WO2021060434A1 - 光学素子、光学装置、撮像装置、及び光学素子の製造方法 - Google Patents

光学素子、光学装置、撮像装置、及び光学素子の製造方法 Download PDF

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睦 川中子
西本　直樹
周平 松下
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical element for capturing a multispectral image, an optical device, an imaging device, and a method for manufacturing the optical element.
  • Patent Document 1 describes a polarized color imaging device that enables multispectral imaging by using a polarized sensor and pupil division. Further, Patent Document 2 describes a multi-mode imaging system in which a filter module is moved with respect to the imaging system.
  • One embodiment according to the technique of the present disclosure provides an optical element, an optical device, an imaging device, and a method for manufacturing the optical element, which can easily acquire a multispectral image of good image quality.
  • the optical element according to the first aspect of the present invention is a plurality of optical filters, the plurality of optical filters including two or more optical filters that transmit light having at least a part of wavelength bands different from each other, and an optical axis center. It is a frame body having a slope portion having an apex as the apex, and includes a frame body in which a plurality of optical filters are installed on the slope portion.
  • the optical element according to the second aspect has a plurality of slope portions in the first aspect.
  • the optical element according to the third aspect further includes a fixing member for fixing the optical filter and the frame in the first or second aspect.
  • the fixing member is an adhesive, and the adhesive fixes a plurality of optical filters to the frame and covers the light receiving regions of the plurality of optical filters with the adhesive.
  • the unbroken portion forms a light transmitting region.
  • the optical element according to the fifth aspect is filled with an amount of adhesive corresponding to the area of the light transmitting region determined based on the wavelength bands of the plurality of optical filters in the plurality of windows. ..
  • the optical element according to the sixth aspect further includes an inclination adjusting member for adjusting the inclination of the plurality of optical filters with respect to the slope portion in any one of the first to fifth aspects.
  • the contact surface of the inclination adjusting member with the plurality of optical filters is an inclined surface.
  • the inclination adjusting member is fixed to the frame body.
  • the optical element according to the ninth aspect has, in any one of the first to eighth aspects, the plurality of window portions each having a polarizing portion that polarizes the light transmitted through the plurality of window portions.
  • the optical element according to the tenth aspect has a plurality of types of polarization directions in the ninth aspect.
  • the optical element according to the eleventh aspect is a wire grid or a slit formed in a plurality of window portions according to the direction of polarization in the ninth or tenth aspect.
  • the optical element according to the twelfth aspect has a frame body that is light transmissive in any one of the first to eleventh aspects.
  • the optical element according to the thirteenth aspect has an opening in a portion where a plurality of optical filters are installed, and the optical element has an opening for adjusting the area of the opening. It is equipped with an area adjusting member.
  • the optical element according to the fourteenth aspect has a plurality of optical filters installed on the slope portion at an inclination angle according to the wavelength band of the light transmitted by the respective optical filters. Has been done.
  • the optical device includes an optical element according to any one of the first to fourteenth aspects and a lens for forming an optical image of a subject, and the optical element is the light of the optical element. It is arranged in the optical path of light passing through the lens with the axis and the optical axis of the lens aligned.
  • the image pickup device is composed of the optical device according to the fifteenth aspect, an image pickup element including a plurality of pixel groups that selectively receive light transmitted through any of the plurality of optical filters, and an image pickup device. It includes a signal processing unit that generates a plurality of images corresponding to the wavelength bands of the plurality of optical filters based on the output signal.
  • the image pickup element includes a plurality of types of optical filters having different transmission wavelength bands and a plurality of types of polarizing portions having different polarization directions on the pixel.
  • the method for manufacturing an optical element according to an eighteenth aspect is a plurality of optical filters, the plurality of optical filters including two or more optical filters that transmit light having at least a part of wavelength bands different from each other, and an optical axis center. It is a method of manufacturing an optical element including a frame having a slope portion having an apex and a plurality of optical filters installed on the slope portion, and a plurality of optical filters are applied to a plurality of window portions. It includes an installation step of installing, an inclination adjusting step of adjusting the inclination of the optical filter with respect to the slope portion, and a fixing step of fixing the optical filter to the frame by a fixing member.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an image pickup apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the frame body.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the polarizing portion.
  • FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the bandpass filter and the inclination adjusting member.
  • FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the pupil region.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state of adjusting the inclination.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state of filling amount of the adhesive.
  • FIG. 8 is another diagram showing the state of the filling amount of the adhesive.
  • FIG. 9 is a diagram showing another configuration of the filter unit.
  • FIG. 10 is a diagram showing an array of pixels of the image sensor.
  • FIG. 10 is a diagram showing an array of pixels of the image sensor.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an image sensor.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the image sensor.
  • FIG. 13 is a diagram showing an arrangement pattern of the polarizing filter elements.
  • FIG. 14 is a diagram showing an arrangement pattern of the spectroscopic filter elements.
  • FIG. 15 is a diagram showing the transmission wavelength characteristics of the spectroscopic filter element.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing unit.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram of image generation.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram of image generation by an imaging device.
  • FIG. 19 is a diagram showing another aspect of the inclination adjusting member.
  • FIG. 20 is a diagram showing another aspect of the filter unit.
  • FIG. 21 is a diagram showing the adjustment of the inclination by pushing and pulling the rod-shaped member.
  • FIG. 22 is a diagram showing another aspect of the polarizing unit.
  • An embodiment of an optical element, an optical device, an image pickup device, and a method for manufacturing an optical element according to the present invention is as follows. In the description, the accompanying drawings will be referred to as necessary.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an image pickup apparatus according to a first embodiment.
  • the image pickup device 1 (imaging device) according to the first embodiment is an image pickup device that captures a 4-band multispectral image, and mainly includes an imaging optical system 10 (optical device), an image pickup device 100 (imaging device), and an image pickup device 100 (imaging device). It includes a signal processing unit 200 (signal processing unit).
  • the imaging optical system 10 is configured by combining a plurality of lenses 12 (lenses) for forming an optical image of a subject, and has a filter unit 16 (optical element) in the optical path thereof.
  • the filter unit 16 is arranged in the optical path of light passing through the lens 12 in a state where the optical axis L of the lens 12 and the optical axis L2 of the filter unit 16 (see FIG. 2) are aligned (for example, the pupil position or its vicinity). Will be done.
  • the imaging optical system 10 has a focus adjusting mechanism (not shown). The focus adjustment mechanism adjusts the focus by moving the focus lens included in the imaging optical system 10 back and forth along the optical axis L.
  • the filter unit 16 is composed of a frame, a bandpass filter (bandpass filters 50A to 50D, see FIG. 4: optical filter), and a fixing member (adhesive 52; see FIGS. 7 to 8), and is an inclination adjusting member (inclination).
  • Adjusting member 30 Refer to FIGS. 4 to 7) to adjust the inclination of the bandpass filter.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the frame body 20.
  • the frame body 20 is light-transmitting and has a plurality of rectangular slope portions 22 (slope portions) (four in the example of FIG. 2).
  • the four slope portions 22 have a polygonal pyramid shape with the optical axis center 21 (optical axis center) as the apex, which is the point where the optical axis L2 intersects.
  • the term "light transmission” means transmitting light in a desired wavelength band (for example, a wavelength band determined within the visible to near infrared range).
  • the slope portion 22 is provided with four window portions 24A, 24B, 24C, 24D (plurality of window portions) on which bandpass filters 50A to 50D (see FIG. 4) are installed, respectively.
  • the window portions 24A to 24D are rectangles in which one corner (vertex) is formed in the vicinity of the center 21 of the optical axis, and the wall portions 26 formed on the side surfaces of the window portions 24A to 24D are bandpassed.
  • the positional deviation of the filters 50A to 50D is regulated.
  • an insertion port 28 is provided at the end of the window portions 24A to 24D (the corner opposite to the center of the optical axis 21), and the inclination adjusting member 30 (see FIGS. 4, 6 to 8) is inserted (described later). .
  • FIG. 2 shows an example in which the frame body 20 has a plurality of slope portions 22, the optical element according to the present invention may have only one slope portion.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of the polarizing film 40.
  • the wire grid is obtained by forming a pattern of wires 42 (for example, a pitch of about 100 nm to 150 nm) on a transparent resin film by imprinting or the like. Light that oscillates in the direction orthogonal to the grid (Wp direction in FIG. 3) is transmitted, and light that oscillates in parallel to the grid (Ws direction in FIG. 3) is reflected.
  • the polarized light portion may be formed by a pattern formed by a plurality of slits (slits) instead of the wire.
  • slits slits
  • the polarization direction can be changed by changing the direction of the slit in the windows 24A to 24D.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which the bandpass filter 50A and the inclination adjusting member 30 (inclination adjusting member) are arranged on the window portion 24A.
  • the bandpass filters 50A to 50D are a plurality of optical filters including two or more optical filters that transmit light having at least a part of wavelength bands different from each other, and are arranged in the windows 24A to 24D, respectively (installation step).
  • the transmission wavelength bands of the bandpass filters 50A to 50D are ⁇ 1 to ⁇ 4, for example, ⁇ 1 can be a blue wavelength band, ⁇ 2 can be a green wavelength band, ⁇ 3 can be a red wavelength band, and ⁇ 4 can be a near infrared wavelength band. Part of the transmission wavelength band may overlap.
  • the transmission wavelength band is not limited to this combination, and may be a different wavelength band (or a combination thereof) depending on the spectrum to be imaged.
  • the combination of the window portion and the bandpass filter described above forms a plurality of pupil regions Z1 to Z4 having different characteristics.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state of tilt adjustment.
  • the contact surface of the inclination adjusting member 30 with the bandpass filter 50A is an inclination 30A (slope), and the inclination adjusting member 30 is inserted into the insertion port 28 and pushed and pulled in the direction of the arrow (left-right direction in the drawing).
  • the inclination of the bandpass filter 50A with respect to the slope portion 22 can be easily adjusted (inclination adjusting step).
