JP2011013600A - レンズアレイ構造体、複眼撮像装置および複眼表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズアレイを用いる複眼撮像装置や複眼表示装置において、隣接するレンズの要素画像が撮像素子等で混入することを防止する。
【解決手段】レンズを二次的に配列してなるレンズアレイと、レンズアレイの各レンズに対する領域を、レンズの光軸と直交する方向に分割する隔壁とを有し、隔壁の壁部が偏光パターンを有し、さらに、レンズアレイの隣接するレンズの壁部は、対面する領域の偏光パターンの偏光方向が、互いに異なる方向であることにより、前記課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レンズを二次元的に配列してなるレンズアレイの技術分野に関し、具体的には、複眼撮像装置や複眼表示装置に利用した際に、隣接するレンズの要素画像の混入に起因する画質劣化等を大幅に抑制することができるレンズアレイ構造体、および、このレンズアレイ構造体を利用する複眼撮像装置および複眼表示装置に関する。

立体画像の撮像や、立体画像の表示に、微小なレンズ（マイクロレンズ）を二次元的に配列してなる（マイクロ）レンズアレイが利用されている。

レンズアレイを用いる複眼撮像装置は、被写体を、レンズアレイ（あるいはさらに、被写体とレンズアレイとの間に配置されるメインレンズ）を介してＣＣＤセンサ等の撮像素子で撮像することにより、立体画像を撮像する。
また、レンズアレイを用いる立体画像表示装置は、前記複眼撮像装置で撮像した静止画像を、レンズアレイを介して観察者に観察させることにより、立体画像を再現する。あるいは、静止画像に代えて、液晶ディスプレイ等の動画の表示装置を配置することで、動画の立体画像を再現することができる。

例えば、特許文献１には、レンズアレイと、撮像素子とを有する複眼撮像装置（立体画像撮像装置）において、レンズアレイのレンズの間を通って撮像素子に入力する光を遮光する遮光手段を有する複眼撮像装置、および、表示装置と、レンズアレイとを有する複眼表示装置（立体像表示装置）において、表示手段からレンズアレイレンズの間を通って観察者に届く光を遮光する遮光手段を有する立体像表示装置が記載されている。

また、レンズアレイを用いることで、焦点深度の異なる複数の画像、被写体の距離の情報、被写体の奥行きの情報等の各種の情報を得ることができ、また、光学系の小型化（特に、薄型化）も図ることができるため、レンズアレイは、立体画像の撮像／再生以外にも、各種の用途への応用が検討されている。

例えば、特許文献２には、携帯電話やパーソナルコンピュータに組み込むことを目的とした薄型のカメラモジュールとして、レンズアレイを用いた複眼撮像装置が例示される。このような複眼撮像装置では、レンズアレイの各レンズで撮像された複数の画像から、各画像の視差情報を利用して、１つの画像を再構成する。

ところで、このようなレンズアレイを用いる装置においては、複眼撮像装置を例にすれば、適正な画像を得るためには、レンズアレイの各レンズを通過した光は、撮像素子において、そのレンズの光軸方向の直下の画素のみに入射するのが好ましい。
しかしながら、被写体からの光は、様々な方向からレンズアレイに入射する。そのため、図９に概念的に示すように、斜めにレンズに入射した光（破線）が、撮像素子において、このレンズの隣のレンズに対応する画素に入射してしまい、レンズアレイの個々のレンズによる画像いわゆる要素画像が、撮像素子上で混入してしまう。

また、複眼表示装置においては、表示手段の各画素の表示画像は、直上のレンズのみ通過して観察者に観察されるのが好ましいが、やはり、斜め方向に進行する光が生じるので、画像が、直上のレンズではなく、隣接するレンズを通過して観察者に観察されてしまい、すなわち要素画像が混入した状態で画像が観察されてしまう。

このような要素画像の混入が生じると、ゴーストや不正画像などのアーチファクトが生じ、画質が劣化してしまうという問題が有る。

このような問題を解決するために、レンズアレイを用いる複眼撮像装置や画像表示装置においては、レンズアレイと撮像素子との間に遮光板等を設けて、個々のレンズに対応する領域を光軸と直交する方向に分離して、隣接するレンズの要素画像が混入することを防止している。

例えば、前述の特許文献２では、レンズアレイを用いる複眼撮像装置において、レンズアレイと撮像素子との間に、レンズを通過した光を通過させる光透過孔を有する遮光ブロックを配置することが開示されている。
さらに、特許文献２には、この遮光ブロックが、光透過窓を有し表面を黒色シボ加工された単位プレートを複数積層することで形成され、さらに、単位プレートをズラして積層、あるいは、単位プレートの光透過窓のサイズを隣接する層で変えることで、光透過孔の内壁面を凹凸にすることにより、もしくは、光透過孔の内壁面を光拡散面とすることにより、撮像素子において、隣接するレンズの画像が混入することを防止して、ゴースト等の発生を抑制することも開示されている。

