JP6004235B2 - 撮像装置および撮像システム - Google Patents
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Description
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、モノクロの撮像素子Nと、信号処理部Cとを備える。
図5は、実施の形態2の撮像システムAP1を示す模式図である。本実施の形態の撮像システムAP1は、実施の形態1の撮像装置Aと、偏光照明Qaと、制御部CSによって構成されている。偏光照明Qaは、可視光を発する光源LS1と、偏光フィルタPLとによって構成されている。偏光フィルタPLの偏光軸は、撮像装置Aの第1の光学領域D1の偏光軸と直交する第2の偏光軸を有している。また、制御部CSは、撮像装置Aおよび偏光照明Qaの制御や、外部装置Eとの入出力制御等を行う。外部装置Eは、例えば、撮像システムAP1から出力された画像を表示するモニターや、画像を処理するパーソナルコンピュータ等である。
本実施の形態3は、撮像装置Aの光学領域D1とD2に異なる波長帯域の光が透過するという点で実施の形態1と異なっている。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。
本実施の形態4は、図1の光学素子L1の領域分割を3つにした点と、第1の偏光軸と異なる第2の偏光軸を有する光を透過する領域を追加した点において、実施の形態1と異なる。
本実施の形態5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3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。
本実施の形態6は、第1および第3の光学領域が同じ波長帯域の光を透過する点で実施の形態5と異なっている。ここでは、実施の形態5と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
本実施の形態7は、光学素子L1sが存在しない点と、撮像素子Nがカラー撮像素子であるという点で実施の形態5と異なっている。ここでは、実施の形態5、6と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
本実施の形態8は、実施の形態3から7のように複数の光学領域において、光学領域間で異なる波長帯域の光を透過する光学素子L1sを有する構成であって、さらにレンズL2が軸上色収差を有するレンズであることを前提とする。このような構成の場合に、複数の光学領域を透過した光線の合焦位置が実質的に等しくなるように、絞り近傍の光軸と垂直な面内において、複数の光学領域が、互いに異なる光学パワーを有する。この点で実施の形態3から7と異なっている。ここでは、実施の形態3から7と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
本実施の形態9においては、それぞれのマイクロレンズの領域内において、マイクロレンズが光軸に対して回転対称な形状であり、この点で本実施形態は実施の形態5、6、および7と異なっている。
本実施の形態10は、アレイ状光学素子であるレンチキュラレンズやマイクロレンズアレイを撮像面上に形成したという点で、実施の形態1から9と異なる。ここでは、本実施形態において実施の形態1から9と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
本実施の形態11は、レンズ光学系Lが像側非テレセントリック光学系であるという点で、実施の形態1から10と異なっている。カメラ等の撮像素子に用いられるレンズの多くは、像側が非テレセントリック光学系である。本発明の形態のレンズ光学系Lに像側非テレセントリック光学系を適用した場合、画角が変化すると、主光線はアレイ状光学素子Kに対して斜めに入射する。図26(a)は、光軸外の撮像部近傍を拡大して示す図である。図26(a)では、アレイ状光学素子Kを通過する光のうち1つの光学領域を通過する光束のみを示している。図26(a)に示すように、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には、隣接画素に光が漏れてクロストークが発生しやすくなるが、図26(b)のようにアレイ状光学素子を画素配列に対してΔだけオフセットさせることにより、クロストークを低減させることができるため、色純度の劣化を抑制することができる。前記入射角は、像高によって異なるため、前記オフセット量Δは、撮像面への光束の入射角に応じて設定すればよい。
実施の形態12は、光学素子L1pの光学領域が2つである点、ベイヤー配列のフィルタを備えたカラー撮像素子を用いる点、および、アレイ状光学素子の光学要素が1方向に半ピッチシフトしている点で実施の形態1と異なる。これにより、本実施の形態の撮像装置は、無偏光光によるカラー画像と偏光光によるカラー画像とを一度に取得することができる。
本実施の形態13は、実施の形態3の撮像システムAP2をマイクロスコープに応用した構成である。なお、本実施形態のマイクロスコープに応用する撮像システムAP2の撮像装置Aとしては、実施の形態1、3から11の撮像装置Aのいずれかを用いることができる。
本実施の形態14は、実施の形態3の撮像システムAP2をカプセル内視鏡に応用した構成である。なお、カプセル内視鏡に応用される撮像システムAP2の撮像装置Aとしては、実施の形態1、および3から12の撮像装置Aを用いることができる。
本実施の形態15は、実施の形態3の撮像システムAP2を電子ミラーに応用した構成である。なお、撮像システムAP2における撮像装置Aとしては、実施の形態1、および3から12の撮像装置Aを用いることができる。
実施の形態1から10および12は、信号処理部Cを備えた構成であるが、信号処理部Cを備えていなくてもよい。その場合、撮像装置の外部のパーソナルコンピュータ等を用いて、信号処理部Cが行う処理を行えばよい。すなわち、本発明は、レンズ光学系L、アレイ状光学素子Kおよび撮像素子Nを備える撮像装置と、外部の信号処理装置とを備えるシステムによっても実現することができる。
L レンズ光学系
L1s、L1p 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、M2、Md アレイ状光学素子における光学要素
Ms 撮像素子上のマイクロレンズ
P1〜P4 撮像素子上の画素
C 信号処理部
Claims (34)
- 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複数の第1の画素と複数の第2の画素とを少なくとも有する撮像素子と、
前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子と、
