專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝像機等的攝像裝置。
背景技術(shù)：
對除了獲得二維的圖像的功能以外、還具備其他的功能的攝像裝置的需求越來越高。例如，對兼?zhèn)錅y量到被攝體為止的距離的功能、獲得基于可見波長的圖像和基于紅外波長的圖像等的不同的波長帶的多個圖像的功能、鮮明拍攝近的被攝體至遠的被攝體(擴大景深)的功能、或者獲得動態(tài)范圍寬的圖像的功能等的 攝像機的需求越來越高。其中，測量到被攝體為止的距離的方法有，使用從利用多個攝像光學系統(tǒng)而獲得的多個圖像中檢測出的視差信息的方法。對于測量從單一的攝像光學系統(tǒng)到被攝體為止的距離的方法，DFD(Depth From Defocus :離焦深度)法被周知。DFD法是，通過獲得的圖像的模糊量的解析來計算距離的方法，但是，根據(jù)單一的圖像不能判別是被攝體本身的花樣還是因被攝體距離而引起的模糊，因此，采用根據(jù)多個圖像推定距離的方法(專利文獻1，非專利文獻I)。并且，對于獲得多個波長帶的多個圖像的方法，例如，公開了使白光和規(guī)定的窄帶光依次點燈來獲得圖像的技術(shù)(專利文獻2)。而且，對于獲得動態(tài)范圍寬的圖像的方法，在專利文獻3中公開了，在對數(shù)轉(zhuǎn)換型的攝像裝置中，為了校正每個像素的靈敏度的不均勻性，從各個像素的攝像數(shù)據(jù)中減去存儲器所存儲的均勻光照射時的攝像數(shù)據(jù)的方法。在專利文獻4中公開了，由棱鏡劃分光路，由兩個攝像元件改變拍攝條件(曝光量)來進行拍攝的方法。并且，對于以時分來獲得曝光時間不同的圖像來合成它們的方法，由于以時分來拍攝被攝體，因此，在被攝體變動的情況下，因時間差而產(chǎn)生圖像的偏移，導致圖像的連續(xù)性混亂的問題。在專利文獻5中公開了，校正基于這樣的方式的圖像的偏移的技術(shù)。(現(xiàn)有技術(shù)文獻)(專利文獻)專利文獻I :日本專利第3110095號公報專利文獻2 日本專利第4253550號公報專利文獻3 :日本特開平5 - 30350號公報專利文獻4 :日本特開2009 - 31682號公報專利文獻5 :日本特開2002 - 101347號公報(非專利文獻)非專利文獻I :Xue Tu, Youn — sik Kang and Murali Subbarao Two-and Three —Dimensional Methods for Inspection and Metrology V. Edited by Huang, PeisenS.. Proceedings of the SPIE，Volume 6762，pp.676203 (2007).
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題目的在于提供一種攝像裝置，S卩，除了獲得二維的圖像的功能以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)包含所述的功能(被攝體距離的測量，多個波長帶的圖像獲得，景深擴大，高動態(tài)范圍圖像獲得等)的其他的多個功能中的至少一個功能的攝像裝置。用于解決問題的手段本發(fā)明的實施方案之一涉及的攝像裝置具備透鏡光學系統(tǒng)，至少具有第一區(qū)域以及第二區(qū)域，該第一區(qū)域以及第二區(qū)域具有互不相同的光學特性；攝像元件，至少具有多個第一像素和多個第二像素，透過所述透鏡光學系統(tǒng)的光入射到該多個第一像素和該多個第二像素；陣列狀光學元件，該陣列狀光學元件被配置在所述透鏡光學系統(tǒng)與所述攝像元件之間，使透過所述第一區(qū)域的光入射到所述多個第一像素，使透過所述第二區(qū)域的光入射到所述多個第二像素；信號處理部，利用在所述多個第一像素得到的多個第一像素值、以·及在所述多個第二像素得到的多個第二像素值，生成被攝體信息；以及衍射光學元件，該衍射光學元件被配置在所述陣列狀光學元件與所述透鏡光學系統(tǒng)之間，形成有相對于所述透鏡光學系統(tǒng)的光軸對稱的衍射光柵。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，除了獲得二維的圖像的功能以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)其他的多個功能(被攝體距離的測量，多個波長帶的圖像獲得，景深擴大，高動態(tài)范圍圖像獲得等)的至少一個功能。根據(jù)本發(fā)明，不需要使用特殊的攝像元件，并且，不需要多個攝像元件。


圖I是示出本發(fā)明的實施例I的攝像裝置的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖2是本發(fā)明的實施例I的從被攝體側(cè)看的第一光學元件的正面圖。圖3是本發(fā)明的實施例I的第三光學元件的結(jié)構(gòu)圖。圖4是用于說明本發(fā)明的實施例I的第三光學元件與攝像元件上的像素的位置關(guān)系的圖。圖5是示出本發(fā)明的實施例I的透過第一區(qū)域以及第二區(qū)域各自的光束的球面像差的圖。圖6是表示本發(fā)明的實施例I的被攝體距離與尖銳度的關(guān)系的圖表。圖7是示出本發(fā)明的實施例I的聚光于與光軸相隔距離H的位置的光線的圖。圖8是用于說明本發(fā)明的實施例I的主光線的路徑的圖。圖9是示出本發(fā)明的實施例I的包含以入射角Θ入射到柱狀透鏡的主光線的光束的路徑的分析結(jié)果的圖。圖10是示出像方遠心光學系統(tǒng)的圖。圖11是用于說明本發(fā)明的實施例2的第三光學元件與攝像元件的位置關(guān)系的圖。圖12是示出本發(fā)明的實施例2的包含以入射角Θ入射到柱狀透鏡的主光線的光束的路徑的分析結(jié)果的圖。圖13是本發(fā)明的實施例3的從被攝體側(cè)看的第一光學元件的正面圖。圖14是本發(fā)明的實施例3的第三光學元件的結(jié)構(gòu)圖。圖15是用于說明本發(fā)明的實施例3的第三光學元件與攝像元件上的像素的位置關(guān)系的圖。圖16是表示本發(fā)明的實施例3的被攝體距離與尖銳度的關(guān)系的圖表。圖17是用于說明本發(fā)明的實施例4的第三光學元件的圖。圖18是用于說明本發(fā)明的實施例4的閃耀狀衍射光柵的一階衍射效率的波長依賴性的圖。圖19是本發(fā)明的實施例5的第三光學元件和攝像元件的放大截面圖。圖20是本發(fā)明的實施例5的變形例的第三光學元件和攝像元件的放大截面圖。圖21是本發(fā)明的變形例的第三光學元件的截面圖。
具體實施方式
