(57)【要約】【課題】  複数のレンズ部の製造誤差に起因するピントずれを低減可能な光学系、それを備えるアクセサリ装置及び撮像装置を提供すること。【解決手段】  光学系１００は、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部ＬＡと、複数のレンズ部ＬＡの光軸上に配置される複数のフィルタＦＡと、複数のレンズ部ＬＡの光軸上に配置される複数の開口絞りＳＡとを備え、複数のフィルタＦＡは、第１のフィルタと、第１のフィルタよりも透過波長域の中心波長が短い第２のフィルタとを含み、複数の開口絞りＳＡは、第１のフィルタと共通の光軸上に配置される第１の開口絞りと、第２のフィルタと共通の光軸上に配置される第２の開口絞りとを含み、第１の開口絞りの開口径は、第２の開口絞りの開口径よりも大きい。【選択図】  図１
2020064163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部と、
前記複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタと、
前記複数のレンズ部の光軸上に配置される複数の開口絞りとを備え、
前記複数のフィルタは、第１のフィルタと、該第１のフィルタよりも透過波長域の中心波長が短い第２のフィルタとを含み、
前記複数の開口絞りは、前記第１のフィルタと共通の光軸上に配置される第１の開口絞りと、前記第２のフィルタと共通の光軸上に配置される第２の開口絞りとを含み、
前記第１の開口絞りの開口径は、前記第２の開口絞りの開口径よりも大きいことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記第１のフィルタの透過波長域の中心波長は、前記複数のフィルタの中で最も長いことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１の開口絞りの開口径は、前記複数の開口絞りの中で最も大きいことを特徴とする請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記第２のフィルタの透過波長域の中心波長は、前記複数のフィルタの中で最も短いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学系。
【請求項５】
前記第２の開口絞りの開口径は、前記複数の開口絞りの中で最も小さいことを特徴とする請求項４に記載の光学系。
【請求項６】
前記複数のレンズ部の全ては、同一形状の光学面を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学系。
【請求項７】
前記物体からの光を前記複数のレンズ部に導光する、前記複数のレンズ部に対して共通の光学部を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系。
【請求項８】
前記光学部は、前記物体からの光を平行光に変換することを特徴とする請求項７に記載の光学系。
【請求項９】
前記光学部は、前記物体の中間像を形成することを特徴とする請求項７又は８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記物体の中間像の位置に配置される視野絞りを備えることを特徴とする請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
前記視野絞りの開口部には、拡散部材が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光学系を備え、撮像装置に対して着脱可能であることを特徴とするアクセサリ装置。
【請求項１３】
前記撮像装置と結合するための第１のマウント部を有することを特徴とする請求項１２に記載のアクセサリ装置。
【請求項１４】
前記第１のマウント部は、前記撮像装置と電気的に接続するための電気接点を含むことを特徴とする請求項１３に記載のアクセサリ装置。
【請求項１５】
前記撮像装置に対して着脱可能なレンズ装置に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか一項に記載のアクセサリ装置。
【請求項１６】
前記レンズ装置と結合するための第２のマウント部を有することを特徴とする請求項１５に記載のアクセサリ装置。
【請求項１７】
前記第２のマウント部は、前記レンズ装置と電気的に接続するための電気接点を含むことを特徴とする請求項１６に記載のアクセサリ装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光学系と、該光学系からの光を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１９】
