JP7182437B2 - 複眼撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、複眼撮像装置に関する。

従来、レンズアレイと、レンズアレイのレンズ毎の画像を形成するイメージセンサとを備える複眼撮像装置が知られている（たとえば、特許文献１）。

上記特許文献１には、微小レンズアレイと、微小レンズアレイのレンズ毎の画像を形成する固体撮像素子とを備える画像入力装置（複眼撮像装置）が開示されている。

特許第３８２１６１４号公報

上記特許文献１には明記されていないものの、既製品であるイメージセンサ（固体撮像素子）では、一般的に、感度向上を狙って受光素子アレイ上に集光用のマイクロレンズアレイが設けられることが多い。また、単一のイメージセンサによってカラー画像を取得するために、受光素子アレイ上にカラーフィルタアレイが設けられているが、この場合にはカラーフィルタアレイ上にマイクロレンズアレイが設けられている。

既製品であるイメージセンサは、単眼撮像装置用に製作されていることが多いため、イメージセンサのマイクロレンズアレイも、単眼撮像装置用に製作されていることが多い。単眼撮像装置用に製作されたイメージセンサのマイクロレンズアレイは、イメージセンサの中央部において、マイクロレンズの中心が受光素子の中心と光軸方向に対向するように設けられている一方、イメージセンサの端部において、マイクロレンズの中心が受光素子の中心に対してイメージセンサの中央部側に寄るように設けられていることがある。この理由は以下の通りである。すなわち、単眼撮像装置では、イメージセンサの中央部においては、受光素子上に結像する光束が受光素子に対してほぼ垂直に入射するが、イメージセンサの端部においては、結像光束が受光素子に対して傾斜して入射するため、マイクロレンズを入射光束の傾斜方向にズラすことによって、集光効率を大きくすることができるためである。もちろん、単眼撮像装置であってもイメージセンサ近傍にレンズを設けてイメージセンサ全域にわたって結像光路を受光素子に対して垂直に入射するように光学設計する場合には、同レンズが周辺部マイクロレンズのズラし効果と等価な効果を担うので、上述のマイクロレンズのシフトが不要となる。

既製品であるイメージセンサを用いる場合、このような単眼撮像装置用に製作された（マイクロレンズをズラした）イメージセンサを複眼撮像装置に用いざるを得ない場合がある。本願発明者が鋭意検討した結果、単眼撮像装置用に製作されたイメージセンサを複眼撮像装置に用いる場合、イメージセンサの端部においてカラー画像を取得する場合に、カラー画像に色滲みが生じるという問題点が発生することを新たに発見した。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、単眼撮像装置用に製作されたイメージセンサを複眼撮像装置に用いる場合において、色滲みを無くすための補正処理を行うことなく、色滲みがないカラー画像を取得することが可能な複眼撮像装置を提供することである。

上記本願発明者が新たに発見した課題を解決するとともに、上記目的を達成するため、この発明の一の局面による複眼撮像装置は、複数のレンズを含むレンズアレイと、撮像面がレンズアレイと光軸方向に対向するように設けられ、レンズアレイのレンズ毎の画像を形成するイメージセンサと、を備え、イメージセンサは、受光素子アレイと、受光素子アレイ上に設けられたカラーフィルタアレイと、カラーフィルタアレイ上に設けられたマイクロレンズアレイとを含み、イメージセンサは、イメージセンサの中央部において、マイクロレンズアレイのマイクロレンズの中心が受光素子アレイの受光素子の中心と光軸方向に対向するように設けられているとともに、イメージセンサの端部において、マイクロレンズアレイのマイクロレンズの中心が受光素子アレイの受光素子の中心に対してイメージセンサの中央部側に寄るように設けられており、レンズアレイのレンズのうちの複数色を含むカラー画像用の第１のレンズは、イメージセンサの中央部に光軸方向に対向するように設けられている。

この発明の一の局面による複眼撮像装置では、上記のように構成することによって、イメージセンサの中央部に光軸方向に対向するように設けた複数色を含むカラー画像用の第１のレンズにより、イメージセンサの中央部においてマイクロレンズによる光の集光を適切に行いつつ、カラー画像を取得することができるので、イメージセンサの端部においてカラー画像を取得する場合と異なり、色滲みがないカラー画像を取得することができる。また、色滲みがないカラー画像を取得することができるので、色滲みがないカラー画像を取得するために、カラー画像に色滲みを無くすための補正処理を行う必要も無い。これらの結果、単眼撮像装置用に製作されたイメージセンサを複眼撮像装置に用いる場合において、色滲みを無くすための補正処理を行うことなく、色滲みがないカラー画像を取得可能な複眼撮像装置を提供することができる。

