(57)【要約】【課題】受光素子の違いによってマイクロレンズへの入射方向の違いを特定できる撮像装置において、受光素子を無駄にせずに利用可能とし、画像センサの利用効率を向上させることを課題とする。【解決手段】四角形または六角形である絞り部材の開口部５１を通過しかつ撮像光学系２０により集光された光をマイクロレンズアレイ３０を介して受光する画像センサ４０を有する撮像装置において、円形である開口部を通った光を各微小集光部材に対応して受光する対応受光領域が互いに接する場合よりも、いずれの微小集光部材にも対応せず光を受光しない受光素子アレイ上の非対応受光領域が少なくなるように、集光手段、微小集光部材アレイ及び受光素子アレイを配置した。【選択図】図１
2015046867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像領域からの光を通過させる四角形または六角形の開口部を備えた絞り部材と、
撮像領域からの光を集光させる集光手段と、
複数の微小集光部材が２次元配置された微小集光部材アレイと、
前記絞り部材の開口部を通過しかつ前記集光手段により集光された光を前記微小集光部材アレイを介して受光する多数の受光素子が、１つの微小集光部材を通して２つ以上の受光素子が受光するように２次元配置された受光素子アレイとを有し、
前記微小集光部材の各微小集光部材へ入射する光の入射方向に応じて、各微小集光部材を通った光を、それぞれの微小集光部材に対応した互いに異なる受光素子に受光させるように構成されている撮像装置において、
前記絞り部材の開口部を通った光を前記各微小集光部材に対応して受光する前記受光素子アレイ上の受光領域を対応受光領域とし、いずれの微小集光部材にも対応せず光を受光しない前記受光素子アレイ上の受光領域を非対応受光領域としたとき、前記開口部の形状が円形でありかつ前記対応受光領域が互いに接する場合よりも非対応受光領域が少なくなるように、前記集光手段、前記微小集光部材アレイ及び前記受光素子アレイを配置したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１の撮像装置において、
前記絞り部材の開口部の形状は、正方形であり、
前記集光手段の入射瞳径をＤとし、該集光手段の焦点距離をＦとし、前記微小集光部材の入射瞳径をｄとし、該微小集光部材の焦点距離をｆとしたとき、下記の関係式（１）及び（２）を満たすように構成されていることを特徴とする撮像装置。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｆ  ・・・（１）
ｋ  ≦  √２  ・・・（２）
【請求項３】
請求項１の撮像装置において、
前記絞り部材の開口部の形状は、正方形であり、
前記集光手段の入射瞳径をＤとし、該集光手段の焦点距離をＦとし、前記微小集光部材の入射瞳径をｄとし、該微小集光部材と前記受光素子アレイとの距離をｇとしたとき、下記の関係式（３）及び（４）を満たすように構成されていることを特徴とする撮像装置。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｇ  ・・・（３）
ｋ  ≦  √２  ・・・（４）
【請求項４】
請求項１の撮像装置において、
前記絞り部材の開口部の形状は、正六角形であり、
前記微小集光部材アレイは、前記複数の微小集光部材が偶数列と奇数列とで該微小集光部材半個分だけずれて配置されたものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４の撮像装置において、
前記集光手段の入射瞳径をＤとし、該集光手段の焦点距離をＦとし、前記微小集光部材の入射瞳径をｄとし、該微小集光部材の焦点距離をｆとしたとき、下記の関係式（５）及び（６）を満たすように構成されていることを特徴とする撮像装置。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｆ  ・・・（５）
ｋ  ≦  ２／√３  ・・・（６）
【請求項６】
請求項４の撮像装置において、
前記集光手段の入射瞳径をＤとし、該集光手段の焦点距離をＦとし、前記微小集光部材の入射瞳径をｄとし、該微小集光部材と前記受光素子アレイとの距離をｇとしたとき、下記の関係式（７）及び（８）を満たすように構成されていることを特徴とする撮像装置。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｇ  ・・・（７）
ｋ  ≦  ２／√３  ・・・（８）
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置において、
撮像領域から前記微小集光部材アレイまでの光路上に配置され、撮像領域からの光のうちの特定の光学成分を選択的に透過させる１種類又は２種類以上の選択フィルタ領域及び撮像領域からの光をそのまま透過させる非選択フィルタ領域の中から選択される少なくとも２種類の領域を有する光学フィルタを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７の撮像装置において、
前記光学フィルタは、前記絞り部材の開口部を塞ぐように設けられていることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項７又は８の撮像装置において、
