(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記第１の偏光軸の方向とは異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第２の光学領域とを含むレンズ光学系と、
前記レンズ光学系を通過した被写体からの光が入射する、少なくとも複数の第１の画素と複数の第２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み、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アレイ状光学素子と、
前記複数の第１の画素からの信号の集合である第１の画像信号を生成し、前記複数の第２の画素からの信号の集合である第２の画像信号を生成し、前記第１の画像信号と前記第２の画像信号とに基づいて、前記被写体の表面に関する画像信号、または前記被写体の内部に関する画像信号を生成する信号処理部と、
を備える、撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子はモノクロ撮像素子である請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記レンズ光学系は、像側テレセントリック光学系である請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記レンズ光学系は、前記第１の光学領域に位置する第１の偏光部および前記第２の光学領域に位置する第２の偏光部を有する分割偏光素子を含む請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記アレイ状光学素子の前記複数の光学要素は、それぞれレンチキュラレンズである請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子において、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素はそれぞれ第１の方向に複数配列されており、前記第１の方向と直交する第２の方向において、第１の方向に配列された複数の第１の画素および第１の方向に配列された複数の第２の画素が交互に配列され、撮像面を構成している請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記レンズ光学系は、第３の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第３の光学領域と、第４の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第４の光学領域とを更に含み、
前記分割偏光素子は、前記第３の光学領域に位置する第３の偏光部および前記第４の光学領域に位置する第４の偏光部とを更に有する請求項４に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記アレイ状光学素子の前記複数の光学要素は、それぞれマイクロレンズアレイである請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の光学領域の前記第１の偏光軸および前記第２の光学領域の前記第２の偏光軸のうち、少なくとも一方の偏光軸の方向を変える偏光方向変更部をさらに備える請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記レンズ光学系は、少なくとも３つの偏光部を有する分割偏光素子を含み、前記少なくとも３つの偏光部のうち、隣接する２つは互いに異なる方向の偏光軸を有しており、
前記分割偏光素子の前記少なくとも３つの偏光部のうち、任意の隣接する２つが前記第１の光学領域および前記第２の光学領域に位置するように前記分割偏光素子を駆動する駆動機構を更に備える請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記分割偏光素子は、共通透明電極と、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域にそれぞれ位置する２つの分割透明電極と、前記共通透明電極および前記２つの分割透明電極に挟まれた液晶層と、前記２つの分割透明電極に異なる電圧を印加する制御部とを含む請求項４に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記電圧を変化させて複数回の撮影動作を行う請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記レンズ光学系は絞りを更に含み、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域は前記絞り近傍に位置している請求項１から１２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１４】
請求項７または８に記載の撮像装置と、
被写体に偏光を照射する光源と
を備える生体計測用の撮像システム。
【請求項１５】
前記撮像装置のレンズ光学系は、前記第１から第４の光学領域に配置される分割カラーフィルタをさらに含み、
前記分割カラーフィルタは、前記第１から第４の光学領域のうちの２つの光学領域において、同じ波長帯域の光を透過し、
前記２つの光学領域において、前記分割偏光素子の偏光軸の方向は互いに異なる、請求項１４に記載の生体計測用の撮像システム。
【請求項１６】
前記２つの光学領域において、前記分割偏光素子の偏光軸の方向は互いに略直交している、請求項１５に記載の生体計測用の撮像システム。
【請求項１７】
前記光源および前記撮像装置を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記光源の明滅に同期して複数の画像を取得するように前記撮像装置を制御し、
前記撮像装置は、前記複数の画像間での演算処理を行い、別の画像を生成する請求項１４から１６のいずれかに記載の生体計測用の撮像システム。
【請求項１８】
前記撮像装置で撮影した画像を表示する表示部をさらに備え、
前記撮像装置は信号処理部をさらに含み、
前記信号処理部は、前記撮影した画像の左右を反転させた画像信号を生成し、前記表示部へ出力する請求項１４から１７のいずれかに記載の生体計測用の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願はカメラ等の撮影装置に関し、特に偏光光による像を撮影する撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の表面で光が反射する場合、光の偏光特性が変化する。このため、物体からの反射光線は、物体の表面粗さ、反射率、複屈折性、反射面の向きなどの情報が反映された偏光特性を有する。偏光特性を有する光を分離して検出し、電気信号等に変換すれば、このような情報を取得することが可能となる。【０００３】
このような撮影システムは、内視鏡装置や肌診断装置などの医療・美容向けのカメラにおいて、組織表面からの反射光と組織内部からの反射光とを分離して撮影する方法として一般に用いられている。【０００４】
従来より、偏光特性を有する光を検出するために、撮像用カメラのレンズ前方に偏光板を配置し、撮影状況に応じて適宜偏光板を回転させて撮影することが行われている。しかし、この方法では、偏光板を回転させて複数回撮影するため、画像取得に時間がかかってしまう。【０００５】
そのような課題を解決するため、あらかじめ所定の方向に偏光軸を有する偏光板を撮像素子の表面に配置し、偏光特性の異なる光による画像を取得する方法が提案されている。例えば、特許文献１は、固体撮像素子の一部の画素に偏光フィルタを設けた装置を開示している。この装置によれば、偏光特性を有する光を一部の画素に入射させ、偏光特性を有する光が入射した画素から取得される画像と、その他の画素から取得される画像とを用い、画像処理を行うことによって、被写体の表面反射の影響を除いた画像を得ることができる。【０００６】