上記一の局面による複眼撮像装置において、好ましくは、波長選択用のフィルタとの組み合わせによりレンズアレイのレンズのうちの複数色を含むカラー画像以外の画像用のレンズとして構成された第２のレンズは、イメージセンサの中央部以外の部分に光軸方向に対向するように設けられている。このように構成すれば、イメージセンサの中央部において、色滲みがないカラー画像を取得しつつ、イメージセンサの中央部以外の部分において、色滲みが目立たないカラー画像以外の画像を取得することができる。その結果、カラー画像およびカラー画像以外の画像を効果的に取得することができる。また、カラー画像取得用以外の個眼によって波長選択された画像を同時に取得することができる。

この場合、好ましくは、第２のレンズは、赤外領域の波長選択用のフィルタとの組み合わせによる赤外画像用のレンズ、および、特定色の波長領域の波長選択用のフィルタとの組み合わせによる単色画像用のレンズのうちの少なくとも１つを含む。このように構成すれば、イメージセンサの中央部以外の部分において、色滲みが生じたとしても色滲みが目立たない赤外画像または単色画像を取得することができる。

上記第２のレンズがイメージセンサの中央部以外の部分に光軸方向に対向するように設けられている構成において、好ましくは、第２のレンズは、複数の第２のレンズを含み、複数の第２のレンズは、第１のレンズを囲むように設けられている。このように構成すれば、イメージセンサの中央部に光軸方向に対向するように、第１のレンズを設けつつ、イメージセンサの中央部以外の部分に光軸方向に対向するように、第２のレンズを容易に設けることができる。

上記一の局面による複眼撮像装置において、好ましくは、イメージセンサのカラーフィルタアレイは、ベイヤー配列のカラーフィルタアレイである。ここで、上記一の局面による構成を採用すれば、カラー画像に複雑な色滲みが生じやすいベイヤー配列のカラーフィルタアレイを用いる場合にも、色滲みを無くすための補正処理を行うことなく、色滲みがないカラー画像を取得することができる。

本発明によれば、上記のように、単眼撮像装置用に製作されたイメージセンサを複眼撮像装置に用いる場合において、色滲みを無くすための補正処理を行うことなく、色滲みがないカラー画像を取得することが可能な複眼撮像装置を提供することができる。

（Ａ）は、本発明の一実施形態による複眼撮像装置を示した斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態による複眼撮像装置を示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態による複眼撮像装置のイメージセンサを示した分解斜視図である。 Ｂａｙｅｒ配列を説明するための図である。 本発明の一実施形態による複眼撮像装置のイメージセンサを側方から見た模式的な図である。 本発明の一実施形態による複眼撮像装置のイメージセンサに対するレンズの位置を説明するための模式的な図である。 本発明の一実施形態の第１の変形例による複眼撮像装置のイメージセンサに対するレンズの位置を説明するための模式的な図である。 本発明の一実施形態の第２の変形例による複眼撮像装置のイメージセンサに対するレンズの位置を説明するための模式的な図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（複眼撮像装置の構成）
図１～図５を参照して、本発明の一実施形態による複眼撮像装置１００の構成について説明する。以下の説明では、Ｚ方向を光軸方向とする。また、光軸方向に直交する面内で、互いに直交する２方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向とする。なお、光軸方向とは、後述するレンズ３１ａの光軸Ａが延びる方向であるとともに、後述するイメージセンサ２の撮像面２ａに対して垂直な方向である。

図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、複眼撮像装置１００は、単一のイメージセンサ２に対して、複数のレンズ３１ａ（複数の個眼）の各々による複数の像（複数の個眼像）を一度に結像させる装置である。これにより、複眼撮像装置１００は、単一のイメージセンサ２により、複数のレンズ３１ａの各々による複数の画像を一度に形成可能に構成されている。また、複眼撮像装置１００は、互いに同じ視点の複数の画像を一度に形成可能に構成されている。たとえば、複眼撮像装置１００は、互いに分光特性が異なる互いに同じ視点の複数の画像を一度に形成可能である。これにより、被写体の分光特性に関する様々な情報を一度の撮像により取得可能である。

