摄像装置、摄像光学系统及摄像方法与流程

1.本发明涉及一种摄像装置、摄像光学系统及摄像方法，尤其涉及一种分别拍摄多个波段的图像的技术。


背景技术：

2.以往，作为这种摄像装置，提出有专利文献1中所记载的多波段相机。
3.该多波段相机具备成像透镜系统及具有光谱滤光片的摄影光学系统。光谱滤光片夹装于通过成像透镜系统的光路中，分别使彼此不同的多个波段的光透射的多个光谱区域具有以与成像透镜系统相关的光轴为中心而大致以同心圆状排列的光谱滤波器。
4.多波段相机通过切换光谱滤光片的多个光谱区域中的透光状态及遮光状态，以帧顺序方式拍摄被摄体的多个光谱图像。
5.并且，分别关于多个波段，调整为通过成像透镜系统的球面像差及光谱滤波器大致抵消成像透镜系统所具有的色差的成像位置偏离特性。
6.以往技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2004-157059号公报


技术实现要素：

9.本发明的技术所涉及的一实施方式提供一种能够同时拍摄波段彼此不同的图像且提高各图像的对焦精度的摄像装置、摄像光学系统及摄像方法。
10.用于解决技术课题的手段
11.本发明的一方式所涉及的摄像装置具备：摄像光学系统，具有使第1波段的光通过的第1光瞳区域及使与第1波段不同的第2波段的光通过的第2光瞳区域，且根据摄像光学系统的除轴上色差以外的像差与摄像光学系统的第1光瞳区域及第2光瞳区域的位置之间的关系减少由第1波段与第2波段的差异引起的摄像光学系统的轴上色差；成像元件，包含接收通过摄像光学系统的第1光瞳区域的光的第1像素及接收通过第2光瞳区域的光的第2像素；及信号处理部，处理从成像元件输出的信号，并根据第1像素的输出信号及第2像素的输出信号分别生成第1波段的第1图像及第2波段的第2图像。
12.在本发明的另一方式所涉及的摄像装置中，摄像光学系统的除轴上色差以外的像差为球面像差。
13.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选在球面像差为负的情况下，第1光瞳区域为比第2光瞳区域更靠近摄像光学系统的光轴的光瞳区域，第1波段的代表波长短于第2波段的代表波长。
14.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选第1光瞳区域是由以摄像光学系统的光轴为中心的同心圆区分的圆形或环带状的光瞳区域，第2光瞳区域是第1光瞳区域外侧的环带状的光瞳区域。
15.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，摄像光学系统的除轴上色差以外的像差为彗形像差。
16.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选通过第1光瞳区域的光的摄像光学系统的光轴上的成像位置比因摄像光学系统的彗形像差而通过第2光瞳区域的光的光轴上的成像位置更向像侧移动，第1波段的代表波长短于第2波段的代表波长。
17.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选摄像光学系统具有如下的彗形像差：入射于相对于与摄像光学系统的光轴交叉的直线隔着光轴位于相反的位置的第1区域及第2区域中的第1区域的光的光轴上的成像位置向像侧移动，而入射于第2区域的光的光轴上的成像位置向物体侧移动，第1光瞳区域为摄像光学系统的与第1区域对应的光瞳区域，第2光瞳区域为摄像光学系统的与第2区域对应的光瞳区域。
18.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，摄像光学系统的除轴上色差以外的像差为像散。
19.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选通过第1光瞳区域的光的摄像光学系统的光轴上的成像位置比因摄像光学系统的像散而通过第2光瞳区域的光的光轴上的成像位置更向像侧移动，第1波段的代表波长短于第2波段的代表波长。
20.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选摄像光学系统具有如下的像散：入射于相对于摄像光学系统的光轴对称的第1区域的光的光轴上的成像位置向像侧移动，而入射于相对于光轴对称且与第1区域正交的第2区域的光的光轴上的成像位置向物体侧移动，第1光瞳区域为摄像光学系统的与第1区域对应的光瞳区域，第2光瞳区域为摄像光学系统的与第2区域对应的光瞳区域。
21.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选摄像光学系统包含波长选择滤波器单元，该波长选择滤波器单元具有从第1光瞳区域使第1波段的光通过的第1波长选择滤波器及从第2光瞳区域使第2波段的光通过的第2波长选择滤波器。
22.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选摄像光学系统还具有使第1波段与第2波段的中间的第3波段的光通过的第3光瞳区域，第3光瞳区域为第1光瞳区域与第2光瞳区域之间的光瞳区域，成像元件还包含接收通过第3光瞳区域的光的第3像素，信号处理部还根据第3像素的输出信号生成第3波段的第3图像。
23.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选摄像光学系统包含使通过第1光瞳区域的光向第1方向偏振的第1偏振滤波器及使通过第2光瞳区域的光向与第1方向不同的第2方向偏振的第2偏振滤波器，在成像元件的第1像素中配置使所入射的光向第1方向偏振的第3偏振滤波器，在第2像素中配置使所入射的光向第2方向偏振的第4偏振滤波器。
24.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选在成像元件的第1像素中配置使所入射的光中的第1波段的光通过的第3波长选择滤波器，在成像元件的第2像素中配置使所入射的光中的第2波段的光通过的第4波长选择滤波器。
25.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选在成像元件的第1像素中配置第1微透镜及具有与第1光瞳区域对应的第1开口的第1遮光掩模，在成像元件的第2像素中配置第2微透镜及具有与第2光瞳区域对应的第2开口的第2遮光掩模。
26.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选摄像光学系统仅通过光圈或作为光圈而发挥作用的第1光瞳区域及第2光瞳区域来限制入射于成像元件的光束。
27.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选摄像光学系统具有配置于比光圈更靠物体侧的位置的前组透镜及配置于比光圈更靠像侧的位置的后组透镜，第1光瞳区域及第2光瞳区域位于前组透镜与后组透镜之间，前组透镜具有使入射于第1光瞳区域及第2光瞳区域的轴外主光线的角度相对于光圈面接近垂直的角倍率。
28.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选摄像光学系统具有配置于比光圈更靠物体侧的位置的前组透镜及配置于比光圈更靠像侧的位置的后组透镜，第1光瞳区域及第2光瞳区域位于前组透镜与后组透镜之间，前组透镜具有使入射于第1光瞳区域及第2光瞳区域的轴上边缘光线角度相对于光圈面接近垂直的焦距。