また、特許文献２は、２つのレンズからなるレンズアレイで光学系を構成し、レンズ毎にそれぞれ偏光方向の異なる光による画像を撮影することにより、路面の乾燥および湿潤の状態などを検出する撮像装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５４３３１
【特許文献２】特開２０１０−２５９１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の技術では、より簡単な構成、あるいは、一般的な構成で偏光状態の異なる光線による複数の画像を得ることが可能な撮像装置が求められていた。【０００９】
本願の、限定的ではない例示的なある実施形態は、簡単な構成、あるいは、一般的な構成で偏光状態の異なる光線による複数の画像を得ることが可能な撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、少なくとも複数の第１の画素と複数の第２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、前記レンズ光学系は、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、前記第１の偏光軸の方向とは異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第２の光学領域とを含み、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】
【００１１】
本発明の一態様にかかる撮像装置によれば、単一のレンズ光学系を用いながら、偏光状態の異なる光線による複数の画像を取得することができる。【００１２】
また、本発明の撮像装置を用いることにより、皮膚の診断など好適な生体計測用撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による撮像装置の第１の実施形態の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態における分割偏光素子の正面図である。
【図３】第１の実施形態におけるアレイ状光学素子の斜視図である。
【図４】第１の実施形態におけるアレイ状光学素子および撮像素子近傍の模式的な拡大断面図である。
【図５】第２の実施形態における分割偏光素子の正面図である。
【図６】第２の実施形態におけるアレイ状光学素子および撮像素子近傍の模式的な斜視図である。
【図７】第２の実施形態における撮像面に入射する光線を説明する図である。
【図８】第３の実施形態の構成を示す図である。
【図９】（ａ）は第３の実施形態における分割偏光素子の正面図であり、（ｂ）は分割偏光素子の他の例を示す正面図である。
【図１０】第４の実施形態の構成を示す図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、第４の実施形態における、液晶素子の断面図および正面図である。
【図１２】第５の実施形態におけるアレイ状光学素子の斜視図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、第５の実施形態における撮像素子への光線の入射を説明する図である。
【図１４】第６の実施形態に係る本発明の肌観察装置の概略構成図である。
【図１５】（ａ）は第６の実施形態のレンズ光学系の絞り近傍に配置される光学素子Ｓａの側面図であり、（ｂ−１）は分割カラーフィルタＳｃの正面図、（ｂ−２）は分割偏光素子Ｓｐの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本願発明者が特許文献１、２に開示された撮像装置を検討した結果によれば、特許文献１に開示された装置には、偏光フィルタが設けられた専用の撮像素子を用いる必要がある。このような撮像素子は市販されていないため、専用品として製造しなければならず、少量の場合には特に製造コストが高くなってしまう。また、偏光板の配置を撮影状況に応じて適宜変更することはできない。
【００１５】
特許文献２に開示された装置によれば、撮像素子上にレンズアレイとして光学系が構成される。この配置では１つ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ないため、光学設計の自由度が小さくなる。このため、画像を取得する目的としては十分な解像度の光学系を構成するのは困難である。
【００１６】
このような課題に鑑み、本願発明者は、偏光特性を有する光による像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。
【００１７】
本発明の一態様である撮像装置は、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、少なくとも複数の第１の画素と複数の第２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、前記レンズ光学系は、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、前記第１の偏光軸の方向とは異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第２の光学領域とを含み、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。
【００１８】
前記撮像素子はモノクロ撮像素子であってもよい。
【００１９】
前記レンズ光学系は、像側テレセントリック光学系であってもよい。
【００２０】
前記レンズ光学系は、前記第１の領域に位置する第１の偏光部および前記第２の領域に位置する第２の偏光部を有する分割偏光素子を含んでいてもよい。
【００２１】
前記アレイ状光学素子の前記複数の光学要素は、それぞれレンチキュラレンズであってもよい。
【００２２】
前記撮像素子において、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素はそれぞれ第１の方向に複数配列されており、前記第１の方向と直交する第２の方向において、第１の方向に配列された複数の第１の画素および第１の方向に配列された複数の第２の画素が交互に配列され、撮像面を構成していてもよい。
【００２３】
前記レンズ光学系は、第３の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第３の光学領域と、第４の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第４の光学領域とを更に含み、前記分割偏光素子は、前記第３の領域に位置する第３の偏光部および前記第４の領域に位置する第４の偏光部とを更に有していてもよい。
【００２４】
前記アレイ状光学素子の前記複数の光学要素は、それぞれマイクロレンズアレイであってもよい。
【００２５】
前記撮像装置は、前記第１の光学領域の前記第１の偏光軸および前記第２の光学領域の前記第２の偏光軸のうち、少なくとも一方の偏光軸の方向を変える偏光方向変更部をさらに備えていてもよい。
【００２６】
前記レンズ光学系は、少なくとも３つの偏光部を有する分割偏光素子を含み、前記少なくとも３つの偏光部のうち、隣接する２つは互いに異なる方向の偏光軸を有しており、前記撮像装置は、前記分割光学素子の前記少なくとも３つの偏光部のうち、任意の隣接する２つが前記第１の領域および前記第２の領域に位置するように前記分割偏光素子を駆動する駆動機構を更に備えていてもよい。
【００２７】
前記分割偏光素子は、共通透明電極と、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域にそれぞれ位置する２つの分割透明電極と、前記共通透明電極および前記２つの分割透明電極に挟まれた液晶層と、前記２つの分割透明電極に異なる電圧を印加する制御部とを含んでいてもよい。
