JP2012230341A - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡素な構成、構造を有し、１台の撮像装置によって被写体を立体画像として撮像し得る撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、第１偏光手段１３０；レンズ系２０；第２偏光手段１５０を有する撮像素子アレイ４０を具備し、第１偏光手段１３０は、第１の方向に沿って配列された第１領域１３１及び第２領域１３２を有し、第２偏光手段１５０は、第２の方向に沿って交互に配置された複数の第３領域１５１及び第４領域１５２を有し、第１領域１３１を通過した第１領域通過光は第３領域１５１を通過して撮像素子に到達し、第２領域１３２を通過した第２領域通過光は第４領域１５２を通過して撮像素子に到達し、以て、第１領域１３１の重心点ＢＣ1と第２領域１３２の重心点ＢＣ2との間の距離を両眼視差の基線長さとした立体画像を得るための画像を撮像する。
【選択図】図１

Description

本開示は、撮像装置及び撮像方法に関し、より具体的には、被写体を立体画像として撮像する撮像装置及び撮像方法に関する。
従来、共通の被写体を左右に配置した２台のビデオカメラによって同時に撮像し、得られた２種類の画像（右眼用画像及び左眼用画像）を同時に出力することによって立体画像を表示するシステムが提案されている。しかしながら、このような２台のビデオカメラを用いた場合、装置が大型化してしまい、実用的ではない。また、２台のビデオカメラの間の基線長（ベースライン）、即ち、立体カメラとしての両眼間距離は、レンズのズーム比に拘わらず、人間の両眼の距離に相当する６５ｍｍ程度とされることが多い。そして、このような場合、ズームアップされた画像においては両眼視差が大きくなってしまい、観察者の視覚系に日常と異なる情報処理を強制することになり、視覚疲労の原因となる。また、移動する被写体を２台のビデオカメラで撮像することは、２台のビデオカメラの精密な同期制御を必要とし、非常に困難であるし、輻輳角の正確な制御もまた、非常に困難である。
立体撮影を行うためのレンズ系の調整を容易にするために、互いに直交関係となるように偏光させる偏光フィルタを組み合わせることによって、光学系を共通化させる立体撮影装置が提案されている（例えば、特公平６−０５４９９１号公報参照）。
また、２つのレンズと１つの撮像手段から構成された撮像装置で立体撮影を行う方式が提案されている（例えば、特開２００４−３０９８６８参照）。この特許公開公報に開示された撮像装置は、
所定数の走査線の整数倍に相当する画素が撮像面に設けられた撮像手段と、
被写体からの第１の映像光における水平成分だけを透過する第１の水平成分偏光手段と、
上記第１の水平成分偏光手段とは所定距離だけ離隔された位置に配置され、上記被写体からの第２の映像光における垂直成分だけを透過する第１の垂直成分偏光手段、
とを具え、
上記第１の水平成分偏光手段により透過した上記水平成分を上記撮像面における所定範囲の画素に集光させ、
上記第１の垂直成分偏光手段によって透過された上記垂直成分を上記所定範囲を除く残余範囲の画素に集光させる。具体的には、ＣＣＤの撮像面に対して所定距離だけ離れた位置に、人間の視差に応じた間隔だけ離間して配置された水平成分偏光フィルタ及び垂直成分偏光フィルタが、２つのレンズと共に設けられている。
特公平６−０５４９９１号公報 特開２００４−３０９８６８
ところで、特公平６−０５４９９１号に開示された技術にあっては、２つの偏光フィルタの出力を重ねて光路を一系統とすることによって、レンズ系を共通化させている。しかしながら、後段で右眼用画像及び左眼用画像を抽出するために更に偏光フィルタを設け、光路自体を再度分けて別々の偏光フィルタに入光させなければならず、レンズ系において光の損失が発生し、また、装置の小型化が困難であるなどの問題がある。特開２００４−３０９８６８に開示された技術にあっては、レンズ及び偏光フィルタの組合せを２組、必要とし、装置の複雑化、大型化が免れない。また、これらの撮像装置を用いて、立体画像を撮影するだけでなく、通常の２次元画像を撮影することは、装置が複雑になり、現実的ではない。
従って、本開示の第１の目的は、簡素な構成、構造を有し、１台の撮像装置によって被写体を立体画像として撮像し得る撮像装置、及び、係る撮像装置を用いた撮像方法を提供することにある。また、本開示の第２の目的は、簡素な構成、構造を有し、通常の２次元画像を撮影し得る撮像装置を提供することにある。
上記の第１の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る撮像装置は、
（Ａ）被写体からの光を偏光させる第１偏光手段、
（Ｂ）第１偏光手段からの光を集光するレンズ系、並びに、
（Ｃ）第１の方向、及び、第１の方向と直交する第２の方向の２次元マトリクス状に撮像素子が配列されて成り、光入射側に第２偏光手段を有し、レンズ系によって集光された光を電気信号に変換する撮像素子アレイ、
を具備し、
第１偏光手段は、第１の方向に沿って配列された第１領域及び第２領域を有し、
第１領域を通過した第１領域通過光の偏光状態と、第２領域を通過した第２領域通過光の偏光状態とは異なり、
第２偏光手段は、第２の方向に沿って交互に配置され、第１の方向に延びる複数の第３領域及び第４領域を有し、
第３領域を通過した第３領域通過光の偏光状態と、第４領域を通過した第４領域通過光の偏光状態とは異なり、
第１領域通過光は第３領域を通過して撮像素子に到達し、第２領域通過光は第４領域を通過して撮像素子に到達し、以て、第１領域の重心点と第２領域の重心点との間の距離を両眼視差の基線長さとした立体画像を得るための画像を撮像する。
上記の第１の目的を達成するための本開示の撮像方法は、上記の本開示の第１の態様に係る撮像装置を用いた撮像方法であって、
第３領域を通過して撮像素子に到達した第１領域通過光によって、右眼用画像を得るための電気信号を撮像素子において生成し、
第４領域を通過して撮像素子に到達した第２領域通過光によって、左眼用画像を得るための電気信号を撮像素子において生成し、
これらの電気信号を出力する。尚、これらの電気信号を、同時に出力してもよいし、時系列に交互に出力してもよい。
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る撮像装置は、
（Ａ）四分の一波長板、
（Ｂ）四分の一波長板からの光を集光するレンズ系、並びに、
（Ｃ）第１の方向、及び、第１の方向と直交する第２の方向の２次元マトリクス状に撮像素子が配列されて成り、光入射側に偏光手段を有し、レンズ系によって集光された光を電気信号に変換する撮像素子アレイ、
を具備し、
偏光手段は、第２の方向に沿って交互に配置され、第１の方向に延びる複数の第１領域及び第２領域を有し、
第１領域を通過した第１領域通過光の偏光状態と、第２領域を通過した第２領域通過光の偏光状態とは異なり、
四分の一波長板の速軸は、第１領域通過光の電場の向きと所定の角度を成す。
尚、本開示の第２の態様に係る撮像装置における第１領域は、実質的に、本開示の第１の態様に係る撮像装置における第３領域に相当し、本開示の第２の態様に係る撮像装置における第２領域は、実質的に、本開示の第１の態様に係る撮像装置における第４領域に相当する。ここで、本開示の第２の態様に係る撮像装置における第１領域と、本開示の第１の態様に係る撮像装置における第１との間に混乱を招かないように、便宜上、本開示の第２の態様に係る撮像装置における第１領域を『第５領域』と呼び、本開示の第２の態様に係る撮像装置における第２領域と、本開示の第１の態様に係る撮像装置における第２との間に混乱を招かないように、便宜上、本開示の第２の態様に係る撮像装置における第２領域を『第６領域』と呼ぶ。また、第５領域を通過した光を『第５領域通過光』と呼び、第６領域を通過した光を『第６領域通過光』と呼ぶ。
本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは撮像方法においては、１組の第１偏光手段及び第２偏光手段並びに１つのレンズ系から撮像装置が構成されているので、単眼で、簡素な構成、構造を有する、小型の撮像装置を提供することができる。また、レンズ及び偏光フィルタの組合せを２組、必要としないので、ズーム、絞り部、フォーカス、輻輳角等にズレや差異が生じることもない。しかも、両眼視差の基線長さが比較的短いので、自然な立体感を得ることができる。更には、第１偏光手段の脱着によって、容易に、２次元画像及び３次元画像を得ることができる。また、本開示の第２の態様に係る撮像装置においては、通常の２次元画像を、簡素な構成、構造を有する撮像装置により撮像することができるし、本開示の第２の態様に係る撮像装置を本開示の第１の態様に係る撮像装置に容易に組み込むことができ、立体画像を撮影するだけでなく、通常の２次元画像を、容易に、高画質にて撮影することが可能となる。
図１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実施例１の撮像装置の概念図、第１偏光手段及び第２偏光手段における偏光の状態を模式的に示す図である。 図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の撮像装置において、第１偏光手段における第１領域及び第２偏光手段における第３領域を通過し、撮像素子アレイに到達する光の概念図、及び、第１偏光手段における第２領域及び第２偏光手段における第４領域を通過し、撮像素子アレイに到達する光の概念図であり、図２の（Ｃ）及び（Ｄ）は、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に示した光によって撮像素子アレイに結像した画像を模式的に示す図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の撮像装置における撮像素子の模式的な一部断面図、及び、ワイヤグリッド偏光子の配列状態を模式的に示す図である。 図４は、実施例１の撮像装置におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図である。 図５は、撮像素子から得られた電気信号に対するデモザイク処理を行い、信号値を得る画像処理を説明するためのベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図である。 図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例２の撮像装置に備えられた第１偏光手段及び第２偏光手段における偏光の状態を模式的に示す図である。 図７は、実施例２の撮像装置におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図である。 図８の（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例３の撮像装置に備えられた第１偏光手段の模式図である。 図９は、実施例４の撮像装置の概念図である。 図１０の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実施例５の撮像装置の概念図、第１偏光手段及び第２偏光手段における偏光の状態を模式的に示す図である。 図１１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実施例１、実施例４及び実施例５の撮像装置において得られた左眼用画像及び右眼用画像の写真に代わる図である。 図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６において、消光比と視差の関係を調べた結果を示す左眼用画像及び右眼用画像の写真に代わる図である。 