近接型撮像装置、及び撮像フィルタ
【課題】精細な画像を得られる近接型撮像装置及びこれに用いる撮像フィルタを提供する。
【解決手段】近接型撮像装置１１は、イメージセンサ１３と角度制限フィルタ１８を備える。イメージセンサ１３は、近接した被写体１２からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、被写体１２を撮像する。角度制限フィルタ１８は、透明なガラス基板と、各画素に一対一に対応した開口を有し、ガラス基板の被写体１２側に設けられた遮光膜とからなり、イメージセンサ１３の前面に配置され、イメージセンサ１３に入射する光の入射角度を、互いに対応する開口から画素に入射する角度範囲に制限するとともに、ガラス基板の屈折率をｎ１，ガラス基板の厚さをＴ１，開口の輪郭とこの開口に隣接した開口に対応する画素の輪郭とのガラス基板面内方向における最短距離をＬとするときに、Ｌ≧Ｔ１／（ｎ１２−１）１／２の条件を満たす。
【解決手段】近接型撮像装置１１は、イメージセンサ１３と角度制限フィルタ１８を備える。イメージセンサ１３は、近接した被写体１２からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、被写体１２を撮像する。角度制限フィルタ１８は、透明なガラス基板と、各画素に一対一に対応した開口を有し、ガラス基板の被写体１２側に設けられた遮光膜とからなり、イメージセンサ１３の前面に配置され、イメージセンサ１３に入射する光の入射角度を、互いに対応する開口から画素に入射する角度範囲に制限するとともに、ガラス基板の屈折率をｎ１，ガラス基板の厚さをＴ１，開口の輪郭とこの開口に隣接した開口に対応する画素の輪郭とのガラス基板面内方向における最短距離をＬとするときに、Ｌ≧Ｔ１／（ｎ１２−１）１／２の条件を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からイメージセンサへの光の入射角度を制限する角度制限フィルタをイメージセンサの前面に配置して、イメージセンサに近接した被写体を撮像できるようにした近接型撮像装置に関するものであり、さらに詳しくは、被写体をイメージセンサに略密着させて撮像する近接型撮像装置及びこれに用いる角度制限フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像や文書等の被写体を撮像してデジタル画像を得るイメージスキャナが普及している。イメージスキャナとしては、縮小光学系で縮小してイメージセンサに結像させるタイプのものや、イメージセンサを被写体に略密着するほど近接させて撮像するものが知られている。
【０００３】
近年では、こうしたイメージスキャナが、携帯電話機やノート型パソコン等、小型薄型の機器に組み込まれることがある。このため、イメージスキャナの小型化，薄型化が求められている。しかし、縮小光学系を用いるタイプのイメージスキャナは、イメージセンサのサイズを小さくすることができるが、複数のレンズを光軸方向に配置した縮小光学系を用いなければならないので、小型化，薄型化には限度がある。一方、近接型のイメージスキャナは、被写体と略同じ大きさのイメージセンサが必要になるが、縮小光学系を用いるタイプよりも容易に薄くすることができる。このため、小型薄型の機器には、主として近接型のものが組み込まれる。
【０００４】
近接型のイメージスキャナは、被写体とイメージセンサを略密着させ、被写体の各部分と、受光面を区画した複数画素からなる受光エリアとをそれぞれ一対一に対応させるようにして撮像するが、イメージセンサと被写体を完全に密着させることはできず、これらの間には僅かながら間隔がある。近接型のイメージセンサでは、この僅かな間隔のために、被写体の各部分からの光が対応するエリアだけでなくその周囲のエリアにも入射し、精細な画像を得ることが難しい。このため、近接型のイメージスキャナには、イメージセンサへの光の入射角度を制限することが求められる。
【０００５】
このように、イメージセンサへの光の入射角度を制限した例としては、例えば、受光エリアに対応させて面状にレンズを配列した複眼撮像装置で、受光エリアの境界を遮光する格子状の遮光フィルタを用いる例が知られている（特許文献１）。また、中心から周辺にかけて屈折率が減少した円柱状のロッドレンズを配列する例や、多数の貫通孔が設けられた多孔板を配置したフィルムカメラも知られている。
【０００６】
上述のように、イメージセンサへの入射角度を制限するために用いられる撮像フィルタは、概ね受光エリアに合わせた格子状に形成される。しかし、例えば個々の画素を被写体の各部分に対応させる場合のように、受光エリアが小さくなるほど、基板に機械的な貫通孔を設けたり、画素の大きさと同程度のロッドレンズを作製することが難しくなる。このため、イメージスキャナを薄く構成し、かつ、受光エリアを小さくして精細な撮像が求められる今日では、受光エリアに対応した開口を有する遮光膜をガラス基板の表面に設けた撮像フィルタが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガラス基板の上に、開口を有する遮光膜を設けた撮像フィルタでは、開口からガラス基板の内部を斜めに透過し、隣接する受光エリアに入射してしまう光がある。こうして基板を斜めに透過する光は、ノイズとなるため、精細な画像を得る妨げとなる。
【０００９】
また、外部からの光を遮光せずに使用する場合等、イメージスキャナの使用環境によっては、被写体の周囲環境からの光が入射する。こうして被写体の周囲環境から入射する光は、波長や入射角度が様々であるから、上述と同様に精細な画像を妨げとなることがある。
【００１０】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像フィルタを斜めに透過して画素に到達する光を低減し、確実に被写体の一部分と一つの画素とを一対一に対応させ、精細な画像を得られる近接型撮像装置及び撮像フィルタを提供することを目的とする。また、周囲環境の影響を受けずに精細な画像を得られるようにする近接型撮像装置及び撮像フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の近接型撮像装置は、近接した被写体からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、前記被写体を撮像するイメージセンサと、透明な基板と、前記画素に一対一に対応した開口を有し、前記基板の前記被写体側に設けられた遮光膜とからなり、前記イメージセンサの前面に配置され、前記イメージセンサに入射する光の入射角度を、互いに対応する前記開口から前記画素に入射する角度範囲に制限する撮像フィルタと、を備え、前記基板の屈折率をｎ１，前記基板の厚さをＴ１，前記開口の輪郭とこの開口に隣接した前記開口に対応する前記画素の輪郭との前記基板面内方向における最短距離をＬとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１２】
また、前記イメージセンサ側に透過する光の波長を所定波長帯に制限するとともに、入射角度が大きいほど前記所定波長帯の光の透過率が小さくなる波長制限フィルタを、前記角度制限フィルタよりも前記被写体側に備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記角度制限フィルタと前記イメージセンサの間に、厚さＴ２，屈折率ｎ２の中間層を備え、前記最短距離Ｌが
を満たすことを特徴とする。
【００１４】
また、前記開口及び前記画素は正方格子状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素は正方形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１５】
また、前記開口及び前記画素は正方格子状に配列され、前記開口は円形に形成されるとともに、前記画素は正方形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１６】
また、前記開口及び前記画素は正方格子状に配列され、前記開口及び前記画素が円形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１７】
また、前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素は正方形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１８】
また、前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口は円形に形成され、かつ、前記画素は正方形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１９】
また、前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素が円形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００２０】
本発明の撮像フィルタは、近接した被写体からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、前記被写体を撮像するイメージセンサの前面に配置され、透明な基板と、前記画素に一対一に対応した開口を有し、前記基板の前記被写体側に設けられた遮光膜と、を備え、前記基板の屈折率をｎ１，前記基板の厚さをＴ１，前記開口の輪郭とこの開口に隣接した前記開口に対応する前記画素の輪郭との前記基板面内方向における最短距離をＬとするときに、
を満たし、前記イメージセンサに入射する光の入射角度を、互いに対応する前記開口から前記画素に入射する角度範囲に制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、撮像フィルタを斜めに透過して画素に到達する光を低減し、確実に被写体の一部分と一つの画素とを一対一に対応させ、精細な画像が得られる近接型撮像装置及び撮像フィルタを提供することができる。また、近接型撮像装置及び撮像フィルタを、周囲環境の影響を受けずに、精細な画像を得ることができるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】近接型撮像装置の構成を示す説明図である。
【図２】ローパスフィルタの透過特性を示すグラフである。
【図３】角度制限フィルタの構成を示す説明図である。
【図４】角度制限フィルタの構成を示す断面図である。
【図５】近接型撮像装置の作用を示す説明図である。
【図６】開口及び画素の形状の変形例を示す説明図である。
【図７】開口及び画素の配列，形状の変形例を示す説明図である。
【図８】中間層の厚さが無視できない場合の角度制限フィルタの構成を示す説明図である。
【図９】ローパスフィルタを角度制限フィルタとイメージセンサの間に配置する例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示すように、近接型撮像装置１１は、被写体１２をイメージセンサ１３に略密着させて撮像することにより、被写体１２の表面（または表層の内部構造）を撮像する近接型のイメージスキャナであり、イメージセンサ１３、カバーガラス１４、ＬＥＤ１６、ハイパスフィルタ（図示しない）、ローパスフィルタ１７、角度制限フィルタ１８等から構成される。
【００２４】
イメージセンサ１３は、赤外光の波長帯に感度を持つ画素を正方形の撮像領域内に２次元に配列したＣＭＯＳ型のエリアイメージセンサであり、カバーガラス１４の近傍に略密着して配置される。また、イメージセンサ１３の前面（被写体１２側）には、ローパスフィルタ１７、角度制限フィルタ１８、ハイパスフィルタ等、薄い各種光学フィルタが配置される。また、イメージセンサ１３の画素は、それぞれ正方形状に形成され、所定のピッチで正方格子状に配列されている。なお、図１では、説明のためにイメージセンサ１３と各種光学フィルタを分離してあるが、イメージセンサ１３と各種光学フィルタは、接着剤や空気等を介して密着するように略一体に形成されている。
【００２５】
カバーガラス１４は、透明なガラス板であり、下方に配置されるイメージセンサ１３やローパスフィルタ１７、角度制限フィルタ１８等を傷や埃から保護する。また、被写体１２は、カバーガラス１４の上に密着して配置される。
【００２６】