  • the inclination angle of the bandpass filters 50A to 50D can be adjusted to any of positive, negative, and zero.
  • the bandpass filters 50A to 50D are adjusted to an inclination angle according to the transmission wavelength band of each filter, and are installed on the slope portion 22.
  • the filter unit 16 optical element
  • the image pickup optical system 10 optical device
  • the aberration of the image pickup optical system 10 is corrected by utilizing the change in the optical path length (described later), and good image quality is obtained. Multispectral images can be obtained.
  • bandpass filter 50A will be described as an example for installing the bandpass filter, adjusting the inclination, and fixing the bandpass filter in FIGS. 6 and 6, the same can be applied to other bandpass filters 50B to 50D.
  • an adhesive is used as a fixing member for fixing the bandpass filters 50A to 50D (optical filters) to the frame body 20.
  • This adhesive fixes the bandpass filters 50A to 50D and the inclination adjusting member 30 to the frame body 20, and the portion of the light receiving region of the bandpass filters 50A to 50D that is not covered with the adhesive opens an opening (light transmission region).
  • the adhesive is preferably non-light transmissive, but may not be completely non-light transmissive.
  • the window portion of the adhesive is filled with an amount corresponding to the area of the light transmission region determined based on the transmission wavelength band of the bandpass filters 50A to 50D.
  • the area of the light transmission region can be determined based on conditions such as the transmittance of the subject, the light source, and the bandpass filter in each wavelength band, the spectral sensitivity characteristics of the image pickup element, and the like (for example, "sensitivity" determined by these conditions. For wavelength bands with a low “", increase the area of the transmission region). Therefore, the filling amount of the adhesive may be different for each bandpass filter (for each window).
  • FIG. 7 is a diagram showing a state of filling the adhesive.
  • the adhesive is filled (fixed) through the gap between the insertion port 28 and the bandpass filter 50A with a syringe, a dropper, or the like. Process).
  • the adhesive reaches, for example, the filling lines 52A when the filling amount is small, and reaches the filling lines 52B and 52C as the filling amount increases.
  • FIG. 8 is another view showing the state of filling the adhesive, and shows the adhesive 52 when viewed from the cross-sectional direction of the frame body 20.
  • the tips of the adhesive 52 (the side closer to the center of the frame body 20; the left side in the figure) in the portions (a) to (c) of FIG. 8 correspond to the filling lines 52A to 52C in FIG. 7, respectively.
  • the opening area can be easily adjusted at the time of assembly by changing the filling amount of the adhesive, and the assembly is easy. Is.
  • the inclination adjusting member 30 may be kept fixed to the frame body 20 as shown in FIG. 8, or the inclination adjusting member 30 may be removed as shown in FIG. You may.
  • bandpass filters 50A to 50D are installed (installation on windows 24A to 24D; installation process), inclination adjustment (pushing and pulling of the inclination adjusting member 30; inclination adjusting process), and fixing (adhesive 52). Injection; fixing step) can be performed using various machines and devices.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a pixel array of an image sensor.
  • the image pickup device 100 has a plurality of types of pixels (pixels P1 to P16) on its light receiving surface. These pixels P1 to P16 are regularly arranged at a constant pitch along the horizontal direction (x-axis direction) and the vertical direction (y-axis direction).
  • one pixel block PB (X, Y) is composed of 16 adjacent (4 ⁇ 4) pixels P1 to P16, and these pixels.
  • the blocks PB are regularly arranged along the horizontal direction (x-axis direction) and the vertical direction (y-axis direction). (X, Y) indicate the positions in the x-axis direction and the y-axis direction, respectively.
  • FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of the image sensor 100. Further, FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of one pixel (broken line portion in FIG. 11).
  • the image pickup device 100 includes a pixel array layer 110, a polarizing filter element array layer 120 (polarizing section), a spectroscopic filter element array layer 130 (optical filter), and a microlens array layer 140. That is, the image sensor 100 includes a plurality of types of optical filters having different transmission wavelength bands and a plurality of types of polarizing portions having different polarization directions on the pixel. Each layer is arranged in the order of the pixel array layer 110, the polarizing filter element array layer 120, the spectroscopic filter element array layer 130, and the microlens array layer 140 from the image plane side to the object side.
  • the pixel array layer 110 is configured by arranging a large number of photodiodes 112 two-dimensionally. One photodiode 112 constitutes one pixel. Each photodiode 112 is regularly arranged along the horizontal direction (x direction) and the vertical direction (y direction).
  • the polarizing filter element array layer 120 is configured by two-dimensionally arranging four types of polarizing filter elements 122A to 122D having different polarization directions of the transmitted light.
  • the polarizing filter elements 122A to 122D are arranged at the same intervals as the photodiode 112, and are provided for each pixel. In each pixel block PB (X, Y), each polarizing filter element 122A to 122D is regularly arranged.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an arrangement pattern of polarizing filter elements in one pixel block.
  • the pixel P1, the pixel P3, the pixel P9, and the pixel P11 are provided with the polarizing filter element 122A.
  • the pixel P2, the pixel P4, the pixel P10, and the pixel P12 are provided with the polarizing filter element 122B.
  • the pixel P3, the pixel P7, the pixel P13, and the pixel P15 are provided with the polarizing filter element 122C.
  • the pixel P4, the pixel P8, the pixel P14, and the pixel P16 are provided with the polarizing filter element 122D.
  • the spectroscopic filter element array layer 130 is configured by two-dimensionally arranging four types of spectroscopic filter elements 132A to 132D having different transmission wavelength characteristics.
  • the spectroscopic filter elements 132A to 132D are arranged at the same intervals as the photodiode 112, and are provided for each pixel. In each pixel block PB (X, Y), the spectroscopic filter elements 132A to 132D are regularly arranged.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of an arrangement pattern of spectral filter elements in one pixel block.
  • the pixel P1, the pixel P2, the pixel P5, and the pixel P6 are provided with the spectroscopic filter element 132A.
  • the pixel P3, the pixel P4, the pixel P7, and the pixel P8 are provided with the spectroscopic filter element 132B.
  • the pixel P9, the pixel P10, the pixel P13, and the pixel P14 are provided with the spectroscopic filter element 132C.
  • the pixel P11, the pixel P12, the pixel P15, and the pixel P16 are provided with the spectroscopic filter element 132D.
  • FIG. 15 is a graph showing an example of transmission wavelength characteristics of each spectroscopic filter element.
  • A shows the transmission wavelength characteristic of the spectroscopic filter element 132A.
  • B shows the transmission wavelength characteristic of the spectroscopic filter element 132B.
  • C indicates the transmission wavelength characteristic of the spectroscopic filter element 132C.
  • D indicates the transmission wavelength characteristic of the spectroscopic filter element 132D.
  • the spectroscopic filter elements 132A to 132D have different transmission wavelength characteristics.
  • the spectroscopic filter element 132A is composed of a spectroscopic filter element that transmits blue (Blue, B) light
  • the spectroscopic filter element 132B is composed of a spectroscopic filter element that transmits green (Green, G) light.
  • the spectroscopic filter element 132C is composed of a spectroscopic filter element that transmits red (Red, R) light
  • the spectroscopic filter element 132D is composed of a spectroscopic filter element that transmits infrared light (infrared, IR).
  • Red, R red
  • IR infrared
  • the wavelength bands ⁇ 1 to ⁇ 4 of the light transmitted by the bandpass filters 50A to 50D described above are set within the wavelength band transmitted by the spectral filter elements 132A to 132D. That is, the wavelength bands ⁇ 1 to ⁇ 4 of the light transmitted by the bandpass filters 50A to 50D are set in the region where the wavelength bands transmitted by the spectral filter elements 132A to 132D overlap. In other words, the transmission wavelength band of each spectroscopic filter element 132A to 132D is set so as to cover the transmission wavelength band of each bandpass filter 50A to 50D. Therefore, each spectroscopic filter element 132A to 132D uses a filter that transmits light in a wide band.
  • the microlens array layer 140 is configured by arranging a large number of microlenses 142 two-dimensionally. Each microlens 142 is arranged at the same spacing as the photodiode 112 and is provided for each pixel. The microlens 142 is provided for the purpose of efficiently condensing the light from the imaging optical system 10 on the photodiode 112.
  • each pixel P1 to P16 receives light from the image pickup optical system 10 as follows.
  • the pixel P1 receives the light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132A (transmission wavelength characteristic A) and the polarization filter element 122A (polarization direction ⁇ A). Further, the pixel P2 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132A (transmission wavelength characteristic A) and the polarization filter element 122B (polarization direction ⁇ B). Further, the pixel P3 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132B (transmission wavelength characteristic B) and the polarization filter element 122A (polarization direction ⁇ A).
  • the pixel P4 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132B (transmission wavelength characteristic B) and the polarization filter element 122B (polarization direction ⁇ B).
  • the pixel P5 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132A (transmission wavelength characteristic A) and the polarization filter element 122C (polarization direction ⁇ C).
  • the pixel P6 receives light from the imaging optical system 10 via the one spectroscopic filter element 132A (transmission wavelength characteristic A) and the polarization filter element 122D (polarization direction ⁇ D).
  • the pixel P7 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132B (transmission wavelength characteristic B) and the polarization filter element 122C (polarization direction ⁇ C). Further, the pixel P8 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132B (transmission wavelength characteristic B) and the polarization filter element 122D (polarization direction ⁇ D). Further, the pixel P9 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132C (transmission wavelength characteristic C) and the polarization filter element 122A (polarization direction ⁇ A).
  • the pixel P10 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132C (transmission wavelength characteristic C) and the polarization filter element 122B (polarization direction ⁇ B). Further, the pixel P11 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132D (transmission wavelength characteristic D) and the polarization filter element 122A (polarization direction ⁇ A). Further, the pixel P12 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132D (transmission wavelength characteristic D) and the polarization filter element 122B (polarization direction ⁇ B).
