(57)【要約】  立体撮像画像の解像度や立体感の低下を防止するために、撮像素子に、行列方向に配列され被写体からの光を受光する受光素子であって、行方向で対をなす受光素子対が、前記被写体の視差を有する撮像画像対のそれぞれを構成する画素信号を出力する、受光素子と、前記被写体からの光を屈折させて前記受光素子に受光させるマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記受光素子の間で、色に応じた光を通過させるカラーフィルタであって、前記受光素子対ごとにＲ、Ｇ、及びＢのいずれかの色を有するとともに前記行方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が交互に配置された、カラーフィルタと、前記行方向における前記受光素子間に配設され、前記受光素子の入力信号または出力信号を伝送する配線とを設け、左右の撮像画像対の色の食い違いを低減させた。
2014112002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向と列方向とに配列され被写体からの光を受光する受光素子であって、被写体の左右方向に対応する行方向で対をなす受光素子対が、前記被写体の視差を有する撮像画像対のそれぞれを構成する画素信号を出力する、受光素子と、
前記被写体からの光を屈折させて前記受光素子に受光させるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズと前記受光素子の間で、色に応じた光を通過させるカラーフィルタであって、前記受光素子対ごとにＲｅｄ（Ｒ）、Ｇｒｅｅｎ（Ｇ）、及びＢｌｕｅ（Ｂ）のいずれかの色を有するとともに前記行方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が交互に配置された、カラーフィルタと、
前記行方向における前記受光素子間に配設され、前記受光素子の入力信号または出力信号を伝送する配線と、
を有する撮像素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記カラーフィルタは、前記列方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が隣接するように配置された撮像素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記カラーフィルタは、前記列方向に同じ色が隣接する部分を有する撮像素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記マイクロレンズは、前記列方向に延在し、前記行方向に対をなす前記受光素子対を覆うシリンドリカルレンズである撮像素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記マイクロレンズは、前記行方向に別の受光素子をはさんで対をなす前記受光素子対と当該別の受光素子とを覆う、撮像素子。
【請求項６】
請求項３において、
前記マイクロレンズは、前記列方向に隣接し、前記カラーフィルタの同じ色が対応する受光素子対を覆う球面レンズである、撮像素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記配線は、前記行方向における受光素子対同士の間に配設される撮像素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記配線は、銅製である、撮像素子。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載の撮像素子と、
請求項１乃至８に記載の前記撮像画像対に基づく立体撮像画像を表示する表示部と、
を有する撮像装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記受光素子が出力する画素信号を、前記カラーフィルタの色に応じた増幅率で増幅して前記表示部へ出力する増幅器を有する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は、日本国特許出願２０１３−４９４０号（２０１３年１月１５日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、行列状に配列され、被写体からの光を受光して、被写体の撮像画像対を構成する画素信号を出力する受光素子対を備えた撮像素子、及びかかる撮像素子を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