ＬＥＤ１６は、波長λ０（＝８５０ｎｍ）を中心とした所定波長帯の赤外光を発する光源であり、近接型撮像装置１１で被写体１２を撮像するときに被写体１２を照明する。また、ＬＥＤ１６は、イメージセンサ１３の周囲に被写体１２の方向に向けて複数配置され、被写体１２を一様に照明する。このため、イメージセンサ１３は、ＬＥＤ１６の発する波長λ０を中心とした所定波長帯の赤外光によって被写体１２を撮像する。
【００２７】
ハイパスフィルタは、可視光や紫外線等、撮像に利用される波長λ０近傍の赤外光よりも短波長の光を反射し、波長λ０近傍の赤外光とこれよりも長波長の光を透過する。また、ハイパスフィルタは、ローパスフィルタ１７の被写体１２側に配置される。このため、近接型撮像装置１１には被写体１２側から種々の波長帯の光が入射するが、ローパスフィルタ１７に入射する光の波長帯は、ハイパスフィルタによって波長λ０近傍の赤外光とこれよりも長波長の光に制限される。
【００２８】
ローパスフィルタ１７及び角度制限フィルタ１８は、イメージセンサ１３の前面に配置され、被写体１２からイメージセンサ１３に入射する光の波長帯と入射角度を制限する。具体的には、ローパスフィルタ１７及び角度制限フィルタ１８は、被写体１２からイメージセンサ１３へ入射する光の波長帯は、波長λ０近傍の赤外光の波長帯に制限するとともに、イメージセンサ１３への入射角度をイメージセンサ１３に対して略垂直な入射角度に制限する。これにより、近接型撮像装置１１は、被写体１２の各部１２ａ〜１２ｃを、イメージセンサ１３の各画素に一対一に対応させて被写体１２を撮影する。また、ローパスフィルタ１７は、ハイパスフィルタと角度制限フィルタ１８の間に配置され、角度制限フィルタ１８は、ローパスフィルタ１８とイメージセンサ１３の間に配置される。
【００２９】
図２（Ａ）に示すように、ローパスフィルタ１７は、波長λ０近傍の波長帯を境界に、短波長側の光を透過し、長波長側の光を反射して、被写体１２からイメージセンサ１３側に透過する光の波長帯を制限するローパスフィルタであり、透明なガラス基板上に複数の誘電体薄膜を積層して形成される。また、ローパスフィルタ１７の透過特性は、グラフ２１ａ（実線）で示すように、入射角度が略垂直の場合に、波長λ０近傍の狭い波長帯で急峻に透過率が変化するように構成されている。また、ローパスフィルタ１７の透過率特性は、ローパスフィルタ１７への入射角度に応じて異なる。波長に対する透過率のグラフでいえば、グラフ２１ｂ（二点鎖線）で示すように、光が傾斜して入射する場合には、その入射角度に応じてローパスフィルタ１７の透過率の特性は、全体的に短波長側にシフトする。
【００３０】
ローパスフィルタ１７には波長λ０近傍の赤外光が様々な入射角度で入射するが、垂直に入射した赤外光の透過光量は、図２（Ｂ）に示すように、グラフ２１ａとＬＥＤ１６のスペクトル２２とで囲まれた斜線部分２３ａの面積に比例する。また、斜めに入射した赤外光の透過光量は、図２（Ｃ）に示すように、グラフ２１ｂとスペクトル２２とで囲まれた斜線部分２３ｂの面積に比例し、斜線部分２３ａよりも小さくなる。したがって、略垂直に入射すればローパスフィルタ１７を透過する波長λ０近傍の赤外光であっても、ローパスフィルタ１７に斜めに入射すると、その入射角度に応じて透過率が減少する。こうして、入射角度に応じて透過率が変化するようになっていることで、ローパスフィルタ１７はイメージセンサ１３への光の入射角度を略垂直な範囲に制限する。
【００３１】
また、ローパスフィルタ１７は有限数の誘電体薄膜から構成されているために、波長λ０近傍から十分に離れた長波長帯では、透過率が０％となっていない部分２４がある。波長に対する透過率のグラフ２１ａは、前述のように入射角度に応じて短波長側にシフトするが、入射角度が大きい場合には、ＬＥＤ１６のスペクトル２２と部分２４とが重なることがある。こうして部分２４とスペクトル２２とが重なる入射角度では、前述と同様に、部分２４とスペクトル２２とで囲まれる面積に比例した光量の赤外光がローパスフィルタ１７を透過する。このため、ローパスフィルタ１７は、一定の角度範囲内では入射角度が大きくなるにつれて透過光量が徐々に減少し、入射角度が大きなところでは透過光量が略０になるが、さらに入射角度が大きくなると、部分２４とスペクトル２２との重なりに応じた光量の赤外光がローパスフィルタ１７を透過する。
【００３２】
図３に示すように、角度制限フィルタ１８は、厚さ０．１５ｍｍ程度の薄く透明なガラス基板２６と、このガラス基板２６の表面に設けられた遮光膜２７とから構成される。遮光膜２７は、ガラス基板２６の被写体１２側に設けられ、複数の誘電体薄膜を積層して形成される。遮光膜２７は、入射した光を吸収する吸収膜となっており、波長λ０近傍の波長帯を含め、イメージセンサ１３の画素に感度のある全ての波長帯の光を吸収する。また、遮光膜２７には、複数の開口２８が設けられている。開口２８は、イメージセンサ１３の画素２９の正方格子状の配列合わせて、各画素２９と一対一に対応するように正方格子状に設けられている。このため、開口２８のピッチは、画素２９のピッチに等しい。また、各開口２８は、正方形状に設けられている。
【００３３】
図４（Ａ）に示すように、開口２８の列（図３の線Ａ）に沿った近接型撮像装置１１の断面を見ると、角度制限フィルタ１８は、各開口２８と各画素２９とを一対一に対応させ、かつ、各画素２９の直上に開口２８が位置するように、画素２９と開口２８の中心位置を一致させて配置される。このため、例えば、ある画素２９ａには直上の開口２８ａが対応し、この画素２９ａに隣接する画素２９ｂには、開口２８ａに隣接する開口２８ｂが対応して配置される。
【００３４】
また、開口２８の大きさは、画素２９よりも大きい。ここでは、開口２８の辺の長さを２Ｒ、画素２９の辺の長さを２ｒとし、開口２８の中心から辺の中央までの距離（中心から輪郭までの最短距離）Ｒは、画素２９の中心から辺の中央までの距離（中心から輪郭までの最短距離）ｒよりも大きいものとする（Ｒ＞ｒ）。
【００３５】
さらに、角度制限フィルタ１８は、イメージセンサ１３の前面に、中間層３１を介して略密着して配置される。中間層３１は、例えば、角度制限フィルタ１８をイメージセンサ１３に接着する接着層であり、ここでは、中間層３１の厚さＴ２は、ガラス基板２６の厚さＴ１と比較して十分に小さいものとする（Ｔ２／Ｔ１≪１）。また、角度制限フィルタ１８の上面側（被写体１２側）にはローパスフィルタ１７が配置されるが、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８は接着されておらず、角度制限フィルタ１８の上面は薄い空気の層（屈折率ｎ≒１）に隣接している。
【００３６】
角度制限フィルタ１８は、上述のように配置されるだけでなく、以下に説明する条件を満たすように構成されている。まず、ある画素２９ａの輪郭と、隣接する画素２９ｂに対応する開口２８ｂ（以下、隣の開口という）の輪郭との面内方向の最短距離をＬ１、画素２９ａの輪郭から隣の開口２８ｂの輪郭を望む法線方向を基準とした最小の角度をθとすると、最短距離Ｌ１はＬ１＝Ｔ１ｔａｎθで表される。また、ガラス基板２６側から角度制限フィルタ１８の上面（被写体１２側）に光を入射させるときの臨界角をθｍとする。このとき、角度制限フィルタ１８は、角度θが臨界角θｍ以上の大きさ（θ≧θｍ）となるように、下記数１の条件式を構成されている。臨界角θｍは、ｓｉｎθｍ＝１／ｎ１を満たすので、これを用いて数１の条件式の右辺を整理すれば、最短距離Ｌ１が満たす条件式は下記数２の条件式となる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
【数２】
【００３９】
数２（数１）の条件式は、ある画素２９ａから角度制限フィルタ１８の被写体１２側表面に向けて様々な角度で光を出射したときに、この光が、隣の開口２８ｂで全反射されるようにするための条件である。また、数２（数１）の式の等号は、図４（Ｂ）に示すように、ある画素２９ａの輪郭から隣の開口２８ｂの輪郭の最も近い位置を望む角度θが臨界角θｍに丁度等しくなる場合を示している。こうして、数２の条件式を満たすように、開口２８（及び画素２９）が設けられていることで、角度制限フィルタ１８は、遮光膜２７によって各画素２９に隣の開口２８から光が入射することを防ぐとともに、各画素２９には直上の開口２８を略垂直に通過した光だけが入射するように、被写体１２からイメージセンサ１３への光の入射角度を制限する。
【００４０】
なお、最短距離Ｌ１の具体的な値は、数２の条件式を満たし、かつ、上述の角度制限フィルタ１８の構成が維持される範囲内で任意に定めることができる。したがって、数１の下限をＬｍｉｎ、開口２８及び画素２９のピッチをＰとするときに、Ｐ＞Ｌ１≧Ｌｍｉｎを満たす範囲内で定めることができる。最短距離Ｌ１が、開口２８及び画素２９のピッチＰ以上の値になると、開口２８や画素２９の大きさがなくなり、近接型撮像装置１１を上述のように構成することができなくなる。この最短距離の上限の値については後述する変形例についても同様である。
【００４１】
また、近接型撮像装置１１では、開口２８及び画素２９が正方格子状に配列され、かつ、いずれも正方形状に形成されているので、イメージセンサ１３及び角度制限フィルタ１８は、開口２８及び画素２９の配列のピッチＰが下記数３の条件式を満たすように形成されている。
【００４２】
【数３】
【００４３】
数３の条件式は、開口２８及び画素２９が正方格子状に配列され、かつ、いずれも正方形に形成されているという条件下で、数２（数１）の条件式から導かれる。まず、開口２８及び画素２９が正方格子状に配列され、かつ、いずれも正方形状に形成されているときには、最短距離Ｌ１は、Ｌ１＝Ｐ−（Ｒ＋ｒ）となる。そして、これを用いて数２の条件式を、ピッチＰについて整理すれば数３の条件式が得られる。
【００４４】
また、開口２８及び画素２９のピッチＰは、数３の条件式を満たし、かつ、イメージセンサ１３が解像力を失わない範囲内で任意に定めることができる。しがたって、数３の下限をＰｍｉｎ、画素２９が配列されたイメージセンサ１３の撮像領域の幅（又は長さ）をＷとするときに、Ｗ／２＞Ｐ≧Ｐｍｉｎを満たす範囲内で定めることができる。開口２８及び画素２９のピッチＰが撮像領域の幅Ｗの１／２を超えると、撮像領域内に２以上の画素２９を配列することができなくなるため、イメージセンサ１３は実質的に解像力を失う。なお、こうしたピッチＰの上限は、後述する変形例の場合にも同じである。
【００４５】
上述のように構成される近接型撮像装置１１では、以下に説明するように、各画素２８に入射する光の波長を波長λ０近傍の赤外光に制限し、かつ、被写体１２の各部分と画素２９とを一対一に対応させて、被写体１２を撮像する。
【００４６】
図５に示すように、近接型撮像装置１１ではＬＥＤ１６から波長λ０近傍の赤外光を被写体１２に照射して撮像するので、近接型撮像装置１１には、被写体１２の表面又は表層構造で散乱された波長λ０近傍の赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが入射する。このように、被写体１２から入射する赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、ハイパスフィルタを透過して、ローパスフィルタ１７に入射する。また、こうしてローパスフィルタ１７に到達する赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、それぞれに様々な入射角度でローパスフィルタ１７に入射する。
【００４７】
ローパスフィルタ１７に入射した赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂのなかでも、傾斜して入射した傾斜光４１ａ，４１ｂは、各々の入射角度に応じてローパスフィルタ１７で減光され、殆ど角度制限フィルタ１８には到達しない。一方、ローパスフィルタ１７に入射した赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂのなかでも、垂直に入射した垂直光４２ａ，４２ｂは、ローパスフィルタ１７を１００％に近い高い透過率で透過して、角度制限フィルタ１８に到達する。
【００４８】
そして、ローパスフィルタ１７を透過した垂直光４２ａ，４２ｂのうち、遮光膜２７に入射する垂直光４２ｂは吸収されてイメージセンサ１３には到達せず、開口２８に入射する垂直光４２ａだけが、開口２８を通って、通過した開口２８に対応する直下の画素２９に入射する。
【００４９】
