JP2014215405A

JP2014215405A - 撮像素子及び顕微鏡装置

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Publication number: JP2014215405A
Application number: JP2013091658A
Authority: JP
Inventors: 敢人宮崎; Kanto Miyazaki
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2014-11-17

Abstract

【課題】比較的大きいＦナンバーの光学装置に用いられる立体撮像画像の撮像素子において、立体撮像画像の解像度の低下を防止する。【解決手段】行列状に配列されたレンズごとに配置され被写体からの光を受光する受光素子対であって、当該受光素子対のうち一方の受光素子が、前記被写体の立体撮像画像を表示するための視差を有する撮像画像対のうちの一方を構成する画素信号を出力し、当該受光素子対のうち行方向における他方の受光素子が、前記撮像画像対のうちの他方を構成する画素信号を出力する、受光素子対と、前記受光素子対を行方向に隔てるように当該受光素子対間に設けられる不感帯とを有する撮像素子において、前記受光素子対の行方向の長さをｐ、前記不感帯の行方向の幅をｄとしたときに、０．０４≦ｐ／ｆ≦０．０８となるように構成することで、不感帯による受光量の損失を低下させるようにした。【選択図】図６

Description

本発明は、行列状に配列されたレンズごとに配置され被写体からの光を受光する受光素子対を有する撮像素子と、これを有する顕微鏡装置に関する。

被観察物の拡大像を立体画像化して表示する、顕微鏡装置が知られている。かかる顕微鏡装置は、対物レンズによる被観察物の拡大像を撮像素子で撮像し、立体撮像画像をディスプレイ画面に表示する。ここで用いられる撮像素子は、立体撮像画像を表示するための、視差を有する撮像画像対を撮像する構成を有する。具体的には、撮像素子は、行列状に配列されたマイクロレンズごとに左右で対をなす受光素子対を備える。マイクロレンズを通過した被観察物からの光（以下、被写体光という）は、受光素子対の受光面上で結像する。受光素子対は、撮像画像対を構成する画素対（以下、絵素という）に対応し、左眼用の受光素子からは左眼用の、右眼用の受光素子からは右眼用の撮像画像を構成する、画素信号が出力される。かかる撮像素子の例が、特許文献１に記載されている。

特許第４０２７１１３号公報

上記の撮像素子は、立体撮像画像の良好な立体感を得るために、各絵素に対応する受光素子対間に、ある程度の幅で受光素子同士を隔てる不感帯を有する。不感帯は、被写体光を透過させず、また、それ自体光電変換による画素信号を出力しないような、領域または構造物である。不感帯は、左眼用の受光素子で受光すべき被写体光が右眼用の受光素子に、右眼用の受光素子で受光すべき被写体光が左眼用の受光素子にそれぞれ入射するのを防止し、これにより、左右の被写体光が入り混じって立体撮像画像の立体感が低下することが回避される。

しかしながら、ある程度の幅の不感帯を設けることに起因して、次のような問題が生じる。すなわち、本来の受光素子で受光されるべき被写体光の一部が不感帯に到達すると、その部分の被写体光は画素信号生成に寄与しない。こうして無駄に損なわれる被写体光の量が大きいと、撮像画像対の、つまりは立体撮像画像の解像度の低下を招くおそれがある。特に、顕微鏡などでは、所望の拡大率を得るために比較的大きい像側のＦナンバーを必要とし、これに応じて被写体光は撮像素子のマイクロレンズを比較的小さい傾きで通過する。すると、絵素ごとにみたとき、マイクロレンズを通過した被写体光のうち、受光素子対間の不感帯に到達する被写体光の割合が大きくなる。すると、上記の問題がより深刻化する。

そこで、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、顕微鏡のような比較的大きいＦナンバーの光学装置に用いられる立体撮像画像の撮像素子において、立体撮像画像の解像度の低下を防止できる撮像素子、及びこれを含む顕微鏡装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の一側面に係る撮像素子は、行列状に配列されたレンズごとに配置され被写体からの光を受光する受光素子対であって、当該受光素子対のうち一方の受光素子が、前記被写体の立体撮像画像を表示するための視差を有する撮像画像対のうちの一方を構成する画素信号を出力し、当該受光素子対のうち行方向における他方の受光素子が、前記撮像画像対のうちの他方を構成する画素信号を出力する、受光素子対と、前記受光素子対を行方向に隔てるように当該受光素子対間に設けられる不感帯とを有し、前記受光素子対の行方向の長さをｐ、前記不感帯の行方向の幅をｄとしたときに、
０．０４≦ｐ／ｆ≦０．０８
であることを特徴とする。

