(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ光学系と、
前記レンズ光学系を通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、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子と、
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と、
を備え、
前記レンズ光学系は、複数の光学領域を有し、前記複数の光学領域は、第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第１の光学領域と、任意の方向に振動する光を透過する第２の光学領域と、を少なくとも含み、
前記アレイ状光学素子の前記複数の光学要素は、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、
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、撮像装置。
【請求項２】
前記第１の光学領域は第１の波長帯域の光を透過し、前記第２の光学領域は第２の波長帯域の光を透過する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の波長帯域は、近紫外光の波長帯域である、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１の波長帯域は、４００ｎｍから６００ｎｍの波長帯域の中の所定の帯域を含んでいる、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の波長帯域は、近赤外光の波長帯域である、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第１、第２の光学領域以外の第３の光学領域をさらに備え、
前記第３の光学領域は、前記第１の偏光軸とは異なる方向の第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過し、
前記アレイ状光学素子は、前記第３の光学領域を通過した光を、前記複数の第１、第２の画素以外の複数の第３の画素に入射させる、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第１、および第２の光学領域以外の第３、および第４の光学領域をさらに備え、
前記第１、第２、第３、および第４の光学領域は、それぞれ互いに異なる第１、第２、第３、および第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３、および第４の光学領域を通過した光を、前記複数の第１、および第２画素以外の複数の第３、および第４の画素にそれぞれ入射させる、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第１、および第２の光学領域以外の第３、および第４の光学領域をさらに備え、
前記第１、および第３の光学領域は、同じ波長帯域の光を透過し、第２、および第４の光学領域は、それぞれ前記第１、および前記第３の光学領域を透過する光の波長帯域とはそれぞれ異なる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、および第４の光学領域を通過した光を、前記複数の第１、および第２の画素以外の複数の第３、および第４の画素にそれぞれ入射させる、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３の光学領域は、前記第１の偏光軸と異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する、請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像素子は、前記レンズ光学系が通過した光が入射する複数の第３、および第４の画素をさらに有し、
前記複数の光学領域は、第３、第４の光学領域をさらに含み、
前記第３の光学領域は、任意の方向に振動する光を透過し、
前記アレイ状光学素子は、前記第３、および第４の光学領域を通過した光を、前記複数の第３、および第４の画素にそれぞれ入射させ、
前記複数の第１、第２、および第３の画素は、第１、第２および第３の分光透過率特性を有するフィルタをそれぞれ有する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の第４の画素は、前記第１の分光透過率特性を有し、
前記第４の光学領域は、所定の波長帯域の光を透過し、かつ前記第１の偏光軸とは異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を透過する、請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記撮像素子の前記第１、第２、第３および第４の画素がベイヤー配列で構成されている、請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
所定帯域の光を透過するフィルタを備え、かつ第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第１の領域と、前記第１の領域とは異なる位置に配置され、任意の方向に振動する光を透過する第２の領域を有するレンズ光学系と、
前記レンズ光学系を通過した光が入射する複数の第１の画素と、第１の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第２の画素と、第２の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第３の画素と、第３の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第４の画素とを有する撮像素子と、
前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子と、
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と、
を備え、
前記アレイ状光学素子は、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２、第３、及び第４の画素に入射させ、
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、撮像装置。
【請求項１４】
第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第１の領域と、前記第１の領域とは異なる位置に配置され、任意の方向に振動する光を透過する第２の領域を有するレンズ光学系と、
前記レンズ光学系を通過した光が入射する第１の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第１および第２の画素と、第２の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第３の画素と、第３の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第４の画素と
を含む複数の画素および撮像面を有する撮像素子と、
前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子と、
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と、
を備え、
前記複数の画素は、第１の方向に１からｌ個（ｌは２以上の整数）の画素が配列した一行の画素群が、第２の方向に１からｍ行目（ｍは２以上の整数）までのｍ行に配列されることによって、前記撮像面に配置され、
前記ｍ行のうちｊ行目（１≦ｊ＜ｍ）に配列されたｌ個の画素の前記第１の方向における中心の各位置は、ｊ＋１行目に配列されたｌ個の画素の前記第１の方向における中心の各位置と略同一であり、
前記複数の光学要素は、前記アレイ状光学素子の表面において、前記第２の方向に１からｓ個（ｓは２以上の整数）の光学要素を配列した一列の光学要素群が、前記第１の方向に１からｔ列目（ｔは２以上の整数）までのｔ列に配列され、前記ｔ列のうちｋ列目（１≦ｋ＜ｔ）に配置される光学要素の前記第２の方向における中心の位置は、ｋ＋１列目に配置される光学要素の前記第２の方向における中心の位置から、前記第２の方向にずれており、
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、撮像装置。
【請求項１５】
前記複数の第１の画素は、第１Ａおよび第１Ｂの画素を有し、前記複数の第２の画素は、第２Ａおよび第２Ｂの画素を有し、前記複数の第３の画素は、第３Ａおよび第３Ｂの画素を有し、前記複数の第４の画素は、第４Ａおよび第４Ｂの画素を有し、
前記ｋ行目における光学要素は、前記第１の領域を通過した光を前記第１Ａの画素と前記第３Ａの画素に入射させ、前記第２の領域を通過した光を前記第２Ｂの画素と前記第４Ｂの画素に入射させ、
前記ｋ＋１行目における光学要素は、前記第１の領域を通過した光を複数の第２Ａの画素と前記第４Ａの画素に入射させ、前記第２の領域を通過した光を前記第１Ｂの画素と前記第３Ｂの画素に入射させる、請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記複数の光学領域において、少なくとも２つ以上の光学領域は互いに異なる光学パワ
ーを有し、
前記複数の光学領域の光学パワーが互いに等しい場合と比較して、
前記複数の光学領域を透過した光の合焦位置が互いに近い、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１６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１８】
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１７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１９】
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１７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２０】
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６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記アレイ状光学素子において、前記複数の光学要素の前記レンズ面はそれぞれシ第１の方向に伸びるシリンドリカル面であり、前記複数の光学要素は、第２の方向に配置され、
前記複数の光学要素のそれぞれは、１行の前記複数の第１の画素と１行の前記複数の第２の画素からなる２行の画素に対応するように配置されている、請求項２０に記載の撮像装置。
【請求項２２】
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７から１５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２３】
前記アレイ状光学素子において、前記複数の光学要素の前記レンズ面はそれぞれ回転対称形状を有する、請求項２２に記載の撮像装置。
【請求項２４】
前記複数の光学要素のそれぞれは、前記複数の第１の画素のうちの１つ、前記複数の第２の画素のうちの１つ、前記複数の第３の画素のうちの１つ、および前記複数の第４の画素のうちの１つ、に対応するように配置されている、請求項２３に記載の撮像装置。
【請求項２５】
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は、バイナリー回折光学素子、もしくはマルチレベル回折光学素子である、請求項１から２４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２６】
前記レンズ光学系は絞りをさらに備え、
前記複数の光学領域は、前記絞り近傍に配置されている、請求項１から２５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２７】
前記第１、第２、第３、および第４の光学領域のうち少なくとも１つの光学領域は、前記絞りによって光学領域の面積を他の光学領域の面積に対して異ならせている、請求項２６に記載の撮像装置。
【請求項２８】
前記撮像素子において取得された信号に基づいて画像を生成する信号処理部をさらに備える、請求項１から２７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項２９】
請求項１から２７のいずれかに記載の撮像装置と、
前記撮像装置において取得された信号に基づいて画像を生成する信号処理部とをさらに備える、撮像システム。
【請求項３０】
請求項１から２７のいずれかに記載の撮像装置と、
偏光照明とを備える撮像システム。
【請求項３１】
無偏光照明をさらに備える、請求項３０に記載の撮像システム。
【請求項３２】
請求項１から２７のいずれかに記載の少なくとも１つの撮像装置と、
偏光照明と、
前記撮像装置において取得された画像を表示する表示装置とを備える、撮像システム。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの撮像装置は２つの撮像装置であって、
前記表示装置は、前記２つの撮像装置において取得された２つの画像を表示する、請求項３２に記載の撮像システム。
【請求項３４】
前記表示装置は、被写体側に偏光フィルタを備える液晶ディスプレイであって、
前記液晶ディスプレイにおける前記偏光フィルタの偏光軸の方向が前記偏光照明の偏光軸の方向と等しい、請求項３２または３３に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願はカメラ等の撮像装置および撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載カメラの分野において、路面の状態や車線を検知するため、複眼カメラの光路中に、個眼毎に偏光軸を互いに異ならせた偏光子を設けた撮像装置が開示されている（特許文献１）。【０００３】
また、内視鏡システムや肌診断システム等、医療・美容分野のカメラにおいて、無偏光画像と偏光画像の両方を取得する撮像装置が実用化されている。【０００４】
これらの撮像装置には、無偏光の光と所定の偏光軸の方向に振動する光とを生体組織に照射する偏光照明が備えられている。所定の偏光成分の光を生体組織に照射する場合、生体表面での反射光は、偏光成分が維持された鏡面反射光となり、生体深部での反射光は、偏光成分が乱れた散乱反射光となる。したがって、撮像装置側に偏光照明の偏光軸と平行な方向に振動する光を透過する偏光フィルタと、照明の偏光軸と垂直な方向に振動する光を透過する偏光フィルタを配置することで、生体表面と生体深部の画像を取得することが可能となる。【０００５】
このような偏光特性の異なる画像を取得するための撮像装置が開示されている（特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５９１５号公報
【特許文献２】特開２００８−２３７２４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−９７９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の技術では、より簡単な構成で動画を撮影可能な撮像装置が求められていた。【０００８】
