々は、配列された複数の画素を有しており、前記変調制御部は、前記受光素子における画素ピッチに等しい大きさだけ相互にシフトした複数の点に前記入射光を結像させる変調パターンを前記空間光変調器に与える。
【００３５】
好ましい実施形態において、前記空間光変調器は、可変形ミラーである。
【００３６】
好ましい実施形態において、前記可変形ミラーは、基板上に配列された複数の光反射領域と、前記光反射領域を前記基板に対して少なくとも垂直な方向に変位させるアクチュエータとを備える。
【００３７】
好ましい実施形態において、前記可変形ミラーは、前記光反射領域の各々に関連付けられた複数のアクチュエータと連結されており、前記各アクチュエータを独立に駆動することによって前記光反射領域の前記基板に対する垂直な方向への変位および／または前記基板に対する傾斜を行うことができる。
【００３８】
好ましい実施形態において、前記空間光変調器は液晶素子である。
【００３９】
好ましい実施形態において、前記受光素子における前記複数の受光領域の各々は、光電変換部を有しており、前記受光選択部によって選択された前記受光領域における前記光電変換部からの出力を蓄積するメモリと、前記メモリに蓄積された出力を配列して全体画像を再構成する再構成部とを更に備える。
【００４０】
好ましい実施形態において、前記受光素子は、露光によって物性が変化する記録媒体であって、前記受光選択部が前記入射光の透過または遮光を選択するシャッター部材を備える。
【００４１】
好ましい実施形態において、前記空間光変調器は、光学的ローパス機能を発揮する。
【００４２】
本発明の他の光検出装置は、複数の波長の光を含む入射光の位相を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を波長に応じて選択的に受ける受光素子と、前記複数の波長から有効に受光する光の波長を選択する受光選択部と、前記受光選択部によって選択された波長に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部とを備える。
【００４３】
本発明の更に他の光検出装置は、結像特性が多種類に設定可能な結像光学系の光路に設けられ、入射光の位相を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器によって位相が変調された前記光を受ける受光素子と、前記多種類の結像特性から選択された結像特性に関する情報を検知する結像特性検知部と、前記結像特性検知部の出力に応じた変調パターンを前記空間光変調器に与える変調制御部とを備える。
【００４４】
前記結像特性は、結像倍率である。
【００４５】
本発明の更に他の光検出装置は、結像光学系の光路に設けられ、入射光を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器に複数の変調パターンを与える変調制御部と、前記空間光変調器により変調された前記入射光を受光する複数の受光領域を備えた受光素子と、前記複数の受光領域の中から有効に受光する受光領域を選択する受光選択部とを備え、前記変調制御部は、前記受光選択部によって選択された前記受光領域に対して、それぞれ前記入射光の光量を調整するための変調パターンを生成する。
【００４６】
好ましい実施形態において、各前記受光領域内の光量を各々測定する光量検出部をさらに備え、前記変調制御部が、前記光量検出部の出力に基づいて前記変調パターンを生成する。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、空間光変調器を制御する変調制御部が、画角や結像倍率などの各要因の変化に対応して適正な結像性能を与える変調パターンを生成するために、受光素子の全領域にわたる収差低減もしくは光量調整の適正化と光学系の簡素化を両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（実施形態１）
以下、図１〜図６を参照しながら、本発明による光検出器の第１の実施形態を説明する。
【００４９】
まず、図１を参照する。図１は、本実施形態における光検出装置の概略構成図である。図示されている光検出装置の筐体１には、レンズ２、レンズ移動機構３、可変形ミラー４、受光素子５、および制御回路６が取り付けられている。制御回路６は、図１のブロック図で示されるように、受光選択部７、変調制御部８、画像再構成部９、画像記録部１０、および全体制御部１１を備えている。
【００５０】
レンズ２は、撮像対象である物体Ｙからの入射光を集光する対物レンズである。レンズ２を通った入射光の位相は、空間光変調器として機能する可変形ミラー４によって変調される。そして、可変形ミラー４によって反射された入射光は、受光素子５上に集光される。図１は、物体Ｙのある一点Ｙａからの入射光が受光素子５上の点Ｙａ’に結像している状態を示している。このときの光検出装置から物体Ｙまでの距離をｘ、入射光の角度をαとする。また同図には、点Ｙａから点Ｙａ’に至る入射光の光路Ｌ１〜Ｌ３が示されている。点Ｙａの像を点Ｙａ’に鮮明に結ばせるためには、各光路Ｌ１〜Ｌ３を含む全ての光路長が互いに等しくなるか、もしくは波長の整数倍だけずれるように設定すれば良い。すなわち、点Ｙａを出発して各光路をたどった入射光の位相が点Ｙａ’において一致すればよい。この条件を、可変形ミラー４を変形させることで実現している。可変形ミラー４の各点における変形量の目標値はαとｘだけの関数として算出することができ、ここではそれらをテーブル化して、αとｘに関わる値をアドレスとして呼び出している。可変形ミラー４の空間光変調器としての機能は５つあり、１つはこの収差補正機能であり、残る４つはシャッター機能、絞り機能、光学的ローパスフィルター機能と手振れ補正機能である。これらについての詳細は後述する。
【００５１】
レンズ２のレンズ面形状は、可変形ミラー４を変形させない状態、すなわち可変形ミラー４の表面が平坦な平面状態にしたときに、物体Ｙの光軸Ｏ付近の点Ｙｏが比較的良好に受光素子５上の点Ｙｏ’に結像するような形状に設計されている。
【００５２】
レンズ移動機構３はレンズ２を光軸Ｏに沿って前後移動させ、これによって焦点調節を行う。
【００５３】
可変形ミラー４は基板４ａ上に変形可能な微小ミラー４ｂを多数設けたものである。これは、例えば、本願出願人による先願である国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ０２／１２３４４に記載された構成を用いて実現することができる。各微小ミラー４ｂは□１００〜２００μｍ程度の正方形もしくはＷ方向を長手方向とする長方形形状の微小な反射面を持ち、隣接する微小ミラーと約１μｍの隙間をおいて２次元にアレイ状に配列されて全体の反射面を形成している。各微小ミラー４ｂはその裏面に接続されたアクチュエータ４ｃによって、基板４ａからの垂直方向変位および／または基板４ａに対する傾斜を独立して制御することが可能である。
【００５４】