特開２００２−３００５９９号公報 特開２００７−３２９７１４号公報

レンズアレイと撮像素子との間に、個々のレンズを分離するための遮光ブロック等の遮光板を設けることにより、要素画像の混入に起因するゴーストや不正画などのアーチファクトの発生を抑制することができる。

しかしながら、このような遮光板を用いる方法では、隣接する要素画像の混入を好適に防止するためには、光を吸収するために、ある程度の厚みを有する遮光板が必要になってしまい、レンズの開口率が低下してしまう。
その結果、光量のロスが生じてしまい、例えば、複眼撮像装置であれば、感度が低下してしまう等の問題が生じる。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、レンズアレイを利用する撮像装置や表示装置において、個々のレンズを分離して要素画像の混入を防止する隔壁を十分に薄くして、レンズの開口率低下を抑制することができると共に、要素画像の混入も大幅に抑制することができ、これに起因するコーストや不正画像などのアーティファクトの発生も大幅に低減することができるレンズアレイ構造体、ならびに、このレンズアレイ構造体を利用する複眼撮像装置および複眼表示装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明のレンズアレイ構造体は、レンズを二次的に配列してなるレンズアレイと、前記レンズアレイの個々のレンズに対する領域を、レンズの光軸と直交する方向に分割する隔壁とを有し、かつ、前記隔壁の壁部が偏光パターンを有し、さらに、前記レンズアレイの隣接するレンズの前記壁部は、対面する領域の偏光パターンの偏光方向が、互いに異なる方向であることを特徴とするレンズアレイ構造体を提供する。

このような本発明のレンズアレイ構造体において、前記対面する領域の偏光パターンの偏光方向が、互いに直交する方向であるのが好ましい。
また、前記隔壁が、円筒を前記レンズアレイのレンズ配列に応じて配列してなるものであるのが好ましく、この際において、前記隔壁が、前記レンズアレイのレンズ配列に応じて、円筒を正方格子状に配列したものであり、隣接する円筒の壁部の偏光パターンの偏光方向が、互いに異なる方向であるのが好ましく、あるいは、前記隔壁を形成する円筒の周方向の９０°もしくは３０°毎に、前記壁部の偏光パターンが異なるのが好ましく、また、前記隔壁を形成する円筒の間隙に、遮光性の物質を充填してなるのが好ましい。
また、前記隔壁が、個々の六角形が前記レンズアレイの個々のレンズに対応するハニカム構造を有するのが好ましい。
あるいは、前記レンズアレイが、サイズの異なる２種のレンズを、大サイズのレンズを正方格子状に、小サイズのレンズを大サイズのレンズの間隙に配列してなるものであり、前記隔壁が、大サイズのレンズに対応する正八角筒と、小サイズのレンズに対応する正四角筒とを、前記レンズ配列に応じて配列してなるものであるのが好ましく、この際において、前記レンズアレイが、前記大サイズのレンズを最も密度の高い状態で配列してなるものであり、前記隔壁が、前記正八角筒の間隙を正四角筒で埋めてなる構成を有するのが好ましい。
また、前記レンズの光軸方向に見た際に、前記レンズと隔壁とが同一形状であるのが好ましい。

また、本発明の複眼撮像装置は、前記本発明のレンズアレイ構造体と、前記レンズアレイと共に隔壁を挟むように配置される撮像素子とを有することを特徴とする複眼撮像装置を提供する。
さらに、本発明の表示装置は、前記本発明のレンズアレイ構造体と、前記レンズアレイと共に隔壁を挟むように配置される表示手段とを有することを特徴とする複眼表示装置を提供する。

上記構成を有する本発明によれば、複眼撮像装置においては、レンズを通過した後、個々のレンズを分離する隔壁を通過して、撮像素子の隣接するレンズに対応する画素に入射しようとする光は、まず、自身のレンズに対応する壁部の偏光パターンによって一方向の偏光成分のみが透過する。この一方向の偏光成分は、次いで、隣接するレンズに対応する壁部に入射するが、この隔壁の偏光パターンは、隣接する隔壁と異なる方向の偏光方向を有するので、透過できず、すなわち撮像素子に入射することが無い。
また、複眼表示装置においても、個々のレンズを分離する隔壁を通過して、隣接するレンズに入射しようとする光は、同様に、互いに隣接する隔壁に形成された、互いに異なる偏光方向を有する偏光パターンを透過することができず、すなわち、隣接するレンズに入射することはない。

従って、本発明によれば、レンズアレイを用いる複眼撮像装置や複眼表示装置において、画素要素が混入することを大幅に抑制することができ、これに起因するコーストや不正画像などのアーティファクトの発生を大幅に低減できる。
また、本発明においては、遮光板などによる遮光ではなく、互いに異なる偏光方向を有する偏光パターンによる光の遮断であるので、レンズアレイの個々のレンズを分離するための隔壁を厚くする必要がない。そのため、レンズの開口率の大幅な低下を引き起こすことがないので、光の利用効率がよい複眼撮像装置や複眼表示装置を得ることができる。

