(57)【要約】  本発明の撮像装置は、レンズ及び絞りを有するレンズ光学系と、レンズ光学系を透過した光が入射する複数の第１の画素と複数の第２の画素とを少なくとも有する撮像素子と、レンズ光学系と撮像素子との間に配置されたアレイ状光学素子とを備え、レンズ光学系は、光軸と垂直な面内に第１の波長帯域の光を透過する第１の領域と、第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を透過する第２の領域とを含み、アレイ状光学素子は、第１の領域を透過した光を複数の第１の画素に入射させ、第２の領域を透過した光を複数の第２の画素に入射させる。
2012143983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ及び絞りを有するレンズ光学系と、
前記レンズ光学系を透過した光が入射する複数の第１の画素と複数の第２の画素とを少なくとも有する撮像素子と、
前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置されたアレイ状光学素子とを備え、
前記レンズ光学系は、光軸と垂直な面内に複数の領域をさらに有し、
前記複数の領域は、第１の波長帯域の光を透過する第１の領域と、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を透過する第２の領域とを含み、
前記アレイ状光学素子は、前記第１の領域を透過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の領域を透過した光を前記複数の第２の画素に入射させる、撮像装置。
【請求項２】
前記複数の領域は、前記絞り近傍に配置されている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記レンズ光学系の前記複数の領域は、前記第１、第２の領域以外の少なくとも第３の領域をさらに含み、
前記第３の領域は、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域と異なる第３の波長帯域の光を透過し、
前記アレイ状光学素子は、前記第３の領域を透過した光を、前記複数の第１、第２の画素以外の第３の画素に入射させる、請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記レンズ光学系の前記複数の領域は、前記第１、第２及び第３の領域以外の第４の領域をさらに含み、前記第４の領域は、前記第１、第２および第３の波長帯域と異なる第４の波長帯域の光を透過し、
前記アレイ状光学素子は、前記第４の領域を透過した光を、前記複数の第１、第２及び第３の画素以外の第４の画素に入射させる、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記レンズ光学系の前記第１および第２の領域のそれぞれは、光軸を挟んで互いに分離された複数の領域から構成されている、請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の波長帯域の光は近赤外光であり、前記第２の波長帯域の光は可視光である、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の波長帯域の光は近紫外光であり、前記第２の波長帯域の光は可視光である、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の波長帯域の幅よりも、前記第２の波長帯域の幅が狭い請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の領域および前記第２の領域は、前記レンズ光学系の光軸を境界中心として、前記光軸に垂直な面内で分割された領域である、請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の領域および前記第２の領域は互いに異なる光学パワーを有し、
前記第１の領域および前記第２の領域が互いに等しい光学パワーを有する場合と比較して、前記第１の領域を透過した光の合焦位置と前記第２の領域を透過した光の合焦位置とが近い、請求項１から９のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記レンズ光学系は像側非テレセントリック光学系であって、
前記レンズ光学系の光軸外において前記アレイ状光学素子の配列を前記撮像素子の画素の配列に対してオフセットさせている、請求項１から１０のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記レンズ光学系が像側テレセントリック光学系である、請求項１から１０のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記アレイ状光学素子はレンチキュラレンズである、請求項１から１２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記アレイ状光学素子はマイクロレンズアレイである、請求項１から１２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記マイクロレンズアレイの各光学要素の形状が回転対称形状である、請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記アレイ状光学素子は前記撮像素子上に形成されている、請求項１から１５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記アレイ状光学素子と前記撮像素子との間に設けられたマイクロレンズをさらに備え、
前記アレイ状光学素子は、前記マイクロレンズを介して前記撮像素子上に形成されている、請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記第１の領域および前記第２の領域の境界部に対応する位置に遮光領域をさらに備える請求項１から１７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記撮像素子は、各画素上にカラーフィルタの形成されたカラー撮像素子であって、
前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域の波長帯域の幅が、該領域を透過した光束が到達する前記カラー撮像素子上のカラーフィルタの波長帯域の幅よりも狭い請求項１から１８のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２０】
信号処理部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記複数の第１の画素において得られた画素値から第１の波長帯域に対応する第１の画像情報を生成し、前記複数の第２の画素において得られた画素値から第２の波長帯域に対応する第２の画像情報を生成する、請求項１から１９のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２１】
請求項１から１９のいずれかに記載の撮像装置と、
前記撮像装置における前記複数の第１の画素において得られた画素値から第１の波長帯域に対応する第１の画像情報を生成し、前記複数の第２の画素において得られた画素値から第２の波長帯域に対応する第２の画像情報を生成する信号処理装置とを備える撮像システム。
【請求項２２】
第１の波長帯域の光を透過する第１の領域と、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を透過する第２の領域とを少なくとも有するレンズ光学系と、
前記レンズ光学系を透過した光が入射する複数の第１の画素と複数の第２の画素とを少なくとも有する撮像素子と、