図１３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実施例７において、ワイヤグリッド偏光子を構成するワイヤのピッチと入射光の波長と消光比の関係、ワイヤグリッド偏光子を構成するワイヤの高さと入射光の波長と消光比の関係、ワイヤグリッド偏光子を構成するワイヤの（幅／ピッチ）と入射光の波長と消光比の関係を求めた結果を示すグラフである。 図１４は、実施例７において、ワイヤグリッド偏光子を構成する２本のワイヤの長さと入射光の波長と消光比の関係を求めた結果を示すグラフである。 図１５は、実施例８の撮像装置におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図である。 図１６は、実施例８の撮像装置の変形例１におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図である。 図１７は、実施例８の撮像装置の変形例２におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図である。 図１８は、実施例８の撮像装置の変形例３におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図である。 図１９は、実施例８の撮像装置の変形例４におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図である。 図２０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、それぞれ、実施例９の撮像装置の概念図、四分の一波長板の概念図、第１偏光手段における偏光の状態を模式的に示す図、及び、偏光手段（第２偏光手段）における偏光の状態を模式的に示す図である。 図２１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実施例９の撮像装置における四分の一波長板の概念図、第１偏光手段における偏光の状態を模式的に示す図、偏光手段（第２偏光手段）における偏光の状態を模式的に示す図であり、図２１の（Ｄ）及び（Ｅ）は、実施例１０の撮像装置における四分の一波長板の概念図である。 図２２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１１及び実施例１２におけるレンズ系等の模式的な一部断面図である。 図２３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、撮像素子の変形例の模式的な一部断面図である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置及び撮像方法、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様に係る撮像装置及び撮像方法）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（実施例１の別の変形）
６．実施例５（実施例１の別の変形）
７．実施例６（実施例１の別の変形）
８．実施例７（実施例１の別の変形）
９．実施例８（実施例１の別の変形）
１０．実施例９（本開示の第２の態様に係る撮像装置及び実施例１の別の変形）
１１．実施例１０（実施例９の変形）
１２．実施例１１（実施例１〜実施例１０の変形）
１３．実施例１２（実施例１１の変形）、その他
［本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置及び撮像方法、全般に関する説明］
本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは本開示の撮像方法での使用に適した撮像装置において、第１偏光手段はレンズ系の絞り部近傍に配置されている形態とすることが好ましい。あるいは又、レンズ系に入射した光が、一旦、平行光とされ、最終的に撮像素子上に集光（結像）されるとき、平行光の状態にあるレンズ系の部分に第１偏光手段を配置する形態とすることが好ましい。これらの形態にあっては、一般に、レンズ系の光学系を新たに設計し直す必要はなく、既存のレンズ系に第１偏光手段を、固定して、あるいは又、脱着自在に取り付けられるように、機械的（物理的）な設計変更を施せばよい。尚、レンズ系に第１偏光手段を脱着自在に取り付けるには、例えば、第１偏光手段をレンズの絞り羽根に類似した構成、構造とし、レンズ系内に配置すればよい。あるいは又、レンズ系において、第１偏光手段と開口部とが併設された部材を、レンズ系の光軸と平行な回動軸を中心として回動可能にこの回動軸に取り付け、係る部材を回動軸を中心として回動させることで、レンズ系を通過する光線が開口部を通過し、あるいは、第１偏光手段を通過する構成、構造を挙げることができる。あるいは又、レンズ系において、第１偏光手段と開口部とが併設された部材を、例えばレンズ系の光軸と直交する方向に滑動自在にレンズ系に取り付け、係る部材を滑動させることで、レンズ系を通過する光線が開口部を通過し、あるいは、第１偏光手段を通過する構成、構造を挙げることができ、この場合、第１偏光手段と開口部とが併設された部材は、１つの部材から構成されていてもよいし、複数の部材片から構成されていてもよい。
あるいは又、レンズ系を、１つの単焦点レンズ、及び、単焦点レンズの前面あるいは前方（物体側）に配置された絞り部から構成し、即ち、前絞り型の単焦点レンズから構成し、第１偏光手段はレンズ系の絞り部近傍に配置されている形態とすることが好ましい。そして、第１偏光手段は、レンズ系に脱着自在に取り付けられていることが望ましい。また、１つの単焦点レンズは、例えば、撮像レンズ群から成る構成とすることができるし、１つの単焦点レンズは、全体として撮像素子アレイに対して前後に移動可能であり、これによってオートフォーカス機能を発現するものであることが望ましい。更には、第１偏光手段と１つの単焦点レンズとの間の最短距離は０．６ｍｍ以下、好ましくは、０．０５ｍｍ乃至０．６ｍｍであることが望ましい。
上記の好ましい形態を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは本開示の撮像方法での使用に適した撮像装置にあっては、第１偏光手段において、第１領域と第２領域との間に中央領域が設けられており、中央領域を通過した中央領域通過光の偏光状態は、中央領域入射前と変化しない形態とすることができる。即ち、中央領域は、偏光に関して素通し状態とすることができる。第１偏光手段の中央領域にあっては、光強度が強いが、視差量は少ない。従って、このような形態とすることで、撮像素子アレイが受ける光強度を大きくしながら、十分な長さの両眼視差の基線長さを確保することが可能となる。第１偏光手段の外形形状を円形としたとき、中央領域を円形とし、第１領域及び第２領域を、中央領域を囲む中心角１８０度の扇形とすることができるし、中央領域を正方形や菱形とし、第１領域及び第２領域を、中央領域を囲む中心角１８０度の扇形に類似した形状とすることができる。あるいは又、第１領域、中央領域及び第２領域を、第２の方向に沿って延びる帯状の形状とすることができる。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは本開示の撮像方法での使用に適した撮像装置（以下、これらの撮像装置を、『本開示の第１の態様に係る撮像装置等』と呼ぶ場合がある）において、第１領域及び第２領域は偏光子から成り、第１領域通過光の電場の向きと第２領域通過光の電場の向きとは直交している構成とすることができる。そして、このような構成を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、第１領域通過光の電場の向きは第１の方向と平行である構成とすることができるし、あるいは又、第１領域通過光の電場の向きは第１の方向と４５度の角度を成す構成とすることができる。更には、これらの構成の任意の組合せを含む本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、第１領域通過光の電場の向きと第３領域通過光の電場の向きとは平行であり、第２領域通過光の電場の向きと第４領域通過光の電場の向きとは平行である構成とすることができる。更には、これらの構成の任意の組合せを含む本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、偏光子の消光比は、３以上、好ましくは１０以上であることが望ましい。
ここで、『偏光子』とは、自然光（非偏光）や円偏光から直線偏光を作り出すものを指し、第１領域及び第２領域を構成する偏光子、それ自体は、周知の構成、構造の偏光子（偏光板）とすればよい。また、例えば、第１領域通過光及び第２領域通過光の一方の偏光成分を主としてＳ波（ＴＥ波）とし、第１領域通過光及び第２領域通過光の他方の偏光成分を主としてＰ波（ＴＭ波）とすればよい。第１領域通過光及び第２領域通過光の偏光状態は、直線偏光であってもよいし、円偏光（但し、回転方向が相互に逆の関係にある）であってもよい。一般に、振動方向が或る特定の向きだけの横波を偏光した波と呼び、この振動方向を偏光方向あるいは偏光軸と呼ぶ。光の電場の向きは偏光方向と一致する。消光比とは、第１領域通過光の電場の向きが第１の方向と平行である構成とする場合、第１領域にあっては、第１領域を通過する光に含まれる、電場の向きが第１の方向である光の成分と電場の向きが第２の方向である光の成分の割合であり、第２領域にあっては、第２領域を通過する光に含まれる、電場の向きが第２の方向である光の成分と電場の向きが第１の方向である光の成分の割合である。また、第１領域通過光の電場の向きが第１の方向と４５度の角度を成す構成とする場合、第１領域にあっては、第１領域を通過する光に含まれる、電場の向きが第１の方向と４５度の角度を成す光の成分と１３５度の角度を成す光の成分の割合であり、第２領域にあっては、第２領域を通過する光に含まれる、電場の向きが第１の方向と１３５度の角度を成す光の成分と４５度の角度を成す光の成分の割合である。あるいは又、例えば、第１領域通過光の偏光成分が主としてＰ波であり、第２領域通過光の偏光成分が主としてＳ波である場合、第１領域にあっては、第１領域通過光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分の割合であり、第２領域にあっては、第２領域通過光に含まれるＳ偏光成分とＰ偏光成分の割合である。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、撮像素子は、光電変換素子、並びに、その上あるいは上方に、カラーフィルタ、オンチップレンズ、及び、ワイヤグリッド偏光子が積層されて成り、ワイヤグリッド偏光子が第３領域又は第４領域を構成する形態とすることができる。あるいは又、撮像素子は、光電変換素子、並びに、その上あるいは上方に、ワイヤグリッド偏光子、カラーフィルタ、及び、オンチップレンズが積層されて成り、ワイヤグリッド偏光子が第３領域又は第４領域を構成する形態とすることができる。あるいは又、撮像素子は、光電変換素子、並びに、その上あるいは上方に、オンチップレンズ、カラーフィルタ、及び、ワイヤグリッド偏光子が積層されて成り、ワイヤグリッド偏光子が第３領域又は第４領域を構成する形態とすることができる。但し、オンチップレンズ、カラーフィルタ、及び、ワイヤグリッド偏光子の積層順は、適宜、変更することができる。そして、これらの形態にあっては、第１領域通過光の電場の向きが第１の方向と平行である構成とする場合、ワイヤグリッド偏光子を構成する複数のワイヤの延びる方向は、第１の方向あるいは第２の方向と平行である形態とすることができる。具体的には、第３領域を構成するワイヤグリッド偏光子にあっては、ワイヤの延びる方向は第２の方向と平行であり、第４領域を構成するワイヤグリッド偏光子にあっては、ワイヤの延びる方向は第１の方向と平行である。あるいは又、これらの形態にあっては、第１領域通過光の電場の向きが第１の方向と４５度の角度を成す構成とする場合、ワイヤグリッド偏光子を構成する複数のワイヤの延びる方向は、第１の方向あるいは第２の方向と４５度を成す形態とすることができる。具体的には、第３領域を構成するワイヤグリッド偏光子にあっては、ワイヤの延びる方向は第１の方向と１３５度の角度を成し、第４領域を構成するワイヤグリッド偏光子にあっては、ワイヤの延びる方向は第１の方向と４５度の角度を成す。ワイヤの延びる方向がワイヤグリッド偏光子における光吸収軸となり、ワイヤの延びる方向と直交する方向がワイヤグリッド偏光子における光透過軸となる。以上の説明は、基本的に、本開示の第２の態様に係る撮像装置に対しても適用することができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、所謂視野闘争の発生を回避するために、第１偏光手段の光入射側には、四分の一波長板（λ／４波長板）が配置されていることが望ましい。四分の一波長板を、常時、配置してもよいし、所望に応じて配置してもよい。具体的には、四分の一波長板を、レンズ系に設けられたフィルタ取付部に着脱自在に取り付ければよい。ここで、視野闘争とは、例えば、Ｐ波成分は反射するがＳ波成分は吸収する水面や窓等の被写体を撮像するとき、Ｐ波成分から得られた画像とＳ波成分から得られた画像を両眼へ提示したとき、融像が起こらず、一方の画像だけが優越して交互に見えたり、重なった領域で互いに抑制しあったりする現象を指す。四分の一波長板を通過した光は偏光方向が揃った状態となり、このような光が第１領域及び第３領域を通過して撮像素子アレイに到達して得られた画像と、第２領域及び第４領域を通過して撮像素子アレイに到達して得られた画像との間であって、Ｐ波成分は反射するがＳ波成分は吸収する被写体の部分の画像の間に、大きな相違が生じなくなり、視野闘争の発生を回避することができる。尚、四分の一波長板速軸は、第１領域通過光の電場の向きと４５度の角度あるいは４５度±１０度の角度を成すことが好ましい。
