JPWO2021085367A5

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Publication number: JPWO2021085367A5
Application number: JP2021553593A
Authority: JP
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2040-10-26

Description

第１２の態様に係る光学装置は第１１の態様において、偏光方向が異なる複数の偏光フィルタをさらに備え複数の偏光フィルタのうち偏光方向が同一の偏光フィルタは、波長帯域が同一の光学フィルタが装着される開口領域に配置される。

本発明に係る光学素子、光学装置、及び撮像装置の一つの実施形態は以下の通りである。説明においては、必要に応じて添付図面が参照される。

なお、上述したバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄはそれぞれ１種類の波長の光を透過させるが、バンドパスフィルタは、少なくとも１組が２種類以上の波長帯域を有していてもよい。複数のバンドパスフィルタのうち、少なくとも１組のバンドパスフィルタについては２種類以上の波長帯域を有していてもよい。ここで「１組」とは、開口領域５２Ｂ～５２Ｄの重心が重心２０Ｇに一致する組み合わせであり、例えばバンドパスフィルタ５０Ｂである。なお、重心２０Ｇに開口領域がある場合の１組とは、例えばバンドパスフィルタ５０Ａである。また、「２種類以上の波長帯域を有する」とは、透過する波長帯域が２種類以上あることであり、例えばバンドパスフィルタ５０Ｂにおいて赤色と青色の２種類の波長帯域が透過するケースがあてはまる。

また、開口領域５２Ａ～５２Ｄの重心（開口領域５２Ｂ～５２Ｄのように開口が複数ある開口領域については、複数の開口全てについての重心）の位置は一致している。ただし、全ての開口領域について重心の位置が一致していなくてもよく、少なくとも２種類の開口領域について一致していればよい。また、枠体２０を正面視した場合に、開口領域に対応して生成される像の重心が開口領域の重心（特徴点）と一致する。なお、開口領域に対応して生成される像の重心とは、撮像光学系の光軸上に位置する合焦位置のことである。

＜ケース９：単一の縦型開口を中心部に配置した場合＞
図１２は、開口１００９を用いた場合の結果を示す図である。開口１００９は、その重心１００９Ｇが撮像光学系の光軸中心と一致した単一の開口である。このような開口の場合、ケース１の開口１００１の場合と同様に、合焦状態から離れても被写体像のシフトは起きず二重像は発生しない。

ピクセルアレイ層１１０は、多数のフォトダイオード１１２を二次元的に配列して構成される。１つのフォトダイオード１１２は、１つの画素を構成する。各フォトダイオード１１２は、水平方向（ｘ軸方向）及び垂直方向（ｙ軸方向）に沿って規則的に配置される。偏光フィルタ素子アレイ層１２０は、透過させる光の偏光方向が異なる４種類の偏光フィルタ素子１２２Ａ～１２２Ｄを二次元的に配列して構成される。各偏光フィルタ素子１２２Ａ～１２２Ｄは、フォトダイオード１１２と同じ間隔で配置され、画素ごとに備えられる。各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）において、各偏光フィルタ素子１２２Ａ～１２２Ｄは、規則的に配列される。

各偏光フィルタ素子１２２Ａ～１２２Ｄは、互いに異なる偏光方向の光を透過させる。具体的には、偏光フィルタ素子１２２Ａは、偏光方向θＡ（たとえば、θＡ＝４５°）の光を透過させる。偏光フィルタ素子１２２Ｂは、偏光方向θＢ（たとえば、θＢ＝９０°）の光を透過させる。偏光フィルタ素子１２２Ｃは、偏光方向θＣ（たとえば、θＣ＝１３５°）の光を透過させる。偏光フィルタ素子１２２Ｄは、偏光方向θＤ（たとえば、θＤ＝０°）の光を透過させる。