前記撮像素子は、前記複数のレンズ部に対して共通であることを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記複数の開口絞りの開口径は、分光特性が一様な物体からの光を受光したときに前記撮像素子が出力する信号のレベルが、前記複数のレンズ部に対して一様になるように設定されていることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部を備える光学系に関し、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置に用いられる光学系として、複数のレンズによって同一の物体（被写体）の複数の像を形成するものが知られている。このような光学系において、複数のレンズの光軸上に互いに異なる透過特性を有する複数のフィルタを設けることで、互いに異なる複数の画像情報を一回の撮像で同時に取得することが可能になる。
【０００３】
特許文献１には、複数のレンズを平面板と接合することで、各レンズの配置誤差を低減することができる光学系について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５９１０７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、複数のレンズの製造時に生じるレンズ面の形状誤差等の製造誤差に起因するピントずれを低減することが困難である。
【０００６】
本発明は、複数のレンズ部の製造誤差に起因するピントずれを低減可能な光学系、それを備えるアクセサリ装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光学系は、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部と、前記複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタと、前記複数のレンズ部の光軸上に配置される複数の開口絞りとを備え、前記複数のフィルタは、第１のフィルタと、該第１のフィルタよりも透過波長域の中心波長が短い第２のフィルタとを含み、前記複数の開口絞りは、前記第１のフィルタと共通の光軸上に配置される第１の開口絞りと、前記第２のフィルタと共通の光軸上に配置される第２の開口絞りとを含み、前記第１の開口絞りの開口径は、前記第２の開口絞りの開口径よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数のレンズ部の製造誤差に起因するピントずれを低減可能な光学系、それを備えるアクセサリ装置及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る光学系の要部概略図。
【図２】実施形態に係る撮像システムの要部概略図。
【図３】実施例１に係る撮像システムの要部概略図。
【図４】実施例２に係る撮像システムの要部概略図。
【図５】撮像素子の波長に対する感度特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る光学系１００の要部概略図である。光学系１００は、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部ＬＡと、複数のレンズ部ＬＡの光軸上に配置される複数のフィルタＦＡと、複数のレンズ部ＬＡの光軸上に配置される複数の開口絞りＳＡとを備える。図１（ａ）は、複数のレンズ部ＬＡのうちの一部の光軸を含む断面（ＹＺ断面）を示している。なお、ここでの光軸とは、各レンズ部における各光学面（各レンズ面）の中心（面頂点）を通る軸を指す。図１（ｂ）は、光学系１００を物体側（−Ｚ側）から見たときの正面図である。
【００１２】
本実施形態に係る複数のレンズ部ＬＡの夫々は、１枚以上のレンズで構成されており、夫々が物体側に配置された不図示の物体を像面ＩＭＧに結像する。言い換えると、光学系１００の像面ＩＭＧには、複数のレンズ部ＬＡによって物体の複数の像（像アレイ）が形成される。すなわち、複数のレンズ部ＬＡによれば、同一の物体の像を複製することができる。複数のレンズ部ＬＡをまとめてレンズアレイとも呼ぶ。なお、複数のレンズ部ＬＡは、製造や配置を容易にするために一体的に形成されていてもよく、あるいは個別の位置調整（フォーカス調整）を可能にするために別体で形成されていてもよい。
【００１３】