本発明の複眼撮像装置の一例を概念的に示す図である。 図１に示す複眼撮像装置の部分拡大図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明のレンズアレイ構造体の別の例を説明するための概念図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明に利用可能なレンズおよび隔壁の別の例を説明するための概念図である。 本発明のレンズアレイ構造体の別の例を説明するための概念図である。 本発明のレンズアレイ構造体の別の例を説明するための概念図である。 本発明の複眼撮像装置の一例を概念的に示す図である。 本発明の複眼撮像装置の別の例を説明するための概念図である。 従来の複眼撮像装置における要素画像の混入を説明するための概念図である。

以下、本発明のレンズアレイ構造体、ならびに、複眼撮像装置および複眼表示装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に説明する。

図１に、本発明のレンズアレイ構造体を利用する、本発明の複眼撮像装置の一例を概念的に示す。

図１に示す複眼撮像装置１０（以下、撮像装置１０とする）は、被写体ＯＢの画像を撮像する装置であって、基本的に、レンズアレイ１２と、隔壁１４と、撮像素子１６と、信号処理手段１８と、制御手段２０とを有して構成される。
このような撮像装置１０は、隔壁１４に特徴を有する以外は、基本的に、レンズアレイを介して被写体の画像を撮像素子に撮像（撮影）する、いわゆるインテグラルフォトグラフィ（Integral Photography 『ＩＰ』）を利用する、公知の複眼撮像装置である。

なお、図示例の撮像装置１０においては、被写体ＯＢとレンズアレイ１２との間には、何も配置されないが、本発明は、これに限定はされず、必要に応じて各種の光学素子等を配置してもよい。
例えば、特開２００８−１６７３９５号公報に開示される撮像装置のように、被写体ＯＢとレンズアレイ１２との間に、メインレンズを有するものであってもよい。すなわち、本発明の複眼撮像装置は、いわゆるプレノプティックカメラ(Plenoptic Camera)であってもよい。なお、この際においては、メインレンズは、ビデオカメラやスチルカメラで用いられている、一般的な撮像レンズを利用すればよい。

レンズアレイ（マイクロレンズアレイ）１２は、微小なレンズ（マイクロレンズ）２４を二次元的に配列してなる、公知のレンズアレイである。
図２（Ａ）に、撮像装置１０の部分的な正面図（レンズアレイ１２、隔壁１４、および撮像素子１６を光軸方向の被写体ＯＢ側から見た図）を概念的に、図２（Ｂ）に、撮像装置１０の部分的な側面図（図１と同方向から見た図）を概念的に、それぞれ示す。

図示例の撮像装置１０において、レンズアレイ１２は、図２に示すように、レンズ２４として、円形（光軸方向から見た形状）の凸レンズを利用するものであり、同じレンズ２４を正方格子状に二次元的に配列してなるものである。
なお、本発明において、レンズアレイ１２は、基本的に、レンズを二次元的に配列してなる公知のレンズアレイであって、レンズを、レンズとは別体のホルダに保持して二次元的に配列したものであってもよく、あるいは、二次元的に配列されたレンズとホルダ（レンズ同士の連結部）とを一体的に成形したものであってもよい。

なお、後に詳述するが、本発明において、レンズアレイは、図示例のように、同径の円形レンズを正方格子状に配列したものに限定はされず、レンズを二次元的に配列してなるものであれば、各種のレンズアレイが、全て、利用可能である。
また、本発明において、レンズアレイの各レンズは、全てのレンズが光軸方向の同位置に配置されるのにも限定はされない。例えば、レンズの光軸方向の位置が２つ設定され、１個置きに、レンズの光軸方向の位置が異なるように、レンズを配列したレンズアレイであってもあってもよい。

撮像素子１６は、レンズアレイ１２の各レンズ２４を通して結像された被写体ＯＢの画像を撮像する、公知の撮像素子である。本発明において、撮像素子１６には、特に限定はなく、二次元的な画素配列を有するＣＣＤセンサ等、複眼撮像装置、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどに利用されている、公知の撮像素子が、全て、利用可能である。
また、撮像素子１６は、カラー画像を撮像する撮像素子であっても、モノクロ画像を撮像する撮像素子であってもよい。あるいは、ＣＣＤセンサ等の撮像素子に代えて、銀塩写真感光材料等の各種の感光材料を配置してもよい。

なお、撮像装置１０においては、通常の複眼撮像装置と同様に、レンズアレイ１２の１個のレンズは、撮像素子１６の１個の画素に対応するのではなく、レンズアレイ１２の１個のレンズは、撮像素子１６の多数の画素に対応する。
従って、メインレンズを有さない図示例の撮像装置１０においては、少しずつ異なる方向から撮像した、レンズ２４の数分の被写体ＯＢの画像が撮像素子１６で撮像される。

