(57)【要約】【課題】視差画像間での色バランス崩れが生じる。【解決手段】画像処理装置は、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得部と、前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得部と、前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正部とを備える。【選択図】図２０
2013150055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データと、１つの視差無し画像データとを出力する撮像素子から前記視差画像データと前記視差無し画像データとを取得する画像データ取得部と、
前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得部と、
前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正部と
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記絞り値と色バランス崩れを補正する補正値とを関連付けた補正値を含む補正テーブルを記憶する記憶部を更に備え、
前記補正部は、前記補正テーブルの前記補正値に基づいて色バランス崩れを補正する請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記絞り値を変数とし、前記色バランス崩れを補正する補正関数を記憶する記憶部を更に備え、
前記補正部は、前記補正関数に基づいて、前記色バランス崩れを補正する請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記撮像素子内における前記光電変換素子の位置に対応して前記色バランス崩れを補正する請求項１から３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記補正部は、前記撮像素子における前記開口マスクの開口部の基準位置からの開口偏位に基づいて、色バランス崩れを補正する請求項１から４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記開口部の前記開口偏位が大きくなるに連れて、前記補正部は前記色バランス崩れを大きく補正する請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタと、視差特性を持たせる前記開口マスクとが同一の前記光電変換素子上に積層されている請求項１から６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データと、１つの視差無し画像データとを出力する撮像素子から前記視差画像データと前記視差無し画像データとを取得する画像データ取得段階と、
前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得段階と、
前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正段階と
を備える画像処理方法。
【請求項９】
視差画像データをコンピュータに補正させるプログラムであって、
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データと、１つの視差無し画像データとを出力する撮像素子から前記視差画像データと前記視差無し画像データとを取得する画像データ取得機能と、
前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得機能と、
前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正機能と
コンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置、画像処理方法、及び、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの撮影光学系を用いて、右目用の画像と左目用の画像とから成るステレオ画像を撮像するステレオ撮像装置が知られている。このようなステレオ撮像装置は、２つの撮像光学系を一定の間隔で配置することにより、同一の被写体を撮像して得られる２つの画像に視差を生じさせる。