·在所述的以往技術(shù)中，在獲得到被攝體為止的距離的情況下，根據(jù)利用多個攝像光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，導致攝像裝置的大型化、高成本化。并且，需要使多個攝像光學系統(tǒng)的特性相同，且使兩個攝像光學系統(tǒng)的光軸高精度地成為平行，因此，制造困難，進一步，由于需要用于求出攝像機參數(shù)的校準工序，因此需要許多工時。根據(jù)專利文獻I以及非專利文獻I所公開的DFD法，能夠由一個攝像光學系統(tǒng)計算到被攝體為止的距離。然而，根據(jù)專利文獻I以及非專利文獻I的方法，需要使到焦點對準的被攝體為止的距離(合焦距離)變化，以時分獲得多個圖像。若將這樣的方法適用于運動圖像，則根據(jù)拍攝的時間差產(chǎn)生圖像間的偏移，因此產(chǎn)生測距精度降低的問題。并且，專利文獻I中公開了一種攝像裝置，即，由棱鏡劃分光路，由背焦(backfocus)不同的兩個攝像面來拍攝，從而以一次的拍攝能夠測量到被攝體為止的距離的攝像裝置。然而，根據(jù)這樣的方法，由于需要兩個攝像面，因此，產(chǎn)生導致攝像裝置的大型化，且導致大幅度的成本提高的問題。在獲得多個波長帶的圖像的情況下，專利文獻2中公開的方法是，使白光源和規(guī)定的窄帶光源依次點燈，以時分拍攝的方式。因此，若拍攝運動物體，則產(chǎn)生基于時間差的色差。在獲得動態(tài)范圍寬的圖像的情況下，根據(jù)對受光的信號進行對數(shù)變換的方法，由于需要按每個像素對像素信號進行對數(shù)變換的電路，因此不能使像素尺寸變小。并且，根據(jù)專利文獻I中公開的方法，需要記錄用于校正每個像素的靈敏度的不均勻性的校正用數(shù)據(jù)的單元，導致成本提高。并且，根據(jù)專利文獻2的方法，由于需要兩個攝像元件，因此，導致攝像裝置的大型化，導致大幅度的成本提高。根據(jù)專利文獻3，雖然公開了校正圖像的偏移的技術(shù)，但是，針對所有運動物體完全校正基于時間差的圖像的偏移是原理上困難的。根據(jù)本發(fā)明，通過利用了單一的攝像光學系統(tǒng)的一次的拍攝，除了獲得二維的圖像的功能以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)其他的多個功能(被攝體距離的測量，多個波長帶的圖像獲得，景深擴大，高動態(tài)范圍圖像獲得等)的至少一個功能。根據(jù)本發(fā)明，不需要使用特殊的攝像元件，并且，不需要多個攝像元件。以下，參照

本發(fā)明的實施例的攝像裝置。而且，以下說明的實施例，都示出本發(fā)明的一個具體例子。以下的實施例所示的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置位置以及連接形態(tài)、步驟、步驟的順序等，是一個例子，而不是限定本發(fā)明的宗旨。并且，對于以下的實施例的構(gòu)成要素中的、示出最上位概念的獨立請求項中沒有記載的構(gòu)成要素，作為任意的構(gòu)成要素進行說明。(實施例I)圖I是示出實施例I的攝像裝置A的結(jié)構(gòu)的模式圖。本實施例的攝像裝置A具備透鏡光學系統(tǒng)L ;第三光學元件K，被配置在透鏡光學系統(tǒng)L的焦點附近；攝像元件N ；以及信號處理部C。透鏡光學系統(tǒng)L具有，來自被攝體(不圖示)的光束BI或B2入射的、光學特性互不相同的第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2。在此，光學特性是指，例如，合焦特性、透射的光的波長帶寬、或光的透射率、或者它們的組合等。并且，合焦特性不同是指，在該光學系統(tǒng)中貢獻于光的聚光的特性的至少一個不 同，具體而言，焦點距離、到焦點對準的被攝體為止的距離、尖銳度成為一定的值以上的距離范圍等不同。通過調(diào)整曲率半徑、球面像差特性、以及折射率的至少一個，第一區(qū)域Dl以及第二區(qū)域D2，能夠具有互不相同的合焦特性。透鏡光學系統(tǒng)L具有 第一光學兀件LI ;光圈S，在包含透鏡光學系統(tǒng)L的光軸V的區(qū)域形成有開口 ；以及第二光學元件L2。第一光學元件LI，被配置在光圈S附近，具有光學特性互不相同的第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2。在圖I中，光束BI透過第一光學元件LI上的第一區(qū)域D1，光束B2透過第一光學兀件LI上的第二區(qū)域D2。光束B1、B2,按照第一光學兀件LI、光圈S、第二光學兀件L2、第三光學元件K的順序透過，到達攝像元件N的攝像面Ni。圖2是從被攝體側(cè)看的第一光學元件LI的正面圖。第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2，以光軸V為邊界中心，在與光軸V垂直的面內(nèi)被劃分為上下兩個區(qū)域。第二光學元件L2是，透過第一光學元件LI的光入射的透鏡。在圖I中，第二光學元件L2，由一張透鏡構(gòu)成，但是，也可以由多張透鏡構(gòu)成。并且，第二光學元件L2也可以，被形成為與第一光學兀件LI 一體化。在此情況下,制造時的第一光學兀件LI和第二光學兀件L2的對位變得容易。圖3是第三光學元件K的結(jié)構(gòu)圖。具體而言，圖3的(a)是第三光學元件K的截面圖。并且，圖3的(b)是，從閃耀狀衍射光柵M2側(cè)看的第三光學元件K的部分放大斜視圖。并且，圖3的(c)是,從柱狀透鏡(Ienticularlens)Ml側(cè)看的第三光學元件K的部分放大斜視圖。而且，對于柱狀透鏡Ml以及閃耀狀衍射光柵M2各自的形狀或間距的準確的尺寸，按照攝像裝置N的功能或目的來適當?shù)貨Q定即可，因此，省略其記載。在第三光學元件K的攝像元件N側(cè)的面，形成有突出在攝像元件N側(cè)的具有圓弧狀的斷面的細長狀的光學要素(凸透鏡)在縱方向(列方向)上排列多個而配置的柱狀透鏡Ml。該柱狀透鏡M1，相當于陣列狀光學元件。并且，在第三光學元件K的透鏡光學系統(tǒng)L側(cè)(即，被攝體側(cè))的面，形成有相對于光軸V對稱的閃耀狀衍射光柵M2。也就是說,第三光學兀件K是,形成有相對于光軸V對稱的衍射光學元件和陣列狀光學元件成一體的光學元件。換而言之，在本實施例中，衍射光學元件和陣列狀光學元件被形成為一體。如此，陣列狀光學元件和衍射光學元件被形成為一體，因此，制造時的陣列狀光學元件和衍射光學元件的對位變得容易。而且，對于陣列狀光學元件和衍射光學元件，并不一定需要一體化，也可以被構(gòu)成為不同的光學元件。圖4是用于說明第三光學元件K與攝像元件N上的像素的位置關(guān)系的圖。具體而言，圖4的(a)是第三光學元件K和攝像元件N的放大圖。并且，圖4的(b)是示出第三光學元件K與攝像元件N上的像素的位置關(guān)系的圖。第三光學元件K，被配置在透鏡光學系統(tǒng)L的焦點附近，且被配置在與攝像面Ni相隔規(guī)定的距離的位置。并且，在攝像元件N的攝像面Ni上，多個像素被配置為矩陣狀。可以將如此配置的多個像素，區(qū)別為第一像素Pl和第二像素P2。在本實施例中，第一像素Pl和第二像素P2被配置為，分別在橫方向(行方向)上排列成一行。而且，在縱方向(列方向)上，交替配置第一像素Pl和第二像素P2。并且，在第一像素Pl以及第二像素P2上,設(shè)置有微透鏡Ms。 并且，柱狀透鏡Ml中包含的多個光學要素各自被構(gòu)成為，與攝像面Ni上的第一像素Pl的一行和第二像素P2的一行的一對一一對應。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，透過圖2示出的第一光學元件LI上的第一區(qū)域Dl的光束BI (圖I的實線)的大部分，到達攝像面Ni上的第一像素Pl，透過第二區(qū)域D2的光束B2(圖I的虛線)的大部分，到達攝像面Ni上的第二像素P2。具體而言，通過適當?shù)卦O(shè)定第三光學元件K的折射率以及從攝像面Ni的距離、閃耀狀衍射光柵M2的衍射間距、以及柱狀透鏡Ml表面的曲率半徑等的參數(shù)，第三光學元件K，能夠使透過第一區(qū)域Dl的光束BI入射到第一像素Pl，使透過第二區(qū)域D2的光束B2入射到第二像素P2。