本実施形態に係る複数のフィルタＦＡの夫々は、互いに異なる波長帯域（バンド）の光を透過させる（互いに透過波長域が異なる）光学フィルタである。複数のフィルタＦＡをまとめてフィルタアレイとも呼ぶ。複数のフィルタＦＡとしては、透過波長域の幅（バンド幅）を容易に狭くすることができる干渉型のフィルタ（干渉フィルタ）や、入射光の入射角に対する透過波長の変化量（角度依存性）が小さい吸収型のフィルタ（吸収フィルタ）を採用することができる。
【００１４】
なお、複数のフィルタＦＡは、少なくとも透過波長域の中心波長が互いに異なる二つのフィルタを含んでいればよい。言い換えると、複数フィルタＦＡは、透過波長域の中心波長が互いに同一である複数のフィルタを含んでいてもよい。ただし、光学系１００を撮像装置に適用した際に、一回の撮像でより多くの波長帯域に対応する画像情報を取得するためには、複数フィルタＦＡの全ての透過波長域の中心波長を互いに異ならせることが望ましい。また、複数フィルタＦＡの夫々は、必要に応じて複数の光学素子で構成されていてもよい。
【００１５】
本実施形態に係る複数の開口絞りＳＡの夫々は、開口が設けられた遮光部材で構成されており、物体側からの光の幅を制限することで対応する複数のレンズ部ＬＡの夫々のＦ値（Ｆｎｏ）を決定している。複数の開口絞りＳＡをまとめて絞りアレイとも呼ぶ。図１（ｂ）に示すように、本実施形態においては一つの遮光部材に複数の開口ＳＡ１〜ＳＡ９を設けることで複数の開口絞りＳＡを一体的に形成しているが、必要に応じて複数の開口絞りＳＡの夫々を別体としてもよい。
【００１６】
本実施形態に係る光学系１００は、図１（ｂ）に示したように、９個のレンズ部と、各レンズ部の光軸ＡＸ１〜ＡＸ９上に配置される９個のフィルタ及び９個の開口絞りを備えている。すなわち、同一の光軸上に配置された各部材をまとめて一つの結像部であるとすると、光学系１００は９個の結像部を備えていることになる。複数の結像部をまとめて結像部アレイとも呼ぶ。なお、結像部の数はこれに限られるものではなく、光学系１００は少なくとも二つの結像部を備えていればよい。ただし、一回の撮像でより多くの波長帯域に対応する画像情報を取得するためには、結像部を四つ以上設けることが望ましく、本実施形態のように結像部を九つ以上設けることがより好ましい。
【００１７】
物体側からの光は、絞りアレイＳＡ、フィルタアレイＦＡ、及びレンズアレイＬＡを順に介して像面ＩＭＧに到達する。このとき、像面ＩＭＧには、絞りアレイＳＡにおける各開口絞り及びフィルタアレイＦＡにおける各フィルタに応じた９個の像が形成される。なお、各部材の光軸方向（Ｚ方向）における配置の順番は、図１（ａ）に示したものに限られない。例えば、必要に応じて絞りアレイＳＡやフィルタアレイＦＡをレンズアレイＬＡの像側（＋Ｚ側）に配置してもよい。
【００１８】
光学系１００を撮像装置に適用した場合、像面ＩＭＧの位置には撮像素子の受光面が配置されることになる。このとき、装置全体の小型化のためには、各結像部に対して共通である単一の撮像素子を設けることが望ましい。ただし、必要に応じて、各結像部に対して個別に撮像素子を設けてもよい。また、装置全体の小型化のためには、撮像素子の受光面の形状に合わせて各結像部を配置することが望ましい。具体的には、図１（ｂ）に示すように、ＸＹ断面において各結像部を正方配置することが望ましい。なお、撮像素子の受光面が正方形でない場合は、各結像部の配置のアスペクト比などを変更してもよい。
【００１９】
次に、本実施形態に係る光学系１００の特徴について詳細に説明する。ここでは、光軸ＡＸ９（第１の光軸）上に配置された第１の結像部（第１の開口絞り、第１のフィルタ、及び第１のレンズ部）と、光軸ＡＸ１（第２の光軸）上に配置された第２の結像部（第２の開口絞り、第２のフィルタ、及び第２のレンズ部）に着目する。本実施形態においては、第１のフィルタの透過波長域の中心波長よりも、第２のフィルタの透過波長域の中心波長の方が短いとする。
【００２０】
一般的に、光学系の焦点深度は、その光学系のＦ値及び入射光の波長の積に比例するため、Ｆ値（開口絞りの開口径）が一定である場合は入射光の波長に比例する。よって、仮に第１の開口絞りの開口ＳＡ９の径（第１の開口径）と第２の開口絞りの開口ＳＡ１の径（第２の開口径）とが等しいとすると、第１及び第２の結像部の焦点深度は互いに異なることになる。具体的には、透過波長域の中心波長がより短い第２のフィルタを有する第２の結像部の方が、第１の結像部よりも焦点深度が浅くなる。
【００２１】
したがって、製造時に生じる各レンズ面の形状誤差等の製造誤差に起因して、第２の結像部のピントずれが大きく生じる可能性がある。このとき、第２の結像部の焦点深度が浅いため、第２のレンズ部の光軸方向における位置の調整によりピントずれを十分に低減することは困難である。また、第２の結像部の焦点深度を十分に確保するために第２の開口径を小さくした場合、元々十分な焦点深度が確保されていた第１の結像部における第１の開口部も小さくなってしまう。すなわち、第１の結像部のＦ値が不要に大きく（暗く）なってしまい、良好な画像情報が得られなくなる可能性が生じる。
