(57)【要約】【課題】単一の撮像光学系を用いた撮像によって複数の偏光画像や分光画像を取得することができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、レンズＬ、絞りＳ、ならびに、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つが互いに異なる第１および第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２を有するレンズ光学系Ｌと、レンズ光学系を通過した光が入射する撮像素子Ｎと、レンズ光学系と撮像素子との間に配置され、レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素を含むアレイ状光学素子Ｋとを備え、撮像素子Ｎは、互いに、交互に配置された、複数の第１の画素からなる第１の行および複数の第２の画素からなる第２の行をそれぞれ複数含み、レンズ光学系の第１および第２の光学領域は、光軸に対して非均等に配置されており、アレイ状光学素子Ｋの少なくとも光軸上の光学要素は、レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、対応する第１の行およびこれに隣接する第２の行の画素を覆うように位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ、絞り、ならびに、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つが互いに異なる第１および第２の光学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、前記レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素を含むアレイ状光学素子とを備え、
前記撮像素子は、互いに、交互に配置された、複数の第１の画素からなる第１の行および複数の第２の画素からなる第２の行をそれぞれ複数含み、
前記レンズ光学系の前記第１および第２の光学領域は、前記光軸に対して非均等に配置されており、
前記アレイ状光学素子の少なくとも光軸上の光学要素は、前記レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、対応する第１の行およびこれに隣接する第２の行の画素を覆うように位置している、撮像装置。
【請求項２】
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線を前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光線を前記第２の画素に入射させる、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
レンズ、絞り、並びに、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つが互いに異なる第１および第２の光学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、前記レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素から成るアレイ状光学素子とを備え、
前記撮像素子は、互いに、交互に配置された、複数の第１の画素からなる第１の行および複数の第２の画素からなる第２の行をそれぞれ複数含み、
前記レンズ光学系の前記第１および第２の光学領域は、前記光軸に対して非均等に配置されており、
前記アレイ状光学素子の少なくとも光軸上の光学要素を含む複数の光学要素の境界は、前記レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、前記第１の行とこれに隣接する第２の行の画素との境界に対して、所定の方向にオフセットしている、撮像装置。
【請求項４】
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線を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光線を前記第２の画素に入射させる、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の光学領域は、所定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によって構成され、
前記第２の光学領域は、無偏光の光を透過する、請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１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偏光フィルタによって構成され、
前記第２の光学領域は、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主に透過する偏光フィルタによって構成されている、
請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
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に記載の撮像装置。
【請求項８】
レンズ、絞り、並びに、第１、第２、第３および第４の光学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、前記レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素から成るアレイ状光学素子とを備え、
前記第１、第２、第３および第４の光学領域のうちの少なくとも２つにおいて、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つは互いに異なっており、
前記撮像素子は、２次元に配列された、複数の第１の画素、複数の第２の画素、複数の第３の画素および複数の第４の画素を含み、各第１の画素、第２の画素、第３の画素および第４の画素は、前記２次元の２つの配列方向に互いに隣接して位置し、画素群を構成しており、
前記レンズ光学系の前記第１、第２、第３および第４の光学領域の少なくも２つは、前記光軸に対して非均等に配置されており、
前記アレイ状光学素子の各光学要素は、前記レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、前記対応する画素群を覆うように位置している、撮像装置。
【請求項９】
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線を前記複数の第１の画素、前記複数の第２の画素、および前記複数の第４画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光線を前記第２の画素に入射させ、前記第３の光学領域を通過した光線を前記複数の第２の画素、前記複数の第３の画素、および前記複数の第４画素に入射させ、前記第４の光学領域を通過した光線を前記第４の画素に入射させる、請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
レンズ、絞り、並びに、第１、第２、第３および第４の光学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、前記レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素から成るアレイ状光学素子とを備え、
前記第１、第２、第３および第４の光学領域のうちの少なくとも２つにおいて、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つは互いに異なっており、
前記撮像素子は、２次元に配列された、複数の第１の画素、複数の第２の画素、複数の第３の画素および複数の第４の画素を含み、各第１の画素、第２の画素、第３の画素および第４の画素は、前記２次元の２つの配列方向に互いに隣接して位置し、それぞれ画素群を構成しており、
前記レンズ光学系の前記第１、第２、第３および第４の光学領域の少なくも２つは、前記光軸に対して非均等に配置されており、
