(57)【要約】【課題】  薄型、小型で、且つ生産性がよい複眼式の撮像装置を提供する。【解決手段】  撮像装置は、単レンズ、特定の波長帯域の光のみを選択的に透過させるカラーフィルタ、及び、前記単レンズ及び前記カラーフィルタを通過した光束により形成された被写体像を撮像する撮像領域を含む複数の撮像ユニットと、前記複数の撮像ユニット間において前記被写体像を分離する遮蔽構造とを備える。複数の撮像ユニットのそれぞれの撮像領域から得られた複数の画像を合成してカラー画像を得る。前記複数の撮像ユニットのそれぞれの前記単レンズは全て同一形状である。【選択図】  図１
2006246193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単レンズ、特定の波長帯域の光のみを選択的に透過させるカラーフィルタ、及び、前記単レンズ及び前記カラーフィルタを通過した光により形成された被写体像を撮像する撮像領域を含む複数の撮像ユニットと、前記複数の撮像ユニット間において前記被写体像を分離する遮蔽構造とを備え、
前記複数の撮像ユニットのそれぞれの前記撮像領域から得られた複数の画像を合成してカラー画像を得る撮像装置であって、
前記複数の撮像ユニットのそれぞれの前記単レンズは全て同一形状であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記複数の撮像ユニットのうちの一つの撮像ユニットの前記カラーフィルタは赤色波長帯域の光を透過し、他の一つの撮像ユニットの前記カラーフィルタは緑色波長帯域の光を透過し、他の一つの撮像ユニットの前記カラーフィルタは青色波長帯域の光を透過し、
前記複数の撮像ユニットのそれぞれの前記撮像領域から得られた複数の画像を倍率補正した後に合成する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記カラーフィルタはいずれも板状であり、その厚みが、赤色波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、緑色波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、青色波長帯域の光を透過するカラーフィルタの順に薄い請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記カラーフィルタはいずれもカバーガラス上に積層されており、前記カバーガラスと前記カラーフィルタとの合計厚みが、赤色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニット、緑色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニット、青色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニットの順に薄い請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記単レンズと前記撮像領域との間の距離が、赤色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニット、緑色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニット、青色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニットの順に短い請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数の撮像ユニットのカラーフィルタが、前記遮蔽構造を介して隣接している請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタはいずれも共通するカバーガラス上に積層されている請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記カバーガラスが感光性ガラスからなり、部分的に紫外線を照射することにより形成された遮光部を備える請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記遮蔽構造が、光を遮断する隔壁と、被写体から前記撮像領域に入射する光の光路上に配置された、屈折率が１．４以下の透明体とを有する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記透明体が空気である請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記透明体が、ナノサイズの空孔の集合体を内部に含有する極めて低密度なナノ多孔体からなる請求項９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄型、小型、高精細な画像が得られる複眼方式の撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ系を介して被写体像を固体撮像素子上に結像して画像化する撮像装置はデジタルスチルカメラや携帯電話用カメラなどに広く用いられている。近年、撮像装置には高画素化と低背化の両立が求められている。一般に画素数の増大とともにレンズ系に高解像性が要求されるために、撮像装置の光軸方向の厚みが大きくなる傾向がある。これに対して、固体撮像素子の画素ピッチを小さくして同一画素数でも撮像素子のサイズを小さくすることによってレンズ系のスケールダウンを可能にし、高画素化と低背化とが両立された撮像装置を実現する試みが取り組まれている。
【０００３】
しかしながら、固体撮像素子の感度と飽和出力とは画素サイズに比例するために、画素ピッチの縮小化については限界がある。
【０００４】
撮像装置としては、光軸に沿って１又は２以上のレンズが配置された１つのレンズ系と、この光軸上に配置された１つの固体撮像素子とからなる、いわゆる単眼式が一般的である。これに対して、近年、撮像装置の薄型化を図るために、同一平面上に配置された複数のレンズ系と、この複数のレンズ系に一対一に対応して同一平面上に配置された複数の撮像領域とからなる撮像装置が提案されている。この撮像装置は、対をなす１つのレンズ系と１つの撮像領域とを含む撮像ユニットを複数備えることから複眼式と呼ばれている。
【０００５】
このような複眼式の撮像装置の一例が特許文献１に記載されており、これを図２１を用いて説明する。
【０００６】
図２１は撮像装置の主要部のみを抽出して図示している。３つのレンズ２１１ａ，２１１ｂ、２１１ｃを有するレンズアレイ２１２と、固体撮像素子２１４とが対向して配置されている。レンズアレイ２１２の被写体側の面には、３つのレンズ２１１ａ，２１１ｂ、２１１ｃにそれぞれ対向する位置に緑色光のみを透過する緑フィルタ２１３ａ、赤色光のみを透過する赤フィルタ２１３ｂ、青色光のみを透過する青フィルタ２１３ｃがそれぞれ設けられている。固体撮像素子２１４のレンズアレイ２１２側の面にも、３つのレンズ２１１ａ，２１１ｂ、２１１ｃにそれぞれ対向する位置に緑色光のみを透過する緑フィルタ２１５ａ、赤色光のみを透過する赤フィルタ２１５ｂ、青色光のみを透過する青フィルタ２１５ｃがそれぞれ設けられている。これにより、緑フィルタ２１３ａと、レンズ２１１ａと、緑フィルタ２１５ａと、固体撮像素子１１４の緑フィルタ２１５ａが設けられた撮像領域とが、緑色光についての撮像ユニットを構成する。同様に、赤フィルタ２１３ｂと、レンズ２１１ｂと、赤フィルタ２１５ｂと、固体撮像素子２１４の赤フィルタ２１５ｂが設けられた撮像領域とが、赤色光についての撮像ユニットを構成し、青フィルタ２１３ｃと、レンズ２１１ｃと、青フィルタ２１５ｃと、固体撮像素子２１４の青フィルタ２１５ｃが設けられた撮像領域とが、青色光についての撮像ユニットを構成する。３つの撮像ユニットからの信号を演算して、それぞれの被写体像を合成することにより、カラー画像が得られる。
【０００７】
緑色用レンズ２１１ａの緑色光波長に対する焦点距離、赤色用レンズ２１１ｂの赤色光波長に対する焦点距離、青色用レンズ２１１ｃの青色光波長に対する焦点距離を互いに一致させ、かつ各レンズの頂点高さをわずかに調整することにより、３つの撮像ユニットの像倍率を一定にして、各撮像ユニットで得られる被写体像の解像度を確保している。これにより、３つの被写体像を合成してカラー画像を得る際の処理時間を短縮できると記載されている。
【特許文献１】特許第３３９７７５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の撮像装置では、緑色用レンズ２１１ａの緑色光波長に対する焦点距離、赤色用レンズ２１１ｂの赤色光波長に対する焦点距離、青色用レンズ２１１ｃの青色光波長に対する焦点距離を互いに一致させるためには、３つのレンズ形状を互いに異ならせる必要がある。しかも、各レンズの頂点高さを互いにわずかに異なるように微調整する必要がある。
【０００９】
一般に、レンズを高精度で安価に製造する方法として金型を用いた射出成形やモールドプレスが用いられる。レンズ成形には所定のプロセス時間が必要であり、何台〜何十台ものレンズ成形装置を同時に稼動することによって大量生産が可能となる。そのためには同じ金型が複数必要である。
【００１０】
ところが、形状が互いに異なる複数のレンズが一体化されたレンズアレイ用の金型を同一形状で複数製造することは容易でない。従って、上記のレンズアレイ２１２は量産に不向きである。一方、形状が全て同一である複数のレンズが一体化されたレンズアレイ用金型であれば、単一のレンズ用金型を適宜配列することにより複数のレンズアレイ用金型を得ることは比較的容易である。
【００１１】
本発明は上記の従来の複眼式の撮像装置の課題を解決し、薄型、小型で、且つ生産性がよい複眼式の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】
【００１２】
本発明の撮像装置は、単レンズ、特定の波長帯域の光のみを選択的に透過させるカラーフィルタ、及び、前記単レンズ及び前記カラーフィルタを通過した光により形成された被写体像を撮像する撮像領域を含む複数の撮像ユニットと、前記複数の撮像ユニット間において前記被写体像を分離する遮蔽構造とを備え、前記複数の撮像ユニットのそれぞれの前記撮像領域から得られた複数の画像を合成してカラー画像を得る撮像装置であって、前記複数の撮像ユニットのそれぞれの前記単レンズは全て同一形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の撮像ユニットにそれぞれ用いられるレンズはすべて同一形状であるため、金型を複数得ることが容易であり、その結果、製造が容易で大量生産が可能となる。これにより、薄型、小型でありながら、生産性が高く、経済性に優れた撮像装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記の本発明の撮像装置において、前記複数の撮像ユニットのうちの一つの撮像ユニットの前記カラーフィルタは赤色波長帯域の光を透過し、他の一つの撮像ユニットの前記カラーフィルタは緑色波長帯域の光を透過し、他の一つの撮像ユニットの前記カラーフィルタは青色波長帯域の光を透過することが好ましい。これにより、光の３原色を用いてカラー画像を得るため、被写体の色を高い再現性で画像化できる。
【００１５】
そして、前記複数の撮像ユニットのそれぞれの前記撮像領域から得られた複数の画像を倍率補正した後に合成することが好ましい。合成の前に各色の像の大きさが揃えられるので、高精細のカラー画像を得ることができる。
【００１６】
