(57)【要約】【課題】補正光学系による光損失を蒙ることなく撮像素子を用いて画像を撮像することができるシュミットカメラを提供する。【解決手段】球面収差を補正する非球面補正板１３０と、曲率半径の絶対値分だけ非球面補正板１３０から離れた位置に配置され非球面補正板１３０を通して入射してきた光を反射する凹面鏡１３１と、凹面鏡１３１の焦点位置に配置され凸面形状に形成された受光面を凹面鏡１３１側に向けた湾曲型撮像素子１０１とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面収差を補正する非球面補正板と、曲率半径の絶対値分だけ前記非球面補正板から離れた位置に配置され該非球面補正板を通して入射してきた光を反射する凹面鏡と、該凹面鏡の焦点位置に配置され凸面形状に形成された受光面を該凹面鏡側に向けた湾曲型撮像素子とを備えることを特徴とするシュミットカメラ。
【請求項２】
球面収差を補正する非球面補正板と、曲率半径の絶対値分だけ前記非球面補正板から離れた位置に配置され該非球面補正板を通して入射してきた光を反射する凹面鏡と、該凹面鏡で反射された光束の焦点を前記非球面補正板及び前記凹面反射鏡を収めた筒の外部に反射する反射鏡と、前記焦点の位置に配置され凸面形状に形成された受光面を該反射鏡側に向けた湾曲型撮像素子とを備えることを特徴とするシュミットカメラ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のシュミットカメラにおいて、前記凹面鏡の曲率半径をＲｏとしたときに、前記湾曲型撮像素子の曲率半径Ｒｉを
２Ｒｉ＝Ｒｏ
としたことを特徴とするシュミットカメラ。
【請求項４】
像面が湾曲する光学レンズ系を備えたデジタルカメラにおいて、前記像面の湾曲形状に整合する湾曲型撮像素子を前記像面に配置したことを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシュミットカメラ及びデジタルカメラに係り、特に、明るく歪みの少ない天体画像を撮像することができるシュミットカメラ及びデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
天体写真用のカメラとしてシュミットカメラが広く知られている。このシュミットカメラは、球面反射鏡の曲率中心位置に球面収差を補正する非球面補正板を設けてあり、放物面鏡を用いた望遠鏡に比べ、球面収差、コマ収差の無い広い写野を撮影できる特徴がある。
【０００３】
しかしながら、シュミットカメラは、反射鏡の曲率半径の半分の強い像面湾曲を有する欠点があり、そのため、撮影用フイルム等の感光材料を、像面に合わせて湾曲させる必要があった。
【０００４】
近年の天体観測の分野では、銀塩感光材料でなる撮影用フィルムから、ＣＣＤ等の固体撮像素子に主流が移ってきている。しかし、従来の固体撮像素子は、湾曲させて製造することができず、広い写野を得るため像面湾曲を補正する光学系を光路中に設けることが行われている。
【０００５】
例えば、下記の特許文献１記載の従来技術では、補正光学系として光ファイバ束を用い、この光ファイバ束の入射端が湾曲する様に、射出端側が平面となるように光ファイバ束を揃え、光ファイバ束から射出した光を平板状の固体撮像素子に導く様にしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２５３８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の光ファイバ束を補正光学系として使用した従来技術は、装置構成が複雑になり、しかも、光ファイバによる光の吸収や、反射による光量損失が避けられず、明るい天体画像を撮像することができないという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、補正光学系による光損失を蒙ることなく撮像素子を用いて画像を撮像することができるシュミットカメラやデジタルカメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のシュミットカメラは、球面収差を補正する非球面補正板と、曲率半径の絶対値分だけ前記非球面補正板から離れた位置に配置され該非球面補正板を通して入射してきた光を反射する凹面鏡と、該凹面鏡の焦点位置に配置され凸面形状に形成された受光面を該凹面鏡側に向けた湾曲型撮像素子とