JPWO2017104017A1

JPWO2017104017A1 - 撮像装置

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Abstract

撮像装置は、ステージと、撮像素子と、複数のレンズと、複数の絞りと、調整部と、制御部とを有する。前記複数のレンズの各々を通過した光は、前記複数の絞りのいずれか１つを通過する。前記制御部は、前記複数のレンズによって前記撮像素子に投影される複数の像の前記有効領域の大きさが第１の基準値以上になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御する。前記有効領域は、前記複数の像の各々が投影された領域から、隣接する２つの前記像が重なる領域を除いた領域である。

Description

本発明は、撮像装置に関する。

複数のマイクロレンズが配置されたレンズアレイを用いた撮像方法が開示されている。レンズの中心から被写体までの距離（物体距離）およびレンズの焦点距離は、レンズの径に比例する。したがって、径が大きいレンズの代わりに径の小さいマイクロレンズを使用することにより、物体距離および焦点距離が短くなる。このため、光学系の薄型化が可能になる。

しかし、マイクロレンズに入射する光の広がり角（最大入射角）に応じて、隣接するレンズにより投影された２つの像の間にクロストークまたはギャップが発生することがある。クロストークは、２つの像が重なった部分である。ギャップは、２つの像の隙間である。クロストークにおいて、互いに重なる２つの像の各々の情報が個別に得られないため、被写体の情報が失われる。ギャップは暗いため、ギャップから被写体の情報が得られない。

レンズを通過する光の広がり角を制御することにより、クロストークおよびギャップは解消される。例えば、特許文献１に開示された技術において、十分な広がり角を持つ光が入射する２枚のレンズアレイの間に絞りアレイが配置される。２枚のレンズアレイの各々の表面に複数のマイクロレンズが配置されている。絞りアレイは、広がり角が大きい光の成分を遮断することにより、隣接する２つの像の間のクロストークを抑制する。

日本国特開２０１１−２０３７９２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、絞りアレイの開口は固定されている。結像倍率の変更のために被写体とレンズと撮像素子との各々の間の距離が変更された場合、レンズを通過する光の角度が変化する。このため、クロストークまたはギャップが発生する可能性がある。この結果、撮像素子によって撮影された画像から得られる被写体の情報が低減する。

本発明は、レンズによって投影された像におけるクロストークまたはギャップを低減することができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、撮像装置は、ステージと、撮像素子と、複数のレンズと、複数の絞りと、調整部と、制御部とを有する。前記ステージは、被写体であるサンプルを保持する。前記撮像素子は、前記サンプルを撮像する。前記複数のレンズは、前記ステージと前記撮像素子との間に配置され、かつ前記サンプルの像を前記撮像素子に投影する。前記複数の絞りは、前記複数のレンズと前記撮像素子との間に配置され、かつ開口を有する。前記調整部は、前記撮像素子の光軸方向における前記ステージの位置を調整し、かつ前記撮像素子の前記光軸方向における前記撮像素子および前記複数のレンズの少なくとも１つの位置を調整する。前記複数のレンズの各々を通過した光は、前記複数の絞りのいずれか１つを通過する。前記制御部は、前記複数のレンズによって前記撮像素子に投影される複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値以上になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御する。前記有効領域は、前記複数の像の各々が投影された領域から、隣接する２つの前記像が重なる領域を除いた領域である。前記第１の基準値は、隣接する２つの前記像が接するときの前記有効領域の大きさである。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、前記複数の像の前記有効領域の大きさが前記第１の基準値になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御してもよい。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様において、前記複数のレンズに含まれる、隣接する２つの前記レンズが接するように前記複数のレンズは配置されてもよい。前記制御部は、前記複数の像の大きさが前記複数のレンズの大きさと同一になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御してもよい。

本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、前記複数の像の前記有効領域の大きさが前記第１の基準値以上かつ第２の基準値以下になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御してもよい。前記第２の基準値は、前記有効領域の大きさの最大値である。

本発明の第５の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、前記複数の絞りの全てにおける前記開口が閉じるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径を制御してもよい。前記複数の絞りの全てにおける前記開口が閉じた後、前記制御部は、前記複数の像のうち隣接する２つの前記像が接するまで、前記複数の絞りの全てにおける前記開口が徐々に開くように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径を制御してもよい。