29.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选第1光瞳区域及第2光瞳区域作为光圈而发挥作用或与光圈相邻。
30.在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，
31.若将n设为2以上的整数，
32.将i设为在从1至n的范围内变化的参数，
33.将ωi设为摄像光学系统的第i光瞳区域，
34.将λ
ij
设为透射第i光瞳区域ωi的光的代表波长，
35.将mi设为第i光瞳区域ωi中的代表波长的数量，
36.将j设为在从1至m的范围内变化的参数，
37.将λ
ij
设为第i光瞳区域ωi中的第j个代表波长，
38.将f(λ)设为摄像光学系统的波长λ下的近轴焦距，
39.将g(x，y；λ)设为摄像光学系统的光瞳区域的光瞳坐标(x，y)下的波长λ的轴上纵向像差，
40.将sωi设为第i光瞳区域ωi的面积，
41.则摄像光学系统优选存在满足如下[数学式1]及[数学式2]的i1、i2、j1、j2的组合。
[0042]
[数学式1]
[0043][0044]
[数学式2]
[0045][0046]
(其中，a≥b)
[0047]
在本发明的又一方式所涉及的摄像装置中，优选若将成像元件的像素间距设为p，则[数学式2]中的b为b≤8p。
[0048]
又一方式所涉及的发明为构成上述摄像装置的摄像光学系统。
[0049]
又一方式所涉及的发明为摄像光学系统，其具有使第1波段的光通过的第1光瞳区域及使与第1波段不同的第2波段的光通过的第2光瞳区域，且根据摄像光学系统的除轴上色差以外的像差与摄像光学系统的第1光瞳区域及第2光瞳区域的位置之间的关系减少由第1波段与第2波段的差异引起的摄像光学系统的轴上色差，在该摄像光学系统中，
[0050]
若将n设为2以上的整数，
[0051]
将i设为在从1至n的范围内变化的参数，
[0052]
将ωi设为摄像光学系统的第i光瞳区域，
[0053]
将λ
ij
设为透射第i光瞳区域ωi的光的代表波长，
[0054]
将mi设为第i光瞳区域ωi中的代表波长的数量，
[0055]
将j设为在从1至m的范围内变化的参数，
[0056]
将λ
ij
设为第i光瞳区域qi中的第j个代表波长，
[0057]
将f(λ)设为摄像光学系统的波长λ下的近轴焦距，
[0058]
将g(x，y；λ)设为摄像光学系统的光瞳区域的光瞳坐标(x，y)下的波长λ的轴上纵向像差，
[0059]
将sωi设为第i光瞳区域ωi的面积，
[0060]
则摄像光学系统存在满足如下[数学式1]及[数学式2]的i1、i2、j1、j2的组合。
[0061]
[数学式1]
[0062][0063]
[数学式2]
[0064][0065]
(其中，a≥b)
[0066]
本发明的又一方式所涉及的摄像方法包括：准备摄像光学系统的步骤，该摄像光学系统具有使第1波段的光通过的第1光瞳区域及使与第1波段不同的第2波段的光通过的第2光瞳区域，且根据摄像光学系统的除轴上色差以外的像差与摄像光学系统的第1光瞳区域及第2光瞳区域的位置之间的关系减少由第1波段与第2波段的差异引起的摄像光学系统的轴上色差；对通过摄像光学系统的第1光瞳区域的光及通过第2光瞳区域的光分别进行光瞳分割而使其入射于成像元件中所包含的第1像素及第2像素的步骤；及通过信号处理部处理从成像元件输出的信号，并根据第1像素的输出信号及第2像素的输出信号分别生成第1波段的第1图像及第2波段的第2图像的步骤。
附图说明
[0067]
图1是表示本发明所涉及的摄像装置的实施方式的概略结构的图。
[0068]
图2是表示图1所示的带通滤波器单元的实施方式的主视图。
[0069]
图3是表示图2所示的带通滤波器单元的第1带通滤波器及第2带通滤波器各自的透射波长特性的曲线图。
[0070]
图4是用于说明球面像差的符号的图。
[0071]
图5是图1所示的偏振滤波器单元的主视图。
[0072]
图6是表示图1所示的成像元件的像素的排列的概略结构的图。
[0073]
图7是表示图1所示的成像元件的概略结构的图。
[0074]
图8是表示图7所示的1个像素(图7的虚线部)的概略结构的剖视图。
[0075]
图9是表示设置于成像元件的各像素块的偏振滤波器元件的排列图案的一例的图。
[0076]
图10是表示带通滤波器单元的另一实施方式的主视图。
[0077]
图11是表示图10所示的带通滤波器单元的4个带通滤波器各自的透射波长特性的
曲线图。
[0078]
图12是与图10所示的带通滤波器单元对应地设置的偏振滤波器单元的主视图。
[0079]
图13是表示适用于本发明所涉及的摄像装置的另一成像元件的概略结构的图。
[0080]
图14是表示图13所示的1个像素(图13的虚线部)的概略结构的剖视图。
[0081]
图15是表示摄像光学系统的像差类型及与其像差类型对应的带通滤波器单元的变化的图。
[0082]
图16是表示摄像光学系统的像差类型及与其像差类型对应的带通滤波器单元的另一变化的图。
[0083]
图17是表示摄像光学系统的像差类型及与其像差类型对应的带通滤波器单元的又一变化的图。
[0084]
图18是表示适用本发明的摄像光学系统的实施例的剖视图。
[0085]
图19是表示图18所示的摄像光学系统的透镜数据的图表。
[0086]
图20是表示适用于图19所示的摄像光学系统的带通滤波器单元的结构的主视图。
[0087]
图21是表示图18所示的摄像光学系统的球面像差、像散、畸变像差及倍率色差的曲线图。
[0088]
图22是表示在图18所示的摄像光学系统中不配置带通滤波器单元时及配置有带通滤波器单元时的摄像光学系统的轴上色差的变化的图表。
[0089]
图23是用于说明光圈上的轴外光束直径的图。
[0090]
图24是用于说明有无除光圈以外的光束限制的图。
[0091]
图25是用于说明通过光圈的轴外主光线的角度的图。
[0092]
图26是用于说明通过光圈的轴上边缘光线角度的图。
[0093]
图27是表示设置于成像元件的各像素块的偏振滤波器元件的排列图案的另一例的图。
[0094]
图28是表示具有遮光掩模的成像元件的1个像素的一例的图。
[0095]
图29是表示本发明所涉及的摄像方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
[0096]
以下，按照附图对本发明所涉及的摄像装置、摄像光学系统及摄像方法的优选实施方式进行说明。
[0097]
[摄像装置的结构]
[0098]
图1是表示本发明所涉及的摄像装置的实施方式的概略结构的图。
[0099]
本实施方式的摄像装置1为拍摄波段不同的第1图像及第2图像的多光谱相机，且具备摄像光学系统10、成像元件100及信号处理部200。
[0100]
[摄像光学系统]
[0101]
摄像光学系统10组合多个透镜12而构成。摄像光学系统10在其光瞳附近具有带通滤波器单元16及偏振滤波器单元18。并且，摄像光学系统10具有未图示的调焦机构。调焦机构例如使摄像光学系统10的整体沿光轴l前后移动而调节焦点。
[0102]
图2是表示图1所示的带通滤波器单元的实施方式的主视图。
[0103]
图2所示的带通滤波器单元16为使第1波段λ1的光通过的第1光瞳区域及使与第1
