JP7292848B2 - 光学装置及びそれを備える撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、光学装置に関し、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像システムに好適なものである。

撮像システムに用いられる光学装置（アクセサリ装置）として、複数のレンズによって同一の物体（被写体）の複数の像を形成するものが知られている。このような光学装置において、複数のレンズの光軸上に互いに異なる透過特性を有する複数のフィルタを設けることで、互いに異なる複数の画像情報を一回の撮像で同時に取得することが可能になる。

特許文献１には、対物レンズ（レンズ装置）の像面に配置される拡散素子を有する光学装置が記載されている。特許文献２には、対物レンズの像面に配置されるフィールドレンズを有する光学装置が記載されている。特許文献１及び２では、対物レンズから複数のレンズに向かう光の周辺光量の低下や像の欠けを抑制するために、拡散素子やフィールドレンズを採用している。

特許第６２３７１６１号公報 特表２００１－５２５５３４号公報

しかしながら、特許文献１のように拡散素子を採用した場合、複数の像における視差に関する情報が取得できなくなってしまうため、撮像システムにより距離情報を取得することが難しくなる。一方、特許文献２のフィールドレンズを採用した場合、複数の像における視差に関する情報を取得できるが、分光情報を取得する際に複数の画像情報を合成することが難しくなる。

本発明は、取得したい撮像情報に応じて光学性能を切り替えることを可能にする光学装置及びそれを備える撮像システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光学装置は、光学系と、該光学系を保持する保持部材と、該光学系を介して夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部と、該複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタとを備える光学装置であって、前記保持部材は、前記光学系の物体側に設けられ、レンズ装置と結合するための第１の結合部と、前記光学系及び前記レンズ装置の間に設けられ、光学素子と結合するための第２の結合部とを有し、前記第１の結合部を介して前記レンズ装置が前記保持部材に着脱可能であり、前記第２の結合部を介して前記光学素子が前記保持部材に着脱可能であり、前記保持部材には前記光学素子を挿入するための開口が設けられており、前記光学素子は前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合されることを特徴とする。

本発明によれば、取得したい撮像情報に応じて光学性能を切り替えることを可能にする光学装置及びそれを備える撮像システムを提供することができる。

実施形態に係る撮像システムの要部概略図。 実施例１に係る撮像システムの要部概略図。 実施例２に係る撮像システムの要部概略図。 後段光学系の構成による光路の違いを説明するための図。 フィールドレンズの有無による光路の違いを説明するための図。 変形例に係る光学素子の要部概略図。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る撮像システム１００の要部概略図（模式図）である。図１（ａ）は、後述する複数のレンズ部のうちの一部の光軸を含む断面（ＹＺ断面）を示している。ここでの光軸とは、各レンズ部における各光学面（各レンズ面）の中心（頂点）を通る軸を指す。図１（ａ）においては、各レンズ部の軸上像高に集光される軸上光束のマージナル光線を示している。また、図１（ｂ）は、後述するフィルタアレイＦＡを物体側（－Ｚ側）から見たときの正面図である。なお、撮像対象となる不図示の物体は、撮像システム１００の物体側に配置されているものとする。

撮像システム１００は、像側（＋Ｚ側）から順に配置された、撮像装置（カメラユニット）１０、光学装置（アレイユニット）２０、アダプタ装置（アダプタユニット）３０、及びレンズ装置（レンズユニット）４０を有する。

撮像装置１０は、光学装置２０の像面に配置される撮像面（受光面）を含む撮像素子（受光素子）１１と、撮像素子１１を保持する保持部材（筐体）１を備える。撮像素子１１としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子を採用することができる。また、撮像素子１１は、可視光に限らず赤外光（近赤外光や遠赤外線光）などを光電変換できるように構成されていてもよい。例えば、使用波長帯域に応じて、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓＳｂなどの材料を用いた撮像素子を採用してもよい。また、撮像素子１１の画素数は、撮像システム１００において求められる分解能に基づいて決定することが望ましい。

光学装置２０は、光学系と、該光学系を保持する保持部材（鏡筒）２３を備える。本実施形態に係る光学系は、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部を有するレンズアレイＬＡと、各レンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタを有するフィルタアレイＦＡを備える。図１（ｂ）に示すように、フィルタアレイＦＡにおける複数のフィルタは、レンズ装置４０及びアダプタ装置３０の光軸（主光軸）ＡＸ０に垂直な第１の方向（Ｘ方向又はＹ方向）に配列された三つ以上のフィルタを含んでいる。

本実施形態に係る複数のレンズ部の夫々は、１枚以上のレンズで構成されており、夫々が物体を撮像素子１１の撮像面に結像する。言い換えると、レンズアレイＬＡの像面には、複数のレンズ部によって物体の複数の像（像アレイ）が形成される。すなわち、レンズアレイＬＡによれば、同一の物体の像を複製することができる。なお、複数のレンズ部は、製造や配置を容易にするために一体的に形成されていてもよく、あるいは個別の位置調整（フォーカス調整など）を可能にするために別体で形成されていてもよい。

本実施形態に係る複数のフィルタ（光学フィルタ）は、互いに異なる透過特性を有する複数のフィルタを含んでいる。ここでの透過特性とは、透過させる光の波長帯域（透過波長域）、透過させる偏光の方向や種類（偏光状態）、入射光の強度に対する透過光の強度（透過率）などを含む、入射光の状態を変化させる光学特性のことである。すなわち、フィルタアレイＦＡは、互いに種類が異なる複数の偏光フィルタや、互いに透過率が異なる複数のフィルタなどを含んでいてもよい。フィルタアレイＦＡを互いに異なる透過特性を有する複数のフィルタで構成することにより、同一の物体に対して互いに異なる複数の画像情報を同時に取得することが可能になる。

具体的に、互いに透過波長域の中心波長が異なる複数のフィルタ（バンドパスフィルタ）を用いることで、複数の波長帯域に対応する複数の画像情報を同時に取得することができる。このとき、撮像システム１００を、一般的なカメラの波長帯域（ＲＧＢ）よりも多い４種類以上の波長帯域に対応する画像情報を取得することができるマルチスペクトルカメラとして構成することが望ましい。さらに、撮像システム１００を、１００種類以上の波長帯域に対応する画像情報を取得することができるハイパースペクトルカメラとして構成することがより好ましい。なお、バンドパスフィルタの代わりに、入射光の波長を変換して射出する波長変換フィルタを用いてもよい。

あるいは、互いに種類が異なる複数の偏光フィルタを用いることで、複数の偏光状態に対応する複数の画像情報を同時に取得することができる。例えば、Ｘ方向（水平方向）、Ｙ方向（垂直方向）、Ｘ方向及びＹ方向に対して４５°の方向、の夫々に平行な方向の直線偏光を透過させる三つの直線偏光フィルタと、円偏光を透過させる円偏光フィルタを用いる場合が考えられる。このように、入射光の偏光状態を変化させる複数の種類の偏光フィルタを用いることで、物体の偏光特性（ストークスパラメータ）や、物体の偏光状態の２次元分布などの偏光情報を取得することができる。

また、透過特性の種類が異なる複数のフィルタでフィルタアレイＦＡを構成することで、波長情報、偏光情報、輝度情報、視差情報などの異なる種類の情報を同時に取得できるようになる。このとき、互いに異なる種類の複数のフィルタの夫々を、互いに異なるレンズ部の光軸上に配置した構成に限らず、同一の光軸上に配置した構成を採ってもよい。後者の場合、取得した画像情報を不図示の画像処理部によってフィルタリングすることで、異なる種類の画像情報に分離することができる。