本発明の第６の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、前記複数の像のうち隣接する２つの前記像が重なるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径を制御してもよい。前記複数の像のうち隣接する２つの前記像が重なった後、前記制御部は、前記複数の像のうち隣接する２つの前記像が接するまで、前記複数の絞りの全てにおける前記開口が徐々に閉じるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径を制御してもよい。

本発明の第７の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数のレンズと前記複数の絞りと前記撮像素子との位置に基づいて前記有効領域の大きさを算出してもよい。前記制御部は、算出された前記有効領域の大きさに基づいて、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御してもよい。

本発明の第８の態様によれば、第１の態様において、前記有効領域の大きさが所定の大きさになった後、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数のレンズと前記複数の絞りと前記撮像素子との少なくとも１つの位置が変更される場合、前記制御部は、前記有効領域の大きさが前記所定の大きさに固定されるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御してもよい。前記所定の大きさは、前記第１の基準値以上である。

上記の各態様によれば、制御部は、複数のレンズによって撮像素子に投影される複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値以上になるように、複数の絞りの各々における開口の径と、撮像素子の光軸方向における複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御する。これによって、撮像装置は、レンズによって投影された像におけるクロストークまたはギャップを低減することができる。

本発明の第１の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態において、サンプルの領域と、その領域の像が投影される撮像素子の領域とを示す模式図である。本発明の第１の実施形態において、撮像素子とレンズと絞りとの位置を示す模式図である。本発明の第１の実施形態の撮像素子に投影された複数の像を示す参考図である。本発明の第１の実施形態の撮像素子に投影された複数の像を示す参考図である。本発明の第１の実施形態の撮像素子に投影された複数の像を示す参考図である。本発明の第１の実施形態における有効領域を示すグラフである。

図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の撮像装置１０の構成を示している。図１に示すように、撮像装置１０は、ステージ２０と、撮像素子３０と、複数のレンズ４０と、複数の絞り５０と、調整部６０と、制御部７０とを有する。図１に示す各構成は、ハードウェアである。図１において、ステージ２０と、撮像素子３０と、複数のレンズ４０と、複数の絞り５０とを通る断面が示されている。この断面は、ステージ２０が有する面１００に垂直である。

ステージ２０は、被写体であるサンプル９０を保持する。撮像素子３０は、サンプル９０を撮像する。複数のレンズ４０は、ステージ２０と撮像素子３０との間に配置され、かつサンプル９０の像を撮像素子３０に投影する。複数の絞り５０は、複数のレンズ４０と撮像素子３０との間に配置され、かつ開口５１を有する。調整部６０は、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１におけるステージ２０の位置を調整し、かつ撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における撮像素子３０および複数のレンズ４０の少なくとも１つの位置を調整する。複数のレンズ４０の各々を通過した光は、複数の絞り５０のいずれか１つを通過する。制御部７０は、複数のレンズ４０によって撮像素子３０に投影される複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値以上になるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。有効領域は、複数の像の各々が投影された領域から、隣接する２つの像が重なる領域を除いた領域である。第１の基準値は、隣接する２つの像が接するときの有効領域の大きさである。

図１に示す構成の詳細を説明する。ステージ２０は、サンプル９０が配置される面１００を有する。サンプル９０からの光は面１００を透過する。ステージ２０は、板状に構成されている。例えば、ステージ２０は、ガラスまたはポリカーボネイトのように光を透過する材料で構成されている。ステージ２０は、サンプル９０の側面を保持することができるように構成されてもよい。ステージ２０は、不透明な材料で構成され、かつサンプル９０が配置される部分に形成された開口を有してもよい。

複数のレンズ４０は、マイクロレンズである。複数のレンズ４０は、２次元に配置され、かつステージ２０を透過した光を集光する。複数のレンズ４０は、細密充填構造となるように配置されてもよい。例えば、２つ以上のレンズ４０の中心（主点）は、面１０１に配置される。つまり、面１０１は、２つ以上のレンズ４０の中心を通る面である。面１０１は、複数のレンズ４０が配置された２次元方向に平行である。例えば、面１０１は、面１００と平行である。図１において、面１０１の断面が破線で示されている。

図１において、複数のレンズ４０のそれぞれは独立的に形成されている。１つの基体に対して複数のレンズ４０がアレイ状に形成されてもよい。この場合、基体と複数のレンズ４０とは一体化されている。例えば、レンズ４０の形状は円である。レンズ４０の形状は、三角形、四角形、および六角形等の多角形であってもよい。