前記レンズの焦点距離をｆ、前記被写体からの光の光軸方向における、前記レンズの後側焦点からの当該受光素子のずれ量をΔｚとしたときに、
−ｆ／１０≦Δｚ≦ｆ／１０
であるとよい。さらに、
１／２０・ｐ≦ｄ≦１／７・ｐ
であるとよい。
また、前記レンズが点対象の曲面を有するとよい。

本発明の他の側面は、上記の撮像素子を備え、当該撮像素子により被観察物の拡大像を撮像する顕微鏡装置である。

本発明における撮像素子及び撮像装置に、比較的大きいＦナンバーを用いた場合であっても、立体撮像画像の解像度低下を防止できる。

顕微鏡装置の要部の構成例を示す図である。撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像素子の構成を示す図である。撮像装置の像側Ｆナンバーと、受光素子の受光領域について説明する図である。撮像装置の像側Ｆナンバーと、受光素子の受光領域について説明する図である。不感帯について説明する図である。対物レンズの倍率等と像側Ｆナンバーの対応を示す図である。第３実施例の撮像素子の構成を示す図である。第３実施例の撮像素子の構成を示す図である。実施例における受光素子対を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本実施形態における顕微鏡装置の要部の構成例を示す。この顕微鏡装置１は、透過型の顕微鏡装置の例である。顕微鏡装置１では、光源１０が被写体を透過させる光１２０を生成する。内蔵フィルタ１０２は、光１２０のうち可視光を選択的に通過させる。視野絞り１０４は、内蔵フィルタ１０２を通過した光１２０のうち、予め設定された視野に対応する光を通過させる。ミラー１０５は、光１２０を反射させて窓レンズ１０６を介してコンデンサレンズ１０７に入射させる。コンデンサレンズ１０７は、内部の開口絞り１０８を通過した光１２０を集光し、光１２０で被観察物１２２を照射する。対物レンズ１０９は、被観察物１２２を透過した光１２０、すなわち被写体光１２１を屈折させて結像レンズ１１０を通過させる。分光器１１１は、結像レンズ１１０を通過した被写体光１２１を分光し、一部を接眼レンズ１１２、他の一部と撮像装置１０へ導く。接眼レンズ１１２は、被写体光１２１を屈折させて肉眼１１４に被観察物１２２の拡大像を結像させる。こうして、観察者は、被観察物の拡大像を肉眼１１４で観察する。一方、撮像装置１０は、被写体光１２１により結像される被観察物１２２の拡大された立体撮像画像を撮像して、たとえば、表示する。

図２は、撮像装置１０の構成を示すブロック図である。この撮像装置１０は、被写体光１２１に基づき、被写体（被観察物）の立体撮像画像を表示するための視差を有する一対の撮像画像を撮像する。撮像装置１０は、撮像素子２０、画像処理部２２、制御部２４、記憶部２６、及び表示部２８を有する。撮像素子２０、画像処理部２２、制御部２４、記憶部２６、及び表示部２８は、バス２９に接続され、各種信号を互いに送受信可能に構成される。

撮像素子２０は、被写体光１２１が対物レンズ１０９を介して入射されると、被写体光１２１に基づき、視差を有する左眼用と右眼用の撮像画像対を撮像し、各撮像画像を構成する画素信号を出力する。各撮像画像は、行列状に配列された画素からなり、１フレームの撮像画像を構成する画素数は、たとえば、６４０×４８０画素〜４０００×３０００画素である（ただし、１フレームの画素数やアスペクト比は、この数値範囲に限られなくてもよい）。撮像素子２０は、各画素に対応して配設された受光素子を有するＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）であり、受光素子により画素信号を生成して出力する。画素信号は、たとえば、１フレームごとに生成され出力される。画素信号は、画素ごとの、たとえばＲ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の色の階調値を示す信号である。また、画素信号は、たとえば受光素子からの出力信号がＡ／Ｄ変換されたデジタル信号である。

画像処理部２２は、１フレーム分の画素信号を含む撮像画像データに対し、色や輝度補正、歪み補正等の所定の画像処理や、データの圧縮・伸張を行う。画像処理部２２は、たとえば、１フレームごとの撮像画像データに対し画像処理を行う。画像処理部２２は、たとえばＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のプロセッサである。