あるいは又、上述したように、第１領域及び第２領域は偏光子から成り、第１領域通過光の電場の向きと第２領域通過光の電場の向きとは直交しており、第１領域通過光の電場の向きは第１の方向と平行である構成、あるいは又、第１領域通過光の電場の向きは第１の方向と４５度の角度を成す構成にあっては、
第１偏光手段の光入射側には、四分の一波長板が配置されており、
四分の一波長板の速軸は、第１領域通過光の電場の向きと所定の角度を成す形態とすることができるし、あるいは又、
四分の一波長板は、第２の方向に沿って配列された第１の四分の一波長板及び第２の四分の一波長板から成り、
第１の四分の一波長板の速軸は、第１領域通過光の電場の向きと所定の角度を成し、
第２の四分の一波長板の速軸は、第１の四分の一波長板の速軸と直交している（云い換えれば、第１の四分の一波長板の遅軸と平行である）形態とすることができ、これらの形態において、所定の角度は４５度あるいは４５度±１０度である形態とすることができ、更には、これらの形態にあっては、
第１領域通過光の電場の向きと第３領域通過光の電場の向きとは平行であり、
第２領域通過光の電場の向きと第４領域通過光の電場の向きとは平行である形態とすることができる。更には、これらの形態において、
第１偏光手段はレンズ系に脱着自在に取り付けられており、
四分の一波長板はレンズ系に脱着自在に取り付けられている形態とすることができる。そして、更には、これらの形態において、四分の一波長板は第１偏光手段に隣接して、例えば第１偏光手段の光入射側に配設されている形態とすることができる。
また、本開示の第２の態様に係る撮像装置にあっても、
四分の一波長板は、第２の方向に沿って配列された第１の四分の一波長板及び第２の四分の一波長板から成り、
第１の四分の一波長板の速軸は、第５領域通過光の電場の向きと所定の角度を成し、
第２の四分の一波長板の速軸は、第１の四分の一波長板の速軸と直交している（云い換えれば、第１の四分の一波長板の遅軸と平行である）形態とすることができる。そして、このような形態を含む本開示の第２の態様に係る撮像装置において、所定の角度は４５度あるいは４５度±１０度である形態とすることができ、更には、これらの形態を含む本開示の第２の態様に係る撮像装置にあっては、第５領域通過光の電場の向きと第６領域通過光の電場の向きとは直交している形態とすることができ、この場合、第５領域通過光の電場の向きは第１の方向と平行である形態とすることができるし、あるいは又、第５領域通過光の電場の向きは第１の方向と４５度の角度を成す形態とすることができる。更には、これらの形態を含む本開示の第２の態様に係る撮像装置において、四分の一波長板はレンズ系に脱着自在に取り付けられている形態とすることができる。
尚、四分の一波長板をレンズ系に脱着自在に取り付けるには、例えば、四分の一波長板をレンズの絞り羽根に類似した構成、構造とし、レンズ系内に配置すればよい。あるいは又、レンズ系において、四分の一波長板と開口部とが併設された部材を、レンズ系の光軸と平行な回動軸を中心として回動可能にこの回動軸に取り付け、係る部材を回動軸を中心として回動させることで、レンズ系を通過する光線が開口部を通過し、あるいは、四分の一波長板を通過する構成、構造を挙げることができる。あるいは又、レンズ系において、四分の一波長板と開口部とが併設された部材を、例えばレンズ系の光軸と直交する方向に滑動自在にレンズ系に取り付け、係る部材を滑動させることで、レンズ系を通過する光線が開口部を通過し、あるいは、四分の一波長板を通過する構成、構造を挙げることができる。尚、この場合、四分の一波長板を複数の部材から構成し、各部材をレンズ系の光軸と直交する方向に滑動自在とする構成を採用してもよい。
あるいは又、本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、所謂視野闘争の発生を回避するために、
第１偏光手段の光入射側には、α度の偏光軸を有する偏光板が配置されており、
第１領域は第１波長板から成り、第２領域は第２波長板から成り、
第１領域通過光の電場の向きと第２領域通過光の電場の向きとは直交している構成とすることができる。そして、この場合、具体的には、
αの値は４５度であり、
第１波長板は半波長板（＋λ／２波長板）から成り、
第２波長板は、第１波長板を構成する半波長板とは位相差の異なる半波長板（−λ／２波長板）から成る構成とすることができる。尚、この場合、α度の偏光軸を有する偏光板はレンズ系に固定しておく。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、撮像素子アレイはベイヤ配列を有し、１画素は４つの撮像素子から構成されており、１画素に対して、１つの第３領域及び／又は第４領域が配されている形態とすることができる。また、このような形態を含む以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、第２の方向に沿ってＮ個の画素（但し、例えば、Ｎ＝２nであり、ｎは１乃至５の自然数）に対して１つの第３領域及び１つの第４領域を配する形態とすることもできる。但し、撮像素子アレイの配列は、ベイヤ配列に限定されず、その他、インターライン配列、ＧストライプＲＢ市松配列、ＧストライプＲＢ完全市松配列、市松補色配列、ストライプ配列、斜めストライプ配列、原色色差配列、フィールド色差順次配列、フレーム色差順次配列、ＭＯＳ型配列、改良ＭＯＳ型配列、フレームインターリーブ配列、フィールドインターリーブ配列を挙げることができる。以上の説明は、基本的に、本開示の第２の態様に係る撮像装置に対しても適用することができる。
また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置を用いた本開示の撮像方法においては、第２の方向に沿ってＮ個の画素（但し、例えば、Ｎ＝２nであり、ｎは１乃至５の自然数）に対して１つの第３領域及び１つの第４領域を配する構成とすることができ、この場合、第３領域を通過した第１領域通過光によって得られる電気信号及び第４領域を通過した第２領域通過光によって得られる電気信号から生成されたデプスマップ（奥行き情報）、並びに、撮像素子アレイを構成する全撮像素子からの電気信号に基づき、右眼用画像を得るための画像データ（右眼用画像データ）、及び、左眼用画像を得るための画像データ（左眼用画像データ）を得る構成とすることができる。以上の説明は、基本的に、本開示の第２の態様に係る撮像装置に対しても適用することができる。
あるいは又、撮像素子アレイの配列をベイヤ配列としたとき、赤色を受光する赤色撮像素子及び青色を受光する青色撮像素子には第３領域及び第４領域を配置せず、緑色を受光する２つの緑色撮像素子の一方に第３領域を配し、他方に第４領域を配してもよい。あるいは又、撮像素子アレイの配列をベイヤ配列としたとき、赤色を受光する１つ赤色撮像素子、青色を受光する１つの青色撮像素子、及び、緑色を受光する２つの緑色撮像素子の内の第１の方向に隣接する２つの撮像素子（例えば、赤色を受光する赤色撮像素子及び緑色を受光する一方の緑色撮像素子）には第３領域あるいは第４領域を配し、残りの２つの撮像素子（例えば、青色を受光する青色撮像素子及び緑色を受光する他方の緑色撮像素子）には第４領域あるいは第３領域を配してもよい。あるいは又、撮像素子アレイの配列をベイヤ配列としたとき、赤色を受光する１つ赤色撮像素子、青色を受光する１つの青色撮像素子、及び、緑色を受光する２つの緑色撮像素子の内のいずれか１つの撮像素子（例えば、赤色を受光する１つ赤色撮像素子あるいは青色を受光する１つの青色撮像素子）には第３領域あるいは第４領域を配し、この撮像素子に第２の方向に隣接する撮像素子（例えば、緑色撮像素子）には第４領域あるいは第３領域を配してもよい。尚、これらの場合にも、第２の方向に沿ってＮ個の画素に対して１つの第３領域及び１つの第４領域を配する構成とすることができるし、第１の方向に沿ってＭ個の画素に対して１つの第３領域あるいは１つの第４領域を配する構成とすることができる。以上の説明は、基本的に、本開示の第２の態様に係る撮像装置に対しても適用することができる。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置あるいは本開示の撮像方法（以下、これらを総称して、単に、『本開示』と呼ぶ場合がある）において、第１の方向を水平方向、第２の方向を垂直方向とすることができる。第１の方向に沿った第３領域及び第４領域（本開示の第１の態様に係る撮像装置等）あるいは第５領域及び第６領域（本開示の第２の態様に係る撮像装置）の単位長さは、例えば、撮像素子の第１の方向に沿った長さと等しくすればよく（第１領域通過光の電場の向きが第１の方向と平行である場合）、あるいは又、１撮像素子分の長さと等しくすればよい（第１領域通過光の電場の向きが第１の方向と４５度の角度を成す場合）。レンズ系は、単焦点レンズとしてもよいし、所謂ズームレンズとしてもよく、レンズやレンズ系の構成、構造は、レンズ系に要求される仕様に基づき決定すればよい。撮像素子として、ＣＣＤセンサー、ＣＭＯＳセンサー、ＣＭＤ（Charge Modulation Device）型の信号増幅型イメージセンサーを挙げることができる。また、撮像装置として、表面照射型の固体撮像装置あるいは裏面照射型の固体撮像装置を挙げることができる。更には、第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置から、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、カムコーダ、所謂カメラ付きの携帯電話を構成することができる。
第３領域及び第４領域（本開示の第１の態様に係る撮像装置等）あるいは第５領域及び第６領域（本開示の第２の態様に係る撮像装置）をワイヤグリッド偏光子から構成する場合、
ワイヤグリッド偏光子を構成するワイヤは、限定するものではないが、アルミニウム（Ａｌ）あるいはアルミニウム合金から成り、
ワイヤの幅とワイヤのピッチとの比［（ワイヤの幅）／（ワイヤのピッチ）］の値は０．３３以上であり、
ワイヤの高さは５×１０-8ｍ以上であり、
ワイヤは１０本以上である構成とすることが好ましい。