  • the pixel P13 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132C (transmission wavelength characteristic C) and the polarization filter element 122C (polarization direction ⁇ C). Further, the pixel P14 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132C (transmission wavelength characteristic C) and the polarization filter element 122D (polarization direction ⁇ D). Further, the pixel P15 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132D (transmission wavelength characteristic D) and the polarization filter element 122C (polarization direction ⁇ C). Further, the pixel P16 receives light from the imaging optical system 10 via the spectroscopic filter element 132D (transmission wavelength characteristic D) and the polarization filter element 122D (polarization direction ⁇ D).
  • the pixels P1 to P16 receive light having different characteristics (wavelength band and polarization direction) because they have different optical characteristics. That is, the pixels P1 to P16 form a plurality of pixel groups that selectively receive light transmitted through any of the bandpass filters 50A to 50D (plurality of optical filters) by the spectroscopic filter element and the polarizing filter element.
  • the signal processing unit 200 processes the signal output from the image sensor 100 to generate image data of a 4-band multispectral image. That is, image data of four types of wavelength bands ⁇ 1 to ⁇ 4 (a plurality of images corresponding to the wavelength bands of a plurality of optical filters) that pass through the above-mentioned filter unit 16 are generated.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing unit.
  • the signal processing unit 200 includes an analog signal processing unit 200A, an image generation unit 200B, and a coefficient storage unit 200C.
  • the analog signal processing unit 200A takes in the analog pixel signal output from each pixel of the image pickup element 100, performs signal processing (for example, correlation double sampling processing, amplification processing, etc.), and then converts it into a digital signal. Output.
  • the image generation unit 200B performs signal processing on the pixel signal after being converted into a digital signal to generate image data in each wavelength band ( ⁇ 1 to ⁇ 4).
  • FIG. 17 is a conceptual diagram of image generation.
  • each pixel block PB (X, Y) includes 16 pixels P1 to P16. Therefore, 16 image data D1 to D16 are generated by separating and extracting the pixel signals of the pixels P1 to P16 from the pixel blocks PB (X, Y).
  • crosstalk has occurred in the 16 image data D1 to D16. That is, since light in each wavelength band is incident on the pixels P1 to P16, the generated image is a mixture of images in each wavelength band. Therefore, the image generation unit 200B performs the interference removal process to generate image data in each wavelength band ( ⁇ 1 to ⁇ 4).
  • the pixel signal (signal value) obtained from the pixel P1 of each pixel block PB (X, Y) is defined as ⁇ 1, and the pixel signals obtained from the pixels P2 to P16 are similarly referred to as ⁇ 2 to ⁇ 16, respectively.
  • 16 pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 16 are obtained from each pixel block PB (X, Y).
  • the image generation unit 200B calculates four pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 4 corresponding to light in each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 from the 16 pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 16, and eliminates interference. Specifically, four pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 4 corresponding to light in each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 are calculated by Equation 1 using the following matrix A, and interference is eliminated.
  • the pixel signal ⁇ 1 is a pixel signal corresponding to light in the wavelength band ⁇ 1
  • the pixel signal ⁇ 2 is a pixel signal corresponding to light in the wavelength band ⁇ 2
  • the pixel signal ⁇ 3 is a pixel signal corresponding to light in the wavelength band ⁇ 3, and the pixel signal ⁇ 4.
  • the reason why the interference can be eliminated by the above-mentioned equation 1 will be described.
  • b11 is the ratio of light in the wavelength band ⁇ 1 received by the pixel P1
  • b12 is the ratio of light in the wavelength band ⁇ 2 received by the pixel P1
  • b13 is the ratio of light in the wavelength band ⁇ 3 received by the pixel P1.
  • the ratio, b14 is the ratio at which light in the wavelength band ⁇ 4 is received by the pixel P1.
  • This ratio bij (b11 to b164) sets the wavelength bands ⁇ 1 to ⁇ 4 of the light transmitted by the bandpass filters 50A to 50D of the filter unit 16 and the polarization directions ⁇ 1 to ⁇ 4 of the light transmitted by the windows 24A to 24D.
  • Transmission wavelength characteristics A to D (see FIG. 15) of the pixels P1 to P16 of the image pickup element 100
  • polarization directions ⁇ A to ⁇ C (see FIG. 13) of the light received by the pixels P1 to P16 of the image pickup element 100. It is uniquely determined from and can be obtained in advance.
  • the following relationship is between the pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 16 obtained from the pixels P1 to P16 of each pixel block PB (X, Y) and the pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 4 corresponding to the light in each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4. Holds.
  • ⁇ 1 to ⁇ 4 which are the solutions of the simultaneous equations of equations 2 to 17, are calculated by multiplying both sides of equation 18 by the inverse matrix B -1 of the matrix B.
  • the light of each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 emitted from the imaging optical system 10 is the light of each pixel P1 of the pixel block PB (X, Y). It can be calculated from the signal values (pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 16) of each pixel P1 to P16 based on the ratio of light received by ⁇ P16.
  • the coefficient storage unit 200C stores each element aij of the matrix A for performing the interference removal process as a coefficient group.
  • the image generation unit 200B acquires a coefficient group from the coefficient storage unit 200C, and uses the pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 16 obtained from the pixels P1 to P16 of each pixel block PB (X, Y) to obtain each wavelength according to the above equation 1. Pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 4 corresponding to the bands ⁇ 1 to ⁇ 4 are calculated, and image data of each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 is generated.
  • the image data of each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 generated by the image generation unit 200B is output to the outside and stored in a storage device (not shown) as needed. In addition, it is displayed on a display (not shown) as needed.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram of image generation by the image pickup apparatus 1.
  • the light incident on the image pickup optical system 10 becomes four types of light having different characteristics and is incident on the image pickup element 100. Specifically, light having a polarization direction ⁇ 1 and a wavelength band ⁇ 1 (first light), light having a polarization direction ⁇ 2 and a wavelength band ⁇ 2 (second light), and light having a polarization direction ⁇ 3 and a wavelength band ⁇ 3 (third light). Light) and (fourth light) in the polarization direction ⁇ 4 and the wavelength band ⁇ 4 are incident on the image pickup device 100.
  • each pixel block PB (X, Y) of the image sensor 100 light in each wavelength band emitted from the image pickup optical system 10 is received in each pixel P1 to P16 at the above-mentioned ratio bij. That is, due to the action of the polarizing filter elements 122A to 122D and the spectroscopic filter elements 132A to 132D provided in the pixels P1 to P16, the light in each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 is received at a ratio bij.
  • the signal processing unit 200 has pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 4 corresponding to light in each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 from pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 16 obtained from pixels P1 to P16 of each pixel block PB (X, Y) of the image sensor 100. Is calculated, and image data of each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 is generated. That is, arithmetic processing (interference removal processing) according to Equation 1 using the matrix A was performed to correspond to light in each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 from the pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 16 of the pixels P1 to P16 obtained from the image sensor 100. Pixel signals ⁇ 1 to ⁇ 4 are calculated, and image data of each wavelength band ⁇ 1 to ⁇ 4 is generated.
  • one image pickup optical system 10 and one (single plate) image pickup element 100 are used for images of four different wavelength bands (four-band multispectral image). ) Can be imaged.
  • ⁇ Aberration correction of imaging optical system> In a general imaging optical system, aberrations differ depending on the wavelength. Therefore, even if a general imaging optical system is simply divided into pupils and used for imaging, a multispectral image with good image quality cannot be obtained.
  • the "general imaging optical system” here means an imaging optical system in which aberrations for each wavelength are not particularly corrected, that is, an imaging optical system in which aberrations for each wavelength remain.
  • Patent Document 1 described above, multispectral imaging is enabled by using a polarizing sensor and pupil division, but the aberration of the lens is not discussed, and an ideal lens is assumed. .. Therefore, when a general lens having aberration is applied to the system of Patent Document 1, unexpected aberration may occur and the resolution performance may be deteriorated. On the other hand, in order to design a dedicated lens for the system of Patent Document 1 and suppress aberration, there are restrictions on the number of lenses, the size, the type of glass used, and the like.
  • the image pickup apparatus 1 divides the pupil region of the imaging optical system 10 into a plurality of regions (pupil regions Z1 to Z4) (pupil division), and in each region.
  • the bandpass filters 50A to 50D have a function of individually correcting the aberrations in the regions corresponding to the pupil regions Z1 to Z4. Specifically, by individually adjusting the inclination of each bandpass filter 50A to 50D, the optical path length of the light transmitted through each pupil region Z1 to Z4 is individually adjusted to correct the aberration.
  • the imaging position of the light transmitted through the pupil regions Z1 to Z4 is moved back and forth on the optical axis L, thereby correcting the axial chromatic aberration.
  • the imaging optical system 10 has different aberration characteristics in the regions corresponding to the pupil regions Z1 to Z4.
  • the aberrations in the regions corresponding to the pupil regions Z1 to Z4 can be individually controlled, so that the aberrations can be controlled for each wavelength.
  • good resolving power can be obtained even with a general lens having aberration, and a multispectral image with good image quality can be captured.
  • FIG. 19 is a diagram showing a modified example of the inclination adjusting member.
  • the angle is adjusted by pushing and pulling the inclination adjusting member 30 having a single shape, whereas in the example shown in FIG. 19, a plurality of inclination adjusting members having different shapes are prepared and used properly. So, the angle to adjust is limited.
  • the inclination adjusting members 32 and 34 shown in the portions (a) and 19 (b) of FIG. 19 are provided with slopes 32A and 34A, respectively, and these slopes 32A and 34A come into surface contact with the bandpass filter 50A. This stabilizes the posture of the bandpass filter 50A.
  • a plurality of protrusions for example, three points
  • FIG. 20 is a diagram showing a modified example of the frame body and the fixing member (only one side of the frame body is shown).
  • the portion where the bandpass filters 50A to 50D are installed is the opening 39 (opening).