この可変形ミラー４の詳細を、図２を用いて説明する。図２は本発明の実施形態１における可変形ミラー４の分解斜視図である。ここでは１つの微小ミラー４ｂおよびアクチュエータ４ｃの周辺を拡大したものが図示されている。
【００５５】
アクチュエータ４ｃの固定部側には、基板４ａ上に設けられた絶縁層２１と、その絶縁層２１上に設けられたベース２２および固定電極２３〜２５が備えられている。ベース２２および固定電極２３〜２５は、アルミニウム（Ａｌ）または多結晶シリコン等の導電膜をパターニングすることによって形成されている。固定電極２３〜２５はそれぞれ２つの固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂに分割されている。固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂは、絶縁層２１に形成されたビア（不図示）によって基板４ａに形成された駆動回路に接続されている。駆動回路は、０〜５Ｖの範囲内で各々独立した電圧を固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂに与えることができる。この６つの固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂに印加する電圧は例えば１６ｂｉｔ程度の多段階の値として設定され得る。一方、ベース２２は接地電位に設定されている。ベース２２の一部は可動電極を支持する支持ポスト２２ａとして機能する。
【００５６】
アクチュエータ４ｃの可動部側としては、支持ポスト２２ａにヒンジ２６を介してヨーク２７〜２９が取り付けられ、さらにこれらのヨーク２７〜２９を微小ミラー４ｂに連結するための中間連結部材３０が設けられている。
【００５７】
ヨーク２７〜２９は、対応する固定電極２３〜２５に対向し、それぞれが可動電極として機能する。ヨーク２７〜２９は、アルミニウム（Ａｌ）もしくは多結晶シリコン等の導電性部材をパターニングすることによって形成され、ベース２２と導通して接地電位に設定されている。ヨーク２７〜２９は、それぞれ固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂに対向する位置に第１の部分２７ａ〜２９ａおよび第２の部分２７ｂ〜２９ｂを有している。例えばヨーク２７について、固定電極片２３ａに駆動電圧を与えた場合、第１の部分２７ａが固定電極片２３ａ側に吸引される。これに対し、固定電極片２３ｂに駆動電圧を与えた場合は、第２の部分２７ｂが固定電極片２３ｂ側に吸引される。このようにして、回動軸Ａを中心にしてＣＷ（時計回り）方向、ＣＣＷ（反時計回り）方向の何れに対しても、選択的に回動力を付与できる。他のヨーク２８，２９についても同様である。
【００５８】
中間連結部材３０は、３点の突起３０ａ〜３０ｃを備え、突起３０ａはヨーク２７の第２の部分２７ｂと連結し、突起３０ｂはヨーク２８の第１の部分２７ａと連結し、突起３０ｃはヨーク２９の第２の部分２９ｂと連結している。このため、ヨーク２７〜２９を個別に回動駆動させると、突起３０ａ〜３０ｃの変位を独立に制御できることになり、これによって中間連結部材３０の姿勢が定まる。微小ミラー４ｂは、中間連結部材３０の概中心部である斜線部３０ｄにおいて中間連結部材３０と一体に連結されている。このため、中間連結部材３０の姿勢が、微小ミラー４ｂの姿勢を決定する。上記の構成から明らかなように、固定電極片２３ａ、２３ｂ〜２５ａ、２５ｂを適宜選択して駆動電圧を独立に設定することにより、微小ミラー４ｂを、ｚ方向の変位、ｘ軸周りの傾き、ｙ軸周りの傾き
について正負双方向に駆動することが可能である。
【００５９】
再び図１を参照して、可変形ミラー４の説明を行う。
【００６０】
図１では各微小ミラー４ｂがその周縁において隣接する微小ミラーと連続するようにほぼ同程度の変位量を持ち、反射面全体が１つの連続的な曲面を形成している状態を例示している。この曲面は任意の形状に設定でき、アクティブに面形状を制御できる反射鏡の役割を果たしている。もちろん、隣接する微小ミラー４ｂ同士の周縁における変位量が異なり、全体の反射面が不連続となるような変位制御を行ってもよい。微小ミラー４ｂは各々独立に姿勢を制御できるので、可変形ミラー４は様々な形状の回折格子の役割を果たすこともでき、その形状によって回折光の次数毎の光量や集光位置等を制御することができる。このように各微小ミラー４ｂの変位量の制御によって入射光８の光路長を変化させ、入射光８に対して任意の位相変調を行うことが可能である。この各微小ミラー４ｂの変位量の目標値、すなわち可変形ミラー４の変調パターンについては、予め複数の変調パターンが作成されており、変調制御部８に備えられたメモリ１２に格納されている。そして、受光選択部７から受光領域を指定するアドレスＡが出力され、全体制御部１１から距離データＸ、シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢが出力されると、これに対応する変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）が呼び出される。適正な結像性能を与えるための可変形ミラー４の変形目標値は角度αと距離ｘとが定まれば決定可能であることは既に説明したが、アドレスＡは角度α、距離データＸは距離ｘを表すデータとなっている。シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢの詳細は後述する。
【００６１】
可変形ミラー４の基板４ａには、変調制御部８から出力された変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）に応じて、各アクチュエータ４ｃに駆動電圧を与える駆動回路が備えられている。ここでは、各微小ミラー４ｂの変位制御は開ループ制御で行われ、目的の変位量から逆算された駆動電圧が各アクチュエータ４ｃに与えられ、これによって各微小ミラー４ｂの多段階の変位を実現している。
【００６２】
受光素子５は画素が２次元アレイ状に配列されたＣＣＤイメージセンサもしくはＣＭＯＳイメージセンサである。
【００６３】
次に、図３を参照して受光素子５の詳細を説明する。図３は、本実施形態における受光素子の概略構成図である。
【００６４】
受光素子５の全画素数は１２８０画素×１２８０画素であり、この受光素子５はその受光部４０が水平方向に５分割、垂直方向に５分割されている。この計５×５個の各受光領域４０（１，１）〜４０（５，５）はそれぞれ２５６画素×２５６画素を含み、受光領域毎にアクセスが可能である。このために、受光領域４０の水平方向分割数と同数の水平走査回路４１（１）〜４１（５）と、受光領域４０の垂直方向分割数と同数の垂直走査回路４２（１）〜４２（５）が備えられている。
【００６５】
