JP2014074804A - Reflection optical element, reflection optical element array and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦点距離が可変である反射光学素子、反射光学素子が複数配置されてなる反射光学素子アレイ、及び反射光学素子アレイを備えた撮像装置に関する。 The present invention relates to a reflective optical element having a variable focal length, a reflective optical element array in which a plurality of reflective optical elements are arranged, and an imaging apparatus including the reflective optical element array.
近年、ライトフィールドフォトグラフィという手法を用い、ある像面位置で撮影された画像からユーザが指定した異なる像面位置における画像を再構成できるライトフィールドカメラ（Light Field Camera）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, there has been proposed a light field camera (Light Field Camera) that can reconstruct an image at a different image plane position designated by a user from an image shot at a certain image plane position using a technique called light field photography (for example, , See Patent Document 1).
ライトフィールドフォトグラフィでは、撮像光学系と光電変換素子の間に特殊な光学系が配置される。ライトフィールドカメラの一形態では、特殊な光学系としてマイクロレンズアレイが用いられており、撮像光学系の開口の異なる領域を通過しマイクロレンズアレイの各マイクロレンズに収束する光が、それぞれ光電変換素子の異なる画素に分離結像されるようになっている。 In light field photography, a special optical system is disposed between an imaging optical system and a photoelectric conversion element. In one form of the light field camera, a microlens array is used as a special optical system, and light that passes through different areas of the aperture of the imaging optical system and converges on each microlens of the microlens array is a photoelectric conversion element. Are formed on different pixels.
光電変換素子の各画素で検出された光の方向は、既知である上記撮像光学系のパラメータ情報から分かるため、得られた撮像データからユーザが設定した仮想像面位置での任意焦点画像を再構成することが可能である。なお、ユーザが設定できる仮想像面位置の範囲は、１つのマイクロレンズに対する光電変換素子の画素数が多いほど広くなる。 Since the direction of the light detected by each pixel of the photoelectric conversion element is known from the parameter information of the imaging optical system that is already known, an arbitrary focus image at the virtual image plane position set by the user is reproduced from the obtained imaging data. It is possible to configure. The range of the virtual image plane position that can be set by the user becomes wider as the number of pixels of the photoelectric conversion element for one microlens increases.
しかしながら、従来のライトフィールドカメラでは、生成される任意焦点画像の画素数（解像度）がマイクロレンズアレイのマイクロレンズ数と等しくなるため、光電変換素子の画素数と比べて任意焦点画像の画素数が大幅に減少してしまうという問題点があった。 However, in the conventional light field camera, the number of pixels (resolution) of the generated arbitrary focus image is equal to the number of microlenses of the microlens array, so the number of pixels of the arbitrary focus image is smaller than the number of pixels of the photoelectric conversion element. There was a problem that it was greatly reduced.
一方、任意焦点画像の画素数（解像度）の減少を抑えるためにマイクロレンズの数を多くすると、１つのマイクロレンズに対する光電変換素子の画素数（即ち、視差数）が少なくなるため、設定できる仮想像面位置の範囲が狭くなってしまうという問題があった。 On the other hand, if the number of microlenses is increased in order to suppress the decrease in the number of pixels (resolution) of the arbitrary focus image, the number of pixels (that is, the number of parallaxes) of the photoelectric conversion elements for one microlens decreases, so that a virtual that can be set There is a problem that the range of the image plane position becomes narrow.
そこで、特殊な光学系としてマイクロレンズアレイを用いない方法として符号化撮像が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。符号化撮像では、特殊な光学系として、ある規則によって複数の開口が開いている絞り（符号化絞り、コーデッドアパーチャ）が用いられる。符号化絞りを用いた場合には、マイクロレンズアレイを用いた場合のような画素数の減少は起こらないが、入射光が絞りを通過するためにその光量が減少し、画像のＳＮ比が悪化してしまう。 Therefore, coded imaging has been proposed as a method that does not use a microlens array as a special optical system (see, for example, Non-Patent Document 1). In coded imaging, as a special optical system, a diaphragm (coded diaphragm, coded aperture) in which a plurality of openings are opened according to a certain rule is used. When the coded aperture is used, the number of pixels does not decrease as in the case of using a microlens array, but the amount of light decreases because incident light passes through the aperture, and the SN ratio of the image deteriorates. Resulting in.
そこで、特殊な光学系として、異なる焦点距離を有する複数のレンズからそれぞれ一部分が切り出されたレンズが整列配置されてなるラティスフォーカスレンズが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。 Therefore, as a special optical system, a lattice focus lens has been proposed in which lenses each partially cut out from a plurality of lenses having different focal lengths are aligned (see, for example, Non-Patent Document 2).
しかしながら、非特許文献２等に開示された従来のラティスフォーカスレンズを用いたリフォーカスカメラでは、撮影する対象の距離範囲によって適切なラティスフォーカスレンズの組み合わせを用いなければならないが、そのためには、予め多数の組み合わせのラティスフォーカスレンズを取り揃えておき、撮影シーンに応じて交換しなければならず、煩雑な手間がかかっていた。さらに、非特許文献２等に開示されたリフォーカスカメラは、ラティスフォーカスレンズの交換のための機構を持つため、装置の小型化が困難になるという問題も有していた。 However, in a refocus camera using a conventional lattice focus lens disclosed in Non-Patent Document 2 or the like, an appropriate combination of lattice focus lenses must be used depending on the distance range of an object to be photographed. There were many combinations of lattice focus lenses, and they had to be changed according to the shooting scene, which was troublesome. Furthermore, since the refocus camera disclosed in Non-Patent Document 2 and the like has a mechanism for replacing the lattice focus lens, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the apparatus.
そこで、ラティスフォーカスレンズに代えて、反射面の光学特性を部分的に可変にできる反射型の光学素子を用いた構成が考えられる。このような光学素子としては、天文学などで従来から使用されている補償光学素子があり、特に近年ではＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を使用した小型の補償光学素子も提案されている。 Therefore, instead of the lattice focus lens, a configuration using a reflective optical element that can partially change the optical characteristics of the reflecting surface is conceivable. As such an optical element, there is an adaptive optical element conventionally used in astronomy and the like, and in particular, a compact adaptive optical element using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) has been proposed in recent years.
しかしながら、従来の補償光学素子は、平面反射鏡の反射面内の微小な凹凸を制御して光波面の整形を行うものであり、ラティスフォーカスレンズのように焦点距離が部分的に他の箇所と大きく異なる状態を取るものではない。 However, the conventional compensation optical element performs the shaping of the light wavefront by controlling the minute irregularities in the reflection surface of the plane reflecting mirror, and the focal distance is partially different from that of other places like a lattice focus lens. It does not take a very different state.
これに対して、平面反射鏡の一辺に平行に設けられたヒンジ（ねじりばね）を中心として、平面反射鏡を回動させるミラー素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このミラー素子においては、静電引力などを用いて平面反射鏡の角度を任意に変位させることができる。さらに、上記のミラー素子を密集配置させて反射鏡アレイを構成することが考えられる。このような反射鏡アレイは、例えば個々のミラー素子の反射鏡の角度を調整することにより、フレネルミラーの構造をとることができるとともに、部分的に焦点距離を変えることもできる。 On the other hand, the mirror element which rotates a plane reflective mirror centering | focusing on the hinge (torsion spring) provided in parallel with one side of the plane reflective mirror is proposed (for example, refer patent document 2). In this mirror element, the angle of the plane reflecting mirror can be arbitrarily displaced using electrostatic attraction or the like. Furthermore, it is conceivable to form a reflector array by closely arranging the mirror elements described above. Such a reflector array can take the structure of a Fresnel mirror, for example, by adjusting the angle of the reflector of each mirror element, and can also partially change the focal length.
