JP2015166723A - Imaging device and imaging system - Google Patents

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今村 典広
Norihiro Imamura
典広 今村
是永 継博
Tsuguhiro Korenaga
継博 是永
山形 道弘
Michihiro Yamagata
道弘 山形
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device with which a plurality of polarized images or spectral images can be obtained by imaging using a single imaging optical system.SOLUTION: The imaging device includes: a lens optical system L having a lens L2, a diaphragm S, and first and second optical regions D1, D2 different from each other in at least either spectral transmittance characteristics or transmissive polarization characteristics; an imaging element N where light that has passed through the lens optical system enters; and an array type optical element K disposed between the lens optical system and the imaging element and including a plurality of optical elements disposed on a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system. The imaging element N includes a plurality of first rows comprising a plurality of first pixels and a plurality of second rows comprising a plurality of second pixels, alternately arranged to each other; the first and second optical regions of the lens optical system are unequally arranged with respect to the optical axis; and in a view in a direction parallel to the optical axis of the lens optical system, the optical element on at least the optical axis of the array type optical element K is located to cover pixels in the corresponding first row and of the adjoining second row.

Description

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。   The present application relates to an imaging apparatus such as a camera and an imaging system.

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)。   In the field of in-vehicle cameras, an imaging device is disclosed in which a polarizer having different polarization axes for each individual eye is provided in the optical path of a compound eye camera in order to detect a road surface state and a lane (Patent Document 1). ).

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。   In addition, an imaging apparatus that acquires both a non-polarized image and a polarized image has been put into practical use in medical and beauty cameras such as an endoscope system and a skin diagnostic system.

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。   These imaging apparatuses are provided with polarized illumination that irradiates a living tissue with non-polarized light and light that vibrates in the direction of a predetermined polarization axis. When illuminating a living tissue with light having a predetermined polarization component, the reflected light on the surface of the living body becomes a specular reflection light in which the polarization component is maintained, and the reflected light in the deep part of the living body is a scattered reflected light whose polarization component is disturbed. Become. Accordingly, a polarizing filter that transmits light that vibrates in a direction parallel to the polarization axis of polarized illumination and a polarizing filter that transmits light that vibrates in a direction perpendicular to the polarization axis of illumination are disposed on the imaging device side. Images of the surface and the deep part of the living body can be acquired.

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)。  An imaging apparatus for acquiring images having different polarization characteristics is disclosed (Patent Documents 2 and 3).

特開2010−25915号公報JP 2010-25915 A 特開2008−237243号公報JP 2008-237243 A 特開2011−97987号公報JP 2011-97987 A

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。   However, in the above-described conventional technology, an imaging apparatus that can capture a plurality of images with different polarization characteristics with a simpler configuration has been demanded.

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。   One non-limiting exemplary embodiment of the present application provides an imaging apparatus capable of capturing a plurality of images having different polarization characteristics with a simpler configuration.

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。   An imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes a lens, a diaphragm, a lens optical system having first and second optical regions in which at least one of spectral transmittance characteristics and transmission polarization characteristics is different from each other, and the lens An array that includes an image sensor on which light that has passed through an optical system enters, and a plurality of optical elements that are disposed between the lens optical system and the image sensor and that are disposed on a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system. The image sensor includes a plurality of first rows each including a plurality of first pixels and a plurality of second rows each including a plurality of second pixels, which are alternately arranged. The first and second optical regions of the lens optical system are non-uniformly arranged with respect to the optical axis, and at least an optical element on the optical axis of the arrayed optical element is an element of the lens optical system. Optical axis and flat When viewed from a direction, it is positioned so as to cover the first row and the second pixel row adjacent thereto corresponding.

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。   The array-like optical element causes light beams that have passed through the first optical region to enter the plurality of first pixels and the plurality of second pixels, and the light beams that have passed through the second optical region are the first light beam. It may be incident on the second pixel.

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。   An imaging apparatus according to another embodiment of the present invention includes a lens, a diaphragm, and a lens optical system having first and second optical regions in which at least one of spectral transmittance characteristics and transmission polarization characteristics is different from each other; An image sensor that receives light that has passed through the lens optical system, and a plurality of optical elements that are disposed between the lens optical system and the image sensor and that are disposed on a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system. The image pickup device includes a plurality of first rows each including a plurality of first pixels and a plurality of second rows each including a plurality of second pixels, which are alternately arranged. And the first and second optical regions of the lens optical system are non-uniformly arranged with respect to the optical axis, and include a plurality of optical elements including optical elements on at least the optical axis of the arrayed optical element. Element boundaries are When viewed from the optical axis parallel to the direction of the lens optical system, the boundary between the first row and the second row of the pixels adjacent thereto, is offset in a predetermined direction.

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。   The array-like optical element may cause light rays that have passed through the first optical region to be incident on the plurality of first pixels, and light rays that have passed through the second optical region may be incident on the second pixels. Good.

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。   The first optical region may be configured by a polarization filter that mainly transmits light oscillating in a predetermined polarization axis direction, and the second optical region may transmit non-polarized light.

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。   The first optical region is configured by a polarization filter that mainly transmits light oscillating in the direction of the first polarization axis, and the second optical region is a second different from the first polarization axis. You may be comprised by the polarizing filter which mainly permeate | transmits the light which vibrates in the direction of a polarizing axis.

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。   The arrayed optical element may be a lenticular lens.

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。   An imaging apparatus according to another embodiment of the present invention includes a lens, a diaphragm, a lens optical system having first, second, third, and fourth optical regions, and light that has passed through the lens optical system. An image sensor that is incident, and an array-like optical element that is disposed between the lens optical system and the image sensor and includes a plurality of optical elements disposed on a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system, In at least two of the first, second, third, and fourth optical regions, at least one of spectral transmittance characteristics and transmission polarization characteristics is different from each other, and the imaging device is two-dimensionally The array includes a plurality of first pixels, a plurality of second pixels, a plurality of third pixels, and a plurality of fourth pixels, each of the first pixels, the second pixels, the third pixels, and The fourth pixels are arranged in the two-dimensional two arrangement directions. Located adjacent to each other to form a pixel group, at least two of the first, second, third, and fourth optical regions of the lens optical system are non-uniform with respect to the optical axis. Each optical element of the arrayed optical element is positioned so as to cover the corresponding pixel group when viewed from a direction parallel to the optical axis of the lens optical system.

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。   The arrayed optical element causes the light beam that has passed through the first optical region to enter the plurality of first pixels, the plurality of second pixels, and the plurality of fourth pixels, and the second optical element. A light beam that has passed through a region is incident on the second pixel, and a light beam that has passed through the third optical region is incident on the plurality of second pixels, the plurality of third pixels, and the plurality of fourth pixels. The light beam that has been incident and has passed through the fourth optical region may be incident on the fourth pixel.