被写体の視差を有する撮像画像対を単一の撮像素子で撮像する構成として、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た撮像素子が知られている。かかる撮像素子は、マイクロレンズを通過した被写体からの光を、カラーフィルタにより選択的に受光素子に到達させる。受光素子対は撮像画像対を構成する画素対（絵素）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、色の階調に応じた画素信号が出力される。撮像画像対は、たとえば立体画像表示のために用いられる。かかる撮像素子の例が、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５２３６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の撮像素子は、その構造に起因して、立体撮像画像の解像度や立体感の低下といった問題を有する。撮像レンズの像側の開口数が大きくＦナンバーが小さい場合、マイクロレンズを通過する光線の傾きが大きくなり、対応する受光素子対に入射する際に左右方向に隣接する他の絵素の受光素子対にも漏れ光が入射する。たとえば、右眼用の受光素子が受光すべき右眼用の光が隣接する他の受光素子対の左眼用の受光素子に、または左目用の受光素子が受光すべき左眼用の光が隣接する他の受光素子対の右眼用の受光素子に受光される。すると、左右の撮像画像対間で画素信号の混入が生じ、左右の撮像画像対で色味や明るさが食い違ったり、クロストークが生じたりして、立体感や解像度の低下といった、立体撮像画像の品質低下を招くおそれがある。【０００６】
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、立体撮像画像の品質低下を防止できる撮像素子、及びこれを含む撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、一側面における撮像素子は、行方向と列方向とに配列され被写体からの光を受光する受光素子であって、被写体の左右方向に対応する行方向で対をなす受光素子対が、前記被写体の視差を有する撮像画像対のそれぞれを構成する画素信号を出力する、受光素子と、前記被写体からの光を屈折させて前記受光素子に受光させるマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記受光素子の間で、色に応じた光を通過させるカラーフィルタであって、前記受光素子対ごとにＲｅｄ（Ｒ）、Ｇｒｅｅｎ（Ｇ）、及びＢｌｕｅ（Ｂ）のいずれかの色を有するとともに前記行方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が交互に配置された、カラーフィルタと、前記行方向における前記受光素子間に配設され、前記受光素子の入力信号または出力信号を伝送する配線と、を有することを特徴とする。【０００８】
前記カラーフィルタは、前記列方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が隣接するように配置されるとよい。さらに、前記カラーフィルタは、前記列方向に同じ色が隣接する部分を有するとよい。【０００９】
前記マイクロレンズは、前記列方向に延在し、前記行方向に対をなす前記受光素子対を覆うシリンドリカルレンズであってもよい。さらに、シリンドリカルレンズが、前記行方向に別の受光素子をはさんで対をなす前記受光素子対と当該別の受光素子とを覆ってもよい。または、前記マイクロレンズは、前記列方向に隣接し、前記カラーフィルタの同じ色が対応する受光素子対を覆う球面レンズであってもよい。【００１０】
前記配線は、前記行方向における受光素子対同士の間に配設されるとよい。さらに、前記配線は、銅製であってもよい。【００１１】
別の側面は、上記の撮像素子と、前記撮像画像対に基づく立体撮像画像を表示する表示部とを有する撮像装置に関する。この撮像装置は、さらに、前記受光素子が出力する画素信号を、前記カラーフィルタの色に応じた増幅率で増幅して前記表示部へ出力する増幅器を有するとよい。
【発明の効果】
【００１２】
以下に示す実施形態によれば、立体撮像画像の品質低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の平面概略図である。
【図３】撮像素子の断面図である。
【図４】撮像素子の平面概略図である。
【図５】第１実施形態におけるカラーフィルタの例を示す図である。