本願の、限定的ではない例示的なある実施の形態は、より簡単な構成で動画を撮影可能な撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様にかかる撮像装置は、レンズ光学系と、前記レンズ光学系を通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、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子とを備え、前記レンズ光学系は、複数の光学領域を有し、前記複数の光学領域は、第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第１の光学領域と、任意の方向に振動する光を透過する第２の光学領域と、を少なくとも含み、前記アレイ状光学素子の前記複数の光学要素は、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様にかかる撮像装置によれば、単一の撮像系を用いて偏光画像と無偏光画像の両方を同時に取得することができる。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】
【００１１】
【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Ｌ１ｐの第１および第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２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を拡大して示す図であり、（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。
【図５】本発明の実施の形態２における撮像システムＡＰ１を示す模式図である。
【図６】本発明による撮像装置Ａの実施の形態３を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態３における光学素子Ｌ１ｓの第１および第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２を被写体側から見た正面図である。
【図８】本発明の実施の形態３における撮像システムＡＰ２を示す模式図である。
【図９】本発明による撮像装置Ａの実施の形態４を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態４における光学素子Ｌ１ｐの第１、第２および第３の光学領域Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３を被写体側から見た正面図である。
【図１１】（ａ）は、本発明の実施の形態４における図８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、（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。
【図１２】（ａ）は、本発明の実施の形態５における光学素子Ｌ１ｓの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を被写体側から見た正面図であり、（ｂ）は、光学素子Ｌ１ｐの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を被写体側から見た正面図である。
【図１３】本発明の実施の形態５におけるアレイ状光学素子Ｋの斜視図である。
【図１４】（ａ）は、本実施の形態５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り、（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。
【図１５】（ａ）は、本発明の実施の形態６における光学素子Ｌ１ｓの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を被写体側から見た正面図であり、（ｂ）は、光学素子Ｌ１ｐの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を被写体側から見た正面図である。
【図１６】（ａ）は、本発明の実施の形態６の別の形態における光学素子Ｌ１ｐの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を被写体側から見た正面図である。（ｂ）は、絞りＳの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を被写体側から見た正面図である。
【図１７】（ａ）は、本発明の実施の形態７における光学素子Ｌ１ｐの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を被写体側から見た正面図であり、（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。
【図１８】本発明の実施の形態７の別の形態における、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。
【図１９】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態８における光学系と撮像部を示す模式図である。
【図２０】（ａ）は、本発明の実施の形態８における光学素子Ｌ１ｓの斜視図であり、（ｂ）は、絞りＳを被写体側から見た正面図である。
【図２１】（ａ）は、本発明の実施の形態８における別の形態の光学素子Ｌ１ｓの斜視図であり、（ｂ）は、絞りＳを被写体側から見た正面図である。
【図２２】（ａ）は、本発明の実施の形態８における別の形態の光学素子Ｌ１ｓの斜視図であり、（ｂ）は、絞りＳを被写体側から見た正面図である。
【図２３】本発明の実施の形態８における別の形態の光学系と撮像部を示す模式図である。
【図２４】（ａ１）および（ｂ１）は、本発明の実施の形態９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。
【図２５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態１０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２６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態１１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２７】（ａ）は、本発明の実施の形態１２における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、（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。
【図２８】（ａ１）は、光軸に対して回転非対称な形状を有するマイクロレンズアレイの配置と、その等高線を示す図である。（ａ２）は、（ａ１）に示すマイクロレンズアレイの斜視図である。（ｂ１）は、光軸に対して回転対称な形状を有するマイクロレンズアレイの配置と、その等高線を示す図である。（ｂ２）は、（ｂ１）に示すマイクロレンズアレイの斜視図である。（ｃ１）は、シリンドリカルマイクロレンズを交互に半ピッチずらした配置と、その等高線を示す図である。（ｃ２）は、（ｃ１）に示すシリンドリカルマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図２９】（ａ）は、図２８（ａ１）、（ａ２）、に示すマイクロレンズを実施の形態１２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を示す図である。（ｂ）は、図２８（ｂ１）、（ｂ２）に示すマイクロレンズを実施の形態１２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を示す図である。（ｃ）は、図２８（ｃ１）、（ｃ２）に示すマイクロレンズを実施の形態１２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を示す図である。
【図３０】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ第１および第２の領域を通過した光が到達する画素を抽出した図である。
【図３１】（ａ）は、本発明の実施の形態１３におけるマイクロスコープＡＰ３の正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図３２】（ａ）は、本発明の実施の形態１４におけるカプセル内視鏡ＡＰ４の正面図であり、（ｂ）は、側面図である。
【図３３】（ａ）は、本実施の形態１５における電子ミラーＡＰ５の正面図であり、（ｂ）は、立体電子ミラーＡＰ６の正面図である。
【図３４】（ａ）および（ｂ）は、撮像素子上に設けることが可能な回折光学素子の平面図および断面図である。
【図３５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、本発明のその他の形態における光学素子と絞りの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願発明者が特許文献１から３に開示された撮像装置を詳細に検討した。特許文献１に開示された装置によれば、複眼構成であるため、焦点距離が長い場合や、被写体距離が近い用途では、取得した画像間の視差が被写体距離によって大きく変化する。したがって、被写体の同じ位置同士を比較して状態を検知するには、画像の微小領域毎に視差を抽出して補正するための信号処理が別途必要となり、演算処理が増大するという課題が生じる。また、複眼の場合、撮像素子前方にレンズアレイを構成しているが、この配置では、単一の光学系の有効径は、撮像領域の大きさの半分未満でなければならず、光学設計の自由度が小さくなり、画像を取得する目的としては、十分な解像度が得られる光学系を構成するのは困難である。また、魚眼レンズのような超広角な光学系を構成するのも困難である。
【００１３】
また、特許文献２は、波長帯域の異なる複数の偏光照明と、偏光照明と直交した偏光成分の光を透過する偏光フィルタが配置されたカメラによって、複数の波長帯域の偏光画像を取得する構成を開示している。しかし、このような構成で撮影できる画像は、偏光軸の方向が１種類のみの偏光情報を含む画像のみであり、かつ異なる波長帯域の画像は、時分割で撮影する必要があるため、動画の撮像には適さないという課題がある。
【００１４】
また、特許文献３は、偏光ビームスプリッタによって偏光成分の異なる画像を取得する構成を開示している。しかし、このような構成では、偏光ビームスプリッタや複数の撮像素子が必要となり、大型化、高コスト化するという課題が生じる。
【００１５】
このような課題に鑑み、本願発明者は、単一の撮像光学系を用いて、偏光情報を有する画像と通常画像の両方を取得することが可能な新規な撮像装置を想到した。本発明の一態様の概要は以下のとおりである。
【００１６】
本発明の一態様にかかる撮像装置は、レンズ光学系と、前記レンズ光学系を通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、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子とを備え、前記レンズ光学系は、複数の光学領域を有し、前記複数の光学領域は、第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第１の光学領域と、任意の方向に振動する光を透過する第２の光学領域と、を少なくとも含み、前記アレイ状光学素子の前記複数の光学要素は、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させる。
【００１７】
前記第１の光学領域は第１の波長帯域の光を透過し、前記第２の光学領域は第２の波長帯域の光を透過してもよい。
【００１８】
前記第１の波長帯域は、近紫外光の波長帯域であってもよい。
【００１９】
前記第１の波長帯域は、４００ｎｍから６００ｎｍの波長帯域の中の所定の帯域を含んでいてもよい。
【００２０】
前記第１の波長帯域は、近赤外光の波長帯域であてもよい。
【００２１】
前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第１、第２の光学領域以外の第３の光学領域をさらに備え、前記第３の光学領域は、前記第１の偏光軸とは異なる方向の第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過し、前記アレイ状光学素子は、前記第３の光学領域を通過した光を、前記複数の第１、第２の画素以外の複数の第３の画素に入射させてもよい。
【００２２】
前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第１、および第２の光学領域以外の第３、および第４の光学領域をさらに備え、前記第１、第２、第３、および第４の光学領域は、それぞれ互いに異なる第１、第２、第３、および第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３、および第４の光学領域を通過した光を、前記複数の第１、および第２画素以外の複数の第３、および第４の画素にそれぞれ入射させてもよい。
【００２３】
前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第１、および第２の光学領域以外の第３、および第４の光学領域をさらに備え、前記第１、および第３の光学領域は、同じ波長帯域の光を透過し、第２、および第４の光学領域は、それぞれ前記第１、および前記第３の光学領域を透過する光の波長帯域とはそれぞれ異なる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、および第４の光学領域を通過した光を、前記複数の第１、および第２の画素以外の複数の第３、および第４の画素にそれぞれ入射させてもよい。
【００２４】
前記第３の光学領域は、前記第１の偏光軸と異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過してもよい。
【００２５】
前記撮像素子は、前記レンズ光学系が通過した光が入射する複数の第３、および第４の画素をさらに有し、前記複数の光学領域は、第３、第４の光学領域をさらに含み、前記第３の光学領域は、任意の方向に振動する光を透過し、前記アレイ状光学素子は、前記第３、および第４の光学領域を通過した光を、前記複数の第３、および第４の画素にそれぞれ入射させ、前記複数の第１、第２、および第３の画素は、第１、第２および第３の分光透過率特性を有するフィルタをそれぞれ有していてもよい。
【００２６】
前記複数の第４の画素は、前記第１の分光透過率特性を有し、前記第４の光学領域は、所定の波長帯域の光を透過し、かつ前記第１の偏光軸とは異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を透過してもよい。
【００２７】
前記撮像素子の前記第１、第２、第３および第４の画素がベイヤー配列で構成されていてもよい。
【００２８】