前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置されたアレイ状光学素子とを備える撮像装置を用い、
前記アレイ状光学素子によって、前記第１の領域を透過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の領域を透過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、
前記複数の第１の画素において得られた画素値から第１の波長帯域に対応する第１の画像および前記複数の第２の画素において得られた画素値から第２の波長帯域に対応する第２の画像情報を生成する、撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等の撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラー撮像用の固体撮像素子の各画素上には、一般的に、顔料もしくは染料などの有機材料を用いたカラーフィルタが形成されている。このようなカラーフィルタは、赤外光を通すため、撮像装置において良好なカラー画像を取得するには、赤外カットフィルターを固体撮像素子よりも前側の光路に配置する構成が一般的である。従って、単一の撮像素子を用いた撮像装置では、可視光と赤外光の両方の画像情報を同時に取得することは困難である。また、有機材料を用いたカラーフィルタは、波長帯域が広く、例えば青色、緑色、赤色の各波長帯域は、比較的広い波長帯域でオーバーラップするため、色再現性が悪くなる。【０００３】
そこで、これらの課題を解決するために、誘電体多層膜によるカラーフィルタを形成した固体撮像素子に関する技術が開示されている（特許文献１、２）。【０００４】
また、有機材料を用いたカラーフィルタは、狭い帯域の分光特性を形成することが困難であり、狭い波長帯域の色情報を抽出する撮像が困難である。【０００５】
そこで、狭帯域の色情報を取得するために、白色光と所定の狭帯域光を順次点灯させて画像を取得する技術が開示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２１２３０６号公報
【特許文献２】特開２００６−１９０９５８号公報
【特許文献３】特許第４２５３５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
文献１、２では、誘電多層膜を微小な画素毎に形成する工程が必要であるため、固体撮像素子が高価となる。また、非常に微小な画素サイズでは形成が困難である。【０００８】
また、文献３では、白色光源と所定の狭帯域光源を順次点灯させて、時分割で撮像する方式である。そのため、動体を撮像すると、時間差による色ずれが生じる。【０００９】
また、従来のカラー撮像素子の分光特性は、生産性の観点から機種ごとに統一されていることが一般的であるため、それを買い入れる撮像装置メーカーが分光特性を任意に指定することは困難である。【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、単一の撮像光学系を用いた１回の撮像によって任意のマルチスペクトル画像を取得することができる撮像装置及び撮像方法を提供することにある。なお、マルチスペクトル画像とは、画素ごとに分光情報を有する画像のことを言う。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の撮像装置は、レンズ及び絞りを有するレンズ光学系と、前記レンズ光学系を透過した光が入射する複数の第１の画素と複数の第２の画素とを少なくとも有する撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置されたアレイ状光学素子とを備え、前記レンズ光学系は、光軸と垂直な面内に複数の領域をさらに有し、前記複数の領域は、第１の波長帯域の光を透過する第１の領域と、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を透過する第２の領域とを含み、前記アレイ状光学素子は、前記第１の領域を透過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の領域を透過した光を前記複数の第２の画素に入射させる。【００１２】
本発明の撮像システムは、本発明の撮像装置と、前記撮像装置における前記複数の第１の画素において得られた画素値から第１の波長帯域に対応する第１の画像情報を生成し、前記複数の第２の画素において得られた画素値から第２の波長帯域に対応する第２の画像情報を生成する信号処理装置とを備える。【００１３】
本発明の撮像方法は、第１の波長帯域の光を透過する第１の領域と、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を透過する第２の領域とを少なくとも有するレンズ光学系と、前記レンズ光学系を透過した光が入射する複数の第１の画素と複数の第２の画素とを少なくとも有する撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置されたアレイ状光学素子とを備える撮像装置を用い、前記アレイ状光学素子によって、前記第１の領域を透過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の領域を透過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、前記複数の第１の画素において得られた画素値から第１の波長帯域に対応する第１の画像および前記複数の第２の画素において得られた画素値から第２の波長帯域に対応する第２の画像情報を生成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、単一の撮像系を用いた１回の撮像によって、任意のマルチスペクトル画像を取得することができる。本発明によれば、画素毎に誘電体多層膜を設ける必要がない。また、本発明の撮像装置を用いて動画を撮影した場合、時間の経過によって被写体の位置に変化が生じても、複数の画像間で像のずれが生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による撮像装置Ａの実施の形態１を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるアレイ状光学素子Ｋの斜視図である。
【図４】（ａ）は、本実施の形態１における図１に示すアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図、（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎの画素との位置関係を示す図である。
【図５】本発明による撮像装置Ａの実施の形態２を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２における光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図である。
【図７】（ａ）は、本実施の形態２における図５に示すアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図、（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎの画素との位置関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３における光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるアレイ状光学素子Ｋの斜視図である。