【図６】配線の材質と被写体光の透過率を示す図である。
【図７】第２実施形態におけるカラーフィルタの例を示す図である。
【図８】第３実施形態におけるカラーフィルタの例を示す図である。
【図９】第４実施形態におけるカラーフィルタの例を示す図である。
【図１０】第１実施形態の変形例を示す図である。
【図１１】第１実施形態の別の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
[第１実施形態]
図１は、第１実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。この撮像装置１は、被写体からの光（以下、被写体光）１００に基づき、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１は、撮像レンズ１０２、撮像素子１０、増幅器１１、画像処理部１２、制御部１４、記憶部１６、及び表示部１８を有する。撮像素子１０、増幅器１１、画像処理部１２、制御部１４、記憶部１６、加速度センサ１７、及び表示部１８は、バス１９に接続され、各種信号を互いに送受信可能に構成される。
【００１６】
撮像素子１０は、被写体光１００が撮像レンズ１０２を介して入射されると、被写体光１００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１０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。
【００１７】
増幅器１１は、撮像素子１０が出力する画素信号を増幅してバス１９に出力する。増幅器１１は、後に詳述するように、画素信号をその色に応じて異なる増幅率で増幅する。なお、増幅器１１は、撮像素子１０の内部に設けてもよいし、画像処理部１２内部や撮像装置１内のその他の部位に設けてもよい。
【００１８】
画像処理部１２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１２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１２は、画像処理に際し、加速度センサ１７から撮像素子１の上下方向や手振れ量などを取得し、これらのデータに基づいて画像処理を行ってもよい。画像処理部１２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。
【００１９】
記憶部１６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１６は、たとえば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic RAM）である。または、記憶部１６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。
【００２０】
表示部１８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１８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。
【００２１】
制御部１４は、撮像素子１０、増幅器１１、画像処理部１２、記憶部１６、及び表示部１８に制御信号を送り、撮像装置１の動作を統合的に制御する。制御部１４は、たとえばマイクロコンピュータである。
【００２２】
図２は、撮像素子１０の平面概略図である。撮像素子１０は、行列状に配列された受光素子２２を有する。ここでは、Ｘ軸方向（行方向）が撮像画像の左右方向に、Ｙ軸方向（列方向）が撮像画像の上下方向に対応する。そして、紙面に垂直なＺ軸方向は、被写体光１００の光軸方向に対応する。受光素子２２は、行方向、すなわち撮像画像の左右方向に、受光素子対２２Ｐをなす。受光素子対２２Ｐ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のうち、左眼用の撮像画像を構成する画素信号を生成して出力する受光素子２２Ｌと、右眼用の撮像画像を構成する画素信号を生成して出力する受光素子２２Ｒとを有する。ここでは、行方向に隣接する受光素子２２Ｒ、２２Ｌが受光素子対２２Ｐをなし、列方向に受光素子対２２Ｐが隣接して並んだ例が示される。なお、以下では、受光素子の左右を区別せずに言及するときには受光素子２２といい、左右を区別する際に受光素子２２Ｒ、２２Ｌという。
【００２３】