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と、
を備え、
前記レンズ光学系は、複数の光学領域を有し、前記複数の光学領域は、第1の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第1の光学領域と、任意の方向に振動する光を透過する第2の光学領域と、を少なくとも含み、
前記アレイ状光学素子の前記複数の光学要素は、前記第1の光学領域を通過した光を前記複数の第1の画素に入射させ、前記第2の光学領域を通過した光を前記複数の第2の画素に入射させ、
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、撮像装置。 - 前記第1の光学領域は第1の波長帯域の光を透過し、前記第2の光学領域は第2の波長帯域の光を透過する、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1の波長帯域は、近紫外光の波長帯域である、請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第1の波長帯域は、400nmから600nmの波長帯域の中の所定の帯域を含んでいる、請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第1の波長帯域は、近赤外光の波長帯域である、請求項2に記載の撮像装置。
- 前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第1、第2の光学領域以外の第3の光学領域をさらに備え、
前記第3の光学領域は、前記第1の偏光軸とは異なる方向の第2の偏光軸の方向に振動する光を主に透過し、
前記アレイ状光学素子は、前記第3の光学領域を通過した光を、前記複数の第1、第2の画素以外の複数の第3の画素に入射させる、請求項1から5のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第1、および第2の光学領域以外の第3、および第4の光学領域をさらに備え、
前記第1、第2、第3、および第4の光学領域は、それぞれ互いに異なる第1、第2、第3、および第4の波長帯域の光を透過し、
前記アレイ状光学素子は、前記第3、および第4の光学領域を通過した光を、前記複数の第1、および第2画素以外の複数の第3、および第4の画素にそれぞれ入射させる、請求項1から5のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記レンズ光学系の前記複数の光学領域は、前記第1、および第2の光学領域以外の第3、および第4の光学領域をさらに備え、
前記第1、および第3の光学領域は、同じ波長帯域の光を透過し、第2、および第4の光学領域は、それぞれ前記第1、および前記第3の光学領域を透過する光の波長帯域とはそれぞれ異なる波長帯域の光を透過し、
前記アレイ状光学素子は、前記第3、および第4の光学領域を通過した光を、前記複数の第1、および第2の画素以外の複数の第3、および第4の画素にそれぞれ入射させる、請求項1から5のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記第3の光学領域は、前記第1の偏光軸と異なる第2の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する、請求項8に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子は、前記レンズ光学系が通過した光が入射する複数の第3、および第4の画素をさらに有し、
前記複数の光学領域は、第3、第4の光学領域をさらに含み、
前記第3の光学領域は、任意の方向に振動する光を透過し、
前記アレイ状光学素子は、前記第3、および第4の光学領域を通過した光を、前記複数の第3、および第4の画素にそれぞれ入射させ、
前記複数の第1、第2、および第3の画素は、第1、第2および第3の分光透過率特性を有するフィルタをそれぞれ有する、請求項1に記載の撮像装置。 - 前記複数の第4の画素は、前記第1の分光透過率特性を有し、
前記第4の光学領域は、所定の波長帯域の光を透過し、かつ前記第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透過する、請求項10に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子の前記第1、第2、第3および第4の画素がベイヤー配列で構成されている、請求項11に記載の撮像装置。
- 所定帯域の光を透過するフィルタを備え、かつ第1の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第1の領域と、前記第1の領域とは異なる位置に配置され、任意の方向に振動する光を透過する第2の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複数の第1の画素と、第1の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第2の画素と、第2の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第3の画素と、第3の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第4の画素とを有する撮像素子と、
前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子と、
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と、
を備え、
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を前記複数の第2、第3、及び第4の画素に入射させ、
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、撮像装置。 - 第1の偏光軸の方向に振動する光を主に透過する第1の領域と、前記第1の領域とは異なる位置に配置され、任意の方向に振動する光を透過する第2の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第1の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第1および第2の画素と、第2の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第3の画素と、第3の分光透過率特性を有するフィルタを備える複数の第4の画素と
を含む複数の画素および撮像面を有する撮像素子と、