複眼撮像装置１００は、複眼光学系１と、イメージセンサ２とを備えている。複眼光学系１は、フィルタ部１０と、絞り部２０と、レンズ部３０と、隔壁部４０とを備えている。フィルタ部１０と、絞り部２０と、レンズ部３０と、隔壁部４０と、イメージセンサ２とは、光軸方向（Ｚ方向）の一方側（Ｚ１方向側）から他方側（Ｚ２方向側）に向かって、この順に配置されている。なお、絞り部２０は、必ずしもフィルタ部１０とレンズ部３０の間に配置されているとは限らず、光学性能上妥当な位置に配置されていればよい。たとえば、絞り部２０がフィルタ部１０よりもＺ１方向側に配置されていてもよい。また、フィルタ部１０は、レンズ部３０に対してイメージセンサ２側とは反対側である物体側（被写体側、Ｚ１方向側）に配置されている方が、光路長を変化させないという観点および取り替えの容易性という観点において、好ましい。フィルタ部１０は、所定の性質を有する光を選択的に透過するために設けられている。絞り部２０は、フィルタ部１０を通過した光の光量調整、収差補正、焦点深度調整などの結像性能を向上させるために設けられている。レンズ部３０は、絞り部２０を通過した光を結像させるために設けられている。隔壁部４０は、レンズ部３０を通過した光をイメージセンサ２に導き、かつ、隣接する個眼像がイメージセンサ２上で互いに干渉することを防止するために設けられている。イメージセンサ２は、隔壁部４０を通過した光により画像を形成するために設けられている。

フィルタ部１０は、フィルタアレイ１１と、フィルタ保持部１２とを含んでいる。フィルタアレイ１１は、レンズ部３０の後述するレンズアレイ３１の複数（５つ）のレンズ３１ａに対応するように、複数（５つ）のフィルタ１１ａを含んでいる。フィルタ１１ａは、偏光用のフィルタ、分光用のフィルタ（バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ）、減光用のフィルタ（ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ）などの光学フィルタである。なお、フィルタ１１ａの種類は、複眼撮像装置１００の用途に応じて、適宜決定されている。

フィルタ保持部１２（フィルタ枠）は、フィルタアレイ１１を保持するように設けられている。フィルタ保持部１２は、略直方体状に設けられている。フィルタ保持部１２は、光軸方向（Ｚ方向）から見て、略矩形形状を有している。また、フィルタ保持部１２は、フィルタアレイ１１の複数（５つ）のフィルタ１１ａに対応するように、複数（５つ）のフィルタ被配置部１２ａを含んでいる。フィルタ被配置部１２ａは、フィルタ保持部１２を光軸方向に貫通する貫通孔により構成されている。複数のフィルタ１１ａの各々は、対応するフィルタ被配置部１２ａ内に設けられている。また、フィルタ保持部１２は、複数（数枚程度）の薄板１２ｂが光軸方向に積層された構造を有している。薄板１２ｂは、金属製（ステンレス鋼、アルミニウム合金など）である。複数の薄板１２ｂの各々には、エッチング加工により、複数のフィルタ被配置部１２ａに対応するように、複数の貫通孔が形成されている。

絞り部２０は、板状に設けられている。絞り部２０は、光軸方向（Ｚ方向）から見て、略矩形形状を有している。また、絞り部２０は、レンズ部３０のレンズアレイ３１の複数（５つ）のレンズ３１ａに対応するように、複数（５つ）の絞り開口部２０ａを含んでいる。絞り開口部２０ａは、絞り部２０を光軸方向に貫通する貫通孔により構成されている。また、絞り開口部２０ａは、光軸方向から見て、略円形状を有している。絞り開口部２０ａの開口面積は、フィルタ部１０のフィルタ保持部１２のフィルタ被配置部１２ａの開口面積に比べて十分に小さい。これにより、絞り開口部２０ａは、レンズ部３０のレンズアレイ３１のレンズ３１ａに入射する光の光量を調整するように設けられている。

レンズ部３０は、レンズアレイ３１と、レンズ保持部３２とを含んでいる。レンズアレイ３１は、奇数である複数（５つ）のレンズ３１ａを含んでいる。複数のレンズ３１ａは、略Ｈ字状に配列されている。複数のレンズ３１ａの各々は、イメージセンサ２に個別に光を結像させるように設けられている。複数のレンズ３１ａの各々は、複眼を構成する１つ１つの目である個眼として機能する。レンズ保持部３２（レンズスロット）は、レンズアレイ３１を保持するように設けられている。レンズ保持部３２は、略直方体状に設けられている。レンズ保持部３２は、光軸方向（Ｚ方向）から見て、略矩形形状を有している。また、レンズ保持部３２は、レンズアレイ３１の複数（５つ）のレンズ３１ａに対応するように、複数（５つ）のレンズ被配置部３２ａを含んでいる。レンズ被配置部３２ａは、レンズ保持部３２を光軸方向に貫通する貫通孔により構成されている。複数のレンズ３１ａの各々は、対応するレンズ被配置部３２ａ内に設けられている。また、レンズ保持部３２は、複数（数枚～十数枚程度）の薄板３２ｂが光軸方向に積層された構造を有している。薄板３２ｂは、金属製（ステンレス鋼、アルミニウム合金など）である。複数の薄板３２ｂの各々には、エッチング加工により、複数のレンズ被配置部３２ａに対応するように、複数の貫通孔が形成されている。

