專利名稱：攝像裝置、攝像系統(tǒng)以及攝像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照相機(jī)等攝像裝置。
背景技術(shù)：
在彩色攝像用的固體攝像元件的各像素上，一般而言，形成有顏料或使用染料等有機(jī)材料的濾色器。這樣的濾色器，由于通過(guò)紅外線，因此為了在攝像裝置中獲取良好的彩色圖像，一般構(gòu)成為在比固體攝像元件更靠前側(cè)的光路上配置紅外截止濾波器。因此，在使用單一的攝像元件的攝像裝置中，同時(shí)獲取可視光與紅外線雙方的圖像信息是困難的。此外，使用有機(jī)材料的濾色器，波段較寬，例如，藍(lán)色、綠色、紅色的各波段，由于在比較寬的波段中疊加，因此，顏色再現(xiàn)性變差。因此，為了解決這些問(wèn)題，公開(kāi)有與形成基于電介質(zhì)多層膜的濾色器的固體攝像·元件相關(guān)的技術(shù)(專利文獻(xiàn)1、2)。此外，使用有機(jī)材料的濾色器，形成窄帶的分光特性是困難的，提取窄波段的顏色信息的拍攝是困難的。因此，為了獲取窄帶的顏色信息，公開(kāi)有依次點(diǎn)亮白色光與規(guī)定窄帶光來(lái)獲取圖像的技術(shù)(專利文獻(xiàn)3)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP特開(kāi)2010-212306號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 JP特開(kāi)2006-190958號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 JP專利第4253550號(hào)公報(bào)
發(fā)明概要在專利文獻(xiàn)1、2中，由于需要按照每個(gè)微小的像素來(lái)形成電介質(zhì)多層膜的工序，因此，固體攝像元件價(jià)格高。此外，以非常微小的像素尺寸形成是困難的。此外，在專利文獻(xiàn)3中，依次使白色光源與規(guī)定的窄帶光源點(diǎn)亮，是分時(shí)進(jìn)行拍攝的方式。因此，若拍攝移動(dòng)體，則會(huì)產(chǎn)生由時(shí)間差引起的顏色偏差。此外，以往的彩色攝像元件的分光特性，一般是根據(jù)生產(chǎn)性的觀點(diǎn)按照機(jī)型被統(tǒng)一的，買入它的攝像裝置廠家任意指定分光特性是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于解決上述問(wèn)題，其目的在于，提供一種能夠通過(guò)使用單一攝像光學(xué)系統(tǒng)的一次拍攝來(lái)獲取任意的多光譜圖像的攝像裝置以及攝像方法。而且，所謂多光譜圖像，是指按照每個(gè)像素具有分光信息的圖像。本發(fā)明的攝像裝置，包括透鏡光學(xué)系統(tǒng)，其具有透鏡以及光圈；攝像元件，其至少具有使透過(guò)所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光入射的多個(gè)第一像素與多個(gè)第二像素；和陣列狀光學(xué)元件，其被配置在所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)與所述攝像元件之間，所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)在與光軸垂直的面內(nèi)還具有多個(gè)區(qū)域，所述多個(gè)區(qū)域包括透過(guò)第一波段的光的第一區(qū)域；和透過(guò)與所述第一波段不同的第二波段的光的第二區(qū)域，所述陣列狀光學(xué)元件使透過(guò)所述第一區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第一像素，使透過(guò)所述第二區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第二像素。本發(fā)明的攝像系統(tǒng)，包括本發(fā)明的攝像裝置；和根據(jù)在所述攝像裝置中的所述多個(gè)第一像素中得到的像素值生成與第一波段對(duì)應(yīng)的第一圖像信息，并根據(jù)在所述多個(gè)第二像素中得到的像素值生成與第二波段對(duì)應(yīng)的第二圖像信息的信號(hào)處理裝置。本發(fā)明的攝像方法，用于攝像裝置，該攝像裝置包括透鏡光學(xué)系統(tǒng)，其至少具有透過(guò)第一波段的光的第一區(qū)域和透過(guò)與所述第一波段不同的第二波段的光的第二區(qū)域；攝像元件，其至少具有使透過(guò)所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光入射的多個(gè)第一像素與多個(gè)第二像素；陣列狀光學(xué)元件，其被配置在所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)與所述攝像元件之間，所述攝像方法使用所述攝像裝置，通過(guò)所述陣列狀光學(xué)元件，使透過(guò)所述第一區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第一像素，使透過(guò)所述第二區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第二像素，且根據(jù)在所述多個(gè)第一像素中得到的像素值生成與第一波段對(duì)應(yīng)的第一圖像，并根據(jù)在所述多個(gè)第二像素中得到的像素值生成與第二波段對(duì)應(yīng)的第二圖像信息。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用單一的攝像系統(tǒng)的一次拍攝，能夠獲取任意的多光譜圖像。根據(jù)本發(fā)明，不需要按照每個(gè)像素設(shè)置電介質(zhì)多層膜。此外，在使用本發(fā)明的攝像裝置來(lái)拍攝動(dòng)態(tài)圖像時(shí)，即使由于時(shí)間的經(jīng)過(guò)而使被攝體的位置發(fā)生變化，也不會(huì)在多個(gè)圖像間產(chǎn)生像的偏移。


圖I表示基于本發(fā)明的攝像裝置A的實(shí)施方式I的示意圖。圖2是從被攝體測(cè)觀察本發(fā)明的實(shí)施方式I中的光學(xué)元件LI的正視圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的陣列狀光學(xué)元件K的立體圖。圖4(a)是放大表示本實(shí)施方式I中的圖I所示的陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的圖，(b)是表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N的像素的位置關(guān)系的圖。圖5是表示基于本發(fā)明的攝像裝置A的實(shí)施方式2的示意圖。圖6是從被攝體側(cè)觀察本發(fā)明的實(shí)施方式2中的光學(xué)元件LI的正視圖。圖7(a)是放大表示本實(shí)施方式2中的圖5所示的陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的圖，(b)是表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N的像素的位置關(guān)系的圖。圖8是從被攝體側(cè)觀察本發(fā)明的實(shí)施方式3中的光學(xué)元件LI的正視圖。圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的陣列狀光學(xué)元件K的立體圖。圖10(a)是放大表示本實(shí)施方式3中的陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的圖，(b)是表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N的像素的位置關(guān)系的圖。圖11 (a)從被攝體側(cè)觀察本發(fā)明的實(shí)施方式4中的光學(xué)元件LI的正視圖，(b)是表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N的像素的位置關(guān)系的圖。圖12是針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式I中的每個(gè)被攝體距離的光線圖以及點(diǎn)像與其質(zhì)心的變化進(jìn)行說(shuō)明的圖。圖13是針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4中的每個(gè)被攝體距離的點(diǎn)像與其質(zhì)心進(jìn)行說(shuō)明的圖。