CN113966605A - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种拍摄良好的画质的多光谱图像的摄像装置。摄像装置(1)具备：摄像光学系统(10)，光瞳区域被分割为包括第1光瞳区域及与第1光瞳区域不同的第2光瞳区域的多个区域，并且具备使通过第1光瞳区域及第2光瞳区域的光向互不相同的方向偏振的偏振滤波器；成像元件(100)，包括接收通过第1光瞳区域的光的第1像素及接收通过第2光瞳区域的光的第2像素；及信号处理部(200)，通过对从成像元件(100)输出的信号进行处理来至少输出由第1像素的输出信号构成的第1图像数据及由第2像素的输出信号构成的第2图像数据。摄像光学系统(10)中，通过第1光瞳区域及第2光瞳区域的光的波长互不相同，并且与第1光瞳区域及第2光瞳区域对应的区域的像差特性互不相同。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及一种摄像装置。
背景技术
专利文献1中提出了一种使用具有偏振特性及颜色特性不同的多个透光区域的偏振滤色器板和具备偏振特性不同的多个偏振滤波器的成像元件来拍摄多个波段的图像(多光谱图像)的技术。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2014/020791号
发明内容
本发明的技术所涉及的一个实施方式提供一种拍摄良好的画质的多光谱图像的摄像装置。
用于解决技术课题的手段
(1)一种摄像装置，其具备：摄像光学系统，光瞳区域被分割为包括第1光瞳区域及与第1光瞳区域不同的第2光瞳区域的多个区域，并且具备使通过第1光瞳区域及第2光瞳区域的光向互不相同的方向偏振的起偏器；成像元件，包括接收通过第1光瞳区域的光的第1像素及接收通过第2光瞳区域的光的第2像素；及处理器，通过对从成像元件输出的信号进行处理来至少输出由第1像素的输出信号构成的第1图像数据及由第2像素的输出信号构成的第2图像数据，摄像光学系统中，通过第1光瞳区域及第2光瞳区域的光的波长互不相同，并且与第1光瞳区域及第2光瞳区域对应的区域的像差特性互不相同。
(2)在上述(1)的摄像装置中，摄像光学系统中，通过第1光瞳区域及第2光瞳区域的光的光量也互不相同。
(3)在上述(1)或(2)的摄像装置中，摄像光学系统具备配置于第1光瞳区域的第1光学元件及配置于第2光瞳区域的与第1光学元件不同的第2光学元件，并且利用第1光学元件及第2光学元件来单独校正与第1光瞳区域及第2光瞳区域对应的区域的像差。
(4)在上述(3)的摄像装置中，第1光学元件使第1波段的光透射，第2光学元件使与第1波段不同的第2波段的光透射。
(5)在上述(4)的摄像装置中，第1光学元件具有第1透射率，第2光学元件具有与第1透射率不同的第2透射率。
(6)在上述(3)至(5)任一项的摄像装置中，第1光学元件具有第1开口面积，第2光学元件具有与第1开口面积不同的第2开口面积。
(7)在上述(3)至(6)任一项的摄像装置中，第1光学元件及第2光学元件具有透镜形状，摄像光学系统通过单独调整第1光学元件及第2光学元件的曲率来单独校正与第1光瞳区域及第2光瞳区域对应的区域的像差。
(8)在上述(3)至(6)任一项的摄像装置中，第1光学元件及第2光学元件具有平板形状，摄像光学系统通过单独调整第1光学元件及第2光学元件的厚度来单独校正与第1光瞳区域及第2光瞳区域对应的区域的像差。
(9)在上述(3)至(6)任一项的摄像装置中，第1光学元件及第2光学元件具有平板形状，摄像光学系统通过单独调整第1光学元件及第2光学元件的倾斜度来单独校正与第1光瞳区域及第2光瞳区域对应的区域的像差。
(10)在上述(3)至(6)任一项的摄像装置中，第1光学元件及第2光学元件具有平板形状，摄像光学系统通过单独调整第1光学元件及第2光学元件的一个面的倾斜度来单独校正与第1光瞳区域及第2光瞳区域对应的区域的像差。
(11)在上述(3)至(10)任一项的摄像装置中，第1光学元件及第2光学元件形成为一体而由一个光学元件构成。
(12)在上述(1)至(11)任一项的摄像装置中，摄像光学系统的光瞳区域分割成同心圆状。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的摄像装置的第1实施方式的概略结构的图。
图2是带通滤波器单元的主视图。
图3是表示各带通滤波器的透射波长特性的一例的曲线图。
图4是偏振滤波器单元的主视图。
图5是表示成像元件的像素的排列的概略结构的图。
图6是表示成像元件的概略结构的图。
图7是表示一个像素的概略结构的剖视图。
图8是表示一个像素块中的偏振滤波元件的排列图案的一例的图。
图9是表示一个像素块中的光谱滤波元件的排列图案的一例的图。
图10是表示光谱滤波元件的透射波长特性的一例的曲线图。
图11是表示信号处理部的概略结构的框图。
图12是图像生成的概念图。
图13是基于摄像装置的图像生成的概念图。
图14是图2所示的带通滤波器单元的14-14剖视图。
图15是图3所示的带通滤波器单元的15-15剖视图。
图16是表示第2实施方式的带通滤波器单元的结构的图。
图17是图16的17-17剖视图。
图18是图16的18-18剖视图。
图19是表示第3实施方式的带通滤波器单元的结构的图。
图20是图19的20-20剖视图。
图21是图19的21-21剖视图。
图22是示意地表示在残留有彗形像差的透镜中不对称的光瞳分割导致成像位置偏离的状况的图。
图23是倾斜度的设定的概念图。
图24是表示第3实施方式的带通滤波器单元的另一例的图。
图25是图24的25-25剖视图。
图26是图24的26-26剖视图。
图27是表示光瞳区域的分割方式的另一例的图。
图28是表示通过调整带通滤波器的曲率来校正像差时的一例的图。
图29是表示像差的校正方法的另一例的图。
图30是表示像差的校正方法的另一例的图。
图31是表示本实施方式的带通滤波器单元的结构的图。
图32是表示设置于本实施方式的带通滤波器单元的各带通滤波器的透射波长特性的一例的曲线图。
图33是表示设置于本实施方式的带通滤波器单元的各带通滤波器的透射波长特性的一例的曲线图。
图34是表示光瞳区域的开口形状的另一例的图。
图35是表示将与各光瞳区域对应的带通滤波器形成为一体而构成为一个带通滤波器时的一例的图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。
《第1实施方式》
[摄像装置的基本结构]
图1是表示本发明所涉及的摄像装置的第1实施方式的概略结构的图。
本实施方式的摄像装置为拍摄4频带的多光谱图像的摄像装置。本实施方式的摄像装置主要具备摄像光学系统10、成像元件100及信号处理部200。
[摄像光学系统]
摄像光学系统10通过组合多个透镜12而构成。摄像光学系统10在其光路中具有带通滤波器单元16及偏振滤波器单元18。并且，摄像光学系统10具有未图示的焦点调节机构。焦点调节机构例如通过使摄像光学系统10整体沿着光轴L前后移动来调节焦点。
图2是带通滤波器单元的主视图。
带通滤波器单元16由具备四个开口区域16A1～16A4的框体16A和设置于该框体16A的各开口区域16A1～16A4的四个带通滤波器16B1～16B4构成。另外，以下，根据需要，将开口区域16A1称为第1开口区域16A1、将开口区域16A2称为第2开口区域16A2、将开口区域16A3称为第3开口区域16A3、将开口区域16A4称为第4开口区域16A4来区分各开口区域16A1～16A4。并且，将设置于第1开口区域16A1的带通滤波器16B1称为第1带通滤波器16B1、将设置于第2开口区域16A2的带通滤波器16B2称为第2带通滤波器16B2、将设置于第3开口区域16A3的带通滤波器16B3称为第3带通滤波器16B3、将设置于第4开口区域16A4的带通滤波器16B4称为第4带通滤波器16B4来区分各带通滤波器16B1～16B4。
框体16A具有圆环状的框主体16a和分隔框主体16a的内侧的隔板16b。框体16A的框主体16a的内侧被十字状的隔板16b在周向上分割成四等分，从而设置有四个开口区域16A1～16A4。框主体16a构成摄像光学系统10的光圈(孔径光圈)。摄像光学系统10的光瞳区域被框体16A分割为四个区域Z1～Z4(光瞳分割)。以下，根据需要，将被分割的各区域Z1～Z4分别称为第1光瞳区域Z1、第2光瞳区域Z2、第3光瞳区域Z3、第4光瞳区域Z4。各开口区域16A1～16A4与摄像光学系统10的四个光瞳区域Z1～Z4对应。即，第1开口区域16A1与第1光瞳区域Z1对应。第2开口区域16A2与第2光瞳区域Z2对应。第3开口区域16A3与第3光瞳区域Z3对应。第4开口区域16A4与第4光瞳区域Z4对应。
摄像光学系统10的各光瞳区域Z1～Z4利用设置于各开口区域16A1～16A4的带通滤波器16B1～16B4来限制所通过的光的波段。即，第1光瞳区域Z1利用第1带通滤波器16B1来限制所通过的光的波段。第2光瞳区域Z2利用第2带通滤波器16B2来限制所通过的光的波段。第3光瞳区域Z3利用第3带通滤波器16B3来限制所通过的光的波段。第4光瞳区域Z4利用第4带通滤波器16B4来限制所通过的光的波段。带通滤波器16B1～16B4为光学元件的一例。