前記カラーフィルタはいずれも板状であり、その厚みが、赤色波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、緑色波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、青色波長帯域の光を透過するカラーフィルタの順に薄いことが好ましい。あるいは、前記カラーフィルタはいずれもカバーガラス上に積層されており、前記カバーガラスと前記カラーフィルタとの合計厚みが、赤色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニット、緑色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニット、青色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニットの順に薄いことが好ましい。これにより、赤色、緑色、青色の各色の像の解像度が同等で且つ良好となるため、高解像度のカラー画像を得ることができる。
【００１７】
あるいは、前記単レンズと前記撮像領域との間の距離が、赤色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニット、緑色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニット、青色波長帯域の光を透過するカラーフィルタを備えた撮像ユニットの順に短いことが好ましい。これにより、赤色、緑色、青色の各色の像の解像度が同等で且つ良好となるため、高解像度のカラー画像を得ることができる。
【００１８】
前記複数の撮像ユニットのカラーフィルタが、前記遮蔽構造を介して隣接していることが好ましい。これによりカラーフィルタの側面を通過して、このカラーフィルタと対応しない撮像領域に入射する光を遮断することができる。
【００１９】
前記カラーフィルタはいずれも共通するカバーガラス上に積層されていることが好ましい。これにより、カラーフィルタと撮像領域との位置合わせが容易となる。
【００２０】
前記カバーガラスが感光性ガラスからなり、部分的に紫外線を照射することにより形成された遮光部を備えることが好ましい。これにより、カバーガラスの内部を通って別の撮像ユニットに入射する光を遮断することができる。
【００２１】
前記遮蔽構造が、光を遮断する隔壁と、被写体から前記撮像領域に入射する光の光路上に配置された、屈折率が１．４以下の透明体とを有することが好ましい。これにより、撮像ユニット間での光の出入りを防止する遮蔽構造を容易に構成することができる。
【００２２】
前記透明体が空気であることが好ましい。あるいは、前記透明体が、ナノサイズの空孔の集合体を内部に含有する極めて低密度なナノ多孔体からなることが好ましい。いずれの透明体も、屈折率が低く、且つ散乱による光損失がほとんどないため、撮像装置の光学長（単レンズの被写体側の光軸上頂点と撮像領域までの長さ）を光のロスなく短くできるので、撮像装置を薄型化できる。
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る撮像装置の概略構成を示した分解斜視図、図２は図１に示した光軸１３ｂ、１３ｃを含む面での断面図である。
【００２５】
図１において、４つのレンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは互いに独立した同一形状の単レンズであり、同一平面上に配置されてレンズアレイ１２を構成している。４つのレンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは４つのレンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが配置された前記平面の法線と平行である。単レンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄとしては、例えば非球面レンズ等を用いることができる。ここで、図１に示すように、光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと平行な方向をＺ軸、Ｚ軸に垂直な一方向をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な方向をＹ軸とする。レンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、ＸＹ平面上において、Ｘ軸に平行な直線及びＹ軸に平行な直線により形成される格子点上に配置される。
【００２６】
レンズアレイ１２に対して被写体とは反対側に、遮光スペーサー１４が設けられている。遮光スペーサー１４は、光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄをそれぞれ中心とする開口（貫通孔）１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを備える。開口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ内は空洞、即ち空気層であり、各開口の内壁面には光の反射防止処理がされている。具体的には、表面での反射を抑制するように、黒塗りをし、表面を荒らすなどによるつや消し処理が施されている。これにより、内壁面で反射した迷光が固体撮像素子に入射することを避けることができる。
【００２７】
遮光スペーサー１４に対して被写体とは反対側に、カラーフィルター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが配置されている。カラーフィルター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、それぞれ光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが通過する位置に、ＸＹ平面と平行な平行平板であるカバーガラス１６上に設けられている。
【００２８】
各カラーフィルタは光の３原色である赤、青、緑のいずれかの波長帯域の光のみを選択的に透過する。具体的には、カラーフィルタ１７ａ，１７ｄは緑色光のみを透過し、カラーフィルタ１７ｂは赤色光のみを透過し、カラーフィルタ１７ｃは青色光のみを透過する。
【００２９】
各カラーフィルタの、隣のカラーフィルタに対向する側面には、光を遮断する遮光部１８が形成されている。遮光部１８としては、光を吸収する金属、樹脂、ペースト等の材料などが適用できる。これにより、各カラーフィルタの側面を通って、このカラーフィルターに対応しない撮像領域に光が入射するのを防止できる。
【００３０】
カバーガラス１６は銀などを含有した感光性ガラスからなる。事前に部分的に紫外線を照射させて黒化させることで、カラーフィルター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが搭載されない領域に遮光部３１が形成されている。遮光部３１はカバーガラス１６のＺ軸方向の両面間に亘って形成されている。カバーガラス１６の遮光部３１が形成されていない部分は無色透明である。遮光部３１により、カバーガラス１６内にて、撮像ユニット間で光の出入りが生じるのを防止できる。
【００３１】
カラーフィルター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに対して被写体とは反対側に、撮像素子ホルダー１９が設けられている。撮像素子ホルダー１９は、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）を含む基板１１１と、この上に搭載された４つの固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄとを含む。固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの撮像領域（実際に被写体像が結像する領域）はＸＹ平面と平行な同一平面上に配置されている。光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、４つの撮像領域の中心（本実施の形態では、矩形状の撮像領域の対角中心）をそれぞれほぼ通過する。即ち、４つのレンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、４つの４つの撮像領域とは、Ｘ軸方向配列ピッチ及びＹ軸方向配列ピッチがほぼ同一である。固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは白黒のセンシングを行い、内部にカラーフィルタは有しない。
【００３２】
撮像素子ホルダー１９上に矩形枠状のスペーサ２０が設置され、スペーサ２０上にカバーガラス１６が搭載されている。固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの撮像領域は、ゴミなどの異物が付着しないように、スペーサ２０、カバーガラス１６、及び撮像素子ホルダー１９により密閉されている。
【００３３】
以上のように、本実施の形態の撮像装置では、４つの光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ上に、単レンズ、カラーフィルタ、及び撮像領域をそれぞれ含む４つの撮像ユニットがそれぞれ配置されている。各撮像ユニットで、赤、緑、青のいずれかの色についての被写体像が撮像される。
【００３４】
本実施の形態では、４つの撮像領域が別個の４つの固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ上にそれぞれ形成されているが、共通する単一の固体撮像素子を用い、その撮像領域を光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄがそれぞれ通過する４つの領域に分割することにより、４つの撮像領域を形成しても良い。
【００３５】
図３は図１におけるカラーフィルター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの部分のみを拡大した斜視図である。図３においては、各カラーフィルタの側面の遮光部１８の図示を省略している。
【００３６】
カラーフィルター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、ガラス基板に誘電体材料からなる多層ダイクロイック膜などを形成したものである。ガラス基板の厚みは、透過する色ごとに異なっている。具体的には、ガラス基板の厚みは、赤色の光を透過するカラーフィルタ１７ｂが最も厚く、青色の光を透過するカラーフィルタ１７ｃは最も薄く、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａ，１７ｄはこれらの間の厚みである。カラーフィルタ１７ａとカラーフィルタ１７ｄとは、ガラス基板の厚みは同じである。ガラス基板の厚みをこのように異ならせている理由は以下の通りである。
【００３７】
単レンズ及びカラーフィルタを通過した光束により撮像領域上に被写体像を形成する光学系では、単レンズの材料及びカラーフィルタの基板材料の各屈折率が波長により異なる、いわゆる屈折率分散を考慮する必要がある。材料の屈折率は、赤、緑、青の順に大きくなる。本実施の形態のように、４つの撮像ユニットのそれぞれが赤、緑、青のいずれかの色についての被写体像を形成する場合において、全ての撮像ユニットで同じ形状の単レンズを用いると、その結像位置は、赤、緑、青の順にＺ方向にずれてしまう。よって、全ての撮像ユニットの撮像領域が同一平面上に配置されていると、色ごとに解像度に差が生じてしまう。
【００３８】
これに対して、カラーフィルター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄのガラス基板の厚みを色ごとに変えることにより、４つのレンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが同一形状であっても、緑、赤、青の色の違いによるＺ方向の焦点位置ずれを無くすことができる。従って、色による解像度の差が生じない。よって、４つの撮像ユニットでそれぞれ得られた画像を合成して得たカラー画像の劣化を防止できる。なお、画像の合成方法については後述する。ガラス基板の色ごとの厚みの違いに比べて、多層ダイクロイック膜そのものの厚みは数μｍと薄いため、多層ダイクロイック膜の色ごとの厚みの違いは無視できる。