【図１０】（ａ）は、本実施の形態３におけるアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図、（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎの画素との位置関係を示す図である。
【図１１】（ａ）は、本発明の実施の形態４における光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図、（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎの画素との位置関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における被写体距離毎の光線図、および点像とその重心の変化について説明する図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における被写体距離毎の点像とその重心について説明する図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態５における光学系と撮像部を示す模式図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態５における光学素子Ｌ１の斜視図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の実施の形態５における絞りＳを被写体側から見た正面図である。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態５における光学系と撮像部を示す模式図である。
【図１８】本発明の実施の形態５における光学素子Ｌ１の斜視図である。
【図１９】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の実施の形態６における光学素子Ｌ１の斜視図である。
【図２０】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の実施の形態６における絞りＳを被写体側から見た正面図である。
【図２１】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の実施の形態７における光学素子Ｌ１の斜視図である。
【図２２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の実施の形態７における絞りＳを被写体側から見た正面図である。
【図２３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態８におけるアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図である。
【図２４】（ａ）および（ｂ）は、本発明によるその他の形態におけるアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図である。
【図２５】（ａ１）および（ｂ１）は、本発明によるその他の形態におけるアレイ状光学素子Ｋの斜視図、（ａ２）および（ｂ２）は、各光学要素の等高線を示す図、（ａ３）および（ｂ３）は、光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による撮像装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の撮像装置Ａを示す模式図である。本実施形態の撮像装置Ａは、Ｖを光軸とするレンズ光学系Ｌと、レンズ光学系Ｌの焦点近傍に配置されたアレイ状光学素子Ｋと、撮像素子Ｎと、信号処理部Ｃとを備える。
【００１８】
レンズ光学系Ｌは、被写体（図示せず）からの光が入射する絞りＳと、絞りＳを通過した光が入射する光学素子Ｌ１と、光学素子Ｌ１を通過した光が入射するレンズＬ２とから構成されている。
【００１９】
レンズＬ２は、一枚のレンズで構成されていてもよいし、複数枚のレンズで構成されていてもよい。図１では、一枚構成として図示している。
【００２０】
光学素子Ｌ１は、絞り近傍に配置されている。
【００２１】
また、光学素子Ｌ１は、第１の波長帯域の光を透過する第１の光学面領域Ｄ１と、第２の波長帯域の光を透過する第２の光学面領域Ｄ２とを有する。第１の波長帯域と第２の波長帯域とは互いに異なる。
【００２２】
「第１の波長帯域」及び「第２の波長帯域」における「波長帯域」とは、例えば、領域を透過する光の全光量のうち５０％以上の光量を占める連続する帯域であり、領域を通過することにより９５％以上カットされる波長は「波長帯域」に含まれない。
【００２３】
また、２つの波長帯域が互いに異なるとは、少なくとも一方の波長帯域に、他方の波長帯域には含まれない帯域が存在することを言う。したがって、一部の波長帯域が重複していてもよい。
【００２４】
透過する波長帯域が互いに異なる構成は、光学素子Ｌ１の絞りＳ側の表面上に有機材料や誘電多層膜を用いたフィルタを形成する構成や、吸収型のフィルタを形成する構成や、染色系のフィルタによって光学素子Ｌ１を領域毎に染色する構成によって実現する。このようなカラーフィルタは、１つの平板上に形成されていても良いし、領域毎に分割した複数の平板上に形成されていてもよい。
【００２５】
本実施形態では、２つの光学面領域Ｄ１、Ｄ２を通過した光は、レンズＬ２を通過した後、アレイ状光学素子Ｋに入射する。アレイ状光学素子Ｋは、光学面領域Ｄ１を通過した光を撮像素子Ｎにおける画素Ｐ１に、光学面領域Ｄ２を通過した光を撮像素子Ｎにおける画素Ｐ２に入射させる。信号処理部Ｃは、画素Ｐ１において得られる画素値から第１の波長帯域に対応する画像情報を生成し、画素Ｐ２において得られる画素値から第２の波長帯域に対応する画像情報を生成し、出力する。
【００２６】
図１において、光束Ｂ１は、光学素子Ｌ１上の光学面領域Ｄ１を通過する光束であり、光束Ｂ２は、光学素子Ｌ１上の光学面領域Ｄ２を通過する光束である。光束Ｂ１、Ｂ２は、絞りＳ、光学素子Ｌ１、レンズＬ２、アレイ状光学素子Ｋをこの順に通過し、撮像素子Ｎ上の撮像面Ｎｉに到達する。
【００２７】
図２は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図である。光学素子Ｌ１における光学面領域Ｄ１とＤ２は、光軸Ｖを境界中心として光軸Ｖに垂直な面内で上下に２分割することで形成される。図２において、破線ｓは、絞りＳの位置を示している。
【００２８】
図３は、アレイ状光学素子Ｋの斜視図である。アレイ状光学素子Ｋにおける撮像素子Ｎ側の面には、横方向に細長い複数の光学要素Ｍ１が縦方向に配置されている。それぞれの光学要素Ｍ１の断面（縦方向）は、撮像素子Ｎ側に突出した曲面の形状を有する。このように、アレイ状光学素子Ｋは、レンチキュラレンズの構成を有する。
【００２９】
図１に示すように、アレイ状光学素子Ｋは、レンズ光学系Ｌの焦点近傍に配置されており、撮像面Ｎｉから所定の距離だけ離れた位置に配置されている。
【００３０】
図４（ａ）は、図１に示すアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図であり、図４（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。アレイ状光学素子Ｋは、光学要素Ｍ１が形成された面が撮像面Ｎｉ側に向かうように配置されている。撮像面Ｎｉには、画素Ｐが行列状に配置されている。画素Ｐは、画素Ｐ１および画素Ｐ２に区別できる。
【００３１】
画素Ｐ１および画素Ｐ２のそれぞれは、横方向（行方向）に１行に並んで配置されている。縦方向（列方向）において、画素Ｐ１とＰ２とは交互に配置されている。アレイ状光学素子Ｋは、その光学要素Ｍ１の１つが、撮像面Ｎｉ上における１行の画素Ｐ１および１行の画素Ｐ２からなる２行の画素に対応するように配置されている。撮像面Ｎｉ上には、画素Ｐ１、Ｐ２の表面を覆うようにマイクロレンズＭｓが設けられている。