しかしながら、上記の構成の反射鏡アレイでは、個々のミラー素子の反射鏡が平面鏡であるため、全体として良好な特性の凹面鏡を構成するためには多数のミラー素子が必要となり、反射鏡アレイが大型で複雑になるという問題がある。 However, in the reflecting mirror array having the above configuration, the reflecting mirrors of the individual mirror elements are plane mirrors. Therefore, a large number of mirror elements are required to form a concave mirror with good characteristics as a whole, and the reflecting mirror array is large. There is a problem that it becomes complicated.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で焦点距離が可変である反射光学素子、反射面内の任意部分の焦点距離が可変である反射光学素子アレイ、及び反射光学素子アレイを備えた撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and includes a reflective optical element having a simple configuration and a variable focal length, a reflective optical element array having a variable focal length at an arbitrary portion within a reflective surface, and a reflective optical element. An object of the present invention is to provide an imaging device including an optical element array.
上記課題を解決するために、本発明に係る反射光学素子は、ミラー部、フレーム部、及び、前記フレーム部に前記ミラー部の一端側を回動支持する一対のヒンジ部を有し、前記ミラー部が前記一対のヒンジ部が延在する同一直線を回動軸として回動する可動ミラー層と、前記可動ミラー層と空間を隔てて対向して設けられる基板と、を備えた反射光学素子であって、前記可動ミラー層は、前記ミラー部の外縁と前記フレーム部の内縁の間において、前記ミラー部の両側方にそれぞれ接続される一対のアーム部をさらに有し、各前記アーム部は、前記ミラー部の外縁と前記フレーム部の内縁の隙間に沿って形成された延伸部と、前記一対のヒンジ部よりも前記ミラー部の他端側に形成され、前記延伸部と前記フレーム部の内縁を連結する第１の連結部と、前記第１の連結部よりも前記ミラー部の前記他端側に形成され、前記延伸部と前記ミラー部の外縁を連結する第２の連結部と、を有し、前記ミラー部は、外力により前記基板側に向かって前記回動軸を中心として回動するとともに、前記他端側において前記基板から離れる方向に作用する引っ張り力を前記一対のアーム部から受けることにより、凹状に変形することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a reflective optical element according to the present invention has a mirror part, a frame part, and a pair of hinge parts that pivotally support one end side of the mirror part on the frame part, and the mirror A reflective optical element comprising: a movable mirror layer that rotates about the same straight line in which the pair of hinge portions extend; and a substrate that is provided to face the movable mirror layer across a space. The movable mirror layer further includes a pair of arm portions respectively connected to both sides of the mirror portion between the outer edge of the mirror portion and the inner edge of the frame portion, and each of the arm portions includes: An extension part formed along a gap between an outer edge of the mirror part and an inner edge of the frame part, and an inner edge of the extension part and the frame part formed on the other end side of the mirror part with respect to the pair of hinge parts Connecting the first A connecting portion; and a second connecting portion that is formed on the other end side of the mirror portion with respect to the first connecting portion, and connects the extending portion and an outer edge of the mirror portion. Is rotated around the rotation axis toward the substrate side by an external force, and has a concave shape by receiving a pulling force acting on the other end side in a direction away from the substrate from the pair of arm portions. It is characterized by being deformed.
この構成により、ミラー部が、外力により基板側に向かって回動するとともに、基板から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部から受けることにより凹状に変形するため、簡易な構成で焦点距離が可変な反射光学素子を実現できる。 With this configuration, the mirror portion rotates toward the substrate side by an external force, and is deformed into a concave shape by receiving a pulling force acting in a direction away from the substrate from the pair of arm portions. Can be realized.
本発明は、簡易な構成で焦点距離が可変である反射光学素子、反射面内の任意部分の焦点距離が可変である反射光学素子アレイ、及び反射光学素子アレイを備えた撮像装置を提供するものである。 The present invention provides a reflective optical element having a simple configuration and a variable focal length, a reflective optical element array having a variable focal length of an arbitrary portion in a reflective surface, and an imaging apparatus including the reflective optical element array. It is.
以下、本発明に係る反射光学素子、反射光学素子アレイ、及び撮像装置の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致しない。 Hereinafter, embodiments of a reflective optical element, a reflective optical element array, and an imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the dimensional ratio of each structure on each drawing does not necessarily correspond with an actual dimensional ratio.
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態としての反射光学素子１の構成について説明する。図１、２に示すように、反射光学素子１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により一体的に形成された可動ミラー層２と、可動ミラー層２と空間を隔てて対向して設けられる基板３と、を主に備える。
(First embodiment)
First, the configuration of the reflective optical element 1 as the first embodiment of the invention will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the reflective optical element 1 is provided so as to be opposed to the movable mirror layer 2 integrally formed by a micro electro mechanical systems (MEMS) technique with a space therebetween. A substrate 3 is mainly provided.
さらに、反射光学素子１は、可動ミラー層２と基板３の間に、シリコンの酸化膜からなる絶縁層４、及び、導電性を有するシリコン層５を備える。例えば、導電性を有するシリコン層からなる可動ミラー層２、絶縁層４、及びシリコン層５は、３層のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板により構成される。シリコン層５は、可動ミラー層２のミラー部２２の可動空間を確保するための凹部６（空隙）を有している。絶縁層４により、可動ミラー層２とシリコン層５とは互いに絶縁されている。 Further, the reflective optical element 1 includes an insulating layer 4 made of a silicon oxide film and a conductive silicon layer 5 between the movable mirror layer 2 and the substrate 3. For example, the movable mirror layer 2, the insulating layer 4, and the silicon layer 5 made of a conductive silicon layer are configured by a three-layer SOI (Silicon on Insulator) substrate. The silicon layer 5 has a recess 6 (gap) for securing a movable space of the mirror portion 22 of the movable mirror layer 2. The movable mirror layer 2 and the silicon layer 5 are insulated from each other by the insulating layer 4.
図１〜３等に示すように、可動ミラー層２は、少なくとも一面側に光を反射させるための反射膜２１（図３には不図示）が形成され、導電性を有する基板（例えばシリコン基板）からなるミラー部２２と、フレーム部２３と、フレーム部２３にミラー部２２の一端側を回動支持する一対のヒンジ部２４、２５と、を有する。ミラー部２２は、与えられた外力に応じて、一対のヒンジ部２４、２５が延在する同一直線を回動軸として回動するようになっている。 As shown in FIGS. 1 to 3, etc., the movable mirror layer 2 is formed with a reflective film 21 (not shown in FIG. 3) for reflecting light on at least one surface side, and a conductive substrate (for example, a silicon substrate). ) Comprising a mirror part 22, a frame part 23, and a pair of hinge parts 24, 25 for pivotally supporting one end side of the mirror part 22 on the frame part 23. The mirror unit 22 is configured to rotate about the same straight line from which the pair of hinge units 24 and 25 extend in accordance with the applied external force.
また、可動ミラー層２は、ミラー部２２の外縁とフレーム部２３の内縁の間において、ミラー部２２と一対のヒンジ部２４、２５の連結部よりも他端（以下、可動端とも呼ぶ）側の位置で、ミラー部２２の両側方にそれぞれ接続される一対のアーム部２６、２７を有している。 In addition, the movable mirror layer 2 is located between the outer edge of the mirror part 22 and the inner edge of the frame part 23 on the other end side (hereinafter also referred to as a movable end) from the connecting part of the mirror part 22 and the pair of hinge parts 24 and 25. In this position, a pair of arm portions 26 and 27 are respectively connected to both sides of the mirror portion 22.
