WO2021085367A1 - 光学素子、光学装置、及び撮像装置 - Google Patents

光学素子、光学装置、及び撮像装置 Download PDF

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aperture
gravity
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慶延 岸根
和佳 岡田
睦 川中子
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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, an optical device, and an image pickup device for capturing a multispectral image.
  • Patent Document 1 describes a color wheel having a color filter arranged in a rotationally symmetric arrangement, and a projection device using the color wheel.
  • Patent Document 2 describes a color filter including the first to third filter regions. The third filter region is arranged symmetrically with respect to the center.
  • Patent Document 3 describes a polarizing color filter plate in which a polarizing filter is arranged in a fan-shaped region, and an imaging device including the color filter plate. Further, as described in Patent Document 4, the amount of image deviation increases or decreases depending on the position of the center of gravity of the opening.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-177060 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-102733 Japanese Patent No. 612409 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-57761
  • One embodiment according to the technique of the present disclosure provides an optical element, an optical device, and an imaging device capable of acquiring a multispectral image of good image quality.
  • the optical element according to the first aspect of the present invention is a frame having a plurality of aperture regions and a plurality of optical filters mounted on the plurality of aperture regions, and at least two types having different wavelength bands of transmitted light.
  • the optical element according to the second aspect is the center of gravity of the image generated by the aperture region in the first aspect.
  • the optical element according to the third aspect is the first or second aspect, in which the plurality of optical filters are mounted in an aperture region having an aperture area corresponding to a wavelength band.
  • the optical element according to the fourth aspect is the third aspect, in which the plurality of optical filters are mounted in an aperture region having a wider aperture area as the filter has a longer wavelength at the center of the wavelength band.
  • the optical element according to the fifth aspect has a feature point in which the frame body coincides with the center of gravity when the frame body is viewed from the front, and the opening area is defined as. The farther away from the feature point, the smaller the opening area.
  • the optical element according to the sixth aspect is equipped with a plurality of optical filters having the same wavelength band for at least one wavelength band, respectively, in the plurality of aperture regions. Ru.
  • the optical element according to the seventh aspect has a plurality of aperture regions having different aperture shapes for each wavelength band of the mounted optical filter, and the plurality of optical filters. Has a different shape for each wavelength band and has a shape corresponding to the opening shape.
  • the optical element according to the eighth aspect has any one of the first to seventh aspects, and at least one set of the plurality of optical filters has two or more kinds of wavelength bands in a plurality of aperture regions.
  • the optical element according to the ninth aspect further includes a plurality of polarizing filters having different polarization directions in any one of the first to eighth aspects.
  • the optical element according to the tenth aspect has the same polarization direction for each wavelength band in the ninth aspect.
  • the optical device includes an optical element according to any one of the first to eighth aspects and a lens for forming an optical image of a subject, and the optical element is a pupil position of the lens. Is arranged so that the center of gravity coincides with the optical axis of the lens.
  • the optical device further includes a plurality of polarizing filters having different polarization directions.
  • the polarizing filters having the same polarization direction include optical filters having the same wavelength band. It is placed in the opening area to be mounted.
  • At least one of the optical element and the plurality of polarizing filters is inserted into or retracted from the optical path of the light incident on the lens.
  • the image pickup device includes an optical device according to any one of the eleventh to thirteenth aspects and a plurality of pixel groups that selectively receive light transmitted through any of the plurality of optical filters.
  • the image sensor includes the image sensor, and a signal processing unit that generates a plurality of images corresponding to the wavelength bands of the plurality of optical filters based on the signals output from the image sensor.
  • the image pickup device is the fourteenth aspect, wherein 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 transmission polarization directions on the pixel.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an image pickup apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a front view showing the configuration of the bandpass filter unit.
  • FIG. 3 is a front view showing the configuration of the polarizing filter unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 5 is another diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 6 is still another diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 7 is still another diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an image pickup apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a front view showing the configuration of the bandpass filter unit.
  • FIG. 3 is a front view showing the configuration of the polarizing filter unit.
  • FIG. 8 is still another diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 9 is still another diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 10 is still another diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 11 is still another diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 12 is still another diagram showing the relationship between the aperture shape and the image quality at the time of out-of-focus.
  • FIG. 13 is a diagram showing an array of pixels of the image sensor.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an image sensor.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the image sensor.
  • FIG. 16 is a diagram showing an arrangement pattern of polarizing filter elements.
  • FIG. 17 is a diagram showing an arrangement pattern of the spectroscopic filter elements.
  • FIG. 18 is a diagram showing the transmission wavelength characteristics of the spectroscopic filter element.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing unit.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram of image generation.
  • FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a light-shielding plate.
  • FIG. 22 is a conceptual diagram of image generation by the imaging device.
  • FIG. 23 is a diagram showing another aspect of the bandpass filter unit.
  • FIG. 24 is a diagram showing still another aspect of the bandpass filter unit.
  • FIG. 25 is a diagram showing still another aspect of the bandpass filter unit.
  • FIG. 26 is a diagram showing still another aspect of the bandpass filter unit.
  • FIG. 27 is a diagram showing still another aspect of the bandpass filter unit.
  • FIG. 28 is a diagram showing a state of
  • 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 image pickup optical system 10 (optical device), an image pickup device 100 (imaging device), and 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 bandpass filter unit 16 (optical element) and a polarizing filter unit 18 (polarizing filter) in the optical path thereof. ..
  • the optical axis L of the lens 12 and the optical axes of the bandpass filter unit 16 and the polarizing filter unit 18 are aligned (the center of gravity 19G of the frame 19 and the frame 20).
  • 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.
  • FIG. 2 is a front view of the bandpass filter unit 16.
  • the bandpass filter unit 16 includes a frame body 20 (frame body) and bandpass filters 50A to 50D (optical filters).
  • the bandpass filters 50A to 50D are attached to the opening regions 52A to 52D (plurality of opening regions; see the portion (b) in FIG. 2) formed in the frame body 20, respectively.
  • the aperture regions 52B to 52D are each composed of a plurality of (two) openings, and the bandpass filters 50B to 50D having the same wavelength band of transmitted light are mounted on the aperture regions 52B to 52D, respectively. ..
  • the center of gravity of the opening regions 52B to 52D coincides with the center of gravity 20G of the frame body 20.
  • the wavelength bands of the transmitted light of the bandpass filters 50A to 50D can be near infrared, red, green, and blue, respectively. That is, the bandpass filters 50A to 50D include at least two types of filters having different wavelength bands of transmitted light.
  • the wavelength band of the transmitted light of the bandpass filter is not limited to the above combination, and the wavelength band can be selected according to the spectrum in which the image is to be acquired.
  • the bandpass filters 50A to 50D described above each transmit light having one type of wavelength
  • at least one set of the bandpass filters may have two or more types of wavelength bands.
  • at least one set of bandpass filters may have two or more kinds of wavelength bands.
  • the “one set” is a combination that matches the center of gravity 20G of the opening regions 52B to 52D, and is, for example, a bandpass filter 50B.
  • one set is, for example, a bandpass filter 50A.
  • “having two or more kinds of wavelength bands” means that there are two or more kinds of wavelength bands to be transmitted, and for example, a case where two kinds of wavelength bands of red and blue are transmitted by the bandpass filter 50B is applicable.
  • the frame body 20 has a plurality of opening regions 52A to 52D.
  • the opening area 52A is a single opening area surrounding the center of gravity 20G of the frame body 20, and the opening areas 52B to 52D are a plurality of opening areas arranged symmetrically with respect to the center of gravity 20G of the frame body 20.
  • the two opening regions 52B are arranged symmetrically with respect to the center of gravity 20G (feature points)
  • the two opening regions 52C are arranged symmetrically with respect to the center of gravity 20G
  • the two opening regions 52D are arranged symmetrically with respect to the center of gravity 20G. It is arranged symmetrically with respect to 20G.