圖14(a)以及(b)是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5中的光學(xué)系統(tǒng)與攝像部的示意圖。圖15(a)以及(b)是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5中的光學(xué)元件LI的立體圖。圖16 (a)、(b)以及(C)是從被攝體側(cè)觀察本發(fā)明的實(shí)施方式5中的光圈S的正視圖。圖17(a)以及(b)是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5中的光學(xué)系統(tǒng)與攝像部的示意圖。圖18是本發(fā)明的實(shí)施方式5中的光學(xué)元件LI的立體圖。圖19(a)、(b)以及(C)是本發(fā)明的實(shí)施方式6中的光學(xué)元件LI的立體圖。 圖20 (a)、(b)以及(C)是從被攝體側(cè)觀察本發(fā)明的實(shí)施方式6中的光圈S的正視圖。圖21(a)、(b)以及(C)是本發(fā)明的實(shí)施方式7中的光學(xué)元件LI的立體圖。圖22 (a)、(b)以及(C)是從被攝體側(cè)觀察本發(fā)明的實(shí)施方式7中的光圈S的正視圖。圖23(a)以及(b)是放大顯示本發(fā)明的實(shí)施方式8中的陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的圖。圖24(a)以及(b)是放大顯示基于本發(fā)明的其它方式中的陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的圖。圖25(al)以及(bl)是基于本發(fā)明的其它方式中的陣列狀光學(xué)元件K的立體圖，(a2)以及(b2)是表示各光學(xué)要素的等高線的圖，(a3)以及(b3)是表示光線跟蹤模擬的結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對(duì)基于本發(fā)明的攝像裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。(實(shí)施方式I)圖I是表示實(shí)施方式I的攝像裝置A的示意圖。本實(shí)施方式的攝像裝置A具有將V作為光軸的透鏡光學(xué)系統(tǒng)L ;配置在透鏡光學(xué)系統(tǒng)L的焦點(diǎn)附近的陣列狀光學(xué)元件K ；攝像元件N;和信號(hào)處理部C。透鏡光學(xué)系統(tǒng)L由以下構(gòu)成使來(lái)自被攝體(未圖示)的光入射的光圈S、使通過(guò)光圈S的光入射的光學(xué)兀件LI、和使通過(guò)光學(xué)兀件LI的光入射的透鏡L2。透鏡L2，可以由一片透鏡構(gòu)成，也可以由多片透鏡構(gòu)成。在圖I中，作為一片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了圖示。光學(xué)元件LI被配置在光圈附近。此外，光學(xué)元件LI具有透過(guò)第一波段的光的第一光學(xué)面區(qū)域D1、和透過(guò)第二波段的光的第二光學(xué)面區(qū)域D2。第一波段與第二波段彼此不同。所謂“第一波段”以及“第二波段”中的“波段”，是指例如，占透過(guò)區(qū)域的光的所有光量之中50%以上的光量的連續(xù)的頻帶，且通過(guò)通過(guò)區(qū)域，從而使95%以上被截止的波長(zhǎng)不包含在“波段”中。此外，所謂兩個(gè)波段彼此不同，是指在至少一方的波段中，存在不包含在另一方的波段中的頻帶。因此，一部分波段可以重復(fù)。
透過(guò)的波段彼此不同的結(jié)構(gòu)，是通過(guò)在光學(xué)元件LI的光圈S側(cè)的表面上形成使用有機(jī)材料或電介質(zhì)多層膜的濾波器的結(jié)構(gòu)、或形成吸收式濾波器的結(jié)構(gòu)、或通過(guò)染色式濾波器按每個(gè)區(qū)域?qū)鈱W(xué)元件LI進(jìn)行染色的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣的濾色器，可以在一個(gè)平板上形成，也可以形成在按照每個(gè)區(qū)域分割的多個(gè)平板上。在本實(shí)施方式中，通過(guò)兩個(gè)光學(xué)面區(qū)域Dl、D2的光，在通過(guò)透鏡L2之后，入射至陣列狀光學(xué)元件K。陣列狀光學(xué)元件K，使通過(guò)光學(xué)面區(qū)域Dl的光入射至攝像元件N中的像素P1，使通過(guò)光學(xué)面區(qū)域D2的光入射至攝像元件N中的像素P2。信號(hào)處理部C，根據(jù)在像素Pl中得到的像素值，生成與第一波段對(duì)應(yīng)的圖像信息，根據(jù)在像素P2中得到的像素值，生成與第二波段對(duì)應(yīng)的圖像信息，并進(jìn)行輸出。在圖I中，光束B(niǎo)I是通過(guò)光學(xué)元件LI上的光學(xué)面區(qū)域Dl的光束，光束B(niǎo)2是通過(guò)光學(xué)元件LI上的光學(xué)面區(qū)域D2的光束。光束B(niǎo)1、B2按照順序通過(guò)光圈S、光學(xué)元件LI、透鏡L2、陣列狀光學(xué)元件K，并到達(dá)攝像元件N上的攝像面Ni。圖2是從被攝體側(cè)觀察光學(xué)元件LI的正視圖。光學(xué)元件LI中的光學(xué)面區(qū)域Dl·與D2，是通過(guò)將光軸V作為邊界中心而在與光軸V垂直的面內(nèi)分割成上下兩部分來(lái)形成的。在圖2中，虛線s表示光圈S的位置。圖3是陣列狀光學(xué)元件K的立體圖。在陣列狀光學(xué)元件K中的攝像元件N側(cè)的面上，在橫向上沿縱向配置有細(xì)長(zhǎng)的多個(gè)光學(xué)要素Ml。各個(gè)光學(xué)要素Ml的截面(縱向)，具有向攝像元件N側(cè)突出的曲面形狀。如此,陣列狀光學(xué)元件K,具有雙凸透鏡(lenticularlens)的結(jié)構(gòu)。如圖I所示，陣列狀光學(xué)元件K，被配置在透鏡光學(xué)系統(tǒng)L的焦點(diǎn)附近，配置在與攝像面Ni相距規(guī)定距離的位置上。圖4(a)是放大表示圖I所示的陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的圖，圖4(b)是表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N上的像素的位置關(guān)系的圖。陣列狀光學(xué)元件K，以使形成光學(xué)要素Ml的面朝向攝像面Ni側(cè)的方式配置。在攝像面Ni，以矩陣狀配置了像素P。像素P能夠區(qū)別為像素Pl以及像素P2。像素Pl以及像素P2，分別在橫向(行方向)上排列成一行地配置。在縱向(列方向)上，像素Pl與P2交替配置。陣列狀光學(xué)元件K，其光學(xué)要素Ml的一個(gè)以與由攝像面Ni上的一行像素Pl以及一行像素P2構(gòu)成的兩行像素對(duì)應(yīng)的方式配置。在攝像面Ni上以覆蓋像素P1、P2的表面的方式設(shè)置有微型透鏡Ms。陣列狀光學(xué)元件K，設(shè)置為使通過(guò)光學(xué)元件LI上的光學(xué)面區(qū)域Dl (圖I、圖2所示)的光束(在圖I中以實(shí)線所示的光束B(niǎo)I)的大部分到達(dá)攝像面Ni上的像素P1，使通過(guò)光學(xué)面區(qū)域D2的光束(在圖I中以虛線所示的光束B(niǎo)2)的大部分到達(dá)攝像面Ni上的像素P2。具體而言，通過(guò)恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定陣列狀光學(xué)元件K的折射率、距攝像面Ni的距離以及光學(xué)要素Ml表面的曲率半徑等參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)。攝像光學(xué)系統(tǒng)為像側(cè)非遠(yuǎn)心(telecentric)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，由通過(guò)光圈的光線的位置與相對(duì)于光軸的角度來(lái)決定焦點(diǎn)處的光線的角度。此外，陣列狀光學(xué)元件，具有根據(jù)光線的入射角度來(lái)分配射出方向的作用。因此，通過(guò)在光圈附近配置光學(xué)面區(qū)域Dl以及D2，并且，如上所述地在焦點(diǎn)附近配置陣列狀光學(xué)元件K，能夠使通過(guò)各光學(xué)面區(qū)域的光束B(niǎo)I以及B2分別分離成像素Pl以及P2地進(jìn)行引導(dǎo)。