図３に示すように、フレーム部２３は、台形枠状に形成されており、上底としての第１の横板２３ａ、下底としての第２の横板２３ｂ、脚としての第１の縦板２３ｃ及び第２の縦板２３ｄからなっている。 As shown in FIG. 3, the frame portion 23 is formed in a trapezoidal frame shape, and includes a first horizontal plate 23a as an upper base, a second horizontal plate 23b as a lower base, and a first vertical plate as a leg. It consists of a plate 23c and a second vertical plate 23d.
ヒンジ部２４は、第１の横板２３ａよりも第２の横板２３ｂに近い側において第１の縦板２３ｃとミラー部２２を連結するようになっている。一方、ヒンジ部２５は、第１の横板２３ａよりも第２の横板２３ｂに近い側において第２の縦板２３ｄとミラー部２２を連結するようになっている。 The hinge portion 24 is configured to connect the first vertical plate 23c and the mirror portion 22 closer to the second horizontal plate 23b than to the first horizontal plate 23a. On the other hand, the hinge portion 25 connects the second vertical plate 23d and the mirror portion 22 on the side closer to the second horizontal plate 23b than to the first horizontal plate 23a.
アーム部２６は、第１の縦板２３ｃとミラー部２２の隙間に沿って第２の横板２３ｂ側から第１の横板２３ａ側に延伸する延伸部２６ａと、ヒンジ部２４よりも第１の横板２３ａに近い側に形成され、延伸部２６ａと第１の縦板２３ｃを連結する第１の連結部２６ｂと、第１の連結部２６ｂよりも第１の横板２３ａに近い側に形成され、延伸部２６ａとミラー部２２を連結する第２の連結部２６ｃと、を有する。 The arm portion 26 has a first extending portion 26 a extending from the second horizontal plate 23 b side to the first horizontal plate 23 a side along the gap between the first vertical plate 23 c and the mirror portion 22, and is first than the hinge portion 24. Formed on the side closer to the horizontal plate 23a, the first connecting portion 26b connecting the extending portion 26a and the first vertical plate 23c, and closer to the first horizontal plate 23a than the first connecting portion 26b. And a second connecting portion 26 c that is formed and connects the extending portion 26 a and the mirror portion 22.
一方、アーム部２７は、第２の縦板２３ｄとミラー部２２の隙間に沿って第２の横板２３ｂ側から第１の横板２３ａ側に延伸する延伸部２７ａと、ヒンジ部２５よりも第１の横板２３ａに近い側に形成され、延伸部２７ａと第２の縦板２３ｄを連結する第１の連結部２７ｂと、第１の連結部２７ｂよりも第１の横板２３ａに近い側に形成され、延伸部２７ａとミラー部２２を連結する第２の連結部２７ｃと、を有する。 On the other hand, the arm portion 27 has an extending portion 27 a extending from the second horizontal plate 23 b side to the first horizontal plate 23 a side along the gap between the second vertical plate 23 d and the mirror portion 22, and the hinge portion 25. Formed on the side closer to the first horizontal plate 23a, a first connecting portion 27b that connects the extending portion 27a and the second vertical plate 23d, and closer to the first horizontal plate 23a than the first connecting portion 27b And a second connecting portion 27 c that is formed on the side and connects the extending portion 27 a and the mirror portion 22.
既に述べたように、一対のヒンジ部２４、２５は、（第２の横板２３ｂの長さ方向に沿って）一直線上に並ぶように形成される。同様に、第１の連結部２６ｂ、２７ｂは、（第２の横板２３ｂの長さ方向に沿って）一直線上に並ぶように形成される。また、第２の連結部２６ｃ、２７ｃは、（第２の横板２３ｂの長さ方向に沿って）一直線上に並ぶように形成される。 As already described, the pair of hinge portions 24 and 25 are formed so as to be aligned in a straight line (along the length direction of the second horizontal plate 23b). Similarly, the first connecting portions 26b and 27b are formed so as to be aligned on a straight line (along the length direction of the second horizontal plate 23b). The second connecting portions 26c and 27c are formed so as to be aligned on a straight line (along the length direction of the second horizontal plate 23b).
ここで、一対のヒンジ部２４、２５、第１の連結部２６ｂ、２７ｂ、及び、第２の連結部２６ｃ、２７ｃは、それら自体がその長方向に沿ってねじれ変形するねじりばねとして機能し、その変形に対して自ら元の状態に戻るための復帰力を生じるような幅及び長さを有している。 Here, the pair of hinge portions 24, 25, the first connecting portions 26b, 27b, and the second connecting portions 26c, 27c function as torsion springs that themselves are torsionally deformed along their longitudinal directions, It has a width and a length so as to generate a restoring force for returning to its original state with respect to the deformation.
ミラー部２２は、与えられた外力に応じて、一対のヒンジ部２４、２５が延在する同一直線を回動軸として基板３側に向かって回動すると、ミラー部２２の可動端側が、基板３から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部２６、２７から受けるようになっている。図４（ａ）に示すように、上記の復帰力、外力、及び引っ張り力の釣り合いにより、ミラー部２２全体が凹状（下に凸）に反ることとなる。 When the mirror unit 22 is rotated toward the substrate 3 with the same straight line extending the pair of hinges 24 and 25 as a rotation axis in accordance with the applied external force, the movable end side of the mirror unit 22 is moved to the substrate. The pair of arm portions 26 and 27 receive a pulling force acting in a direction away from 3. As shown in FIG. 4A, the entire mirror portion 22 warps in a concave shape (convex downward) due to the balance of the restoring force, the external force, and the pulling force.
以下、ミラー部２２に付与する外力として静電引力を用いる場合の構成及び動作について説明する。反射光学素子１は、図４（ｂ）に示すように、可動ミラー層２のミラー部２２に静電引力を与えるミラー駆動装置１０に接続されるようになっている。 Hereinafter, the configuration and operation when electrostatic attraction is used as the external force applied to the mirror unit 22 will be described. As shown in FIG. 4B, the reflective optical element 1 is connected to a mirror driving device 10 that applies electrostatic attraction to the mirror portion 22 of the movable mirror layer 2.
ここで、図４（ｂ）に示すように、ミラー部２２の一端側が鉛直方向に対して成す角度をθとする。ミラー部２２の回転角θ（変位量）は、外力の大きさ、一対のヒンジ部２４、２５のねじりばね定数、及び、一対のアーム部２６、２７の各連結部のねじりばね定数で決まる。 Here, as shown in FIG. 4B, the angle formed by the one end side of the mirror portion 22 with respect to the vertical direction is defined as θ. The rotation angle θ (displacement amount) of the mirror part 22 is determined by the magnitude of the external force, the torsion spring constant of the pair of hinge parts 24 and 25, and the torsion spring constant of each connecting part of the pair of arm parts 26 and 27.
なお、ある回転角θにおけるミラー部２２の曲率は、例えば、一対のアーム部２６、２７の第１及び第２の連結部２６ｂ、２６ｃ、２７ｂ、２７ｃとフレーム部２３との接合位置を調整することで、任意に設定することが可能である。 Note that the curvature of the mirror portion 22 at a certain rotation angle θ adjusts, for example, the joining position between the first and second connecting portions 26b, 26c, 27b, and 27c of the pair of arm portions 26 and 27 and the frame portion 23. Therefore, it can be set arbitrarily.
図５に示すように、基板３の上面には、不図示の絶縁膜を介して、可動ミラー層２に対して外力としての静電引力を与えるための電極３１が形成されている。この電極３１は、１枚の金属膜からなるものであってもよく、あるいは、複数の分割電極からなるものであってもよい。 As shown in FIG. 5, an electrode 31 for applying an electrostatic attractive force as an external force to the movable mirror layer 2 is formed on the upper surface of the substrate 3 via an insulating film (not shown). The electrode 31 may be made of a single metal film, or may be made of a plurality of divided electrodes.