  • the positions of the centers of gravity of the opening areas 52A to 52D are the same. However, the positions of the centers of gravity do not have to match for all the opening regions, as long as they match for at least two types of opening regions. Further, when the frame body 20 is viewed from the front, the center of gravity of the image generated corresponding to the opening region coincides with the center of gravity (feature point) of the opening region.
  • the center of gravity of the image generated with respect to the aperture region is a focusing position located on the optical axis of the imaging optical system.
  • the bandpass filters 50A to 50D are mounted in an aperture region having an aperture area corresponding to the wavelength band of transmitted light. That is, a filter having a longer wavelength at the center of the wavelength band is mounted in an aperture region having a larger aperture area. Further, the bandpass filters 50A to 50D are mounted in the opening region where the opening area is narrower as the filter is mounted farther from the center of gravity 20G of the frame body 20. The opening area of these opening regions is smaller as the distance from the center of gravity (which coincides with the center of gravity of the subject image when the frame is viewed from the front), which is a characteristic point of the frame, is.
  • the opening areas 52A to 52D have a wider opening area in the order of the opening areas 52A to 52D.
  • the opening region 52A has the closest distance to the center of gravity 20G (distance between the center of gravity of the opening region and the center of gravity 20G) (distance is zero), and thereafter, the opening regions 52B to 52D are farther from the center of gravity 20G in this order. Therefore, the bandpass filter 50A (for near-infrared light) having the longest wavelength in the wavelength band of the transmitted light is mounted on the aperture region 52A having the widest aperture area and the shortest distance from the center of gravity 20G. Similarly, the bandpass filters 50B (for red light), 50C (for green light), and 50D (for blue light) are mounted in the opening regions 52B to 52D, which are far from the center of gravity 20G and have a narrow opening area.
  • FIG. 3 is a front view of the polarizing filter unit 18. At least one of the bandpass filter unit and the polarizing filter unit 18 described above is inserted into or retracted from the optical path of light incident on the lens 12 (imaging optical system 10) by an operation mechanism (not shown).
  • the polarizing filter unit 18 has a frame body 19 having a center of gravity 19G as the center of gravity, and the frame body 19 has opening areas 19A to 19D having positions, sizes, and shapes corresponding to the above-mentioned opening areas 52A to 52D (FIG. See part (a) of 3).
  • the opening region 19A is a single opening region surrounding the center of gravity 19G of the frame body 19, and the opening regions 19B to 19D are a plurality of opening regions arranged symmetrically with respect to the center of gravity 19G.
  • the polarizing filters 21A to 21D are mounted on the opening regions 19A to 19D (see the portion (b) in FIG. 3).
  • the polarizing filters 21A to 21D are a plurality of polarizing filters having different polarization directions.
  • ⁇ 1 0 deg
  • ⁇ 2 45 deg
  • ⁇ 3 90 deg
  • ⁇ 4 135 deg
  • the polarizing filters 21A to 21D are arranged in the aperture region where the bandpass filters having the same wavelength band are mounted. Specifically, the two polarizing filters 21B (both polarization directions are the same at 45 deg) are mounted on the two opening regions 19B corresponding to the two opening regions 52B (where the bandpass filter 50B is mounted). Further, the two polarizing filters 21C (both polarization directions are the same at 90 deg) are mounted on the two aperture regions 19C corresponding to the two aperture regions 52C (where the bandpass filter 50C is mounted).
  • the two polarizing filters 21D (both polarization directions are the same at 135 deg) are mounted in the two aperture regions 19D corresponding to the two aperture regions 52D (where the bandpass filter 50D is mounted). That is, the polarization direction is the same for each wavelength band.
  • the pupil region is divided into four pupil regions Z1 to Z4 (see FIGS. 2 and 3) by the bandpass filter unit 16 and the polarizing filter unit 18 having the above-described configuration (pupil division).
  • the pupil region Z1 corresponds to the bandpass filter 50A, the aperture region 52A, the aperture region 19A, and the polarizing filter 21A.
  • the pupil region Z2 corresponds to the bandpass filter 50B, the aperture region 52B, the aperture region 19B, and the polarizing filter 21B.
  • the pupil region Z3 corresponds to the bandpass filter 50C, the aperture region 52C, the aperture region 19C, and the polarizing filter 21C.
  • the pupil region Z4 corresponds to the bandpass filter 50D, the aperture region 52D, the aperture region 19D, and the polarizing filter 21D.
  • the bandpass filter unit 91 is a filter unit in which four bandpass filters 90R, 90G, 90M, and 90B having different transmission wavelength bands are mounted on the frame body 92.
  • the position where the subject 90 is in focus on the optical axis of the bandpass filter unit 91 and the photographing optical system is defined as the point Q0, and the position closer to the subject 90 than the point Q0 is defined as the point Q1.
  • the position farther from the subject 90 than the point Q0 is defined as the point Q2.
  • the image shift does not occur at the point Q0 as in the subject image 93.
  • four subject images 94R, 94G, 94M, 94B that are out of alignment are generated corresponding to the transmission wavelength band of the bandpass filters 90R, 90G, 90M, 90B.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results when the opening 1001 is used.
  • the aperture 1001 is circular, and its center of gravity 1001G exists on the optical axis of the imaging optical system.
  • the part of reference numeral 1011A shows the subject image in the focused state (the above-mentioned object and the image of the point light source, the upper right part is the image of the point light source; the same in cases 1 to 9), and proceeds to the right side of the figure.
  • the subject image is shown at a position away from the in-focus position (position on the optical axis of the photographing optical system).
  • the subject image becomes blurred (out of focus) as the distance from the in-focus position increases.
  • the lower part of FIG. 4 is a graph showing the brightness distribution of the image of the point light source at the same position as the upper part of the figure.
  • the portion of reference numeral 1021A is a graph at the same position (focus position) as that of reference numeral 1011A. As the distance from the in-focus position increases, the brightness distribution becomes wider and gentler.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results when the opening 1002 is used.
  • the aperture 1002 is fan-shaped, and its center of gravity 1002G is deviated from the optical axis of the imaging optical system.
  • the subject image shifts according to the out-of-focus.
  • the peak brightness is shifted to the left side of the figure (graph of reference numeral 1022B) even if it is slightly out of focus (indicated by reference numerals 1012A and 1022A) as in reference numeral 1012B.
  • the peak brightness in the focused state is indicated by a dotted line in the graph (the same applies in the following cases).
  • FIG. 6 is a diagram showing the results when the opening 1003 is used.
  • the aperture 1003 is composed of two fan-shaped regions, and its center of gravity 1003G exists on the optical axis of the imaging optical system.
  • the subject image does not shift in a state slightly out of focus (reference numeral 1013A, 1023A) (reference numeral 1013B, 1023B).
  • the deviation from the in-focus state becomes large (the state on the right side of the reference numerals 1013C and 1023C)
  • the subject image shifts corresponding to each of the two regions of the opening 1003, and the subject image becomes double (luminance peak).
  • the subject image becomes double (luminance peak).
  • FIG. 7 is a diagram showing the results when the opening 1004 is used.
  • the opening 1004 is composed of two fan-shaped regions like the opening 1003 shown in FIG. 6, and its center of gravity 1004G exists on the optical axis of the imaging optical system, but the area of the opening is smaller than that of the opening 1003.
  • the subject image in the state of being out of focus (indicated by reference numerals 1014A and 1024A) shifts while maintaining a clear state as compared with the case 3.
  • the subject image is clearer than in Case 3, and the peak is clear in the luminance graph.
  • FIG. 8 is a diagram showing the results when the opening 1005 is used.
  • the aperture 1005 is composed of two vertical regions extending in the vertical direction in the drawing, and its center of gravity 1005G exists on the optical axis of the imaging optical system.