記憶部２６は、画像処理前及び／または画像処理後の撮像画像データを記憶するフレームメモリである。記憶部２６は、たとえば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic RAM）である。または、記憶部２６は、ハードディスクや可搬型フラッシュメモリなど各種記憶メディアへのデータ読込み・書込み装置を含んでもよい。

表示部２８は、撮像画像データに基づき立体撮像画像を表示する。表示部２８は、たとえば左右の眼の視差に対応する偏光フィルタを備えたＬＣＤ（Liquid Crystal Display）とその制御回路を有する。表示部１８は、視差を有する左右の撮像画像データを表示して、ユーザが立体感を知覚できるような立体撮像画像を表示する。

制御部２４は、撮像素子２０、画像処理部２２、記憶部２６、及び表示部２８に制御信号を送り、撮像装置１０の動作を統合的に制御する。制御部２４は、たとえばマイクロコンピュータである。

図３（Ａ）は、撮像素子２０要部の光軸方向に垂直な平面（Ｘ―Ｙ平面）における構成図である。撮像素子２０は、行列状に配列されたマイクロ３０レンズごとに配置され被写体からの光を受光する受光素子対３２Ｐを有する。受光素子対３２Ｐは、行方向（Ｘ軸方向）に隣接する受光素子対３２Ｒ、３２Ｌを有する。一方の受光素子３２Ｒが、被写体の立体撮像画像を表示するための視差を有する撮像画像対のうちの一方（たとえば右眼用）を構成する画素信号を出力し、他方の側の受光素子３２Ｌが、前記撮像画像対のうちの他方（たとえば左眼用）を構成する画素信号を出力する。また、撮像素子２０は、受光素子対３２ＰをＸ軸方向において隔てるように受光素子対３２Ｐ間に設けられる不感帯３８を有する。不感帯３８は、被写体光を透過させず、また、それ自体光電変換による画素信号を出力しないような、領域または構造物である。不感帯３８は、Ｘ軸方向において受光素子対３８Ｐ同士の間に設けてもよい。

図３（Ｂ）は、撮像素子２０要部の光軸方向（Ｚ軸方向）に沿った断面図である。撮像素子２０には、対物レンズ１０９を介して被写体光１２１が入射される。被写体光１２１は、絞り３１に応じた直径の入射瞳３３、射出瞳３４を介して対物レンズ１０９を通過する。被写体光１２１は、マイクロレンズ３０で集光され、カラーフィルタ３６の色に応じた波長の光が受光素子３２に到達する。こうして、受光素子対３２Ｐの受光素子３２Ｌ及び３２Ｒ上に、Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかの光により被写体像が結像される。マイクロレンズ３０は、たとえば点対象の屈曲面を有する球面レンズである。または、マイクロレンズ３０は、Ｘ軸方向に屈曲するシリンドリカルレンズであってもよい。

受光素子対３２Ｐごとにみると、被写体光１２１のうち光軸３００に対し左側の光束１２１Ｌは左眼用の受光素子３２Ｌに、右側の光束１２１Ｒは右眼用の受光素子３２Ｒに入射される。そして、受光素子３２Ｌは、左眼用の撮像画像を構成する画素の画素信号を生成し、出力する。一方、受光素子３２Ｒは、右眼用の撮像画像を構成する画素の画素信号を生成し、出力する。受光素子３２は、たとえば、ＣＭＯＳやＣＣＤに含まれるフォトダイオードである。

不感帯３８は、Ｘ軸方向において、その幅に応じて受光素子３２Ｒ、３２Ｌを隔てる。不感帯３８は、たとえば受光素子３２の入力信号または出力信号を伝送する配線層により構成してもよい。また、たとえば、受光素子３２が裏面照射型のＣＭＯＳで構成され配線が内蔵される場合に、遮光性のある部材からなる遮光膜（壁）により不感帯３８を構成してもよい。さらに、不感帯３８をＸ軸方向における受光素子対３８Ｐ同士の間に設けることで、隣接する絵素間での被写体光の混入を低減できる。あるいは、マイクロレンズ３０と受光素子３２の間の空間に、マイクロレンズ３０を行方向（Ｘ軸方向）または列方向（Ｙ軸方向）に隔てる遮光壁３７を設けてもよい。