图3是表示各带通滤波器的透射波长特性的一例的曲线图。
各带通滤波器16B1～16B4分别使不同波段的光透射。具体而言，第1带通滤波器16B1使波段λ1的光透射。第2带通滤波器16B2使波段λ2的光透射。第3带通滤波器16B3使波段λ3的光透射。第4带通滤波器16B4使波段λ4的光透射。
并且，各带通滤波器16B1～16B4具有单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差的功能。关于这一点，将在后面进行详细叙述。
根据以上结构的带通滤波器单元16，摄像光学系统10中通过与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的光的波长变得互不相同。
图4是偏振滤波器单元的主视图。
偏振滤波器单元18由设置有四个开口区域18A1、18A2的框体18A和设置于该框体18A的各开口区域18A1～18A4的四个偏振滤波器18B1～18B4构成。另外，以下，根据需要，将开口区域18A1称为第1开口区域18A1、将开口区域18A2称为第2开口区域18A2、将开口区域18A3称为第3开口区域18A3、将开口区域18A4称为第4开口区域18A4来区分四个开口区域18A1～18A4。并且，将设置于第1开口区域18A1的偏振滤波器18B1称为第1偏振滤波器18B1、将设置于第2开口区域18A2的偏振滤波器18B2称为第2偏振滤波器18B2、将设置于第3开口区域18A3的偏振滤波器18B3称为第3偏振滤波器18B3、将设置于第4开口区域18A4的偏振滤波器18B4称为第4偏振滤波器18B4来区分各偏振滤波器18B1～18B4。
框体18A具有与带通滤波器单元16的框体16A相同的形状。因此，具有圆环状的框主体18a及隔板18b。框体18A的框主体18a内周部被十字状的隔板18b在周向上分割成四等分，从而设置有四个开口区域18A1～18A4。各开口区域18A1～18A4重叠配置于带通滤波器单元16的各开口区域16A1～16A4。即，第1开口区域18A1重叠配置于带通滤波器单元16的第1开口区域16A1。第2开口区域18A2重叠配置于带通滤波器单元16的第2开口区域16A2。第3开口区域18A3重叠配置于带通滤波器单元16的第3开口区域16A3。第4开口区域18A4重叠配置于带通滤波器单元16的第4开口区域16A4。因此，通过带通滤波器单元16的第1开口区域16A1之后的光通过偏振滤波器单元18的第1开口区域18A1。并且，通过带通滤波器单元16的第2开口区域16A2之后的光通过偏振滤波器单元18的第2开口区域18A2。并且，通过带通滤波器单元16的第3开口区域16A3之后的光通过偏振滤波器单元18的第3开口区域18A3。并且，通过带通滤波器单元16的第4开口区域16A4之后的光通过偏振滤波器单元18的第4开口区域18A4。
设置于各开口区域18A1～18A4的偏振滤波器18B1～18B4使互不相同的偏振方向的光透射。具体而言，设置于第1开口区域18A1的第1偏振滤波器18B1使偏振方向θ1(例如，θ1＝0°)的光透射。设置于第2开口区域18A2的第2偏振滤波器18B2使偏振方向θ2(例如，θ2＝45°)的光透射。设置于第3开口区域18A3的第3偏振滤波器18B3使偏振方向θ3(例如，θ3＝90°)的光透射。设置于第4开口区域18A4的第4偏振滤波器18B4使偏振方向θ4(例如，θ4＝135°)的光透射。因此，通过第1光瞳区域Z1的光以偏振方向θ1偏振，通过第2光瞳区域Z2的光以偏振方向θ2偏振，通过第3光瞳区域Z3的光以偏振方向θ3偏振，通过第4光瞳区域Z4的光以偏振方向θ4偏振。偏振滤波器18B1～18B4为起偏器的一例。
根据以上结构的摄像光学系统10，可从与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域射出不同特性的光。即，射出偏振方向θ1且波段λ1的光(第1光)、偏振方向θ2且波段λ2的光(第2光)、偏振方向θ3且波段λ3的光(第3光)及偏振方向θ4且波段λ4的光(第4光)。第1光是通过光瞳区域Z1的光，并且是通过第1带通滤波器16B1及第1偏振滤波器18B1的光。第2光是通过光瞳区域Z2的光，并且是通过第2带通滤波器16B2及第2偏振滤波器18B2的光。第3光是通过光瞳区域Z3的光，并且是通过第3带通滤波器16B3及第3偏振滤波器18B3的光。第4光是通过光瞳区域Z4的光，并且是通过第4带通滤波器16B4及第4偏振滤波器18B4的光。
[成像元件]
图5是表示成像元件的像素的排列的概略结构的图。
如图5所示，成像元件100在其受光面具有多种像素P1～P16。各像素P1～P16沿着水平方向(x轴方向)及垂直方向(y轴方向)以规定间距有规律地排列。
本实施方式的成像元件100由相邻的16个(4×4个)像素P1～P16构成一个像素块PB(X，Y)，该像素块PB(X，Y)沿着水平方向(x轴方向)及垂直方向(y轴方向)有规律地排列。以下，根据需要，以像素P1为第1像素P1、以像素P2为第2像素P2、以像素P3为第3像素P3、以像素P4为第4像素P4、以像素P5为第5像素P5、以像素P6为第6像素P6、以像素P7为第7像素P7、以像素P8为第8像素P8、以像素P9为第9像素P9、以像素P10为第10像素P10、以像素P11为第11像素P11、以像素P12为第12像素P12、以像素P13为第13像素P13、以像素P14为第14像素P14、以像素P15为第15像素P15、以像素P16为第16像素P16来区分各像素P1～P16。各像素P1～P16分别具有不同的光学特性。
图6是表示成像元件的概略结构的图。并且，图7是表示一个像素(图6的虚线部分)的概略结构的剖视图。
成像元件100具有像素阵列层110、偏振滤波元件阵列层120、光谱滤波元件阵列层130及微透镜阵列层140。各层从像面侧朝向物体侧依次配置有像素阵列层110、偏振滤波元件阵列层120、光谱滤波元件阵列层130、微透镜阵列层140。
像素阵列层110通过二维地排列多个光电二极管112而构成。一个光电二极管112构成一个像素。各光电二极管112沿着水平方向(x方向)及垂直方向(y方向)有规律地配置。
偏振滤波元件阵列层120通过二维地排列所透射的光的偏振方向不同的四种偏振滤波元件122A～122D而构成。以下，根据需要，以偏振滤波元件122A为第1偏振滤波元件122A、以偏振滤波元件122B为第2偏振滤波元件122B、以偏振滤波元件122C为第3偏振滤波元件122C、以偏振滤波元件122D为第4偏振滤波元件122D来区分各偏振滤波元件122A～122D。
各偏振滤波元件122A～122D以与光电二极管112相同的间隔配置，并且针对每个像素设置。在各像素块PB(X，Y)中，有规律地排列有各偏振滤波元件122A～122D。
图8是表示一个像素块中的偏振滤波元件的排列图案的一例的图。
如图8所示，在本实施方式的摄像装置1中，第1像素P1、第3像素P3、第9像素P9、第11像素P11中设置有第1偏振滤波元件122A。并且，第2像素P2、第4像素P4、第10像素P10、第12像素P12中设置有第2偏振滤波元件122B。并且，第3像素P3、第7像素P7、第13像素P13、第15像素P15中设置有第3偏振滤波元件122C。并且，第4像素P4、第8像素P8、第14像素P14、第16像素P16中设置有第4偏振滤波元件122D。
各偏振滤波元件122A～122D使互不相同的偏振方向的光透射。具体而言，第1偏振滤波元件122A使偏振方向θA(例如，θA＝45°)的光透射。第2偏振滤波元件122B使偏振方向θB(例如，θB＝90°)的光透射。第3偏振滤波元件122C使偏振方向θC(例如，θA＝135°)的光透射。第4偏振滤波元件122D使偏振方向θD(例如，θD＝0°)的光透射。
光谱滤波元件阵列层130通过二维地排列透射波长特性不同的四种光谱滤波元件132A～132D而构成。以下，根据需要，以光谱滤波元件132A为第1光谱滤波元件132A、以光谱滤波元件132B为第2光谱滤波元件132B、以光谱滤波元件132C为第3光谱滤波元件132C、以光谱滤波元件132D为第4光谱滤波元件132D来区分各光谱滤波元件132A～132D。
各光谱滤波元件132A～132D以与光电二极管112相同的间隔配置，并且针对每个像素设置。在各像素块PB(X，Y)中，有规律地排列有各光谱滤波元件132A～132D。
图9是表示一个像素块中的光谱滤波元件的排列图案的一例的图。
如图9所述，在本实施方式的摄像装置中，第1像素P1、第2像素P2、第5像素P5及第6像素P6中设置有第1光谱滤波元件132A。并且，第3像素P3、第4像素P4、第7像素P7及第8像素P8中设置有第2光谱滤波元件132B。并且，第9像素P9、第10像素P10、第13像素P13及第14像素P14中设置有第3光谱滤波元件132C。并且，第11像素P11、第12像素P12、第15像素P15及第16像素P16中设置有第4光谱滤波元件132D。