複数のレンズ４０は、ステージ２０を透過した光に基づくサンプル９０の像を撮像素子３０に投影する。例えば、複数のレンズ４０の各々によって投影されるサンプル９０の像（イメージサークル）は、円状である。複数のレンズ４０の各々によって投影されるサンプル９０の像は、多角形状であってもよい。

複数の絞り５０の各々は、複数のレンズ４０のいずれか１つに対応する。複数の絞り５０の開口５１の径は変更できる。例えば、複数の絞り５０は、虹彩絞りのような機械的な絞りである。複数の絞り５０は、液晶のような電気的な絞りであってもよい。複数の絞り５０が複数のレンズ４０の焦点位置の近傍に配置された場合、複数の絞り５０は、光の広がり角を広範囲に制御することができる。

例えば、撮像素子３０は、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）またはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）が搭載されたイメージセンサである。複数のレンズ４０および複数の絞り５０を通過した光が撮像素子３０に入射する。撮像素子３０は、その光に基づく画像信号を出力する。撮像素子３０は、複数のレンズ４０および複数の絞り５０を通過した光が入射する複数の画素が配置された面１０２（撮像面）を有する。例えば、面１０２は、面１００と平行である。複数の画素の各々は、複数の画素の各々に入射した光に基づく画像信号を出力する。

調整部６０は、１つまたは複数のプロセッサで構成されている。プロセッサは、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等を含む。調整部６０は、ステージ２０と撮像素子３０と複数のレンズ４０とを撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１に駆動する駆動回路を含んでもよい。調整部６０は、サンプル９０の像が撮像素子３０の面１０２に投影されるように、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１におけるステージ２０と撮像素子３０と複数のレンズ４０との位置を調整する。調整部６０は、撮像素子３０および複数のレンズ４０のうち撮像素子３０のみの位置を調整してもよい。調整部６０は、撮像素子３０および複数のレンズ４０のうち複数のレンズ４０のみの位置を調整してもよい。

制御部７０は、１つまたは複数のプロセッサで構成されている。制御部７０は、画像信号を処理する画像処理回路を含んでもよい。あるいは、撮像装置１０は、制御部７０から独立した画像処理回路を有してもよい。制御部７０は、撮像素子３０から出力された画像信号に基づいて、複数のレンズ４０によって撮像素子３０に投影された像の有効領域の大きさを検出する。あるいは、制御部７０は、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１におけるステージ２０と撮像素子３０と複数のレンズ４０との位置に基づいて、複数のレンズ４０によって撮像素子３０に投影された像の有効領域の大きさを検出する。制御部７０は、複数の絞り５０の開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置とのうち複数の絞り５０の開口５１の径のみを制御してもよい。あるいは、制御部７０は、複数の絞り５０の開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置とのうち撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置のみを制御してもよい。制御部７０は、調整部６０を介して、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置を制御する。

調整部６０によるステージ２０と撮像素子３０と複数のレンズ４０との位置の調整について説明する。調整部６０は、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１におけるこれらの要素の位置を調整することにより、任意の結像倍率を実現する。サンプル９０と複数のレンズ４０との距離がａと定義され、複数のレンズ４０と撮像素子３０との距離がｂと定義され、複数のレンズ４０の焦点距離がｆと定義され、結像倍率がβと定義された場合、式（１）および式（２）が成り立つ。一般的に、複数のレンズ４０の焦点距離ｆは、固定値である。

結像倍率βが設定された場合、調整部６０は、式（１）および式（２）に基づいて、任意の結像倍率βに対応する距離ａおよび距離ｂを算出する。調整部６０は、サンプル９０と複数のレンズ４０との距離が距離ａになるように、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１におけるステージ２０の位置を調整する。調整部６０は、必要に応じて、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数のレンズ４０の位置を調整する。調整部６０は、複数のレンズ４０と撮像素子３０との距離が距離ｂになるように、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数のレンズ４０および撮像素子３０の少なくとも１つの位置を調整する。

撮像素子３０に投影される像について説明する。図２は、サンプル９０の領域Ｓ１と、領域Ｓ１の像が投影される撮像素子３０の領域Ｓ２とを示している。図２において、撮像素子３０と、レンズ４０と、絞り５０と、サンプル９０とを通る断面が示されている。