前記アレイ状光学素子の複数の光学要素の境界は、前記レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、前記複数の画素群の対応する境界位置に対して、所定方向にオフセットしている、撮像装置。
【請求項１１】
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線を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光線を前記第２の画素に入射させ、前記第３の光学領域を通過した光線を前記複数の第３の画素に入射させ、前記第４の光学領域を通過した光線を前記第４の画素に入射させる、請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
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８から１１のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１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偏光フィルタによって構成され、
前記第２の光学領域、および前記第４の光学領域は無偏光の光を透過し、
前記第３の光学領域は、前記第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によって構成されている、
請求項８から１１のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１４】
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る、請求項１から１３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１５】
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る、
請求項１から１４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記マイクロレンズは、バイナリー形状で形成された屈折率分布素子、もしくはマルチレベル形状で形成された屈折率分布素子である、
請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
請求項１から６のいずれかに記載の撮像装置を複数備える測距装置。
【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、偏光特性の異なる複数の画像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、より簡単な構成で偏光特性の異なる複数の画像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】
本発明の一実施形態に係る撮像装置は、レンズ、絞り、ならびに、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つが互いに異なる第１および第２の光学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、前記レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素を含むアレイ状光学素子とを備え、前記撮像素子は、互いに、交互に配置された、複数の第１の画素からなる第１の行および複数の第２の画素からなる第２の行をそれぞれ複数含み、前記レンズ光学系の前記第１および第２の光学領域は、前記光軸に対して非均等に配置されており、前記アレイ状光学素子の少なくとも光軸上の光学要素は、前記レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、対応する第１の行およびこれに隣接する第２の行の画素を覆うように位置している。
【００１０】
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線を前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光線を前記第２の画素に入射させてもよい。
【００１１】
本発明の他の一実施形態に係る撮像装置は、レンズ、絞り、並びに、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つが互いに異なる第１および第２の光学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、前記レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素から成るアレイ状光学素子とを備え、前記撮像素子は、互いに、交互に配置された、複数の第１の画素からなる第１の行および複数の第２の画素からなる第２の行をそれぞれ複数含み、前記レンズ光学系の前記第１および第２の光学領域は、前記光軸に対して非均等に配置されており、前記アレイ状光学素子の少なくとも光軸上の光学要素を含む複数の光学要素の境界は、前記レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、前記第１の行とこれに隣接する第２の行の画素との境界に対して、所定の方向にオフセットしている。
【００１２】
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線を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光線を前記第２の画素に入射させてもよい。
【００１３】
前記第１の光学領域は、所定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によって構成され、前記第２の光学領域は、無偏光の光を透過してもよい。
【００１４】
前記第１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偏光フィルタによって構成され、前記第２の光学領域は、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主に透過する偏光フィルタによって構成されていてもよい。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明の他の一実施形態に係る撮像装置は、レンズ、絞り、並びに、第１、第２、第３および第４の光学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、前記レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素から成るアレイ状光学素子とを備え、前記第１、第２、第３および第４の光学領域のうちの少なくとも２つにおいて、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つは互いに異なっており、前記撮像素子は、２次元に配列された、複数の第１の画素、複数の第２の画素、複数の第３の画素および複数の第４の画素を含み、各第１の画素、第２の画素、第３の画素および第４の画素は、前記２次元の２つの配列方向に互いに隣接して位置し、画素群を構成しており、前記レンズ光学系の前記第１、第２、第３および第４の光学領域の少なくも２つは、前記光軸に対して非均等に配置されており、前記アレイ状光学素子の各光学要素は、前記レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、前記対応する画素群を覆うように位置している。
【００１７】
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線を前記複数の第１の画素、前記複数の第２の画素、および前記複数の第４画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光線を前記第２の画素に入射させ、前記第３の光学領域を通過した光線を前記複数の第２の画素、前記複数の第３の画素、および前記複数の第４画素に入射させ、前記第４の光学領域を通過した光線を前記第４の画素に入射させてもよい。
【００１８】