撮像素子１０は、受光素子２２上に配置されたカラーフィルタ２６を有する。カラーフィルタ２６は、受光素子２２ごとにＲ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）のいずれかの色を有し、その色に応じた光を選択的に通過させて対応する受光素子２２に到達させる。カラーフィルタ２６の色の配置については、後に詳述する。
【００２４】
撮像素子１０は、受光素子２２上に配列されたマイクロレンズ２０を有する。マイクロレンズ２０は、シリンドリカルレンズであってもよいし、球面レンズであってもよい。ここでは、シリンドリカルレンズの場合が示される。各シリンドリカルレンズは、行方向に屈曲するとともに列方向に延在し、行方向において１つの受光素子対２２Ｐを覆い、列方向において複数の受光素子対２２Ｐを覆うように配設される。
【００２５】
図３（Ａ）は、撮像素子１０の光軸方向（Ｚ軸方向）に沿った断面図である。撮像素子１０には、撮像レンズ１０２を介して被写体光１００が入射される。被写体光１００は、絞り３２に応じた直径の入射瞳３３、射出瞳３４を介して撮像レンズ１０２を通過する。撮像レンズ１０２を通過した被写体光１００は、マイクロレンズ２０で集光され、カラーフィルタ２６の色に応じた波長の光が受光素子２２に到達する。こうして、受光素子対２２Ｐの受光素子２２Ｌ及び２２Ｒ上に、Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかの光により被写体像が結像される。
【００２６】
受光素子対２２Ｐごとにみると、被写体光１００のうち光軸３０に対し左側の光束１００Ｌは左眼用の受光素子２２Ｌに、右側の光束１００Ｒは右眼用の受光素子２２Ｒに入射される。そして、受光素子２２Ｌ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２２Ｒ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２２は、たとえば、ＣＭＯＳやＣＣＤに含まれるフォトダイオードである。
【００２７】
受光素子対２２Ｐ間には、受光素子２２の入力信号または出力信号を伝送する配線３８が、たとえば積層状に配設される。配線３８は、部分拡大図３（Ｂ）に示すように、受光素子２２Ｌ、２２Ｒからはみ出して隣接する他の受光素子対２２Ｐに入射される光束１００Ｌ、１００Ｒの漏れ光を、受光素子２２の受光面２００からの配線３８の層の高さＨに応じて遮蔽する（５２）。
【００２８】
また、配線３８は、図４の平面概略図に示すように、撮像素子１０のＸ−Ｙ平面において、行方向（Ｘ軸方向）における受光素子対２２Ｐ間に設けられる。そうすることで、行方向における受光素子対間の漏れ光を相応に遮蔽できる。配線３８は、行方向において二以上の受光素子対２２Ｐごと、または、ランダムな数の受光素子対２２ごとに設けてもよい。さらに、各受光素子対２２Ｐにおいて、受光素子２２Ｒ、２２Ｌ間に配線３８を設けてもよい。
【００２９】
また、配線３８は、列方向（Ｙ軸方向）において受光素子対２２Ｐ間に設けてもよい。そうすることで、列方向における受光素子対間の漏れ光を相応に遮蔽できる。配線３８は、列方向において、二以上の受光素子対２２Ｐごと、または、ランダムな数の受光素子対２２Ｐごとに設けてもよい。
【００３０】
上記のような配線３８の作用により、たとえばアルミニウム製の隔壁といった遮光用の構造を追加的に設けなくても、受光素子対２２Ｐ間あるいは受光素子２２間の漏れ光をある程度遮蔽できる。ただし、近年の微細配線技術の進歩にともなう配線３８の高さの低下傾向と漏れ光の遮蔽機能は、トレードオフの関係にある。また、配線３８はその材質に応じて異なる透過性を有する。たとえば、銅製の配線３８は、アルミニウム製の場合と比較して光の透過性が高く、その分漏れ光の遮蔽機能が低下する。そこで、第１実施形態では、さらに、次のようにして漏れ光による弊害を低減する。
【００３１】
図５は、第１実施形態におけるカラーフィルタ２６の例を示す。図中、マス目は各受光素子２２の位置に対応する。また、ここでは、マイクロレンズ２０がシリンドリカルレンズである例が示される。第１の実施形態では、カラーフィルタ２６は、受光素子対２２Ｐごとに、Ｒ、Ｇ、及びＢのいずれかの色を有する。すなわち、各受光素子対２２Ｐにおける受光素子２２Ｒ、２２Ｌには、同じ色が対応する。それとともに、行方向における受光素子対２２Ｐに、それぞれＲとＧが交互に対応するか、またはＢとＧが交互に対応するように色が配置される。さらに、カラーフィルタ２６は、列方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が隣接するように配置される。
【００３２】