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。   An imaging apparatus according to another embodiment of the present invention includes a lens, a diaphragm, a lens optical system having first, second, third, and fourth optical regions, and light that has passed through the lens optical system. An image sensor that is incident, and an array-like optical element that is disposed between the lens optical system and the image sensor and includes a plurality of optical elements disposed on a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system, In at least two of the first, second, third, and fourth optical regions, at least one of spectral transmittance characteristics and transmission polarization characteristics is different from each other, and the imaging device is two-dimensionally The array includes a plurality of first pixels, a plurality of second pixels, a plurality of third pixels, and a plurality of fourth pixels, each of the first pixels, the second pixels, the third pixels, and The fourth pixels are arranged in the two-dimensional two arrangement directions. Located adjacent to each other to form a pixel group, at least two of the first, second, third, and fourth optical regions of the lens optical system are unequal with respect to the optical axis. The boundaries of the plurality of optical elements of the arrayed optical element are predetermined with respect to the corresponding boundary positions of the plurality of pixel groups when viewed from a direction parallel to the optical axis of the lens optical system. It is offset in the direction.

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。   The arrayed optical element causes light rays that have passed through the first optical region to enter the plurality of first pixels, light rays that have passed through the second optical region to enter the second pixels, and The light beam that has passed through the third optical region may be incident on the plurality of third pixels, and the light beam that has passed through the fourth optical region may be incident on the fourth pixel.

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。   The arrayed optical element may be a microlens array.

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。   The first optical region is configured by a polarization filter that mainly transmits light oscillating in the direction of the first polarization axis, and the second optical region and the fourth optical region transmit unpolarized light. The third optical region may be configured by a polarization filter that mainly transmits light that is transmitted and vibrates in the direction of the second polarization axis orthogonal to the first polarization axis.

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。   The arrayed optical element may be formed on the imaging element.

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。   The imaging apparatus may further include a microlens provided between the arrayed optical element and the imaging element, and the arrayed optical element may be formed on the imaging element via the microlens. .

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。   The microlens may be a refractive index distribution element formed in a binary shape or a refractive index distribution element formed in a multi-level shape.

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。   A distance measuring device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of the imaging devices described above.

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。   According to the imaging device according to one embodiment of the present invention, it is possible to simultaneously acquire a plurality of images having different polarization characteristics or a plurality of images having different spectral characteristics using a single imaging system. There is little crosstalk between these multiple images, or the balance of the dynamic range is excellent.

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。It is a schematic diagram which shows Embodiment 1 of the imaging device A by this invention. 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。It is the front view which looked at the 1st and 2nd optical area | regions D1 and D2 of the optical element L1 in Embodiment 1 of this invention from the to-be-photographed object side. 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。It is a perspective view of the array-like optical element K in Embodiment 1 of this invention. (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。(A) is an enlarged view of the arrayed optical element K and the image sensor N shown in FIG. 1 in the first embodiment, and (b) is a pixel on the arrayed optical element K and the image sensor N. FIG. (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。(A) is an enlarged view showing the arrayed optical element K and the image sensor N in Embodiment 2, and (b) is the positional relationship between the arrayed optical element K and the pixels on the image sensor N. FIG. (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。(A) And (b) is a figure which shows the positional relationship of the lenticular lens K and the pixel on the image pick-up element N in the modification of this Embodiment 2. FIG. 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。It is a perspective view of array-like optical element K 'in Embodiment 3 of the present invention. (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。(A) is the front view which looked at the optical area | region D1, D2, D3, D4 of the optical element L1 in this Embodiment 3 from the to-be-photographed object side, (b) and (c) are a micro lens array and an image pick-up element. It is a figure which shows the positional relationship with the pixel on N. (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。(A) is the front view which looked at optical area | region D1, D2, D3, D4 of the optical element L1 in this Embodiment 4 from the to-be-photographed object side, (b) and (c) are a micro lens array and an image pick-up element. It is a figure which shows the positional relationship with the pixel on N. (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。(A) And (b) is the figure which expands and shows the array-like optical element K and the image pick-up element N in this Embodiment 5. FIG. (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。(A) is sectional drawing of the refractive index distribution element which can be provided on the image pick-up element in this Embodiment 5, (b) is a front view of a refractive index distribution element. 本実施の形態6における測距装置の斜視図である。It is a perspective view of the distance measuring device in the sixth embodiment.

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。   An embodiment of an imaging apparatus and an imaging system according to the present invention is as follows.

(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an imaging apparatus A according to the first embodiment. The imaging apparatus A according to the present embodiment includes a lens optical system L having V as an optical axis, an array-like optical element K disposed near the focal point of the lens optical system L, an imaging element N, a signal processing unit C1, and the like. Is provided. An arrow H in FIG. 1 indicates the horizontal direction when the imaging apparatus is used.

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。   The lens optical system L includes a stop S on which light from a subject (not shown) enters, an optical element L1 on which light that has passed through the stop S enters, and a lens L2 on which light that has passed through the optical element L1 enters. Including. The lens optical system L has optical regions D1 and D2. In the present embodiment, the lens optical system L is image side telecentric.

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。   The lens L2 may be configured by a single lens or may be configured by a plurality of lenses. Moreover, the structure arrange | positioned separately in multiple sheets before and behind the aperture_diaphragm | restriction S may be sufficient. In FIG. 1, it is illustrated as a single sheet configuration.

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。   The optical element L1 is disposed in the vicinity of the stop S, and includes a portion located in the optical region D1 and a portion located in the optical region D2. A polarization filter that transmits light that vibrates in the direction of the first polarization axis (transmission axis) is disposed in the optical region D1, and light that vibrates in the direction of all the polarization axes (transmission axes) is disposed in the optical region D2. The flat glass which permeate | transmits is arrange | positioned. In addition, since the end face of the polarizing filter and the end face of the flat glass are present at the interface between the optical area D1 and the optical area D2, a light blocking area SS is provided for blocking light incident on the end face of the polarizing filter and the flat glass. ing.

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。   FIG. 2 is a front view of the optical regions D1 and D2 as viewed from the subject side. In FIG. 2, the broken line s indicates the opening area of the stop S. The optical regions D1 and D2 are located within the aperture in a cross section perpendicular to the optical axis V of the lens optical system L defined by the stop S. As shown in FIG. 2, the optical region D <b> 1 and the optical region D <b> 2 are disposed asymmetrically with respect to the optical axis V in a plane perpendicular to the optical axis V. Specifically, the area of the optical region D1 is larger than the area of the optical region D2, and the boundary between the optical region D1 and the optical region D2 does not pass through the optical axis V. The optical region D1 includes the optical axis V, and the optical region D2 does not include the optical axis V. In the present embodiment, the boundary between the optical area D1 and the optical area D2 is perpendicular to the horizontal direction H when the imaging apparatus is used.

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。   In the present embodiment, the light that has passed through the two optical regions D1 and D2 enters the arrayed optical element K after passing through the lens L2. FIG. 3 is a perspective view of the arrayed optical element K. FIG. The arrayed optical element is a lenticular lens having a plurality of cylindrical lenses M1. Each cylindrical lens M1 extends in the x direction (first direction), and a plurality of cylindrical lenses M1 are arranged in the y direction (second direction). The y direction corresponds to the horizontal direction in FIGS. That is, the extending direction of each cylindrical lens M1 is parallel to the boundary between the optical region D1 and the optical region D2. The cross section perpendicular to the x direction of each cylindrical lens M1 has a curved shape protruding toward the image sensor N side. In the present embodiment, the x direction and the y direction are orthogonal to each other.