隔壁１４は、レンズの光軸方向と直交する方向に、レンズアレイ１２の各レンズ２４に対応する領域を分離するものである（すなわち、各レンズ２４と撮像素子１６との間において、個々のレンズ２４毎に、対応する領域を前記直交方向に分離するものである）。本発明のレンズアレイ構造体は、レンズアレイ１２と、この隔壁１４とから構成される。
図示例において、隔壁１４は、レンズ２４と同径の上下面を有する円筒（上下面が開放する円柱）を、レンズ２４の光軸と円筒の中心軸とを一致して、レンズと同様に正方格子状に配列してなるものである。これにより、隔壁１４は、各レンズ２４を、レンズ２４の光軸方向直下の領域と、それ以外の領域とを分離する。

ここで、本発明においては、隔壁１４の壁部は、偏光パターン（複屈折パターン（複屈折特性））を有する。また、隔壁１４の壁部すなわち円筒が有する偏光パターンは、隣接するレンズ２４で、互いに直交（クロスニコル）する偏光方向を有する。
図示例においては、一例として、一方の偏光方向は、レンズ２４の光軸と平行（図２（Ｂ）の上下方向）な偏光方向を有し、もう一方の偏光方向は、レンズ２４の光軸と直交する方向すなわち図示例においては撮像素子１６の受光面と平行（同左右方向）な偏光方向を有する。

なお、各レンズ２４に対応する円筒が、互いに独立して形成される場合（すなわち、多数の独立した円筒を配列して隔壁１４を形成する場合）には、各円筒の内壁面、外壁面、壁部内部の何れか１以上に偏光パターンを形成すればよい。
あるいは、隔壁１４が一体成形されたものである場合のように、隔壁１４において複数の円筒が共通の壁部で構成される場合には、各レンズ２４に対応する円筒の内壁面に、偏光パターンを形成すればよい。
この点に関しては、この他の態様も同様である。

図示例において、一例として、レンズ２４ａに注目して、隔壁１４のレンズ２４ａに対応する円筒が、レンズ２４の光軸と平行な偏光方向（以下、『ｓ偏光』とする）の偏光パターンを有する場合には、隣接するレンズ２４ｂ，２４ｃ，２４ｄおよび２４ｅに対応する隔壁１４の円筒は、レンズ２４の光軸と直交する方向の偏光方向（以下、『ｐ偏光』とする）の偏光パターンを有する。
また、対応する円筒がｐ偏光の偏光パターン（以下、単に『ｐ（ｓ）偏光』とも言う）を有するレンズ２４ｃおよび２４ｄに隣接するレンズ２４ｆに対応する隔壁１４の円筒の偏光方向はｓ偏光とし、対応する円筒がｐ偏光を有するレンズ２４ｄおよび２４ｅに隣接するレンズ２４ｇに対応する隔壁１４の円筒の偏光方向もｓ偏光とする。

前述のように、レンズを配列してなるレンズアレイを用いる複眼撮像装置（複眼表示装置）において、画質劣化の一因として、図９に示すように、レンズを通過した光が、撮像素子の他のレンズに対応する領域に入射してしまう、要素画像の混入が挙げられる。具体的には、図２（Ａ）を例にすれば、被写体ＯＢから、レンズ２４ａを通過した光が、レンズ２４ａの直下ではなく、例えば、撮像素子１６の隣接するレンズ２４ｅの直下の画素に入射しまうことにより、要素画像の混入が生じる。
このような要素画像の混入は、ゴーストや不正画像などのアーチファクトの発生等の問題を生じてしまう。

従来の複眼撮像装置や複眼表示装置では、レンズアレイの個々のレンズを分離する隔壁を遮光板等にすることにより、このような要素画像の混入を抑制している。
しかしながら、遮光板によって要素画像の混入を防止するためには、遮光板すなわち隔壁を、ある程度の厚さとする必要がある。そのため、レンズの開口率が低下してしまい、その結果、光量のロスが生じ、複眼撮像装置であれば、感度が低下してしまう。

これに対し、本発明においては、遮光板等による遮光ではなく、レンズアレイ１２の個々のレンズ２４を分離する隔壁に偏光パターンを形成し、かつ、対面する壁部は、異なる偏光方向の偏光パターンとすることにより、要素画像の混入を抑制する。