而且，若配置光學(xué)面區(qū)域Dl以及D2的位置遠(yuǎn)離光圈的位置，則通過(guò)光學(xué)面區(qū)域Dl的光與通過(guò)光學(xué)面區(qū)域D2的光無(wú)法完全分別分離成像素Pl與像素P2，會(huì)發(fā)生串?dāng)_。而且，在攝像光學(xué)系統(tǒng)為像側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，由于通過(guò)光圈的光線是平行的，因此，焦點(diǎn)處的光線的角度由通過(guò)光圈的光線的位置唯一確定。通過(guò)以上的結(jié)構(gòu)，像素Pl與像素P2，分別生成與波段彼此不同的光對(duì)應(yīng)的圖像信息。即，攝像裝置A能夠以單一的攝像光學(xué)系統(tǒng)并且以一次拍攝來(lái)獲取由波段彼此不同的光形成的多個(gè)圖像信息。列舉第一波段以及第二波段的具體示例。在一個(gè)示例中，第一光線面區(qū)域D1，是具有透過(guò)可視光作為第一波段的光且實(shí)質(zhì)上阻斷近紅外線的特性的光學(xué)濾波器。第二光學(xué)面區(qū)域D2，是具有實(shí)質(zhì)上阻斷可視光且透過(guò)近紅外線作為第二波段的光的特性的光學(xué)濾波器。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)晝夜兼用的攝像裝置或生態(tài)認(rèn)證用的攝像裝置。在這樣的攝像裝置中，當(dāng)獲取近紅外線的圖像時(shí)，優(yōu)選具備具有包含近紅外線的頻帶的分光輻射特性的光源。 此外，在其它示例中，第一光學(xué)面區(qū)域D1，是具有透過(guò)可視光作為第一波段的光且實(shí)質(zhì)上阻斷近紫外線的特性的光學(xué)濾波器。第二光學(xué)面區(qū)域D2，是具有實(shí)質(zhì)上阻斷可視光且透過(guò)近紫外線作為第二波段的光的特性的光學(xué)濾波器。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)基于近紫外線的對(duì)皺紋等的皮膚的狀態(tài)進(jìn)行可視化的攝像裝置。在這樣的攝像裝置中，當(dāng)獲取近紫外線的圖像時(shí)，優(yōu)選具備具有包含近紫外線的頻帶的分光輻射特性的光源。此外，在另一示例中，第一光學(xué)面區(qū)域D1，是透過(guò)規(guī)定帶寬的光的光學(xué)濾波器，第二光學(xué)面區(qū)域D2，是透過(guò)比所述規(guī)定帶寬還窄的帶寬的光的光學(xué)濾波器。即，與第一波段的寬度相比，第二波段的寬度變窄。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)能以窄帶來(lái)觀察病變的內(nèi)窺鏡或膠囊內(nèi)窺鏡用途的攝像裝置。在該示例中，第二波段，可以包含在第一波段中，也可以不包含。在這樣的攝像裝置中，優(yōu)選具備具有包含第一以及第二波段的分光輻射特性的一種光源、或者具有分別與第一以及第二波段對(duì)應(yīng)的分光輻射特性的多種光源。在這樣的用途中，能夠通過(guò)用分別不同的顏色來(lái)監(jiān)視顯示以寬帶獲取到的圖像與以窄帶獲取到的圖像，易于發(fā)現(xiàn)病變。而且，在本實(shí)施方式中，y方向的像素值會(huì)每隔I像素出現(xiàn)欠缺。因此，可以由在y方向上相鄰的像素的像素值進(jìn)行插值來(lái)生成欠缺的像素的像素值，也可以每?jī)蓚€(gè)像素相加X(jué)方向的像素值來(lái)生成。此外，攝像元件的各像素的X方向與y方向的縱橫比為2 I的結(jié)構(gòu)。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，不再需要如上所述的插值處理或相加處理。(實(shí)施方式2)本實(shí)施方式2，與實(shí)施方式I的不同點(diǎn)在于，將光學(xué)元件LI的區(qū)域分割設(shè)為三個(gè)。在此，省略針對(duì)與實(shí)施方式I相同的內(nèi)容的詳細(xì)說(shuō)明。圖5是表示實(shí)施方式2的攝像裝置A的示意圖。在圖5中，光束B(niǎo)I是通過(guò)光學(xué)元件LI上的光學(xué)面區(qū)域Dl的光束，光束B(niǎo)2是通過(guò)光學(xué)元件LI上的光學(xué)面區(qū)域D2的光束，光束B(niǎo)3是通過(guò)光學(xué)元件LI上的光學(xué)區(qū)域D3的光束。光束B(niǎo)1、B2以及B3，按順序通過(guò)光圈S、光學(xué)元件LI、透鏡L2、陣列狀光學(xué)元件K，到達(dá)攝像元件N上的攝像面Ni (圖7等所示)。圖6是從被攝體側(cè)觀察光學(xué)元件LI的正視圖，光學(xué)面區(qū)域D1、D2、D3，在與光軸V垂直的面內(nèi)，沿上下方向被分割成三部分。此外，各光學(xué)面區(qū)域透過(guò)的光的波段彼此不同。圖7(a)是放大表示圖5所示的陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的圖，圖7 (b)是表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N上的像素的位置關(guān)系的圖。陣列狀光學(xué)元件K，以使形成光學(xué)要素Ml的面朝向攝像面Ni側(cè)的方式配置。在攝像面Ni上，以矩陣狀配置有像素Po像素P能夠區(qū)別為像素P1、像素P2以及像素P3。像素P1、像素P2以及像素P3，分別在橫向(行方向)上排列成一行地配置。在縱向(列方向)上，重復(fù)配置像素P1、P2、P3。陣列狀光學(xué)元件K，其光學(xué)要素Ml的一個(gè)以與由攝像面Ni上的一行像素P1、一行像素P2以及一行像素P3構(gòu)成的三行像素對(duì)應(yīng)的方式配置。在攝像面Ni上，以覆蓋像素P1、P2、P3的表面的方式設(shè)置有微型透鏡Ms。陣列狀光學(xué)元件K設(shè)計(jì)為使通過(guò)光學(xué)元件LI上的光學(xué)面區(qū)域Dl (圖5、圖6所示)的光束B(niǎo)I (在圖5中以點(diǎn)線所示的光束B(niǎo)I)的大部分到達(dá)攝像面Ni上的像素P1，使通過(guò)光學(xué)面區(qū)域D2的光束(在圖5中以實(shí)線所示的光束B(niǎo)2)的大部分到達(dá)攝像面Ni上的像素P2，使通過(guò)光學(xué)面區(qū)域D3的光束(在圖5中以虛線所示的光束)的大部分到達(dá)攝像面·Ni上的像素P3。具體而言，通過(guò)恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定陣列狀光學(xué)元件K的折射率、距攝像面Ni的距離以及光學(xué)要素Ml表面的曲率半徑等參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，像素P1、像素P2以及像素P3，分別生成與波段彼此不同的光對(duì)應(yīng)的像素信息。即，攝像裝置A，能夠以單一的攝像光學(xué)系統(tǒng)、并且通過(guò)一次拍攝來(lái)獲取由波段彼此不同的光形成的多個(gè)圖像信息。在實(shí)施方式I中，雖然是同時(shí)獲取兩種波段的圖像的構(gòu)造，但在本實(shí)施方式2中，能夠同時(shí)獲取三種波段的圖像。列舉三種波段的具體示例。在一個(gè)示例中，第一光學(xué)面區(qū)域D1，是透過(guò)藍(lán)色頻帶的光且實(shí)質(zhì)上阻斷藍(lán)色以外的頻帶的顏色的藍(lán)色濾色器。第二光學(xué)面區(qū)域D2，是透過(guò)綠色頻帶的光且實(shí)質(zhì)上阻斷綠色以外的頻帶的顏色的綠色濾色器。第三光學(xué)面區(qū)域D3，是透過(guò)紅色頻帶的光且實(shí)質(zhì)上阻斷紅色以外的頻帶的顏色的紅色濾波器。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)可使用單色攝像元件來(lái)獲取全彩色圖像的攝像裝置。此外，不局限如上所述的原色系的濾波器，也可以使用補(bǔ)色系(藍(lán)綠色、品紅、黃色)的濾波器。此外，作為所述濾色器，能夠通過(guò)使用電介質(zhì)多層膜，獲取比有機(jī)濾波器時(shí)顏色再現(xiàn)性更好的圖像。而且，在本實(shí)施方式中，y方向的像素值會(huì)每隔2像素出現(xiàn)欠缺?？梢酝ㄟ^(guò)與y方向相鄰的像素的像素值進(jìn)行插值來(lái)生成欠缺的像素的像素值，也可以每三像素相加X(jué)方向的像素值來(lái)生成。