  • the opening area of the opening 39 can be adjusted by preparing and using a plurality of opening area adjusting members (non-light transmitting) having different shapes. Specifically, in the examples shown in the portions (a) and (b) of FIG. 20, opening area adjusting members 36 and 38 having different shapes are used, respectively, and the opening 39 is formed by these opening area adjusting members 36 and 38. The opening area of is changed.
  • opening area adjusting members 36, 38 can be fixed to other members by using a light-transmitting or non-light-transmitting adhesive.
  • the frame body 60 may be light-transmitting or non-light-transmitting.
  • a polarizing filter can be laminated on the bandpass filters 50A to 50D to form a polarizing portion (see FIG. 22).
  • FIG. 21 is a diagram showing another modification of the inclination adjusting member (only one side of the frame is shown).
  • the rod-shaped member 64 inclination adjusting member
  • the portion (a) in the figure, b) As shown in the portion, the inclination of the bandpass filter 50A with respect to the window portion 24A (slope portion 22) can be adjusted.
  • FIG. 22 is a diagram showing a modified example of the polarizing portion (only one side of the frame is shown).
  • the polarizing portion (see FIG. 3 and the like) is formed by using a wire grid or a slit, but in the example shown in FIG. 22, the polarizing filter 54A is laminated on the bandpass filter 50A to form the window portion. It is a polarizing part for 24A. As in the case of using the wire grid or the slit, the direction of polarization is different from that of the bandpass filters 50A to 50D.
  • the filter unit 16 corresponds to four wavelength bands and four polarization directions is described, but the wavelength bands and the polarization directions may be different numbers.
  • the bandpass filters 50A to 50D for example, the bandpass filter 50D
  • the above-mentioned filter unit 16 can correspond to three wavelength bands (bandpass filters 50A to 50A to). Two of 50C may be installed).
  • the filter unit 16 is made to correspond to the three polarization directions. Can be done. Further, three wavelength bands and three polarization directions may be realized by shielding any of the windows 24A to 24D. Further, three windows may be formed on the frame body.
  • the image sensor may be a color image sensor having a spectroscopic filter element array layer as in the first embodiment, or a monochrome image sensor having no spectroscopic filter element array layer.
  • the combination of the number of wavelength bands and the number of polarization directions of the optical filter and the number of spectra and the number of polarization directions of the image sensor depends on "how many wavelengths of an image you want to acquire (the number of spectra of the image to be acquired)". Can be decided.
  • the selective light receiving may be realized by other means.
  • a microlens is provided for each pixel, and a light-shielding mask with a part opened on the light-receiving surface of the image sensor is provided, and this mask receives light transmitted through one of the pupil regions and transmits the other pupil region. It is also possible to block the light.
  • the slope portion 22, the window portions 24A to 24D, and the bandpass filters 50A to 50D are rectangular, but other shapes such as a polygon, a circle, and a fan shape other than the rectangle may be used.
  • the light amount of each wavelength band is adjusted by adjusting the aperture area, but the light amount is adjusted by using a neutral density filter such as an ND filter (ND: Neutral Density). May be good. In this case, the dimming degree of the ND filter may be changed depending on the wavelength band.
  • ND Neutral Density
  • Imaging device 10 Imaging optical system 12 Lens 16 Filter unit 20 Frame 21 Optical axis center 22 Slope 24A Window 24B Window 24C Window 24D Window 26 Wall 28 Insertion port 30 Tilt adjustment member 30A Slope 32 Tilt adjustment member 32A Slope 34 Inclined adjustment member 34A Slope 36 Opening area adjusting member 38 Opening area adjusting member 39 Opening 40 Polarizing film 42 Wire 50A Bandpass filter 50B Bandpass filter 50C Bandpass filter 50D Bandpass filter 52 Adhesive 52A Filling line 52B Filling line 52C Filling line 54A Polarizing filter 62 Frame 64 Rod-shaped member 100 Imaging element 110 Pixel array layer 112 Photo diode 120 Polarizing filter element Array layer 122A Polarizing filter element 122B Polarizing filter element 122C Polarizing filter element 122D Polarizing filter element 130 Spectral filter element Array layer 132A Spectral filter element 132B Spectral filter element 132C Spectral filter element 132D Spectral filter element 140 Microlens array layer 142 Microlens 200 Signal processing

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Abstract

本開示の技術に係る一つの実施形態は、マルチスペクトル画像を撮像するための光学素子、光学装置、撮像装置、及び光学素子の製造方法を提供する。本発明の一つの態様に係る光学素子は、複数の光学フィルタであって、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタと、光軸中心を頂点とした斜面部を有する枠体であって、複数の光学フィルタが斜面部に設置される枠体と、を備える。

Description

光学素子、光学装置、撮像装置、及び光学素子の製造方法
　本発明は、マルチスペクトル画像を撮像するための光学素子、光学装置、撮像装置、及び光学素子の製造方法に関する。
　特許文献１には、偏光センサと瞳分割を用いることでマルチスペクトル撮像を可能とした偏光カラー撮像装置が記載されている。また、特許文献２には、フィルタモジュールが撮像システムに対して動かされるマルチモード撮像システムが記載されている。