【００３２】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１上の光学面領域Ｄ１（図１、図２に示す）を通過した光束（図１において実線で示される光束Ｂ１）の大部分が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ１に到達し、光学面領域Ｄ２を通過した光束（図１において破線で示される光束Ｂ２）の大部分が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ２に到達するように設計されている。具体的には、アレイ状光学素子Ｋの屈折率、撮像面Ｎｉからの距離及び光学要素Ｍ１表面の曲率半径等のパラメータを適切に設定することで、上記構成が実現する。
【００３３】
撮像光学系が、像側非テレセントリック光学系の場合、絞りを通過する光線の位置と光軸に対する角度とによって焦点における光線の角度が決定される。また、アレイ状光学素子は、光線の入射角度に応じて出射方向を振り分ける作用を有する。従って、絞り近傍に光学面領域Ｄ１およびＤ２を配置し、かつ、前述のようにアレイ状光学素子Ｋを焦点近傍に配置することにより、各光学面領域を通過した光束Ｂ１およびＢ２をそれぞれ、画素Ｐ１およびＰ２に分離して導くことができる。なお、光学面領域Ｄ１およびＤ２を配置する位置が絞りの位置から大きく離れると、光学面領域Ｄ１を通過した光と光学面領域Ｄ２を通過した光とをそれぞれ画素Ｐ１と画素Ｐ２に分離しきれず、クロストークが多く発生してしまう。なお、撮像光学系が、像側テレセントリック光学系の場合は、絞りを通過する光線は平行なため、焦点における光線の角度は、絞りを通過する光線の位置によって一義的に決定される。
【００３４】
以上の構成により、画素Ｐ１と画素Ｐ２は、互いに異なる波長帯域の光に対応する画像情報をそれぞれ生成する。つまり、撮像装置Ａは、互いに異なる波長帯域の光によって形成される複数の画像情報を、単一の撮像光学系で、かつ、１回の撮像で取得することができる。
【００３５】
第１の波長帯域及び第２の波長帯域の具体例を挙げる。
【００３６】
ひとつの例では、第１の光学面領域Ｄ１は、第１の波長帯域の光として可視光を透過し近赤外光を実質的に遮断する特性を有する光学フィルタである。第２の光学面領域Ｄ２は、可視光を実質的に遮断し、第２の波長帯域の光として近赤外光を透過する特性を有する光学フィルタである。これにより、昼夜兼用の撮像装置や生態認証用の撮像装置を実現することができる。このような撮像装置において、近赤外光の画像を取得する際には、近赤外光の帯域を含む分光放射特性を有する光源を備えることが好ましい。
【００３７】
また別の例では、第１の光学面領域Ｄ１は、第１の波長帯域の光として可視光を透過し近紫外光を実質的に遮断する特性を有する光学フィルタである。第２の光学面領域Ｄ２は、可視光を実質的に遮断し、第２の波長帯域の光として近紫外光を透過する特性を有する光学フィルタである。これにより、近紫外線によるシミ等の肌の状態を可視化する撮像装置を実現することができる。このような撮像装置において、近紫外光の画像を取得する際には、近紫外光の帯域を含む分光放射特性を有する光源を備えることが好ましい。
【００３８】
また別の例では、第１の光学面領域Ｄ１は、所定の波長帯域幅の光を透過する光学フィルタであり、第２の光学面領域Ｄ２は、前記所定の波長帯域幅よりも狭い帯域幅の光を透過する光学フィルタである。つまり、第１の波長帯域の幅よりも第２の波長帯域の幅を狭くする。これにより、病変を狭帯域で観察することができる内視鏡やカプセル内視鏡用途の撮像装置を実現することができる。この例では、第２の波長帯域は、第１の波長帯域に含まれていてもよいし、含まれていなくても良い。このような撮像装置においては、第１および第２の波長帯域を含む分光放射特性を有する１種類の光源、あるいは、第１および第２の波長帯域にそれぞれ対応した分光放射特性を有する複数種類の光源を備えることが好ましい。このような用途においては、広帯域で取得した画像と狭帯域で取得した画像をそれぞれ異なる色でモニター表示させることにより、病変を容易に見分けることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、ｙ方向の画素値が１画素おきに欠落する。このため、欠落している画素の画素値をｙ方向に隣接する画素の画素値によって補間して生成してもよいし、ｘ方向の画素値を２画素ずつ加算して生成してもよい。
【００４０】
また、撮像素子の各画素のｘ方向とｙ方向のアスペクト比が２：１である構成であってもよい。このような構成にすることにより、前述のような補間処理や加算処理が不要となる。
【００４１】
（実施の形態２）
本実施の形態２は、光学素子Ｌ１の領域分割を３つにした点で、実施の形態１と異なっている。ここでは、実施の形態１と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００４２】
図５は、実施の形態２の撮像装置Ａを示す模式図である。
【００４３】
図５において、光束Ｂ１は、光学素子Ｌ１上の光学面領域Ｄ１を通過する光束であり、光束Ｂ２は、光学素子Ｌ１上の光学面領域Ｄ２を通過する光束であり、光束Ｂ３は、光学素子Ｌ１上の光学面領域Ｄ３を通過する光束である。光束Ｂ１、Ｂ２、およびＢ３は、絞りＳ、光学素子Ｌ１、レンズＬ２、アレイ状光学素子Ｋをこの順に通過し、撮像素子Ｎ上の撮像面Ｎｉ（図７等に示す）に到達する。
【００４４】
図６は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、光軸Ｖに垂直な面内で上下方向に３分割されることで形成されている。また、各光学面領域が透過する光の波長帯域は、互いに異ならせている。
【００４５】
図７（ａ）は、図５に示すアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図であり、図７（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。アレイ状光学素子Ｋは、光学要素Ｍ１が形成された面が撮像面Ｎｉ側に向かうように配置されている。撮像面Ｎｉには、画素Ｐが行列状に配置されている。画素Ｐは、画素Ｐ１、画素Ｐ２および画素Ｐ３に区別できる。
【００４６】
画素Ｐ１、画素Ｐ２および画素Ｐ３のそれぞれは、横方向（行方向）に１行に並んで配置されている。縦方向（列方向）においては、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が繰り返し配置されている。アレイ状光学素子Ｋは、その光学要素Ｍ１の１つが、撮像面Ｎｉ上における１行の画素Ｐ１、１行の画素Ｐ２および１行の画素Ｐ３からなる３行の画素に対応するように配置されている。撮像面Ｎｉ上には、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の表面を覆うようにマイクロレンズＭｓが設けられている。
【００４７】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１上の光学面領域Ｄ１（図５、図６に示す）を通過した光束Ｂ１（図５において点線で示される光束Ｂ１）の大部分が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ１に到達し、光学面領域Ｄ２を通過した光束（図５において実線で示される光束Ｂ２）の大部分が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ２に到達し、光学面領域Ｄ３を通過した光束（図５において破線で示される光束Ｂ３）の大部分が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ３に到達するように設計されている。具体的にはアレイ状光学素子Ｋの屈折率、撮像面Ｎｉからの距離及び光学要素Ｍ１表面の曲率半径等のパラメータを適切に設定することで、上記構成が実現する。