例えば、レンズ２４ａに斜めに入射して、撮像素子１６の、隣接するレンズ２４ｅの直下の画素に入射しようとする光は、レンズ２４ａを通過した後、まず、隔壁１４のレンズ２４ａに対応する円筒に入射する。前述のように、このレンズ２４ａに対応する円筒は、ｓ偏光である（ｓ偏光の偏光パターンを有する）ので、隔壁に入射した要素画像は、ｓ偏光成分のみが隔壁１４を通過する。次いで、この光は、隔壁１４のレンズ２４ｅに対応する円筒に入射するが、前述のように、この円筒は、ｐ偏光であるので、ｓ偏光成分のみとなった光は、隔壁１４を通過することはない。従って、このレンズ２４ａを通過した光は、撮像素子１６の、レンズ２４ｅの直下の画素に入射することはなく、すなわち要素画像の混入を抑制することができる。
また、本発明においては、遮光板による光の遮光ではなく、偏光を利用することによって、要素画像の混入を抑制している。従って、偏光パターンさえ形成できれば、隔壁を十分に薄くすることができ、隔壁が厚くなることに起因するレンズアレイ１２のレンズ２４の開口率の低下も抑制することができる。そのため。本発明によれば、光の利用効率が良好な複眼撮像装置や複眼表示装置を実現でき、すなわち、複眼撮像装置であれば、高感度の撮像装置を得ることができる。

本発明において、隔壁１４の壁部の偏光パターンの形成方法には、特に限定はなく、公知の偏光パターンの形成方法が、各種利用可能である。
一例として、本件出願人にかかる特開２００９−６９７９３号公報に記載される製造方法を利用して、壁部に偏光パターンを形成すればよい。
この方法は、一例として、高分子を含む光学異方性層を含み、この光学異方性層は、２０℃より高い温度域に面内レターデーションが２０℃時のレターデーションの３０％以下となるレターデーション消失温度を有し、かつ、このレターデーション消失温度は露光によって上昇する複屈折パターン作製材料を用意し、この複屈折パターン作製材料にパターン露光を行い、得られた積層体に５０℃以上４００℃以下に加熱することにより、偏光パターンを形成するものである。

なお、この方法で、壁部に偏光パターンを形成する場合には、隔壁を形成した後に、この方法で壁部に偏光パターンを形成してもよく、あるいは、偏光パターンを形成した板材（フィルム）を形成して、この板材によって隔壁を形成してもよく、あるいは、偏光パターンを形成した基板から、隔壁の壁部に偏光パターンを転写してもよく、あるいは、これらの方法を併用してもよい。

また、図示例においては、好ましい態様として、隔壁１４の、隣接するレンズに対応する円筒（隣接するレンズの壁部の対面する領域）が、互いに直交する方向の偏光方向を有しているが、本発明は、これに限定はされず、両円筒は、偏光方向が、互いに異なるものであればよい（平行でなければよい）。
特に、隣接するレンズにおいて、対面する壁部（壁部に形成される偏光パターン）の偏光方向が、互いに４５°〜９０°の角度を成すのが好ましく、互いに７５°〜９０°の角度を成すのがより好ましく、中でも特に、図示例のように、対面する壁部の偏光方向が直交（すなわち９０°）するのが最も好ましい。

図２に示す隔壁１４においては、隔壁１４の、隣接するレンズ２４に対応する円筒が、互いに直交（異なる）する偏光方向の偏光パターンを有するものであるが、本発明は、これに限定はされない。
すなわち、本発明においては、隣接するレンズ２４において、隔壁１４の対面する壁部が、互いに直交する偏光方向の偏光パターンを有するものであれば、各種の態様が利用可能である。

例えば、隔壁１４を形成する１つの円筒の内で、偏光方向の異なる偏光パターンを形成してもよい。
一例として、図３（Ａ）に概念的に示すように、隔壁１４を形成する１つの円筒において、周方向に９０°間隔で、図中に破線で示す領域に形成されたｓ偏光の偏光パターンと、同実線で示す領域に形成されるｐ偏光の偏光パターンとを交互に形成し、隣接する円筒において、対面する壁部の偏光方向を、互いに直交するようにしてもよい。
あるいは、図３（Ｂ）に概念的に示すように、同様に周方向に３０°間隔で、破線で示す領域のｓ偏光の偏光パターンと、同実線で示す領域のｐ偏光の偏光パターンとを交互に形成し、最も隣接する円筒において、対面する壁部の偏光方向を、互いに直交するようにしてもよい。

本発明において、レンズアレイのレンズ２４の配列は、図示例のように正方格子状に限定はされず、各種の配列が可能である。
例えば、レンズ２４を千鳥格子状に配列してもよい。この場合には、当然、個々のレンズに対応する円筒も、各レンズ２４に対応して千鳥格子状に配列される。

ここで、レンズアレイの個々のレンズに対応する領域を光軸と直交する方向に分割する隔壁（以下、単に『レンズを分割する隔壁』とも言う）を、図示例のように円筒で形成する場合には、どのようにレンズアレイのレンズを配列した場合であっても、各円筒の間に間隙が生じてしまう。
そのため、レンズを通過する光の進行方向によっては、複数の円筒の同方向の偏光方向を有する領域のみを光が通過して、撮像素子の、異なるレンズに対応する領域に入射してしまい、要素画像の混入が生じてしまう場合も有り得る。