隔壁部４０は、イメージセンサ２に向かって出射されたレンズアレイ３１のレンズ３１ａ毎の光が互いに干渉しないように、レンズアレイ３１のレンズ３１ａ毎の光の光路を区画するように設けられている。これにより、レンズアレイ３１のレンズ３１ａ毎の光が互いに干渉することを抑制することができるので、レンズアレイ３１のレンズ３１ａ毎の画像を精度良く取得可能である。隔壁部４０は、略直方体状に設けられている。隔壁部４０は、光軸方向（Ｚ方向）から見て、略矩形形状を有している。また、隔壁部４０は、レンズアレイ３１の複数（５つ）のレンズ３１ａに対応するように、複数（５つ）の区画部４０ａを含んでいる。区画部４０ａは、隔壁部４０を光軸方向に貫通する貫通孔により構成されている。区画部４０ａは、隔壁である側壁により他の区画部４０ａとの間で遮光しつつ、レンズ３１ａを通過した光をイメージセンサ２に導くように設けられている。区画部４０ａは、レンズアレイ３１のレンズ３１ａの近傍からイメージセンサ２の近傍まで、光軸方向に沿って延びるように設けられている。レンズアレイ３１のレンズ３１ａ毎の光は、対応する区画部４０ａ内を通過して、イメージセンサ２に到達する。また、隔壁部４０は、複数（数枚～十数枚程度）の薄板４０ｂが光軸方向に積層された構造を有している。薄板４０ｂは、金属製（ステンレス鋼、アルミニウム合金など）である。複数の薄板４０ｂの各々には、エッチング加工により、複数の区画部４０ａに対応するように、複数の貫通孔が形成されている。

なお、本実施形態では、上記の通り、フィルタ部１０のフィルタ保持部１２、レンズ部３０のレンズ保持部３２、および、隔壁部４０を、エッチング加工による薄板（１２ｂ、３２ｂ、４０ｂ）が積層された構造を有するように構成する。これにより、厚板を切削加工した構造によりフィルタ部１０のフィルタ保持部１２、レンズ部３０のレンズ保持部３２、および、隔壁部４０を構成する場合に比べて、フィルタ部１０のフィルタ保持部１２、レンズ部３０のレンズ保持部３２、および、隔壁部４０を精度良く製作することができる。その結果、加工精度に起因して複眼撮像装置１００の性能が低下することを抑制することができる。この効果は、加工精度の影響が生じやすい小型の複眼撮像装置１００を製作する場合に、特に有効である。

イメージセンサ２は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｒａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサなどの半導体イメージセンサである。イメージセンサ２は、撮像面２ａがレンズアレイ３１と光軸方向（Ｚ方向）に対向するように設けられている。イメージセンサ２は、レンズアレイ３１を透過した光により、レンズアレイ３１のレンズ３１ａ毎の画像を形成するように構成されている。イメージセンサ２は、光軸方向から見て、略矩形形状を有している。

また、図２～図４に示すように、イメージセンサ２は、受光素子アレイ１２１と、カラーフィルタアレイ１２２と、マイクロレンズアレイ１２３とを含んでいる。受光素子アレイ１２１は、受光した光を電気信号に変換するために設けられている。受光素子アレイ１２１は、受光した光を電気信号に変換して送信する複数の受光素子１２１ａを有している。複数の受光素子１２１ａは、所定の解像度を有するように、行列状に配列されている。複数の受光素子１２１ａの各々は、画像の１つ１つの画素を構成するように設けられている。

カラーフィルタアレイ１２２は、複数色を含むカラー画像（いわゆる、ＲＧＢ画像など）を取得するために設けられている。カラーフィルタアレイ１２２は、受光素子アレイ１２１上に設けられている。カラーフィルタアレイ１２２は、受光素子アレイ１２１の複数の受光素子１２１ａに対応するように、複数のカラーフィルタ１２２ａを有している。カラーフィルタ１２２ａは、原色系のカラーフィルタであり、赤色（Ｒ）のカラーフィルタと、緑色（Ｇ）のカラーフィルタと、青色（Ｂ）のカラーフィルタとを含んでいる。また、原色系のカラーフィルタであるカラーフィルタ１２２ａを有するカラーフィルタアレイ１２２は、ベイヤー配列（Ｂａｙｅｒ配列）のカラーフィルタアレイ（図３参照）である。カラーフィルタアレイ１２２は、緑色（Ｇ）のカラーフィルタ１２２ａが市松状になり、かつ、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ１２２ａと青色（Ｂ）のカラーフィルタ１２２ａとが線順次になるように設けられている。なお、図３では、カラーフィルタアレイ１２２の一部のみを図示している。