図５（ａ）は、電極３１が単一の電極からなる例を示している。電極３１は、ミラー駆動装置１０と電極３１とを電気的に接続するための引出配線３２を有する。また、図５（ｂ）は、電極３１が、回動軸に直交する方向に分割された複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなる例を示している。分割電極３１ａ〜３１ｄは、ミラー駆動装置１０にそれぞれが電気的に接続されるための引出配線３２ａ〜３２ｄを有する。 FIG. 5A shows an example in which the electrode 31 is a single electrode. The electrode 31 has an extraction wiring 32 for electrically connecting the mirror driving device 10 and the electrode 31. FIG. 5B illustrates an example in which the electrode 31 includes a plurality of divided electrodes 31a to 31d divided in a direction orthogonal to the rotation axis. The divided electrodes 31a to 31d have lead wires 32a to 32d for being electrically connected to the mirror driving device 10, respectively.
ここで、図５（ｂ）に示した各引出配線３２ａ〜３２ｄは、他の引出配線、並びに、それぞれ対応する分割電極３１ａ〜３１ｄ以外の分割電極と、不図示の絶縁層によって電気的に分離されている。この構成により、各分割電極３１ａ〜３１ｄは独立に通電可能となっている。 Here, the lead wires 32a to 32d shown in FIG. 5B are electrically separated by other lead wires and divided electrodes other than the corresponding divided electrodes 31a to 31d by an insulating layer (not shown). Has been. With this configuration, each of the divided electrodes 31a to 31d can be energized independently.
なお、図５（ｂ）には、電極３１を複数に分割する場合の分割数（分割電極の個数）が４つの例を示したが、この分割数は４つに限定されるものではなく、必要に応じて２以上のいくつであってもよい。 FIG. 5B shows an example in which the number of divisions (the number of divided electrodes) when the electrode 31 is divided into a plurality of parts is four, but the number of divisions is not limited to four. Any number of 2 or more may be used as necessary.
図４（ｂ）に示したミラー駆動装置１０は、基板３の上面に形成された電極３１と、可動ミラー層２のミラー部２２との間に電圧を印加することにより、電極３１とミラー部２２との間に静電引力を生じさせて、ミラー部２２を電極３１が形成された基板３側に引きつけることにより、ミラー部２２を変位させるようになっている。 The mirror driving device 10 shown in FIG. 4B applies the voltage between the electrode 31 formed on the upper surface of the substrate 3 and the mirror part 22 of the movable mirror layer 2, thereby causing the electrode 31 and the mirror part to be applied. The mirror portion 22 is displaced by generating an electrostatic attractive force between the mirror portion 22 and the mirror portion 22 toward the substrate 3 on which the electrode 31 is formed.
図４（ｂ）は、ミラー駆動装置１０が、電極３１に負電位を印加するとともに、ミラー部２２に正電位を印加する例を示している。これとは逆に、ミラー駆動装置１０は、電極３１に正電位を印加し、ミラー部２２に負電位を印加するものであってもよい。あるいは、ミラー駆動装置１０は、ミラー部２２の電位を基準電位（グランド電位）として、電極３１に正電位または負電位を印加するものであってもよい。 FIG. 4B shows an example in which the mirror driving device 10 applies a negative potential to the electrode 31 and applies a positive potential to the mirror unit 22. On the contrary, the mirror driving device 10 may apply a positive potential to the electrode 31 and apply a negative potential to the mirror unit 22. Alternatively, the mirror driving device 10 may apply a positive potential or a negative potential to the electrode 31 with the potential of the mirror unit 22 as a reference potential (ground potential).
一般的に、対向する電極間に印加される電圧が大きく、対向する電極面積が広いほど静電引力は大きくなる。このため、印加電圧がゼロでミラー部２２と電極３１が大きく離れた初期状態（例えば反射光学素子１が平面鏡である状態）においては、大きな静電引力を発生させるために電極３１の面積を広くすることが有利である。そこで、電極３１が複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなる場合には、なるべく多くの分割電極３１ａ〜３１ｄに電圧が印加されることが好ましい。 Generally, the voltage applied between the opposing electrodes is large, and the electrostatic attraction force increases as the opposing electrode area increases. For this reason, in the initial state where the applied voltage is zero and the mirror portion 22 and the electrode 31 are largely separated (for example, the state where the reflective optical element 1 is a plane mirror), the area of the electrode 31 is increased in order to generate a large electrostatic attraction. It is advantageous to do so. Therefore, when the electrode 31 includes a plurality of divided electrodes 31a to 31d, it is preferable that a voltage is applied to as many divided electrodes 31a to 31d as possible.
次に、本実施形態の反射光学素子１の動作について説明する。
不図示の配線を介して、ミラー駆動装置１０により、可動ミラー層２のミラー部２２と、基板３の上面に形成された電極３１との間に電圧が印加されると、ミラー部２２と電極３１の間に生じた静電引力により、一対のヒンジ部２４、２５の回動軸を中心にしてミラー部２２が回動して基板３側に引き寄せられる。
Next, the operation of the reflective optical element 1 of the present embodiment will be described.
When a voltage is applied between the mirror unit 22 of the movable mirror layer 2 and the electrode 31 formed on the upper surface of the substrate 3 by the mirror driving device 10 via a wiring (not shown), the mirror unit 22 and the electrode Due to the electrostatic attractive force generated between the mirror portions 22, the mirror portion 22 is rotated around the rotation axis of the pair of hinge portions 24, 25 and is pulled toward the substrate 3 side.
ミラー部２２を変位させ続けるためにはミラー駆動装置１０から電圧を印加し続けることになるが、ミラー部２２の変位が大きくなり、ミラー部２２と電極３１の距離が近づけば、ミラー部２２の変位を保持するための静電引力は変位初期より小さくて済む。従って、電極３１が複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなる場合には、分割電極３１ａ〜３１ｄのうちのいくつかの電極への電圧印加を停止することにより、ミラー部２２の変位の保持に必要なエネルギーを少なくすることが可能である。 In order to continue to displace the mirror unit 22, a voltage is continuously applied from the mirror driving device 10. However, if the displacement of the mirror unit 22 increases and the distance between the mirror unit 22 and the electrode 31 decreases, the mirror unit 22 The electrostatic attractive force for maintaining the displacement may be smaller than the initial displacement. Therefore, when the electrode 31 includes a plurality of divided electrodes 31a to 31d, it is necessary to hold the displacement of the mirror portion 22 by stopping the voltage application to some of the divided electrodes 31a to 31d. It is possible to reduce energy.
ミラー部２２が上記のような回動運動をすると、ミラー部２２の可動端側は、基板３から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部２６、２７から受ける。上記の静電引力と引っ張り力により、ミラー部２２は凹状（下に凸）に反ることとなる。 When the mirror part 22 rotates as described above, the movable end side of the mirror part 22 receives a pulling force acting in a direction away from the substrate 3 from the pair of arm parts 26 and 27. The mirror portion 22 warps in a concave shape (convex downward) by the electrostatic attraction and the pulling force.
ここで、ミラー駆動装置１０により、ミラー部２２と電極３１の間への印加電圧の大きさが調整されることにより、所望のミラー部２２の回転角θ（変位量）と曲率を得ることが可能となる。 Here, by adjusting the magnitude of the voltage applied between the mirror unit 22 and the electrode 31 by the mirror driving device 10, a desired rotation angle θ (displacement amount) and curvature of the mirror unit 22 can be obtained. It becomes possible.