領域選択回路４３は、受光選択部７から出力されたアドレスＡを入力し、これに基づいて動作させる受光領域を選択する。ここでｉ、ｊを１〜５までの数を表すものとし、各受光領域を４０（ｉ，ｊ）とすると、アドレスＡにはこのｉとｊの値を指定するデータが含まれている。より具体的には、領域選択回路４３は動作させる受光領域４０（ｉ，ｊ）に対応する水平走査回路４１（ｊ）と垂直走査回路４２（ｉ）とを選択し、この領域内の２５６画素×２５６画素を順次走査する。各画素のフォトダイオードからの出力は処理回路４４によって増幅およびデジタル化され、出力データＤ（Ａ）が得られる。出力データＤ（Ａ）とはアドレスＡにより指定された受光領域の全画素分のデータ列を意味する。
【００６６】
受光領域４０（ｉ，ｊ）の撮像動作を行っている時、可変形ミラー４の反射面形状は、入射光の結像時の収差が受光領域４０（ｉ，ｊ）の中心部において最も小さくなるように制御されている。例えば、受光領域４０（１，１）の撮像動作を行っている時を例にとると、受光領域４０（１，１）を含む点線Ｃで示した領域内は適正な結像性能が得られている。撮像動作を行う受光領域４０（ｉ，ｊ）を選択する動作に同期して、点線Ｃで示したような適正な結像性能を与える領域を受光領域４０（ｉ，ｊ）上に設定しているため、全受光領域において適正な結像性能を持つ画像を得ることが可能となっている。１フレーム分の画像を得るには、受光領域４０（１，１）、４０（１，２）、４０（１，３）、・・・、４０（５，５）というように順次インクリメントし、２５個の受光領域全てから出力データＤを得る。もちろん、ランダムな順番で受光領域を選択しても良い。あるいは１フレーム内の必要に応じた範囲のみを選んで撮像することも可能である。例えば、動画を撮像するときに受光領域毎に動き検出を行い、前フレームの画像と比較して変化量が所定レベル以下の受光領域は、次フレームの撮像動作を行わず、現フレームの画像データをそのまま適用する等という構成も考えられる。いずれにしても、可変形ミラー４が有効に受光動作を行う受光領域に対して常に適正な結像性能を与えるように、受光領域の選択動作と同期して変調パターンＰが選択されている。
【００６７】
ところで、変調パターンＰのパターン数についてであるが、受光領域４０（１，１）、４０（１，５）、４０（５，１）、４０（５，５）は回転対称であり、それぞれに対応する変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）もアドレスＡのパラメータに関して言えば回転対称性を有する。従って、１つの変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を例えば９０度回転させて別の変調パターンＰ（Ａ’，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を作成することが可能である。こうした対称性を利用すれば、メモリ１２に格納すべき変調パターンのパターン数は、例えばアドレスＡに関して言えば、アドレスＡの数２５に対して５個にまで減らすことが可能である。
【００６８】
また、前述のように、可変形ミラー４を変形させずに表面を平坦にした場合には、全受光領域４０（１，１）〜（５，５）の中央部に相当する位置に存する受光領域４０（３，３）において適正な結像性能が得られているものとする。レンズ移動機構３によるフォーカス制御時には、この受光領域４０（３，３）を用いて、画素間のコントラストが最大となる位置にレンズ２を移動する。
【００６９】
再び図１に戻って光検出装置の全体構成の説明を続ける。
【００７０】
受光選択部７は１フレームの撮影動作時にはアドレスＡの値を順次切り替えて、２５個の全ての受光領域から出力データＤ（Ａ）が得られるようにする。動画撮影時は、これを繰り返す。既に説明したように、アドレスＡは受光素子５と変調制御部８とに出力され、これによって、受光素子５による撮像動作と可変形ミラー４による入射光変調動作との同期がとられている。また、アドレスＡは画像再構成部９にも出力される。
【００７１】
変調制御部８は、可変形ミラー４を駆動するための変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を生成する。変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）は各微小ミラー４ｂの変形量の目標値であり、これは受光選択部７から出力されたアドレスＡ、全体制御部１１から出力された距離データＸ、シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢの関数となっている。変調制御部８のメモリ１２には、アドレスＡと距離データＸとが与えられた場合に発生する収差を補正して適正な結像性能を与えるための変調パターンＰ（Ａ，Ｘ）が予め計算的もしくは実験的に求められ、複数格納されている。これらの変調パターンはアドレスＡと距離データＸとに対するテーブルの形態で格納されており、アドレスＡと距離データＸとが入力されると、対応する変調パターンＰ（Ａ，Ｘ）が読み出される。この変調パターンＰ（Ａ，Ｘ）は、さらに変調制御部８において、シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢに応じた変調をかけられて最終的な変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）が生成される。
【００７２】
画像再構成部９は、受光選択部７からのアドレスＡと、受光素子５からの出力データＤ（Ａ）とを入力して１フレーム分の画像を再構成する。アドレスＡに対応する受光領域の出力データＤ（Ａ）は一時的にメモリ１３に保存され、全ての受光領域からの出力データが蓄積されると、これらをつなぎ合わせて１つの画像が作られる。画像データの圧縮処理も画像再構成部９で行われる。データ圧縮の処理手順としては、下記の２つの方法のいずれかが選択可能である。第１の方法は、各受光領域からの非圧縮画像をつなぎ合わせて全画面分の非圧縮画像を作成した後にデータ圧縮を行う方法である。第２の方法は、各受光領域単位で２次元ＤＣＴ処理等の画像圧縮を行った後に、これらをつなぎ合わせる方法である。第２の方法は、メモリ１３の容量を削減でき、処理速度を高速化できるといった長所を備える。こうして上記いずれかの方法でデータ圧縮された全体画像は画像記録部１０に記録される。画像記録部１０はフラッシュメモリカード等の可換型メモリである。
【００７３】
全体制御部１１はフォーカス制御部１４、光量検出部１５、姿勢変化検出部１６を備え、光検出装置全体の動作を制御する。
【００７４】
フォーカス制御部１４は、光検出装置と物体Ｙとの距離ｘに応じてレンズ２を合焦位置に移動させるように、レンズ移動機構３を制御する。距離ｘを距離計で直接測定してレンズ位置を調節してもよいが、ここでは可変形ミラー４を平坦にした状態で光軸付近の受光領域でのコントラストが最大となる位置にレンズ２を移動している。フォーカス制御部１４は、このときのレンズ２の位置情報を、距離ｘに相関する距離データＸとして出力している。
【００７５】