图10是表示各光谱滤波元件的透射波长特性的一例的曲线图。
在图10中，A表示第1光谱滤波元件132A的透射波长特性。B表示第2光谱滤波元件132B的透射波长特性。C表示第3光谱滤波元件132C的透射波长特性。D表示第4光谱滤波元件132D的透射波长特性。各光谱滤波元件132A～132D具有互不相同的透射波长特性。
另外，图10中示出了第1光谱滤波元件132A由使蓝色(Blue，B)的光透射的光谱滤波元件构成、第2光谱滤波元件132B由使绿色(Green，G)的光透射的光谱滤波元件构成、第3光谱滤波元件132C由使红色(Red，R)的光透射的光谱滤波元件构成，第4光谱滤波元件132D由使红外光(Infrare d，IR)透射的光谱滤波元件构成时的例子。
在此，如图10所示，摄像光学系统10的各带通滤波器16B1～16B4允许透射的光的波段λ1～λ4设定在各光谱滤波元件132A～132D允许透射的波段的范围内。即，各带通滤波器16B1～16B4允许透射的光的波段λ1～λ4设定在各光谱滤波元件132A～132D允许透射的波段重叠的区域。换言之，各光谱滤波元件132A～132D的透射波段设定为覆盖摄像光学系统10的各带通滤波器16B1～16B4的透射波段。因此，各光谱滤波元件132A～132D使用使宽带的光透射的滤波器。
微透镜阵列层140通过二维地排列多个微透镜142而构成。各微透镜142以与光电二极管112相同的间隔配置，并且针对每个像素设置。微透镜142以将来自摄像光学系统10的光高效地会聚于光电二极管112上为目的而设置。
如上构成的成像元件100中，各像素块PB(X，Y)中的各像素P1～P16如下接收来自摄像光学系统10的光。即，第1像素P1经由第1光谱滤波元件132A(透射波长特性A)及第1偏振滤波元件122A(偏振方向θA)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第2像素P2经由第1光谱滤波元件132A(透射波长特性A)及第2偏振滤波元件122B(偏振方向θB)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第3像素P3经由第2光谱滤波元件132B(透射波长特性B)及第1偏振滤波元件122A(偏振方向θA)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第4像素P4经由第2光谱滤波元件132B(透射波长特性B)及第2偏振滤波元件122B(偏振方向θB)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第5像素P5经由第1光谱滤波元件132A(透射波长特性A)及第3偏振滤波元件122C(偏振方向θC)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第6像素P6经由第1光谱滤波元件132A(透射波长特性A)及第4偏振滤波元件122D(偏振方向θD)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第7像素P7经由第2光谱滤波元件132B(透射波长特性B)及第3偏振滤波元件122C(偏振方向θC)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第8像素P8经由第2光谱滤波元件132B(透射波长特性B)及第4偏振滤波元件122D(偏振方向θD)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第9像素P9经由第3光谱滤波元件132C(透射波长特性C)及第1偏振滤波元件122A(偏振方向θA)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第10像素P10经由第3光谱滤波元件132C(透射波长特性C)及第2偏振滤波元件122B(偏振方向θB)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第11像素P11经由第4光谱滤波元件132D(透射波长特性D)及第1偏振滤波元件122A(偏振方向θA)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第12像素P12经由第4光谱滤波元件132D(透射波长特性D)及第2偏振滤波元件122B(偏振方向θB)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第13像素P13经由第3光谱滤波元件132C(透射波长特性C)及第3偏振滤波元件122C(偏振方向θC)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第14像素P14经由第3光谱滤波元件132C(透射波长特性C)及第4偏振滤波元件122D(偏振方向θD)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第15像素P15经由第4光谱滤波元件132D(透射波长特性D)及第3偏振滤波元件122C(偏振方向θC)接收来自摄像光学系统10的光。并且，第16像素P16经由第4光谱滤波元件132D(透射波长特性D)及第4偏振滤波元件122D(偏振方向θD)接收来自摄像光学系统10的光。如此，各像素P1～P16通过具有互不相同的光学特性来分别接收不同特性的光。即，接收波段及偏振方向不同的光。
[信号处理部]
信号处理部200通过对从成像元件100输出的信号进行处理来生成4频带的多光谱图像的图像数据。即，生成透射摄像光学系统10的带通滤波器单元16的四种波段λ1～λ4的图像数据。
图11是表示信号处理部的概略结构的框图。
如图11所示，信号处理部200包括模拟信号处理部200A、图像生成部200B及系数存储部200C。
模拟信号处理部200A读入从成像元件100的各像素输出的模拟像素信号，实施规定的信号处理(例如，相关双采样处理、扩增处理等)之后，转换为数字信号进行输出。
图像生成部200B通过对转换为数字信号之后的像素信号实施规定的信号处理来生成各波段λ1～λ4的图像数据。
图12是图像生成的概念图。
各像素块PB(X，Y)包括16个像素P1～P16。因此，通过从各像素块PB(X，Y)中分离并提取各像素P1～P16的像素信号，可生成16个图像数据D1～D16。然而，在该16个图像数据D1～D16中发生了干扰(串扰)。即，由于各波段的光入射于各像素P1～P16，因此所生成的图像会成为以规定的比例混合有各波段的图像的图像。因此，图像生成部200B通过进行干扰去除处理来生成各波段的图像数据。
以下，对信号处理部200中进行的干扰去除处理进行说明。
将由各像素块PB(X，Y)的第1像素P1获得的像素信号(信号值)设为d1，将由第2像素P2获得的像素信号设为α2，将由第3像素P3获得的像素信号设为α3，将由第4像素P4获得的像素信号设为α4，将由第5像素P5获得的像素信号(信号值)设为α5，将由第6像素P6获得的像素信号设为α6，将由第7像素P7获得的像素信号设为α7，将由第8像素P8获得的像素信号设为α8，将由第9像素P9获得的像素信号(信号值)设为α9，将由第1像素P1获得的像素信号(信号值)设为α1，将由第2像素P2获得的像素信号设为α2，将由第3像素P3获得的像素信号设为α3，将由第4像素P4获得的像素信号设为α4，将由第10素P10获得的像素信号(信号值)设为α10，将由第11像素P11获得的像素信号(信号值)设为α11，将由第12像素P12获得的像素信号设为α12，将由第13像素P13获得的像素信号设为α13，将由第14像素P14获得的像素信号设为α14，将由第15像素P15获得的像素信号(信号值)设为α15，将由第16像素P16获得的像素信号设为α16。从各像素块PB(X，Y)可获得16个像素信号α1～α16。图像生成部200B根据该16个像素信号α1～α16来计算与各波段λ1～λ4的光对应的四个像素信号β1～β4，去除干扰。具体而言，通过使用下述矩阵A的式1来计算与各波段λ1～λ4的光对应的四个像素信号β1～β4，去除干扰。
[数式1]
Figure BDA0003402219360000121
[数式2]
Figure BDA0003402219360000122
另外，像素信号β1为与波段λ1的光对应的像素信号，像素信号β2为与波段λ2的光对应的像素信号，像素信号β3为与波段λ3的光对应的像素信号，像素信号β4为与波段λ4的光对应的像素信号。因此，由像素信号β1生成波段λ1的图像数据，由像素信号β2生成波段λ2的图像数据，由像素信号β3生成波段λ3的图像数据，由像素信号β4生成波段λ4的图像数据。以下，对能够通过上述式1去除干扰的理由进行说明。