上記光学フィルタが有する上記少なくとも２種類の領域は、互いに異なる波長成分を透過させる２種類以上の分光フィルタ領域が含まれていることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像領域からの光を、複数の微小集光部材が２次元配置された微小集光部材アレイを介して、多数の受光素子が２次元配置された受光素子アレイで受光する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常の撮像装置は、ある被写体地点からの光が撮像レンズに入射すると、画像センサ上の一地点に集光され、その被写体地点の光量情報を得る。この光量情報としては、その被写体地点の輝度情報に限らず、各種光学フィルタを介在させることで、その被写体地点における特定波長の光量情報や特定偏光成分の光量情報なども含まれる。一方、多数の受光素子が二次元配列された画像センサの直前に、多数の小型レンズ（マイクロレンズ）が二次元配列されたマイクロレンズアレイを配置した、ライトフィールドカメラあるいはプレノプティックカメラなどと呼ばれる特殊な撮像装置も知られている。
【０００３】
この特殊な撮像装置では、ある被写体地点からの光が撮像レンズに入射すると、マイクロレンズアレイ上の１つまたは２つ以上のマイクロレンズに集光される。マイクロレンズに集光された当該被写体地点からの光束は、マイクロレンズに対する入射方向の違いによって、マイクロレンズからの出射方向が変わり、そのマイクロレンズに対応する画像センサ上の複数の受光素子に分割して受光される。このとき、ある入射方向からマイクロレンズに入射した光は、そのマイクロレンズに対応する複数の受光素子のうちの決まった受光素子に受光されることになる。したがって、受光素子の違いによってマイクロレンズへの入射方向の違いを特定することができる。
【０００４】
このような特徴をもつ特殊な撮像装置によれば、例えば、撮影後に画像のピント位置を変えることができる（特許文献１）。この点について説明すると、画像センサ上の１つの受光素子が受光する光は、対応するマイクロレンズに対して特定の入射方向から入射する光である。すなわち、１つの受光素子が受光する光は、撮像レンズ上の特定箇所から特定の出射方向へ出射した光である。このように撮像レンズ上の特定箇所から特定の出射方向へ出射した光には、撮像レンズからの距離が互いに異なる地点に存在する複数の被写体地点からの光が混在している。一方、当該１つの受光素子で受光される複数の被写体地点からの光は、撮像レンズ上の他のあらゆる箇所からも出射されるわけであるが、各箇所からの出射方向は当該複数の被写体地点ごとに互いに異なり、それぞれ別々の受光素子に受光されることになる。したがって、当該複数の被写体地点のうちの１つの被写体地点からの光を受光する複数の受光素子の組み合わせは、当該複数の被写体地点ごとに全く異なるものとなる。これを利用することで、ある組み合わせに係る複数の受光素子の受光量を集計することにより、その組み合わせに対応する被写体地点の光量情報を得ることができる。すなわち、集計する組み合わせを変えることで、撮像レンズからの距離が互いに異なる地点に存在する複数の被写体地点の光量情報を選択的に得ることができる。その結果、１回の撮影動作で得た画素データから、ピント位置の異なる複数の画像を生成することが可能となる。
【０００５】
また、この特殊な撮像装置によれば、例えば、１回の撮像動作で得た画素データから、光学特性の異なる複数のフィルタ画像を得ることもできる（特許文献２）。この点について、撮像レンズへの入射光路上又は撮像レンズからの出射光路上に、互いに異なる光学特性（波長特性や偏光特性など）をもつ光を選択的に通過させる複数のフィルタ領域に分割された光学フィルタを配置した例で説明する。ある１つの被写体地点からの光は、撮像レンズ上のあらゆる箇所を通過した後、マイクロレンズアレイによって画像センサ上の複数の受光素子に分割して受光されることになる。すなわち、これらの受光素子に受光される光は、同じ被写体地点からの光ではあるが、それぞれ撮像レンズ上の異なる箇所を通過した光である。よって、上述した複数のフィルタ領域が備わった光学フィルタを光路上に配置することで、同じ被写体地点から発せられ、互いに異なる複数のフィルタ領域を通過した光を、互いに異なる受光素子で受光することができる。その結果、１回の撮影動作で得られる画素データから、各フィルタ領域に対応した光学特性が選択された複数のフィルタ画像を得ることが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
画像センサ上において各マイクロレンズに対応する対応受光領域が重複するように構成してしまうと、その重複する部分における受光素子については、その受光素子に対応するマイクロレンズが１つではなくなる。そのため、その受光素子に対しては、対応する１つのマイクロレンズへの入射方向を対応づけるということができなくなるので、この受光素子は、上述した特殊な撮像装置の機能に寄与しない無駄な受光素子となってしまう。また、各マイクロレンズに対応する対応受光領域の間隔を広く空けてしまうと、マイクロレンズに対応しない受光素子（マイクロレンズを透過した光を受光しない受光素子）が多くなる。このような受光素子も、上述した特殊な撮像装置の機能に寄与しない無駄な受光素子となる。上述した特殊な撮像装置においては、限りのある画像センサ上の受光素子をできるだけ無駄にせずに利用することが重要であり、無駄な受光素子の数を減らして画像センサの利用効率を上げることが望まれる。