此外，攝像元件的各像素的X方向與y方向的縱橫比為3 I的結(jié)構(gòu)。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，不再需要如上所述的插值處理或相加處理。(實(shí)施方式3)本實(shí)施方式3，與實(shí)施方式I的不同點(diǎn)在于，將圖I的光學(xué)元件LI的區(qū)域分割設(shè)為四個(gè)；以及將陣列狀光學(xué)元件由雙凸透鏡置換為微型透鏡。在此，省略針對(duì)與實(shí)施方式I相同內(nèi)容的詳細(xì)說(shuō)明。圖8是從被攝體側(cè)觀察光學(xué)元件LI的正視圖，光學(xué)面區(qū)域Dl、D2、D3以及D4，是通過(guò)在將光軸V作為邊界中心而與光軸V垂直的面內(nèi)被分割為上下左右四部分而形成。此夕卜，各光學(xué)面區(qū)域透過(guò)的光的波段彼此不同。圖9是陣列狀光學(xué)元件K的立體圖。在陣列狀光學(xué)元件K中的攝像元件N側(cè)的面上，以格子狀配置有光學(xué)要素M2。各個(gè)光學(xué)要素M2的截面(縱向以及橫向各個(gè)截面)是曲面形狀，各個(gè)光學(xué)要素M2向攝像元件N側(cè)突出。如此，光學(xué)要素M2是微型透鏡，陣列狀光學(xué)元件K成為微型透鏡陣列。圖10 (a)是放大表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N的圖，圖10 (b)是表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N上的像素的位置關(guān)系的圖。陣列狀光學(xué)元件K被配置為使形成光學(xué)要素M2的面朝向攝像面Ni側(cè)。在攝像面Ni上，以矩陣狀配置有像素P。像素P能夠區(qū)別為像素P1、像素P2、像素P3以及像素P4。陣列狀光學(xué)元件K，與實(shí)施方式I相同，被配置在透鏡光學(xué)系統(tǒng)L的焦點(diǎn)附近，并且被配置在與攝像面Ni相距規(guī)定距離的位置上。此外，在攝像面Ni上，以覆蓋像素P1、P2、P3、P4的表面的方式設(shè)置有微型透鏡Ms。
此外，陣列狀光學(xué)元件K被配置為使形成光學(xué)要素M2的面朝向攝像面Ni側(cè)。陣列狀光學(xué)元件K被配置為其光學(xué)要素M2的一個(gè)與攝像面Ni中的2行2列的像素Pl P4的四個(gè)像素對(duì)應(yīng)。陣列狀光學(xué)元件K，通過(guò)光學(xué)元件LI上的光學(xué)面區(qū)域D1、D2、D3以及D4的光束的大部分被設(shè)計(jì)為分別到達(dá)攝像面Ni上的像素P1、像素P2、像素P3以及像素P4。具體而言，通過(guò)恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定陣列狀光學(xué)元件K的折射率、距攝像面Ni的距離以及光學(xué)要素Ml表面的曲率半徑等參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，像素P1、像素P2、像素P3以及像素P4，分別生成與波段彼此不同的光對(duì)應(yīng)的圖像信息。即，攝像裝置A能夠以單一的攝像光學(xué)系統(tǒng)、并且通過(guò)一次拍攝獲取由波段不同的光形成的多個(gè)圖像信息。在實(shí)施方式I以及實(shí)施方式2中，雖然是分別同時(shí)獲取兩種以及三種波段的圖像的構(gòu)造，但本實(shí)施方式3中，能夠同時(shí)獲取四種波段的圖像。列舉四種波段的具體示例。在一個(gè)示例中，設(shè)為以下結(jié)構(gòu)除了具有在實(shí)施方式2中所述的藍(lán)色、綠色、紅色的濾色器，還具有實(shí)質(zhì)上阻斷包含所述藍(lán)色、綠色、紅色的可視光、且透過(guò)近紅外線的近紅外線濾波器。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)晝夜兼用的攝像裝置或生態(tài)認(rèn)證用的攝像裝置。在這樣的攝像裝置中，當(dāng)獲取近紅外線的圖像時(shí)，優(yōu)選具備具有包含近紅外線頻帶的分光輻射特性的光源。此外，在另一示例中，設(shè)為以下結(jié)構(gòu)除了具有實(shí)施方式2所述的藍(lán)色、綠色、紅色的濾色器，還具有實(shí)質(zhì)上阻斷包含所述藍(lán)色、綠色、紅色可視光，且透過(guò)近紫外線的近紫外線濾波器。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)基于近紫外線的對(duì)皺紋等皮膚的狀態(tài)進(jìn)行可視化的攝像裝置。在這樣的攝像裝置中，當(dāng)獲取近紫外線的圖像時(shí)，優(yōu)選具備具有包含近紫外線頻帶的分光輻射特性的光源。此外，在另一示例中，設(shè)為以下結(jié)構(gòu)除了具有實(shí)施方式2所述的藍(lán)色、綠色、紅色濾色器，還具有僅透過(guò)比所述藍(lán)色、綠色、紅色濾色器的分光透過(guò)率特性中的各帶寬還窄的帶寬的波段的濾波器。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)以窄帶可觀察病變的內(nèi)窺鏡或膠囊內(nèi)窺鏡用途的攝像裝置。所述窄帶可以包含在藍(lán)色、綠色、紅色濾色器的任一個(gè)頻帶中，也可以不包含。在這樣的攝像裝置中，優(yōu)選具備以下光源具有包含藍(lán)色、綠色、紅色以及所述窄帶的分光輻射特性的一種光源；或者具有分別與藍(lán)色、綠色、紅色以及所述窄帶的各頻帶對(duì)應(yīng)的分光輻射特性的多種光源。此外，也可以是具備白色光源和具有包含所述窄帶的分光輻射特性的光源的光源。而且，在本實(shí)施方式中，X方向以及y方向的像素值分別會(huì)每隔I像素出現(xiàn)欠缺。因此，可以通過(guò)在X方向以及 方向相鄰的像素的像素值分別進(jìn)行插值來(lái)生成欠缺的像素的像素值。此外，分割成四部分的區(qū)域之中的夾著光軸而對(duì)置的兩個(gè)區(qū)域可以是相同的綠色濾色器。通過(guò)設(shè)為這樣的結(jié)構(gòu)，由于綠色的像素?cái)?shù)增加，因此，能夠使綠色的圖像分量的分
辨率提高。(實(shí)施方式4)本實(shí)施方式4，與實(shí)施方式I的不同點(diǎn)在于，第一光學(xué)面區(qū)域Dl以及第二光學(xué)面區(qū)域D2分別夾著光軸而分離配置；以及將陣列狀光學(xué)元件由雙凸透鏡置換為微型透鏡。在此，省略針對(duì)與實(shí)施方式I相同內(nèi)容的詳細(xì)說(shuō)明。圖11(a)是從被攝體側(cè)觀察光學(xué)元件LI的正視圖，光學(xué)面區(qū)域Dl與D2分別以質(zhì)心成為光軸位置的方式以光軸V為中心在軸對(duì)稱方向上分離配置。圖11(b)是表示陣列狀光學(xué)元件K與攝像元件N上的像素的位置關(guān)系的圖。在本實(shí)施方式4中，由于通過(guò)光學(xué)面區(qū)域Dl的光線到達(dá)奇數(shù)行奇數(shù)列和偶數(shù)行偶數(shù)列，因此，將奇數(shù)行奇數(shù)列與偶數(shù)行偶數(shù)列相加，來(lái)生成與第一波段對(duì)應(yīng)的圖像。此外，由于通過(guò)光學(xué)面區(qū)域D2的光線到達(dá)偶數(shù)行奇數(shù)列與奇數(shù)行偶數(shù)列，因此，將偶數(shù)行奇數(shù)列與奇數(shù)行偶數(shù)列相加，來(lái)生成與第二波段對(duì)應(yīng)的圖像。在實(shí)施方式I中，第一光學(xué)面區(qū)域Dl以及第二光學(xué)面區(qū)域D2，是能夠在與光軸垂直的面內(nèi)將光學(xué)元件LI分割為上下兩部分的區(qū)域。因此，通過(guò)各光學(xué)面區(qū)域的光在像面中的光點(diǎn)質(zhì)心會(huì)隨著被攝體距離而變化，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生視差。圖12是針對(duì)實(shí)施方式I中的每個(gè)被攝體距離的光線圖以及點(diǎn)像及其質(zhì)心的變化進(jìn)行說(shuō)明的圖。圖12(al)、(bl)以及(Cl)表示每個(gè)被攝體距離的光線圖。圖12(al)是物點(diǎn)O位于距光學(xué)系統(tǒng)最遠(yuǎn)距離時(shí)的光線圖，圖12(cl)是物點(diǎn)O位于距光學(xué)系統(tǒng)最近距離時(shí)的光線圖，圖12(bl)是在圖12(al)與(Cl)之間的距離上有物點(diǎn)O時(shí)的光線圖。針對(duì)與圖I相同的結(jié)構(gòu)，使用了相同的記號(hào)。