【００２２】
そこで、本実施形態においては、透過波長域の中心波長がより長い第１のフィルタと共通の光軸ＡＸ９上に配置される第１の開口絞りの開口径を、第２のフィルタと共通の光軸ＡＸ１上に配置される第２の開口絞りの開口径よりも大きく設定している。これにより、第１の結像部のＦ値を十分に小さく（明るく）しつつ、第２の結像部の焦点深度を十分に確保することができる。よって、製造誤差に起因する各レンズ部のピントずれを低減しつつ、良好な画像情報を取得することが可能になる。
【００２３】
本実施形態に係る光学系１００は、撮像装置としての９バンドのマルチスペクトルカメラへの適用を想定しており、９個のフィルタの夫々の透過波長域の中心波長が互いに異なる構成を採っている。具体的に、光軸ＡＸ１〜ＡＸ９上には、番号が小さい側から大きい側に向かって透過波長域の中心波長が長くなるように各フィルタが配置されている。すなわち、光軸ＡＸ１上には透過波長域の中心波長が最も短いフィルタが配置され、光軸ＡＸ９上には透過波長域の中心波長が最も長いフィルタが配置されている。ただし、各フィルタと各開口絞りの組み合わせが適切に設定されていれば、各フィルタの配置はこれに限られるものではない。
【００２４】
なお、複数の開口絞りのうち少なくとも二つの開口絞りを第１及び第２の開口絞りとし、それらの開口径を上述したような関係に設定すれば本発明の効果を得ることができる。その場合にも、透過波長域の中心波長が最も長いフィルタに対応する開口絞りの開口径を最も大きくし、かつ透過波長域の中心波長が最も短いフィルタに対応する開口絞りの開口径を最も小さくすることが好ましい。また、本実施形態のように、各フィルタを複数のグループに分け、グループごとに開口径を設定してもよい。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、各フィルタを透過波長域の中心波長が短いものから順に三つのグループに分けて、各フィルタの開口径を三段階の大きさに設定している。
【００２５】
ただし、絞りアレイＳＡにおける全ての開口径を、対応するフィルタの透過波長域の中心波長に応じて異ならせることがより好ましい。具体的には、対応するフィルタの透過波長域の中心波長が長くなるほど、開口絞りの開口径を大きくすることが好ましい。また、レンズアレイＬＡにおける各レンズ部の全てに、同一形状のレンズ面を含ませることが望ましい。これにより、各レンズ部の製造が容易になり、レンズアレイＬＡのコストを削減することができる。このとき、各レンズ部の形状を互いに同一にすることがより好ましいが、必要に応じて各レンズ部の形状を互いに異ならせてもよい。
【００２６】
本実施形態に係る光学系１００を撮像装置に適用する際には、光学系１００をアクセサリ装置として撮像装置に対して着脱可能な構成とすることが望ましい。これにより、アクセサリ装置を交換するだけで容易に異なる画像情報を取得することが可能になる。この場合、例えば光学系１００における各結像部を保持する保持部材（筐体）に対して、撮像装置と結合するための第１のマウント部（第１の結合部）を設ければよい。第１のマウント部の形状は、撮像装置に設けられたマウント部に対応する形状とすればよい。
【００２７】
また、第１のマウント部に、撮像装置と電気的に接続するための電気接点（端子）を設けることが好ましい。これにより、アクセサリ装置は電気接点を介して撮像装置と通信を行ったり撮像装置から電力を受給したりすることが可能になる。さらに、アクセサリ装置には、撮像装置に対して情報を送受信するための通信部や、撮像装置との接続を認識するための認識部を設けることがより好ましい。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態に係る撮像システム１０００の要部概略図である。撮像システム１０００は、上述した絞りアレイＳＡ、フィルタアレイＦＡ、及びレンズアレイＬＡで構成される結像部アレイ１０１に加えて、コリメータレンズ部（光学部）ＣＬ、対物レンズ部ＯＬ、及び撮像装置（撮像素子）１０２を備えている。図２は、図１（ａ）と同一の断面を示しており、この断面はコリメータレンズ部ＣＬ及び対物レンズ部ＯＬの光軸（主光軸）を含んでいる。
【００２９】