根據(jù)一般的攝像光學系統(tǒng)，根據(jù)透過光圈的位置決定焦點的光線的角度。因此，在光圈附近配置具有第一區(qū)域Dl以及第二區(qū)域D2的第一光學元件P1，并且，如上所述在焦點附近配置第三光學元件K，據(jù)此，能夠?qū)⑼高^各個區(qū)域的光束BI以及B2各自，分離引導到第一像素Pl以及第二像素P2。在此，圖I示出的信號處理部C，利用在多個第一像素Pl得到的多個第一像素值、和在多個第二像素P2得到的多個第二像素值，生成被攝體信息。在本實施例中，信號處理部C，將由第一像素值構(gòu)成的第一圖像II、和由第二像素值構(gòu)成的第二圖像12，生成為被攝體信息。第一圖像Il和第二圖像12是，根據(jù)透過具有互不相同的光學特性的第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2的光束B1、B2而獲得的圖像。例如，在第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2具有使透過的光線的合焦特性互不相同的光學特性的情況下，第一圖像Il和第二圖像12所具有的亮度信息具有按照被攝體距離的變化而互不相同的特性。通過利用該不同，從而能夠求出到被攝體為止的距離。也就是說，根據(jù)使用了單一的攝像系統(tǒng)的一次的拍攝，能夠獲得到被攝體為止的距離。在后面進行詳細說明。并且，同樣，通過利用使第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2的合焦特性不同而獲得的第一圖像Il和第二圖像I2b中的尖銳度高的一方的圖像來生成輸出圖像，從而能夠擴大景深。并且，在第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2的透射的光的波長帶寬互不相同的情況下，第一圖像Il和第二圖像12成為根據(jù)互不相同的波長帶寬的光而獲得的圖像。例如，將第一區(qū)域Dl設(shè)為，具有透射可見光實際遮斷近紅外光的特性的光學濾波器。將第二光學面區(qū)域D2設(shè)為，具有實際遮斷可見光、透射近紅外光的特性的光學濾波器。據(jù)此，能夠?qū)崿F(xiàn)晝夜兼用的攝像裝置以及生物識別用的攝像裝置。也就是說，根據(jù)使用了單一的攝像系統(tǒng)的一次的拍攝，能夠獲得任意的多光譜圖像。并且，在第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2具有互不相同的透射率的情況下，第一像素Pl的曝光量和第二像素P2的曝光量不同。例如，考慮與第一區(qū)域Dl的透射率相比第二區(qū)域的透射率大的情況。即使在比能夠檢測的量多的光被提供到第一像素Pl的情況(第一像素Pl的像素值飽和的情況)下，也能夠利用像素P2中檢測出的值，計算被攝體的準確的亮度。另一方面，在由像素Pl能夠檢測的范圍內(nèi)的光被提供到像素Pl的情況(第一像素Pl的像素值不飽和的情況)下，能夠利用由像素Pl檢測的值。也就是說，根據(jù)使用了單一的攝像系統(tǒng)的一次的拍攝，能夠獲得高動態(tài)范圍圖像。如此，攝像裝置A，使透過具有互不相同的光學特性的第一區(qū)域Dl和第二區(qū)域D2·的光入射到互不相同的像素，生成不同的圖像。根據(jù)第一區(qū)域Dl與第二區(qū)域D2之間的光學特性的不同，生成的多個圖像具有的被攝體信息也不同。利用該被攝體信息的不同，實現(xiàn)被攝體距離的測量、多個波長帶的圖像獲得、景深擴大、高動態(tài)范圍圖像獲得等的功能。也就是說，攝像裝置A，根據(jù)使用了單一的攝像系統(tǒng)的一次的拍攝，除了單純獲得二維的圖像的功能以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)其他的功能。而且，對于在第一區(qū)域Dl與第二區(qū)域D2之間互不相同的光學特性，不僅限于所述的例子。接著，對于被攝體信息的利用方法的一個例子，詳細說明根據(jù)被攝體信息求出被攝體距離的方法。在此，第一光學元件LI的被攝體側(cè)的面之中，第一區(qū)域Dl是平面，第二區(qū)域D2是在透鏡光學系統(tǒng)L的焦點附近的規(guī)定的范圍內(nèi)生成沿著光軸方向而大致一定的點像強度分布的光學面。并且，第二透鏡L2的光圈值(F-number)是2. 8。圖5是示出本實施例的透過第一區(qū)域Dl以及第二區(qū)域D2各自的光束的球面像差的圖。在此，第一區(qū)域Dl被設(shè)計為，透過該第一區(qū)域Dl的光束的球面像差變少。另一方面，第二區(qū)域D2被設(shè)計為，使透過該第二區(qū)域D2的光束的球面像差有意圖地增加。調(diào)整由第二區(qū)域D2產(chǎn)生的球面像差的特性，從而在透鏡光學系統(tǒng)L的焦點附近的規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠使由透過第二區(qū)域D2的光束生成的圖像的點像強度分布大致一定。也就是說，即使被攝體距離變化，也能夠使點像強度分布大致一定。由于點像強度分布中的點像的大小越小圖像的尖銳度就越增加，因此，被攝體距離與尖銳度的關(guān)系成為圖6那樣。圖6是表示本實施例的被攝體距離與尖銳度的關(guān)系的圖表。在圖6的圖表中，特征(profile)Gl示出利用第一像素Pl的像素值而生成的圖像的規(guī)定區(qū)域的尖銳度，特征G2示出利用第二像素P2的像素值而生成的圖像的規(guī)定區(qū)域的尖銳度。尖銳度是，根據(jù)規(guī)定的大小的圖像塊內(nèi)相鄰的像素間的亮度值的差分能夠求出的。并且，根據(jù)對規(guī)定的大小的圖像塊的亮度分布進行傅立葉變換而得到的頻譜也能夠求出的。范圍Z示出，在特征Gl中按照被攝體距離的變化而尖銳度變化的區(qū)域，且在特征G2中即使被攝體距離變化尖銳度也幾乎不變化的區(qū)域。因此，在范圍Z中，利用這樣的關(guān)系能夠求出被攝體距離。
例如，范圍Z，特征Gl的尖銳度以及特征G2的尖銳度的比率，具有與被攝體距離的相關(guān)性。于是，若利用這樣的相關(guān)性，則根據(jù)僅利用第一像素Pi的像素值而生成的圖像的尖銳度、與僅利用第二像素P2的像素值而生成的圖像的尖銳度的比率，能夠求出被攝體距離。而且，如上所述的求出被攝體距離的方法是，被攝體信息的利用方法的一個例子，利用被攝體信息，也可以生成例如動態(tài)范圍寬的圖像、或景深深的圖像。并且，信號處理部C也可以，利用被攝體信息，生成被攝體距離、動態(tài)范圍寬的圖像、或景深深的圖像等。接著，說明在圖3示出的第三光學元件K的 透鏡光學系統(tǒng)L側(cè)(即，被攝體側(cè))形成的閃耀狀衍射光柵M2的效果。圖7是示出本實施例的聚光于與光軸V相隔距離H的位置的光線的圖。在圖7中，由主光線(透過光圈S的中心的光線)CR和光軸V而成的角度(向第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的入射角)為Φ。在使距離H作為參數(shù)變化時，針對各個距離H，存在一個主光線CR和一個入射角Φ。若距離H為O則入射角Φ為O。在一般的攝像透鏡光學系統(tǒng)中，距離H越大，入射角Φ也越大。圖8是示出與光軸V相隔距離H的位置的主光線CR的路徑的圖。