光量検出部１５はマトリックス測光方式の露出計から構成され、複数の測光点について光量を検出し、照度データを作成する。光量検出部１５が光量を測定する測光点の位置は受光素子５の各受光領域の位置と対応し、本実施例では５×５＝２５点の測光点が設けられている。この各測光点からの出力は、アドレスＡと対応させて、照度データＩ（Ａ）とする。また、全体制御部１１にはユーザＩ／Ｆを介して絞り優先あるいはシャッター速度優先を選択入力し、絞り値あるいはシャッター速度値を入力する。これらのデータと照度データＩ（Ａ）とから受光領域毎のシャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）とを決定する。シャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）とはアドレスＡによらず一定値としてもよいが、これらをアドレスＡ毎に可変にしてもよい。これにより、光量調節のための制御自由度を大きく増やすことができる。これは、受光素子５の全域にわたる均一な光量調整を容易にする。また、画像内の明暗差が大きくダイナミックレンジの確保が難しい画像についても、受光領域毎に光量を調節することで、画像の白とびあるいは黒つぶれを有効に防止することができる。あるいは、全体制御部１１がユーザに画像領域毎に絞り優先あるいはシャッター速度優先を選択可能に設けてもよい。こうすれば、一部の受光領域はシャッター速度を遅くして流れた感じを出し、同じ画面の別の受光領域ではシャッター速度を速くして瞬間を切り取った感じを出すなど、受光領域毎に異なる効果を持たせた特殊な絵作りを行うことができる。
【００７６】
姿勢変化検出部１６は、手ブレ補正を行うために筐体１の姿勢変化を検出する。姿勢変化検出部１６は、角速度センサ（不図示）２組を備え、筐体１のピッチングおよびヨーイングの角速度が検出される。これらの角速度出力は積分器により積分され、撮像開始時点からの姿勢変化として一定時間間隔ごとに筐体１の姿勢変化に関わる姿勢変化検出データＢが算出される。算出された姿勢変化検出データＢは変調制御部８に出力される。
【００７７】
次に、以上のように構成した光検出装置の動作を説明する。
【００７８】
シャッターボタン（不図示）を半押しにすると、全体制御部１１は、まず焦点調節を行う。レンズ移動機構３によってレンズ２を前後に微小移動し、受光素子５の光軸付近の受光領域でのコントラストが最大になる位置を探索する。このとき、可変形ミラー４には駆動電圧を与えず、微小ミラー４ｂの反射面は平坦としている。レンズ２が合焦位置に調節されると、このときの距離データＸが作成される。
【００７９】
次に、光量検出部１５が各測光点からの照度データＩ（Ａ）を出力する。全体制御部１１は、この照度データＩ（Ａ）のパターンを予め保有する複数の照度パターンデータと照合して画像の状況を判断し、最適と判断されるシャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）とを決定する。これらの距離データＸ、シャッター時間データＴ（Ａ）、絞りデータＦ（Ａ）は変調制御部８に出力される。
【００８０】
これでシャッターボタンの半押しによる準備動作を完了し、次にシャッターボタンが押されると全体制御部１１は撮像動作を開始する。まず姿勢変化検出部１６が筐体１の２軸の角速度を検出し、撮像開始時点を起点としてこの角速度出力を積分して姿勢変化検出データＢを出力する。
【００８１】
受光選択部７はアドレスＡを順次切り替えて受光素子５と変調制御部８に出力する。これにより、受光素子５の各受光領域を選択的に有効に動作させ、これと同期して変調制御部８に各受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を発生させる。可変形ミラー４は変調制御部８からの変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）に応じて各微小ミラー４ｂを変位させ、入射光を変調する。可変形ミラー４は姿勢変化検出データＢに応じて結像点の位置を補正し、アドレスＡと距離データＸに応じて画角等による収差を補正し、シャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）に応じて動作中の受光領域への光量を制御する。
【００８２】
また、受光素子５では画素間ピッチで定まる空間周期で離散サンプリングを行っているが、この折り返し誤差によるモアレ縞が発生するのを防ぐために、可変形ミラー４は光学的ローパスフィルターとしても機能している。
【００８３】
これらの撮像中の可変形ミラー４の絞り、シャッター、ローパスフィルター、手ブレ補正の各動作を図４〜図６を用いて説明する。図４は可変形ミラー４の絞りおよびシャッター動作を説明する動作説明図である。
【００８４】
図４（ａ）は開放絞りに相当する可変形ミラー４の状態を示している。受光素子５のうち有効に受光動作している受光領域をＧとする。これ以外の全ての領域を、受光素子５の外の領域も含めて非受光領域と呼ぶ。図４（ａ）において、各微小ミラー４ｂは受光領域Ｇの中心において収差が最小になるように変形している。これを実現する条件が、各光路をたどる入射光の位相条件を等しくするように光路長を決定することであることは既に説明したとおりである。このとき可変形ミラー４は特に絞りの機能は果たしておらず、開放絞りに相当する状態にある。
【００８５】
図４（ｂ）は全ての入射光を受光領域Ｇ外に偏向している可変形ミラー４の状態を示している。これを実現する条件は、受光領域Ｇ内においては各光路をたどる入射光の位相条件が互いに大きく異なり相殺的な干渉が発生するように光路長を決定することである。一例を挙げれば、各微小ミラー４ｂを図４（ａ）の姿勢から大きく異なる傾斜角に傾ければよい。あるいは、微小ミラー４ｂがブレーズ形状の回折格子を形成し、１次光以上の高次光を受光領域Ｇ外に偏向させた上でこの光量比をほぼ１００%程度まで高めることもできる。このような条件を与える解は多数存在するので、適当なものを１つ選んで変調パターンとして採用すればよい。これにより、受光領域Ｇ内については実質的に完全に遮光が行われていることになる。
【００８６】
受光領域Ｇは受光素子５の全受光領域の一部に過ぎないので、受光素子５と可変形ミラー４とが近い距離にあっても、入射光を容易に非受光領域に偏向することができる。このため、従来のように入射光を完全に受光素子５外に偏向させねばならないような場合に比べて、受光素子５と可変形ミラー４との距離を大幅に短くすることが可能である。
【００８７】