コリメータレンズ部（光学部）ＣＬは、結像部アレイ１０１における各結像部に対して共通である１枚以上のレンズで構成されており、物体側からの光を平行光に変換して結像部アレイ１０１に導光する機能を有している。フィルタアレイＦＡへの入射光を平行光とすることにより、フィルタアレイＦＡにおける位置（画角）ごとの入射光の入射角の差を低減することができる。これにより、角度依存性が比較的大きい干渉フィルタを採用した場合にも、良好な画像情報を得ることが可能になる。
【００３０】
コリメータレンズ部ＣＬの物体側には、物体の中間像を形成する１枚以上のレンズで構成される対物レンズ部ＯＬが配置されている。このように、結像部アレイ１０１よりも物体側で物体を中間結像させる構成を採ることにより、その中間像の位置（中間像面）に視野絞り１０３を配置することができる。これにより、結像部アレイ１０１における各結像部の視野を制限し、像面ＩＭＧにおいて複数の像が互いに重なり合うことを抑制することが可能になる。この場合、対物レンズ部ＯＬ及びコリメータレンズ部ＣＬは共に正の屈折力を有することになる。
【００３１】
なお、コリメータレンズ部ＣＬを結像部アレイ１０１と共に不図示の保持部材（筐体）によって一体的に保持することで、結像部アレイ１０１及びコリメータレンズ部ＣＬをアクセサリ装置として撮像装置１０２に着脱可能な構成としてもよい。あるいは、コリメータレンズ部ＣＬを結像部アレイ１０１とは別体であるアダプタ装置とし、アクセサリ装置としての結像部アレイ１０１に対して着脱可能な構成としてもよい。これにより、対物レンズＯＬに応じて適切なコリメータレンズ部ＣＬを選択することが可能になる。
【００３２】
また、対物レンズ部ＯＬをコリメータレンズ部ＣＬ及び結像部アレイ１０１と一体的に保持することにより、撮像装置１０２に対して着脱可能なアクセサリ装置としてもよい。または、対物レンズ部ＯＬ及びコリメータレンズ部ＣＬをレンズ装置（光学部）として一体化し、アクセサリ装置としての結像部アレイ１０１に対して着脱可能な構成としてもよい。あるいは、対物レンズ部ＯＬをコリメータレンズ部ＣＬとは別体であるレンズ装置とし、アダプタ装置又はアクセサリ装置としてのコリメータレンズ部ＣＬに対して着脱可能な構成としてもよい。
【００３３】
このように、対物レンズ部ＯＬをレンズ装置とし、コリメータレンズ部ＣＬ又は結像部アレイ１０１に着脱可能な構成とすることで、対物レンズ部ＯＬの交換により撮像システム１０００の画角や光学性能などを容易に変更することが可能になる。この場合、コリメータレンズ部ＣＬや結像部アレイ１０１を保持する保持部材に対して、レンズ装置と結合するための第２のマウント部（第２の結合部）を設ければよい。また、第２のマウント部には、レンズ装置と電気的に接続するための電気接点（端子）を設けることが好ましい。
【００３４】
このとき、第２のマウント部を、撮像装置１０２に対して着脱可能なレンズ装置（交換レンズ）が着脱可能である構成とすることが望ましい。すなわち、第２のマウント部の形状を、レンズ装置に設けられたマウント部に対応し、かつ撮像装置１０２に設けられたマウント部と同一の形状とすることが望ましい。これにより、一般的な撮像装置１０２及びレンズ装置のペアに対して、コリメータレンズ部ＣＬ及び結像部アレイ１０１を装着するだけで、複数の画像情報を一回の撮像で同時に取得することができる撮像システムを容易に構成することが可能になる。
【００３５】
同様の理由で、視野絞り１０２についても、コリメータレンズ部ＣＬや結像部アレイ１０１と一体的に保持することで、アダプタ装置又はアクセサリ装置としてレンズ装置に着脱可能な構成とすることが望ましい。このとき、視野絞り１０３の開口部に拡散部材（拡散板）を設けることがより好ましい。これにより、レンズ装置を交換することで対物レンズＯＬのテレセントリック性やＦ値が変化した場合にも、結像部アレイ１０１の視野が欠けてしまうことを抑制することができる。ただし、この構成を採用した場合、視野絞り１０３の開口部に拡散部材を設けない構成と比較して、取得される画像情報の解像度が低下してしまう。よって、この構成を採用するかどうかは、求められる仕様によって選択することが望ましい。
【００３６】
図２に示した本実施形態に係る撮像システム１０００は、対物レンズ部ＯＬ、視野絞り１０３及びコリメータレンズ部ＣＬ、結像部アレイ１０１、及び撮像素子１０２の夫々が互いに着脱可能な構成を採っている。すなわち、本実施形態では、対物レンズ部ＯＬ、視野絞り１０３及びコリメータレンズ部ＣＬ、結像部アレイ１０１、及び撮像素子１０２の夫々を、レンズ装置、アダプタ装置、アクセサリ装置、及び撮像装置としている。このとき、本実施形態に係る光学系１００は少なくとも結像部アレイ１０１を備えており、さらに対物レンズ部ＯＬ、視野絞り１０３、及びコリメータレンズ部ＣＬの少なくとも一つが光学系１００に含まれるとみなしてもよい。
【００３７】