具體而言，圖8的(a)示出，沒有形成閃耀狀衍射光柵M2的比較用光學元件的主光線CR的路徑。并且，圖8的(b)示出，本實施例的形成有閃耀狀衍射光柵M2的第三光學元件K的主光線CR的路徑。在圖8的(a)中，主光線CR，在折射率η的比較用光學元件的入射面，以滿足nsin Θ a = sin Φ的角度Θ a折射后，到達柱狀透鏡Ml。另一方面，在圖8的(b)中，主光線CR，以角度0b折射后，到達柱狀透鏡Ml。由以下的式，得到角度9b。sin Φ — nsin 0b = mA / P (式 I)在此，λ表示波長，m表示衍射階數(shù)，P表示閃耀狀衍射光柵的間距。在閃耀狀衍射光柵M2中，針對以入射角0°入射的光線，在邏輯上衍射效率成為100%的條件是，以利用衍射級差的深度d的以下的式來表示的。d = m λ / (η — I)(式 2)在(式2)中，若λ = 500nm、m = I、η = I. 526,則成為 d = O. 95 μ m。閃耀狀衍射光柵M2，使入射的光線衍射，使波面變化。例如，在(式2)成立的條件下，在閃耀狀衍射光柵M2中，入射的光的全部成為m階的衍射光，光的方向變化。閃耀狀衍射光柵M2是，通過基于形狀的相位分布來實現(xiàn)衍射的相位型衍射光柵之一。也就是說，閃耀狀衍射光柵M2的形狀為，根據(jù)用于將光線向所希望的方向折射的相位分布，按照相當于I波長的每個相位差2 π設(shè)定級差。對于具有與閃耀狀衍射光柵M2類似的形狀的光學元件，存在菲涅耳透鏡。該菲涅耳透鏡是，按照從光軸的距離分斷透鏡形狀，在透鏡的厚度方向上使透鏡的表面移動而構(gòu)成為平板狀的透鏡。因此，菲涅耳透鏡，與閃耀狀衍射光柵M2 (相位型衍射光柵)不同。菲涅耳透鏡，由于利用光的折射，因此，其級差間距為數(shù)100 μ m至數(shù)mm那樣粗。并且，菲涅耳透鏡，不能獲得由m為2階以上的高階衍射而得到的大的光線的折射效果。在本實施例中，如圖3的(a)，在閃耀狀衍射光柵M2中，在衍射級差被形成為朝向光軸側(cè)、衍射級差間的曲面被形成為朝向外周側(cè)的情況下，入射光線向光軸側(cè)折射。也就是說，在此情況下，閃耀狀衍射光柵M2具有，正的聚光功率。這相當于，在(式I)中m為正的情況。如本實施例，通過在第三光學元件K的被攝體側(cè)的面形成m為正的閃耀狀衍射光柵M2，從而成立0a> 0b。也就是說，第三光學元件K，與沒有形成閃耀狀衍射光柵M2的比較用光學元件相比，更能夠使入射到柱狀透鏡Ml的光線的角度接近光軸V。如本實施例，由閃耀狀衍射光柵M2，使光以與光軸更接近平行的角度來到達柱狀透鏡Ml。圖9是示出包含以入射角Θ入射到柱狀透鏡Ml的主光線CR的光束的路徑的分析結(jié)果的圖。在圖9中，僅示出包含主光線CR的具有代表性的光線。圖9的(a)示出，透過第一光學元件LI的第一區(qū)域Dl的光線的路徑的分析結(jié)果。并且，圖9的(b)示出，透過第一光學元件LI的第二區(qū)域D2的光線的路徑的分析結(jié)果。在圖9的(a)以及(b)中，分別示出Θ = 0°、4°、8°、10°、12°時的分析結(jié)果。 如圖9的(a)示出，在Θ = 0°時，透過第一區(qū)域Dl的光線，僅到達第一像素P1，不到達第二像素P2。并且，如圖9的(b)示出，在Θ =0°時，透過第二區(qū)域D2的光線，僅到達第二像素P2，不到達第一像素P1。也就是說，得知的是，在Θ = 0°時，由柱狀透鏡Ml準確地分離光線，沒有發(fā)生串擾。另一方面，在Θ彡4°時，透過第一區(qū)域Dl的光線，除了第一像素Pl以外，還到達第二像素P2，透過第二區(qū)域D2的光線，除了第二像素P2以外，還到達第一像素Pl。也就是說，得知的是，在Θ ^ 4°時，不能由柱狀透鏡Ml準確地分離光線，發(fā)生串擾。在如此發(fā)生串擾的情況下，利用第一像素Pl以及第二像素P2各自的像素值而生成的圖像的畫質(zhì)大幅度惡化。其結(jié)果為，利用這樣的圖像而生成的各種信息(立體信息等)的精度也降低。像圖8的(a)的比較用光學元件那樣，在沒有閃耀狀衍射光柵M2的情況下，根據(jù)斯涅爾的折射定律，若不是Φ <6°，則不能滿足0a<4°。為了與從光軸V的距離H無關(guān)而滿足Φ <6°，需要如圖10、透鏡光學系統(tǒng)L為像方遠心光學系統(tǒng)或近似它的光學系統(tǒng)。像方遠心光學系統(tǒng)是指，如圖10，主光線CR(任意的主光線)與距離H無關(guān)而與光軸V大致平行的、即向第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的入射角Φ大致成為O的光學系統(tǒng)。在將光圈S設(shè)置在與透鏡光學系統(tǒng)L的主點相隔焦點距離f的被攝體側(cè)的位置的情況下，透鏡光學系統(tǒng)L為像方遠心光學系統(tǒng)。為了實現(xiàn)像方遠心光學系統(tǒng)，如此光圈S的設(shè)置位置受限制，因此，攝像裝置的設(shè)計上的自由度減少。具體而言，為了實現(xiàn)遠心光學系統(tǒng)，需要使透鏡光學系統(tǒng)變大、或使透鏡張數(shù)變多。特別是，在需要使透鏡光學系統(tǒng)廣角化的情況下，需要使透鏡光學系統(tǒng)變得更大、或使透鏡張數(shù)更增多。在本實施例中，如圖8的(b)，通過基于被形成在第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的閃耀狀衍射光柵M2的衍射的效果，能夠使向柱狀透鏡Ml的光線的入射角從角度Θ a變小為角度9 b。也就是說，能夠使向柱狀透鏡Ml入射的光線，近似與光軸平行。將第三光學元件K的折射率η設(shè)為I. 526，將閃耀狀衍射光柵M2的衍射級差的深度設(shè)為0.95 μ m，以作為一個例子。此時，根據(jù)(式2)，針對波長500nm的光，m大致成為I。也就是說，閃耀狀衍射光柵M2能夠，以大致100%的衍射效率，發(fā)生一階衍射光。若將主光線CR入射到閃耀狀衍射光柵M2的位置上的衍射光柵的間距設(shè)為7 μ m,在Φ為10°時，則0b為約4°。也就是說，形成有閃耀狀衍射光柵M2的第三光學元件K，即使與圖8的(a)示出的比較用光學元件相比，主光線CR的向第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的入射角Φ變大約4°，也能夠抑制串擾。也就是說，在本實施例的攝像裝置A中，即使主光線CR的向柱狀透鏡Ml的入射角擴大到Φ10°左右，也能夠抑制串擾。因此，透鏡光學系統(tǒng)L，并不一定需要是像方遠心光學系統(tǒng)，也可以是像方非遠心光學系統(tǒng)。如上所述，根據(jù)本實施例的攝像裝置Α，由柱狀透鏡M2，能夠使透過第一區(qū)域Dl的光束到達第一像素Ρ1，能夠使透過第二區(qū)域D2的光束到達第二像素Ρ2。因此，根據(jù)攝像裝置Α，利用單一的攝像光學系統(tǒng)，以一次的拍攝能夠生成兩張圖像。并且，通過在第一光學元件LI與柱狀透鏡Ml之間配置閃耀狀衍射光柵M2，能夠使向柱狀透鏡Ml的光的入射角接近光軸。其結(jié)果為，即使透鏡光學系統(tǒng)L是像方非遠心光學系統(tǒng)，也能夠抑制串擾，能夠提高攝像裝置A的設(shè)計的自由度。也就是說，根據(jù)在本實施例的攝像裝置Α，利用單一的攝像光學系統(tǒng)，以一次的拍攝能夠生成多張圖像，并且，能夠提高設(shè)計的自由度，且能夠抑制串擾?！げ⑶?