図４、図５は、撮像装置１０の像側のＦナンバーと、受光素子３２の受光領域について説明する図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は、撮像素子２０要部の断面図を簡略化して示す。図４（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、像側のＦナンバーが比較的小さい場合と比較的大きい場合に対応する。図４（Ａ）、（Ｂ）では、それぞれの場合において対物レンズ１０９の射出瞳の最も高いところを通る被写体光１２１Ｒ、１２１Ｌが示される。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、像側のＦナンバーが比較的小さいと、被写体光１２１Ｒ、１２１Ｌのマクロレンズ３０における入射角度θは大きくなる。一方、Ｆナンバーが比較的大きいと、被写体光１２１Ｒ、１２１Ｌの入射角度θは小さくなる。

図５（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、図４（Ａ）、（Ｂ）の場合における受光素子対３２Ｐ（受光素子３２Ｒ、３２Ｌ）の平面視を示す。図５（Ａ）、（Ｂ）では、それぞれの場合において、受光素子対３２Ｐにおける受光領域１０９ａが示される。受光領域１０９は、対物レンズ１０９の射出瞳像に対応する。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、像側のＦナンバーが比較的小さいと、被写体光１２１Ｒ、１２１Ｌのマクロレンズ３０における入射角度θが大きくなることに対応して、受光領域１０９ａは大きくなる。一方、Ｆナンバーが比較的大きいと、被写体光１２１Ｒ、１２１Ｌの入射角度θが小さくなることに対応して、受光領域１０９ａは比較的小さくなる。

図５（Ｃ）、（Ｄ）は、マイクロレンズ３０が行方向に屈曲したシリンドリカルレンズで構成される場合の、受光領域１０９を示す。図５（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ、図４（Ａ）、（Ｂ）の場合に対応する。シリンドリカルレンズの場合、像側のＦナンバーが大きいと行方向の幅が狭い受光領域１０９が形成される。一方、像側のＦナンバーが小さいと行方向の幅が広い受光領域１０９が形成される。シリンドリカルレンズの場合、受光領域１０９の大きさは、球面レンズの場合より大きくなる。

ここで、受光領域１０９ａにおいて、不感帯３８と重複する部分の被写体光は画素信号の形成に寄与せず、損なわれる。このことは、それぞれ、Ｆナンバーが比較的小さい場合と大きい場合とで、問題につながる。

たとえば、像側のＦナンバーが比較的小さい場合、受光領域１０９ａそのものが大きくなり、受光素子３２Ｒ、３２Ｌ間の不感帯３８との重複と、隣接する受光素子対３２Ｐとの間に設けられる不感帯３８との重複の分、受光量が損なわれる。この場合、受光領域１０９ａの外延部付近、すなわち、対物レンズ１０９の射出瞳の最も高いところを通過した光が損なわれる。このことは、撮像画像対の最も視差を有する部分の画素信号が得られなくなることを意味する。よって、立体撮像画像の立体感が損なわれるおそれがある。

一方、像側のＦナンバーが比較的大きい場合、受光領域１０９ａそのものが小さくなり、受光素子３２Ｒ、３２Ｌ間の不感帯３８との重複の分、受光量がさらに損なわれる。特に、顕微鏡においては、被観察物を所望の拡大率で拡大するために、比較的大きいＦナンバーが用いられる。すると、受光領域１０９が比較的小さくなり、受光量が少なくなるところ、受光量がさらに損なわれると、立体撮像画像の解像度が低下する。

本実施形態における不感帯３８は、上記のような問題を鑑み、受光量の損失を最小限に抑えるために次のように構成される。

図６は、本実施形態における不感帯３８について説明する図である。図６には、撮像素子２０要部の断面図において、次の寸法が示される。
マイクロレンズ３０の中心部からカラーフィルタ３６までの距離ａ
カラーフィルタ３６の厚さｂ
カラーフィルタ３６から受光素子３２の受光面までの距離ｃ
不感帯３８のＸ軸方向の幅ｄ
ｘ軸方向の受光素子３２の長さｐ

ここで、図７に、対物レンズ１０９の倍率と開口数（ＮＡ）、撮像装置１０の調整倍率、像側の開口数（ＮＡ）、及び像側のＦナンバーの対応を示す。５倍〜１００倍の対物レンズ１０９を用い、それぞれの場合に撮像装置１０の調整倍率を１倍または０．５倍としたとき、像側の開口数は０．０００９５（最小）〜０．０６（最大）であり、これに応じてＦナンバーは８．３（最小）〜５２．６（最大）となる。