以上、本実施形態に係る光学系１００によれば、複数のレンズ部（レンズアレイＬＡ）の製造誤差に起因するピントずれを低減することができる。したがって、光学系１００を撮像装置に適用することにより、同一の物体に対応する良好な複数の画像情報を一回の撮像で取得することが可能になる。
【００３８】
［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る撮像システム１１００について説明する。図３は、本実施例に係る撮像システム１１００の主光軸を含むＹＺ断面における要部概略図である。
【００３９】
本実施例に係る対物レンズ部ＯＬは、焦点距離が５０ｍｍ、Ｆ値が１．８の光学系である。本実施例に係る視野絞り１０３の開口部には拡散部材が設けられている。本実施例に係るコリメータレンズ部ＣＬは、拡散部材により拡散された光を平行光に変換し、絞りアレイＳＡに対する各光線の入射角を６度以下とするように構成されている。
【００４０】
本実施例に係る結像部アレイ１０１は、Ｘ方向において４個かつＹ方向において３個配列された合計１２個の結像部を含んでいる。本実施例に係るフィルタアレイＦＡにおける全てのフィルタの透過波長域の中心波長は互いに異なっている。具体的に、各フィルタの透過波長域の幅は何れも５０ｎｍであり、各フィルタの透過波長域の中心波長は最短の４２５ｎｍから順に５０ｎｍ間隔で最長の９７５ｎｍまで大きくなっている。すなわち、本実施例に係る撮像システム１１００の使用波長領域は４００ｎｍ〜１０００ｎｍである。
【００４１】
そして、本実施例に係る絞りアレイＳＡにおける各開口絞りの開口径は、フィルタアレイＦＡにおける各フィルタの透過波長域の中心波長に応じて互いに異なる大きさに設定されている。具体的に、絞りアレイＳＡにおける各開口絞りの開口径は、結像部アレイ１０１における全ての結像部の焦点深度が互いに同一となるように設定されている。本実施例に係る各結像部の諸元値を表１に示す。ただし、表１における開口径及び焦点深度は、透過波長域の中心波長が最大（９７５ｎｍ）であるフィルタを含む結像部の開口径及び焦点深度を１として規格化したものを示している。
【００４２】
【表１】
2020064163.tif 000003
【００４３】
ここで、比較例として、各開口絞りの開口径を一定とした場合の各結像部の諸元値を表２に示す。ただし、比較例に係る各結像部は、各開口絞りの開口径を除いて本実施例に係る各結像部と同じであるものとする。
【００４４】
【表２】
2020064163.tif 000004
【００４５】
表１及び表２より、透過波長域の中心波長が最小（４２５ｎｍ）であるフィルタを含む結像部の焦点深度は、比較例に対して本実施例の方が倍以上の深さになっていることがわかる。他の結像部の焦点深度についても、比較例に対して本実施例の方が十分に大きな値となっていることがわかる。すなわち、本実施例に係る撮像システム１１００によれば、各開口絞りの開口径が一定である比較例の構成と比較して、レンズアレイＬＡの製造誤差に起因するピントずれを大幅に低減することができる。
【００４６】
［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る撮像システム１２００について説明する。図４は、本実施例に係る撮像システム１２００の主光軸を含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係る撮像システム１２００において、上述した実施例１に係る撮像システム１１００と同等の構成については説明を省略する。
【００４７】
本実施例に係る対物レンズ部ＯＬは、実施例１に係る対物レンズ部ＯＬの構成に対して、視野絞り１０３の物体側に隣接する１枚の正レンズを追加した構成を採っている。また、本実施例に係る視野絞り１０３の開口部には拡散部材が設けられていない。このように、視野絞り１０３の開口部に拡散部材を設けない構成においても、視野絞り１０３の直前にフィールドレンズとしての正レンズを配置することで、視野絞り１０３の開口部に拡散部材を設けた構成と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
本実施例に係るコリメータレンズ部ＣＬは、実施例１に係るものと同じ構成を採っている。また、本実施例に係る結像部アレイ１０１は、絞りアレイＳＡにおける各開口絞りの開口径を除いて実施例１に係る結像部アレイ１０１と同じ構成を採っている。本実施例に係る絞りアレイＳＡにおける各開口絞りの開口径は、撮像素子１０２の波長に対する感度特性（センサ感度特性）に応じて設定されている。具体的に、絞りアレイＳＡにおける各開口絞りの開口径は、撮像素子１０２における対応する各領域での感度が互いに同一となるように設定されている。