【００４８】
以上の構成により、画素Ｐ１、画素Ｐ２、および画素Ｐ３は、互いに異なる波長帯域の光に対応する画像情報をそれぞれ生成する。つまり、撮像装置Ａは、互いに異なる波長帯域の光によって形成される複数の画像情報を、単一の撮像光学系で、かつ、１回の撮像で取得することができる。
【００４９】
実施の形態１では、２種類の波長帯域の画像を同時に取得する構造であるが、本実施の形態２では、３種類の波長帯域の画像を同時に取得することができる。
【００５０】
３種類の波長帯域の具体例を挙げる。
【００５１】
ひとつの例では、第１の光学面領域Ｄ１は、青色帯域の光を透過し青色以外の帯域の色を実質的に遮断する青色のカラーフィルタである。第２の光学面領域Ｄ２は、緑色帯域の光を透過し緑色以外の帯域の色を実質的に遮断する緑色のカラーフィルタである。第３の光学面領域Ｄ３は、赤色帯域の光を透過し赤色以外の帯域の色を実質的に遮断する赤色のカラーフィルタである。これにより、モノクロ撮像素子を用いてフルカラーの画像を取得できる撮像装置を実現することができる。また、前述のような原色系のフィルタに限らず、補色系（シアン、マゼンタ、イエロー）のフィルタを用いることもできる。また、前述のカラーフィルタとして、誘電多層膜を用いることで、有機フィルタの場合よりも色再現性の良い画像を取得することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、ｙ方向の画素値が２画素おきに欠落する。欠落している画素の画素値をｙ方向に隣接する画素の画素値によって補間して生成してもよいし、ｘ方向の画素値を３画素ずつ加算して生成してもよい。
【００５３】
また、撮像素子の各画素のｘ方向とｙ方向のアスペクト比が３：１である構成であってもよい。このような構成にすることにより、前述のような補間処理や加算処理が不要となる。
【００５４】
（実施の形態３）
本実施の形態３は、図１の光学素子Ｌ１の領域分割を４つにした点と、アレイ状光学素子をレンチキュラからマイクロレンズに置き換えた点で、実施の形態１と異なっている。ここでは、実施の形態１と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００５５】
図８は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４は光軸Ｖを境界中心として光軸Ｖに垂直な面内で上下左右に４分割されることで形成されている。また、各光学面領域が透過する光の波長帯域は、互いに異ならせている。
【００５６】
図９は、アレイ状光学素子Ｋの斜視図である。アレイ状光学素子Ｋにおける撮像素子Ｎ側の面には、光学要素Ｍ２が格子状に配置されている。それぞれの光学要素Ｍ２の断面（縦方向および横方向それぞれの断面）は曲面形状であり、それぞれの光学要素Ｍ２は、撮像素子Ｎ側に突出している。このように、光学要素Ｍ２はマイクロレンズであり、アレイ状光学素子Ｋは、マイクロレンズアレイとなっている。
【００５７】
図１０（ａ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎとを拡大して示す図であり、図１０（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。アレイ状光学素子Ｋは、光学要素Ｍ２が形成された面が撮像面Ｎｉ側に向かうように配置されている。撮像面Ｎｉには、画素Ｐが行列状に配置されている。画素Ｐは、画素Ｐ１、画素Ｐ２、画素Ｐ３および画素Ｐ４に区別できる。
【００５８】
アレイ状光学素子Ｋは、実施の形態１と同様に、レンズ光学系Ｌの焦点近傍に配置されており、かつ撮像面Ｎｉから所定の距離だけ離れた位置に配置されている。また、撮像面Ｎｉ上には、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の表面を覆うようにマイクロレンズＭｓが設けられている。
【００５９】
また、アレイ状光学素子Ｋは、光学要素Ｍ２が形成された面が撮像面Ｎｉ側に向うように配置されている。アレイ状光学素子Ｋは、その光学要素Ｍ２の１つが、撮像面Ｎｉにおける２行２列の画素Ｐ１〜Ｐ４の４つの画素に対応するように配置されている。
【００６０】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１上の光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を通過した光束の大部分は、それぞれ撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ１、画素Ｐ２、画素Ｐ３、および画素Ｐ４に到達するように設計されている。具体的にはアレイ状光学素子Ｋの屈折率、撮像面Ｎｉからの距離及び光学要素Ｍ１表面の曲率半径等のパラメータを適切に設定することで、上記構成が実現する。
【００６１】
以上の構成により、画素Ｐ１、画素Ｐ２、画素Ｐ３、および画素Ｐ４は、互いに異なる波長帯域の光に対応する画像情報をそれぞれ生成する。つまり、撮像装置Ａは、異なる波長帯域の光によって形成される複数の画像情報を、単一の撮像光学系で、かつ、１回の撮像で取得することができる。
【００６２】
実施の形態１および実施の形態２では、それぞれ２種類および３種類の波長帯域の画像を同時に取得する構造であるが、本実施の形態３では、４種類の波長帯域の画像を同時に取得することができる。
【００６３】
４種類の波長帯域の具体例を挙げる。
【００６４】
ひとつの例では、実施の形態２で述べた、青色、緑色、赤色のカラーフィルタに加えて、前記青色、緑色、赤色を含む可視光を実質的に遮断し、近赤外光を透過する近赤外光フィルタを備える構成にする。これにより、昼夜兼用の撮像装置や生態認証用の撮像装置を実現することができる。このような撮像装置において、近赤外光の画像を取得する際には、近赤外光の帯域を含む分光放射特性を有する光源を備えることが好ましい。
【００６５】
また別の例では、実施の形態２で述べた、青色、緑色、赤色のカラーフィルタに加えて、前記青色、緑色、赤色を含む可視光を実質的に遮断し、近紫外光を透過する近紫外光フィルタを備える構成にする。これにより、近紫外線によるシミ等の肌の状態を可視化する撮像装置を実現することができる。このような撮像装置において、近紫外光の画像を取得する際には、近紫外光の帯域を含む分光放射特性を有する光源を備えることが好ましい。
【００６６】
また別の例では、実施の形態２で述べた、青色、緑色、赤色のカラーフィルタに加えて、前記青色、緑色、赤色のカラーフィルタの分光透過率特性における各帯域幅よりも狭い帯域幅の波長帯域のみを透過するフィルタを備える構成とする。これにより、病変を狭帯域で観察することができる内視鏡やカプセル内視鏡用途の撮像装置を実現することができる。前述の狭い帯域は、青色、緑色、赤色のカラーフィルタのいずれかの帯域に含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。このような撮像装置においては、青色、緑色、赤色、および前記狭帯域を含む分光放射特性を有する１種類の光源、あるいは、青色、緑色、赤色、および前記狭帯域の各帯域にそれぞれ対応した分光放射特性を有する複数種類の光源を備えることが好ましい。また、白色光源と、前記狭帯域を含む分光放射特性を有する光源とを備えた光源であってもよい。
【００６７】
なお、本実施の形態では、ｘ方向及びｙ方向の画素値がそれぞれ１画素おきに欠落する。このため、欠落している画素の画素値をｘ方向及びｙ方向に隣接する画素の画素値によってそれぞれ補間して生成してもよい。
【００６８】
また、４分割した領域のうち光軸を挟んで対向する２つの領域が同じ緑色のカラーフィルタであってもよい。このような構成にすることにより、緑色の画素数が増すため、緑色の画像成分の解像度を向上させることができる。
【００６９】