レンズ４０によって撮像素子３０に投影される光のうち領域Ｓ１の端部を通過する光Ｌ１および光Ｌ２は、レンズ４０の端部と絞り５０の端部とを通過する。光Ｌ１および光Ｌ２は、撮像素子３０の領域Ｓ２に入射する。レンズ４０によって撮像素子３０に投影される像の大きさは、領域Ｓ２の大きさと同一である。領域Ｓ２の大きさは、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１におけるステージ２０と撮像素子３０と複数のレンズ４０との位置に基づく。また、領域Ｓ２の大きさは、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１と垂直な方向Ｄｒ２におけるレンズ４０の端部の位置および絞り５０の端部の位置に基づく。

図３は、撮像素子３０とレンズ４０と絞り５０との位置を示している。図３において、撮像素子３０とレンズ４０と絞り５０とを通る断面が示されている。光軸Ａ１とレンズ４０の端部との距離がＷｍと定義され、光軸Ａ１と絞り５０の端部との距離がＷａと定義され、光軸Ａ１と撮像素子３０の領域Ｓ２の端部との距離がＷｉと定義され、レンズ４０と撮像素子３０との距離がＤｍと定義され、絞り５０と撮像素子３０との距離がＤｉと定義された場合、式（３）が成り立つ。光軸Ａ１は、レンズ４０の中心を通る。距離Ｗａは、絞り５０の開口５１の半径である。

制御部７０は、式（３）に基づいて距離Ｗｉを算出することができる。距離Ｗｉは、領域Ｓ２の大きさを示す。つまり、制御部７０は、式（３）に基づいて、レンズ４０によって撮像素子３０に投影される像の大きさを算出することができる。

制御部７０は、撮像素子３０から出力された画像信号に基づいて、領域Ｓ２の大きさを算出してもよい。例えば、制御部７０は、画像信号の輝度が所定値以上である領域を検出することにより領域Ｓ２を検出し、かつ検出された領域Ｓ２の画素数に基づいて領域Ｓ２の大きさを算出してもよい。

撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１に垂直な方向Ｄｒ２における絞り５０の端部の位置が変化することにより、距離Ｗａが変化する。距離Ｗａが変化した場合、式（３）が示すように距離Ｗｉが変化する。つまり、絞り５０の開口５１の径が変化することにより、撮像素子３０の領域Ｓ２の大きさが変化する。制御部７０は、絞り５０の開口５１の径を制御することにより、レンズ４０によって撮像素子３０に結像される像の大きさを制御することができる。

撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における絞り５０の位置が変化することにより、距離Ｄｍおよび距離Ｄｉが変化する。距離Ｄｍおよび距離Ｄｉが変化した場合、式（３）が示すように距離Ｗｉが変化する。つまり、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における絞り５０の位置が変化することにより、撮像素子３０の領域Ｓ２の大きさが変化する。制御部７０は、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における絞り５０の位置を制御することにより、レンズ４０によって撮像素子３０に結像される像の大きさを制御することができる。

有効領域について説明する。図４は、撮像素子３０に投影された複数の像を示している。図４において、４つのレンズ４０によって投影された像２００と像２０１と像２０２と像２０３とが示されている。隣接する２つのレンズ４０によって結像された２つの像においてクロストークが発生する。クロストークは、隣接する２つの像が重なる領域である。図４において、クロストーク２０４とクロストーク２０５とクロストーク２０６とクロストーク２０７とが示されている。図４において、各クロストークは、複数のレンズ４０の配列における行方向または列方向に隣接する２つの像において発生する。クロストーク２０４は、像２００および像２０１が重なる領域である。クロストーク２０５は、像２００および像２０２が重なる領域である。クロストーク２０６は、像２０１および像２０３が重なる領域である。クロストーク２０７は、像２０２および像２０３が重なる領域である。

隣接する２つのレンズ４０によって結像された２つの像の間にギャップが発生する。ギャップは、隣接する２つの像の隙間である。図４において、像２００および像２０３の間かつ像２０１および像２０２の間のギャップ２０８が示されている。図４において、ギャップ２０８は、複数のレンズ４０の配列における行方向および列方向と異なる方向に隣接する２つの像の間に発生する。