波段不同的第2波段λ2的光通过的第2光瞳区域的一例，且作为使按照第1光瞳区域及第2光瞳区域的光瞳区域不同的波段的光透射的波长选择单元而发挥作用。
[0104]
带通滤波器单元16配置成其中心与摄像光学系统10的光轴l一致，且由具备由以光轴l为中心的同心圆区分的圆形的开口区域16a1及开口区域16a1外侧的环带状的开口区域16a2的框体16a和设置于其框体16a的2个波长选择滤波器(带通滤波器)16b1、16b2构成。
[0105]
另外，以下，根据需要，将设置于框体16a的其中一个开口区域16a1称为第1开口区域16a1，将另一个开口区域16a2称为第2开口区域16a2，以区别2个开口区域16a1、16a2。并且，将设置于第1开口区域16a1的带通滤波器16b1称为第1带通滤波器16b1，将设置于第2开口区域16a2的带通滤波器16b2称为第2带通滤波器16b2，以区别2个带通滤波器16b1、16b2。
[0106]
框体16a具有遮光性，经由设置于2个开口区域16a1、16a2的第1带通滤波器16b1及第2带通滤波器16b2使第1波段λ1的光及第2波段λ2的光透射。该带通滤波器单元16作为光圈而发挥作用。另外，可以在摄像光学系统10中设置未图示的光圈，并且与其光圈相邻地设置带通滤波器单元16。
[0107]
并且，由图2可知，第1带通滤波器16b1的区域(第1光瞳区域)为比第2带通滤波器16b2的区域(第2光瞳区域)更靠近摄像光学系统10的光轴l的光瞳区域。
[0108]
图3是表示第1带通滤波器16b1及第2带通滤波器16b2各自的透射波长特性的曲线图。
[0109]
第1带通滤波器16b1使第1波段λ1的光透射，第2带通滤波器16b2使第2波段λ2的光透射。第1波段λ1的代表波长短于透射第2带通滤波器16b2的第2波段λ2的代表波长。
[0110]
因此，带通滤波器单元16的第1带通滤波器16b1从离摄像光学系统10的光轴l近的第1光瞳区域使第1波段λ1的光透射，第2带通滤波器16b2从离摄像光学系统10的光轴l远的第2光瞳区域使第2波段λ2的光透射。
[0111]
但是，在常规的透镜中，具有根据玻璃的分散特性而越是波长短的光线越成像于近侧(物体侧)的性质(轴上色差)。另一方面，在具有各种像差特性的透镜中，按照光瞳的每个位置而成像位置偏离。
[0112]
例如，如图4所示，在具有正的球面像差的透镜的情况下((a)的情况下)，随着从透镜的光轴向周边方向远离而成像位置偏向像面侧。并且，如图4所示，在具有负的球面像差的透镜的情况下((b)的情况下)，随着从透镜的光轴向周边方向远离而成像位置偏向物体侧。
[0113]
本例的摄像光学系统10为具有负的球面像差的透镜，随着从透镜的光轴向周边方向远离而成像位置偏向物体侧。摄像光学系统10使用该球面像差的特性，如下所示，减少轴上色差。
[0114]
(1)因摄像光学系统10的轴上色差而第1波段λ1的光的成像位置比第2波段λ2的光的成像位置更偏向物体侧。
[0115]
(2)因摄像光学系统10的负的球面像差而入射于摄像光学系统10的光束随着从光轴l向周边方向远离而成像位置偏向物体侧。
[0116]
因此，通过在框体16a的圆形的开口区域16a1(离光轴l近的区域)配置使第1波段λ1的光透射的第1带通滤波器16b1，且在框体16a的环带状的开口区域16a2(离光轴l远的区域)配置使第2波段λ2的光透射的第2带通滤波器16b2，构成带通滤波器单元16。
[0117]
由此，抵消由上述(1)、(2)的像差引起的成像位置的偏离，以实现轴上色差得到良好地校正的摄像光学系统10。
[0118]
另外，在摄像光学系统具有正的球面像差的情况下，与图2所示的带通滤波器单元16相反，将第1带通滤波器16b1配置于离光轴l远的环带状的开口区域16a2，将第2带通滤波器16b2配置于离光轴l近的圆形的开口区域16a1。
[0119]
图5是图1所示的偏振滤波器单元18的主视图。
[0120]
偏振滤波器单元18构成对通过2个光瞳区域(带通滤波器16b1、16b2)的光进行光瞳分割而使其入射于成像元件100中所包含的2种像素(第1像素及第2像素)的光瞳分割光学系统的一部分。
[0121]
与带通滤波器单元16同样地，偏振滤波器单元18配置成其中心与摄像光学系统10的光轴l一致，且由框体18a及2个偏振滤波器18b1、18b2构成。
[0122]
偏振滤波器单元18的框体18a的所投影的形状与带通滤波器单元16的框体16a相同，且具备由以光轴l为中心的同心圆区分的圆形的开口区域18a1及环带状的开口区域18a2。
[0123]
偏振滤波器18b1配设于框体18a的圆形的开口区域18a1，偏振滤波器18b2配设于环带状的开口区域18a2。
[0124]
在此，偏振滤波器18b1(第1偏振滤波器)使通过第1光瞳区域的光向第1方向偏振，偏振滤波器18b2(第2偏振滤波器)使通过第2光瞳区域的光向与第1方向不同的第2方向偏振。即，2个偏振滤波器18b1、18b2的偏振轴的方向彼此相差90
°
，在图5上，偏振滤波器18b1的偏振轴的方向为与光轴l(x轴)正交的xy平面上的左右方向(x轴方向)，偏振滤波器18b2的偏振轴的方向为上下方向(y轴方向)。
[0125]
另外，以下，根据需要，将设置于框体18a的其中一个开口区域18a1称为第1开口区域18a1，将另一个开口区域18a2称为第2开口区域18a2，以区别2个开口区域18a1、18a2。并且，将设置于第1开口区域18a1的偏振滤波器18b1称为第1偏振滤波器18b1，将设置于第2开口区域18a2的偏振滤波器18b2称为第2偏振滤波器18b2，以区别偏振轴不同的2个偏振滤波器18b1、18b2。
[0126]
上述结构的摄像光学系统10中，通过带通滤波器单元16及偏振滤波器单元18，光瞳区域分割为2个区域。即，分割为由带通滤波器单元16的第1开口区域16a1及偏振滤波器单元18的第1开口区域18a1划定的第1光瞳区域和由带通滤波器单元16的第2开口区域16a2及偏振滤波器单元18的第2开口区域18a2划定的第2光瞳区域。
[0127]
从第1光瞳区域及第2光瞳区域射出特性彼此不同的光。即，从第1光瞳区域射出第1波段λ1的光且偏振方向为x方向的第1光，从第2光瞳区域射出第2波段λ2的光且偏振方向为y方向的第2光。
[0128]
[成像元件]
[0129]
图6是表示图1所示的成像元件100的像素的排列的概略结构的图。
[0130]
如图6所示，成像元件100在其受光面具有多种(2种)像素p1、p2。各像素p1、p2沿水平方向(x轴方向)及垂直方向(y轴方向)以规定间距有序排列。
[0131]
本例的成像元件100由相邻的4个(2
×
2个)像素p1、p2来构成1个像素块pb(x，y)，该像素块pb(x，y)沿水平方向(x轴方向)及垂直方向(y轴方向)有序排列。以下，根据需要，
将像素p1设为第1像素p1，将像素p2设为第2像素p2，以区别各像素p1、p2。各像素p1、p2具有彼此不同的光学特性。
[0132]
图7是表示图1所示的成像元件100的概略结构的图，图8是表示图7所示的1个像素(图7的虚线部)的概略结构的剖视图。
[0133]
成像元件100为cmos(complementary metal-oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)型图像传感器，且具有像素阵列层110、偏振滤波器元件阵列层120及微透镜阵列层140。各层从像面侧向物体侧以像素阵列层110、偏振滤波器元件阵列层120及微透镜阵列层140的顺序配置。另外，成像元件100并不限于cmos型，可以是xy地址型或ccd(charge coupled device：电荷耦合器件)型的图像传感器。