また、一般的に可視波長帯域で使用されるシリコン材料で構成される撮像素子１１は、短波長帯域（４５０ｎｍ以下）及び長波長帯域（７５０ｎｍ以上）よりも中心波長帯域（５５０ｎｍ近傍）に対する感度の方が高いという感度特性を有している。よって、これらの各波長帯域に対応する複数のバンドパスフィルタを用いる場合、中心波長帯域に対応するバンドパスフィルタが配置されている光軸上に減光フィルタを配置することが好ましい。このとき、偏光フィルタを減光フィルタとして用いることで、各画像情報の輝度のバランスを補正することだけでなく、波長情報及び偏光情報を同時に取得することが可能になる。

なお、フィルタアレイＦＡは、少なくとも透過波長域の中心波長が互いに異なる二つのフィルタを含んでいればよい。言い換えると、フィルタアレイＦＡは、透過特性が互いに同一である複数のフィルタを含んでいてもよい。例えば、撮像システム１００を測距装置（ステレオカメラ）として用いる場合、視差が互いに異なる二つの画像情報を用いて物体の距離情報を取得するため、各画像情報に対応する二つのフィルタの透過特性を略同等とすることが望ましい。ただし、互いに異なる複数の画像情報を一回の撮像でより多く取得するためには、複数フィルタの全ての透過特性を互いに異ならせることが望ましい。

本実施形態に係るフィルタアレイＦＡは、図１（ｂ）に示したように、Ｘ方向及びＹ方向に配列された９個のフィルタＦ１１～Ｆ３３を備えている。また、レンズアレイＬＡは、９個のフィルタに対応する９個のレンズ部を備えている。すなわち、同一の光軸上に配置されたレンズ部及びフィルタをまとめて一つの結像部であるとすると、光学装置２０は９個の結像部を備えていることになる。複数の結像部をまとめて結像部アレイとも呼ぶ。

なお、結像部の数はこれに限られるものではなく、光学装置２０は少なくとも第１の方向に配列された三つの結像部を備えていればよい。ただし、一回の撮像でより多くの透過特性に対応する画像情報を取得するためには、結像部を四つ以上設けることが望ましく、本実施形態のように結像部を九つ以上設けることがより好ましい。物体からの光は、レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡを順に介して撮像素子１１の撮像面に到達する。このとき、撮像面には、各結像部に応じた９個の像（複製像）が形成される。

なお、撮像装置１０の小型化のためには、本実施形態に係る撮像素子１１のように、各レンズ部に対して共通の（単一の）撮像素子を設けることが望ましい。また、各レンズ部に対して共通の撮像素子を用いることで、光学装置２０の交換によってレンズ部の数や配置が変化した場合にも、良好な画像情報を取得することができる。このとき、撮像素子１１の利用効率を向上させるためには、撮像素子１１を構成する複数の画素（フォトダイオード）をできるだけ隙間なく均一に配置することが望ましい。

ただし、必要に応じて、各レンズ部に対して個別に撮像素子を設けてもよい。この場合、装置全体の小型化のためには、各撮像素子をできるだけ隙間なく均一に配置することが望ましい。また、光学装置２０の小型化のためには、撮像素子１１の撮像面の形状に合わせて各レンズ部を配置することが望ましい。具体的には、ＸＹ断面において各レンズ部を正方配置することが望ましい。なお、撮像素子１１の撮像面が正方形でない場合は、各レンズ部の配置のアスペクト比などを変更してもよい。

レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡの光軸方向における配置の順番は、図１（ａ）に示したものに限られない。例えば、干渉型のバンドパスフィルタを用いる場合は、その角度特性（角度依存性）を鑑みて、各フィルタに対する光の入射角が小さくなるように、フィルタアレイＦＡをレンズアレイＬＡよりも物体側に配置することが好ましい。ただし、レンズアレイＬＡにおける各レンズ部が十分なテレセントリック性を有している場合は、フィルタアレイＦＡがレンズアレイＬＡよりも像側（＋Ｚ側）に配置されていたとしても、各フィルタに対する光の入射角を小さくすることができる。

また、フィルタアレイＦＡがレンズアレイＬＡよりも物体側に配置されている場合、レンズアレイＬＡに入射する軸外光線の欠け（ヴィネッティング）が発生してしまう可能性がある。よって、例えば吸収型のバンドパスフィルタなどの角度依存性が小さいフィルタを用いる場合や、フィルタの角度依存性よりも光利用効率を優先する場合には、フィルタアレイＦＡをレンズアレイＬＡよりも像側に配置することが好ましい。

本実施形態においては、レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡを保持部材２によって一体的に保持することで、夫々の相対位置のずれを抑制している。また、保持部材２は、撮像装置１０と結合するための第１のマウント部２１を有している。これにより、光学装置２０をアクセサリ装置として、第１のマウント部２１を介して撮像装置１０に着脱可能とすることができる。すなわち、撮像装置１０に対して、レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡを一体的に保持しつつ同時に交換することが可能になる。

この構成によれば、レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡの相対位置のずれを抑制しつつ、取得する画像情報の種類や解像度を変更することができる。具体的には、フィルタアレイＦＡを透過特性が異なるものに交換する際に、同時にレンズアレイＬＡを各フィルタアレイに対応する（最適化された）ものに交換することができる。これにより、各レンズの収差やピントの変化を抑制することができる。また、レンズアレイＬＡをレンズ部の数が異なるものに交換することで、撮像システム１００の解像度を変更することができる。この場合にも、同時にフィルタアレイＦＡを各レンズアレイに対応するものに交換することができる。

このように、本実施形態に係る撮像システム１００によれば、取得したい画像情報に応じて光学装置２０を交換することができる。特に、レンズアレイＬＡが交換可能であるため、レンズ部の数を増減させることで、画像情報の種類（バンド数など）や解像度を増減させることができる。そして、レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡを一体的に交換可能であるため、交換時の光学性能の変化を抑制することができる。これにより、光学装置２０の構成によらず、共通の撮像装置１０によって複数の良好な画像情報を同時に取得することが可能になる。

第１のマウント部２１の形状は、撮像装置１０に設けられたマウント部１３に対応する形状とすればよい。例えば、光軸方向（Ｚ方向）から見たときに撮像面を囲む円周上に設けられた結合部（凸部や凹部、磁石など）を第１のマウント部２１として採用することができる。図１（ａ）においては、第１のマウント部２１を凹部として示し、撮像装置１０のマウント部１３を凸部として示しているが、各マウント部の形状はこれに限られるものではない。また、第１のマウント部２１に、撮像装置１０と電気的に接続するための電気接点（端子）を設けることが好ましい。これにより、光学装置２０は電気接点を介して撮像装置１０と通信を行ったり撮像装置１０から電力を受給したりすることが可能になる。

なお、図１（ａ）に示すように、保持部材２は、像側に設けられる第１のマウント部２１だけでなく、物体側に設けられる第２のマウント部２２を有していてもよい。これにより、光学装置２０に対してレンズ装置４０やアダプタ装置３０などのアクセサリ装置を着脱可能とすることができる。図１（ａ）においては、第２のマウント部２２を凸部として示しているが、第２のマウント部２２の形状はこれに限られず、装着されるアクセサリ装置におけるマウント部の形状に応じて設定すればよい。なお、第２のマウント部２２についても、アクセサリ装置に対して通信や電力の受供給を行うための電気接点を設けることが好ましい。

なお、光学装置２０を撮像装置１０に装着する際に、夫々のマウント部の製造の精度によっては取り付け誤差が生じ、レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡと撮像素子１１との位置関係に誤差が生じる可能性がある。このような誤差が生じた場合、撮像素子１１の撮像面に対するレンズアレイＬＡのピントずれ（デフォーカス）が生じてしまう。そこで、レンズアレイＬＡを光軸方向に移動するための移動機構を設け、レンズアレイＬＡのピントを調整できるように構成することが望ましい。