例えば、図２（Ａ）において、レンズ２４ａからレンズ２４ｆに向かう方向に進行する光が、レンズ２４ａに入射した場合には、レンズ２４ａに対応する円筒に入射し、次いで、レンズ２４ｆに対応する円筒に入射する。ここで、両円筒は、共に、ｓ偏光であるので、レンズ２４ａに対応する円筒を通過したｓ偏光成分の光は、レンズ２４ｆに対応する円筒も通過して、撮像素子１６のレンズ２４ｆに対応する領域に入射して、要素画像が混入してしまう。

このような不都合を防止するために、本発明において、各レンズ２４に対応する円筒によって隔壁を形成した場合には、円筒の間隙に、遮光性の物質を充填するのが好ましい。
このような構成を有することにより、レンズを分割する隔壁を円筒で形成した場合に、異なるレンズに対応する円筒の同じ偏光方向を有する領域を通過する方向に進行する要素画像が合った場合にも、この要素画像を、遮光性物質によって遮光することができ、より好適に、要素画像の混入を抑制することができる。
なお、この点に関しては、隔壁を円筒で形成しない場合において、隔壁を形成する個々のレンズに対応する筒状構造の間に間隙を有する場合にも、同様である。
遮光性物質には、特に限定はなく、各種の光学素子や光学装置において、遮光性を付与するために用いられている物質が、各種、利用可能である。

前述のように、本発明において、レンズアレイを形成するレンズの形状は、図示例のような円形に限定はされず、各種の形状（光軸方向から見た形状）が利用可能である。
例えば、六角形のレンズを配列してなるレンズアレイ、四角形のレンズを配列してなるレンズアレイ等であってもよい。あるいは、八角形のレンズと正方形のレンズなど、異なる形状のレンズを配列してなるレンズアレイであってもよい。
また、レンズの形状と、隔壁を構成する筒の形状は、図２に示す例のように同じであるのが好ましいが、異なってもよい。例えば、図４（Ａ）に概念的に示すように、円形のレンズからなるレンズアレイに対して、この円を内包する正六角形筒からなる隔壁を用いてもよく、あるいは、図４（Ｂ）に概念的に示すように、正六角形のレンズからなるレンズアレイに対して、この正六角形を内包する円筒からなる隔壁を用いてもよい。

ここで、レンズアレイが、同じ円形のレンズを千鳥格子状に配列してなる構造を有する場合、および、六角形のレンズをハニカム状に配列してなる構造を有する場合には、隔壁は、六角筒を配列してなるハニカム構造とするのが好ましい。
この場合には、図５にその一部を概念的に示すように、隔壁を構成する六角筒を形成する壁部の１面毎に、ｓ偏光の偏光パターンとＰ偏光の偏光パターンとを交互に形成することによって、全ての面で、隣接するレンズに対応する六角筒において、対面する壁部の偏光方向を、互いに直交（クロスニコル）する状態にできる。従って、この構成によれば、或るレンズに入射して、隣接するレンズの六角筒に進入する光を、ほぼ全て壁部で遮断することができ、より好適に、要素画像の混入を防止することができる。

また、六角筒ではなく、四角筒や三角筒を配列してなる隔壁であっても、同様に、四角筒を形成する壁部の１面毎にｓ偏光とＰ偏光の偏光パターンとを交互に形成する構成により、同様の効果を得ることができる。

また、前述のように、本発明においては、レンズアレイは、異なるサイズのレンズを配列したものであってもよい。さらに、レンズアレイを構成するレンズとして、形状が異なるレンズを用いてもよい。
図６に、その一例を概念的に示す。

図６に示す例は、大サイズの正八角形のレンズを正方格子状に配列し、この正八角形の４つのレンズに囲まれた部分に、正方形（すなわち、１辺の長さが、前記正八角形と略同じ正方形）の小サイズのレンズを配置してなる、レンズアレイである。なお、本例におけるレンズの数は、図６に示す例に限定されないのは、勿論のことである。
また、図６に示す例においては、このようなレンズアレイに対して、レンズの光軸方向から見た際に同形状となる正八角筒および正四角筒を、レンズアレイと同様に配列してなる隔壁を組合わせて、本発明のレンズアレイ構造体を構成する。

このような隔壁において、図６に示すように、正八角筒を構成する壁部の偏光パターンは、１面毎に交互に、ｓ偏光およびとＰ偏光とし、同様に、正四角筒を構成する壁部の偏光パターンも、１面毎に交互に、ｓ偏光およびＰ偏光とする。
このような構成とすることにより、隣接するレンズに対応する隔壁の全ての壁部において、対面する壁部（壁面）の偏光方向を、互いに直交する状態にできる。従って、この構成によれば、先のハニカム構造の隔壁と同様、より好適に、要素画像の混入を防止することができる。また、この構成によれば、レンズアレイにおけるレンズの配列が、単純な正方格子状ではなく、２つの正方格子を組み合わせたような状態となるので、レンズ配列の規則性に起因して、被写体ＯＢの絵柄に応じて生じるアーチファクト等も大幅に低減することができ、高画質な画像を撮像できる。