すると、Ｆナンバーが８．３（最小）のとき、受光素子対３２Ｐの受光領域１０９ａは最大となる。よって、このとき、受光領域１０９ａの半径がｘ軸方向の受光素子３２の長さｐに近似するようにマイクロレンズ３０の焦点距離ｆを選定することで、受光量の損失を抑えることができる。かかる条件は、次の式１により示される。
[式１] ０．０４≦ｐ／ｆ≦０．０８
特に、ｐ／ｆ＝０．０６のとき、受光領域１０９ａの半径がｘ軸方向の受光素子３２の長さｐに最近似するので、受光量の損失を最小にすることができる。

一方、Ｆナンバーが５２．６（最大）のとき、受光領域１０９ａは最小となる。よって、このとき、受光素子対３２Ｐ間の不感帯３８の幅ｄが受光領域１０９ａの半径より小さくなるように、不感帯３８の幅ｄとｘ軸方向の受光素子３２の長さｐを選定することで、受光量の損失を抑えることができる。かかる条件は、次の式２により示される。
[式２] １／２０・ｐ≦ｄ≦１／７・ｐ

また、顕微鏡装置１における結像レンズ１１０の射出瞳の位置は無限遠に設定される。よって、マイクロレンズ３０の焦点距離ｆと、マイクロレンズ３０後方焦点に対する光軸３００上の受光素子３２のずれ量Δｚの好適な対応関係は、次の式３で示される。
[式３] −ｆ／１０≦Δｚ≦ｆ／１０

上記式１〜式３のいずれか１つ以上が満たされるようにマイクロレンズ３０の焦点距離ｆ、不感帯３８の幅ｄ、及び／またはｘ軸方向の受光素子３２の長さｐを構成することで、顕微鏡装置１で所望の拡大率を得るために、任意の像側のＦナンバーを用いた際に、受光量の損失を抑えることができる。よって、受光量の損失による立体撮像画像の立体感や解像度が低下するという問題を回避できる。

なお、マイクロレンズ３０を球面レンズで構成した場合は、シリンドリカルレンズで構成した場合より受光領域１０９ａが小さい。よって、不感帯３８による受光量の損失の影響はシリンドリカルレンズの場合より大きい。よって、本実施形態は、シリンドリカルレンズの場合より球面レンズの場合の方が、より有利に受光量の損失を抑えることができる。

次に、本実施形態における実施例を示す。

[第１実施例]
第１実施例は、受光素子３２がその表面に配線を備えるＣＣＤで構成される場合である。この場合、不感帯３８は、たとえば配線で構成される。第１実施例では、図６に示した各寸法は、次のとおりとなる。
マイクロレンズ３０の中心部からカラーフィルタ３６までの距離ａ：１４６μｍ
カラーフィルタ３６の厚さｂ：２μｍ
カラーフィルタ３６から受光素子３２の受光面までの距離ｃ：２μｍ
不感帯３８のＸ軸方向の幅ｄ：０．５μｍ（片側の幅：０．２５μｍ）
ｘ軸方向の受光素子３２の長さｐ：５μｍ

さらに、第１実施例におけるマイクロレンズ３０、カラーフィルタ３６の特性は次のとおりとする。
マイクロレンズ３０の焦点距離ｆＬ：１００μｍ
マイクロレンズ３０の曲率半径ｒ：５０μｍ
マイクロレンズ３０の材質の屈折率ｎ１：１．５
カラーフィルタ３６の屈折率ｎ２：１．５
カラーフィルタ３６から受光素子３２までの間の媒質（ＳｉＯ２）の屈折率ｎ３：１．４６

第１実施例では、対物レンズ１０９のＦナンバーが８．３のとき、受光領域１０９ａの大きさは、直径１２μｍ（半径６μｍ）となる。そして、一絵素（受光素子対３２Ｐ）に対応するマイクロレンズ３０に入射する光量のうち、不感帯３８への入射で損失する光量の割合は、１６．４％程度に抑えられる。

また、第１実施例では、対物レンズ１０９のＦナンバーが５２．６のとき、受光領域１０９ａの大きさは、直径１．９μｍ（半径０．９５μｍ）となる。このとき、一絵素（受光素子対３２Ｐ）に対応するマイクロレンズ３０に入射する光量のうち、不感帯３８への入射で損失する光量の割合は、３３％程度に抑えられる。

