(57)【要約】【課題】  複数のレンズ部の収差が良好に補正された光学系、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、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部を有するレンズアレイ２１と、複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタを有するフィルタアレイ２２とを備え、複数のフィルタは、第１の方向に配列された三つ以上のフィルタを含み、三つ以上のフィルタは、複数のフィルタのうち透過波長域の中心波長が最も短い第１のフィルタＦ２２と、透過波長域の中心波長が第１のフィルタよりも長い第２のフィルタＦ１２とを含み、第１のフィルタＦ２２は、第２のフィルタＦ１２よりもフィルタアレイ２２の中心（ＡＸ０）に近い位置に配置されている。【選択図】  図１
2020064162.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を有するレンズアレイと、
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を有するフィルタアレイとを備え、
前記複数のフィルタは、第１の方向に配列された三つ以上のフィルタを含み、
該三つ以上のフィルタは、前記複数のフィルタのうち透過波長域の中心波長が最も短い第１のフィルタと、透過波長域の中心波長が該第１のフィルタよりも長い第２のフィルタとを含み、
前記第１のフィルタは、前記第２のフィルタよりも前記フィルタアレイの中心に近い位置に配置されていることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記第２のフィルタは、前記第１の方向において前記フィルタアレイの中心から最も離れた位置に配置されている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及び第２のフィルタの夫々に対応するレンズ部は、同一形状の光学面を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項４】
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３の何れか一項に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１のフィルタは、前記フィルタアレイの中心に最も近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記複数のフィルタのうち透過波長域の中心波長が最も長いフィルタは、前記フィルタアレイの中心から最も遠い位置に配置されている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】
前記複数のフィルタにおける任意の二つのフィルタの透過波長幅の差の、該二つのフィルタのうち一方の透過波長幅に対する比の値は、２０％以下であ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】
前記第１のフィルタの透過波長域の中心波長は、５５５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学系。
【請求項９】
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８の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１０】
前記光学部の光軸は、前記フィルタアレイの中心を通ることを特徴とする請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
前記第１のフィルタは、前記光学部の光軸上に配置されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光学系。
【請求項１２】
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９乃至１１の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１３】
前記複数のレンズ部のうち前記光学部の光軸から最も離れた位置に配置されるレンズ部の光軸は、前記光学部の光軸に対して非平行であることを特徴とする請求項９乃至１２の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１４】
前記複数のレンズ部のうち前記光学部の光軸から最も離れた位置に配置されるレンズ部の光軸は、物体側よりも像側の方が前記光学部の光軸から遠くに位置するように傾いていることを特徴とする請求項１３に記載の光学系。
【請求項１５】
請求項１乃至１４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１６】
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１５に記載のアクセサリ装置。
【請求項１７】
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１６に記載のアクセサリ装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１４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。
