特許 7549662 レンズ装置及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-03

(45)【発行日】2024-09-11

(54)【発明の名称】レンズ装置及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 11/00 20210101AFI20240904BHJP

   G03B 15/05 20210101ALI20240904BHJP

   G03B 15/02 20210101ALI20240904BHJP

   H04N 23/55 20230101ALI20240904BHJP

   H04N 23/56 20230101ALI20240904BHJP

   H04N 23/60 20230101ALI20240904BHJP

【ＦＩ】

G03B11/00

G03B15/05

G03B15/02 S

G03B15/02 R

H04N23/55

H04N23/56

H04N23/60 500

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022533945

(86)(22)【出願日】2021-06-25

(86)【国際出願番号】 JP2021024054

(87)【国際公開番号】W WO2022004571

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2023-02-08

(31)【優先権主張番号】P 2020112266

(32)【優先日】2020-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(74)【代理人】

【識別番号】100170069

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128635

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100153822

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 重之

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】川中子 睦

(72)【発明者】

【氏名】岸根 慶延

(72)【発明者】

【氏名】岡田 和佳

【審査官】越河 勉

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０２０７９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１９５５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５８７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０５７２７０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ １１／００－１１／０６

Ｇ０３Ｂ １５／０５

Ｇ０３Ｂ １５／０２

Ｈ０４Ｎ ２３／５５

Ｈ０４Ｎ ２３／５６

Ｈ０４Ｎ ２３／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被写体の光学像を結像させるレンズを含む光学系と、
前記光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍に配置された第１光学部材であって、
複数の開口領域と、
前記複数の開口領域に配置される複数の光学フィルタであって、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタと、
前記複数の開口領域に配置される複数の偏光フィルタであって、偏光方向が異なる複数の偏光フィルタと、
を有する第１光学部材と、
前記光学系の外側であり、かつ、前記第１光学部材より被写体側に設けられ、
前記光学系の外側から入射された照明光を、前記光学系を経由して前記被写体側に拡散して照射する第２光学部材であって、前記光学系の光軸側の端面が前記被写体側に向かって広がる方向に傾斜する第２光学部材と、
を備えるレンズ装置。

【請求項2】

被写体の光学像を結像させるレンズを含む光学系と、
前記光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍に配置された第１光学部材であって、
複数の開口領域と、
前記複数の開口領域に配置される複数の光学フィルタであって、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタと、
前記複数の開口領域に配置される複数の偏光フィルタであって、偏光方向が異なる複数の偏光フィルタと、
を有する第１光学部材と、
前記光学系の外側であり、かつ、前記第１光学部材より被写体側に設けられ、
前記光学系の外側から入射された照明光を、前記光学系を経由して前記被写体側に拡散して照射する第２光学部材であって、前記光学系の光軸側の端面が曲率を有し前記被写体側に向かって広がる第２光学部材と、
を備えるレンズ装置。

【請求項3】

前記第２光学部材は、
前記光学系の光軸と同軸で少なくとも一部が前記第１光学部材の外周を囲う、又は、
前記光軸を中心に円周上に複数設けられる、
請求項１又は２に記載のレンズ装置。

【請求項4】

前記第１光学部材は、前記複数の開口領域を形成する枠体を有し、
前記第２光学部材は、前記枠体に設けられる、
請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ装置。

【請求項5】

前記第２光学部材は、
前記第１光学部材から前記レンズを少なくとも１枚以上挟んで配置される、
請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ装置。

【請求項6】

前記照明光を照射する照明装置を備え、
前記照明光は、前記光学系の外側から前記第２光学部材に向かって照射される、
請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズ装置。

【請求項7】

前記照明装置は、前記光学系の外側に配置されたリング照明であり、
前記リング照明により照射された照明光を、ミラーを介して前記第２光学部材に入射する、
請求項６に記載のレンズ装置。

【請求項8】

前記照明光を照射する照明装置を備え、
前記照明装置が、前記光学系が内部に配置されたレンズ鏡筒内に配置される、
請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズ装置。

【請求項9】

前記照明装置は、前記レンズの光路上に設けられる、
請求項８に記載のレンズ装置。

【請求項10】

前記端面に、偏光子が設けられる、
請求項１から９のいずれか１項に記載のレンズ装置。

【請求項11】

前記第２光学部材は、上下左右方向に傾斜角度を変更可能に設けられている、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のレンズ装置。