さらに、電極３１が複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなる場合には、複数の分割電極３１ａ〜３１ｄに印加する電圧が分割電極ごとに適正に設定されることで、ミラー部２２の曲率を制御することが可能である。また、一対のアーム部２６、２７の第１及び第２の連結部２６ｂ、２６ｃ、２７ｂ、２７ｃとフレーム部２３との接合位置を調整することで、ある傾き角（回転角）におけるミラー部２２の曲率を設定することが可能である。 Furthermore, when the electrode 31 includes a plurality of divided electrodes 31a to 31d, the voltage applied to the plurality of divided electrodes 31a to 31d is appropriately set for each divided electrode, thereby controlling the curvature of the mirror unit 22. It is possible. Further, by adjusting the joining position of the first and second connecting portions 26b, 26c, 27b, 27c of the pair of arm portions 26, 27 and the frame portion 23, the mirror portion 22 at a certain tilt angle (rotation angle). It is possible to set the curvature.
なお、ミラー部２２の変位が大きくなった場合には、ミラー部２２の可動端が電極３１や基板３に接触することが考えられる。ミラー部２２と電極３１が電圧印加時に接触すると、ミラー駆動装置１０の電気回路がショートするとともに、ミラー部２２が破損する。このようなミラー部２２と電極３１の接触を防止するためには、可動用の電極３１を小さくすることが考えられるが、その場合には可動初期に静電引力が不足する懸念がある。 In addition, when the displacement of the mirror part 22 becomes large, it is possible that the movable end of the mirror part 22 contacts the electrode 31 or the substrate 3. When the mirror unit 22 and the electrode 31 are in contact with each other when a voltage is applied, the electrical circuit of the mirror driving device 10 is short-circuited and the mirror unit 22 is damaged. In order to prevent such contact between the mirror portion 22 and the electrode 31, it is conceivable to make the movable electrode 31 small. In this case, there is a concern that the electrostatic attractive force is insufficient in the initial stage of the movement.
そこで、本実施形態のように、電極３１として複数の分割電極３１ａ〜３１ｄからなるものを用いれば、大きな静電引力が必要な時には全ての分割電極３１ａ〜３１ｄを使用し、ミラー部２２の変位が十分に大きくなった時には、例えばミラー部２２の可動端付近の分割電極（例えば分割電極３１ｄ）への通電を停止し、その他の分割電極を使用することができる。これにより、少ないエネルギーで安全にミラー部２２を変位させ続けることができる。 Therefore, if the electrode 31 is composed of a plurality of divided electrodes 31a to 31d as in the present embodiment, all the divided electrodes 31a to 31d are used when a large electrostatic attraction is required, and the displacement of the mirror portion 22 is changed. When becomes sufficiently large, for example, energization to the divided electrode (for example, divided electrode 31d) in the vicinity of the movable end of the mirror portion 22 can be stopped, and the other divided electrodes can be used. Thereby, the mirror part 22 can be continuously displaced safely with little energy.
以下、上記のように構成された反射光学素子１の製造方法について説明する。
可動ミラー層２は、シリコン基板のエッチング処理等で形成されるが、その製造方法は任意である。まず、図６（１）に示すようなＳＯＩ基板４０等の３層基板を準備する。ここで用いるＳＯＩ基板４０は２つのシリコン層４２、４５が絶縁層４４を挟んでなり、台形柱状の形状を有している。例えば、シリコン層４２、４５は、それぞれ厚さ４０μｍ、２１０μｍの単結晶シリコンからなる。絶縁層４４は、厚さ０．２μｍの酸化シリコン（例えばＳｉＯ2）からなる。
Hereinafter, a method for manufacturing the reflective optical element 1 configured as described above will be described.
The movable mirror layer 2 is formed by etching a silicon substrate or the like, but the manufacturing method is arbitrary. First, a three-layer substrate such as an SOI substrate 40 as shown in FIG. The SOI substrate 40 used here has two silicon layers 42 and 45 sandwiching an insulating layer 44 and has a trapezoidal columnar shape. For example, the silicon layers 42 and 45 are made of single crystal silicon having thicknesses of 40 μm and 210 μm, respectively. The insulating layer 44 is made of silicon oxide (for example, SiO 2 ) having a thickness of 0.2 μm.
次に、図６（２）に示すように、ＳＯＩ基板４０の一方のシリコン層４２（一般に活性層と呼ばれる）の上面の所定位置に反射膜２１を形成する。この反射膜２１としては、一般的には金やアルミニウム等の金属を用いる。 Next, as shown in FIG. 6B, the reflective film 21 is formed at a predetermined position on the upper surface of one silicon layer 42 (generally called an active layer) of the SOI substrate 40. As the reflective film 21, a metal such as gold or aluminum is generally used.
次に、図６（３）に示すように、シリコン層４２の上面にエッチング用のマスク４１をフォトリソグラフィで形成する。マスク４１には、ミラー部２２の形成用パターンの他、フレーム部２３、一対のヒンジ部２４、２５、及び一対のアーム部２６、２７の形成用パターンも含まれている。 Next, as shown in FIG. 6C, an etching mask 41 is formed on the upper surface of the silicon layer 42 by photolithography. The mask 41 includes a pattern for forming the frame portion 23, the pair of hinge portions 24 and 25, and the pair of arm portions 26 and 27 in addition to the pattern for forming the mirror portion 22.
次に、図６（４）に示すように、ドライエッチングでマスク４１に沿った加工を行う。エッチングは酸化シリコン層である絶縁層４４まで進み、そこで絶縁層４４がエッチングストップ層となりエッチングが停止する。このエッチングにより、ミラー部２２、フレーム部２３、一対のヒンジ部２４、２５、及び一対のアーム部２６、２７を有する可動ミラー層２が形成される。 Next, as shown in FIG. 6D, processing along the mask 41 is performed by dry etching. Etching proceeds to the insulating layer 44 which is a silicon oxide layer, where the insulating layer 44 becomes an etching stop layer and the etching stops. By this etching, the movable mirror layer 2 having the mirror part 22, the frame part 23, the pair of hinge parts 24 and 25, and the pair of arm parts 26 and 27 is formed.
次に、図７（５）に示すように、ＳＯＩ基板４０を上下反転させ、厚さ２１０μｍの厚いシリコン単結晶（一般に支持基板と呼ばれる）であるシリコン層４５に、空隙を形成するためのマスク４３を形成する。 Next, as shown in FIG. 7 (5), the SOI substrate 40 is turned upside down, and a mask for forming a gap in the silicon layer 45 which is a thick silicon single crystal (generally called a support substrate) having a thickness of 210 μm. 43 is formed.
次に、図７（６）に示すように、ドライエッチングでマスク４３に沿った加工を行う。酸化シリコン層である絶縁層４４がエッチングストップ層として機能するため、絶縁層４４でエッチングが停止する。このエッチングにより、ミラー部２２の可動空間を確保するための空隙を有するシリコン層５が形成される。 Next, as shown in FIG. 7 (6), processing along the mask 43 is performed by dry etching. Since the insulating layer 44 that is a silicon oxide layer functions as an etching stop layer, the etching stops at the insulating layer 44. By this etching, the silicon layer 5 having a gap for securing the movable space of the mirror portion 22 is formed.
次に、図７（７）に示すように、バッファードフッ酸などを用いて、酸化シリコン層である絶縁層４４のうち、可動ミラー層２とシリコン層５に挟まれた部分以外を除去する。このエッチングにより、可動ミラー層２とシリコン層５とを互いに絶縁させる絶縁層４が形成されるとともに、ミラー部２２の可動空間を確保するための凹部６が形成される。 Next, as shown in FIG. 7 (7), using buffered hydrofluoric acid or the like, the insulating layer 44 that is a silicon oxide layer is removed except for the portion sandwiched between the movable mirror layer 2 and the silicon layer 5. . By this etching, the insulating layer 4 that insulates the movable mirror layer 2 and the silicon layer 5 from each other is formed, and the concave portion 6 for securing the movable space of the mirror portion 22 is formed.