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。   As shown in FIG. 1, the lenticular lens K is disposed in the vicinity of the focal point of the lens optical system L, and is disposed at a position away from the imaging surface Ni by a predetermined distance.

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。   4A is an enlarged view of the arrayed optical element K and the image sensor N shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a diagram illustrating the array of the optical element K and the pixels on the image sensor N. It is a figure which shows a positional relationship. The arrayed optical element K is arranged so that the surface on which the cylindrical lens M1 is formed faces the imaging surface Ni 1 side.

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。   In the present embodiment, the light that has passed through the two optical regions D1 and D2 enters the arrayed optical element K after passing through the lens L2. The array-like optical element K makes the light beam B1 that has passed through the optical region D1 incident on the plurality of pixels P1 and the plurality of pixels P2 in the image sensor N, and the light beam B2 that has passed through the optical region D2 enters the plurality of pixels P2 in the image sensor N. Let The image sensor N converts light incident on the pixels P1 and P2 into a pixel signal corresponding to the intensity of the incident light by photoelectric conversion. The pixel signal refers to a signal indicating luminance information generated by photoelectric conversion in each of the pixels P1 and P2. The signal processing unit C1 receives a pixel signal from the image sensor N, and generates and outputs image information of an image by light oscillating in the direction of the first polarization axis from the luminance information of the pixel group of the pixel P1. In addition, image information of an image using light that vibrates in the direction of the first polarization axis and light that vibrates in an arbitrary direction is generated and output from the luminance information of the pixel group of the pixel P2. The signal processing unit C1 may be configured by an electronic circuit or the like, or may be configured by an arithmetic device, a memory, and software.

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。   The imaging element N includes an imaging surface Ni and a plurality of pixels P. As shown in FIG. 4B, the plurality of pixels P are two-dimensionally arranged in the x direction and the y direction. When the arrangement in the y direction and the x direction is referred to as a row and a column, respectively, the plurality of pixels P are arranged, for example, in m rows and 1 columns (l and m are integers of 2 or more) on the imaging surface Ni. . That is, a group of pixels in which 1 to 1 pixels are arranged in the x direction is arranged in m rows from the 1st to mth rows in the y direction.

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。   Of the pixel group of m rows, each position of the center C′j in the x direction of the l pixels arranged in the j row (1 ≦ j <m) is the l pixels arranged in the j + 1 row. Is substantially the same as each position of the center C′j + 1 in the x direction.

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。   Similarly, it can be considered that a pixel group of one column of a plurality of pixels in which a plurality of pixels are arranged in the y direction is arranged in l columns from 1 to l in the x direction. In this case, the center position in the y direction of the m pixels arranged in the u-th column (1 ≦ u <l) in the l-th pixel group is the m-th pixel arranged in the u + 1-th column. It is substantially the same as each center position in the y direction.

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。   The plurality of pixels P are each arranged in the x direction, and are divided into a plurality of pixels P1 and a plurality of pixels P2 constituting a row. Each of the plurality of pixels P1 and the plurality of pixels P2 is arranged in one row in the x direction as described above. In the y direction, the rows of the pixels P1 and the rows of the pixels P2 are alternately arranged.

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。   Each cylindrical lens M1 of the arrayed optical element K is viewed from a direction parallel to the optical axis V of the lens optical system L, and one row composed of a plurality of pixels P1 on the imaging surface Ni and a plurality of pixels P2 adjacent thereto. It is located so as to cover one line consisting of. That is, the position of the boundary of the cylindrical lens M1 of the arrayed optical element K is the position of the boundary of the pixel group of one row composed of a plurality of pixels P1 and one row composed of a plurality of pixels P2 adjacent thereto. When viewed from a direction parallel to the optical axis V of the system L, they coincide. On the imaging surface Ni, a microlens Ms is provided so as to cover the surfaces of the pixels P1 and P2.

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。   In the present embodiment, the plurality of pixels P1 and the plurality of pixels P2 all have the same shape on the imaging surface Ni. For example, the plurality of pixels P1 and the plurality of pixels P2 have the same rectangular shape and have the same area.

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。   In addition, each of the pixels P1 and P2 is located below the microlens Ms, and the photoelectric conversion unit EX provided inside from the imaging surface Ni and the color filters R (red) and G (G) provided on the photoelectric conversion unit. Green) and B (blue). In the arrangement shown in FIG. 4B, R (red), G (green), and B (blue) color filters of the pixels P1 and P2 are arranged and formed. Specifically, pixels having G (green) and R (red) filters are repeatedly arranged in the x direction in a unit region corresponding to one cylindrical lens M1 of the arrayed optical element K on the imaging surface. In a unit region adjacent to the unit region in the y direction, pixels having B (blue) and G (green) filters are repeatedly arranged in the x direction.

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。   Accordingly, if only the pixel group row of the pixel P1 is viewed, the pixel group row of the pixel group having the B (blue) and G (green) filters and the pixel group having the G (green) and R (red) filters are included. Rows of pixel groups of pixels having filters are alternately arranged. Similarly, if only the pixel group row of the pixel P2 is viewed, the pixel group row of pixels having B (blue) and G (green) filters and pixels having G (green) and R (red) filters. The rows of the pixel groups of the pixels having the filter are alternately arranged. Therefore, regardless of whether the image is composed only of the pixel group row of the pixel P1 or only the pixel group row of the pixel P2, each image is obtained from the R, G, and B pixels. Since a pixel signal based on the obtained luminance value is included, a color image can be generated by interpolation processing.

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。   In the arrayed optical element K, a light beam (light beam B1 indicated by a solid line in FIG. 1) that has passed through the optical region D1 (shown in FIGS. 1 and 2) on the optical element L1 is converted into a pixel P1 and a pixel on the imaging surface Ni. The light beam that has reached P2 and has passed through the optical region D2 (light beam B2 indicated by a broken line in FIG. 1) is designed to reach the pixel P2 on the imaging surface Ni. Specifically, the above configuration is realized by appropriately setting parameters such as the refractive index of the arrayed optical element K, the distance from the imaging surface Ni, and the radius of curvature of the surface of the cylindrical lens M1.

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。   The diaphragm S is an area through which light beams of all angles of view pass. Therefore, by inserting a surface having an optical characteristic for controlling the polarization characteristic in the vicinity of the stop S, the polarization characteristics of the light beams of all angles of view can be similarly controlled. That is, in the present embodiment, the optical element L1 may be provided in the vicinity of the stop S. By disposing the optical element L1 in the first and second optical regions D1 and D2 located in the vicinity of the stop, polarization characteristics corresponding to the number of divisions of the regions can be given to the light beam.

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。   In FIG. 1, the light passing through the diaphragm S is provided at a position where it directly enters the optical element L1 (without passing through another optical member). The optical element L1 may be provided closer to the subject than the stop S. In this case, the light that has passed through the optical element L1 may directly enter the diaphragm S (without passing through another optical member).

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。   With the above configuration, using the luminance information of the pixel groups of the pixels P1 and P2, the first color image information having polarization information that vibrates in the direction of the first polarization axis and the direction of the first polarization axis. The second color image information having the information on the oscillating polarization and the non-polarization information oscillating in an arbitrary direction can be acquired simultaneously. That is, in this configuration, a total of six channels of image information can be simultaneously acquired by combining the first and second optical regions D1 and D2 with the R, G, and B pixels.