【請求項12】

前記第２光学部材は、拡散板である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のレンズ装置。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか１項に記載のレンズ装置と、
異なる偏光方向を有する複数の偏光素子を備え、前記複数の開口領域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複数の画像信号に基づいて、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プロセッサと、
を備える撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチスペクトル画像を撮像するためのレンズ装置及び撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マルチスペクトル画像を撮像するための技術に関し、例えば、特許文献１には、偏光センサと瞳分割を用いることでマルチスペクトル撮像を可能とした偏光カラー撮像装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開２０１４／０２０７９１号

【発明の概要】

【0004】

本開示の技術に係る一つの実施形態は、照明光をレンズ光学系と同軸照明できるレンズ装置及び撮像装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の態様に係るレンズ装置は、被写体の光学像を結像させるレンズを含む光学系と、光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍に配置された第１光学部材であって、複数の開口領域と、複数の開口領域に配置される複数の光学フィルタであって、少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる２つ以上の光学フィルタを含む複数の光学フィルタと、複数の開口領域に配置される複数の偏光フィルタであって、偏光方向が異なる複数の偏光フィルタと、を有する第１光学部材と、光学系の外側であり、かつ、第１光学部材より被写体側に設けられ、光学系の外側から入射された照明光を、光学系を経由して被写体側に照射する第２光学部材と、を備える。

【0006】

第２の態様に係るレンズ装置は第１の態様において、第２光学部材における光学系の光軸側の端面は、被写体側に向かって広がる方向に傾斜している。

【0007】

第３の態様に係るレンズ装置は第１の態様において、第２光学部材における光学系の光軸側の端面は、曲率を有する。

【0008】

第４の態様に係るレンズ装置は第１から第３の態様のいずれか１つにおいて、第２光学部材は、光学系の光軸と同軸で少なくとも一部が第１光学部材の外周を囲う、又は、光軸を中心に円周上に複数設けられる。

【0009】

第５の態様に係るレンズ装置は第１から第４の態様のいずれか１つにおいて、第１光学部材は、複数の開口領域を形成する枠体を有し、第２光学部材は、枠体に設けられる。

【0010】

第６の態様に係るレンズ装置は第１から第４の態様のいずれか１つにおいて、第２光学部材は、第１光学部材からレンズを少なくとも１枚以上挟んで配置される。

【0011】

第７の態様に係るレンズ装置は第１から第６の態様のいずれか１つにおいて照明光を照射する照明装置を備え、照明光は、光学系の外側から第２光学部材に向かって照射される。

【0012】

第８の態様に係るレンズ装置は第７の態様において、照明装置は、光学系の外側に配置されたリング照明であり、リング照明により照射された照明光を、ミラーを介して第２光学部材に入射する。

【0013】

第９の態様に係るレンズ装置は第１から第６の態様のいずれか１つにおいて、照明光を照射する照明装置を備え、照明装置が、光学系が内部に配置されたレンズ鏡筒内に配置される。

【0014】

第１０の態様に係るレンズ装置は第９の態様において、照明装置は、レンズの光路上に設けられる。

【0015】

第１１の態様に係るレンズ装置は第１から第１０の態様のいずれか１つにおいて、第２光学部材における光学系の光軸側の端面に、偏光子が設けられる。

【0016】

第１２の態様に係るレンズ装置は第１から第１１の態様のいずれか１つにおいて、第２光学部材は、上下左右方向に傾斜角度を変更可能に設けられている。

【0017】

第１３の態様に係るレンズ装置は第１から第１２の態様のいずれか１つにおいて、第２光学部材は、拡散板である。

【0018】

本発明の第１４の態様に係る撮像装置は、第１から第１３のいずれか１つに係るレンズ装置と、異なる偏光方向を有する複数の偏光素子を備え、複数の開口領域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複数の画像信号に基づいて、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プロセッサと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る撮像装置の概略構成を示す図である。

【図2】撮像素子の概略構成を示す図である。

【図3】図２に示した１つ画素（図２の破線部）の概略構成を示す断面図である。

【図4】画像生成部の構成を示す図である。

【図5】レンズ装置の外観斜視図である。

【図6】レンズ装置の光軸方向における断面図である。

【図7】第１光学部材の構成例を示す図である。

【図8】３波長の場合の開口領域の配置例を示す図である。

【図9】第１実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図10】第２光学部材の形状を示す図である。

【図11】枠体に遮蔽部材を装着する様子を示す図である。

【図12】第１実施形態の変形例のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図13】第１実施形態の他の変形例のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図14】第１実施形態のさらに他の変形例のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図15】第２実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図16】第３実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図17】第３実施形態の変形例のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図18】第３実施形態の他の変形例のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図19】第４実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【図20】第５実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面に従って本発明に係るレンズ装置及び撮像装置の好ましい実施形態について説明する。