  • the subject image becomes (according to the out-of-focus) as the distance from the in-focus state (indicated by reference numerals 1015A and 1025A) increases.
  • a double image is generated in the state on the right side of the states indicated by reference numerals 1015C and 1025C.
  • FIG. 9 is a diagram showing the results when the opening 1006 is used.
  • the opening 1006 is composed of two vertical regions extending in the vertical direction in the figure, and the center of gravity 1006G exists on the optical axis of the imaging optical system, but the opening area is the opening 1005. Narrower than.
  • the subject image shifts as the distance from the in-focus state (indicated by reference numerals 1016A and 1026A) increases, but the degree of duality of the subject image is reduced as compared with the case of Case 5.
  • FIG. 10 is a diagram showing the results when the opening 1007 is used.
  • the aperture 1007 is composed of two vertical regions extending in the vertical direction in the figure as in the above-mentioned openings 1005 and 1006, and the center of gravity 1007G exists on the optical axis of the imaging optical system, but the aperture area is an aperture. Narrower than 1005 and 1006.
  • the subject image shifts as the distance from the in-focus state (indicated by reference numerals 1017A and 1027A) increases, but the degree of duality of the subject image is further reduced as compared with the cases 5 and 6. ..
  • the double image is generated on the right side (a state in which the focus is further out of focus) from the state indicated by the reference numerals 1017E and 1027E.
  • FIG. 11 is a diagram showing the results when the opening 1008 is used.
  • the opening 1008 has the same shape and size as the opening 1006 in the case 6, but the two openings are arranged closer (closer to the center of gravity 1008G) than in the case of the case 6.
  • the subject image shifts as the distance from the in-focus state (indicated by reference numerals 1018A and 1028A) increases, but the degree of duality of the subject image is reduced as compared with the case of Case 6.
  • the double image is generated on the right side (a state in which the focus is further out of focus) from the state indicated by the reference numerals 1018E and 1028E.
  • FIG. 12 is a diagram showing the results when the opening 1009 is used.
  • the aperture 1009 is a single aperture whose center of gravity 1009G coincides with the center of the optical axis of the imaging optical system.
  • the subject image is not shifted and the double image is not generated even if the subject image is separated from the focused state (indicated by reference numerals 1019A and 1029A).
  • FIG. 13 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. 14 is a diagram showing a schematic configuration of the image sensor 100. Further, FIG. 15 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of one pixel (broken line portion in FIG. 14).
  • 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 transmission 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. 16 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. 17 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. 18 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 bandpass filter unit 16 described above are generated.
  • FIG. 19 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. 20 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 removed.
  • 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 bandpass filter unit 16, and the polarization directions ⁇ 1 to ⁇ 4 of the light transmitted by the polarizing filters 21A to 21D.
  • 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 of 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 the respective wavelength bands ⁇ 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.
  • Each element of the matrix A can be calculated from the result of imaging by inserting any of the light-shielding plates shown in FIG. 21 into the optical path of the imaging optical system 10.
  • the light-shielding plate 40 shown in the portion (a) of FIG. 21 has an opening 40A at a portion corresponding to the bandpass filter 50A (see FIG. 2) mounted on the bandpass filter unit 16, and the other bandpass filter 50B.
  • the part corresponding to ⁇ 50D is shielded.
  • the portion corresponding to the bandpass filter 50B has an opening 42B, and the other portions corresponding to the bandpass filters 50A, 50C, 50D are shielded. ing.
  • the portion corresponding to the bandpass filter 50C has an opening 44C, and the other portions corresponding to the bandpass filters 50A, 50B, 50D are shielded. There is.
  • the portion corresponding to the bandpass filter 50D has an opening 46D, and the other portions corresponding to the bandpass filters 50A to 50C are shielded.
  • 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. 22 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.
  • FIG. 23 is a diagram showing another example (No. 1) of the bandpass filter unit.
  • two bandpass filters 22R, 22G, 22C, and 22M plural of bandpass filters
  • the frame body 23 is provided with two circular opening regions 23R, 23G, 23C, and 23M (see the portion (b) in the figure). These opening regions are arranged symmetrically with respect to the center of gravity 23P of the frame body 23.
  • a plurality of bandpass filters having the same wavelength band are mounted in each of the plurality of aperture regions.
  • the opening region and the bandpass filter have the same shape and area regardless of the transmission wavelength band, but the area may be adjusted according to the transmission wavelength band as in the first embodiment.
  • the bandpass filter unit of the embodiment shown in FIG. 23 has "the center of gravity of the aperture region for each color (frequency band of transmitted light) does not shift” and “the light beam can be focused without shifting the center of gravity for each color”. It has features such as “easy to manufacture”, “easy to correct aberration for each color”, “easy to obtain interference elimination matrix”, and “rotationally symmetric”.
  • FIG. 24 is a diagram showing another example (No. 2) of the bandpass filter unit.
  • the basic pattern 26 of the bandpass filter is repeatedly mounted on the frame body 25 in the horizontal direction and the horizontal direction of the figure (16 in total; a) See part).
  • the basic pattern 26 is composed of four bandpass filters 26R, 26G, 26C, and 26M having different wavelength bands of transmitted light.
  • the illustration of the opening region is omitted in the embodiment shown in FIG. 24, the opening region has an arrangement, shape, and size corresponding to the arrangement of the bandpass filters.
  • a filter having a longer wavelength at the center of the wavelength band of transmitted light may be mounted in an opening region having a wider opening area.
  • the bandpass filter unit of the embodiment shown in FIG. 24 has "the center of gravity of the opening region for each color (frequency band of transmitted light) does not shift” and "the luminous flux can be focused without shifting the center of gravity for each color”. It has features such as “the amount of peripheral light for each color is symmetric" and “the amount of ambient light is rotationally symmetric”.
  • FIG. 25 is a diagram showing another example (No. 3) of the bandpass filter unit.
  • the bandpass filter unit 27 two fan-shaped bandpass filters 27R, 27G, 27C, and 27M having different wavelength bands of transmitted light are mounted on the frame body 28. These bandpass filters are mounted in an opening region (not shown) arranged symmetrically with respect to the center of gravity 28G of the frame body 28.
  • the area of the bandpass filter 27R is the largest among the bandpass filters (and the corresponding aperture regions).
  • the aperture region and the bandpass filter can have an area corresponding to the transmission wavelength band, as in the first embodiment and “another example (No. 2)”.
  • the bandpass filter unit has four types of bandpass filters having different wavelength bands of transmitted light.
  • the wavelength band of the bandpass filter unit is not limited to four types.
  • the bandpass filter unit has three types of bandpass filters.
  • bandpass filters 30R, 30G, and 30C having different wavelength bands of transmitted light are mounted on the frame 31 (one bandpass filter 30R, a band). Two pass filters 30G and 30C).
  • the area of the bandpass filter 30R is the largest, and the area of the bandpass filters 30G and 30C is smaller than that of the bandpass filter 30R (the areas of the bandpass filters 30G and 30C are the same).
  • the bandpass filter 30R is mounted in a single opening region (not shown) surrounding the center of gravity 31G of the frame body 31, and the bandpass filters 30G and 30C are arranged in a plurality of opening regions symmetrically with respect to the center of gravity 31G (not shown). It is attached to.
  • the bandpass filter may be attached to the aperture region having the aperture area corresponding to the wavelength band. Further, the bandpass filter may be mounted in an aperture region having a larger aperture area as the filter has a longer wavelength at the center of the wavelength band. Further, the bandpass filter may be mounted in an opening region where the opening area is narrower as the filter is mounted farther from the center of gravity 31G (feature point) of the frame body 31.
  • the bandpass filter unit of the aspect shown in the portion (a) of FIG. 26 narrows the luminous flux in a state where "the center of gravity of the aperture region for each color (frequency band of transmitted light) does not shift” and "the center of gravity for each color does not shift". It has features such as “can be”, “easy to manufacture”, “easy to correct aberrations for each color”, and “easy to obtain an interference elimination matrix”.