【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、透過波長域の中心波長が互いに異なる複数のフィルタを備え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】特開２０１７−２０８７６１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では、複数のフィルタの透過波長域に応じて生じる収差と、複数のレンズの偏心収差との関係について一切考慮されていない。具体的に、特許文献１の光学系においては、収差の補正がより難しい短波長域に対応するフィルタが、対物レンズの光軸から大きく離れた位置に配置されている。この構成では、当該フィルタに起因する色収差に偏心収差が合わさるため、短波長域に対応する良好な画像情報を得ることが困難になってしまう。
【０００６】
本発明は、複数のレンズ部の収差が良好に補正された光学系、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を有するレンズアレイと、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を有するフィルタアレイとを備え、前記複数のフィルタは、第１の方向に配列された三つ以上のフィルタを含み、該三つ以上のフィルタは、前記複数のフィルタのうち透過波長域の中心波長が最も短い第１のフィルタと、透過波長域の中心波長が該第１のフィルタよりも長い第２のフィルタとを含み、前記第１のフィルタは、前記第２のフィルタよりも前記フィルタアレイの中心に近い位置に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数のレンズ部の収差が良好に補正された光学系、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】実施例１に係る撮像システムの要部概略図。
【図２】実施例１と比較例におけるＭＴＦ性能を示す図。
【図３】変形例に係るフィルタアレイの要部概略図。
【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】
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る撮像システム１００の要部概略図（模式図）である。図１（ａ）は、後述する複数のレンズ部のうちの一部の光軸を含む断面（ＹＺ断面）を示している。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（頂点）を通る軸を指す。図１（ａ）においては、各レンズ部の軸上像高に集光される軸上光束のマージナル光線を示している。また、図１（ｂ）は、後述するフィルタアレイ２２を物体側（−Ｚ側）から見たときの正面図である。なお、撮像対象となる不図示の物体は、撮像システム１００の物体側に配置されているものとする。
【００１２】
撮像システム１００は、像側（＋Ｚ側）から順に配置された、撮像装置（カメラユニット）１、光学装置（アレイユニット）２、アダプタ装置（アダプタユニット）４、及びレンズ装置（レンズユニット）３を有する。
【００１３】
撮像装置１は、光学装置２の像面に配置される撮像面（受光面）を含む撮像素子（受光素子）１１と、撮像素子１１を保持する保持部材（筐体）１２を備える。撮像素子１１としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子を採用することができる。また、撮像素子１１は、可視光に限らず赤外光（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、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ、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１１の画素数は、撮像システム１００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。
【００１４】
光学装置２は、光学系と、該光学系を保持する保持部材（鏡筒）２３を備える。本実施例に係る光学系は、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部を有するレンズアレイ２１と、各レンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタを有するフィルタアレイ２２を備える。図１（ｂ）に示すように、フィルタアレイ２２における複数のフィルタは、レンズ装置３及びアダプタ装置４の光軸（主光軸）ＡＸ０に垂直な第１の方向（Ｘ方向又はＹ方向）に配列された三つ以上のフィルタを含んでいる。
【００１５】
本実施例に係る複数のレンズ部の夫々は、１枚以上のレンズで構成されており、夫々が物体を撮像素子１１の撮像面に結像する。言い換えると、レンズアレイ２１の像面には、複数のレンズ部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、レンズアレイ２１によれば、同一の物体の像を複製することができる。なお、複数のレンズ部は、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（フォーカス調整など）を可能にするために別体で形成されていてもよい。
【００１６】
本実施例に係る複数のフィルタ（光学フィルタ）は、互いに異なる透過特性を有する複数のフィルタを含んでいる。具体的には、互いに異なる波長帯域（透過波長域）を有する二つ以上のフィルタを含んでいる。また、第１の方向に配列された三つ以上のフィルタには、フィルタアレイ２２において透過波長域の中心波長が最も短い第１のフィルタと、透過波長域の中心波長が第１のフィルタよりも長い第２のフィルタが含まれている。
【００１７】