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のシュミットカメラは、球面収差を補正する非球面補正板と、曲率半径の絶対値分だけ前記非球面補正板から離れた位置に配置され該非球面補正板を通して入射してきた光を反射する凹面鏡と、該凹面鏡で反射された光束の焦点を前記非球面補正板及び前記凹面反射鏡を収めた筒の外部に反射する反射鏡と、前記焦点の位置に配置され凸面形状に形成された受光面を該反射鏡側に向けた湾曲型撮像素子とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のシュミットカメラは、上記において、前記凹面鏡の曲率半径をＲｏとしたときに、前記湾曲型撮像素子の曲率半径Ｒｉを
２Ｒｉ＝Ｒｏ
としたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のデジタルカメラは、像面が湾曲する光学レンズ系を備えたデジタルカメラにおいて、前記像面の湾曲形状に整合する湾曲型撮像素子を前記像面に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、像面の湾曲に合わせた形状の湾曲型撮像素子を用いたので、レンズ系の収差の影響のない画像を撮像することができ、また、補正光学系を設ける必要がないためその分の光損失を蒙ることがなくなるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るシュミットカメラのブロック構成図である。本実施形態のシュミットカメラは、シュミットカメラ用の光学レンズ系１００と、この光学レンズ系１００の像面に配置された湾曲型撮像素子１０１と、湾曲型撮像素子１０１から出力された画像データをアナログ信号処理する相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）１０２と、ＣＤＳ１０２から出力されるアナログの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１０３と、光学レンズ系１００を駆動制御するレンズ駆動装置１０４と、湾曲型撮像素子１０１を駆動制御するタイミングジェネレータ１０５と、このシュミットカメラの全体を統括制御するＣＰＵ１０６とを備える。
【００１６】
本実施形態のシュミットカメラは、更に、Ａ／Ｄ変換回路１０３の出力画像データを取り込む画像入力コントローラ１１０と、画像データを処理する画像処理回路１１１と、画像データをＪＰＥＧ形式等に圧縮する圧縮処理回路１１２と、画像データをビデオ信号にして外部モニタ装置１１３に表示させるビデオエンコーダ１１４と、ＡＦ（自動焦点）検出回路１１５と、ＡＥ（自動露出）及びＡＷＢ（自動ホワイトバランス）検出回路１１６と、メモリ（ＳＤＲＡＭ）１１７と、フレームメモリ（ＶＲＡＭ）１１８と、外部の記録メディア１１９に画像データを格納するメディアコントローラ１２０とを備え、これらとＣＰＵ１０６とは、バス１２１を介して相互に接続されている。
【００１７】
ＣＰＵ１０６には、２段レリーズスイッチＳＷ１，ＳＷ２が接続されており、ユーザが２段レリーズスイッチを半押ししてＳＷ１が投入されると、ＡＦ検出回路１１５，ＡＥ＆ＡＷＢ検出回路１１６の検出結果に応じてＣＰＵ１０６はレンズ系駆動装置１０４を通してレンズ位置等を調整し、レリーズスイッチが全押しされてＳＷ２が投入されると、タイミングジェネレータ１０５を介して湾曲型撮像素子１０１から撮像画像データを取り込む。
【００１８】
この撮像画像データは、ＣＤＳ１０２，Ａ／Ｄ変換回路１０３を通して画像入力コントローラ１１０からＶＲＡＭ１１８に取り込まれ、画像信号処理回路１１１がこの画像データに対して各種画像処理を行い、撮像画像データをモニタ１１３に表示したり、ＪＰＥＧ形式などに圧縮された画像データを記録メディア１１９に格納する。
【００１９】
図２は、図１に示す光学レンズ系１００と湾曲型撮像素子１０１との配置関係を示す図である。本実施形態のシュミットカメラでは、球面収差を補正する非球面補正板１３０を通して入射してきた入射光は、その曲率半径の絶対値分だけ補正板１３０から離れた位置に設けられた凹面反射鏡（凹面鏡）１３１によって反射し、像面に結像する。この像面は、凹面鏡１３１の曲率半径の１／２の曲率を持っており、この像面位置に、凹面鏡１３１の曲率半径の１／２の曲率で湾曲形成された湾曲型撮像素子１０１を、受光面（凸面）を凹面鏡１３１に向けて配置する。