また、赤外光４４のように、赤外光４１ａ，４１ｂよりもさらに入射角度が大きくなると、波長λ０から十分に離れた長波長帯におけるローパスフィルタ１７の透過率特性を反映して、減光されながらもローパスフィルタ１７を透過し、角度制限フィルタ１８に到達することがある。こうして角度制限フィルタ１８に斜めに入射する赤外光は、遮光膜２７に入射すれば吸収されるので角度制限フィルタ１８の内部には進入しないが、開口２８に入射すると、角度制限フィルタ１８の内部に進入する。
【００５０】
しかし、近接型撮像装置１１は、前述のように数２（数１）の条件を満たすように構成されているので、どのような角度で開口２８に赤外光が入射したとしても、角度制限フィルタ１８に入射した赤外光が、通過した開口２８に対応した画素２９以外の画素２９（隣の画素２９や、さらに遠方の画素２９）には到達することがない。例えば、赤外光４４のように、開口２８に斜めに入射した赤外光は、角度制限フィルタ１８の内部に進入すると、通過した開口２８の直下の画素２９とその隣の画素２９の間に到達し、隣の画素２９には入射しない。また、こうして画素２９と画素２９との間に到達した赤外光は、角度制限フィルタ１８の下面やイメージセンサ１３の表面等で反射され、赤外光４４のように遮光膜２７に入射して吸収される。
【００５１】
したがって、各画素２９には、垂直光４２ａのように、開口２８と画素２９とが一対一に対応する角度範囲４３の入射角度で開口２８を通過した赤外光だけが入射し、角度範囲４３よりも傾斜した赤外光は入射しない。このため、近接型撮像装置１１は、被写体１２をイメージセンサ１３に略密着するほどに近接して配置しても、被写体１２を精細に撮影することができる。
【００５２】
また、ここではＬＥＤ１６に由来する波長λ０近傍の赤外光だけが近接型撮像装置１１に入射することを前提に説明したが、被写体１２の周囲が十分に遮光されていない状態で撮影する場合には、被写体１２の周囲環境に由来する波長λ０近傍よりも長波長の赤外光が近接型撮像装置１１に入射することがある。こうした場合にも、上述と同様に、斜めに入射する長波長の赤外光は、概ねローパスフィルタ１７で減光されて角度制限フィルタ１８には到達しない。また、波長λ０よりも長波長の透過率特性を反映してローパスフィルタ１７を斜めに透過し、開口２８に入射する長波長の赤外光があっても、上述のように角度制限フィルタ１８で遮光され、画素２９には到達しない。したがって、近接型撮像装置１１は、前述の数２（数１）の条件を満たすように構成されていることで、被写体１２の周囲が十分に遮光されていないときにも、被写体１２を精細に撮影することができる。
【００５３】
なお、上述の実施形態では、開口２８及び画素２９は正方格子状に配列され、かつ、開口２８及び画素２９がともに正方形に構成される例について説明したが、開口２８や画素２９の形状は正方形でなくても良い。
【００５４】
例えば、図６（Ａ）に示すように、角度制限フィルタ１８の開口を円形の開口６１とし、イメージセンサ１３の画素を正方形の画素２９とする。この場合には、開口６１の輪郭と隣の開口６１に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離は、上述の実施形態と同様のＬ１となる。したがって、画素２９を正方形とし、角度制限フィルタ１８の開口を円形の開口６１とする場合に、前述の数２（数１）の条件を満たすようにするためには、数３の条件を満たすように角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。
【００５５】
また、例えば、図６（Ｂ）に示すように、角度制限フィルタ１８の開口を円形の開口６１とし、イメージセンサ１３の画素を円形の画素６２とする。この場合、開口６１の輪郭と、隣の開口６１に対応した画素２９の輪郭との最短距離は、上述の実施形態と同様のＬ１となる。したがって、角度制限フィルタ１８の開口とイメージセンサ１３の画素をともに円形に形成する場合にも、前述の数２（数１）の条件を満たすようにするためには、数３の条件を満たすように角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。
【００５６】
さらに、上述の実施形態では、開口２８及び画素２９は正方格子状に配列され、かつ、開口２８及び画素２９がともに正方形に構成される例について説明したが、開口２８及び画素２９の配列は正方格子状でなくても良い。
【００５７】
例えば、図７（Ａ）に示すように、画素２９（及び開口２８）の配列を、行（又は列）毎に交互に画素２９の位置をずらし、画素２９が正三角形の頂点に位置するように、いわゆるハニカム状の配列とする。この場合、画素２９の周囲には６個の画素２９が隣接する。
【００５８】
このため、開口２８の頂点と、隣接する行の画素２９の頂点を結ぶ距離Ｌ２が、開口２８の輪郭と、隣の開口２８に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離となる。この最短距離Ｌ２は、上述の実施形態のように、行に沿って隣り合う開口２８と画素２９との間で測った距離Ｌ１とは異なる。したがって、画素２９及び開口２８をハニカム状に配列する場合には、この最短距離Ｌ２が前述の数２（数１）の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。このとき、画素２９及び開口２８のピッチＰは、下記の数４の条件式を満たすように構成すれば良い。
【００５９】
【数４】
【００６０】
また、こうして画素や開口をハニカム状に配列する場合にも、画素や開口の形状を任意の形状に形成しても良い。例えば、図７（Ｂ）に示すように、画素及び開口をハニカム状に配列し、画素２９を正方形に形成し、開口を円形の開口６１とする。この場合、画素２９の頂点と、隣接する行の開口６１の輪郭を結ぶ距離Ｌ３が、開口６１の輪郭と隣の開口６１に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離となる。この最短距離Ｌ３は、上述の実施形態のＬ１とは異なる。このため、画素２９及び開口６１をハニカム状に配列する場合には、この最短距離Ｌ３が前述の数１（数２）の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。このとき、画素２９及び開口６１のピッチＰは、下記の数５の条件式を満たすように構成すれば良い。
【００６１】
【数５】
【００６２】
さらに、例えば、図７（Ｃ）に示すように、画素及び開口をハニカム状に配列し、開口を円形の開口６１に、画素を円形の画素６２にする。この場合、開口６１の輪郭と、隣の開口６１に対応する画素６２の輪郭との面内方向における最短距離は、上述の実施形態と同じ最短距離Ｌ１となる。このため、画素及び開口をハニカム状に配列するとともに、画素及び開口をいずれも円形に形成する場合には、前述の数１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。このとき、開口６１及び画素６２のピッチＰも、前述の数３の条件式を満たすように構成すれば良い。
【００６３】
なお、上述の実施形態では、角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３の間の中間層３１の厚さＴ２が、角度制限フィルタ１８のガラス基板２６の厚さＴ１よりも十分に小さい場合について説明したが、ガラス基板２６が極めて薄い場合や、中間層３１の厚さが比較的大きい場合には、以下のようにすれば良い。
【００６４】
まず、上述の実施形態と同様に、開口２８及び画素２９は正方格子状に配列され、開口２８及び画素２９のどちらも正方形に形成される場合について説明する。この場合、図８に示すように、ある画素２９ａの輪郭から隣の開口２８ｂの輪郭の最も近い位置に光を入射させると、中間層３１と角度制限フィルタ１８の境界で無視できない大きさで屈折が生じる。このため、中間層３１と角度制限フィルタ１８の境界面における屈折を考慮して、最短距離及びピッチＰを定める必要がある。
【００６５】
ある画素２９ａの輪郭から出射して、隣の開口２８ｂの輪郭の最も近い位置に入射する光６６が、中間層３１と角度制限フィルタ１８の境界上で屈折する点を屈折点６７とし、この屈折点６７から開口２８ｂの輪郭までの面内方向における距離をＸ１、屈折点６７から画素２９ａの輪郭までの面内方向における距離をＸ２、開口２８ｂの輪郭から画素２９ａの輪郭までの面内方向における最短距離をＬ４とする。このとき、光６６が、開口２８ｂの輪郭で全反射されるようにするためには、最短距離Ｌ４を下記数６の条件式を満たすようにすれば良い。
【００６６】
【数６】
【００６７】
距離Ｘ１は、光６６の屈折角をψ１とすると、Ｘ１＝Ｔ１ｔａｎψ１で表される。一方、画素２９ａから隣の開口２８ｂに向けて出射された光が、開口２８ｂで全反射されるようにするためには、屈折角ψ１が臨界角θｍ以上の大きさになっている必要がある（ψ１≧θｍ）。したがって、距離Ｘ１は下記数７の条件式を満たす必要がある。また、臨界角θｍは、ｓｉｎθｍ＝１／ｎ１を満たすので、これを用いて数７の条件式を整理すると、距離Ｘ１が満たすべき条件式は、下記数８の条件式となる。
【００６８】
【数７】
【００６９】
【数８】
【００７０】
一方、中間層３１から角度制限フィルタ１８への光６６の入射角をψ２とすれば、距離Ｘ２は、Ｘ２＝Ｔ２ｔａｎψ２で求められる。また、屈折角ψ１と入射角ψ２との間には、ｎ１ｓｉｎψ１＝ｎ２ｓｉｎψ２の関係がある。これらの式を、光６６が角度制限フィルタ１８の上面で全反射される条件（ｓｉｎψ１＝ｓｉｎθｍ＝１／ｎ１）を用いて整理すれば、距離Ｘ２は下記数９の式で表されることが分かる。
【００７１】
【数９】
【００７２】
これらのことから、最短距離Ｌ４が満たすべき数６の条件式は、下記数１０の式で表される。したがって、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１と比較して無視できない厚さである場合に、近接型撮像装置１１で被写体１２を精細に撮像するためには、開口２８の輪郭と隣接する開口２８に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離Ｌ４が数１０の条件を満たすようにすれば良い。
【００７３】
【数１０】
【００７４】
また、このように、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、開口２８及び画素２９が正方格子状に配列され、かつ、開口２８及び画素２９のいずれも正方形に形成されているときには、開口２８及び画素２９のピッチＰが、下記数１１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００７５】
【数１１】
【００７６】
さらに、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図６（Ａ）と同様に開口及び画素が正方格子状に配列され、開口を円形の開口６１とし、画素を正方形の画素２９とする場合にも、上述の数１１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００７７】
また、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図６（Ｂ）と同様に開口及び画素が正方格子状に配列され、開口を円形の開口６１とし、画素を円形の画素６２とする場合にも、開口６１及び画素６２のピッチＰが、前述の数１１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００７８】
さらに、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図７（Ａ）と同様にして、開口及び画素をハニカム状に配列するとともに、開口２８及び画素２９をいずれも正方形に形成するときには、開口２８及び画素２９のピッチＰが、下記数１２の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００７９】
【数１２】
【００８０】
同様に、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図７（Ｂ）のように、開口及び画素をハニカム状に配列するとともに、開口を円形の開口６１とし、画素を正方形の画素２９とするときには、開口２８及び画素２９のピッチＰが、下記数１３の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００８１】
【数１３】
【００８２】