本発明の他の一実施形態に係る撮像装置は、レンズ、絞り、並びに、第１、第２、第３および第４の光学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、前記レンズ光学系の光軸に垂直な平面に配置された複数の光学要素から成るアレイ状光学素子とを備え、前記第１、第２、第３および第４の光学領域のうちの少なくとも２つにおいて、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つは互いに異なっており、前記撮像素子は、２次元に配列された、複数の第１の画素、複数の第２の画素、複数の第３の画素および複数の第４の画素を含み、各第１の画素、第２の画素、第３の画素および第４の画素は、前記２次元の２つの配列方向に互いに隣接して位置し、それぞれ画素群を構成しており、前記レンズ光学系の前記第１、第２、第３および第４の光学領域の少なくも２つは、前記光軸に対して非均等に配置されており、前記アレイ状光学素子の複数の光学要素の境界は、前記レンズ光学系の光学軸と平行な方向から見て、前記複数の画素群の対応する境界位置に対して、所定方向にオフセットしている。
【００１９】
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線を前記複数の第１の画素に入射させ、前記第２の光学領域を通過した光線を前記第２の画素に入射させ、前記第３の光学領域を通過した光線を前記複数の第３の画素に入射させ、前記第４の光学領域を通過した光線を前記第４の画素に入射させてもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
前記第１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偏光フィルタによって構成され、前記第２の光学領域、および前記第４の光学領域は無偏光の光を透過し、前記第３の光学領域は、前記第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によって構成されていてもよい。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
前記マイクロレンズは、バイナリー形状で形成された屈折率分布素子、もしくはマルチレベル形状で形成された屈折率分布素子であってもよい。
【００２５】
本発明の他の一実施形態に係る測距装置は、上記いずれかに記載の撮像装置を複数備える。
【発明の効果】
【００２６】
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特性の異なる複数の画像もしくは、分光特性の異なる複数の画像を同時に取得することができる。これらの複数の画像間におけるクロストークが少なく、あるいは、ダイナミックレンジのバランスに優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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Ｌ１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】（ａ）は、本実施の形態２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６】（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態２の変形例におけるレンチキュラレンズ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７】本発明の実施の形態３におけるアレイ状光学素子Ｋ’の斜視図である。
【図８】（ａ）は、本実施の形態３における光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を被写体側から見た正面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、マイクロレンズアレイと撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。
【図９】（ａ）は、本実施の形態４における光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を被写体側から見た正面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、マイクロレンズアレイと撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）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る。
【図１１】（ａ）は、本実施の形態５における撮像素子上に設けることが可能な屈折率分布素子の断面図であり、（ｂ）は、屈折率分布素子の正面図である。
【図１２】本実施の形態６における測距装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明による撮像装置および撮像システムの一実施形態は以下の通りである。
【００２９】
（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。本実施の形態の撮像装置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、撮像素子Ｎと、信号処理部Ｃ１とを備える。図１における矢印Ｈは、撮像装置が使用される場合における水平方向を示す。
【００３０】
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Ｌ１と、光学素子Ｌ１を通過した光が入射するレンズＬ２とを含む。また、レンズ光学系Ｌは、光学領域Ｄ１、Ｄ２を有する。本実施形態では、レンズ光学系Ｌは、像側テレセントリックである。
【００３１】
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。
【００３２】
光学素子Ｌ１は、絞りＳの近傍に配置され、光学領域Ｄ１に位置する部分と光学領域Ｄ２に位置する部分によって構成される。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、光学領域Ｄ２には、全ての偏光軸（透過軸）の方向に振動する光を透過する平板ガラスが配置されている。また、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の界面には、偏光フィルタの端面および平板ガラスの端面が存在するため、偏光フィルタおよび平板ガラスの端面に入射する光を遮光するための遮光領域ＳＳが設けられている。
【００３３】
図２は、光学領域Ｄ１、Ｄ２を被写体側から見た正面図である。図２において、破線ｓは、絞りＳの開口領域を示している。光学領域Ｄ１、Ｄ２は絞りＳによって規定されるレンズ光学系Ｌの光軸Ｖに垂直な断面における口径内に位置している。図２に示すように、光学領域Ｄ１および光学領域Ｄ２は、光軸Ｖと垂直な面において、光軸Ｖに対して非対称に配置されている。具体的には、光学領域Ｄ１の面積は、光学領域Ｄ２の面積よりも大きく、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２との境界は、光軸Ｖを通っていない。また、光学領域Ｄ１は光軸Ｖを含み、光学領域Ｄ２は光軸Ｖを含んでいない。本実施形態では、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２との境界は、撮像装置の使用時の水平方向Ｈに対して垂直である。
【００３４】
本実施の形態では、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。図３は、アレイ状光学素子Ｋの斜視図である。アレイ状光学素子は、複数のシリンドリカルレンズＭ１を有するレンチキュラレンズである。各シリンドリカルレンズＭ１はｘ方向（第１の方向）に伸び、複数のシリンドリカルレンズ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。つまり、各シリンドリカルレンズＭ１の伸びる方向は、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２との境界と平行である。それぞれのシリンドリカルレンズ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。本実施の形態では、ｘ方向およびｙ方向は互いに直交している。