このようなカラーフィルタ２６は、受光素子対２２Ｐごとに同じ色を有するので、受光素子対２２Ｐごとにみたとき、受光素子２２Ｌからの漏れ光が受光素子２２Ｒに、または、受光素子２２Ｒからの漏れ光が受光素子２２Ｌに入射したとしても、受光素子２２Ｒまたは２２Ｌは、本来受光する光と同じ色の漏れ光を受光する。よって、左右の撮像画像対における色の食い違いを防止できる。
【００３３】
また、カラーフィルタ２６は、行方向における受光素子対２２Ｐに、それぞれＲとＧが交互に対応するか、またはＢとＧが交互に対応するような色の配置を有するので、受光素子対２２Ｐごとの受光素子２２Ｌ、２２Ｒは、それぞれ行方向に隣接する他の受光素子対２２Ｐの漏れ光を受光したとしても、同じ色の漏れ光を受光することになる。よって、本来の色と異なる色の光を受光したことによる色ずれが、左右の撮像画像対で同等となる。よって、左右の撮像画像対における色の食い違いを防止できる。
【００３４】
ここで、図６を用いて、第１実施形態における配線３８の材質と被写体光１００の透過率について説明する。図６は、横軸が被写体光１００の波長を、縦軸が配線３８の透過光強度を示すグラフである。図示するように、配線３８が銅製であってもアルミニウム製であっても、被写体光１００の波長が短いほど配線３８の透過率が高く、Ｒ、Ｇ、Ｂの順で透過光強度が強くなる。すなわち、Ｂが支配的な光の方が、Ｇが支配的な光より配線３８を透過しやすく、かつ、Ｇが支配的な光の方が、Ｒが支配的な光より配線３８を透過しやすい。このことは、配線３８が銅製である場合の方が顕著である。このことを考慮すると、たとえば、Ｂが支配的な光が入射される領域では、その光が通過するカラーフィルタ２６の色と、その光が入射する受光素子２２の本来の色の組合せにおいて、色ずれの大きさの順は、
１）Ｂを通過してＲ用の受光素子２２に受光される場合、
２）Ｇを通過してＲ用の受光素子２２に受光される場合、
３）Ｇを通過してＢ用の受光素子２２に受光される場合、
４）Ｒを通過してＧ用の受光素子２２に受光される場合
となる。その結果、かかる領域では、本来の撮像画像の色よりＲが支配的になる傾向がある。しかし、第１実施形態では、行方向、列方向いずれにおいてもＢとＲが隣接しないので、色ずれの量が最も大きい上記１）の場合を回避できる。このように、本来の色と異なる色の光を受光したことによる色ずれを最小限にすることができる。それとともに、色ずれが左右の撮像画像対で同等となるので、左右の撮像画像対における色の食い違いを防止できる。
【００３５】
また、カラーフィルタ２６は、行方向における受光素子対にはそれぞれＲとＧが交互に対応するか、またはＢとＧが交互に対応するような色の配置、すなわち、行方向でＲとＢが隣接しないような色の配置を有するので、画素信号を色に応じて異なる増幅率で増幅する際、良好な撮像画像を得ることができる。カラーフィルタ２６を透過する光は色に応じて透過率が異なるところ、各受光素子２２の受光量が色に応じて異なるので、受光素子２２が出力する画素信号の強度は色に応じて異なる。よって、画素信号を増幅する増幅器１１は、色に応じて異なる増幅率で画素信号を増幅することで、撮像画像の色合いを良好に保つことができる。たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の透過率の比が１／３：１／２：１である場合、増幅率の比を３：２：１とすることで、同じ光量を得たときのＲ、Ｇ、Ｂの画素信号の強度を均等にすることができる。
【００３６】
ここで、第１実施形態における行方向での受光素子対２２Ｐ間をみたとき、漏れ光の色と受光素子の本来の色の関係は、
１）ＲもしくはＢの漏れ光がＧ用受光素子へ入射する場合
２）Ｇの漏れ光がＲもしくはＢ用の受光素子へ入射する場合
のいずれかである。すると、１）の場合、Ｇ用の増幅率２で透過率１／３であるＲの光を増幅すると、Ｒからの漏れ光がそのまま信号に変換された場合に比べて２／３倍強度の信号が、Ｇの画素信号に上乗せされる。また、Ｇ用の増幅率２で透過率１であるＢの光を増幅すると、Ｂからの漏れ光がそのまま信号に変換された場合に比べて２倍強度の信号が、Ｇの画素信号に上乗せされる。一方、２）の場合、Ｒ用の増幅率３で透過率１／２であるＧの光を増幅すると、Ｇからの漏れ光がそのまま信号に変換された場合に比べて強度の３／２倍強度の信号が、Ｒの画素信号に上乗せされる。また、Ｂ用の増幅率１で透過率１／２であるＧの光を増幅すると、Ｇからの漏れ光がそのまま信号に変換された場合に比べて１／２倍強度の信号が、Ｂの画素信号に上乗せされる。このように、第１実施形態では、画素信号の強度のばらつきは、１／３倍から３／２倍の範囲である。