【0021】

＜撮像装置の構成＞
図１は、本発明の一実施の形態に係るレンズ装置を備える撮像装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る撮像装置１０は、マルチスペクトル画像を撮像する撮像装置であり、主としてレンズ装置１００と、撮像装置本体２００と、を備える。撮像装置本体２００は、撮像素子２１０と、信号処理部２３０と、を備える。

【0022】

＜撮像素子の構成＞
図２は、撮像素子２１０の概略構成を示す図である。図３は、図２に示した１つ画素（図２の破線部）の概略構成を示す断面図である。撮像素子２１０は、ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型の撮像素子（イメージセンサ）であり、ピクセルアレイ層２１１、偏光フィルタ素子アレイ層２１３、及びマイクロレンズアレイ層２１５を有するモノクローム型の撮像素子である。各層は、像面側から物体側（被写体側）に向かって、ピクセルアレイ層２１１、偏光フィルタ素子アレイ層２１３（複数の偏光素子）、マイクロレンズアレイ層２１５の順で配置される。なお、撮像素子２１０は、ＣＭＯＳ型に限らず、ＸＹアドレス型、又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）型のイメージセンサでもよい。

【0023】

ピクセルアレイ層２１１は、多数のフォトダイオード２１２（複数の画素群）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２１２は、１つの画素を構成する。各フォトダイオードは、２１２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。

【0024】

偏光フィルタ素子アレイ層２１３は、偏光方向（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２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ、２１４Ｄ（複数の偏光素子）を二次元的に配列して構成される。偏光フィルタ素子２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ、２１４Ｄの偏光方向は、例えば０°、４５°、９０°、１３５°とすることができる。また、これらの偏光方向は、光学部材における偏光フィルタの偏光方向に対応させることができる。撮像素子２１０は、これら偏光フィルタ素子２１４Ａ～２１４Ｄにより、複数の開口領域を透過した光のいずれかを選択的に受光する複数の画像群を含む。これらの偏光フィルタ素子２１４Ａ～２１４Ｂはフォトダイオード２１２と同じ間隔で配置され、画素ごとに備えられる。

【0025】

マイクロレンズアレイ層２１５は、各画素に配列されたマイクロレンズ２１６を備える。

【0026】

＜画像生成部の構成＞
図４は、画像生成部の構成を示す図である。信号処理部２３０は、撮像素子から出力される信号にアナログ信号処理を施すアナログ信号処理部２３２と、画像生成部２３４と、係数記憶部２３６と、を備える。

【0027】

アナログ信号処理部２３２は、撮像素子２１０から出力される複数の画素信号（異なる偏光方向に対応する画像信号）に基づいて、レンズ装置１００に配置された複数の光学フィルタ（図７等を参照）の波長帯域にそれぞれ対応する複数の画像を生成する。画像生成部２３４は、波長帯域λ１，λ２，λ３の画像（３バンドのマルチスペクトル画像）を生成することができる。

【0028】

上述した画像生成部２３４の機能は、各種のプロセッサ（processor）及び記録媒体を用いて実現できる。各種のプロセッサには、例えばソフトウェア（プログラム）を実行して各種の機能を実現する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、画像処理に特化したプロセッサであるＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ）も含まれる。各機能は１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種又は異種の複数のプロセッサ（例えば、複数のＦＰＧＡ、あるいはＣＰＵとＦＰＧＡの組み合わせ、又はＣＰＵとＧＰＵの組み合わせ）で実現されてもよい。また、複数の機能を１つのプロセッサで実現してもよい。これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）である。

【0029】

上述したプロセッサあるいは電気回路がソフトウェア（プログラム）を実行する際は、実行するソフトウェアのコンピュータ（例えば、画像生成部２３４を構成する各種のプロセッサや電気回路、及び／又はそれらの組み合わせ）で読み取り可能なコードをＲＯＭ（Read Only Memory）等の非一時的記録媒体に記憶しておき、コンピュータがそのソフトウェアを参照する。

【0030】

撮像装置１０は、不図示のシャッタレリーズスイッチ等から撮影指示入力を受け付けると、撮像素子２１０における露光制御を行う。この露光制御により撮像素子２１０の受光面に結像された被写体の光学像は、撮像素子２１０により電気信号に変換される。撮像素子２１０の各画素には、フォトダイオード２１２に入射する光の光量に応じた電荷が蓄積され、撮像素子２１０からは各画素に蓄積された電荷量に応じた電気信号が画像信号として読み出され、出力される。