干扰因各波段λ1～λ4的光混入到各像素P1～P16中而发生。将从摄像光学系统10射出的各波段λ1～λ4的光被各像素P1～P16接收的比例(干扰比率)设为bij(i＝1～4、j＝1～4)。在此，b11为波段λ1的光被第1像素P1接收的比例，b12为波段λ2的光被第1像素P1接收的比例，b13为波段λ3的光被第1像素P1接收的比例，b14为波段λ4的光被第1像素P1接收的比例。并且，b21为波段λ1的光被第2像素P2接收的比例，b22为波段λ2的光被第2像素P2接收的比例，b23为波段λ3的光被第2像素P2接收的比例，b24为波段λ4的光被第2像素P2接收的比例。并且，b31为波段λ1的光被第3像素P3接收的比例，b32为波段λ2的光被第3像素P3接收的比例，b33为波段λ3的光被第3像素P3接收的比例，b34为波段λ4的光被第3像素P3接收的比例。并且，b41为波段λ1的光被第4像素P4接收的比例，b42为波段λ2的光被第4像素P4接收的比例，b43为波段λ3的光被第4像素P4接收的比例，b44为波段λ4的光被第4像素P4接收的比例。并且，b51为波段λ1的光被第5像素P5接收的比例，b52为波段λ2的光被第5像素P5接收的比例，b53为波段λ3的光被第5像素P5接收的比例，b54为波段λ4的光被第5像素P5接收的比例。并且，b61为波段λ1的光被第6像素P6接收的比例，b62为波段λ2的光被第6像素P6接收的比例，b63为波段λ3的光被第6像素P6接收的比例，b64为波段λ4的光被第6像素P6接收的比例。并且，b71为波段λ1的光被第7像素P7接收的比例，b72为波段λ2的光被第7像素P7接收的比例，b73为波段λ3的光被第7像素P7接收的比例，b74为波段λ4的光被第7像素P7接收的比例。并且，b81为波段λ1的光被第8像素P8接收的比例，b82为波段λ2的光被第8像素P8接收的比例，b83为波段λ3的光被第8像素P8接收的比例，b84为波段λ4的光被第8像素P8接收的比例。并且，b91为波段λ1的光被第9像素P9接收的比例，b92为波段λ2的光被第9像素P9接收的比例，b93为波段λ3的光被第9像素P9接收的比例，b94为波段λ4的光被第9像素P9接收的比例。并且，b101为波段λ1的光被第10像素P10接收的比例，b102为波段λ2的光被第10像素P10接收的比例，b103为波段λ3的光被第10像素P10接收的比例，b104为波段λ4的光被第10像素P10接收的比例。并且，b111为波段λ1的光被第11像素P11接收的比例，b112为波段λ2的光被第11像素P11接收的比例，b113为波段λ3的光被第11像素P11接收的比例，b114为波段λ4的光被第11像素P11接收的比例。并且，b121为波段λ1的光被第12像素P12接收的比例，b122为波段λ2的光被第12像素P12接收的比例，b123为波段λ3的光被第12像素P12接收的比例，b124为波段λ4的光被第12像素P12接收的比例。并且，b131为波段λ1的光被第13像素P13接收的比例，b132为波段λ2的光被第13像素P13接收的比例，b133为波段λ3的光被第13像素P13接收的比例，b134为波段λ4的光被第13像素P13接收的比例。并且，b141为波段λ1的光被第14像素P14接收的比例，b142为波段λ2的光被第14像素P14接收的比例，b143为波段λ3的光被第14像素P14接收的比例，b144为波段λ4的光被第14像素P14接收的比例。并且，b151为波段λ1的光被第15像素P15接收的比例，b152为波段λ2的光被第15像素P15接收的比例，b153为波段λ3的光被第15像素P15接收的比例，b154为波段λ4的光被第15像素P15接收的比例。并且，b161为波段λ1的光被第16像素P16接收的比例，b162为波段λ2的光被第16像素P16接收的比例，b163为波段λ3的光被第16像素P16接收的比例，b164为波段λ4的光被第16像素P16接收的比例。该比例bij根据带通滤波器单元16的各开口区域16A1～16A4允许透射的光的波段λ1～λ4的设定、偏振滤波器单元18的各开口区域18A1～18A4允许透射的光的偏振方向θ1、θ2的设定、成像元件100的各像素P1～P16的透射波长特性A～D及由成像元件100的各像素P1～P16接收的光的偏振方向θA～θC的设定唯一地确定，从而可以事先求出。
以下关系在由各像素块PB(X，Y)的各像素P1～P16获得的像素信号α1～α16和与各波段λ1～λ4的光对应的像素信号β1～β4之间成立。
关于由第1像素P1获得的像素信号α1，“b11*β1+b12*β2+b13*β3+b14*β4＝α1……式2”成立(“*”为积算的符号)。
关于由第2像素P2获得的像素信号α2，“b21*β1+b22*β2+b23*β3+b24*β4＝α2……式3”成立。
关于由第3像素P3获得的像素信号α3，“b31*β1+b32*β2+b33*β3+b34*β4＝α3……式4”成立。
关于由第4像素P4获得的像素信号α4，“b41*β1+b42*β2+b43*β3+b44*β4＝α4……式5”成立。
关于由第5像素P5获得的像素信号α5，“b51*β1+b52*β2+b53*β3+b54*β4＝α5……式6”成立。
关于由第6像素P6获得的像素信号α6，“b61*β1+b62*β2+b63*β3+b64*β4＝α6……式7”成立。
关于由第7像素P7获得的像素信号α7，“b71*β1+b72*β2+b73*β3+b74*β4＝α7……式8”成立。
关于由第8像素P8获得的像素信号α8，“b81*β1+b82*β2+b83*β3+b84*β4＝α8……式9”成立。
关于由第9像素P9获得的像素信号α9，“b91*β1+b92*β2+b93*β3+b94*β4＝α9……式10”成立。
关于由第10像素P10获得的像素信号α10，“b101*β1+b102*β2+b103*β3+b104*β4＝α10……式11”成立。
关于由第11像素P11获得的像素信号α11，“b111*β1+b112*β2+b113*β3+b114*β4＝α11……式12”成立。
关于由第12像素P12获得的像素信号α12，“b121*β1+b122*β2+b123*β3+b124*β4＝α12……式13”成立。
关于由第13像素P13获得的像素信号α13，“b131*β1+b132*β2+b133*β3+b134*β4＝α13……式14”成立。
关于由第14像素P14获得的像素信号α14，“b141*β1+b142*β2+b143*β3+b144*β4＝α14……式15”成立。
关于由第15像素P15获得的像素信号a15，“b151*β1+b152*β2+b153*β3+b154*β4＝α15……式16”成立。
关于由第16像素P16获得的像素信号α16，“b161*β1+b162*β2+b163*β3+b164*β4＝α16……式17”成立。
在此，上述式2～17的联立方程式可以由使用矩阵B的下述式18表示。
[数式3]
Figure BDA0003402219360000161
[数式4]
Figure BDA0003402219360000162
式2～17的联立方程式的解即β1～β4可通过在上述式18的两边乘以矩阵B的逆矩阵B-1来计算。
[数式5]
Figure BDA0003402219360000171
如此，与各波段λ1～λ4对应的像素信号β1～β4能够根据从摄像光学系统10射出的各波段λ1～λ4的光被像素块PB(X，Y)的各像素P1～P16接收的比例由各像素P1～P16的信号值(像素信号)α1～α16计算。
上述式1中，将上述式19的逆矩阵B-1设为A(B-1＝A)。因此，式1中的矩阵A的各要素aij能够通过求出矩阵B的逆矩阵B-1来获取。
系数存储部200C存储用于进行干扰去除处理的矩阵A的各要素aij作为系数组。
图像生成部200B从系数存储部200C获取系数组，通过上述式1根据从各像素块PB(X，Y)的各像素P1～P16获得的像素信号α1～α16计算与各波段λ1～λ4对应的像素信号β1～β4，生成各波段λ1～λ4的图像数据。
由图像生成部200B生成的各波段λ1～λ4的图像数据输出至外部，并根据需要存储于存储装置(未图示)中。并且，根据需要显示于显示器(未图示)。
[图像生成]
图13是基于摄像装置的图像生成的概念图。
入射于摄像光学系统10的光成为不同特性的四种光入射于成像元件100。具体而言，成为偏振方向θ1且波段λ1的光(第1光)、偏振方向θ1且波段λ2的光(第2光)、偏振方向θ2且波段λ3的光(第3光)及偏振方向θ2且波段λ4的光(第4光)入射于成像元件100。
在成像元件100的各像素块PB(X，Y)中，从摄像光学系统10射出的各波段的光以规定的比例bij被各像素P1～P16接收。即，通过设置于各像素P1～P16的偏振滤波元件122A～122D及光谱滤波元件132A～132D的作用以规定的比例bij接收各波段λ1～λ4的光。
信号处理部200根据从成像元件100的各像素块PB(X，Y)的各像素P1～P16获得的像素信号α1～α16来计算与各波段λ1～λ4的光对应的像素信号β1～β4，生成各波段λ1～λ4的图像数据。即，进行基于使用矩阵A的式1的运算处理(干扰去除处理)，根据从成像元件100获得的各像素P1～P16的像素信号α1～α16来计算与各波段λ1～λ4的光对应的像素信号β1～β4，生成各波段λ1～λ4的图像数据。