あるいは、レンズアレイＬＡの代わりに撮像素子１１を光軸方向に移動するための移動機構を設け、撮像素子１１の移動によるピント調整（センサフォーカス）ができるように構成してもよい。なお、光学装置２０の取り付け誤差によりレンズアレイＬＡの像面が撮像面に対して傾き、像面湾曲やレンズ部ごとに異なるピントずれが生じてしまう可能性がある。よって、撮像素子１１の光軸に対する傾き（チルト角）を変更することができるように構成することが好ましい。さらに、撮像素子１１を光軸に垂直な方向の成分を含む方向に移動させることで、像ブレ補正（手振れ補正）を行うことができるようにしてもよい。

レンズアレイＬＡにおける各レンズ部の全てに、同一形状のレンズ面を含ませることが望ましい。これにより、各レンズ部の製造が容易になり、レンズアレイＬＡのコストを削減することができる。このとき、各レンズ部の形状を互いに同一にすることがより好ましいが、必要に応じて各レンズ部の形状を互いに異ならせてもよい。また、各レンズ部を光軸上に配置された複数のレンズで構成することで、色収差をより良好に補正することができるようにしてもよい。なお、各フィルタの透過波長域の差（撮像システム１００の使用波長帯域）が大きく、色収差の補正が難しい場合は、各レンズを個別に移動させることで夫々の結像位置（軸上色収差）を調整してもよい。

本実施形態に係るレンズ装置４０は、光学装置２０の各結像部に対して共通である１枚以上のレンズを有する光学系ＯＬと、光学系ＯＬを保持する保持部材（鏡筒）４を備えている。レンズ装置４０は、撮像システム１００の画角（撮像画角）を変換する役割を果たしている。すなわち、レンズ装置４０を光学系ＯＬの構成が異なるものに交換することで、様々な画角に対応する画像情報を取得することができる。なお、レンズ装置４０を用いずに、レンズアレイＬＡにおける各レンズ部を複数のレンズ群で構成し、隣接するレンズ群の間隔を変更可能とすることで、撮像システム１００の画角を変更することも可能である。しかし、その場合はレンズアレイＬＡの製造及び制御の難易度が高くなり、かつ光学装置２０の構成が複雑化及び大型化してしまう。

よって、光学装置２０の簡素化及び小型化のためには、本実施形態のようにレンズ装置４０の交換によって撮像システム１００の画角を変更できるように構成すること望ましい。なお、レンズ装置４０における光学系ＯＬを構成する少なくとも１枚のレンズを移動可能とすることで、ピント調整（フォーカシング）を行うようにしてもよい。また、光学系ＯＬを複数のレンズ群で構成して隣接するレンズ群の間隔を変更し、撮像システム１００の焦点距離を変更することで、画角や結像倍率を調整できるようにしてもよい。

本実施形態に係るアダプタ装置３０は、光を拡散させる拡散素子ＤＦと、１枚以上のレンズを有する光学系（光学部）ＣＬと、拡散素子ＤＦ及び光学系ＣＬを保持する保持部材３を備えている。拡散素子ＤＦは、レンズ装置４０により形成される中間像面（一次結像面）の位置に配置されており、スクリーンとしての役割を果たしている。拡散素子ＤＦとしては、拡散面（粗面）を有する拡散部材（拡散板）や、複数の微細なレンズで構成されるマイクロレンズアレイなどを採用することができる。光学系ＣＬは、拡散素子ＤＦからの光を平行光に変換して光学装置２０に導光するコリメータ光学系としての機能を有する。ただし、ここでの平行光とは、厳密な平行光に限らず、略平行光（弱発散光や弱収束光）を含むものとする。

上述したように、干渉型のバンドパスフィルタの透過波長には角度依存性が存在しており、一般的には長波長側に行くほど透過波長域の中心波長の変動が大きくなる。また、バンドパスフィルタが主光軸ＡＸ０から離れた位置に配置されている場合、そのバンドパスフィルタに入射する光の角度が大きくなりやすいため、透過波長域の中心波長の変動角度が大きくなる可能性がある。そこで、アダプタ装置３０によってフィルタアレイＦＡに入射する光を平行光とすることで、各フィルタに対する光の入射角が位置によらず略等しくなるため、各フィルタの配置による角度依存性の変化を抑制することができる。

レンズ装置４０における保持部材４及びアダプタ装置３０における保持部材３は、互いに結合するためのマウント部４１及びマウント部３１を有している。これにより、アダプタ装置３０を介してレンズ装置４０を光学装置２０に着脱可能とすることができる。また、アダプタ装置３０における保持部材３は、光学装置２０の第２のマウント部２２と結合するためのマウント部３３を有している。これにより、各マウント部を介してアダプタ装置３０を光学装置２０に着脱可能とすることができる。このとき、レンズ装置４０が撮像装置１０及び光学装置２０に直接着脱することができない場合であっても、アダプタ装置３０を介することで間接的に着脱することが可能になる。

ただし、光学装置２０の第１のマウント部２１とレンズ装置４０のマウント部４１とを同じ形状とし、撮像装置１０のマウント部１３とアダプタ装置３０のマウント部３１とを同じ形状とすることが望ましい。言い換えると、撮像装置１０に対して着脱可能なレンズ装置４０が、アダプタ装置３０にも着脱可能である構成とすることが望ましい。これにより、一般的なカメラとしての撮像装置１０及び一般的な交換レンズとしてのレンズ装置４０を用いて、複数の画像情報を一回の撮像で同時に取得できる撮像システムを構成することが可能になる。

また、本実施形態に係る撮像システム４００は、アダプタ装置３０を用いることで光学装置２０に平行光が入射する構成を採っている。これにより、本実施形態に係る光学装置２０を物体の中間像を形成しないレンズ装置に対しても適用することが可能になる。よって、光学装置２０、レンズ装置４０、及びアダプタ装置３０の夫々の互換性を確保するために、各装置のマウント部の形状は、夫々の光学系の構成にかかわらず同一の形状とすることが望ましい。

なお、本実施形態のレンズ装置４０のように物体の中間像を形成するレンズ装置を用いる場合は、その中間像面の位置に視野絞りを配置することが望ましい。これにより、撮像素子１１の撮像面に形成される各像の境界の形状やサイズを適切に設定することができる。例えば、各結像部からの光が撮像面において互いに干渉する場合は、視野絞りに設けられる開口のサイズ（開口径）を小さくすればよい。このとき、撮像素子１１の利用効率を向上させるためには、視野絞りの開口の形状を、撮像面を等分割することができる矩形などの形状とすることが望ましい。

また、撮像面における各像の境界は、視野絞りを中間像面の位置に近づける程明確になるため、本実施形態のように中間像面の位置に拡散素子ＤＦを配置する場合は、視野絞りを拡散素子ＤＦに密着するように配置することが好ましい。このとき、拡散素子ＤＦが厚みを持つ場合は、拡散素子ＤＦの内部での散乱の影響を低減するために、視野絞りを拡散素子ＤＦの像側に配置することがより好ましい。本実施形態においては、拡散素子ＤＦの中央部（矩形部）以外に遮光部材（遮光塗料）を設けることで、拡散素子ＤＦに視野絞りとしての機能を持たせることができる。あるいは、視野絞りを構成する遮光部材に設けられる開口部に拡散素子ＤＦを配置することで、視野絞りと拡散素子ＤＦとを一体的に構成してもよい。