（実施の形態４）
本実施の形態４は、第１の光学面領域Ｄ１及び第２の光学面領域Ｄ２のそれぞれが、光軸を挟んで分離して配置された点と、アレイ状光学素子をレンチキュラからマイクロレンズに置き換えた点で、実施の形態１と異なっている。ここでは、実施の形態１と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００７０】
図１１（ａ）は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、光学面領域Ｄ１とＤ２のそれぞれは、重心が光軸位置になるように、光軸Ｖを中心として軸対称方向に分離して配置されている。図１１（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。本実施の形態４では、光学面領域Ｄ１を通過した光線は奇数行奇数列と偶数行偶数列に到達するため、奇数行奇数列と偶数行偶数列を加算して、第１の波長帯域に対応する画像を生成する。また、光学面領域Ｄ２を通過した光線は偶数行奇数列と奇数行偶数列に到達するため、偶数行奇数列と奇数行偶数列を加算して第２の波長帯域に対応する画像を生成する。
【００７１】
実施の形態１では、第１の光学面領域Ｄ１及び第２の光学面領域Ｄ２は、光学素子Ｌ１を光軸と垂直な面内で上下に２分割してできる領域である。このため、各光学面領域を通過した光の像面におけるスポット重心が被写体距離によって変化し、視差が発生する場合がある。
【００７２】
図１２は、実施の形態１における被写体距離毎の光線図、および点像とその重心の変化について説明する図である。図１２（ａ１）、（ｂ１）および（ｃ１）は、被写体距離毎の光線図を示している。図１２（ａ１）は、光学系から最も物点Ｏが遠い距離にある場合、図１２（ｃ１）は、最も物点Ｏが近い距離にある場合、図１２（ｂ１）は、（ａ１）と（ｃ１）との間の距離に物点Ｏがある場合の光線図である。図１と同じ構成については、同じ記号を用いている。図１２（ａ２）と（ａ３）、（ｂ２）と（ｂ３）および（ｃ２）と（ｃ３）は、レンチキュラを介して撮像した点像（半円で図示）とその重心（黒点で図示）を示しており、それぞれ図１２の（ａ１）、（ｂ１）および（ｃ１）の被写体距離に対応している。
【００７３】
各点像は、奇数列毎に抽出した画像情報（ａ２、ｂ２、ｃ２）、および偶数列毎に抽出した画素情報（ａ３、ｂ３、ｃ３）を、Ｙ方向に一画素おきに欠落した画素値を補間処理したものとして模式的に示している。図示の通り、取得した画像を奇数列の画像と偶数列の画像に分離すると、各画像の点像は、１つの円を２分割してできる２つの半円形状になる。また、物点Ｏが近づくにつれてスポット径は大きくなる。そのため、各画像の点像の重心間距離ｄは、物点が近づくにつれて大きくなる。この重心間距離ｄは、視差となるため好ましくない。
【００７４】
一方、本実施の形態４では、光学面領域Ｄ１とＤ２のそれぞれは、重心が光軸位置になるように、光軸を中心として軸対称方向に分離して配置されている。これにより、光学面領域Ｄ１及びＤ２をそれぞれ通過した光によって形成される点像の重心も光軸位置に存在する。このため、被写体距離が変化しても各点像の重心間距離ｄは変化しない。
【００７５】
図１３は、被写体距離毎の点像とその重心について説明する図である。図１３において、（ａ１）と（ａ２）、（ｂ１）と（ｂ２）および（ｃ１）と（ｃ２）は、マイクロレンズを介して撮像した点像（半円で図示）とその重心（黒点）を示しており、それぞれ図１２の（ａ１）、（ｂ１）および（ｃ１）の被写体距離に対応している。
【００７６】
各点像は、奇数行奇数列と偶数行偶数列を加算した画像情報（ａ１、ｂ１、ｃ１）、および偶数行奇数列と奇数行偶数列を加算した画像情報（ａ２、ｂ２、ｃ２）を模式的に示している。図示の通り、本実施の形態４では、取得した画像を奇数行奇数列と偶数行偶数列を加算した画像と偶数行奇数列と奇数行偶数列を加算した画像に分離すると、各画像の点像は、扇形が光軸を中心して軸対象方向に対向した形状になる。これらの点像の重心は、一致しているため、各画像の点像の重心間距離ｄは被写体距離が変化しても変化しない。
【００７７】
このように、本実施の形態４では、光学面領域Ｄ１、Ｄ２のそれぞれを、重心が光軸位置になるように、光軸を中心として軸対称方向に分離して配置することにより、被写体距離が変化しても取得した画像間に視差が発生しないようにすることができる。
【００７８】
（実施の形態５）
本実施の形態５は、実施の形態１のように２つの光学面領域Ｄ１及びＤ２を有する構成であって、さらにレンズＬ２が軸上色収差を有するレンズである場合を前提とする。このような構成の場合に、光学面領域Ｄ１及びＤ２を透過した光線の合焦位置が実質的に等しくなるように、絞り近傍の光軸と垂直な面内で、互いに異なる光学パワーを有する２つの領域を有している。この点で実施の形態１と異なっている。ここでは、実施の形態１と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００７９】
本実施の形態では、互いに異なる光学パワーを有する２つの領域のうち一方の領域は、第１の光学面領域Ｄ１を透過する光を透過する。他方の領域は、第２の光学面領域Ｄ２を透過する光を透過する。光学面領域Ｄ１、Ｄ２と異なる光学パワーを有する２つの領域とは、同一素子に形成されていてもよいし、異なる素子にそれぞれ形成されていてもよい。
【００８０】
以下、本実施の形態における撮像装置について詳細に説明する。
【００８１】
図１４（ａ）は、実施の形態１において、レンズＬ２が単レンズのように屈折率の波長分散特性により軸上色収差を有するレンズである場合の光線図を模式的に示す図である。図１４（ａ）において、第１の光学面領域Ｄ１には、第１の波長帯域の光を透過するフィルタが形成され、第２の光学面領域Ｄ２には、第１の波長帯域よりも相対的に長い第２の波長帯域の光を透過するフィルタが形成されている。レンズＬ２は、例えば、単レンズのように屈折率の波長分散特性により軸上色収差を有するレンズであるため、波長が長い光ほどレンズから遠い方に合焦する。従って、図１４（ａ）に示すように、光学面領域Ｄ１を通過した光線が撮像面Ｎｉ上に合焦するように設定すると、光学面領域Ｄ２を通過した光線は、撮像面Ｎｉ上では合焦しきれない状態となる。
【００８２】
図１４（ｂ）は、実施の形態５の撮像装置の光線図を模式的に示す図である。図１４（ｂ）では、図１４（ａ）の構成に対して、光学素子Ｌ１の第２の光学面領域Ｄ２に第２の分光透過率特性における波長帯域の光線が撮像面で合焦するような光学パワーのレンズ面を形成している。このため、第１の光学面領域Ｄ１を通過した光線と第２の光学面領域Ｄ２を通過した光線は、共に撮像面Ｎｉ上で合焦する。このように、本実施形態によると、第１の光学面領域Ｄ１および第２の光学面領域Ｄ２が異なる光学パワーを有することにより、第１の光学面領域Ｄ１および第２の光学面領域Ｄ２が等しい光学パワーを有する場合と比較して、第１の光学面領域Ｄ１を透過した光の合焦位置と第２の光学面領域Ｄ２を透過した光の合焦位置とが近づいている。図１４（ｂ）において、光学素子Ｌ１の光学面領域Ｄ２の絞りＳ側の光学面の光軸Ｖ'は、レンズ光学系の光軸Ｖと異なり偏芯が存在するが、その光学パワーは、レンズＬ２の光学パワーと比べて極めて小さいため、撮像性能の劣化は少ない。
【００８３】
図１５（ａ）および（ｂ）は、図１４（ｂ）で示した光学素子Ｌ１の斜視図である。いずれの構成も、平面である第１の光学面領域Ｄ１上に第１の分光透過率特性を有するフィルタが形成され、レンズ面である第２の光学面領域Ｄ２上に第２の分光透過率特性を有するフィルタが形成されている。また、図１５（ａ）の構成では、光学素子Ｌ１を２分割してできる領域全体にレンズ面を形成している。このため、平面である第１の光学面領域とレンズ面である第２の光学面領域Ｄ２の間に段差が生じている。このような段差を通過した光線は不要光となるため、絞りＳは、図１６（ａ）および（ｂ）のような遮光領域を設けた構成であることが望ましい。また、図１５（ｂ）の構成では、光学素子Ｌ１を２分割してできる領域の一部にレンズ面を形成し光学面領域Ｄ２としている。この構成は、各光学面領域Ｄ１およびＤ２に対応するように、図１６（ｃ）のような遮光領域を設けた構成が必要となる。