また、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図７（Ｃ）のように、開口及び画素をハニカム状に配列するとともに、開口を円形の開口６１とし、画素を円形の画素６２とするときには、開口２８及び画素２９のピッチＰが、前述の数１１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００８３】
なお、数１０の導出方法から分かるとおり、角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３の間に、ガラス基板２６の厚さＴと比較して無視できない大きさの材料が複数介在している場合には、ガラス基板２６を含め、角度制限フィルタ１８からイメージセンサ１３の前面にある各材料の厚さをＴｋ、各材料の屈折率をｎｋとして、開口２８の輪郭と隣接する開口２８に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離Ｌが、下記数１４の条件式を満たすように構成すれば良い。
【００８４】
【数１４】
【００８５】
なお、上述の実施形態や変形例では、角度制限フィルタ１８の上面（被写体１２側）が空気に接している例を説明したが、角度制限フィルタ１８の上面には接着剤等が接触していても良い。例えば、角度制限フィルタ１８の上面が屈折率ｎ０に接触している場合には、ある開口の輪郭と隣接する開口に対応した画素の輪郭との面内方向での最短距離が満たすべき条件式や、開口及び画素のピッチＰが満たすべき条件式は、前述の数１〜数１４の条件式で、屈折率ｎ１（，ｎ２，ｎｋ）を、屈折率ｎ０を基準とした相対的な屈折率ｎ１／ｎ０（，ｎ２／ｎ０，ｎｋ／ｎ０）に置き換えれば良い。
【００８６】
なお、上述の実施形態及び変形例では、説明のために、被写体１２側から、ローパスフィルタ１７，角度制限フィルタ１８，イメージセンサ１３の順に配置される例を挙げたが、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８の配置順序は、上述の実施形態及び変形例とは逆順に、被写体１２側から、角度制限フィルタ１８，ローパスフィルタ１７，イメージセンサ１３の順に配置されていることが好ましい。特に、ローパスフィルタ１７及び角度制限フィルタ１８よりも被写体１２に、各画素に対応して配列されるマイクロレンズ等の光学部品をさらに配置する場合には、被写体１２側から、角度制限フィルタ１８，ローパスフィルタ１７，イメージセンサ１３の順に配置されていると、ノイズ光がより低減され、精細な撮影が容易になる。
【００８７】
こうして、被写体１２側から角度制限フィルタ１８，ローパスフィルタ１７の順に配置するときには、ローパスフィルタ１７のガラス基板の厚さや屈折率等を考慮する必要があるため、見かけ上は最短距離Ｌが満たすべき条件式が異なるが、実質的には上述の実施形態や実施例と同様の条件式となる。例えば、図９に示すように、ローパスフィルタ１７を角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３の間に配置し、ローパスフィルタ１７のガラス基板の厚さをＴ３とする。また、ローパスフィルタ１７のガラス基板の屈折率が角度制限フィルタ１８のガラス基板２６と同じ屈折率ｎ１であるとする。さらに、ローパスフィルタ１７の機能を発現する誘電体薄膜の積層体の部分や、角度制限フィルタ１８とローパスフィルタ１７の間に介在する接着剤や空気等の層の厚さは、これらの層での屈折を無視できる程度に、角度制限フィルタ１８のガラス基板２６とローパスフィルタ１７のガラス基板の厚さの和に比べて十分に薄いものとする。この場合、角度制限フィルタ１８のガラス基板２６とローパスフィルタ１７のガラス基板の厚さの和（Ｔ１＋Ｔ３）を、角度制限フィルタ１８の厚さとみなすことができるので、最短距離Ｌが満たすべき条件式は、数１及び数２の式でＴ１をＴ１＋Ｔ３に置き換えたものになる。したがって、開口及び画素のピッチＰが満たすべき条件式は、開口や画素の配列，形状の組み合わせに応じて、前述の数３〜数５の式でＴ１をＴ１＋Ｔ３に置き換えたものになる。
【００８８】
また、誘電体薄膜の積層体の部分や、角度制限フィルタ１８とローパスフィルタ１７の間に介在する接着剤や空気等の層の厚さが十分に薄いものの、ローパスフィルタ１７のガラス基板の屈折率が、角度制限フィルタ１８のガラス基板の屈折率ｎ１とは異なる屈折率ｎ３であるとする。この場合、前述の変形例（図８参照）と同様に、ローパスフィルタ１７のガラス基板を、無視できない厚さの中間層３１と同様に扱うことができる。このため、最短距離Ｌが満たすべき条件式は、前述の数１０の式で、Ｔ２をＴ３に、ｎ２をｎ３に置き換えたものとなる。したがって、開口及び画素のピッチＰが満たすべき条件式は、開口や画素の配列，形状の組み合わせに応じて、前述の数１１〜数１３の式でＴ２をＴ３に、ｎ２をｎ３に置き換えたものとなる。
【００８９】
さらに、ローパスフィルタ１７を角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３の間に配置し、ローパスフィルタ１７のガラス基板の屈折率が角度制限フィルタ１８のガラス基板の屈折率ｎ１とは異なる屈折率ｎ３であり、かつ、誘電体薄膜の積層体の部分や角度制限フィルタ１８とローパスフィルタ１７の間に介在する接着剤や空気等の層の厚さが無視できないとする。こうした場合には、無視することができない全ての層の厚さ及び屈折率を考慮し、前述の数１４の式に基づいて最短距離Ｌの条件式を定めれば良い。また、開口及び画素のピッチＰが満たすべき条件式は、開口や画素の配列，形状の組み合わせに応じて、上述の実施形態や変形例に準じて定めれば良い。
【００９０】
また、上述の実施形態及び変形例から分かるように、最短距離Ｌの下限は、角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３が密着している場合に最小となる。このため、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８の相対的な配置順序や、ローパスフィルタ１７や角度制限フィルタ１８以外の光学部品（マイクロレンズ等）の有無等によらず、少なくとも数２（数１）の条件を満たすように近接型撮像装置１１を構成することで、斜め入射光によるノイズを低減することができる。そして、上述の実施形態及び変形例のように、開口及び画素の配列や形状、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８の相対的な配置順序や、マイクロレンズ等の光学部品の有無、中間層３１の厚さや屈折率等、実際的な様々条件に応じて、数３〜１４の条件を満たすように近接型撮像装置１１を構成すれば、ノイズを特に良好に低減することができる。
【００９１】
なお、上述の実施形態及び変形例では、開口及び画素を正方格子状又はハニカム状に配列した例を説明したが、開口及び画素の配列はこれに限らず、任意の配列にして良い。また、上述の実施形態及び変形例では、開口や画素が、正方形又は円形に形成される例を説明したが、開口や画素の形状はこれらの形状に限らず、長方形や正六角形等、任意の形状にして良い。さらに、上述の実施形態及び変形例では、開口及び画素の形状の組み合わせとして、開口及び画素が共に正方形の例、開口が円形で画素が正方形の例、開口及び画素がともに円形の例の３種の例を説明したが、開口及び画素の形状の組み合わせはこれに限らない。例えば、開口を正方形に形成し、画素を円形に構成しても良く、前述のように長方形や六角形等の任意の形状を組み合わせても良い。このように、開口及び画素の配列や、開口や画素の形状を上述の実施形態及び変形例と異なるものにする場合にも、ある開口の輪郭と隣接する開口に対応した画素の輪郭の最短距離Ｌが満たすべき条件式や、開口及び画素のピッチＰが満たす条件式は、上述の実施形態及び変形例で説明したものと同様にして求めることができる。
【００９２】
また、上述の実施形態及び変形例では、ローパスフィルタ１７とハイパスフィルタ（図示しない）を分けて設ける例を説明したが、これらの替わりに、これらの性質を併せ持つバンドパスフィルタを用いても良い。さらに、上述の実施形態及び変形例では、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８を別個に設ける例を説明したが、角度制限フィルタ１８の表裏いずれかに（または両面に）、ローパスフィルタ１７として機能する誘電体薄膜の積層体を設け、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８を一体化しても良い。同様に、ハイパスフィルタを角度制限フィルタ１８に一体化して設けても良い。また、イメージセンサ１３にカバーガラスが設けられているときには、ここに各種フィルタを一体化して設けても良い。このように、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ１７、角度制限フィルタ１８等を一体化すると、部品点数が削減され、低コストに近接型撮像装置を製造することができるとともに、近接型撮像装置をより薄型化することができる。
【００９３】
なお、上述の実施形態及び変形例では、波長λ０の赤外光によって被写体１２を撮影する例を説明したが、これに限らず、これ以外の波長帯の赤外光や、可視光，紫外線等、任意の波長帯の光で被写体１２を撮影するようにしても良い。
【符号の説明】
【００９４】
１１ 近接型撮像装置
１２ 被写体
１２ａ〜１２ｃ 被写体の各部分
１３ イメージセンサ
１４ カバーガラス
１６ ＬＥＤ
１７ ローパスフィルタ（波長制限フィルタ）
１８ 角度制限フィルタ
２６ ガラス基板
２７ 遮光膜
２８，６１ 開口
２９，６２ 画素
３１ 中間層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からイメージセンサへの光の入射角度を制限する角度制限フィルタをイメージセンサの前面に配置して、イメージセンサに近接した被写体を撮像できるようにした近接型撮像装置に関するものであり、さらに詳しくは、被写体をイメージセンサに略密着させて撮像する近接型撮像装置及びこれに用いる角度制限フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像や文書等の被写体を撮像してデジタル画像を得るイメージスキャナが普及している。イメージスキャナとしては、縮小光学系で縮小してイメージセンサに結像させるタイプのものや、イメージセンサを被写体に略密着するほど近接させて撮像するものが知られている。
【０００３】
近年では、こうしたイメージスキャナが、携帯電話機やノート型パソコン等、小型薄型の機器に組み込まれることがある。このため、イメージスキャナの小型化，薄型化が求められている。しかし、縮小光学系を用いるタイプのイメージスキャナは、イメージセンサのサイズを小さくすることができるが、複数のレンズを光軸方向に配置した縮小光学系を用いなければならないので、小型化，薄型化には限度がある。一方、近接型のイメージスキャナは、被写体と略同じ大きさのイメージセンサが必要になるが、縮小光学系を用いるタイプよりも容易に薄くすることができる。このため、小型薄型の機器には、主として近接型のものが組み込まれる。
【０００４】
近接型のイメージスキャナは、被写体とイメージセンサを略密着させ、被写体の各部分と、受光面を区画した複数画素からなる受光エリアとをそれぞれ一対一に対応させるようにして撮像するが、イメージセンサと被写体を完全に密着させることはできず、これらの間には僅かながら間隔がある。近接型のイメージセンサでは、この僅かな間隔のために、被写体の各部分からの光が対応するエリアだけでなくその周囲のエリアにも入射し、精細な画像を得ることが難しい。このため、近接型のイメージスキャナには、イメージセンサへの光の入射角度を制限することが求められる。
【０００５】
このように、イメージセンサへの光の入射角度を制限した例としては、例えば、受光エリアに対応させて面状にレンズを配列した複眼撮像装置で、受光エリアの境界を遮光する格子状の遮光フィルタを用いる例が知られている（特許文献１）。また、中心から周辺にかけて屈折率が減少した円柱状のロッドレンズを配列する例や、多数の貫通孔が設けられた多孔板を配置したフィルムカメラも知られている。
【０００６】