【００２８】
前記撮像装置は、前記電圧を変化させて複数回の撮影動作を行ってもよい。
【００２９】
前記複数の第１の画素は、第１の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第１Ａの画素と、第２の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第２Ａの画素と、第３の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第３Ａの画素と、第４の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第４Ａの画素とを含み、前記複数の第２の画素は、前記第１の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第１Ｂの画素と、前記第２の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第２Ｂの画素と、前記第３の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第３Ｂの画素と、前記第４の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第４Ｂの画素とを含み、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１Ａの画素と前記複数の第３Ａの画素とに入射させ、前記第２の領域を通過した光を前記複数の第２Ｂの画素と前記複数の第４Ｂの画素とに入射させる複数の第１の光学要素と、前記第１の領域を通過した光を前記複数の第２Ａの画素と前記複数の第４Ａの画素とに入射させ、前記第２の領域を通過した光を前記複数の第１Ｂの画素と前記複数の第３Ｂの画素とに入射させる複数の第２の光学要素とを含んでいてもよい。
【００３０】
前記撮像素子の撮像面において、各第１Ａの画素、第２Ｂの画素、第３Ａの画素および第４Ｂの画素は互いに隣接しており、四角形の頂点の位置に配置されていてもよい。
【００３１】
前記第１の分光透過率特性を有するフィルタおよび前記第２の分光透過率特性を有するフィルタは、緑色波長帯域の光を透過するフィルタであり、前記第３の分光透過率特性を有するフィルタは、赤色波長帯域の光を透過するフィルタであり、前記第４の分光透過率特性を有するフィルタは、青色波長帯域の光を透過するフィルタであり、各第１Ａの画素、第２Ｂの画素、第３Ａの画素および第４Ｂの画素は、ベイヤー配列で配置されていてもよい。
【００３２】
前記複数の第１および第２の光学要素は、それぞれレンチキュラレンズであってもよい。
【００３３】
前記レンズ光学系は絞りを更に含み、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域は前記絞り近傍に位置していてもよい。
【００３４】
本発明の他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、第１の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第１の画素と、第２の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第２の画素と、第３の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第３の画素と、第４の分光透過率特性を有するフィルタを有する複数の第４の画素を含み、第１の方向に各第１の画素および第２の画素が交互に配列された第１の行と、前記第１の方向に各第３の画素および前記第４の画素が交互に第２の行とが第２の方向に交互に配列され、撮像面を構成している撮像素子と、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、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、前記第１の偏光軸の方向とは異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第２の光学領域とを含み、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域は前記第２の方向に配列されており、前記アレイ状光学素子は、前記撮像面において、隣接して前記第１の方向および前記第２の方向に配列された前記第１の画素、第２の画素、第３の画素および第４の画素を含む４つの画素ごとに前記レンズ光学系を透過した光を入射させる複数の光学要素を含み、前記複数の光学要素は、前記第２の方向に１次元に配列された複数の列を構成し、前記第１の方向に隣接する２つの列において、一方の列の各光学要素は、他方の列の対応する光学要素に対して、前記光学要素の配列周期の１／２の長さだけ前記第２の方向にシフトしている。
【００３５】
本発明の一態様に係る生体計測用の撮像システムは、上記撮像装置と、被写体に偏光を照射する光源とを備える。
【００３６】
前記撮像装置のレンズ光学系は、前記第１から第４の光学領域に配置される分割カラーフィルタをさらに含み、前記分割カラーフィルタは、前記第１から第４の光学領域のうちの２つの光学領域において、同じ波長帯域の光を透過し、前記２つの光学領域において、前記分割偏光子の偏光軸の方向は互いに異なっていてもよい。
【００３７】
前記２つの光学領域において、前記分割偏光子の偏光軸の方向は互い略直交していてもよい。
【００３８】
前記生体計測用の撮像システムは、前記光源および前記撮像装置を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記光源の明滅に同期して複数の画像を取得するように前記撮像装置を制御し、前記撮像装置は、前記複数の画像間での演算処理を行い、別の画像を生成してもよい。
【００３９】
前記生体計測用の撮像システムは、前記撮像装置で撮影した画像を表示する表示部をさらに備え、前記撮像装置は信号処理部をさらに含み、前記信号処理部は、前記撮影した画像の左右を反転させた画像信号を生成し、前記表示部へ出力してもよい。
【００４０】
以下、図面を参照しながら、本発明による撮像装置の実施形態を説明する。
【００４１】
（第１の実施態）
図１は本発明による撮像装置の第１の実施形態を示す模式図である。本実施形態の撮像装置Ａは、Ｖ０を光軸とするレンズ光学系Ｌと、レンズ光学系Ｌの焦点位置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。
【００４２】
本実施形態では、レンズ光学系Ｌは、絞りＳと絞りＳを透過した光を撮像素子上に結像する対物レンズＬ１とを含む。また、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を含む。第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２は絞りＳ近傍に位置しており、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２を合わせた領域は、光軸Ｖ０に垂直な断面において、絞りＳの口径に対応した円形を有する。第１の光学領域Ｄ１と第２の光学領域Ｄ２との境界は、例えば、光軸Ｖ０を含み、水平方向と平行な平面上に位置している。
【００４３】
レンズ光学系Ｌの第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するように構成されており、第２の光学領域Ｄ２は第１の偏光軸の方向とは異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過するように構成されている。
【００４４】