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。   In addition, the crosstalk component of the second color image information can be reduced for the first color image information as compared with the case where the optical region D1 and the optical region D2 are divided evenly across the optical axis. . When the optical region D1 and the optical region D2 are equally divided across the optical axis, the light passing near the boundary between the first and second optical regions D1 and D2 reaches both the pixels P1 and P2. Therefore, the first color image information includes a part of the second color image information, and the second color image information includes a part of the first color image information. Crosstalk information is included between them. On the other hand, as in this embodiment, the optical region D1 includes the optical axis and the optical region D2 does not include the optical axis, so that the second color image information includes the first color image information. A part of the first color image information is included, but the second color image information can be hardly included in the first color image information. The configuration as in the present embodiment is useful for applications in which crosstalk of specific image information is desired to be reduced, for example, living body observation, when acquiring a plurality of pieces of image information.

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。   In the present embodiment, the polarization filter that transmits light that vibrates in the direction of the first polarization axis (transmission axis) and all the polarization axes (transmission axes) in the optical regions D1 and D2 on the optical element L1, respectively. Is composed of a flat glass that transmits light oscillating in the direction of, but the optical regions D1 and D2 are each a polarizing filter that transmits light oscillating in the direction of the first polarization axis (transmission axis) and the first polarization axis. You may comprise by the polarizing filter which permeate | transmits the light which vibrates in the direction of the 2nd polarization axis (transmission axis) orthogonal to. With such a configuration, light that vibrates in the direction of the first polarization axis that has passed through the optical region D1 vibrates in the direction of the second polarization axis that has passed through the optical region D2 to the plurality of pixels P1 and the plurality of pixels P2. The incident light is incident on the plurality of pixels P2. Here, by adjusting the areas of the optical region D1 and the optical region D2 so that the light beam incident on the pixel P2 from the optical region D1 and the light beam incident on the pixel P2 from the optical region D2 are substantially equal, The obtained image information is substantially equal to non-polarized image information. Therefore, the first color image information that vibrates in the direction of the first polarization axis and the non-polarized second color image information can be acquired simultaneously.

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。   Further, a configuration may be adopted in which filters having different spectral transmittance characteristics are arranged in the optical regions D1 and D2 on the optical element L1 so that the imaging element is monochrome. For example, the optical region D1 is configured by a spectral filter that mainly transmits light in the first wavelength band, and the optical region D2 is configured by a spectral filter that transmits light in the second wavelength band. Here, if the first wavelength band is narrower than the second wavelength band and the two images are combined, a narrow-band spectral image can be generated.

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。   In the present embodiment, the lens optical system L is image-side telecentric, but the imaging apparatus of the present embodiment may use an image-side non-telecentric lens optical system L. In this case, the principal ray is obliquely incident on the cylindrical lens M1 arranged outward from the optical axis V in the direction of the arrow H of the arrayed optical element K, and light is incident on the pixel P1 or the pixel P2 adjacent to the corresponding pixel P1, P2. Leaks. For this reason, when using the image side non-telecentric lens optical system L, it is preferable to increase the offset amount of the cylindrical lens M1 of the arrayed optical element K from the center where the optical axis V is located to the outside. The offset amount is determined according to the incident angle of the principal ray on the cylindrical lens M1. What is necessary is just to set according to the incident angle of a light beam. Thereby, crosstalk in which light enters the adjacent pixels can be suppressed. At this time, the cylindrical lens M1 of the arrayed optical element K is disposed at a position shifted from the row of the corresponding pixel toward the center side toward the outside away from the center. However, at least the cylindrical lens M1 on the optical axis V is positioned so as to cover one row of the corresponding pixels P1 and one row of the pixels P2 when viewed from a direction parallel to the optical axis of the lens optical system L.

(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。
(Embodiment 2)
This embodiment differs from Embodiment 1 in that the boundary position of each cylindrical lens M1 of the arrayed optical element K is offset with respect to the boundary position between the pixels P1 and P2. Here, detailed description of the same contents as in the first embodiment is omitted in this embodiment.

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。   5A is an enlarged view of the arrayed optical element K and the image sensor N shown in FIG. 1, and FIG. 5B is a diagram illustrating the relationship between the arrayed optical element K and the pixels on the image sensor N. It is a figure which shows a positional relationship. As shown in FIGS. 5A and 5B, when viewed from a direction parallel to the optical axis V of the lens optical system L, the boundary position Mb between the cylindrical lenses (optical elements) M1 of the arrayed optical element K is: It is offset by Δs with respect to the boundary position Nb between the pixels P1 and P2 of the imaging surface Ni on the imaging element N. The direction of the offset is the horizontal direction when the imaging device is used on a plane perpendicular to the optical axis V.

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。   The boundary position Mb between the optical elements M1 is a portion where the curved surfaces constituting each of the two adjacent optical elements M1 are connected. The boundary position Mb is, for example, a straight line extending in the horizontal direction (row direction). The boundary position Nb between the pixel group Pg1 and the pixel group Pg2 on the imaging surface Ni is a position equidistant from the pixel P1 in the pixel group Pg1 and the pixel P2 in the pixel group Pg2. The boundary position Nb is, for example, a straight line extending in the horizontal direction (row direction). When the micro lens array Ms is provided on the surface of the imaging surface Ni, the boundary position Nb may coincide with the boundary position Mc in the vertical direction (column direction) of each lens in the micro lens array Ms.

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。   Although not shown, the boundary position of each optical element M1 of the arrayed optical element K from the center of the imaging surface of the lens optical system L (optical axis and its vicinity) to the periphery of the imaging surface (outside of the optical axis and its vicinity). Mb is offset (shifted) in the vertical direction (column direction) with respect to the boundary position Nb between the pixel groups Pg. Here, the offset refers to the boundary position Mb of each optical element M1 of the arrayed optical element K in one direction with respect to the boundary position Nb between the pixel groups Pg when viewed from a direction parallel to the optical axis of the lens optical system L. It means that it is shifted. When the lens optical system L is an image side telecentric optical system, the offset amount at the center of the imaging surface and the offset amount at the periphery of the imaging surface are the same. That is, on the entire imaging surface, the boundary position Mb of each optical element M1 is offset in the vertical direction (column direction) with respect to the boundary position Nb between the corresponding pixel groups Pg, and the offset amount is from the optical axis. It is equal regardless of distance. Here, by setting the offset amount Δs to a predetermined value, most of the light that has passed through the optical region D1 can be incident on the pixel P1, and most of the light that has passed through the optical region D2 can be incident on the pixel P2. it can. That is, almost all of the light beam B1 transmitted through the optical region D1 having a larger area than the optical region D2 is incident on the plurality of pixels P1, and almost all of the light beam B2 transmitted through the optical region D2 is incident on the plurality of pixels P2. be able to. When the lens optical system L is an image-side non-telecentric optical system, each optical element of the arrayed optical element K is gradually changed from the center of the imaging surface to the periphery of the imaging surface and gradually changing according to the light incident angle. The pixels P1 and P2 on the imaging surface Ni of the element M1 or the imaging element N may be arranged.