中間像面の位置に拡散素子ＤＦを配置した場合、レンズ装置４０からの光は拡散素子ＤＦによって拡散されるため、レンズ装置４０からの光の入射角に関する情報が失われ、各像における視差の発生を抑制することができる。ただし、本実施形態に係る撮像システム４００を後述するような測距装置として用いる場合、各像の視差を用いて物体までの距離に関する情報を取得するため、レンズ装置４０からの光の入射角に関する情報を残しておく必要がある。その場合は、視野絞りの直前に拡散素子ＤＦの代わりにフィールドレンズとしての正レンズを配置することで、入射角に関する情報を残しつつ本実施形態と同様の機能を実現することができる。

次に、撮像システム１００における処理系について説明する。上述したように、撮像素子１１から出力される画像情報の特性は、撮像装置１０に装着される光学装置２０の構成によって変化する。よって、撮像装置１０にどのような光学装置２０が装着されたとしても、画像情報を適切に処理するためのシステムを実現することが望ましい。具体的に、光学装置２０は、撮像装置１０に対して情報を送受信するための通信部や、撮像装置１０との接続を認識するための認識部を備えていることが好ましい。

図１（ａ）では、撮像装置１０が処理部１２を有し、光学装置２０が処理部２３を有する場合を示している。処理部１２は、少なくとも通信部及び認識部としての機能を備えている。処理部２３は、少なくとも通信部（記憶部）としての機能を備えている。処理部１２及び処理部２３は、撮像装置１０に光学装置２０が装着された際に互いに電気的に接続され、相互に情報（信号）を送受信することができる。処理部１２及び処理部２３は、撮像装置１０及び光学装置２０の夫々のマウント部に設けられた電気接点を介して情報を送受信することができる。ただし、各マウント部に電気接点が設けられていない場合などは、例えば光通信などの無線通信を行ってもよい。

処理部２３は光学装置２０に関する固有情報を記憶しており、処理部１２はその固有情報を受信することによって光学装置２０が撮像装置１０に装着されたことを認識する。光学装置２０の固有情報は、例えばレンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡの夫々に関する識別番号などの識別子（ＩＤ）又はレンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡの組み合わせに関する識別子である。処理部２３は、受信した固有情報に基づいて、光学装置２０の種別や個体を認識することができる。

本実施形態に係る撮像システム１００においては、撮像装置１０が電源を有しており、光学装置２０は電源を有していないため、撮像装置１０における処理部１２によって光学装置２０の装着を認識することが望ましい。この場合、処理部２３は、固有情報を記憶する記憶部（通信部）としての機能だけを有することになる。ただし、処理部１２及び処理部２３が無線通信を行う場合は、撮像装置１０及び光学装置２０の夫々に電源を設け、夫々が個別に認識を行う構成を採ってもよい。

処理部１２は、画像処理部（プロセッサ）としての機能も備えており、受信した固有情報に応じて、撮像素子１１から出力される画像情報を処理する。このとき、予め光学装置２０におけるレンズアレイＬＡの情報（レンズ部の数や配置など）やフィルタアレイＦＡの情報（フィルタの透過特性や配置など）と固有情報を紐づけて、データテーブルとして処理部１２又は外部装置に記録しておくことが望ましい。これにより、処理部１２は、受信した固有情報をデータテーブルに照らし合わせることで、どのような構成（特性）の光学装置２０が装着されたのかを認識することができる。

なお、必要に応じて、上述したようなレンズアレイＬＡやフィルタアレイＦＡの情報そのものを固有情報として処理部２３に記録しておき、処理部１２が処理部２３からその情報を取得するように構成してもよい。ただし、光学装置２０の簡素化及び小型化のためには、処理部２３に記録しておく情報は、上述したように光学装置２０の種別や個体を弁別するための識別番号などの最小限のものとすることが望ましい。

例えば、フィルタアレイＦＡがバンドパスフィルタで構成されている場合、処理部１２はレンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡの情報に基づいて、撮像素子１１から出力される一つの画像情報を適切に分割及び再配列する。これにより、バンドパスフィルタに対応する波長帯域ごとの複数の画像情報（マルチスペクトル画像）を生成することができる。このとき、必要に応じて、複数の画像情報を重ね合わせる（再合成する）ことで、１枚のマルチスペクトル画像を生成してもよい。

なお、撮像素子１１から出力される画像情報を外部装置に送信することで、処理部１２ではなく外部装置によって上述したような画像処理を行うように構成してもよい。この場合、光学装置２０の情報と画像情報との対応関係をわかりやすくするために、処理部２３が記憶している情報を画像情報に付加してから外部装置に送信することが好ましい。あるいは、処理部２３を外部装置として撮像装置１０の外部に設けてもよい。

また、レンズ装置４０は、光学装置２０における処理部２３と同様の処理部４２を備えていることが望ましい。処理部４２は、レンズ装置４０に関する固有情報を記憶しており、その固有情報を光学装置２０における処理部２３を介して、又は直接撮像装置１０における処理部１２に送信することができる。処理部１２は、レンズ装置４０の固有情報に基づいて、レンズ装置４０の種別や個体を認識することができる。処理部１２は、レンズ装置４０の固有情報及び光学装置２０の少なくとも一方の固有情報に応じて、撮像素子１１から出力される画像情報を処理することができる。

また、アダプタ装置３０は、光学装置２０における処理部２３と同様の処理部３４を備えていることが望ましい。処理部３４は、アダプタ装置３０に関する固有情報を記憶しており、その固有情報を光学装置２０における処理部２３を介して、又は直接撮像装置１０における処理部１２に送信することができる。処理部１２は、アダプタ装置３０の固有情報に基づいて、レンズ装置４０の種別や個体を認識することができる。また、処理部１２は、レンズ装置４０、アダプタ装置３０、及び光学装置２０の少なくとも一つの固有情報に応じて、撮像素子１１から出力される画像情報を処理することができる。このとき、レンズ装置４０の固有情報を用いて、レンズ装置４０で生じる収差による画像情報への影響を補正してもよい。

［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る撮像システムについて説明する。図２は、本実施例に係る撮像システム１００の要部概略図である。

撮像システム１００における光学系は、複数のリレー光学系で構成されており、物体側から順に配置された前段光学系（レンズ装置）ＦＢ、中間光学系（光学素子）ＭＢ、と後段光学系（光学装置）ＲＢを備えている。

後段光学系ＲＢは、光学系（コリメータ光学系）ＣＬと、光学系ＣＬを保持する保持部材３とを備えている。また、後段光学系ＲＢは、複数のレンズ部を含むレンズアレイＬＡと、複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタを含むフィルタアレイＦＡと、レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡを保持する保持部材２とを備えている。

光学系ＣＬは、一次結像面から射出される光束をレンズアレイＬＡに入射する前にコリメート光（平行光）にする役割を持っている。レンズアレイＬＡに入射する光束をコリメート光化することにより、レンズアレイＬＡ内において、対物光学系ＯＬの光軸（主光軸）から離れたレンズ部について、偏心収差の発生を抑制することができる。これにより、レンズアレイＬＡ内の各レンズ部を同一形状（共通設計）とすることができ、全系の低コスト化が可能になる。また、各レンズ部に入射する光束を各レンズ部の光軸に対して対称にすることができるので、画角による複数の像の偏りを低減し、収差補正をより容易にすることができる。

なお、レンズアレイＬＡ及びフィルタアレイＦＡをアクセサリ装置として、光学系ＣＬとは別体で構成する場合は、夫々を互いに着脱可能とするための結合部を保持部材２及び３に設ければよい。夫々を互いに着脱可能としない場合は、保持部材２及び３を一体的に構成してもよい。保持部材２と撮像素子を保持する保持部材（撮像装置）１とを着脱可能にしてもよく、その場合は保持部材１及び２の夫々に対応する結合部（第３の結合部）を設ければよい。前段光学系ＦＢは、複数のレンズで構成される対物光学系ＯＬと、対物光学系ＯＬを保持する保持部材４とを備えている。中間光学系ＭＢは、拡散素子（光学素子）ＤＦと、それを保持する保持部材５とを備えている。