【００３５】
図１に示すように、レンチキュラレンズ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。
【００３６】
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、シリンドリカルレンズ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。
【００３７】
本実施の形態では、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を通過した光線Ｂ１を撮像素子Ｎにおける複数の画素Ｐ１と複数の画素Ｐ２に、光学領域Ｄ２を通過した光線Ｂ２を撮像素子Ｎにおける複数の画素Ｐ２に入射させる。撮像素子Ｎは画素Ｐ１、Ｐ２に入射した光を光電変換によって、入射した光の強度に応じた画素信号に変換する。画素信号とは、各画素Ｐ１、Ｐ２において、光電変換よって生成した輝度情報を示す信号をいう。信号処理部Ｃ１は、撮像素子Ｎから画素信号を受け取り、画素Ｐ１の画素群の輝度情報から、第１の偏光軸の方向に振動する光による画像の画像情報を生成、出力する。また、画素Ｐ２の画素群の輝度情報から、第１の偏光軸の方向に振動する光と任意の方向に振動する光による画像の画像情報を生成し、出力する。信号処理部Ｃ１は、電子回路等によって構成されていてもよいし、演算装置、メモリおよびソフトウエアによって構成されていてもよい。
【００３８】
撮像素子Ｎは、撮像面Ｎｉと複数の画素Ｐとを含む。図４（ｂ）に示すように、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。ｙ方向およびｘ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Ｐ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。
【００３９】
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。
【００４０】
同様に、複数の画素をｙ方向に配列された複数画素による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列目に配列された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。
【００４１】
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。
【００４２】
アレイ状光学素子Ｋの各シリンドリカルレンズＭ１は、レンズ光学系Ｌの光軸Ｖと平行な方向から見て、撮像面Ｎｉ上における複数の画素Ｐ１からなる１行およびこれに隣接する複数の画素Ｐ２からなる１行を覆うように位置している。つまり、アレイ状光学素子ＫのシリンドリカルレンズＭ１の境界の位置は、複数の画素Ｐ１からなる１行とこれに隣接する複数の画素Ｐ２からなる１行との画素群の境界の位置は、レンズ光学系Ｌの光軸Ｖと平行な方向から見て、一致している。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。
【００４３】
本実施の形態において、複数の画素Ｐ１および複数の画素Ｐ２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Ｐ１および複数の画素Ｐ２は同じ矩形形状を有しており、面積も互いに等しい。
【００４４】
また、画素Ｐ１、Ｐ２のそれぞれは、マイクロレンズＭｓの下に位置し、撮像面Ｎｉから内部に設けられた光電変換部ＥＸおよび光電変換部上に設けられたカラーフィルタＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）を含む。図４（ｂ）に示す配列で、画素Ｐ１、Ｐ２のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルタが配置形成されている。具体的には、撮像面におけるアレイ状光学素子Ｋの１つのシリンドリカルレンズＭ１に対応する単位領域内に、Ｇ（緑色）、Ｒ（赤色）のフィルタを有する画素がｘ方向に繰り返し配列されており、その単位領域のｙ方向に隣接する単位領域では、Ｂ（青色）、Ｇ（緑色）のフィルタを有する画素がx方向に繰り返し配列されている。
【００４５】
したがって、画素Ｐ１の画素群の行だけを見れば、Ｂ（青色）、Ｇ（緑色）のフィルタを有する画素の画素群の行と、Ｇ（緑色）、Ｒ（赤色）のフィルタを有する画素のフィルタを有する画素の画素群の行とが交互に配列されている。同様に、画素Ｐ２の画素群の行だけを見れば、Ｂ（青色）、Ｇ（緑色）のフィルタを有する画素の画素群の行と、Ｇ（緑色）、Ｒ（赤色）のフィルタを有する画素のフィルタを有する画素の画素群の行とが交互に配列されている。このため、画素Ｐ１の画素群の行だけで画像を構成しても、画素Ｐ２の画素群の行だけで画像を構成しても、それぞれの画像には、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素から得られた輝度値による画素信号を含むため、補間処理によってカラー画像を生成できる。
【００４６】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１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）が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ１と画素Ｐ２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）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からの距離及びシリンドリカルレンズ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。
【００４７】
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、本実施の形態では、光学素子Ｌ１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Ｌ１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。
【００４８】
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Ｌ１に入射する位置に設けられている。光学素子Ｌ１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Ｌ１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。
【００４９】
以上の構成により、画素Ｐ１とＰ２の画素群の輝度情報を用いて、第１の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第１のカラー画像情報と、第１の偏光軸の方向に振動する偏光の情報と任意の方向に振動する無偏光の情報を有する第２のカラー画像情報を同時に取得することができる。すなわち、本構成では、第１および第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２とＲ、Ｇ、Ｂ画素との組み合わせで、合計６チャンネルの画像情報を同時に取得することができる。
【００５０】