  • bandpass filters 32R, 32G, and 32C having different wavelength bands of transmitted light are mounted on the frame 33.
  • the bandpass filter may be mounted in the aperture region having the aperture area corresponding to the wavelength band.
  • the bandpass filter may be mounted in an opening region having a larger opening area as the filter has a longer wavelength at the center of the wavelength band.
  • the bandpass filter may be mounted in an opening region where the opening area is narrower as the filter is mounted farther from the center of gravity 33G (feature point) of the frame body 33.
  • the bandpass filter unit of the aspect shown in the portion (b) of FIG. 26 has "the center of gravity of the aperture region for each color (frequency band of transmitted light) does not shift", “the amount of ambient light for each color is symmetrical", and “. It has features such as “rotational symmetry”.
  • bandpass filters 34R, 34G, 34C having different wavelength bands of transmitted light are mounted on the frame 35 (the bandpass filters 34R, 34G, 34C are mounted on the frame 35). One, three, three, respectively).
  • the bandpass filter 34R is mounted in a single opening region (not shown) surrounding the center of gravity 35G of the frame body 35, and the bandpass filters 34G and 34C are arranged in a plurality of opening regions symmetrically with respect to the center of gravity 35G (not shown). It is attached to.
  • the bandpass filter may be attached to the aperture region having the aperture area corresponding to the wavelength band. Further, the bandpass filter may be mounted in an aperture region having a larger aperture area as the filter has a longer wavelength at the center of the wavelength band.
  • the bandpass filter unit of the aspect shown in the portion (c) of FIG. 26 has "the center of gravity of the aperture region for each color (frequency band of transmitted light) does not shift", “easy to correct aberration for each color", and “color”. It has features such as “peripheral illumination is symmetric” and “rotational symmetry”.
  • FIG. 27 is a diagram showing another example (No. 5) of the aperture region and the filter arrangement.
  • two bandpass filters 36R, 36G, 36C, and 36M plural of bandpass filters
  • the bandpass filter unit 36 has a frame body 37 (frame body), and the frame body 37 is provided with two opening regions 37R, 37G, 37C, and 37M having different opening shapes. These opening regions are arranged symmetrically with respect to the center of gravity 37P of the frame body 37.
  • the bandpass filters 36R, 36G, 36C, and 36M have different shapes for each wavelength band, and have shapes corresponding to the aperture shapes of the aperture regions 37R, 37G, 37C, and 37M.
  • the bandpass filter unit of the embodiment shown in FIGS. 23 to 27 it is possible to suppress the image shift at the time of focus shift and acquire a multispectral image with good image quality.
  • the polarizing filter unit (not shown) can be used for the other examples (No. 1) to (No. 5) as in the case of the first embodiment. It is preferable that the polarizing filter (not shown) mounted on the polarizing filter unit also has an arrangement, shape, and size corresponding to the shapes of the aperture region and the bandpass filter.
  • the optical element, optical device, and imaging device of the present invention are a general single-lens type or compact type digital camera, a digital camera used in a measuring device or an inspection device, or a digital camera included in a smartphone, a mobile phone, a tablet terminal, or the like. Can be applied to.
  • Imaging device 10 Imaging optical system 12 Lens 16 Bandpass filter unit 18 Bandpass filter unit 19 Frame body 19A Opening area 19B Opening area 19C Opening area 19D Opening area 19G Center of gravity 20 Frame 20G Center of gravity 21A Polarizing filter 21B Polarizing filter 21C Polarizing filter 21D Polarizing filter 22 Bandpass filter unit 22C Bandpass filter 22G Bandpass filter 22M Bandpass filter 22R Bandpass filter 23 Frame 23C Opening area 23G Opening area 23M Opening area 23P Center of gravity 23R Opening area 24 Bandpass filter unit 25 Frame body 26 Basic Pattern 26C Bandpass filter 26G Bandpass filter 26M Bandpass filter 26R Bandpass filter 27 Bandpass filter unit 27C Bandpass filter 27G Bandpass filter 27M Bandpass filter 27R Bandpass filter 28 Frame body 28G Center of gravity 30 Bandpass filter unit 30C Band Pass filter 30G Bandpass filter 30R Bandpass filter 31 Frame 31G Center of gravity 32 Bandpass filter unit 32C Bandpass filter 32G Bandpass filter 32R Bandpass filter 33 Frame 33G Center of gravity 34 Bandpass filter unit 34C Bandpass filter 34G Bandpass filter 34R Bandpass