すなわち、画素Ｐ１は、分光フィルタ素子１３２Ａ（透過波長特性Ａ）及び偏光フィルタ素子１２２Ａ（偏光方向θＡ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ２は、分光フィルタ素子１３２Ａ（透過波長特性Ａ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｂ（偏光方向θＢ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ３は、分光フィルタ素子１３２Ｂ（透過波長特性Ｂ）及び偏光フィルタ素子１２２Ａ（偏光方向θＡ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ４は、分光フィルタ素子１３２Ｂ（透過波長特性Ｂ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｂ（偏光方向θＢ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ５は、分光フィルタ素子１３２Ａ（透過波長特性Ａ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｃ（偏光方向θＣ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ６は、分光フィルタ素子１３２Ａ（透過波長特性Ａ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｄ（偏光方向θＤ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ７は、分光フィルタ素子１３２Ｂ（透過波長特性Ｂ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｃ（偏光方向θＣ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ８は、分光フィルタ素子１３２Ｂ（透過波長特性Ｂ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｄ（偏光方向θＤ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ９は、分光フィルタ素子１３２Ｃ（透過波長特性Ｃ）及び偏光フィルタ素子１２２Ａ（偏光方向θＡ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ１０は、分光フィルタ素子１３２Ｃ（透過波長特性Ｃ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｂ（偏光方向θＢ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ１１は、分光フィルタ素子１３２Ｄ（透過波長特性Ｄ）及び偏光フィルタ素子１２２Ａ（偏光方向θＡ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ１２は、分光フィルタ素子１３２Ｄ（透過波長特性Ｄ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｂ（偏光方向θＢ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ１３は、分光フィルタ素子１３２Ｃ（透過波長特性Ｃ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｃ（偏光方向θＣ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ１４は、分光フィルタ素子１３２Ｃ（透過波長特性Ｃ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｄ（偏光方向θＤ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ１５は、分光フィルタ素子１３２Ｄ（透過波長特性Ｄ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｃ（偏光方向θＣ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。また、画素Ｐ１６は、分光フィルタ素子１３２Ｄ（透過波長特性Ｄ）及び偏光フィルタ素子１２２Ｄ（偏光方向θＤ）を介して、撮像光学系１０からの光を受光する。

混信は、各画素Ｐ１～Ｐ１６に各波長帯域λ１～λ４の光が混入することで発生する。撮像光学系１０から出射した各波長帯域λ１～λ４の光が、各画素Ｐ１～Ｐ１６で受光される割合（混信比率）をｂｉｊ（ｉ＝１～１６、ｊ＝１～４）とする。例えば、ｂ１１は波長帯域λ１の光が画素Ｐ１で受光される割合、ｂ１２は、波長帯域λ２の光が画素Ｐ１で受光される割合、ｂ１３は、波長帯域λ３の光が画素Ｐ１で受光される割合、ｂ１４は、波長帯域λ４の光が画素Ｐ１で受光される割合である。以下同様に、ｂ２１～ｂ１６４が規定される。この割合ｂｉｊ（ｂ１１～ｂ１６４）は、バンドパスフィルタユニット１６のバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄが透過させる光の波長帯域λ１～λ４の設定、偏光フィルタ２１Ａ～２１Ｄが透過させる光の偏光方向θ１～θ４の設定、撮像素子１００の各画素Ｐ１～Ｐ１６の透過波長特性Ａ～Ｄ（図１８参照）の設定、及び撮像素子１００の各画素Ｐ１～Ｐ１６が受光する光の偏光方向θＡ～θＣ（図１６参照）の設定から一意に定まり、事前に求めることができる。

撮像光学系１０に入射した光は、特性の異なる４種類の光となって、撮像素子１００に入射する。具体的には、偏光方向θ１かつ波長帯域λ１の光（第１の光）、偏光方向θ２かつ波長帯域λ２の光（第２の光）、偏光方向θ３かつ波長帯域λ３の光（第３の光）、及び、偏光方向θ４かつ波長帯域λ４の光（第４の光）となって撮像素子１００に入射する。