なお、ここでの透過特性とは、透過させる光の波長帯域（透過波長域）だけでなく、透過させる偏光の方向や種類（偏光状態）、入射光の強度に対する透過光の強度（透過率）などを含む、入射光の状態を変化させる光学特性のことである。すなわち、フィルタアレイ２２は、互いに種類が異なる複数の偏光フィルタや、互いに透過率が異なる複数のフィルタなどを含んでいてもよい。フィルタアレイ２２を互いに異なる透過特性を有する複数のフィルタで構成することにより、同一の物体に対して互いに異なる複数の画像情報を同時に取得することが可能になる。
【００１８】
具体的に、互いに透過波長域の中心波長が異なる複数のフィルタ（バンドパスフィルタ）を用いることで、複数の波長帯域に対応する複数の画像情報を同時に取得することができる。このとき、撮像システム１００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、撮像システム１００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。なお、バンドパスフィルタの代わりに、入射光の波長を変換して射出する波長変換フィルタを用いてもよい。
【００１９】
あるいは、互いに種類が異なる複数の偏光フィルタを用いることで、複数の偏光状態に対応する複数の画像情報を同時に取得することができる。例えば、Ｘ方向（水平方向）、Ｙ方向（垂直方向）、Ｘ方向及びＹ方向に対して４５°の方向、の夫々に平行な方向の直線偏光を透過させる三つの直線偏光フィルタと、円偏光を透過させる円偏光フィルタを用いる場合が考えられる。このように、入射光の偏光状態を変化させる複数の種類の偏光フィルタを用いることで、物体の偏光特性（ストークスパラメータ）や、物体の偏光状態の２次元分布などの偏光情報を取得することができる。
【００２０】
また、透過特性の種類が異なる複数のフィルタでフィルタアレイ２２を構成することで、波長情報、偏光情報、輝度情報、視差情報などの異なる種類の情報を同時に取得できるようになる。このとき、互いに異なる種類の複数のフィルタの夫々を、互いに異なるレンズ部の光軸上に配置した構成に限らず、同一の光軸上に配置した構成を採ってもよい。後者の場合、取得した画像情報を不図示の画像処理部によってフィルタリングすることで、異なる種類の画像情報に分離することができる。
【００２１】
また、一般的に可視波長帯域で使用されるシリコン材料で構成される撮像素子１１は、短波長帯域（４５０ｎｍ以下）及び長波長帯域（７５０ｎｍ以上）よりも中心波長帯域（５５０ｎｍ近傍）に対する感度の方が高いという感度特性を有している。よって、これらの各波長帯域に対応する複数のバンドパスフィルタを用いる場合、中心波長帯域に対応するバンドパスフィルタが配置されている光軸上に減光フィルタを配置することが好ましい。このとき、偏光フィルタを減光フィルタとして用いることで、各画像情報の輝度のバランスを補正することだけでなく、波長情報及び偏光情報を同時に取得することが可能になる。
【００２２】
なお、フィルタアレイ２２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、フィルタアレイ２２は、透過特性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。例えば、撮像システム１００を測距装置（ステレオカメラ）として用いる場合、視差が互いに異なる二つの画像情報を用いて物体の距離情報を取得するため、各画像情報に対応する二つのフィルタの透過特性を略同等とすることが望ましい。ただし、互いに異なる複数の画像情報を一回の撮像でより多く取得するためには、複数フィルタの全ての透過特性を互いに異ならせることが望ましい。
【００２３】
本実施例に係るフィルタアレイ２２は、図１（ｂ）に示したように、Ｘ方向及びＹ方向に配列された９個のフィルタＦ１１〜Ｆ３３を備えている。また、レンズアレイ２１は、９個のフィルタに対応する９個のレンズ部を備えている。すなわち、同一の光軸上に配置されたレンズ部及びフィルタをまとめて一つの結像部であるとすると、光学装置２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。
【００２４】
なお、結像部の数はこれに限られるものではなく、光学装置２は少なくとも第１の方向に配列された三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透過特性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、本実施例のように結像部を九つ以上設けることがより好ましい。物体からの光は、レンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２を順に介して撮像素子１１の撮像面に到達する。このとき、撮像面には、各結像部に応じた９個の像（複製像）が形成される。
【００２５】
なお、撮像装置１の小型化のためには、本実施例に係る撮像素子１１のように、各レンズ部に対して共通の（単一の）撮像素子を設けることが望ましい。また、各レンズ部に対して共通の撮像素子を用いることで、光学装置２の交換によってレンズ部の数や配置が変化した場合にも、良好な画像情報を取得することができる。このとき、撮像素子１１の利用効率を向上させるためには、撮像素子１１を構成する複数の画素（フォトダイオード）をできるだけ隙間なく均一に配置することが望ましい。
【００２６】
ただし、必要に応じて、各レンズ部に対して個別に撮像素子を設けてもよい。この場合、装置全体の小型化のためには、各撮像素子をできるだけ隙間なく均一に配置することが望ましい。また、光学装置２の小型化のためには、撮像素子１１の撮像面の形状に合わせて各レンズ部を配置することが望ましい。具体的には、ＸＹ断面において各レンズ部を正方配置することが望ましい。なお、撮像素子１１の撮像面が正方形でない場合は、各レンズ部の配置のアスペクト比などを変更してもよい。
【００２７】
レンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２の光軸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、干渉型のバンドパスフィルタを用いる場合は、その角度特性（角度依存性）を鑑みて、各フィルタに対する光の入射角が小さくなるように、フィルタアレイ２２をレンズアレイ２１よりも物体側に配置することが好ましい。ただし、レンズアレイ２１における各レンズ部が十分なテレセントリック性を有している場合は、フィルタアレイ２２がレンズアレイ２１よりも像側（＋Ｚ側）に配置されていたとしても、各フィルタに対する光の入射角を小さくすることができる。
【００２８】
また、フィルタアレイ２２がレンズアレイ２１よりも物体側に配置されている場合、レンズアレイ２１に入射する軸外光線の欠け（ヴィネッティング）が発生してしまう可能性がある。よって、例えば吸収型のバンドパスフィルタなどの角度依存性が小さいフィルタを用いる場合や、フィルタの角度依存性よりも光利用効率を優先する場合には、フィルタアレイ２２をレンズアレイ２１よりも像側に配置することが好ましい。
【００２９】
本実施例においては、レンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２を保持部材２３によって一体的に保持することで、夫々の相対位置のずれを抑制している。また、保持部材２３は、撮像装置１と結合するための第１のマウント部（第１の結合部）２４を有している。これにより、光学装置２をアクセサリ装置として、第１のマウント部２４を介して撮像装置１に着脱可能とすることができる。すなわち、撮像装置１に対して、レンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２を一体的に保持しつつ同時に交換することが可能になる。
【００３０】
この構成によれば、レンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２の相対位置のずれを抑制しつつ、取得する画像情報の種類や解像度を変更することができる。具体的には、フィルタアレイ２２を透過特性が異なるものに交換する際に、同時にレンズアレイ２１を各フィルタアレイに対応する（最適化された）ものに交換することができる。これにより、各レンズの収差やピントの変化を抑制することができる。また、レンズアレイ２１をレンズ部の数が異なるものに交換することで、撮像システム１００の解像度を変更することができる。この場合にも、同時にフィルタアレイ２２を各レンズアレイに対応するものに交換することができる。
【００３１】
このように、本実施例に係る撮像システム１００によれば、取得したい画像情報に応じて光学装置２を交換することができる。特に、レンズアレイ２１が交換可能であるため、レンズ部の数を増減させることで、画像情報の種類（バンド数など）や解像度を増減させることができる。そして、レンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２を一体的に交換可能であるため、交換時の光学性能の変化を抑制することができる。これにより、光学装置２の構成によらず、共通の撮像装置１によって複数の良好な画像情報を同時に取得することが可能になる。
【００３２】
第１のマウント部２４の形状は、撮像装置１に設けられたマウント部１３に対応する形状とすればよい。例えば、光軸方向（Ｚ方向）から見たときに撮像面を囲む円周上に設けられた結合部（凸部や凹部、磁石など）を第１のマウント部２４として採用することができる。図１（ａ）においては、第１のマウント部２４を凹部として示し、撮像装置１のマウント部１３を凸部として示しているが、各マウント部の形状はこれに限られるものではない。また、第１のマウント部２４に、撮像装置１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、光学装置２は電気接点を介して撮像装置１と通信を行ったり撮像装置１から電力を受給したりすることが可能になる。
【００３３】
なお、図１（ａ）に示すように、保持部材２３は、像側に設けられる第１のマウント部２４だけでなく、物体側に設けられる第２のマウント部（第２の結合部）２５を有していてもよい。これにより、光学装置２に対してレンズ装置３やアダプタ装置４などのアクセサリ装置を着脱可能とすることができる。図１（ａ）においては、第２のマウント部２５を凸部として示しているが、第２のマウント部２５の形状はこれに限られず、装着されるアクセサリ装置におけるマウント部の形状に応じて設定すればよい。なお、第２のマウント部２５についても、アクセサリ装置に対して通信や電力の受供給を行うための電気接点を設けることが好ましい。
【００３４】
なお、光学装置２を撮像装置１に装着する際に、夫々のマウント部の製造の精度によっては取り付け誤差が生じ、レンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２と撮像素子１１との位置関係に誤差が生じる可能性がある。このような誤差が生じた場合、撮像素子１１の撮像面に対するレンズアレイ２１のピントずれ（デフォーカス）が生じてしまう。そこで、レンズアレイ２１を光軸方向に移動するための移動機構を設け、レンズアレイ２１のピントを調整できるように構成することが望ましい。
【００３５】
あるいは、レンズアレイ２１の代わりに撮像素子１１を光軸方向に移動するための移動機構を設け、撮像素子１１の移動によるピント調整（センサフォーカス）ができるように構成してもよい。なお、光学装置２の取り付け誤差によりレンズアレイ２１の像面が撮像面に対して傾き、像面湾曲やレンズ部ごとに異なるピントずれが生じてしまう可能性がある。よって、撮像素子１１の光軸に対する傾き（チルト角）を変更することができるように構成することが好ましい。さらに、撮像素子１１を光軸に垂直な方向の成分を含む方向に移動させることで、像ブレ補正（手振れ補正）を行うことができるようにしてもよい。
【００３６】