，對于攝影裝置Α，特別優(yōu)選的是，光圈S的開口被形成在包含光軸的區(qū)域，且在被該光圈的附近配置第一光學元件LI，因此，能夠拍攝光損失少、明亮的圖像。(實施例2)接著，說明本發(fā)明的實施例2。即使作為由主光線CR和光軸V而成的角度的、向第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的入射角Φ變得更大，若能夠不使串擾發(fā)生，則也能夠使透鏡光學系統(tǒng)L更小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)小型、廣角的攝像裝置。于是，在本實施例中，使構(gòu)成柱狀透鏡M3的各個光學要素(凸透鏡)，偏離于對應的第一像素Pl以及第二像素Ρ2的排列。以下，與構(gòu)成柱狀透鏡M3的各個光學要素沒有被偏離的比較用的攝像裝置進行比較，說明本實施例的攝像裝置Α。圖11是用于說明本實施例的第三光學元件K以及攝像元件N的位置關(guān)系的圖。具體而言，圖11的(a)是，與比較用的攝像裝置的光軸相隔的位置上的第三光學元件K和攝像元件N的放大圖。并且，圖11的(b)，與實施例2的攝像裝置的光軸相隔的位置上的第三光學元件K和攝像元件N的放大圖。在圖11的(a)以及(b)中，僅示出透過第三光學元件K的光束之中的透過第一區(qū)域Dl的光束。在圖11的(a)示出的比較用的攝像裝置中，構(gòu)成柱狀透鏡的各個光學要素，不偏離于對應的第一像素Pl以及第二像素P2的排列。也就是說，在與光軸平行的方向上，各個光學要素的中心、與對應的第一像素Pl以及第二像素P2的一對的中心一致。在這樣的比較用的攝像裝置中，如圖11的(a)示出，透過第一區(qū)域Dl的光束之中的一部分，到達與第一像素Pl相鄰的第二像素P2。也就是說，在向第三光學元件K的光的入射角Φ變大的與光軸V相隔的位置，發(fā)生串擾。另一方面，在圖11的(b)示出的本實施例的攝像裝置A中，構(gòu)成柱狀透鏡的各個光學要素，偏離于對應的第一像素Pl以及第二像素P2的排列。也就是說，在與光軸平行的方向上，各個光學要素的中心，針對對應的第一像素Pl以及第二像素P2的排列的中心，向接近光軸V的方向偏移了偏尚量Δ。在這樣的本實施例的攝像裝置A中，如圖11的(b)示出，透過第一區(qū)域Dl的光束，僅到達第一像素P1。也就是說，如圖11的(b)，使第三光學元件K的柱狀透鏡M3的各個光學要素，相對于像素排列，向接近光軸V的方向偏離偏離量Λ，從而能夠減少串擾。而且，向第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的光的入射角Φ，根據(jù)從光軸V的距離H而不同。因此，對于偏離量△，按照向第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的光束的入射角Φ而設(shè)定即可。例如，柱狀透鏡M3被構(gòu)成為，與光軸V相隔越遠偏離量Λ就越大即可。據(jù)此，即使在與光軸V相隔的位置，也能夠抑制串擾。圖12是示出包含以入射角Θ入射到柱狀透鏡M3的主光線CR的光束的路徑的分析結(jié)果的圖。在圖12中，僅示出包含主光線CR的具有代表性的 光線。圖12的(a)示出，透過第一光學元件LI的第一區(qū)域Dl的光線的路徑的分析結(jié)果。并且，圖12的(b)示出，透過第一光學元件LI的第二區(qū)域D2的光線的路徑的分析結(jié)果。在圖12的(a)以及(b)中，分別示出Θ = 0°、4°、8°、10°、12°時的分析結(jié)果。在此，在成為入射角Θ =4°、8°、10°、12°的位置，針對柱狀透鏡M3的間距，分別設(shè)定成為9%、20%、25%、30%的偏離量Λ。根據(jù)圖12得知，若使柱狀透鏡的光學要素相對于像素排列偏離偏離量Λ，在入射角Θ為8°以下時不發(fā)生串擾。如上所述，根據(jù)本實施例的攝像裝置Α，通過在第三光學元件K的被攝體側(cè)的面設(shè)置閃耀狀衍射光柵M2，從而根據(jù)衍射的效果能夠使向柱狀透鏡M3的光線的入射角變小，能夠近似與光軸平行。并且，根據(jù)本實施例的攝像裝置Α，使構(gòu)成柱狀透鏡M3的各個光學要素，偏離于對應的第一像素Pl以及第二像素Ρ2的排列，從而進一步能夠使向柱狀透鏡M3的光線的入射角變小。其結(jié)果為，根據(jù)本實施例的攝像裝置Α，進一步能夠抑制串擾的發(fā)生。將第三光學元件K的折射率η設(shè)為I. 526，將衍射級差的深度設(shè)為O. 95 μ m,以作為一個例子。此時，根據(jù)(式2)，針對波長500nm的光，m大致成為I。也就是說，閃耀狀衍射光柵M3能夠，以大致100%的衍射效率，來發(fā)生一階衍射光。若將主光線入射到CR閃耀狀衍射光柵M3的位置上的衍射光柵的間距設(shè)為7 μ m,在Φ為16°時，0b為約8°。也就是說，即使與圖8的(a)示出的比較用光學元件相比，CR的向第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的入射角Φ變大約8°，也能夠抑制串擾。也就是說，像本實施例那樣，使柱狀透鏡M3的各個光學要素，偏離于像素的排列，從而能夠抑制入射角Φ為16°左右為止的串擾的發(fā)生，能夠更提高攝像裝置的設(shè)計的自由度。(實施例3)接著，說明本發(fā)明的實施例3。本實施例3的攝像裝置，與實施例I以及2的攝像裝置的主要不同之處在于以下的內(nèi)容。首先，第一，第一光學元件LI具有光學特性互不相同的四個區(qū)域。接著，第二，在第三光學元件K的一方的面不形成柱狀透鏡而形成微透鏡陣列。最后，第三，閃耀狀衍射光柵被設(shè)置為相對于光軸而同心圓狀。以下，參照附圖，以與實施例I以及2不同之處為中心，說明實施例3。圖13是本發(fā)明的實施例3的從被攝體側(cè)看的第一光學元件LI的正面圖。第一區(qū)域D1、第二區(qū)域D2、第三區(qū)域D3、以及第四區(qū)域D4，以光軸V為邊界中心，被劃分為上下左右四個區(qū)域。圖14是本實施例的第三光學元件K的結(jié)構(gòu)圖。具體而言，圖14的(a)是第三光學元件K的截面圖。并且，圖14的(b)是，從閃耀狀衍射光柵M2側(cè)看的第三光學元件K的正面圖。并且，圖14的(c)是，從微透鏡陣列M4側(cè)看的第三光學元件K的部分放大斜視圖。如圖14示出，在第三光學元件K的攝像元件NI側(cè)的面，形成有具有多個微透鏡的微透鏡陣列M4。并且，在第三光學元件K的透鏡光學系統(tǒng)L側(cè)(即，被攝體側(cè))的面，形成有以光軸V為中心形成有同心圓狀的衍射環(huán)紋的閃耀狀衍射光柵M2。而且，對于微透鏡陣列M4以及閃耀狀衍射光柵M2各自的形狀以及間距的準確的尺寸，按照攝像裝置A的功能或目的來適當?shù)貨Q定即可，因此省略其記載。
圖15是用于說明第三光學元件K和攝像元件N上的像素的位置關(guān)系的圖。具體而言，圖15的(a)是，第三光學元件K和攝像元件N的放大圖。并且，圖15的(b)是，示出第三光學元件K和攝像元件N上的像素的位置關(guān)系的圖。第三光學元件K，與實施例I同樣，被配置在透鏡光學系統(tǒng)L的焦點附近，且被配置在與攝像面Ni相隔規(guī)定的距離的位置。并且，在攝像元件N的攝像面Ni上，多個像素被配置為矩陣狀。如此配置的多個像素，可以區(qū)別為第一像素P1、第二像素P2、第三像素P3、以及第四像素P4。并且，在多個像素上設(shè)置有微透鏡Ms。并且，在第三光學元件K的攝像元件N側(cè)的面，形成有微透鏡陣列M4。該微透鏡陣列M4，相當于陣列狀光學元件。構(gòu)成微透鏡陣列M4的多個微透鏡(光學要素)各自被構(gòu)成為，與攝像面Ni上被配置為兩行兩列的矩陣狀的第一至第四像素Pl至P4的四個像素所組