【００８４】
図１７（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態５の別の形態を示す図である。図１４（ｂ）では、光学素子Ｌ１の光学面領域Ｄ２の絞りＳ側の光学面の光軸Ｖ'は、レンズ光学系の光軸Ｖと異なるが、図１７（ａ）では、光学素子Ｌ１の光学面領域Ｄ２の絞りＳ側の光学面の光軸は、レンズＬ２の光軸と同じである。また、図１８は、図１７（ａ）で示した光学素子Ｌ１の斜視図である。このような構成により、光学素子Ｌ１の光学面領域Ｄ２のレンズ面の光軸の偏芯がなくなるため、偏芯による撮像性能の劣化をなくすことができる。
【００８５】
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に対して光学素子Ｌ１上に設けたレンズを別体構成にした例である。図１７（ｂ）においては、絞り近傍の被写体側に、それぞれ分光透過率特性の異なるフィルタを形成した光学素子Ｌ１が配置され、絞り近傍の物体側に光学素子Ｌ１'が配置されている。光学素子Ｌ１、Ｌ１'は、それぞれ、第１の光学面領域Ｄ１および第２の光学面領域Ｄ２を有している。光学素子Ｌ１'における第２の光学面領域Ｄ２はレンズ面を有している。このように、フィルタを形成する素子と、レンズを形成する素子が別体であってもよい。また、Ｌ１とＬ１'の位置は、絞りに対して入れ替わった構成であってもよい。
【００８６】
このように、本実施の形態５では、レンズＬ２が単レンズのように軸上色収差が補正されていないレンズを用いた場合でも、光軸と垂直な面内に、互いに異なる光学パワーを有する２つの領域を設けることにより、軸上色収差を低減させることができる。
【００８７】
（実施の形態６）
本実施の形態６は、実施の形態２のように、３つの光学面領域Ｄ１、Ｄ２及びＤ３を有する構成であって、さらにレンズＬ２が軸上色収差を有するレンズである場合を前提とする。このような構成の場合に、光学面領域Ｄ１及びＤ２を透過した光線の合焦位置が実質的に等しくなるように、絞り近傍の光軸と垂直な面内で、互いに異なる光学パワーを有する３つの領域を有している。この点で、実施の形態５と異なっている。ここでは、実施の形態５と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００８８】
図１９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施の形態６において、各光学面領域を３分割にした場合の光学素子Ｌ１の斜視図である。
【００８９】
実施の形態５と同様に、絞りＳは、それぞれ図２０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す構成となる。
【００９０】
このように、本実施の形態６では、単レンズのように軸上色収差が補正差補正されていないレンズを用いた場合でも、光軸と垂直な面内に、互いに異なる光学パワーを有する３つの領域を設けることにより、軸上色収差を低減させることができる。
【００９１】
（実施の形態７）
本実施の形態７は、実施の形態３のように、４つの光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４を有する構成であって、さらにレンズＬ２が軸上色収差を有するレンズである場合を前提とする。このような構成の場合に、光学面領域Ｄ１及びＤ２を透過した光線の合焦位置が実質的に等しくなるように、絞り近傍の光軸と垂直な面内で、互いに異なる光学パワーを有する４つの領域を有している。この点で、実施の形態５と異なっている。ここでは、実施の形態５と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００９２】
図２１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施の形態７において、各光学面領域を４分割にした場合の光学素子Ｌ１の斜視図である。
【００９３】
実施の形態５と同様に、絞りＳは、それぞれ図２２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す構成となる。
【００９４】
このように、本実施の形態７では、単レンズのように軸上色収差が補正差補正されていないレンズを用いた場合でも、光軸と垂直な面内に、互いに異なる光学パワーを有する４つの領域を設けることにより、軸上色収差を低減させることができる。
【００９５】
（実施の形態８）
本実施の形態８は、レンチキュラレンズやマイクロレンズアレイを撮像面上に形成したという点で、実施の形態１〜７と異なる。ここでは、本実施形態において実施の形態１〜７と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００９６】
図２３（ａ）および（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図である。本実施形態では、レンチキュラレンズ（またはマイクロレンズアレイ）Ｍｄが、撮像素子Ｎの撮像面Ｎｉ上に形成されている。撮像面Ｎｉには、実施の形態１等と同様に、画素Ｐが行列状に配置されている。これら複数の画素Ｐに対して、１つのレンチキュラレンズの光学要素あるいは、１つのマイクロレンズが対応している。本実施の形態においても、実施の形態１〜７と同様に、光学素子Ｌ１上の異なる領域を通過した光束を、それぞれ異なる画素に導くことができる。また、図２３（ｂ）は、本実施形態の変形例を示す図である。図２３（ｂ）に示す構成では、撮像面Ｎｉ上に、画素Ｐを覆うようにマイクロレンズＭｓが形成され、マイクロレンズＭｓの表面上にアレイ状光学素子が積層されている。図２３（ｂ）に示す構成では、図２３（ａ）の構成よりも集光効率を高めることができる。
【００９７】
実施の形態１〜７のようにアレイ状光学素子が撮像素子と分離していると、アレイ状光学素子と撮像素子との位置合せが難しくなるが、本実施の形態８のように、アレイ状光学素子Ｋを撮像素子上に形成する構成にすることにより、ウエハプロセスにて位置合せが可能になるため、位置合せが容易となり、位置合せ精度も増すことができる。
【００９８】
（その他の実施の形態）
実施の形態１から８では、各光学面領域の分割数が２分割、３分割、４分割の構成について説明したが、より多くの分割数であってもよい。
【００９９】
また、レンズＬ２は１枚の構成としているが、複数群または複数枚の構成のレンズであってもよい。
【０１００】
また、光学面領域が光学素子Ｌ１における被写体側の面に配置された形態であるが、光学面領域は光学素子Ｌ１の像側の面に配置されていてもよい。なお、この場合は、光学素子Ｌ１は、絞りの位置に対して被写体側に配置されていると、より絞りに近い配置となるため好ましい。
【０１０１】
また、光学素子Ｌ１は、絞りの位置に対して像側に配置されているが、絞りの位置に対して被写体側に配置されていてもよい。なお、この場合は、光学面領域は光学素子Ｌ１の像側に配置されていると、より絞りに近い配置となるため好ましい。
【０１０２】
また、実施の形態４、５、及び６において、光学素子Ｌ１又は光学素子Ｌ１とは異なる素子に設けるレンズ面は素子の被写体側の面に配置されているが、素子の像側の面に配置されていてもよい。
【０１０３】
また、実施の形態１から８において、各領域に配置するカラーフィルタは光軸方向に１枚のみを配置しているが、複数のカラーフィルタを積層して配置してもよい。例えば、分光透過率特性の異なる誘電多層膜のフィルタと吸収型のフィルタとを積層して配置してもよいし、吸収型のフィルタの上に誘電多層膜を形成してもよい。