換言すると、ＲＧＢの入射光量が等しいとき、１）の場合に透過率１／３のＲからＧへ漏れる光量と、２）の場合に透過率１／２のＧからＲへ漏れる光量の比は１／３：１／２になり、もしＲＧＢの増幅率が１：１：１ならば、Ｇ、Ｒの画素における漏れ光による信号増加分も透過率と同様に１／３：１／２になる。しかし、この例のようにＲＧＢの増幅率が３：２:１ならば、ＲからＧへの漏れ光による画素信号はＧの増幅率２で増幅され、ＧからＲへの漏れ光による画素信号はＲの増幅率３で増幅される。そのため、１）の場合にＧ画素におけるＲからＧへの漏れ光による画素信号増加分と、２）の場合にＲ画素におけるＧからＲへの漏れ光による画素信号増加分の比は、２／３：３／２になり、透過率より大きな違いになる。同様に、ＢからＧへ漏れる光量とＧからＢへ漏れる光量の比は１：１／２だが、増幅率が２：１のため、Ｇ画素におけるＢからＧへの漏れ光による画素信号増加分と、Ｂ画素におけるＧからＢへの漏れ光による画素信号増加分の比は、２：１／２になる。このようにＲＧＢ入射光量が等しいときにＲＧＢ画素信号出力が等しくなるように増幅率を設定しても、漏れ光の影響は等しく無く、信号出力にずれが生じる。第１実施形態では、漏れ光による増加分には最大４倍の違いがある。
【００３７】
ここで、比較例として、行方向にＲとＢとが隣接する場合を考えると、Ｒの漏れ光がＢ用の受光素子に入射する場合、Ｂ用の増幅率１で透過率１／３であるＲの光を増幅すると、Ｒからの漏れ光がそのまま信号に変換された場合に比べて１／３倍強度の信号が、Ｂの画素信号に上乗せされる。反対に、Ｂの漏れ光がＲ用の受光素子に入射する場合、Ｒ用の増幅率３で透過率１であるＢの光を増幅すると、Ｂからの漏れ光がそのまま信号に変換された場合に比べて３倍強度の信号が、Ｒの画素信号に上乗せされる。よって、画素信号の強度のばらつきが１／３倍から３倍まで拡大される。よって、かかる場合と比べて、第１実施形態におけるカラーフィルタ２６によれば、画素信号の強度のばらつき（漏れ光の影響の差）をより小さい範囲におさめることができる。換言すると、ＲからＢへの漏れ光とＢからＲへの漏れ光の比は１／３：１だが、Ｂ画素におけるＲからＢへの漏れ光による信号増加分とＲ画素におけるＢからＲへの漏れ光による信号増加分の比は、１／３：３となり、漏れ光による信号増加分には９倍の違いがある。
【００３８】
上記の構成によれば、マイクロレンズ２０がシリンドリカルレンズである場合、行方向における受光素子２２間の漏れ光の量が列方向における受光素子２２間の漏れ光の量より比較的大きくても、左右の撮像画像対における色の食い違いを防止できる。ただし、カラーフィルタ２６は、列方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が隣接するように配置されるので、列方向における受光素子２２間の漏れ光に対しても、同様の作用効果が適用される。
【００３９】
[第２実施形態]
図７は、第２実施形態におけるカラーフィルタ２６の例を示す。図中、マス目は受光素子２２に対応する。
【００４０】
第２実施形態では、マイクロレンズ２０は、列方向に隣接する２つの受光素子対２２Ｐ、すなわち、行方向に２つ、列方向に２つの合計４つの受光素子２２に対応し、行方向と列方向とに屈曲する球面レンズを有する。第２実施形態では、受光素子２２は、行方向だけでなく、列方向においても受光素子対２２Ｐ´をなす。第２実施形態では、撮像素子１０は、列方向においても、視差を有する撮像画像対を撮像することができる。たとえば、撮像装置１を被写体に対し左右いずれかに９０度回転させ、撮像素子１０の行方向と列方向を入れ替えて被写体の左右方向に対応させて撮像する場合に、画像処理部１２が撮像素子１０の上下方向を検知し、被写体の左右方向に対応する受光素子対２２Ｐ´からの画素信号を用いて撮像画像対を生成することができる。なお、撮像装置１におけるその他の構成は第１実施形態と同じである。
【００４１】
第２実施形態では、行方向の受光素子対２２Ｐごとに、Ｒ、Ｇ、及びＢのいずれかの色を有するとともに、行方向でＲとＧ、またはＢとＧが交互に配置され、かつ、行方向における受光素子対２２Ｐには、それぞれＲとＧが交互に対応するか、またはＢとＧが交互に対応する。さらに、列方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が隣接するように配置される。そして、列方向に同じ色が隣接する部分を有するように配置される。
【００４２】