成的組——對應。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，透過圖13示出的第一光學元件LI上的第一區(qū)域D1、第二區(qū)域D2、第三區(qū)域D3、以及第四區(qū)域D4的光束的大部分，分別到達攝像面Ni上的第一像素P1、第二像素P2、第三像素P3、以及第四像素P4。在此，信號處理部C，利用在多個第一像素Pl得到的多個第一像素值、在多個第二像素P2得到的多個第二像素值、在多個第三像素P3得到的多個第三像素值、以及在多個第四像素P4得到的多個第四像素值，生成被攝體信息。在本實施例中，信號處理部C，與實施例I同樣，將由第一像素值構(gòu)成的第一圖像II、由第二像素值構(gòu)成的第二圖像12、由第三像素值構(gòu)成的第三圖像13、以及由第四像素值構(gòu)成的第四圖像14，生成為被攝體信息。接著，作為被攝體信息的利用方法的一個例子，說明根據(jù)被攝體信息求出被攝體距離的方法。在該例子的情況下，第一區(qū)域D1、第二區(qū)域D2、第三區(qū)域D3、以及第四區(qū)域D4的結(jié)構(gòu)為，具有使透過的光線的合焦特性成為互不相同的光學特性。具體而言，例如，在第一區(qū)域Dl形成平面透鏡，在第二區(qū)域D2形成曲率半徑R2的球面透鏡，在第三區(qū)域D3形成曲率半徑R3的球面透鏡，在第四區(qū)域D4形成曲率半徑R4的球面透鏡(R2>R3>R4)。第二區(qū)域D2、第三區(qū)域D3以及第四區(qū)域D4的球面透鏡的光軸，與所述的透鏡光學系統(tǒng)L的光軸V一致。圖16是表示此時的被攝體距離和尖銳度的關(guān)系的圖表。在圖16的圖表中，特征Gl示出，僅利用第一像素Pl的像素值而生成的圖像的規(guī)定區(qū)域的尖銳度。并且，特征G2示出，僅利用第二像素P2的像素值而生成的圖像的規(guī)定區(qū)域的尖銳度。并且，特征G3示出，僅利用第三像素P3的像素值而生成的圖像的規(guī)定區(qū)域的尖銳度。并且，特征G4示出，僅利用第四像素P4的像素值而生成的圖像的規(guī)定區(qū)域的尖銳度。并且，范圍Z示出，特征G1、G2、G3以及G4的某個中尖銳度按照被攝體距離的變化而變化的區(qū)域。因此，在范圍Z中，能夠利用這樣的關(guān)系求出被攝體距離。例如，在范圍Z中，在特征Gl和G2間的尖銳度的比、在特征G2和G3間的尖銳度的比、以及在特征G3和G4間的尖銳度的比之中的至少一個，具有與被攝體距離的相關(guān)性。于是，若利用這樣的相關(guān)性，則能夠根據(jù)這樣的尖銳度的比，按圖像的每個規(guī)定區(qū)域求出被攝體距離。而且，對于在第一區(qū)域D1、第二區(qū)域D2、第三區(qū)域D3、以及第四區(qū)域D4之間不同的光學特性，不僅限于所述的例子。根據(jù)使哪些光學特性不同，被攝體信息的利用方法也不同。所述的被攝體距離的求出方法是，被攝體信息的利用方法的一個例子。例如，可以生成將第一圖像II、第二圖像12、第三圖像13、以及第四圖像14相加的加法圖像15。如此生成的加法圖像15為，景深比第一圖像II、第二圖像12、第三圖像13、以及第四圖像14各自深 的圖像。并且，利用加法圖像15的規(guī)定區(qū)域的尖銳度、與第一圖像II、第二圖像12、第三圖像13、以及第四圖像14的某個的規(guī)定區(qū)域的尖銳度的比，也可以按圖像的每個規(guī)定區(qū)域求出被攝體距離。而且，信號處理部C也可以，如上所述，利用被攝體信息生成被攝體距離或加法圖像15等。如上所述，根據(jù)本實施例的攝像裝置A，能夠利用單一的攝像光學系統(tǒng)，以一次的拍攝來生成四張圖像，并且，能夠提高設(shè)計的自由度，且抑制串擾。(實施例4)接著，說明本發(fā)明的實施例4。實施例4與其他的實施例不同，閃耀狀衍射光柵為兩層。以下，以與實施例I至3不同之處為中心進行說明，省略與實施例I至3同樣的內(nèi)容的詳細說明。圖17的(a)是實施例I的第三光學元件K的截面圖。在實施例I的第三光學元件K的攝像元件NI側(cè)的面，形成有斷面為圓弧狀的柱狀透鏡Ml，在透鏡光學系統(tǒng)L側(cè)(即，被攝體側(cè))的面，形成有閃耀狀衍射光柵M2。另一方面，圖17的(b)是本實施例的第三光學元件K的截面圖。在本實施例的第三光學元件K的透鏡光學系統(tǒng)L側(cè)的面形成的閃耀狀衍射光柵M2上，設(shè)置有覆蓋膜Mwf。也就是說，第三光學元件K，具有以覆蓋閃耀狀衍射光柵M2的方式而形成的覆蓋膜Mwf。在將閃耀狀衍射光柵M2的d線折射率設(shè)為nl、將覆蓋膜的d線折射率設(shè)為n2時，這些折射率被表示為波長λ的函數(shù)。具體而言，在可見光波段整體內(nèi)衍射級差的深度d'大致滿足以下的(式3)時，m階(或者，在使閃耀的傾斜方向成為左右相反時，一 m階)的衍射效率不依賴于波長而大致成為100%。而且，m表示衍射階數(shù)。d' =ηιλ / |nl—η2| (式 3)而且，大致滿足(式3)的情況包括，嚴格滿足(式3)的情況、和在可以視為實際上同一的范圍內(nèi)滿足(式3)的情況。圖18的(a)是，示出實施例I的閃耀狀衍射光柵M2的一階衍射效率和波長的關(guān)系的圖表。具體而言，圖18的(a)示出，針對垂直入射到閃耀狀衍射光柵M2的光線的一階衍射效率的波長依賴性。在圖18的(a)中，利用d線折射率I. 52、阿貝數(shù)為56的基材，以作為閃耀狀衍射光柵M2的基材。并且，閃耀狀衍射光柵M2的衍射級差的深度為I. 06 μ m。另一方面，圖18的(b)是,不出本實施例的閃耀狀衍射光柵M2的一階衍射效率和波長的關(guān)系的圖表。具體而言，圖18的(b)示出，針對垂直入射到閃耀狀衍射光柵M2的光線的一階衍射效率的波長依賴性。在圖18的(b)中，利用聚碳酸脂(d線折射率1.585，阿貝數(shù)28)，以作為閃耀狀衍射光柵M2的基材。并且，利用丙烯系的紫外線硬化樹脂中分散了粒徑為IOnm以下的氧化鋯的樹脂(d線折射率I. 623，阿貝數(shù)40)，以作為覆蓋膜Mwf。此時，(式3)的右邊，與波長無關(guān)而大致一定。而且，將閃耀狀衍射光柵M2的衍射級差的深度設(shè)為d' =15μπι。