国際公開２０１４／０２０７９１号公報 特開２０１４－１３２２６６号公報
　本開示の技術に係る一つの実施形態は、良好な画質のマルチスペクトル画像を容易に取得できる光学素子、光学装置、撮像装置、及び光学素子の製造方法を提供する。
　本発明の第１の態様に係る光学素子は、複数の光学フィルタであって、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタと、光軸中心を頂点とした斜面部を有する枠体であって、複数の光学フィルタが斜面部に設置される枠体と、を備える。
　第２の態様に係る光学素子は第１の態様において、枠体は斜面部を複数有する。
　第３の態様に係る光学素子は第１または第２の態様において、光学フィルタと枠体とを固定する固定部材をさらに備える。
　第４の態様に係る光学素子は第３の態様において、固定部材は接着剤であり、接着剤は複数の光学フィルタを枠体に固定し、複数の光学フィルタの受光領域のうち接着剤に覆われていない部分が光透過領域を形成する。
　第５の態様に係る光学素子は第４の態様において、複数の光学フィルタの波長帯域に基づいて決定された光透過領域の面積に応じた量の接着剤が複数の窓部に充填されている。
　第６の態様に係る光学素子は第１から第５の態様のいずれか１つにおいて、複数の光学フィルタの斜面部に対する傾斜を調整する傾斜調整部材をさらに備える。
　第７の態様に係る光学素子は第６の態様において、傾斜調整部材の複数の光学フィルタとの接触面が斜面である。
　第８の態様に係る光学素子は第６または第７の態様において、傾斜調整部材は枠体に固定される。
　第９の態様に係る光学素子は第１から第８の態様のいずれか１つにおいて、複数の窓部は、複数の窓部を透過する光を偏光させる偏光部をそれぞれ有する。
　第１０の態様に係る光学素子は第９の態様において、偏光の方向は複数種類である。
　第１１の態様に係る光学素子は第９または第１０の態様において、偏光部は偏光の方向に応じて複数の窓部に形成されたワイヤーグリッドまたはスリットである。
　第１２の態様に係る光学素子は第１から第１１の態様のいずれか１つにおいて、枠体は光透過性である。
　第１３の態様に係る光学素子は第１から第１２の態様のいずれか１つにおいて、枠体は複数の光学フィルタが設置される部分が開口であり、光学素子は開口の面積を調整する開口面積調整部材を備える。
　第１４の態様に係る光学素子は第１から第１３の態様のいずれか１つにおいて、複数の光学フィルタが、それぞれの光学フィルタが透過させる光の波長帯域に応じた傾斜角度で斜面部に設置されている。
　第１５の態様に係る光学装置は、第１から第１４の態様のいずれか１つに係る光学素子と、被写体の光学像を結像させるレンズと、を備え、光学素子は、光学素子の光軸とレンズの光軸とが一致した状態で、レンズを透過する光の光路に配置される。
　第１６の態様に係る撮像装置は、第１５の態様に係る光学装置と、複数の光学フィルタのいずれかを透過した光を選択的に受光する複数の画素群を含む撮像素子と、撮像素子から出力される信号に基づいて、複数の光学フィルタの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。
　第１７の態様に係る撮像装置は第１６の態様において、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、偏光方向の異なる複数種類の偏光部と、を画素上に備える。
　第１８の態様に係る光学素子の製造方法は、複数の光学フィルタであって、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタと、光軸中心を頂点とした斜面部を有する枠体であって、複数の光学フィルタが斜面部に設置される枠体と、を備える光学素子の製造方法であって、複数の光学フィルタを複数の窓部に設置する設置工程と、光学フィルタの斜面部に対する傾斜を調整する傾斜調整工程と、光学フィルタを固定部材により枠体に固定する固定工程と、を有する。
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 図２は、枠体の構造を示す斜視図である。 図３は、偏光部の構成を示す図である。 図４は、バンドパスフィルタ及び傾斜調整部材の配置を示す図である。 図５は、瞳領域の配置を示す図である。 図６は、傾斜の調整の様子を示す図である。 図７は、接着剤の充填量の様子を示す図である。 図８は、接着剤の充填量の様子を示す他の図である。 図９は、フィルタユニットの他の構成を示す図である。 図１０は、撮像素子の画素の配列を示す図である。 図１１は、撮像素子の構成を示す図である。 図１２は、撮像素子の構成を示す断面図である。 図１３は、偏光フィルタ素子の配列パターンを示す図である。 図１４は、分光フィルタ素子の配列パターンを示す図である。 図１５は、分光フィルタ素子の透過波長特性を示す図である。 図１６は、信号処理部の概略構成を示すブロック図である。 図１７は、画像生成の概念図である。 図１８は、撮像装置による画像生成の概念図である。 図１９は、傾斜調整部材の他の態様を示す図である。 図２０は、フィルタユニットの他の態様を示す図である。 図２１は、棒状部材の押し引きによる傾斜の調整を示す図である。 図２２は、偏光部の他の態様を示す図である。
　本発明に係る光学素子、光学装置、撮像装置、及び光学素子の製造方法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。
　　＜第１の実施形態＞
　　＜撮像装置の構成＞
　図１は、第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。第１の実施形態に係る撮像装置１（撮像装置）は、４バンドのマルチスペクトル画像を撮像する撮像装置であり、主として撮像光学系１０（光学装置）と、撮像素子１００（撮像素子）と、信号処理部２００（信号処理部）と、を備える。
　＜撮像光学系＞
　撮像光学系１０は、被写体の光学像を結像させるレンズ１２（レンズ）を複数組み合わせて構成され、その光路中にフィルタユニット１６（光学素子）を有する。フィルタユニット１６は、レンズ１２の光軸Ｌとフィルタユニット１６の光軸Ｌ２（図２参照）とが一致した状態で、レンズ１２を透過する光の光路に配置（例えば、瞳位置またはその近傍）される。また、撮像光学系１０は、図示せぬ焦点調節機構を有する。焦点調節機構は、撮像光学系１０に含まれるフォーカスレンズを光軸Ｌに沿って前後移動させることにより、焦点を調節する。
　＜フィルタユニットの構成＞
　フィルタユニット１６は、枠体、バンドパスフィルタ（バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄ、図４参照：光学フィルタ）、及び固定部材（接着剤５２；図７～８参照）で構成され、傾斜調整部材（傾斜調整部材３０：図４～７参照）によりバンドパスフィルタの傾きを調整する。以下、これらの部材の具体的構成を説明する。
　図２は枠体２０の外観斜視図である。枠体２０は光透過性で、矩形の斜面部２２（斜面部）を複数有する（図２の例では４つ）。４つの斜面部２２は、光軸Ｌ２と交わる点である光軸中心２１（光軸中心）を頂点とした多角錐状である。なお「光透過性」とは、所望の波長帯域（例えば、可視から近赤外の範囲内で決められた波長帯域）の光を透過させることを意味する。斜面部２２には、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄ（図４参照）がそれぞれ設置される４つの窓部２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ（複数の窓部）が設けられる。窓部２４Ａ～２４Ｄは、本実施形態においては光軸中心２１の近傍に一つの角（頂点）が形成された矩形であり、窓部２４Ａ～２４Ｄの側面に形成された壁部２６がバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの位置ズレを規制する。また、窓部２４Ａ～２４Ｄの端部（光軸中心２１と反対側の角）には挿入口２８が設けられ、傾斜調整部材３０（図４，６～８参照）が挿入される（後述）。なお、図２では枠体２０が斜面部２２を複数有する例を示しているが、本発明に係る光学素子において斜面部は一つでもよい。
　＜偏光部＞
　窓部２４Ａ～２４Ｄにはワイヤーグリッドが形成された偏光フィルム４０が貼り付けられており、これにより窓部２４Ａ～２４Ｄが偏光部として機能する。図３は偏光フィルム４０の概念図である。ワイヤーグリッドは、透明な樹脂フィルム上にワイヤ４２のパターン（例えば、１００ｎｍ～１５０ｎｍ程度のピッチ）がインプリント等により形成されたものである。グリッドと直交する方向（図３のＷｐ方向）に振動する光は透過し、グリッドと平行（図３のＷｓ方向）に振動する光は反射する。このような偏光フィルム４０の方向を変えて窓部２４Ａ～２４Ｄに貼り付けることにより、複数の窓部（窓部２４Ａ～２４Ｄ）でそれぞれ異なる偏光方向を実現することができる。具体的には、窓部２４Ａ～２４Ｄにおける偏光方向（偏光角度）をそれぞれθ１～θ４とすると、θ１＝０ｄｅｇ、θ２＝４５ｄｅｇ、θ３＝９０ｄｅｇ、θ４＝１３５ｄｅｇとすることができる。
　なお、ワイヤではなく、複数のスリット（スリット）により形成されるパターンにより偏光部を形成してもよい。スリットを設ける場合、窓部２４Ａ～２４Ｄでスリットの方向を変えることにより、偏光方向を変えることができる。
　＜フィルタユニットの製造＞
　＜バンドパスフィルタの配置＞
　図４は窓部２４Ａにバンドパスフィルタ５０Ａ及び傾斜調整部材３０（傾斜調整部材）を配置した様子を示す図である。バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄは、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタであり、窓部２４Ａ～２４Ｄにそれぞれ配置される（設置工程）。バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの透過波長帯域をそれぞれλ１～λ４とすると、例えばλ１は青色波長帯域、λ２は緑色波長帯域、λ３は赤色波長帯域、λ４は近赤外波長帯域とすることができる。透過波長帯域の一部が重なっていてもよい。しかしながら透過波長帯域はこの組み合わせに限らず、撮像したいスペクトルに応じて異なる波長帯域（あるいはその組み合わせ）とすることができる。
　＜瞳領域＞
　上述した窓部とバンドパスフィルタとの組み合わせは、図５に示すように、それぞれ特性が異なる複数の瞳領域Ｚ１～Ｚ４を形成する。瞳領域Ｚ１はバンドパスフィルタ５０Ａ及び窓部２４Ａにより形成され、偏光方向＝θ１、波長帯域＝λ１である。瞳領域Ｚ２はバンドパスフィルタ５０Ｂ及び窓部２４Ｂにより形成され、偏光方向＝θ２、波長帯域＝λ２である。瞳領域Ｚ３はバンドパスフィルタ５０Ｃ及び窓部２４Ｃにより形成され、偏光方向＝θ３、波長帯域＝λ３である。瞳領域Ｚ４はバンドパスフィルタ５０Ｄ及び窓部２４Ｄにより形成され、偏光方向＝θ４、波長帯域＝λ４である。
　＜傾斜調整部材による傾斜の調整＞
　図６は傾斜調整の様子を示す図である。傾斜調整部材３０はバンドパスフィルタ５０Ａとの接触面が斜面３０Ａ（斜面）であり、この傾斜調整部材３０を挿入口２８に挿入し矢印の方向（図中の左右方向）に押し引きすることで、バンドパスフィルタ５０Ａの斜面部２２に対する傾斜を容易に調整することができる（傾斜調整工程）。図６の（ａ）部分は傾斜角度がマイナスの状態（押し込み量が少ない）を示し、同図の（ｂ）部分は傾斜角度がほぼ０ｄｅｇの状態（押し込み量が多い）を示す（角度の正負は図６の右側を参照）。また、傾斜調整部材３０を図６の（ｂ）部分よりさらに押し込むことにより、図６の（ｃ）部分のように傾斜角度をプラスにすることもできる。このように、フィルタユニット１６では、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの傾斜角度を正、負、ゼロのいずれに調整することもできる。バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄは、各フィルタの透過波長帯域に応じた傾斜角度に調整され、斜面部２２に設置される。