第２実施形態では、まず、行方向の受光素子対２２Ｐからの画素信号を用いて撮像画像対を生成する場合に、第１実施形態と同様の作用効果により、左右の撮像画像対における色の食い違いを防止できる。さらに、カラーフィルタ２６が列方向で同じ色が隣接する部分（すなわち、受光素子対２２Ｐ´の部分）を有することにより、対応する部分の受光素子２２では列方向で隣接する他の受光素子２２からの漏れ光が本来の色と同じ色を有する。よって、撮像画像の上下方向における画素間での色の混入による弊害を低減でき、撮像画像ごとのの品質低下を防止できる。これに加えて、行方向と列方向とを入れ替え、列方向における受光素子対２２Ｐ´からの画素信号で撮像画像対を生成する場合であっても、左右の撮像画像対における色の食い違いを低減することができるとともに、撮像画像の上下方向の画素間での色の混入による弊害を低減できる。
【００４３】
[第３実施形態]
図８は、第３実施形態におけるカラーフィルタ２６の例を示す。図中、マス目は受光素子２２に対応する。
【００４４】
第３実施形態では、行方向に隣接する３つの受光素子２２のうち、中央の受光素子２２Ｃを挟んで左右の受光素子２２Ｒ、２２Ｌが受光素子対２２Ｐをなす。ここでは、便宜的に、受光素子２２Ｃとこれを挟んだ受光素子対２２Ｐとを受光素子組２２Ｇという。そして、マイクロレンズ２０は、行方向に屈曲するとともに列方向に延在するシリンドリカルレンズであって、行方向において受光素子組２２Ｇを覆い、列方向において複数の受光素子組２２Ｇを覆うように配設される。第３実施形態では、受光素子組２２Ｇのうち中央の受光素子２２Ｃは左右の受光素子対２２Ｐと比べて撮像レンズ１０２の中心付近の収差や歪みが小さい被写体光１００を受光することを利用して、画像処理部１２は、受光素子２２Ｃからの画素信号を用いて、受光素子対２２Ｐからの画素信号により形成される撮像画像対の収差や歪みを補正する。なお、撮像装置１におけるその他の構成は第１実施形態と同じである。
【００４５】
第３実施形態では、カラーフィルタ２６は、行方向において、受光素子対２２を含む受光素子組２２Ｇごとに、Ｒ、Ｇ、及びＢのいずれかの色を有するとともに、行方向でＲとＧ、またはＢとＧが交互に配置される。さらに、行方向における受光素子対２２Ｐを含む受光素子組２２Ｇには、それぞれＲとＧが交互に対応するか、またはＢとＧが交互に対応する。そして、列方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が隣接するように配置される。
【００４６】
第３実施形態では、第１実施形態と同じ作用効果に加え、撮像レンズ１０２の収差や歪みの影響を補正することで立体撮像画像の品質を向上することができる。
【００４７】
[第４実施形態]
図９は、第４実施形態におけるカラーフィルタ２６の例を示す。図中、マス目は受光素子２２に対応する。第４実施形態は、受光素子組２２Ｇのうち中央の受光素子２２Ｃとこれを挟んだ左右の受光素子対２２Ｐにそれぞれ対応する色が異なる点が第３実施形態と異なる。たとえば、カラーフィルタ２６の色は、受光素子２２ごとにＲ、Ｇ、Ｂのいずれかの色を有するとともに行方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が交互に配置され、列方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が隣接するように配置される。その他の構成は、第３実施形態と同じである。
【００４８】
第４実施形態では、第１実施形態と同じ作用効果に加え、マイクロレンズ２０の収差や歪みの影響を補正することで立体撮像画像の品質を向上することができ、さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂが受光素子２２ごとにベイヤ配列された、立体撮像画像の撮像用ではない汎用的なカラーフィルタを用いて、撮像素子１０を構成することができる。よって、部品コストを低減することができる。
【００４９】
[変形例]
図１０は、第１実施形態の変形例を示す。この変形例では、第１実施形態より受光素子２２の行方向の幅が狭い点が、第１実施形態と異なる。かかる構成により、行方向により多数の受光素子２２を配置することができ、第１実施形態と同じ大きさの撮像画像対において横方向の解像度を向上させることができる。
【００５０】
図１１は、第１実施形態の別の変形例を示す。この変形例では、第１実施形態より受光素子２２の行方向の幅が狭いことに加え、マイクロレンズ２０がシリンドリカルレンズではなく球面レンズである点が、第１実施形態と異なる。各球面レンズは、受光素子対２２Ｐを覆うように配置される。このように、第１実施形態は、シリンドリカルレンズだけでなく、球面レンズにも適用できる。
【００５１】