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Abstract

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取得できる光学素子、光学装置、及び撮像装置を提供する。本発明の一つの態様に係る光学素子は、複数の開口領域を有する枠体と、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、波長帯域の少なくとも２種類の開口領域の重心が一致する。

Description

光学素子、光学装置、及び撮像装置
　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、及び撮像装置に関する。
　特許文献１には、回転対称な配置のカラーフィルタを有するカラーホイール、及びそのカラーホイールを用いる投射装置が記載されている。また、特許文献２には、第１～第３のフィルタ領域を備えるカラーフィルタが記載されている。第３のフィルタ領域は、中心に対し対称に配置されている。また、特許文献３には、扇型の領域に偏光フィルタが配置された偏光カラーフィルタ板、及びそのカラーフィルタ板を備える撮像装置が記載されている。さらに、特許文献４に記載されているように、開口の重心位置によって像ズレの量が増減する。
特開２０１６－１７７０６０号公報 特開２０１６－１０２７３３号公報 特許６１２４０７９号公報 特開２０１３－５７７６１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取得できる光学素子、光学装置、及び撮像装置を提供する。
　本発明の第１の態様に係る光学素子は、複数の開口領域を有する枠体と、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、少なくとも２種類のフィルタについて、開口領域の重心の位置が一致している光学素子である。
　第２の態様に係る光学素子は第１の態様において、重心は、開口領域によって生成される像の重心である。
　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、複数の光学フィルタは、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。
　第４の態様に係る光学素子は第３の態様において、複数の光学フィルタは、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。
　第５の態様に係る光学素子は第１から第４の態様のいずれか１つにおいて、枠体は、枠体を正面から見た場合に重心に一致する特徴点を有し、開口領域は、特徴点から離れた位置にあるほど開口面積が小さい。
　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、少なくとも１つの波長帯域について、波長帯域が同一である複数の光学フィルタが、複数の開口領域にそれぞれ装着される。
　第７の態様に係る光学素子は第１から第６の態様のいずれか１つにおいて、複数の開口領域は、装着される光学フィルタの波長帯域ごとに異なる開口形状を有し、複数の光学フィルタは、波長帯域ごとに異なる形状であって開口形状に対応した形状を有する。
　第８の態様に係る光学素子は第１から第７の態様のいずれか１つにおいて、複数の光学フィルタは、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。
　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、偏光方向が異なる複数の偏光フィルタをさらに備える。
　第１０の態様に係る光学素子は第９の態様において、偏光方向は波長帯域ごとに同一である。
　第１１の態様に係る光学装置は、第１から第８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、レンズの瞳位置において、重心をレンズの光軸と一致させて配置される。
　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記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。
　第１３の態様に係る光学装置は第１２の態様において、光学素子と複数の偏光フィルタの少なくとも一方は、レンズに入射する光の光路に挿入または光路から退避される。
　第１４の態様に係る撮像装置は、第１１から第１３の態様のいずれか１つに係る光学装置と、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１５の態様に係る撮像装置は第１４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、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、バンドパスフィルタユニットの構成を示す正面図である。 図３は、偏光フィルタユニットの構成を示す正面図である。 図４は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示す図である。 図５は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示す他の図である。 図６は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示すさらに他の図である。 図７は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示すさらに他の図である。 図８は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示すさらに他の図である。 図９は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示すさらに他の図である。 図１０は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示すさらに他の図である。 図１１は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示すさらに他の図である。 図１２は、開口形状とピントずれ時の画質との関係を示すさらに他の図である。 図１３は、撮像素子の画素の配列を示す図である。 図１４は、撮像素子の構成を示す図である。 図１５は、撮像素子の構成を示す断面図である。 図１６は、偏光フィルタ素子の配列パターンを示す図である。 図１７は、分光フィルタ素子の配列パターンを示す図である。 図１８は、分光フィルタ素子の透過波長特性を示す図である。 図１９は、信号処理部の概略構成を示すブロック図である。 図２０は、画像生成の概念図である。 図２１は、遮光板の構成を示す図である。 図２２は、撮像装置による画像生成の概念図である。 図２３は、バンドパスフィルタユニットの他の態様を示す図である。 図２４は、バンドパスフィルタユニットのさらに他の態様を示す図である。 図２５は、バンドパスフィルタユニットのさらに他の態様を示す図である。 図２６は、バンドパスフィルタユニットのさらに他の態様を示す図である。 図２７は、バンドパスフィルタユニットのさらに他の態様を示す図である。 図２８は、従来の技術におけるピントずれ時の像ずれの様子を示す図である。
　本発明に係る光学素子、光学装置、及び撮像装置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、その光路中にバンドパスフィルタユニット１６（光学素子）及び偏光フィルタユニット１８（偏光フィルタ）を有する。バンドパスフィルタユニット１６及び偏光フィルタユニット１８は、レンズ１２の光軸Ｌとバンドパスフィルタユニット１６及び偏光フィルタユニット１８の光軸とが一致した状態（枠体１９の重心１９Ｇ、及び枠体２０の重心２０Ｇとレンズ１２の光軸Ｌ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。
　＜バンドパスフィルタユニットの構成＞
　図２は、バンドパスフィルタユニット１６の正面図である。図２の（ａ）部分に示すように、バンドパスフィルタユニット１６は枠体２０（枠体）とバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄ（光学フィルタ）とを備える。バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄは、枠体２０に形成された開口領域５２Ａ～５２Ｄ（複数の開口領域；図２の（ｂ）部分参照）にそれぞれ装着される。なお、開口領域５２Ｂ～５２Ｄはそれぞれ複数（２つ）の開口から構成されるが、これら開口領域５２Ｂ～５２Ｄには、透過光の波長帯域が同一のバンドパスフィルタ５０Ｂ～５０Ｄがそれぞれ装着される。また、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄについて、開口領域５２Ｂ～５２Ｄの重心は枠体２０の重心２０Ｇと一致している。
　第１の実施形態において、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄの透過光の波長帯域は、それぞれ近赤外、赤色、緑色、青色とすることができる。すなわち、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄは、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んでいる。なお、バンドパスフィルタの透過光の波長帯域は上述の組み合わせに限定されるものではなく、画像を取得したいスペクトルに合わせて波長帯域を選択することができる。