如此，根据本实施方式的摄像装置，能够通过一个摄像光学系统10和一个(单板)成像元件100来拍摄四种波段的图像(4频带的多光谱图像)。
[摄像光学系统的像差校正]
如上所述，本实施方式的摄像装置1通过将摄像光学系统10的光瞳区域分割(光瞳分割)成多个区域并在各区域中限制波长区域实现了多光谱图像的拍摄。
在一般的摄像光学系统中，像差根据波长而不同。因此，即使单纯地光瞳分割一般的摄像光学系统并将其用于拍摄，也无法获得良好的画质的多光谱图像。另外，这里的“一般的摄像光学系统”表示并未特别校正每个波长的像差的摄像光学系统(即，残留有每个波长的像差的摄像光学系统)。
如上所述，在本实施方式的摄像装置1中，带通滤波器16B1～16B4具有单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差的功能。具体而言，各带通滤波器16B1～16B4具有物体侧及像侧中的至少一个面带有曲率的透镜形状，通过单独调整该曲率来单独校正对应的区域的像差。即，通过对带通滤波器赋予透镜的功能来单独调整与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的光路长度，从而校正像差。
图14是图2所示的带通滤波器单元的14-14剖视图。图14中示出了第1带通滤波器16B1及第4带通滤波器16B4的截面。并且，图15是图2所示的带通滤波器单元的15-15剖视图。图15中示出了第2带通滤波器16B2及第3带通滤波器16B3的截面。
如图14及图15所示，各带通滤波器16B1～16B4均是一个面(物体侧(图14及图15中为左侧)的面)由曲面构成的。摄像光学系统10通过单独调整该带通滤波器16B1～16B4的一个面的曲率来校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。具体而言，关于与第1光瞳区域Z1对应的区域，通过调整第1带通滤波器16B1的一个面的曲率来校正其像差。并且，关于与第2光瞳区域Z2对应的区域，通过调整第2带通滤波器16B2的一个面的曲率来校正其像差。并且，关于与第3光瞳区域Z3对应的区域，通过调整第3带通滤波器16B3的一个面的曲率来校正其像差。并且，关于与第4光瞳区域Z4对应的区域，通过调整第4带通滤波器16B4的物体侧的面的曲率来校正其像差。
各带通滤波器16B1～16B4通过改变一个面的曲率来改变焦距。将通过摄像光学系统10的各光瞳区域Z1～Z4的光的中心波长下的焦距设为f1、f2、f3、f4。按照焦距f1、f2、f3、f4降序缩短各带通滤波器16B1～16B4的焦距。
如此，摄像光学系统10通过带通滤波器16B1～16B4单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。其结果，摄像光学系统10中与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差特性变得互不相同。
根据本实施方式的摄像装置1，能够单独控制与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差，因此能够按波长控制像差。由此，能够拍摄良好的画质的多光谱图像。
本实施方式的方法还可以适用于现有的成像透镜(不是用于多光谱摄像的一般的成像透镜)。即，本实施方式的方法只是通过在经光瞳分割的各区域配置带通滤波器来调整各带通滤波器的曲率，因此还可以适用于现有的成像透镜。因此，通过使用本实施方式的方法，还能够使现有的成像透镜成为多光谱摄像用成像透镜。
另外，在本实施方式中，仅对各带通滤波器16B1～16B4的一个面赋予了曲率，但也可以对两个面均赋予曲率。
《第2实施方式》
在本实施方式的摄像装置中，摄像光学系统也具有如下结构：通过各光瞳区域的光的波长互不相同，并且与各光瞳区域对应的区域的像差特性互不相同。具体而言，利用设置于与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的带通滤波器16B1～16B4来限制通过与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的光的波段。并且，利用设置于与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的带通滤波器16B1～16B4来单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差，从而使与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差特性变得互不相同。除像差的校正方法不同以外，与上述第1实施方式的摄像装置1相同。因此，在此对基于带通滤波器16B1～16B4的像差的校正方法进行说明。
图16是表示本实施方式的带通滤波器单元的结构的图。另外，在图16中，图16(A)表示带通滤波器单元的侧视图，图16(B)表示带通滤波器单元的主视图。图17是图16的17-17剖视图。图17中示出了第1带通滤波器16B1及第4带通滤波器16B4的截面。并且，图18是图16的18-18剖视图。图18中示出了第2带通滤波器16B2及第3带通滤波器16B3的截面。
如图16～图18所示，本实施方式的带通滤波器16B1～16B4具有平板形状。摄像光学系统10通过单独调整各带通滤波器16B1～B4的厚度(与光轴L平行的方向上的厚度)t1～t4来单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。即，根据厚度t1～t4的不同，即使对于摄像光学系统10整体是相同的物体距离，对于后组的物体距离电会发生变化，从而能够针对每个波段改变最终成像面的位置。因此，通过改变各带通滤波器16B1～16B4的厚度t1～t4，能够针对每个波段单独校正摄像光学系统10所具有的轴上色差(每个颜色的成像位置的偏离)。例如，在将通过摄像光学系统10的各光瞳区域Z1～Z4的光的中心波长下的焦距设为f1、f2、f3、f4的情况下，按照焦距f1、f2、f3、f4升序增加各带通滤波器16B1～16B4的厚度t1～t4。
如此，根据本实施方式的摄像装置，能够单独控制与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差，因此能够按波长控制像差。由此，能够拍摄良好的画质的多光谱图像。并且，本实施方式的方法还可以适用于现有的成像透镜，因此能够使现有的成像透镜成为多光谱摄像用成像透镜。
《第3实施方式》
在本实施方式的摄像装置中，摄像光学系统也具有如下结构：通过各光瞳区域的光的波长互不相同，并且与各光瞳区域对应的区域的像差特性互不相同。具体而言，利用设置于与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的带通滤波器16B1～16B4来限制通过与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的光的波段。并且，利用设置于与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的带通滤波器16B1～16B4来单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差，从而使与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差特性变得互不相同。除像差的校正方法不同以外，与上述第1实施方式的摄像装置1相同。因此，在此对基于带通滤波器16B1～16B4的像差的校正方法进行说明。
图19是表示本实施方式的带通滤波器单元的结构的图。另外，在图19中，图19(A)表示带通滤波器单元的侧视图，图19(B)表示带通滤波器单元的主视图。图20是图19的20-20剖视图。图20中示出了第1带通滤波器16B1及第4带通滤波器16B4的截面。并且，图21是图19的21-21剖视图。图21中示出了第2带通滤波器16B2及第3带通滤波器16B3的截面。
如图19～图21所示，本实施方式的带通滤波器16B1～16B4具有平板形状。摄像光学系统10通过单独调整各带通滤波器16B1～B4的倾斜度来单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。
图22是示意地表示在残留有彗形像差的透镜中不对称的光瞳分割导致成像位置偏离的状况的图。在图22中，位置p1表示未进行光瞳分割时的成像位置，位置p2表示进行了光瞳分割时的成像位置。如图22所示，通过在中心成像点产生彗形像差的状态下进行光瞳分割，能够挪动中心的成像位置。
通过单独调整设置于与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的带通滤波器16B1～16B4的倾斜度，能够针对通过各光瞳区域Z1～Z4的每个波段抑制轴上色差。即，能够针对每个波段变更成像位置，因此能够针对每个波段消除摄像光学系统10原本所具有的轴上色差。
图23是倾斜度的设定的概念图。