【００３９】
図４は、本実施の形態の別の撮像装置の断面図である。図１及び図２に示した撮像装置の遮光スペーサ１４と、カラーフィルタの側面に設けた遮光部１８と、カバーガラス１６内の遮光部３１とからなる遮蔽構造に代えて、図４の撮像装置では、カバーガラス１６と一体化された遮光壁４１を用いている。
【００４０】
遮光壁４１の形成方法を図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を用いて説明する。
【００４１】
図５（Ａ）に示すように、銀を含有した感光性ガラス５１の外表面に紫外線を遮光する塗料５２を塗布し、遮光壁を形成しようとする部分５３では、パターニングにより塗料５２を取り除く。
【００４２】
この感光性ガラス５１に紫外線を照射した後、塗料５２を除去すると、図５（Ｂ）に示すように、感光性ガラス５１のうち紫外線が直接照射された部分に銀が析出し、黒化して遮光部５４が形成される。遮光部５４はガラス５１の内部にも形成される。
【００４３】
最後に、図５（Ｃ）に示すように、ガラス５１に機械加工やエッチングによる除去加工を施してカラーフィルタを配置する領域５５ａ〜５５ｄと遮光壁４１とを形成する。
【００４４】
領域５５ａ，５５ｄには緑色の光を透過するカラーフィルタが配置され、領域５５ｂには赤色の光を透過するカラーフィルタが配置され、領域５５ｃには青色の光を透過するカラーフィルタが配置される。これらの領域５５ａ〜５５ｄの高さを同じにすることで、４つの撮像ユニットにおけるカバーガラス１６の厚みは同じになる。このような方法により、カバーガラス１６の内部に遮光部を容易に形成できる。また、図４に示すように遮光壁４１をレンズアレイ１２の近傍にまで配置できる。これにより、レンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを互いに近づける、すなわち各レンズの光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ間の距離を小さくしても、別の撮像ユニットに光が漏れ出すことを防ぐことが容易となる。これにより、ＸＹ面内での寸法が小さなコンパクトな撮像装置を得ることができる。
【００４５】
本実施の形態の撮像装置では、単レンズ１１ａ、１１ｄに入射した被写体からの光のうち、緑色の光のみが固体撮像素子１１０ａ，１１０ｄにそれぞれ入射する。また、単レンズ１１ｂに入射した被写体からの光のうち、赤色の光のみが固体撮像素子１１０ｂに入射する。また、単レンズ１１ｃに入射した被写体からの光のうち、青色の光のみが固体撮像素子１１０ｃに入射する。このように被写体からの光は緑色波長帯域光、赤色波長帯域光、青色波長帯域光に分離されて固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄで撮影される。これら４つの固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄで撮影された４個の画像を合成してカラー画像を得る。これらの合成はデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）により行う。
【００４６】
被写体に対する４つのレンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの相対位置が異なるために、４つの固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄで撮影された４個の画像間には視差に基づくズレが生じる。図１のように対角の象限に配置された緑色の光を受ける固体撮像素子１１０ａ、１１０ｄが撮像した２つの緑色画像が一致するように合成すれば、両者間の視差（ズレ）のＸ方向成分及びＹ方向成分を求めることができ、これより、Ｘ方向及びＹ方向における画像の合成規則を導き出すことができる。この２方向の合成規則を適用して、赤色の光を受ける固体撮像素子１１０ｂが撮像した赤色画像及び青色の光を受ける固体撮像素子１１０ｃが撮像した青色画像を、上記緑色画像に合成することで、カラー画像を得ることができる。ここで視差に基づく画像ズレを補正するために２つの緑色画像を用いているのは、人間の眼に感じやすい緑色の光信号を多くすることによって鮮明な画像を得ることができるためである。
【００４７】
以下、本実施の形態の撮像装置について、具体的な数値を用いた一実施例を示す。
【００４８】
図１における固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄとして、各々３０万個程度の画素（受光部）を有し、矩形状の撮像領域の対角線長さＴが約２．２ｍｍの固体撮像素子を用いた。各レンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは同一形状であり、レンズ直径を２ｍｍ、レンズの厚みを１．６２ｍｍとした。収差を減らし、高解像度を得るために、レンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの両面は非球面形状とした。レンズ材料として、屈折率１．５２、アッベ数５６のシクロオレフィンポリマーを用いた。カバーガラス１６の厚みを０．５ｍｍとし、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａ，１７ｄの厚みを０．５ｍｍとした。カバーガラス１６と各カラーフィルタのガラス基板として、屈折率１．５２、アッベ数６４のガラスを用いた。
【００４９】
緑色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）、すなわち、単レンズ１１ａ、遮光スペーサー１４の開口１５ａ、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａ、カバーガラス１６を経て固体撮像素子１１０ａに結像する光学系について撮像特性を評価した。図６はこの光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。
【００５０】
図６の各線は結像エリアの代表的な位置での特性を示しており、実線６１は軸上でのＭＴＦを、一点鎖線６２は結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線６３は像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。図６ではグラフを見やすくするために軸上と最外部の特性しか示していないが、その間の像高に対する特性は、タンジェンシャル方向の特性は実線６１と一点鎖線６２との間に、またサジタル方向の特性は実線６１と破線６３との間にそれぞれ存在する。固体撮像素子１１０ａの対角線長さが２．２ｍｍであるため、像高１．１ｍｍは固体撮像素子１１０ａの撮像領域の四隅を意味する。従って、図６は撮像領域の全地点での特性を実質的に示している。
【００５１】
図６より、０〜６０ｌｐ／ｍｍのどの空間周波数においても軸上から像高１．１ｍｍの範囲で３０％以上のＭＴＦが得られており、撮像装置として十分な実用特性を備えていた。
【００５２】
次に、赤色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）、すなわち、単レンズ１１ｂ、遮光スペーサー１４の開口１５ｂ、赤色の光を透過するカラーフィルタ１７ｂ、カバーガラス１６を経て固体撮像素子１１０ｂに結像する光学系について撮像特性を評価した。
【００５３】
まず、赤色の光を透過するカラーフィルタ１７ｂの厚みを、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａの厚みと同じにした場合の光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を図７（Ａ）に示す。図６と同様に、実線７１ａは軸上でのＭＴＦを、一点鎖線７２ａは結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線７３ａは像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。図７（Ａ）では、図６と同様に、軸上と最外部の特性しか示していないが、その間の像高に対する特性は、タンジェンシャル方向の特性は実線７１ａと一点鎖線７２ａとの間に、またサジタル方向の特性は実線７１ａと破線７３ａとの間にそれぞれ存在する。固体撮像素子１１０ｂの対角線長さが２．２ｍｍであるため、像高１．１ｍｍは固体撮像素子１１０ｂの撮像領域の四隅を意味する。従って、図７（Ａ）は撮像領域の全地点での特性を実質的に示している。
【００５４】
図６と図７（Ａ）とを比較すると、軸上のＭＴＦに関しては、図７（Ａ）（実線７１ａ）は図６（実線６１）より高いが、像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向及びサジタル方向のＭＴＦに関しては、図７（Ａ）（一点鎖線７２ａ，破線７３ａ）は図６（一点鎖線６２、破線６３）に比べて著しく低下している。
【００５５】
これにより、この赤色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）は、光軸付近ではシャープな像が得られるが、光軸から離れるにつれ画像が大きく劣化し、実用に耐えない。このような色による撮像特性の違い、すなわち色収差は、最終的に得られるカラー画像において問題となる。
【００５６】
一方、単レンズ１１ｂ、遮光スペーサー１４の開口１５ｂ、赤色の光を透過するカラーフィルタ１７ｂ、カバーガラス１６を経て固体撮像素子１１０ｂに結像する赤色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）において、赤色の光を透過するカラーフィルタ１７ｂの厚みを、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａの厚みである０．５ｍｍよりも４４μｍ厚くして５４４μｍとする以外は、上記の光学系と同じにした場合のＭＴＦの空間周波数依存性を図７（Ｂ）に示す。図６と同様に、実線７１ｂは軸上でのＭＴＦを、一点鎖線７２ｂは結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線７３ｂは像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。
【００５７】
図６と図７（Ｂ）とを比較すると、軸上のＭＴＦに関しては図７（Ｂ）（実線７１ｂ）は図６（実線６１）とほぼ等しく、像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向及びサジタル方向のＭＴＦに関しても、図７（Ｂ）（一点鎖線７２ｂ、破線７３ｂ）は図６（一点鎖線６２、破線６３）とほぼ等しい。
【００５８】
これにより、赤色の光を透過するカラーフィルタ１７ｂの厚みを緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａ，１７ｄの厚みよりも４４μｍ厚くすることによって、赤色の光を取り込む光学系は緑色の光を取り込む光学系と同等のＭＴＦが得られ、十分実用に耐えうることがわかる。
【００５９】
次に、青色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）、すなわち、単レンズ１１ｃ、遮光スペーサー１４の開口１５ｃ、青色の光を透過するカラーフィルタ１７ｃ、カバーガラス１６を経て固体撮像素子１１０ｃに結像する光学系について撮像特性を評価した。
【００６０】