上述のように、イメージセンサへの入射角度を制限するために用いられる撮像フィルタは、概ね受光エリアに合わせた格子状に形成される。しかし、例えば個々の画素を被写体の各部分に対応させる場合のように、受光エリアが小さくなるほど、基板に機械的な貫通孔を設けたり、画素の大きさと同程度のロッドレンズを作製することが難しくなる。このため、イメージスキャナを薄く構成し、かつ、受光エリアを小さくして精細な撮像が求められる今日では、受光エリアに対応した開口を有する遮光膜をガラス基板の表面に設けた撮像フィルタが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガラス基板の上に、開口を有する遮光膜を設けた撮像フィルタでは、開口からガラス基板の内部を斜めに透過し、隣接する受光エリアに入射してしまう光がある。こうして基板を斜めに透過する光は、ノイズとなるため、精細な画像を得る妨げとなる。
【０００９】
また、外部からの光を遮光せずに使用する場合等、イメージスキャナの使用環境によっては、被写体の周囲環境からの光が入射する。こうして被写体の周囲環境から入射する光は、波長や入射角度が様々であるから、上述と同様に精細な画像を妨げとなることがある。
【００１０】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像フィルタを斜めに透過して画素に到達する光を低減し、確実に被写体の一部分と一つの画素とを一対一に対応させ、精細な画像を得られる近接型撮像装置及び撮像フィルタを提供することを目的とする。また、周囲環境の影響を受けずに精細な画像を得られるようにする近接型撮像装置及び撮像フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の近接型撮像装置は、近接した被写体からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、前記被写体を撮像するイメージセンサと、透明な基板と、前記画素に一対一に対応した開口を有し、前記基板の前記被写体側に設けられた遮光膜とからなり、前記イメージセンサの前面に配置され、前記イメージセンサに入射する光の入射角度を、互いに対応する前記開口から前記画素に入射する角度範囲に制限する撮像フィルタと、を備え、前記基板の屈折率をｎ１，前記基板の厚さをＴ１，前記開口の輪郭とこの開口に隣接した前記開口に対応する前記画素の輪郭との前記基板面内方向における最短距離をＬとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１２】
また、前記イメージセンサ側に透過する光の波長を所定波長帯に制限するとともに、入射角度が大きいほど前記所定波長帯の光の透過率が小さくなる波長制限フィルタを、前記角度制限フィルタよりも前記被写体側に備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記角度制限フィルタと前記イメージセンサの間に、厚さＴ２，屈折率ｎ２の中間層を備え、前記最短距離Ｌが
を満たすことを特徴とする。
【００１４】
また、前記開口及び前記画素は正方格子状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素は正方形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１５】
また、前記開口及び前記画素は正方格子状に配列され、前記開口は円形に形成されるとともに、前記画素は正方形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１６】
また、前記開口及び前記画素は正方格子状に配列され、前記開口及び前記画素が円形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１７】
また、前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素は正方形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１８】
また、前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口は円形に形成され、かつ、前記画素は正方形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００１９】
また、前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素が円形に形成され、前記開口の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする。
【００２０】
本発明の撮像フィルタは、近接した被写体からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、前記被写体を撮像するイメージセンサの前面に配置され、透明な基板と、前記画素に一対一に対応した開口を有し、前記基板の前記被写体側に設けられた遮光膜と、を備え、前記基板の屈折率をｎ１，前記基板の厚さをＴ１，前記開口の輪郭とこの開口に隣接した前記開口に対応する前記画素の輪郭との前記基板面内方向における最短距離をＬとするときに、
を満たし、前記イメージセンサに入射する光の入射角度を、互いに対応する前記開口から前記画素に入射する角度範囲に制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、撮像フィルタを斜めに透過して画素に到達する光を低減し、確実に被写体の一部分と一つの画素とを一対一に対応させ、精細な画像が得られる近接型撮像装置及び撮像フィルタを提供することができる。また、近接型撮像装置及び撮像フィルタを、周囲環境の影響を受けずに、精細な画像を得ることができるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】近接型撮像装置の構成を示す説明図である。
【図２】ローパスフィルタの透過特性を示すグラフである。
【図３】角度制限フィルタの構成を示す説明図である。
【図４】角度制限フィルタの構成を示す断面図である。
【図５】近接型撮像装置の作用を示す説明図である。
【図６】開口及び画素の形状の変形例を示す説明図である。
【図７】開口及び画素の配列，形状の変形例を示す説明図である。
【図８】中間層の厚さが無視できない場合の角度制限フィルタの構成を示す説明図である。
【図９】ローパスフィルタを角度制限フィルタとイメージセンサの間に配置する例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示すように、近接型撮像装置１１は、被写体１２をイメージセンサ１３に略密着させて撮像することにより、被写体１２の表面（または表層の内部構造）を撮像する近接型のイメージスキャナであり、イメージセンサ１３、カバーガラス１４、ＬＥＤ１６、ハイパスフィルタ（図示しない）、ローパスフィルタ１７、角度制限フィルタ１８等から構成される。
【００２４】
イメージセンサ１３は、赤外光の波長帯に感度を持つ画素を正方形の撮像領域内に２次元に配列したＣＭＯＳ型のエリアイメージセンサであり、カバーガラス１４の近傍に略密着して配置される。また、イメージセンサ１３の前面（被写体１２側）には、ローパスフィルタ１７、角度制限フィルタ１８、ハイパスフィルタ等、薄い各種光学フィルタが配置される。また、イメージセンサ１３の画素は、それぞれ正方形状に形成され、所定のピッチで正方格子状に配列されている。なお、図１では、説明のためにイメージセンサ１３と各種光学フィルタを分離してあるが、イメージセンサ１３と各種光学フィルタは、接着剤や空気等を介して密着するように略一体に形成されている。
【００２５】
カバーガラス１４は、透明なガラス板であり、下方に配置されるイメージセンサ１３やローパスフィルタ１７、角度制限フィルタ１８等を傷や埃から保護する。また、被写体１２は、カバーガラス１４の上に密着して配置される。
【００２６】
ＬＥＤ１６は、波長λ０（＝８５０ｎｍ）を中心とした所定波長帯の赤外光を発する光源であり、近接型撮像装置１１で被写体１２を撮像するときに被写体１２を照明する。また、ＬＥＤ１６は、イメージセンサ１３の周囲に被写体１２の方向に向けて複数配置され、被写体１２を一様に照明する。このため、イメージセンサ１３は、ＬＥＤ１６の発する波長λ０を中心とした所定波長帯の赤外光によって被写体１２を撮像する。
【００２７】
ハイパスフィルタは、可視光や紫外線等、撮像に利用される波長λ０近傍の赤外光よりも短波長の光を反射し、波長λ０近傍の赤外光とこれよりも長波長の光を透過する。また、ハイパスフィルタは、ローパスフィルタ１７の被写体１２側に配置される。このため、近接型撮像装置１１には被写体１２側から種々の波長帯の光が入射するが、ローパスフィルタ１７に入射する光の波長帯は、ハイパスフィルタによって波長λ０近傍の赤外光とこれよりも長波長の光に制限される。
【００２８】
ローパスフィルタ１７及び角度制限フィルタ１８は、イメージセンサ１３の前面に配置され、被写体１２からイメージセンサ１３に入射する光の波長帯と入射角度を制限する。具体的には、ローパスフィルタ１７及び角度制限フィルタ１８は、被写体１２からイメージセンサ１３へ入射する光の波長帯は、波長λ０近傍の赤外光の波長帯に制限するとともに、イメージセンサ１３への入射角度をイメージセンサ１３に対して略垂直な入射角度に制限する。これにより、近接型撮像装置１１は、被写体１２の各部１２ａ〜１２ｃを、イメージセンサ１３の各画素に一対一に対応させて被写体１２を撮影する。また、ローパスフィルタ１７は、ハイパスフィルタと角度制限フィルタ１８の間に配置され、角度制限フィルタ１８は、ローパスフィルタ１８とイメージセンサ１３の間に配置される。
【００２９】
図２（Ａ）に示すように、ローパスフィルタ１７は、波長λ０近傍の波長帯を境界に、短波長側の光を透過し、長波長側の光を反射して、被写体１２からイメージセンサ１３側に透過する光の波長帯を制限するローパスフィルタであり、透明なガラス基板上に複数の誘電体薄膜を積層して形成される。また、ローパスフィルタ１７の透過特性は、グラフ２１ａ（実線）で示すように、入射角度が略垂直の場合に、波長λ０近傍の狭い波長帯で急峻に透過率が変化するように構成されている。また、ローパスフィルタ１７の透過率特性は、ローパスフィルタ１７への入射角度に応じて異なる。波長に対する透過率のグラフでいえば、グラフ２１ｂ（二点鎖線）で示すように、光が傾斜して入射する場合には、その入射角度に応じてローパスフィルタ１７の透過率の特性は、全体的に短波長側にシフトする。
【００３０】
ローパスフィルタ１７には波長λ０近傍の赤外光が様々な入射角度で入射するが、垂直に入射した赤外光の透過光量は、図２（Ｂ）に示すように、グラフ２１ａとＬＥＤ１６のスペクトル２２とで囲まれた斜線部分２３ａの面積に比例する。また、斜めに入射した赤外光の透過光量は、図２（Ｃ）に示すように、グラフ２１ｂとスペクトル２２とで囲まれた斜線部分２３ｂの面積に比例し、斜線部分２３ａよりも小さくなる。したがって、略垂直に入射すればローパスフィルタ１７を透過する波長λ０近傍の赤外光であっても、ローパスフィルタ１７に斜めに入射すると、その入射角度に応じて透過率が減少する。こうして、入射角度に応じて透過率が変化するようになっていることで、ローパスフィルタ１７はイメージセンサ１３への光の入射角度を略垂直な範囲に制限する。
【００３１】
また、ローパスフィルタ１７は有限数の誘電体薄膜から構成されているために、波長λ０近傍から十分に離れた長波長帯では、透過率が０％となっていない部分２４がある。波長に対する透過率のグラフ２１ａは、前述のように入射角度に応じて短波長側にシフトするが、入射角度が大きい場合には、ＬＥＤ１６のスペクトル２２と部分２４とが重なることがある。こうして部分２４とスペクトル２２とが重なる入射角度では、前述と同様に、部分２４とスペクトル２２とで囲まれる面積に比例した光量の赤外光がローパスフィルタ１７を透過する。このため、ローパスフィルタ１７は、一定の角度範囲内では入射角度が大きくなるにつれて透過光量が徐々に減少し、入射角度が大きなところでは透過光量が略０になるが、さらに入射角度が大きくなると、部分２４とスペクトル２２との重なりに応じた光量の赤外光がローパスフィルタ１７を透過する。
【００３２】
図３に示すように、角度制限フィルタ１８は、厚さ０．１５ｍｍ程度の薄く透明なガラス基板２６と、このガラス基板２６の表面に設けられた遮光膜２７とから構成される。遮光膜２７は、ガラス基板２６の被写体１２側に設けられ、複数の誘電体薄膜を積層して形成される。遮光膜２７は、入射した光を吸収する吸収膜となっており、波長λ０近傍の波長帯を含め、イメージセンサ１３の画素に感度のある全ての波長帯の光を吸収する。また、遮光膜２７には、複数の開口２８が設けられている。開口２８は、イメージセンサ１３の画素２９の正方格子状の配列合わせて、各画素２９と一対一に対応するように正方格子状に設けられている。このため、開口２８のピッチは、画素２９のピッチに等しい。また、各開口２８は、正方形状に設けられている。