[0134]
像素阵列层110构成为二维排列多个光电二极管112。1个光电二极管112构成1个像素。各光电二极管112沿水平方向(x方向)及垂直方向(y方向)有序配置。
[0135]
偏振滤波器元件阵列层120构成为二维排列偏振方向(所透射的光的偏振方向)不同的2种偏振滤波器元件122a、122b。
[0136]
以下，根据需要，将偏振滤波器元件122a设为第1偏振滤波器元件122a，将偏振滤波器元件122b设为第2偏振滤波器元件122b，以区别各偏振滤波器元件122a、122b。各偏振滤波器元件122a、122b以与光电二极管112相同的间隔配置，并且按照每个像素设置。
[0137]
图9是表示设置于成像元件100的各像素块的偏振滤波器元件的排列图案的一例的图。
[0138]
如图9所示，2个偏振滤波器18b1、18b2的偏振轴的方向彼此相差90
°
，在图9上，第1偏振滤波器元件122a的偏振轴的方向(第1偏振方向θ1)为左右方向(x轴方向)，第2偏振滤波器18b2的偏振轴的方向为上下方向(y轴方向)。在各像素块pb(x，y)中，偏振滤波器元件122a、122b有序排列。
[0139]
第1偏振滤波器元件122a的第1偏振方向θ1与偏振滤波器单元18(图5)的第1偏振滤波器18b1的偏振方向一致，第2偏振滤波器元件122b的第2偏振方向θ2与偏振滤波器单元18的第2偏振滤波器18b2的偏振方向一致。
[0140]
因此，成像元件100的具有偏振滤波器元件122a的第1像素p1仅接收透射具有第1偏振滤波器18b1的第1光瞳区域的第1波段λ1的第1光，具有偏振滤波器元件122b的第2像素p2仅接收透射具有第2偏振滤波器18b2的第2光瞳区域的第2波段λ2的第2光。
[0141]
摄像装置1若从快门释放开关等接收摄影指示输入，则进行成像元件100中的曝光控制。通过该曝光控制成像于成像元件100的受光面的被摄体的光学像通过成像元件100转换为电信号。在成像元件100的各像素(第1像素、第2像素)中蓄积与入射于光电二极管112的光的光量相对应的电荷，从成像元件100读出并输出与蓄积于各像素的电荷量相对应的电信号作为图像信号。
[0142]
返回到图1，信号处理部200处理从成像元件100输出的信号，并根据第1像素p1的输出信号及第2像素p2的输出信号分别生成第1波段λ1的第1图像及第2波段λ2的第2图像。
[0143]
由此，摄像装置1能够同时拍摄第1波段λ1的第1图像及第2波段λ2的第2图像(多光谱图像)，且第1图像及第2图像为波段彼此不同的图像，但作为摄像光学系统10所具有的轴上色差得到改善的图像来拍摄。
[0144]
[带通滤波器单元的另一实施方式]
[0145]
图10是表示带通滤波器单元的另一实施方式的主视图。
[0146]
图10所示的带通滤波器单元16-2为使第1波段λ11的光通过的第1光瞳区域、使第2波段λ12的光通过的第2光瞳区域、使第2波段λ21的光通过的第3光瞳区域及使第4波段λ22的光通过的第4光瞳区域的一例，并且作为按照从第1光瞳区域至按照第4光瞳区域的每个光瞳区域不同的波段的光透射的波长选择单元而发挥作用。
[0147]
带通滤波器单元16-2配置成其中心与摄像光学系统的光轴一致，且由具备由以光轴为中心的同心圆区分的圆形的开口区域及环带状的3个开口区域的框体16-2a和设置于该框体16-2a的第1波长选择滤波器～第4波长选择滤波器(4个带通滤波器)16-2b1～16-2b4构成。
[0148]
图11是表示图10所示的带通滤波器单元16-2的4个带通滤波器16-2b1～16-2b4各自的透射波长特性的曲线图。
[0149]
带通滤波器16-2b1使第1波段λ11的光透射，带通滤波器16-2b2使第2波段λ12的光透射，带通滤波器16-2b3使第3波段λ21的光透射，带通滤波器16-2b4使第4波段λ22的光透射。
[0150]
在此，在离带通滤波器单元16-2的光轴最近的圆形的光瞳区域配置有使具有4个波段中的波长最短的代表波长的第1波段λ11的光透射的带通滤波器16-2b1，在从光轴依次远离的环带状的3个光瞳区域配置有使代表波长依次变长的第2波段λ12、第3波段λ21及第4波段λ22的光透射的带通滤波器16-2b2～16-2b4。即，在带通滤波器单元16-2中配置有使随着从光轴远离而代表波长依次变长的第1波段λ11～第4波段λ22的光透射的带通滤波器16-2b1～16-2b4。
[0151]
因摄像光学系统的轴上色差而被摄体光的波长越短其成像位置越偏向物体侧，但通过在摄像光学系统具有负的球面像差且从光轴l依次远离的第1光瞳区域～第4光瞳区域配置使代表波长依次变长的第1波段λ11～第4波段λ22的光透射的带通滤波器16-2b1～16-2b4，通过由球面像差引起的成像位置的偏离抵消由轴上色差引起的成像位置的偏离，构成能够良好地校正轴上色差的摄像光学系统。
[0152]
图12是与图10所示的带通滤波器单元16-2对应地设置的偏振滤波器单元18-2的主视图。
[0153]
偏振滤波器单元18-2构成对通过4个光瞳区域(带通滤波器16-2b1～16-2b4)的光进行光瞳分割而使其入射于成像元件100-2中所包含的4种像素(第1像素～第4像素)的光瞳分割光学系统的一部分。
[0154]
与带通滤波器单元16-2同样地，偏振滤波器单元18-2配置成其中心与摄像光学系统的光轴一致，且由框体18-2a及4个偏振滤波器18-2b1～18-2b4构成。
[0155]
偏振滤波器单元18-2的框体18-2a的所投影的形状与带通滤波器单元16-2的框体16-2a相同，且具备由以光轴为中心的同心圆区分的圆形的开口区域及3个环带状的开口区域。
[0156]
偏振滤波器18-2b1配设于框体18-2a的圆形的开口区域，3个偏振滤波器18-2b2～18-2b4分别配设于3个环带状的开口区域。
[0157]
在此，在图12上，4个偏振滤波器18-2b1～18b4中的2个偏振滤波器18-2b1、18-2b3的偏振轴为左右方向(x轴方向)，在图12上，剩余2个偏振滤波器18-2b3、18-2b4的偏振轴为
上下方向(y轴方向)，偏振滤波器18-2b1、18-2b3及偏振滤波器18-2b3、18-2b4的偏振轴的方向彼此相差90
°
。
[0158]
图10所示的带通滤波器单元16-2从4个光瞳区域分别使4个波段λ11、λ12、λ21、λ22的光透射，4个波段λ11、λ12、λ21、λ22的光通过偏振滤波器单元18-2作为偏振方向为x方向的波段λ11、λ21的第1光及偏振方向为y方向的波段λ12、λ22的第2光而射出。
[0159]
图13是表示适用于本发明所涉及的摄像装置的另一成像元件的概略结构的图。图14是表示图13所示的1个像素(图13的虚线部)的概略结构的剖视图。另外，在图13及图14中，对与图7及图8所示的成像元件通用的部分标注相同的符号，并省略其详细说明。
[0160]
图13及图14所示的成像元件100-2在追加有作为第1波长选择滤波器及第2波长选择滤波器而发挥作用的光谱滤波器元件阵列层130的点上与图7所示的成像元件100不同。
[0161]