圖12 (a2)與(a3)、(b2)與(b3)以及(c2)與(c3)表示經(jīng)由雙凸透鏡拍攝的點(diǎn)像(以半圓圖示)及其質(zhì)心(以黑點(diǎn)圖示)，分別與圖12(al)、(bl)以及(Cl)的被攝體距離對(duì)應(yīng)。各點(diǎn)像示意性地表示出按照每個(gè)奇數(shù)列提取的像素信息(a2、b2、c2)、以及按照每個(gè)偶數(shù)列提取的像素信息(a3、b3、c3)，作為對(duì)在Y方向上每隔I像素欠缺的像素值進(jìn)行插值處理后得到的像素信息。如圖所示，若將獲取到的圖像分離為奇數(shù)列的圖像與偶數(shù)列的圖像，則各圖像的點(diǎn)像，成為能夠?qū)⒁粋€(gè)圓分割成兩部分的兩個(gè)半圓形狀。此外，隨著接近物點(diǎn)0，點(diǎn)徑變大。因此，各圖像的點(diǎn)像的質(zhì)心間距離d，會(huì)隨著接近物點(diǎn)而變大。該質(zhì)心間距離d由于會(huì)導(dǎo)致視差而不優(yōu)選。另一方面，在本實(shí)施方式4中，光學(xué)面區(qū)域Dl與D2分別以質(zhì)心成為光軸位置的方式以光軸為中心而在軸對(duì)稱方向上分離配置。由此，由分別通過(guò)光學(xué)面區(qū)域Dl以及D2的光所形成的點(diǎn)像的質(zhì)心也在光軸位置處存在。因此，即使被攝體距離發(fā)生變化，各點(diǎn)像的質(zhì)心間距離d也不會(huì)變化。圖13是針對(duì)每個(gè)被攝體距離的點(diǎn)像及其質(zhì)心來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的圖。在圖13中，(al)與(a2)、(bl)與(b2)以及(Cl)與(c2)表示出經(jīng)由微型透鏡拍攝的點(diǎn)像(以半圓圖示)及其質(zhì)心(黑點(diǎn))，且分別與圖12的(al)、(bl)以及(Cl)的被攝體距離對(duì)應(yīng)。各點(diǎn)像示意性地表示出對(duì)奇數(shù)行奇數(shù)列與偶數(shù)行偶數(shù)列相加后得到的圖像信息(al、bl、cl)，以及對(duì)偶數(shù)行奇數(shù)列與奇數(shù)行偶數(shù)列相加后得到的圖像信息(a2、b2、c2)。如圖所示，在本實(shí)施方式4中，若將獲取到的圖像分離為對(duì)奇數(shù)行奇數(shù)列和偶數(shù)行偶數(shù)列相加后得到的圖像，和對(duì)偶數(shù)行奇數(shù)列與奇數(shù)行偶數(shù)列相加后得到的圖像，則各圖像的點(diǎn)像成為使扇形以光軸為中心在軸對(duì)象方向上對(duì)置的形狀。這些點(diǎn)像的質(zhì)心，由于相一致，因此，即使被攝體距離發(fā)生變化，各圖像的點(diǎn)像的質(zhì)心間距離d也不變。如此，在實(shí)施方式4中，以質(zhì)心成為光軸位置的方式以光軸為中心在軸對(duì)稱方向 上分離配置各個(gè)光學(xué)面區(qū)域D1、D2，由此即使被攝體距離發(fā)生變化，也能夠使獲取到的圖像間不產(chǎn)生視差。(實(shí)施方式5)本實(shí)施方式5具有如實(shí)施方式I所示的兩個(gè)光學(xué)面區(qū)域Dl以及D2的結(jié)構(gòu)，而且，以透鏡L2是在軸上具有顏色像差的透鏡的情況為前提。在這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，以透過(guò)光學(xué)面區(qū)域Dl以及D2的光線的聚焦位置實(shí)質(zhì)上相等的方式，在與光圈附近的光軸垂直的面內(nèi)，具有兩個(gè)區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域具有彼此不同的光功率。該點(diǎn)與實(shí)施方式I不同。在此，省略針對(duì)與實(shí)施方式I相同的內(nèi)容的詳細(xì)說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，具有彼此不同的光功率的兩個(gè)區(qū)域之中的一個(gè)區(qū)域，透過(guò)通過(guò)第一光學(xué)面區(qū)域Dl的光。另一個(gè)區(qū)域透過(guò)通過(guò)第二光學(xué)面區(qū)域D2的光。具有與光學(xué)面區(qū)域D1、D2不同光功率的兩個(gè)區(qū)域，可以形成于相同元件，也可以分別形成在不同的元件上。以下，針對(duì)本實(shí)施方式中的攝像裝置進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。圖14(a)是示意性地表示在實(shí)施方式I中，透鏡L2是如單透鏡那樣因折射率的波長(zhǎng)分散特性而具有軸上顏色像差的透鏡時(shí)的光線圖。在圖14(a)中，在第一光學(xué)面區(qū)域Dl形成有透過(guò)第一波段的光的濾波器，在第二光學(xué)面區(qū)域D2形成有透過(guò)比第一波段相對(duì)較長(zhǎng)的第二波段的光的濾波器。透鏡L2，例如，是如單透鏡那樣因折射率的波長(zhǎng)分散特性而具有軸上顏色像差的透鏡，因此，波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光在距透鏡越遠(yuǎn)處進(jìn)行聚焦。因此，如圖14(a)所示，若設(shè)定為通過(guò)光學(xué)面區(qū)域Dl的光線在攝像面Ni上進(jìn)行聚焦，則通過(guò)光學(xué)面區(qū)域D2的光線成為在攝像面Ni上無(wú)法完全聚焦的狀態(tài)。圖14(b)是示意性地表示實(shí)施方式5的攝像裝置的光線圖的圖。在圖14(b)中，針對(duì)圖14(a)的結(jié)構(gòu)，在光學(xué)元件LI的第二光學(xué)面區(qū)域D2上形成有使第二分光透過(guò)率特性中的波段的光線在攝像面進(jìn)行聚焦的光功率的透鏡面。因此，通過(guò)第一光學(xué)面區(qū)域Dl的光線與通過(guò)第二光學(xué)面區(qū)域D2的光線，都在攝像面Ni上聚焦。如此，基于本實(shí)施方式，通過(guò)第一光學(xué)面區(qū)域Dl以及第二光學(xué)面區(qū)域D2具有不同的光功率，與第一光學(xué)面區(qū)域Dl以及第二光學(xué)面區(qū)域D2具有相等的光功率的情況相比，透過(guò)第一光學(xué)面區(qū)域Dl的光的聚焦位置與透過(guò)第二光學(xué)面區(qū)域D2的光的聚焦位置更接近。在圖14(b)中，光學(xué)元件LI的光學(xué)面區(qū)域D2的光圈S側(cè)的光學(xué)面的光軸V'，雖然與透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸V不同且出現(xiàn)偏芯，但由于該光功率與透鏡L2的光功率相比極小，因此，攝像性能的變差程度很小。圖15(a)以及(b)是圖14(b)所示的光學(xué)元件LI的立體圖。任一個(gè)結(jié)構(gòu)，都在作為平面的第一光學(xué)面區(qū)域Dl上形成具有第一分光透過(guò)率特性的濾波器，且在作為透鏡面的第二光學(xué)面區(qū)域D2上形成具有第二分光透過(guò)率特性的濾波器。此外，在圖15(a)的結(jié)構(gòu)中，在能夠?qū)⒐鈱W(xué)元件LI分割成兩部分的整個(gè)區(qū)域上形成透鏡面。因此，在作為平面的第一光學(xué)面區(qū)域Dl與作為透鏡面的第二光學(xué)面區(qū)域D2之間產(chǎn)生了高低差。由于通過(guò)這樣的高低差的光線成為不需要光，因此，光圈S優(yōu)選為設(shè)置有如圖16(a)以及(b)的遮光區(qū)域的結(jié)構(gòu)。此外，在圖15(b)的結(jié)構(gòu)中，在能夠?qū)⒐鈱W(xué)元件LI分割成兩部分的區(qū)域的一部分形成透鏡面作為光學(xué)面區(qū)域D2。該結(jié)構(gòu)，需要以與各光學(xué)面區(qū)域Dl以及D2對(duì)應(yīng)的方式設(shè)置如圖16(c)所示的遮光區(qū)域的結(jié)構(gòu)。圖17(a)以及(b)是表示本實(shí)施方式5的其它方式的圖。在圖14(b)中，光學(xué)元件LI的光學(xué)面區(qū)域D2的光圈S側(cè)的光學(xué)面的光軸V'，雖然與透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸V不同，但在圖17(a)中，光學(xué)元件LI的光學(xué)面區(qū)域D2的光圈S側(cè)的光學(xué)面的光軸與透鏡L2的光 軸相同。此外，圖18是圖17(a)所示的光學(xué)元件LI的立體圖。