前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、レンズ面をそれぞれ有する複数の光学要素を含むアレイ状光学素子と、
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と、
を備え、
前記複数の画素は、第1の方向に1からl個(lは2以上の整数)の画素が配列した一行の画素群が、第2の方向に1からm行目(mは2以上の整数)までのm行に配列されることによって、前記撮像面に配置され、
前記m行のうちj行目(1≦j<m)に配列されたl個の画素の前記第1の方向における中心の各位置は、j+1行目に配列されたl個の画素の前記第1の方向における中心の各位置と略同一であり、
前記複数の光学要素は、前記アレイ状光学素子の表面において、前記第2の方向に1からs個(sは2以上の整数)の光学要素を配列した一列の光学要素群が、前記第1の方向に1からt列目(tは2以上の整数)までのt列に配列され、前記t列のうちk列目(1≦k<t)に配置される光学要素の前記第2の方向における中心の位置は、k+1列目に配置される光学要素の前記第2の方向における中心の位置から、前記第2の方向にずれており、
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、撮像装置。 - 前記複数の第1の画素は、第1Aおよび第1Bの画素を有し、前記複数の第2の画素は、第2Aおよび第2Bの画素を有し、前記複数の第3の画素は、第3Aおよび第3Bの画素を有し、前記複数の第4の画素は、第4Aおよび第4Bの画素を有し、
前記k行目における光学要素は、前記第1の領域を通過した光を前記第1Aの画素と前記第3Aの画素に入射させ、前記第2の領域を通過した光を前記第2Bの画素と前記第4Bの画素に入射させ、
前記k+1行目における光学要素は、前記第1の領域を通過した光を複数の第2Aの画素と前記第4Aの画素に入射させ、前記第2の領域を通過した光を前記第1Bの画素と前記第3Bの画素に入射させる、請求項1から3のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記複数の光学領域において、少なくとも2つ以上の光学領域は互いに異なる光学パワ
ーを有し、
前記複数の光学領域の光学パワーが互いに等しい場合と比較して、
前記複数の光学領域を透過した光の合焦位置が互いに近い、請求項1から15のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記第1の領域および前記第2の領域の境界部に対応する位置に遮光領域をさらに備える、請求項1から16のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記レンズ光学系が像側テレセントリック光学系である、請求項1から17のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記レンズ光学系は像側非テレセントリック光学系であって、
前記レンズ光学系の光軸外において前記アレイ状光学素子の配列を前記撮像素子の画素の配列に対してオフセットさせている、請求項1から17のいずれかに記載の撮像装置。 - 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のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記アレイ状光学素子において、前記複数の光学要素の前記レンズ面はそれぞれシ第1の方向に伸びるシリンドリカル面であり、前記複数の光学要素は、第2の方向に配置され、
前記複数の光学要素のそれぞれは、1行の前記複数の第1の画素と1行の前記複数の第2の画素からなる2行の画素に対応するように配置されている、請求項20に記載の撮像装置。 - 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7から15のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記アレイ状光学素子において、前記複数の光学要素の前記レンズ面はそれぞれ回転対称形状を有する、請求項22に記載の撮像装置。
- 前記複数の光学要素のそれぞれは、前記複数の第1の画素のうちの1つ、前記複数の第2の画素のうちの1つ、前記複数の第3の画素のうちの1つ、および前記複数の第4の画素のうちの1つ、に対応するように配置されている、請求項23に記載の撮像装置。
- 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は、バイナリー回折光学素子、もしくはマルチレベル回折光学素子である、請求項1から24のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記レンズ光学系は絞りをさらに備え、
前記複数の光学領域は、前記絞り近傍に配置されている、請求項1から25のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記第1、第2、第3、および第4の光学領域のうち少なくとも1つの光学領域は、前記絞りによって光学領域の面積を他の光学領域の面積に対して異ならせている、請求項26に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子において取得された信号に基づいて画像を生成する信号処理部をさらに備える、請求項1から27のいずれかに記載の撮像装置。
- 請求項1から27のいずれかに記載の撮像装置と、
前記撮像装置において取得された信号に基づいて画像を生成する信号処理部とをさらに備える、撮像システム。 - 請求項1から27のいずれかに記載の撮像装置と、
偏光照明とを備える撮像システム。 - 無偏光照明をさらに備える、請求項30に記載の撮像システム。
- 請求項1から27のいずれかに記載の少なくとも1つの撮像装置と、
偏光照明と、
前記撮像装置において取得された画像を表示する表示装置とを備える、撮像システム。 - 前記少なくとも1つの撮像装置は2つの撮像装置であって、
前記表示装置は、前記2つの撮像装置において取得された2つの画像を表示する、請求項32に記載の撮像システム。 - 前記表示装置は、被写体側に偏光フィルタを備える液晶ディスプレイであって、
前記液晶ディスプレイにおける前記偏光フィルタの偏光軸の方向が前記偏光照明の偏光軸の方向と等しい、請求項32または33に記載の撮像システム。
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TWM422085U (en) | Multiple lens image acquisition module |
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