光谱滤波器元件阵列层130构成为二维排列透射波长特性彼此不同的2种光谱滤波器元件132a、132b(第1波长选择滤波器、第2波长选择滤波器)。以下，根据需要，将光谱滤波器元件132a设为第1光谱滤波器元件132a，将光谱滤波器元件132b设为第2光谱滤波器元件132b，以区别各光谱滤波器元件132a、132b。各光谱滤波器元件132a、132b以与光电二极管112相同的间隔来配置，并且按照每个像素设置。
[0162]
图11是包含各光谱滤波器元件的透射波长特性的一例的曲线图。
[0163]
如图11所示，第1光谱滤波器元件132a使波段λa的光透射，第2光谱滤波器元件132b使波段λb的光透射。
[0164]
偏振方向为x方向的波段λ11、λ21的第1光和偏振方向为y方向的波段λ12、λ22的第2光入射于成像元件100-2。
[0165]
另一方面，在成像元件100-2的各像素中，若将具有第1光谱滤波器元件132a及第1偏振滤波器元件122a的像素设为像素p1，将具有第1光谱滤波器元件132a及第2偏振滤波器元件122b的像素设为像素p2，将具有第2光谱滤波器元件132b及第1偏振滤波器元件122a的像素设为像素p3，将具有第2光谱滤波器元件132b及第2偏振滤波器元件122b的像素设为像素p4，则成像元件100-2由相邻的4个(2
×
2个)像素p1、p2、p3、p4来构成1个像素块pb(x，y)，该像素块pb(x，y)沿水平方向(x轴方向)及垂直方向(y轴方向)有序排列。
[0166]
以下，根据需要，将像素p1、p2、p3、p4称为第1像素p1、第2像素p2、第3像素p3及第4像素p4，以区别4种像素p1、p2、p3、p4。
[0167]
4种像素p1～p4通过偏振滤波器元件122a、122b及光谱滤波器元件132a、132b的组合仅接收4个波段λ11～λ22中的任一个波段的光。即，第1像素p1仅接收波段λ11的光，第2像素p2仅接收波段λ12的光，第3像素p3仅接收波段λ21的光，第4像素p4仅接收波段λ22的光。
[0168]
摄像装置若从快门释放开关等接收摄影指示输入，则进行成像元件100-2中的曝光控制。通过该曝光控制成像于成像元件100-2的受光面的被摄体的光学像通过成像元件100-2转换为电信号。在成像元件100-2的各像素(像素p1～p4)中蓄积与入射于光电二极管112的光的光量相对应的电荷，从成像元件100-2读出并输出与蓄积于各像素的电荷量相对应的电信号作为图像信号。
[0169]
图1所示的信号处理部200处理从成像元件100-2输出的信号，并根据第1像素p1的输出信号、第2像素p2的输出信号、第3像素p3的输出信号及第4像素p4的输出信号分别生成第1波段λ11的第1图像、第2波段λ12的第2图像、第3波段λ21的第3图像及第4波段λ22的第4
图像。
[0170]
由此，摄像装置能够同时拍摄第1波段λ11的第1图像、第2波段λ12的第2图像、第3波段λ21的第3图像及第4波段λ22的第4图像(多光谱图像)，且从第1图像至第4图像为波段彼此不同的图像，但作为摄像光学系统所具有的轴上色差得到改善的图像来拍摄。
[0171]
[摄像光学系统的与像差类型对应的带通滤波器单元的变化]
[0172]
图15至图17是分别表示摄像光学系统的像差类型及与其像差类型对应的带通滤波器单元的变化的图。
[0173]
作为能够适用于摄像光学系统的轴上色差的校正的摄像光学系统的像差类型，可考虑球面像差、彗形像差及像散。
[0174]
为了校正摄像光学系统的轴上色差，可以以使摄像光学系统的除轴上色差以外的像差主动产生的方式设计摄像光学系统。
[0175]
作为实现作为除轴上色差以外的像差具有球面像差的摄像光学系统的方法，可考虑对球面像差得到良好校正的摄像光学系统变更光圈附近的面间隔或曲率来产生球面像差的方法。
[0176]
并且，作为实现具有彗形像差的摄像光学系统的方法，可考虑通过使光圈附近的透镜偏心而产生彗形像差的方法，作为实现具有像散的摄像光学系统的方法，可考虑通过在光圈附近配置变形透镜来产生像散的方法。
[0177]
《校正轴上色差的原理》
[0178]
1)在常规的透镜中，具有因玻璃的分散特性而越是波长短的光线越成像于物体侧的性质(轴上色差)。
[0179]
2)在像差残留的透镜中，按照光瞳的每个位置而成像位置偏离。
[0180]
如图15的(a)“像差特性”所示，假定球面像差、彗形像差或像散在摄像光学系统中残留于透镜。
[0181]
在图15的(a)“像差特性”中，若假定相对于摄像光学系统的区域b1，区域a1为相位超前的区域，区域c1为相位滞后的区域c1，则成像位置以区域a1、b1、c1的顺序接近像面侧。
[0182]
因此，为了校正轴上色差，与图15的(a)“像差特性”对应地，如图15的(b)“波长分配图形”所示，按照与区域a1、b、c1对应的光瞳的区域a2、b2、c2，分配波段不同的带通滤波器。即，以区域a2、b2、c2的顺序配置所透射的波长长的带通滤波器。
[0183]
若与图15的(b)“波长分配图形”对应地分别适当地配置所透射的波段不同的带通滤波器，则由1)、2)的影响引起的成像位置的偏离相互抵消，从而能够实现良好地校正了轴上色差的摄像光学系统。
[0184]
《利用球面像差来减少轴上色差的带通滤波器单元》
[0185]
作为利用球面像差来减少轴上色差的带通滤波器单元的变化，在图15及图16中示出图15的(c)“同心圆类型”、图15的(d)“圆形开口纵向3孔类型”、图15的(e)“圆形开口十字5孔类型”、图16的(f)“圆形开口纵向5孔类型”、图16的(g)“圆形开口十字9孔类型”及图16的(h)“圆形开口8个方向9孔类型”所示的6个带通滤波器单元。
[0186]
在具有球面像差的摄像光学系统具有图15的(a)“像差特性”所示的特性(负的球面像差的特性)的情况下，为了校正轴上色差，如图15的(b)“波长分配图形”所示，以从光轴依次远离的区域a2、b2、c2的顺序配置所透射的波长长的带通滤波器。
[0187]
图15的(c)“同心圆类型”为与图2所示的带通滤波器单元16及图10所示的带通滤波器单元16-2相同种类的带通滤波器单元。
[0188]
图15的(d)“圆形开口纵向3孔类型”、图15的(e)“圆形开口十字5孔类型”及图16的(h)“圆形开口8个方向9孔类型”所示的带通滤波器单元在光轴上的圆形开口配置有可见白色的滤波器或具有没有滤波器的圆形开口，且在从光轴以等距离分开的多个圆形开口配置有使与可见白色的代表波长相比代表波长长的波段的光透射的带通滤波器。根据这些带通滤波器单元，能够同时拍摄可见白色的波段的图像及与可见白色的代表波长相比代表波长长的波段的图像，且即便是波段不同的各图像也能够提高各图像的对焦精度。
[0189]
另外，图16的(f)“圆形开口纵向5孔类型”、图16的(g)“圆形开口十字9孔类型”在中央配置有透射波长短的第1波段的光的带通滤波器，在最外围配置有透射波长长的第2波段的光的带通滤波器，在其中间具有使第1波段与第2波段的中间的第3波段的光通过的第3光瞳区域。
[0190]
在球面像差为负的情况下，这些6个带通滤波器单元随着从光轴远离而配置波长长的带通滤波器。如此，考虑到摄像光学系统的球面像差来配置每个波段的带通滤波器，由此减少由轴上色差引起的每个波长的成像位置的偏离，并提高同时拍摄的多个图像的对焦精度。
[0191]
另外，在与具有图15的(a)所示的负的球面像差的特性的摄像光学系统不同的具有正的球面像差的摄像光学系统的情况下，以从光轴依次远离的区域的顺序配置所透射的波长短的带通滤波器。