本発明の他の一態様にかかる撮像装置は、所定帯域の光を透過するフィルタを備え、かつ第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第１の領域と、前記第１の領域とは異なる位置に配置され、任意の方向に振動する光を透過する第２の領域を有するレンズ光学系と、前記レンズ光学系を通過した光が入射する複数の第１の画素と、第１の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第２の画素と、第２の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第３の画素と、第３の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第４の画素とを有する撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子とを備え、前記アレイ状光学素子は、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２、第３、及び第４の画素に入射させる。
【００２９】
本発明の他の一態様にかかる撮像装置は、第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第１の領域と、前記第１の領域とは異なる位置に配置され、任意の方向に振動する光を透過する第２の領域を有するレンズ光学系と、前記レンズ光学系を通過した光が入射する第１の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第１および第２の画素と、第２の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第３の画素と、第３の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第４の画素とを含む複数の画素および撮像面を有する撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子とを備え、前記複数の画素は、第１の方向に１からｌ個（ｌは２以上の整数）の画素が配列した一行の画素群が、第２の方向に１からｍ行目（ｍは２以上の整数）までのｍ行に配列されることによって、前記撮像面に配置され、前記ｍ行のうちｊ行目（１≦ｊ<ｍ）に配列されたｌ個の画素の前記第１の方向における中心の各位置は、ｊ＋１行目に配列されたｌ個の画素の前記第１の方向における中心の各位置と略同一であり、前記複数の光学要素は、前記アレイ状光学素子の表面において、前記第２の方向に１からｓ個（ｓは２以上の整数）の光学要素が配列した一列の光学要素群が、前記第１の方向に１からｔ列目（ｔは２以上の整数）までのｔ列に配列され、前記ｔ列のうちｋ列目（１≦ｋ<ｔ）に配置される光学要素の前記第２の方向における中心の位置は、ｋ＋１列目に配置される光学要素の前記第２の方向における中心の位置から、前記第２の方向にずれている。
【００３０】
前記複数の第１の画素は、第１Ａおよび第１Ｂの画素を有し、前記複数の第２の画素は、第２Ａおよび第２Ｂの画素を有し、前記複数の第３の画素は、第３Ａおよび第３Ｂの画素を有し、前記複数の第４の画素は、第４Ａおよび第４Ｂの画素を有し、前記ｋ行目における光学要素は、前記第１の領域を通過した光を前記第１Ａの画素と前記第３Ａの画素に入射させ、前記第２の領域を通過した光を前記第２Ｂの画素と前記第４Ｂの画素に入射させ、前記ｋ＋１行目における光学要素は、前記第１の領域を通過した光を複数の第２Ａの画素と前記第４Ａの画素に入射させ、前記第２の領域を通過した光を前記第１Ｂの画素と前記第３Ｂの画素に入射させてもよい。
【００３１】
前記複数の光学領域において、少なくとも２つ以上の光学領域は互いに異なる光学パワーを有し、前記複数の光学領域の光学パワーが互いに等しい場合と比較して、前記複数の光学領域を透過した光の合焦位置が互いに近くてもよい。
【００３２】
前記撮像装置は、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ていてもよい。
【００３３】
前記レンズ光学系が像側テレセントリック光学系であってもよい。
【００３４】
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てもよい。
【００３５】
前記アレイ状光学素子はレンチキュラレンズであってもよい。
【００３６】
前記アレイ状光学素子において、前記複数の光学要素の前記レンズ面はそれぞれシ第１の方向に伸びるシリンドリカル面であり、前記複数の光学要素は、第２の方向に配置され、前記複数の光学要素のそれぞれは、１行の前記複数の第１の画素と１行の前記複数の第２の画素からなる２行の画素に対応するように配置されていてもよい。
【００３７】
前記アレイ状光学素子はマイクロレンズアレイであってもよい。
【００３８】
前記アレイ状光学素子において、前記複数の光学要素の前記レンズ面はそれぞれ回転対称形状を有していてもよい。
【００３９】
前記複数の光学要素のそれぞれは、前記複数の第１の画素のうちの１つ、前記複数の第２の画素のうちの１つ、前記複数の第３の画素のうちの１つ、および前記複数の第４の画素のうちの１つ、に対応するように配置されていてもよい。
【００４０】
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てもよい。
【００４１】
前記撮像装置は、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てもよい。
【００４２】
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は、バイナリー回折光学素子もしくはマルチレベル回折光学素子であってもよい。
【００４３】
前記レンズ光学系は絞りをさらに備え、前記複数の光学領域は、前記絞り近傍に配置されていてもよい。
【００４４】
前記撮像装置は、前記撮像素子において取得された信号に基づいて画像を生成する信号処理部をさらに備えていてもよい。
【００４５】
本発明の一態様にかかる撮像システムは上記いずれかに記載の撮像装置と、前記撮像装置において取得された信号に基づいて画像を生成する信号処理部とを備える。
【００４６】
本発明の一態様にかかる撮像システムは上記いずれかに記載の撮像装置と、偏光照明とを備える。
【００４７】
前記撮像システムは無偏光照明をさらに備えていてもよい。
【００４８】
本発明の他の一態様にかかる撮像システムは、上記いずれかに記載の少なくとも１つの撮像装置と、偏光照明と、前記撮像装置において取得された画像を表示する表示装置とを備える。
【００４９】
前記少なくとも１つの撮像装置は２つの撮像装置であって、前記表示装置は、前記２つの撮像装置において取得された２つの画像を表示してもよい。
【００５０】
前記表示装置は、被写体側に偏光フィルタを備える液晶ディスプレイであって、前記液晶ディスプレイにおける前記偏光フィルタの偏光軸の方向が前記偏光照明の偏光軸の方向と等しくてもよい。
【００５１】
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。
【００５２】
（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、モノクロの撮像素子Ｎと、信号処理部Ｃとを備える。
【００５３】
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Ｌ１ｐと、光学素子Ｌ１ｐ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。レンズ光学系Ｌは、第１、第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２を有する。
【００５４】
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。また、絞りＳの前後に複数枚に分かれて配置された構成であってもよい。図１では、一枚構成として図示している。
【００５５】
光学素子Ｌ１ｐは、絞りＳの近傍に配置され、第１の光学領域Ｄ１に位置する部分と第２の光学領域Ｄ２に位置する部分によって構成される。第１の光学領域Ｄ１には、第１の偏光軸（透過軸）の方向に振動する光を透過する偏光フィルタが配置され、第２の光学領域Ｄ２には、全ての方向に振動する光を透過するガラス板が配置されている。例えば、被写体からの光の振動方向に偏りのある場合など、振動方向によっては第１の光学領域Ｄ１を通過する光の減衰が大きくなるが、第２の光学領域Ｄ２では全ての方向に振動する光（任意の方向に振動する光）を透過するため、減衰は少ない。
【００５６】
本実施形態では、２つの光学領域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、光学領域Ｄ１を通過した光を撮像素子Ｎにおける複数の画素Ｐ１に、光学領域Ｄ２を通過した光を撮像素子Ｎにおける複数の画素Ｐ２に入射させる。信号処理部Ｃは、画素Ｐ１において得られる輝度値から、第１の偏光軸の方向に振動する光に対応する画像情報を生成し、画素Ｐ２において得られる輝度値から、第１の偏光軸を含む全ての方向に振動する光に対応する画像情報を生成し、出力する。
【００５７】
図１において、光束Ｂ１は、光学素子Ｌ１ｐ上の第１の光学領域Ｄ１を通過する光束であり、光束Ｂ２は、光学素子Ｌ１ｐ上の第２の光学領域Ｄ２を通過する光束である。光束Ｂ１、Ｂ２は、絞りＳ、光学素子Ｌ１ｐ、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４に示す）に到達する。
【００５８】
図２は、第１および第２の光学領域Ｄ１とＤ２を被写体側から見た正面図である。光学素子Ｌ１ｐにおける第１および第２の光学領域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の開口領域を示している。また、図１および図２における矢印Ｈが、撮像装置が使用される場合における水平方向を示す。
【００５９】
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は、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素Ｍ１を含む。本実施の形態においては、各光学要素Ｍ１のレンズ面はシリンドリカル面である。アレイ状光学素子Ｋの撮像素子Ｎ側の面において、各光学要素Ｍ１はｘ方向（第１の方向）に伸び、複数の光学要素Ｍ１がｙ方向（第２の方向）に配列されている。ｙ方向は図１、２における水平方向に対応する。それぞれの光学要素Ｍ１のｘ方向に垂直な断面は、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、複数の光学要素Ｍは、レンチキュラレンズを構成している。本実施形態では、ｘ方向およびｙ方向は互いに直交している。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
撮像素子Ｎは、撮像面Ｎｉと複数の画素Ｐとを含む。複数の画素Ｐは、ｘ方向およびｙ方向に２次元に配列されている。ｘ方向およびｙ方向への配列をそれぞれ行および列と呼ぶ場合、複数の画素は、撮像面Ｎｉ上において、例えば、ｍ行ｌ列（ｌ、ｍは２以上の整数）に配置されている。つまり、ｘ方向に１からｌ個の画素が配列した一行の画素群が、ｙ方向に１からｍ行目までのｍ行に配列されている。
【００６３】
ｍ行の画素群のうち、ｊ行目（１≦ｊ<ｍ）に配列されたｌ個の画素のｘ方向における中心Ｃ’ｊの各位置は、ｊ＋１行目に配列されたｌ個の画素のｘ方向における中心Ｃ’ｊ＋１の各位置と略同一である。
【００６４】
同様に、複数の画素をｙ方向に配列された複数画素群による１列の画素群がｘ方向に１からｌ列までのｌ列に配列されていると見ることもできる。この場合、ｌ列の画素群のうちｕ列行目（１≦ｕ<ｌ）に配列されたｍ個の画素のｙ方向における中心の各位置は、ｕ＋１行目に配列されたｍ個の画素のｙ方向における中心の各位置と略同一である。
【００６５】
複数の画素Ｐは、それぞれｘ方向に配列され、行を構成する複数の画素Ｐ１および複数の画素Ｐ２に分けられる。複数の画素Ｐ１および複数の画素Ｐ２のそれぞれは、上述したようにｘ方向に１行に並んで配置されている。ｙ方向において、画素Ｐ１の行と画素Ｐ２の行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。
【００６６】
本実施の形態において、複数の第１の画素Ｐ１および複数の第２の画素Ｐ２ははいずれも撮像面Ｎｉにおいて同じ形状を有している。例えば、複数の第１の画素Ｐ１および複数の第２の画素Ｐ２は同じ矩形形状を有しており、面積も互いに等しい。
【００６７】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１ｐ上の光学領域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。
【００６８】
また、本実施形態におけるレンズ光学系Ｌは、像側テレセントリック光学系としている。これにより、画角が変化しても、アレイ状光学素子Ｋの主光線入射角は、０度に近い値で入射するため、撮像領域全域にわたって、画素Ｐ１に到達する光束と画素Ｐ２に到達する光束とのクロストークを低減することができる。
【００６９】
絞りＳは全ての画角の光束が通過する領域である。従って、絞りＳの近傍に偏光特性を制御する光学特性を有する面を挿入することにより、全ての画角の光束の偏光特性を同様に制御することができる。すなわち、本実施形態では、光学素子Ｌ１ｐは、絞りＳの近傍に設けられていてもよい。絞り近傍に位置する第１および第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２に光学素子Ｌ１ｐを配置することによって、領域の分割数に応じた偏光特性を光束に与えることができる。
【００７０】
図１においては、絞りＳを通過した光が直接（他の光学部材を介することなく）、光学素子Ｌ１ｐに入射する位置に設けられている。光学素子Ｌ１ｐは、絞りＳよりも被写体側に設けられていてもよい。この場合、光学素子Ｌ１ｐを通過した光が、直接（他の光学部材を介することなく）、絞りＳに入射してもよい。像側テレセントリック光学系の場合、光学系の焦点における光線の入射角は、絞りＳを通過する光線の位置によって一義的に決定される。また、アレイ状光学素子Ｋは、光線の入射角に応じて出射方向を振り分ける機能を有する。そのため、絞りＳの近傍で分割された第１及び第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２に対応するように、撮像面Ｎｉ上の画素に光束を振り分けることができる。
【００７１】
なお、像側非テレセントリック光学系の場合、光学系の焦点における光線の入射角は、絞りＳを通過する光線の位置と画角によって一義的に決定される。
【００７２】
以上の構成により、画素Ｐ１とＰ２の輝度情報を用いて、偏光情報を有する画像情報と偏光情報を有しない無偏光の画像情報をそれぞれ生成することができる。また、絞りＳに近接した領域を通過する光線を分離して２つの画像を取得するため、従来の複眼構成の撮像装置と比べて視差を小さくすることができる。
【００７３】
つまり、撮像装置Ａは、偏光状態の光と無偏光状態の光によってそれぞれ形成される互いに視差の少ない複数の画像情報を、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。
【００７４】