マイクロレンズアレイ１２３は、受光素子アレイ１２１の受光素子１２１ａに光を集光するために設けられている。マイクロレンズアレイ１２３は、カラーフィルタアレイ１２２上に設けられている。マイクロレンズアレイ１２３は、受光素子アレイ１２１の複数の受光素子１２１ａに対応するように、複数のマイクロレンズ１２３ａを有している。

図４に示すように、イメージセンサ２は、イメージセンサ２の中央部において、マイクロレンズアレイ１２３のマイクロレンズ１２３ａの中心１２３ｂ（光軸中心、黒丸により示す）と受光素子アレイ１２１の受光素子１２１ａ（黒丸により示す）の中心１２１ｂとが光軸方向に対向するように設けられている。一方、イメージセンサ２は、イメージセンサ２の端部において、マイクロレンズアレイ１２３のマイクロレンズ１２３ａの中心１２３ｂ（光軸中心）が受光素子アレイ１２１の受光素子１２１ａの中心１２１ｂに対してイメージセンサ２の中央部側に寄るように設けられている。このように、イメージセンサ２は、単眼撮像装置用に製作されている。

ここで、単眼撮像装置用に製作されたイメージセンサ２を複眼撮像装置１００に用いる場合、単眼撮像装置と複眼撮像装置１００とではイメージセンサ２の端部においてマイクロレンズアレイ１２３のマイクロレンズ１２３ａへの光の入射の仕方が異なる。具体的には、単眼撮像装置では、イメージセンサ２の端部におけるマイクロレンズ１２３ａへの光の入射角度が比較的大きい一方、複眼撮像装置１００では、イメージセンサ２の端部におけるマイクロレンズ１２３ａへの光の入射角度が単眼撮像装置と比べて小さくなる。本願発明者は、このことに起因して、イメージセンサ２の端部においてマイクロレンズ１２３ａによる光の集光を適切に行うことができずに、イメージセンサ２の端部においてカラー画像を取得する場合に、カラー画像に色滲みが生じることを新たに発見した。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、レンズアレイ３１のレンズ３１ａのうちの複数色を含むカラー画像用の第１のレンズ５１は、イメージセンサ２の中央部に光軸方向（Ｚ方向）に対向するように設けられている。具体的には、第１のレンズ５１は、光軸中心がイメージセンサ２の撮像中心と光軸方向に対向するように設けられている。一方、第１のレンズ５１は、イメージセンサ２の端部には光軸方向（Ｚ方向）に対向しないように設けられている。なお、図５では、理解の容易のため、イメージセンサ２を二点鎖線による四角により、複数のレンズ３１ａの各々を実線による円により、複数のレンズ３１ａの各々による個眼像を実線による四角により、それぞれ模式的に示している。

カラー画像用の第１のレンズ５１とは、複数色を含むカラー画像を形成するための個眼像をイメージセンサ２に結像させるレンズ３１ａを意味している。カラー画像用の第１のレンズ５１は、フィルタ部１０の複数のフィルタ１１ａのうちのカラー画像用のフィルタ１１ａと光軸方向に対向するように設けられている。カラー画像用のフィルタ１１ａは、可視光（概ね３６０ｎｍ～８３０ｎｍの波長帯域の波長成分を有する光）を選択的に透過可能なフィルタ１１ａである。カラー画像用のフィルタ１１ａは、たとえば、可視光を透過させて赤外線を遮断するＩＲカットフィルタである。

また、本実施形態では、レンズアレイ３１のレンズ３１ａは、波長選択用のフィルタ１１ａとの組み合わせにより複数色を含むカラー画像以外の画像用の複数（４つ）として構成された第２のレンズ５２を含んでいる。複数の第２のレンズ５２は、イメージセンサ２の中央部以外の部分に対向するように設けられている。また、複数の第２のレンズ５２は、第１のレンズ５１を囲むように設けられている。具体的には、複数の第２のレンズ５２は、第１のレンズ５１を一方側および他方側から挟んで囲むように設けられている。第１のレンズ５１の一方側には、複数の第２のレンズ５２のうちの半分のレンズである２つの第２のレンズ５２が設けられ、第１のレンズ５１の他方側には、複数の第２のレンズ５２のうちの残りの半分のレンズである２つの第２のレンズ５２が設けられている。また、複数の第２のレンズ５２は、第１のレンズ５１を中心とした点対称状に設けられている。また、複数の第２のレンズ５２は、略矩形形状のイメージセンサ２の４隅に対応するように設けられている。第１のレンズ５１および複数の第２のレンズ５２は、第１のレンズ５１を中心とした略Ｈ字状に配列されている。