次に、図８（８）に示すように、例えば厚さ５００μｍの単結晶シリコンウェハである基板３に、不図示の絶縁膜を形成後、駆動用の電極３１を形成する。 Next, as shown in FIG. 8 (8), an insulating film (not shown) is formed on the substrate 3 which is a single crystal silicon wafer having a thickness of 500 μm, for example, and then a driving electrode 31 is formed.
最後に、図８（９）に示すように、図７（７）に示したＳＯＩ基板と、図８（８）に示した基板とを貼り合わせることにより、反射光学素子１が完成する。 Finally, as shown in FIG. 8 (9), the reflective optical element 1 is completed by bonding the SOI substrate shown in FIG. 7 (7) and the substrate shown in FIG. 8 (8).
なお、上記では１つの反射光学素子１を図示して製造工程を説明したが、実際には複数個の反射光学素子のパターンが形成されたフォトリソグラフィのマスクを用いて、一度のプロセスで複数個の反射光学素子を同時に形成することができる。つまり、一度のプロセスで、第２の実施形態で説明する反射光学素子アレイを形成することができる。 In the above description, the manufacturing process has been described with one reflecting optical element 1 shown in the figure. However, in practice, a plurality of reflecting optical elements are formed in a single process using a photolithography mask on which a plurality of reflecting optical element patterns are formed. The reflective optical elements can be formed simultaneously. That is, the reflective optical element array described in the second embodiment can be formed in a single process.
以上説明したように、本実施形態に係る反射光学素子１は、ミラー部２２が、外力により基板３側に向かって回動するとともに、基板３から離れる方向に作用する引っ張り力を一対のアーム部２６、２７から受けることにより凹状に変形するため、簡易な構成で焦点距離を可変とすることができる。 As described above, in the reflective optical element 1 according to the present embodiment, the mirror unit 22 rotates toward the substrate 3 side by an external force, and the pulling force acting in the direction away from the substrate 3 is applied to the pair of arm units. Since it is deformed into a concave shape by receiving from 26 and 27, the focal length can be made variable with a simple configuration.
また、本実施形態に係る反射光学素子１は、可動ミラー層２（ミラー部２２、フレーム部２３、一対のヒンジ部２４、２５、及び一対のアーム部２６、２７）がＳＯＩ基板４０にＭＥＭＳ技術を適用することにより一体形成されるため、一対のヒンジ部２４、２５や一対のアーム部２６、２７の形状を精度良く形成できるとともに、一対のヒンジ部２４、２５と一対のアーム部２６、２７の各連結部の位置を任意に設定することが可能である。 Further, in the reflective optical element 1 according to the present embodiment, the movable mirror layer 2 (the mirror part 22, the frame part 23, the pair of hinge parts 24 and 25, and the pair of arm parts 26 and 27) is provided on the SOI substrate 40 with the MEMS technology. Therefore, the shape of the pair of hinge portions 24 and 25 and the pair of arm portions 26 and 27 can be accurately formed, and the pair of hinge portions 24 and 25 and the pair of arm portions 26 and 27 can be formed accurately. It is possible to arbitrarily set the position of each connecting part.
なお、上記の説明では、可動ミラー層２がＭＥＭＳ技術により一体形成されるとしたが、ミラー部２２、フレーム部２３、一対のヒンジ部２４、２５、及び一対のアーム部２６、２７はそれぞれ別個に形成されるものであってもよい。 In the above description, the movable mirror layer 2 is integrally formed by the MEMS technique. However, the mirror part 22, the frame part 23, the pair of hinge parts 24 and 25, and the pair of arm parts 26 and 27 are separately provided. It may be formed.
また、上記の説明では、可動ミラー層２が導電性を有するとしたが、可動ミラー層２は導電性を持たない材質で構成されていてもよい。この場合には、反射膜２１が導電性の金属膜であれば、電極３１とミラー部２２との間の静電引力を確保することができる。 In the above description, the movable mirror layer 2 is conductive. However, the movable mirror layer 2 may be made of a material having no conductivity. In this case, if the reflective film 21 is a conductive metal film, an electrostatic attractive force between the electrode 31 and the mirror part 22 can be secured.
また、上記の説明では、ミラー部２２に付与される外力が静電引力であるとしたが、可動ミラー層２が磁性を有する材質からなる場合には、ミラー部２２に付与される外力は磁気力であってもよい。磁気力をミラー部２２に付与する構成としては、例えば電極３１に代えて基板３上に、電磁石コアと、渦巻き状の薄膜コイルと、薄膜コイルから引き出された引出配線と、を有する電磁石が形成され、ミラー駆動装置１０が引出配線を介して電磁石に磁界を発生させるための電流を流す構成が考えられる。 In the above description, the external force applied to the mirror unit 22 is electrostatic attraction. However, when the movable mirror layer 2 is made of a magnetic material, the external force applied to the mirror unit 22 is magnetic. It may be power. For example, an electromagnet having an electromagnet core, a spiral thin film coil, and a lead wire drawn from the thin film coil is formed on the substrate 3 instead of the electrode 31 as a configuration for applying the magnetic force to the mirror portion 22. Thus, a configuration in which the mirror driving device 10 supplies a current for generating a magnetic field to the electromagnet through the lead wiring is conceivable.
また、上記の説明では、反射光学素子１の形状が台形柱状であるとしたが、反射光学素子１の形状は、例えば、第１の横板２３ａ及び第２の横板２３ｂを円弧状とした扇状の形状であってもよい。 In the above description, the shape of the reflective optical element 1 is a trapezoidal column, but the shape of the reflective optical element 1 is, for example, the first horizontal plate 23a and the second horizontal plate 23b are arcuate. A fan-like shape may be used.
（第２の実施形態）
続いて、本発明における第２の実施形態としての反射光学素子アレイについて図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a reflective optical element array as a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the description of the same configuration and operation as in the first embodiment will be omitted as appropriate.
本実施形態の反射光学素子アレイ１００は、第１の実施形態の反射光学素子１がアレイ状に複数配置されてなるものである。図９に示すように、反射光学素子アレイ１００は、台形柱状の反射光学素子１が例えば同心円状に整列配置されて構成される。なお、反射光学素子アレイ１００の中心部には、最も中心に近い反射光学素子１の第１の横板２３ａに接するように、平面状または凹面上の中心ミラー７が配置されることが望ましい。 The reflective optical element array 100 of the present embodiment is formed by arranging a plurality of reflective optical elements 1 of the first embodiment in an array. As shown in FIG. 9, the reflective optical element array 100 is configured by arranging trapezoidal columnar reflective optical elements 1 in, for example, concentric circles. In addition, it is desirable that the center mirror 7 on a planar or concave surface is disposed at the center of the reflective optical element array 100 so as to contact the first horizontal plate 23a of the reflective optical element 1 closest to the center.
図９（ａ）は、反射光学素子アレイ１００を構成する全ての反射光学素子１が基板３の面に平行になっている状態を示している。この状態においては、全ての反射光学素子１の焦点距離が無限大になっており、反射光学素子アレイ１００は全体として平面鏡として機能するようになっている。 FIG. 9A shows a state where all the reflective optical elements 1 constituting the reflective optical element array 100 are parallel to the surface of the substrate 3. In this state, the focal lengths of all the reflective optical elements 1 are infinite, and the reflective optical element array 100 functions as a plane mirror as a whole.
図９（ｂ）は、外力により個々の反射光学素子１の反射面（ミラー部２２の反射膜２１が形成された面）がそれぞれ任意の曲率で凹状に変形した構成を示している。例えば、図９（ｂ）に示した複数の反射光学素子１のうち、矢印で示した２つの反射光学素子はそれぞれ異なる焦点距離Ａ、Ｂを有する凹面鏡の一部に相当する。 FIG. 9B shows a configuration in which the reflecting surface of each reflecting optical element 1 (the surface on which the reflecting film 21 of the mirror portion 22 is formed) is deformed into a concave shape with an arbitrary curvature by an external force. For example, among the plurality of reflective optical elements 1 shown in FIG. 9B, two reflective optical elements indicated by arrows correspond to part of concave mirrors having different focal lengths A and B, respectively.