【０００７】
図１０（ａ）は、従来装置における撮像レンズとマイクロレンズアレイと画像センサとの関係を示す模式図である。
図１０（ｂ）は、画像センサ上における各マイクロレンズに対応する対応受光領域（３つのみ図示してある。）を示す説明図である。
なお、ここでいう撮像レンズは、実際にはレンズやミラー等の複数の光学部品からなる撮像光学系で構成されているものを、等価的に単一のレンズとして図示したものである。
【０００８】
従来装置において、撮像レンズ（撮像光学系）２０とマイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との関係は、通常、下記の関係式（１’）を満たすように決定されている。この関係式（１’）において、「Ｄ」は、撮像レンズ２０の入射瞳径であり、「Ｆ」は、撮像レンズ２０の焦点距離であり、「ｄ」は、マイクロレンズ３１の入射瞳径であり、「ｆ」は、マイクロレンズ３１の焦点距離である。なお、マイクロレンズアレイ３０は、撮像レンズ２０の焦点距離付近に配置されている。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｄ／ｆ  ・・・（１’）
【０００９】
図１０（ｂ）に示すように、従来装置の絞り形状は、円形であるのが通常であり、画像センサ４０上の各マイクロレンズに対応する対応受光領域（マクロピクセル）も円形となる。そして、撮像レンズ（撮像光学系）２０とマイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との関係が前記関係式（１’）を満たす場合、各マイクロレンズ３１に対応する円形の対応受光領域は、図１０（ｂ）に示すように、互いに重複することなく、互いに外接するような配置となる。このような構成であれば、各マイクロレンズ３１に対応する対応受光領域が重複しないため、重複による無駄な受光素子が存在しない。また、各マイクロレンズ３１に対応する円形の対応受光領域が互いに外接するような配置であることから、対応受光領域の間に隙間がある配置と比べて無駄な受光素子は少ない。
【００１０】
ところが、このような構成であっても、マイクロレンズ３１に対応しない無駄な受光素子が未だ多く存在する。この点について、図１１に示す画像例を用いて具体的に説明する。図１１に示す画像例は、従来装置における画像センサ上の各受光素子の受光量に対応した画素値をもつ画像である。この画像において、各マイクロレンズ３１に対応する円形の対応受光領域については、それぞれの画素値を有しているが、それ以外の部分、すなわち、２×２の４つの対応受光領域に囲まれた部分については、画素値を有さず、真っ黒い画素となっている。従来装置においては、この部分の受光素子がマイクロレンズに対応しないために無駄な受光素子となっている。
【００１１】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、受光素子の違いによって微小集光部材（マイクロレンズ）への入射方向の違いを特定することができる撮像装置において、従来装置でマイクロレンズに対応せずに無駄となっていた受光素子を利用可能とし、画像センサの利用効率を向上させた撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明は、撮像領域からの光を通過させる四角形または六角形の開口部を備えた絞り部材と、撮像領域からの光を集光させる集光手段と、複数の微小集光部材が２次元配置された微小集光部材アレイと、前記絞り部材の開口部を通過しかつ前記集光手段により集光された光を前記微小集光部材アレイを介して受光する多数の受光素子が、１つの微小集光部材を通して２つ以上の受光素子が受光するように２次元配置された受光素子アレイとを有し、前記微小集光部材の各微小集光部材へ入射する光の入射方向に応じて、各微小集光部材を通った光を、それぞれの微小集光部材に対応した互いに異なる受光素子に受光させるように構成されている撮像装置において、前記絞り部材の開口部を通った光を前記各微小集光部材に対応して受光する前記受光素子アレイ上の受光領域を対応受光領域とし、いずれの微小集光部材にも対応せず光を受光しない前記受光素子アレイ上の受光領域を非対応受光領域としたとき、前記開口部の形状が円形でありかつ前記対応受光領域が互いに接する場合よりも非対応受光領域が少なくなるように、前記集光手段、前記微小集光部材アレイ及び前記受光素子アレイを配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明によれば、受光素子の違いによって微小集光部材への入射方向の違いを特定することができる撮像装置において、従来装置でマイクロレンズに対応せずに無駄となっていた受光素子を利用可能とし、画像センサの利用効率を向上させることが可能となるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】受光素子の違いによってマイクロレンズへの入射方向の違いを特定できる撮像装置の一般的な原理を説明するための説明図である。