本実施形態の構成では、これらの画像を同時に取得することができるため、画像情報に応じてこれらの画像の切替えや合成をすることができる。このような手法は、例えば、道路の車線の検出に応用することができる。濡れた道路の車線を検出する場合、偏光情報を有しない無偏光の画像には、不要な反射光が写りこむため、車線の認識が困難となる。一方、偏光フィルタを介して取得した画像においては、不要な反射光を低減できるため、車線の認識がしやすくなる。このような特性を利用し、偏光情報を有する画像情報と偏光情報を有しない無偏光の画像情報から路面の状況を推定し、推定情報に基づいて、各画像の切替えや合成をすることにより、車線の検出がしやすい画像を生成することができる。
【００７５】
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完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。
【００７６】
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、前述のような補完処理や加算処理が不要となる。
【００７７】
また、本実施形態では、第２の光学領域Ｄ２はガラス板であるが、ＮＤフィルタのように光量を減衰させるフィルタに置き換えてもよい。偏光フィルタの光の透過率は、５０％未満であるため、ガラス板を配置した第２の光学領域を介して撮像した画像の明るさは、偏光フィルタを配置した第１の光学領域を介して撮像した画像の２倍以上となる。このような構成においては、画像のダイナミックレンジが広い方の画像に適合するように露光量を調整するため、偏光フィルタを介して撮像した画像のダイナミックレンジは、ガラスを介して撮像した画像の半分未満となる。一方、ガラス板を偏光フィルタと等しい透過率のＮＤフィルタに置き換えることにより、２つの領域を介して撮像した画像の露光量の差を小さくすることができ、いずれの画像もダイナミックレンジを有効に確保することができる。
【００７８】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２の撮像システムＡＰ１を示す模式図である。本実施の形態の撮像システムＡＰ１は、実施の形態１の撮像装置Ａと、偏光照明Ｑａと、制御部ＣＳによって構成されている。偏光照明Ｑａは、可視光を発する光源ＬＳ１と、偏光フィルタＰＬとによって構成されている。偏光フィルタＰＬの偏光軸は、撮像装置Ａの第１の光学領域Ｄ１の偏光軸と直交する第２の偏光軸を有している。また、制御部ＣＳは、撮像装置Ａおよび偏光照明Ｑａの制御や、外部装置Ｅとの入出力制御等を行う。外部装置Ｅは、例えば、撮像システムＡＰ１から出力された画像を表示するモニターや、画像を処理するパーソナルコンピュータ等である。
【００７９】
光源ＬＳ１から出射した光は、偏光フィルタＰＬを通過して被写体Ｏｂに到達する。偏光フィルタＰＬは、第２の偏光軸と平行な方向に振動する光を主に透過し、それ以外の方向に振動する光（例えば第２の偏光軸と直交する方向に振動する光）の大部分を吸収する。したがって、被写体Ｏｂには、第２の偏光軸の方向に振動する光のみが照射される。
【００８０】
被写体Ｏｂは、例えば、人の顔肌等の生体である。本実施形態では、被写体Ｏｂは人の顔肌として説明する。顔肌（被写体Ｏｂ）に到達した光には、反射される成分と吸収される成分があり、撮像装置Ａは反射される成分の光を撮像する。顔肌で反射される光には、顔肌の表面で反射する成分と、顔肌の内部に入り込んで散乱を繰り返した後、入射した位置とは異なる位置から出射する成分がある。
【００８１】
顔肌の表面で反射する光は、さらに鏡面反射する成分と拡散反射する成分に分けられる。顔肌で鏡面反射する成分は、偏光が維持された状態となる。また、顔肌で拡散反射する成分と、顔肌の内部に入り込んで異なる位置から出射する成分は、偏光状態が乱れた無偏光の状態となる。
【００８２】
撮像装置Ａの第１の光学領域Ｄ１に配置された偏光フィルタは、偏光照明Ｑａにおける偏光フィルタＰＬの偏光軸と直交する偏光軸を有しているため、顔肌で鏡面反射する光の成分の大部分をカットする。また、顔肌の表面で拡散反射した光と、顔肌の内部に入り込んで異なる位置から出射する光は無偏光であるが、撮像装置Ａの第１の光学領域Ｄ１に配置された偏光フィルタは、前述の無偏光の光の成分の中で、第１の偏光軸の方向に振動する光の成分を透過する。つまり、第１の光学領域Ｄ１を透過した光によって撮像した画像情報は、顔肌の表面で拡散反射した光の成分と、顔肌の内部に入り込んで異なる位置から出射する光の成分を有している。
【００８３】
一方、撮像装置Ａの第２の光学領域Ｄ２は、全ての方向に振動する光を透過するので、第２の光学領域Ｄ２を透過した光によって撮像した画像情報は、顔肌で鏡面反射する光の成分、顔肌の表面で拡散反射した光の成分、および顔肌の内部に入り込んで異なる位置から出射する光の成分を有している。
【００８４】
前述した顔肌の内部とは、表皮領域であり、表皮領域の中でシミが発生している領域にはメラニンが生成されている。表皮に入り込んだ光は、メラニンによって減衰されるため、シミのある領域の画像の輝度は低下する。但し、第２の光学領域Ｄ２を透過した光によって生成した画像情報には、顔肌の鏡面反射成分が含まれているため、顔肌のテカリとなって現れ、シミによる輝度の低下の認識が困難となる。一方、第１の光学領域Ｄ１を透過した光によって生成した画像は、顔肌の鏡面反射成分の大部分をカットした画像、つまり、顔肌のテカリの大部分をカットした画像となるため、顔肌のシミの状態が見やすくなる。
【００８５】
また、撮像装置Ａの第２の光学領域Ｄ２を透過した光によって撮像した画像情報から、第１の光学領域Ｄ１を透過した光によって撮像した画像情報を減算することによって、顔肌の表面で鏡面反射した光の成分を有する画像情報を生成することもできる。顔肌の表面で鏡面反射した光の成分を有する画像情報においては、顔肌の凹凸による陰影がはっきりするため、毛穴や肌のキメ、小ジワ等が認識しやすい画像となる。
【００８６】
以上の構成により、撮像システムＡＰ１の撮像装置Ａにおける第１の光学領域Ｄ１を透過した光によって、シミの状態を認識しやすい画像を取得することができ、第２の光学領域Ｄ２を透過した光によって、通常の顔肌の画像を取得することができ、さらには、両者の画像を用いることによって、顔肌の毛穴やキメが認識しやすい画像を取得することができる。
【００８７】
なお、偏光フィルタＰＬの偏光軸は、撮像装置Ａの第１の光学領域Ｄ１の偏光軸と平行な偏光軸としてもよい。このような構成で顔肌を撮像した場合、第１の光学領域Ｄ１を透過した光によって撮像した画像情報は、毛穴や肌のキメ、小ジワ等が認識しやすい画像を取得することができる。また、撮像装置Ａの第２の光学領域Ｄ２を透過した光によって撮像した画像情報から、第１の光学領域Ｄ１を透過した光によって撮像した画像情報を減算することによって、シミの状態を認識しやすい画像を取得することができる。
【００８８】
このように本実施の形態の撮像システムＡＰ１を用いることにより、生体の表面と内部の状態を同時に観察できる。撮像システムＡＰ１は、顔肌の診断や化粧の状態をリアルタイムで確認するための装置や、内視鏡等の医療用カメラ等に応用することができる。
【００８９】
（実施の形態３）
本実施の形態３は、撮像装置Ａの光学領域Ｄ１とＤ２に異なる波長帯域の光が透過するという点で実施の形態１と異なっている。ここでは、本実施形態において実施の形態１と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００９０】
図６は、実施の形態３の撮像装置Ａを示す模式図である。図６において、光学素子Ｌ１ｓが、絞りＳと光学素子Ｌ１ｐとの間に配置されている。光学素子Ｌ１ｐ、Ｌ１ｓは、共に、第１および第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２に配置された部分を有する。光学素子Ｌ１ｓのうち光学領域Ｄ１に位置する部分は、第１の波長帯域の光を透過し、光学素子Ｌ１ｓのうち光学領域Ｄ２に位置する部分は、第２の波長帯域の光を透過する。第１の波長帯域と、第２の波長帯域とでは、波長帯域が互いに異なる。
【００９１】
「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。
【００９２】
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。
【００９３】
透過する波長帯域が互いに異なる構成は、光学素子Ｌ１ｓ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Ｌ１ｓ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。なお、光学素子Ｌ１ｐ、Ｌ１ｓは接触していてもよいし、離間していてもよい。また、光学素子Ｌ１ｐ、Ｌ１ｓは接着されていてもよい。
【００９４】
本実施形態では、図６の信号処理部Ｃは、画素Ｐ１において得られる輝度値から、第１の波長帯域において第１の偏光軸の方向に振動する光に対応する画像情報を生成し、画素Ｐ２において得られる輝度値から、第２の波長帯域において無偏光の光に対応する画像情報を生成し、出力する。
【００９５】
図６において、光束Ｂ１は、光学素子Ｌ１ｓの上半分、および光学素子Ｌ１ｐの上半分で構成される光学領域Ｄ１を通過する光束であり、光束Ｂ２は、光学素子Ｌ１ｓの下半分、および光学素子Ｌ１ｐの下半分で構成される光学領域Ｄ２を通過する光束である。光束Ｂ１、Ｂ２は、絞りＳ、光学素子Ｌ１ｓ、光学素子Ｌ１ｐ、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。
【００９６】
図７は、光学素子Ｌ１ｓの光学領域Ｄ１とＤ２を被写体側から見た正面図である。光学素子Ｌ１ｓにおける光学領域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７において、破線ｓは、絞りＳの開口領域を示している。
【００９７】
また、光学素子Ｌ１ｐの構成、アレイ状光学素子Ｋの構成、および撮像素子Ｎの構成は、実施の形態１と同じである。
【００９８】
本実施の形態では、例えば、第１の波長帯域は近紫外光の帯域であり、第２の波長帯域は可視光の帯域である。
【００９９】
このような撮像装置Ａを用いることにより、図８に示すような撮像システムを構成することができる。図８は、実施の形態３の撮像システムＡＰ２を示す模式図である。本実施の形態の撮像システムＡＰ２は、偏光照明が第１の波長帯域の光を照射するという点と、第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を照射する無偏光照明が追加されたという点で、実施の形態２の撮像システムＡＰ１と異なる。ここでは、本実施形態において実施の形態２と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【０１００】
図８に示す偏光照明Ｑａは、近紫外光を照射する光源ＬＳ１と、偏光フィルタＰＬによって構成されている。また、無偏光照明Ｑｂは、可視光を照射する光源ＬＳ２によって構成されている。したがって、被写体Ｏｂには、近紫外線光の帯域において、第２の偏光軸の方向に振動する光と、可視光の帯域において、全ての方向に振動する無偏光の光が照射される。
【０１０１】
顔肌に入射した光は、波長が長いほど肌の深い領域に入り込む。近紫外線のように波長の短い光は、表皮領域までしか到達しない。表皮領域にはシミが発生しているメラニンが存在しているため、波長が短い光ほどメラニンによる光の減衰が大きくなる。このため、近紫外光のように波長の短い光で撮像した画像は、シミが認識しやすい画像となる。また、近紫外線のように波長の短い光であっても、肌の表面では鏡面反射による反射光が発生するが、本実施形態の撮像装置Ａの第１の光学領域に配置された偏光フィルタによって、鏡面反射光をカットすることができる。
【０１０２】
以上の構成により、撮像システムＡＰ２の撮像装置Ａにおける第１の光学領域Ｄ１を透過した光によって形成される画像は、実施の形態２に比べてさらにシミを認識しやすい画像を取得することができる。
【０１０３】
なお、撮像装置Ａの第１の光学領域Ｄ１に位置する光学素子Ｌ１ｓのフィルタの第１の波長帯域と、光源ＬＳ１の波長帯域は、必ずしも近紫外線の光の帯域でなくてもよい。例えば、可視光帯域における紫色、青色、緑色等の４００ｎｍから６００ｎｍの帯域の中の所定の帯域を透過するフィルタであってもよい。このような構成の場合、撮像装置Ａの第２の光学領域Ｄ２に配置する光学素子Ｌ１ｓのフィルタの第２の波長帯域、および光源ＬＳ２の波長帯域は、光学領域Ｄ１に配置する光学素子Ｌ１ｓの第１の波長帯域、および光源ＬＳ１の波長帯域と重複しないように構成されていてもよい。
【０１０４】
また、撮像装置Ａの第１の光学領域Ｄ１に配置する光学素子Ｌ１ｓのフィルタの第１の波長帯域と、光源ＬＳ１の波長帯域は、近赤外光の波長帯域であってもよい。近赤外光の波長は顔肌等の生体において深部まで到達する。生体深部には血管が存在しているが、血液に含まれるヘモグロビンは近赤外光を吸収するため、画像情報の輝度が小さくなる。従って、近赤外光の波長帯域を利用することによって、生体の深部の血管の画像情報を取得することができる。
【０１０５】
また、図８において、偏光照明Ｑａと無偏光照明Ｑｂは、それぞれ１つずつとして図示しているが、複数備えられていてもよいし、アレイ状に交互に配置されていてもよい。
【０１０６】
また、撮像システムＡＰ２の照明は偏光照明のみで構成してもよい。この場合、光源は第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光を発光する光源で構成される。
【０１０７】
また、偏光照明は、透過偏光軸が互いに直交した２つの偏光照明で構成されていてもよい。この場合、それぞれの光源は第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光を発光する光源で構成され、必要に応じて２つの偏光照明を切り替えて使用する。
【０１０８】
（実施の形態４）
本実施の形態４は、図１の光学素子Ｌ１の領域分割を３つにした点と、第１の偏光軸と異なる第２の偏光軸を有する光を透過する領域を追加した点において、実施の形態１と異なる。
【０１０９】
図９は、実施の形態４の撮像装置Ａを示す模式図である。
【０１１０】
図９において、光束Ｂ１は、光学素子Ｌ１上の光学領域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Ｌ１ｐ、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１１等に示す）に到達する。
【０１１１】
また、図９において、第１の光学領域Ｄ１には、第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する偏光フィルタが配置され、第２の光学領域Ｄ２には、全ての方向に振動する光を透過するガラス板が配置され、第３の光学領域Ｄ３には、第１の偏光軸と直交する第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する偏光フィルタが配置されている。
【０１１２】
図１０は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、第１、第２および第３の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、光軸Ｖに垂直な面内で上下方向に３分割された領域である。
【０１１３】
図１１（ａ）は、図９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。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。
【０１１４】
画素Ｐ１、画素Ｐ２および画素Ｐ３のそれぞれは、ｘ方向に１行に並んで配置されている。ｙ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。