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開平８−４７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、２つの撮像光学系等の複雑な構成を用いることにより、２つの視差画像間での色のバランス、例えば、緑色、青色及び赤色のバランスが崩れる色バランス崩れが生じるといった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データと、１つの視差無し画像データとを出力する撮像素子から前記視差画像データと前記視差無し画像データとを取得する画像データ取得部と、前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得部と、前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正部とを備える画像処理装置を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データと、１つの視差無し画像データとを出力する撮像素子から前記視差画像データと前記視差無し画像データとを取得する画像データ取得段階と、前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得段階と、前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正段階とを備える画像処理方法を提供する。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、視差画像データをコンピュータに補正させるプログラムであって、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データと、１つの視差無し画像データとを出力する撮像素子から前記視差画像データと前記視差無し画像データとを取得する画像データ取得機能と、前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得機能と、前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正機能とコンピュータに実行させるプログラムを提供する。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るデジタルカメラの構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。
【図３】撮像素子の一部を拡大した様子を表す概略図である。
【図４】視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。
【図５】視差画像を生成する処理を説明する概念図である。
【図６】繰り返しパターンの他の例を示す図である。
【図７】二次元的な繰り返しパターンの例を示す図である。
【図８】開口部の他の形状を説明する図である。
【図９】ベイヤー配列を説明する図である。
【図１０】ベイヤー配列に対する視差画素の割り振りについて、視差画素の種類が２つである場合のバリエーションを説明する図である。
【図１１】バリエーションの一例を示す図である。
【図１２】他のバリエーションの一例を示す図である。
【図１３】他のバリエーションの一例を示す図である。
【図１４】他のカラーフィルタ配列を説明する図である。
【図１５】図１４の他のカラーフィルタ配列を採用する場合の、Ｗ画素と視差画素の配列の一例を示す図である。
【図１６】視差無し画素の開口部１０４が瞳面に投影された像である開口部像３０４及び視差Ｒｔ画素の開口部１０４が瞳面に投影された像である開口部像４０４と、絞り５０との関係を示す正面図である。
【図１７】入射光の主光線の入射角度と画素感度の依存性との関係を示すグラフである。
【図１８】絞り値と各画素の信号量との関係を示すグラフである。
【図１９】補正メモリ２４８に記憶された補正テーブルを説明する図である。
【図２０】視差画像データの色バランス崩れの補正処理のフローチャートである。
【図２１】補正メモリ２４８に記憶された別の補正テーブルを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
撮像装置の一形態である本実施形態に係るデジタルカメラは、複数の視点数の画像を一度の撮影により生成し、画像データセットとして保存する。互いに視点の異なるそれぞれの画像を視差画像と呼ぶ。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１０の構成を説明する図である。デジタルカメラ１０は、本体ユニット１５と、撮影光学系としての撮影レンズ２０及び絞り５０を有するレンズユニット４０とを備える。撮影レンズ２０は、光軸２１に沿って入射する被写体光束を撮像素子１００へ導く。絞り５０は、面積を変更可能な開口によって設定された絞り値に基づいて、撮像素子１００に入射する入射光である被写体光束の光量を絞る。撮影レンズ２０は、本体ユニット１５に対して絞り５０とともに着脱できる交換式レンズであってもよく、本体ユニット１５と一体であってもよい。本体ユニット１５は、撮像素子１００、制御部２０１、Ａ／Ｄ変換回路２０２、メモリ２０３、駆動部２０４、画像処理部２０５、メモリカードＩＦ２０７、操作部２０８、表示部２０９、ＬＣＤ駆動回路２１０、ＡＦセンサ２１１および保存制御部２３８を備える。レンズユニット４０は、撮影レンズ２０に加えて、レンズ制御部２３１、レンズメモリ２３２、絞り制御部２３５、及び、絞りメモリ２３６を備える。