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、上述の第１〜第４実施形態は、それぞれ単独で、あるいは組合せで実行することができ、いずれの場合も本発明の範囲に含まれる。また、各手段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。
【００５２】
また、撮像素子１０の受光素子対２２Ｐにより得られる撮像画像対は、たとえば三角測量を応用したＺ軸方向における被写体の位置測定のために用いることも可能である。かかる測定処理は、たとえば画像処理部１２で行われる。
【００５３】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、立体撮像画像の解像度や立体感の低下を防止することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  撮像素子、  ２０  マイクロレンズ、  ２２  受光素子、  ２２Ｐ  受光素子対、  ２６  カラーフィルタ、  ３８  配線
【図１】
2014112002.tif 000003
【図２】
2014112002.tif 000004
【図３】
2014112002.tif 000005
【図４】
2014112002.tif 000006
【図５】
2014112002.tif 000007
【図６】
2014112002.tif 000008
【図７】
2014112002.tif 000009
【図８】
2014112002.tif 000010
【図９】
2014112002.tif 000011
【図１０】
2014112002.tif 000012
【図１１】
2014112002.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月9日(2015.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向と列方向とに配列され被写体からの光を受光する受光素子であって、被写体の上下方向に対応する列方向で対をなし、前記被写体の左右方向に対応する行方向で対をなす２つの受光素子対が、前記被写体の視差を有する２つの撮像画像対のそれぞれを構成する画素信号を出力する、受光素子と、
前記被写体からの光を屈折させて前記受光素子に受光させるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズと前記受光素子の間で、色に応じた光を通過させるカラーフィルタであって、前記受光素子対ごとにＲｅｄ（Ｒ）、Ｇｒｅｅｎ（Ｇ）、及びＢｌｕｅ（Ｂ）のいずれかの色を有するとともに前記行方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が交互に配置された、カラーフィルタと、
前記行方向における前記受光素子間に配設され、前記受光素子の入力信号または出力信号を伝送する配線と、
を有する撮像素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記カラーフィルタは、前記列方向にＲとＧまたはＢとＧのいずれか２色が隣接するように配置された撮像素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記カラーフィルタは、前記列方向に同じ色が隣接する部分を有する撮像素子。
【請求項４】
請求項３において、
前記マイクロレンズは、前記列方向に隣接し、前記カラーフィルタの同じ色が対応する受光素子対を覆う球面レンズである、撮像素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記配線は、前記行方向における受光素子対同士の間に配設される撮像素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記配線は、銅製である、撮像素子。
【請求項７】
請求項１乃至６に記載の撮像素子と、
請求項１乃至６に記載の前記撮像画像対に基づく立体撮像画像を表示する表示部と、
を有する撮像装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記受光素子が出力する画素信号を、前記カラーフィルタの色に応じた増幅率で増幅して前記表示部へ出力する増幅器を有する撮像装置。
【国際調査報告】
2014112002.tif 000014
2014112002.tif 000015
2014112002.tif 000016
2014112002.tif 000017