如本實施例，通過以覆蓋被形成在第三光學兀件K的閃耀狀衍射光柵M2的方式來形成覆蓋膜Mwf，如圖18的(b)，在可見光波段整體內(nèi)能夠?qū)⒁浑A衍射效率提高到大致100%附近。并且，若d' =30 μ m，則在可見光波段整體內(nèi)也能夠?qū)⒍A衍射效率提高到大致100%附近。如上所述，根據(jù)本實施例的攝像裝置，通過以(式3)大致成立的方式，來由覆蓋膜Mwf覆蓋閃耀狀衍射光柵M2，在可見光波段整體內(nèi)能夠獲得高的衍射效率。而且，對于第三光學元件K以及覆蓋膜的材料的組合，不僅限于所述的材料，而可以組合各種玻璃、各種樹脂、或納米復合材料等。據(jù)此，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠拍攝光損失少、明亮的圖像的攝像裝置。(實施例5)接著，說明本發(fā)明的實施例5。本實施例5的攝像裝置，與實施例I至4的攝像裝置不同之處為，由閃耀狀衍射光柵、和柱狀透鏡或微透鏡陣列構(gòu)成的第三光學元件K與攝像元件N被形成為一體。以下，以與實施例I至4不同之處為中心進行說明，省略與實施例I至4同樣的內(nèi)容的詳細說明。圖19是實施例5的第三光學元件K和攝像元件N的放大截面圖。在本實施例中，形成有閃耀狀衍射光柵M2、柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)M5的第三光學元件K，經(jīng)由介質(zhì)Md，與攝像元件N成一體。在攝像面Ni，與實施例I等同樣，多個像素P被配置為矩陣狀。針對這樣的多個像素P，柱狀透鏡的一個光學要素、或微透鏡陣列的一個微透鏡對應。在圖19的(a)中，以柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)M5的各個光學要素向被攝體側(cè)成為凸的方式，使第三光學元件K與攝像元件N成一體。在這樣的情況下，第三光學元件K與攝像元件N之間的介質(zhì)Md，由折射率比第三光學元件K(閃耀狀衍射光柵M2與柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)Μ5之間的介質(zhì))高的材料構(gòu)成。例如，第三光學元件K由Si02構(gòu)成，介質(zhì)Md由SiN構(gòu)成即可。而且，如圖19的(b)示出，也可以以柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)M5的各個光學要素向被攝體側(cè)成為凹的方式，使第三光學元件K與攝像元件N成一體。在這樣的情況下，第三光學元件K與攝像元件N之間的介質(zhì)Md，由折射率比第三光學元件K (閃耀狀衍射光柵M2與柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)Md之間的介質(zhì))低的材料構(gòu)成。在本實施例中，與實施例I至4同樣，也能夠?qū)⑼高^第一光學元件LI上的不同區(qū)域的光束，分別引導到不同的像素。
接著，說明在攝像面Ni上配置微透鏡Ms的情況，以作為本實施例的變形例。圖20是實施例5的變形例的第三光學元件K和攝像元件N的放大截面圖。在變形例中，在攝像面Ni上，以覆蓋多個像素P的方式形成微透鏡Ms，在微透鏡Ms的上方，層疊介質(zhì)Md和第三光學元件K。在圖20的(a)中，以柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)M5的各個光學要素向被攝體側(cè)成為凹的方式，使第三光學元件K與攝像元件N成一體。在這樣的情況下，柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)M5與微透鏡Ms之間的介質(zhì)Md，由折射率比第三光學元件K(閃耀狀衍射光柵M2與柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)Μ5之間的介質(zhì))或微透鏡Ms低的材料構(gòu)成。例如，在微透鏡Ms由樹脂系的材料構(gòu)成的情況下，第三光學元件K以及介質(zhì)Md也由樹脂系的材料構(gòu) 成即可。而且，如圖20的(b)示出，也可以以柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)M5的各個光學要素向被攝體側(cè)成為凸的方式，使第三光學元件K與攝像元件N成一體。在這樣的情況下，由折射率按照第三光學元件K(閃耀狀衍射光柵M2與柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)Μ5之間的介質(zhì))、柱狀透鏡(或，微透鏡陣列)Μ5與微透鏡Ms之間的介質(zhì)Md、微透鏡Ms的順序變高的材料構(gòu)成各個部件。而且，通過在多個像素的上方設(shè)置微透鏡Ms，在本變形例中，與實施例5相比，更能夠提高聚光效率。而且，如實施例4示出，通過利用具有大致滿足(式3)的折射率的材料的組合來形成覆蓋第三光學元件K以及閃耀狀衍射光柵的覆蓋膜，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在可見光波段整體內(nèi)能夠拍攝光損失少、明亮的圖像的攝像裝置。如上所述，根據(jù)本實施例或其變形例的攝像裝置A，能夠使第三光學元件K與攝像元件N成一體。在像實施例I至4那樣第三光學元件K和攝像元件分離的情況下，難以實現(xiàn)第三光學元件K和攝像元件N的對位。另一方面，如本實施例或其變形例，通過將第三光學元件K與攝像元件N形成為一體，在晶片過程中能夠?qū)崿F(xiàn)第三光學元件K和攝像元件N的對位，因此，能夠使對位變得容易，對位的精度也提高。以上，對于本發(fā)明的實施方案之一涉及的攝像裝置A，根據(jù)實施例進行了說明，但是，本發(fā)明，不僅限于這樣的實施例。只要不脫離本發(fā)明的宗旨，對各本實施例施行本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的各種變形的形態(tài)、或組合不同的實施例中的構(gòu)成要素而構(gòu)成的形態(tài)，也包含在本發(fā)明的一個或多個實施方案的范圍內(nèi)。例如，在所述實施例I至5中，透鏡光學系統(tǒng)L為，像方非遠心光學系統(tǒng)，但是，也可以是像方遠心光學系統(tǒng)。在此情況下，攝像裝置A，進一步能夠抑制串擾。并且，在所述實施例I至5中，閃耀狀衍射光柵M2，被形成在第三光學元件K的被攝體側(cè)的面整體，但是，并不一定需要被形成在面整體。主光線CR的向第三光學元件K的被攝體側(cè)的面的入射角Φ，因從光軸V的距離H而變化，在一般的透鏡光學系統(tǒng)中，距離H越大，入射角Φ就越大。于是，閃耀狀衍射光柵M2，至少被形成在與光軸V相隔的位置(即，入射角Φ變大的位置)即可。也就是說，閃耀狀衍射光柵M2，并不一定需要被形成在光軸V附近。也就是說，如圖21示出，所述實施例I至5的閃耀狀衍射光柵M2也可以，僅被形成在與光軸V相隔規(guī)定的距離以上的區(qū)域(周邊部分)。據(jù)此，能夠使第三光學元件K的中心部分成平面，能夠使第三光學元件K的制造變得容易。并且，閃耀狀衍射光柵M2也可以被形成為，與角度Φ變大的周邊部分越接近，間距P就越小。據(jù)此，在入射角Φ變大的閃耀狀衍射光柵M2的周邊部分，能夠使0b變小。并且，閃耀狀衍射光柵M2也可以被形成為，與周邊部分越接近，衍射級差的深度d就越大。據(jù)此，由于能夠使閃耀狀衍射光柵M2的周邊部分的衍射階數(shù)m變大，因此能夠使Qb變得更小。并且，在所述實施例I至5中，以被形成在第一光學元件LI的多個區(qū)域具有互不相同的合焦特性的情況為中心進行了說明。然而，被形成在第一光學元件LI的多個區(qū)域，并不一定需要具有互不相同的合焦特性。例如，在第一光學元件LI，也可以被形成具有互不相同的光線透射率的多個區(qū)域。具體而言，也可以光線透射率互不相同的多個ND濾光片(中性密度濾光片)被配置在多個區(qū)域。在此情況下，攝像裝置A，以一次的拍攝能夠，從透過光線透射率高的區(qū)域的光線生成暗的被攝體的圖像，從透過光線透射率低的區(qū)域的光線生成明亮的被攝體的圖像。