将比光圈更靠前侧的光学系统的d线(587.6nm(黄)的明线光谱)下的焦距设为f0，将通过与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的光的波段的中心波长下的焦距分别设为f1、f2、f3、f4。将以在光圈面内与从中心划向开口重心的矢量正交的矢量为旋转中心的角度设为θ。角度θ以向物体侧倾斜的方向为正。在比光圈更靠前侧的光学系统的d线下的焦距f0为f＞0的情况下，按照焦距f1、f2、f3、f4的升序增加角度θ。另一方面，在比光圈更靠前侧的光学系统的d线下的焦距f0为f＜0的情况下，按照焦距f1、f2、f3、f4降序增加角度θ。
图24是表示本实施方式的带通滤波器单元的另一例的图。另外，在图24中，图24(A)表示带通滤波器单元的侧视图，图24(B)表示带通滤波器单元的主视图。图25是图24的25-25剖视图。图25中示出了第1带通滤波器16B1及第4带通滤波器16B4的截面。并且，图26是图24的26-26剖视图。图26中示出了第2带通滤波器16B2及第3带通滤波器16B3的截面。
如图24～图26所示，本例子的带通滤波器16B1～16B4具有一个面具有倾斜度的平板形状(截面为楔形)。摄像光学系统10通过单独调整各带通滤波器16B1～16B4的一个面的倾斜度来单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。
如此，通过调整一个面的倾斜度而不是调整带通滤波器本身的倾斜度，也可获得相同的效果。
《第4实施方式》
在上述各实施方式中，在周向上均等地分割了摄像光学系统的光瞳区域，但光瞳区域的分割方式并不限定于此。
图27是表示光瞳区域的分割方式的另一例(变形例)的图。图27相当于带通滤波器单元的主视图。
如上所述，摄像光学系统通过将构成光圈的框主体16a的内周部分割为多个区域，将光瞳区域分割为多个区域。在本例子中，如图27所示，通过多个环状的隔板16b将框主体16a的内周部分割成同心圆状，从而将摄像光学系统的光瞳区域分割为多个区域。
图27中示出了将光瞳区域分割为四个区域时的一例。框体16A的四个开口区域(第1开口区域16A1、第2开口区域16A2、第3开口区域16A3、第4开口区域16A4)分别与四个光瞳区域(第1光瞳区域Z1、第2光瞳区域Z2、第3光瞳区域Z3、第4光瞳区域Z4)对应。即，第1开口区域16A1与第1光瞳区域Z1对应。第2开口区域16A2与第2光瞳区域Z2对应。第3开口区域16A3与第3光瞳区域Z3对应。第4开口区域16A4与第4光瞳区域Z4对应。
关于通过各光瞳区域Z1～Z4的光的波长互不相同的点及与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差特性互不相同的点，与上述实施方式的摄像光学系统相同。即，摄像光学系统利用设置于各开口区域16A1～16A4的带通滤波器16B1～16B4来限制通过与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的光的波段。并且，利用带通滤波器16B1～16B4来单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。
校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差的方法可以采用上述各实施方式中说明的方法。
图28是表示通过调整带通滤波器的曲率来校正像差时的一例的图。图28相当于图27的28-28剖视图。
本例子中示出了如下例子：将各带通滤波器16B1～16B4的形状设为透镜形状，并通过单独调整其曲率来校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。
另外，在图28所示的例子中，仅对带通滤波器16B1～16B4的一个面(物体侧的面)赋予了曲率，但也可以设为对两个面赋予曲率的结构。并且，也可以设为对像侧的面赋予曲率的结构。
在如本例子那样将光瞳区域分割成同心圆状的情况下，具有不会产生分割导致的非对称性的优点。另一方面，关于衍射极限，随着从透镜的中心朝向外侧而减小，因此优选根据所要求的画质来设定分配到各光瞳区域Z1～Z4的波段(将要求高画质的波段分配到中央的光瞳区域。)。
图29是表示像差的校正方法的另一例的图。图29中示出了通过调整带通滤波器的厚度来校正像差时的一例。
在本例子中，示出了如下例子：将各带通滤波器16B1～16B4的形状设为平板形状，并通过单独调整其厚度来校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。
图30是表示像差的校正方法的另一例的图。图30中示出了通过调整带通滤波器的倾斜度来校正像差时的一例。
在本例子中，示出了如下例子：将各带通滤波器16B1～16B4的形状设为平板形状，并通过单独调整其一个面的倾斜度来校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。
另外，在图30中，示出了调整各带通滤波器的一个面的倾斜度时的例子，但也可以设为调整带通滤波器本身的倾斜度来校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差的结构。
并且，也可以通过组合上述各方法来校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。例如，也可以设为如下结构：对第1光瞳区域Z1，通过调整第1带通滤波器的曲率来校正其像差，对其他光瞳区域Z2～Z4，通过调整各带通滤波器16B2～16B4的厚度来校正其像差。
《第5实施方式》
在分割摄像光学系统的光瞳区域来拍摄多光谱图像的情况下，当每个波段的光量差较大时，无法获得良好的动态范围。例如，有时仅特定的波段的图像变暗或泛白。在本实施方式的摄像装置中，通过单独调整各光瞳区域的开口面积来单独调整每个波段的光量。各光瞳区域的开口面积的调整通过调整构成带通滤波器单元的框体的各开口区域的面积(开口面积)来实现。除利用带通滤波器单元来调整各光瞳区域的开口面积以外，与上述第1实施方式的摄像装置1相同。因此，在此仅对带通滤波器单元的结构进行说明。
图31是表示本实施方式的带通滤波器单元的结构的图。
如图31所示，本实施方式的带通滤波器单元16通过单独调整各开口区域16A1～16A4的外周的直径来单独调整各开口区域16A1～16A4的面积(开口面积)。摄像光学系统通过单独调整各开口区域16A1～16A4的面积来单独调整对应的各光瞳区域Z1～Z4的开口面积。并且，摄像光学系统通过单独调整各光瞳区域Z1～Z4的开口面积来单独调整通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量。其结果，摄像光学系统使通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量变得互不相同。
如此，通过单独调整通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量，能够单独调整每个波段的光量，从而获得良好的动态范围。
并且，也可以通过减小各光瞳区域Z1～Z4的开口面积来减小与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。因此，通过单独调整各光瞳区域Z1～Z4的开口面积，能够单独校正与各光瞳区域Z1～Z4对应的区域的像差。例如，随着远离d线，减小开口面积。在通常的成像透镜中，以d线附近为基准而进行设计，因此像差随着远离d线而变大。因此，优选波长越远离d线，越减小开口面积，从而减小像差。
另外，在本实施方式中，设为通过改变各开口区域16A1～16A4的外周的直径来调整各开口区域16A1～16A4的面积的结构，但调整各开口区域16A1～16A4的面积的方法并不限定于此。此外，例如也可以通过改变隔板16b的宽度来调整各开口区域16A1～16A4的面积。
《第6实施方式》
如上所述，通过单独调整通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量，能够单独调整每个波段的光量，从而获得良好的动态范围。在上述第5实施方式中，通过单独调整各光瞳区域Z1～Z4的开口面积单独调整了通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量。在本实施方式中，通过调整与各光瞳区域Z1～Z4对应地设置的带通滤波器16B1～16B4的透射率来调整通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量。
图32是表示设置于本实施方式的带通滤波器单元的各带通滤波器的透射波长特性的一例的曲线图。
如上所述，第1带通滤波器16B1使波段λ1的光透射。第2带通滤波器16B2使波段λ2的光透射。第3带通滤波器16B3使波段λ3的光透射。第4带通滤波器16B4使波段λ4的光透射。
如图32所示，各带通滤波器16B1～16B4分别以不同的透射率使各波段λ1～λ4的光透射。