レンズアレイ２１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２１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。また、各レンズ部を光軸上に配置された複数のレンズで構成することで、色収差をより良好に補正することができるようにしてもよい。なお、各フィルタの透過波長域の差（撮像システム１００の使用波長帯域）が大きく、色収差の補正が難しい場合は、各レンズを個別に移動させることで夫々の結像位置（軸上色収差）を調整してもよい。
【００３７】
本実施例に係るレンズ装置３は、光学装置２の各結像部に対して共通である１枚以上のレンズを有する光学系３１と、光学系３１を保持する保持部材（鏡筒）３２を備えている。レンズ装置３は、撮像システム１００の画角（撮像画角）を変換する役割を果たしている。すなわち、レンズ装置３を光学系３１の構成が異なるものに交換することで、様々な画角に対応する画像情報を取得することができる。なお、レンズ装置３を用いずに、レンズアレイ２１における各レンズ部を複数のレンズ群で構成し、隣接するレンズ群の間隔を変更可能とすることで、撮像システム１００の画角を変更することも可能である。しかし、その場合はレンズアレイ２１の製造及び制御の難易度が高くなり、かつ光学装置２の構成が複雑化及び大型化してしまう。
【００３８】
よって、光学装置２の簡素化及び小型化のためには、本実施例のようにレンズ装置３の交換によって撮像システム１００の画角を変更できるように構成すること望ましい。なお、レンズ装置３における光学系３１を構成する少なくとも１枚のレンズを移動可能とすることで、ピント調整（フォーカシング）を行うようにしてもよい。また、光学系３１を複数のレンズ群で構成して隣接するレンズ群の間隔を変更し、撮像システム１００の焦点距離を変更することで、画角や結像倍率を調整できるようにしてもよい。
【００３９】
本実施例に係るアダプタ装置４は、光を拡散させる拡散素子４１と、１枚以上のレンズを有する光学系（光学部）４２と、拡散素子４１及び光学系４２を保持する保持部材４３を備えている。拡散素子４１は、レンズ装置３により形成される中間像面（１次結像面）の位置に配置されており、スクリーンとしての役割を果たしている。拡散素子４１としては、拡散面（粗面）を有する拡散部材（拡散板）や、複数の微細なレンズで構成されるマイクロレンズアレイなどを採用することができる。光学系４２は、拡散素子４１からの光を平行光に変換して光学装置２に導光するコリメータ光学系としての機能を有する。ただし、ここでの平行光とは、厳密な平行光に限らず、略平行光（弱発散光や弱収束光）を含むものとする。
【００４０】
上述したように、干渉型のバンドパスフィルタの透過波長には角度依存性が存在しており、一般的には長波長側に行くほど透過波長域の中心波長の変動が大きくなる。また、バンドパスフィルタが主光軸ＡＸ０から離れた位置に配置されている場合、そのバンドパスフィルタに入射する光の角度が大きくなりやすいため、透過波長域の中心波長の変動角度が大きくなる可能性がある。そこで、アダプタ装置４によってフィルタアレイ２２に入射する光を平行光とすることで、各フィルタに対する光の入射角が位置によらず略等しくなるため、各フィルタの配置による角度依存性の変化を抑制することができる。
【００４１】
レンズ装置３における保持部材３２及びアダプタ装置４における保持部材４３は、互いに結合するためのマウント部３３及びマウント部４５を有している。これにより、アダプタ装置４を介してレンズ装置３を光学装置２に着脱可能とすることができる。また、アダプタ装置４における保持部材４３は、光学装置２の第２のマウント部２５と結合するためのマウント部４４を有している。これにより、各マウント部を介してアダプタ装置４を光学装置２に着脱可能とすることができる。このとき、レンズ装置３が撮像装置１及び光学装置２に直接着脱することができない場合であっても、アダプタ装置４を介することで間接的に着脱することが可能になる。
【００４２】
ただし、光学装置２の第１のマウント部２４とレンズ装置３のマウント部３３とを同じ形状とし、撮像装置１のマウント部１３とアダプタ装置４のマウント部４５とを同じ形状とすることが望ましい。言い換えると、撮像装置１に対して着脱可能なレンズ装置３が、アダプタ装置４にも着脱可能である構成とすることが望ましい。これにより、一般的なカメラとしての撮像装置１及び一般的な交換レンズとしてのレンズ装置３を用いて、複数の画像情報を一回の撮像で同時に取得できる撮像システムを構成することが可能になる。
【００４３】
また、本実施例に係る撮像システム４００は、アダプタ装置４を用いることで光学装置２に平行光が入射する構成を採っている。これにより、本実施例に係る光学装置２を物体の中間像を形成しないレンズ装置に対しても適用することが可能になる。よって、光学装置２、レンズ装置３、及びアダプタ装置４の夫々の互換性を確保するために、各装置のマウント部の形状は、夫々の光学系の構成にかかわらず同一の形状とすることが望ましい。
【００４４】
なお、本実施例のレンズ装置３のように物体の中間像を形成するレンズ装置を用いる場合は、その中間像面の位置に視野絞りを配置することが望ましい。これにより、撮像素子１１の撮像面に形成される各像の境界の形状やサイズを適切に設定することができる。例えば、各結像部からの光が撮像面において互いに干渉する場合は、視野絞りに設けられる開口のサイズ（開口径）を小さくすればよい。このとき、撮像素子１１の利用効率を向上させるためには、視野絞りの開口の形状を、撮像面を等分割することができる矩形などの形状とすることが望ましい。
【００４５】