＜バンドパスフィルタユニットの他の例（その２）＞
図２４は、バンドパスフィルタユニットの他の例（その２）を示す図である。図２４に示す態様では、バンドパスフィルタユニット２４において、バンドパスフィルタの基本パターン２６が同図の水平方向及び垂直方向に繰り返して枠体２５に装着されている（計１６個；同図の（ａ）部分を参照）。基本パターン２６は、図２４の（ｂ）部分に示すように、透過光の波長帯域が異なる４つのバンドパスフィルタ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｃ，２６Ｍから構成されている。なお、図２４に示す態様において開口領域の図示は省略するが、開口領域はバンドパスフィルタの配列に対応した配置、形状、大きさを有する。なお、第１の実施形態と同様に、透過光の波長帯域の中心が長波長であるフィルタほど、開口面積が広い開口領域に装着してもよい。

Claims

複数の開口領域を有する枠体と、
前記複数の開口領域に装着される複数の光学フィルタであって、透過光の波長帯域が異なる少なくとも２種類のフィルタを含む複数の光学フィルタと、
を備える光学素子であって、
前記少なくとも２種類のフィルタは、前記複数の開口領域のうちの異なる開口領域に別々に配置され、
前記少なくとも２種類のフィルタについて、前記開口領域の重心の位置が一致している光学素子。
前記重心は、前記開口領域によって生成される像の重心である請求項１に記載の光学素子。
前記複数の光学フィルタは、前記波長帯域に応じた開口面積を有する開口領域に装着される請求項１または２に記載の光学素子。
前記複数の光学フィルタは、前記波長帯域の中心が長波長であるフィルタほど開口面積が広い開口領域に装着される請求項３に記載の光学素子。
前記枠体は、前記枠体を正面から見た場合に前記重心に一致する特徴点を有し、
前記開口領域は、前記特徴点から離れた位置にあるほど開口面積が小さい請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子。
少なくとも１つの前記波長帯域について、前記波長帯域が同一である複数の光学フィルタが、前記複数の開口領域にそれぞれ装着される請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子。
前記複数の開口領域は、装着される光学フィルタの前記波長帯域ごとに異なる開口形状を有し、
前記複数の光学フィルタは、前記波長帯域ごとに異なる形状であって前記開口形状に対応した形状を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の光学素子。
前記複数の光学フィルタは、前記複数の開口領域において少なくとも１組が２種類以上の波長帯域を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子。
偏光方向が異なる複数の偏光フィルタをさらに備えた請求項１から８のいずれか１項に記載の光学素子。
前記偏光方向は前記波長帯域ごとに同一である請求項９に記載の光学素子。
請求項１から８のいずれか１項に記載の光学素子と、
被写体の光学像を結像させるレンズと、
を備え、
前記光学素子は、前記レンズの瞳位置において、前記重心を前記レンズの光軸と一致させて配置される光学装置。
偏光方向が異なる複数の偏光フィルタをさらに備え、
前記複数の偏光フィルタのうち前記偏光方向が同一の偏光フィルタは、前記波長帯域が同一の光学フィルタが装着される前記開口領域に配置される請求項１１に記載の光学装置。
前記光学素子と前記複数の偏光フィルタの少なくとも一方は、前記レンズに入射する光の光路に挿入または前記光路から退避される請求項１２に記載の光学装置。
請求項１１から１３のいずれか１項に記載の光学装置と、
前記複数の光学フィルタのいずれかを透過した光を選択約に受光する複数の画素群を含む撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号に基づいて、前記複数の光学フィルタの前記波長帯域にそれぞれ対応する複数の画像を生成する信号処理部と、
を備える撮像装置。
前記撮像素子は、透過波長帯域の異なる複数種類の光学フィルタと、透過偏光方向の異なる複数種類の偏光部と、を画素上に備えた請求項１４に記載の撮像装置。