如此，也可以通过单独调整与各光瞳区域Z1～Z4对应地设置的带通滤波器16B1～16B4的透射率来单独调整通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量。由此，可获得良好的动态范围。
并且，在调整开口面积的方法的情况下，若过度减小开口面积，则衍射极限减小，导致分辨率降低，但如本实施方式那样，通过控制透射率，可获得分辨率也良好的图像。
另外，本实施方式的调整方法也可以与调整各光瞳区域Z1～Z4的开口面积的方法组合使用。
《第7实施方式》
在本实施方式中，通过调整通过各光瞳区域Z1～Z4的光的带宽来调整通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量。通过各光瞳区域Z1～Z4的光的带宽通过改变由带通滤波器16B1～16B4透射的波长的带宽来进行调整。
图33是表示设置于本实施方式的带通滤波器单元的各带通滤波器的透射波长特性的一例的曲线图。
如图33所示，各带通滤波器16B1～16B4允许透射的波段λ1～λ4的带宽不同。第1光瞳区域Z1通过调整第1带通滤波器16B1允许透射的波段λ1的带宽来调整光量。第2光瞳区域Z2通过调整第2带通滤波器16B2允许透射的波段λ2的带宽来调整光量。第3光瞳区域Z3通过调整第3带通滤波器16B3允许透射的波段λ3的带宽来调整光量。第4光瞳区域Z4通过调整第4带通滤波器16B4允许透射的波段λ4的带宽来调整光量。
如此，也可以通过单独调整各带通滤波器16B1～16B4允许透射的波段λ1～λ4的带宽来单独调整通过各光瞳区域Z1～Z4的光的光量。由此，可获得良好的动态范围。
另外，本实施方式的调整方法也可以组合调整各光瞳区域Z1～Z4的开口面积的方法和/或调整透射各光瞳区域Z1～Z4的光的透射率的方法来使用。
《其他实施方式》
[关于光瞳分割]
在上述实施方式中，以将摄像光学系统的光瞳区域分割为四个区域的情况为例进行了说明，但分割数量并不限定于此。可以根据拍摄的频带数(N)来适当设定(其中，N≥2)。
并且，关于分割方式，并不限定于上述实施方式中示出的方式，也可以采用其他方式(例如，分割成网格状的方式等)。同样地，关于各光瞳区域的开口形状，也不限定于上述实施方式中示出的方式，可以采用其他形状。
图34是表示光瞳区域的开口形状的另一例的图。
图34中示出了将各光瞳区域的开口形状设为圆形时的例子。在该情况下，带通滤波器单元16的各开口区域16A1～16A4为圆形。此外，光瞳区域的开口形状也可以采用矩形、多边形等。并且，各光瞳区域也可以具有不同的开口形状。
并且，在上述实施方式中，通过在光圈的位置配置带通滤波器，将光瞳区域分割为多个区域，但通过在光圈附近配置带通滤波器，实质上也能够将光瞳区域分割为多个区域，并且也能够限制透射各区域的光的波段。
[关于透射各光瞳区域的波段的设定]
关于透射被分割的各光瞳区域的波段，至少一个光瞳区域(第1光瞳区域)允许透射的波段和另一个光瞳区域(第2光瞳区域)允许透射的波段不同即可。因此，也可以设置使相同波段的光透射的光瞳区域。
[关于透射各光瞳区域的光的偏振方向]
摄像光学系统可以设为针对被分割的每个光瞳区域向不同的偏振方向偏振的结构。例如，在上述第1实施方式的摄像光学系统中，可以将各偏振滤波器18B1～18B4允许透射的光的偏振方向设为互不相同的方向。
[关于拍摄N频带的多光谱图像的情况]
若将设置于成像元件的偏振滤波元件的种类设为n种(n≥2)，将光谱滤波元件的种类设为m种(m≥2)，则在本发明的摄像装置中，最多能够拍摄(n×m)频带的多光谱图像。在该情况下，成像元件的一个像素块由偏振滤波元件和光谱滤波元件的组合不同的(n×m)个像素构成。
在拍摄N频带(N为2以上的整数)的多光谱图像的情况下，摄像光学系统构成为射出N频带的光，成像元件构成为满足N≤(n×m)。
现在，考虑将设置于成像元件的偏振滤波元件的种类设为n种、将光谱滤波元件的种类设为m种、n×m＝q、一个像素块由q个像素构成的情况。在该情况下，从成像元件的各像素块输出q个像素信号α1、α2、……、αq。在摄像光学系统射出k种波段的光的情况下，用于通过从该q个像素信号α1、α2、……、αq中去除干扰来计算各波段的像素信号β1、β2、……、βk的运算式使用矩阵A如下定义。
[数式6]
Figure BDA0003402219360000271
[数式7]
Figure BDA0003402219360000272
如上所述，矩阵A为以各波段的光被像素块的各像素接收的比例为要素的矩阵B的逆矩阵B-1。
[关于干扰去除处理]
在信号处理部中，也可以在不进行干扰去除处理的情况下生成各波段的图像数据。例如，在拍摄两种波段的多光谱图像的情况下，将摄像光学系统的光瞳区域分割为第1光瞳区域及第2光瞳区域。第1光瞳区域中设置有使第1波段λ1的光透射的第1带通滤波器及使第1偏振方向01的光透射的第1偏振滤波器。另一方面，第2光瞳区域中设置有使与第1波段λ1不同的第2波段λ2的光透射的第1带通滤波器及使与第1偏振方向θ1正交的第2偏振方向θ2的光透射的第2偏振滤波器。成像元件由两个像素(第1像素及第2像素)构成一个像素块。第1像素中设置有使第1偏振方向θ1的光透射的第1偏振滤波元件。另一方面，第2像素中设置有使第2偏振方向θ2的光透射的偏振滤波元件。由此，通过第1光瞳区域的光仅被第1像素接收，并且通过第2光瞳区域的光仅被第2像素接收。因此，在这种情况下，无需进行干扰去除处理即可生成各波段的图像数据。并且，即使在发生干扰的情况下，若其影响较小或用户认为能够接受，则也可以在不进行干扰去除处理的情况下生成各波段的图像数据。
[带通滤波器的变形例1]
在上述实施方式中，针对被分割的每个光瞳区域独立地配置了带通滤波器，但也可以将与各光瞳区域对应的带通滤波器形成为一体而构成为一个带通滤波器。
图35是表示将与各光瞳区域对应的带通滤波器形成为一体而构成为一个带通滤波器时的一例的图。
如图35所示，本例子的带通滤波器将与被分割的各光瞳区域Z1～Z4对应的带通滤波器16B1～16B4形成为一体而构成为一个带通滤波器。
[带通滤波器的变形例2]
在上述实施方式中，设为从一个开口区域使一种波段的光透射的结构，但也可以设为从一个开口区域使多种波段的光透射的结构。例如，通过使用使多种波段透射的带通滤波器(所谓的多带通滤波器)，能够从一个开口区域使多种波段透射。在该情况下，由一个开口区域透射的波段的数量(透射波段数)最多可设定至设置于成像元件的光谱滤波元件的种类的数量。即，一个开口区域所具有的透射波段的数量可以设定为光谱滤波元件的透射波段的数量以下。
[可更换的带通滤波器单元]
摄像光学系统优选设为可更换带通滤波器单元的结构。由此，能够改变波段来进行拍摄。另外，如上所述，在本发明的摄像装置中，最多能够拍摄n×m频带的多光谱图像(n为设置于成像元件的偏振滤波元件的种类、m为光谱滤波元件的种类)，因此也可以在n×m的范围内改变频带数来进行拍摄。
带通滤波器单元优选设为以能够装卸于各开口区域的方式保持带通滤波器的结构。由此，只需更换带通滤波器即可简单地拍摄任意的波段的多光谱图像。
另外，考虑到如本例子那样能够切换波段，设置于成像元件的光谱滤波元件优选使用使宽带的光透射的光谱滤波元件。即，优选使用覆盖可选择的透射波段的光谱滤波元件。
[基于其他光学元件的像差校正]
在上述实施方式中，设为利用与各光瞳区域对应地设置的带通滤波器来单独校正与各光瞳区域对应的区域的像差的结构，但也可以设为利用与带通滤波器不同的光学元件来单独校正与各光瞳区域对应的区域的像差的结构。通过利用带通滤波器来校正与各光瞳区域对应的区域的像差，能够减少零件数量，并且能够简化结构。
[成像元件的结构]
构成一个像素块的像素的排列并不限定于上述各实施方式的排列。可以根据构成一个像素块的像素的数量等来适当变更像素的排列。
并且，在上述实施方式中，设为偏振滤波元件及光谱滤波元件配置于光电二极管与微透镜之间的结构，但也可以设为将某一个或两个配置于微透镜的前方(被摄体侧)的结构。另外，通过将偏振滤波元件及光谱滤波元件配置于微透镜与光电二极管之间，能够有效地防止光混入相邻的像素中。由此，能够进一步防止干扰。
并且，关于设置于一个像素块的各像素的偏振滤波元件，可以设为使互不相同的偏振方向的光透射的结构。例如，在上述第1实施方式的成像元件中，可以将设置于各像素P1～P16的偏振滤波元件允许透射的光的偏振方向设为互不相同的方向。
[信号处理部的结构]
信号处理部200中的图像生成部200B(运算部)的功能可以使用各种处理器(processor)来实现。各种处理器例如包括执行软件(程序)来实现各种功能的通用的处理器即CPU(Central Processing Unit，中央处理器)。并且，上述各种处理器还包括专用于图像处理的处理器即GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)等能够在制造后变更电路结构的处理器即可编程逻辑器件(Programmable Logic Device：PLD)。此外，ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)等具有为了执行特定处理而专门设计的电路结构的处理器即专用电路等也包括在上述各种处理器中。