そして、保持部材３は、光学系ＣＬの物体側に設けられ、前段光学系ＦＢの保持部材４と結合するための第１の結合部３１と、光学系ＣＬ及び前段光学系ＦＢの間に設けられ、中間光学系ＭＢと結合するための第２の結合部３２とを有している。前段光学系ＦＢの保持部材４には第１の結合部３１に対応する結合部４１が設けられ、中間光学系ＭＢの保持部材５には第２の結合部３２に対応する結合部５１が設けられている。

この構成により、後段光学系ＲＢは、第１の結合部３１を介して前段光学系ＦＢが着脱可能であり、第２の結合部３２を介して中間光学系ＭＢが着脱可能となっている。これにより、共通の後段光学系ＲＢを用いた場合にも、取得したい画像情報に応じて前段光学系ＦＢや中間光学系ＭＢを交換することにより、様々な良好な画像情報を取得することが可能になる。なお、前段光学系ＦＢを交換しない場合は、中間光学系ＭＢの一部品を交換するだけで全系の光学性能を切り替えることができる。

なお、上述した実施形態において説明したように、前段光学系ＦＢと後段光学系ＲＢとの結合部（第１の結合部３１）には電気接点を設けることが望ましい。一方、前段光学系ＦＢと中間光学系ＭＢとの結合部（第２の結合部３２）には電気接点を設けなくてもよいが、必要に応じて設けてもよい。後段光学系ＲＢの保持部材３には、中間光学系ＭＢを挿入するための空間（領域）が設けられているが、その空間に対する中間光学系ＭＢの挿入方法は特に限られない。例えば、光軸方向における物体側の開口から中間光学系ＭＢを挿入してもよく、保持部材３の光軸に垂直な方向における面に開口を設け、そこから中間光学系ＭＢを挿入してもよい。

本実施例では、前段光学系ＦＢ及び中間光学系ＭＢが後段光学系ＲＢに装着された際に、拡散素子ＤＦが前段光学系ＦＢの像面（一次結像面）ＩＰ１に配置されるように構成している。また、像面ＩＰ１の像が最終結像面である像面（撮像面）ＩＰ２に結像されるように構成している。また、拡散素子ＤＦの外周には吸光部材が設けられておりこれが視野絞りＳＴとしての役割を果たしている。すなわち、本実施例では拡散素子ＤＦと視野絞りＳＴが一体構造となっている。視野絞りＳＴは後段光学系ＲＢ内レンズアレイＬＡが作る個別の複製像の画角を決定する役割を持っている。拡散素子ＤＦには前方から入射した光束を後方へ、面法線に対しほぼ対称形に拡散させる特性を持たせていれば、対物レンズを異なるものに差し替えても後方への射出光束の分布がほとんど変化しないものと期待できる。後方への射出光束角を主光軸に対し対称形に近付けるためには、拡散素子ＤＦの面内で拡散特性を調整（拡散方位に分布を持たせるなど）したり、拡散素子ＤＦの表裏にフレネルレンズを形成するなどして屈折力をもたせたりすることが望ましい。

後段光学系ＲＢの光学系ＣＬは、物体側に対してテレセントリックであることが望ましい。これにより、拡散素子ＤＦから射出される光束をレンズアレイＬＡの全域に満たすことが容易になる。以下、図３を用いて詳細に説明する。

図３は、一次結像面ＩＰ１上の中間像ＩＭ１から射出される光束と、後段光学系ＲＢ内のレンズアレイＬＡとの関係を示している。中間像ＩＭ１の最軸外の点からは拡散角θｄで光束が射出され、後段光学系ＲＢに入射している。ここでは簡単のために、拡散素子ＤＦの拡散角θｄの中心軸は主光軸に対して略平行であるとする。後段光学系ＲＢへ入射した光束は光学系ＣＬ（便宜的に１枚のレンズで表現）によって平行光に変換され、レンズアレイＬＡに入射する。レンズアレイＬＡの各レンズ部は、像面ＩＰ２に像ＩＭ２１～ＩＭ２３を形成する。

図３（ａ）は、光学系ＣＬが物体側に対してテレセントリックでない（テレセントリック性が低い）場合を示している。図３（ａ）では、中間像ＩＭ１の最軸外の点から拡散角θｄ射出される光束がレンズアレイＬＡの全開口を満たせておらず、特に像面ＩＰ２上の像ＩＭ２３の最軸外の点が結像していない（欠けている）。このように、光学系ＣＬが物体側に対してレセントリック出ない場合、周辺光量の低下や像の欠けが生じてしまう。

一方、図３（ｂ）は、光学系ＣＬが物体側に対してテレセントリックである（テレセントリック性が高い）場合を示している。図３（ｂ）では、中間像ＩＭ１の最軸外の点から拡散角θｄで射出される光束がレンズアレイＬＡの全面を満たしており、像ＩＭ２１～ＩＭ２３の結像に必要なすべての光束が像面ＩＰ２に導光できている。

なお、光学系ＣＬやレンズアレイＬＡの開口壁ＡＰにより蹴られる光束が多くなると、光利用効率が落ち、像が暗くなってしまう。この場合、画像情報を処理（信号処理）する場合のＳＮ比の低下となる。よって、上述したように、拡散素子ＤＦの面内特性を制御し、後段光学系ＲＢ内の開口壁ＡＰによる軸外光束の欠損ができるだけ小さくなるように構成することが好ましい。また、拡散素子ＤＦの拡散角θｄの中心軸を、後段光学系ＲＢの軸外光束角に合わせて傾けてもよい。例えば、図３（ｂ）においては、拡散角θｄの中心軸を内側（主光軸側）へ傾けることで、開口壁ＡＰでの軸外光束の欠損をさらに抑制することができる。また、拡散素子ＤＦの拡散角の中心軸を、軸外に向かうほど主光軸側に傾かせることがより好ましい。

図３（ａ）の場合においても、拡散角θｄを大きくすればレンズアレイＬＡの全面を光束で満たすことはできるが、光学系ＣＬやレンズアレイＬＡの外側に配置されている開口壁ＡＰによって遮光される光束が大幅に増加してしまう。これは中間像ＩＭ１のうち特に軸外点から射出される光束が外側（主光軸から離れる方向）に広がるほど、顕著になる。また、光学系ＣＬを一次結像面ＩＰ１から遠く離すことでもレンズアレイＬＡ面の全面を光束で満たすことができるが、全系の全長が長くなってしまう。

なお、対物光学系ＯＬの構成によっては、拡散素子ＤＦへの入射角が大きく、後方への拡散角の中心軸が拡散素子ＤＦの面法線からずれる場合がある。つまり、拡散角θｄが主光軸に対して非平行になる場合がある。よって、拡散素子ＤＦの拡散角θｄは、レンズアレイＬＡの全体の入射瞳を満たす光束角よりも広く設定しておくことが望ましい。ただし、拡散素子の拡散角θｄを広くし過ぎると、像面ＩＰ２における像が暗くなってしまう。したがって、一般的な対物光学系の軸外光束の像面に対する入射角を考慮して拡散素子ＤＦの拡散特性を定めることが望ましい。

具体的には、拡散素子ＤＦに入射する光の強度に対する、拡散素子ＤＦから出射する光の強度の低下率（強度低下率）が、拡散素子ＤＦの面法線に対する±１０［ｄｅｇ］の範囲において５０％以下であるような拡散素子ＤＦを採用することが望ましい。さらに、強度低下率が面法線に対する±９［ｄｅｇ］の範囲において５０％以下である拡散素子ＤＦが好ましく、強度低下率が面法線に対する±８［ｄｅｇ］の範囲において５０％以下である拡散素子ＤＦがより好ましい。