なお、図６に示す例においては、レンズの形状を、大サイズの正八角形および小サイズの正四角形としたが、大サイズおよび小サイズの円形のレンズを同様に配列して、同様に正八角筒および正四角筒を配列してなる隔壁を用いても良い。

前述のように、レンズアレイ１２の各レンズ２４を通過した被写体ＯＢの画像（要素画像）は、撮像素子１６の受光面に結像して、撮像素子１６によって、被写体ＯＢの画像が撮像される（光電的に読み取られる）。
ここで、本発明においては、必要に応じて、撮像素子１６の受光面にも、偏光パターンを形成してもよい。これにより、隣接するレンズ２４を通過した要素画像が、自身のレンズ２４に対応する隔壁１４の壁部を透過して入射した場合に、要素画像の混入をより好適に抑制できる。

撮像素子１６が撮像した画像（画像信号）は、信号処理手段１８に出力されて、ＡＤ変換やｌｏｇ変換等の、所定の信号処理や画像処理を施されて、出力画像として、ディスプレイやコンピュータ、ネットワーク等に出力される。
なお、撮像素子１６や信号処理手段１８は、制御手段２０によって、動作を制御／管理される。

信号処理手段１８が出力する出力画像には、特に限定は無く、撮像素子１６が撮像した複数の被写体ＯＢの画像を合成／処理してなる立体画像や超解像度画像や複数の焦点深度を有する画像、撮像素子１６が撮像した複数の被写体ＯＢの画像、測距情報に対応する画像等、複眼撮像装置（インテグラルフォトグラフィ）が対応する各種の画像や被写体ＯＢに関する情報像が、全て利用可能である。また、画像処理等を行なうことなく、ＡＤ変換やｌｏｇ変換等の最低限の信号処理のみを行なって、出力画像としてもよい。
なお、所定の出力画像を得るために信号処理手段１８で行なう信号処理や画像処理は、全て、公知の方法で行なえばよい。

どのような画像を出力する場合でも、本発明の撮像装置１０は、レンズ２４を分割する隔壁１４の壁部に形成した偏光パターンによって、隣接するレンズを通過した要素画像の混入を大幅に抑制することができるので、ゴーストや不正映像などのアーチファクトが極めて少ない、高画質な画像を出力できる。また、本発明によれば、要素画像の混入を防止するために、隔壁の壁部を厚くする必要も無いので、高感度な被写体画像の撮像を行なうことができる。

図７に、本発明のレンズアレイ構造体を利用する、本発明の複眼表示装置の一例を概念的に示す。
なお、図７に示す複眼表示装置は、前記撮像装置１０と同じレンズアレイ１２と隔壁１４とからなるレンズアレイ構造体を利用するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行なう。

図７に示す複眼表示装置５０（以下、表示装置５０とする）は、基本的に、前記レンズアレイ１２と隔壁１４とからなるレンズアレイ構造体と、ディスプレイ５２と、駆動手段５４と、制御手段５６とを有して構成される。
この表示装置５０は、ディスプレイ５２に表示した画像を、レンズアレイ１２を介して観察者ＳＰに観察させることにより、例えば、観察者ＳＰに立体画像を観察させるもので撮像装置１０と同様、隔壁１４に特徴を有する以外、基本的に、特許文献１等に示される、公知の複眼表示装置と同様のものである。

表示装置５０において、制御手段５６は、ディスプレイ５２および駆動手段５４の制御／管理を行なうものである。
ディスプレイ５２は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ(Electro-Luminescence)ディスプレイ、ＣＲＴ等の公知のディスプレイ（表示装置）であって、カラー画像のディスプレイでも、モノクロ画像のディスプレイでもよい。

駆動手段５４は、前記本発明の撮像装置１０あるいはその他の複眼撮像装置や、外部のコンピュータやネットワーク等から画像（画像データ（画像信号））を取得して、この画像をディスプレイ５２に表示させるものである。なお、ディスプレイ５２に表示させる画像は、動画でも静止画でもよい。
また、駆動手段５４は、必要に応じて、取得した画像に画像処理や変換処理等を施して、表示装置５０における画像表示に対応する画像にしてから、ディスプレイ５２を駆動するようにしてもよい。

表示装置５０においては、駆動手段５４が画像を取得すると、必要に応じて画像処理を施した後、ディスプレイ５２に画像を表示させる。
ディスプレイ５２が表示した画像は、レンズアレイ１２の各レンズ２４を介して観察者ＳＰに観察され、例えば立体画像（動画／静止画）が、観察者ＳＰによって観察される。

ここで、本発明の表示装置５０においては、レンズアレイ１２の各レンズ２４を分割する隔壁に、前述のように、偏光パターンが形成されており、隣接するレンズ２４に対応する隔壁において、対面する隔部には直交する偏光方向の偏光パターンが形成されている。従って、ディスプレイ５２の各画素が表示した画像が、隣接するレンズ２４に入射する方向に進行しても、自身が対応するレンズ２４の壁部、および、隣接するレンズ２４の壁部を通過することを抑制できる。すなわち、ディスプレイ５２に表示されて、レンズ２４を通過した要素画像の混入を、大幅に抑制している。
従って、観察者ＳＰが観察する画像は、要素画像の混入に起因するゴースト等の不正映像が少ない、高画質な画像である。