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。   With the above configuration, using the luminance information of the pixel groups of the pixels P1 and P2, the first color image information having polarization information that vibrates in the direction of the first polarization axis and the non-polarized light that vibrates in an arbitrary direction The second color image information having the above information can be acquired simultaneously. That is, in this configuration, a total of six channels of image information can be simultaneously acquired by combining the information of the light transmitted through the optical regions D1 and D2 and the RGB pixels.

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。   In addition, when acquiring polarized image information and non-polarized image information, the intensity of light transmitted through the polarizing filter is reduced to approximately half. For this reason, by making the area of the optical region D1 larger than that of the optical region D2 and increasing the number of light rays incident on the pixel P2 compared to the pixel P1, it becomes possible to compensate for the decrease in light intensity with the amount of light rays. . Therefore, according to the present embodiment, the difference in light amount between the first color image information (polarized image information) and the second color image information (non-polarized image information) can be reduced. That is, according to the present embodiment, the dynamic ranges are ensured in a balanced manner in both the first color image information and the second color image information by making the areas of the optical regions D1 and D2 different by an appropriate ratio. be able to.

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。   In this embodiment, the color filter on the image sensor is configured with R (red), G (green), and B (blue), but other color filter configurations may be used. For example, as shown in FIGS. 6A and 6B, the color filter on the image sensor may be R (red), G (green), B (blue), and X (color in an arbitrary band). For example, in the case of FIG. 6A, the color of an arbitrary band is a band of white (entire visible light range), a complementary color system band such as cyan, or a non-visible light band such as near infrared or near ultraviolet. is there. With such a configuration, one type of spectral information can be added when two images are acquired simultaneously. In the case of FIG. 6B, the color X in an arbitrary band may be a non-visible light band such as near infrared or near ultraviolet, or a predetermined narrow band. With such a configuration, since the pixel P1 is limited to image information of only a predetermined band, the resolution of the image information corresponding to the information in the optical region D1 can be improved. For example, a polarizing filter that transmits light that vibrates in the direction of the first polarization axis is disposed in the optical region D1, and a flat glass that transmits light that vibrates in the direction of all the polarization axes (transmission axes) is disposed in the optical region D2. When the color filter array is the array shown in FIG. 6B and the color filter X is near infrared or near ultraviolet, near-infrared polarization or near-ultraviolet polarization using the luminance information of the pixel group of the pixel P1. A high-resolution polarized image can be generated, and a color image can be generated using luminance information of the P2 pixel group. Further, a spectral filter that mainly transmits near-infrared light or near-ultraviolet light is disposed in the optical region D1, a flat glass that transmits the visible light band is disposed in the optical region D2, and the color filter array is shown in FIG. In the case where the color filter X is white, the near-infrared light having high-resolution and high-sensitivity information having near-infrared light or near-ultraviolet light information using the luminance information of the pixel group of the pixel P1. Alternatively, image information having near-ultraviolet light information can be generated, and a color image can be generated using luminance information of the pixel group of the pixel P2. Further, in such a configuration, an imaging system including illumination of near infrared light or near ultraviolet light may be configured.

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。   As in the first embodiment, the lens optical system L of the image pickup apparatus according to the present embodiment is an image side telecentric, but the image pickup apparatus may use an image side non-telecentric lens optical system L. In this case, for the same reason as in the first embodiment, when the image side non-telecentric lens optical system L is used, the offset amount of the cylindrical lens M1 of the arrayed optical element K is set according to the distance from the optical axis V. Is preferably set. At this time, the cylindrical lens M1 of the arrayed optical element K is arranged at a position shifted toward the center side from the row of the corresponding pixel toward the outer side away from the center in the + y direction, and the shift amount increases as it moves away from the center in the −y direction. As the distance further increases, the shift amount gradually increases in the opposite direction, and is arranged at a position shifted from the pixel row to the center side. However, unlike Embodiment 1, the boundary of the cylindrical lens M1 on the optical axis of the arrayed optical element K is adjacent to the row of pixels P1 when viewed from the direction parallel to the optical axis of the lens optical system L. The pixel P2 is offset in a predetermined direction with respect to the boundary with the row of the pixel P2.

(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。
(Embodiment 3)
The third embodiment is different from the first embodiment in that the area division of the optical element L1 in FIG. 1 is four and the array-like optical element K ′ is replaced with a microlens from a lenticular lens. . Here, a detailed description of the same contents as in the first embodiment is omitted.

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。   FIG. 7 is a schematic perspective view of the arrayed optical element K ′. The arrayed optical element K ′ is a microlens array having the microlens M2 as an optical element. The microlenses M2 are arranged in two dimensions in the x direction and the y direction. The cross section of each microlens M2 (each cross section perpendicular to the x direction and the y direction) has a curved surface shape and protrudes toward the image sensor N side. Each of the microlenses M2 is a unit of a total of 16 units arranged in the x direction and 4 in the y direction among the plurality of pixels arranged in the x direction and the y direction on the imaging surface Ni of the color imaging element N. Arranged corresponding to the pixels in the region.

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。   FIG. 8A is a front view of the optical element L1 as seen from the subject side. The optical element L1 includes optical surface regions D1, D2, D3, and D4. At least two of the optical surface regions D1, D2, D3, and D4 are non-uniformly arranged with respect to the optical axis V. In the present embodiment, the optical surface regions D1 and D3 are larger than the fan shape divided by two orthogonal lines passing through the optical axis V in a cross section perpendicular to the optical axis of the optical path defined by the stop S. On the other hand, the optical surface regions D2 and D4 are larger than this sector shape. For this reason, the optical regions D1 and D3 are non-uniformly arranged with respect to the optical regions D2 and D4. The area of the optical region D1 and the area of the optical region D3 are equal, and the area of the optical region D2 and the area of the optical region D4 are equal.

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。   In at least two of the optical regions D1, D2, D3, and D4, at least one of the spectral transmittance characteristic and the transmission polarization characteristic is different from each other. In the present embodiment, a polarizing filter that transmits light that vibrates in the direction of the first polarization axis (transmission axis) is disposed in the optical region D1, and the optical region D2 and the fourth optical region D4 include Flat glass that transmits light oscillating in the direction of all the polarization axes (transmission axes) is arranged, and the third optical region D3 has a second transmission axis (transmission axis) perpendicular to the first polarization axis. A polarizing filter that transmits light oscillating in the direction is disposed.

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。   FIG. 7B is a diagram showing a positional relationship between the microlens M2 that is an optical element of the arrayed optical element and the pixels on the image sensor N, as viewed from a direction parallel to the optical axis V of the lens optical system L. is there. The arrayed optical element includes a plurality of pixels P1, a plurality of pixels P2, a plurality of pixels P3, and a plurality of pixels P4 arranged in two dimensions in the x and y directions. Each pixel P1, P2, P3, and P4 is located adjacent to the two-dimensional arrangement direction of the x direction and the y direction, and constitutes a pixel group of 2 rows and 2 columns. The pixel group of 2 rows and 2 columns is further two-dimensionally arranged in the x direction and the y direction.