本実施形態では、レンズ光学系Ｌは、第１の光学領域Ｄ１と第２の光学領域Ｄ２に位置する分割偏光素子Ｓｐを含む。図２は分割偏光素子Ｓｐの正面図である。分割偏光素子Ｓｐはレンズ光学系Ｌの光軸Ｖ０を含み、例えば撮像装置の水平方向と平行な直線によって絞りＳの開口を２つの領域に分けられており、第１の光学領域Ｄ１に位置する第１の偏光部Ｓｐ１と第２の光学領域に位置する第２の偏光部Ｓｐ２とを有する。第１の偏光部Ｓｐ１および第２の偏光部Ｓｐ２はそれぞれ偏光板によって構成されている。偏光板として、例えば、ポリビニルアルコール(Polyvinyl Alcohol)をヨウ素で染色し延伸してフィルム化することにより製造されるいわゆるPVAヨウ素延伸フィルムを用いることができる。
【００４５】
第１の偏光部Ｓｐ１および第２の偏光部Ｓｐ２はそれぞれ第１の偏光軸および第２の偏光軸を有し、第１の偏光軸の方向とび第２の偏光軸の方向とは互いに異なっている。例えば第１の偏光軸の方向は撮像装置の垂直方向であり、第２の偏光方向は撮像装置の水平方向であってよい。
【００４６】
図１に示すように、絞りＳに入射する光のうち、光線Ｂ１は分割偏光素子Ｓｐの第１の偏光部Ｓｐ１に入射し、光線Ｂ２は分割偏光素子Ｓｐの第２の偏光部Ｓｐ２に入射する。絞りＳに入射する光が任意の方向に偏光した直線偏光光を含む場合、第１の偏光軸の方向に振動する直線偏光光のみが第１の偏光部Ｓｐ１を透過し、第２の偏光軸の方向に振動する直線偏光光のみが第２の偏光部Ｓｐ２を透過する。光線Ｂ１および光線Ｂ２は対物レンズＬ１によって、収束させられ、アレイ状光学素子Ｋに入射する。
【００４７】
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Ｍを含む。本実施の形態においては、各光学要素Ｍ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において、シリンドリカル面が水平方向に伸びるように配置され、複数の光学要素Ｍは垂直方向に配列される。これによって、複数の光学要素Ｍがレンチキュラレンズを構成している。
【００４８】
図４は図１に示したアレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎの拡大図である。レンチキュラレンズであるアレイ状光学素子Ｋの光学要素Ｍが形成された面を撮像素子Ｎ側に向けて配置されている。図１に示したとおり、アレイ状光学素子Ｋはレンズ光学系Ｌの焦点位置近傍に配置されており、撮像素子Ｎからは所定の距離だけ離れた位置に配置している。撮像素子Ｎは、撮像面Ｎｉに配列された複数の第１の画素Ｐ１および複数の第２の画素Ｐ２を含む。複数の第１の画素Ｐ１および複数の第２の画素Ｐ２はそれぞれ水平方向（第１の方向）に複数配列されており、図４に示すように、垂直方向（第２の方向）において、第１の画素Ｐ１および第２の画素Ｐ２が交互に配列されている。
【００４９】
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。
【００５０】
撮像素子Ｎは、各画素の表面を覆うように撮像面Ｎｉに設けられた複数のマイクロレンズＭｓを含んでいてもよい。アレイ状光学素子Ｋの配置位置は対物レンズＬ１の焦点を基準にして決定される。アレイ状光学素子Ｋのシリンドリカル面の垂直方向の周期は、撮像面Ｎｉに形成されている画素の２画素分に相当する周期と一致する。
【００５１】
図４に示すように、アレイ状光学素子Ｋの隣接する２つのシリンドリカル面の境界位置と撮像素子Ｎの隣接する２つのマイクロレンズＭｓの境界の位置とは水平方向において一致している。つまり、アレイ状光学素子Ｋの光学要素Ｍの１つが撮像面Ｎｉ上における２行の画素に対応するように配置されている。光学要素Ｍは、光線の入射角に応じて射出方向を振り分ける機能を有する。具体的には、第１の光学領域Ｄ１を透過した光線Ｂ１の大部分を撮像面Ｎｉ上の第１の画素Ｐ１に入射させ、第２の光学領域Ｄ２を透過した光線Ｂ２の大部分を撮像面Ｎｉ上の第２の画素Ｐ２に入射させる。これはアレイ状光学素子Ｋとして用いるレンチキュラレンズの屈折率および光学要素Ｍの曲率半径、撮像面Ｎｉからの距離などを調節することで実現することができる。
【００５２】
撮像素子Ｎは、入射光を光電変換し、画像信号Ｑ０を信号処理部Ｃへと伝送する。信号処理部Ｃは、画像信号Ｑ０から、第１の画素Ｐ１による画像信号Ｑ１と、第２の画素Ｐ２による画像信号Ｑ２とを生成する。
【００５３】
画像信号Ｑ１は、第１の光学領域Ｄ１を透過した光線により生成された画像を構成し、第２の画像信号Ｑ２は第２の光学領域Ｄ２を透過した光線により生成された画像を構成する。第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２は、それぞれ第１の偏光軸の方向および第２の偏光軸の方向に振動する光を透過するため、偏光方向が異なる２つの直線偏光光成分によってそれぞれ構成される画像を取得することができる。
【００５４】
このようにして得られた２つ画像は、単一のレンズ光学系によって一度に撮影されたものである。したがって、同じ被写体が実質的に同じ時刻に同じ角度から撮影されており、偏光状態の異なる光によって構成されていることを除けば、２つの画像に差異はない。しかし、被写体からの光線は、物体の表面粗さ、反射率、複屈折性、反射面の向きなどの情報が反映された偏光特性を有しているため、２つの画像は、物体の表面粗さ、反射率、複屈折性、反射面の向きなどの情報が一方の画像では他方の画像よりも強調されている。このため、例えば、水面での反射が抑制され、水面下の様子がよく映し出された画像を得たり、濡れた路面でもセンターラインなどがはっきり映し出された画像を得ることができる。また、種々の公知の画像処理技術によって、２つの画像信号の処理を行うことにより、物体の表面粗さ、反射率、複屈折性、反射面の向きなどの情報が反映された画像を得ることができる。
【００５５】
このように、本実施形態の撮像素子によれば、例えば、汎用の撮像素子を用いて、偏光特性の異なる光による２つの画像を一度に取得することができる。また、このような画像を絞り近傍に設ける分割偏光素子によって取得できるため、実用的な解像度を維持し、かつ、撮像装置の構成が大型化することがない。
【００５６】
なお、本実施形態のレンズ光学系Ｌ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、異なる画角で入射する光線の主光線をアレイ状光学素子に対して０度に近い角度で入射させることができる。よって、撮像素子の全域にわたって、クロストーク（第１の画素Ｐ１へ入射すべき光が第２の画素Ｐ２へ入射したり、第２の画素Ｐ２へ入射すべき光が第１の画素Ｐ１へ入射したりすること）を抑制することが可能となる。
【００５７】
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、分割偏光素子Ｓｐ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光学領域Ｄ１、Ｄ２に分割偏光素子Ｓｐ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。
【００５８】
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）、分割偏光素子Ｓｐに入射する位置に設けられている。分割偏光素子Ｓｐ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、分割偏光素子Ｓｐ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射出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。
【００５９】
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。
【００６０】
（第２の実施形態）