また、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２とを光軸を挟んで均等に分割した場合に比べて、第１のカラー画像情報については、第２のカラー画像情報のクロストーク成分を低減することができる。光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２とを光軸を挟んで均等に分割した場合、第１および第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２との境界近傍を通過する光は、画素Ｐ１とＰ２の両方に到達するため、第１のカラー画像情報には、第２のカラー画像情報の１部が含まれ、第２のカラー画像情報には、第１のカラー画像情報の一部が含まれ、お互いの画像情報間でクロストーク情報が含まれるようになる。一方、本実施の形態のように、光学領域Ｄ１は光軸を含み、光学領域Ｄ２は光軸を含まない構成とすることにより、第２のカラー画像情報には、第１のカラー画像情報の一部が含まれるようになるが、第１のカラー画像情報には、第２のカラー画像情報がほとんど含まれないようにすることができる。本実施の形態のような構成は、複数の画像情報を取得する際、特定の画像情報のクロストークを低減したい用途、例えば生体観察に対して有用である。
【００５１】
なお、本実施の形態では、光学素子Ｌ１上の光学領域Ｄ１とＤ２をそれぞれ、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と全ての偏光軸（透過軸）の方向に振動する光を透過する平板ガラスで構成したが、光学領域Ｄ１とＤ２をそれぞれ、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と第１の偏光軸と直交する第２の偏光軸の（透過軸）の方向に振動する光を透過する偏光フィルタによって構成してもよい。このような構成により、光学領域Ｄ１を通過した第１の偏光軸の方向に振動する光は複数の画素Ｐ１と複数の画素Ｐ２に、光学領域Ｄ２を通過した第２の偏光軸の方向に振動する光は複数の画素Ｐ２に入射する。ここで、光学領域Ｄ１から画素Ｐ２に入射する光束と光学領域Ｄ２から画素Ｐ２に入射する光束とが略等しくなるように、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の面積を調整することにより、画素Ｐ２から得られる画像情報は実質的に無偏光の画像情報に等しくなる。従って、第１の偏光軸の方向に振動する第１のカラー画像情報と、無偏光の第２のカラー画像情報を同時に取得することができる。
【００５２】
また、光学素子Ｌ１上の光学領域Ｄ１とＤ２を互いに分光透過率特性を異ならせたフィルタを配置し、撮像素子をモノクロとした構成であってもよい。例えば、光学領域Ｄ１は第１の波長帯域の光を主に透過する分光フィルタによって構成し、光学領域Ｄ２は第２の波長帯域の光を透過する分光フィルタによって構成する。ここで、第１の波長帯域を第２の波長帯域に比べて狭い帯域とし、両者の画像を合成すれば、狭帯域分光画像を生成することが出来る。
【００５３】
なお、本実施形態では、レンズ光学系Ｌは、像側テレセントリックであるが、本実施形態の撮像装置は、像側非テレセントリックなレンズ光学系Ｌを用いてもよい。この場合、アレイ状光学素子Ｋの矢印Ｈ方向において光軸Ｖから外側に配列されたシリンドリカルレンズＭ１ほど主光線が斜めに入射し、対応する画素Ｐ１、Ｐ２に隣接する画素Ｐ１または画素Ｐ２に光が漏れる。このため、像側非テレセントリックなレンズ光学系Ｌを用いる場合には、アレイ状光学素子ＫのシリンドリカルレンズＭ１のオフセット量を、光軸Ｖが位置する中心から外側ほど大きくすることが好ましい。オフセット量は、シリンドリカルレンズＭ１への主光線の入射角度に応じて決定される。光束の入射角に応じて設定すればよい。これにより、隣接画素に光が入射するクロストークを抑制することができる。このとき、アレイ状光学素子ＫのシリンドリカルレンズＭ１は、中心から離れた外側ほど対応する画素の行から中心側へシフトした位置に配置される。しかし、少なくとも光軸Ｖ上のシリンドリカルレンズＭ１は、レンズ光学系Ｌの光学軸と平行な方向から見て、対応する画素Ｐ１の１行および画素Ｐ２の１行を覆うように位置している。
【００５４】
（実施の形態２）
本実施の形態は、アレイ状光学素子Ｋの各シリンドリカルレンズＭ１の境界位置が、画素Ｐ１、Ｐ２間の境界位置に対してオフセットしている点で、実施の形態１と異なる。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。
【００５５】
図５（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５（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（ａ）および（ｂ）に示すように、レンズ光学系Ｌの光学軸Ｖと平行な方向から見て、アレイ状光学素子Ｋのシリンドリカルレンズ（光学要素）Ｍ１間の境界位置Ｍｂは、撮像素子Ｎ上の撮像面Ｎｉの画素Ｐ１、Ｐ２間の境界位置Ｎｂに対してΔｓだけオフセットしている。オフセットの方向は、光学軸Ｖに垂直な面上において、撮像装置が使用される場合における水平方向である。
【００５６】
光学要素Ｍ１間の境界位置Ｍｂは、隣接する２つの光学要素Ｍ１のそれぞれを構成する曲面が接続された部分である。境界位置Ｍｂは、例えば、横方向（行方向）に延びる直線である。撮像面Ｎｉにおける画素群Ｐｇ１と画素群Ｐｇ２との境界位置Ｎｂは、画素群Ｐｇ１における画素Ｐ１と、画素群Ｐｇ２における画素Ｐ２とから等距離の位置である。境界位置Ｎｂは、例えば、横方向（行方向）に延びる直線である。撮像面Ｎｉの表面にマイクロレンズアレイＭｓが設けられている場合、境界位置Ｎｂは、マイクロレンズアレイＭｓにおける各レンズの縦方向（列方向）の境界位置Ｍｃと一致していてもよい。
【００５７】
図示していないが、レンズ光学系Ｌの撮像面中心部（光軸およびその近傍）から撮像面周辺部（光軸およびその近傍外）にわたって、アレイ状光学素子Ｋの各光学要素Ｍ１の境界位置Ｍｂが画素群Ｐｇ間の境界位置Ｎｂに対して縦方向（列方向）にオフセット（シフト）している。ここでオフセットとは、レンズ光学系Ｌの光学軸と平行な方向から見て、アレイ状光学素子Ｋの各光学要素Ｍ１の境界位置Ｍｂが画素群Ｐｇ間の境界位置Ｎｂに対して一方向にずれていることをいう。レンズ光学系Ｌが像側テレセントリック光学系の場合、撮像面中心部におけるオフセット量と撮像面周辺部におけるオフセット量は同じである。すなわち、撮像面の全体で、各光学要素Ｍ１の境界位置Ｍｂが対応する画素群Ｐｇ間の境界位置Ｎｂに対して縦方向（列方向）にオフセットしており、オフセット量は、光軸からの距離によらず等しい。ここで、オフセット量Δｓを所定の値に設定することにより、光学領域Ｄ１を通過した光の大部分を画素Ｐ１に、光学領域Ｄ２を通過した光の大部分を画素Ｐ２にそれぞれ入射させることができる。つまり、光学領域Ｄ２よりも大きな面積を有する光学領域Ｄ１を透過した光線Ｂ１のほぼすべてを複数の画素Ｐ１へ入射させ、光学領域Ｄ２を透過した光線Ｂ２のほぼすべてを複数の画素Ｐ２へ入射させることができる。なお、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、撮像面中心から撮像面周辺部にかけ、光線入射角に応じてオフセット量を徐々に変化するように、アレイ状光学素子Ｋの各光学要素Ｍ１、または、撮像素子Ｎの撮像面Ｎｉにおける画素Ｐ１、Ｐ２を配置すればよい。
【００５８】
以上の構成により、画素Ｐ１とＰ２の画素群の輝度情報を用いて、第１の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第１のカラー画像情報と、任意の方向に振動する無偏光の情報を有する第２のカラー画像情報を同時に取得することができる。すなわち、本構成では、光学領域Ｄ１、Ｄ２を透過した光の情報と、ＲＧＢ画素との組み合わせで、合計６チャンネルの画像情報を同時に取得することができる。
【００５９】