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。
As shown in FIG. 7B, each microlens M2 that is an optical element of the arrayed optical element K ′ has two rows and two columns corresponding to each other when viewed from a direction parallel to the optical axis V of the lens optical system K ′. It is located so as to cover the pixel group. That is, the boundary of the microlens M2 in the arrayed optical element K ′ coincides with the position of the boundary of a plurality of 2 × 2 pixel groups in the image sensor N.
As shown in FIG. 7C, R, G, and B color filters may or may not be provided for each pixel. Hereinafter, the third embodiment will be described on the assumption of the configuration of FIG.

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。   In the arrayed optical element K, the light beam that has passed through the optical region D1 on the optical element L1 reaches the pixels P1, P2, and P4 on the imaging surface Ni, and the light beam that has passed through the optical region D2 is on the imaging surface Ni. The light beam that has reached the pixel P2 and passed through the third optical region D3 has reached the pixels P3, P2, and P4 on the image pickup surface Ni, and the light beam that has passed through the fourth optical region D4 is on the image pickup surface Ni. Designed to reach pixel P4. Specifically, the above configuration is realized by appropriately setting parameters such as the refractive index of the arrayed optical element K, the distance from the imaging surface Ni, and the radius of curvature of the microlens M2 surface.

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。   Accordingly, since light oscillating mainly in the direction of the first polarization axis is incident on the pixel group of the pixel P1, first color image information having information on polarization oscillating in the direction of the first polarization axis is acquired. can do. In addition, light that vibrates in the direction of the first polarization axis, light that vibrates in the direction of the second polarization axis, and light that vibrates in all directions of the polarization axes are incident on the pixel group of the pixel P2. Second color image information having the following information can be acquired. In addition, since light oscillating mainly in the direction of the second polarization axis is incident on the pixel group of the pixel P3, third color image information having information on polarization oscillating in the direction of the second polarization axis is acquired. can do. In addition, light that vibrates in the direction of the first polarization axis, light that vibrates in the direction of the second polarization axis, and light that vibrates in all directions of the polarization axes are incident on the pixel group of the pixel P4. 4th color image information which has the following information can be acquired. Since the second color image information and the fourth color image information are substantially equal, they may be averaged.

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。   With the above configuration, using the luminance information of the pixel groups of the pixels P1, P2, P3, and P4, the first color image information having polarization information that vibrates in the direction of the first polarization axis, and the non-polarized light The second color image information having information and the third color image information having information of polarized light oscillating in the direction of the second polarization axis can be simultaneously acquired. That is, in this configuration, a total of nine channels of image information can be simultaneously acquired by combining light information transmitted through the optical regions D1, D2, D3, and D4 and RGB pixels.

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。   In addition, compared with the case where the optical regions D1, D2, D3, and D4 are divided equally in the x and y directions across the optical axis, the first color image and the third color image are respectively The crosstalk component of the color image and the fourth color image can be reduced. When the optical regions D1, D2, D3, and D4 are equally divided vertically and horizontally with the optical axis in between, the light transmitted in the vicinity of each region boundary can be a crosstalk component. For example, the most light that has passed through the optical region D1 enters the pixel P1, but a small amount of light that passes through the vicinity of the boundary with the other optical regions also enters the pixel P1, so that the light passes through the optical regions D2, D3, and D4. Light is also incident slightly. In particular, since the optical regions D2 and D4 are separated from the optical region D1 by a boundary line, the amount of crosstalk light is relatively larger than the light transmitted through the optical region D3 that is in contact with the optical region D1 at a point. . The same applies when focusing on the pixels P2, P3, and P4.

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。   In contrast, in the present embodiment, by setting the optical region as shown in FIG. 8A, most of the light transmitted through the optical regions D1 and D3 is incident on the pixels P1 and P3, respectively, and the pixel P2 And the pixel P4 are slightly incident as crosstalk light, but there is no problem because the pixels P2 and P4 are pixels for acquiring non-polarized information. Further, most of the light transmitted through the optical regions D2 and D4 enters the pixels P2 and P4, respectively, and hardly enters the pixels P1 and P3. That is, the crosstalk component of the non-polarized image (second color image and fourth color image) can be hardly included in the polarized image (first color image and third color image). . The configuration as in the present embodiment includes first color image information having polarization information oscillating in the direction of the first polarization axis, second color image information having non-polarization information, and second color information. When obtaining third color image information having polarization information oscillating in the direction of the polarization axis at the same time, the polarization information is used to reduce crosstalk between the images (first color image and second color image), for example, Useful for ecological observation.

(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。
(Embodiment 4)
The present embodiment is different from the third embodiment in that the boundary position of each microlens M2 of the arrayed optical element K is offset with respect to the boundary position between the pixels P1, P2, P3, and P4. . Here, detailed description of the same contents as in the third embodiment is omitted in this embodiment.

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。   FIG. 9A is a front view of the optical element L1 as viewed from the subject side. The optical element L1 includes optical surface regions D1, D2, D3, and D4. The boundaries of the optical surface regions D1, D2, D3, and D4 form two orthogonal straight lines that do not pass through the optical axis V. For this reason, at least two of the optical surface regions D1, D2, D3, and D4 are non-uniformly arranged with respect to the optical axis V.

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。   It is formed by being divided into four parts in the vertical and horizontal directions within a plane perpendicular to the optical axis V. A polarizing filter that transmits light that vibrates in the direction of the first polarization axis (transmission axis) is disposed in the optical region D1, and the optical region D2 vibrates in a direction of 45 ° with respect to the first polarization axis. A polarizing filter that transmits light that transmits light is disposed. In the optical region D3, a polarizing filter that transmits light that vibrates in a direction of 90 ° with respect to the first polarization axis is disposed. In the optical region D3, the first filter is disposed. A polarizing filter that transmits light oscillating in a direction of 135 ° with respect to the polarization axis is disposed. As shown in FIG. 9A, the area of each optical region is the largest in the optical region D1, then the optical regions D2 and D4, and the smallest optical region is the optical region D3.

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。   FIG. 9B is a diagram showing a positional relationship between the microlens M2 that is an optical element of the array-like optical element and the pixels on the imaging element N. The array optical element is arranged so that one of the microlenses M2 corresponds to a pixel group of two rows and two columns of pixels P1, P2, P3, and P4 on the imaging surface Ni. Are offset by a predetermined amount in the x direction and the y direction. For example, as shown in FIG. 9B, ΔSx is in the x direction, and is offset by ΔSy in the y direction. As shown in FIG. 9C, each pixel may or may not be provided with R, G, and B color filters. Hereinafter, the third embodiment will be described on the assumption of the configuration of FIG.

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。   The arrayed optical element K is designed so that the light beams that have passed through the optical regions D1, D2, D3, and D4 on the optical element L1 reach the pixels P1, P2, P3, and P4 on the imaging surface Ni, respectively. . Specifically, the above configuration is realized by appropriately setting parameters such as the refractive index of the arrayed optical element K, the distance from the imaging surface Ni, the radius of curvature of the microlens M2 surface, and the offset amount of the microlens M2. To do. Of the optical regions D1, D2, D3, and D4, since the area of the optical region D1 is the largest, the amount of light incident on the pixel P1 is the largest. Further, since the area of the optical region D3 is the smallest, the amount of light incident on the pixel P3 is the smallest.