【００３３】
図４（Ａ）に示すように、開口２８の列（図３の線Ａ）に沿った近接型撮像装置１１の断面を見ると、角度制限フィルタ１８は、各開口２８と各画素２９とを一対一に対応させ、かつ、各画素２９の直上に開口２８が位置するように、画素２９と開口２８の中心位置を一致させて配置される。このため、例えば、ある画素２９ａには直上の開口２８ａが対応し、この画素２９ａに隣接する画素２９ｂには、開口２８ａに隣接する開口２８ｂが対応して配置される。
【００３４】
また、開口２８の大きさは、画素２９よりも大きい。ここでは、開口２８の辺の長さを２Ｒ、画素２９の辺の長さを２ｒとし、開口２８の中心から辺の中央までの距離（中心から輪郭までの最短距離）Ｒは、画素２９の中心から辺の中央までの距離（中心から輪郭までの最短距離）ｒよりも大きいものとする（Ｒ＞ｒ）。
【００３５】
さらに、角度制限フィルタ１８は、イメージセンサ１３の前面に、中間層３１を介して略密着して配置される。中間層３１は、例えば、角度制限フィルタ１８をイメージセンサ１３に接着する接着層であり、ここでは、中間層３１の厚さＴ２は、ガラス基板２６の厚さＴ１と比較して十分に小さいものとする（Ｔ２／Ｔ１≪１）。また、角度制限フィルタ１８の上面側（被写体１２側）にはローパスフィルタ１７が配置されるが、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８は接着されておらず、角度制限フィルタ１８の上面は薄い空気の層（屈折率ｎ≒１）に隣接している。
【００３６】
角度制限フィルタ１８は、上述のように配置されるだけでなく、以下に説明する条件を満たすように構成されている。まず、ある画素２９ａの輪郭と、隣接する画素２９ｂに対応する開口２８ｂ（以下、隣の開口という）の輪郭との面内方向の最短距離をＬ１、画素２９ａの輪郭から隣の開口２８ｂの輪郭を望む法線方向を基準とした最小の角度をθとすると、最短距離Ｌ１はＬ１＝Ｔ１ｔａｎθで表される。また、ガラス基板２６側から角度制限フィルタ１８の上面（被写体１２側）に光を入射させるときの臨界角をθｍとする。このとき、角度制限フィルタ１８は、角度θが臨界角θｍ以上の大きさ（θ≧θｍ）となるように、下記数１の条件式を構成されている。臨界角θｍは、ｓｉｎθｍ＝１／ｎ１を満たすので、これを用いて数１の条件式の右辺を整理すれば、最短距離Ｌ１が満たす条件式は下記数２の条件式となる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
【数２】
【００３９】
数２（数１）の条件式は、ある画素２９ａから角度制限フィルタ１８の被写体１２側表面に向けて様々な角度で光を出射したときに、この光が、隣の開口２８ｂで全反射されるようにするための条件である。また、数２（数１）の式の等号は、図４（Ｂ）に示すように、ある画素２９ａの輪郭から隣の開口２８ｂの輪郭の最も近い位置を望む角度θが臨界角θｍに丁度等しくなる場合を示している。こうして、数２の条件式を満たすように、開口２８（及び画素２９）が設けられていることで、角度制限フィルタ１８は、遮光膜２７によって各画素２９に隣の開口２８から光が入射することを防ぐとともに、各画素２９には直上の開口２８を略垂直に通過した光だけが入射するように、被写体１２からイメージセンサ１３への光の入射角度を制限する。
【００４０】
なお、最短距離Ｌ１の具体的な値は、数２の条件式を満たし、かつ、上述の角度制限フィルタ１８の構成が維持される範囲内で任意に定めることができる。したがって、数１の下限をＬｍｉｎ、開口２８及び画素２９のピッチをＰとするときに、Ｐ＞Ｌ１≧Ｌｍｉｎを満たす範囲内で定めることができる。最短距離Ｌ１が、開口２８及び画素２９のピッチＰ以上の値になると、開口２８や画素２９の大きさがなくなり、近接型撮像装置１１を上述のように構成することができなくなる。この最短距離の上限の値については後述する変形例についても同様である。
【００４１】
また、近接型撮像装置１１では、開口２８及び画素２９が正方格子状に配列され、かつ、いずれも正方形状に形成されているので、イメージセンサ１３及び角度制限フィルタ１８は、開口２８及び画素２９の配列のピッチＰが下記数３の条件式を満たすように形成されている。
【００４２】
【数３】
【００４３】
数３の条件式は、開口２８及び画素２９が正方格子状に配列され、かつ、いずれも正方形に形成されているという条件下で、数２（数１）の条件式から導かれる。まず、開口２８及び画素２９が正方格子状に配列され、かつ、いずれも正方形状に形成されているときには、最短距離Ｌ１は、Ｌ１＝Ｐ−（Ｒ＋ｒ）となる。そして、これを用いて数２の条件式を、ピッチＰについて整理すれば数３の条件式が得られる。
【００４４】
また、開口２８及び画素２９のピッチＰは、数３の条件式を満たし、かつ、イメージセンサ１３が解像力を失わない範囲内で任意に定めることができる。しがたって、数３の下限をＰｍｉｎ、画素２９が配列されたイメージセンサ１３の撮像領域の幅（又は長さ）をＷとするときに、Ｗ／２＞Ｐ≧Ｐｍｉｎを満たす範囲内で定めることができる。開口２８及び画素２９のピッチＰが撮像領域の幅Ｗの１／２を超えると、撮像領域内に２以上の画素２９を配列することができなくなるため、イメージセンサ１３は実質的に解像力を失う。なお、こうしたピッチＰの上限は、後述する変形例の場合にも同じである。
【００４５】
上述のように構成される近接型撮像装置１１では、以下に説明するように、各画素２８に入射する光の波長を波長λ０近傍の赤外光に制限し、かつ、被写体１２の各部分と画素２９とを一対一に対応させて、被写体１２を撮像する。
【００４６】
図５に示すように、近接型撮像装置１１ではＬＥＤ１６から波長λ０近傍の赤外光を被写体１２に照射して撮像するので、近接型撮像装置１１には、被写体１２の表面又は表層構造で散乱された波長λ０近傍の赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが入射する。このように、被写体１２から入射する赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、ハイパスフィルタを透過して、ローパスフィルタ１７に入射する。また、こうしてローパスフィルタ１７に到達する赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、それぞれに様々な入射角度でローパスフィルタ１７に入射する。
【００４７】
ローパスフィルタ１７に入射した赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂのなかでも、傾斜して入射した傾斜光４１ａ，４１ｂは、各々の入射角度に応じてローパスフィルタ１７で減光され、殆ど角度制限フィルタ１８には到達しない。一方、ローパスフィルタ１７に入射した赤外光４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂのなかでも、垂直に入射した垂直光４２ａ，４２ｂは、ローパスフィルタ１７を１００％に近い高い透過率で透過して、角度制限フィルタ１８に到達する。
【００４８】
そして、ローパスフィルタ１７を透過した垂直光４２ａ，４２ｂのうち、遮光膜２７に入射する垂直光４２ｂは吸収されてイメージセンサ１３には到達せず、開口２８に入射する垂直光４２ａだけが、開口２８を通って、通過した開口２８に対応する直下の画素２９に入射する。
【００４９】
また、赤外光４４のように、赤外光４１ａ，４１ｂよりもさらに入射角度が大きくなると、波長λ０から十分に離れた長波長帯におけるローパスフィルタ１７の透過率特性を反映して、減光されながらもローパスフィルタ１７を透過し、角度制限フィルタ１８に到達することがある。こうして角度制限フィルタ１８に斜めに入射する赤外光は、遮光膜２７に入射すれば吸収されるので角度制限フィルタ１８の内部には進入しないが、開口２８に入射すると、角度制限フィルタ１８の内部に進入する。
【００５０】
しかし、近接型撮像装置１１は、前述のように数２（数１）の条件を満たすように構成されているので、どのような角度で開口２８に赤外光が入射したとしても、角度制限フィルタ１８に入射した赤外光が、通過した開口２８に対応した画素２９以外の画素２９（隣の画素２９や、さらに遠方の画素２９）には到達することがない。例えば、赤外光４４のように、開口２８に斜めに入射した赤外光は、角度制限フィルタ１８の内部に進入すると、通過した開口２８の直下の画素２９とその隣の画素２９の間に到達し、隣の画素２９には入射しない。また、こうして画素２９と画素２９との間に到達した赤外光は、角度制限フィルタ１８の下面やイメージセンサ１３の表面等で反射され、赤外光４４のように遮光膜２７に入射して吸収される。
【００５１】
したがって、各画素２９には、垂直光４２ａのように、開口２８と画素２９とが一対一に対応する角度範囲４３の入射角度で開口２８を通過した赤外光だけが入射し、角度範囲４３よりも傾斜した赤外光は入射しない。このため、近接型撮像装置１１は、被写体１２をイメージセンサ１３に略密着するほどに近接して配置しても、被写体１２を精細に撮影することができる。
【００５２】
また、ここではＬＥＤ１６に由来する波長λ０近傍の赤外光だけが近接型撮像装置１１に入射することを前提に説明したが、被写体１２の周囲が十分に遮光されていない状態で撮影する場合には、被写体１２の周囲環境に由来する波長λ０近傍よりも長波長の赤外光が近接型撮像装置１１に入射することがある。こうした場合にも、上述と同様に、斜めに入射する長波長の赤外光は、概ねローパスフィルタ１７で減光されて角度制限フィルタ１８には到達しない。また、波長λ０よりも長波長の透過率特性を反映してローパスフィルタ１７を斜めに透過し、開口２８に入射する長波長の赤外光があっても、上述のように角度制限フィルタ１８で遮光され、画素２９には到達しない。したがって、近接型撮像装置１１は、前述の数２（数１）の条件を満たすように構成されていることで、被写体１２の周囲が十分に遮光されていないときにも、被写体１２を精細に撮影することができる。
【００５３】
なお、上述の実施形態では、開口２８及び画素２９は正方格子状に配列され、かつ、開口２８及び画素２９がともに正方形に構成される例について説明したが、開口２８や画素２９の形状は正方形でなくても良い。
【００５４】
例えば、図６（Ａ）に示すように、角度制限フィルタ１８の開口を円形の開口６１とし、イメージセンサ１３の画素を正方形の画素２９とする。この場合には、開口６１の輪郭と隣の開口６１に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離は、上述の実施形態と同様のＬ１となる。したがって、画素２９を正方形とし、角度制限フィルタ１８の開口を円形の開口６１とする場合に、前述の数２（数１）の条件を満たすようにするためには、数３の条件を満たすように角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。
【００５５】
また、例えば、図６（Ｂ）に示すように、角度制限フィルタ１８の開口を円形の開口６１とし、イメージセンサ１３の画素を円形の画素６２とする。この場合、開口６１の輪郭と、隣の開口６１に対応した画素２９の輪郭との最短距離は、上述の実施形態と同様のＬ１となる。したがって、角度制限フィルタ１８の開口とイメージセンサ１３の画素をともに円形に形成する場合にも、前述の数２（数１）の条件を満たすようにするためには、数３の条件を満たすように角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。
【００５６】
さらに、上述の実施形態では、開口２８及び画素２９は正方格子状に配列され、かつ、開口２８及び画素２９がともに正方形に構成される例について説明したが、開口２８及び画素２９の配列は正方格子状でなくても良い。
【００５７】
例えば、図７（Ａ）に示すように、画素２９（及び開口２８）の配列を、行（又は列）毎に交互に画素２９の位置をずらし、画素２９が正三角形の頂点に位置するように、いわゆるハニカム状の配列とする。この場合、画素２９の周囲には６個の画素２９が隣接する。
【００５８】