［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る撮像システムについて説明する。図４は、本実施例に係る撮像システム１００の要部概略図である。本実施例に係る撮像システム１００は、中間光学系ＭＢの構成以外は実施例１に係る撮像システム１００と同様の構成を採っている。

本実施例に係る中間光学系ＭＢは、拡散素子ＤＦの代わりにフィールドレンズＦＬを備えている。本実施例では、前段光学系ＦＢ及び中間光学系ＭＢが後段光学系ＲＢに装着された際に、視野絞りＳＴが前段光学系ＦＢの像面ＩＰ１の位置に配置され、フィールドレンズＦＬが前段光学系ＦＢの像面ＩＰ１の物体側に配置されるように構成している。フィールドレンズＦＬは、対物光学系ＯＬから一次結像面に入射する軸外光束の角度を、主光軸に対し略対称に変換する役割を持つ。これについて、図５を用いて詳細に説明する。

図５は、対物光学系ＯＬから射出される光束と、後段光学系ＲＢ内のレンズアレイＬＡとの関係を示している。図５（ａ）は、フィールドレンズＦＬが配置されていない場合を示し、図５（ｂ）はフィールドレンズＦＬが配置されている場合を示している。なお、図５（ａ）及び（ｂ）に記載の構成は、フィールドレンズＦＬの有無以外は共通である。

図５（ａ）では、対物光学系ＯＬから射出される軸外光束は一次結像面ＩＰ１の位置で中間像ＩＭ１の軸外点（軸外画角）を形成するものの、この光束は主光軸から遠ざかりレンズアレイＬＡの全開口を満たせていない。これにより、像ＩＭ２２においては光量低下（光束の欠損）が発生し、像ＩＭ２３については結像すらしていないことがわかる。

一方、図５（ｂ）では、対物光学系ＯＬから射出された軸外光束がフィールドレンズＦＬによって主光軸に対して略対称となるように屈曲されている。このとき、軸外光束の射出方位（光束の中心軸）を、後段光学系ＲＢの軸外光束角（同中心軸）近づけることで、光利用効率を向上させることができる。

なお、図５（ｂ）においては、フィールドレンズＦＬから射出される軸外光束の中心軸を、内側（主光軸側）へ傾けている。これにより、一次結像面ＩＰ１から射出される光束を主光軸に対して略対称となるようにすることができ、レンズアレイＬＡの全面を光束が満たすようにすることができる。よって、テレセントリック光学系として設計している後段光学系ＲＢとの接続が良くなる。すなわち、実施例１のように拡散素子ＤＦを採用した構成との間で後段光学系ＲＢを共通化するにあたっては、一次結像面ＩＰ１前後で上記のような構成にしておくことが好適である。

前段光学系ＦＢの対物光学系ＯＬの構成は、一次結像面を形成できるものであれば限定されないが、リレー光学系であるため、一次結像面への光束の入射角が比較的小さいものが好ましい。一次結像面への光束の入射角が大きいと、中間光学系ＭＢ内のフィールドレンズＦＬに大きなパワーを持たせることが必要になり、収差が増大してしまう可能性が生じる。

なお、前段光学系ＦＢには対物光学系ＯＬ以外の光学素子を配置してもよい。例えば入射光の特性を変化させる偏光フィルタや減光フィルタが配置されていてもよい。特に、フィールドレンズＦＬを用いた場合、対物光学系ＯＬに設けられた開口絞りによってＦ値を偏光しようとすると、入射光の周辺が欠けてしまい、レンズアレイＬＡにおける主光軸から離れた位置に配置されたレンズ部に入射する光束が欠損する場合がある。よって、前段光学系ＦＢに減光フィルタを着脱可能な構成を採用することで、良好な光量調整ができるようになる。

なお、減光フィルタは、迷光を除去する観点からできるだけ全系における物体側に配置することが好ましく、対物光学系ＯＬよりも物体側に配置することがより好ましい。あるいは、減光フィルタの径を小さくすることを重視する場合は、減光フィルタを一次結像面ＩＰ１の近傍に（隣接して）配置してもよい。

本実施例に係る光学系ＣＬは、光学系において最も広い間隔を空けて配置された前群ＣＬ１及び後群で構成されている。このとき、前群ＣＬ１は、物体側から順に配置された正の屈折力の第１レンズ群Ｐ１及び負の屈折力の第２レンズ群Ｎ１で構成されていることが望ましい。この構成によれば、光学系ＣＬの物体側主点位置を第１レンズ群Ｐ１よりも物体側に設定することができるため、全系を小型化することが可能になる。なお、本実施例においては、第１レンズ群Ｐ１及び第２レンズ群Ｎ１の夫々が１枚のレンズで構成されているが、必要に応じて夫々を複数のレンズで構成してもよい。

また、第１レンズ群Ｐ１の焦点距離をｆＰ１、第２レンズ群Ｎ１の焦点距離をｆＮ１とするとき、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
０．６０≦｜ｆＰ１／ｆＮ１｜≦４．５０ ・・・（１）

条件式（１）の範囲から外れると、光学系ＣＬのテレセントリック性が低下し、周辺光量の低下や像の欠けが発生する可能性が生じる。また、第１レンズ群Ｐ１又は第２レンズ群Ｎ１のパワーの絶対値が大きくなり過ぎてしまい、収差補正が難しくなるため好ましくない。

更に、以下の条件式（１ａ）～（１ｃ）を順に満たすことがより好ましい。
０．８０≦｜ｆＰ１／ｆＮ１｜≦３．５０ ・・・（１ａ）
１．００≦｜ｆＰ１／ｆＮ１｜≦２．５０ ・・・（１ｂ）
１．１０≦｜ｆＰ１／ｆＮ１｜≦２．１０ ・・・（１ｃ）

また、前段光学系ＦＢ及び中間光学系ＭＢが後段光学系ＲＢに装着された際に、前段光学系ＦＢの像側瞳から中間光学系ＭＢの物体側主点までの距離をＬＰＬ、中間光学系ＭＢの焦点距離をｆＦＬとするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
０．５２≦｜ｆＦＬ／ＬＰＬ｜≦１．９８ ・・・（２）

条件式（２）の上限を上回ると、フィールドレンズＦＬのパワーが小さくなり過ぎてしまい、一次結像面への入射光束角の対称性が低下してしまう。また、対物光学系ＯＬとフィールドレンズＦＬの距離が小さくなり過ぎてしまい、夫々が互いに干渉してしま可能性が生じる。条件式（２）の下限を下回ると、フィールドレンズＦＬのパワーが大きくなり過ぎてしまい、一次結像面への入射光束角の対称性が低下してしまう。また、フィールドレンズＦＬの光学面の曲率が大きくなり過ぎてしまい、フィールドレンズＦＬの厚みが増大してしまうため好ましくない。

更に、以下の条件式（２ａ）～（２ｃ）を順に満たすことがより好ましい。
０．５４≦｜ｆＦＬ／ＬＰＬ｜≦１．８６ ・・・（２ａ）
０．５６≦｜ｆＦＬ／ＬＰＬ｜≦１．７５ ・・・（２ｂ）
０．５８≦｜ｆＦＬ／ＬＰＬ｜≦１．６４ ・・・（２ｃ）

また、前段光学系ＦＢ及び中間光学系ＭＢが後段光学系ＲＢに装着された際に、前段光学系ＦＢの像側瞳から前段光学系ＦＢの像面までの距離をＬＰＩ、中間光学系ＭＢの焦点距離をｆＦＬとするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．７５≦｜ｆＦＬ／ＬＰＩ｜≦１．６５ ・・・（３）