【図２】実施形態における撮像装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】同撮像装置における光学フィルタが貼り付けられた絞り部材を入射光軸方向から見たときの正面図である。
【図４】同絞り部材を入射光軸方向に沿って切断したときの断面図である。
【図５】同光学フィルタの構造を説明するための説明図である。
【図６】（ａ）は、同撮像装置における撮像光学系とマイクロレンズアレイと画像センサとの関係を示す模式図である。（ｂ）は、同画像センサ上における各マイクロレンズに対応する受光領域を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、絞り部材の開口部の形状が従来のように円形である場合のＲＡＷ画像データの一画像例である。（ｂ）は、絞り部材の開口部の形状が実施形態のように正方形である場合のＲＡＷ画像データの一画像例である。
【図８】実施形態における撮像光学系の入射瞳径Ｄと入射瞳長Ｄ’との関係を説明するための説明図である。
【図９】絞り部材の開口部の形状が正方形である場合における撮像光学系の入射瞳径Ｄと入射瞳長Ｄ’との関係を説明するための説明図である。
【図１０】（ａ）は、従来装置における撮像レンズとマイクロレンズアレイと画像センサとの関係を示す模式図である。（ｂ）は、画像センサ上における各マイクロレンズに対応する対応受光領域を示す説明図である。
【図１１】従来装置におけるＲＡＷ画像データの一画像例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る撮像装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る撮像装置の具体的構成を説明する前に、図１を参照して、受光素子の違いによってマイクロレンズへの入射方向の違いを特定できる撮像装置の一般的な原理を説明する。
ここでは、原理を分かり易く説明するために、撮像光学系は単レンズ２０’で示してあり、撮像光学系の絞り位置Ｓをその単レンズ２０’の中心に図示してある。また、単レンズ２０’の中心には、光学フィルタを構成する３種類のフィルタｆＲ（Ｒ：レッド）、ｆＧ（Ｇ：グリーン）、ｆＢ（Ｂ：ブルー）を図示してある。
【００１６】
単レンズ２０’の集光位置付近には、複数のマイクロレンズ（微小集光部材）３１が２次元配置された微小集光部材アレイとしてのマイクロレンズアレイ３０が配置されている。また、各マイクロレンズ３１の焦点位置付近には、単レンズ２０’により集光された光をマイクロレンズアレイ３０を介して受光する多数の受光素子が、１つのマイクロレンズ３１に対して２つ以上対応するように２次元配置された受光素子アレイとしての画像センサ４０が配置されている。ここでは、簡便な理解のために、画像センサ４０としてモノクロセンサを用いる。
【００１７】
単レンズ２０’の焦点距離にある撮像領域内の１つの被写体地点１０からの光は放射状に広がって単レンズ２０’上の異なる箇所に入射し、その入射箇所に応じて、異なる分光特性を有するフィルタ領域ｆＲ，ｆＧ，ｆＢを通過する。各フィルタ領域ｆＲ，ｆＧ，ｆＢを通過した光は、マイクロレンズアレイ３０上の対応するマイクロレンズ３１（ここでは１つのマイクロレンズであるとする。）に集光される。このとき、マイクロレンズ３１へ入射する入射方向（入射角度）は、単レンズ上を通過した箇所によって異なるものとなる。そして、マイクロレンズ３１への入射方向が異なれば、そのマイクロレンズ３１から出射する方向も異なり、画像センサ４０上の別々の受光素子に受光されることになる。したがって、単レンズ上の異なる箇所を通過した光、すなわち、異なるフィルタ領域ｆＲ，ｆＧ，ｆＢを通過した光は、それぞれ異なる受光素子に受光されることになる。よって、１回の撮像動作によって、ある１つの被写体地点１０における異なる波長成分を持つ光を、画像センサ４０により検出することができる。
【００１８】
また、単レンズ２０’の焦点距離にある図１に示した被写体地点１０とは異なる被写体地点についても、前記と同様に、各フィルタ領域ｆＲ，ｆＧ，ｆＢを通過した光が、マイクロレンズアレイ上の別のマイクロレンズ３１に集光され、画像センサ４０上の異なる受光素子に受光される。よって、１回の撮像動作で、単レンズ２０’の焦点距離にある被写体の各地点についての異なる波長成分を持つ光を、画像センサ４０により検出することができる。その結果、画像センサ４０から出力される画像信号（各受光素子で受光した受光量を示す信号）から、各フィルタ領域ｆＲ，ｆＧ，ｆＢに対応する画像信号を抽出することで、それぞれのフィルタ領域ｆＲ，ｆＧ，ｆＢに対応する波長成分のフィルタ画像を、１度の撮像動作で取得することができる。
【００１９】
また、単レンズ２０’の焦点距離から外れた距離にある被写体地点については、各フィルタ領域ｆＲ，ｆＧ，ｆＢを通過した光が、マイクロレンズアレイ上の複数のマイクロレンズ３１に分割して集光されることになるが、画像センサ４０上の異なる受光素子に受光されることに変わりはない。そして、その被写体地点の距離と、その被写体地点から各フィルタ領域ｆＲ，ｆＧ，ｆＢを通過した光が受光される受光素子との関係は、一義的に定まる。よって、前記と同様に、１回の撮像動作で、単レンズ２０’の焦点距離から外れた距離にある被写体の各地点についての異なる波長成分を持つ光も、画像センサ４０により検出することができる。