まず、青色の光を透過するカラーフィルタ１７ｃの厚みを、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａの厚みと同じにした場合の光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を図８（Ａ）に示す。図６と同様に、実線８１ａは軸上でのＭＴＦを、一点鎖線８２ａは結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線８３ａは像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。図８（Ａ）では、図６と同様に、軸上と最外部の特性しか示していないが、その間の像高に対する特性は、タンジェンシャル方向の特性は実線８１ａと一点鎖線８２ａとの間に、またサジタル方向の特性は実線８１ａと破線８３ａとの間にそれぞれ存在する。固体撮像素子１１０ｃの対角線長さが２．２ｍｍであるため、像高１．１ｍｍは固体撮像素子１１０ｃの撮像領域の四隅を意味する。従って、図８（Ａ）は撮像領域の全地点での特性を実質的に示している。
【００６１】
図６と図８（Ａ）とを比較すると、軸上のＭＴＦに関しては、図８（Ａ）（実線８１ａ）は図６（実線６１）より著しく低い。その一方で、像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向及びサジタル方向のＭＴＦに関しては、図８（Ａ）（一点鎖線８２ａ、破線８３ａ）は図６（一点鎖線６２、破線６３）に比べて向上している。
【００６２】
これにより、この青色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）は、光軸から離れた位置ではシャープな像が得られるが、光軸付近では画像が大きく劣化し、実用に耐えない。このような色による撮像特性の違い、すなわち色収差は、最終的に得られるカラー画像において問題となる。
【００６３】
一方、単レンズ１１ｃ、遮光スペーサー１４の開口１５ｃ、青色の光を透過するカラーフィルタ１７ｃ、カバーガラス１６を経て固体撮像素子１１０ｃに結像する青色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）において、青色の光を透過するカラーフィルタ１７ｃの厚みを、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａの厚みである０．５ｍｍよりも７５μｍ薄くして４２５μｍとする以外は、上記の光学系と同じにした場合のＭＴＦの空間周波数依存性を図８（Ｂ）に示す。図６と同様に、実線８１ｂは軸上でのＭＴＦを、一点鎖線８２ｂは結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線８３ｂは像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。
【００６４】
図６と図８（Ｂ）とを比較すると、軸上のＭＴＦに関しては図８（Ｂ）（実線８１ｂ）は図６（実線６１）とほぼ等しく、像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向及びサジタル方向のＭＴＦに関しても、図８（Ｂ）（一点鎖線８２ｂ、破線８３ｂ）は図６（一点鎖線６２、破線６３）とほぼ等しい。
【００６５】
これにより、青色の光を透過するカラーフィルタ１７ｃの厚みを緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａ，１７ｄの厚みよりも７５μｍ薄くすることによって、青色の光を取り込む光学系は緑色の光を取り込む光学系と同等のＭＴＦが得られ、十分実用に耐えうることがわかる。
【００６６】
以上により、４つの撮像ユニットの各単レンズを同一形状としたとき、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａ，１７ｄの厚みを基準として、赤色の光を透過するカラーフィルタ１７ｂの厚みをこれより所定量だけ厚くし、且つ青色の光を透過するカラーフィルタ１７ｃの厚みをこれより所定量だけ薄くすることにより、同一平面上にある固体撮像素子で緑色、赤色、青色の各被写体像を撮像すると、４つの撮像ユニットで同等の解像度の画像を得ることができる。これにより、これらの画像を合成して得られるカラー画像の解像度を向上することが可能となる。
【００６７】
上記の実施例では、単レンズ１１ａ、遮光スペーサー１４の開口１５ａ、緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａ、カバーガラス１６からなる緑色の光を取り込む光学系の焦点距離は３．０５３ｍｍであり、単レンズ１１ｂ、遮光スペーサー１４の開口１５ｂ、厚みを緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａより４４μｍ厚くした赤色の光を透過するカラーフィルタ１７ｂ、カバーガラス１６からなる赤色の光を取り込む光学系の焦点距離は３．０６９ｍｍであり、単レンズ１１ｃ、遮光スペーサー１４の開口１５ｃ、厚みを緑色の光を透過するカラーフィルタ１７ａより７５μｍ薄くした青色の光を透過するカラーフィルタ１７ｃ、カバーガラス１６からなる青色の光を取り込む光学系の焦点距離は３．０１７ｍｍである。
【００６８】
一般に、像倍率をＭ、レンズの焦点距離をｆ、レンズから被写体までの距離をＡとし、Ａがｆよりも十分に大きいとすると次式のような関係が近似的に成り立つ。
【００６９】
Ｍ＝ｆ／Ａ                    ・・・（式１）
本実施の形態においては上記に示したように緑色、赤色、青色の各光を取り込む光学系は、焦点距離が互いに異なるから、像倍率Ｍも互いに異なる。従って、同じ被写体を撮影したときには、緑色の光で固体撮像素子１１０ａ，１１０ｄ上に結像された被写体像の大きさを基準とすれば、赤色の光で固体撮像素子１１０ｂ上に結像された被写体像の大きさはこれより大きく、青色の光で固体撮像素子１１０ｃ上に結像された被写体像の大きさはこれより小さくなる。
【００７０】
従って、４つの固体撮像素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄで撮像された４個の画像を視差を補正して単に合成しただけでは鮮明なカラー画像を得ることは困難である。即ち、合成の前に、緑色画像、赤色画像、及び青色画像の大きさを互いに同じにする、即ち、画像の倍率補正を行うことが好ましい。
【００７１】
（式１）から、同じ被写体に対する緑色、赤色、青色の各光を取り込む光学系の像倍率は焦点距離のみに比例する。従って、上記の実施例の場合であれば、緑色画像を基準として、赤色画像を、（緑色光学系の焦点距離）／（赤色光学系の焦点距離）＝３．０５３／３．０６９、すなわち０．９９４８倍（縮小）し、青色画像を、（緑色光学系の焦点距離）／（青色光学系の焦点距離）＝３．０５３／３．０１７、すなわち１．０１１９倍（拡大）する。このようにして倍率補正された赤色画像及び青色画像を緑色画像に合成する。
【００７２】
倍率補正を行う際の補正倍率は撮像装置の各色の光学系を設計する際に予め求めることができる。従って、倍率補正処理は、画像合成を行うデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）で容易に行うことができる。
【００７３】
なお、本実施の形態ではカバーガラス１６の厚みを、緑色、赤色、青色の各光学系とも同一とし、カラーフィルタの厚みを緑色、赤色、青色の各光学系で異ならせたが、本発明はこれに限定されない。より厳密に言えば、カバーガラス１６の厚みとカラーフィルタの厚みとの和が、緑色の光を透過する光学系を基準として、赤色の光を透過する光学系で所定量だけ厚く、青色の光を透過する光学系で所定量だけ薄くすればよい。従って、例えば、カラーフィルタの厚みを緑色、赤色、青色の各光学系とも同一とし、カバーガラス１６の厚みを、緑色の光を透過する光学系を基準として、赤色の光を透過する光学系で所定量だけ厚くし、青色の光を透過する光学系で所定量だけ薄くすれば、同様の効果が得られる。例えば、図５（Ｃ）において緑色の光を透過するカラーフィルタが配置される領域５５ａ，５５ｄの高さを同一とし、赤色の光を透過するカラーフィルタが配置される領域５５ｂの高さを領域５５ａ，５５ｄよりも高くし、青色の光を透過するカラーフィルタが配置される領域５５ｃの高さを領域５５ａ，５５ｄよりも低くすればよい。
【００７４】
以上のようにカラーフィルタの厚みあるいはカバーガラスの厚みを各光学系を透過する色ごとに適宜調整することにより、同一形状のレンズであっても同等の撮像性能を得ることが可能となる。従って、高精細なカラー画像を得ることができる。
【００７５】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２に係る撮像装置の概略構成を示した分解斜視図、図１０は図９に示した光軸９３ｂ、９３ｃを含む面での断面図である。
【００７６】
図９において、４つのレンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄは互いに独立した同一形状の単レンズであり、同一平面上に配置されてレンズアレイ９２を構成している。４つのレンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄの各光軸９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄは４つのレンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄが配置された前記平面の法線と平行である。単レンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄとしては、例えば非球面レンズ等を用いることができる。ここで、図９に示すように、光軸９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄと平行な方向をＺ軸、Ｚ軸に垂直な一方向をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な方向をＹ軸とする。レンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄは、ＸＹ平面上において、Ｘ軸に平行な直線及びＹ軸に平行な直線により形成される格子点上に配置される。
【００７７】
レンズアレイ９２に対して被写体とは反対側に、遮光スペーサー９４が設けられている。遮光スペーサー９４は、光軸９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄをそれぞれ中心とする開口（貫通孔）９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄを備える。開口９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ内は空洞、即ち空気層であり、各開口の内壁面には光の反射防止処理がされている。具体的には、表面での反射を抑制するように、黒塗りをし、表面を荒らすなどによるつや消し処理が施されている。これにより、内壁面で反射した迷光が固体撮像素子に入射することを避けることができる。
【００７８】
遮光スペーサー９４に対して被写体とは反対側に、カラーフィルター９７ａ，９７ｂ，９７ｃ，９７ｄが配置されている。カラーフィルター９７ａ，９７ｂ，９７ｃ，９７ｄは、それぞれ光軸９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄが通過する位置に、ＸＹ平面と平行な平行平板であるカバーガラス９６上に設けられている。
【００７９】
各カラーフィルタは光の３原色である赤、青、緑のいずれかの波長帯域の光のみを選択的に透過する。具体的には、カラーフィルタ９７ａ，９７ｄは緑色光のみを透過し、カラーフィルタ９７ｂは赤色光のみを透過し、カラーフィルタ９７ｃは青色光のみを透過する。これらのカラーフィルタ９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄの厚みはすべて同一である。