図４（ｃ）は絞りを形成している可変形ミラー４の状態を示している。可変形ミラー４のうち領域Ｓ内の微小ミラー４ｂは、図４（ａ）における各微小ミラー４ｂの変形状態と同様に、受光領域Ｇの中心において収差が最小になるように変形している。また、可変形ミラー４のうち領域Ｓ外の微小ミラー４ｂは、図４（ｂ）における各微小ミラー４ｂの変形状態と同様に、入射光を受光領域Ｇ外に偏向している。従って、領域Ｓは絞りの開口に相当し、この瞳内の入射光は受光領域Ｇに到達し、それ以外の入射光は実質的に遮光される。領域Ｓの大きさは、絞りデータＦによって決定される。また、可変形ミラー４は、シャッター時間データＴによって規定される時間内だけ図４（ｃ）の動作状態にあり、それ以外は図４（ｂ）の動作状態にある。これにより、シャッター時間データＴの期間内だけ入射光を受光領域Ｇに到達させることができ、可変形ミラー４は絞りとシャッターの機能を同時に実現している。
【００８８】
絞りの開口径やシャッター時間は受光領域Ｇ毎に可変に設定可能であるため、それぞれ最適な値が用いられる。光学系の設計にもよるが、一般的に視野の中心付近では絞りが効きやすく、周辺部では絞りが効きにくい傾向があるため、受光素子の中心付近にある受光領域では絞りの開口径の変化を小さくし、受光素子の周辺付近にある受光領域では絞りの開口径の変化を大きくすれば、光量の均一化が図りやすい。当然ながら、絞りの形状も任意に設定できるため、この形状を最適化することで光量の均一化をより一層図ることができる。
【００８９】
次に、図５を用いて可変形ミラー４の光学的ローパスフィルター機能動作を説明する。図５は可変形ミラー４の光学的ローパスフィルター機能動作を説明する動作説明図である。
【００９０】
受光素子５のうち有効に受光動作している受光領域Ｇに対して、可変形ミラー４のうち領域Ｓ内の微小ミラー４ｂは、受光領域Ｇ内の収差が小さくなるように変形していることは既に説明したとおりである。しかし、領域Ｓ内の微小ミラー４ｂは、さらに、光学的ローパスフィルターとして機能するために、微視的に見ると、物点Ｙａに対する結像点を点Ｙａ’１と点Ｙａ’２の２点を形成している。結像点Ｙａ’１と結像点Ｙａ’２とは、丁度撮像素子５の画素間ピッチｐ分離れた位置にあり、これによって受光素子５のナイキスト周波数に相当する帯域の光学的な信号成分が遮断される。このため、受光素子５のサンプリング時の折り返し誤差を低減し、モアレの発生を防止する光学的ローパスフィルターの機能が実現できる。結像点を点Ｙａ’１と点Ｙａ’２の２点に分離するには、領域Ｓ内の複数の微小ミラー４ｂのうち、その一部のものを点Ｙａ’１に結像するように姿勢を制御し、他のものを点Ｙａ’２に結像するように姿勢を制御すればよい。これも変調制御部８が出力する変調パターンＰの内容のみで実現可能な事柄である。また、実際の結像点は２点ではなく、受光素子５の画素の水平方向、斜め２方向の計３方向４点に、それぞれ画素間ピッチだけずらした結像点を設けている。効果的な光学的ローパスフィルター効果を得るには、受光領域Ｇ内の全ての結像点に対して正確に画素間ピッチｐ分だけずらした点を構成する必要がある。有効な受光領域Ｇの中心部付近と周辺部付近とではこのずらし量に誤差が出るが、受光領域Ｇの大きさを十分小さくすることでこの誤差を問題のないレベルまで小さくすることが可能である。
【００９１】
従来は一般的にはこうした画素間ピッチｐ分ずれた複数の結像点を設ける構成を水晶などの複屈折材を組み合わせて構成していたが、本発明によれば特別な部材を必要とすることなく、モアレを防ぐ光学的ローパスフィルターを構成することができる。また、従来の複屈折材を利用した光学的ローパスフィルターは入射光が偏りのない光であることが必要であったが、本発明ではこうした制約がなく、入射光の偏光方向によらず使用が可能な光学的ローパスフィルターを提供することができる。
【００９２】
次に、図６を用いて可変形ミラー４の手ブレ補正動作を説明する。図６は可変形ミラー４の手ブレ補正動作を説明する動作説明図である。
【００９３】
撮像開始時点を起点とし、このとき物体Ｙのある一点Ｙａ（０）からの入射光は角度α（０）で装置内に入射し、受光素子５上の点Ｙａ’に結像している。既に説明したように、角度α（０）は受光領域を選択するアドレスＡにより定まる値であり、可変形ミラー４は点Ｙａ（０）から点Ｙａ’に至る各光路をたどる入射光の位相条件を等しくするように変形している。
【００９４】
筐体１が手ブレにより向きを変えると、筐体１側からは物体Ｙが移動するように見える。
【００９５】
撮像開始時点から時刻ｔが経過したとき、点Ｙａ（０）は点Ｙａ（ｔ）に移動し、入射光の角度がα（ｔ）−α（０）だけ変化する。可変形ミラー４は、この入射角度変化α（ｔ）−α（０）を補償して結像点Ｙａ’の位置を一定に保つように変位量を制御する。これは点Ｙａ（ｔ）から点Ｙａ’に至る各光路をたどる入射光の位相条件を等しくするように変形することで実現される。この条件を満たす変位量は、実質的に角度変化α（ｔ）−α（０）が求まれば作成可能であり、この角度変化α（ｔ）−α（０）は姿勢変化検出部１６が出力する姿勢変化検出データＢとして与えられる。従って、変調制御部８は、この姿勢変化検出データＢを基に、手ブレ補正を行う変調パターンを発生することができる。
【００９６】
このように、可変形ミラー４は、単に変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を変化させるだけで、収差補正機能、絞り機能、シャッター機能、光学的ローパスフィルター機能、手ブレ補正機能の任意の組み合わせを同時に実現させることが出来るため、装置構成の大幅な簡素化や小型化を図ることができる。また、受光領域毎に異なる絞りの開口径もしくはシャッター時間を設定可能に設けているため、受光素子の全領域に渡って均一な光量調整を行うことができる。
【００９７】
以上のように本実施形態の光検出装置は、受光素子５の受光領域の中から受光選択部７が有効に受光する受光領域を選択し、変調制御部８がこの受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンを生成するように構成されている。従って、簡素な光学系でも、受光素子５の全領域にわたって画角に伴う収差を効果的に低減させることができる。
【００９８】
さらに本実施形態によれば、変調制御部８が、可変形ミラー４に入射した入射光の一部を有効な受光領域Ｇ外に偏向させることにより、有効な受光領域Ｇに入射する光量を調整するように構成されている。従って、収差補正機構と光量調整機構とを１つの可変形ミラー４で兼用することができ、光学系を簡素化することができる。
【００９９】
また本実施例によれば、有効な受光領域Ｇ外に偏向された入射光が、受光素子５の他の受光領域内に照射されるように構成されている。従って、従来のように入射光を完全に受光素子５外に偏向させねばならないような場合に比べて、受光素子５と可変形ミラー４との距離を大幅に短くすることが可能となり、光検出装置を小型化することができる。
【０１００】
また本実施形態によれば、変調制御部８は姿勢変化検出部１６の出力に応じて結像点の移動を補償する変調パターンを生成するように構成されている。従って、手ブレ補正機構を１つの可変形ミラー４で兼用することができ、光学系を簡素化することができる。
【０１０１】