　上述の調整により傾斜角度が変わると、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄに対する光の入射角が変わり、その結果光路長が変化する。第１の実施形態に係るフィルタユニット１６（光学素子）及び撮像光学系１０（光学装置）では、この光路長の変化を利用して撮像光学系１０の収差を補正し（後述）、良好な画質のマルチスペクトル画像を取得することができる。
　なお、図６以降において、バンドパスフィルタの設置や傾斜の調整、及び固定についてバンドパスフィルタ５０Ａを例として説明するが、他のバンドパスフィルタ５０Ｂ～５０Ｄについても同様に対応することができる。
　＜固定部材によるバンドパスフィルタの固定＞
　第１の実施形態では、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄ（光学フィルタ）を枠体２０に固定する固定部材として接着剤を用いる。この接着剤はバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄ及び傾斜調整部材３０を枠体２０に固定し、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの受光領域のうち接着剤に覆われていない部分が開口（光透過領域）を形成する。接着剤は非光透過性であることが好ましいが、完全な非光透過性でなくてもよい。なお、接着剤は、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの透過波長帯域に基づいて決定された光透過領域の面積に応じた量が窓部に充填される。なお、光透過領域の面積は被写体、光源、バンドパスフィルタの各波長帯域での透過率、撮像素子の分光感度特性等の条件に基づいて決めることができる（例えば、これらの条件で定まる「感度」が低い波長帯域については、透過領域の面積を広くする）。したがって、接着剤の充填量はバンドパスフィルタごとに（窓部ごとに）異なっていてよい。
　図７は接着剤の充填の様子を示す図である。傾斜調整部材３０が挿入口２８に押し込まれてバンドパスフィルタ５０Ａの傾斜が調整された状態で、挿入口２８とバンドパスフィルタ５０Ａとの隙間から、注射器やスポイト等により接着剤を充填する（固定工程）。接着剤は、充填量が少ない状態では例えば充填ライン５２Ａまで到達し、充填量が多くなるにつれて充填ライン５２Ｂ，５２Ｃに到達する。図８は接着剤の充填の様子を示す他の図であり、枠体２０の断面方向から見たときの接着剤５２を示している。図８の（ａ）部分～（ｃ）部分における接着剤５２の先端（枠体２０の中心に近い側；図の左側）が図７における充填ライン５２Ａ～５２Ｃにそれぞれ対応する。
　以上説明したように、第１の実施形態に係るフィルタユニット１６（光学素子）では、接着剤の充填量を変化させることにより開口面積を組立の際に容易に調整することができ、組立が容易である。
　なお、注入した接着剤が硬化した後、図８に示すように傾斜調整部材３０が枠体２０に固定された状態にしておいてもよいし、図９に示すように傾斜調整部材３０を除去してもよい。
　なお、上述したバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの設置（窓部２４Ａ～２４Ｄへの設置；設置工程）や傾斜の調整（傾斜調整部材３０の押し引き；傾斜調整工程）、及び固定（接着剤５２の注入；固定工程）は、各種の機械や装置を用いて行うことができる。
　＜撮像素子の構成＞
　図１０は、撮像素子の画素配列の概略構成を示す図である。同図に示すように、撮像素子１００は、その受光面に複数種類の画素（画素Ｐ１～画素Ｐ１６）を有する。これらの画素Ｐ１～画素Ｐ１６は、水平方向（ｘ軸方向）及び垂直方向（ｙ軸方向）に沿って、一定ピッチで規則的に配列される。第１の実施形態に係る撮像装置１において、撮像素子１００は、隣接する１６個（４×４個）の画素Ｐ１～画素Ｐ１６で１つの画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）が構成され、この画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）が、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列される。（Ｘ，Ｙ）はそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向の位置を示す。
　図１１は、撮像素子１００の概略構成を示す図である。また、図１２は、１つの画素（図１１の破線部）の概略構成を示す断面図である。撮像素子１００は、ピクセルアレイ層１１０、偏光フィルタ素子アレイ層１２０（偏光部）、分光フィルタ素子アレイ層１３０（光学フィルタ）、及びマイクロレンズアレイ層１４０を有する。すなわち、撮像素子１００は、透過波長帯域の異なる複数種類の光学フィルタと、偏光方向の異なる複数種類の偏光部と、を画素上に備える。各層は、像面側から物体側に向かって、ピクセルアレイ層１１０、偏光フィルタ素子アレイ層１２０、分光フィルタ素子アレイ層１３０、マイクロレンズアレイ層１４０の順で配置される。
　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方向）及び垂直方向（ｙ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。
　図１３は、１つの画素ブロックにおける偏光フィルタ素子の配列パターンの一例を示す図である。同図に示すように、第１の実施形態に係る撮像装置１では、画素Ｐ１、画素Ｐ３、画素Ｐ９、画素Ｐ１１に偏光フィルタ素子１２２Ａが備えられる。また、画素Ｐ２、画素Ｐ４、画素Ｐ１０、画素Ｐ１２に偏光フィルタ素子１２２Ｂが備えられる。また、画素Ｐ３、画素Ｐ７、画素Ｐ１３、画素Ｐ１５に偏光フィルタ素子１２２Ｃが備えられる。また、画素Ｐ４、画素Ｐ８、画素Ｐ１４、画素Ｐ１６に偏光フィルタ素子１２２Ｄが備えられる。
　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、θＡ＝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。
　分光フィルタ素子アレイ層１３０は、透過波長特性の異なる４種類の分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄを二次元的に配列して構成される。各分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄ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、各分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄは、規則的に配列される。
　図１４は、１つの画素ブロックにおける分光フィルタ素子の配列パターンの一例を示す図である。同図に示すように、第１の実施形態に係る撮像装置１では、画素Ｐ１、画素Ｐ２、画素Ｐ５、及び画素Ｐ６に分光フィルタ素子１３２Ａが備えられる。また、画素Ｐ３、画素Ｐ４、画素Ｐ７、及び画素Ｐ８に分光フィルタ素子１３２Ｂが備えられる。また、画素Ｐ９、画素Ｐ１０、画素Ｐ１３、及び画素Ｐ１４に分光フィルタ素子１３２Ｃが備えられる。また、画素Ｐ１１、画素Ｐ１２、画素Ｐ１５、及び画素Ｐ１６に分光フィルタ素子１３２Ｄが備えられる。
　図１５は、各分光フィルタ素子の透過波長特性の一例を示すグラフである。同図において、Ａは、分光フィルタ素子１３２Ａの透過波長特性を示している。Ｂは分光フィルタ素子１３２Ｂの透過波長特性を示している。Ｃは、分光フィルタ素子１３２Ｃの透過波長特性を示している。Ｄは分光フィルタ素子１３２Ｄの透過波長特性を示している。各分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄは、互いに異なる透過波長特性を有する。なお、図１５は、分光フィルタ素子１３２Ａが青色（Blue，Ｂ）の光を透過させる分光フィルタ素子で構成され、分光フィルタ素子１３２Ｂが緑色（Green，Ｇ）の光を透過させる分光フィルタ素子で構成され、分光フィルタ素子１３２Ｃが赤色（Red，Ｒ）の光を透過させる分光フィルタ素子で構成され、分光フィルタ素子１３２Ｄが赤外光（infrared，ＩＲ）を透過させる分光フィルタ素子で構成される場合の例を示している。
　ここで、図１５に示すように、上述した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は、分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄが透過させる波長帯域の範囲内で設定される。すなわち、各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は、各分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄが透過させる波長帯域が重なり合う領域で設定される。換言すると、各分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄは、各バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの透過波長帯域をカバーするように、その透過波長帯域が設定される。このため、各分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄは、広帯域の光を透過させるフィルタが使用される。
　マイクロレンズアレイ層１４０は、多数のマイクロレンズ１４２を二次元的に配列して構成される。各マイクロレンズ１４２は、フォトダイオード１１２と同じ間隔で配置され、１画素ごとに備えられる。マイクロレンズ１４２は、撮像光学系１０からの光をフォトダイオード１１２に効率よく集光させる目的で備えられる。
　以上のように構成される撮像素子１００は、各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）において、各画素Ｐ１～Ｐ１６が、次のように撮像光学系１０からの光を受光する。
　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１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。
　このように、画素Ｐ１～Ｐ１６は、互いに異なる光学特性を有することにより、それぞれ特性（波長帯域及び偏光方向）の異なる光を受光する。すなわち、画素Ｐ１～Ｐ１６は、分光フィルタ素子及び偏光フィルタ素子により、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄ（複数の光学フィルタ）のいずれかを透過した光を選択的に受光する複数の画素群を構成する。
　＜信号処理部の構成＞
　信号処理部２００（信号処理部）は、撮像素子１００から出力される信号を処理して、４バンドのマルチスペクトル画像の画像データを生成する。すなわち、上述したフィルタユニット１６を透過する４種類の波長帯域λ１～λ４の画像データ（複数の光学フィルタの波長帯域にそれぞれ対応する複数の画像）を生成する。
　図１６は、信号処理部の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、信号処理部２００は、アナログ信号処理部２００Ａ、画像生成部２００Ｂ及び係数記憶部２００Ｃを含む。アナログ信号処理部２００Ａは、撮像素子１００の各画素から出力されるアナログの画素信号を取り込み、信号処理（たとえば、相関二重サンプリング処理、増幅処理等）を施した後、デジタル信号に変換して出力する。画像生成部２００Ｂは、デジタル信号に変換された後の画素信号に信号処理を施して、各波長帯域（λ１～λ４）の画像データを生成する。