【０１１５】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１上の光学領域Ｄ１（図９、図１０に示す）を通過した光束Ｂ１（図９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、光学領域Ｄ２を通過した光束（図９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、光学領域Ｄ３を通過した光束（図９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のレンズ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。
【０１１６】
以上の構成により、画素Ｐ１、画素Ｐ２、および画素Ｐ３は、第１の偏光軸の方向に振動する光に対応する画像情報と、全ての方向に振動する光に対応する無偏光の画像情報と、第１の偏光軸と直交する第２の偏光軸の方向に振動する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、これらの複数の画像情報を、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。
【０１１７】
実施の形態１、および２では、偏光情報を有する画像については、１つの偏光軸の方向に振動する光の情報のみの１種類であるため、例えば、車載カメラ等の路面状態の検出や車線検出の用途等に限定される。本実施の形態４では、偏光軸が２種類であるため、例えば、監視カメラ等、被写体との間に様々な向きのガラス面が存在するシーンが想定される用途に応用することができる。例えば、建物のガラスや車のフロントガラスは、互いに反射面の法線の方向が異なるが、本実施の形態では、偏光軸が２種類であるため、建物のガラスの向こうの人物や、車のフロントガラスの人物を認識しやすくなる。
【０１１８】
なお、本実施の形態は、実施の形態３のように光学領域毎に異なる波長帯域の光が透過する領域を有する光学素子Ｌ１ｓを追加した構成であってもよい。この場合、偏光軸の方向は１種類であってもよい。
【０１１９】
（実施の形態５）
本実施の形態５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レンズからマイクロレンズに置き換えた点で実施の形態３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。
【０１２０】
図１２（ａ）は、光学素子Ｌ１ｓを被写体側から見た正面図である。光学素子Ｌ１ｓは、第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４に配置されている。第１、第２、第３および第４の光学領域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分割された領域である。光学素子Ｌ１ｓのうち第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４に位置する部分の分光透過率特性は互いに異なる。光学素子Ｌ１ｓは、絞りＳと光学素子Ｌ１ｐの間に配置されている。光学素子Ｌ１ｓの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４に対応する領域には、それぞれ第１の波長帯域の光を透過する領域、第２の波長帯域の光を透過する領域、第３の波長帯域の光を透過する領域、および第４の波長帯域の光を透過する領域が配置されている。第１の波長帯域と、第２の波長帯域と、第３の波長帯域と、第４の波長帯域とは、波長帯域が互いに異なる。
【０１２１】
図１２（ｂ）は、光学素子Ｌ１ｐを被写体側から見た正面図である。第１、第２、第３および第４の光学領域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分割された領域である。光学素子Ｌ１ｐのうち第１の光学領域Ｄ１に位置する部分のみに、第１の偏光軸の方向に振動する光を透過する偏光フィルタが配置され、その他の領域に位置する部分には、全ての方向に振動する光を透過するガラス板が配置されている。
【０１２２】
図１３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（ｘ方向およびｙ方向に垂直なそれぞれの断面）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のレンズ面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。
【０１２３】
図１４（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１４（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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１ｓ、およびＬ１ｐで構成される第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を通過した光束の大部分がそれぞれ撮像面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。
【０１２７】
以上の構成により、本実施形態では、画素Ｐ１において得られる輝度値から、第１の波長帯域において第１の偏光軸の方向に振動する光に対応する画像情報を生成し、画素Ｐ２において得られる輝度値から、第２の波長帯域において無偏光の光に対応する画像情報を生成し、画素Ｐ３において得られる輝度値から、第３の波長帯域において無偏光の光に対応する画像情報を生成し、画素Ｐ４において得られる輝度値から、第４の波長帯域において無偏光の光に対応する画像情報を生成し、出力する。
【０１２８】
本実施の形態では、例えば、光学領域Ｄ１における第１の波長帯域は近紫外光の帯域であり、光学領域Ｄ２における第２の波長帯域は青色の光の帯域であり、光学領域Ｄ３における第３の波長帯域は、緑色の光の帯域であり、光学領域Ｄ４における第４の波長帯域は、赤色の光の帯域である。
【０１２９】
このような撮像装置Ａを用いることにより、実施の形態３で示した図８と同様な撮像システムを構成することができる。このような構成によって、本実施形態では、偏光情報を有する近紫外線の画像と、青色、緑色、および赤色の３原色で構成された無偏光のカラー画像を取得することができる。
【０１３０】
無偏光のカラー画像では、顔肌のテカリによってシミの認識が困難となるが、偏光情報を有する近紫外線の画像はシミの認識がしやすくなるため、これらの画像を合成することによって、シミの認識がしやすいカラー画像を生成することができる。
【０１３１】
なお、本実施の形態では、第１の波長帯域は、近紫外光の帯域としているが、例えば、可視光帯域における紫色、青色、緑色等の４００から６００ｎｍの帯域の中の所定の帯域を透過するフィルタであってもよい。
【０１３２】
（実施の形態６）
本実施の形態６は、第１および第３の光学領域が同じ波長帯域の光を透過する点で実施の形態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。
【０１３３】
図１５（ａ）は、光学素子Ｌ１ｓを被写体側から見た正面図である。実施の形態５では、光学素子Ｌ１ｓの第１、第２、第３および第４の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４に対応する領域には、全て異なる波長帯域の光を透過する領域が設けられていたが、本実施形態では、第１および第３の光学領域Ｄ１とＤ３は、同じ波長帯域の光を透過する。第２および第４の光学領域Ｄ２とＤ４は、それぞれ光学領域Ｄ１およびＤ３とは異なる波長帯域の光を透過する。
【０１３４】
図１５（ｂ）は、光学素子Ｌ１ｐを被写体側から見た正面図であり、実施の形態５における図１２（ｂ）の構成と同じである。
【０１３５】
本実施の形態では、例えば、第１の波長帯域（光学領域Ｄ１とＤ３）は青色の光の帯域であり、第２の波長帯域（光学領域Ｄ２）は緑色の光の帯域であり、第３の波長帯域（光学領域Ｄ４）は赤色の光の帯域である。
【０１３６】
このような撮像装置Ａを用いることにより、実施の形態３で示した図８と同様な撮像システムを構成することができる。但し、本実施形態では、図８の偏光Ｑａは、青色の光を照射する光源ＬＳ１と、偏光フィルタＰＬによって構成されている。また、無偏光照明Ｑｂは、緑色と赤色の光を照射する光源ＬＳ２によって構成されている。このような構成によって、本実施形態では、偏光情報を有する青色の画像と、青色、緑色、および赤色の３原色で構成された無偏光のカラー画像を取得することができる。
【０１３７】
無偏光のカラー画像では、顔肌のテカリによってシミの認識が困難となるが、偏光情報を有する青色の画像はシミの認識がしやすくなるため、これらの画像を合成することによって、シミの認識がしやすいカラー画像を生成することができる。
【０１３８】
なお、本実施の形態では、第１の波長帯域（光学領域Ｄ１とＤ３）を緑色、第２の波長帯域（光学領域Ｄ２）を青色、第３の波長帯域（光学領域Ｄ４）を赤色の帯域としてもよい。
【０１３９】
また、本実施の形態では、図１６（ａ）に示すように光学領域Ｄ３に、光学領域Ｄ１に配置した偏光フィルタの偏光軸と直交した偏光フィルタを配置した構成であってもよい。光学領域Ｄ１を透過した光は鏡面反射成分をカットするため、シミの認識がしやすい画像情報を取得することができる。また、光学領域Ｄ３を透過した光によって、鏡面反射の成分の画像情報を取得することができる。実施の形態２で説明した通り、顔肌の表面で鏡面反射した光は、顔肌の凹凸による陰影がはっきりするため、毛穴等が認識しやすい画像情報を取得することができる。これらの画像情報と光学領域Ｄ２およびＤ４を透過した光による画像情報とを合成することにより、シミの認識がしやすいカラー画像と毛穴等の認識がしやすいカラー画像の両方を取得することができる。
【０１４０】
また、図１６（ｂ）に示すように、絞りＳによって光学領域Ｄ２、Ｄ４の面積を光学領域Ｄ１、Ｄ３に対して相対的に小さくした構成であってもよい。このような構成にすることにより、各領域を介して撮像した画像の露光量の差を小さくすることができ、いずれの画像もダイナミックレンジを有効に確保することができる。また、絞りＳによって光学領域Ｄ３の面積を光学領域Ｄ１に対して相対的に小さくした構成であってもよい。肌等の生体を撮影する場合、鏡面反射成分の方が散乱反射光よりも大きくなる場合がある。従って、光学領域Ｄ３を透過した光によって得られる鏡面反射成分の画像と光学領域Ｄ１を透過した光によって得られる散乱反射光成分の画像との露光量の差を小さくすることができ、いずれの画像もダイナミックレンジを有効に確保することができる。
【０１４１】
また、本実施形態では、光学領域Ｄ１とＤ３は、同じ波長帯域の光を透過するため、光学領域Ｄ１とＤ３を透過した光による画像を加算することによって、無偏光の画像情報を生成することができる。これらの画像情報と光学領域Ｄ２およびＤ４を透過した光による画像情報とを合成することにより、無偏光のカラー画像を取得することもできる。
【０１４２】
（実施の形態７）
本実施の形態７は、光学素子Ｌ１ｓが存在しない点と、撮像素子Ｎがカラー撮像素子であるという点で実施の形態５と異なっている。ここでは、実施の形態５、６と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【０１４３】
図１７（ａ）は、光学素子Ｌ１ｐを被写体側から見た正面図であり、実施の形態５および６で示した図１２（ｂ）および図１５（ｂ）の構成と同じである。
【０１４４】
図１７（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋとカラー撮像素子Ｎｃ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。画素Ｐ１には第１の分光透過率特性を有するフィルタが備えられており、紫色帯域の光線を主に通過し、他の帯域の光線を吸収または反射する。また、画素Ｐ２には、第２の分光透過率特性を有するフィルタが備えられており、青色帯域の光線を主に通過し、他の帯域の光線を吸収または反射する。また、画素Ｐ３には、第３の分光透過率特性を有するフィルタが備えられており、緑色帯域の光線を主に通過し、他の帯域の光線を吸収または反射する。また、画素Ｐ４には、第４の分光透過率特性を有するフィルタが備えられており、赤色帯域の光線を主に通過し、他の帯域の光線を吸収または反射する。
【０１４５】
光学素子Ｌ１ｐの光学領域Ｄ１にのみ偏光フィルタが設けられているため、画素Ｐ１は第１の偏光軸に平行な偏光光が入射し、他の画素Ｐ２〜Ｐ４には無偏光光が入射する。したがって、本実施の形態では、偏光情報を有する紫色の画像と、青色、緑色、および赤色の３原色で構成された無偏光のカラー画像を取得することができる。
【０１４６】
本実施の形態では、実施の形態５の光学素子Ｌ１ｓの分光機能がカラー撮像素子Ｎｃ上の各画素のカラーフィルタによって置き換えられている。このような構成によって、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
【０１４７】
また、図１８に示すように画素Ｐ１とＰ３が同じ分光透過率特性を有するベイヤー配列のフィルタであってもよい。このような構成の場合、光学素子Ｌ１ｐは、図１２（ｂ）、もしくは図１６の構成と組み合わせることができる。このような構成によって、実施の形態６と同様の効果を得ることができる。
【０１４８】
また、本実施形態では、画素Ｐ１には第１の分光透過率特性を有するフィルタが備えられていたが、画素Ｐ１にはフィルタが設けられず、光学領域Ｄ１に所望の分光透過特性を有するフィルタが設けられ、光学領域Ｄ２からＤ３には、フィルタが設けられていない光学素子Ｌ１ｓをさらに備えていてもよい。この場合、画素Ｐ１は白色光つまり、任意の波長の光を検出することができるため、光学素子Ｌ１ｓの光学領域Ｄ１に設けるフィルタの特性を変えることによって、画素Ｐ１が検出する偏光光の波長帯域を変えることができる。一般に、カラー撮像素子Ｎｃの画素Ｐ１上に設けるフィルタの分光特性を変更することは、別の仕様のカラー撮像素子Ｎｃを製造することになり、容易ではない。これに対し、光学素子Ｌ１ｓの光学領域Ｄ１に設けるフィルタの特性を変更することは容易である。したがって、このような構造を採用すれば、偏光情報を有する画像の色を容易にかつ低コストで変更することが可能となる。
【０１４９】
（実施の形態８）
本実施の形態８は、実施の形態３から７のように複数の光学領域において、光学領域間で異なる波長帯域の光を透過する光学素子Ｌ１ｓ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ことを前提とする。このような構成の場合に、複数の光学領域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において、複数の光学領域が、互いに異なる光学パワーを有する。この点で実施の形態３から７と異なっている。ここでは、実施の形態３から７と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【０１５０】
図１９（ａ）は、実施の形態８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１９（ａ）において、第１の光学領域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１９（ａ）に示すように、光学領域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。