[0192]
《利用彗形像差来减少轴上色差的带通滤波器单元》
[0193]
作为利用彗形像差来减少轴上色差的带通滤波器单元的变化，在图15至图17中示出图15的(d)“圆形开口纵向3孔类型”、图15的(e)“圆形开口十字5孔类型”、图16的(f)“圆形开口纵向5孔类型”、图16的(g)“圆形开口十字9孔类型”、图16的(h)“圆形开口8个方向9孔类型”、图16的(j)“正方形开口2
×
2类型”、图17的(k)“正方形开口8孔菱形类型”、图17的(l)“正方形开口3
×
3类型”、图17的(m)“正方形开口十字类型”、图17的(n)“扇形4分割类型”及图17的(0)“扇形8分割类型”所示的10个带通滤波器单元。
[0194]
在具有彗形像差的摄像光学系统为具有图15的(a)“像差特性”所示的特性的情况下，入射于相对于与摄像光学系统的光轴交叉的直线隔着光轴位于相反的位置的区域a2(第1区域)及区域c2(第2区域)中的区域a2的光的光轴上的成像位置向像侧移动，入射于区域c2的光的光轴上的成像位置向物体侧移动。
[0195]
因此，为了校正轴上色差，如图15的(b)“波长分配图形”所示，在图15上，以从下朝上的区域a2、b2、c2的顺序配置所透射的波长长的带通滤波器。
[0196]
在图15的(d)“圆形开口纵向3孔类型”中，利用彗形像差来减少轴上色差的带通滤波器单元在图15上从下朝上在3个圆形开口依次配置有所透射的波长变长的带通滤波器。
[0197]
根据图15的(b)所示的“波长分配图形”，因彗形像差的影响而随着从下朝上而成像位置偏向物体侧，但从下朝上而依次适用具有波长变长的带通滤波器的带通滤波器单元，由此消除由轴上色差引起的成像位置的偏离，从而能够获得减少了每个波长的成像位置的偏离的良好的图像。
[0198]
也与其他带通滤波器单元同样地，从下朝上而在各开口依次配置有所透射的波长
变长的带通滤波器。
[0199]
另外，在具有与具有图15的(a)所示的彗形像差的特性的摄像光学系统不同的彗形像差的摄像光学系统的情况下，需要根据其彗形像差的特性，确定所透射的波长不同的多个带通滤波器的配置位置。
[0200]
《利用像散来减少轴上色差的带通滤波器单元》
[0201]
作为利用像散来减少轴上色差的带通滤波器单元的变化，在图15至图17中示出图15的(e)“圆形开口十字5孔类型”、图16的(g)“圆形开口十字9孔类型”、图16的(h)“圆形开口8个方向9孔类型”、图16的(i)“圆形开口像散特殊类型”、图16的(j)“正方形开口2
×
2类型”、图17的(k)“正方形开口8孔菱形类型”、图17的(l)“正方形开口3
×
3类型”、图17的(m)“正方形开口十字类型”、图17的(n)“扇形4分割类型”及图17的(o)“扇形8分割类型”所示的10个带通滤波器单元。
[0202]
在具有像散的摄像光学系统为具有图15的(a)“像差特性”所示的特性的情况下，入射于相对于摄像光学系统的光轴对称的左右区域(第1区域)的光的光轴上的成像位置向像侧移动，入射于相对于光轴对称的上下区域(第2区域)且与左右区域正交(包含大致正交的情况)的上下区域的光的光轴上的成像位置向物体侧移动。
[0203]
因此，为了校正轴上色差，如图15的(b)“波长分配图形”所示，在图15上，以左右区域a2、中央区域b2、上下区域c2的顺序配置所透射的波长长的带通滤波器。
[0204]
在图15的(e)“圆形开口十字5孔类型”中，利用像散来减少轴上色差的带通滤波器单元在图15上相对于配置于中央(光轴上)的圆形开口的带通滤波器，在左右圆形开口配置有所透射的波长短的带通滤波器，在上下圆形开口配置有所透射的波长短的带通滤波器。
[0205]
在图15的(g)“圆形开口十字9孔类型”的情况下，随着从中央向左右方向分开而从中央带通滤波器依次配置有所透射的波长短的带通滤波器，另一方面，随着从中央向上下方向分开而从中央带通滤波器依次配置有所透射的波长长的带通滤波器。
[0206]
在图16的(h)“圆形开口8个方向9孔类型”的情况下，在包含中央的倾斜方向的5个圆形开口配置有与配置于中央圆形开口的带通滤波器相同的带通滤波器，在这一点上与图15的(e)“圆形开口十字5孔类型”不同。
[0207]
在图16的(i)“圆形开口像散特殊类型”的情况下，在中央没有配置带通滤波器，而在沿大致菱形的边形成的12个圆形开口随着沿通过光轴的上下方向从直线向左右方向分开而依次配置有所透射的波长短的带通滤波器。
[0208]
图16的(j)“正方形开口2
×
2类型”，及图17的(n)“扇形4分割类型”所示的带通滤波器单元在左右开口配置有可见白色的滤波器或具有没有滤波器的开口，且在上下开口配置有使与可见白色的代表波长相比代表波长长的波段的光透射的带通滤波器。
[0209]
也与其他带通滤波器单元同样地，随着向左右方向分开而配置有所透射的波长变短的带通滤波器，随着向上下方向分开而配置有所透射的波长变长的带通滤波器。
[0210]
另外，在具有与具有图15的(a)所示的像散的特性的摄像光学系统不同的像散的摄像光学系统的情况下，需要根据其像散的特性，确定所透射的波长不同的多个带通滤波器的位置及区域。
[0211]
《实施例》
[0212]
图18是表示适用本发明的摄像光学系统的实施例的剖视图。
[0213]
图18所示的摄像光学系统20具有配置于比以面编号8来表示的光圈的位置更靠物体侧的位置的前组透镜20a及配置于比光圈的位置更靠像侧的位置的后组透镜20b。
[0214]
另外，在图18中，1～7表示对构成前组透镜20a的4个透镜的面编号，9～16表示对构成后组透镜20b的4个透镜及平行平板的面编号。
[0215]
图19是表示图18所示的摄像光学系统20的透镜数据的图表。
[0216]
图20是表示适用于图19所示的摄像光学系统20的带通滤波器单元的结构的主视图。
[0217]
图20所示的带通滤波器单元16-3配置于图18所示的摄像光学系统20的前组透镜20a与后组透镜20b之间，例如，配置于图18所示的光圈的位置，且作为固定的光圈而发挥作用，或能够配置于与光圈相邻的位置。
[0218]
带通滤波器单元16-3为与图10所示的带通滤波器单元16-2等同的“同心圆类型”的带通滤波器单元，且构成为在分别由直径6mm、6√2mm、6√3mm、12mm的4个同心圆区分的圆形的开口区域及环带状的3个开口区域分别配置有使代表波长λ11(蓝色：475nm)透射的带通滤波器、使代表波长λ12(绿色：560nm)透射的带通滤波器、使代表波长λ21(红色：668nm)透射的带通滤波器及使代表波长λ22(红边：717nm)透射的带通滤波器。
[0219]
另外，本实施例的摄像光学系统20具有与带通滤波器单元16-3对应的偏振滤波器单元(相当于图12所示的偏振滤波器单元18-2)。
[0220]
图21是表示图18所示的摄像光学系统20的球面像差、像散、畸变像差及倍率色差的曲线图。
[0221]
图22是表示在摄像光学系统20中不配置带通滤波器单元16-3时及配置有带通滤波器单元16-3时的摄像光学系统20的轴上色差的变化的图表。
[0222]
图22所示的轴上色差表示以波长λ12(60nm)为基准的其他波长的成像位置的偏离量，负表示向物体侧的偏离量。并且，根据空间频率73[lp/mm]时的mft(modulation transfer function：调制传递函数)取峰值的成像位置测定出这些偏离量。