このように、反射光学素子アレイ１００を構成する各反射光学素子１のミラー部２２がそれぞれ異なる焦点距離を有する凹面鏡の一部からなることにより、反射光学素子アレイ１００は、部分的に焦点距離が可変な凹面鏡として機能するようになっている。一例としては、反射光学素子アレイ１００をフレネルミラーの構成とすることも可能である。 As described above, since the mirror portion 22 of each reflective optical element 1 constituting the reflective optical element array 100 is formed of a part of a concave mirror having a different focal length, the reflective optical element array 100 has a partial focal length. It functions as a variable concave mirror. As an example, the reflective optical element array 100 may be configured as a Fresnel mirror.
図１０は、図９（ｂ）の一部を拡大して示す部分斜視図である。既に述べたように、一対のヒンジ部２４、２５を中心とした回動と一対のアーム部２６、２７の引っ張りにより、各反射光学素子１のミラー部２２に凹状の変形が生じるので、個々のミラー部２２が凹面鏡の一部を構成する。これにより、個々のミラー部２２が平面鏡である従来の構成と比較して、少ない数の反射光学素子で、より精度の高い反射光学素子アレイを形成することが可能となる。 FIG. 10 is a partial perspective view showing a part of FIG. 9B in an enlarged manner. As described above, the pivoting about the pair of hinge parts 24 and 25 and the pulling of the pair of arm parts 26 and 27 cause the concave deformation in the mirror part 22 of each reflective optical element 1. The mirror part 22 constitutes a part of the concave mirror. As a result, it is possible to form a reflective optical element array with higher accuracy with a smaller number of reflective optical elements than in the conventional configuration in which each mirror section 22 is a plane mirror.
このように構成された本実施形態の反射光学素子アレイ１００は、任意の位置にある反射光学素子１の焦点距離を任意に変化させることができる。従って、本実施形態の反射光学素子アレイ１００は、非特許文献２に開示されたようなラティスフォーカスレンズの代わりに第３の実施形態で説明するリフォーカスカメラに適用されることにより、従来のラティスフォーカスレンズと同様の光学機能を発揮するだけでなく、撮影シーンの変化に対応した画像処理に適した光学系を構成することが可能となる。 The reflective optical element array 100 of the present embodiment configured as described above can arbitrarily change the focal length of the reflective optical element 1 at an arbitrary position. Therefore, the reflective optical element array 100 according to the present embodiment is applied to the refocus camera described in the third embodiment instead of the lattice focus lens disclosed in Non-Patent Document 2, so that a conventional lattice can be obtained. In addition to exhibiting the same optical function as that of the focus lens, it is possible to configure an optical system suitable for image processing corresponding to changes in the shooting scene.
さらに、本実施形態の反射光学素子アレイ１００をリフォーカスカメラに適用することにより、従来のラティスフォーカスレンズを用いたリフォーカスカメラにおけるレンズの交換機構などが不要となるため、リフォーカスカメラを小型化することが可能となる。 Furthermore, by applying the reflective optical element array 100 of this embodiment to a refocus camera, a lens replacement mechanism or the like in a conventional refocus camera using a lattice focus lens becomes unnecessary, and thus the refocus camera is downsized. It becomes possible to do.
（第３の実施形態）
続いて、本発明における第３の実施形態としての撮像装置について図面を参照しながら説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, an imaging apparatus as a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that description of the configuration and operation similar to those of the first and second embodiments will be omitted as appropriate.
図１１に示すように、本実施形態の撮像装置２００は、ライトフィールドカメラなどのリフォーカスカメラであり、筺体５０内に、撮像素子５１と、撮影対象（物体）からの光線を撮像素子５１の受光面に集光して結像させるための撮像レンズとしてのレンズ群５２、５３と、第２の実施形態の反射光学素子アレイ１００と、レンズ群５２からの光を反射光学素子アレイ１００に向けて通過させるとともに、反射光学素子アレイ１００により変調を受けた反射光をレンズ群５３に向けて反射させるハーフミラー５４と、制御部５５と、を備える。 As shown in FIG. 11, the imaging apparatus 200 according to the present embodiment is a refocus camera such as a light field camera, and the imaging element 51 and light rays from an imaging target (object) are captured in the casing 50 by the imaging element 51. Lens groups 52 and 53 as imaging lenses for condensing and forming an image on the light receiving surface, the reflective optical element array 100 of the second embodiment, and the light from the lens group 52 toward the reflective optical element array 100 A half mirror 54 that reflects the reflected light modulated by the reflective optical element array 100 toward the lens group 53, and a control unit 55.
反射光学素子アレイ１００は、レンズ群５２からの光を撮像素子５１に伝達する光学素子として機能するようになっている。撮像素子５１は、レンズ群５２、５３からの光を受光する複数の画素を有するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージャからなる。 The reflective optical element array 100 functions as an optical element that transmits light from the lens group 52 to the imaging element 51. The image pickup device 51 includes an imager such as a CCD sensor or a CMOS sensor having a plurality of pixels that receive light from the lens groups 52 and 53.
制御部５５は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、を有し、画像安定化、ズーム、露光及び焦点制御、雑音低減、画像構成等のような機能を実施するようになっている。さらに、制御部５５は、反射光学素子アレイ１００を構成する各反射光学素子１の焦点距離を制御するようになっている。 The control unit 55 includes, for example, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a CPU (Central Processing Unit), and performs image stabilization, zoom, exposure and focus control, noise reduction, image Functions such as configuration are implemented. Furthermore, the control unit 55 controls the focal length of each reflective optical element 1 constituting the reflective optical element array 100.
次に、本実施形態の撮像装置２００の動作について説明する。
不図示の撮影対象から出た光は、レンズ群５２により集光されハーフミラー５４に導かれる。ハーフミラー５４を通過した光は、反射光学素子アレイ１００に導かれ、反射光学素子アレイ１００により変調を受けた反射光は再びハーフミラー５４に導かれる。
Next, the operation of the imaging apparatus 200 of this embodiment will be described.
Light emitted from an imaging target (not shown) is collected by the lens group 52 and guided to the half mirror 54. The light that has passed through the half mirror 54 is guided to the reflective optical element array 100, and the reflected light that has been modulated by the reflective optical element array 100 is guided to the half mirror 54 again.
このとき、制御部５５が反射光学素子アレイ１００の各反射光学素子１の焦点距離を無限大とし、反射光学素子アレイ１００を平面鏡として機能させる場合には、撮像装置２００は通常のカメラ光学系となる。一方、制御部５５が反射光学素子アレイ１００の各反射光学素子１の焦点距離を撮影シーンに応じて異ならせて、反射光学素子アレイ１００にラティスフォーカスレンズと同等の光学機能を持たせる場合には、撮像装置２００は撮影シーンに適したライトフィールド光学系となる。 At this time, when the control unit 55 sets the focal length of each reflective optical element 1 of the reflective optical element array 100 to infinity, and causes the reflective optical element array 100 to function as a plane mirror, the imaging apparatus 200 has a normal camera optical system. Become. On the other hand, when the control unit 55 changes the focal length of each reflective optical element 1 of the reflective optical element array 100 according to the shooting scene, the reflective optical element array 100 has an optical function equivalent to that of the lattice focus lens. The imaging apparatus 200 is a light field optical system suitable for a shooting scene.
ハーフミラー５４によって反射された光は、撮像素子５１に受光されて、画像情報に変換される。制御部５５は、この画像情報と、反射光学素子アレイ１００の変調情報（各反射光学素子１の焦点距離などの情報）から撮影対象のライトフィールド情報を取得する。 The light reflected by the half mirror 54 is received by the image sensor 51 and converted into image information. The control unit 55 acquires light field information to be imaged from this image information and modulation information of the reflective optical element array 100 (information such as the focal length of each reflective optical element 1).