各部的功能可以由一个处理器来实现，也可以由相同种类或不同种类的多个处理器(例如，多个FPGA、CPU和FPGA的组合或CPU和GPU的组合)来实现。并且，也可以通过一个处理器来实现多个功能。作为由一个处理器构成多个功能的例子，首先，有如下方式：由一个以上的CPU和软件的组合构成一个处理器，并由该处理器实现多个功能，以服务器等计算机为代表。其次，有如下方式：使用由一个IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片来实现系统整体的功能的处理器，以片上系统(System On Chip：SoC)等为代表。如此，各种功能是作为硬件结构使用一个以上的上述各种处理器而构成的。进而，更具体而言，这些各种处理器的硬件结构为组合半导体元件等电路元件而成的电路(circuitry)。这些电路可以为使用逻辑和、逻辑乘积、逻辑否定、异或逻辑和及组合这些而成的逻辑运算来实现上述功能的电路。
在上述处理器或电路执行软件(程序)时，将要执行的软件的处理器(计算机)可读取的编码存储于ROM(Read Only Memory，只读存储器)等非暂时性记录介质中，并由处理器参考该软件。存储于非暂时性记录介质中的软件包括用于执行图像的输入、分析、显示控制等的程序。也可以将编码记录于各种光磁记录装置、半导体存储器等非暂时性记录介质中，而不是ROM。在进行使用软件的处理时，例如也可以将RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)用作临时存储区域，并且例如也可以参考存储于未图示的EEPROM(FlectrOnically Erasable and Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)中的数据。
信号处理部200的系数存储部200C例如可以由ROM(Read-only Memory，只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)等存储器来实现。
[摄像装置的结构]
摄像装置也可以构成为可更换摄像光学系统的镜头可换式摄像装置。此时，矩阵A是针对每个镜头(摄像光学系统)唯一地确定的，因此针对每个镜头准备矩阵A，并将其系数组存储于系数存储部中。在更换镜头的情况下，从系数存储部读出与所更换的镜头对应的矩阵A的系数组，执行运算处理，生成各图像。
符号说明
1-摄像装置，10-摄像光学系统，12-透镜，16-带通滤波器单元，16A-框体，16A1-第1开口区域，16A2-第2开口区域，16A3-第3开口区域，16A4-第4开口区域，16B1-第1带通滤波器，16B2-第2带通滤波器，16B3-第3带通滤波器，16B4-第4带通滤波器，16a-框主体，16b-隔板，18-偏振滤波器单元，18A-框体，18A1-第1开口区域，18A2-第2开口区域，18A3-第3开口区域，18A4-第4开口区域，18B1-第1偏振滤波器，18B2-第2偏振滤波器，18B3-第3偏振滤波器，18B4-第4偏振滤波器，18a-框主体，18b-隔板，100-成像元件，110-像素阵列层，112-光电二极管，120-偏振滤波元件阵列层，122A-第1偏振滤波元件，122B-第2偏振滤波元件，122C-第3偏振滤波元件，122D-第4偏振滤波元件，130-光谱滤波元件阵列层，132A-第1光谱滤波元件，132B-第2光谱滤波元件，140-微透镜阵列层，142-微透镜，200-信号处理部，200A-模拟信号处理部，200B-图像生成部，200C-系数存储部，D1～D16-图像数据，L-光轴，P1-第1像素，P2-第2像素，P3-第3像素，P4-第4像素，P5-第5像素，P6-第6像素，P7-第7像素，P8-第8像素，P9-第9像素，P10-第10像素，P11-第11像素，P12-第12像素，P13-第13像素，P14-第14像素，P15-第15像素，P16-第16像素，PB-像素块，Z1-第1光瞳区域，Z2-第2光瞳区域，Z3-第3光瞳区域，Z4-第4光瞳区域，θ1-偏振方向，θ2-偏振方向，θ3-偏振方向，θ4-偏振方向，θA-偏振方向，θB-偏振方向，θC-偏振方向，θD-偏振方向，λ1-波段，λ2-波段，λ3-波段，λ4-波段，A-第1光谱滤波元件的透射波长特性，B-第2光谱滤波元件的透射波长特性，C-第3光谱滤波元件的透射波长特性，D-第4光谱滤波元件的透射波长特性。

Claims (12)

1.一种摄像装置，具备：
摄像光学系统，光瞳区域被分割为包括第1光瞳区域及与所述第1光瞳区域不同的第2光瞳区域的多个区域，并且具备使通过所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域的光向互不相同的方向偏振的起偏器；
成像元件，包括接收通过所述第1光瞳区域的光的第1像素及接收通过所述第2光瞳区域的光的第2像素；及
处理器，通过对从所述成像元件输出的信号进行处理来至少输出由所述第1像素的输出信号构成的第1图像数据及由所述第2像素的输出信号构成的第2图像数据，
所述摄像光学系统中，通过所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域的光的波长互不相同，并且与所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域对应的区域的像差特性互不相同。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述摄像光学系统中，通过所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域的光的光量也互不相同。
3.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其中，
所述摄像光学系统具备配置于所述第1光瞳区域的第1光学元件及配置于所述第2光瞳区域的与所述第1光学元件不同的第2光学元件，并且利用所述第1光学元件及所述第2光学元件来单独校正与所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域对应的区域的像差。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，
所述第1光学元件使第1波段的光透射，所述第2光学元件使与所述第1波段不同的第2波段的光透射。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，
所述第1光学元件具有第1透射率，所述第2光学元件具有与所述第1透射率不同的第2透射率。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的摄像装置，其中，
所述第1光学元件具有第1开口面积，所述第2光学元件具有与所述第1开口面积不同的第2开口面积。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的摄像装置，其中，
所述第1光学元件及所述第2光学元件具有透镜形状，
所述摄像光学系统通过单独调整所述第1光学元件及所述第2光学元件的曲率来单独校正与所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域对应的区域的像差。
8.根据权利要求3至6中任一项所述的摄像装置，其中，
所述第1光学元件及所述第2光学元件具有平板形状，
所述摄像光学系统通过单独调整所述第1光学元件及所述第2光学元件的厚度来单独校正与所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域对应的区域的像差。
9.根据权利要求3至6中任一项所述的摄像装置，其中，
所述第1光学元件及所述第2光学元件具有平板形状，
所述摄像光学系统通过单独调整所述第1光学元件及所述第2光学元件的倾斜度来单独校正与所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域对应的区域的像差。
10.根据权利要求3至6中任一项所述的摄像装置，其中，
所述第1光学元件及所述第2光学元件具有平板形状，
所述摄像光学系统通过单独调整所述第1光学元件及所述第2光学元件的一个面的倾斜度来单独校正与所述第1光瞳区域及所述第2光瞳区域对应的区域的像差。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的摄像装置，其中，
所述第1光学元件及所述第2光学元件被一体化而由一个光学元件构成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的摄像装置，其中，
所述摄像光学系统的光瞳区域被分割成同心圆状。
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