[0223]
如图22所示，可知通过在摄像光学系统20中配置带通滤波器单元16-3，减少由摄像光学系统20引起的轴上色差。
[0224]
[摄像光学系统的特征]
[0225]
接着，对本发明所涉及的摄像装置，尤其对包含各种像差的摄像光学系统的特征进行定量说明。
[0226]
首先，如下定义摄像光学系统所涉及的各种变量、参数等。
[0227]
将n设为2以上的整数，
[0228]
将i设为在从1至n的范围内变化的参数，
[0229]
将ωi设为摄像光学系统的第i光瞳区域，
[0230]
将λ
ij
设为透射第i光瞳区域ωi的光的代表波长，
[0231]
将mi设为第i光瞳区域ωi中的代表波长的数量，
[0232]
将j设为在从1至m的范围内变化的参数，
[0233]
将λ
ij
设为第i光瞳区域qi中的第j个代表波长，
[0234]
将f(λ)设为摄像光学系统的波长λ下的近轴焦距，
[0235]
将g(x，y；λ)设为摄像光学系统的光瞳区域的光瞳坐标(x，y)下的波长λ的轴上纵
向像差，
[0236]
将sωi设为第i光瞳区域ωi的面积。
[0237]
基于上述定义，摄像光学系统存在满足如下[数学式1]及[数学式2]的至少i1、i2、j1、j2的组合。
[0238]
[数学式1]
[0239][0240]
[数学式2]
[0241][0242]
(其中，a≥b)
[0243]
[数学式1]表示摄像光学系统具有超过a的轴上色差。
[0244]
[数学式2]表示，通过按照摄像光学系统的光瞳的位置及区域使适当的波长的光透射，因基于摄像光学系统的各种像差的轴上纵向像差而轴上色差减少，且超过a的轴上色差小于b。
[0245]
在此，若将成像元件的像素间距设为p，则[数学式2]中的b优选为b≤8p。
[0246]
上述的8p的依据如下。
[0247]
若将容许弥散圆直径设为δ，将光圈值(f值)设为f，则能够以
±
δf来表示摄像光学系统的焦深。在此，若设为f＝4，则焦深为
±
4δ。
[0248]
若将容许弥散圆直径δ设为成像元件的像素间距p的半奈奎斯特，则成为δ＝2p。因此，摄像光学系统的焦深成为
±
4δ＝
±
8p。
[0249]
因此，通过设为b≤8p，能够将摄像光学系统的轴上色差减少到摄像光学系统的焦深以内。
[0250]
另外，更优选将容许弥散圆直径δ设为成像元件的像素间距p的全奈奎斯特，并且设为b≤4p。
[0251]
并且，实施例中所使用的成像元件的像素间距为p＝3.45μm，在该情况下，成为8p＝27.6μm，4p＝13.8μm。图22所示的具有滤波器的轴上色差满足b≤4p。
[0252]
[关于光圈上的轴外光束直径]
[0253]
图23是用于说明光圈上的轴外光束直径的图。
[0254]
在图23(a)所示的带通滤波器单元16-4中，在轴外光束只通过如图23(a)的点线所示那样的圆17的内部的情况下，分配到该视场中的最外围的波长的光不会到达。
[0255]
在该情况下，如图23(b)所示，分配到最外围的波长的图像不会映现像高高的周边。即，像圈变小。
[0256]
因此，优选使用像圈大到轴外光束能够覆盖最外围的环带状的区域程度的摄像光学系统，如图23(c)所示，使分配到最外围的波长的图像也映现至最周边。
[0257]
[关于有无除光圈以外的光束限制]
[0258]
图24是用于说明有无除光圈以外的光束限制的图。
[0259]
图24(a)表示通过光圈32限制光束的摄像光学系统30-1，图24(b)表示除光圈32以外也限制光束的摄像光学系统30-2的图。
[0260]
如图24(b)所示，在除光圈32以外存在限制光束的限制部位11a、11b的情况下，会
导致光圈32上的轴外光束小于光圈直径。
[0261]
通过消除(或减少至最小)除光圈32以外的光束的限制，光圈32上的轴外光束直径能够覆盖光圈32的大致整个区域，能够使每个环带状的区域(每个波段)的图形尺寸相同。
[0262]
在常规光学设计中，通过插入光线截止(除光圈以外的光束限制)，能够减少像差而提高性能。
[0263]
如图24(a)所示，通常，因除光圈32以外不进行光线截止而不易减少像差，但在本发明中，利用像差来校正轴上色差，因此即便光线截止被限制也能够实现所期望的性能。
[0264]
[关于光圈上角度的限制1]
[0265]
图25是用于说明通过光圈的轴外主光线的角度的图。
[0266]
图25所示的摄像光学系统40具有前组透镜40a及后组透镜40b，光圈面42位于前组透镜40a与后组透镜40b之间。
[0267]
如图25所示，通过光圈面42的轴外主光线的角度α由该光线的角度及前组透镜40a的角倍率确定。
[0268]
若减小前组透镜40a的角倍率，则通过光圈面42的轴外主光线的角度α相对于光圈面42接近垂直。由此，能够减小入射于光圈面42或与光圈面42相邻地配置的带通滤波器(未图示)的光的输入角，能够减少由入射角变大引起的波长位移。
[0269]
[关于光圈上角度的限制2]
[0270]
图26是用于说明通过光圈的轴上边缘光线角度的图。
[0271]
图26所示的摄像光学系统50具有前组透镜50a及后组透镜50b，光圈面52位于前组透镜50a与后组透镜50b之间。
[0272]
如图26所示，通过光圈面52的轴上边缘光线角度β由入射光瞳直径及前组透镜50a的焦距确定。
[0273]
因此，设为前组透镜50a具有使入射于光圈面52的轴上边缘光线角度β相对于光圈面52接近垂直的焦距。
[0274]
若加长前组透镜50a的焦距，则通过光圈面52的轴上边缘光线角度β相对于光圈面52接近垂直。由此，能够减小入射于光圈面52或与光圈面52相邻地配置的带通滤波器(未图示)的轴上边缘光线角度p(输入角)，能够减少由入射角变大引起的波长位移。
[0275]
[通过光瞳分割获取多个图像的其他方法]
[0276]
《使用偏振滤波器获取3个图像的方法》
[0277]
图27是表示设置于成像元件的各像素块的偏振滤波器元件的排列图案的另一例的图。
[0278]
如图27所示，在构成1个像素块pb(x，y)的4个像素p1～p4中具备透射偏振方向不同的偏振滤波器元件122a～122d。具体而言，在第1像素p1中具备使偏振方向θ1(例如，90
°
)的光透射的偏振滤波器元件122a(第1偏振滤波器)。在第2像素p2中具备使偏振方向θ2(例如，0
°
)的光透射的第2偏振滤波器元件122b(第2偏振滤波器)。在第3像素p3中具备使偏振方向θ3(例如，45
°
)的光透射的第3偏振滤波器元件122c(第3偏振滤波器)。在第4像素p4中具备使偏振方向θ4(例如，135
°
)的光透射的第4偏振滤波器元件122d(第4偏振滤波器)。
[0279]
另外，设为通过带通滤波器单元选择的波段为3个，与带通滤波器单元的各光瞳区
域对应地配置有3种偏振方向(例如，θ1、θ2、θ3)的偏振滤波器单元。
[0280]
通过从成像元件的各像素块pb(x，y)分离提取第1像素p1、第2像素p2、第3像素p3及第4像素p4的像素信号，生成4个图像信号d1～d4。但是，在该4个图像信号中产生有干扰(串扰)。即，各波段的光入射于各像素p1～p4，因此所生成的图像成为以规定的比例来混合了各波段的图像的图像。
[0281]
因此，信号处理部200(图1)进行干扰除去处理而生成各波段的图像信号。
[0282]
以下，对在信号处理部200中进行的干扰除去处理进行说明。
[0283]