本開示の第１の態様に係る撮像装置等において、第１領域の重心点とは、第１領域の外形形状に基づき求められた重心点を指し、第２領域の重心点とは、第２領域の外形形状に基づき求められた重心点を指す。第１偏光手段の外形形状（入射瞳径）を半径ｒの円形とし、第１領域及び第２領域を、それぞれ、第１偏光手段の半分を占める半月状としたとき、第１領域の重心点と第２領域の重心点との間の距離は、簡単な計算から、［（８ｒ）／（３π）］で求めることができる。
実施例１は、本開示の第１の態様に係る撮像装置及び撮像方法に関し、より具体的には、被写体を立体画像として撮像する撮像装置及び撮像方法に関する。
実施例１の撮像装置の概念図を図１の（Ａ）に示し、第１偏光手段及び第２偏光手段における偏光の状態を模式的に図１の（Ｂ）及び（Ｃ）に示し、レンズ系、第１偏光手段における第１領域及び第２偏光手段における第３領域を通過し、撮像素子アレイに到達する光の概念図を図２の（Ａ）に示し、第１偏光手段における第２領域及び第２偏光手段における第４領域を通過し、撮像素子アレイに到達する光の概念図を図２の（Ｂ）に示し、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に示した光によって撮像素子アレイに結像した画像を模式的に図２の（Ｃ）及び（Ｄ）に示す。尚、以下の説明において、光の進行方向をＺ軸方向、第１の方向を水平方向（Ｘ軸方向）、第２の方向を垂直方向（Ｙ軸方向）とする。
実施例１、あるいは、後述する実施例２〜実施例１０の撮像装置は、
（Ａ）被写体からの光を偏光させる第１偏光手段１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０、
（Ｂ）第１偏光手段１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０からの光を集光するレンズ系２０、並びに、
（Ｃ）第１の方向（水平方向、Ｘ軸方向）、及び、第１の方向と直交する第２の方向（垂直方向、Ｙ軸方向）の２次元マトリクス状に撮像素子４１が配列されて成り、光入射側に第２偏光手段１５０，２５０を有し、レンズ系２０によって集光された光を電気信号に変換する撮像素子アレイ４０、
を具備している。
そして、実施例１、あるいは、後述する実施例２〜実施例１０の撮像装置において、
第１偏光手段１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０は、第１の方向（水平方向、Ｘ軸方向）に沿って配列された第１領域１３１，２３１，３３１，５３１，９３１及び第２領域１３２，２３２，３３２，５３２，９３２を有し、
第１領域１３１，２３１，３３１，５３１，９３１を通過した第１領域通過光Ｌ1の偏光状態と、第２領域１３２，２３２，３３２，５３２，９３２を通過した第２領域通過光Ｌ2の偏光状態とは異なり、
第２偏光手段１５０，２５０は、第２の方向（垂直方向、Ｙ軸方向）に沿って交互に配置され、第１の方向（水平方向、Ｘ軸方向）に延びる複数の第３領域１５１，２５１及び第４領域１５２，２５２を有し、
第３領域１５１，２５１を通過した第３領域通過光Ｌ3の偏光状態と、第４領域１５２，２５２を通過した第４領域通過光Ｌ4の偏光状態とは異なり、
第１領域通過光Ｌ1は第３領域１５１，２５１を通過して撮像素子４１に到達し、第２領域通過光Ｌ2は第４領域１５２，２５２を通過して撮像素子４１に到達し、以て、第１領域１３１，２３１，３３１，５３１，９３１の重心点ＢＣ1と第２領域１３２，２３２，３３２，５３２，９３２の重心点ＢＣ2との間の距離を両眼視差の基線長さとした立体画像を得るための画像を撮像する。
ここで、実施例１、あるいは、後述する実施例２〜実施例１０の撮像装置において、レンズ系２０は、例えば、撮影レンズ２１、絞り部２２及び結像レンズ２３を備えており、ズームレンズとして機能する。撮影レンズ２１は、被写体からの入射光を集光するためのレンズである。撮影レンズ２１は、焦点を合わせるためのフォーカスレンズや、被写体を拡大するためのズームレンズ等を含み、一般に、色収差等を補正するために複数枚のレンズの組合せによって実現されている。絞り部２２は、集光された光の量を調整するために絞り込む機能を有するものであり、一般に、複数枚の板状の羽根を組み合わせて構成されている。少なくとも絞り部２２の位置において、被写体の１点からの光は平行光となる。結像レンズ２３は、第１偏光手段１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０を通過した光を撮像素子アレイ４０上に結像する。撮像素子アレイ４０は、カメラ本体部１１の内部に配置されている。以上の構成において、入射瞳は、結像レンズ２３よりもカメラ本体部側に位置する。撮像装置から、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、カムコーダが構成される。
カメラ本体部１１は、撮像素子アレイ４０の他に、例えば、画像処理手段１２及び画像記憶部１３を備えている。そして、撮像素子アレイ４０によって変換された電気信号に基づき右眼用画像データ及び左眼用画像データが形成される。撮像素子アレイ４０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサー等によって実現される。画像処理手段１２は、撮像素子アレイ４０から出力された電気信号を、右眼用画像データ及び左眼用画像データに変換して、画像記憶部１３に記録する。
第１偏光手段１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０は、レンズ系２０の絞り部２２の近傍に配置されている。具体的には、第１偏光手段１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０は、絞り部２２の作動に支障を来さない限り、出来るだけ絞り部２２に近い位置に配置されている。尚、第１偏光手段１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０は、上述したとおり、レンズ系２０に入射した光が、一旦、平行光とされ、最終的に撮像素子４１上に集光（結像）されるとき、平行光の状態にあるレンズ系２０の部分に配置されている。
実施例１の撮像装置１１０において、第１偏光手段１３０は第１領域１３１及び第２領域１３２から構成されている。具体的には、第１偏光手段１３０の外形形状は円形であり、第１領域１３１及び第２領域１３２は、それぞれ、第１偏光手段１３０の半分を占める半月状の外形形状を有する。第１領域１３１と第２領域１３２との境界線は、第２の方向に沿って延びている。２つの偏光フィルタの組合せから成る第１偏光手段１３０は、入射した光を２つの異なる偏光状態に分離する。第１偏光手段１３０は、上述したとおり、左右対称の偏光子から構成されており、カメラの正立状態に対する左右２つの位置において、互いに直交する直線方向の偏光、又は、互いに逆方向となる回転方向の偏光を生成する。第１領域１３１は、被写体を右眼で見るであろう像（右眼が受けるであろう光）に対して偏光を施すフィルタである。一方、第２領域１３２は、被写体を左眼で見るであろう像（左眼が受けるであろう光）に対して偏光を施すフィルタである。
ここで、実施例１の撮像装置１１０において、第１領域１３１及び第２領域１３２は偏光子から成る。そして、第１領域通過光Ｌ1の電場の向き（白抜きの矢印で示す）と第２領域通過光Ｌ2の電場の向き（白抜きの矢印で示す）とは直交している（図１の（Ｂ）参照）。ここで、実施例１において、第１領域通過光Ｌ1の電場の向きは第１の方向と平行である。具体的には、例えば、第１領域通過光Ｌ1は主としてＰ波（ＴＭ波）を偏光成分として有し、第２領域通過光Ｌ2は主としてＳ波（ＴＥ波）を偏光成分として有する。更には、第１領域通過光Ｌ1の電場の向きと第３領域通過光Ｌ3の電場の向き（白抜きの矢印で示す）とは平行であり、第２領域通過光Ｌ2の電場の向きと第４領域通過光Ｌ4の電場の向き（白抜きの矢印で示す）とは平行である（図１の（Ｃ）参照）。また、各偏光子の消光比は、３以上、より具体的には１０以上である。
実施例１の撮像装置１１０にあっては、第１偏光手段１３０の外形形状を半径ｒ＝１０ｍｍの円形とした。そして、第１領域１３１及び第２領域１３２を、第１偏光手段１３０の半分を占める半月状とした。従って、第１領域１３１の重心点ＢＣ1と第２領域１３２の重心点ＢＣ2との間の距離は、［（８ｒ）／（３π）］＝８．５ｍｍである。
模式的な一部断面図を図３の（Ａ）に示し、ワイヤグリッド偏光子６７の配列状態を模式的に図３の（Ｂ）に示すように、撮像素子４１は、例えば、シリコン半導体基板６０に設けられた光電変換素子６１、並びに、その上に、第１平坦化膜６２、カラーフィルタ６３、オンチップレンズ６４、第２平坦化膜６５、無機絶縁下地層６６、及び、ワイヤグリッド偏光子６７が積層されて成る。そして、ワイヤグリッド偏光子６７が、第３領域１５１及び第４領域１５２のそれぞれを構成する。尚、図３の（Ｂ）においては、画素の境界領域を実線で示した。ワイヤグリッド偏光子６７を構成する複数のワイヤ６８の延びる方向は、第１の方向あるいは第２の方向と平行である。具体的には、第３領域１５１を構成するワイヤグリッド偏光子６７Ａにあっては、ワイヤ６８Ａの延びる方向は第２の方向と平行であり、第４領域１５２を構成するワイヤグリッド偏光子６７Ｂにあっては、ワイヤ６８Ｂの延びる方向は第１の方向と平行である。ワイヤ６８の延びる方向がワイヤグリッド偏光子６７における光吸収軸となり、ワイヤ６８の延びる方向と直交する方向がワイヤグリッド偏光子６７における光透過軸となる。
そして、実施例１の撮像方法にあっては、第３領域１５１を通過して撮像素子４１に到達した第１領域通過光Ｌ1によって、右眼用画像データを得るための電気信号を撮像素子４１において生成する。また、第４領域１５２を通過して撮像素子４１に到達した第２領域通過光Ｌ2によって、左眼用画像データを得るための電気信号を撮像素子４１において生成する。そして、これらの電気信号を、同時に、又は、時系列に交互に、出力する。出力された電気信号（撮像素子アレイ４０から出力された右眼用画像データ及び左眼用画像データを得るための電気信号）に対して、画像処理手段１２によって画像処理が施され、右眼用画像データ及び左眼用画像データとして画像記憶部１３に記録される。
図２の（Ａ）及び（Ｂ）に模式的に示すように、四角い形状の物体Ａにレンズ系２０のピントが合っているとする。また、丸い形状の物体Ｂが、物体Ａよりもレンズ系２０に近く位置しているとする。四角い物体Ａの像が、ピントが合った状態で撮像素子アレイ４０上に結像する。また、丸い物体Ｂ像は、ピントが合っていない状態で撮像素子アレイ４０上に結像する。そして、図２の（Ａ）に示す例にあっては、撮像素子アレイ４０上では、物体Ｂは、物体Ａの右手側に距離（＋ΔＸ）だけ離れた位置に像を結ぶ。一方、図２の（Ｂ）に示す例にあっては、撮像素子アレイ４０上では、物体Ｂは、物体Ａの左手側に距離（−ΔＸ）だけ離れた位置に像を結ぶ。従って、距離（２×ΔＸ）が物体Ｂの奥行きに関する情報となる。即ち、物体Ａよりも撮像装置に近い側に位置する物体のボケ量及びボケ方向は、撮像装置に遠い側に位置する物体のボケ量及びボケ方向と異なるし、物体Ａと物体Ｂとの距離によって物体Ｂのボケ量は異なる。そして、第１偏光手段１３０における第１領域１３１及び第２領域１３２の形状の重心位置の間の距離を両眼視差の基線長さとした立体画像を得ることができる。即ち、このようにして得られた右眼用画像（図２の（Ｃ）の模式図参照）及び左眼用画像（図２の（Ｄ）の模式図参照）から、周知の方法に基づき立体画像を得ることができる。尚、右眼用画像データと左眼用画像データとを混合すれば、立体画像ではない、通常の２次元（平面）画像を得ることができる。