【００４９】
一般的に、主に可視域での撮像を行う場合は、撮像素子１０２としてシリコンを用いたＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子が用いられる。図５は、一般的なシリコンを用いた撮像素子の波長に対する感度特性を示している。図５において、横軸は撮像素子に入射する光の波長（４００ｎｍ〜１０００ｎｍ）を示し、縦軸は各波長に対する撮像素子の感度を示している。
【００５０】
図５を見て分かるように、一般的な撮像素子の感度は、赤外域よりも可視域の方で高くなっている。そのため、仮に分光特性が一様な物体からの光を受光したときに撮像素子が出力する複数の像に対応する各信号のレベルを一様とするためには、赤外域と可視域とで結像部のＦ値を異ならせることが必要になる。具体的には、赤外域に対応する結像部のＦ値を小さく（明るく）し、可視域に対応する結像部のＦ値を大きく（暗く）設定することが望ましい。
【００５１】
そこで、本実施例では、撮像素子１０２の波長に対する感度特性に応じて、赤外域に対応する開口絞りの開口径を大きくし、可視域に対応する開口絞りの開口径を小さく設定している。これにより、撮像素子１０２における各領域での感度を一定にすることができるため、各フィルタに対応するバンドごとのダイナミックレンジを十分に確保することが可能になる。本実施例に係る各結像部の諸元値を表３に示す。
【００５２】
【表３】
2020064163.tif 000005
【００５３】
表２及び表３より、透過波長域の中心波長が最小（４２５ｎｍ）であるフィルタを含む結像部の焦点深度は、比較例に対して本実施例の方が４倍程度の深さになっていることがわかる。他の結像部の焦点深度についても、比較例に対して本実施例の方が十分に大きな値となっていることがわかる。このように、本実施例に係る撮像システム１２００によれば、各結像部の焦点深度を各フィルタの透過波長域の中心波長に対して適切に設定することができるため、上述した実施例１に係る撮像システム１１００と同様の効果も得ることができる。
【００５４】
［数値実施例］
以下、上述した実施例１及び２に対応する数値実施例１及び２を示す。各数値実施例において、面番号は物体側から像側に至る各光学面の順番である。ｒ［ｍｍ］は第ｉ番目の光学面の曲率半径を示し、ｄ［ｍｍ］は第ｉ番目の光学面と第（ｉ＋１）番目の光学面の間隔を示す。また、Ｎｄ及びνｄは、第ｉ番目の光学面と第（ｉ＋１）番目の光学面の間の媒質（材料）の波長５８７．６ｎｍの光（ｄ線）に対する屈折率及びアッベ数を示す。
【００５５】
ただし、数値実施例１においては、各光学面の面データを対物レンズ部ＯＬ、コリメータレンズ部ＣＬ、及び結像部アレイ１０１に分けて示している。このとき、結像部アレイ１０１における各結像部の構成は互いに同一であるため、一つの結像部についての面データのみを示している。また、数値実施例２において、コリメータレンズ部ＣＬ及び結像部アレイ１０１に関する面データについては、数値実施例１のものと同じであるため省略している。
【００５６】
（数値実施例１）
対物レンズ部ＯＬ
面番号   ｒ       ｄ       Ｎｄ     νｄ
1       49.66    3.50     1.744     44.8
2       239.14   0.15
3       20.62    3.50     1.744     44.8
4       33.19    2.89
5       66.68    1.50     1.673     32.1
6       16.18    7.05
7（絞り）        ∞       4.47
8       -17.61   1.00     1.699     30.1
9       46.50    6.00     1.744     44.8
10       -22.90   0.15
11       82.97    3.60     1.744     44.8
12       -57.56   39.90
コリメータレンズ部ＣＬ
面番号   ｒ       ｄ       Ｎｄ     νｄ
1       ∞        9.00
2       56.56     10.00    1.581    40.7
3       -28.95    8.33
4       -49.18    2.00     1.620    60.3
5       14.05     36.57
6       -584.61   3.00     1.755    27.5
7       48.17     1.94
8       65.96     9.00     1.620    60.3