条件式（３）の上限を上回ると、フィールドレンズＦＬのパワーが小さくなり過ぎてしまい、一次結像面への入射光束角の対称性が低下してしまう。条件式（２）の下限を下回ると、フィールドレンズＦＬのパワーが大きくなり過ぎてしまい、一次結像面への入射光束角の対称性が低下してしまう。また、フィールドレンズＦＬが一次結像面から離れ過ぎてしまい、収差が増大してしまうため好ましくない。

更に、以下の条件式（３ａ）～（３ｃ）を順に満たすことがより好ましい。
０．７８≦｜ｆＦＬ／ＬＰＩ｜≦１．５５ ・・・（３ａ）
０．８０≦｜ｆＦＬ／ＬＰＩ｜≦１．４５ ・・・（３ｂ）
０．８２≦｜ｆＦＬ／ＬＰＩ｜≦１．３３ ・・・（３ｃ）

なお、フィールドレンズＦＬの適した構成は、対物光学系ＯＬの構成によって異なるため、対物光学系ＯＬの構成に応じてフィールドレンズＦＬを交換することが望ましい。また、フィールドレンズＦＬの像側の光学面は、像側に向かって凸形状（凸面）であることが望ましい。これにより、フィルタアレイＦＡからの反射光（迷光）を拡散させて撮像面に入射することを抑制することや、フィールドレンズＦＬの各光学面の曲率を小さくして収差を良好に補正しやすくすることができる。

以下、上述した実施例２に対応する数値実施例１を示す。数値実施例１において、面番号は物体側から像側に至る各光学面の順番である。ｒ［ｍｍ］は第ｉ番目の光学面の曲率半径を示し、ｄ［ｍｍ］は第ｉ番目の光学面と第（ｉ＋１）番目の光学面の間隔を示す。また、Ｎｄ及びνｄは、第ｉ番目の光学面と第（ｉ＋１）番目の光学面の間の媒質（材料）の波長５８７．６ｎｍの光（ｄ線）に対する屈折率及びアッベ数を示す。なお、実施例１に対応する数値実施例については、フィールドレンズの有無以外は数値実施例１と同様であるため、省略する。

（数値実施例１）
単位 ｍｍ
面データ
面番号 r d nd vd
1 49.7 3.5 1.74 44.8
2 239.1 0.2
3 20.6 3.5 1.74 44.8
4 33.2 2.9
5 66.7 1.5 1.67 32.1
6 16.2 7.1
7 ∞ 4.5
8 -17.6 1.0 1.70 30.1
9 46.5 6.0 1.74 44.8
10 -22.9 0.2
11 83.0 3.6 1.74 44.8
12 -57.6 28.0
13 76.2 6.0 1.52 64.1
14 -76.9 4.5
15 ∞ 9.0
16 56.6 10.0 1.58 40.9
17 -28.9 8.3
18 -49.2 2.0 1.62 60.3
19 14.0 36.6
20 -584.6 3.0 1.76 27.5
21 48.2 1.9
22 66.0 9.0 1.62 60.3
23 -28.2 1.5
24(絞り) ∞ 0.5 1.56 58.7
25 ∞ 0.5
26 ∞ 0.5 1.56 58.7
27 ∞ 2.0
28 7.9 1.3 1.49 70.4
29 223.7 0.2
30 6.9 1.0 1.76 27.5
31 5.0 24.1
像面 ∞

表１に、本実施例（数値実施例１）における各条件式に関する数値を示す。表１に示すように、すべての条件式が満たされている。

［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

例えば、中間光学系に用いる光学素子としては、フィールドレンズと拡散素子の両方の機能を切替可能な素子を採用してもよい。図６に示す可変光学素子ＶＯは、可変屈折素子ＶＦＬと可変拡散素子ＶＤＦが互いに接合された構造になっており、外部からの電力に応じて各素子の特性を切り替えることができる。可変屈折素子ＶＦＬ及び可変拡散素子ＶＤＦとしては、例えば液晶材料から成る電気光学（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃａｌ）素子を採用することができる。

可変光学素子ＶＯをフィールドレンズとして機能させたい場合は、可変屈折素子ＶＦＬが屈折力を持つように、かつ可変拡散素子ＶＤＦが拡散特性を持たないように（単純透過状態になるように）電力を加える。可変光学素子ＶＯを拡散素子として機能させたい場合は、可変屈折素子ＶＦＬが屈折力を持たないように（単純透過状態になるように）、かつ可変拡散素子ＶＤＦが拡散特性をもつように電力を加える。

通常は何れか一方の素子の機能が有効になるように電力を加えればよいが、必要に応じて両方の機能が有効になるようにしてもよい。例えば、軸外光束の拡散方位を調整するために、可変拡散素子ＶＤＦと可変屈折素子ＶＦＬに同時に電力を加えてもよい。なお、可変光学素子ＶＯを後段光学系に装着する場合は、一次結像面ＩＰ１上に可変拡散素子ＶＤＦ内が位置するようにすることが望ましい。可変拡散素子ＶＯＦが一次結像面ＩＰ１からずれてしまうと、対物光学系ＯＬによる像のボケが像側へ伝達され、最終結像面での解像度が低下してしまう可能性が生じる。

また、実施例１では、フィールドレンズを一次結像面の物体側に配置しているが、他の光学系の構成に応じて像側に配置してもよい。また、フィールドレンズを保持する保持部材は、視野絞りを保持していてもよい。すなわち、フィールドレンズ及び視野絞りを一つのユニットとして光学装置に着脱可能に構成してもよい。あるいは、視野絞りをフィールドレンズとは別の保持部材で保持することで、個別に着脱可能にしてもよい。また、視野絞りを着脱可能としない場合は、後段光学系の保持部材により保持してもよい。

実施例１では、レンズ部が開口絞りの役割を兼ねている場合、すなわちレンズ部の有効径がレンズ部自身によって定まる場合について説明したが、開口絞りを別部材として設けてもよい。また、一つの結像部において、レンズ部が複数のレンズを含む場合や、フィルタが複数のフィルタ素子を含む場合は、レンズ及びフィルタ素子を光軸方向において交互に配置してもよい。

さらに、レンズ部の瞳をＸＹ断面において分割するように配置される複数のフィルタを備える結像部を採用してもよい。このとき、撮像面におけるその結像部に対応する領域に微小なレンズアレイを設けることで、撮像システムをプレノプティックカメラとして用いることができる。この構成によれば、一つのレンズ部の瞳を通過する光が分離されて、撮像面における互いに異なる画素に入射するため、より多くの画像情報を取得することが可能になる。

各実施例に係る撮像システムにおいては、各装置（各光学系）及び撮像装置が互いに着脱可能となっているが、必要に応じて夫々を一体化することで、互いの取り付け誤差の発生を抑制してもよい。例えば、光学装置とレンズ装置とを一体的に構成することで、撮像装置に対して着脱可能な一つのレンズ装置（アクセサリ装置）としてもよい。あるいは、光学装置と光学素子とを一体的に構成することで、撮像装置及びレンズ装置に対して着脱可能な一つのアダプタ装置（アクセサリ装置）としてもよい。

ＲＢ 光学装置
ＦＢ レンズ装置
ＤＦ、ＦＬ 光学素子
ＣＬ 光学系
３ 保持部材
３１ 第１の結合部
３２ 第２の結合部

Claims (25)