図４に示す各クロストークにおいて、互いに重なる２つの像の各々の情報が個別に得られない。このため、各クロストークに対応する画素の画素信号からサンプル９０の情報が失われる。図４に示すギャップ２０８は暗い。このため、ギャップ２０８に対応する画素の画素信号からサンプル９０の情報が得られない。撮像素子３０の画素を有効に使用するために、制御部７０は、有効領域が大きくなるように、絞り５０の開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。有効領域は、複数の像の各々が投影された領域から、隣接する２つの像が重なる領域を除いた領域である。図４において、像２００が投影された領域からクロストーク２０４およびクロストーク２０５を除いた領域が像２００の有効領域である。像２０１が投影された領域からクロストーク２０４およびクロストーク２０６を除いた領域が像２０１の有効領域である。像２０２が投影された領域からクロストーク２０５およびクロストーク２０７を除いた領域が像２０２の有効領域である。像２０３が投影された領域からクロストーク２０６およびクロストーク２０７を除いた領域が像２０３の有効領域である。有効領域が大きくなることにより、クロストークおよびギャップが小さくなる。

撮像素子３０に投影された像の中心は、レンズ４０の中心と一致する。制御部７０は、撮像素子３０に投影された像の大きさを式（３）に基づいて算出することができる。制御部７０は、撮像素子３０に投影された像の中心の位置および像の大きさに基づいて、クロストークおよびギャップの位置と大きさとを算出することができる。このため、制御部７０は、有効領域の大きさを算出することができる。

上記のように、制御部７０は、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数のレンズ４０と複数の絞り５０と撮像素子３０との位置に基づいて有効領域の大きさを算出する。制御部７０は、算出された有効領域の大きさに基づいて、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。

制御部７０は、画像信号の輝度に基づいて、撮像素子３０に投影された像の中心の位置および像の大きさを検出することができる。撮像素子３０によって撮影された画像において、クロストークの輝度は高く、かつギャップの輝度は低い。このため、制御部７０は、画像信号の輝度に基づいてクロストークおよびギャップの位置と大きさとを検出することができる。つまり、制御部７０は、画像信号の輝度に基づいて、有効領域の大きさを算出することができる。

制御部７０が複数の絞り５０の各々における開口５１の径を個別に制御する場合、複数のレンズ４０の各々の径および曲率が同一でなくてもよい。複数のレンズ４０の各々の径および曲率が同一である場合、制御部７０は、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置を制御してもよい。

制御部７０が撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置を制御する場合、制御部７０は複数の絞り５０の径を制御しなくてもよい。つまり、複数の絞り５０の径を変更するための駆動部が不要であってもよい。複数の絞り５０の駆動部が減ることにより、複数の絞り５０の駆動部が故障するリスクが低減する。

（第１の動作）
制御部７０による第１の動作を説明する。第１の動作において、制御部７０は、複数のレンズ４０によって撮像素子３０に結像される複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値になるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。

図５および図６は、撮像素子３０に投影された複数の像を示している。図５において、４つのレンズ４０によって投影された像２００と像２０１と像２０２と像２０３とが示されている。図５において、隣接する２つの像の有効領域の大きさが第１の基準値である状態が示されている。像２００および像２０１が接する。このため、像２００および像２０１においてクロストークは発生していない。像２００および像２０２が接する。このため、像２００および像２０２においてクロストークは発生していない。像２０１および像２０３が接する。このため、像２０１および像２０３においてクロストークは発生していない。像２０２および像２０３が接する。このため、像２０２および像２０３においてクロストークは発生していない。

図６において、３つのレンズ４０によって投影された像２００と像２０１と像２０２とが示されている。図５と図６とにおいて、レンズ４０の配列が異なる。図６において、隣接する２つの像の有効領域の大きさが第１の基準値である状態が示されている。像２００および像２０１が接する。このため、像２００および像２０１においてクロストークは発生していない。像２００および像２０２が接する。このため、像２００および像２０２においてクロストークは発生していない。像２０１および像２０２が接する。このため、像２０１および像２０２においてクロストークは発生していない。

第１の動作において、制御部７０は、隣接する２つの像が重ならないように、すなわち隣接する２つの像にクロストークが発生しないように、上記の制御を行う。各像が接するとき、各像が接していないときのギャップ２０８と比較して、ギャップ２０８は小さい。制御部７０は、全ての像の有効領域の大きさが第１の基準値になるように、上記の制御を行う。レンズ４０の大きさが均一でない場合、レンズ４０の大きさに応じて、各レンズ４０に対応する像の有効領域の第１の基準値が設定されてもよい。