また本実施形態によれば、変調制御部８は入射光を受光素子５の画素間ピッチ分だけ互いにずれた複数の結像点に結蔵させるような変調パターンを生成するように構成されている。従って、光学的ローパスフィルターを１つの可変形ミラー４で兼用することができ、光学系を簡素化することができる。
【０１０２】
また本実施形態によれば、受光素子５の受光領域の中から受光選択部７が有効に受光する受光領域を選択し、変調制御部８がこの受光領域に対して適正な遮光パターンを生成するように構成されている。従って、受光領域毎に独立に光量調整を行うことができ、従来のように１つの遮光パターンで受光素子の全領域を一度に光量調整する場合に比べて、遮光器の配置設計上の制約が大幅に緩和され、装置全体の小型化を図ることができる。
【０１０３】
なお、本実施形態では、アドレスＡは受光素子５の受光領域を指定する情報とし、これに応じて変調制御部８が変調パターンＰを出力する構成を説明したが、さらにアドレスＡがＲ、Ｇ、Ｂの各色を指定する情報を含み、これに応じて変調制御部８が変調パターンＰを出力することもできる。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の波長差による色収差を効果的に低減させることができる。
【０１０４】
また、本実施形態ではレンズ２は両凸単レンズとして説明したが、これをメニスカスレンズ等の他のレンズ形状としたり、組みレンズとしたり、回折素子と組み合わせたり、凹凸面を有する反射鏡を用いたりといった一般的な光学設計技術に基づく変更を加えることができる。これらの変更を適宜用いることによって、例えば色収差はレンズ設計によって抑制して画角による収差を可変形ミラーで除去する、といった様々な設計解の選択肢を与えることができる。これによって、適度な光学系の簡素化を図りつつ、例えば角度α、距離ｘ、波長差による収差等の一部を緩和し、変調パターンＰのパターン数を減らすことができる。
【０１０５】
また、本実施形態ではレンズ移動機構３によりレンズ２を動かして焦点調整を行ったが、このレンズ移動機構３を省略してレンズ２を筐体１に固定してもよい。これは、レンズ２の被写界深度が深く、パンフォーカスカメラとして用いる場合は自明の構成であるが、レンズ２の被写界深度が浅い場合でも、レンズ移動機構３によりレンズ２を光軸に沿って動かしたのと等価な波面を可変形ミラー４で作り出すことにより、焦点調整のためのレンズ移動機構３を省略することができる。
【０１０６】
さらには、レンズ２に相当する構成を省略することも可能である。すなわち、可変形ミラー４が集光面を形成して受光素子５上に像点を結ばせることもでき、この構成によれば、より一層の装置小型化、部品削減が可能であると共に、特別な制御を行うことなく色収差の発生を抑制することができる。
【０１０７】
また、本実施形態では受光素子５の各受光領域は２５６画素×２５６画素を備えているが、この数は任意であり、１画素が１つの受光領域を形成していてもよい。受光領域の数も任意に決定でき、この受光領域の数を多くするほど画角による収差を細かく補正できる。また、各受光領域に対して測光点の数は１つとしたが、各受光領域に対して複数の測光点を設けても良いことはいうまでもない。
【０１０８】
（実施形態２）
図７を参照しながら、本発明の光検出装置の第２の実施形態を説明する。図７は本発明の実施形態２における光検出装置の概略構成図である。
【０１０９】
本実施形態では、光検出装置の筐体５１には、可変形ミラー４、受光素子５５、制御回路５６がそれぞれ固定されている。制御回路５６は、変調制御部５７、画像記録部１０、全体制御部５８を備えている。また、筐体５１には交換可能なレンズユニット５２がマウントされている。可変形ミラー４、画像記録部１０は実施形態１で説明したものと同一の構成である。
【０１１０】
レンズユニット５２は、筐体５１に脱着可能に設けられ、他のレンズユニットと交換が可能に設けられている。ここでは、レンズユニット５２は、それぞれ独立に移動可能な凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとを備え、撮像対象である物体Ｙからの入射光を多段階の結像倍率βで受光素子５５上に集光する。凹レンズ部５３ａの焦点距離を−７０ｍｍ、凸レンズ部５３ｂの焦点距離を５０ｍｍ、倍率−１/２〜−１とすると、レンズユニット５２はｆ＝３５〜７０ｍｍの２群構成ズームレンズとなる。図７では凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとは簡単のために単レンズとして図示しているが、これらは組みレンズであってもよい。本実施形態では画角による収差、色収差はこれらのレンズ系の設計によって実用上問題にならないレベルに抑えられているものとし、以降では凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとを動かしてレンズユニット５２の結像倍率βを変化させた場合のレンズ系の状態変化に伴う収差と、物体Ｙまでの距離ｘによるフォーカスの高次収差とを可変形ミラー４で補正する構成を説明する。
【０１１１】
レンズユニット５２には不揮発性メモリからなるレンズ情報保持部５４が備えられ、レンズユニット５２の種別、可変できる結像倍率β、レンズユニット５２が距離ｘにある物体Ｙに対して結像倍率βで合焦した場合の結像特性に関する情報等が保持されている。この結像特性とは特にレンズユニット５２が持つ収差の特性に相関するものである。ここでは、レンズ情報保持部５４は、レンズユニット５２が距離ｘにある物体Ｙに対して結像倍率βで合焦した場合に最も好ましく収差を補正できる可変形ミラー４の変調パターンとして計算的もしくは実験的に求められたものが格納されている。この変調パターンは、後述する距離データＸと結像倍率データＺとに対するテーブルの形態で保持される。
【０１１２】
また、凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとにはこれらを独立に移動させる。
【０１１３】
また、凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとにはこれらを独立に移動させる移動機構が備えられ、それぞれが全体制御部５８からの制御を受けて独立に駆動される。さらに、レンズユニット５２にはそれぞれ凹レンズ部５３ａの位置と凸レンズ部５３ｂの位置を検知するエンコーダ（不図示）が備えられ、これらの位置情報を全体制御部５８に出力する。
【０１１４】
受光素子５５は画素が２次元アレイ状に配列されたＣＣＤイメージセンサもしくはＣＭＯＳイメージセンサである。受光素子５５は第１の実施形態で説明した受光素子５と同じものでもよいが、ここでは受光領域が特に複数に分割駆動されることのない通常のフレーム走査型の撮像センサとしている。
【０１１５】
変調制御部５７は、全体制御部５８から出力された距離データＸと結像倍率データＺとに応じて、可変形ミラー４に出力する変調パターンＰ（Ｘ，Ｚ）を生成する。変調制御部５７のメモリ５９には、結像情報保持部５４から読み出された変調パターンのテーブル情報が格納され、全体制御部５８から与えられた距離データＸと結像倍率データＺとに対応して、変調パターンＰ（Ｘ，Ｚ）が読み出される。