本発明による撮像装置の第２の実施形態を説明する。本実施形態の撮像装置は、レンズ光学系が、第１から第４の光学領域を含む点、および、アレイ状光学素子としてマイクロレンズを含む点で第１の実施形態の撮像装置と異なる。このため、主としてこれらの第１の実施形態と異なる点を説明する。
【００６１】
本実施形態では、レンズ光学系Ｌ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、第１の偏光軸の方向とは異なる第２の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第２の光学領域と、第３の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第３の光学領域と、第４の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第４の光学領域とを含む。図５は、この４つの光学領域に配置される分割偏光素子Ｓｐの一例を示している。図５では、分割偏光素子Ｓｐを物体側から見ている。分割偏光素子Ｓｐは、第１の光学領域Ｄ１、第２の光学領域Ｄ２、第３の光学領域Ｄ３、第４の光学領域Ｄ４にそれぞれ位置する第１の偏光部Ｓｐ１、第２の偏光部Ｓｐ２、第３の偏光部Ｓｐ３、第４の偏光部Ｓｐ４を含む。
【００６２】
第１の光学領域Ｄ１と第２の光学領域Ｄ２との境界、および、第３の光学領域Ｄ３と第４の光学領域Ｄ４との境界は、例えば、レンズ光学系Ｌの光軸Ｖ０を含む撮像装置の水平方向と平行な平面上に位置する。また、第１の光学領域Ｄ１と第４の光学領域Ｄ４との境界、および、第２の光学領域Ｄ２と第４の光学領域Ｄ４との境界は、例えば、レンズ光学系Ｌの光軸Ｖ０を含む撮像装置の垂直方向と平行な平面上に位置する。
【００６３】
第３の偏光軸の方向は、第１の偏光軸の方向および第２の偏光軸の方向と異なっていてもよいし、第１の偏光軸の方向または第２の偏光軸の方向と一致していてもよい。同様に、第４の偏光軸の方向は、第１の偏光軸の方向および第２の偏光軸の方向と異なっていてもよいし、第１の偏光軸の方向または第２の偏光軸の方向と一致していてもよい。つまり、第１の偏光部Ｓｐ１、第２の偏光部Ｓｐ２、第３の偏光部Ｓｐ３、第４の偏光部Ｓｐ４のうち、いずれか２つの偏光部の偏光方向が互いに異なっていればよい。また、第１から第４の偏光軸の方向が互いに異なる場合、例えば、第１から第４の偏光軸の方向は、ある１つの方向に対して、４５度、９０度および１３５度の角度をなす３つの方向であってもよい。
【００６４】
図６は、アレイ状光学素子Ｋおよび撮像素子Ｎの一部を示す切り欠き斜視図である。本実施の形態では、アレイ状光学素子Ｋの光学要素Ｍは、マイクロレンズであり、レンズ面は球面である。光学要素Ｍは垂直方向および水平方向に周期的に配置されており、マイクロレンズアレイを構成している。撮像素子Ｎはアレイ状光学素子Ｋに対向して配置され、撮像素子Ｎの撮像面Ｎｉ上の画素にはそれぞれマイクロレンズＭｓが設けられている。アレイ状光学素子Ｋの光学要素Ｍの周期は、水平方向および垂直方向のいずれにおいても、撮像素子ＮのマイクロレンズＭｓの周期の２倍である。このため、アレイ状光学素子Ｋを構成するマイクロレンズアレイの一つの光学要素Ｍに対して、撮像面Ｎｉの４つの画素が対応する。
【００６５】
図７は、撮像素子Ｎの撮像面に配列された画素と、レンズ光学系Ｌの４つの光学領域を透過した光線との関係を示している。撮像素子Ｎは、撮像面Ｎｉに配列された、複数の第１の画素Ｐ１、複数の第２の画素Ｐ２、複数の第３の画素Ｐ３、複数の第４の画素Ｐ４を含む。図７に示すように、撮像面Ｎｉにおいて、第２の画素Ｐ２と第３の画素Ｐ３とは水平方向に交互に配置され、第１の画素Ｐ１と第４の画素Ｐ４とは水平方向に交互に配置されている。第２の画素Ｐ２および第３の画素Ｐ３が配列された行と、第１の画素Ｐ１および第４の画素Ｐ４が配列された行とは、第１の画素Ｐ１が第２の画素Ｐ２に垂直方向に隣接するように、交互に配列されている。このため、第１の画素Ｐ１、第２の画素Ｐ２、第３の画素Ｐ３、第４の画素Ｐ４が行および列方向に隣接して配置され、マイクロレンズアレイの一つの光学要素Ｍに対応する。
【００６６】
第１の光学領域Ｄ１の第１の偏光部Ｓｐ１を透過した光線は、レンズ光学系Ｌによって収束し、アレイ状光学素子Ｋの光学要素Ｍによって、第１の画素Ｐ１に入射する。同様に、第２の光学領域Ｄ２の第２の偏光部Ｓｐ２を透過した光線、第３の光学領域Ｄ３の第３の偏光部Ｓｐ３を透過した光線、第４の光学領域Ｄ４の第４の偏光部Ｓｐ４を透過した光線はそれぞれ第２の画素Ｐ２、第３の画素Ｐ３、第４の画素Ｐ４に入射する。つまり、各光学領域を透過した光線は、撮像面Ｎｉ上において、水平方向および垂直方向に、１つおきに位置する同じ画素に入射する。
【００６７】
撮像素子Ｎは、入射光を画素毎に光電変換し、得られた信号を信号処理部Ｃへ出力する。信号処理部Ｃは、第１の画素Ｐ１、第２の画素Ｐ２、第３の画素Ｐ３、第４の画素Ｐ４から得られた信号をそれぞれ第１の画素Ｐ１、第２の画素Ｐ２、第３の画素Ｐ３、第４の画素Ｐ４ごとに処理し、画像信号を生成する。具体的には、複数の第１の画素Ｐ１から得られた信号を処理することによって、画像信号Ｑ１を生成する。同様に、複数の第２の画素Ｐ２、複数の第３の画素Ｐ３、複数の第４の画素Ｐ４から得られた信号を処理し、画像信号Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を生成する。
【００６８】
このようにして得られた画像信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、１つのレンズ系によって撮影された同時刻における同じシーンの画像１、画像２、画像３、画像４を構成するが、画像１、画像２、画像３、画像４は異なる偏光状態の光線によって構成されている。このため、画像１、画像２、画像３、画像４には、偏光特性の差異による物体の表面粗さ、反射率、複屈折性、反射面の向きなどの情報が反映されている。このように本実施形態によれば、一度の撮影動作で４つの異なる偏光状態の画像を撮影することが可能となる。
【００６９】
（第３の実施形態）
本発明による撮像装置の第３の実施形態を説明する。図８は、本実施形態の撮像装置を示す模式図である。本実施形態の撮像装置は、第１の光学領域の第１の偏光軸および第２の光学領域の第２の偏光軸のうち、少なくとも一方の偏光軸の方向を変える偏光方向変更部をさらに備えている点で、第１の実施形態の撮像装置と異なる。より具体的には、本実施形態では、分割偏光素子Ｓｐは、第１の光学領域の第１の偏光軸および第２の光学領域の第２の偏光軸の方向を切り替えることのできる切り替え型の分割偏光素子Ｓｐであり、偏光方向変更部として、偏光軸の方向を変えるための駆動機構Ｕおよび駆動機構Ｕの動作を制御する制御部Ｖを備えている。このため、主としてこれらの第１の実施形態と異なる点を説明する。
【００７０】
本実施形態の切り替え型の分割偏光素子Ｓｐは、少なくとも３つの偏光部を有し、隣接する２つは互いに異なる方向の偏光軸を有している。図９（ａ）は、分割偏光素子Ｓｐの一例を示している。図９に示す分割偏光素子Ｓｐは８つの扇形の第１から第８の偏光部Ｓｐ１〜Ｓｐ８を備えており、回転中心Ｓ０を中心として配置されている。第１から第８の偏光部Ｓｐ１〜Ｓｐ８の偏光軸は、例えば隣接する偏光部との境界を基準として、少なくとも隣接する偏光部間で互いに異なっている。
【００７１】
制御部Ｖからの信号に基づき、駆動機構Ｕは、分割偏光素子Ｓｐを回転中心Ｓ０を中心に回転させ、隣り合う偏光部の境界がレンズ光学系Ｌの光軸Ｖ０に重なる位置で分割偏光素子Ｓｐの回転を止める。これによって、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２に偏光軸の方向が互いに異なる２つの偏光部を配置することができる。また、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２に配置する偏光部を第１から第８の偏光部Ｓｐ１〜Ｓｐ８から選択できるため、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２の偏光軸の方向を、所定の組み合わせの中から任意に選択することがでいる。