第１の動作において複数の絞り５０の開口５１の径を制御する具体例を説明する。第１の動作の第１の例において、制御部７０は、複数の絞り５０の全てにおける開口５１が閉じるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径を制御する。複数の絞り５０の全てにおける開口５１が閉じた後、制御部７０は、複数の像のうち隣接する２つの像が接するまで、複数の絞り５０の全てにおける開口５１が徐々に開くように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径を制御する。

第１の動作の第１の例において、複数の絞り５０の全てにおける開口５１が閉じた後、制御部７０が複数の絞り５０の開口５１を徐々に開くことにより、複数の像は徐々に大きくなり、かつギャップは徐々に小さくなる。図５および図６に示すように、隣接する２つの像の中心Ｃ１および中心Ｃ２を通る直線Ｌ３にギャップがなくなるまで、制御部７０は、複数の絞り５０の開口５１を開く。複数の像のうち隣接する２つの像が接したとき、制御部７０は、複数の絞り５０の各々における開口５１の径を固定する。

制御部７０は以下の方法により複数の絞り５０の開口５１の径を制御してもよい。第１の動作の第２の例において、制御部７０は、複数の像のうち隣接する２つの像が重なるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径を制御する。複数の像のうち隣接する２つの像が重なった後、制御部７０は、複数の像のうち隣接する２つの像が接するまで、複数の絞り５０の全てにおける開口５１が徐々に閉じるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径を制御する。

第１の動作の第２の例において、複数の絞り５０の開口５１が最大になった後、制御部７０は、複数の絞り５０の開口５１を徐々に閉じてもよい。複数の絞り５０の開口５１が徐々に閉じることにより、複数の像は徐々に小さくなり、かつクロストークは徐々に小さくなる。図５および図６に示すように、隣接する２つの像の中心Ｃ１および中心Ｃ２を通る直線Ｌ３にクロストークがなくなるまで、制御部７０は、複数の絞り５０の開口５１を閉じる。複数の像のうち隣接する２つの像が接したとき、制御部７０は、複数の絞り５０の各々における開口５１の径を固定する。

第１の動作によって、制御が容易になり、かつ制御時間が短縮される。

（第２の動作）
制御部７０による第２の動作を説明する。第２の動作において、複数のレンズ４０に含まれる、隣接する２つのレンズ４０が接するように複数のレンズ４０は配置されている。制御部７０は、複数の像の大きさが複数のレンズ４０の大きさと同一になるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。

複数のレンズ４０の配置に応じて、効率の良い複数の像の配置を決定できる場合がある。例えば、径が同一である複数のレンズ４０が互いに接している場合、複数の像の径が複数のレンズ４０の径と同一になったとき、複数の像が互いに接する。このとき、有効領域の大きさは第１の基準値である。例えば、結像倍率が変更されるとき、制御部７０は、結像倍率の変更と並行して上記の制御を行うことができる。これによって、制御が容易になり、かつ制御時間が短縮される。

（第３の動作）
制御部７０による第３の動作を説明する。第３の動作において、制御部７０は、複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値以上かつ第２の基準値以下になるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。第２の基準値は、有効領域の大きさの最大値である。

第３の動作において、制御部７０は、全ての像の有効領域の大きさが第１の基準値以上かつ第２の基準値以下になるように、上記の制御を行う。第２の基準値は、第１の基準値と異なる。レンズ４０の大きさが均一でない場合、レンズ４０の大きさに応じて、各レンズ４０に対応する有効領域の第１の基準値および第２の基準値が設定されてもよい。

第３の動作の具体例を説明する。制御部７０は、式（３）に基づいて、絞り５０の開口５１の複数の径の各々に対応する有効領域の大きさを算出する。あるいは、制御部７０は、式（３）に基づいて、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における絞り５０の複数の位置の各々に対応する有効領域の大きさを算出する。これによって、絞り５０の開口５１の径または絞り５０の位置に応じた有効領域の複数の大きさが算出される。制御部７０は、算出された有効領域の大きさの最大値を第２の基準値として認識する。また、制御部７０は、式（３）に基づく幾何学計算により、隣接する２つの像が接するときの有効領域の大きさ、すなわち第１の基準値を算出する。その後、制御部７０は、有効領域の大きさが第１の基準値以上かつ第２の基準値以下になるように、複数の絞り５０の開口５１の径と複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。