【0031】

＜レンズ装置の構成＞
［第１実施形態］
図５はレンズ装置１００の外観斜視図であり、図６はレンズ装置１００の光軸Ｌ方向における断面図である。これらの図に示すように、レンズ装置１００は、レンズ鏡筒１０２に第１のレンズ１１０及び第２のレンズ１２０とから構成される単一の撮像光学系（光学系）が配置され、これらレンズ群は、それぞれ第１レバー１０４，第２レバー１０６を回動させることにより光軸Ｌの方向に進退して、ズーム及び／又はフォーカスが調整される。また、これらレンズにより、被写体の光学像が撮像素子の受光面上に結像する。したがって、第１のレンズ１１０及び第２のレンズ１２０は撮像光学系を構成する。第１のレンズ１１０及び第２のレンズ１２０は、複数のレンズから構成されるレンズ群でもよい。また、レンズ鏡筒１０２には、レンズ装置１００の瞳位置（瞳近傍）にスリット１０８が形成されており、このスリット１０８に第１光学部材１３０が挿入されて、光軸が撮像光学系の光軸Ｌと一致した状態で配置される。また、撮像光学系の外側には、撮像光学系の外側から入射された照明光を、撮像光学系を経由して被写体側に照射する第２光学部材１５０が配置されている（図１、図９参照）。

【0032】

＜第１光学部材の構成＞
第１光学部材１３０は、図５及び図６に示すように、レンズ鏡筒１０２に挿入及び抜去が可能であり、光源（被写体）の特性に合わせて、特性が異なる光学部材を用いることができる。そして、これにより撮像光学系から出射される光の光量が複数の開口領域のそれぞれについて調整され、かつ／又は調整可能となる。なお、レンズ装置１００が撮像装置本体２００に装着された場合に、開口領域１３２Ａ～１３２Ｄに対応して撮像素子２１０からの出力（感度）を複数の波長帯域間で一定又は指定された範囲にすることを「調整」ということができる。

【0033】

図７は第１光学部材の構成例を示す図である。第１光学部材１３０は、枠体１３２とフィルタセット１４０とを備える。枠体１３２は４つの開口領域１３２Ａ～１３２Ｄ（複数の開口領域）を備える。開口領域１３２Ａ～１３２Ｄの形状は扇型に限らず、円形や矩形、多角形等他の形状でもよい。これら開口領域（枠体１３２の裏面側）には、図７に示すように、フィルタセット１４０Ａ～１４０Ｄ（光学フィルタ（カラーフィルタ）、偏光フィルタ、減光フィルタ）がそれぞれ配置される。フィルタセット１４０Ａ～１４０Ｄは接着剤で固定してもよい。

【0034】

フィルタセット１４０Ａは光学フィルタ１４２Ａと、偏光フィルタ１４４Ａと、減光フィルタ１４６Ａと、を重ねて構成される。同様に、フィルタセット１４０Ｂは光学フィルタ１４２Ｂと、偏光フィルタ１４４Ｂと、減光フィルタ１４６Ｂと、を重ねて構成される。フィルタセット１４０Ｃは光学フィルタ１４２Ｃと、偏光フィルタ１４４Ｃと、減光フィルタ（不図示）と、を重ねて構成される。フィルタセット１４０Ｄは光学フィルタ１４２Ｄと、偏光フィルタ１４４Ｄと、減光フィルタ１４６Ｄと、を備える。

【0035】

光学フィルタ１４２Ａ～１４２Ｄは少なくとも一部の波長帯域が異なる光を透過させる複数の光学フィルタ（バンドパスフィルタ）であり、偏光フィルタ１４４Ａ～１４４Ｃは偏光方向が異なる複数の偏光フィルタであり、減光フィルタ１４６Ａ～１４６Ｄは開口領域１３２Ａ～１３２Ｄを通過する光を減光する減光フィルタである。偏光フィルタ１４４Ａ～１４４Ｄの偏光方向は最大で４方向（開口領域の数と同じ；例えば０°，４５°，９０°，１３５°）とすることができる。なお、偏光フィルタ１４４Ａ～１４４Ｄは偏光フィルムにより偏光するフィルタでもよいし、ワイヤーグリッドあるいは複数のスリットにより偏光するフィルタでもよい。

【0036】

減光フィルタ１４６Ａ～１４６Ｄは開口領域１３２Ａ～１３２Ｄを透過する光を減光するフィルタであり、例えばＮＤフィルタ（ＮＤ：Neutral Density）を用いることができる。減光フィルタ１４６Ａ～１４６Ｄの減光度合いは一部、又は全てのフィルタで違っていてもよく、ユーザは選択した減光度の減光フィルタを用いることにより、開口領域１３２Ａ～１３２Ｄの間での光量比を調整することができる。