将由各像素块pb(x，y)的第1像素p1获得的像素信号(信号值)设为x1，将由第2像素p2获得的像素信号设为x2，将由第3像素p3获得的像素信号设为x3。从各像素块pb(x，y)获得3个像素信号x1～x3。信号处理部200由该3个像素信号x1～x3计算与各波段(例如，λ1、λ2、λ3)的光对应的3个像素信号x1～x3，并消除干扰。具体而言，根据使用了[数学式3]的矩阵a的[数学式4]，计算与各波段λ1、λ2、λ3的光对应的3个像素信号x1～x3，并消除干扰。
[0284]
[数学式3]
[0285][0286]
[数学式4]
[0287][0288]
以下，对根据上述[数学式4]能够消除干扰的理由进行说明。
[0289]
干扰因在各像素p1～p3中混入来自每个波段的光瞳区域的光而产生。入射于每个波段的光瞳区域的光被各像素p1～p3接收的比例(干扰量(也称为干扰比率))根据设置于每个波段的光瞳区域的偏振滤波器单元的偏振方向与设置于各像素p1～p3的偏振滤波器元件122a～122c的偏振方向之间的关系唯一地设定。
[0290]
现在，若将入射于第1光瞳区域的光被第1像素p1接收的比例(干扰量)设为b11，将入射于第2光瞳区域的光被第1像素p1接收的比例设为b12，将入射于第3光瞳区域的光被第1像素p1接收的比例设为b13，则x1、x2、x3与x1之间成立如下关系。
[0291]
[数学式5]
[0292]
b11*x1+b12*x2+b13*x3＝x1
[0293]
并且，若将入射于第1光瞳区域的光被第2像素p2接收的比例设为b21，将入射于第2光瞳区域的光被第2像素p2接收的比例设为b22，将入射于第3光瞳区域的光被第2像素p2接收的比例设为b23，则x1、x2、x3与x2之间成立如下关系。
[0294]
[数学式6]
[0295]
b21*x1+b22*x2+b23*x3＝x2
[0296]
并且，若将入射于第1光瞳区域的光被第3像素p3接收的比例设为b31，将入射于第2光瞳区域的光被第3像素p3接收的比例设为b32，将入射于第3光瞳区域的光被第3像素p3接收的比例设为b33，则x1、x2、x3与x3之间成立如下关系。
[0297]
[数学式7]
[0298]
b31*x1+b32*x2+b33*x3＝x3
[0299]
关于x1、x2、x3，通过解开[数学式4]～[数学式6]的联立方程式，能够获取原始图像的像素信号即通过3个光瞳区域的图像的像素信号x1、x2、x3。
[0300]
在此，上述联立方程式能够以使用了[数学式8]的矩阵b的[数学式9]来表示。
[0301]
[数学式8]
[0302][0303]
[数学式9]
[0304][0305]
通过对[数学式9]的两边乘以矩阵b的逆矩阵b-1
，根据以下式计算x1、x2、x3。
[0306]
[数学式10]
[0307][0308]
如此，根据入射于各光瞳区域的光被各像素p1～p3接收的比例(干扰量)，从各像素p1～p3的像素信号x1、x2、x3能够计算由各光瞳区域获得的图像的像素信号x1、x2、x3。另外，上述[数学式3]中的矩阵a为矩阵b的逆矩阵b-1
(a＝b-1
)。
[0309]
《使用遮光掩模进行光瞳分割的方法》
[0310]
在成像元件的第1像素中配置第1微透镜及具有与第1光瞳区域对应的第1开口的第1遮光掩模，在成像元件的第2像素中配置第2微透镜及具有与第2光瞳区域对应的第2开口的第2遮光掩模。由此，使用遮光掩模(第1遮光掩模、第2遮光掩模)来分割第1光瞳区域及第2光瞳区域，能够使通过各光瞳区域的光束分别入射于成像元件的第1像素及第2像素。
[0311]
图28是表示具有遮光掩模的成像元件的1个像素的一例的图。
[0312]
在图28中，112为光电二极管，142为微透镜，遮光掩模m配置于光电二极管112与微透镜142之间。
[0313]
并且，遮光掩模m具有与各光瞳区域的形状对应的开口。光电二极管112仅接收通过遮光掩模m通过所期望的光瞳区域的光。
[0314]
因此，通过将成像元件的像素块由具备具有与各光瞳区域的形状对应的开口的遮光掩模m的多种像素来构成，能够获取通过各光瞳区域的各波段的图像。
[0315]
[摄像方法]
[0316]
图29是表示本发明所涉及的摄像方法的实施方式的流程图。另外，图29所示的摄像方法为与图1所示的摄像装置1对应的方法，在实施该摄像方法时，准备本发明所涉及的摄像光学系统10。
[0317]
在图29中，摄像装置1例如根据来自快门释放开关的指示输入判别是否存在多个波段的图像的摄影指示输入(步骤s10)。
[0318]
摄像装置1若接收摄影的指示输入，则控制向成像元件100的曝光(步骤s12)。由此，在成像元件100的各像素(第1像素p1、第2像素p2)中蓄积与入射于光电二极管的光的光量相对应的电荷，从成像元件100读取并输出与蓄积于各像素的电荷量相对应的电信号作为图像信号。
[0319]
信号处理部200获取从成像元件100输出的信号(步骤s14)，并根据第1像素p1的输出信号生成第1波段的第1图像，根据第2像素p2的输出信号生成第2波段λ2的第2图像。
[0320]
由此，摄像装置1能够同时拍摄第1波段λ1的第1图像及第2波段λ2的第2图像(多光谱图像)，且第1图像及第2图像为因带通滤波器单元16而波段彼此不同的图像，但摄像装置1为根据摄像光学系统10的除轴上色差以外的像差(在图1的实施方式中为球面像差)与摄像光学系统10的第1光瞳区域及第2光瞳区域的位置之间的关系减少由第1波段λ1与第2波段λ2的差异引起的摄像光学系统10的轴上色差的摄像光学系统10，因此作为轴上色差得到改善的多光谱图像来拍摄。
[0321]
[其他]
[0322]
本发明所涉及的摄像装置并不限于拍摄多个波段的静止图像的装置，可以是同时拍摄多个波段的动画的装置。
[0323]
并且，本发明并不限于摄像装置，包含构成该摄像装置的摄像光学系统。例如，在能够更换摄像光学系统的摄像装置的情况下，通过更换为根据波段设计的摄像光学系统，能够拍摄所期望的波段的多光谱图像。
[0324]
而且，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内，能够进行各种变形是不言而喻的。
[0325]
符号说明
[0326]
1-摄像装置，10、20、30-1、30-2、40、50-摄像光学系统，11a、11b-限制部位，12-透镜，16、16-2、16-3、16-4-带通滤波器单元，16a、16-2a、18a、18-2a-框体，16b1、16b2、16-2b1、16-2b2、16-2b3、16-2b4-带通滤波器，16a1、16a2、18a1、18a2-开口区域，18、18-2-偏振滤波器单元，18b1、18b2、18-2b1、18-2b2、18-2b3-偏振滤波器，20a、40a、50a-前组透镜，20b、40b、50b-后组透镜，32-光圈，42、52-光圈面，100、100-2-成像元件，110-像素阵列层，112-光电二极管，120-偏振滤波器元件阵列层，122a、122b、122c、122d-偏振滤波器元件，130-光谱滤波器元件阵列层，132a、132b-光谱滤波器元件，140-微透镜阵列层，142-微透镜，200-信号处理部，l-光轴，m-遮光掩模，p1、p2、p3、p4-像素，pb-像素块，s10-步骤，s12-步骤，s14-步骤，v1、θ2、θ3、θ4-偏振方向，ωi-光瞳区域，α-轴外主光线的角度，β-轴上边缘光线角度。