【００８０】
各カラーフィルタの、隣のカラーフィルタに対向する側面には、光を遮断する遮光部９８が形成されている。遮光部９８としては、光を吸収する金属、樹脂、ペースト等の材料などが適用できる。これにより、各カラーフィルタの側面を通って、このカラーフィルターに対応しない撮像領域に光が入射するのを防止できる。
【００８１】
カラーフィルター９７ａ，９７ｂ，９７ｃ，９７ｄに対して被写体とは反対側に、撮像素子ホルダー９９が設けられている。撮像素子ホルダー９９は、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）を含む基板９１１と、この上に搭載された４つの固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄとを含む。光軸９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄは、４つの固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄの４つの撮像領域（実際に被写体像が結像する領域）の中心（本実施の形態では、矩形状の撮像領域の対角中心）をそれぞれほぼ通過する。即ち、４つのレンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄと、４つの４つの撮像領域とは、Ｘ軸方向配列ピッチ及びＹ軸方向配列ピッチがほぼ同一である。固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄは白黒のセンシングを行い、内部にカラーフィルタは有しない。
【００８２】
撮像素子ホルダー９９上に矩形枠状のスペーサ１００が設置され、スペーサ１００上にカバーガラス９６が搭載されている。固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄの撮像領域は、ゴミなどの異物が付着しないように、スペーサ１００、カバーガラス９６、及び撮像素子ホルダー９９により密閉されている。
【００８３】
以上のように、本実施の形態の撮像装置では、４つの光軸９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄ上に、単レンズ、カラーフィルタ、及び撮像領域をそれぞれ含む４つの撮像ユニットがそれぞれ配置されている。各撮像ユニットで、赤、緑、青のいずれかの色についての被写体像が撮像される。
【００８４】
図１１は図９における固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄの部分のみを拡大した斜視図である。
【００８５】
図１１において、固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄはそれぞれ別個の固体撮像素子であり、それぞれの上面の斜線を施した領域が撮像領域である。固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄのそれぞれの撮像領域の高さ、すなわちレンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄと、各レンズに対応する撮像領域との間の距離は撮像ユニットごとに異なっている。具体的には、青色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｃの撮像領域が最も高く（対応するレンズ９１ｃまでの距離が最も小さく）、赤色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｂの撮像領域が最も低く（対応するレンズ９１ｂまでの距離が最も大きく）、緑色の光を取り込む固体撮像素子９１０ａ、９１０ｄのそれぞれの撮像領域は同じ高さで、これらは赤色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｂの撮像領域と、青色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｃの撮像領域との間の高さにある。レンズと固体撮像素子の撮像領域との間の距離をこのように異ならせている理由は以下の通りである。
【００８６】
単レンズ及びカラーフィルタを通過した光束により撮像領域上に被写体像を形成する光学系では、単レンズの材料及びカラーフィルタの基板材料の各屈折率が波長により異なる、いわゆる屈折率分散を考慮する必要がある。材料の屈折率は、赤、緑、青の順に大きくなる。本実施の形態のように、４つの撮像ユニットのそれぞれが赤、緑、青のいずれかの色についての被写体像を形成する場合において、全ての撮像ユニットで同じ形状の単レンズを用いると、その結像位置は、赤、緑、青の順にＺ方向にずれてしまう。よって、全ての撮像ユニットの撮像領域が同一平面上に配置されていると、色ごとに解像度に差が生じてしまう。
【００８７】
そこで、この結像位置のずれ量に応じて、固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄのそれぞれの撮像領域の高さを調整することにより、色ごとの解像度の差をキャンセルできる。従って、４つのレンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄが同一形状であっても、色による解像度の差が生じない。よって、４つの撮像ユニットでそれぞれ得られた画像を合成して得たカラー画像の劣化を防止できる。なお、画像の合成方法については後述する。
【００８８】
本実施の形態の撮像装置では、単レンズ９１ａ、９１ｄに入射した被写体からの光のうち、緑色の光のみが固体撮像素子９１０ａ，９１０ｄにそれぞれ入射する。また、単レンズ９１ｂに入射した被写体からの光のうち、赤色の光のみが固体撮像素子９１０ｂに入射する。また、単レンズ９１ｃに入射した被写体からの光のうち、青色の光のみが固体撮像素子９１０ｃに入射する。このように被写体からの光は緑色波長帯域光、赤色波長帯域光、青色波長帯域光に分離されて固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、および９１０ｄで撮影される。これら４つの固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、および９１０ｄで撮影された４個の画像を合成してカラー画像を得る。これらの合成はデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）により行う。
【００８９】
被写体に対する４つのレンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄの相対位置が異なるために、４つの固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄで撮影された４個の画像間には視差に基づくズレが生じる。図９のように対角の象限に配置された緑色の光を受ける固体撮像素子９１０ａ、９１０ｄが撮像した２つの緑色画像が一致するように合成すれば、両者間の視差（ズレ）のＸ方向成分及びＹ方向成分を求めることができ、これより、Ｘ方向及びＹ方向における画像の合成規則を導き出すことができる。この２方向の合成規則を適用して、赤色の光を受ける固体撮像素子９１０ｂが撮像した赤色画像及び青色の光を受ける固体撮像素子９１０ｃが撮像した青色画像を、上記緑色画像に合成することで、カラー画像を得ることができる。ここで視差に基づく画像ズレを補正するために２つの緑色画像を用いているのは、人間の眼に感じやすい緑色の光信号を多くすることによって鮮明な画像を得ることができるためである。
【００９０】
以下、本実施の形態の撮像装置について、具体的な数値を用いた一実施例を示す。
【００９１】
図９における固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄとして、各々３０万個程度の画素（受光部）を有し、矩形状の撮像領域の対角線長さＴが約２．２ｍｍの固体撮像素子を用いた。各レンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄは同一形状であり、レンズ直径を２ｍｍ、レンズの厚みを１．６２ｍｍとした。収差を減らし、高解像度を得るために、レンズ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄの両面は非球面形状とした。レンズ材料として、屈折率１．５２、アッベ数５６のシクロオレフィンポリマーを用いた。カバーガラス９６の厚みを０．５ｍｍとし、カラーフィルタ９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄの厚みを全て０．５ｍｍで同一とした。カバーガラス９６と各カラーフィルタのガラス基板として、屈折率１．５２、アッベ数６４のホウ珪酸ガラスを用いた。
【００９２】
緑色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）、すなわち、単レンズ９１ａ、遮光スペーサー９４の開口９５ａ、緑色の光を透過するカラーフィルタ９７ａ、カバーガラス９６を経て固体撮像素子９１０ａの撮像領域に結像する光学系について撮像特性を評価した。図１２はこの光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。
【００９３】
図１２の各線は結像エリアの代表的な位置での特性を示しており、実線１２１は軸上でのＭＴＦを、一点鎖線１２２は結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線１２３は像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。図１２ではグラフを見やすくするために軸上と最外部の特性しか示していないが、その間の像高に対する特性は、タンジェンシャル方向の特性は実線１２１と一点鎖線１２２との間に、またサジタル方向の特性は実線１２１と破線１２３との間にそれぞれ存在する。固体撮像素子９１０ａの対角線長さが２．２ｍｍであるため、像高１．１ｍｍは固体撮像素子９１０ａの撮像領域の四隅を意味する。従って、図１２は撮像領域の全地点での特性を実質的に示している。
【００９４】
図１２より、０〜６０ｌｐ／ｍｍのどの空間周波数においても軸上から像高１．１ｍｍの範囲で３０％以上のＭＴＦが得られており、撮像装置として十分な実用特性を備えていた。
【００９５】
次に、赤色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）、すなわち、単レンズ９１ｂ、遮光スペーサー９４の開口９５ｂ、赤色の光を透過するカラーフィルタ９７ｂ、カバーガラス９６を経て固体撮像素子９１０ｂの撮像領域に結像する光学系について撮像特性を評価した。
【００９６】
まず、赤色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｂの撮像領域の高さを、緑色の光を取り込む固体撮像素子９１０ａの撮像領域の高さと同じにした場合の光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を図１３（Ａ）に示す。図１２と同様に、実線１３１ａは軸上でのＭＴＦを、一点鎖線１３２ａは結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線１３３ａは像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。図１３（Ａ）では、図１２と同様に、軸上と最外部の特性しか示していないが、その間の像高に対する特性は、タンジェンシャル方向の特性は実線１３１ａと一点鎖線１３２ａとの間に、またサジタル方向の特性は実線１３１ａと破線１３３ａとの間にそれぞれ存在する。固体撮像素子９１０ｂの対角線長さが２．２ｍｍであるため、像高１．１ｍｍは固体撮像素子９１０ｂの撮像領域の四隅を意味する。従って、図１３（Ａ）は撮像領域の全地点での特性を実質的に示している。