また、偏光画像情報と無偏光の画像情報を取得する場合、偏光フィルタを透過する光の強度は概ね半分に低下する。このため、光学領域Ｄ１の面積を光学領域Ｄ２よりも大きくし、画素Ｐ１に比べて画素Ｐ２に入射する光線を多くすることにより、光の強度の低下を光線の量で補うことが可能となる。よって、本実施の形態によれば、第１のカラー画像情報（偏光画像情報）と、第２のカラー画像情報（無偏光の画像情報）とにおける光量の差を小さくできる。つまり、本実施の形態によれば、光学領域Ｄ１、Ｄ２の面積を適当な比率で異ならせることにより、第１のカラー画像情報と第２のカラー画像情報の両方においてダイナミックレンジをバランスよく確保することができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、撮像素子上のカラーフィルタをＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）で構成したが、他のカラーフィルタ構成であってもよい。例えば、図６（ａ）、（ｂ）のように撮像素子上のカラーフィルタをＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）、Ｘ（任意の帯域の色）としてもよい。任意の帯域の色とは、例えば、図６（ａ）の場合では、白（可視光全域）の帯域やシアン等の補色系の帯域、近赤外や近紫外等の非可視光の帯域である。このような構成により、２つの画像を同時に取得する際に分光情報を１種類増すことができる。また、図６（ｂ）の場合では、任意の帯域の色Ｘを近赤外や近紫外等の非可視光の帯域や所定の狭帯域としてもよい。このような構成により、画素Ｐ１は所定の帯域のみの画像情報に限定されるため、光学領域Ｄ１の情報に対応する画像情報の解像度を向上させることができる。例えば、光学領域Ｄ１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を配置し、光学領域Ｄ２に全ての偏光軸（透過軸）の方向に振動する光を透過する平板ガラスを配置し、カラーフィルタ配列を図６（ｂ）の配列とし、カラーフィルタＸを近赤外もしくは近紫外とした場合では、画素Ｐ１の画素群の輝度情報を用いて近赤外偏光もしくは近紫外偏光の解像度の高い偏光画像を生成し、Ｐ２の画素群の輝度情報を用いてカラー画像を生成することができる。また、光学領域Ｄ１に近赤外光もしくは近紫外光を主に透過する分光フィルタを配置し、光学領域Ｄ２に可視光帯域を透過する平板ガラスを配置し、カラーフィルタ配列を図５（ｂ）の配列とし、カラーフィルタＸを白色とした場合では、画素Ｐ１の画素群の輝度情報を用いて近赤外光もしくは近紫外光の情報を有し、解像度が高くかつ感度の高い近赤外光もしくは近紫外光の情報を有する画像情報を生成し、画素Ｐ２の画素群の輝度情報を用いて、カラー画像を生成することができる。また、このような構成において、近赤外光や近紫外光の照明を備えた撮像システムとして構成してもよい。
【００６１】
なお、実施の形態１と同様、本実施形態の撮像装置のレンズ光学系Ｌは、像側テレセントリックであるが、撮像装置は、像側非テレセントリックなレンズ光学系Ｌを用いてもよい。この場合、実施の形態１と同様の理由から、像側非テレセントリックなレンズ光学系Ｌを用いる場合には、アレイ状光学素子ＫのシリンドリカルレンズＭ１のオフセット量を、光軸Ｖからの距離に応じて設定することが好ましい。このとき、アレイ状光学素子ＫのシリンドリカルレンズＭ１は、＋ｙ方向では中心から離れた外側ほど対応する画素の行から中心側へシフトした位置に配置され、−ｙ方向では中心から離れるにつれシフト量が徐々に減少し、さらに離れるにつれシフト量が逆方向に徐々に増大し、画素の行から中心側へシフトした位置に配置される。ただし、実施の形態１とは異なり、アレイ状光学素子Ｋの光軸上のシリンドリカルレンズＭ１の境界は、レンズ光学系Ｌの光学軸と平行な方向から見て、画素Ｐ１の行とこれに隣接する画素Ｐ２の行との境界に対して、所定の方向にそれぞれオフセットしている。
【００６２】
（実施の形態３）
本実施の形態３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Ｋ’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１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。
【００６３】
図７は、アレイ状光学素子Ｋ’の模式的な斜視図である。アレイ状光学素子Ｋ’はマイクロレンズＭ２を光学要素とするマイクロレンズアレイである。マイクロレンズＭ２は、ｘ方向およびｙ方向の２次元に配列されている。それぞれのマイクロレンズ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、撮像素子Ｎ側に突出している。各マイクロレンズＭ２は、カラー撮像素子Ｎの撮像面Ｎｉにおいてｘ方向およびｙ方向に配列された複数の画素のうち、ｘ方向に４個およびｙ方向に４個配列された合計１６個の、単位領域内にある画素に対応して配置される。
【００６４】
図８（ａ）は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図である。光学素子Ｌ１は、光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を含む。光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のうち少なくとも２つは、光軸Ｖに対して非均等に配置されている。本実施形態では、光学面領域Ｄ１、Ｄ３は、絞りＳで規定される光路の光軸に垂直な断面において、光軸Ｖを通る互いに直交する２つの線で分割される扇型よりも大きい。これに対し、光学面領域Ｄ２、Ｄ４は、この扇型よりも大きい。このため、光学領域Ｄ１、Ｄ３は光学領域Ｄ２、Ｄ４に対して非均等に配置されている。光学領域Ｄ１の面積と光学領域Ｄ３の面積は等しく、光学領域Ｄ２の面積と光学領域Ｄ４の面積とは等しい。
【００６５】
光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のうちの少なくとも２つにおいて、分光透過率特性および透過偏光特性のうち少なくとも１つは互いに異なっている。本実施の形態では、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、光学領域Ｄ２、および第４の光学領域Ｄ４には、全ての偏光軸（透過軸）の方向に振動する光を透過する平板ガラスが配置され、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（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ている。
【００６６】
図７（ｂ）は、レンズ光学系Ｌの光学軸Ｖと平行な方向から見た、アレイ状光学素子の光学要素であるマイクロレンズＭ２と撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。アレイ状光学素子は、ｘおよびｙ方向の２次元に配列された複数の画素Ｐ１、複数の画素Ｐ２、複数の画素Ｐ３および複数の画素Ｐ４を含む。各画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、２次元の配列方向であるｘ方向およびｙ方向に隣接して位置し、２行２列の画素群を構成している。この２行２列の画素群は、さらにｘ方向およびｙ方向に２次元に配列されている。
【００６７】
図７（ｂ）に示すように、アレイ状光学素子Ｋ’光学要素である各マイクロレンズＭ２は、レンズ光学系Ｋ’の光学軸Ｖと平行な方向から見て、前記対応する２行２列の画素群を覆うように位置している。つまり、アレイ状光学素子Ｋ’におけるマイクロレンズＭ２の境界は、撮像素子Ｎにおける、複数の２行２列の画素群の境界の位置と一致している。
各画素には図７（ｃ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。以後、実施の形態３では、図７（ｃ）の構成を前提に説明する。
【００６８】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１上の光学領域Ｄ１を通過した光束が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ１、Ｐ２およびＰ４に到達し、光学領域Ｄ２を通過した光束が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ２に到達し、第３の光学領域Ｄ３を通過した光束が、撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ３、Ｐ２およびＰ４に到達し、第４の光学領域Ｄ４を通過した光束が、撮像面Ｎｉ上の画素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からの距離及びマイクロレンズＭ２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。
【００６９】