1. 光学系と、
   該光学系を保持する保持部材と、
   該光学系を介して夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部と、
   該複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタとを備える光学装置であって、
   前記保持部材は、前記光学系の物体側に設けられ、レンズ装置と結合するための第１の結合部と、前記光学系及び前記レンズ装置の間に設けられ、光学素子と結合するための第２の結合部とを有し、
   前記第１の結合部を介して前記レンズ装置が前記保持部材に着脱可能であり、前記第２の結合部を介して前記光学素子が前記保持部材に着脱可能であり、
   前記保持部材には前記光学素子を挿入するための開口が設けられており、
   前記光学素子は前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合されることを特徴とする光学装置。
2. 前記複数のフィルタは、互いに異なる透過特性を有する第１及び第２のフィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記複数のフィルタの全ての透過特性は、互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記光学素子は拡散素子であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学装置。
5. 前記レンズ装置及び前記光学素子が前記光学装置に装着された際に、前記光学素子は前記レンズ装置の像面に配置されることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 光学系と、該光学系を保持する保持部材とを備える光学装置であって、
   前記保持部材は、前記光学系の物体側に設けられ、レンズ装置と結合するための第１の結合部と、前記光学系及び前記レンズ装置の間に設けられ、光学素子と結合するための第２の結合部とを有し、
   前記第１の結合部を介して前記レンズ装置が前記保持部材に着脱可能であり、前記第２の結合部を介して前記光学素子が前記保持部材に着脱可能であり、
   前記保持部材には前記光学素子を挿入するための開口が設けられており、
   前記光学素子は前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合され、
   前記レンズ装置及び前記光学素子が前記光学装置に装着された際に、前記光学素子は前記レンズ装置の像面に配置され、
   前記光学素子は拡散素子であることを特徴とする光学装置。
7. 前記拡散素子に入射する光の強度に対する、前記拡散素子から出射する光の強度の低下率は、前記拡散素子の面法線に対する±１０［ｄｅｇ］の範囲において５０％以下であることを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の光学装置。
8. 光学系と、該光学系を保持する保持部材とを備える光学装置であって、
   前記保持部材は、前記光学系の物体側に設けられ、レンズ装置と結合するための第１の結合部と、前記光学系及び前記レンズ装置の間に設けられ、光学素子と結合するための第２の結合部とを有し、
   前記第１の結合部を介して前記レンズ装置が前記保持部材に着脱可能であり、前記第２の結合部を介して前記光学素子が前記保持部材に着脱可能であり、
   前記保持部材には前記光学素子を挿入するための開口が設けられており、
   前記光学素子は前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合され、
   前記光学素子は拡散素子であり、
   前記拡散素子に入射する光の強度に対する、前記拡散素子から出射する光の強度の低下率は、前記拡散素子の面法線に対する±１０［ｄｅｇ］の範囲において５０％以下であることを特徴とする光学装置。
9. 前記光学素子はフィールドレンズであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学装置。
10. 光学系と、該光学系を保持する保持部材とを備える光学装置であって、
    前記保持部材は、前記光学系の物体側に設けられ、レンズ装置と結合するための第１の結合部と、前記光学系及び前記レンズ装置の間に設けられ、光学素子と結合するための第２の結合部とを有し、
    前記第１の結合部を介して前記レンズ装置が前記保持部材に着脱可能であり、前記第２の結合部を介して前記光学素子が前記保持部材に着脱可能であり、
    前記保持部材には前記光学素子を挿入するための開口が設けられており、
    前記光学素子は前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合され、
    前記光学素子はフィールドレンズであることを特徴とする光学装置。
11. 前記レンズ装置及び前記光学素子が前記光学装置に装着された際に、前記光学素子は前記レンズ装置の像面の物体側又は像側に配置されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光学装置。
12. 前記レンズ装置及び前記光学素子が前記光学装置に装着された際に、前記レンズ装置の像側瞳から前記光学素子の物体側主点までの距離をＬＰＬ、前記光学素子の焦点距離をｆＦＬとするとき、
    ０．５２≦｜ｆＦＬ／ＬＰＬ｜≦１．９８
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載の光学装置。
13. 前記レンズ装置の焦点距離と前記光学素子の焦点距離とは互いに異なることを特徴とする請求項９乃至１２の何れか一項に記載の光学装置。
14. 前記レンズ装置及び前記光学素子が前記光学装置に装着された際に、前記レンズ装置の像側瞳から前記レンズ装置の像面までの距離をＬＰＩ、前記光学素子の焦点距離をｆＦＬとするとき、
    ０．７５≦｜ｆＦＬ／ＬＰＩ｜≦１．６５
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項９乃至１３の何れか一項に記載の光学装置。
15. 前記光学素子の像側の光学面は凸面であることを特徴とする請求項９乃至１４の何れか一項に記載の光学装置。
16. 前記光学系は、物体側に対してテレセントリックであることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の光学装置。
17. 光学系と、該光学系を保持する保持部材とを備える光学装置であって、
    前記保持部材は、前記光学系の物体側に設けられ、レンズ装置と結合するための第１の結合部と、前記光学系及び前記レンズ装置の間に設けられ、光学素子と結合するための第２の結合部とを有し、
    前記第１の結合部を介して前記レンズ装置が前記保持部材に着脱可能であり、前記第２の結合部を介して前記光学素子が前記保持部材に着脱可能であり、
    前記保持部材には前記光学素子を挿入するための開口が設けられており、
    前記光学素子は前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合され、
    前記光学系は、物体側に対してテレセントリックであることを特徴とする光学装置。
18. 前記光学系は、前記光学系において最も広い間隔を空けて配置された前群及び後群で構成され、該前群は、物体側から順に配置された正の屈折力の第１レンズ群及び負の屈折力の第２レンズ群で構成されることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載の光学装置。
19. 光学系と、該光学系を保持する保持部材とを備える光学装置であって、
    前記保持部材は、前記光学系の物体側に設けられ、レンズ装置と結合するための第１の結合部と、前記光学系及び前記レンズ装置の間に設けられ、光学素子と結合するための第２の結合部とを有し、
    前記第１の結合部を介して前記レンズ装置が前記保持部材に着脱可能であり、前記第２の結合部を介して前記光学素子が前記保持部材に着脱可能であり、
    前記保持部材には前記光学素子を挿入するための開口が設けられており、
    前記光学素子は前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合され、
    前記光学系は、前記光学系において最も広い間隔を空けて配置された前群及び後群で構成され、該前群は、物体側から順に配置された正の屈折力の第１レンズ群及び負の屈折力の第２レンズ群で構成されることを特徴とする光学装置。
20. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆＰ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆＮ１とするとき、
    ０．６０≦｜ｆＰ１／ｆＮ１｜≦４．５０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の光学装置。
21. 前記保持部材は前記光学系の像側に設けられる第３の結合部を有し、該第３の結合部を介して、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部と、該複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタとを備えるアクセサリ装置が着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至２０の何れか一項に記載の光学装置。
22. 光学系と、該光学系を保持する保持部材とを備える光学装置であって、
    前記保持部材は、前記光学系の物体側に設けられ、レンズ装置と結合するための第１の結合部と、前記光学系及び前記レンズ装置の間に設けられ、光学素子と結合するための第２の結合部と、前記光学系の像側に設けられる第３の結合部とを有し、
    前記第１の結合部を介して前記レンズ装置が前記保持部材に着脱可能であり、前記第２の結合部を介して前記光学素子が前記保持部材に着脱可能であり、
    前記保持部材には前記光学素子を挿入するための開口が設けられており、
    前記光学素子は前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合され、
    前記第３の結合部を介して、夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部と、該複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタとを備えるアクセサリ装置が着脱可能であることを特徴とする光学装置。
23. 前記光学素子は、光軸に垂直な方向から前記開口に挿入されることで前記第２の結合部に結合されることを特徴とする請求項１乃至２２の何れか一項に記載の光学装置。
24. 請求項１乃至２３の何れか一項に記載の光学装置と、該光学装置からの光を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像システム。
25. 前記レンズ装置及び前記光学素子を備えることを特徴とする請求項２４に記載の撮像システム。

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