制御部７０は、複数の絞り５０の開口５１の径と複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを変化させながら、画像信号に基づいて有効領域の大きさを算出してもよい。これによって、制御部７０は、有効領域の複数の大きさを算出する。制御部７０は、算出された有効領域の大きさの最大値を第２の基準値として認識する。また、制御部７０は、隣接する２つの像が接するときの有効領域の大きさを第１の基準値として認識する。その後、制御部７０は、有効領域の大きさが第１の基準値以上かつ第２の基準値以下になるように、複数の絞り５０の開口５１の径と複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。

図７は、複数の像の全ての径が同一である場合における１つの像の有効領域の大きさを示している。図７に示すグラフの横方向は、絞り５０の開口５１の径を示す。絞り５０の開口５１の径は、図７に示すグラフの右方向に増加する。図７に示すグラフの縦方向は、有効領域の大きさを示す。有効領域の大きさは、図７に示すグラフの上方向に増加する。有効領域の大きさは、その最大値に対する割合（％）として示されている。

絞り５０の開口５１の径がＲ１であるとき、有効領域の大きさは最大（１００％）である。絞り５０の開口５１の径がＲ１以下である範囲Ｗ１において、絞り５０の開口５１の径が増加するにつれて、有効領域の大きさは急激に増加する。絞り５０の開口５１の径がＲ２であるとき、隣接する２つの像が接する。このとき、有効領域の大きさは、その最大値の約９５％である。絞り５０の開口５１の径がＲ２以上かつＲ１以下である範囲Ｗ２において、クロストークが発生する。範囲Ｗ２において、絞り５０の開口５１の大きさの増加量がクロストークの増加量よりも大きい。このため、範囲Ｗ２において、絞り５０の開口５１の径が増加するにつれて、有効領域の大きさは緩やかに増加する。絞り５０の開口５１の径がＲ２以上である場合、クロストークにより、絞り５０の開口５１の径の変化量に対する有効領域の大きさの変化量は小さい。絞り５０の開口５１の径がＲ１以上である範囲Ｗ３において、クロストークの増加量が絞り５０の開口５１の大きさの増加量よりも大きい。このため、範囲Ｗ３において、絞り５０の開口５１の径が増加するにつれて、有効領域の大きさは減少する。

範囲Ｗ１において、各像が接していないため、ギャップが大きい。さらに、図７に示すように、範囲Ｗ１において、有効領域の大きさは小さい。範囲Ｗ３において、ギャップは小さいか、または発生しない。しかし、範囲Ｗ３において、絞り５０の開口５１の径が増加するにつれて、有効領域の大きさは減少する。このため、第３の動作において、制御部７０は、範囲Ｗ２において制御を行う。

制御部７０は、複数の像の有効領域の大きさが第２の基準値になるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御してもよい。つまり、制御部７０は、複数の像の有効領域の大きさが最大になるように制御を行ってもよい。

制御部７０は、複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値以上かつ第３の基準値未満になるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御してもよい。有効領域の大きさが第３の基準値未満であるときのみ、ギャップが発生する。

第３の動作において、有効領域の大きさが第１の基準値以上かつ第２の基準値以下に制御されることにより、複数の絞り５０の開口５１の径の制御範囲または撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置の制御範囲が制限される。このため、制御が容易になり、かつ制御時間が短縮される。

（第４の動作）
制御部７０による第４の動作を説明する。第４の動作において、有効領域の大きさが所定の大きさになった後、撮像素子３０の光軸方向における複数のレンズ４０と複数の絞り５０と撮像素子３０との少なくとも１つの位置が変更される場合、制御部７０は、有効領域の大きさが所定の大きさに固定されるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。所定の大きさは、第１の基準値以上である。

第１から第３の動作により有効領域が所定の大きさになった後、結像倍率が変更される場合がある。結像倍率が変更される場合、制御部７０は、結像倍率の変化に応じて有効領域の大きさが変化しないように、複数の絞り５０の開口５１の径と複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。