【0037】

第１光学部材１３０は、製造工程において光量比を調整できるので、良好な画質のマルチスペクトル画像を取得するのに有効である。また、光学部材の剛性を高くすることができる。さらに、第１光学部材１３０では開口領域１３２Ａ～１３２Ｄの開口面積を調整していないので、生成される画像の明るさを確保することができ、また被写界深度を浅くしたい場合や小絞りによる像ボケを防止したい場合に有効である。

【0038】

（第１光学部材の他の実施形態）
図８は、３波長の場合の開口領域の配置例を示す図である。図７に示す第１光学部材１３０では、開口領域（波長帯域）及び偏光方向が４種類である場合について説明したが、開口領域及び偏光方向は３種類以下でもよい。なぜなら、撮像素子２１０のようにモノクローム型（カラーフィルタなし）で偏光フィルタ素子の偏光方向が４方向の撮像素子を用いた場合、最大でも３つの偏光方向に対応した３つの波長帯域の画像しか分離できないからである。開口領域を３つとする場合、１つの開口を遮蔽部材で遮蔽することができる。図８は、４つの開口領域１３１Ａ～１３１Ｄのうち１つ（開口領域１３１Ｄ）を遮蔽部材１３１Ｅで遮蔽した状態の枠体１３１を示している。また、４つの開口領域のうち２つに同じ波長帯域の光学フィルタ及び同じ偏光方向の偏光フィルタを配置することもできる。

【0039】

＜第２光学部材の構成＞
図９は、第１実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。なお、図９においては、第１のレンズ１１０及び第２のレンズ１２０は、複数のレンズから構成されるレンズ群として記載している（以下の実施形態についても同様である）。第２光学部材１５０は、レンズ鏡筒１０２の内部に設けられ、第１光学部材１３０より、被写体側に設けられる。第２光学部材１５０は、撮像光学系の外側から入射された照明光を、撮像光学系を経由して被写体側に照射する。

【0040】

第１実施形態のレンズ装置１００において、第２光学部材１５０は、図９に示すように、第１光学部材１３０の枠体１３２に設けられている。上述したように、第１光学部材１３０は、レンズ鏡筒１０２のスリット１０８に着脱可能に配置される。また、スリット１０８が設けられた瞳位置（瞳近傍）は、第１のレンズ１１０及び第２のレンズ１２０の間に設けられているため、第２光学部材１５０を設置するスペースを確保することができる。

【0041】

第２光学部材１５０としては、撮像光学系の外側から入射された照明光を、撮像光学系の光軸と同軸方向で被写体側に照射することができれば、特に限定されない。第２光学部材１５０としては、例えば、拡散板、ミラー等を用いることができる。

【0042】

レンズ鏡筒１０２の外側には、照明光を照射する照明装置１６０が設けられる。照明装置１６０としては、公知の照明装置を用いることができ、例えば、ハロゲンランプ、ＬＥＤ照明等を用いることができる。

【0043】

図１０は、第２光学部材の形状を示す図である。図１０（ａ）に示すように、第２光学部材１５０は、撮像光学系の外周と同軸で、第１光学部材１３０の開口領域１３２Ａ～１３２Ｄを囲うリング形状に配置されている。第２光学部材１５０をリング形状とすることで、撮像光学系の外側のすべての方向から光を入射させることができるので、被写体に均一な光を照射させることができる。

【0044】

図１０（ｂ）、（ｃ）は、他の第２光学部材の他の形状を示す図である。第２光学部材１５０は、図１０（ｂ）に示すように、撮像光学系の光軸と同軸で、少なくとも一部が第１光学部材１３０の外周を囲うように設けられていてもよい。または、撮像光学系の光軸を中心に第１光学部材１３０の周囲に円周上に複数設けられていてもよい。第２光学部材１５０は、第１光学部材１３０の周囲の全周にわたり設けられなくとも、周囲に設けられていれば、撮像光学系の外側から照明光を入射することができる。

【0045】

第２光学部材１５０として、拡散板を用いる場合、拡散板は公知の拡散板を用いることができる。例えば、拡散板をレンズ装置１００内に配置した際の撮像光学系の光軸側の端面１５０ａは、微細な凸構造又は凹構造から構成されており、この端面１５０ａから光が出射することで、光学系内に照明光を拡散して出射することができる。拡散板の側面１５０ｂは反射膜を設けることで、拡散板の外側から入射した光を光軸側の端面１５０ａから出射することができる。また、第２光学部材１５０の光軸側の端面１５０ａは、第１光学部材１３０側から被写体側に向かって、外側に広がる方向に傾斜して設けられている。被写体側に向かって広がる方向に傾斜して設けることで、拡散板に入射した照明光を被写体側に向かって出射することができる。