【００７２】
このような構成によれば、被写体の撮影条件に応じて、偏光部を選択することにより、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２の偏光軸の方向を切り替えることが可能となり、より広範な撮影環境に適応した、偏光画像を撮影することが可能となる。
【００７３】
切り替え型の分割偏光素子は図９（ａ）に示す構成に限られず、種々の改変が可能である。例えば、図９（ｂ）に示すように、第１から第７の偏光部Ｓｐ１〜Ｓｐ７が１次元に配列され、駆動機構Ｕが配列方向に偏光部を移動させてもよい。また、本実施形態では、駆動機構Ｕおよび制御部Ｖは、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２の偏光軸の方向を変えることができるが、一方の偏光軸は変えなくてもよい。具体的には、本実施形態では、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２に配置される偏光部を駆動機構によって切り替えているが、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２の一方に配置される偏光部は固定されており、駆動機構が他方に配置する偏光部のみを切り替えてもよい。
【００７４】
（第４の実施形態）
本発明による撮像装置の第４の実施形態を説明する。本実施形態の撮像装置も第１の光学領域の第１の偏光軸および第２の光学領域の第２の偏光軸の偏光軸の方向を変えることができる点で、第１の実施形態の撮像装置と異なる。より具体的には、本実施形態では、分割偏光素子が液晶素子および偏光方向変更部として機能する制御部によって構成されている。このため、主としてこれらの第１の実施形態と異なる点を説明する。
【００７５】
図１０は本実施形態の撮像装置の構成図である。図１０に示す撮像装置は、分割偏光素子として、液晶素子Ｗおよび制御部Ｖを含む。
【００７６】
図１１（ａ）は液晶素子Ｗの構造を概略的に示す断面図であり、図１１（ｂ）は正面図である。液晶素子Ｗは、共通透明電極ＥＣと、液晶層ＬＣと、分割透明電極ＥＤ１、ＥＤ２と、偏光板ＰＬとを含む。
【００７７】
共通透明電極ＥＣは、配向膜Ｔ１が設けられたガラス基板Ｈ１に配置されており、基板ＳＢ１を構成している。また、分割透明電極ＥＤ１、ＥＤ２は、配向膜Ｔ２が設けられたガラス基板Ｈ２に配置されている。基板ＳＢ２の分割透明電極ＥＤ１、ＥＤ２が設けられていない面には偏光板ＰＬが配置されている。偏光板ＰＬは偏光軸を有し、偏光軸の方向に振動する光を透過する。配向膜Ｔ２の配向方向は偏光板ＰＬの偏光軸と一致している。液晶層ＬＣは、シール材Ｊによって張り合わせられた、基板ＳＢ１と基板ＳＢ２と間に保持される。
【００７８】
図１１（ｂ）に示すように、分割透明電極ＥＤ１、ＥＤ２は、境界がレンズ光学系Ｌの光軸Ｖ０を通る水水平方向と一致するように配置される。これにより、分割透明電極ＥＤ１および分割透明電極ＥＤ２がそれぞれ第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２に配置される。制御部Ｖは、共通透明電極ＥＣと分割透明電極ＥＤ１、ＥＤ２との間に電圧を印加する。
【００７９】
液晶層ＬＣは旋光性を有しており、共通透明電極ＥＣと分割透明電極ＥＤ１、ＥＤ２との間に印加される電圧に応じた旋光度を示す。例えば、電圧に応じて９０度および１８０度の旋光度を示す。したがって、分割透明電極ＥＤ１と分割透明電極ＥＤ２とに印加する電圧を異ならせると、共通透明電極ＥＣと、分割透明電極ＥＤ１とに挟まれた液晶層ＬＣと、共通透明電極ＥＣと分割透明電極ＥＤ２とに挟まれた液晶層ＬＣとは、異なる旋光度を示す。
【００８０】
液晶素子Ｗに入射した光線は、液晶層ＬＣの旋光性により偏光方向が回転し、偏光板ＰＬに入射する。この時、上述したように、旋光度つまり、偏光軸の回転角度は制御部Ｖが分割透明電極ＥＤ１、ＥＤ２に印加する電圧によって異なる。偏光板ＰＬは、液晶層ＬＣを透過した光のうち偏光板ＰＬの偏光軸と平行な直線偏光成分のみを透過する。これにより、分割透明電極ＥＤ１および分割透明電極ＥＤ２に印加された電圧によって定まる旋光度で回転し、偏光板ＰＬの偏光軸と一致する方向に振動する直線偏光の光線のみが、液晶素子Ｗを透過し、撮像素子Ｎで検出される。このため、液晶素子Ｗから射出する光線の偏光方向は、分割透明電極ＥＤ１を透過した光線と分割透明電極ＥＤ２を透過した光線とで一致しているが、液晶層ＬＣにおける旋光度が異なるため、液晶素子Ｗから射出することのできる光線の、レンズ光学系Ｌに入射する際の偏光方向は、分割透明電極ＥＤ１および分割透明電極ＥＤ２、つまり第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２とで異なる。つまり、実質的に、分割透明電極ＥＤ１と分割透明電極ＥＤ２とで、透過する直線偏光光の偏光軸の方向を異ならせ、かつ、印加電圧を調整することにより、その偏光方向を変化させることができる。
【００８１】
このように、本実施形態によれば、異なる偏光状態の光線による２つの画像を一度に取得することが可能となる。また、液晶層ＬＣの旋光度は印加する電圧によって調整できるため、撮影環境に応じて、画像を構成する光の偏光条件を変えられる。よって、より広い撮影環境に適応することが可能となる。
【００８２】
また、機械的な駆動部を用いることなく分割偏光素子の偏光軸を切り替えることが可能なため、高速で安定した切り替え動作を実現できる。よって、所定の偏光条件で撮影した後、短い時間でさらに異なる偏光条件で撮影することも可能である。例えば、生体を、３以上の異なる偏光状態で撮影したい場合、短い間隔で複数回、撮影を行うことにより、撮影回数×２の画像を取得することができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、液晶素子は２つの分割透明電極を備えていたが、第２の実施形態と同様、４つの光学領域に配置される、４つの分割透明電極を備えていてもよい。この場合には、第２の実施形態と同様、アレイ状光学素子にはマイクロレンズを用いてもよい。これによりそれぞれ４つの偏光状態の光線により構成される４つの画像を取得することができる。
【００８４】
（第５の実施形態）
本発明による撮像装置の第５の実施形態を説明する。本実施形態の撮像装置は、撮像素子がベイヤー配列でカラーフィルタが配列された画素配置を有するカラー撮像素子である点、および、アレイ状光学素子Ｋが第１の実施形態と異なる形状のレンチキュラレンズである点で第１の実施形態の撮像装置と異なる。このため、主としてこれらの第１の実施形態と異なる点を説明する。
【００８５】
ベイヤー配列のカラー撮像素子では、正方格子状に画素が配列されており、各画素のうち緑のカラーフィルタ（第１の分光透過特性および第２の分光透過特性）を有する画素が全画素の略半分の密度で斜め方向に互いに隣接して配置されている。赤および青のカラーフィルタ（第３の分光透過特性および第４の分光透過特性）を有する画素は、緑の半分の密度でそれぞれ均等に配置されている。より具体的には、緑の画素は各行および列（奇数列、偶数列および奇数行、偶数行）に存在するが、赤および青の画素は、奇数列あるいは偶数列のどちらか、および、奇数行あるいは偶数行のどちらかにしか存在しない。そのため、アレイ状光学素子Ｋが第１の実施形態と同じ構造を有している場合（レンチキュラレンズ）、第１の光学領域Ｄ１を透過した構成によって構成される画像および第２の光学領域Ｄ２を透過した光線によって構成される画像のうち、一方では青の情報が欠落し、他方では赤の情報が欠落している。
【００８６】