【００９７】
図１２と図１３（Ａ）とを比較すると、軸上のＭＴＦに関しては、図１３（Ａ）（実線１３１ａ）は図１２（実線１２１）より高いが、像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向及びサジタル方向のＭＴＦに関しては、図１３（Ａ）（一点鎖線１３２ａ，破線１３３ａ）は図１２（一点鎖線１２２、破線１２３）に比べて著しく低下している。
【００９８】
これにより、この赤色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）は、光軸付近ではシャープな像が得られるが、光軸から離れるにつれ画像が大きく劣化し、実用に耐えない。このような色による撮像特性の違い、すなわち色収差は、最終的に得られるカラー画像において問題となる。
【００９９】
一方、単レンズ９１ｂ、遮光スペーサー９４の開口９５ｂ、赤色の光を透過するカラーフィルタ９７ｂ、カバーガラス９６を経て固体撮像素子９１０ｂの撮像領域に結像する赤色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）において、赤色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｂの撮像領域の高さを、緑色の光を取り込む固体撮像素子９１０ａの撮像領域の高さよりも２９μｍだけ低くする（即ち、レンズより遠ざける）以外は、上記の光学系と同じにした場合のＭＴＦの空間周波数依存性を図１３（Ｂ）に示す。図１２と同様に、実線１３１ｂは軸上でのＭＴＦを、一点鎖線１３２ｂは結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線１３３ｂは像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。
【０１００】
図１２と図１３（Ｂ）とを比較すると、軸上のＭＴＦに関しては図１３（Ｂ）（実線１３１ｂ）は図１２（実線１２１）とほぼ等しく、像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向及びサジタル方向のＭＴＦに関しても、図１３（Ｂ）（一点鎖線１３２ｂ、破線１３３ｂ）は図１２（一点鎖線１２２、破線１２３）とほぼ等しい。
【０１０１】
これにより、赤色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｂの撮像領域を、緑色の光を取り込む固体撮像素子９１０ａ，９１０ｄの撮像領域よりも、２９μｍだけレンズから遠ざけることによって、赤色の光を取り込む光学系は緑色の光を取り込む光学系と同等のＭＴＦが得られ、十分実用に耐えうることがわかる。
【０１０２】
次に、青色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）、すなわち、単レンズ９１ｃ、遮光スペーサー９４の開口９５ｃ、青色の光を透過するカラーフィルタ９７ｃ、カバーガラス９６を経て固体撮像素子９１０ｃの撮像領域に結像する光学系について撮像特性を評価した。
【０１０３】
まず、青色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｃの撮像領域の高さを、緑色の光を取り込む固体撮像素子９１０ａの撮像領域の高さと同じにした場合の光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を図１４（Ａ）に示す。図１２と同様に、実線１４１ａは軸上でのＭＴＦを、一点鎖線１４２ａは結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線１４３ａは像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。図１４（Ａ）では、図１２と同様に、軸上と最外部の特性しか示していないが、その間の像高に対する特性は、タンジェンシャル方向の特性は実線１４１ａと一点鎖線１４２ａとの間に、またサジタル方向の特性は実線１４１ａと破線１４３ａとの間にそれぞれ存在する。固体撮像素子９１０ｃの対角線長さが２．２ｍｍであるため、像高１．１ｍｍは固体撮像素子９１０ｃの撮像領域の四隅を意味する。従って、図１４（Ａ）は撮像領域の全地点での特性を実質的に示している。
【０１０４】
図１２と図１４（Ａ）とを比較すると、軸上のＭＴＦに関しては、図１４（Ａ）（実線１４１ａ）は図１２（実線１２１）より著しく低い。その一方で、像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向及びサジタル方向のＭＴＦに関しては、図１４（Ａ）（一点鎖線１４２ａ、破線１４３ａ）は図１２（一点鎖線１２２、破線１２３）に比べて向上している。
【０１０５】
これにより、この青色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）は、光軸から離れた位置ではシャープな像が得られるが、光軸付近では画像が大きく劣化し、実用に耐えない。このような色による撮像特性の違い、すなわち色収差は、最終的に得られるカラー画像において問題となる。
【０１０６】
一方、単レンズ９１ｃ、遮光スペーサー９４の開口９５ｃ、青色の光を透過するカラーフィルタ９７ｃ、カバーガラス９６を経て固体撮像素子９１０ｃの撮像領域に結像する青色の光を取り込む光学系（撮像ユニット）において、青色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｃの撮像領域の高さを、緑色の光を取り込む固体撮像素子９１０ａの撮像領域の高さよりも４８μｍだけ高くする（即ち、レンズに近づける）以外は、上記の光学系と同じにした場合のＭＴＦの空間周波数依存性を図１４（Ｂ）に示す。図１２と同様に、実線１４１ｂは軸上でのＭＴＦを、一点鎖線１４２ｂは結像エリアの中で最も外の部分である像高１．１ｍｍでのタンジェンシャル方向のＭＴＦを、破線１４３ｂは像高１．１ｍｍでのサジタル方向のＭＴＦを、それぞれ示す。
【０１０７】
図１２と図１４（Ｂ）とを比較すると、軸上のＭＴＦに関しては図１４（Ｂ）（実線１４１ｂ）は図１２（実線１２１）とほぼ等しく、像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向及びサジタル方向のＭＴＦに関しても、図１４（Ｂ）（一点鎖線１４２ｂ、破線１４３ｂ）は図１２（一点鎖線１２２、破線１２３）とほぼ等しい。
【０１０８】
これにより、青色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｃの撮像領域を、緑色の光を取り込む固体撮像素子９１０ａ，９１０ｄの撮像領域よりも、４８μｍだけレンズに近づけることによって、青色の光を取り込む光学系は緑色の光を取り込む光学系と同等のＭＴＦが得られ、十分実用に耐えうることがわかる。
【０１０９】
以上により、４つの撮像ユニットの各単レンズを同一形状としたとき、緑色の光を取り込む固体撮像素子９１０ａ，９１０ｄの撮像領域を基準として、赤色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｂの撮像領域をこれより所定量だけレンズから遠ざけ、且つ青色の光を取り込む固体撮像素子９１０ｃの撮像領域をこれより所定量だけレンズに近づけることにより、４つの撮像ユニットで同等の解像度の画像を得ることができる。これにより、これらの画像を合成して得られるカラー画像の解像度を向上することが可能となる。
【０１１０】
上記の実施例では、単レンズ９１ａ、遮光スペーサー９４の開口９５ａ、緑色の光を透過するカラーフィルタ９７ａ、カバーガラス９６からなる緑色の光を取り込む光学系の焦点距離は３．０５３ｍｍであり、単レンズ９１ｂ、遮光スペーサー９４の開口９５ｂ、赤色の光を透過するカラーフィルタ９７ｂ、カバーガラス９６からなる赤色の光を取り込む光学系の焦点距離は３．０６９ｍｍであり、単レンズ９１ｃ、遮光スペーサー９４の開口９５ｃ、青色の光を透過するカラーフィルタ９７ｃ、カバーガラス９６からなる青色の光を取り込む光学系の焦点距離は３．０１７ｍｍである。
【０１１１】
本実施の形態においても実施の形態１と同様に、緑色、赤色、青色の各光を取り込む光学系の焦点距離は互いに異なる。従って、同じ被写体を撮影したときには、緑色の光で固体撮像素子９１０ａ，９１０ｄ上に結像された被写体像の大きさを基準とすれば、赤色の光で固体撮像素子９１０ｂ上に結像された被写体像の大きさはこれより大きく、青色の光で固体撮像素子９１０ｃ上に結像された被写体像の大きさはこれより小さくなる。
【０１１２】
従って、４つの固体撮像素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、および９１０ｄで撮像された４個の画像を視差を補正して単に合成しただけでは鮮明なカラー画像を得ることは困難である。即ち、合成の前に、緑色画像、赤色画像、及び青色画像の大きさを互いに同じにする、即ち、画像の倍率補正を行うことが好ましい。
【０１１３】
実施の形態１で説明した（式１）から、同じ被写体に対する緑色、赤色、青色の各光を取り込む光学系の像倍率は焦点距離のみに比例する。従って、上記の実施例の場合であれば、緑色画像を基準として、赤色画像を、（緑色光学系の焦点距離）／（赤色光学系の焦点距離）＝３．０５３／３．０６９、すなわち０．９９４８倍（縮小）し、青色画像を、（緑色光学系の焦点距離）／（青色光学系の焦点距離）＝３．０５３／３．０１７、すなわち１．０１１９倍（拡大）する。このようにして倍率補正された赤色画像及び青色画像を緑色画像に合成する。
【０１１４】
倍率補正を行う際の補正倍率は撮像装置の各色の光学系を設計する際に予め求めることができる。従って、倍率補正処理は、画像合成を行うデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）で容易に行うことができる。
【０１１５】
（実施の形態３）
図１５は本発明の実施の形態３に係る撮像装置の概略構成を示した分解斜視図、図１６は図１５に示した光軸１５３ｂ、１５３ｃを含む面での断面図である。
【０１１６】
図１５において、４つのレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄは互いに独立した同一形状の単レンズであり、同一平面上に配置されてレンズアレイ１５２を構成している。４つのレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄの各光軸１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄは４つのレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄが配置された前記平面の法線と平行である。単レンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄとしては、例えば非球面レンズ等を用いることができる。ここで、図１５に示すように、光軸１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄと平行な方向をＺ軸、Ｚ軸に垂直な一方向をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な方向をＹ軸とする。レンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄは、ＸＹ平面上において、Ｘ軸に平行な直線及びＹ軸に平行な直線により形成される格子点上に配置される。
【０１１７】