図４に概念図を示すように、実施例１にあっては、撮像素子アレイ４０はベイヤ配列を有し、１画素は４つの撮像素子（赤色を受光する１つの赤色撮像素子Ｒ、青色を受光する１つの青色撮像素子Ｂ、及び、緑色を受光する２つの緑色撮像素子Ｇ）から構成されている。そして、第１の方向に沿って配列された１行の画素群に対して第３領域１５１が配置されており、同様に、この画素群に第２の方向に隣接し、第１の方向に沿って配列された１行の画素群に対して第４領域１５２が配置されている。第３領域１５１と第４領域１５２とは、第２の方向に沿って交互に配置されている。尚、第３領域１５１及び第４領域１５２は全体として第１の方向に延びているが、第３領域１５１及び第４領域１５２の第１の方向及び第２の方向に沿った単位長さは、撮像素子４１の第１の方向及び第２の方向に沿った長さと等しい。そして、このような構成とすることで、主としてＰ波成分を有する光に基づく第１の方向に延びる帯状の画像（右眼用画像）、及び、主としてＳ波成分を有する光に基づく第１の方向に延びる帯状の画像（左眼用画像）が、第２の方向に沿って交互に生成される。尚、図４において、第３領域１５１の内部に縦線を付し、第４領域１５２の内部に横線を付しているが、これらは、ワイヤグリッド偏光子６７Ａ，６７Ｂのワイヤを模式的に表している。
右眼用画像データ及び左眼用画像データのための電気信号は、上述したとおり、第２の方向に沿って、一種、歯抜け状態となって生成される。そこで、画像処理手段１２は、右眼用画像データ及び左眼用画像データ作成のために、電気信号に対してデモザイク処理を施すと共に、例えば、超解像処理に基づく補間処理を行うことにより、最終的に右眼用画像データ及び左眼用画像データを生成、作成する。また、例えば、左眼用画像データと右眼用画像データからステレオマッチングによりデイスパリティ・マップ（Disparity Map）を作成するといった視差検出技術、及び、デイスパリティ・マップを基に視差を制御する視差制御技術により、視差を強調したり、適切化を図ることもできる。
図５に、撮像素子から得られた電気信号に対するデモザイク処理を行い、信号値を得る画像処理（モザイク処理）を説明するためのベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図を示す。尚、図５には、左眼用画像における緑色撮像素子に関する信号値を生成する例について示している。通常のデモザイク処理では、近傍の同一色の撮像素子の電気信号の平均値が用いられるのが一般的である。しかしながら、実施例１のように右眼用画像データを得るための画素群（画素行）と左眼用画像データを得るための画素群（画素行）とが交互に繰り返されている場合、そのまま、近傍の値を用いると本来の画像データが得られなくなる虞がある。そこで、参照される撮像素子の電気信号が右眼用画像データ及び左眼用画像データの何れに相当するものであるかを考慮した上で、デモザイク処理を行う。
ベイヤ配列において、位置（４，２）には赤色撮像素子Ｒが配置されているものとする。このとき、位置（４，２）に相当する緑色撮像素子信号値ｇ’を生成するためには、次式によって表される演算を行う。
ｇ’4,2＝（ｇ4,1＋ｇ4,3＋ｇ5,2＋ｇ1,2×Ｗ3）／（３．０＋Ｗ3）
ここで、左辺のｇ’i,jは、位置（ｉ，ｊ）における緑色撮像素子信号値である。また、右辺のｇi,jは、位置（ｉ，ｊ）における緑色撮像素子の電気信号の値である。更には、「３．０」は、注目撮像素子Ｇ4,2に対する隣接撮像素子Ｇ4,1，Ｇ4,3，Ｇ5,2への距離（Ｗ1）をそれぞれ例えば「１．０」としたとき、その逆数を重みとして、それら重みの総和に対応するものである。Ｗ3は、同様に、３撮像素子分だけ離れた撮像素子Ｇ1,2の電気信号の値に対する重みであり、この場合、「１／３」である。上式を一般化すると、次式のようになる。
ｉが偶数の場合（赤色撮像素子Ｒの位置に相当する緑色撮像素子Ｇの信号値）；
ｇ’i,j＝（ｇi,j-1×Ｗ1＋ｇi,j+1×Ｗ1＋ｇi+1,j×Ｗ1＋ｇi-3,j×Ｗ3）／（Ｗ1×３．０＋Ｗ3）
ｉが奇数の場合（青色撮像素子Ｂの位置に相当する緑色撮像素子Ｇの信号値）；
ｇ’i,j＝（ｇi,j-1×Ｗ1＋ｇi,j+1×Ｗ1＋ｇi-1,j×Ｗ1＋ｇi+3,j×Ｗ3）／（Ｗ1×３．０＋Ｗ3）
ここで、Ｗ1＝１．０，Ｗ3＝１／３である。
赤色撮像素子Ｒ及び青色撮像素子Ｂについても、同様の考え方によりデモザイク処理を行うことができる。
デモザイク処理により各撮像素子位置における撮像素子信号値を得ることができるが、この段階では、上述したとおり、一種、歯抜け状態となっている。そのため、撮像素子信号値が存在しない領域に対して、撮像素子信号値を補間により生成する必要がある。補間の手法としては、近傍の値の加算平均値を利用する方法等、周知の方法を挙げることができる。尚、この補間処理は、デモザイク処理と並行して行ってもよい。第１の方向においては画質は完全に保持されているので、画像全体の解像度低下等の画質劣化は比較的少ない。
実施例１においては、１組の第１偏光手段１３０及び第２偏光手段１５０並びに１つのレンズ系２０から撮像装置１１０が構成されているので、例えば左右に分離された２つの異なる画像を同時に生成させることができ、単眼で、簡素な構成、構造を有し、構成部品の少ない、小型の撮像装置を提供することができる。また、レンズ及び偏光フィルタの組合せを２組、必要としないので、ズーム、絞り部、フォーカス、輻輳角等にズレや差異が生じることもない。しかも、両眼視差の基線長さが比較的短いので、自然な立体感を得ることができる。更には、第１偏光手段１３０を脱着させ得る構造とすれば、容易に、２次元画像及び３次元画像を得ることができる。
実施例２は実施例１の変形である。実施例１にあっては、第１領域通過光Ｌ1の電場の向きを第１の方向と平行とした。一方、実施例２にあっては、第１領域通過光Ｌ1の電場の向きは第１の方向と４５度の角度を成す。実施例２の撮像装置に備えられた第１偏光手段２３０及び第２偏光手段２５０における偏光の状態を、模式的に図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
ベイヤ配列を有する撮像素子アレイ４０の概念図を図７に示す。実施例２にあっても、撮像素子アレイ４０は、１画素は４つの撮像素子（赤色を受光する１つの赤色撮像素子Ｒ、青色を受光する１つの青色撮像素子Ｂ、及び、緑色を受光する２つの緑色撮像素子Ｇ）から構成されている。そして、第１の方向に沿って配列された１行の画素群に対して第３領域２５１が配置されており、同様に、この画素群に第２の方向に隣接し、第１の方向に沿って配列された１行の画素群に対して第４領域２５２が配置されている。第３領域２５１と第４領域２５２とは、第２の方向に沿って交互に配置されている。尚、第３領域２５１及び第４領域２５２は全体として第１の方向に延びているが、第３領域２５１及び第４領域２５２の単位長さは、１撮像素子分の長さと等しい。そして、このような構成とすることで、主としてＰ波成分を有する光に基づく第１の方向に延びる帯状の画像（右眼用画像）、及び、主としてＳ波成分を有する光に基づく第１の方向に延びる帯状の画像（左眼用画像）が、第２の方向に沿って交互に生成される。尚、図７において、第３領域２５１及び第４領域２５２の内部に斜め線を付しているが、これらは、ワイヤグリッド偏光子のワイヤを模式的に表している。
これらの点を除き、実施例２の撮像装置の構成、構造は、実施例１にて説明した撮像装置１１０の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。実施例２における撮像装置の構成、構造を、後述する実施例３〜実施例１０における撮像装置に対して適用することができる。
実施例３も実施例１の変形である。実施例３の撮像装置にあっては、第１偏光手段３３０において、第１領域３３１と第２領域３３２との間に中央領域３３３が設けられており、中央領域３３３を通過した中央領域通過光の偏光状態は、中央領域３３３への入射前と変化しない。即ち、中央領域３３３は、偏光に関して素通し状態である。
ところで、入射した光が第１偏光手段を通過する際に、その光量は分光特性と消光比に比例して減少し、暗くなる。ここで、消光比とは、偏光子が選択して通過する光の量と、偏光子が選択せず、反射又は吸収する光の漏れこみ量の比である。具体的には、例えば、消光比１０のＰ波成分を通過させる偏光子の場合、
Ｐ波成分：Ｓ波成分＝５０：５０
の入射自然光の強度１００に対して、この偏光子は、Ｐ波成分を５０、Ｓ波成分を５の割合で透過する。また、消光比∞のＰ波成分を通過させる偏光子の場合、Ｐ波成分を１００％透過し、Ｓ波成分を全反射し、又は、完全に吸収し、透過させないので、平均的な自然光が入射した場合、約１／２の明るさになる。図１の（Ｂ）及び（Ｃ）に示した第１偏光手段１３０及び第２偏光手段１５０を通過した光の光量は、透過損失がゼロとしても、第１偏光手段１３０に入射する前の光の光量の約２５％となってしまう。また、第１領域及び第２領域を通過した光が、混ざった状態になり、分離できない状態で撮像素子アレイ４０に入射した場合、混ざった割合に比例して両眼視差の基線長さが短くなり、完全に混ざった状態では左眼用画像と右眼用画像が同一の画像となり、視差が取れず、立体視することができなくなる。
第１偏光手段３３０の中央領域３３３にあっては、光強度が強いが、視差量は少ない。従って、実施例３の第１偏光手段３３０を採用することで、撮像素子アレイ４０が受ける光強度を大きくしながら、十分な長さの両眼視差の基線長さを確保することが可能となる。図８の（Ａ）に第１偏光手段３３０の模式図を示すように、第１偏光手段３３０の外形形状を円形としたとき、中央領域３３３を円形とし、第１領域３３１及び第２領域３３２を、中央領域３３３を囲む中心角１８０度の扇形とすることができる。あるいは又、図８の（Ｂ）、（Ｃ）に第１偏光手段３３０の模式図を示すように、中央領域３３３を菱形や正方形とし、第１領域３３１及び第２領域３３２を、中央領域３３３を囲む中心角１８０度の扇形に類似した形状とすることができる。あるいは又、図８の（Ｄ）に第１偏光手段３３０の模式図を示すように、第１領域３３１、中央領域３３３及び第２領域３３２を、第２の方向に沿って延びる帯状の形状とすることができる。
これらの点を除き、実施例３の撮像装置の構成、構造は、実施例１にて説明した撮像装置１１０の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。実施例３における撮像装置の構成、構造を、後述する実施例４〜実施例１０における撮像装置に対して適用することができる。
実施例４も実施例１の変形である。実施例４の撮像装置４１０の概念図を図９に示す。実施例４の撮像装置４１０にあっては、第１偏光手段４３０の光入射側に、四分の一波長板（λ／４波長板）４３３が配置されており、これによって、所謂視野闘争の発生を回避することができる。四分の一波長板４３３は、レンズ系に設けられたフィルタ取付部に、着脱自在に取り付ければよい。四分の一波長板４３３を通過した光は偏光方向が揃った状態（直線偏光の状態）となる。そして、このような光が第１領域１３１及び第３領域１５１を通過して撮像素子アレイ４０に到達して得られた画像と、第２領域１３２及び第４領域１５２を通過して撮像素子アレイ４０に到達して得られた画像とにあっては、Ｐ波成分は反射するがＳ波成分は吸収する被写体の部分の画像の間に大きな相違が生じなくなり、視野闘争の発生を回避することができる。
図１１の（Ａ）及び（Ｂ）に、左眼用画像（図１１の（Ａ）及び（Ｂ）の左手側の画像）及び右眼用画像（図１１の（Ａ）及び（Ｂ）の右手側の画像）を示す。尚、実施例４にあっては、第１領域通過光Ｌ1は主としてＳ波（ＴＥ波）を偏光成分として有し、第２領域通過光Ｌ2は主としてＰ波（ＴＭ波）を偏光成分として有する構成とした。
実施例１において説明した撮像装置１１０によって得られた図１１の（Ａ）の左眼用画像と右眼用画像とを対比すると、例えば、「Ａ」で示す領域のガラス窓及びこのガラス窓の下側に位置するガラス窓における光の反射状態が特に異なっていることが判る。従って、Ｐ波成分は反射するが、Ｓ波成分は吸収する被写体を撮像するとき、Ｐ波成分から得られた画像とＳ波成分から得られた画像を両眼へ提示したとき、融像が起こらず、一方の画像だけが優越して交互に見えたり、重なった領域で互いに抑制しあったりする視野闘争が生じる。