　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。
　図２の（ｂ）部分に示すように、枠体２０は複数の開口領域５２Ａ～５２Ｄを有する。開口領域５２Ａは枠体２０の重心２０Ｇを囲む単一の開口領域であり、開口領域５２Ｂ～５２Ｄは枠体２０の重心２０Ｇに対し対称に配置された複数の開口領域である。具体的には、２つの開口領域５２Ｂが重心２０Ｇ（特徴点）に対し対称に配置されており、２つの開口領域５２Ｃが重心２０Ｇに対し対称に配置されており、２つの開口領域５２Ｄが重心２０Ｇに対し対称に配置されている。
　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。
　バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄは、透過光の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。すなわち、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。また、バンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｄは、枠体２０の重心２０Ｇから遠くに装着されるフィルタほど開口面積が狭い開口領域に装着される。これらの開口領域は、枠体の特徴点である重心（枠体を正面から見た場合に被写体像の重心に一致する）から離れた位置にあるほど開口面積が小さい。
　第１の実施形態において、開口領域５２Ａ～５２Ｄは、開口領域５２Ａ～５２Ｄの順に開口面積が広い。また、開口領域５２Ａは重心２０Ｇとの距離（開口領域の重心と重心２０Ｇとの距離）が最も近く（距離ゼロ）、以下、開口領域５２Ｂ～５２Ｄの順に重心２０Ｇから遠い。したがって、透過光の波長帯域の中心が最も長波長であるバンドパスフィルタ５０Ａ（近赤外光用）が、開口面積が最も広く重心２０Ｇからの距離が最も近い開口領域５２Ａに装着される。以下同様に、バンドパスフィルタ５０Ｂ（赤色光用），５０Ｃ（緑色光用），５０Ｄ（青色光用）は、重心２０Ｇから遠く開口面積が狭い開口領域５２Ｂ～５２Ｄにそれぞれ装着される。
　＜偏光フィルタユニットの構成＞
　図３は、偏光フィルタユニット１８の正面図である。上述したバンドパスフィルタユニットと偏光フィルタユニット１８の少なくとも一方は、図示せぬ操作機構によりレンズ１２（撮像光学系１０）に入射する光の光路に挿入、または光路から退避される。偏光フィルタユニット１８は重心１９Ｇを重心とする枠体１９を有し、この枠体１９は上述した開口領域５２Ａ～５２Ｄと対応する位置、大きさ、及び形状の開口領域１９Ａ～１９Ｄを有する（図３の（ａ）部分を参照）。上述した開口領域５２Ａ～５２Ｄと同様に、開口領域１９Ａは枠体１９の重心１９Ｇを囲む単一の開口領域であり、開口領域１９Ｂ～１９Ｄは重心１９Ｇに対し対称に配置された複数の開口領域である。また、開口領域１９Ａ～１９Ｄには、偏光フィルタ２１Ａ～２１Ｄが装着される（図３の（ｂ）部分を参照）。偏光フィルタ２１Ａ～２１Ｄは、偏光方向が異なる複数の偏光フィルタである。開口領域１９Ａ～１９Ｄにおける偏光方向（偏光角度）をそれぞれθ１～θ４とすると、例えば、θ１＝０ｄｅｇ、θ２＝４５ｄｅｇ、θ３＝９０ｄｅｇ、θ４＝１３５ｄｅｇとすることができる。
　なお、偏光フィルタ２１Ａ～２１Ｄのうち、偏光方向が同一の偏光フィルタは、波長帯域が同一のバンドパスフィルタが装着される開口領域に配置される。具体的には、２つの偏光フィルタ２１Ｂ（偏光方向は共に４５ｄｅｇで同一）は、２つの開口領域５２Ｂ（バンドパスフィルタ５０Ｂが装着される）に対応した２つの開口領域１９Ｂに装着される。また、２つの偏光フィルタ２１Ｃ（偏光方向は共に９０ｄｅｇで同一）は、２つの開口領域５２Ｃ（バンドパスフィルタ５０Ｃが装着される）に対応した２つの開口領域１９Ｃに装着される。さらに、２つの偏光フィルタ２１Ｄ（偏光方向は共に１３５ｄｅｇで同一）は、２つの開口領域５２Ｄ（バンドパスフィルタ５０Ｄが装着される）に対応した２つの開口領域１９Ｄに装着される。すなわち、偏光方向は波長帯域ごとに同一である。
　＜瞳分割＞
　撮像光学系１０は、上述した構成のバンドパスフィルタユニット１６及び偏光フィルタユニット１８により、瞳領域が４つの瞳領域Ｚ１～Ｚ４（図２，３参照）に分割される（瞳分割）。瞳領域Ｚ１はバンドパスフィルタ５０Ａ、開口領域５２Ａ、開口領域１９Ａ、及び偏光フィルタ２１Ａに対応している。瞳領域Ｚ２は、バンドパスフィルタ５０Ｂ、開口領域５２Ｂ、開口領域１９Ｂ、及び偏光フィルタ２１Ｂに対応している。瞳領域Ｚ３は、バンドパスフィルタ５０Ｃ、開口領域５２Ｃ、開口領域１９Ｃ、及び偏光フィルタ２１Ｃに対応している。瞳領域Ｚ４は、バンドパスフィルタ５０Ｄ、開口領域５２Ｄ、開口領域１９Ｄ、及び偏光フィルタ２１Ｄに対応している。
　＜従来技術におけるピントずれ時の像ずれ＞
　ここで、従来技術におけるピントずれ時の像ずれについて説明する。図２８の（ａ）部分に示す被写体９０（アルファベットの“Ａ”の形状）を、同図の（ｂ）部分に示すバンドパスフィルタユニット９１及び不図示の撮影光学系により撮影する場合を考える。バンドパスフィルタユニット９１は、透過波長帯域が異なる４つのバンドパスフィルタ９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｍ，９０Ｂが枠体９２に装着されたフィルタユニットである。
　図２８の（ｃ）部分に示すように、バンドパスフィルタユニット９１及び撮影光学系の光軸上において被写体９０が合焦する位置を点Ｑ０とし、点Ｑ０より被写体９０に近い位置を点Ｑ１とし、点Ｑ０より被写体９０から遠い位置を点Ｑ２とする。この場合、同図の（ｄ）部分に示すように、点Ｑ０では被写体像９３のように像ずれは発生しない。これに対し点Ｑ１における被写体像９４では、バンドパスフィルタ９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｍ，９０Ｂの透過波長帯域に対応して、像ずれした４つの被写体像９４Ｒ，９４Ｇ，９４Ｍ，９４Ｂが発生する。同様に、点Ｑ２における被写体像９５では、バンドパスフィルタ９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｍ，９０Ｂの透過波長帯域に対応して、像ずれした４つの被写体像９５Ｒ，９５Ｇ，９５Ｍ，９５Ｂが発生する（ずれの方向は被写体像９４と逆である）。しかしながら従来の技術は、このようなピントずれ時の像ずれを抑制するものではなかった。
　＜開口領域の面積及び配置による影響＞
　ここで、開口領域の形状、配置、及び配置と、ピントずれ及び像ずれとの関係について説明する。具体的には、各種の開口及び図示せぬ撮影光学系を用いて被写体（アルファベットの“Ａ”の形状を有する物体、及び点光源）を撮影することを想定したシミュレーションの結果について説明する。
　＜ケース１：重心ずれのない開口の場合＞
　図４は、開口１００１を用いた場合の結果を示す図である。開口１００１は円形であり、その重心１００１Ｇは撮像光学系の光軸上に存在する。同図の上段において、符号１０１１Ａの部分は合焦状態の被写体像（上述した物体及び点光源の像、右上部分が点光源の像；ケース１～９において同じ）を示し、図の右側に進むにつれて合焦位置から離れた位置（撮影光学系の光軸上の位置）での被写体像を示す。合焦位置から離れるにつれて、被写体像はぼけてゆく（ピントずれ）。一方、図４の下段は、同図の上段と同じ位置における点光源の像の輝度分布を示すグラフである。例えば、符号１０２１Ａの部分は、符号１０１１Ａと同じ位置（合焦位置）でのグラフである。合焦位置から離れるにつれて、輝度分布は幅が広がり、なだらかになってゆく。
　＜ケース２：重心ずれのある開口の場合＞
　図５は、開口１００２を用いた場合の結果を示す図である。開口１００２は扇形であり、その重心１００２Ｇは撮像光学系の光軸からずれている。このようなケースでは、ピントずれに応じて被写体像がシフトする。例えば、符号１０１２Ｂのように僅かに合焦状態（符号１０１２Ａ，１０２２Ａで示す）から外れただけでも、輝度のピークが図（符号１０２２Ｂのグラフ）の左側にシフトしている。なお、合焦状態での輝度のピークをグラフ中の点線で示す（以下のケースにおいて同じ）。
　＜ケース３：重心を合わせた複数の開口の場合（開口サイズ：中）＞
　図６は、開口１００３を用いた場合の結果を示す図である。開口１００３は２つの扇型の領域により構成され、その重心１００３Ｇは撮像光学系の光軸上に存在する。このようなケースの場合、合焦状態（符号１０１３Ａ，１０２３Ａで示す）から僅かに外れた状態（符号１０１３Ｂ，１０２３Ｂ）では被写体像はシフトしない。しかしながら、合焦状態からのずれが大きくなると（符号１０１３Ｃ，１０２３Ｃより右側の状態）、開口１００３の２つの領域にそれぞれ対応して被写体像がシフトし、被写体像が二重になる（輝度のピークが２つ発生する状態に対応する）。
　＜ケース４：重心を合わせた複数の開口の場合（開口サイズ：小）＞
　図７は、開口１００４を用いた場合の結果を示す図である。開口１００４は、図６に示す開口１００３と同様に２つの扇型の領域により構成され、その重心１００４Ｇは撮像光学系の光軸上に存在するが、開口の面積は開口１００３よりも狭い。このようなケースの場合、合焦状態（符号１０１４Ａ，１０２４Ａで示す）から外れた状態での被写体像は、ケース３と比較して鮮明な状態を保ちつつシフトしていく。例えば、最も合焦状態から離れた位置（符号１０１４Ｈ，１０２４Ｈで示す）においても、ケース３と比較して被写体像（図の上段）が鮮明であり、輝度のグラフでもピークが明らかである。
　＜ケース５：複数の縦型開口の場合（開口サイズ：大）＞
　図８は、開口１００５を用いた場合の結果を示す図である。開口１００５は、図の上下方向に広がった２つの縦型の領域により構成され、その重心１００５Ｇは撮像光学系の光軸上に存在する。このような開口の場合も、２つの扇型の開口（ケース３，４）の場合と同様に、合焦状態（符号１０１５Ａ，１０２５Ａで示す）から離れるにつれて（ピントずれに応じて）被写体像がシフトしてゆき、符号１０１５Ｃ，１０２５Ｃで示す状態より右側の状態では二重像が発生する。