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。   With the above configuration, the first color image information having the polarization information oscillating in the direction of the first polarization axis using the luminance information of the pixel groups of the pixels P1, P2, P3, and P4, and the first Second color image information having information on polarized light oscillating in the direction of 45 ° with respect to the polarization axis, and third color image having information on polarized light oscillating in the direction of 90 ° with respect to the first polarization axis The fourth color image information having the information and polarization information oscillating in the direction of 135 ° with respect to the first polarization axis can be acquired simultaneously. That is, in this configuration, a total of 12 channels of image information can be simultaneously acquired by combining the light information transmitted through the optical regions D1, D2, D3, and D4 and the RGB pixels.

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。   The present embodiment is preferably applied to, for example, an imaging device for a living body that uses polarized illumination that emits polarized light that vibrates in a direction of 90 ° with respect to the first polarization axis. When illuminating a living body with light having a predetermined polarization component, the reflected light on the surface of the living body becomes a specular reflection light in which the polarization component is maintained, and the reflected light in the deep part of the living body becomes a scattered reflected light with a disturbed polarization component. . Therefore, if the polarization axis on the illumination side and the polarization axis on the imaging device side are made parallel, information on the living body surface can be acquired, and if the polarization axis on the illumination side and the polarization axis on the imaging device side are orthogonal, information on the deep part of the living body is acquired. it can. Further, since the specular reflection light on the living body surface is less attenuated than the reflection light in the deep part of the living body, a relatively bright image is obtained.

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。   In the present embodiment, the information on the deep part of the living body is acquired by the light transmitted through the optical region D1 by using the polarization illumination that emits the polarized light that vibrates in the direction of 90 ° with respect to the first polarization axis. Can do. In this case, although the intensity of the reflected light at the deep part of the living body is small, the area of the optical region D1 is the largest. Therefore, the decrease in intensity can be compensated for by increasing the amount of light incident on the pixel P1.

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。
In addition, information on the surface of the living body can be acquired by the light transmitted through the optical region D3. Since the intensity of the specular reflection light on the surface of the living body is large, the amount of light incident on the pixel P3 is reduced by making the area of the optical region D3 the smallest, compared to the amount of light incident on the other pixels,
It can suppress that light quantity becomes remarkably large. Information between the deep part of the living body and the surface of the living body can be obtained by the light transmitted through the intermediate optical areas D2 and D4. With the above configuration, the dynamic range of the first, second, third, and fourth color image information can be ensured with a good balance.

(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。
(Embodiment 5)
The fifth embodiment is different from the first to fourth embodiments in that an arrayed optical element is formed on the imaging surface of the imaging element N. Here, detailed description of the same contents as in the first to fourth embodiments will be omitted in the present embodiment.

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。   FIGS. 10A and 10B are enlarged views of the arrayed optical element K and the imaging element N, and only the light rays that have passed through one optical region are illustrated. In the present embodiment, the optical element Md1 (cylindrical lens or microlens) is formed on the imaging surface Ni of the color imaging element N. Pixels P are arranged in a matrix on the imaging surface Ni, as in the first embodiment. One optical element Md1 corresponds to the plurality of pixel groups. Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, light beams that have passed through different optical regions can be guided to different pixels. FIG. 10B is a diagram showing a modification of the present embodiment. In the configuration shown in FIG. 10B, the microlens Ms is formed so as to cover the pixel P, and the optical element Md1 is laminated on the surface of the microlens Ms via the low refractive index layer W. In the configuration shown in FIG. 10B, the light collection efficiency can be increased as compared with the configuration in FIG.

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。   If the arrayed optical element K is separated from the color image sensor N as in the first to fourth embodiments, it is difficult to align the arrayed optical element K and the image sensor N. However, as in the present embodiment. In addition, since the optical element Md1 is formed on the image pickup element N, alignment can be performed by a wafer process, so that alignment can be facilitated and alignment accuracy can be increased.

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。   In the fifth embodiment, the microlens Ms provided on each pixel of the image sensor may be provided with a microlens having another shape. For example, you may use the refractive index distribution element which condenses light by distribution of the material from which refractive index differs as disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-10773. FIG. 11A is a cross-sectional view showing an example of the gradient index element Ms ′, and FIG. 11B is a front view of the gradient index element. In FIGS. 11A and 11B, the optical member portion indicated by oblique lines and the surrounding portion are composed of materials and media having different refractive indexes. As shown in FIG. 11B, the gradient index element Ms ′ has, for example, a plurality of cylindrical optical members having a ring shape on a plane parallel to the plane on which the pixels are formed and extending in a direction perpendicular to the plane. Are arranged by being arranged concentrically. The refractive index distribution of the refractive index distribution element Ms ′ can be adjusted by the refractive index difference between the optical member and the surrounding portion, the size of the cylinder, the interval between the concentrically arranged cylinders, and the like. The shape of the optical member is not limited to a cylinder, and may be non-rotational symmetric with respect to the optical axis. Further, in FIGS. 11A and 11B, a two-level binary optical element is used, but a multi-level optical element having three or more levels may be used.

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。   The gradient index element Ms ′ having such a structure can be manufactured by using, for example, a semiconductor photolithography technique. For example, since a conventional microlens having a lens surface is manufactured by thermally deforming a resin, it is difficult to make the curved surfaces of the lens surfaces different between a plurality of microlenses provided in a plurality of pixel shapes of an image sensor. there were. On the other hand, when the refractive index distribution element Ms ′ is used, the optical characteristics can be changed by changing the dimensions of the above-described optical member among a plurality of pixels of the imaging element. Therefore, even when a light ray is incident on the pixel of the image sensor N from an oblique direction by the lens optical system L and the arrayed optical element K, the light can be efficiently collected on the pixel.

(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。
(Embodiment 6)
The present embodiment is a distance measuring device using a plurality of imaging devices shown in the first embodiment. FIG. 12 is a schematic diagram of a distance measuring device using two imaging devices. In FIG. 12, the same components as those in the imaging apparatus shown in FIG. In the present embodiment, in each imaging device, the arrangement direction E of the plurality of cylindrical lenses constituting the arrayed optical element K is orthogonal to the baseline direction B of the distance measuring device. In the distance measuring apparatus, the parallax is extracted by pattern matching, and the distance to the subject is calculated using the extracted parallax by the principle of triangulation. Therefore, when the arrangement direction E of the lenticular optical elements is made orthogonal to the base line direction B of the distance measuring device by making the arrangement direction E of the lenticular optical elements orthogonal to the base line direction B of the distance measuring device. In comparison, the resolution of the parallax extraction can be increased.

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。   According to the distance measuring apparatus of the present embodiment, since crosstalk in specific image information is reduced, distance measurement can be performed using an image with excellent polarization characteristics or a spectral image in a specific band. This makes it possible to measure the distance even in a situation where it is difficult to acquire a correct image in normal shooting. Note that this embodiment may be combined with any of Embodiments 2 to 5 in addition to Embodiment 1.

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。   The imaging apparatus according to the present invention is useful as an imaging apparatus for skin diagnosis cameras, endoscope observation cameras, living body observation cameras such as capsule endoscopes, in-vehicle cameras, surveillance cameras, digital still cameras, and digital video cameras. . Further, it can be applied to an imaging system such as a microscope and an electronic mirror.