【００１２】
なお、図示するように、撮像素子１００へ向かう光軸２１に平行な方向をｚ軸プラス方向と定め、ｚ軸と直交する平面において紙面手前へ向かう方向をｘ軸プラス方向、紙面上方向をｙ軸プラス方向と定める。撮影における構図との関係はｘ軸が水平方向、ｙ軸が垂直方向となる。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。
【００１３】
撮影レンズ２０は、複数の光学レンズ群から構成され、被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図１では撮影レンズ２０を説明の都合上、瞳近傍に配置された仮想的な１枚のレンズで代表して表している。撮像素子１００は、撮影レンズ２０の焦点面近傍に配置されている。撮像素子１００は、二次元的に複数の光電変換素子が配列された、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである。撮像素子１００は、駆動部２０４によりタイミング制御されて、受光面上に結像された被写体像を画像信号に変換してＡ／Ｄ変換回路２０２へ出力する。撮像素子１００が出力する画像信号には、少なくとも２つの視差画像データの元となる視差画素信号が含まれる。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換回路２０２は、撮像素子１００が出力する画像信号をデジタル信号に変換してＲＡＷ元画像データとしてメモリ２０３へ出力する。画像処理部２０５は、メモリ２０３をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。画像処理部２０５は、画像データ取得部２４２と、絞り値取得部２４４と、補正部２４６と、記憶部の一例である補正メモリ２４８とを有する。画像データ取得部２４２は、制御部２０１を介して、撮像素子１００から視差画像データを取得する。絞り値取得部２４４は、撮像素子１００に入射する入射光を絞る絞り値を取得する。補正部２４６は、絞り値等に基づいて、補正メモリ２４８に格納された補正値または補正関数に基づいて、視差画像データに生じる絞り値ごとの照明光源に対する色バランス崩れを補正する。補正メモリ２４８は、絞り値と照明光源に対する色バランス崩れを補正する補正値とを関連付けた補正値を含む補正テーブル、または、絞り値を変数とした補正関数であって、照明光源に対する色バランス崩れを補正する補正関数を記憶する。
【００１５】
画像処理部２０５は、他にも選択された画像フォーマットに従って画像データを調整するなどの画像処理一般の機能も担う。生成された画像データは、ＬＣＤ駆動回路２１０により表示信号に変換され、表示部２０９に表示される。また、上記種々の画像データは保存制御部２３８によりメモリカードＩＦ２０７に装着されているメモリカード２２０に記録される。
【００１６】
ＡＦセンサ２１１は、被写体空間に対して複数の測距点が設定された位相差センサであり、それぞれの測距点において被写体像のデフォーカス量を検出する。一連の撮影シーケンスは、操作部２０８がユーザの操作を受け付けて、制御部２０１へ操作信号を出力することにより開始される。撮影シーケンスに付随するＡＦ，ＡＥ等の各種動作は、制御部２０１に制御されて実行される。例えば、制御部２０１は、ＡＦセンサ２１１の検出信号を解析して、撮影レンズ２０の一部を構成するフォーカスレンズを移動させる合焦制御を実行する。尚、後述する視差画素が、ＡＦセンサ２１１の機能を兼用するように構成してもよい。この場合、ＡＦセンサ２１１は、省略できる。
【００１７】
レンズ制御部２３１は、撮影レンズ２０の制御を司る。例えば、レンズ制御部２３１は、合焦制御信号を制御部２０１から受信して、フォーカスレンズを移動させる。また、レンズ制御部２３１は、フォーカスレンズを含む撮影レンズ２０の現在位置を検出して制御部２０１へ送信する。レンズメモリ２３２は、焦点距離等の撮影レンズ２０に関する各種特性値を記憶している不揮発性メモリである。レンズ制御部２３１は、制御部２０１の要求に従って、撮影レンズ２０の位置情報、レンズメモリ２３２が記憶している各種特性値等をレンズ情報として制御部２０１へ送信する。
【００１８】
絞り制御部２３５は、絞り５０の制御を司る。例えば、絞り制御部２３５は、絞り制御信号を制御部２０１から受信して、絞り５０の開口を拡大・縮小させる。また、絞り制御部２３５は、絞り５０の絞り値を検出して制御部２０１へと送信する。絞りメモリ２３６は、絞り５０に関する各種特性値を記憶する不揮発性メモリである。絞り制御部２３５は、制御部２０１の要求に従って、絞り５０の絞り値、絞りメモリ２３６が記憶している各種特性値等を絞り情報として制御部２０１へ送信する。