　＜ケース６：複数の縦型開口の場合（開口サイズ：中）＞
　図９は、開口１００６を用いた場合の結果を示す図である。開口１００６は、ケース５における開口１００５と同様に図の上下方向に広がった２つの縦型の領域により構成され、その重心１００６Ｇは撮像光学系の光軸上に存在するが、開口面積は開口１００５よりも狭い。このような開口の場合も、合焦状態（符号１０１６Ａ，１０２６Ａで示す）から離れるにつれて被写体像がシフトしてゆくが、被写体像の二重性の度合いはケース５の場合よりも低減される。例えば、ケース５の符号１０１５Ｃ，１０２５Ｃで示す状態では二重像が発生しているが（図８参照）、ケース６においてこれに対応する状態（合焦状態からのずれが同じ；図９において、符号１０１６Ｃ，１０２６Ｃで示す状態）では二重像は発生していない（輝度のグラフのピークは１つである）。
　＜ケース７：複数の縦型開口の場合（開口サイズ：小）＞
　図１０は、開口１００７を用いた場合の結果を示す図である。開口１００７は、上述した開口１００５，１００６と同様に図の上下方向に広がった２つの縦型の領域により構成され、その重心１００７Ｇは撮像光学系の光軸上に存在するが、開口面積は開口１００５，１００６よりも狭い。このような開口の場合も、合焦状態（符号１０１７Ａ，１０２７Ａで示す）から離れるにつれて被写体像がシフトしてゆくが、被写体像の二重性の度合いはケース５，６の場合よりもさらに低減される。具体的には、ケース７において二重像が発生するのは、符号１０１７Ｅ，１０２７Ｅで示す状態より右側（ピントが、さらに大きく外れた状態）である。
　＜ケース８：縦型開口を中心部に寄せた場合（開口サイズ：中）＞
　図１１は、開口１００８を用いた場合の結果を示す図である。開口１００８はケース６における開口１００６と同一の形状及び大きさであるが、ケース６の場合よりも２つの開口を近づけて（重心１００８Ｇの近くに）配置している。このような開口の場合も、合焦状態（符号１０１８Ａ，１０２８Ａで示す）から離れるにつれて被写体像がシフトしてゆくが、被写体像の二重性の度合いはケース６の場合よりも低減される。具体的には、ケース８において二重像が発生するのは、符号１０１８Ｅ，１０２８Ｅで示す状態より右側（ピントが、さらに大きく外れた状態）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（符号１０１９Ａ，１０２９Ａで示す）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。
　＜ケース１～９のまとめ＞
　ケース１～９から分かるように、レンズの中心部（撮影光学系の光軸に近い部分）に対する開口を大きくし、周辺部の開口を小さくすることにより、被写体像のシフト及び二重像の発生を広いデフォーカス範囲で（合焦状態から外れた度合いが大きい位置で）抑制することができる。本発明に係る光学素子、撮像光学系、及び撮像装置では、この点を考慮して開口の形状大きさ、及び配置を設定することにより、ピントずれ時の被写体像シフト（像ずれ）を抑制して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。
　＜撮像素子の構成＞
　図１３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１４は、撮像素子１００の概略構成を示す図である。また、図１５は、１つの画素（図１４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、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１６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１７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１８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１８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１８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、上述したバンドパスフィルタユニット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１９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２０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、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）、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。
　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。
　＜遮光板＞
　なお、行列Ａの各要素は、図２１に示す遮光板のいずれかを撮像光学系１０の光路に挿入して撮像した結果から算出することができる。図２１の（ａ）部分に示す遮光板４０は、バンドパスフィルタユニット１６に装着されたバンドパスフィルタ５０Ａ（図２参照）に対応する部分が開口４０Ａとなっており、その他のバンドパスフィルタ５０Ｂ～５０Ｄに対応する部分は遮蔽されている。同様に、図２１の（ｂ）部分に示す遮光板４２は、バンドパスフィルタ５０Ｂに対応する部分が開口４２Ｂとなっており、その他のバンドパスフィルタ５０Ａ，５０Ｃ，５０Ｄに対応する部分は遮蔽されている。また、図２１の（ｃ）部分に示す遮光板４４は、バンドパスフィルタ５０Ｃに対応する部分が開口４４Ｃとなっており、その他のバンドパスフィルタ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｄに対応する部分は遮蔽されている。図２１の（ｄ）部分に示す遮光板４６は、バンドパスフィルタ５０Ｄに対応する部分が開口４６Ｄとなっており、その他のバンドパスフィルタ５０Ａ～５０Ｃに対応する部分は遮蔽されている。
　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２２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。
　＜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。
　＜バンドパスフィルタユニットの他の例（その１）＞
　図２３は、バンドパスフィルタユニットの他の例（その１）を示す図である。図２３に示す態様では、バンドパスフィルタユニット２２において、透過光の波長帯域が異なるバンドパスフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｃ，２２Ｍ（複数のバンドパスフィルタ）がそれぞれ２つずつ、枠体２３に装着されている（図２３の（ａ）部分を参照）。枠体２３には、円形の開口領域２３Ｒ、２３Ｇ，２３Ｃ，２３Ｍが２つずつ設けられている（同図の（ｂ）部分を参照）。これらの開口領域は、枠体２３の重心２３Ｐに対しそれぞれ対称に配置されている。また、各波長帯域について、波長帯域が同一である複数のバンドパスフィルタが、複数の開口領域にそれぞれ装着されている。なお、図２３では開口領域及びバンドパスフィルタを透過波長帯域によらずに同じ形状及び面積としているが、第１の実施形態と同様に、透過波長帯域に応じた面積としてもよい。
　図２３に示す態様のバンドパスフィルタユニットは、「色（透過光の周波数帯域）ごとの開口領域の重心がずれない」、「色ごとの重心がずれない状態で光束を絞ることができる」、「製造しやすい」、「色ごとの収差補正がしやすい」、「混信除去行列が取得しやすい」、「回転対称である」等の特徴を有する。
　＜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水平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。
　図２４に示す態様のバンドパスフィルタユニットは、「色（透過光の周波数帯域）ごとの開口領域の重心がずれない」、「色ごとの重心がずれない状態で光束を絞ることができる」、「色ごとの周辺光量が対称である」、「回転対称である」等の特徴を有する。
　＜バンドパスフィルタユニットの他の例（その３）＞
　図２５は、バンドパスフィルタユニットの他の例（その３）を示す図である。図２５に示す態様では、バンドパスフィルタユニット２７において、透過光の波長帯域が異なる扇型のバンドパスフィルタ２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｃ，２７Ｍが２つずつ、枠体２８に装着されている。これらのバンドパスフィルタは、枠体２８の重心２８Ｇに対し対称に配置された開口領域（不図示）に装着されている。なお、バンドパスフィルタ（及び対応する開口領域）のうちバンドパスフィルタ２７Ｒの面積が最も広い。開口領域及びバンドパスフィルタは、第１の実施形態及び「他の例（その２）」と同様に、透過波長帯域に応じた面積とすることができる。
　＜バンドパスフィルタユニットの他の例（その４）＞
　上述した第１の実施形態及び図２３～２５の態様では、バンドパスフィルタユニットは、透過光の波長帯域がそれぞれ異なる４種類のバンドパスフィルタを有する。しかしながら、本発明に係る光学素子において、バンドパスフィルタユニットの波長帯域は４種類に限定されるものではない。図２６に示すバンドパスフィルタユニットの他の例（その４）では、バンドパスフィルタユニットは３種類のバンドパスフィルタを有する。