したがって、画素Ｐ１の画素群には主に第１の偏光軸の方向に振動する光が入射するため、第１の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第１のカラー画像情報を取得することができる。また、画素Ｐ２の画素群には第１の偏光軸の方向に振動する光と第２の偏光軸の方向に振動する光と全ての偏光軸の方向に振動する光が入射するため、無偏光の情報を有する第２のカラー画像情報を取得することができる。また、画素Ｐ３の画素群には主に第２の偏光軸の方向に振動する光が入射するため、第２の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第３のカラー画像情報を取得することができる。また、画素Ｐ４の画素群には第１の偏光軸の方向に振動する光と第２の偏光軸の方向に振動する光と全ての偏光軸の方向に振動する光が入射するため、無偏光の情報を有する第４のカラー画像情報を取得することができる。第２のカラー画像情報と第４のカラー画像情報は実質的に等しいため、加算平均してもよい。
【００７０】
以上の構成により、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４の画素群の輝度情報を用いて、第１の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第１のカラー画像情報と、無偏光の情報を有する第２のカラー画像情報と、第２の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第３のカラー画像情報を同時に取得することができる。すなわち、本構成では、光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を透過した光の情報と、ＲＧＢ画素との組み合わせで、合計９チャンネルの画像情報を同時に取得することができる。
【００７１】
また、光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を、光軸を挟んでｘおよびｙ方向に均等に分割した場合に比べて、第１のカラー画像および第３のカラー画像については、それぞれ第２のカラー画像および第４のカラー画像のクロストーク成分を低減することができる。光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を、光軸を挟んで上下左右に均等に分割した場合、各領域境界近傍を透過する光は、クロストーク成分となりうる。例えば、画素Ｐ１には光学領域Ｄ１を透過した光が最も多く入射するが、他の光学領域との境界近傍を透過する光も僅かに入射するため、光学領域Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を透過した光も僅かに入射する。特に光学領域Ｄ２、およびＤ４は、光学領域Ｄ１と境界線で区切られているため、光学領域Ｄ１と点で接している光学領域Ｄ３を透過した光に比べて、クロストーク光が比較的多くなる。画素Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４に着目した場合も同様である。
【００７２】
これに対し、本実施の形態では、図８（ａ）のように光学領域を設定することで、光学領域Ｄ１、Ｄ３を透過した光の多くは、それぞれ画素Ｐ１およびＰ３に入射し、画素Ｐ２と画素Ｐ４の両方にもクロストーク光として僅かに入射するが、画素Ｐ２と画素Ｐ４は無偏光の情報を取得するための画素なので、何ら問題ない。また、光学領域Ｄ２、およびＤ４を透過した光のほとんどは、それぞれ画素Ｐ２およびＰ４に入射し、画素Ｐ１と画素Ｐ３にはほとんど入射しない。すなわち、偏光画像（第１のカラー画像および第３のカラー画像）に無偏光画像（第２のカラー画像および第４のカラー画像）のクロストーク成分は、ほとんど含まれないようにすることができる。本実施の形態のような構成は、第１の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第１のカラー画像情報と、無偏光の情報を有する第２のカラー画像情報と、第２の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第３のカラー画像情報を同時に取得する際、偏光情報を画像（第１のカラー画像と第２のカラー画像）のクロストークを低減したい用途、例えば生態観察に対して有用である。
【００７３】
（実施の形態４）
本実施の形態は、アレイ状光学素子Ｋの各マイクロレンズＭ２の境界位置が、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４間の境界位置に対してオフセットしている点で、実施の形態３と異なる。ここでは、本実施形態において実施の形態３と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００７４】
図９（ａ）は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図である。光学素子Ｌ１は、光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を含む。光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の境界は、光軸Ｖを通らない直交する２つの直線を構成している。このため、光学面領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のうち少なくとも２つは、光軸Ｖに対して非均等に配置されている。
【００７５】
光軸Ｖに垂直な面内で上下左右に４分割されることで形成されている。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、光学領域Ｄ２には、第１の偏光軸に対して４５°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、光学領域Ｄ３には、第１の偏光軸に対して９０°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、光学領域Ｄ３には、第１の偏光軸に対して１３５°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ている。図９（ａ）に示すように、各光学領域の面積は、光学領域Ｄ１が最も大きく、次いで光学領域Ｄ２およびＤ４、最も小さい光学領域は光学領域Ｄ３である。
【００７６】
図９（ｂ）は、アレイ状光学素子の光学要素であるマイクロレンズＭ２と撮像素子Ｎ上の画素との位置関係を示す図である。アレイ状光学素子は、そのマイクロレンズＭ２の１つが、撮像面Ｎｉ上における画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４の２行２列の画素群に対応するように配置されているが、画素の２次元の配列方向であるｘ方向とｙ方向に所定量オフセットしている。例えば、図９（ｂ）に示すように、ｘ方向にΔＳｘであり、ｙ方向にΔＳｙだけオフセットしている。各画素には図９（ｃ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。以後、実施の形態３では、図９（ｃ）の構成を前提に説明する。
【００７７】
アレイ状光学素子Ｋは、光学素子Ｌ１上の光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を通過した光束が、それぞれ撮像面Ｎｉ上の画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、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からの距離及びマイクロレンズＭ２表面の曲率半径等のパラメータ、マイクロレンズＭ２のオフセット量を適切に設定することで、上記構成が実現する。光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のうち、光学領域Ｄ１の面積が一番大きいため、画素Ｐ１に入射する光線の量が最も多い。また、光学領域Ｄ３の面積が一番小さいため、画素Ｐ３に入射する光線の量が最も少ない。
【００７８】