【００２０】
図２は、本実施形態における撮像装置の概略構成を示す模式図である。
本実施形態における撮像装置は、複数のレンズ等の光学部品によって構成される集光手段としての撮像光学系２０と、微小集光部材アレイとしてのマイクロレンズアレイ３０と、受光素子アレイとしての画像センサ４０とを備えている。また、撮像光学系２０には、撮像領域からの光を通過させる開口部５１を備えた絞り部材５０と、その絞り部材５０の開口部５１を塞ぐように、４×４の１６個の互いに異なる分光特性を備えたフィルタ領域を有する光学フィルタ６０とが設けられている。したがって、本実施形態の撮像装置によれば、１６種類の異なる波長成分についてのフィルタ画像を１回の撮像動作によって取得することができる。
【００２１】
図３は、光学フィルタ６０が貼り付けられた絞り部材５０を入射光軸方向から見たときの正面図である。
図４は、光学フィルタ６０が貼り付けられた絞り部材５０を入射光軸方向に沿って切断したときの断面図である。
図５は、光学フィルタ６０の構造を説明するための説明図である。
【００２２】
本実施形態の光学フィルタ６０は、図５に示すように、互いに異なる分光特性（通過させる波長成分が互いに異なる）４枚のフィルタ部材Ｆ１〜Ｆ４を２×２で配置したものに、帯状のフィルタ部材Ｆ５〜Ｆ８を配置することで、１６種類の異なる分光特性をもったフィルタ領域ｆ１〜ｆ１６を作成している。具体的には、フィルタ領域ｆ１の分光特性はフィルタ部材Ｆ１の分光特性のみ、フィルタ領域ｆ２の分光特性はフィルタ部材Ｆ１，Ｆ５の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ３の分光特性はフィルタ部材Ｆ２，Ｆ６の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ４の分光特性はフィルタ部材Ｆ２の分光特性のみ、フィルタ領域ｆ５の分光特性はフィルタ部材Ｆ１，Ｆ７の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ６の分光特性はフィルタ部材Ｆ１，Ｆ５，Ｆ７の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ７の分光特性はフィルタ部材Ｆ２，Ｆ６，Ｆ７の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ８の分光特性はフィルタ部材Ｆ２，Ｆ７の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ９の分光特性はフィルタ部材Ｆ３，Ｆ８の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ１０の分光特性はフィルタ部材Ｆ３，Ｆ５，Ｆ８の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ１１の分光特性はフィルタ部材Ｆ４，Ｆ６，Ｆ８の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ１２の分光特性はフィルタ部材Ｆ４，Ｆ８の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ１３の分光特性はフィルタ部材Ｆ３の分光特性のみ、フィルタ領域ｆ１４の分光特性はフィルタ部材Ｆ３，Ｆ５の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ１５の分光特性はフィルタ部材Ｆ４，Ｆ６の分光特性を組み合わせたもの、フィルタ領域ｆ１６の分光特性はフィルタ部材Ｆ４の分光特性のみ、となっている。
【００２３】
本実施形態では、このような光学フィルタ６０に対し、図４に示すように、撮像領域側から絞り部材５０を貼り付けた構成を採用しているが、画像センサ４０側から絞り部材５０を貼り付けた構成を採用してもよい。
【００２４】
次に、本発明の特徴部分について説明する。
図６（ａ）は、本実施形態の撮像装置における撮像光学系２０とマイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との関係を示す模式図である。
図６（ｂ）は、画像センサ上における各マイクロレンズに対応する受光領域（３つのみ図示してある。）を示す説明図である。
なお、図６においては、撮像光学系２０を単レンズで示してあり、その単レンズの中心に、絞り部材５０と光学フィルタ６０が図示してある。
【００２５】
本実施形態における絞り部材５０は、その開口部５１の形状が図３に示すように正方形状となっており、その開口部５１の面積が変更できない固定式のものである。ここで、各マイクロレンズ３１に対応する画像センサ４０上の対応受光領域（以下「マクロピクセル」という。）の形状は、絞り部材５０の開口部５１の形状の相似形となる。本実施形態では、絞り部材５０の開口部５１の形状が正方形状であるため、画像センサ４０上のマクロピクセルの形状は、図６（ｂ）に示すように正方形状となる。画像センサ４０上のマクロピクセルの形状がこのような正方形状であれば、図６（ｂ）に示すように、各マクロピクセルが互いに重複することなく、かつ、隣接するマクロピクセルの辺同士が接するような配置関係とすることで、マイクロレンズ３１を通過した光を受光しない非マクロピクセルの存在をゼロにすることが理論上可能となる。