なお、制御部５５は、取得したライトフィールド情報から複数の焦点画像を生成するものであってもよく、あるいは、取得したライトフィールド情報を外部の処理装置に出力するものであってもよい。 The control unit 55 may generate a plurality of focus images from the acquired light field information, or may output the acquired light field information to an external processing device.
以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置２００は、撮像レンズ（レンズ群５２、５３）からの光を受光する面の一部が任意に焦点距離を変えられる凹面鏡である本発明の反射光学素子アレイ１００を備えるため、像面位置の異なる任意焦点画像を高い解像度で得ることができる。 As described above, the imaging apparatus 200 according to the present embodiment is a reflection mirror according to the present invention in which a part of a surface that receives light from the imaging lens (lens groups 52 and 53) is a concave mirror whose focal length can be arbitrarily changed. Since the optical element array 100 is provided, arbitrary-focus images with different image plane positions can be obtained with high resolution.
従って、本実施形態の撮像装置２００は、非特許文献２に開示されたようなラティスフォーカスレンズを備えたリフォーカスカメラと同様の機能を発揮するだけでなく、撮影シーンの変化に対応した画像処理を行うことが可能となる。 Therefore, the imaging apparatus 200 of the present embodiment not only exhibits the same function as a refocus camera having a lattice focus lens as disclosed in Non-Patent Document 2, but also performs image processing corresponding to changes in the shooting scene. Can be performed.
さらに、本実施形態の撮像装置２００は、従来のラティスフォーカスレンズを用いたリフォーカスカメラにおけるレンズの交換機構などが不要となるため、装置全体を小型化することが可能となる。 Furthermore, the imaging apparatus 200 of the present embodiment does not require a lens replacement mechanism or the like in a refocus camera using a conventional lattice focus lens, and thus the entire apparatus can be reduced in size.
１ 反射光学素子
２ 可動ミラー層
３ 基板
４ 絶縁層
５ シリコン層
６ 凹部
７ 中心ミラー
１０ ミラー駆動装置
２１ 反射膜
２２ ミラー部
２３ フレーム部
２３ａ 第１の横板
２３ｂ 第２の横板
２３ｃ 第１の縦板
２３ｄ 第２の縦板
２４、２５ （一対の）ヒンジ部
２６、２７ （一対の）アーム部
２６ａ、２７ａ 延伸部
２６ｂ、２７ｂ 第１の連結部
２６ｃ、２７ｃ 第２の連結部
３１ 電極
３１ａ〜３１ｄ 分割電極
３２、３２ａ〜３２ｄ 引出配線
４０ ＳＯＩ基板
４１ マスク
４２、４５ シリコン層
４３ マスク
４４ 絶縁層
５０ 筺体
５１ 撮像素子
５２、５３ レンズ群（撮像レンズ）
５４ ハーフミラー
５５ 制御部
１００ 反射光学素子アレイ
２００ 撮像装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reflective optical element 2 Movable mirror layer 3 Substrate 4 Insulating layer 5 Silicon layer 6 Concave part 7 Center mirror 10 Mirror drive device 21 Reflecting film 22 Mirror part 23 Frame part 23a 1st horizontal board 23b 2nd horizontal board 23c 1st Vertical plate 23d Second vertical plate 24, 25 (Pair) Hinge part 26, 27 (Pair) Arm part 26a, 27a Extension part 26b, 27b First connection part 26c, 27c Second connection part 31 Electrode 31a -31d Divided electrode 32, 32a-32d Lead wiring 40 SOI substrate 41 Mask 42, 45 Silicon layer 43 Mask 44 Insulating layer 50 Housing 51 Imaging element 52, 53 Lens group (imaging lens)
54 Half mirror 55 Control unit 100 Reflective optical element array 200 Imaging device
Claims (7)
前記可動ミラー層と空間を隔てて対向して設けられる基板と、を備えた反射光学素子であって、
前記可動ミラー層は、前記ミラー部の外縁と前記フレーム部の内縁の間において、前記ミラー部の両側方にそれぞれ接続される一対のアーム部をさらに有し、
各前記アーム部は、
前記ミラー部の外縁と前記フレーム部の内縁の隙間に沿って形成された延伸部と、
前記一対のヒンジ部よりも前記ミラー部の他端側に形成され、前記延伸部と前記フレーム部の内縁を連結する第１の連結部と、
前記第１の連結部よりも前記ミラー部の前記他端側に形成され、前記延伸部と前記ミラー部の外縁を連結する第２の連結部と、を有し、
前記ミラー部は、外力により前記基板側に向かって前記回動軸を中心として回動するとともに、前記他端側において前記基板から離れる方向に作用する引っ張り力を前記一対のアーム部から受けることにより、凹状に変形することを特徴とする反射光学素子。 The mirror portion, the frame portion, and the frame portion have a pair of hinge portions that pivotally support one end side of the mirror portion, and the mirror portion rotates on the same straight line on which the pair of hinge portions extend. A movable mirror layer that rotates as
A reflective optical element comprising a substrate provided opposite to the movable mirror layer with a space therebetween,
The movable mirror layer further includes a pair of arm portions respectively connected to both sides of the mirror portion between the outer edge of the mirror portion and the inner edge of the frame portion,
Each said arm part is
An extending portion formed along the gap between the outer edge of the mirror portion and the inner edge of the frame portion;
A first connecting part that is formed on the other end side of the mirror part from the pair of hinge parts, and connects the extending part and the inner edge of the frame part;
A second connecting part that is formed on the other end side of the mirror part from the first connecting part, and connects the extending part and an outer edge of the mirror part;
The mirror portion rotates about the rotation axis toward the substrate side by an external force, and receives a pulling force acting in a direction away from the substrate on the other end side from the pair of arm portions. A reflective optical element that is deformed into a concave shape.
前記外力は、前記電極と前記可動ミラー層との間に電圧が印加された場合に、前記電極と前記可動ミラー層との間に生じる静電引力であることを特徴とする請求項１に記載の反射光学素子。 The movable mirror layer has conductivity, and an electrode electrically insulated from the movable mirror layer is formed on the substrate.
The external force is an electrostatic attractive force generated between the electrode and the movable mirror layer when a voltage is applied between the electrode and the movable mirror layer. Reflective optical element.
前記外力は、前記可動ミラー層に付与される磁気力であることを特徴とする請求項１に記載の反射光学素子。 The movable mirror layer has magnetism,
The reflective optical element according to claim 1, wherein the external force is a magnetic force applied to the movable mirror layer.
前記物体からの光を集光する撮像レンズと、
前記撮像レンズからの光を受光する複数の画素を含む撮像素子と、
前記撮像レンズからの光を前記撮像素子に伝達する光学素子と、を備え、
前記光学素子は、請求項６に記載の反射光学素子アレイであることを特徴とする撮像装置。 An imaging device that captures an image for generating a plurality of focus images of an object,
An imaging lens for condensing light from the object;
An imaging device including a plurality of pixels that receive light from the imaging lens;
An optical element that transmits light from the imaging lens to the imaging element,
The imaging apparatus according to claim 6, wherein the optical element is a reflective optical element array according to claim 6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012222285A JP2014074804A (en) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Reflection optical element, reflection optical element array and imaging apparatus |
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| JP2012222285A JP2014074804A (en) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Reflection optical element, reflection optical element array and imaging apparatus |
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| JP (1) | JP2014074804A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017026866A (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 株式会社東芝 | Display device |
-
2012
- 2012-10-04 JP JP2012222285A patent/JP2014074804A/en active Pending
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