【０１５１】
図１９（ｂ）は、実施の形態８の撮像装置の光線図を模式的に示す図である。図１９（ｂ）では、第２の分光透過率特性を有する第２の光学領域Ｄ２を透過した光線が、撮像面Ｎｉ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。具体的には、光学素子Ｌ１ｓのうち第２の光学領域Ｄ２に位置する部分の絞り側の面が曲率を有しているのに対し、光学素子Ｌ１ｓのうち第１の光学領域Ｄ１に位置する部分の絞り側の面は平面である。なお、光学素子Ｌ１ｓは、例えばガラスや樹脂といった透光性部材から形成されている基体と、基体の表面に設けられた光学フィルタとから構成されている。例えば、基体の絞り側の表面の一部に、光学特性を異ならせるための形状（曲面や回折レンズ）が設けられている。このため、第１の光学領域Ｄ１を通過した光線と第２の光学領域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の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２が異なる光学パワーを有することにより、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２が等しい光学パワーを有する場合と比較して、第１の光学領域Ｄ１を透過した光の合焦位置と第２の光学領域Ｄ２を透過した光の合焦位置とが近づいている。
【０１５２】
なお、光学素子Ｌ１ｓにおける基体自体が着色されていることにより、光学フィルタの機能を有していてもよい。この場合、基体のうち第１の光学領域Ｄ１に位置する部分が第１の波長帯域の光を透過し、基体のうち第２の光学領域Ｄ２に位置する部分が第２の波長帯域の光を透過するため、光学フィルタを別途設けなくてもよい。
【０１５３】
本実施の形態では、光学素子Ｌ１ｓにおける絞り側の面以外の部分に光学パワーを異ならせるための構造を設けてもよい。例えば、光学素子Ｌ１ｓにおける撮像素子側の表面の一部において光学特性を異ならせるための形状（曲面、回折レンズ）により、光学パワーを異ならせてもよい。
【０１５４】
図２０（ａ）は、図１９（ｂ）で示した光学素子Ｌ１ｓの斜視図である。光学素子Ｌ１ｓは、基体と、その表面に形成されたフィルタとから構成されている。基体のうち第１の光学領域Ｄ１に位置する部分の絞り側の面は、平面（曲率半径Ｒ１＝∞）であり、その平面上には第１の分光透過率特性を有するフィルタが形成されている。基体のうち第２の光学領域Ｄ２に位置する部分の絞り側の面はレンズ面（曲率半径Ｒ２）であり、そのレンズ面上には第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。このため、基体の絞り側の面において第１の光学領域Ｄ１と第２の光学領域Ｄ２との境界部分には段差が生じている。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２０（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。なお、絞りＳとは別に、基体における第１の光学領域Ｄ１と第２の光学領域Ｄ２との境界を覆う遮光部材を設けてもよい。
【０１５５】
以上の構成は、２つの光学領域による実施例であるが、３つの光学領域であっても同様に構成することができる。
【０１５６】
図２１（ａ）は、光学領域を３分割にした場合の光学素子Ｌ１ｓの斜視図である。光学素子Ｌ１ｓの基体のうち第１の光学領域Ｄ１に位置する部分の絞り側の面は平面（曲率半径Ｒ１＝∞）であり、その平面の上には、第１の分光透過率特性を有するフィルタが形成されている。光学素子Ｌ１ｓの基体のうち第２の光学領域Ｄ２に位置する部分の絞り側の面はレンズ面（曲率半径Ｒ２）であり、そのレンズ面の上に、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。光学素子Ｌ１ｓの基体のうち第３の光学領域Ｄ３に位置する部分の絞り側の面はレンズ面（曲率半径Ｒ３）であり、そのレンズ面の上に、第３の分光透過率特性を有するフィルタが形成されている。このような構成によって、基体のうち各光学領域の境界に位置する部分には段差が生じている。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２１（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。
【０１５７】
また、レンズ光学系が４つの光学領域を有する場合にも同様に、遮光領域を設けることができる。
【０１５８】
図２２（ａ）は、光学領域を４分割にした場合の光学素子Ｌ１ｓの斜視図である。光学素子Ｌ１ｓの基体のうち第１の光学領域Ｄ１に位置する部分の絞り側の面は、平面（曲率半径Ｒ１＝∞）であり、その平面の上には、第１の分光透過率特性を有するフィルタが形成されている。光学素子Ｌ１ｓの基体のうち第２の光学領域Ｄ２に位置する部分の絞り側の面はレンズ面（曲率半径Ｒ２）であり、そのレンズ面の上に、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。光学素子Ｌ１ｓの基体のうち第３の光学領域Ｄ３に位置する部分の絞り側の面はレンズ面（曲率半径Ｒ３）であり、そのレンズ面の上に、第３の分光透過率特性を有するフィルタが形成されている。光学素子Ｌ１ｓの基体のうち第４の光学領域Ｄ４に位置する部分の絞り側の面はレンズ面（曲率半径Ｒ４）であり、そのレンズ面の上に第４の分光透過率特性を有するフィルタが形成されている。このような構成によって、基体のうち各光学領域の境界に位置する部分には段差が生じている。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２２（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。
【０１５９】
図２３は、光学素子Ｌ１ｓとは別に、光学領域ごとに光学パワーを異ならせるレンズを設けた例を示す。図２３においては、絞りから撮像素子に向かう方向に、光学素子Ｌ１ａ、光学素子Ｌ１ｓ、光学素子Ｌ１ｐがこの順で配置されている。光学素子Ｌ１ａ、光学素子Ｌ１ｓ、光学素子Ｌ１ｐは絞り近傍に配置されている。光学素子Ｌ１ａ、Ｌ１ｓ、およびＬ１ｐは、それぞれ複数の光学領域に位置する部分を有する。このように、フィルタを有する素子と、レンズ面が設けられるレンズを有する素子とが別体であってもよい。また、光学素子Ｌ１ａ、Ｌ１ｓ、およびＬ１ｐは、配置の順序が入れ替わった構成であってもよいし、絞り近傍の被写体側に配置されていてもよい。また、絞り近傍の撮像素子側と絞り近傍の被写体側に分割して配置されていてもよい。
【０１６０】
また、図２３は２分割の光学領域を有する構成であるが、３分割および４分割の光学領域を有する構成であってもよい。
【０１６１】
このように、本実施の形態８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。
【０１６２】
（実施の形態９）
本実施の形態９においては、それぞれのマイクロレンズの領域内において、マイクロレンズが光軸に対して回転対称な形状であり、この点で本実施形態は実施の形態５、６、および７と異なっている。
【０１６３】
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２４（ａ１）のようになる。図２４（ａ１）のマイクロレンズの等高線は、図２４（ａ２）のようになるため、ｘ、ｙ方向と斜め方向の曲率半径が異なる。図２４（ａ３）は、図２４（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２４（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、それぞれのマイクロレンズの正方形の領域内において回転対称形状のマイクロレンズの斜視図は、図２４（ｂ１）のようになる。図２４（ｂ１）のマイクロレンズの等高線は、図２４（ｂ２）のようになり、ｘ、ｙ方向と斜め方向の曲率半径は等しい。このようなマイクロレンズは、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２４（ｂ３）は、図２４（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２４（ｂ３）では、アレイ状光学素子Ｋを通過する光のうち１つの光学領域を通過する光束のみを示しているが、図２４（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のレンズ面は、回転対称形状を有することにより、クロストークを低減させることができるため、色情報のクロストークや偏光情報のクロストークを抑制することができる。
【０１６４】
（実施の形態１０）
本実施の形態１０は、アレイ状光学素子である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から９と異なる。ここでは、本実施形態において実施の形態１から９と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【０１６５】
図２５（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り、１つの光学領域を通過した光線のみ図示している。本実施形態では、アレイ状光学素子Ｋである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、異なる光学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２５（ｂ）は、本実施形態の変形例を示す図である。図２５（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の表面上に低屈折率層Ｗを介してアレイ状光学素子が積層されている。図２５（ｂ）に示す構成では、図２５（ａ）の構成よりも集光効率を高めることができる。
【０１６６】
実施の形態１〜９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、本実施形態のように、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、ウエハプロセスによっ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。
【０１６７】
（実施の形態１１）
本実施の形態１１は、レンズ光学系Ｌが像側非テレセントリック光学系であるという点で、実施の形態１から１０と異なっている。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２６（ａ）は、光軸外の撮像部近傍を拡大して示す図である。図２６（ａ）では、アレイ状光学素子Ｋを通過する光のうち１つの光学領域を通過する光束のみを示している。図２６（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２６（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。
【０１６８】
像側非テレセントリック光学系にすることにより、像側テレセントリック光学系に比べて光学長を短くすることができるため、撮像装置Ａを小型化することができる。
【０１６９】
（実施の形態１２）
実施の形態１２は、光学素子Ｌ１ｐの光学領域が２つである点、ベイヤー配列のフィルタを備えたカラー撮像素子を用いる点、および、アレイ状光学素子の光学要素が１方向に半ピッチシフトしている点で実施の形態１と異なる。これにより、本実施の形態の撮像装置は、無偏光光によるカラー画像と偏光光によるカラー画像とを一度に取得することができる。
【０１７０】
本実施の形態の撮像装置は、図１に示すように、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。また、図１、図２に示すように、レンズ光学系Ｌは、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２を有する光学素子Ｌ１ｐを含む。第１の光学領域Ｄ１には、第１の偏光軸（透過軸）の方向に振動する光を透過する偏光フィルタが配置され、第２の光学領域Ｄ２には、全ての方向に振動する光を透過するガラス板が配置されている。このため、第１の光学領域Ｄ１を透過した光束Ｂ１は第１の偏光軸（透過軸）の方向に振動する偏光光である。第２の光学領域Ｄ２を透過した光束Ｂ２は非偏光光である。
【０１７１】
図２７（ａ）は、本実施の形態のアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎを拡大して示す図である。アレイ状光学素子Ｋは複数の光学要素Ｍ１および複数の光学要素Ｍ２を含み、複数の光学要素Ｍ１、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。
【０１７２】
図２７（ｂ）は、アレイ状光学素子Ｋの複数の光学要素Ｍ１、Ｍ２と撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。実施の形態１と同様、撮像素子Ｎは、撮像面Ｎｉに配列された複数の画素を含む。図２７（ｂ）に示すように、複数の画素は、ｘ方向（第１の方向）およびｙ方向（第２の方向）に２次元に配列されている。ｘ方向およびｙ方向への配列をそれぞれ行および列と呼ぶ場合、複数の画素は、撮像面Ｎｉ上において、例えば、ｍ行ｌ列（ｌ、ｍは２以上の整数）に配置されている。つまり、ｘ方向に１からｌ個の画素が配列した一行の画素群が、ｙ方向に１からｍ行目までのｍ行に配列されている。
【０１７３】
ｍ行の画素群のうちｊ行目（１≦ｊ<ｍ）に配列されたｌ個の画素のｘ方向における中心Ｃ’ｊの各位置は、ｊ＋１行目に配列されたｌ個の画素のｘ方向における中心Ｃ’ｊ＋１の各位置と略同一である。
【０１７４】
同様に、複数の画素をｙ方向に配列された複数画素群による１列の画素群がｘ方向に１からｌ列までのｌ列に配列されていると見ることもできる。この場合、ｌ列の画素群のうちｕ列行目（１≦ｕ<ｌ）に配列されたｍ個の画素のｙ方向における中心の各位置は、ｕ＋１行目に配列されたｍ個の画素のｙ方向における中心の各位置と略同一である。
【０１７５】
また、本実施の形態において、複数の画素は本実施の形態ではいずれも撮像面Ｎｉにおいて同じ形状を有している。例えば、複数の画素は同じ矩形形状を有しており、面積も互いに等しい。また、本実施の形態では、複数の画素はｘ方向およびｙ方向に同じピッチで配置されている。
【０１７６】
説明のため、複数の画素を、それぞれ複数の画素Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａ、Ｐ３Ａ、Ｐ４Ａ、Ｐ１Ｂ、Ｐ２Ｂ、Ｐ３Ｂ、およびＰ４Ｂに区別する。複数の画素Ｐ１Ａのうちの１つ、複数の画素Ｐ２Ｂのうちの１つ、複数のＰ３Ａのうちの１つ、および、複数のＰ４Ｂのうちの１つは、撮像面Ｎｉにおいて、２行２列に配置されている。これら２行２列に配列されている画素Ｐ１Ａ、Ｐ２Ｂ、Ｐ３Ａ、Ｐ４Ｂを、「第１の画素群Ｐｇ１」と称する。複数の画素Ｐ１Ｂのうちの１つ、複数の画素Ｐ２Ａのうちの１つ、複数の画素Ｐ３Ｂのうちの１つ、および、複数の画素Ｐ４Ａのうちの１つは、撮像面Ｎｉにおいて、２行２列に配列されている。これら２行２列に配列されている画素Ｐ１Ｂ、Ｐ２Ａ、Ｐ３Ｂ、Ｐ４Ａを、「第２の画素群Ｐｇ２」と称する。
【０１７７】