本実施形態では、ベイヤー配列のカラー撮像素子を用いた場合でも第１の実施形態と同様の効果を得るために、アレイ状光学素子Ｋの形状を工夫している。図１２は、本実施形態のアレイ状光学素子Ｋを像側からみた斜視図である。アレイ状光学素子Ｋは、光学要素として、水平方向（第１の方向）に延びるシリンドリカルレンズが垂直方向（第２の方向）に１次元に配列された複数の光学要素Ｍ１、Ｍ２を含む。複数の光学要素Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ垂直方向に伸びる列を構成しており、光学要素Ｍ１の列および光学要素Ｍ２の列は水平方向に交互に配置されている。水平方向に隣接する光学要素Ｍ１の列と光学要素Ｍ２の列において、一方の列の各光学要素は、他方の列の対応する光学要素に対して、垂直方向の配列周期の１／２の長さだけ垂直方向にシフトしている。
【００８７】
各光学要素Ｍ１、Ｍ２は、撮像素子の撮像面を構成しているベイヤー配列された赤、青、緑のフィルタを有する４つの画素に対応しており、対応する位置にある４つの画素にレンズ光学系Ｌを透過した光を入射させる。つまり、各光学要素Ｍ１、Ｍ２のレンズ面であるシリンドリカル面は垂直方向および水平方向において、撮像素子Ｎの画素に２画素分の周期を有する。したがって、水平方向に隣接する２つの光学要素Ｍ１の列および光学要素Ｍ２の列において、一方の列の各光学要素は、他方の列の対応する光学要素に対して、１画素分だけ垂直方向にシフトしている。
【００８８】
第１の実施形態と同様、光学要素Ｍ１、Ｍ２であるレンチキュラレンズの作用により、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２を透過した光線は、それぞれ別の画素に入射する。光学要素Ｍ１の列と光学要素Ｍ２の列とでは、光学要素の位置が垂直方向に半周期シフトしているため、第１の光学領域Ｄ１および第２の光学領域Ｄ２からの光線は２画素おきに奇数行と偶数行が入れ替わって撮像素子の画素に入射する。
【００８９】
図１３（ａ）および（ｂ）は本実施形態における撮像素子Ｎの撮像面Ｎｉに入射する光を説明する模式図である。図１３（ａ）および（ｂ）では、分かりやすさのため、第１の光学領域Ｄ１を透過した光線が導かれる画素を図１３（ａ）に示し、第２の光学領域Ｄ２を透過した光線が導かれる画素を図１３（ｂ）に示している。
【００９０】
これらの図に示すように、光学要素Ｍ１の列では、光学要素Ｍ１は、第１の光学領域Ｄ１からの光線を、緑（Ｇ１）の画素Ｐ１Ａおよび赤色（Ｒ）の画素Ｐ３Ａへ導き、第２の光学領域Ｄ２からの光線を、緑（Ｇ２）の画素Ｐ２Ｂおよび青色の画素Ｐ４Ｂへ導く。光学要素Ｍ２の列では、光学要素Ｍ２は、第１の光学領域Ｄ１からの光線を、緑（Ｇ２）の画素Ｐ２Ａおよび青色（Ｂ）の画素Ｐ４Ａへ導き、第２の光学領域Ｄ２からの光線を、緑（Ｇ１）の画素Ｐ１Ｂおよび赤色（Ｒ）の画素Ｐ３Ｂへと導く。
【００９１】
信号処理部Ｃは、撮像素子Ｎから、第１の光学領域Ｄ１からの光線が入射した画素（図１３（ａ））による信号と、第２の光学領域Ｄ２からの光線が入射した画素（図１３（ｂ））による信号とに分け、別々に処理することによって、それぞれ画像を構成する。第１の光学領域Ｄ１からの光線が入射した画素（図１３（ａ））による信号および第２の光学領域Ｄ２からの光線が入射した画素（図１３（ｂ））による信号には、それぞれ、赤、青、緑の画素からの信号が含まれるため、偏光状態の異なる光線によって構成された、カラー画像を取得することが可能となる。
【００９２】
なお、図１３（ａ）および（ｂ）から分かるように、第１の光学領域Ｄ１からの光線が入射した画素（図１３（ａ））のうち、光学要素Ｍ１のによって導かれる光線は、緑（Ｇ２）の画素Ｐ２Ａおよび青色（Ｂ）の画素Ｐ４Ａの画素へは入射しない。同様に、光学要素Ｍ２の列によって導かれる光線は、緑（Ｇ１）の画素Ｐ１Ａおよび赤色（Ｒ）の画素Ｐ３Ａの画素へは入射しない。したがって、信号処理部Ｃにおいて、第１の光学領域Ｄ１からの光線が入射した画素（図１３（ａ））による信号を処理する場合、光学要素Ｍ１の列における４つ画素のうち、欠けている画素の信号を、隣接する光学要素Ｍ２の列における画素による信号を用いて補間してもよい。同様に、第２の光学領域Ｄ２からの光線が入射した画素（図１３（ｂ））による信号を処理する場合、光学要素Ｍ１の列における４つ画素のうち、欠けている画素の信号を、隣接する光学要素Ｍ２の列における画素による信号を用いて補間してもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、撮像素子はベイヤー配列のカラー撮像素子であるが、４つの画素において、緑のフィルタを有する画素は例えば、垂直方向に隣接していてもよい。また、撮像素子は、赤、青、緑のフィルタを有する画素を含んでいるが、これらの色の替わりにこれらの色の補色のフィルタを有する画素を含んでいてもよい。また、撮像素子は、４つの画素において、例えば、赤、青、緑、白、あるいは、赤、青、緑、黄などの組み合わせのフィルタが設けられていてもよい。
【００９４】
（第６の実施形態）
本発明による撮像装置を用いた生体計測用の撮像システムの１つである肌観察装置の実施形態を説明する。図１４は本発明の第６の実施形態に係る肌観察装置の概略構成図である。本実施形態の肌観察装置は、被写体Ｏｂを照明するための光源Ｌｓと、撮像装置Ａと、撮影画像表示用の表示部Ｙと、それらを制御する制御部とを備える。
【００９５】
撮像装置Ａは、レンズ光学系が分割偏光子および分割カラーフィルタを含む光学素子Ｓａを有する点で第２の実施形態の撮像装置と異なる。図１５はレンズ光学系の絞り近傍に配置される光学素子Ｓａの構成を示す。図１５（ａ)は側面図である。光学素子Ｓａは、第２の実施形態にて説明した分割偏光素子Ｓｐと分割偏光素子Ｓｐに隣接する分割カラーフィルタＳｃを含む。図１５（ｂ−１）は分割カラーフィルタＳｃの正面図である。光軸Ｖ０を中心に４つの光学領域Ｄ１〜Ｄ４が設けられており、そのうち光学領域Ｄ１には赤色帯域の光を主に透過するフィルタが、光学領域Ｄ２には緑色帯域の光を主に透過するフィルタが、光学領域Ｄ３及びＤ４には青色帯域を主に透過するフィルタが設けられている。図１５（ｂ−２）は分割偏光素子Ｓｐの正面図である。光軸Ｖ０を中心に４つの光学領域Ｄ１〜Ｄ４が設けられており、それぞれの領域の偏光透過特性は図示せぬ制御手段により個別に調整が可能となっている。例えば、分割偏光素子Ｓｐは、光学領域Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれにおいて、偏光軸の方向等の偏光透過特性が異なる偏光子が着脱可能なように構成されている。
【００９６】
光源Ｌｓには所定の偏光方向の光を主に射出するように偏光子が配置されている。
【００９７】
肌からの反射光には、肌表面からの反射光成分と、肌内部からの散乱の影響を受けた反射光成分とが混在する。そのうち、肌表面からの反射光は光源の偏光を保持したまま反射してくるのに対し、肌内部からの散乱の影響を受けた反射光は光源の偏光方向が保たれていない。
【００９８】
皮膚を観察する場合、その特性を利用して、皮膚表面のしわや肌理を評価するには、照明光源と撮影光学系の偏光方向を合致させて観察し、皮膚の表面下のしみなどを観察する場合には照明光源と撮影光学系の偏光方向を異ならせて撮影すればよい。
【００９９】
ここで、しみを観察する場合には波長域が短いほうが好適であるため、青色の波長帯の光にて観察するのが良い。また、しわや肌理についても、青色帯の光のほうがよりよく観察できる。よって、異なる２つの偏光情報を有する青色帯の光を用いて被写体Ｏｂを撮影することが好ましい。そのため、図１５の分割偏光素子Ｓｐにおいて、分割カラーフィルタＳｃの青色帯域の光を主に透過する光学領域Ｄ３の領域に対応する、分割偏光素子Ｓｐの光学領域Ｄ３は、光源Ｌｓが主に射出する偏光の偏光軸と略平行の偏光軸を有する偏光を主として透過する偏光特性を有する。また、同様に青色帯域の光を主に透過する光学領域Ｄ４の領域に対応する、分割偏光素子Ｓｐの光学領域Ｄ４は、光源Ｌｓが主に射出する偏光の偏光軸と略垂直の偏光軸を有する偏光を主として透過する偏光特性を有する。一方、分割カラーフィルタＳｃの緑色帯及び赤色帯の光を主に透過する光学領域Ｄ１及びＤ２の領域に対応する、分割偏光素子Ｓｐの光学領域Ｄ１及びＤ２は、いずれも光源Ｌｓが主に射出する偏光の偏光軸に対して４５度の方向に傾いた偏光軸を有する偏光を主として透過する偏光特性を有する。