一方、実施例４における撮像装置４１０によって得られた図１１の（Ｂ）の左眼用画像と右眼用画像とを対比すると、例えば、「Ａ」で示す領域のガラス窓及びこのガラス窓の下側に位置するガラス窓における光の反射状態が殆ど同じであり、視野闘争の発生を回避することができることが判る。実施例４における撮像装置４１０の構成、構造を、後述する実施例６〜実施例８における撮像装置に対して適用することができる。また、四分の一波長板４３３の速軸は、実施例１あるいは実施例２において説明した撮像装置において、第１領域通過光の電場の向きと所定の角度（具体的には、４５度の角度あるいは４５度±１０度の角度）を成すことが好ましい。
実施例５も実施例１の変形である。実施例５の撮像装置５１０の概念図を図１０の（Ａ）に示し、第１偏光手段及び第２偏光手段における偏光の状態を模式的に図１０の（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。実施例５の撮像装置５１０においては、視野闘争の発生を回避するために、第１偏光手段５３０の光入射側には、α度の偏光軸を有する偏光板５３４が配置されている。また、第１領域５３１は第１波長板から成り、第２領域５３２は第２波長板から成り、第１領域通過光Ｌ1の電場の向きと第２領域通過光Ｌ2の電場の向きとは直交している。より具体的には、αの値は４５度であり、第１領域５３１を構成する第１波長板は半波長板（＋λ／２波長板）から成り、第２領域５３２を構成する第２波長板は、第１波長板を構成する半波長板とは位相差の異なる半波長板（−λ／２波長板）から成る。これによって、第１領域通過光Ｌ1の電場の向きは第１の方向と平行となり、第２領域通過光Ｌ2の電場の向きは第２の方向と平行となる。尚、偏光板５３４はレンズ系に固定しておく。
図１１の（Ｃ）に、左眼用画像（図１１の（Ｃ）の左手側の画像）及び右眼用画像（図１１の（Ｃ）の右手側の画像）を示す。実施例５における撮像装置５１０によって得られた図１１の（Ｃ）の左眼用画像と右眼用画像とを対比すると、実施例４と同様に、例えば、「Ａ」で示す領域のガラス窓及びこのガラス窓の下側に位置するガラス窓における光の反射状態が殆ど同じであり、視野闘争の発生を回避することができることが判る。実施例５における撮像装置５１０の構成、構造を、後述する実施例６〜実施例１０における撮像装置に対して適用することができる。
実施例６も実施例１の変形である。実施例６にあっては、消光比と視差の関係を調べた。即ち、左右分離した画像が混ざりあった場合、どこまで混ざれば視差がなくなるか、即ち、立体視できなくなるかを、消光比＝∞（０％クロストークであり、完全に、左眼用画像と右眼用画像が分離された状態）から、消光比＝１（５０％クロストークであり、左眼用画像と右眼用画像とが完全に混ざり合った状態であり、左眼用画像と右眼用画像とは同じ画像である）まで、消光比を変えて合成画像シミュレーションを行った。その結果の一部を図１２の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
ここで、図１２の（Ａ）は消光比＝∞の状態を示し、図１２の（Ｂ）は消光比＝３（２５％クロストーク）の状態を示す。図１２の（Ａ）及び（Ｂ）の左手側の図（左眼用画像）と右手側の図（右眼用画像）にあっては、縦方向に延びる実線と点線の距離を同じとしている。図１２の（Ａ）及び（Ｂ）の左手側の図（左眼用画像）と右手側の図（右眼用画像）とを比べると、リンゴの後方に位置する石膏像の鼻の位置が、僅かではあるが相違している。また、図１２の（Ａ）と（Ｂ）とを比べると、石膏像の鼻の位置の相違に関して、図１２の（Ａ）に比べて、図１２の（Ｂ）の方が少なくなっている。図示していないが、消光比＝１にあっては、リンゴの後方に位置する石膏像の鼻の位置は、左眼用画像と右眼用画像とでは同じであった。また、消光比１０（１０％クロストーク）にあっては、石膏像の鼻の位置の相違が、図１２の（Ａ）に比べて少なく、図１２の（Ｂ）に比べて多かった。以上の結果から、偏光子の消光比は３以上であることが望ましいことが判った。
実施例７も実施例１の変形である。実施例７にあっては、ワイヤグリッド偏光子の諸元と消光比の関係を計算から求めた。具体的には、ワイヤグリッド偏光子を構成するワイヤのピッチと入射光の波長（λ）と消光比の関係を図１３の（Ａ）に示す。尚、ワイヤの幅をワイヤのピッチの１／３とし、ワイヤの高さを１５０ｎｍとし、ワイヤの長さを無限大とした。図１３の（Ａ）において、曲線「Ａ」はピッチ１５０ｎｍの場合のデータであり、曲線「Ｂ」はピッチ１７５ｎｍの場合のデータであり、曲線「Ｃ」はピッチ２００ｎｍの場合のデータであり、曲線「Ｄ」はピッチ２５０ｎｍの場合のデータであり、曲線「Ｅ」はピッチ３００ｎｍの場合のデータである。また、ワイヤグリッド偏光子を構成するワイヤの高さと入射光の波長（λ）と消光比の関係を図１３の（Ｂ）に示す。尚、ワイヤの幅を５０ｎｍとし、ワイヤの長さを無限大とし、ワイヤのピッチを１５０ｎｍとした。図１３の（Ｂ）において、曲線「Ａ」は高さ２５０ｎｍの場合のデータであり、曲線「Ｂ」は高さ２００ｎｍの場合のデータであり、曲線「Ｃ」は高さ１５０ｎｍの場合のデータであり、曲線「Ｄ」は高さ１００ｎｍの場合のデータである。更に、ワイヤグリッド偏光子を構成するワイヤの（幅／ピッチ）と入射光の波長（λ）と消光比の関係を図１３の（Ｃ）に示す。尚、ワイヤの幅を５０ｎｍとし、ワイヤの高さを１５０ｎｍとし、ワイヤの長さを無限大とした。図１３の（Ｃ）において、曲線「Ａ」は（幅／ピッチ）の値が０．５０の場合のデータであり、曲線「Ｂ」は（幅／ピッチ）の値が０．３３の場合のデータである。
図１３の（Ａ）から、例えば、消光比を１０以上とするためには、ワイヤのピッチは２００ｎｍ以下であることが望ましく、ワイヤの高さは５×１０-8ｍ（５０ｎｍ）以上であることが望ましく、ワイヤの（幅／ピッチ）の値は０．３３以上であることが望ましいことが判った。更には、ワイヤは１０本以上である構成とすることが好ましい。
また、２本のワイヤの長さと入射光の波長（λ）と消光比の関係を図１４に示す。尚、ワイヤの幅を５０ｎｍとし、ワイヤの高さを１５０ｎｍとし、ワイヤのピッチをワイヤの幅の３倍とした。図１４において、「Ａ」は長さ１μｍの場合のデータであり、「Ｂ」は長さ２μｍの場合のデータであり、「Ｃ」は長さ３μｍの場合のデータであり、「Ｄ」は長さ４μｍの場合のデータであり、「Ｅ」は長さ５μｍの場合のデータであり、「Ｆ」は長さ６μｍの場合のデータであり、「Ｇ」は長さ無限大の場合のデータである。図１４から、消光比を１０以上とするためには、ワイヤの長さを２μｍ以上、好ましくは３μｍ以上とすることが望ましいことが判った。更には、加工のし易さから、ワイヤを構成する材料を、アルミニウムあるいはアルミニウム合金とすることが望ましいことが判った。
実施例８も実施例１の変形である。図１５に、ベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図を示すように、実施例８の撮像装置にあっては、第２の方向に沿ってＮ個の画素（但し、Ｎ＝２nであり、ｎは１乃至５の自然数であり、実施例８にあっては、具体的には、ｎ＝３）に対して１つの第３領域１５１及び１つの第４領域１５２が配されている。そして、第３領域１５１を通過した第１領域通過光によって得られる電気信号及び第４領域１５２を通過した第２領域通過光によって得られる電気信号から生成された視差量に基づくデプスマップ（奥行き情報）、並びに、撮像素子アレイ４０を構成する全撮像素子４１からの電気信号に基づき、右眼用画像を得るための電気信号及び左眼用画像を得るための電気信号を得るが、係る方法それ自体は周知の方法とすることができる。尚、第３領域及び第４領域を配置した撮像素子と配置していない撮像素子の全てを含む全電気信号に基づきデモザイク処理を行ってもよいし、第３領域及び第４領域を配置した撮像素子群の行を間引いた部分を超解像処理により補間して画像データを生成することも可能である。また、画像の画質・画素数に対して、デプスマップの画質・画素数は、１：１である必要はない。これは、殆どの撮影場面において、個々の被写体は、画素分解能に比べて十分大きく、個々の被写体に、画素分解能と同じ細かさの距離差がない限り、画像の画素分解能と同じ距離情報分解能が必要になることはないためである。また、距離差の感覚において、横方向の分解能が十分あれば、縦方向の分解能が低くても違和感は少ない。
あるいは又、実施例８の撮像装置の変形例１におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図を図１６に示すが、第１の方向に沿って２個の画素に対して１つの第３領域１５１及び１つの第４領域１５２を配する構成とすることができる。尚、図１６に示す例にあっては、第３領域１５１及び第４領域１５２は千鳥状（市松模様状）に配置されている。即ち、第２の方向に沿って、第３領域１５１の一方の境界において第４領域１５２と隣接しているが、第３領域１５１の他方の境界においては第４領域１５２と隣接していない。
あるいは又、実施例８の撮像装置の変形例２におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図を図１７に示すが、赤色を受光する赤色撮像素子Ｒ及び青色を受光する青色撮像素子Ｂには第３領域１５１及び第４領域１５２を配置せず、緑色を受光する２つの緑色撮像素子Ｇの一方に第３領域１５１を配し、他方に第４領域１５２を配してもよい。また、実施例８の撮像装置の変形例３におけるベイヤ配列を有する撮像素子アレイの概念図を図１８に示すが、緑色を受光する２つの緑色撮像素子Ｇの一方に第３領域１５１を配し、他方に第４領域１５２を配し、しかも、第２の方向に沿ってＮ個の画素（但し、Ｎ＝２nであり、図示した例では、ｎ＝２）に対して１つの第３領域１５１及び１つの第４領域１５２が配されている構成としてもよい。また、図１９に示すように、第３領域１５１及び第４領域１５２を千鳥状（市松模様状）に配置してもよい。
実施例９は、本開示の第２の態様に係る撮像装置に関し、且つ、実施例１〜実施例３、実施例５〜実施例８の撮像装置の変形である。実施例９の撮像装置の概念図を図２０の（Ａ）に示し、四分の一波長板の概念図を図２０の（Ｂ）に示し、第１偏光手段における偏光の状態を模式的に図２０の（Ｃ）に示し、偏光手段（第２偏光手段）における偏光の状態を模式的に図２０の（Ｄ）に示す。
実施例９の撮像装置９１０は、本開示の第２の態様に係る撮像装置に則って表現すると、
（Ａ）四分の一波長板９３３、
（Ｂ）四分の一波長板９３３からの光を集光するレンズ系２０、並びに、
（Ｃ）第１の方向（水平方向、Ｘ軸方向）、及び、第１の方向と直交する第２の方向（垂直方向、Ｙ軸方向）の２次元マトリクス状に撮像素子４１が配列されて成り、光入射側に偏光手段１５０，２５０を有し、レンズ系２０によって集光された光を電気信号に変換する撮像素子アレイ４０、
を具備している。
そして、偏光手段１５０，２５０は、第２の方向（垂直方向、Ｙ軸方向）に沿って交互に配置され、第１の方向（水平方向、Ｘ軸方向）に延びる複数の第５領域１５１，２５１及び第６領域１５２，２５２を有し、
第５領域１５１，２５１を通過した第５領域通過光の偏光状態と、第６領域１５２，２５２を通過した第６領域通過光の偏光状態とは異なり、
四分の一波長板９３３の速軸（図２０の（Ｂ）、図２１の（Ａ）、（Ｄ）、（Ｅ）にあっては、黒色の矢印で示す）は、第５領域通過光の電場の向きと所定の角度を成す。ここで、所定の角度は４５度あるいは４５度±１０度である。以下においても同様である。また、第５領域通過光の電場の向きと第６領域通過光の電場の向きとは直交している。第５領域通過光の電場の向きは第１の方向と平行であり（図２０の（Ｄ）参照）、あるいは又、第５領域通過光）の電場の向きは第１の方向と４５度の角度を成す（図２１の（Ｃ）参照）。四分の一波長板９３３は、レンズの絞り羽根に類似した構成、構造を有し、レンズ系２０内に配置されている。