ここで、第１の画素群Ｐｇ１に属する画素Ｐ３Ａが、（ｐ、ｑ）の位置に配置されているとする。ｐ、ｑは、それぞれ、１≦ｐ<ｌ、１≦ｑ<ｍを満たす整数である。この場合、第１の画素群Ｐｇ１のうちの残りの画素Ｐ１Ａ、Ｐ２Ｂ、Ｐ４Ｂは、それぞれ、（ｐ＋１、ｑ）、（ｐ、ｑ＋１）、（ｐ＋１、ｑ＋１）の位置に配置されている。また、第２の画素群Ｐｇ２における画素２Ａ、Ｐ１Ｂ、Ｐ３Ｂ、Ｐ４Ａは、それぞれ、（ｐ＋２、ｑ＋１）、（ｐ＋３、ｑ＋２）、（ｐ＋２、ｑ＋２）、（ｐ＋３、ｑ＋１）の位置に配置されている。
【０１７８】
アレイ状光学素子Ｋのうち撮像面Ｎｉに対向する表面において、光学要素Ｍ１は、第１の画素群Ｐｇ１の４つの画素に対応する位置に設けられたマイクロレンズである。第１の画素群Ｐｇ１には、アレイ状光学素子Ｋにおける光学要素Ｍ１からの光が入射する。光学要素Ｍ１は、領域Ｄ１を通過した光の大部分を、撮像素子Ｎにおける画素Ｐ１Ａ、Ｐ３Ａに、領域Ｄ２を通過した光の大部分を撮像素子Ｎにおける画素Ｐ２Ｂ、Ｐ４Ｂに入射させる。
【０１７９】
アレイ状光学素子Ｋのうち撮像面Ｎｉに対向する表面において、光学要素Ｍ２は、第２の画素群Ｐｇ２の４つの画素に対応する位置に設けられたマイクロレンズである。第２の画素群Ｐｇ２には、アレイ状光学素子Ｋにおける光学要素Ｍ２からの光が入射する。光学要素Ｍ２は、領域Ｄ１を通過した光の大部分を撮像素子Ｎにおける画素Ｐ２Ａ、Ｐ４Ａに、領域Ｄ２を通過した光の大部分を撮像素子Ｎにおける画素Ｐ１Ｂ、Ｐ３Ｂに入射させる。
【０１８０】
画素Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａ、Ｐ１Ｂ、およびＰ２Ｂには第１の分光透過率特性を有するフィルタが設けられている。第１の分光透過率特性を有するフィルタは、緑色帯域の光線を主に通過し、他の帯域の光線を吸収する。画素Ｐ３ＡおよびＰ３Ｂには、第２の分光透過率特性を有するフィルタが設けられている。第２の分光透過率特性を有するフィルタは、赤色帯域の光線を主に通過し、他の帯域の光線を吸収する。また、画素Ｐ４ＡおよびＰ４Ｂには、第３の分光透過率特性を有するフィルタが設けられている。第３の分光透過率特性を有するフィルタは、青色帯域の光線を主に通過し、他の帯域の光線を吸収する。
【０１８１】
画素Ｐ１ＡとＰ３Ａ、画素Ｐ１ＢとＰ３Ｂ、画素Ｐ２ＡとＰ４Ａ、および画素Ｐ２ＢとＰ４Ｂとは、いずれもｘ方向に交互に配置されている。また、画素Ｐ１ＡとＰ４Ａ、画素Ｐ１ＢとＰ４Ｂ、画素Ｐ２ＡとＰ３Ａ、および画素Ｐ２ＢとＰ３Ｂは、いずれもｙ方向に交互に配置されている。また、画素Ｐ１Ａ、Ｐ３Ａ、Ｐ１Ｂ、およびＰ３Ｂは同じ行に配列（ｘ方向に配列）され、画素Ｐ２Ａ、Ｐ４Ａ、Ｐ２Ｂ、およびＰ４Ｂは同じ行に配列（ｙ方向に配列）され、画素Ｐ１Ａ、Ｐ３Ａ、Ｐ１Ｂ、およびＰ３Ｂの行と画素Ｐ２Ａ、Ｐ４Ａ、Ｐ２Ｂ、およびＰ４Ｂの行はｙ方向に交互に配置されている。このように、それぞれの複数の画素は、ベイヤー配列を成している。ベイヤー配列で画素が配置されている場合には、共に緑色帯域の光を透過するフィルタを有する画素Ｐ１Ａおよび画素Ｐ２Ｂ、画素Ｐ１Ｂおよび画素Ｐ２Ａは、それぞれの画素群Ｐｇ１、Ｐｇ２において、斜めの位置に配置されている。
【０１８２】
アレイ状光学素子Ｋは、光線の入射角に応じて出射方向を振り分ける機能を有する。そのため、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２に対応するように、撮像面Ｎｉ上の画素に光を入射させることができる。このような画素への光の入射を実現するには、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。
【０１８３】
次に、アレイ状光学素子の具体的な構成について説明する。
【０１８４】
図２８（ａ１）、（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ１）、および（ｃ２）は、図２７（ａ）、（ｂ）で示した光学要素Ｍ１、Ｍ２の形状および配置を示す図である。図２８（ａ１）は、光軸に対して回転非対称な形状を有する光学要素（マイクロレンズ）の配置と等高線を示す図であり、図２８（ａ２）は、その斜視図である。このようなマイクロレンズアレイは、ガラス板の上に四角柱状のレジストを形成して熱処理を行うことにより形成することができる。
【０１８５】
図２８（ａ１）に示すように、光学要素Ｍ１、Ｍ２は、アレイ状光学素子Ｋの表面（例えばレンズ光学系Ｌの光軸と垂直な面）において、それぞれｙ方向に並べられたｓ個（ｓは２以上の整数）の列を構成し、光学要素Ｍ１の列および光学要素Ｍ２の列がｘ方向に交互に配列されている。例えば、これらの列は、ｘ方向に１からｔ列目（ｎは２以上の整数）までのｔ列に配列されている。１以上であってｔより小さい任意の整数をｋ（１≦ｋ<ｎ）とすると、ｋ列目に配置される光学要素のｙ方向における中心Ｃｋの位置Ｙｋは、ｋ＋１列目に配置される光学要素の列方向の中心Ｃｋ＋１の位置Ｙｋ＋１から、ｙ方向にずれている。つまり、光学要素Ｍ１および光学要素Ｍ２の中心の位置は、互いにｙ方向にずれている。
【０１８６】
ここで、アレイ状光学素子Ｋの表面において、ｙ列方向に隣接する２つの光学要素Ｍ１、Ｍ２の列方向における中心間の距離をＹとする。光学要素Ｍ１、Ｍ２のｙ方向のピッチはいずれもＹである。この場合、ｙ方向において、位置Ｙｋと位置Ｙｋ＋１の列方向のずれは、例えば、０．５Ｙ（半ピッチ）である。ただし、アレイ状光学素子Ｋの製造誤差などを考慮すると、このずれは、０．４５Ｙ以上０．５５Ｙ以下であってもよい。ずれが０．４５Ｙ以上０．５５Ｙ以下であれば、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２に入射した光を、アレイ状光学素子Ｋによって、所望の画素に振り分けることができる。
【０１８７】
なお、「光学要素の列方向における中心」は、例えば、各光学要素を構成する立体の頂点である。または、各光学要素の列方向における２つの端部を結ぶ線分の中点である。
【０１８８】
図２８（ｂ１）は、光軸に対して回転対称な形状を有するマイクロレンズの配置と等高線を示す図であり、図２８（ｂ２）は、その斜視図である。図２８（ｂ１）のマイクロレンズは、それぞれ六角形で区切られている。ただし、それぞれのマイクロレンズは、それぞれ正方配列された４つの画素を覆うように形成されるため、典型的には、正六角形ではない。図２８（ｂ１）、（ｂ２）に示されるマイクロレンズ同士の境界は六角形で区切られているが、マイクロレンズのうち境界部分よりも上部は、球面や非球面であってもよい。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、ガラス板等の上に形成することができる。
【０１８９】
図２８（ｃ１）は、シリンドリカルマイクロレンズを２画素毎に交互に半ピッチずらした形状を有するマイクロレンズアレイの配置と等高線を示す図であり、図２８（ｃ２）は、その斜視図である。図２８（ｃ１）のマイクロレンズアレイも熱インプリントやＵＶインプリント製法により、ガラス板等の上に形成することができる。
【０１９０】
図２９（ａ）は、図２８（ａ１）、（ａ２）に示すマイクロレンズを本実施の形態のアレイ状光学素子に適用した場合の、三次元光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。図２９（ａ）では、アレイ状光学素子Ｋを通過する光のうち領域Ｄ１を通過する光線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、縦横方向（マイクロレンズの底面の四辺と平行な方向）と斜め方向（マイクロレンズの底面の対角線方向）との曲率半径が異なることにより、隣接の画素に光が漏れてクロストークが発生する。
【０１９１】
図２９（ｂ）は、図２８（ｂ１）、（ｂ２）に示すマイクロレンズを本実施の形態のアレイ状光学素子に適用した場合の、三次元光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。図２９（ｂ）では、アレイ状光学素子Ｋを通過する光のうち１つの領域を通過する光束のみを示しているが、図２９（ａ）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、アレイ状光学素子の各光学要素を回転対称形状にすることにより、以下で説明する第１のカラー画像と第２のカラー画像間のクロストークを低減させることができる。
【０１９２】
なお、図２８（ｂ１）、（ｂ２）で示したマイクロレンズは、六角形であるが、回転対称であれば、必ず六角形である必要はない。
【０１９３】
図２９（ｃ）は、図２８（ｃ１）、（ｃ２）に示すシリンドリカルマイクロレンズを本実施の形態のアレイ状光学素子に適用した場合の、三次元光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。図２９（ｃ）では、アレイ状光学素子Ｋを通過する光のうち１つの領域を通過する光束のみを示しているが、図２９（ａ）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、アレイ状光学素子の各光学要素をシリンドリカル形状にすることにより、第１のカラー画像と第２のカラー画像間のクロストークを低減させることができる。
【０１９４】
次に偏光光によるカラー画像および無偏光光によるカラー画像を生成する方法を説明する。
【０１９５】
図３０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２を通過した光が入射する画素のみを抽出した図である。図２８に示すように、光学要素Ｍ２は、光学要素Ｍ１に対してｙ方向に半ピッチずれているため、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２を通過した光が入射する画素には、いずれも赤（Ｐ３Ａ、もしくはＰ３Ｂ）、緑（Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａ、もしくはＰ１Ｂ、Ｐ２Ｂ）、青（Ｐ４Ａ、もしくはＰ４Ｂ）の色情報が含まれるようになる。
【０１９６】
ただし、第１の光学領域Ｄ１を通過した光は第１の光軸に平行な偏光光である。このため、図３０（ａ）に示すように、画素Ｐ３Ａ（赤）、画素Ｐ１ＡおよびＰ２Ａ（緑）、画素Ｐ４Ａ（青）は、第１の光軸に平行な偏光光を検出する。一方、図３０（ｂ）に示すように、画素Ｐ３Ｂ（赤）、画素Ｐ１ＢおよびＰ２Ｂ（緑）、画素Ｐ４Ｂ（青）は、無偏光光を検出する。よって、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２を通過した光が入射する画素によってそれぞれ、第１の光軸平行な偏光光によるカラー画像と、無偏光光によるカラー画像とを生成することができる。以下、第１の光軸平行な偏光光によるカラー画像および無偏光光によるカラー画像を第１のカラー画像および第２のカラー画像と呼ぶ。
【０１９７】
第１のカラー画像および第２のカラー画像は、信号処理部Ｃ（図１に示す）にて生成される。第１のカラー画像および第２のカラー画像は、それぞれ図３０（ａ）、（ｂ）に示す画素から得られる色情報、具体的には輝度情報によって生成される。図３０（ａ）、（ｂ）に示すように、カラー画素に対応する第１および第２の画素群は、いずれも１つの画素に対して１つの色情報しか有していないため、他の２色の色情報は周辺の画素の輝度値から補完して生成する。
【０１９８】
例えば、第１のカラー画像の場合、図３０（ａ）に示すように、第２の画素群Ｐｇ２の画素Ｐ２Ａの位置には緑色（Ｇ２）の情報しかない。このため、周辺の画素から赤色（Ｒ）および青色（Ｂ）の情報を補完し、第２の画素群Ｐｇ２の画素Ｐ２Ａの位置において、青色、緑色、赤色の情報を得る。具体的には第２の画素群Ｐｇ２のＰ２Ａにおける赤色および青色の輝度情報を、ｙ方向、ｘ方向あるいは斜め方向に位置する画素Ｐ３Ａおよび画素Ｐ４Ａによって得られる赤色および青色の輝度情報から補間する。同様に、第２の画素群Ｐｇ２の画素Ｐ４Ａにおける緑色および赤色の輝度情報を、ｙ方向、ｘ方向あるいは斜め方向に位置する画素Ｐ２Ａおよび画素Ｐ３Ａによって得られる緑色および赤色の輝度情報を用いた補間によって求める。第１の画素群Ｐｇ１の画素Ｐ１Ａにおける赤色および青色の輝度情報、ならびに、第１の画素群Ｐｇ１の画素Ｐ３Ａにおける緑色および青色の輝度情報も同様の補間によって求める。これにより第１のカラー画像を得ることができる。
【０１９９】
図３０（ｂ）に示すように、第２のカラー画像についても、同様に、第１の画素群Ｐｇ１の画素Ｐ４Ｂにおける赤色および緑色の輝度情報、画素Ｐ２Ｂにおける赤色および青色の輝度情報、ならびに、第２の画素群Ｐｇ２の画素Ｐ１Ｂにおける赤色および青色の輝度情報、画素Ｐ３Ｂにおける緑色および青色の輝度情報を補間によって求める。これにより、第２のカラー画像を得ることができる。
【０２００】
なお、第１、第２のカラー画像のそれぞれでは、ｙ方向の色情報は、部分的に欠落している。例えば、第１のカラー画像の第１の画素群Ｐｇ１の４つの画素において、画素Ｐ４Ｂおよび画素Ｐ２Ｂは欠落している。これらの欠落している画素の輝度情報は、前述の色の補完後に、ｙ方向に隣接する画素において検出した色の輝度値および補間によって求めた色の輝度値を用いた補完によって生成してもよい。具体的には、第１の画素群Ｐｇ１の画素Ｐ４Ｂおよび画素Ｐ２Ｂにおける赤色、青色および緑色の輝度情報を、ｙ方向に隣接する画素Ｐ３Ａおよび画素Ｐ１Ａにおける赤色、青色およ緑色の輝度情報からそれぞれ求めてもよい。
【０２０１】
以上のような補完処理によって、第１の光軸に平行な偏光光によるカラー画像および無偏光光によるカラー画像を生成することができる。
【０２０２】
本実施の形態によると、図３０（ａ）および（ｂ）に示すように第１の光軸に平行な偏光光によるカラー画像および無偏光光によるカラー画像のカラー画像のそれぞれにおいて、隣接する画素群（第１の画素群Ｐｇ１どうし、第２の画素群Ｐｇ２どうし、または、第１の画素群Ｐｇ１と第２の画素群Ｐｇ２）がそれぞれカラーの画素を構成している。このため、２つのカラー画像を構成する画素のピッチが長くなることがなく、解像度の高い画像を得ることができる。
【０２０３】
また、本実施の形態によれば、従来のベイヤー配列型の撮像素子を利用することができるため、専用のフィルタ配列のカラーフィルタ用のフォトマスク等の初期投資が不要となり、初期投資を抑えることができる。
【０２０４】
なお、本実施の形態の撮像装置の光学系は、像側テレセントリック光学系であってもよい。これにより画角が変化しても、アレイ状光学素子Ｋに対する主光線入射角は、０度に近い値で入射するため、撮像領域全域にわたって、画素Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂ、Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂ、Ｐ３Ａ、Ｐ３Ｂ、Ｐ４Ａ、およびＰ４Ｂに到達する光束間のクロストークを低減することができる。
【０２０５】
（実施の形態１３）
本実施の形態１３は、実施の形態３の撮像システムＡＰ２をマイクロスコープに応用した構成である。なお、本実施形態のマイクロスコープに応用する撮像システムＡＰ２の撮像装置Ａとしては、実施の形態１、３から１１の撮像装置Ａのいずれかを用いることができる。
【０２０６】
図３１（ａ）と（ｂ）は、それぞれ実施の形態１３のマイクロスコープＡＰ３の正面図と側面図である。マイクロスコープＡＰ３は、ヘッド部Ｅ１、撮像装置Ａと、偏光照明Ｑａと、無偏光照明Ｑｂとが実装された鏡筒Ｅ２、およびケーブルＥ３によって構成されている。
【０２０７】