レンズアレイ１５２に対して被写体側に、カラーフィルター１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄが配置されている。カラーフィルター１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄは、それぞれ光軸１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄが通過する位置に設けられている。
【０１１８】
各カラーフィルタは光の３原色である赤、青、緑のいずれかの波長帯域の光のみを選択的に透過する。具体的には、カラーフィルタ１５４ａ，１５４ｄは緑色光のみを透過し、カラーフィルタ１５４ｂは赤色光のみを透過し、カラーフィルタ１５４ｃは青色光のみを透過する。これらのカラーフィルタ１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄの厚みはすべて同一である。
【０１１９】
各カラーフィルタの、隣のカラーフィルタに対向する側面には、光を遮断する遮光部１５５が形成されている。遮光部１５５としては、光を吸収する金属、樹脂、ペースト等の材料などが適用できる。これにより、各カラーフィルタの側面を通って、このカラーフィルターに対応しない撮像領域に光が入射するのを防止できる。
【０１２０】
レンズアレイ１５２に対して被写体とは反対側に、ナノフォーム構造体１７０が配置されている。ナノフォーム構造体１７０は、無色透明の４つのナノフォーム（定義は後述する）１５６ａ，１５６ｂ，１５６ｃ，１５６ｄを備える。ナノフォーム１５６ａ，１５６ｂ，１５６ｃ，１５６ｄは、それぞれ光軸１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄが通過する位置に設けられている。ナノフォーム１５６ａ、１５６ｄには緑色の光が入射し、ナノフォーム１５６ｂには赤色の光が入射し、ナノフォーム１５６ｃには青色の光が入射する。これらのナノフォーム１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄのＺ軸方向の長さは同じである。
【０１２１】
各ナノフォームの、隣のナノフォームに対向する側面には、光を遮断する第２の遮光部１５７が形成されている。これにより、各ナノフォームの側面部を通って、このナノフォームに対応しない撮像領域に光が漏れ出すのを防止できる。図１５では、ナノフォーム構造体１７０の外周側面には遮光部が形成されていないが、図１７のように、ナノフォーム構造体１７０の外周側面にも遮光部１７１を形成してもよい。
【０１２２】
なお、図１５ではカラーフィルタ１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄはレンズアレイ１５２の被写体側に、レンズアレイ１５２に近接して配置されているが、レンズアレイ１５２の撮像素子側、すなわち、レンズアレイ１５２とナノフォーム構造体１７０との間に配置されていても良い。
【０１２３】
ナノフォーム構造体１７０に対して被写体とは反対側に、撮像素子ホルダー１５８が設けられている。撮像素子ホルダー１５８は、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）を含む基板１５１０と、この上に搭載された４つの固体撮像素子１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ、１５９ｄとを含む。光軸１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄは、４つの固体撮像素子１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ、１５９ｄの４つの撮像領域（実際に被写体像が結像する領域）の中心（本実施の形態では、矩形状の撮像領域の対角中心）をそれぞれほぼ通過する。即ち、４つのレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄと、４つの４つの撮像領域とは、Ｘ軸方向配列ピッチ及びＹ軸方向配列ピッチがほぼ同一である。固体撮像素子１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ、１５９ｄは白黒のセンシングを行い、内部にカラーフィルタは有しない。
【０１２４】
４つの固体撮像素子１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ、１５９ｄは、実施の形態２の図１１にて説明したのと同様に、それぞれ別個の固体撮像素子であり、それぞれの撮像領域の高さ、すなわちレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄと対応する撮像領域との間の距離は撮像ユニットごとに異なっている。具体的には、青色の光を取り込む固体撮像素子１５９ｃの撮像領域が最も高く（対応するレンズ１５１ｃまでの距離が最も小さく）、赤色の光を取り込む固体撮像素子１５９ｂの撮像領域が最も低く（対応するレンズ１５１ｂまでの距離が最も大きく）、緑色の光を取り込む固体撮像素子１５９ａ、１５９ｄのそれぞれの撮像領域は同じ高さで、これらは赤色の光を取り込む固体撮像素子１５９ｂの撮像領域と、青色の光を取り込む固体撮像素子１５９ｃの撮像領域との間の高さにある。レンズと固体撮像素子の撮像領域との間の距離をこのように異ならせている理由は以下の通りである。
【０１２５】
単レンズ及びカラーフィルタを通過した光束により撮像領域上に被写体像を形成する光学系では、単レンズの材料及びカラーフィルタの基板材料の各屈折率が波長により異なる、いわゆる屈折率分散を考慮する必要がある。材料の屈折率は、赤、緑、青の順に大きくなる。本実施の形態のように、４つの撮像ユニットのそれぞれが赤、緑、青のいずれかの色についての被写体像を形成する場合において、全ての撮像ユニットで同じ形状の単レンズを用いると、その結像位置は、赤、緑、青の順にＺ方向にずれてしまう。よって、全ての撮像ユニットの撮像領域が同一平面上に配置されていると、色ごとに解像度に差が生じてしまう。
【０１２６】
そこで、この結像位置のずれ量に応じて、固体撮像素子１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ、１５９ｄのそれぞれの撮像領域の高さを調整することにより、色ごとの解像度の差をキャンセルできる。従って、４つのレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄが同一形状であっても、色による解像度の差が生じない。よって、４つの撮像ユニットでそれぞれ得られた画像を合成して得たカラー画像の劣化を防止できる。なお、画像の合成方法については後述する。
【０１２７】
以上のように、本実施の形態の撮像装置では、４つの光軸１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄ上に、カラーフィルタ、単レンズ、ナノフォーム、及び撮像領域をそれぞれ含む４つの撮像ユニットがそれぞれ配置されている。各撮像ユニットで、赤、緑、青のいずれかの色についての被写体像が撮像される。
【０１２８】
本実施の形態の撮像装置では、被写体からの光のうち、緑色の光を透過するカラーフィルタ１５４ａ，１５ｄを透過した緑色の光のみが単レンズ１５１ａ、１５１ｄを通過した後、固体撮像素子１５９ａ，１５９ｄにそれぞれ入射する。また、被写体からの光のうち、赤色の光を透過するカラーフィルタ１５４ｂを透過した赤色の光のみが単レンズ１５１ｂを通過した後、固体撮像素子１５９ｂに入射する。また、被写体からの光のうち、青色の光を透過するカラーフィルタ１５４ｃを透過した青色の光のみが単レンズ１５１ｃを通過した後、固体撮像素子１５９ｃに入射する。このように被写体からの光は緑色波長帯域光、赤色波長帯域光、青色波長帯域光に分離されて固体撮像素子１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ、および１５９ｄで撮影される。これら４つの固体撮像素子１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ、および１５９ｄで撮影された４個の画像を合成してカラー画像を得る。これらの合成はデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）により行う。
【０１２９】
被写体に対する４つのレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄの相対位置が異なるために、４つの固体撮像素子１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ、１５９ｄで撮影された４個の画像間には視差に基づくズレが生じる。図１５のように対角の象限に配置された緑色の光を受ける固体撮像素子１５９ａ、１５９ｄが撮像した２つの緑色画像が一致するように合成すれば、両者間の視差（ズレ）のＸ方向成分及びＹ方向成分を求めることができ、これより、Ｘ方向及びＹ方向における画像の合成規則を導き出すことができる。この２方向の合成規則を適用して、赤色の光を受ける固体撮像素子１５９ｂが撮像した赤色画像及び青色の光を受ける固体撮像素子１５９ｃが撮像した青色画像を、上記緑色画像に合成することで、カラー画像を得ることができる。ここで視差に基づく画像ズレを補正するために２つの緑色画像を用いているのは、人間の眼に感じやすい緑色の光信号を多くすることによって鮮明な画像を得ることができるためである。
【０１３０】
本実施の形態の撮像装置は、カラーフィルタ１５４ａ〜１５４ｄ、レンズアレイ１５２、ナノフォーム構造体１７０、固体撮像素子１５９ａ〜１５９ｄを順に積層して貼り合わせれば作成できるもので、非常に生産性に優れている。
【０１３１】
ナノフォーム１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄについて以下に説明する。
【０１３２】
図１８はナノフォームの一例の立体構造を示した模式図である。ナノフォームとはナノサイズの空孔１８２の集合体を内部に含有する極めて低密度なナノ多孔体として定義される。固形成分１８１としてはシリカ、チタニア、アルミナに代表される酸化物が主である。ナノフォームの固形成分１８１の比率は容積百分率で２０％以下、すなわち空孔率は８０％以上である。固形成分１８１の粒サイズおよび空孔１８２のサイズは、数〜数十ナノメートル以下である。サイズが小さいために光の散乱が小さく、透過率９０％以上の透明性を有する。また、固形成分比率が小さく、大部分が空気であるため、例えばシリカを用いたナノフォームの屈折率は可視光波長帯域で１〜１．１と固体材料としては非常に低い屈折率を有する。
【０１３３】
図１９において、レンズ１９１を用いて被写体の像を撮像面１９２に結像させる場合を考える。レンズ１９１と撮像面１９２との間が空気層のみである場合、被写体からの光線１９４は実線のように進む。一方、レンズ１９１と撮像面１９２との間の空間内に厚みＴ、屈折率ｎの透明な板１９３が存在する場合、光線１９４は点線のように進み、実線に比べてＤだけレンズ１９１から離れた位置に集光する。言い換えれば、透明な板１９３が存在することで、撮像装置の光学系がＤだけ長くなり、撮像装置の高さが高くなることを意味する。このとき、ＤとＴには次式の関係が成り立つ。
【０１３４】
Ｄ＝（１−１／ｎ）×Ｔ                    ・・・（式２）
（式２）より、透明な板１９３の屈折率が高いほど、Ｄは大きくなることがわかる。図１５におけるナノフォーム１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄは図１９における透明な板１９３に相当する。上述したようにナノフォーム１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄは屈折率が１〜１．１と非常に小さく、空気の屈折率と近いため、光学系の中に存在してもＤは小さいので、撮像装置の高さはほとんど変わらない。そのため、Ｚ軸方向に厚いナノフォーム１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄを用いても、撮像装置の高さをほとんど高くする必要がない。例えば屈折率が１．１、厚み１ｍｍのナノフォームを用いた場合、Ｄは１００μｍ以下である。