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，由于光學(xué)元件LI的光學(xué)面區(qū)域D2的透鏡面的光軸的偏芯不會(huì)產(chǎn)生，因此，能夠去掉因偏芯導(dǎo)致的拍攝性能的變差。圖17(b)是相對(duì)于圖17(a)以其它方式構(gòu)成在光學(xué)元件LI上所設(shè)置的透鏡的示例。在圖17(b)中，在光圈附近的被攝體側(cè)，配置有分別形成分光透過(guò)率特性不同的濾波器的光學(xué)元件LI，在光圈附近的物體側(cè)配置有光學(xué)元件LI'。光學(xué)元件LI、LI'，分別具有第一光學(xué)面區(qū)域Dl以及第二光學(xué)面區(qū)域D2。光學(xué)元件LI'中的第二光學(xué)面區(qū)域D2具有透鏡面。如此，形成濾波器的元件和形成透鏡的元件可以分立。此外，LI與LI'的位置，也可以是相對(duì)于光圈進(jìn)行調(diào)換的結(jié)構(gòu)。如此，在本實(shí)施方式5中，即使在如透鏡2為單透鏡那樣使用未對(duì)軸上顏色像差進(jìn)行補(bǔ)正的透鏡的情況下，通過(guò)在與光軸垂直的面內(nèi)設(shè)置具有彼此不同的光功率的兩個(gè)區(qū)域，也能夠降低軸上顏色像差。(實(shí)施方式6)本實(shí)施方式6，如實(shí)施方式2，是具有三個(gè)光學(xué)面區(qū)域D1、D2以及D3的結(jié)構(gòu)，而且，以透鏡L2是具有軸上顏色像差的透鏡的情況作為前提。在這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，以使透過(guò)光學(xué)面區(qū)域Dl以及D2的光線的聚焦位置實(shí)質(zhì)上相等的方式，在與光圈附近的光軸垂直的面內(nèi)，具有三個(gè)區(qū)域，該三個(gè)區(qū)域具有彼此不同的光功率。該點(diǎn)與實(shí)施方式5不同。在此，省略針對(duì)與實(shí)施方式5相同的內(nèi)容的詳細(xì)說(shuō)明。圖19(a)、(b)以及(C)是在本實(shí)施方式6中，將各光學(xué)面區(qū)域分割成三部分時(shí)的光學(xué)元件LI的立體圖。與實(shí)施方式5相同，光圈S分別為圖20(a)、(b)以及(C)所示的結(jié)構(gòu)。如此，在本實(shí)施方式6中，即使在如單透鏡那樣使用未對(duì)軸上顏色像差進(jìn)行補(bǔ)正差補(bǔ)正的透鏡的情況下，通過(guò)在與光軸垂直的面內(nèi)設(shè)置具有彼此不同的光功率的三個(gè)區(qū)域，也能夠降低軸上顏色像差。(實(shí)施方式7)本實(shí)施方式7，如實(shí)施方式3，是具有四個(gè)光學(xué)面區(qū)域D1、D2、D3以及D4的結(jié)構(gòu)，而且，以透鏡L2具有軸上顏色像差的透鏡的情況作為前提。在這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，以使透過(guò)光學(xué)面區(qū)域Dl以及D2的光線的聚焦位置實(shí)質(zhì)上相等的方式，在與光圈附近的光軸垂直的面內(nèi)具有四個(gè)區(qū)域，該四個(gè)區(qū)域具有彼此不同的光功率。該點(diǎn)與實(shí)施方式5不同。在此，省略針對(duì)與實(shí)施方式5相同的內(nèi)容的詳細(xì)說(shuō)明。圖21 (a)、(b)以及(C)是在本實(shí)施方式7中，將各光學(xué)面區(qū)域分割成四部分時(shí)的光學(xué)元件LI的立體圖。與實(shí)施方式5相同，光圈S分別形成圖22(a)、(b)以及(C)所示的結(jié)構(gòu)。如此，在本實(shí)施方式7中，即使在如單透鏡那樣使用未對(duì)軸上顏色像差進(jìn)行補(bǔ)正差補(bǔ)正的透鏡的情況下，通過(guò)在與光軸垂直的面內(nèi)設(shè)置具有彼此不同的光功率的四個(gè)區(qū)域，也能夠降低軸上顏色像差。(實(shí)施方式8) 本實(shí)施方式8，與實(shí)施方式I 7的不同點(diǎn)在于，在攝像面上形成雙凸透鏡或微型透鏡陣列。在此，省略在本實(shí)施方式中針對(duì)與實(shí)施方式I 7相同的內(nèi)容的詳細(xì)說(shuō)明。圖23(a)以及(b)是放大表示陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的圖。在本實(shí)施方式中，在攝像元件N的攝像面Ni上形成雙凸透鏡(或微型透鏡陣列)Md。在攝像面Ni上，與實(shí)施方式I相同，以矩陣狀配置像素P。相對(duì)于這些多個(gè)像素P，對(duì)應(yīng)有一個(gè)透鏡狀的光學(xué)要素或一個(gè)微型透鏡。在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式I 7相同，能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)光學(xué)元件LI上的不同的區(qū)域的光束分別引導(dǎo)至不同的像素。此外，圖23(b)是表示本實(shí)施方式的變形例的圖。在圖23(b)所示的結(jié)構(gòu)中，在攝像面Ni上，以覆蓋像素P的方式形成微型透鏡Ms，在微型透鏡Ms的表面上層疊有陣列狀光學(xué)元件。在圖23(b)所示的結(jié)構(gòu)中，能夠比圖23(a)的結(jié)構(gòu)提高集光效率。若如實(shí)施方式I 7那樣將陣列狀光學(xué)元件與攝像元件分離，則雖然難以使陣列狀光學(xué)元件與攝像元件的對(duì)位，但由于如本實(shí)施方式8那樣通過(guò)構(gòu)成為在攝像元件上形成陣列狀光學(xué)元件K，就能夠在晶片工藝中進(jìn)行對(duì)位，因此易于進(jìn)行對(duì)位，對(duì)位的精度也能夠增加。(其它實(shí)施方式)從實(shí)施方式I至8，雖然針對(duì)各光學(xué)面區(qū)域的分割數(shù)為2分割、3分割、4分割的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以是更多的分割數(shù)。此外，透鏡L2雖然作為一片的結(jié)構(gòu)，但也可以是多組或多片結(jié)構(gòu)的透鏡。此外，雖然是在光學(xué)元件LI中的被攝體側(cè)的面配置有光學(xué)面區(qū)域的方式，但光學(xué)面區(qū)域也可以配置在光學(xué)元件LI的像側(cè)的面上。而且，此時(shí)，光學(xué)元件LI若相對(duì)于光圈的位置被配置在被攝體側(cè)，則優(yōu)選更接近光圈的配置。此外，光學(xué)元件LI雖然相對(duì)于光圈的位置被配置在像側(cè)，但也可以相對(duì)于光圈的位置被配置在被攝體側(cè)。而且，此時(shí)，若光學(xué)面區(qū)域被配置在光學(xué)元件LI的像側(cè)，則優(yōu)選更接近光圈的配置。此外,在實(shí)施方式4、5以及6中，在與光學(xué)兀件LI或光學(xué)兀件LI不同的兀件上設(shè)置的透鏡面雖然被配置在元件的被攝體側(cè)的面，但也可以配置在元件的像側(cè)的面。此外，在實(shí)施方式I至8中，各區(qū)域配置的濾色器雖然僅在光軸方向上配置了一片，但也可以層疊配置多個(gè)濾色器。例如，可以層疊配置分光透過(guò)率特性不同的電介質(zhì)多層膜的濾波器與吸收式濾波器，也可以在吸收式濾波器上形成電介質(zhì)多層膜。此外，實(shí)施方式I至8，可以適用像側(cè)非遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，此外，也可以適用像側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。照相機(jī)等攝像元件所使用的透鏡，多數(shù)是像側(cè)非遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。在本發(fā)明的實(shí)施方式的透鏡光學(xué)系統(tǒng)L中適用像側(cè)非遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，若視角發(fā)生變化，則主光線相對(duì)于陣列狀光學(xué)元件K傾斜入射。圖24(a)是放大表示了光軸外的攝像部附近的圖。在圖24(a)中，僅表示出通過(guò)陣列狀光學(xué)元件K的光之中通過(guò)一個(gè)光學(xué)面區(qū)域的光束。如圖24(a)所示，當(dāng)透鏡光學(xué)系統(tǒng)L為像側(cè)非遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，在相鄰像素處會(huì)發(fā)生漏光從而易于發(fā)生串?dāng)_，但如圖24(b)那樣，通過(guò)使陣列狀光學(xué)元件相對(duì)于像素排列而偏移Λ，就能夠降低串?dāng)_，因此能夠抑制顏色純度的變差。所述入射角，由于隨像高不同而不同，因此，所述偏移量Λ，只要根據(jù)對(duì)攝像面入射的光束的入射角來(lái)進(jìn)行設(shè)定即可。此外，也可以在本發(fā)明的實(shí)施方式的透鏡光學(xué)系統(tǒng)L中適用像側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。在像側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的情況下，即使視角發(fā)生變化，由于主光線針對(duì)陣列狀光學(xué)元件K以接近O度的值入射，因此，能夠在整個(gè)攝像區(qū)域降低串?dāng)_。