而且，攝像裝置A，通過合成如此生成的多個圖像，從而能夠生成具有寬的動態(tài)范圍的圖像。 并且，在第一光學元件LI也可以形成透射互不相同的波長帶寬的光線的多個區(qū)域。具體而言，也可以具有互不相同的透射波長帶寬的多個濾光片被配置在多個區(qū)域。在此情況下，例如，以一次的拍攝能夠生成可見光的彩色圖像、和近紅外的波長的圖像。作為一個例子，不進行白天和夜間的功能的切換等，而由一個攝像裝置能夠獲得白天拍攝的彩色圖像、和夜間拍攝的暗視圖像。并且，在所述實施例I至5中，在第三光學元件K，形成有閃耀狀衍射光柵，但是，也可以形成有相對于光軸V對稱的其他的衍射光柵。工業(yè)實用性本發(fā)明的實施方案之一涉及的攝像裝置，有用于數(shù)字靜態(tài)照相機或數(shù)字攝像機等。并且，也能夠應用于車載攝像機、安全攝像機、內(nèi)窺鏡或膠囊內(nèi)窺鏡等醫(yī)療用、生物識別用、顯微鏡用、或天文望遠鏡等的光譜圖像獲得用的攝像機。符號說明A攝像裝置L透鏡光學系統(tǒng)LI第一光學元件L2第二光學元件Dl第一區(qū)域D2第二區(qū)域D3第三區(qū)域D4第四區(qū)域S 光圈K第三光學元件N攝像元件Ni攝像面Ms微透鏡Ml、M3、M5 柱狀透鏡M2閃耀狀衍射光柵
M4微透鏡陣列Mwf覆蓋膜CR主光線H 距離P 像素Pl第一像素P2第二像素
·
P3第三像素P4第四像素C信號處理部
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，具備 透鏡光學系統(tǒng)，至少具有第一區(qū)域以及第二區(qū)域，該第一區(qū)域以及第二區(qū)域具有互不相同的光學特性； 攝像元件，至少具有多個第一像素和多個第二像素，透過所述透鏡光學系統(tǒng)的光入射到該多個第一像素和該多個第二像素； 陣列狀光學元件，該陣列狀光學元件被配置在所述透鏡光學系統(tǒng)與所述攝像元件之間，使透過所述第一區(qū)域的光入射到所述多個第一像素，使透過所述第二區(qū)域的光入射到所述多個第二像素； 信號處理部，利用在所述多個第一像素得到的多個第一像素值、以及在所述多個第二像素得到的多個第二像素值，生成被攝體信息；以及 衍射光學元件，該衍射光學元件被配置在所述陣列狀光學元件與所述透鏡光學系統(tǒng)之間，形成有相對于所述透鏡光學系統(tǒng)的光軸對稱的衍射光柵。
2.如權(quán)利要求I所述的攝像裝置， 所述透鏡光學系統(tǒng)具有，在包含所述光軸的區(qū)域形成有開口的光圈、以及被配置在所述光圈附近的至少具有所述第一區(qū)域以及所述第二區(qū)域的光學元件。
3.如權(quán)利要求I或2所述的攝像裝置， 所述衍射光柵，僅被形成在與所述光軸相隔規(guī)定的距離以上的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求I至3的任一項所述的攝像裝置， 所述多個第一像素與所述多個第二像素彼此相鄰。
5.如權(quán)利要求I至4的任一項所述的攝像裝置， 所述多個第一像素和所述多個第二像素相互交替地被排列。
6.如權(quán)利要求I至5的任一項所述的攝像裝置， 構(gòu)成所述陣列狀光學元件的各個光學要素，偏離于對應的所述第一像素以及所述第二像素的排列。
7.如權(quán)利要求I至6的任一項所述的攝像裝置， 所述透鏡光學系統(tǒng)是像方非遠心光學系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求I至7的任一項所述的攝像裝置， 所述多個第一像素以及所述多個第二像素被配置為，分別在橫方向上排列成一行， 所述多個第一像素和所述多個第二像素，在縱方向上交替地被配置。
9.如權(quán)利要求8所述的攝像裝置， 所述陣列狀光學元件是柱狀透鏡， 所述柱狀透鏡是，橫向細長的多個光學要素被配置在縱方向上而成的， 所述多個光學要素被配置為，每一個光學要素與由一行的所述多個第一像素和一行的所述多個第二像素構(gòu)成的兩行的像素對應。
10.如權(quán)利要求I至7的任一項所述的攝像裝置， 所述透鏡光學系統(tǒng)還具有第三區(qū)域以及第四區(qū)域， 所述第一區(qū)域、所述第二區(qū)域、所述第三區(qū)域以及所述第四區(qū)域的光學特性分別不同，所述攝像元件還具有多個第三像素和多個第四像素，透過所述透鏡光學系統(tǒng)的光入射到該多個第三像素和該多個第四像素，所述陣列狀光學元件，進一步，使透過所述第三區(qū)域的光入射到所述多個第三像素，使透過所述第四區(qū)域的光入射到所述多個第四像素， 所述信號處理部，利用所述多個第一像素值、所述多個第二像素值、在所述多個第三像素得到的多個第三像素值、以及在所述多個第四像素得到的多個第四像素值，生成所述被攝體信息。
11.如權(quán)利要求10所述的攝像裝置， 被配置為兩行兩列的矩陣狀的四個像素所組成的組排列有多個，該四個像素分別是所述多個第一像素中的一個像素、所述多個第二像素中的一個像素、所述多個第三像素中的一個像素、以及所述多個第四像素中的一個像素。
12.如權(quán)利要求11所述的攝像裝置， 所述陣列狀光學元件是微透鏡陣列， 所述微透鏡陣列由多個光學要素構(gòu)成， 所述多個光學要素被配置為，每一個光學要素與所述四個像素所組成的組對應。
13.如權(quán)利要求I至12的任一項所述的攝像裝置， 所述衍射光柵是閃耀狀衍射光柵。
14.如權(quán)利要求13所述的攝像裝置， 所述衍射光學元件具有以覆蓋所述閃耀狀衍射光柵的方式而被形成的覆蓋膜， 在將所述閃耀狀衍射光柵的d線折射率設(shè)為nl、將所述覆蓋膜的d線折射率設(shè)為n2、將m設(shè)為正的整數(shù)的情況下，所述閃耀狀衍射光柵的衍射級差的深度d'，在可見光波段整體內(nèi)大致滿足d' = mA / |nl —n2 |。
15.如權(quán)利要求I至14的任一項所述的攝像裝置， 所述衍射光學元件與所述陣列狀光學元件被形成為一體。
16.如權(quán)利要求I至15的任一項所述的攝像裝置， 所述陣列狀光學元件與所述攝像元件被形成為一體。
17.如權(quán)利要求16所述的攝像裝置， 所述攝影裝置還具備被設(shè)置在所述陣列狀光學元件與所述攝像元件之間的微透鏡， 所述陣列狀光學元件，經(jīng)由所述微透鏡，與所述攝像元件被形成為一體。
全文摘要
攝像裝置(A)具備透鏡光學系統(tǒng)(L)，包括具有互不相同的光學特性的第一區(qū)域(D1)以及第二區(qū)域(D2)；攝像元件(N)，具有多個第一像素(P1)和多個第二像素(P2)；陣列狀光學元件，被配置在透鏡光學系統(tǒng)(L)與攝像元件(N)之間，使透過第一區(qū)域(D1)的光入射到多個第一像素(P1)，使透過第二區(qū)域(D1)的光入射到多個第二像素(P2)；信號處理部(C)，利用多個第一像素(P1)以及多個第二像素(P2)的像素值生成被攝體信息；以及衍射光學元件，被配置在陣列狀光學元件與透鏡光學系統(tǒng)(L)之間，形成有相對于透鏡光學系統(tǒng)(L)的光軸(V)對稱的衍射光柵。
文檔編號H04N5/235GK102959939SQ20128000168
公開日2013年3月6日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
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