【００１９】
次に、撮像素子１００の構成について詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。図２（ａ）は、カラーフィルタ１０２と開口マスク１０３が別体で構成される撮像素子１００の断面概略図である。また、図２（ｂ）は、撮像素子１００の変形例として、カラーフィルタ部１２２と開口マスク部１２３が一体的に構成されたスクリーンフィルタ１２１を備える撮像素子１２０の断面外略図である。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、撮像素子１００は、被写体側から順に、マイクロレンズ１０１、カラーフィルタ１０２、開口マスク１０３、配線層１０５および光電変換素子１０８が配列されて構成されている。光電変換素子１０８は、入射する光を電気信号に変換するフォトダイオードにより構成される。光電変換素子１０８は、基板１０９の表面に二次元的に複数配列されている。
【００２１】
光電変換素子１０８により変換された画像信号、光電変換素子１０８を制御する制御信号等は、配線層１０５に設けられた配線１０６を介して送受信される。また、各光電変換素子１０８に一対一に対応して設けられた開口部１０４を有する開口マスク１０３が、配線層に接して設けられている。カラーフィルタ１０２と、視差特性を持たせる開口マスク１０３とが、同一の光電変換素子１０８上に積層されている。開口部１０４は、後述するように、対応する光電変換素子１０８ごとにシフトさせて、相対的な位置が厳密に定められている。詳しくは後述するが、この開口部１０４を備える開口マスク１０３の作用により、光電変換素子１０８が受光する被写体光束に視差が生じる。
【００２２】
一方、視差を生じさせない光電変換素子１０８上には、開口マスク１０３が存在しない。別言すれば、対応する光電変換素子１０８に対して入射する被写体光束を制限しない、つまり有効光束の全体を通過させる開口部１０４を有する開口マスク１０３が設けられているとも言える。視差を生じさせることはないが、実質的には配線１０６によって形成される開口部１０７が入射する被写体光束を規定するので、配線１０６を、視差を生じさせない有効光束の全体を通過させる開口マスクと捉えることもできる。尚、開口部１０７は、配線層１０５の上層の配線１０６に形成してもよい。開口マスク１０３は、各光電変換素子１０８に対応して別個独立に配列しても良いし、カラーフィルタ１０２の製造プロセスと同様に複数の光電変換素子１０８に対して一括して形成しても良い。
【００２３】
カラーフィルタ１０２は、開口マスク１０３上に設けられている。カラーフィルタ１０２は、各光電変換素子１０８に対して特定の波長帯域を透過させるように着色された、光電変換素子１０８のそれぞれに一対一に対応して設けられるフィルタである。尚、カラーフィルタ１０２は、一部の光電変換素子１０８のみに対応して設けてもよい。カラー画像を出力するには、互いに異なる少なくとも３種類のカラーフィルタが配列されれば良い。これらのカラーフィルタは、カラー画像を生成するための原色フィルタと言える。原色フィルタの組み合わせは、例えば赤色波長帯を透過させる赤フィルタ、緑色波長帯を透過させる緑フィルタ、および青色波長帯を透過させる青フィルタである。これらのカラーフィルタは、後述するように、光電変換素子１０８に対応して格子状に配列される。カラーフィルタは原色ＲＧＢの組合せのみならず、ＹＣＭｇの補色フィルタの組合せであっても良い。
【００２４】
マイクロレンズ１０１は、カラーフィルタ１０２上に設けられている。マイクロレンズ１０１は、入射する被写体光束のより多くを光電変換素子１０８へ導くための集光レンズである。マイクロレンズ１０１は、光電変換素子１０８のそれぞれに一対一に対応して設けられている。尚、マイクロレンズ１０１は、一部の光電変換素子１０８のみに対応して設けてもよい。マイクロレンズ１０１は、撮影レンズ２０の瞳中心と光電変換素子１０８の相対的な位置関係を考慮して、より多くの被写体光束が光電変換素子１０８に導かれるようにその光軸がシフトされていることが好ましい。さらには、開口マスク１０３の開口部１０４の位置と共に、後述の特定の被写体光束がより多く入射するように配置位置が調整されても良い。
【００２５】
このように、各々の光電変換素子１０８に対応して一対一に設けられる開口マスク１０３、カラーフィルタ１０２およびマイクロレンズ１０１の一単位を画素と呼ぶ。特に、視差を生じさせる開口マスク１０３が設けられた画素を視差画素、視差を生じさせる開口マスク１０３が設けられていない画素を視差なし画素と呼ぶ。例えば、撮像素子１００の有効画素領域が２４ｍｍ×１６ｍｍ程度の場合、画素数は１２００万程度に及ぶ。
【００２６】