カラー画像以外の画像用の第２のレンズ５２とは、カラー画像以外の画像を形成するための個眼像をイメージセンサ２に結像させるレンズ３１ａを意味している。カラー画像以外の画像用の第２のレンズ５２は、フィルタ部１０の複数のフィルタ１１ａのうちのカラー画像以外の画像用のフィルタ１１ａと光軸方向に対向するように設けられている。カラー画像以外の画像用のフィルタ１１ａは、たとえば、可視光のうちの特定色の光を選択的に透過可能なバンドパスフィルタであるフィルタ１１ａ、赤外線を選択的に透過可能なフィルタ１１ａなどである。

たとえば、図５に示す例では、第２のレンズ５２は、赤外領域の波長選択用のフィルタ１１ａとの組み合わせによる赤外画像用のレンズ３１ａ、および、特定色の波長領域の波長選択用のフィルタ１１ａとの組み合わせによる単色画像用のレンズ３１ａを含んでいる。具体的には、左上および左下の第２のレンズ５２は、赤外画像用のレンズ３１ａである。左上および左下の第２のレンズ５２は、赤外画像を形成するための個眼像をイメージセンサ２に結像させるように設けられている。左上および左下の第２のレンズ５２は、フィルタ部１０の複数のフィルタ１１ａのうちの赤外画像用のフィルタである赤外線を選択的に透過可能なフィルタ１１ａと光軸方向に対向するように設けられている。なお、図５に示す例のように赤外画像用の第２のレンズ５２が複数設けられている場合、複数の第２のレンズ５２は、互いに異なる波長帯域の赤外画像用のレンズ３１ａであってもよい。

また、右上および右下の第２のレンズ５２は、単色画像用のレンズ３１ａである。右上および右下の第２のレンズ５２は、単色画像を形成するための個眼像をイメージセンサ２に結像させるように設けられている。右上および右下の第２のレンズ５２は、フィルタ部１０の複数のフィルタ１１ａのうちの単色画像用のフィルタである特定色の光を選択的に透過可能なフィルタ１１ａと光軸方向に対向するように設けられている。具体的には、右上の第２のレンズ５２は、青色の光を選択的に透過可能なフィルタ１１ａと光軸方向に対向するように設けられている。これにより、単色画像として青色画像が得られる。また、右下の第２のレンズ５２は、赤色の光を選択的に透過可能なフィルタ１１ａと光軸方向に対向するように設けられている。これにより、単色画像として赤色画像が得られる。なお、単色画像は、青色画像および赤色画像以外の単色画像（緑色画像など）であってもよい。また、カラー画像以外の画像としてどのような画像を得るかは、複眼撮像装置１００の用途に応じて適宜決定されればよい。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、レンズアレイ３１のレンズ３１ａのうちの複数色を含むカラー画像用の第１のレンズ５１を、イメージセンサ２の中央部に光軸方向に対向するように設ける。これにより、第１のレンズ５１により、イメージセンサ２の中央部においてマイクロレンズ１２３ａによる光の集光を適切に行いつつ、カラー画像を取得することができるので、イメージセンサ２の端部においてカラー画像を取得する場合と異なり、色滲みがないカラー画像を取得することができる。また、色滲みがないカラー画像を取得することができるので、色滲みがないカラー画像を取得するために、カラー画像に色滲みを無くすための補正処理を行う必要も無い。これらの結果、単眼撮像装置用に製作されたイメージセンサ２を複眼撮像装置１００に用いる場合において、色滲みを無くすための補正処理を行うことなく、色滲みがないカラー画像を取得可能な複眼撮像装置１００を提供することができる。

また、本実施形態では、上記のように、波長選択用のフィルタ１１ａとの組み合わせによりレンズアレイ３１のレンズ３１ａのうちの複数色を含むカラー画像以外の画像用のレンズ３１ａとして構成された第２のレンズ５２を、イメージセンサ２の中央部以外の部分に光軸方向に対向するように設ける。これにより、イメージセンサ２の中央部において、色滲みがないカラー画像を取得しつつ、イメージセンサ２の中央部以外の部分において、色滲みが目立たないカラー画像以外の画像を取得することができる。その結果、カラー画像およびカラー画像以外の画像を効果的に取得することができる。また、カラー画像取得用以外の個眼によって波長選択された画像を同時に取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第２のレンズ５２を、赤外領域の波長選択用のフィルタ１１ａとの組み合わせによる赤外画像用のレンズ３１ａ、および、特定色の波長領域の波長選択用のフィルタ１１ａとの組み合わせによる単色画像用のレンズ３１ａを含むように構成する。これにより、イメージセンサ２の中央部以外の部分において、色滲みが生じたとしても色滲みが目立たない赤外画像または単色画像を取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第２のレンズ５２を、複数の第２のレンズ５２を含むように構成する。また、複数の第２のレンズ５２を、第１のレンズ５１を囲むように設ける。これにより、イメージセンサ２の中央部に光軸方向に対向するように、第１のレンズ５１を設けつつ、イメージセンサ２の中央部以外の部分に光軸方向に対向するように、第２のレンズ５２を容易に設けることができる。