此外，在本發(fā)明的實(shí)施方式3、4以及7中，陣列狀光學(xué)元件K雖然設(shè)為微型透鏡陣列，但微型透鏡的各光學(xué)要素，優(yōu)選相對(duì)于各個(gè)微型透鏡的光軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的形狀。作為微型透鏡的制法，雖然有將抗蝕劑構(gòu)圖為矩形、并通過(guò)熱處理形成透鏡曲面的方法，但如此的微型透鏡的立體圖如圖25 (al)所示。圖25(al)的微型透鏡的等高線，由于為如圖25 (a2)那樣，因此縱橫向與傾斜方向的曲率半徑不同。圖25(a3)是在本發(fā)明的陣列狀光學(xué)元件中適用圖25(al)、(a2)所示的微型透鏡時(shí)的光線跟蹤模擬的結(jié)果。在圖25(a3)中，雖然僅表示出通過(guò)陣列狀光學(xué)元件K的光之中透過(guò)一個(gè)光學(xué)面區(qū)域的光束，但在如此旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱形狀的微型透鏡時(shí)，在相鄰的像素處會(huì)產(chǎn)生漏光而發(fā)生串?dāng)_。另一方面，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀的微型透鏡的立體圖，如圖25(bl)所示。圖25(bl)的微型透鏡的等高線，如圖25 (b2)所示，縱橫向與傾斜方向的曲率半徑相等。如此旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀的微型透鏡，能夠通過(guò)熱壓印或UV壓印制法形成。圖25(b3)是在本發(fā)明的陣列狀光學(xué)元件中適用圖25(bl)、(b2)所示的微型透鏡時(shí)的光線跟蹤模擬的結(jié)果。在圖25(b3)中，雖然表示出通過(guò)陣列狀光學(xué)元件K的光之中僅通過(guò)一個(gè)光學(xué)面區(qū)域的光束，但可見(jiàn)未發(fā)生如圖25(a3)的串?dāng)_。如此，微型透鏡的各光學(xué)要素，通過(guò)設(shè)為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，能夠降低串?dāng)_，因此能夠抑制顏色純度的變差。此外，在本實(shí)施方式5、6以及7中，雖然表示了以防止通過(guò)高低差的不需要的光為目的而配置了在與高低差部對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置遮光區(qū)域的光圈的實(shí)施例，但通過(guò)各區(qū)域邊界附近的光線，有時(shí)會(huì)成為所述串?dāng)_的起因，即使無(wú)高低差時(shí)，也可以為了防止串?dāng)_而設(shè)置如圖16、圖20以及圖22所示的光圈。此外，在本實(shí)施方式I 8中適用的攝像元件，可以是單色攝像元件、也可以是彩色攝像元件。例如，使用彩色攝像元件時(shí)，可以構(gòu)成為光學(xué)元件LI之中至少一個(gè)區(qū)域透過(guò)的光的波段的寬度，比通過(guò)該區(qū)域的光束到達(dá)的像素上的濾色器的波段的寬度窄。由于攝像元件使用了彩色攝像元件，因此在光學(xué)元件LI的所述至少一個(gè)區(qū)域以外，不需要設(shè)置濾色器。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠獲取窄帶的圖像信息，并能夠通過(guò)彩色攝像元件的分光透過(guò)率特性的效果來(lái)衰減因串?dāng)_產(chǎn)生的波段的分量。此外，在所述至少一個(gè)區(qū)域以外，由于不需要在光學(xué)元件LI上設(shè)置濾色器，因此能夠降低成本。實(shí)施方式I至8，是具有信號(hào)處理部C的攝像裝置。本發(fā)明的攝像裝置，也可以不具有這些信號(hào)處理部。此時(shí)，可以使用攝像裝置的外部的PC等來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理部C進(jìn)行的處理。即，本發(fā)明能夠通過(guò)具備具有透鏡光學(xué)系統(tǒng)L、陣列狀光學(xué)元件K以及攝像元件N的攝像裝置和外部信號(hào)處理裝置的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的攝像裝置，作為數(shù)字照相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等攝像裝置是有用的。此外，還能夠應(yīng)用到車載用照相機(jī)、安全監(jiān)視用相機(jī)、內(nèi)窺鏡或膠囊內(nèi)窺鏡等醫(yī)療用、生態(tài)認(rèn)證用、顯微鏡用、天體望遠(yuǎn)鏡用等的分光圖像獲取用的照相機(jī)中。附圖符號(hào)說(shuō)明A-攝像裝置，L-透鏡光學(xué)系統(tǒng)，
L1、L1'-光學(xué)元件，L2-透鏡，D1、D2、D3、D4_ 光學(xué)面區(qū)域，S-光圈，K-陣列狀光學(xué)元件，N-攝像元件，Ni-攝像面，Ms，Md-攝像元件上的微型透鏡，Ml-陣列狀光學(xué)元件的光學(xué)要素(雙凸透鏡)，M2-陣列狀光學(xué)元件的光學(xué)要素(微型透鏡)，PU P2、P3、P4、P-攝像元件上的像素，C-信號(hào)處理部。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，包括 透鏡光學(xué)系統(tǒng)，其具有透鏡以及光圈； 攝像元件，其至少具有使透過(guò)所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光入射的多個(gè)第一像素與多個(gè)第二像素；和 陣列狀光學(xué)元件，其被配置在所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)與所述攝像元件之間， 所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)在與光軸垂直的面內(nèi)還具有多個(gè)區(qū)域， 所述多個(gè)區(qū)域包括透過(guò)第一波段的光的第一區(qū)域；和透過(guò)與所述第一波段不同的第二波段的光的第二區(qū)域， 所述陣列狀光學(xué)元件使透過(guò)所述第一區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第一像素，使透過(guò)所述第二區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第二像素。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的攝像裝置，其特征在于， 所述多個(gè)區(qū)域被配置在所述光圈附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的攝像裝置，其特征在于， 所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的所述多個(gè)區(qū)域還包括所述第一、第二區(qū)域以外的至少第三區(qū)域， 所述第三區(qū)域透過(guò)與所述第一波段以及所述第二波段不同的第三波段， 所述陣列狀光學(xué)元件使透過(guò)所述第三區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第一、第二像素以外的第三像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攝像裝置，其特征在于， 所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的所述多個(gè)區(qū)域，還包括所述第一、第二以及第三區(qū)域以外的第四區(qū)域，所述第四區(qū)域透過(guò)與所述第一、第二以及第三波段不同的第四波段的光， 所述陣列狀光學(xué)元件使透過(guò)所述第四區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第一、第二以及第三像素以外的第四像素。