　図１７は、画像生成の概念図である。上述のように、各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）には１６個の画素Ｐ１～Ｐ１６が含まれる。したがって、各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）から各画素Ｐ１～Ｐ１６の画素信号を分離して抽出することにより、１６個の画像データＤ１～Ｄ１６が生成される。しかしながら、この１６個の画像データＤ１～Ｄ１６には、混信（クロストーク）が生じている。すなわち、各画素Ｐ１～Ｐ１６には、各波長帯域の光が入射するため、生成される画像は、各波長帯域の画像が混合した画像となる。このため、画像生成部２００Ｂは、混信除去処理を行って、各波長帯域（λ１～λ４）の画像データを生成する。
　以下、信号処理部２００において行われる混信除去処理について説明する。
　各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）の画素Ｐ１で得られる画素信号（信号値）をα１とし、以下同様に画素Ｐ２～画素Ｐ１６で得られる画素信号をそれぞれα２～α１６とする。すると、各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）からは、１６個の画素信号α１～α１６が得られる。画像生成部２００Ｂは、この１６個の画素信号α１～α１６から各波長帯域λ１～λ４の光に対応した４つの画素信号β１～β４を算出し、混信を除去する。具体的には、下記の行列Ａを用いた式１によって、各波長帯域λ１～λ４の光に対応した４つの画素信号β１～β４を算出し、混信を除去する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、画素信号β１は波長帯域λ１の光に対応した画素信号、画素信号β２は波長帯域λ２の光に対応した画素信号、画素信号β３は波長帯域λ３の光に対応した画素信号、画素信号β４は波長帯域λ４の光に対応した画素信号である。したがって、画素信号β１からは波長帯域λ１の画像データが生成され、画素信号β２からは波長帯域λ２の画像データが生成され、画素信号β３からは波長帯域λ３の画像データが生成され、画素信号β４からは波長帯域λ４の画像データが生成される。以下、上述の式１によって混信を除去できる理由について説明する。
　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、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、窓部２４Ａ～２４Ｄ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１５参照）、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１３参照）の設定から一意に定まり、事前に求めることができる。
　各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）の各画素Ｐ１～Ｐ１６で得られる画素信号α１～α１６と、各波長帯域λ１～λ４の光に対応する画素信号β１～β４との間には、次の関係が成り立つ。
　画素Ｐ１で得られる画素信号α１に関して、「ｂ１１＊β１＋ｂ１２＊β２＋ｂ１３＊β３＋ｂ１４＊β４＝α１…式２」が成り立つ（「＊」は、積算の記号）。
　画素Ｐ２で得られる画素信号α２に関して、「ｂ２１＊β１＋ｂ２２＊β２＋ｂ２３＊β３＋ｂ２４＊β４＝α２…式３」が成り立つ。
　画素Ｐ３で得られる画素信号α３に関して、「ｂ３１＊β１＋ｂ３２＊β２＋ｂ３３＊β３＋ｂ３４＊β４＝α３…式４」が成り立つ。
　画素Ｐ４で得られる画素信号α４に関して、「ｂ４１＊β１＋ｂ４２＊β２＋ｂ４３＊β３＋ｂ４４＊β４＝α４…式５」が成り立つ。
　画素Ｐ５で得られる画素信号α５に関して、「ｂ５１＊β１＋ｂ５２＊β２＋ｂ５３＊β３＋ｂ５４＊β４＝α５…式６」が成り立つ。
　画素Ｐ６で得られる画素信号α６に関して、「ｂ６１＊β１＋ｂ６２＊β２＋ｂ６３＊β３＋ｂ６４＊β４＝α６…式７」が成り立つ。
　画素Ｐ７で得られる画素信号α７に関して、「ｂ７１＊β１＋ｂ７２＊β２＋ｂ７３＊β３＋ｂ７４＊β４＝α７…式８」が成り立つ。
　画素Ｐ８で得られる画素信号α８に関して、「ｂ８１＊β１＋ｂ８２＊β２＋ｂ８３＊β３＋ｂ８４＊β４＝α８…式９」が成り立つ。
　画素Ｐ９で得られる画素信号α９に関して、「ｂ９１＊β１＋ｂ９２＊β２＋ｂ９３＊β３＋ｂ９４＊β４＝α９…式１０」が成り立つ。
　画素Ｐ１０で得られる画素信号α１０に関して、「ｂ１０１＊β１＋ｂ１０２＊β２＋ｂ１０３＊β３＋ｂ１０４＊β４＝α１０…式１１」が成り立つ。
　画素Ｐ１１で得られる画素信号α１１に関して、「ｂ１１１＊β１＋ｂ１１２＊β２＋ｂ１１３＊β３＋ｂ１１４＊β４＝α１１…式１２」が成り立つ。
　画素Ｐ１２で得られる画素信号α１２に関して、「ｂ１２１＊β１＋ｂ１２２＊β２＋ｂ１２３＊β３＋ｂ１２４＊β４＝α１２…式１３」が成り立つ。
　画素Ｐ１３で得られる画素信号α１３に関して、「ｂ１３１＊β１＋ｂ１３２＊β２＋ｂ１３３＊β３＋ｂ１３４＊β４＝α１３…式１４」が成り立つ。
　画素Ｐ１４で得られる画素信号α１４に関して、「ｂ１４１＊β１＋ｂ１４２＊β２＋ｂ１４３＊β３＋ｂ１４４＊β４＝α１４…式１５」が成り立つ。
　画素Ｐ１５で得られる画素信号α１５に関して、「ｂ１５１＊β１＋ｂ１５２＊β２＋ｂ１５３＊β３＋ｂ１５４＊β４＝α１５…式１６」が成り立つ。
　画素Ｐ１６で得られる画素信号α１６に関して、「ｂ１６１＊β１＋ｂ１６２＊β２＋ｂ１６３＊β３＋ｂ１６４＊β４＝α１６…式１７」が成り立つ。
　ここで、上述した式２～１７の連立方程式は、行列Ｂを用いた下記の式１８で表わすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式２～１７の連立方程式の解であるβ１～β４は、式１８の両辺に行列Ｂの逆行列Ｂ－１をかけることで算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　このように、各波長帯域λ１～λ４に対応した画素信号β１～β４は、撮像光学系１０から出射される各波長帯域λ１～λ４の光が、画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）の各画素Ｐ１～Ｐ１６で受光される割合に基づいて、各画素Ｐ１～Ｐ１６の信号値（画素信号α１～α１６）から算出できる。
　上述の式１は、式１９の逆行列Ｂ－１をＡとしたものである（Ｂ－１＝Ａ）。したがって、式１における行列Ａの各要素ａｉｊは、行列Ｂの逆行列Ｂ－１を求めることで取得できる。
　係数記憶部２００Ｃは、混信除去処理を行うための行列Ａの各要素ａｉｊを係数群として記憶する。
　画像生成部２００Ｂは、係数記憶部２００Ｃから係数群を取得し、各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）の各画素Ｐ１～Ｐ１６から得られる画素信号α１～α１６から、上述の式１によって、各波長帯域λ１～λ４に対応した画素信号β１～β４を算出し、各波長帯域λ１～λ４の画像データを生成する。
　画像生成部２００Ｂで生成された各波長帯域λ１～λ４の画像データは、外部に出力され、必要に応じて記憶装置（不図示）に記憶される。また、必要に応じてディスプレイ（不図示）に表示される。
　＜画像生成＞
　図１８は、撮像装置１による画像生成の概念図である。
　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（第４の光）となって撮像素子１００に入射する。
　撮像素子１００の各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）では、撮像光学系１０から出射した各波長帯域の光が、各画素Ｐ１～Ｐ１６において、上述した割合ｂｉｊで受光される。すなわち、各画素Ｐ１～Ｐ１６に備えられる偏光フィルタ素子１２２Ａ～１２２Ｄ及び分光フィルタ素子１３２Ａ～１３２Ｄの作用によって、各波長帯域λ１～λ４の光が割合ｂｉｊで受光される。
　信号処理部２００は、撮像素子１００の各画素ブロックＰＢ（Ｘ，Ｙ）の各画素Ｐ１～Ｐ１６から得られる画素信号α１～α１６から各波長帯域λ１～λ４の光に対応した画素信号β１～β４を算出し、各波長帯域λ１～λ４の画像データを生成する。すなわち、行列Ａを用いた式１による演算処理（混信除去処理）を行って、撮像素子１００から得られる各画素Ｐ１～Ｐ１６の画素信号α１～α１６から各波長帯域λ１～λ４の光に対応した画素信号β１～β４を算出し、各波長帯域λ１～λ４の画像データを生成する。
　このように、第１の実施形態に係る撮像装置１によれば、１つの撮像光学系１０と１つ（単板）の撮像素子１００で４種類の波長帯域の画像（４バンドのマルチスペクトル画像）を撮像することができる。
　＜撮像光学系の収差補正＞
　一般的な撮像光学系では、波長ごとに収差が異なる。したがって、一般的な撮像光学系を単純に瞳分割して、撮像に用いても、良好な画質のマルチスペクトル画像は得られない。なお、ここでの「一般的な撮像光学系」とは、波長ごとの収差の特に補正していない撮像光学系、すなわち、波長ごとの収差が残存した撮像光学系を意味する。
　また、上述した特許文献１では、偏光センサと瞳分割とを用いることでマルチスペクトル撮像を可能にしているが、レンズの持つ収差については議論されておらず、理想的なレンズを想定している。したがって、収差を有する一般的なレンズを特許文献１のシステムに適用した場合、想定外の収差が発生し、解像性能を劣化させる場合がある。一方、特許文献１のシステムに専用のレンズを設計して収差を抑制するためには、レンズ枚数やサイズ、使用する硝種などに制約が生じる。
　このような従来の技術に対し、第１の実施形態に係る撮像装置１は、撮像光学系１０の瞳領域を複数の領域（瞳領域Ｚ１～Ｚ４）に分割（瞳分割）し、各領域で波長域を制限する（特定の波長帯域の光を透過させる）ことにより、マルチスペクトル画像の撮像を可能としている。また、第１の実施形態に係る撮像装置１では、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄが、各瞳領域Ｚ１～Ｚ４に対応する領域の収差を個別に補正する機能を有する。具体的には、各バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの傾斜が個別に調整されることにより、各瞳領域Ｚ１～Ｚ４を透過する光の光路長を個別に調整して、収差を補正する。例えば、光路長の調整により各瞳領域Ｚ１～Ｚ４を透過する光の結像位置を光軸Ｌ上で前後させ、これにより軸上色収差を補正する。この結果、撮像光学系１０は、各瞳領域Ｚ１～Ｚ４に対応する領域の収差特性が互いに異なるものとなる。
　第１の実施形態に係る撮像装置１によれば、各瞳領域Ｚ１～Ｚ４に対応する領域の収差を個別に制御できるので、波長ごとに収差を制御できる。これにより、収差を有する一般的なレンズにおいても良好な解像力を取得でき、良好な画質のマルチスペクトル画像を撮像できる。
　＜変形例＞
　上述した第１の実施形態に係る撮像装置１の変形例について説明する。
　＜傾斜調整部材の変形例＞
　図１９は傾斜調整部材の変形例を示す図である。図４，６～８に示す例では単一の形状の傾斜調整部材３０の押し引きで角度を調整するのに対し、図１９に示す例では形状の異なる傾斜調整部材を複数準備して使い分けることで、調整する角度を限定している。また、図１９の（ａ）部分、（ｂ）部分に示す傾斜調整部材３２，３４には斜面３２Ａ，３４Ａがそれぞれ設けられており、これらの斜面３２Ａ，３４Ａがバンドパスフィルタ５０Ａと面接触することでバンドパスフィルタ５０Ａの姿勢が安定する。なお、このような面接触に代えて、傾斜調整部材に複数の突起（例えば、３点）を形成してバンドパスフィルタと接触させてもよい。