あるいは又、実施例９の撮像装置９１０は、本開示の第１の態様に係る撮像装置に則って表現すると、第１偏光手段９３０の光入射側には、四分の一波長板９３３が配置されており、四分の一波長板９３３の速軸は、第１領域通過光Ｌ1の電場の向きと所定の角度を成す。尚、第１領域通過光Ｌ1の電場の向きと第３領域通過光Ｌ3の電場の向きとは平行であり、第２領域通過光Ｌ2の電場の向きと第４領域通過光Ｌ4の電場の向きとは平行である。
第１偏光手段９３０はレンズ系２０に脱着自在に取り付けられており、四分の一波長板９３３もレンズ系２０に脱着自在に取り付けられている。四分の一波長板９３３は第１偏光手段９３０に隣接して配設されている。図２０の（Ａ）にあっては、光入射側から、四分の一波長板９３３及び第１偏光手段９３０の順に図示したが、場合によっては、第１偏光手段９３０及び四分の一波長板９３３の順に配置してもよい。光入射側から四分の一波長板９３３及び第１偏光手段９３０の順に配置し、四分の一波長板９３３及び第１偏光手段９３０をレンズ系に配することで３次元画像（立体画像）を撮像することができるし、あるいは又、第１偏光手段９３０をレンズ系に配し、且つ、四分の一波長板９３３をレンズ系から外すことで３次元画像（立体画像）を撮像することができるし、四分の一波長板９３３をレンズ系に配し、第１偏光手段９３０をレンズ系から外すことで２次元画像を撮像することができる。一方、光入射側から第１偏光手段９３０及び四分の一波長板９３３の順に配置し、第１偏光手段９３０をレンズ系に配し、四分の一波長板９３３をレンズ系から外すことで３次元画像（立体画像）を撮像することができるし、四分の一波長板９３３をレンズ系に配し、第１偏光手段９３０をレンズ系から外すことで２次元画像を撮像することができる。図２０の（Ｂ）に右上４５度方向に延びる黒色の矢印で示した四分の一波長板９３３の速軸は、このような方向に限定するものではなく、左上４５度方向に延びていてもよい。また、図２１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）のそれぞれに、実施例９の撮像装置における四分の一波長板の概念図、第１偏光手段における偏光の状態、偏光手段（第２偏光手段）における偏光の状態の変形例を図示するが、この例は、図６に示した実施例２の変形である。
第１偏光手段９３０をレンズ系２０から外し、通常の２次元画像の撮影を試みた場合、撮像装置に入射する光が直線偏光を含んでいると、第３領域（第５領域）１５１，２５１を通過した光の強度と、第４領域（第６領域）１５２，２５２を通過した光の強度との間に、差が生じ、得られた２次元画像には、縞状の光の濃淡が生じる場合がある。実施例９の撮像装置にあっては、速軸が、第５領域通過光の電場の向きと所定の角度（具体的には、４５度あるいは４５度±１０度）を成す四分の一波長板９３３が組み込まれるので、四分の一波長板９３３に入射した直線偏光の光は円偏光状態の光となって四分の一波長板９３３から出射される。従って、第３領域（第５領域）１５１，２５１を通過した光の強度と、第４領域（第６領域）１５２，２５２を通過した光の強度との間に、差が生じ難く、得られた２次元画像には、縞状の光の濃淡が生じる虞が無い。
実施例１０は、実施例９の変形である。実施例１０の撮像装置における四分の一波長板の概念図を図２１の（Ｄ）あるいは図２１の（Ｅ）に示すように、実施例１０において、四分の一波長板９３３は、第２の方向に沿って配列された第１の四分の一波長板９３３Ａ及び第２の四分の一波長板９３３Ｂから成る。第１の四分の一波長板９３３Ａと第２の四分の一波長板９３３Ｂとは一体化されている。そして、第１の四分の一波長板９３３Ａの速軸は、第５領域通過光の電場の向きと所定の角度を成し、第２の四分の一波長板９３３Ｂの速軸は、第１の四分の一波長板９３３Ａの速軸と直交している。云い換えれば、第１の四分の一波長板９３３Ａの遅軸と平行である。ここで、所定の角度は４５度あるいは４５度±１０度である。尚、図２１の（Ｄ）に示した例は、図２０の（Ｂ）に示した例の変形であり、図２１の（Ｅ）に示した例は、図２１の（Ｂ）に示した例の変形である。以上の点を除き、実施例１０の撮像装置は、実施例９の撮像装置と同様の構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。四分の一波長板９３３を第１の四分の一波長板９３３Ａ及び第２の四分の一波長板９３３Ｂから構成することで、第３領域（第５領域）１５１，２５１を通過した光の強度と、第４領域（第６領域）１５２，２５２を通過した光の強度との間に、より差が生じ難くなる。
実施例１１あるいは次に述べる実施例１２は、レンズ系に関する。実施例１１あるいは実施例１２において、模式的な一部断面図を図２２の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、レンズ系は、１つの単焦点レンズ８０，９０、及び、単焦点レンズ８０，９０の前面あるいは前方（物体側）に配置された絞り部８６，９６から構成されている。絞り部８６，９６は、具体的には、単焦点レンズ８０，９０の前面上（物体側）に配置されている。即ち、前絞り型の単焦点レンズから構成されている。そして、第１偏光手段１３０はレンズ系８０，９０の絞り部８６，９６の近傍に配置されており、第１偏光手段１３０は、レンズ系８０，９０に脱着自在に取り付けられている。また、１つの単焦点レンズ８０，９０は、全体として撮像素子アレイ４０に対して前後に移動可能であり、即ち、全群繰り出し機構を備えており、これによってオートフォーカス機能を発現する。絞り部８６，９６よりも物体側に配置される第１偏光手段１３０と１つの単焦点レンズ８０，９０との間の最短距離Ｄminは０．６ｍｍ以下、具体的には、０．０５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下である。
実施例１１あるいは後述する実施例１２にあっては、第２偏光手段１５０（図２２の（Ａ）及び（Ｂ）には図示せず）を有する撮像素子アレイ４０は、ベース７０に取り付けられている。また、第１偏光手段１３０と開口部とが併設された部材（図２２の（Ａ）及び（Ｂ）においては、第１偏光手段１３０のみを図示した）は、回動・支持部材７１に取り付けられ、回動・支持部材７１はベース７０に取り付けられている。第１偏光手段１３０と開口部とが併設された部材を、レンズ系の光軸と平行な回動軸（回動・支持部材７１に含まれているが、図示せず）を中心として回動可能にこの回動軸に取り付け、係る部材を回動軸を中心として回動させることで、レンズ系を通過する光線が開口部を通過し、あるいは、第１偏光手段１３０を通過する。このような構成によって、第１偏光手段１３０は、レンズ系に対して脱着自在に取り付けられている。あるいは又、レンズ系において、第１偏光手段１３０と開口部とが併設された部材を、例えばレンズ系の光軸と直交する方向に滑動自在にレンズ系に取り付け、係る部材を滑動させることで、レンズ系を通過する光線が開口部を通過し、あるいは、第１偏光手段を通過する構成、構造を挙げることができる。尚、この場合、第１偏光手段１３０と開口部とが併設された部材は、１つの部材から構成されていてもよいし、複数の部材片から構成されていてもよい。
実施例１１にあっては、１／３．２サイズ、１．１２μｍピッチの１３メガピクセルのＣＭＯＳイメージセンサーを用いた。そして、第１偏光手段１３０の脱着によって、容易に、２次元画像及び３次元画像を得ることができる。
実施例１１にあっては、単焦点レンズ８０を、Ｆno＝２．８、焦点距離＝４．２１ｍｍ、水平画角５６度、光学全長５．０ｍｍの４群４枚構成とした。ここで、単焦点レンズ８０は、物体側から、順に、第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４の撮像レンズ群から構成され、第１レンズ８１、第２レンズ８２及び第３レンズ８３によって正パワー／負パワー／正パワーのトリプレット構成とされ、像面及び撮像素子アレイ４０に入射する光線入射角を最適化する第４レンズ８４が加わり、小型高解像度レンズとして最適な機能を有する。ＭＴＦは２２０（ｌｐｓ／ｍｍ）で約５０％あり、このような高解像度レンズを実現するためには、レンズ群の偏芯精度を３μｍ程度に抑える必要がある。そのためには、精度１μｍ程度に抑えた一体の鏡筒７４において、高い精度のレンズ群を精度良く組み立てる必要がある。このため、オートフォーカス方式としては、撮像レンズ群の部分繰り出し方式よりも、全群繰り出し方式が最適である。それ故、実施例１１あるいは実施例１２にあっては、ボイスコイル式の駆動方式のオートフォーカス機構を採用した。具体的には、単焦点レンズ８０，９０の鏡筒の周りにフォーカスコイル７６を巻き、その周囲にマグネット７５を配置し、フォーカスコイル７６に電流を流すことで、単焦点レンズ８０，９０は、全体として撮像素子アレイ４０に対して前後に移動可能である。尚、鏡筒７４は板バネ７３を介して支持部材７２に取り付けられ、支持部材７２はべース７０に取り付けられている。
第１レンズ８１の物体側のレンズ面と、第１偏光手段１３０との間の最短距離Ｄminが長いと、撮像素子アレイ４０の周辺での光量が少なくなる。それ故、この最短距離Ｄminは、上述したとおり、０．６ｍｍ以下であることが望ましい。実施例１１にあっては、この最短距離Ｄminを０．５０ｍｍに設定した。このような最短距離Ｄminとするために、第１偏光手段１３０を脱着させる機構、具体的には、第１偏光手段１３０と開口部とが併設された部材（図示せず）の単焦点レンズ８０，９０側の光線有効径近傍を切り欠くことが望ましい。また、第１偏光手段１３０を脱着させる機構と単焦点レンズ８０，９０とが接触しないように、即ち、第１偏光手段１３０を支持する回動・支持部材７１の部分の下面と、この下面に対向する鏡筒７４の部分の上面とが接したとき、第１偏光手段１３０あるいは第１偏光手段１３０と開口部とが併設された部材の下面と、鏡筒７４の最前面とが接しないように、より具体的には、図示するように、Ｄ0＞Ｄ1を満足するように、回動・支持部材７１と鏡筒７４、支持部材７２等を設計することが望ましい。
このように、実施例１１あるいは後述する実施例１２にあっては、レンズ系は、偏芯精度の高い高解像度レンズであって、全群繰り出しのオートフォーカス機構を有し、しかも、第１偏光手段がレンズ系に脱着自在に取り付けられている。そして、第１偏光手段及びレンズ系の組立てが容易であり、レンズ群を封止することができるためにゴミ等が侵入するといった問題の発生が無く、小型の立体カメラシステムを容易に実現できるし、オートフォーカス機構を容易に達成することができ、また、低コストで高いマクロ性能を得ることができる。しかも、前絞り型で、瞳位置が前方に位置するので、撮像素子アレイへの主光線入射角を抑えることができる。また、第１偏光手段と撮像素子アレイとの間の距離が長いので、僅かに発生する両者の反射光によって発生するフレアが少ない。更には、２次元画像を得るときの光量に損失が発生しない。
実施例１２の単焦点レンズ９０は、１／３．２サイズ、１．１２μｍの撮像素子アレイに対応したものであり、Ｆno＝１．７、焦点距離４．４９ｍｍ、水平画角５３．８度、光学全長５．７ｍｍの５群５枚構成である。Ｆnoが明るいために、瞳径が大きく、両眼視差の基線長をより長く取れるため、より良い立体画像を得ることができる。ここで、単焦点レンズ９０は、物体側から、順に、第１レンズ９１、第２レンズ９２、第３レンズ９３、第４レンズ９４、第５レンズ９５から構成され、第１レンズ９１、第２レンズ９２及び第３レンズ９３によって正パワー／負パワー／正パワーのトリプレット構成とされ、第４レンズ９４及び第５レンズ９５は正パワー及び負パワーを有し、光学歪を補正しながら、諸収差を良く補正する。また、第５レンズ９５は、像面及び撮像素子アレイ４０に入射する光線入射角を最適にする機能も有する。これらにより、小型高解像度レンズを達成することができる。