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的所述第一以及第二區(qū)域分別由夾著光軸而彼此分離的多個(gè)區(qū)域構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述第一波段的光是近紅外線，所述第二波段的光是可視光。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 5的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述第一波段的光是近紫外線，所述第二波段的光是可視光。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 5的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述第二波段的寬度比所述第一波段的寬度窄。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 4的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述第一區(qū)域以及所述第二區(qū)域，是以所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸為邊界中心，在與所述光軸垂直的面內(nèi)被分割的區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求I 9的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述第一區(qū)域以及所述第二區(qū)域具有彼此不同的光功率， 與所述第一區(qū)域以及所述第二區(qū)域具有彼此相等的光功率時(shí)相比，透過(guò)所述第一區(qū)域的光的聚焦位置與透過(guò)所述第二區(qū)域的光的聚焦位置更接近。
11.根據(jù)權(quán)利要求I 10的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于，所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)是像側(cè)非遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)， 在所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸外，使所述陣列狀光學(xué)元件的排列相對(duì)于所述攝像元件的像素的排列產(chǎn)生偏移。
12.根據(jù)權(quán)利要求I 10的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)是像側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I 12的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述陣列狀光學(xué)元件是雙凸透鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求I 12的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述陣列狀光學(xué)元件是微型透鏡陣列。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的攝像裝置，其特征在于， 所述微型透鏡陣列的各光學(xué)要素的形狀為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求I 15的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述陣列狀光學(xué)元件形成在所述攝像元件上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的攝像裝置，其特征在于， 所述攝像裝置還具有微型透鏡，該微型透鏡被設(shè)置在所述陣列狀光學(xué)元件與所述攝像元件之間， 所述陣列狀光學(xué)元件隔著所述微型透鏡形成在所述攝像元件上。
18.根據(jù)權(quán)利要求I 17的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 在與所述第一區(qū)域以及所述第二區(qū)域的邊界部對(duì)應(yīng)的位置處還具有遮光區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求I 18的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述攝像元件是在各像素上形成有濾色器的彩色攝像元件， 所述多個(gè)區(qū)域之中至少一個(gè)區(qū)域的波段的寬度，比透過(guò)該區(qū)域的光束所到達(dá)的所述彩色攝像元件上的濾色器的波段的寬度窄。
20.根據(jù)權(quán)利要求I 19的任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于， 所述攝像裝置還具有信號(hào)處理部， 所述信號(hào)處理部根據(jù)在所述多個(gè)第一像素中得到的像素值，生成與第一波段對(duì)應(yīng)的第一圖像信息，根據(jù)在所述多個(gè)第二像素中得到的像素值，生成與第二波段對(duì)應(yīng)的第二圖像信息。
21.一種攝像系統(tǒng)，包括 權(quán)利要求I 19的任一項(xiàng)所述的攝像裝置；和 信號(hào)處理裝置，其根據(jù)在所述攝像裝置中的所述多個(gè)第一像素中得到的像素值，生成與第一波段對(duì)應(yīng)的第一圖像信息，根據(jù)在所述多個(gè)第二像素中得到的像素值，生成與第二波段對(duì)應(yīng)的第二圖像信息。
22.—種攝像方法，用于攝像裝置，該攝像裝置包括 透鏡光學(xué)系統(tǒng)，其至少具有透過(guò)第一波段的光的第一區(qū)域和透過(guò)與所述第一波段不同的第二波段的光的第二區(qū)域； 攝像元件，其至少具有使透過(guò)所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光入射的多個(gè)第一像素與多個(gè)第二像素； 陣列狀光學(xué)元件，其被配置在所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)與所述攝像元件之間，所述攝像方法使用所述攝像裝置，通過(guò)所述陣列狀光學(xué)元件，使透過(guò)所述第一區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第一像素，使透過(guò)所述第二區(qū)域的光入射至所述多個(gè)第二像素，且 根據(jù)在所述多個(gè)第一像素中得到的像素值生成與第一波段對(duì)應(yīng)的第一圖像，并根據(jù)在所述多個(gè)第二像素中得到的像素值生成與·第二波段對(duì)應(yīng)的第二圖像信息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攝像裝置，包括透鏡光學(xué)系統(tǒng)，其具有透鏡以及光圈；攝像元件，其至少具有使透過(guò)透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光入射的多個(gè)第一像素與多個(gè)第二像素；和配置在透鏡光學(xué)系統(tǒng)與攝像元件之間的陣列狀光學(xué)元件。透鏡光學(xué)系統(tǒng)包括在與光軸垂直的面內(nèi)透過(guò)第一波段的光的第一區(qū)域；和透過(guò)與第一波段不同的第二波段的光的第二區(qū)域。陣列狀光學(xué)元件，使透過(guò)第一區(qū)域的光入射至多個(gè)第一像素，使透過(guò)第二區(qū)域的光入射至多個(gè)第二像素。
文檔編號(hào)H04N9/07GK102907102SQ20118000516
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
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