また、撮像面における各像の境界は、視野絞りを中間像面の位置に近づける程明確になるため、本実施例のように中間像面の位置に拡散素子４１を配置する場合は、視野絞りを拡散素子４１に密着するように配置することが好ましい。このとき、拡散素子４１が厚みを持つ場合は、拡散素子４１の内部での散乱の影響を低減するために、視野絞りを拡散素子４１の像側に配置することがより好ましい。本実施例においては、拡散素子４１の中央部（矩形部）以外に遮光部材（遮光塗料）を設けることで、拡散素子４１に視野絞りとしての機能を持たせることができる。あるいは、視野絞りを構成する遮光部材に設けられる開口部に拡散素子４１を配置することで、視野絞りと拡散素子４１とを一体的に構成してもよい。
【００４６】
中間像面の位置に拡散素子４１を配置した場合、レンズ装置３からの光は拡散素子４１によって拡散されるため、レンズ装置３からの光の入射角に関する情報が失われ、各像における視差の発生を抑制することができる。ただし、本実施例に係る撮像システム４００を後述するような測距装置として用いる場合、各像の視差を用いて物体までの距離に関する情報を取得するため、レンズ装置３からの光の入射角に関する情報を残しておく必要がある。その場合は、視野絞りの直前に拡散素子４１の代わり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、入射角に関する情報を残しつつ本実施例と同様の機能を実現することができる。
【００４７】
次に、撮像システム１００における処理系について説明する。上述したように、撮像素子１１から出力される画像情報の特性は、撮像装置１に装着される光学装置２の構成によって変化する。よって、撮像装置１にどのような光学装置２が装着されたとしても、画像情報を適切に処理するためのシステムを実現することが望ましい。具体的に、光学装置２は、撮像装置１に対して情報を送受信するための通信部や、撮像装置１との接続を認識するための認識部を備えていることが好ましい。
【００４８】
図１（ａ）では、撮像装置１が処理部１４を有し、光学装置２が処理部２７を有する場合を示している。処理部１４は、少なくとも通信部及び認識部としての機能を備えている。処理部２７は、少なくとも通信部（記憶部）としての機能を備えている。処理部１４及び処理部２７は、撮像装置１に光学装置２が装着された際に互いに電気的に接続され、相互に情報（信号）を送受信することができる。処理部１４及び処理部２７は、撮像装置１及び光学装置２の夫々のマウント部に設けられた電気接点を介して情報を送受信することができる。ただし、各マウント部に電気接点が設けられていない場合などは、例えば光通信などの無線通信を行ってもよい。
【００４９】
処理部２７は光学装置２に関する固有情報を記憶しており、処理部１４はその固有情報を受信することによって光学装置２が撮像装置１に装着されたことを認識する。光学装置２の固有情報は、例えばレンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２の夫々に関する識別番号などの識別子（ＩＤ）又はレンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２の組み合わせに関する識別子である。処理部２７は、受信した固有情報に基づいて、光学装置２の種別や個体を認識することができる。
【００５０】
本実施例に係る撮像システム１００においては、撮像装置１が電源を有しており、光学装置２は電源を有していないため、撮像装置１における処理部１４によって光学装置２の装着を認識することが望ましい。この場合、処理部２７は、固有情報を記憶する記憶部（通信部）としての機能だけを有することになる。ただし、処理部１４及び処理部２７が無線通信を行う場合は、撮像装置１及び光学装置２の夫々に電源を設け、夫々が個別に認識を行う構成を採ってもよい。
【００５１】
処理部１４は、画像処理部（プロセッサ）としての機能も備えており、受信した固有情報に応じて、撮像素子１１から出力される画像情報を処理する。このとき、予め光学装置２におけるレンズアレイ２１の情報（レンズ部の数や配置など）やフィルタアレイ２２の情報（フィルタの透過特性や配置など）と固有情報を紐づけて、データテーブルとして処理部１４又は外部装置に記録しておくことが望ましい。これにより、処理部１４は、受信した固有情報をデータテーブルに照らし合わせることで、どのような構成（特性）の光学装置２が装着されたのかを認識することができる。
【００５２】
なお、必要に応じて、上述したようなレンズアレイ２１やフィルタアレイ２２の情報そのものを固有情報として処理部２７に記録しておき、処理部１４が処理部２７からその情報を取得するように構成してもよい。ただし、光学装置２の簡素化及び小型化のためには、処理部２７に記録しておく情報は、上述したように光学装置２の種別や個体を弁別するための識別番号などの最小限のものとすることが望ましい。
【００５３】
例えば、フィルタアレイ２２がバンドパスフィルタで構成されている場合、処理部１４はレンズアレイ２１及びフィルタアレイ２２の情報に基づいて、撮像素子１１から出力される一つの画像情報を適切に分割及び再配列する。これにより、バンドパスフィルタに対応する波長帯域ごとの複数の画像情報（マルチスペクトル画像）を生成することができる。このとき、必要に応じて、複数の画像情報を重ね合わせる（再合成する）ことで、１枚のマルチスペクトル画像を生成してもよい。
【００５４】
なお、撮像素子１１から出力される画像情報を外部装置に送信することで、処理部１４ではなく外部装置によって上述したような画像処理を行うように構成してもよい。この場合、光学装置２の情報と画像情報との対応関係をわかりやすくするために、処理部２７が記憶している情報を画像情報に付加してから外部装置に送信することが好ましい。あるいは、処理部２７を外部装置として撮像装置１の外部に設けてもよい。
【００５５】