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
A Imaging device L Lens optical system L1 Optical element L2 Lens D1, D2, D3, D4 Optical region S Aperture K Array-like optical element N Imaging element Ni Imaging surface M1, Md1 Optical element Ms Microlenses P1 to P2 on the pixel Imaging element Upper pixel C1 signal processing unit

Claims (17)

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。
A lens, an aperture, and a lens optical system having first and second optical regions in which at least one of spectral transmittance characteristics and transmission polarization characteristics is different from each other;
An image sensor on which light having passed through the lens optical system is incident;
An arrayed optical element including a plurality of optical elements disposed between the lens optical system and the imaging element and disposed in a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system;
The imaging device includes a plurality of first rows each composed of a plurality of first pixels and a plurality of second rows composed of a plurality of second pixels, which are alternately arranged.
The first and second optical regions of the lens optical system are non-uniformly arranged with respect to the optical axis;
The optical elements on at least the optical axis of the arrayed optical element cover the pixels in the corresponding first row and the second row adjacent thereto as viewed from the direction parallel to the optical axis of the lens optical system. An imaging device located in
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。   The array-like optical element causes light beams that have passed through the first optical region to enter the plurality of first pixels and the plurality of second pixels, and the light beams that have passed through the second optical region are the first light beam. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device is made incident on two pixels. 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。
A lens, a stop, and a lens optical system having first and second optical regions in which at least one of spectral transmittance characteristics and transmission polarization characteristics is different from each other;
An image sensor on which light having passed through the lens optical system is incident;
An array-like optical element comprising a plurality of optical elements disposed between the lens optical system and the imaging element and disposed in a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system;
The imaging device includes a plurality of first rows each composed of a plurality of first pixels and a plurality of second rows composed of a plurality of second pixels, which are alternately arranged.
The first and second optical regions of the lens optical system are non-uniformly arranged with respect to the optical axis;
A boundary between a plurality of optical elements including at least an optical element on the optical axis of the arrayed optical element is the first row and a second adjacent to the first row when viewed from a direction parallel to the optical axis of the lens optical system. An imaging device that is offset in a predetermined direction with respect to the boundary with the pixels in the row.
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。   The array-shaped optical element causes light rays that have passed through the first optical region to enter the plurality of first pixels, and light rays that have passed through the second optical region to enter the second pixels. Item 4. The imaging device according to Item 3. 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。
The first optical region is constituted by a polarizing filter that mainly transmits light that vibrates in the direction of a predetermined polarization axis,
The imaging device according to claim 1, wherein the second optical region transmits non-polarized light.
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。
The first optical region is constituted by a polarization filter that mainly transmits light oscillating in the direction of the first polarization axis,
The second optical region is configured by a polarization filter that mainly transmits light that vibrates in a direction of a second polarization axis different from the first polarization axis.
The imaging device according to claim 1.
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。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the arrayed optical element is a lenticular lens. 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。
A lens, an aperture, and a lens optical system having first, second, third and fourth optical regions;
An image sensor on which light having passed through the lens optical system is incident;
An array-like optical element comprising a plurality of optical elements disposed between the lens optical system and the imaging element and disposed in a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system;
In at least two of the first, second, third and fourth optical regions, at least one of the spectral transmittance characteristic and the transmission polarization characteristic is different from each other;
The image sensor includes a plurality of first pixels, a plurality of second pixels, a plurality of third pixels, and a plurality of fourth pixels, which are two-dimensionally arranged, and each of the first pixels, the second pixels The third pixel, the fourth pixel, and the fourth pixel are adjacent to each other in the two-dimensional two arrangement directions to constitute a pixel group,
At least two of the first, second, third and fourth optical regions of the lens optical system are non-uniformly arranged with respect to the optical axis;
Each optical element of the arrayed optical element is positioned so as to cover the corresponding pixel group when viewed from a direction parallel to the optical axis of the lens optical system.
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。   The arrayed optical element causes the light beam that has passed through the first optical region to enter the plurality of first pixels, the plurality of second pixels, and the plurality of fourth pixels, and the second optical element. A light beam that has passed through a region is incident on the second pixel, and a light beam that has passed through the third optical region is incident on the plurality of second pixels, the plurality of third pixels, and the plurality of fourth pixels. The imaging apparatus according to claim 8, wherein a light beam that is incident and passes through the fourth optical region is incident on the fourth pixel. 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。
A lens, an aperture, and a lens optical system having first, second, third and fourth optical regions;
An image sensor on which light having passed through the lens optical system is incident;
An array-like optical element comprising a plurality of optical elements disposed between the lens optical system and the imaging element and disposed in a plane perpendicular to the optical axis of the lens optical system;
In at least two of the first, second, third and fourth optical regions, at least one of the spectral transmittance characteristic and the transmission polarization characteristic is different from each other;
The image sensor includes a plurality of first pixels, a plurality of second pixels, a plurality of third pixels, and a plurality of fourth pixels, which are two-dimensionally arranged, and each of the first pixels, the second pixels The third pixel, the fourth pixel, and the fourth pixel are located adjacent to each other in the two-dimensional two arrangement directions, and constitute a pixel group,
At least two of the first, second, third and fourth optical regions of the lens optical system are non-uniformly arranged with respect to the optical axis;
The boundaries of the plurality of optical elements of the arrayed optical element are offset in a predetermined direction with respect to the corresponding boundary positions of the plurality of pixel groups when viewed from a direction parallel to the optical axis of the lens optical system. , Imaging device.
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。   The arrayed optical element causes light rays that have passed through the first optical region to enter the plurality of first pixels, light rays that have passed through the second optical region to enter the second pixels, and The imaging device according to claim 10, wherein a light beam that has passed through a third optical region is incident on the plurality of third pixels, and a light beam that has passed through the fourth optical region is incident on the fourth pixel. 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。   The imaging device according to claim 8, wherein the arrayed optical element is a microlens array. 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。
The first optical region is constituted by a polarization filter that mainly transmits light oscillating in the direction of the first polarization axis,
The second optical region and the fourth optical region transmit unpolarized light;
The third optical region is constituted by a polarization filter that mainly transmits light that vibrates in the direction of the second polarization axis orthogonal to the first polarization axis.
The imaging device according to claim 8.
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。   The imaging device according to claim 1, wherein the arrayed optical element is formed on the imaging element. 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。
A microlens provided between the arrayed optical element and the imaging element;
The arrayed optical element is formed on the imaging element through the microlens,
The imaging device according to claim 1.
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。
The microlens is a refractive index distribution element formed in a binary shape or a refractive index distribution element formed in a multi-level shape.
The imaging device according to claim 15.
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。   A distance measuring device comprising a plurality of the imaging devices according to claim 1.
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JP2020051868A (en) * 2018-09-26 2020-04-02 日本電信電話株式会社 Polarization image capturing system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020051868A (en) * 2018-09-26 2020-04-02 日本電信電話株式会社 Polarization image capturing system
WO2020066738A1 (en) * 2018-09-26 2020-04-02 日本電信電話株式会社 Polarization imaging system
CN109348195A (en) * 2018-11-30 2019-02-15 德淮半导体有限公司 Imaging sensor and its manufacturing method, imaging method and imaging device

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