【００２０】
図３は、湾曲型撮像素子１０１の一部断面模式図である。ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の様な可撓性フィルム１の表面部に、例えば特開平０５−１５８０７０号公報に記載されている様な液晶基板のＴＦＴマトリクス等を製造する技術を用いて、信号読出回路を形成する。この信号読出回路は、ＣＭＯＳ型イメージセンサの様にトランジスタ回路で構成してもよく、また、ＣＣＤ型イメージセンサと同様の電荷転送路で構成してもよい。
【００２１】
図１に示す湾曲型撮像素子１０１では、可撓性フィルム１の表面部にＰ型半導体層２が形成され、更にその表面領域３に、第１色（本実施形態では、赤（Ｒ）色）の電荷蓄積領域となるダイオード部４１と、第２色（本実施形態では、緑（Ｇ）色）の電荷蓄積領域となるダイオード部４２と、第３色（本実施形態では、青（Ｂ）色）の電荷蓄積領域となるダイオード部４３とが形成され、各ダイオード部４１，４２，４３の間に電荷転送路５１，５２，５３の埋め込みチャネルが形成される。
【００２２】
対となるダイオード部４１及び電荷転送路５１と、ダイオード部４２及び電荷転送路５２と、ダイオード部４３及び電荷転送路５３との間には、ｐ＋領域でなるチャネルストップ６が形成される。
【００２３】
可撓性フィルム１の表面には、絶縁層７が積層され、この絶縁層７の内部の電荷転送路５１，５２，５３の上に、電荷転送電極８１，８２，８３が形成されると共に、各ダイオード部４１，４２，４３に接続される電極９１，９２，９３が埋設される。
【００２４】
絶縁層７の上には、画素毎に区画された第１色用の画素電極膜１１が積層される。この画素電極膜１１は、透明材料で形成されても、また、不透明材料で形成されてもよい。
【００２５】
各画素電極膜１１の上には、第１色の入射光を光電変換する第１層光電変換層１２が全画素共通に一枚構成で積層され、この第１層光電変換層１２の上に、透明の共通電極膜（画素電極膜１１の対向電極膜）１３が積層される。
【００２６】
共通電極膜１３の上には、透明の絶縁膜１４が積層され、更にその上に、画素毎に区画された第２色用の透明の画素電極膜１５が積層される。そして、各画素電極膜１５の上に、第２色の入射光を光電変換する第２層光電変換層１６が全画素共通に一枚構成で積層され、第２層光電変換層１６の上に、透明の共通電極膜（画素電極膜１５の対向電極）１７が積層される。
【００２７】
共通電極膜１７の上には、透明の絶縁膜１８が積層され、更にその上に、画素毎に区画された第３色用の透明の画素電極膜１９が積層される。そして、各画素電極膜１９の上に、第３色の入射光を光電変換する第３層光電変換層２０が全画素共通に一枚構成で積層され、第３層光電変換層２０の上に、透明の共通電極膜（画素電極膜１９の対向電極）２１が積層される。更にその上に保護膜が形成される場合もあるが、これは図示を省略する。
【００２８】
第１色用の画素電極膜１１は、第１色電荷蓄積用ダイオード部４１の電極９１と縦配線（柱状電極）２２により電気的に接続され、第２色用の画素電極膜１５は、第２色電荷蓄積用ダイオード部４２の電極９２と縦配線（柱状電極）２３により電気的に接続され、第３色用の画素電極膜１９は、第３色電荷蓄積用ダイオード部４３の電極９３と縦配線（柱状電極）２４により電気的に接続される。各縦配線２２，２３，２４は、対応する電極９１，９２，９３及び画素電極膜１１，１５，１９以外とは絶縁される。
【００２９】
本実施形態の光電変換膜積層型の湾曲型撮像素子１０１では、可撓性フィルム１の上に有機材料等を用いた光電変換層１２，１６，２０等を積層する構成のため、全体としても可撓性を有し、平板状に形成した後、湾曲する像面に合わせて湾曲させることができる。また、可撓性フィルム１を湾曲させた状態で、光電変換層等を積層することで製造してもよい。
【００３０】
斯かる光電変換層積層型の湾曲型撮像素子１０１に、図２の凹面鏡１３１から光が入射すると、入射光の内の青色の波長領域以下の光は第３層光電変換層２０に吸収され、吸収された光量に応じた電荷が発生し、この電荷が画素電極膜１９から縦配線２４及び電極９３を通ってダイオード部４３に流れ込む。
【００３１】
同様に、入射光の内の緑色の波長領域以下の光は、第２層光電変換層１６によって吸収され、吸収された光量に応じた電荷が発生し、この電荷が画素電極膜１５から縦配線２３及び電極９２を通ってダイオード部４２に流れ込む。