　＜枠体及び固定部材の変形例＞
　図２０は枠体及び固定部材の変形例を示す図である（枠体の片側のみ図示）。図２０に示す例では、枠体６０において、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄが設置される部分が開口３９（開口）となっている。この開口３９の開口面積は、形状の異なる開口面積調整部材（非光透過性）を複数準備して使い分けることにより調整することができる。具体的には、図２０の（ａ）部分、（ｂ）部分に示す例では、形状が異なる開口面積調整部材３６，３８がそれぞれ用いられており、これら開口面積調整部材３６，３８により開口３９の開口面積を変化させている。これら開口面積調整部材３６，３８は、光透過性の、あるいは非光透過性の接着剤を用いて他の部材に固定することができる。なお、図２０に示す例において、枠体６０は光透過性でも非光透過性でもよい。また、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄに偏光フィルタを積層して偏光部とすることができる（図２２を参照）。
　＜傾斜調整部材の他の変形例＞
　図２１は傾斜調整部材の他の変形例を示す図である（枠体の片側のみ図示）。図２１に示す例では、枠体６２に形成された貫通穴に挿入された棒状部材６４（傾斜調整部材）を光軸Ｌ２の方向に押し引きすることにより、同図の（ａ）部分，（ｂ）部分に示すように、バンドパスフィルタ５０Ａの窓部２４Ａ（斜面部２２）に対する傾斜を調整することができる。
　＜偏光部の変形例＞
　図２２は偏光部の変形例を示す図である（枠体の片側のみ図示）。第１の実施形態ではワイヤーグリッドまたはスリットを用いて偏光部（図３等を参照）を形成しているが、図２２に示す例では、バンドパスフィルタ５０Ａに偏光フィルタ５４Ａを積層して窓部２４Ａについての偏光部としている。なお、ワイヤーグリッドまたはスリットを用いる場合と同様に、偏光の方向はバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄに対しそれぞれ異なる方向である。
　＜波長帯域及び偏光方向の数の変形例＞
　第１の実施形態ではフィルタユニット１６が４つの波長帯域及び４つの偏光方向に対応する場合について説明しているが、波長帯域及び偏光方向は異なる数でもよい。例えば、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄのうちいずれか（例えば、バンドパスフィルタ５０Ｄ）を遮光または省略することにより、上述のフィルタユニット１６を３つの波長帯域に対応させることができる（バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｃのいずれかを２つ設置してもよい）。また、２つの窓部で偏光フィルム４０の向きを同じにする（例えば、θ１＝０ｄｅｇ、θ２＝４５ｄｅｇ、θ３＝９０ｄｅｇ、θ４＝９０ｄｅｇ）ことにより、フィルタユニット１６を３つの偏光方向に対応させることができる。また、窓部２４Ａ～２４Ｄのいずれかを遮蔽することにより３つの波長帯域及び３つの偏光方向を実現してもよい。さらに、枠体に３つの窓部を形成してもよい。
　＜撮像素子の構成の変形例＞
　撮像素子は、第１の実施形態のように分光フィルタ素子アレイ層を有するカラー撮像素子でもよいし、分光フィルタ素子アレイ層を有しないモノクロの撮像素子でもよい。このような、光学フィルタの波長帯域数及び偏光方向数と、撮像素子の分光数及び偏光方向数との組み合わせは、「何波長の画像を取得したいか（取得する画像のスペクトル数）」に応じて決めることができる。
　＜選択的受光のための他の構成＞
　第１の実施形態のような、偏光フィルタを用いた選択的受光に代えて、他の手段により選択的受光を実現してもよい。例えば、各画素に対しマイクロレンズを設けると共に撮像素子の受光面上に一部が開口した遮光マスクを設け、このマスクによりいずれかの瞳領域を透過した光を受光し、他の瞳領域を透過した光を遮光する態様も可能である。
　＜その他の変形例＞
　第１の実施形態では、斜面部２２、窓部２４Ａ～２４Ｄ、及びバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄは矩形であるが、矩形以外の多角形、円形、扇形等、他の形状でもよい。また、第１の実施形態及び変形例では各波長帯域の光量調整を開口面積の調整により行っているが、ＮＤフィルタ（ＮＤ：Neutral Density）のような減光フィルタを用いて光量調整を行ってもよい。この場合、波長帯域によってＮＤフィルタの減光度を変えてもよい。
　以上で本発明の実施形態及び他の例に関して説明してきたが、本発明は上述した態様に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
１　　　　撮像装置
１０　　　撮像光学系
１２　　　レンズ
１６　　　フィルタユニット
２０　　　枠体
２１　　　光軸中心
２２　　　斜面部
２４Ａ　　窓部
２４Ｂ　　窓部
２４Ｃ　　窓部
２４Ｄ　　窓部
２６　　　壁部
２８　　　挿入口
３０　　　傾斜調整部材
３０Ａ　　斜面
３２　　　傾斜調整部材
３２Ａ　　斜面
３４　　　傾斜調整部材
３４Ａ　　斜面
３６　　　開口面積調整部材
３８　　　開口面積調整部材
３９　　　開口
４０　　　偏光フィルム
４２　　　ワイヤ
５０Ａ　　バンドパスフィルタ
５０Ｂ　　バンドパスフィルタ
５０Ｃ　　バンドパスフィルタ
５０Ｄ　　バンドパスフィルタ
５２　　　接着剤
５２Ａ　　充填ライン
５２Ｂ　　充填ライン
５２Ｃ　　充填ライン
５４Ａ　　偏光フィルタ
６２　　　枠体
６４　　　棒状部材
１００　　撮像素子
１１０　　ピクセルアレイ層
１１２　　フォトダイオード
１２０　　偏光フィルタ素子アレイ層
１２２Ａ　偏光フィルタ素子
１２２Ｂ　偏光フィルタ素子
１２２Ｃ　偏光フィルタ素子
１２２Ｄ　偏光フィルタ素子
１３０　　分光フィルタ素子アレイ層
１３２Ａ　分光フィルタ素子
１３２Ｂ　分光フィルタ素子
１３２Ｃ　分光フィルタ素子
１３２Ｄ　分光フィルタ素子
１４０　　マイクロレンズアレイ層
１４２　　マイクロレンズ
２００　　信号処理部
２００Ａ　アナログ信号処理部
２００Ｂ　画像生成部
２００Ｃ　係数記憶部
Ａ　　　　透過波長特性
Ｂ　　　　透過波長特性
Ｃ　　　　透過波長特性
Ｄ　　　　透過波長特性
Ｄ１　　　画像データ
Ｄ２　　　画像データ
Ｄ３　　　画像データ
Ｄ４　　　画像データ
Ｄ５　　　画像データ
Ｄ６　　　画像データ
Ｄ７　　　画像データ
Ｄ８　　　画像データ
Ｄ９　　　画像データ
Ｄ１０　　画像データ
Ｄ１１　　画像データ
Ｄ１２　　画像データ
Ｄ１３　　画像データ
Ｄ１４　　画像データ
Ｄ１５　　画像データ
Ｄ１６　　画像データ
Ｌ　　　　光軸
Ｌ２　　　光軸
Ｐ１　　　画素
Ｐ２　　　画素
Ｐ３　　　画素
Ｐ４　　　画素
Ｐ５　　　画素
Ｐ６　　　画素
Ｐ７　　　画素
Ｐ８　　　画素
Ｐ９　　　画素
Ｐ１０　　画素
Ｐ１１　　画素
Ｐ１２　　画素
Ｐ１３　　画素
Ｐ１４　　画素
Ｐ１５　　画素
Ｐ１６　　画素
ＰＢ　　　画素ブロック
Ｚ１　　　瞳領域
Ｚ２　　　瞳領域
Ｚ３　　　瞳領域
Ｚ４　　　瞳領域
α１　　　画素信号
α２　　　画素信号
α３　　　画素信号
α４　　　画素信号
α５　　　画素信号
α６　　　画素信号
α７　　　画素信号
α８　　　画素信号
α９　　　画素信号
α１０　　画素信号
α１１　　画素信号
α１２　　画素信号
α１３　　画素信号
α１４　　画素信号
α１５　　画素信号
α１６　　画素信号
β１　　　画素信号
β２　　　画素信号
β３　　　画素信号
β４　　　画素信号
θ１　　　偏光方向
θ２　　　偏光方向
θ３　　　偏光方向
θ４　　　偏光方向
θＡ　　　偏光方向
θＢ　　　偏光方向
θＣ　　　偏光方向
θＤ　　　偏光方向
λ１　　　波長帯域
λ２　　　波長帯域
λ３　　　波長帯域
λ４　　　波長帯域

Claims (18)

  1. 　複数の光学フィルタであって、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタと、
    　光軸中心を頂点とした斜面部を有する枠体であって、前記複数の光学フィルタが前記斜面部に設置される枠体と、
    　を備える光学素子。
  2. 　前記枠体は前記斜面部を複数有する請求項１に記載の光学素子。
  3. 　前記光学フィルタと前記枠体とを固定する固定部材をさらに備える請求項１または２に記載の光学素子。
  4. 　前記固定部材は接着剤であり、
    　前記接着剤は前記複数の光学フィルタを前記枠体に固定し、
    　前記複数の光学フィルタの受光領域のうち前記接着剤に覆われていない部分が光透過領域を形成する請求項３に記載の光学素子。
  5. 　前記複数の光学フィルタの前記波長帯域に基づいて決定された前記光透過領域の面積に応じた量の前記接着剤が前記複数の窓部に充填されている請求項４に記載の光学素子。
  6. 　前記複数の光学フィルタの前記斜面部に対する傾斜を調整する傾斜調整部材をさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子。
  7. 　前記傾斜調整部材の前記複数の光学フィルタとの接触面が斜面である請求項６に記載の光学素子。
  8. 　前記傾斜調整部材は前記枠体に固定される請求項６または７に記載の光学素子。
  9. 　前記複数の窓部は、前記複数の窓部を透過する光を偏光させる偏光部をそれぞれ有する請求項１から８のいずれか１項に記載の光学素子。
  10. 　前記偏光の方向は複数種類である請求項９に記載の光学素子。
  11. 　前記偏光部は前記偏光の方向に応じて前記複数の窓部に形成されたワイヤーグリッドまたはスリットである請求項９または１０に記載の光学素子。
  12. 　前記枠体は光透過性である請求項１から１１のいずれか１項に記載の光学素子。
  13. 　前記枠体は前記複数の光学フィルタが設置される部分が開口であり、前記光学素子は前記開口の面積を調整する開口面積調整部材を備える請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学素子。
  14. 　前記複数の光学フィルタが、それぞれの光学フィルタが透過させる光の波長帯域に応じた傾斜角度で前記斜面部に設置された請求項１から１３のいずれか１項に記載の光学素子。
  15. 　請求項１から１４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、前記光学素子の光軸と前記レンズの光軸とが一致した状態で、前記レンズを透過する光の光路に配置される光学装置。
  16. 　請求項１５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的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。
  17. 　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、偏光方向の異なる複数種類の偏光部と、を画素上に備える請求項１６に記載の撮像装置。
  18. 　複数の光学フィルタであって、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタと、光軸中心を頂点とした斜面部を有する枠体であって、前記複数の光学フィルタが前記斜面部に設置される枠体と、を備える光学素子の製造方法であって、
    　前記複数の光学フィルタを前記複数の窓部に設置する設置工程と、
    　前記光学フィルタの前記斜面部に対する傾斜を調整する傾斜調整工程と、
    　前記光学フィルタを固定部材により前記枠体に固定する固定工程と、
    　を有する製造方法。
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