【０１３５】
図１５におけるナノフォーム１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄは他の撮像ユニットに光が漏れ出すことを防ぐことが主要な目的であるが、カバーガラスの機能も兼ね備えている。実施の形態１のカバーガラス１６、実施の形態２のカバーガラス９６は撮像領域を密閉し、撮像領域上にゴミなどの異物が混入しないようにする役割がある（図２、図１０参照）。本実施の形態では、ナノフォーム１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄで撮像領域を密閉することができるため、実施の形態１，２で説明したカバーガラスを省略することができる。これにより、部品点数、実装工程の削減が可能である。
【０１３６】
シリカを用いたナノフォームの一般的な製造方法は湿潤ゲル作製工程と、乾燥ゲル作製工程からなる。
【０１３７】
湿潤ゲル作製工程では、シリカの原料であるアルコキシラン化合物などを溶媒中でのゾルゲル反応によって合成および湿潤ゲル化する。このとき、必要に応じて触媒を用いる。この過程では、溶媒中で原料が反応しながら固形成分シリカの微粒子を形成し、図１８のように、固形成分微粒子が集まって網目状骨格を形成し湿潤ゲルが得られる。具体的には、所定の密度の多孔質シリカを得られるように固体成分である原料および溶媒の組成を決定する。その組成に調製した溶液に、必要に応じて、触媒や粘度調整剤などを加えて攪拌し、注型などによって所望の使用形態にする。この状態で一定時間経過することによって、溶液はゲル化してシリカの湿潤ゲルが得られる。製造時の温度条件は、通常の作業温度である室温近傍であるが、必要に応じて溶媒の沸点以下の温度であっても良い。
【０１３８】
次に、湿潤ゲルから乾燥ゲルを得る乾燥工程を行う。この工程では、シリカの微粒子からなる網目構造を壊さないように、ゲルを収縮させずに乾燥することがポイントである。代表的な乾燥方法として超臨界乾燥法があげられる。
【０１３９】
超臨界乾燥法は、溶媒を液体状態から相状態を変えることによって、気液界面を無くし、表面張力によるゲル骨格へのストレスを無くして乾燥することができるため、乾燥時のゲルの収縮を防ぐことができ、低密度の乾燥ゲルの多孔質体を得るのに適している。
【０１４０】
以上のような製造方法を用い、所定の注型を用いることで棒状のナノフォームを得ることができる。
【０１４１】
なお、ゲルの状態でメチル化シリコン系、フッ化シリコン系の溶液に浸した後に乾燥工程を行うことにより、ナノフォームの表面を疎水化することができる。これにより、高湿下でもナノフォーム内部への水分侵入を防ぐことができ、このような処理を行ったナノフォームを用いれば耐湿性の高い撮像装置を得ることができる。
【０１４２】
図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）は、このようにして得た棒状の原型ナノフォームから図１７に示した光を遮断する遮光構造を有するナノフォーム構造体１７０を作成する手順を工程順に示した斜視図である。
【０１４３】
まず、図２０（Ａ）のような棒状の形状を有する原型ナノフォーム２０１ａを作成する。次に図２０（Ｂ）のように光を遮断する塗料２０２で原型ナノフォーム２０１ａの周囲をコーティングする。コーティング方法としてはスプレー法やディッピング法などがあげられる。次に図２０（Ｃ）のように、同様の方法で得た４つのナノフォーム体２０１ａ〜２０１ｄを貼りあわせる。最後に、図２０（Ｄ）のように、ウォータジェット法などで切断し、所望寸法のナノフォーム構造体１７０が得られる。なお、図２０（Ｂ）〜図２０（Ｃ）においては内部構造をわかり易くするため手前の端面は断面図として表示している。
【０１４４】
以上はナノフォーム構造体１７０の製造方法の一例であるが、上記以外の方法であっても製造可能であり、いずれの方法でも非常に簡単且つ容易にナノフォーム構造体を製造できる。
【０１４５】
このように本実施の形態で説明した撮像装置は簡単な構成であり、極めて生産性に優れている。
【０１４６】
なお、ナノフォーム１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄの代替材料としては無色透明で、屈折率が１．４以下のものが望ましく、例えば、フッ素系の透明な樹脂やフッ化マグネシウムのバルク体などを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明の複眼式の撮像装置は同一形状のレンズを用いており、薄型、小型を兼ね備えるとともに大量生産ができ、経済性に優れる。本発明の撮像装置の利用分野は特に制限はないが、このような特徴から、特に携帯機器搭載用のカメラ、監視用カメラ、あるいは車載用のカメラ等の用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の概略構成を示した分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る撮像装置に使用されるカラーフィルタの拡大斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の別の例の断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態１において、カバーガラスと一体化された遮光壁を形成する方法を示した斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の一実施例についての、緑色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。
【図７】（Ａ）は赤色の光を透過するカラーフィルタの厚みを、緑色の光を透過するカラーフィルタの厚みと同じにした場合において、赤色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。（Ｂ）は本発明の実施の形態１に係る撮像装置の一実施例についての、赤色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は青色の光を透過するカラーフィルタの厚みを、緑色の光を透過するカラーフィルタの厚みと同じにした場合において、青色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。（Ｂ）は本発明の実施の形態１に係る撮像装置の一実施例についての、青色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２に係る撮像装置の概略構成を示した分解斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る撮像装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る撮像装置に使用される固体撮像素子の拡大斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る撮像装置の一実施例についての、緑色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。
【図１３】（Ａ）は赤色の光を取り込む固体撮像素子の撮像領域の高さを、緑色光を取り込む固体撮像素子の撮像領域の高さと同じにした場合において、赤色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。（Ｂ）は本発明の実施の形態２に係る撮像装置の一実施例についての、赤色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。
【図１４】（Ａ）は青色の光を取り込む固体撮像素子の撮像領域の高さを、緑色光を取り込む固体撮像素子の撮像領域の高さと同じにした場合において、青色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。（Ｂ）は本発明の実施の形態２に係る撮像装置の一実施例についての、青色の光を取り込む光学系のＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る撮像装置の概略構成を示した分解斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る撮像装置の断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る撮像装置に使用されるナノフォーム構造体の別の例の平面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る撮像装置に使用されるナノフォームの一例の立体構造を示した模式図
【図１９】レンズと撮像面との間に屈折率ｎ、厚みＴの透明な板を導入することによる焦点のずれを説明する図である。
【図２０】（Ａ）〜（Ｄ）は、棒状の原型ナノフォームから図１７に示したナノフォーム構造体を作成する手順を順に示した斜視図である。
【図２１】従来の複眼式の撮像装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１１ａ〜ｄ、９１ａ〜ｄ、１５１ａ〜ｄ  単レンズ
１２、９２、１５２    レンズアレイ
１３ａ〜ｄ、９３ａ〜ｄ、１５３ａ〜ｄ    レンズの光軸
１４、９４    遮光スペーサー
１５ａ〜ｄ、９５ａ〜ｄ    開口
１６、９６    カバーガラス
１７ａ、１７ｄ、９７ａ、９７ｄ、１５４ａ、１５４ｄ  緑色の光のみを透過するカラーフィルタ
１７ｂ、９７ｂ、１５４ｂ  赤色の光のみを透過するカラーフィルタ
１７ｃ、９７ｃ、１５４ｃ  青色の光のみを透過するカラーフィルタ
１８、３１、９８、１５５、１５７、１７１  遮光部
１９，９９、１５８  撮像素子ホルダー
２０，１００  スペーサ
１１０ａ〜ｄ、９１０ａ〜ｄ、１５９ａ〜ｄ  固体撮像素子
１１１、９１１、１５１０  デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）を含む基板
４１  遮光壁
５１  感光性ガラス
５２  紫外線遮光塗料
５３  塗料非塗布部分
５４  遮光部
５５ａ〜ｄ  緑色の光を透過するカラーフィルタを配置する領域
５５ｂ  赤色の光を透過するカラーフィルタを配置する領域
５５ｃ  青色の光を透過するカラーフィルタを配置する領域
６１、７１ａ、７１ｂ、８１ａ、８１ｂ、１２１，１３１ａ、１３１ｂ、１４１ａ、１４１ｂ  軸上のＭＴＦ
６２、７２ａ、７２ｂ、８２ａ、８２ｂ、１２２、１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂ  像高１．１ｍｍのタンジェンシャル方向のＭＴＦ
６３、７３ａ、７３ｂ、８３ａ、８３ｂ、１２３、１３３ａ、１３３ｂ、１４３ａ、１４３ｂ  像高１．１ｍｍのサジタル方向のＭＴＦ
１５６ａ、１５６ｄ  緑色の光が入射するナノフォーム
１５６ｂ  赤色の光が入射するナノフォーム
１５６ｃ  青色の光が入射するナノフォーム
１７０  ナノフォーム構造体
１８１  ナノフォーム固形成分
１８２  ナノフォームの空孔
１９１  レンズ
１９２  撮像面
１９３  透明な板
１９４  光線
２０１ａ〜ｄ  棒状の原型ナノフォーム
２０２  遮光塗料膜
２１１ａ〜ｄ  レンズ
２１２  レンズアレイ
２１３ａ、２１５ａ  緑色の光を透過するフィルタ
２１３ｂ、２１５ｂ  赤色の光を透過するフィルタ
２１３ｃ、２１５ｃ  青色の光を透過するフィルタ
２１４  固体撮像素子
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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