【００３２】
同様に、入射光の内の赤色の波長領域以下の光は、第１層光電変換層１２によって吸収され、吸収された光量に応じた電荷が発生し、この電荷が画素電極膜１１から縦配線２２及び電極９１を通ってダイオード部４１に流れ込む。
【００３３】
各ダイオード部４１，４２，４３からの信号取出は、従来のＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサにおける受光部からの信号取出に準じた手法で行うことができる。例えば、一定量のバイアス電荷をダイオード部４１，４２，４３に注入し（リフレッシュモード）ておき、光入射による電荷を蓄積（光電変換モード）後、信号電荷を読み出す。
【００３４】
以上述べた実施形態によれば、像面の湾曲形状に合わせた形状の湾曲型撮像素子１０１をシュミットカメラの像面に配置したため、従来の様な像面湾曲に合わせた補正光学系が不要となり、また、種々のレンズ収差による影響の無い画像を撮像することが可能となり、更に、光損失の無い画像を撮像することが可能となる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るシュミットカメラにおける光学レンズ系と湾曲型撮像素子１０１との配置関係を示す図である。本実施形態では、シュミットカメラの像面を、シュミットカメラの筒外に導くように、光軸１３５に対して４５°に傾斜させた反射鏡１３６を配置する。
【００３６】
そして、反射鏡１３６の結像位置に、湾曲した湾曲型撮像素子１０１を配置することにより、広い写野を得る。このとき、湾曲型撮像素子１０１の曲率半径は、凹面鏡１３１の曲率半径の１／２であることが望ましい。
【００３７】
第１の実施形態のように、湾曲型撮像素子１０１が光路内に配置される場合には、湾曲型撮像素子１０１から信号を取り出す信号線や、湾曲型撮像素子１０１に電力を供給する配線が光路を横切るため、遮蔽をうまく行わないと、回折や散乱により、像の劣化を招いてしまう虞がある。また、湾曲型撮像素子１０１は、駆動することで熱を発生するため、筒内に気流が生じ、像の劣化を招いてしまう虞もある。
【００３８】
しかし、本実施形態のように、反射鏡１３６で結像位置を筒外に導くことで、筒内での配線による回折、散乱や、熱による像の劣化を未然に防止することが可能となる。
【００３９】
尚、本実施形態では、４５°に傾斜させた平面鏡１３６を用いたが、中心に光を通す凹面鏡１３１を用い、この凹面鏡１３１に正対する平面鏡により、凹面鏡１３１の後方で結像させるような構成とすることでも良い。この場合には、平面鏡に代えて凸面鏡を用いれば、全長の短縮をはかることも可能となる。
【００４０】
上述した実施形態では、像面が湾曲したシュミットカメラを例に説明したが、像面が湾曲するデジタルカメラ一般に湾曲型撮像素子を搭載することで、光学レンズ系の種々の収差の影響を回避できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る湾曲型撮像素子を搭載したデジタルカメラは、レンズ収差の影響を受けずしかも光損失のない画像を撮像することができるので、シュミットカメラ等に適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係るシュミットカメラのブロック構成図である。
【図２】図１に示すシュミットカメラの光学レンズ系と撮像素子の配置図である。
【図３】図１，図２に示す撮像素子の一部断面模式図である。
【図４】本発明の別実施形態に係る光学レンズ系と撮像素子の配置図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  可撓性フィルム
１２，１６，２０  光電変換層
２２，２３，２４  縦配線
４１，４２，４３  電荷蓄積部（ダイオード）
５１，５２，５３  電荷転送路
１００  光学レンズ系
１０１  湾曲型撮像素子
１３０  非球面補正板
１３１  凹面鏡
１３６  反射鏡
【図１】
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【図２】
2007104115.tif 000004
【図３】
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【図４】
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