なお、集光効率、光電変換効率が良いイメージセンサの場合は、マイクロレンズ１０１を設けなくても良い。また、裏面照射型イメージセンサの場合は、配線層１０５が光電変換素子１０８とは反対側に設けられる。
【００２７】
カラーフィルタ１０２と開口マスク１０３の組み合わせには、さまざまなバリエーションが存在する。図２（ａ）において、開口マスク１０３の開口部１０４に色成分を持たせれば、カラーフィルタ１０２と開口マスク１０３を一体的に形成することができる。また、特定の画素を被写体の輝度情報を取得する画素とする場合、その画素には、対応するカラーフィルタ１０２を設けなくても良い。あるいは、可視光のおよそ全ての波長帯域を透過させるように、着色を施さない透明フィルタを配列しても良い。
【００２８】
輝度情報を取得する画素を視差画素とする場合、つまり、視差画像を少なくとも一旦はモノクロ画像として出力するのであれば、図２（ｂ）として示す撮像素子１２０の構成を採用し得る。すなわち、カラーフィルタとして機能するカラーフィルタ部１２２と、開口部１０４を有する開口マスク部１２３とが一体的に構成されたスクリーンフィルタ１２１を、マイクロレンズ１０１と配線層１０５の間に配設することができる。
【００２９】
スクリーンフィルタ１２１は、カラーフィルタ部１２２において例えば青緑赤の着色が施され、開口マスク部１２３において開口部１０４以外のマスク部分が黒の着色が施されて形成される。スクリーンフィルタ１２１を採用する撮像素子１２０は、撮像素子１００に比較して、マイクロレンズ１０１から光電変換素子１０８までの距離が短いので、被写体光束の集光効率が高い。
【００３０】
次に、開口マスク１０３の開口部１０４と、生じる視差の関係について説明する。図３は、撮像素子１００の一部を拡大した様子を表す概略図である。ここでは、説明を簡単にすべく、カラーフィルタ１０２の配色については後に言及を再開するまで考慮しない。カラーフィルタ１０２の配色に言及しない以下の説明においては、同色（透明である場合を含む）のカラーフィルタ１０２を有する視差画素のみを寄せ集めたイメージセンサであると捉えることができる。したがって、以下に説明する繰り返しパターンは、同色のカラーフィルタ１０２における隣接画素として考えても良い。
【００３１】
図３に示すように、開口マスク１０３の開口部１０４は、それぞれの画素に対して相対的にシフトして設けられている。そして、隣接する画素同士においても、それぞれの開口部１０４は互いに変位した位置に設けられている。
【００３２】
図の例においては、それぞれの画素に対する開口部１０４の位置として、互いに紙面左右方向にシフトした６種類の開口マスク１０３が用意されている。そして、撮像素子１００の全体は、紙面左側から右側へ徐々にシフトする開口マスク１０３をそれぞれ有する６つの視差画素を一組とする光電変換素子群が、二次元的かつ周期的に配列されている。つまり、撮像素子１００は、一組の光電変換素子群を含む繰り返しパターン１１０が、周期的に敷き詰められて構成されていると言える。
【００３３】
図４は、視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。特に図４（ａ）は撮像素子１００のうち撮影光軸２１と直交する中心に配列されている繰り返しパターン１１０ｔの光電変換素子群を示し、図４（ｂ）は周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕの光電変換素子群を模式的に示している。図４（ａ）、（ｂ）における被写体３０は、撮影レンズ２０に対して合焦位置に存在する。図４（ｃ）は、図４（ａ）に対応して、撮影レンズ２０に対して非合焦位置に存在する被写体３１を捉えた場合の関係を模式的に示している。
【００３４】
まず、撮影レンズ２０が合焦状態に存在する被写体３０を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。被写体光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して撮像素子１００へ導かれるが、被写体光束が通過する全体の断面領域に対して、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆが規定されている。そして、例えば繰り返しパターン１１０ｔ、１１０ｕを構成する光電変換素子群の紙面左端の画素は、拡大図からもわかるように、部分領域Ｐｆから射出された被写体光束のみが光電変換素子１０８へ到達するように、開口マスク１０３の開口部１０４ｆの位置が定められている。同様に、紙面右端の画素に向かって、部分領域Ｐｅに対応して開口部１０４ｅの位置が、部分領域Ｐｄに対応して開口部１０４ｄの位置が、部分領域Ｐｃに対応して開口部１０４ｃの位置が、部分領域Ｐｂに対応して開口部１０４ｂの位置が、部分領域Ｐａに対応して開口部１０４ａの位置がそれぞれ定められている。
【００３５】