第４の動作によって、制御が容易になり、かつ制御時間が短縮される。

上記のように、本発明の実施形態の制御部７０は、複数のレンズ４０によって撮像素子３０に投影される複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値以上になるように、複数の絞り５０の各々における開口５１の径と、撮像素子３０の光軸方向Ｄｒ１における複数の絞り５０の位置との少なくとも１つを制御する。これによって、撮像装置１０は、レンズ４０によって投影された像におけるクロストークまたはギャップを低減することができる。

複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値になるように制御が行われる場合、制御が容易になり、かつ制御時間が短縮される。

隣接する２つのレンズ４０が接するように複数のレンズ４０が配置されている場合、複数の像の大きさが複数のレンズ４０の大きさと同一になるように制御が行われることにより、制御が容易になり、かつ制御時間が短縮される。

複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値以上かつ第２の基準値以下になるように制御が行われる場合、制御が容易になり、かつ制御時間が短縮される。

有効領域の大きさが所定の大きさに固定されるように制御が行われる場合、制御が容易になり、かつ制御時間が短縮される。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

本発明の各実施形態によれば、撮像装置は、レンズによって投影された像におけるクロストークまたはギャップを低減することができる。

１０撮像装置
２０ステージ
３０撮像素子
４０レンズ
５０絞り
６０調整部
７０制御部

Claims

被写体であるサンプルを保持するステージと、
前記サンプルを撮像する撮像素子と、
前記ステージと前記撮像素子との間に配置され、かつ前記サンプルの像を前記撮像素子に投影する複数のレンズと、
前記複数のレンズと前記撮像素子との間に配置され、かつ開口を有する複数の絞りと、
前記撮像素子の光軸方向における前記ステージの位置を調整し、かつ前記撮像素子の前記光軸方向における前記撮像素子および前記複数のレンズの少なくとも１つの位置を調整する調整部と、
制御部と、
を有し、
前記複数のレンズの各々を通過した光は、前記複数の絞りのいずれか１つを通過し、
前記制御部は、前記複数のレンズによって前記撮像素子に投影される複数の像の有効領域の大きさが第１の基準値以上になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御し、
前記有効領域は、前記複数の像の各々が投影された領域から、隣接する２つの前記像が重なる領域を除いた領域であり、
前記第１の基準値は、隣接する２つの前記像が接するときの前記有効領域の大きさである
撮像装置。
前記制御部は、前記複数の像の前記有効領域の大きさが前記第１の基準値になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御する
請求項１に記載の撮像装置。
前記複数のレンズに含まれる、隣接する２つの前記レンズが接するように前記複数のレンズは配置され、
前記制御部は、前記複数の像の大きさが前記複数のレンズの大きさと同一になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御する
請求項１に記載の撮像装置。
前記制御部は、前記複数の像の前記有効領域の大きさが前記第１の基準値以上かつ第２の基準値以下になるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御し、
前記第２の基準値は、前記有効領域の大きさの最大値である
請求項１に記載の撮像装置。
前記制御部は、前記複数の絞りの全てにおける前記開口が閉じるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径を制御し、
前記複数の絞りの全てにおける前記開口が閉じた後、前記制御部は、前記複数の像のうち隣接する２つの前記像が接するまで、前記複数の絞りの全てにおける前記開口が徐々に開くように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径を制御する
請求項１に記載の撮像装置。
前記制御部は、前記複数の像のうち隣接する２つの前記像が重なるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径を制御し、
前記複数の像のうち隣接する２つの前記像が重なった後、前記制御部は、前記複数の像のうち隣接する２つの前記像が接するまで、前記複数の絞りの全てにおける前記開口が徐々に閉じるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径を制御する
請求項１に記載の撮像装置。
前記制御部は、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数のレンズと前記複数の絞りと前記撮像素子との位置に基づいて前記有効領域の大きさを算出し、
前記制御部は、算出された前記有効領域の大きさに基づいて、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御する
請求項１に記載の撮像装置。
前記有効領域の大きさが所定の大きさになった後、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数のレンズと前記複数の絞りと前記撮像素子との少なくとも１つの位置が変更される場合、前記制御部は、前記有効領域の大きさが前記所定の大きさに固定されるように、前記複数の絞りの各々における前記開口の径と、前記撮像素子の前記光軸方向における前記複数の絞りの位置との少なくとも１つを制御し、前記所定の大きさは、前記第１の基準値以上である
請求項１に記載の撮像装置。