[第２実施例]
第２実施例は、受光素子３２が裏面配線型のＣＭＯＳで構成される場合である。この場合、不感帯３８は、平坦膜化された遮光部材で構成される。第２実施例では、図６に示した各寸法は、次のとおりとなる。
マイクロレンズ３０の中心部からカラーフィルタ３６までの距離ａ：７１μｍ
カラーフィルタ３６の厚さｂ：２μｍ
カラーフィルタ３６から受光素子３２の受光面までの距離ｃ：２μｍ
不感帯３８のＸ軸方向の幅ｄ：０．２μｍ（片側の幅：０．１μｍ）
ｘ軸方向の受光素子３２の長さｐ：３μｍ

さらに、第２実施例におけるマイクロレンズ３０、カラーフィルタ３６の特性は次のとおりとする。
マイクロレンズ３０の焦点距離ｆＬ：５０μｍ
マイクロレンズ３０の曲率半径ｒ：２５μｍ
マイクロレンズ３０の材質の屈折率ｎ１：１．５
カラーフィルタ３６の屈折率ｎ２：１．５
カラーフィルタ３６から受光素子３２までの間の媒質（ＳｉＯ２）の屈折率ｎ３：１．５

第２実施例では、対物レンズ１０９のＦナンバーが８．３のとき、受光領域１０９ａの大きさは、直径６μｍ（半径３μｍ）となる。そして、一絵素（受光素子対３２Ｐ）に対応するマイクロレンズ３０に入射する光量のうち、不感帯３８への入射で損失する光量の割合は、４．３％程度に抑えられる。

また、第２実施例では、対物レンズ１０９のＦナンバーが５２．６のとき、受光領域１０９ａの大きさは、直径０．９５μｍ（半径０．４７５μｍ）となる。このとき、一絵素（受光素子対３２Ｐ）に対応するマイクロレンズ３０に入射する光量のうち、不感帯３８への入射で損失する光量の割合は、２６．６％程度に抑えられる。

[第３実施例]
図８、図９は、第３実施例の構成を示す図である。図８は、撮像素子２０全体の概略的な断面図であり、図９は、撮像素子２０要部の概略的な断面図である。第３実施例は、受光素子３２が設けられたＳｉ基板７１をマイクロレンズ３０が設けられたマイクロレンズアレイ７２で覆い、Ｓｉ基板上に設けた支柱７４などの支持部材でマイクロレンズアレイを支持するように構成される。この場合、マイクロレンズ３０からカラーフィルタ３６までは、空気で満たされる。かかる製造方法によれば、既存のマイクロレンズアレイを用いたとしても、支持部材を調節することでマイクロレンズ３０とカラーフィルタ３６の距離を容易に調節することが可能となる。

第３実施例では、図９に示した各寸法は、次のとおりとなる。
マイクロレンズの厚みｔ：３０μｍ
マイクロレンズの底面からカラーフィルタ３６までの距離ａ：９６．６μｍ
カラーフィルタ３６の厚さｂ：２μｍ
カラーフィルタ３６から受光素子３２の受光面までの距離ｃ：２μｍ

不感帯３８のＸ軸方向の幅ｄ：０．７μｍ（片側の幅：０．３５μｍ）
ｘ軸方向の受光素子３２の長さｐ：８μｍ

さらに、第３実施例におけるマイクロレンズ３０、カラーフィルタ３６の特性は次のとおりとする。
マイクロレンズ３０の焦点距離ｆＬ：１２５μｍ
マイクロレンズ３０の曲率半径ｒ：６２．５μｍ
マイクロレンズ３０の材質の屈折率ｎ１：１．５
カラーフィルタ３６の屈折率ｎ２：１．５
カラーフィルタ３６から受光素子３２までの間の媒質（ＳｉＯ２）の屈折率ｎ３：１．４６

第３実施例では、対物レンズ１０９のＦナンバーが８．３のとき、受光領域１０９ａの大きさは、直径１５μｍ（半径７．５μｍ）となる。そして、一絵素（受光素子対３２Ｐ）に対応するマイクロレンズ３０に入射する光量のうち、不感帯３８への入射で損失する光量の割合は、６％程度に抑えられる。

また、第３実施例では、対物レンズ１０９のＦナンバーが５２．６のとき、受光領域１０９ａの大きさは、直径２．３８μｍ（半径１．１９μｍ）となる。このとき、一絵素（受光素子対３２Ｐ）に対応するマイクロレンズ３０に入射する光量のうち、不感帯３８への入射で損失する光量の割合は、３７％程度に抑えられる。