【０１１６】
全体制御部５８は、レンズ情報検知部６０、倍率制御部６１、フォーカス制御部６２を備え、光検出装置全体の動作を制御する。
【０１１７】
レンズ情報検知部６０はレンズ情報保持部５４の内容を読み出して、レンズユニット５２の種別を検知する。この情報に基づき、全体制御部５８はメモリ５９の内容となる変調パターンのテーブル情報の更新を行う。
【０１１８】
倍率制御部６１は、ユーザ操作による結像倍率βの増加もしくは減少の指示に応じて凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとの位置を制御すると共に、この結果得られた凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂの位置から結像倍率データＺを生成する。
【０１１９】
フォーカス制御部６２は、光検出装置と物体Ｙとの距離ｘに応じて凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとの位置を合焦位置に移動させる。合焦の判断は、第１の実施形態と同様に、受光素子５５の出力の画素間コントラストが極大となる位置を判別することによって行われる。このとき凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとは所定の配置関係を維持しつつ細かく前後に動かされ、受光素子５５の画素間コントラストが極大化する位置が探索される。
【０１２０】
凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとを動かす際には、その都度、距離データＸが出力され、変調制御部５７はこの距離データＸに対応する変調パターンＰ（Ｘ，Ｚ）を生成する。このため、可変形ミラー４を駆動して高次収差を除去し、適正な結像性能を与えつつコントラストの極大値を探索することが可能で、精度のよい合焦判断を行うことができる。また、フォーカス制御部６２は、この結果に基づいて距離データＸを生成する。
【０１２１】
全体制御部５８は、以上のように生成した結像倍率データＺと距離データＸとを変調制御部５７に出力する。
【０１２２】
以上のように構成した光検出装置の動作を説明する。
【０１２３】
まず、レンズユニット５２が筐体５１に取り付けられた状態で、レンズ情報検知部６０はレンズユニット５２の種別を検知する。全体制御部５８はレンズ情報保持部５４の情報を読み出して、メモリ５９の内容を更新する。次に、倍率制御部６１が、ユーザのズーム操作に応じて、凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとの位置を制御して結像倍率βを決定し、結像倍率データＺを生成する。
【０１２４】
ユーザがシャッターボタン（不図示）を半押しにすると、全体制御部５８は焦点調節を行う。フォーカス制御部６２が凹レンズ部５３ａと凸レンズ部５３ｂとを動かして合焦位置を探索し、距離データＸを決定する。
【０１２５】
撮像時には、変調制御部５７がこれらの距離データＸと結像倍率データＺとから変調パターンＰ（Ｘ，Ｚ）を生成し、これに従って可変形ミラー４が変形する。この可変形ミラー４の変形によってレンズユニット５２が持つ収差が補正され、受光素子５５上に適正な像が結ばれることになる。受光素子５５から出力された出力データＤは画像記録部１０に記録される。
【０１２６】
以上のように本実施形態の光検出装置は、ズームが可能なレンズユニット５２について、その設定された結像倍率を倍率制御部６１が検知し、これに応じて変調制御部５７が適正な結像性能を与えるように構成している。従って、レンズユニット５２の光学系を簡素化した場合でも、レンズユニット５２の結像倍率の変化に伴う収差の発生を効果的に低減することができる。
【０１２７】
また、本実施形態の光検出装置は、レンズユニット５２と一体に設けたレンズ情報保持部５４に、レンズユニット５２の結像特性に関する情報を格納し、これをレンズ情報検知部６０が検知し、これに応じて変調制御部５７が適正な結像性能を与えるように構成している。従って、互いに異なる結像特性を持つレンズユニット５２が交換装着された場合でも有効に収差の低減を図ることができる。これによって、望遠から広角まで様々な結像特性を持つレンズユニットを扱う場合でも、その光学系を簡素化しつつ収差を有効に補正することが可能となる。あるいは同種のレンズユニットを扱う場合でも、その個体毎の特性ばらつきを補正することができる。個体レンズユニット毎の特性ばらつき補正は、各レンズユニットの検査データをレンズ情報保持部５４に格納することによって有効に行うことができる。
【０１２８】
なお、本実施形態では、結像倍率βと距離ｘとに関わる収差を補正する構成について説明したが、実施例１で説明したような画角による収差や色収差を補正する構成と組み合わせることもできる。
【０１２９】
また、本実施形態では、レンズ情報保持部５４に格納するレンズユニット５２の結像特性情報を、変調制御部５７が発生する変調パターンのテーブル情報としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばレンズユニット５２の収差データをＺｅｒｎｉｋｅ多項式の各係数の形で表したようなものでもよい。
【０１３０】
（実施形態３）
図８を参照しながら、本発明の光検出装置の第３の実施形態を説明する。本実施形態は、空間光変調器と受光選択部の一部を液晶素子で構成し、受光素子を感光フィルムで構成したものである。図８は本発明の実施形態３における光検出装置の概略構成図である。
【０１３１】
本実施形態では、光検出装置の筐体７１には、レンズ２、レンズ移動機構３、液晶位相変調器７２、液晶シャッター７３、感光フィルム７４、制御回路７５がそれぞれ固定されている。制御回路７５は、受光選択回路７６、変調制御部７７、全体制御部７８を備えている。レンズ２、レンズ移動機構３は実施形態１で説明したものと同一の構成である。
【０１３２】
液晶位相変調器７２は、マトリクス型の透明電極を備えた１対のガラス基板間に、ネマティック液晶もしくはＤＨＦ（Ｄｅｆｏｒｍｅｄ Ｈｅｌｉｘ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）液晶などのアナログ位相変調特性を有する液晶を封入し、各透明電極間の電圧を制御して入射光の位相変調を行うものである。液晶位相変調器７２の光の入射側には第１偏光板が設けられ、液晶層には直線偏光が入射するように形成されている。さらに、２枚のガラス基板は、いずれもこの偏光方向に液晶分子が配向するように配向処理がなされている。このため、液晶位相変調器７２を透過する入射光に対して偏光方向を不変にしたまま、光路長の制御を行うことが可能となっている。液晶位相変調器７２を構成する変調素子の数は例えば５１２個×５１２個程度と多く、各変調素子を多段階の駆動電圧で駆動することにより滑らかな位相変調制御を行っている。また、液晶位相変調器７２は図示しない駆動回路を内蔵し、変調制御部７７が出力する変調パターンＰに応じて位相変調を行う。