【0046】

撮像光学系の外側から入射された照明光をレンズ鏡筒１０２の内部の光学系を経由して被写体側に照射することで、撮像光学系との同軸照明が可能となる。撮像光学系との同軸照明を可能とすることで、第１光学部材１３０に被写体からの反射光を効率よく取り込むことができ、良好な画質の画像を取得することができる。また、微小被写体等へのマクロ撮影の照射を、撮像光学系を経由した同軸照明とすることで、被写体に効果的に照明光を当てることができる。また、第２光学部材１５０の位置を、第１光学部材１３０より被写体側とすることで、照明光を被写体に照射する際に、第１光学部材１３０を通過することがないため、第１光学部材１３０での全反射を防止することができ、露出オーバーにより混信除去が正しく行われないことを防止することができる。

【0047】

＜画像生成処理＞
次に、上述した構成のレンズ装置１００及び撮像装置本体２００を用いた画像生成処理について説明する。なお、ここでは光学部材において光学フィルタの波長帯域が３種類（λ１～λ３）で偏光方向も３種類（例えば０°、４５°、９０°）、撮像素子２１０の偏光方向は４種類（０°、４５°、９０°、１３５°）であるものとする。この場合、例えば図８に示す枠体１３１（開口領域１３１Ｄを遮蔽）を使用する。

【0048】

＜混信除去の係数群＞
波長帯域（λ１～λ３）に対応した画像を得るには、撮像素子２１０の各画素から各波長帯域に対応した画素信号を分離して抽出する必要があるが、これらの画像データには混信（クロストーク）が生じている。すなわち、各画素には各波長帯域の光が入射するため、生成される画像は波長帯域λ１～λ３の画像が混合した画像となる。このため、画像生成部２３４は、混信除去処理を行って各波長帯域（λ１～λ３）の画像データを生成する。

【0049】

レンズ装置１００から出射した各波長帯域λ１～λ３の光が各画素で受光される割合（混信比率）は、光学フィルタ１４２Ａ～１４２Ｃが透過させる光の波長帯域λ１～λ３の設定、偏光フィルタ１４４Ａ～１４４Ｃが透過させる光の偏光方向の設定、撮像素子２１０の各画素が受光する光の偏光方向（４方向）の設定から一意に定まり、事前に求めることができる。画像生成部２３４は、この混信比率を、複数の開口領域のうち特定の開口領域以外の開口領域を遮蔽する複数の遮蔽部材を用いて、複数の遮蔽部材のうちいずれかがレンズ装置に装着された状態で取得した複数の画像から算出することができる。

【0050】

図１１は、枠体１３２に遮蔽部材を装着する様子を示す図である。図１１の（ａ）部分に示すように、遮蔽部材１３９は、枠体１３２の開口領域１３２Ａ～１３２Ｄのうちいずれかを開放して残りを遮蔽する複数の遮蔽部材を備える。具体的には、遮蔽部材１３９Ａ～１３９Ｄは、それぞれ開口領域１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃ，１３２Ｄ（特定の開口領域）以外の開口領域を遮蔽する。図１１の（ｂ）部分は、遮蔽部材１３９Ａを装着した状態の枠体１３２を示す。なお、上述のように開口領域及び偏光方向が３種類以下である場合（例えば、４つの開口のうち１つ以上を遮蔽する場合、あるいは３つ以下の開口領域を有する光学部材を用いる場合）は、遮蔽部材も３種類以下でよい。以下、開口領域及び偏光方向が３種類である場合について説明する。

【0051】

この場合、遮蔽部材１３９Ａ～１３９Ｃを１つずつ用いて撮像することにより、３つの波長帯域にそれぞれ対応した３つの画像が得られる。画像生成部２３４は、これらの画像から混信除去処理のための係数群（混信除去行列の各要素）を算出し、係数記憶部２３６がこれら係数群を記憶する。

【0052】

画像生成部２３４は、係数記憶部２３６から係数群を取得し、各画素から得られる画素信号から、以下に示す式１によって各波長帯域λ１～λ３に対応した画素信号を算出し、各波長帯域λ１～λ３の画像データを生成する。式１では例えば、波長帯域λ１（偏光方向０°の偏光フィルタ素子２１４Ａ）に対応する画素信号をｘ１、波長帯域λ２（偏光方向４５°の偏光フィルタ素子２１４Ｂ）に対応する画素信号をｘ２、波長帯域λ３（偏光方向９０°の偏光フィルタ素子２１４Ｃ）に対応する画素信号をｘ３とする。また行列Ａは、係数記憶部２３６から取得される。画像生成部２３４は、この３個の画素信号ｘ１、ｘ２、ｘ３から、行列Ａを用いた下記の式１によって、混信除去が行われた波長帯域λ１～λ３のスペクトル画像に対応した画素信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３（画像データ）を取得する。画像生成部２３４で生成された各波長帯域λ１～λ３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。