9       -28.24    0.15
10（絞り）         ∞
結像部アレイ１０１
面番号   ｒ       ｄ       Ｎｄ     νｄ
1（絞り）         ∞       2.00
2       ∞        1.00     1.516    64.1
3       ∞        2.00
4       8.58      3.00     1.569    56.4
5       -8.34     1.00     1.699    30.1
6       30.74     4.50
7       16.91     2.00     1.755    27.5
8       -11.60    1.60
9       -6.29     1.11     1.749    35.3
10       14.75     14.03
【００５７】
（数値実施例２）
対物レンズ部ＯＬ
面番号   ｒ       ｄ       Ｎｄ     νｄ
1       49.66     3.50     1.744    44.8
2       239.14    0.15
3       20.62     3.50     1.744    44.8
4       33.19     2.89
5       66.68     1.50     1.673    32.1
6       16.18     7.05
7（絞り）         ∞       4.47
8       -17.61    1.00     1.699    30.1
9       46.50     6.00     1.744    44.8
10       -22.90    0.15
11       82.97     3.60     1.744    44.8
12       -57.56    28.13
13       76.19     6.00     1.516    64.1
14       -76.92    4.49
【００５８】
［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
【００５９】
上述した実施形態においては、各結像部の夫々がレンズ部、フィルタ、及び開口絞りを含む構成について説明したが、必要に応じてフィルタや開口絞りを含まない結像部を設けても良い。例えば、一部の結像部によって物体からの光の輝度情報のみを取得したい場合は、その結像部にフィルタを設けない構成を採ってもよい。
【００６０】
また、上述したように、撮像システムにおける撮像装置を、一般的なカメラの波長帯域（ＲＧＢ）よりも多い４種類以上の波長帯域に対応する画像情報を取得することができるマルチスペクトルカメラとして構成することが望ましい。さらに、撮像装置を、１００種類以上の波長帯域に対応する画像情報を取得することができるハイパースペクトルカメラとして構成することがより好ましい。
【００６１】
各撮像装置における撮像素子としては、上述したＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサのように可視光に対応したものに限らず、赤外光（近赤外光や遠赤外線光）などを光電変換できるように構成されていてもよい。例えば、使用波長帯域に応じてＩｎＧａＡｓやＩｎＡｓＳｂなどの材料を用いた撮像素子を採用してもよい。また、撮像素子の画素数は、撮像システムにおいて求められる分解能に基づいて決定することが望ましい。
【００６２】
また、撮像システムは、撮像素子から出力される画像情報に基づいて画像を生成する画像処理部を備えていてもよい。画像処理部は、例えばＣＰＵなどのプロセッサであり、各撮像装置の内部又は外部の何れに設けられていてもよい。例えば、結像部アレイにより形成された互いに異なる波長帯域に対応する複数の像（複製像）を、撮像素子により光電変換することで複数の画像情報を生成し、それらを画像処理部により合成（重畳）することで、１枚のマルチスペクトル画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００６３】
ＬＡ  複数のレンズ部（レンズアレイ）
ＦＡ  複数のフィルタ（フィルタアレイ）
ＳＡ  複数の開口絞り（絞りアレイ）
１００  光学系
【図１】
2020064163.tif 000006
【図２】
2020064163.tif 000007
【図３】
2020064163.tif 000008
【図４】
2020064163.tif 000009
【図５】
2020064163.tif 000010