別言すれば、例えば部分領域Ｐｆと紙面左端画素の相対的な位置関係によって定義される、部分領域Ｐｆから射出される被写体光束の主光線Ｒｆの傾きにより、開口部１０４ｆの位置が定められていると言っても良い。そして、合焦位置に存在する被写体３０からの被写体光束を、開口部１０４ｆを介して光電変換素子１０８が受光する場合、その被写体光束は、点線で図示するように、光電変換素子１０８上で結像する。同様に、紙面右端の画素に向かって、主光線Ｒｅの傾きにより開口部１０４ｅの位置が、主光線Ｒｄの傾きにより開口部１０４ｄの位置が、主光線Ｒｃの傾きにより開口部１０４ｃの位置が、主光線Ｒｂの傾きにより開口部１０４ｂの位置が、主光線Ｒａの傾きにより開口部１０４ａの位置がそれぞれ定められていると言える。
【００３６】
図４（ａ）で示すように、合焦位置に存在する被写体３０のうち、光軸２１と交差する被写体３０上の微小領域Ｏｔから放射される光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを介して、一つの微小領域Ｏｔから放射される光束を受光している。微小領域Ｏｔは、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。同様に、図４（ｂ）で示すように、合焦位置に存在する被写体３０のうち、光軸２１から離間した被写体３０上の微小領域Ｏｕから放射される光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを介して、一つの微小領域Ｏｕから放射される光束を受光している。微小領域Ｏｕも、微小領域Ｏｔと同様に、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。
【００３７】
つまり、被写体３０が合焦位置に存在する限りは、撮像素子１００上における繰り返しパターン１１０の位置に応じて、光電変換素子群が捉える微小領域が異なり、かつ、光電変換素子群を構成する各画素は互いに異なる部分領域を介して同一の微小領域を捉えている。そして、それぞれの繰り返しパターン１１０において、対応する画素同士は同じ部分領域からの被写体光束を受光している。つまり、図においては、例えば繰り返しパターン１１０ｔ、１１０ｕのそれぞれの紙面左端の画素は、同じ部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光している。
【００３８】
撮影光軸２１と直交する中心に配列されている繰り返しパターン１１０ｔにおいて紙面左端画素が部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光する開口部１０４ｆの位置と、周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕにおいて紙面左端画素が部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光する開口部１０４ｆの位置は厳密には異なる。しかしながら、機能的な観点からは、部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光するための開口マスクという点で、これらを同一種類の開口マスクとして扱うことができる。したがって、図４の例では、撮像素子１００上に配列される視差画素のそれぞれは、６種類の開口マスクの一つを備えると言える。
【００３９】
次に、撮影レンズ２０が非合焦状態に存在する被写体３１を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。この場合も、非合焦位置に存在する被写体３１からの被写体光束は、撮影レンズ２０の瞳の６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを通過して、撮像素子１００へ到達する。ただし、非合焦位置に存在する被写体３１からの被写体光束は、光電変換素子１０８上ではなく他の位置で結像する。例えば、図４（ｃ）に示すように、被写体３１が被写体３０よりも撮像素子１００に対して遠い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子１０８よりも被写体３１側で結像する。逆に、被写体３１が被写体３０よりも撮像素子１００に対して近い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子１０８よりも被写体３１とは反対側で結像する。
【００４０】