以上の構成により、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４の画素群の輝度情報を用いて、第１の偏光軸の方向に振動する偏光の情報を有する第１のカラー画像情報と、第１の偏光軸に対して４５°の方向に振動する偏光の情報を有する第２のカラー画像情報と、第１の偏光軸に対して９０°の方向に振動する偏光の情報を有する第３のカラー画像情報と、第１の偏光軸に対して１３５°の方向に振動する偏光の情報を有する第４のカラー画像情報を同時に取得することができる。すなわち、本構成では、光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を透過した光の情報とＲＧＢ画素との組み合わせで、合計１２チャンネルの画像情報を同時に取得することができる。
【００７９】
本実施の形態は、例えば、第１の偏光軸に対して９０°の方向に振動する偏光光を発する偏光照明を併用する生体用の撮像装置に適用することが好ましい。所定の偏光成分の光を生体に照射する場合、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、照明側の偏光軸と撮像装置側の偏光軸を平行にすると、生体表面の情報を取得でき、照明側の偏光軸と撮像装置側の偏光軸を直交にすると、生体深部の情報を取得できる。また、生体表面の鏡面反射光は生体深部での反射光に比べて減衰が少ないため、相対的に明るい画像となる。
【００８０】
本実施の形態では、第１の偏光軸に対して９０°の方向に振動する偏光光を発する偏光照明を併用することで、光学領域Ｄ１を透過した光によって、生体深部の情報を取得することができる。この場合、生体深部での反射光の強度は小さいが、光学領域Ｄ１の面積が最も大きいため、画素Ｐ１に入射する光線の量を増大させることによって、強度の低下を補うことができる。
【００８１】
また、光学領域Ｄ３を透過した光によって、生体表面の情報を取得することができる。生体表面の鏡面反射光の強度が大きいので、光学領域Ｄ３の面積を最も小さくすることにより、画素Ｐ３に入射する光線の量を少なくし、他の画素に入射する光の光量に比べて、
著しく光量が大きくなるのを抑制できる。面積が中間の光学領域Ｄ２、およびＤ４を透過した光によって、生体深部と生体表面の間の情報をえることができる。以上の構成により、第１、第２、第３、および第４のカラー画像情報のダイナミックレンジをバランスよく確保することができる。
【００８２】
（実施の形態５）
本実施の形態５は、アレイ状光学素子を撮像素子Ｎの撮像面上に形成したという点で、実施の形態１から４と異なる。ここでは、本実施の形態において実施の形態１から４と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００８３】
図１０（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。本実施の形態では、光学要素Ｍｄ１（シンリンドリカルレンズまたはマイクロレンズ）が、カラー撮像素子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。これら複数の画素群に対して、１つの光学要素Ｍｄ１が対応している。本実施の形態においても、実施の形態１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１０（ｂ）は、本実施の形態の変形例を示す図である。図１０（ｂ）に示す構成では、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を介して光学要素Ｍｄ１が積層されている。図１０（ｂ）に示す構成では、図１０（ａ）の構成よりも集光効率を高めることができる。
【００８４】
実施の形態１から４のようにアレイ状光学素子Ｋがカラー撮像素子Ｎと分離していると、アレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎとの位置合せが難しくなるが、本実施の形態のように、光学要素Ｍｄ１を撮像素子Ｎ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。
【００８５】
また、本実施の形態５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Ｍｓは、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屈折率分布素子を用いてもよい。図１１（ａ）は、屈折率分布素子Ｍｓ’の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、屈折率分布素子の正面図である。図１１（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１１（ｂ）に示すように、屈折率分布素子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、屈折率分布素子Ｍｓ’の屈折率分布を調整し得る。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１１（ａ）、および（ｂ）では、２レベルのバイナリー光学素子としているが、３レベル以上のマルチレベル光学素子であってもよい。
【００８６】
このような構造を有する屈折率分布素子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状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、屈折率分布素子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、レンズ光学系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。
【００８７】
（実施の形態６）
本実施の形態は、実施の形態１に示す撮像装置を複数用いた測距装置である。図１２は撮像装置を２つ用いた測距装置の概略図である。図１２において、図１に示す撮像装置とと同じ構成要素には同じ参照符号を付している。本実施の形態では、各撮像装置において、アレイ状光学素子Ｋを構成している複数のシリンドリカルレンズの配列方向Ｅを測距装置の基線方向Ｂと直交させている。測距装置では、視差をパターンマッチングすることにより抽出し、抽出した視差を用いて三角測量の原理により被写体までの距離を算出する。従って、測距装置の基線方向Ｂに対してレンチキュラの光学要素の配列方向Ｅを直交させることで、測距装置の基線方向Ｂに対してレンチキュラの光学要素の配列方向Ｅを同一にした場合に比べて、視差抽出の分解能を上げることができる。
【００８８】
本実施の形態の測距装置によれば、特定の画像情報におけるクロストークが低減されているため、偏光特性に優れた画像や、特定の帯域の分光画像を用いて、測距を行うことが可能となり、通常の撮影では、正しい画像の取得が困難の状況下においても距離の測定を行うことができる。なお、本実施形態は、実施の形態１以外に実施の形態２から実施の形態５のいずれと組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明にかかる撮像装置は、肌診断カメラ、および内視鏡カメラ、カプセル内視鏡等の生体観察用カメラ、車載カメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、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】
【００９０】
Ａ                          撮像装置
Ｌ                          レンズ光学系
Ｌ１                        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、Ｍｄ１                光学要素
Ｍｓ                        画素上のマイクロレンズ
Ｐ１〜Ｐ２                  撮像素子上の画素
Ｃ１                        信号処理部
【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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