また、本実施形態では、上記のように、イメージセンサ２のカラーフィルタアレイ１２２を、ベイヤー配列のカラーフィルタアレイであるように構成する。これにより、カラー画像に複雑な色滲みが生じやすいベイヤー配列のカラーフィルタアレイを用いる場合に、色滲みを無くすための補正処理を行うことなく、色滲みがないカラー画像を取得することができる。

［一実施形態の第１の変形例］
次に、図６を参照して、一実施形態の第１の変形例について説明する。この一実施形態の第１の変形例では、レンズアレイが５つのレンズを含んでいる上記実施形態とは異なり、レンズアレイが９つのレンズを含んでいる例について説明する。

本発明の一実施形態の第１の変形例によるレンズアレイ１３１は、図６に示すように、奇数である複数（９つ）のレンズ１３１ａを含んでいる。レンズアレイ１３１のレンズ１３１ａのうちの複数色を含むカラー画像用の第１のレンズ１５１は、イメージセンサ１０２の中央部に光軸方向（Ｚ方向）に対向するように設けられている。具体的には、第１のレンズ１５１は、光軸中心がイメージセンサ１０２の撮像中心と光軸方向に対向するように設けられている。一方、第１のレンズ１５１は、イメージセンサ１０２の端部には光軸方向（Ｚ方向）に対向しないように設けられている。

また、レンズアレイ１３１のレンズ１３１ａは、複数色を含むカラー画像以外の画像用の複数（８つ）の第２のレンズ１５２を含んでいる。複数の第２のレンズ１５２は、たとえば、赤外画像用のレンズ１３１ａおよび単色画像用のレンズ１３１ａを含んでいる。また、複数の第２のレンズ１５２は、イメージセンサ１０２の中央部以外の部分に対向するように設けられている。また、複数の第２のレンズ１５２は、第１のレンズ１５１を囲むように設けられている。具体的には、複数の第２のレンズ１５２は、第１のレンズ１５１を８方向から取り囲むように設けられている。また、複数の第２のレンズ１５２は、第１のレンズ１５１を中心とした点対称状に設けられている。第１のレンズ１５１および複数の第２のレンズ１５２は、第１のレンズ１５１を中心とした３×３の行列状に配列されている。

なお、上記実施形態の第１の変形例のその他の構成は、上記実施形態と同様である。

［一実施形態の第２の変形例］
次に、図７を参照して、一実施形態の第２の変形例について説明する。この一実施形態の第２の変形例では、レンズアレイが５つのレンズを含んでいる上記実施形態およびレンズアレイが９つのレンズを含んでいる第１の変形例とは異なり、レンズアレイが１５個のレンズを含んでいる例について説明する。

本発明の一実施形態の第２の変形例によるレンズアレイ２３１は、図７に示すように、奇数である複数（１５個）のレンズ２３１ａを含んでいる。レンズアレイ２３１のレンズ２３１ａのうちの複数色を含むカラー画像用の第１のレンズ２５１は、イメージセンサ２０２の中央部に光軸方向（Ｚ方向）に対向するように設けられている。具体的には、第１のレンズ２５１は、光軸中心がイメージセンサ２０２の撮像中心と光軸方向に対向するように設けられている。一方、第１のレンズ２５１は、イメージセンサ２０２の端部には光軸方向（Ｚ方向）に対向しないように設けられている。

また、レンズアレイ２３１のレンズ２３１ａは、複数色を含むカラー画像以外の画像用の複数（１４個）の第２のレンズ２５２を含んでいる。複数の第２のレンズ２５２は、たとえば、赤外画像用のレンズ２３１ａおよび単色画像用のレンズ２３１ａを含んでいる。また、複数の第２のレンズ２５２は、イメージセンサ２０２の中央部以外の部分に対向するように設けられている。また、複数の第２のレンズ２５２は、第１のレンズ２５１を囲むように設けられている。また、複数の第２のレンズ２５２は、第１のレンズ２５１を中心とした点対称状に設けられている。第１のレンズ２５１および複数の第２のレンズ２５２は、第１のレンズ２５１を中心とした３×５の行列状に配列されている。