【0053】

【数1】

【0054】

【数2】

【0055】

本実施形態によれば、照明光を撮像光学系の外側から入射し、撮像光学系を経由して被写体側に照射する第２光学部材１５０を、第１光学部材１３０より被写体側に設けることで、第１光学部材１３０を通過することなく、被写体に照明光を撮像光学系の光軸と同軸照明を行うことができる。したがって、第１光学部材１３０に被写体からの反射光を効率よく取り込むことができ、良好な画質の画像を取得することができる。また、第１光学部材１３０での照明光の全反射を防止することができ、混信除去を正しく行うことができる。

【0056】

（変形例１）
図１２は、レンズ装置の変形例の概略構成を示す図である。図１２に示す第２光学部材１５２は、光軸側の端面１５２ａが、曲率を有して被写体側に広がる方向に設けられている。光軸側の端面１５２ａは、曲率を有して広がる方向に配置しても、被写体側に照明光を出射することができ、撮像光学系の光軸と同軸照明を行うことができる。

【0057】

（変形例２）
図１３は、レンズ装置の他の変形例の概略構成を示す図である。図１３に示すレンズ装置１００は、照明装置１６０が第２光学部材１５０に接近して設けられている点が、図９に示すレンズ装置と異なっている。照明装置１６０を第２光学部材１５０に接近させることで、第２光学部材１５０から出射した光に指向性が出るため、被写体側により強い照明光を照射することができる。

【0058】

（変形例３）
図１４は、レンズ装置のさらに他の変形例の概略構成を示す図である。図１４に示すレンズ装置は、照明装置を有さない点が図９に示すレンズ装置と異なっている。図１４に示すレンズ装置は、照明光として自然光を用いた態様である。

【0059】

照明装置を用いなくとも、自然光、例えば、太陽光スペクトルで分光観察をしたい用途においても、第２光学部材１５０から自然光を入射し、被写体側に同軸照明することができる。

【0060】

［第２実施形態］
図１５は、第２実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。第２実施形態のレンズ装置３００は、照明装置として、リング照明３６０を用いる点が第１実施形態のレンズ装置１００と異なっている。リング照明３６０から照射された照明光は、ミラー３６２を介して、第２光学部材１５０に入射する。リング照明３６０を用いて照明光を入射することで、撮像光学系の外側の外周方向から均一な光量で被写体に照明光を照射することができ、被写体に均一な光量で照射することができる。

【0061】

［第３実施形態］
図１６は、第３実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。第３実施形態のレンズ装置４００は、照明装置（光源）４６０がレンズ鏡筒１０２の内部に配置されている点が上記の実施形態のレンズ装置と異なっている。照明装置４６０をレンズ鏡筒１０２内に設けることで、照明光を、撮像光学系を経由して被写体側に照射することで、被写体付近のみに照明光を照射することができる。例えば、撮影環境が暗室であることが好ましい状況において、好適に用いることができる。

【0062】

第２光学部材４５０は、第１実施形態及び第２実施形態のように、第１光学部材１３０の枠体１３２に設け、第２光学部材４５０の外側に照明装置４６０を設けることで、第２光学部材４５０に照明光を入射させてもよい。また、照明装置４６０の発光面に、第２光学部材４５０を設ける態様としてもよい。

【0063】

（変形例１）
図１７は、第３実施形態のレンズ装置の変形例の概略構成を示す図である。図１７に示すレンズ装置４００は、第２光学部材４５０及び照明装置４６０が撮像光学系の第１のレンズ１１０の光路上に設けられる点が、図１６に示すレンズ装置と異なっている。

【0064】

第２光学部材４５０及び照明装置４６０を第１のレンズ１１０の光路上に配置することで、生成される画像の周辺光束がケラレにより暗くなる。しかしながら、照明光を、より撮像光学系の光軸方向に入射させることができるので、被写体に照射できる光量を増加させることができる。これにより、被写体からの反射光を効率よく第１光学部材１３０に取り込むことができる。

【0065】

（変形例２）
図１８は、第３実施形態のレンズ装置の他の変形例の概略構成を示す図である。図１８に示すレンズ装置４００は、第２光学部材４５０の撮像光学系の光軸側端面４５０ａの傾斜角度が上下左右方向に変更可能に設けられている点が、上記実施形態と異なっている。