【０１０４】
また、実施の形態１から８は、像側非テレセントリック光学系を適用してもよく、また、像側テレセントリック光学系を適用してもよい。カメラ等の撮像素子に用いられるレンズの多くは、像側が非テレセントリック光学系である。本発明の形態のレンズ光学系Ｌに像側非テレセントリック光学系を適用した場合、画角が変化すると、主光線はアレイ状光学素子Ｋに対して斜めに入射する。図２４（ａ）は、光軸外の撮像部近傍を拡大して示す図である。図２４（ａ）では、アレイ状光学素子Ｋを通過する光のうち１つの光学面領域を通過する光束のみを示している。図２４（ａ）に示すように、レンズ光学系Ｌが像側非テレセントリック光学系の場合には、隣接画素に光が漏れてクロストークが発生しやすくなるが、図２４（ｂ）のようにアレイ状光学素子を画素配列に対してΔだけオフセットさせることにより、クロストークを低減させることができるため、色純度の劣化を抑制することができる。前記入射角は、像高によって異なるため、前記オフセット量Δは、撮像面への光束の入射角に応じて設定すればよい。
【０１０５】
また、本発明の形態のレンズ光学系Ｌに像側テレセントリック光学系を適用してもよい。像側テレセントリック光学系の場合、画角が変化しても、主光線はアレイ状光学素子Ｋに対して０度に近い値で入射するため、撮像領域全域にわたって、クロストークを低減することができる。
【０１０６】
また、本発明の形態３、４、および７では、アレイ状光学素子Ｋはマイクロレンズアレイとしているが、マイクロレンズの各光学要素は、それぞれのマクロレンズの光軸に対して回転対称な形状であることが好ましい。マイクロレンズの製法として、レジストを矩形にパーターニングし、熱処理によってレンズ曲面を形成する手法があるが、このようなマイクロレンズの斜視図は、図２５（ａ１）のようになる。図２５（ａ１）のマイクロレンズの等高線は、図２５（ａ２）のようになるため、縦横方向と斜め方向の曲率半径が異なる。図２５（ａ３）は、図２５（ａ１）、（ａ２）に示すマイクロレンズを本発明のアレイ状光学素子に適用した場合の、光線追跡シミュレーションの結果である。図２５（ａ３）では、アレイ状光学素子Ｋを通過する光のうち１つの光学面領域を通過する光束のみを示しているが、このように回転非対称形状のマイクロレンズの場合、隣接の画素に光が漏れてクロストークが発生する。一方、回転対称形状のマイクロレンズの斜視図は、図２５（ｂ１）のようになる。図２５（ｂ１）のマイクロレンズの等高線は、図２５（ｂ２）のようになり、縦横方向と斜め方向の曲率半径は等しい。このような回転対称形状のマイクロレンズは、熱インプリントやＵＶインプリント製法により形成することができる。図２５（ｂ３）は、図２５（ｂ１）、（ｂ２）に示すマイクロレンズを本発明のアレイ状光学素子に適用した場合の、光線追跡シミュレーションの結果である。図２５（ｂ３）では、アレイ状光学素子Ｋを通過する光のうち１つの光学面領域を通過する光束のみを示しているが、図２５（ａ３）のようなクロストークは、発生していないことがわかる。このように、マイクロレンズの各光学要素は、回転対称形状にすることにより、クロストークを低減させることができるため、色純度の劣化を抑制することができる。
【０１０７】
また、本実施の形態５、６、および７では、段差を通過する不要光を防止する目的で、段差部に対応する位置に遮光領域を設けた絞りを配置する実施例を示したが、各領域の境界近傍を通過する光線は、前述のようなクロストークの要因となる場合があるため、段差がない場合であっても、クロストークを防止する目的で、図１６、図２０、および図２２に示すような、絞りを設けてもよい。
【０１０８】
また、本実施の形態１〜８において使用する撮像素子は、モノクロ撮像素子でもカラー撮像素子でもどちらでもよい。例えば、カラー撮像素子を使用する場合は、光学素子Ｌ１のうち少なくとも１つの領域が透過する光の波長帯域の幅が、該領域を通過した光束が到達する画素上のカラーフィルタの波長帯域の幅よりも狭い構成であってもよい。撮像素子はカラー撮像素子を使用しているため、光学素子Ｌ１の前記少なくとも１つの領域以外には、カラーフィルタを設ける必要はない。このような構成により、狭帯域の画像情報を取得できると共に、カラー撮像素子の分光透過率特性の効果によってクロストークによって生じた波長帯域の成分を減衰させることができる。また、前記少なくとも１つの領域以外には、光学素子Ｌ１上にカラーフィルタを設ける必要がないので、コストを低減できる。
【０１０９】
実施の形態１から８は、信号処理部Ｃを備える撮像装置である。本発明の撮像装置は、これらの信号処理部を備えていなくてもよい。その場合、撮像装置の外部のＰＣ等を用いて、信号処理部Ｃが行う処理を行えばよい。すなわち、本発明は、レンズ光学系Ｌ、アレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを備える撮像装置と、外部の信号処理装置とを備えるシステムによっても実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明にかかる撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装として有用である。また、車載用カメラ、セキュリティカメラ、内視鏡やカプセル内視鏡等の医療用、生態認証用、顕微鏡用、天体望遠鏡用等の分光画像取得用のカメラにも応用できる。
【符号の説明】
【０１１１】
Ａ    撮像装置
Ｌ    レンズ光学系
Ｌ１，Ｌ１'    光学素子
Ｌ２    レンズ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４    光学面領域
Ｓ    絞り
Ｋ    アレイ状光学素子
Ｎ    撮像素子
Ｎｉ    撮像面
Ｍｓ，Ｍｄ    撮像素子上のマイクロレンズ
Ｍ１    アレイ状光学素子の光学要素（レンチキュラ）
Ｍ２    アレイ状光学素子の光学要素（マイクロレンズ）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ    撮像素子上の画素
Ｃ    信号処理部
【図１】
2012143983.tif 000003
【図２】
2012143983.tif 000004
【図３】
2012143983.tif 000005
【図４】
2012143983.tif 000006
【図５】
2012143983.tif 000007
【図６】
2012143983.tif 000008
【図７】
2012143983.tif 000009
【図８】
2012143983.tif 000010
【図９】
2012143983.tif 000011
【図１０】
2012143983.tif 000012
【図１１】
2012143983.tif 000013
【図１２】
2012143983.tif 000014
【図１３】
2012143983.tif 000015
【図１４】
2012143983.tif 000016
【図１５】
2012143983.tif 000017
【図１６】
2012143983.tif 000018
【図１７】
2012143983.tif 000019
【図１８】
2012143983.tif 000020
【図１９】
2012143983.tif 000021
【図２０】
2012143983.tif 000022
【図２１】
2012143983.tif 000023
【図２２】
2012143983.tif 000024
【図２３】
2012143983.tif 000025
【図２４】
2012143983.tif 000026
【図２５】
2012143983.tif 000027
【国際調査報告】
2012143983.tif 000028
2012143983.tif 000029
2012143983.tif 000030
2012143983.tif 000031