また、レンズ装置３は、光学装置２における処理部２７と同様の処理部３４を備えていることが望ましい。処理部３４は、レンズ装置３に関する固有情報を記憶しており、その固有情報を光学装置２における処理部２７を介して、又は直接撮像装置１における処理部１４に送信することができる。処理部１４は、レンズ装置３の固有情報に基づいて、レンズ装置３の種別や個体を認識することができる。処理部１４は、レンズ装置３の固有情報及び光学装置２の少なくとも一方の固有情報に応じて、撮像素子１１から出力される画像情報を処理することができる。
【００５６】
また、アダプタ装置４は、光学装置２における処理部２７と同様の処理部４６を備えていることが望ましい。処理部４６は、アダプタ装置４に関する固有情報を記憶しており、その固有情報を光学装置２における処理部２７を介して、又は直接撮像装置１における処理部１４に送信することができる。処理部１４は、アダプタ装置４の固有情報に基づいて、レンズ装置３の種別や個体を認識することができる。また、処理部１４は、レンズ装置３、アダプタ装置４、及び光学装置２の少なくとも一つの固有情報に応じて、撮像素子１１から出力される画像情報を処理することができる。このとき、レンズ装置３の固有情報を用いて、レンズ装置３で生じる収差による画像情報への影響を補正してもよい。
【００５７】
次に、本実施例に係るフィルタアレイ２２における各フィルタの配置について詳細に説明する。図１（ｂ）に示したように、フィルタＦ２２はフィルタアレイの中心（主光軸ＡＸ０）の上に配置されているが、それ以外のフィルタは主光軸ＡＸ０から離れた位置に配置されている。すなわち、フィルタＦ２２に対応するレンズ部と比較して、フィルタＦ２２以外のフィルタに対応するレンズ部には大きな偏心収差が生じてしまう。
【００５８】
また、レンズアレイ２１に用いられる一般的な硝材では、透過する光の波長が短くなるほど屈折率の変化率（透過波長幅あたりの屈折率の変化量）が大きくなる。よって、フィルタの透過波長域の中心波長が短くなるほど、それに対応するレンズ部の収差（色収差）の補正が難しくなる。すなわち、短波長域に対応するフィルタを主光軸ＡＸ０から離れた位置に配置した場合、透過波長に起因する収差に偏心収差が合わさるため、短波長域に対応する良好な画像情報を得ることが困難になってしまう。
【００５９】
そこで、本実施例では、フィルタアレイ２２のうち透過波長域の中心波長が最も短いフィルタを、フィルタアレイ２２の中心に最も近い位置に配置している。具体的に、図１（ｂ）において、フィルタアレイ２２の中心に最も近い位置（主光軸ＡＸ０上の位置）に配置されたフィルタＦ２２を、透過波長域の中心波長が最も短いフィルタとしている。これにより、短波長域に対応するレンズ部の偏心収差を低減することができるため、フィルタの透過波長域によらず良好な画像情報を得ることが可能になる。
【００６０】
上述したように、フィルタアレイ２２は透過波長域の中心波長が互いに等しいフィルタを含んでいてもよい。また、透過波長域の中心波長が最も短いフィルタ（第１のフィルタ）は、必ずしもフィルタアレイ２２の中心に最も近い位置に配置しなくてもよい。すなわち、第１のフィルタを、それよりも透過波長域の中心波長が長い第２のフィルタと比較してフィルタアレイ２２の中心に近い位置に配置すれば、本発明の効果を得ることができる。したがって、第１の方向に配列された少なくとも三つのフィルタにおいて、第１のフィルタを第２のフィルタよりもフィルタアレイ２２の中心に近い位置に配置すればよい。
【００６１】
例えば、Ｙ方向に配列されたフィルタＦ１２，Ｆ２２，Ｆ３２に着目すると、フィルタＦ２２を第１のフィルタとし、フィルタＦ１２又はフィルタＦ３２を第２のフィルタとすればよい。あるいは、Ｘ方向に配列されたフィルタＦ２２，Ｆ２２，Ｆ２３に着目すると、フィルタＦ２２を第１のフィルタとし、フィルタＦ２１又はフィルタＦ２３を第２のフィルタとすればよい。なお、例えばフィルタＦ２３の透過波長域の中心波長が最も短い場合は、フィルタＦ２３が第１のフィルタとなるため、フィルタＦ１３又はフィルタＦ３３を第２のフィルタとすればよい。
【００６２】
本実施例においては、Ｘ方向及びＹ方向においてフィルタが三つずつ配列されているが、Ｘ方向又はＹ方向の少なくとも一方においてフィルタが四つ以上配列された構成においても同様に考えることができる。すなわち、第１のフィルタ及び第２のフィルタを含む一方向に配列された四つ以上のフィルタに着目し、第１のフィルタを第２のフィルタよりもフィルタアレイ２２の中心に近い位置に配置すれば、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、フィルタアレイ２２において透過波長域の中心波長が最も長いフィルタを、フィルタアレイ２２の中心から最も遠い位置に配置することが望ましい。これは、透過波長域の中心波長が最も長いフィルタに対応するレンズ部については、他のレンズ部と比較して収差の補正が容易であるため、偏心収差が比較的大きい位置に配置しても良好な画像情報を得ることができるためである。その結果、透過波長域の中心波長がより短いフィルタをフィルタアレイ２２の中心により近い位置に配置することができ、各フィルタの位置によらず良好な画像情報を得ることが可能になる。本実施例では、フィルタアレイ２２の中心から最も遠い位置に配置されたフィルタＦ１１を、透過波長域の中心波長が最も長いフィルタとしている。
【００６４】
次に、本実施例に係る撮像システム１００の効果を説明するために、比較例に係る撮像システムについて説明する。比較例に係る撮像システムは、各フィルタの配列以外は本実施例に係る撮像システム１００と同様の構成であるものとする。本実施例においては、図１（ｂ）に示したフィルタＦ２２の透過波長域の中心波長が最も短く、フィルタＦ１１の透過波長域の中心波長が最も長い。一方、比較例においては、図１（ｂ）に示したフィルタＦ１１の透過波長域の中心波長が最も短く、フィルタＦ２２の透過波長域の中心波長が最も長くなっている。
【００６５】