図３１（ａ）に示すように、偏光照明Ｑａと、無偏光照明Ｑｂは、撮像装置Ａの周りに同心円状に交互に配置されている。ヘッド部Ｅ１の先端が撮像装置Ａの合焦位置になるように設定されており、ヘッド部Ｅ１を顔肌等の被写体Ｏｂに密着させたときに解像度が最も高くなる。
【０２０８】
偏光照明Ｑａからの光と無偏光照明Ｑｂからの光が顔肌等の被写体Ｏｂに照射されることにより、撮像装置Ａは、被写体Ｏｂからの反射光から偏光情報を有する画像情報と、通常の画像情報の両方を同時に取得することができる。撮像装置Ａで取得した画像情報は、ケーブルＥ３を介してモニターやパーソナルコンピュータ等に接続される。
【０２０９】
このようなマイクロスコープＡＰ３を用いることによって、通常の拡大画像、シミの状態を認識しやすい拡大画像、および顔肌の毛穴やキメが認識しやすい拡大画像を同時に取得することができる。
【０２１０】
なお、本実施の形態１３のマイクロスコープに、実施の形態２の撮像システムＡＰ１を用いてもよい。マイクロスコープに用いられる撮像システムＡＰ１の撮像装置Ａとしては、実施の形態１、および３から１２の撮像装置Ａのいずれかを用いてもよい。
【０２１１】
（実施の形態１４）
本実施の形態１４は、実施の形態３の撮像システムＡＰ２をカプセル内視鏡に応用した構成である。なお、カプセル内視鏡に応用される撮像システムＡＰ２の撮像装置Ａとしては、実施の形態１、および３から１２の撮像装置Ａを用いることができる。
【０２１２】
図３２（ａ）と（ｂ）は、それぞれ実施の形態１４のカプセル内視鏡ＡＰ４の正面図と側面図である。カプセル内視鏡ＡＰ４は、ドーム部Ｅ４と、撮像装置Ａと、偏光照明Ｑａと、無偏光照明Ｑｂとが実装された鏡筒Ｅ５によって構成されている。鏡筒Ｅ５の内部には、他に電池、送受信用のＩＣ、送受信用のアンテナ等が組み込まれていてもよい。
【０２１３】
図３２（ａ）に示すように、偏光照明Ｑａと、無偏光照明Ｑｂは、撮像装置Ａの周りに同心円状に交互に配置されている。
【０２１４】
偏光照明Ｑａからの光と無偏光照明Ｑｂからの光が生体内の消化器官である被写体に照射されることにより、撮像装置Ａは、被写体からの反射光から偏光情報を有する画像情報と、通常の画像情報の両方を同時に取得することができる。撮像装置Ａで取得した画像情報は、送受信用のＩＣ、送受信用のアンテナを介して外部の端末に無線で送信される。
【０２１５】
このようなカプセル内視鏡ＡＰ４を用いることによって、消化器官の状態を認識しやすい偏光画像と、通常の画像を同時に取得することができる。
【０２１６】
なお、本実施の形態１４のカプセル内視鏡に、実施の形態２の撮像システムＡＰ１を用いてもよい。カプセル内視鏡に用いられる撮像システムＡＰ１の撮像装置Ａとしては、実施の形態１、および３から１２の撮像装置Ａのいずれかを用いてもよい。
【０２１７】
（実施の形態１５）
本実施の形態１５は、実施の形態３の撮像システムＡＰ２を電子ミラーに応用した構成である。なお、撮像システムＡＰ２における撮像装置Ａとしては、実施の形態１、および３から１２の撮像装置Ａを用いることができる。
【０２１８】
図３３（ａ）は、電子ミラーＡＰ５の正面図である。電子ミラーＡＰ５は、ディスプレイＪ１と、撮像装置Ａと、偏光照明Ｑａと、無偏光照明Ｑｂとが実装されたフレームＴ１によって構成されている。図３３（ａ）に示すように、ディスプレイＪ１の左右の領域に、偏光照明Ｑａと無偏光照明Ｑｂが上下方向に交互に配列されている。
【０２１９】
偏光照明Ｑａからの光と無偏光照明Ｑｂからの光が被写体である人物の顔に照射されることにより、撮像装置Ａは、被写体である人物の反射光から偏光情報を有する画像情報と、通常の画像情報の両方を同時に取得することができる。撮像装置Ａで取得した画像情報は、左右が反転された状態でディスプレイＪ１にリアルタイムに表示される。
【０２２０】
このような電子ミラーＡＰ５を用いることによって、通常の画像、シミの状態を認識しやすい画像、および顔肌の毛穴やキメが認識しやすい画像を同時に取得することができ、被写体である利用者自身が通常の鏡のような感覚で利用者自身の鏡像を確認することができる。通常の画像、シミの状態を認識しやすい画像、および顔肌の毛穴やキメが認識しやすい画像は、利用者によって適宜切替えることができる構成にしてもよい。
【０２２１】
なお、このような電子ミラーは、２つの撮像装置Ａと裸眼立体ディスプレイを用いた構成でもよい。
【０２２２】
図３３（ｂ）は、立体電子ミラーＡＰ６の正面図である。立体電子ミラーＡＰ６は、裸眼立体ディスプレイＪ２と、２つの撮像装置Ａ１、およびＡ２と、偏光照明Ｑａと、無偏光照明Ｑｂとが実装されたフレームＴ２によって構成されている。裸眼立体ディスプレイは、パララックスバリア方式の裸眼立体ディスプレイや、レンチキュラ方式の裸眼立体ディスプレイである。
【０２２３】
偏光照明Ｑａからの光と無偏光照明Ｑｂからの光が被写体である人物の顔に照射されることにより、２つの撮像装置Ａ１およびＡ２は、被写体である人物の偏光情報を有する画像情報と、通常の画像情報の両方を同時に取得する。２つの撮像装置Ａで取得した画像情報は、互いに視差のある画像を左右反転した状態で、裸眼立体ディスプレイＪ２にリアルタイムに表示される。
【０２２４】
このような電子ミラーＡＰ６を用いることによって、電子ミラーＡＰ４よりもリアルに利用者自身の鏡像を確認することができる。
【０２２５】
また、本実施の形態１５は、実施の形態１、および３から１２で説明した撮像装置Ａのいずれかと、実施の形態２で説明した撮像システムＡＰ１の組み合わせた構成であってもよい。
【０２２６】
また、ディスプレイＪ１および立体ディスプレイＪ２を液晶ディスプレイで構成する場合、液晶ディスプレイ自体からの光も被写体に照射されるため、液晶ディスプレイの前面側の偏光フィルタの偏光軸は偏光照明Ｑａの偏光軸と同じであってもよい。これにより、液晶ディスプレイから被写体に照射される光の偏光方向を偏光照明からの光の偏光方向と同じにすることができる。
【０２２７】
また、本実施の形態では偏光照明と無偏光照明によって構成されているが、偏光照明だけで構成されていていてもよい。
【０２２８】
また、偏光照明のみで構成する場合、透過偏光軸が互いに直交した２つの偏光照明で構成されていてもよい。
【０２２９】
また、偏光照明の光源としては白色光源のみで構成してもよいし、撮像装置の光学領域における偏光フィルタによる光の減衰を補うため、白色光源に青色光源を付加した構成、或いは白色光源に緑色光源を付加した構成の偏光照明であってもよい。
【０２３０】
（その他の実施の形態）
実施の形態１から１０および１２は、信号処理部Ｃを備えた構成であるが、信号処理部Ｃを備えていなくてもよい。その場合、撮像装置の外部のパーソナルコンピュータ等を用いて、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。
【０２３１】
また、実施の形態１から１５において、撮像素子の各画素上に設けられるマイクロレンズは、曲面形状を有するレンズ面を備えているが、他の形状のマイクロレンズを撮像素子に設けてもよい。例えば、特開２００８−１０７７３号公報に開示されているような、屈折率の異なる材料の分布によって光を集光させる回折光学素子を用いてもよい。図３４（ａ）および（ｂ）は、回折光学素子Ｍｓ’の一例を示す平面図および断面図である。図３４（ａ）および（ｂ）において、斜線で示す光学部材分とその周囲の部分は互いに異なる屈折率の材料や媒質で構成される。図３４（ａ）および（ｂ）に示すように、回折光学素子Ｍｓ’は、例えば、画素が形成される平面と水平な平面においてリング形状を有し、平面に垂直な方向に伸びる円筒の複数の光学部材が同心状に配置されることによって構成される。光学部材とその周囲の部分との屈折率差や、円筒のサイズ、同心に配置される円筒の間隔などによって、回折光学素子Ｍｓ’の屈折率を調整し得る。光学部材の形状は円筒に限られず、光軸に対して非回転対称であってもよい。また、図３４（ａ）および（ｂ）では、２レベルのバイナリー回折光学素子としているが、３レベル以上のマルチレベル回折光学素子であってもよい。
【０２３２】
このような構造を有する回折光学素子Ｍｓ’は、例えば半導体フォトリソグラフ技術を用いて製造することができる。従来のレンズ面を有するマイクロレンズは、例えば、樹脂を熱変形させて製造するため、撮像素子の複数の画素上に設けられる複数のマイクロレンズ間で、レンズ面の曲面を異ならせることは困難であった。これに対し、回折光学素子Ｍｓ’を用いる場合、撮像素子の複数の画素間で、上述の光学部材の寸法を異ならせることにより、光学特性を変えることができる。よって、光学系Ｌやアレイ状光学素子Ｋによって、斜めから光線が撮像素子Ｎの画素に入射する場合でも、効率よく画素に光を集光させることができる。
【０２３３】
また、回折光学素子Ｍｓ’における上述の屈折率差を大きくすることによって、回折光学素子Ｍｓ’の焦点距離を短くすることできる。よって、例えば、実施の形態１０で説明したように、アレイ状光学素子Ｋを撮像素子の撮像面Ｎｉ上に設ける場合、アレイ状光学素子Ｋおよび回折光学素子Ｍｓ’を合わせた厚さを小さくすることができ、撮像素子の高さを小さくすることができる。よって、厚さの小さい撮像装置を実現し得る。
【０２３４】
また、それぞれの光学領域の面積を絞りＳによって制限した構成や光学素子Ｌ１ｓとＬ１ｐを同一平面に配列した構成であってもよい。例えば、図３５（ａ）に示すように、第１の光学領域Ｄ１は第１の偏光軸の方向に振動する光を主に透過し、第２の光学領域Ｄ２は任意の方向に振動する光を透過し、かつ近赤外光の波長帯域の光を透過し、第３の光学領域Ｄ３は可視光帯域において任意の方向に振動する光を透過し、第４の光学領域Ｄ４は可視光帯域において任意の方向に振動する光を透過し、かつ第４の光学領域の面積は、第３の光学領域Ｄ３の面積よりも小さい。このような構成は、車載用の撮像装置として有用である。このような構成によれば、第１の光学領域Ｄ１を透過した光によって、実施の形態１で示したように濡れた道路の車線を検出しやすくなる。夜間走行時において近赤外光の投光器を用いることにより、第２の光学領域Ｄ２を透過した光によって、肉眼では検知しにくい人物、障害物、道路の状態を検知しやすくなる。また第３の光学領域Ｄ３を通過した光による画像と、第４の光学領域Ｄ４を透過した光による画像は、それぞれ露光量が異なる画像であるため、これらの画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像を生成することができる。ダイナミックレンジの広い画像では、トンネルの出口において、トンネルの内部と外部において白飛びや黒つぶれの少ない画像の取得することができる。このような構成により、１つの撮像装置であらゆる環境下において前方の状況を検知することができる。また、このような構成において、第３の光学領域Ｄ３と第４の光学領域Ｄ４の面積を同じとし、第４の領域にＮＤフィルタを入れることによってダイナミックレンジの広い画像を生成することができる。
【０２３５】
また、図３５（ｂ）のように、第４の光学領域Ｄ４を透過する光の量と、第３の光学領域Ｄ３を透過する光の量を同じにした構成としてもよい。このような構成では、第３の光学領域Ｄ３を通過した光による画像と第４の光学領域Ｄ４を透過した光による画像とを加算した画像と、第１の光学領域Ｄ１を透過した光による画像とは、それぞれ露光量が異なる画像となる。従ってこれらの画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像を生成することができる。
【０２３６】
また、図３５（ｂ）の構成よりも露光量比を大きくするため、図３５（ｃ）のように、第１の光学領域Ｄ１の面積を小さくした構成であってもよい。
【０２３７】
なお、図３５（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）における光学領域Ｄ３、およびＤ４は、透明ガラスであってもよいし、中空状態であってもよい。
【０２３８】
また、図３５（ｄ）ように、第２の光学領域を第３および第４の光学領域と同じ構成としてもよい。また、図３５（ｄ）に対して第１の光学領域Ｄ１の面積を小さくした構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２３９】
本願に開示された撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、車載カメラ、監視カメラ、肌診断カメラ、および内視鏡カメラ等の撮像装置として有用である。また、マイクロスコープや電子ミラーなどの撮像システムに応用することができる。
【符号の説明】
【０２４０】
Ａ                          撮像装置
Ｌ                          レンズ光学系
Ｌ１ｓ、Ｌ１ｐ              光学素子
Ｌ２                        レンズ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４      光学領域
Ｓ                          絞り
Ｋ                          アレイ状光学素子
Ｎ                          撮像素子
Ｎｉ                        撮像面
Ｍ１、Ｍ２、Ｍｄ            アレイ状光学素子における光学要素
Ｍｓ                        撮像素子上のマイクロレンズ
Ｐ１〜Ｐ４                  撮像素子上の画素
Ｃ                          信号処理部
【図１】
0006004235.tif 000002
【図２】
0006004235.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006004235.tif 000006
【図６】
0006004235.tif 000007
【図７】
0006004235.tif 000008
【図８】
0006004235.tif 000009
【図９】
0006004235.tif 000010
【図１０】
0006004235.tif 000011
【図１１】
0006004235.tif 000012
【図１２】
0006004235.tif 000013
【図１３】
0006004235.tif 000014
【図１４】
0006004235.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0006004235.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0006004235.tif 000019
【図１９】
0006004235.tif 000020
【図２０】
0006004235.tif 000021
【図２１】
0006004235.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
0006004235.tif 000026
【図２６】
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【図２７】
0006004235.tif 000028
【図２８】
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【図２９】
0006004235.tif 000030
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
0006004235.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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