尚、以上に説明した実施例１１あるいは実施例１２におけるレンズ系を、実施例１〜実施例１０に適用することができる。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した撮像装置、撮像素子の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。例えば、図２３の（Ａ）に模式的な一部断面図を図示するように、撮像素子４１を、シリコン半導体基板６０に設けられた光電変換素子６１、並びに、その上に、第１平坦化膜６２、無機絶縁下地層６６、ワイヤグリッド偏光子６７、第２平坦化膜６５、カラーフィルタ６３、及び、オンチップレンズ６４が積層されて成る構成とすることもできる。あるいは又、図２３の（Ｂ）に模式的な一部断面図を図示するように、撮像素子４１を、シリコン半導体基板６０に設けられた光電変換素子６１、並びに、その上に、第１平坦化膜６２、オンチップレンズ６４、第２平坦化膜６５、カラーフィルタ６３、無機絶縁下地層６６、及び、ワイヤグリッド偏光子６７が積層されて成る構成とすることもできる。また、撮像素子を、図示したような表面照射型としてもよいし、図示しないが、裏面照射型としてもよい。
右眼用画像データ及び左眼用画像データに基づき立体画像を表示するが、係る表示方式として、例えば、２台のプロジェクタに円偏光又は直線偏光フィルタを取り付けて左右眼用の画像をそれぞれ表示し、表示に対応した円偏光又は直線偏光眼鏡で画像を観察する方式、レンチキュラーレンズ方式、パララックスバリア方式を挙げることができる。尚、円偏光又は直線偏光眼鏡を使用することなく画像を観察すると、通常の２次元（平面）画像を観察することができる。また、以上に説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラムあるいはプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc（登録商標））等を用いることができる。
１１０，４１０，５１０，９１０・・・撮像装置、１１・・・カメラ本体部、１２・・・画像処理手段、１３・・・画像記憶部、２０・・・レンズ系、２１・・・撮影レンズ、２２・・・絞り部、２３・・・結像レンズ、１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０・・・第１偏光手段、１３１，２３１，３３１，５３１，９３１・・・第１領域、１３２，２３２，３３２，５３２，９３２・・・第２領域、３３３・・・中央領域、４３３，９３３・・・四分の一波長板（λ／４波長板）、９３３Ａ・・・第１の四分の一波長板（λ／４波長板）、９３３Ｂ・・・第２の四分の一波長板（λ／４波長板）、５３４・・・偏光板、４０・・・撮像素子アレイ、４１・・・撮像素子、１５０，２５０・・・第２偏光手段（偏光手段）、１５１，２５１・・・第３領域（第５領域）、１５２，２５２・・・第４領域（第６領域）、６０・・・シリコン半導体基板、６１・・・光電変換素子、６２・・・第１平坦化膜、６３・・・カラーフィルタ、６４・・・オンチップレンズ、６５・・・第２平坦化膜、６６・・・無機絶縁下地層、６７，６７Ａ，６７Ｂ・・・ワイヤグリッド偏光子、６８，６８Ａ，６８Ｂ・・・ワイヤ、７０・・・ベース、７１・・・回動・支持部材、７２・・・支持部材、７３・・・板バネ、７４・・・鏡筒、７５・・・マグネット、７６・・・フォーカスコイル、８０，９０・・・８０，９０、８１，９１・・・第１レンズ、８２，９２・・・第２レンズ、８３，９３・・・第３レンズ、８４，９４・・・第４レンズ、９５・・・第５レンズ、８６，９６・・・絞り部

Claims (26)

  1. （Ａ）被写体からの光を偏光させる第１偏光手段、
    （Ｂ）第１偏光手段からの光を集光するレンズ系、並びに、
    （Ｃ）第１の方向、及び、第１の方向と直交する第２の方向の２次元マトリクス状に撮像素子が配列されて成り、光入射側に第２偏光手段を有し、レンズ系によって集光された光を電気信号に変換する撮像素子アレイ、
    を具備し、
    第１偏光手段は、第１の方向に沿って配列された第１領域及び第２領域を有し、
    第１領域を通過した第１領域通過光の偏光状態と、第２領域を通過した第２領域通過光の偏光状態とは異なり、
    第２偏光手段は、第２の方向に沿って交互に配置され、第１の方向に延びる複数の第３領域及び第４領域を有し、
    第３領域を通過した第３領域通過光の偏光状態と、第４領域を通過した第４領域通過光の偏光状態とは異なり、
    第１領域通過光は第３領域を通過して撮像素子に到達し、第２領域通過光は第４領域を通過して撮像素子に到達し、以て、第１領域の重心点と第２領域の重心点との間の距離を両眼視差の基線長さとした立体画像を得るための画像を撮像する撮像装置。
  2. 第１偏光手段はレンズ系の絞り部近傍に配置されている請求項１に記載の撮像装置。
  3. 第１偏光手段において、第１領域と第２領域との間には中央領域が設けられており、
    中央領域を通過した中央領域通過光の偏光状態は、中央領域入射前と変化しない請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
  4. 第１領域及び第２領域は偏光子から成り、
    第１領域通過光の電場の向きと第２領域通過光の電場の向きとは直交している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  5. 第１領域通過光の電場の向きは第１の方向と平行である請求項４に記載の撮像装置。
  6. 第１領域通過光の電場の向きは第１の方向と４５度の角度を成す請求項４に記載の撮像装置。
  7. 第１領域通過光の電場の向きと第３領域通過光の電場の向きとは平行であり、
    第２領域通過光の電場の向きと第４領域通過光の電場の向きとは平行である請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
  8. 偏光子の消光比は３以上である請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
  9. 撮像素子は、カラーフィルタ、オンチップレンズ、及び、ワイヤグリッド偏光子が積層されて成り、
    ワイヤグリッド偏光子が第３領域又は第４領域を構成する請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置。
  10. 撮像素子は、ワイヤグリッド偏光子、カラーフィルタ、及び、オンチップレンズが積層されて成り、
    ワイヤグリッド偏光子が第３領域又は第４領域を構成する請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置。
  11. ワイヤグリッド偏光子を構成する複数のワイヤの延びる方向は、第１の方向あるいは第２の方向と平行である請求項９又は請求項１０に記載の撮像装置。
  12. 第１偏光手段の光入射側には、四分の一波長板が配置されている請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
  13. 第１偏光手段の光入射側には、四分の一波長板が配置されており、
    四分の一波長板の速軸は、第１領域通過光の電場の向きと所定の角度を成す請求項５又は請求項６に記載の撮像装置。
  14. 四分の一波長板は、第２の方向に沿って配列された第１の四分の一波長板及び第２の四分の一波長板から成り、
    第１の四分の一波長板の速軸は、第１領域通過光の電場の向きと所定の角度を成し、
    第２の四分の一波長板の速軸は、第１の四分の一波長板の速軸と直交している請求項５又は請求項６に記載の撮像装置。
  15. 所定の角度は４５度である請求項１３又は請求項１４に記載の撮像装置。
  16. 第１領域通過光の電場の向きと第３領域通過光の電場の向きとは平行であり、
    第２領域通過光の電場の向きと第４領域通過光の電場の向きとは平行である請求項１３乃至請求項１５に記載の撮像装置。
  17. 第１偏光手段はレンズ系に脱着自在に取り付けられており、
    四分の一波長板はレンズ系に脱着自在に取り付けられている請求項１３乃至請求項１６に記載の撮像装置。
  18. 四分の一波長板は第１偏光手段に隣接して配設されている請求項１３乃至請求項１７に記載の撮像装置。
  19. 第１偏光手段の光入射側には、α度の偏光軸を有する偏光板が配置されており、
    第１領域は第１波長板から成り、第２領域は第２波長板から成り、
    第１領域通過光の電場の向きと第２領域通過光の電場の向きとは直交している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  20. αの値は４５度であり、
    第１波長板は半波長板から成り、
    第２波長板は、第１波長板を構成する半波長板とは位相差の異なる半波長板から成る請求項１９に記載の撮像装置。
  21. 撮像素子アレイはベイヤ配列を有し、１画素は４つの撮像素子から構成されており、
    １画素に対して、１つの第３領域又は第４領域が配されている請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の撮像装置。
  22. 第２の方向に沿ってＮ個の画素（但し、Ｎ＝２nであり、ｎは１乃至５の自然数）に対して１つの第３領域及び１つの第４領域を配する請求項１乃至請求項２１のいずれか１項に記載の撮像装置。
  23. （Ａ）四分の一波長板、
    （Ｂ）四分の一波長板からの光を集光するレンズ系、並びに、
    （Ｃ）第１の方向、及び、第１の方向と直交する第２の方向の２次元マトリクス状に撮像素子が配列されて成り、光入射側に偏光手段を有し、レンズ系によって集光された光を電気信号に変換する撮像素子アレイ、
    を具備し、
    偏光手段は、第２の方向に沿って交互に配置され、第１の方向に延びる複数の第１領域及び第２領域を有し、
    第１領域を通過した第１領域通過光の偏光状態と、第２領域を通過した第２領域通過光の偏光状態とは異なり、
    四分の一波長板の速軸は、第１領域通過光の電場の向きと所定の角度を成す撮像装置。
  24. （Ａ）被写体からの光を偏光させる第１偏光手段、
    （Ｂ）第１偏光手段からの光を集光するレンズ系、並びに、
    （Ｃ）第１の方向、及び、第１の方向と直交する第２の方向の２次元マトリクス状に撮像素子が配列されて成り、光入射側に第２偏光手段を有し、レンズ系によって集光された光を電気信号に変換する撮像素子アレイ、
    を具備し、
    第１偏光手段は、第１の方向に沿って配列された第１領域及び第２領域を有し、
    第１領域を通過した第１領域通過光の偏光状態と、第２領域を通過した第２領域通過光の偏光状態とは異なり、
    第２偏光手段は、第２の方向に沿って交互に配置され、第１の方向に延びる複数の第３領域及び第４領域を有し、
    第３領域を通過した第３領域通過光の偏光状態と、第４領域を通過した第４領域通過光の偏光状態とは異なり、
    第１領域通過光は第３領域を通過して撮像素子に到達し、第２領域通過光は第４領域を通過して撮像素子に到達し、以て、第１領域の重心点と第２領域の重心点との間の距離を両眼視差の基線長さとした立体画像を得るための画像を撮像する撮像装置を用いた撮像方法であって、
    第３領域を通過して撮像素子に到達した第１領域通過光によって、右眼用画像を得るための電気信号を撮像素子において生成し、
    第４領域を通過して撮像素子に到達した第２領域通過光によって、左眼用画像を得るための電気信号を撮像素子において生成し、
    これらの電気信号を出力する撮像方法。
  25. 第２の方向に沿ってＮ個の画素（但し、Ｎ＝２nであり、ｎは１乃至５の自然数）に対して１つの第３領域及び１つの第４領域を配する請求項２４に記載の撮像方法。
  26. 第３領域を通過した第１領域通過光によって得られる電気信号及び第４領域を通過した第２領域通過光によって得られる電気信号から生成されたデプスマップ、並びに、撮像素子アレイを構成する全撮像素子からの電気信号に基づき、右眼用画像を得るための画像データ、及び、左眼用画像を得るための画像データを得る請求項２５に記載の撮像方法。
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