【００２６】
絞り部材の開口部の形状が従来のように円形である場合には、各マクロピクセルが互いに重複することなく、かつ、マクロピクセルを構成しない非マクロピクセル部分（非対応受光領域。すなわち２×２の４つの円形のマクロピクセルに囲まれた真っ黒い画素部分）が最大限少なくなるように、隣接するマクロピクセルが接するような配置関係とした場合でも、図７（ａ）に示すように、非マクロピクセル部分が多く存在する。これに対し、本実施形態のように絞り部材５０の開口部５１の形状を正方形とした場合、上述した配置関係とすることで、図７（ｂ）に示すように、非マクロピクセル部分の存在を理論的にはゼロとすることができ、無駄な受光素子を無くす、あるいは、大幅に減らすことを可能とし、画像センサの利用効率を向上させることができる。
【００２７】
一般に、１つのマクロピクセルを構成する受光素子の数が多いほど、同時に取得できるフィルタ画像の数（フィルタ領域の数）を増やしやすく、また、個々のフィルタ画像に対応する受光素子の数が増えるのでフィルタ画像の精度も向上する。また、１回の撮影動作で得た画素データから、ピント位置の異なる複数の画像を生成可能なリフォーカスカメラとしての機能に着目すれば、方向情報の分解能が高まるため、リフォーカスの計算時における像の正確さが高まる。
【００２８】
ここで、本実施形態における撮像光学系２０とマイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との関係について、図６を参照して説明する。
なお、以下の説明において、撮像光学系２０の入射瞳径（本明細書において、入射瞳径とは入射瞳の最大長を意味する。）をＤとし、撮像光学系２０の焦点距離をＦとし、マイクロレンズ３１の入射瞳径をｄとし、マイクロレンズ３１の焦点距離をｆとする。また、絞り部材５０の開口部５１の正方形の対辺間距離に相当する撮像光学系２０の入射瞳長（以下、単に「入射瞳長」という。）Ｄ’とする。このとき、各マクロピクセルが互いに重複することなく、かつ、隣接するマクロピクセルの辺同士が接するという本実施形態の配置関係を実現するためには、下記の関係式（９）を満たすようにすればよい。
Ｆ／Ｄ’  ＝  ｆ／ｄ  ・・・（９）
【００２９】
図８は、撮像光学系２０の入射瞳径Ｄと入射瞳長Ｄ’との関係を説明するための説明図である。
本実施形態における入射瞳長Ｄ’は、入射瞳径Ｄ（入射瞳の最大長）との関係では、下記の関係式（１０）を満たす。ただし、ｋ＝√２である。
Ｄ  ＝  ｋ  ×  Ｄ’  ・・・（１０）
【００３０】
したがって、本実施形態において、撮像光学系２０の入射瞳径Ｄ、撮像光学系２０の焦点距離Ｆ、マイクロレンズ３１の入射瞳径ｄ、マイクロレンズ３１の焦点距離ｆとの関係は、下記の関係式（１１）を満たすものである。ただし、ｋ＝√２である。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｆ  ・・・（１１）
【００３１】
また、本実施形態においては、撮像光学系２０の入射瞳径Ｄ、撮像光学系２０の焦点距離Ｆ、マイクロレンズ３１の入射瞳径ｄ、マイクロレンズ３１の焦点距離ｆの少なくとも１つを調整することで、前記関係式（１１）を満たすように構成することになる。この中でも、撮像光学系２０の入射瞳径Ｄ（入射瞳長Ｄ’）は、絞り部材５０の開口部５１の寸法を変えるという簡単な方法で変更することができる。また、マイクロレンズ３１の入射瞳径ｄも、撮像光学系２０とマイクロレンズアレイ３０との距離を調整するという簡単な方法で変更することができる。
【００３２】
また、前記関係式（９）に示す関係は、マイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との距離を変更することでも実現できる。具体的には、マイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との距離をｇとした場合、下記の関係式（１２）が得られる。ただし、ｋ＝√２である。正方形状の各マクロピクセルが互いに重複することなく、かつ、隣接する正方形状のマクロピクセルの辺同士が接するという本実施形態の配置関係を実現するためには、下記の関係式（１２）を満たすようにしてもよい。
Ｄ’／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｇ  ・・・（１２）
【００３３】
この場合、撮像光学系２０の入射瞳径Ｄ、撮像光学系２０の焦点距離Ｆ、マイクロレンズ３１の入射瞳径ｄ、マイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との距離ｇの少なくとも１つを調整することで、前記関係式（１２）を満たすように構成することになる。このとき、マイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との距離ｇは、簡単な方法で変更可能である。すなわち、マイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との距離を、マイクロレンズアレイ３０の焦点距離ｆのｋ倍だけ離れた距離に設定する。