【０１３３】
液晶シャッター７３は、マトリクス型の透明電極を備えた１対のガラス基板間に、強誘電性液晶を封入し、各透明電極間の電圧を２値的にオンオフ制御して、領域毎に入射光の透過または遮光を行うものである。液晶シャッター７３の液晶層は入射光の偏光方向と平行に配向し、透明電極間に電圧を与えない場合は入射光の偏光方向に変化が無く、透明電極間に電圧を与えた場合は液晶層の複屈折性により入射光の偏光方向が変化するように設けられている。そして、液晶シャッター７３の光の出射側には第２偏光板が設けられ、この第２偏光板の偏光方向は液晶位相変調器７２に設けられた第１偏光板と直交するように設けられる。
【０１３４】
このため、液晶シャッター７３の透明電極間に電圧を与えると、入射光の偏光方向は略９０度回転するため、入射光は透過する。一方、液晶シャッター７３の透明電極間に電圧を与えないと、入射光の偏光面は変化せず、遮断される。
【０１３５】
液晶シャッター７３を構成する遮光素子の数は例えば５個×５個程度とし、各遮光素子に与える電圧を選択的に解除することにより、任意の領域のみにおいて入射光を透過させることができる。また、液晶シャッター７３は図示しない駆動回路を内蔵し、受光選択回路７６が出力するアドレスＡに対応した場所の入射光を透過し、その場所に位置する感光フィルム７４を露光する。この構成によって、感光フィルム７４は２５個の受光領域に分割されることになる。アドレスＡを与えたときに露光される受光領域を有効な受光領域と呼ぶ。
【０１３６】
感光フィルム７４は、通常の撮像用フィルムであり、露光による化学変化によって物性を変化させ、像もしくは潜像を形成する記録媒体である。感光フィルム７４は、液晶シャッター７３に接触させて、もしくは、液晶シャッター７３に極めて接近させて設けられている。
【０１３７】
受光選択回路７６は、１フレームの撮影動作時にはアドレスＡの値を切り替えて、２５個の受光領域を１つずつ順次露光するようにする。受光選択回路７６が発生するアドレスＡは同時に変調制御部７７に出力され、これによって、液晶シャッター７３による受光領域選択動作と液晶位相変調器７２による入射光変調動作との同期がとられている。
【０１３８】
変調制御部７７は、液晶位相変調器７２を駆動するための変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を生成する。変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）と、アドレスＡ、距離データＸ、シャッター時間データＴ、絞りデータＦ、姿勢変化検出データＢの内容は、第１の実施形態において変調制御部８で説明したものとほぼ同一である。
【０１３９】
全体制御部７８は、フォーカス制御部８０、光量検出部１５、姿勢変化検出部１６を備え、光検出装置全体の動作を制御する。光量検出部１５、姿勢変化検出部１６は第１の実施形態において変調制御部８で説明したものと同一である。フォーカス制御部８０は、図示しない距離計を備えて光検出装置と物体Ｙとの距離ｘを検出し、この距離ｘに応じてレンズ２を合焦位置に移動させるように、レンズ移動機構３を制御する。またフォーカス制御部１４は、この距離ｘを表す距離データＸを出力する。
【０１４０】
以上のように構成した光検出装置の動作を説明する。
【０１４１】
シャッターボタン（不図示）を半押しにすると、全体制御部７８はまず焦点調節を行う。フォーカス制御部８０の距離計を作動して距離ｘを計測し、レンズ移動機構３によってレンズ２を合焦位置に移動すると共に、距離データＸを変調制御部７７に出力する。
【０１４２】
次に、光量検出部１５が出力する各測光点からの照度データＩ（Ａ）に基づいて、全体制御部７８が、シャッター時間データＴ（Ａ）と絞りデータＦ（Ａ）とを決定し、これらを変調制御部７７に出力する。
【０１４３】
これでシャッターボタンの半押しによる準備動作を完了し、次にシャッターボタンが押されると全体制御部７８は撮像動作を開始する。姿勢変化検出部１６が筐体１の２軸の角速度を検出し、撮像開始時点を起点としてこの角速度出力を積分して姿勢変化検出データＢを出力する。
【０１４４】
受光選択回路７６はアドレスＡを順次切り替えて液晶シャッター７３と変調制御部７７に出力する。これにより、液晶シャッター７３による遮光をアドレスＡに対応する部分だけ局所的に解除し、この有効な受光領域にある感光フィルム７４への露光を行う。これと同期して変調制御部７７に各受光領域に対して適正な結像性能を与える変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）を発生させる。液晶位相変調器７２は変調制御部７７からの変調パターンＰ（Ａ，Ｘ，Ｔ，Ｆ，Ｂ）に応じて入射光を変調する。この変調制御によって、画角等による収差の補正制御、受光領域への光量制御、手ブレ補正制御が行われる。
【０１４５】
以上のように本実施形態の光検出装置は、感光フィルム７４に対する前記入射光の透過または遮光を選択する液晶シャッター７３と受光選択回路７６とを備え、これらによって選択された受光領域に対して変調制御部７７が適正な結像性能を与える変調パターンを生成するように構成されている。従って、簡素な光学系でも、感光フィルム７４の全領域にわたって画角に伴う収差を効果的に低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明によれば、空間光変調器を制御する変調制御部が、画角や結像倍率などの各要因の変化に対応して適正な結像性能を与える変調パターンを生成するために、受光素子の全領域にわたる収差低減もしくは光量調整の適正化と光学系の簡素化を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の実施形態１における光検出装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態１における可変形ミラーの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１における受光素子の概略構成図である。
【図４】可変形ミラー４の絞りおよびシャッター動作を説明する動作説明図である。
【図５】可変形ミラー４の光ローパスフィルタールター機能動作を説明する動作説明図である。
【図６】可変形ミラー４の手ブレ補正動作を説明する動作説明図である。
【図７】本発明の実施形態２における光検出装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態３における光検出装置の概略構成図である。
【国際調査報告】
2004077819.tif 000011
2004077819.tif 000012
2004077819.tif 000013
2004077819.tif 000014