ところで、表示装置５０において、ディスプレイ５２として液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイを用いた場合には、ディスプレイの画像表示面自身が、所定の偏光方向を有する場合が有る。
この際には、ディスプレイの偏光方向と、隔壁の壁部に形成する偏光パターンとが、互いに異なる方向、好ましくは４５°〜９０°を成す方向、より好ましくは７５°〜９０°を成す方向、特に好ましくは互いに直交する（すなわち９０°を成す）方向となるように、隔壁１４の壁部に偏光パターンを形成してもよい。

例えば、図８に概念的に示すように、ディスプレイ５２の表示面が図中矢印ｘ方向の偏光方向を有する場合には、隔壁１４を形成する筒の壁部において、ｘ方向に延在する壁部には、図８紙面に垂直な方向の偏光パターンを形成し、ｙ方向に延在する壁部には、ｙ方向の偏光パターンを形成すればよい。
これにより、ディスプレイの或るレンズに対応する画素が表示した画像が、隣接するレンズに入射する方向に進行した場合でも、ディスプレイの画像（光）が有する偏光方向と直交する偏光方向を有する壁部を透過することができず、従って、要素画像の混入を抑制することができる。また、この構成によれば、隣接するレンズに対応する壁部において、異なる偏光パターンを形成する必要も無くなる。

以上、本発明のレンズアレイ構造体、複眼撮像装置、および、複眼表示装置について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の偏光や改良を行なってもよいのは、もちろんである。

本発明は、立体画像の撮像装置や表示装置、超解像度画像の撮像装置や表示装置、距離計測用の画像の撮像装置等の分野に、好適に利用可能である。

１０ （複眼）撮像装置
１２ レンズアレイ
１４ 隔壁
１６ 撮像素子
１８ 信号処理手段
２０，５６ 制御手段
２４ レンズ
５０ （複眼）表示手段
５２ ディスプレイ
５４ 駆動手段

Claims (12)

1. レンズを二次的に配列してなるレンズアレイと、前記レンズアレイの個々のレンズに対する領域を、レンズの光軸と直交する方向に分割する隔壁とを有し、
   かつ、前記隔壁の壁部が偏光パターンを有し、さらに、前記レンズアレイの隣接するレンズの前記壁部は、対面する領域の偏光パターンの偏光方向が、互いに異なる方向であることを特徴とするレンズアレイ構造体。
2. 前記対面する領域の偏光パターンの偏光方向が、互いに直交する方向である請求項１に記載のレンズアレイ構造体。
3. 前記隔壁が、円筒を前記レンズアレイのレンズ配列に応じて配列してなるものである請求項１または２に記載のレンズアレイ構造体。
4. 前記隔壁が、前記レンズアレイのレンズ配列に応じて、円筒を正方格子状に配列したものであり、隣接する円筒の壁部の偏光パターンの偏光方向が、互いに異なる方向である請求項１〜３のいずれかに記載のレンズアレイ構造体。
5. 前記隔壁を形成する円筒の周方向の９０°もしくは３０°毎に、前記壁部の偏光パターンが異なる請求項３または４に記載のレンズアレイ構造体。
6. 前記隔壁を形成する円筒の間隙に、遮光性の物質を充填してなる請求項３〜５のいずれかに記載のレンズアレイ構造体。
7. 前記隔壁が、個々の六角形が前記レンズアレイの個々のレンズに対応するハニカム構造を有する請求項１または２に記載のレンズアレイ構造体。
8. 前記レンズアレイが、サイズの異なる２種のレンズを、大サイズのレンズを正方前格子状に、小サイズのレンズを大サイズのレンズの間隙に配列してなるものであり、
   前記隔壁が、大サイズのレンズに対応する正八角筒と、小サイズのレンズに対応する正四角筒とを、前記レンズ配列に応じて配列してなるものである請求項１または２に記載のレンズアレイ構造体。
9. 前記レンズアレイが、前記大サイズのレンズを最も密度の高い状態で配列してなるものであり、前記隔壁が、前記正八角筒の間隙を正四角筒で埋めてなる構成を有する請求項８に記載のレンズアレイ構造体。
10. 前記レンズの光軸方向に見た際に、前記レンズと隔壁とが同一形状である請求項１〜９のいずれかに記載のレンズアレイ構造体。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載のレンズアレイ構造体と、前記レンズアレイと共に隔壁を挟むように配置される撮像素子とを有することを特徴とする複眼撮像装置。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載のレンズアレイ構造体と、前記レンズアレイと共に隔壁を挟むように配置される表示手段とを有することを特徴とする複眼表示装置。

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