【００３４】
また、本実施形態では、絞り部材５０の開口部５１の形状が正方形状である構成であるが、その形状は他の多角形状のもので構成することも可能である。特に、絞り部材５０の開口部５１の形状が正六角形状であれば、図９に示すように、正方形状の場合と同様、非マクロピクセルの存在をゼロにすることが理論上可能となる。
【００３５】
絞り部材５０の開口部５１の形状が正六角形状である場合における撮像光学系２０とマイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との関係について、説明する。
絞り部材５０の開口部５１の正六角形の対辺間距離に相当する撮像光学系２０の入射瞳長Ｄ’とする。このとき、各マクロピクセルが互いに重複することなく、かつ、隣接するマクロピクセルの辺同士が接するという本実施形態の配置関係を実現するためには、前記関係式（９）を満たせばよい。このときの入射瞳長Ｄ’と入射瞳径Ｄ（入射瞳の最大長）との関係式（１０）における係数ｋは、２／√３である。したがって、絞り部材５０の開口部５１の形状が正六角形状である場合には、前記関係式（１１）を満たすように（ｋ＝２／√３）、撮像光学系２０の入射瞳径Ｄやマイクロレンズ３１の入射瞳径ｄなどを調整したり、前記関係式（１２）を満たすように（ｋ＝２／√３）、マイクロレンズアレイ３０と画像センサ４０との距離ｇを調整したりすればよい。
【００３６】
ただし、絞り部材５０の開口部５１の形状が正六角形状である場合、非マクロピクセルの存在をゼロにするためには、図９に示すように、マイクロレンズアレイ３０におけるマイクロレンズの偶数列と奇数列とがマイクロレンズ半個分だけズレるように配置することが必要となる。
【００３７】
また、本実施形態では、非マクロピクセル部分の存在をゼロにする構成について説明したが、絞り部材５０の開口部５１の形状が円形である場合よりも非マクロピクセル部分が少なくなる構成であれば、これに限られない。例えば、正方形状の各マクロピクセルの場合、各マクロピクセルが互いに重複しない構成であれば、隣接する正方形状のマクロピクセルの辺同士が多少の隙間をもって平行に近接する配置関係であってもよい。この場合、前記関係式（１１）や前記関係式（１２）における係数ｋは、√２よりも小さい値となる。同様に、例えば、正六角形状の各マクロピクセルの場合、各マクロピクセルが互いに重複しない構成であれば、隣接する正六角形状のマクロピクセルの辺同士が多少の隙間をもって平行に近接する配置関係であってもよい。この場合、前記関係式（１１）や前記関係式（１２）における係数ｋは、２／√３よりも小さい値となる。また、絞り部材５０の開口部５１の形状は正確な正方形や正六角形である必要はない。      
【００３８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
撮像領域からの光を通過させる四角形または六角形の開口部５１を備えた絞り部材５０と、撮像領域からの光を集光させる撮像光学系２０等の集光手段と、複数のマイクロレンズ３１等の微小集光部材が２次元配置されたマイクロレンズアレイ３０等の微小集光部材アレイと、前記絞り部材の開口部を通過しかつ前記集光手段により集光された光を前記微小集光部材アレイを介して受光する多数の受光素子が、１つの微小集光部材を通して２つ以上の受光素子が受光するように２次元配置された画像センサ４０等の受光素子アレイとを有し、前記微小集光部材の各微小集光部材へ入射する光の入射方向に応じて、各微小集光部材を通った光を、それぞれの微小集光部材に対応した互いに異なる受光素子に受光させるように構成されている撮像装置において、前記絞り部材の開口部を通った光を前記各微小集光部材に対応して受光する前記受光素子アレイ上の受光領域を対応受光領域（マクロピクセル）とし、いずれの微小集光部材にも対応せず光を受光しない前記受光素子アレイ上の受光領域を非対応受光領域としたとき、前記開口部の形状が円形でありかつ前記対応受光領域が互いに接する場合よりも非対応受光領域が少なくなるように、前記集光手段、前記微小集光部材アレイ及び前記受光素子アレイを配置したことを特徴とする。
各微小集光部材に対応する受光素子アレイ上の対応受光領域の形状は、絞り部材の開口部の形状の相似形となる。したがって、絞り部材の開口部の形状が四角形または六角形である場合、受光素子アレイ上の対応受光領域の形状も、四角形または六角形となる。受光素子アレイ上の対応受光領域の形状が四角形または六角形であることで、対応受光領域が互いに重複することなく、かつ、その形状が円形である場合よりも非対応受光領域が大幅に少なくした構成、あるいは、非対応受光領域を無くした構成を実現することができる。
【００３９】
（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記絞り部材の開口部の形状は、正方形であり、前記集光手段の入射瞳径をＤとし、該集光手段の焦点距離をＦとし、前記微小集光部材の入射瞳径をｄとし、該微小集光部材の焦点距離をｆとしたとき、下記の関係式（１）及び（２）を満たすように構成されていることを特徴とする。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｆ  ・・・（１）