このため、開口２８の頂点と、隣接する行の画素２９の頂点を結ぶ距離Ｌ２が、開口２８の輪郭と、隣の開口２８に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離となる。この最短距離Ｌ２は、上述の実施形態のように、行に沿って隣り合う開口２８と画素２９との間で測った距離Ｌ１とは異なる。したがって、画素２９及び開口２８をハニカム状に配列する場合には、この最短距離Ｌ２が前述の数２（数１）の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。このとき、画素２９及び開口２８のピッチＰは、下記の数４の条件式を満たすように構成すれば良い。
【００５９】
【数４】
【００６０】
また、こうして画素や開口をハニカム状に配列する場合にも、画素や開口の形状を任意の形状に形成しても良い。例えば、図７（Ｂ）に示すように、画素及び開口をハニカム状に配列し、画素２９を正方形に形成し、開口を円形の開口６１とする。この場合、画素２９の頂点と、隣接する行の開口６１の輪郭を結ぶ距離Ｌ３が、開口６１の輪郭と隣の開口６１に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離となる。この最短距離Ｌ３は、上述の実施形態のＬ１とは異なる。このため、画素２９及び開口６１をハニカム状に配列する場合には、この最短距離Ｌ３が前述の数１（数２）の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。このとき、画素２９及び開口６１のピッチＰは、下記の数５の条件式を満たすように構成すれば良い。
【００６１】
【数５】
【００６２】
さらに、例えば、図７（Ｃ）に示すように、画素及び開口をハニカム状に配列し、開口を円形の開口６１に、画素を円形の画素６２にする。この場合、開口６１の輪郭と、隣の開口６１に対応する画素６２の輪郭との面内方向における最短距離は、上述の実施形態と同じ最短距離Ｌ１となる。このため、画素及び開口をハニカム状に配列するとともに、画素及び開口をいずれも円形に形成する場合には、前述の数１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成すれば良い。このとき、開口６１及び画素６２のピッチＰも、前述の数３の条件式を満たすように構成すれば良い。
【００６３】
なお、上述の実施形態では、角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３の間の中間層３１の厚さＴ２が、角度制限フィルタ１８のガラス基板２６の厚さＴ１よりも十分に小さい場合について説明したが、ガラス基板２６が極めて薄い場合や、中間層３１の厚さが比較的大きい場合には、以下のようにすれば良い。
【００６４】
まず、上述の実施形態と同様に、開口２８及び画素２９は正方格子状に配列され、開口２８及び画素２９のどちらも正方形に形成される場合について説明する。この場合、図８に示すように、ある画素２９ａの輪郭から隣の開口２８ｂの輪郭の最も近い位置に光を入射させると、中間層３１と角度制限フィルタ１８の境界で無視できない大きさで屈折が生じる。このため、中間層３１と角度制限フィルタ１８の境界面における屈折を考慮して、最短距離及びピッチＰを定める必要がある。
【００６５】
ある画素２９ａの輪郭から出射して、隣の開口２８ｂの輪郭の最も近い位置に入射する光６６が、中間層３１と角度制限フィルタ１８の境界上で屈折する点を屈折点６７とし、この屈折点６７から開口２８ｂの輪郭までの面内方向における距離をＸ１、屈折点６７から画素２９ａの輪郭までの面内方向における距離をＸ２、開口２８ｂの輪郭から画素２９ａの輪郭までの面内方向における最短距離をＬ４とする。このとき、光６６が、開口２８ｂの輪郭で全反射されるようにするためには、最短距離Ｌ４を下記数６の条件式を満たすようにすれば良い。
【００６６】
【数６】
【００６７】
距離Ｘ１は、光６６の屈折角をψ１とすると、Ｘ１＝Ｔ１ｔａｎψ１で表される。一方、画素２９ａから隣の開口２８ｂに向けて出射された光が、開口２８ｂで全反射されるようにするためには、屈折角ψ１が臨界角θｍ以上の大きさになっている必要がある（ψ１≧θｍ）。したがって、距離Ｘ１は下記数７の条件式を満たす必要がある。また、臨界角θｍは、ｓｉｎθｍ＝１／ｎ１を満たすので、これを用いて数７の条件式を整理すると、距離Ｘ１が満たすべき条件式は、下記数８の条件式となる。
【００６８】
【数７】
【００６９】
【数８】
【００７０】
一方、中間層３１から角度制限フィルタ１８への光６６の入射角をψ２とすれば、距離Ｘ２は、Ｘ２＝Ｔ２ｔａｎψ２で求められる。また、屈折角ψ１と入射角ψ２との間には、ｎ１ｓｉｎψ１＝ｎ２ｓｉｎψ２の関係がある。これらの式を、光６６が角度制限フィルタ１８の上面で全反射される条件（ｓｉｎψ１＝ｓｉｎθｍ＝１／ｎ１）を用いて整理すれば、距離Ｘ２は下記数９の式で表されることが分かる。
【００７１】
【数９】
【００７２】
これらのことから、最短距離Ｌ４が満たすべき数６の条件式は、下記数１０の式で表される。したがって、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１と比較して無視できない厚さである場合に、近接型撮像装置１１で被写体１２を精細に撮像するためには、開口２８の輪郭と隣接する開口２８に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離Ｌ４が数１０の条件を満たすようにすれば良い。
【００７３】
【数１０】
【００７４】
また、このように、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、開口２８及び画素２９が正方格子状に配列され、かつ、開口２８及び画素２９のいずれも正方形に形成されているときには、開口２８及び画素２９のピッチＰが、下記数１１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００７５】
【数１１】
【００７６】
さらに、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図６（Ａ）と同様に開口及び画素が正方格子状に配列され、開口を円形の開口６１とし、画素を正方形の画素２９とする場合にも、上述の数１１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００７７】
また、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図６（Ｂ）と同様に開口及び画素が正方格子状に配列され、開口を円形の開口６１とし、画素を円形の画素６２とする場合にも、開口６１及び画素６２のピッチＰが、前述の数１１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００７８】
さらに、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図７（Ａ）と同様にして、開口及び画素をハニカム状に配列するとともに、開口２８及び画素２９をいずれも正方形に形成するときには、開口２８及び画素２９のピッチＰが、下記数１２の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００７９】
【数１２】
【００８０】
同様に、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図７（Ｂ）のように、開口及び画素をハニカム状に配列するとともに、開口を円形の開口６１とし、画素を正方形の画素２９とするときには、開口２８及び画素２９のピッチＰが、下記数１３の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００８１】
【数１３】
【００８２】
また、中間層３１の厚さＴ２がガラス基板２６の厚さＴ１に比べて無視できない厚さであり、図７（Ｃ）のように、開口及び画素をハニカム状に配列するとともに、開口を円形の開口６１とし、画素を円形の画素６２とするときには、開口２８及び画素２９のピッチＰが、前述の数１１の条件式を満たすように、角度制限フィルタ１８及びイメージセンサ１３を構成することが好ましい。
【００８３】
なお、数１０の導出方法から分かるとおり、角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３の間に、ガラス基板２６の厚さＴと比較して無視できない大きさの材料が複数介在している場合には、ガラス基板２６を含め、角度制限フィルタ１８からイメージセンサ１３の前面にある各材料の厚さをＴｋ、各材料の屈折率をｎｋとして、開口２８の輪郭と隣接する開口２８に対応した画素２９の輪郭との面内方向における最短距離Ｌが、下記数１４の条件式を満たすように構成すれば良い。
【００８４】
【数１４】
【００８５】
なお、上述の実施形態や変形例では、角度制限フィルタ１８の上面（被写体１２側）が空気に接している例を説明したが、角度制限フィルタ１８の上面には接着剤等が接触していても良い。例えば、角度制限フィルタ１８の上面が屈折率ｎ０に接触している場合には、ある開口の輪郭と隣接する開口に対応した画素の輪郭との面内方向での最短距離が満たすべき条件式や、開口及び画素のピッチＰが満たすべき条件式は、前述の数１〜数１４の条件式で、屈折率ｎ１（，ｎ２，ｎｋ）を、屈折率ｎ０を基準とした相対的な屈折率ｎ１／ｎ０（，ｎ２／ｎ０，ｎｋ／ｎ０）に置き換えれば良い。
【００８６】
なお、上述の実施形態及び変形例では、説明のために、被写体１２側から、ローパスフィルタ１７，角度制限フィルタ１８，イメージセンサ１３の順に配置される例を挙げたが、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８の配置順序は、上述の実施形態及び変形例とは逆順に、被写体１２側から、角度制限フィルタ１８，ローパスフィルタ１７，イメージセンサ１３の順に配置されていることが好ましい。特に、ローパスフィルタ１７及び角度制限フィルタ１８よりも被写体１２に、各画素に対応して配列されるマイクロレンズ等の光学部品をさらに配置する場合には、被写体１２側から、角度制限フィルタ１８，ローパスフィルタ１７，イメージセンサ１３の順に配置されていると、ノイズ光がより低減され、精細な撮影が容易になる。
【００８７】
こうして、被写体１２側から角度制限フィルタ１８，ローパスフィルタ１７の順に配置するときには、ローパスフィルタ１７のガラス基板の厚さや屈折率等を考慮する必要があるため、見かけ上は最短距離Ｌが満たすべき条件式が異なるが、実質的には上述の実施形態や実施例と同様の条件式となる。例えば、図９に示すように、ローパスフィルタ１７を角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３の間に配置し、ローパスフィルタ１７のガラス基板の厚さをＴ３とする。また、ローパスフィルタ１７のガラス基板の屈折率が角度制限フィルタ１８のガラス基板２６と同じ屈折率ｎ１であるとする。さらに、ローパスフィルタ１７の機能を発現する誘電体薄膜の積層体の部分や、角度制限フィルタ１８とローパスフィルタ１７の間に介在する接着剤や空気等の層の厚さは、これらの層での屈折を無視できる程度に、角度制限フィルタ１８のガラス基板２６とローパスフィルタ１７のガラス基板の厚さの和に比べて十分に薄いものとする。この場合、角度制限フィルタ１８のガラス基板２６とローパスフィルタ１７のガラス基板の厚さの和（Ｔ１＋Ｔ３）を、角度制限フィルタ１８の厚さとみなすことができるので、最短距離Ｌが満たすべき条件式は、数１及び数２の式でＴ１をＴ１＋Ｔ３に置き換えたものになる。したがって、開口及び画素のピッチＰが満たすべき条件式は、開口や画素の配列，形状の組み合わせに応じて、前述の数３〜数５の式でＴ１をＴ１＋Ｔ３に置き換えたものになる。
【００８８】
また、誘電体薄膜の積層体の部分や、角度制限フィルタ１８とローパスフィルタ１７の間に介在する接着剤や空気等の層の厚さが十分に薄いものの、ローパスフィルタ１７のガラス基板の屈折率が、角度制限フィルタ１８のガラス基板の屈折率ｎ１とは異なる屈折率ｎ３であるとする。この場合、前述の変形例（図８参照）と同様に、ローパスフィルタ１７のガラス基板を、無視できない厚さの中間層３１と同様に扱うことができる。このため、最短距離Ｌが満たすべき条件式は、前述の数１０の式で、Ｔ２をＴ３に、ｎ２をｎ３に置き換えたものとなる。したがって、開口及び画素のピッチＰが満たすべき条件式は、開口や画素の配列，形状の組み合わせに応じて、前述の数１１〜数１３の式でＴ２をＴ３に、ｎ２をｎ３に置き換えたものとなる。
【００８９】