　図２６の（ａ）部分に示すバンドパスフィルタユニット３０では、透過光の波長帯域が異なるバンドパスフィルタ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｃが枠体３１に装着されている（バンドパスフィルタ３０Ｒは１つ、バンドパスフィルタ３０Ｇ，３０Ｃは２つ）。バンドパスフィルタ３０Ｒの面積が最も広く、バンドパスフィルタ３０Ｇ，３０Ｃはバンドパスフィルタ３０Ｒに比べて面積が狭い（バンドパスフィルタ３０Ｇ，３０Ｃの面積は等しい）。バンドパスフィルタ３０Ｒは枠体３１の重心３１Ｇを囲む単一の開口領域（不図示）に装着され、バンドパスフィルタ３０Ｇ，３０Ｃは重心３１Ｇに対し対称に配置された複数の開口領域（不図示）に装着されている。なお、図２６の（ａ）部分に示す態様においても、バンドパスフィルタを、波長帯域に応じた開口面積を有する開口領域に装着してもよい。また、バンドパスフィルタを、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。さらに、バンドパスフィルタを、枠体３１の重心３１Ｇ（特徴点）から遠くに装着されるフィルタほど開口面積が狭い開口領域に装着してもよい。
　図２６の（ａ）部分に示す態様のバンドパスフィルタユニットは、「色（透過光の周波数帯域）ごとの開口領域の重心がずれない」、「色ごとの重心がずれない状態で光束を絞ることができる」、「製造しやすい」、「色ごとの収差補正がしやすい」、「混信除去行列が取得しやすい」等の特徴を有する。
　図２６の（ｂ）部分に示すバンドパスフィルタユニット３２では、透過光の波長帯域が異なるバンドパスフィルタ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｃが枠体３３に装着されている。図２６の（ｂ）部分に示す態様においても、バンドパスフィルタを波長帯域に応じた開口面積を有する開口領域に装着してもよい。また、上述した態様と同様に、バンドパスフィルタを、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。さらに、バンドパスフィルタを、枠体３３の重心３３Ｇ（特徴点）から遠くに装着されるフィルタほど開口面積が狭い開口領域に装着してもよい。
　図２６の（ｂ）部分に示す態様のバンドパスフィルタユニットは、「色（透過光の周波数帯域）ごとの開口領域の重心がずれない」、「色ごとの周辺光量が対称である」、「回転対称である」等の特徴を有する。
　図２６の（ｃ）部分に示すバンドパスフィルタユニット３４では、透過光の波長帯域が異なるバンドパスフィルタ３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｃが枠体３５に装着されている（バンドパスフィルタ３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｃはそれぞれ１つ、３つ、３つである）。バンドパスフィルタ３４Ｒは枠体３５の重心３５Ｇを囲む単一の開口領域（不図示）に装着され、バンドパスフィルタ３４Ｇ，３４Ｃは重心３５Ｇに対し対称に配置された複数の開口領域（不図示）に装着されている。上述した態様と同様に、図２６の（ｂ）部分に示す態様においても、バンドパスフィルタを、波長帯域に応じた開口面積を有する開口領域に装着してもよい。また、バンドパスフィルタを、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。
　図２６の（ｃ）部分に示す態様のバンドパスフィルタユニットは、「色（透過光の周波数帯域）ごとの開口領域の重心がずれない」、「色ごとの収差補正がしやすい」、「色ごとの周辺光量が対称である」、「回転対称である」等の特徴を有する。
　＜バンドパスフィルタユニットの他の例（その５）＞
　図２７は、開口領域及びフィルタ配置の他の例（その５）を示す図である。図２７に示す態様では、バンドパスフィルタユニット３６において、透過光の波長帯域が異なるバンドパスフィルタ３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｃ，３６Ｍ（複数のバンドパスフィルタ）がそれぞれ２つずつ装着されている。バンドパスフィルタユニット３６は枠体３７（枠体）を有し、枠体３７には開口形状が異なる開口領域３７Ｒ、３７Ｇ，３７Ｃ，３７Ｍが２つずつ設けられている。これらの開口領域は、枠体３７の重心３７Ｐに対しそれぞれ対称に配置されている。そして、バンドパスフィルタ３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｃ，３６Ｍは、波長帯域ごとに異なる形状であって、開口領域３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｃ，３７Ｍの開口形状に対応した形状を有する。このように開口領域及びバンドパスフィルタの形状を透過光の波長帯域ごとに異なる形状とすることにより、バンドパスフィルタを不適切な開口領域に装着してしまう可能性を低減し、組み立てを容易にすることができる。
　第１の実施形態と同様に、図２３～２７に示す態様のバンドパスフィルタユニットの場合も、ピントずれ時の像ずれを抑制して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、他の例（その１）～（その５）に対しても、第１の実施形態の場合と同様に偏光フィルタユニット（不図示）を用いることができる。偏光フィルタユニットに装着される偏光フィルタ（不図示）も、これら開口領域及びバンドパスフィルタの形状に対応した配置、形状、及び大きさとすることが好ましい。
　＜本発明の適用＞
　本発明の光学素子、光学装置、及び撮像装置は、一般的な一眼型やコンパクト型のデジタルカメラ、計測装置や検査装置で用いられるデジタルカメラ、またスマートフォン、携帯電話、タブレット端末等が備えるデジタルカメラに適用することができる。
　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　　　　バンドパスフィルタユニット
１８　　　　偏光フィルタユニット
１９　　　　枠体
１９Ａ　　　開口領域
１９Ｂ　　　開口領域
１９Ｃ　　　開口領域
１９Ｄ　　　開口領域
１９Ｇ　　　重心
２０　　　　枠体
２０Ｇ　　　重心
２１Ａ　　　偏光フィルタ
２１Ｂ　　　偏光フィルタ
２１Ｃ　　　偏光フィルタ
２１Ｄ　　　偏光フィルタ
２２　　　　バンドパスフィルタユニット
２２Ｃ　　　バンドパスフィルタ
２２Ｇ　　　バンドパスフィルタ
２２Ｍ　　　バンドパスフィルタ
２２Ｒ　　　バンドパスフィルタ
２３　　　　枠体
２３Ｃ　　　開口領域
２３Ｇ　　　開口領域
２３Ｍ　　　開口領域
２３Ｐ　　　重心
２３Ｒ　　　開口領域
２４　　　　バンドパスフィルタユニット
２５　　　　枠体
２６　　　　基本パターン
２６Ｃ　　　バンドパスフィルタ
２６Ｇ　　　バンドパスフィルタ
２６Ｍ　　　バンドパスフィルタ
２６Ｒ　　　バンドパスフィルタ
２７　　　　バンドパスフィルタユニット
２７Ｃ　　　バンドパスフィルタ
２７Ｇ　　　バンドパスフィルタ
２７Ｍ　　　バンドパスフィルタ
２７Ｒ　　　バンドパスフィルタ
２８　　　　枠体
２８Ｇ　　　重心
３０　　　　バンドパスフィルタユニット
３０Ｃ　　　バンドパスフィルタ
３０Ｇ　　　バンドパスフィルタ
３０Ｒ　　　バンドパスフィルタ
３１　　　　枠体
３１Ｇ　　　重心
３２　　　　バンドパスフィルタユニット
３２Ｃ　　　バンドパスフィルタ
３２Ｇ　　　バンドパスフィルタ
３２Ｒ　　　バンドパスフィルタ
３３　　　　枠体
３３Ｇ　　　重心
３４　　　　バンドパスフィルタユニット
３４Ｃ　　　バンドパスフィルタ
３４Ｇ　　　バンドパスフィルタ
３４Ｒ　　　バンドパスフィルタ
３５　　　　枠体
３５Ｇ　　　重心
３６　　　　バンドパスフィルタユニット
３６Ｃ　　　バンドパスフィルタ
３６Ｇ　　　バンドパスフィルタ
３６Ｍ　　　バンドパスフィルタ
３６Ｒ　　　バンドパスフィルタ
３７　　　　枠体
３７Ｃ　　　開口領域
３７Ｇ　　　開口領域
３７Ｍ　　　開口領域
３７Ｐ　　　重心
３７Ｒ　　　開口領域
４０　　　　遮光板
４０Ａ　　　開口
４２　　　　遮光板
４２Ｂ　　　開口
４４　　　　遮光板
４４Ｃ　　　開口
４６　　　　遮光板
４６Ｄ　　　開口
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
５２Ａ　　　開口領域
５２Ｂ　　　開口領域
５２Ｃ　　　開口領域
５２Ｄ　　　開口領域
９０　　　　被写体
９０Ｂ　　　バンドパスフィルタ
９０Ｇ　　　バンドパスフィルタ
９０Ｍ　　　バンドパスフィルタ
９０Ｒ　　　バンドパスフィルタ
９１　　　　バンドパスフィルタユニット
９２　　　　枠体
９３　　　　被写体像
９４　　　　被写体像
９４Ｂ　　　被写体像
９４Ｇ　　　被写体像
９４Ｍ　　　被写体像
９４Ｒ　　　被写体像
９５　　　　被写体像
９５Ｂ　　　被写体像
９５Ｇ　　　被写体像
９５Ｍ　　　被写体像
９５Ｒ　　　被写体像
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
１００１　　開口
１００１Ｇ　重心
１００２　　開口
１００２Ｇ　重心
１００３　　開口
１００３Ｇ　重心
１００４　　開口
１００４Ｇ　重心
１００５　　開口
１００５Ｇ　重心
１００６　　開口
１００６Ｇ　重心
１００７　　開口
１００７Ｇ　重心
１００８　　開口
１００８Ｇ　重心
１００９　　開口
１００９Ｇ　重心
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
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
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 (15)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　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。
  14. 　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。
  15. 　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。
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