ここで、フィルタの最短透過波長をλｍｉｎ、最長透過波長をλｍａｘ、透過波長幅をΔλ＝λｍａｘ−λｍｉｎ、透過波長域の中心波長をλとする。本実施例において、フィルタＦ２２についてはλｍｉｎ＝４００ｎｍ、λｍａｘ＝４５０ｎｍ、Δλ＝５０ｎｍ、λ＝４２５ｎｍであり、フィルタＦ１１についてはλｍｉｎ＝７００ｎｍ、λｍａｘ＝７５０ｎｍ、Δλ＝５０ｎｍ、λ＝７２５ｎｍである。一方、比較例において、フィルタＦ１１についてはλｍｉｎ＝４００ｎｍ、λｍａｘ＝４５０ｎｍ、Δλ＝５０ｎｍ、λ＝４２５ｎｍであり、フィルタＦ２２についてはλｍｉｎ＝７００ｎｍ、λｍａｘ＝７５０ｎｍ、Δλ＝５０ｎｍ、λ＝７２５ｎｍである。
【００６６】
図２は、本実施例及比較例に係る撮像システムのＭＴＦ特性（軸上光束についてのＭＴＦ）を示す図である。図２に示すように、比較例においては、フィルタＦ１１に対するＭＴＦが３０ｌｐ／ｍｍで０％近くまで低下しており、短波長域での解像力が著しく低くなっている。一方、本実施例においては、フィルタＦ２２に対するＭＴＦは３０ｌｐ／ｍｍで１０〜２０％となっており、比較例よりも解像力が大幅に向上されている。なお、フィルタＦ１１に対するＭＴＦは比較例よりも多少低下しているが、十分な解像力を維持できている。
【００６７】
なお、フィルタアレイ２２における任意の二つのフィルタの透過波長幅の差の、該二つのフィルタのうち一方の透過波長幅に対する比の値が２０％以下である場合、すなわち各フィルタの透過波長幅が互いに近い場合、本発明の効果が大きくなるため好ましい。また、より短波長域の画像情報を取得するためには、第１のフィルタの透過波長域の中心波長を５５５ｎｍ以下とすることが望ましい。この場合、収差補正の難易度が高くなるが、本実施例に係る構成を採ることにより良好な画像情報を得ることができる。また、各フィルタの透過波長幅が共通である場合、Δλ／λの値が大きくなるほど収差補正が難しなるため、Δλ／λが小さいフィルタから順にフィルタアレイ２２の外側から内側へ配置することがより好ましい。
【００６８】
以上、本実施例に係る撮像システム１００によれば、収差補正が難しい短波長域に対応するフィルタを、フィルタアレイ２２の外側を避けて配置することで、フィルタによらず良好な画像情報を得ることができる。
【００６９】
［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。
【００７０】
実施例１では、３×３個のフィルタが配置された場合について説明したが、フィルタの数や配置はこれに限られるものではない。例えば、図３（ａ）に示すような２×３個のフィルタや、図３（ｂ）に示すような４×３個のフィルタや、図３（ｃ）に示すような４×４個のフィルタを採用してもよい。この場合にもフィルタアレイ２２の中心領域（図３に示した太線で囲った領域）に第１のフィルタを配置することで、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
なお、図３に示した太線で囲った中心領域においては、各フィルタの製造誤差などを考慮しても、ほぼ同程度の偏心収差が生じるとみなすことができる。このように、フィルタアレイ２２の中心領域が複数ある場合は、フィルタアレイ２２において透過波長域の中心波長が短いフィルタから順に該中心領域に配置することが望ましい。例えば、最も中心波長が短いフィルタについてλ＝３５０ｎｍ、２番目に中心波長が短いフィルタについてλ＝４００ｎｍである場合、夫々を図３（ａ）のＦ２１，Ｆ２２の位置や図３（ｂ）の２２，Ｆ２３の位置に配置すればよい。
【００７２】
上述した実施例では、レンズ部が開口絞りの役割を兼ねている場合、すなわちレンズ部の有効径がレンズ部自身によって定まる場合について説明したが、開口絞りを別部材として設けてもよい。また、一つの結像部において、レンズ部が複数のレンズを含む場合や、フィルタが複数のフィルタ素子を含む場合は、レンズ及びフィルタ素子を光軸方向において交互に配置してもよい。
【００７３】
また、上述した実施例では、各レンズ部の光軸が主光軸ＡＸ０に対して平行であるが、必要に応じて各レンズ部の光軸を主光軸ＡＸ０に対して非平行となるようにしてもよい。例えば、図１において主光軸ＡＸ０から最も離れた位置に配置されるレンズ部については、他のレンズ部と比較して偏心収差が大きく生じるため、このレンズ部の光軸ＡＸ１１を主光軸ＡＸ０に対して傾斜させることで、偏心収差を補正してもよい。具体的に、光軸ＡＸ１１を、物体側よりも像側の方が主光軸ＡＸ０の光軸から遠くに位置するように傾けることで、偏心収差を良好に補正することができる。
【００７４】
さらに、レンズ部の瞳をＸＹ断面において分割するように配置される複数のフィルタを備える結像部を採用してもよい。このとき、撮像面におけるその結像部に対応する領域に微小なレンズアレイを設けることで、撮像システムをプレノプティックカメラとして用いることができる。この構成によれば、一つのレンズ部の瞳を通過する光が分離されて、撮像面における互いに異なる画素に入射するため、より多くの画像情報を取得することが可能になる。
【００７５】
上述した実施例に係る撮像システムにおいては、光学装置２とレンズ装置３又はアダプタ装置４とが互いに着脱可能となっているが、必要に応じて夫々を一体化することで、互いの取り付け誤差の発生を抑制してもよい。例えば、光学装置２とレンズ装置３とを一体的に構成したり、光学装置２とレンズ装置３とアダプタ装置４とを一体的に構成したりすることで、撮像装置１に対して着脱可能な一つのレンズ装置（アクセサリ装置）としてもよい。あるいは、光学装置２とアダプタ装置４とを一体的に構成することで、撮像装置１及びレンズ装置３に対して着脱可能な一つのアダプタ装置（アクセサリ装置）としてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
２１  レンズアレイ
２２  フィルタアレイ
Ｆ２２  第１のフィルタ
Ｆ１２  第２のフィルタ
【図１】
2020064162.tif 000003
【図２】
2020064162.tif 000004
【図３】
2020064162.tif 000005