[第４実施例]
図１０は、第４実施例の受光素子対３２Ｐを示す。第４実施例では、列方向、すなわちＸＹ平面におけるＹ軸方向の受光素子３２間にも、不感帯３８が設けられる。この場合、Ｆナンバーが小さく、したがって受光領域１０９が大きくなる場合には、Ｙ軸方向で受光素子３２間に設けられた不感帯３８によっても受光量を損失する。第４実施例は、このことを考慮に入れたものである。

第４実施例では、図６に示した各寸法は、次のとおりとなる（第１実施例と同じである）。
マイクロレンズ３０の中心部からカラーフィルタ３６までの距離ａ：１４６μｍ
カラーフィルタ３６の厚さｂ：２μｍ
カラーフィルタ３６から受光素子３２の受光面までの距離ｃ：２μｍ
不感帯３８のＸ軸方向の幅ｄ：０．５μｍ（片側の幅：０．２５μｍ）
ｘ軸方向の受光素子３２の長さｐ：５μｍ
なお、第４実施例では、不感帯３８のＹ軸方向における幅ｄも同じである。

さらに、第４実施例におけるマイクロレンズ３０、カラーフィルタ３６の特性は、第１実施例同様、次のとおりとする。
マイクロレンズ３０の焦点距離ｆＬ：１００μｍ
マイクロレンズ３０の曲率半径ｒ：５０μｍ
マイクロレンズ３０の材質の屈折率ｎ１：１．５
カラーフィルタ３６の屈折率ｎ２：１．５
カラーフィルタ３６から受光素子３２までの間の媒質（ＳｉＯ２）の屈折率ｎ３：１．４６

第４実施例では、対物レンズ１０９のＦナンバーが８．３のとき、受光領域１０９ａの大きさは、直径１２μｍ（半径６μｍ）となる。そして、一絵素（受光素子対３２Ｐ）に対応するマイクロレンズ３０に入射する光量のうち、不感帯３８への入射で損失する光量の割合は、２０．４％程度に抑えられる。なお、第１実施例と比較したとき、第４実施例は、Ｙ軸方向における受光素子３２間にも不感帯３８を有するので、損失する光量の割合は、第１実施例より大きくなる。

また、第４実施例では、対物レンズ１０９のＦナンバーが５２．６のとき、受光領域１０９ａの大きさは、直径１．９μｍ（半径０．９５μｍ）となる。このとき、一絵素（受光素子対３２Ｐ）に対応するマイクロレンズ３０に入射する光量のうち、不感帯３８への入射で損失する光量の割合は、４２．７％程度に抑えられる。

このように本実施形態によれば、顕微鏡装置１で所望の拡大率を得るために、任意の像側のＦナンバーを用いたとしても、受光量の損失を抑えることができる。よって、受光量の損失による立体撮像画像の立体感や解像度が低下するという問題を回避できる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１０：撮像装置
２０：撮像素子
３０：マイクロレンズ
３２：受光素子
３８：不感帯

Claims

行列状に配列されたレンズごとに配置され被写体からの光を受光する受光素子対であって、当該受光素子対のうち一方の受光素子が、前記被写体の立体撮像画像を表示するための視差を有する撮像画像対のうちの一方を構成する画素信号を出力し、当該受光素子対のうち行方向における他方の受光素子が、前記撮像画像対のうちの他方を構成する画素信号を出力する、受光素子対と、
前記受光素子対を行方向に隔てるように当該受光素子対間に設けられる不感帯とを有し、
前記受光素子対の行方向の長さをｐ、前記不感帯の行方向の幅をｄとしたときに、
０．０４≦ｐ／ｆ≦０．０８
であることを特徴とする撮像素子。
請求項１において、
前記レンズの焦点距離をｆ、
前記被写体からの光の光軸方向における、前記レンズの後側焦点からの当該受光素子のずれ量をΔｚとしたときに、
−ｆ／１０≦Δｚ≦ｆ／１０
であることを特徴とする撮像素子。
請求項１または２において、さらに
１／２０・ｐ≦ｄ≦１／７・ｐ
であることを特徴とする撮像素子。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記レンズが点対象の曲面を有することを特徴とする、
撮像素子。
請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像素子を備え、当該撮像素子により被観察物の拡大像を撮像する顕微鏡装置。