【０１００】
これにより、分割偏光素子Ｓｐの光学領域Ｄ３を透過した光から、肌のしわや肌理が観察しやすい画像を得ることができる。また、分割偏光素子Ｓｐの光学領域Ｄ４を透過した光から、肌のしみがより観察しやすい画像を得ることができる。
【０１０１】
また、分割偏光素子Ｓｐの光学領域Ｄ１及びＤ２を透過した光から肌表面での反射光成分と肌内部の散乱の影響を受けた反射光成分の双方を取得できる。
【０１０２】
ただし、光学領域Ｄ１及びＤ２の偏光特性は、必ずしも光源Ｌｓから出射偏光の偏光軸に対して４５度である必要はない。観察する部位に対する光の当たり方などにより、光学領域Ｄ１及びＤ２の偏光軸の方向を適宜調整してもよい。例えば、一般の撮影状況においては、肌診断装置の光源だけでなく、室内光や日光などの環境光が存在するため、撮影光学系側の偏光軸の方向を適宜調整することで、環境光の直接反射などを低減するなど、より好適な撮影条件に調節することができる。
【０１０３】
光学領域Ｄ１及びＤ２を透過した緑色帯及び赤色帯の光による画像と、光学領域Ｄ３およびＤ４を透過した青色帯の光による２つの画像とを合成することにより、肌のカラー観察画像を得ることができる。画像の合成は撮像装置Ａの信号処理部Ｃで行われる（図１）。
【０１０４】
撮像装置Ａで撮影された画像は、信号処理部Ｃにおいて、適切な画像処理が施された後に、表示部Ｙ上に表示される。このとき、信号処理部Ｃにおいて、画像の左右を反転させる左右反転処理を行っておくことにより、表示部Ｙに、被写体Ｏｂの左右が反転した鏡像が表示される。このような表示によって、被写体となる者が自分で肌の観察を行う場合、表示部が鏡として機能する。よって、本実施形態の肌観察装置を、しみやしわなどを効果的に表示できる電子的な鏡として用いることができる。鏡と同様の表示を行うことは、化粧やスキンケアにおいて直感的にしみやしわの箇所を認識できるため好ましい。
【０１０５】
以上述べたように、本実施の形態の構成により、肌のしみとしわや肌理の双方を効率よく観察するとともに、カラーの肌画像を同時に取得できる肌観察装置を実現できる。
【０１０６】
本実施形態の撮像装置は、分割偏光素子Ｓｐの各光学領域Ｄ１からＤ４の偏光軸の方向を適宜調整することが可能なため、環境光の影響を勘案して、光源Ｌｓの配置を適宜行い、それにあわせて分割偏光素子Ｓｐの偏光方向を設定して撮影することができる。よって、環境光の影響をより低減した撮影が可能となる。
【０１０７】
また、環境光の影響が大きい撮影環境下においては、制御部によって、光源Ｌｓの明滅動作と同期して撮影を行うことで環境光の影響を低減することが可能である。例えば、光源Ｌｓを点灯させた状態で取得した画像と、光源Ｌｓを消灯した状態で取得した画像の差分演算を行い、差分画像を用いてしみやしわの評価を行えばよい。
【０１０８】
なお、本実施の形態では分割分光素子Ｓｃの光学領域Ｄ１からＤ４のうち、光学領域Ｄ３およびＤ４は青色帯の光を透過するが、２つの光学領域を透過する波長帯域は青色帯に限られない。例えば、２つの光学領域が緑色帯の光を透過し、残りの２つの光学領域が青色帯および赤色帯の光を透過してもよい。光源Ｌｓのスペクトル分布や、受光素子の分光感度を勘案した場合、青色帯よりも緑色帯の光のほうがのほうが、しみの観察およびしわや肌理の観察等に有利な場合などには、このような構成を採用してもよい。
【０１０９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態において、レンズ光学系Ｌは単レンズとして説明しているが、レンズ光学系は複数枚のレンズから構成される組レンズを含んでいてもよい。組レンズを用いることにより、光学設計の自由度が高まるため、高解像度の画像を取得できるという利点がある。
【０１１０】
また、アレイ状光学素子が良好に光線分離を行うために、レンズ光学系は像側にテレセントリック性を有してもよい。しかし、レンズ光学系が像側にテレセントリック性を有さない場合にも、撮像素子前面に配置したレンチキュラレンズやマイクロレンズアレイなどのアレイ状光学素子の周期を、レンズ光学系の軸外主光線射出角に応じて適宜調節することで、良好な光線分離効果を発揮させることが可能である。
【０１１１】
また、本実施形態では、撮像装置は、信号処理部Ｃを備えているが、本発明の撮像装置はこれを備えていなくてもよい。この場合、撮像素子からの出力信号をパーソナルコンピューターなどの外部機器に送信し、外部機器側で信号処理部Ｃにて行う演算を行ってもよい。即ち、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実現してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本願に開示された撮像装置は、製品検査用のカメラ、監視カメラ、情報端末やロボット等の画像入力用カメラ、など産業用カメラとして有用である。また、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に用いる撮像装置としても用いることは可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
Ａ                          撮像装置
Ｌ                          レンズ光学系
Ｌ１                        対物レンズ
Ｌｓ                        光源
Ｖ０                        レンズ光学系Ｌの光軸
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４      光学領域
Ｓ                          絞り
Ｓｐ                        分割偏光素子
Ｋ                          アレイ状光学素子
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２                          光学要素
Ｎ                          撮像素子
Ｎｉ                        撮像面
Ｍｓ                        マイクロレンズ
Ｏｂ                        被写体
Ｐ１〜Ｐ４                  画素
Ｃ                          信号処理部
Ｖ                          制御部
Ｕ                          駆動機構
Ｗ                          液晶素子
ＥＣ                        共通透明電極
ＥＤ１、ＥＤ２              分割透明電極
ＬＣ                        液晶層
ＰＬ                        偏光板
ＳＢ１、ＳＢ２              基板
Ｈ１、Ｈ２                  ガラス基板
Ｊ                          シール材
Ｔ１、Ｔ２                  配向膜
Ｐ１Ａ〜Ｐ４Ａ              画素
Ｐ１Ｂ〜Ｐ４ＡＢ            画素
Ｙ                          表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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