なお、上記実施形態の第１の変形例のその他の構成は、上記実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、複眼撮像装置が、互いに同じ視点の複数の画像を一度に形成可能に構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複眼撮像装置が、互いに異なる視点の複数の画像を一度に形成可能に構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、フィルタ部のフィルタ保持部、レンズ部のレンズ保持部、および、隔壁部が、複数の薄板が積層された構造を有している例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、フィルタ部のフィルタ保持部、レンズ部のレンズ保持部、および、隔壁部のうちの少なくとも１つが、複数の薄板が積層された構造を有していてもよい。また、フィルタ部のフィルタ保持部、レンズ部のレンズ保持部、および、隔壁部が、複数の薄板が積層された構造を有していなくてもよい。たとえば、フィルタ部のフィルタ保持部、レンズ部のレンズ保持部、および、隔壁部が、厚板を切削加工した構造を有していてもよい。

また、上記実施形態では、レンズアレイが５つのレンズを含んでいる例を示し、上記第１の変形例では、レンズアレイが９つのレンズを含んでいる例を示し、上記第２の変形例では、レンズアレイが１５個のレンズを含んでいる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、レンズアレイが、５つ、９つまたは１５個以外の複数のレンズを含んでいてもよい。

また、上記実施形態では、レンズアレイの複数のレンズが、略Ｈ字状に配列されている例を示し、上記第１および第２の変形例では、レンズアレイの複数のレンズが、行列状に配列されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、レンズアレイの複数のレンズが、必ずしも略Ｈ字状または行列状に配列されていなくてもよい。たとえば、レンズアレイの複数のレンズが、一列に配列されていてもよいし、ジグザグに配列されていてもよい。

また、上記実施形態では、第２のレンズが、赤外画像用のレンズおよび単色画像用のレンズの両方を含むように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２のレンズが、赤外画像用のレンズおよび単色画像用のレンズのうちのいずれか一方のみを含むように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、イメージセンサのカラーフィルタアレイが、ベイヤー配列のカラーフィルタアレイである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、イメージセンサのカラーフィルタアレイが、必ずしもベイヤー配列のカラーフィルタアレイでなくてもよい。また、イメージセンサのカラーフィルタアレイが、原色系のカラーフィルタではなく、補色系のカラーフィルタを有するように構成されていてもよい。

２、１０２、２０２ イメージセンサ
３１、１３１、２３１ レンズアレイ
３１ａ、１３１ａ、２３１ａ レンズ
５１、１５１、２５１ 第１のレンズ
５２、１５２、２５２ 第２のレンズ
１００ 複眼撮像装置
１２１ 受光素子アレイ
１２１ａ 受光素子
１２２ カラーフィルタアレイ
１２３ マイクロレンズアレイ
１２３ａ マイクロレンズ

Claims (5)

1. 複数のレンズを含むレンズアレイと、
   撮像面が前記レンズアレイと光軸方向に対向するように設けられ、前記レンズアレイのレンズ毎の画像を形成するイメージセンサと、を備え、
   前記イメージセンサは、受光素子アレイと、前記受光素子アレイ上に設けられたカラーフィルタアレイと、前記カラーフィルタアレイ上に設けられたマイクロレンズアレイとを含み、
   前記イメージセンサは、前記イメージセンサの中央部において、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズの中心が前記受光素子アレイの受光素子の中心と前記光軸方向に対向するように設けられているとともに、前記イメージセンサの端部において、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズの中心が前記受光素子アレイの受光素子の中心に対して前記イメージセンサの中央部側に寄るように設けられており、
   前記レンズアレイのレンズのうちの複数色を含むカラー画像用の第１のレンズは、前記イメージセンサの中央部に前記光軸方向に対向するように設けられている、複眼撮像装置。
2. 波長選択用のフィルタとの組み合わせにより前記レンズアレイのレンズのうちの複数色を含むカラー画像以外の画像用のレンズとして構成された第２のレンズは、前記イメージセンサの中央部以外の部分に前記光軸方向に対向するように設けられている、請求項１に記載の複眼撮像装置。
3. 前記第２のレンズは、赤外領域の波長選択用の前記フィルタとの組み合わせによる赤外画像用のレンズ、および、特定色の波長領域の波長選択用の前記フィルタとの組み合わせによる単色画像用のレンズのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の複眼撮像装置。
4. 前記第２のレンズは、複数の前記第２のレンズを含み、
   前記複数の第２のレンズは、前記第１のレンズを囲むように設けられている、請求項２または３に記載の複眼撮像装置。
5. 前記イメージセンサの前記カラーフィルタアレイは、ベイヤー配列のカラーフィルタアレイである、請求項１～４のいずれか１項に記載の複眼撮像装置。

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