ｋ  ≦  √２  ・・・（２）
これによれば、対応受光領域が互いに重複することなく、かつ、その形状が円形である場合よりも非対応受光領域が少ない構成、あるいは、非対応受光領域が無い構成を実現することができる。
【００４０】
（態様Ｃ）
前記態様Ａにおいて、前記絞り部材の開口部の形状は、正方形であり、前記集光手段の入射瞳径をＤとし、該集光手段の焦点距離をＦとし、前記微小集光部材の入射瞳径をｄとし、該微小集光部材と前記受光素子アレイとの距離をｇとしたとき、下記の関係式（３）及び（４）を満たすように構成されていることを特徴とする。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｇ  ・・・（３）
ｋ  ≦  √２  ・・・（４）
これによれば、対応受光領域が互いに重複することなく、かつ、その形状が円形である場合よりも非対応受光領域が少ない構成、あるいは、非対応受光領域が無い構成を実現することができる。
【００４１】
（態様Ｄ）
前記態様Ａにおいて、前記絞り部材の開口部の形状は、正六角形であり、前記微小集光部材アレイは、前記複数の微小集光部材が偶数列と奇数列とで該微小集光部材半個分だけずれて配置されたものであることを特徴とする。
これによれば、対応受光領域が互いに重複することなく、かつ、その形状が円形である場合よりも非対応受光領域が大幅に少ない構成、あるいは、非対応受光領域が無くなる構成を実現することができる。
【００４２】
（態様Ｅ）
前記態様Ｄにおいて、前記集光手段の入射瞳径をＤとし、該集光手段の焦点距離をＦとし、前記微小集光部材の入射瞳径をｄとし、該微小集光部材の焦点距離をｆとしたとき、下記の関係式（５）及び（６）を満たすように構成されていることを特徴とする。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｆ  ・・・（５）
ｋ  ≦  ２／√３  ・・・（６）
これによれば、対応受光領域が互いに重複することなく、かつ、その形状が円形である場合よりも非対応受光領域が少ない構成、あるいは、非対応受光領域が無い構成を実現することができる。
【００４３】
（態様Ｆ）
前記態様Ｄにおいて、前記集光手段の入射瞳径をＤとし、該集光手段の焦点距離をＦとし、前記微小集光部材の入射瞳径をｄとし、該微小集光部材と前記受光素子アレイとの距離をｇとしたとき、下記の関係式（７）及び（８）を満たすように構成されていることを特徴とする。
Ｄ／Ｆ  ＝  ｋ  ×  ｄ／ｇ  ・・・（７）
ｋ  ≦  ２／√３  ・・・（８）
これによれば、対応受光領域が互いに重複することなく、かつ、その形状が円形である場合よりも非対応受光領域が少ない構成、あるいは、非対応受光領域が無い構成を実現することができる。
【００４４】
（態様Ｇ）
前記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様において、撮像領域から前記微小集光部材アレイまでの光路上に配置され、撮像領域からの光のうちの特定の光学成分を選択的に透過させる１種類又は２種類以上の選択フィルタ領域及び撮像領域からの光をそのまま透過させる非選択フィルタ領域の中から選択される少なくとも２種類の領域を有する光学フィルタ６０を有することを特徴とする。
これによれば、光学フィルタに設けられる各フィルタ領域ｆ１〜ｆ１６にそれぞれ対応するフィルタ画像を１度の撮像動作で取得することができる。
【００４５】
（態様Ｈ）
前記態様Ｇにおいて、前記光学フィルタは、前記絞り部材の開口部を塞ぐように設けられていることを特徴とする。
これによれば、高品質なフィルタ画像を簡易に得られる。
【００４６】
（態様Ｉ）
前記態様Ｇ又はＨにおいて、上記光学フィルタが有する上記少なくとも２種類の領域は、互いに異なる波長成分を透過させる２種類以上の分光フィルタ領域ｆ１〜ｆ１６が含まれていることを特徴とする。
これによれば、光学フィルタに設けられる各分光フィルタ領域ｆ１〜ｆ１６にそれぞれ対応する波長成分のフィルタ画像を１度の撮像動作で取得することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  被写体地点
２０  撮像光学系
３０  マイクロレンズアレイ
３１  マイクロレンズ
４０  画像センサ
５０  絞り部材
５１  開口部
６０  光学フィルタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４８】
【特許文献１】特許４７５２０３１号公報
【特許文献２】米国特許第７４３３０４２号公報
【図２】
2015046867.tif 000003
【図３】
2015046867.tif 000004
【図４】
2015046867.tif 000005
【図５】
2015046867.tif 000006
【図６】
2015046867.tif 000007
【図８】
2015046867.tif 000008
【図９】
2015046867.tif 000009
【図１０】
2015046867.tif 000010
【図１】
2015046867.tif 000011
【図７】
2015046867.tif 000012
【図１１】
2015046867.tif 000013