【0066】

第２光学部材４５０の端面４５０ａの傾斜角度を、図１８の矢印４６２で示すように、上下左右方向に変更可能（アオリ調整可能）な構成とすることで、照明光の照射領域を調整することができる。端面４５０ａの傾斜角度を変更可能な構成とすることで、フォーカス調整によりレンズの位置が変動した場合においても、第２光学部材４５０の端面４５０ａの傾斜角度を変更することで、照明光の照射領域を調整することができる。これにより、被写体に照射できる照明光の光量を維持することができる。

【0067】

第２光学部材４５０の端面４５０ａの傾斜角度を変更する際は、第２光学部材４５０全体を上下左右方向に回転させ偏光してもよく、第２光学部材４５０が、図１０（ｃ）に示すように、複数の第２光学部材４５０で構成されている場合、または、第２光学部材４５０が分割されている場合は、それぞれの第２光学部材ごとに変更可能な構成としてもよい。

【0068】

［第４実施形態］
図１９は、第４実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。第４実施形態のレンズ装置５００は、第２光学部材１５０における撮像光学系の光軸側の端面１５０ａに偏光子５７０が設けられる点が上記の実施形態と異なっている。なお、偏光子を備えるレンズ装置の構成は、図１９に示すレンズ装置（第１実施形態のレンズ装置１００に偏光子を設ける）に限定されず、他の実施形態のレンズ装置の第２光学部材に偏光子を設ける構成としてもよい。

【0069】

第２光学部材１５０の撮像光学系の光軸側の端面１５０ａに偏光子５７０を設けることで、照明光を偏光させることができる。被写体に照射された照明光の鏡面反射は、偏光方向が保持される。そのため、偏光されていない照明光を被写体に照射すると、第１光学部材１３０で全反射が発生し、露出オーバーにより正確な混信除去を行うことが困難になる。照明光が第２光学部材を通過する際に、偏光子５７０を通過させることで、全反射光をカットすることができ、露出オーバーを軽減することができる。偏光子としては公知の偏光子を用いることができる。

【0070】

［第５実施形態］
図２０は、第５実施形態のレンズ装置の概略構成を示す図である。第５実施形態のレンズ装置６００は、第２光学部材１５０が、第１のレンズ１１０を構成する複数のレンズ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのうち、レンズ１１０ａと１１０ｂの間に配置されている点が、上記の実施形態のレンズ装置と異なっている。

【0071】

第２光学部材１５０の位置は、第１光学部材１３０の枠体１３２に設けられることに限定されず、第１光学部材１３０より被写体側であれば、照明光が第１光学部材１３０を通過することなく、撮像光学系と同軸照明が可能である。これにより、第１光学部材１３０に被写体からの反射光を効率よく取り込むことができ、良好な画質の画像を取得することができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。図２０においては、第２光学部材１５０は、第１光学部材１３０からレンズ１１０ａを１枚挟んで、被写体側に配置されているが、２枚以上のレンズを挟んで配置することもできる。第５実施形態のレンズ装置６００によれば、瞳位置（瞳近傍）のレンズ間隔が狭く、第２光学部材１５０を配置できない場合に効果的である。

【符号の説明】

【0072】

１０ 撮像装置
１００、３００、４００、５００、６００ レンズ装置
１０２ レンズ鏡筒
１０４ 第１レバー
１０６ 第２レバー
１０８ スリット
１１０ 第１のレンズ
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ レンズ
１２０ 第２のレンズ
１３０ 第１光学部材
１３１、１３２ 枠体
１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ、１３１Ｄ、１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ、１３２Ｄ 開口領域
１３１Ｅ、１３９、１３９Ａ、１３９Ｂ、１３９Ｃ、１３９Ｄ 遮蔽部材
１４０、１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ フィルタセット
１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ、１４２Ｄ 光学フィルタ
１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃ、１４４Ｄ 偏光フィルタ
１４６Ａ、１４６Ｂ、１４６Ｄ 減光フィルタ
１５０、１５２、４５０ 第２光学部材
１５０ａ、１５２ａ、４５０ａ 端面
１５０ｂ 側面
１６０、４６０ 照明装置
２００ 撮像装置本体
２１０ 撮像素子
２１１ ピクセルアレイ層
２１２ フォトダイオード
２１３ 偏光フィルタ素子アレイ層
２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ、２１４Ｄ 偏光フィルタ素子
２１５ マイクロレンズアレイ層
２１６ マイクロレンズ
２３０ 信号処理部
２３２ アナログ信号処理部
２３４ 画像生成部
２３６ 係数記憶部
３６０ リング照明
３６２ ミラー
４５０ 第２光学部材
４６２ 矢印
５７０ 偏光子
Ｌ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】