さらに、ローパスフィルタ１７を角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３の間に配置し、ローパスフィルタ１７のガラス基板の屈折率が角度制限フィルタ１８のガラス基板の屈折率ｎ１とは異なる屈折率ｎ３であり、かつ、誘電体薄膜の積層体の部分や角度制限フィルタ１８とローパスフィルタ１７の間に介在する接着剤や空気等の層の厚さが無視できないとする。こうした場合には、無視することができない全ての層の厚さ及び屈折率を考慮し、前述の数１４の式に基づいて最短距離Ｌの条件式を定めれば良い。また、開口及び画素のピッチＰが満たすべき条件式は、開口や画素の配列，形状の組み合わせに応じて、上述の実施形態や変形例に準じて定めれば良い。
【００９０】
また、上述の実施形態及び変形例から分かるように、最短距離Ｌの下限は、角度制限フィルタ１８とイメージセンサ１３が密着している場合に最小となる。このため、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８の相対的な配置順序や、ローパスフィルタ１７や角度制限フィルタ１８以外の光学部品（マイクロレンズ等）の有無等によらず、少なくとも数２（数１）の条件を満たすように近接型撮像装置１１を構成することで、斜め入射光によるノイズを低減することができる。そして、上述の実施形態及び変形例のように、開口及び画素の配列や形状、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８の相対的な配置順序や、マイクロレンズ等の光学部品の有無、中間層３１の厚さや屈折率等、実際的な様々条件に応じて、数３〜１４の条件を満たすように近接型撮像装置１１を構成すれば、ノイズを特に良好に低減することができる。
【００９１】
なお、上述の実施形態及び変形例では、開口及び画素を正方格子状又はハニカム状に配列した例を説明したが、開口及び画素の配列はこれに限らず、任意の配列にして良い。また、上述の実施形態及び変形例では、開口や画素が、正方形又は円形に形成される例を説明したが、開口や画素の形状はこれらの形状に限らず、長方形や正六角形等、任意の形状にして良い。さらに、上述の実施形態及び変形例では、開口及び画素の形状の組み合わせとして、開口及び画素が共に正方形の例、開口が円形で画素が正方形の例、開口及び画素がともに円形の例の３種の例を説明したが、開口及び画素の形状の組み合わせはこれに限らない。例えば、開口を正方形に形成し、画素を円形に構成しても良く、前述のように長方形や六角形等の任意の形状を組み合わせても良い。このように、開口及び画素の配列や、開口や画素の形状を上述の実施形態及び変形例と異なるものにする場合にも、ある開口の輪郭と隣接する開口に対応した画素の輪郭の最短距離Ｌが満たすべき条件式や、開口及び画素のピッチＰが満たす条件式は、上述の実施形態及び変形例で説明したものと同様にして求めることができる。
【００９２】
また、上述の実施形態及び変形例では、ローパスフィルタ１７とハイパスフィルタ（図示しない）を分けて設ける例を説明したが、これらの替わりに、これらの性質を併せ持つバンドパスフィルタを用いても良い。さらに、上述の実施形態及び変形例では、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８を別個に設ける例を説明したが、角度制限フィルタ１８の表裏いずれかに（または両面に）、ローパスフィルタ１７として機能する誘電体薄膜の積層体を設け、ローパスフィルタ１７と角度制限フィルタ１８を一体化しても良い。同様に、ハイパスフィルタを角度制限フィルタ１８に一体化して設けても良い。また、イメージセンサ１３にカバーガラスが設けられているときには、ここに各種フィルタを一体化して設けても良い。このように、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ１７、角度制限フィルタ１８等を一体化すると、部品点数が削減され、低コストに近接型撮像装置を製造することができるとともに、近接型撮像装置をより薄型化することができる。
【００９３】
なお、上述の実施形態及び変形例では、波長λ０の赤外光によって被写体１２を撮影する例を説明したが、これに限らず、これ以外の波長帯の赤外光や、可視光，紫外線等、任意の波長帯の光で被写体１２を撮影するようにしても良い。
【符号の説明】
【００９４】
１１ 近接型撮像装置
１２ 被写体
１２ａ〜１２ｃ 被写体の各部分
１３ イメージセンサ
１４ カバーガラス
１６ ＬＥＤ
１７ ローパスフィルタ（波長制限フィルタ）
１８ 角度制限フィルタ
２６ ガラス基板
２７ 遮光膜
２８，６１ 開口
２９，６２ 画素
３１ 中間層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接した被写体からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、前記被写体を撮像するイメージセンサと、
透明な基板と、前記画素に一対一に対応した開口を有し、前記基板の前記被写体側に設けられた遮光膜とからなり、前記イメージセンサの前面に配置され、前記イメージセンサに入射する光の入射角度を、互いに対応する前記開口から前記画素に入射する角度範囲に制限する撮像フィルタと、
を備え、
前記基板の屈折率をｎ１，前記基板の厚さをＴ１，前記開口の輪郭とこの開口に隣接した前記開口に対応する前記画素の輪郭との前記基板面内方向における最短距離をＬとするときに、
を満たすことを特徴とする近接型撮像装置。
【請求項２】
前記イメージセンサ側に透過する光の波長を所定波長帯に制限するとともに、入射角度が大きいほど前記所定波長帯の光の透過率が小さくなる波長制限フィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載の近接型撮像装置。
【請求項３】
前記撮像フィルタと前記イメージセンサの間に、厚さＴ２，屈折率ｎ２の中間層を備え、前記最短距離Ｌが
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項４】
前記開口及び前記画素は正方格子状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素は正方形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項５】
前記開口及び前記画素は正方格子状に配列され、前記開口は円形に形成されるとともに、前記画素は正方形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項６】
前記開口及び前記画素は正方格子状に配列され、前記開口及び前記画素が円形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項７】
前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素は正方形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項８】
前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口は円形に形成され、かつ、前記画素は正方形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項９】
前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素が円形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項１０】
近接した被写体からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、前記被写体を撮像するイメージセンサの前面に配置され、
透明な基板と、
前記画素に一対一に対応した開口を有し、前記基板の前記被写体側に設けられた遮光膜と、
を備え、
前記基板の屈折率をｎ１，前記基板の厚さをＴ１，前記開口の輪郭とこの開口に隣接した前記開口に対応する前記画素の輪郭との前記基板面内方向における最短距離をＬとするときに、
を満たし、前記イメージセンサに入射する光の入射角度を、互いに対応する前記開口から前記画素に入射する角度範囲に制限することを特徴とする撮像フィルタ。
【請求項１】
近接した被写体からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、前記被写体を撮像するイメージセンサと、
透明な基板と、前記画素に一対一に対応した開口を有し、前記基板の前記被写体側に設けられた遮光膜とからなり、前記イメージセンサの前面に配置され、前記イメージセンサに入射する光の入射角度を、互いに対応する前記開口から前記画素に入射する角度範囲に制限する撮像フィルタと、
を備え、
前記基板の屈折率をｎ１，前記基板の厚さをＴ１，前記開口の輪郭とこの開口に隣接した前記開口に対応する前記画素の輪郭との前記基板面内方向における最短距離をＬとするときに、
を満たすことを特徴とする近接型撮像装置。
【請求項２】
前記イメージセンサ側に透過する光の波長を所定波長帯に制限するとともに、入射角度が大きいほど前記所定波長帯の光の透過率が小さくなる波長制限フィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載の近接型撮像装置。
【請求項３】
前記撮像フィルタと前記イメージセンサの間に、厚さＴ２，屈折率ｎ２の中間層を備え、前記最短距離Ｌが
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項４】
前記開口及び前記画素は正方格子状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素は正方形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項５】
前記開口及び前記画素は正方格子状に配列され、前記開口は円形に形成されるとともに、前記画素は正方形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項６】
前記開口及び前記画素は正方格子状に配列され、前記開口及び前記画素が円形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項７】
前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素は正方形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項８】
前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口は円形に形成され、かつ、前記画素は正方形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項９】
前記開口及び前記画素は、前記開口及び前記画素が正三角形の頂点に位置するように、行または列毎に交互に位置をずらしたハニカム状に配列されるとともに、前記開口及び前記画素が円形に形成され、
前記開口の中央から輪郭までの最短距離をＲ，前記画素の中央から輪郭までの最短距離をｒ，前記配列のピッチをＰとするときに、
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の近接型撮像装置。
【請求項１０】
近接した被写体からの光を、所定の配列で複数設けられた画素で光電変換し、前記被写体を撮像するイメージセンサの前面に配置され、
透明な基板と、
前記画素に一対一に対応した開口を有し、前記基板の前記被写体側に設けられた遮光膜と、
を備え、
前記基板の屈折率をｎ１，前記基板の厚さをＴ１，前記開口の輪郭とこの開口に隣接した前記開口に対応する前記画素の輪郭との前記基板面内方向における最短距離をＬとするときに、
を満たし、前記イメージセンサに入射する光の入射角度を、互いに対応する前記開口から前記画素に入射する角度範囲に制限することを特徴とする撮像フィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２２５９０４（Ｐ２０１０−２２５９０４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７２３１２（Ｐ２００９−７２３１２）
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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