したがって、非合焦位置に存在する被写体３１のうち、微小領域Ｏｔ'から放射される被写体光束は、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆのいずれを通過するかにより、異なる組の繰り返しパターン１１０における対応画素に到達する。例えば、部分領域Ｐｄを通過した被写体光束は、図４（ｃ）の拡大図に示すように、主光線Ｒｄ'として、繰り返しパターン１１０ｔ'に含まれる、開口部１０４ｄを有する光電変換素子１０８へ入射する。そして、微小領域Ｏｔ'から放射された被写体光束であっても、他の部分領域を通過した被写体光束は、繰り返しパターン１１０ｔ'に含まれる光電変換素子１０８へは入射せず、他の繰り返しパターンにおける対応する開口部を有する光電変換素子１０８へ入射する。換言すると、繰り返しパターン１１０ｔ'を構成する各光電変換素子１０８へ到達する被写体光束は、被写体３１の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。すなわち、開口部１０４ｄに対応する１０８へは主光線をＲｄ'とする被写体光束が入射し、他の開口部に対応する光電変換素子１０８へは主光線をＲａ＋、Ｒｂ＋、Ｒｃ＋、Ｒｅ＋、Ｒｆ＋とする被写体光束が入射するが、これらの被写体光束は、被写体３１の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。このような関係は、図４（ｂ）における周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕにおいても同様である。
【００４１】
すると、撮像素子１００の全体で見た場合、例えば、開口部１０４ａに対応する光電変換素子１０８で捉えた被写体像Ａと、開口部１０４ｄに対応する光電変換素子１０８で捉えた被写体像Ｄは、合焦位置に存在する被写体に対する像であれば互いにずれが無く、非合焦位置に存在する被写体に対する像であればずれが生じることになる。そして、そのずれは、非合焦位置に存在する被写体が合焦位置に対してどちら側にどれだけずれているかにより、また、部分領域Ｐａと部分領域Ｐｄの距離により、方向と量が定まる。つまり、被写体像Ａと被写体像Ｄは、互いに視差像となる。この関係は、他の開口部に対しても同様であるので、開口部１０４ａから１０４ｆに対応して、６つの視差像が形成されることになる。また、部分領域Ｐａ〜Ｐｆの配列方向を視差方向と呼ぶ。この例の場合はｘ軸方向である。
【００４２】
したがって、このように構成されたそれぞれの繰り返しパターン１１０において、互いに対応する画素の出力を寄せ集めると、視差画像が得られる。つまり、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆうちの特定の部分領域から射出された被写体光束を受光した画素の出力は、視差画像を形成する。これにより、複雑な光学系を必要とすることなく、一の撮影レンズ２０によって視差画像を撮像することができる。
【００４３】
図５は、視差画像を生成する処理を説明する概念図である。図は、紙面左列から順に、開口部１０４ｆに対応する視差画素の出力を集めて生成される視差画像データＩｍ＿ｆの生成の様子、開口部１０４ｅの出力による視差画像データＩｍ＿ｅの生成の様子、開口部１０４ｄの出力による視差画像データＩｍ＿ｄの生成の様子、開口部１０４ｃの出力による視差画像データＩｍ＿ｃの生成の様子、開口部１０４ｂの出力による視差画像データＩｍ＿ｂの生成の様子、開口部１０４ａの出力による視差画像データＩｍ＿ａの生成の様子を表す。まず開口部１０４ｆの出力による視差画像データＩｍ＿ｆの生成の様子について説明する。
【００４４】
６つの視差画素を一組とする光電変換素子群から成る繰り返しパターン１１０は、ｘ軸方向に平行な紙面横一列に配列されている。したがって、開口部１０４ｆを有する視差画素は、撮像素子１００上において、ｘ軸方向に６画素おき、かつ、ｙ軸方向に連続して存在する。これら各画素は、上述のようにそれぞれ異なる微小領域からの被写体光束を受光している。したがって、これらの視差画素の出力を寄せ集めて配列すると、ｘ軸方向、つまり水平視差画像が得られる。
【００４５】
しかし、本実施形態における撮像素子１００の各画素は正方画素であるので、単に寄せ集めただけでは、ｘ軸方向の画素数が１／６に間引かれた結果となり、ｙ軸方向に縦長の画像データが生成されてしまう。そこで、補間処理を施してｘ軸方向に６倍の画素数とすることにより、本来のアスペクト比の画像として視差画像データＩｍ＿ｆを生成する。ただし、そもそも補間処理前の視差画像データがｘ軸方向に１／６に間引かれた画像であるので、ｘ軸方向の水平解像度は、ｙ軸方向の垂直解像度よりも低下している。つまり、生成される視差画像データの数と、解像度は相反関係にあると言える。
【００４６】
同様にして、視差画像データＩｍ＿ｅ〜視差画像データＩｍ＿ａが得られる。すなわち、デジタルカメラ１０は、ｘ軸方向に視差を有する６視点の水平視差画像を生成することができる。
【００４７】
上記の例では、ｘ軸方向に平行な紙面一列を繰り返しパターン１１０として周期的に配列される例を説明したが、繰り返しパターン１１０はこれに限らない。図６は、繰り返しパターン１１０の他の例を示す図である。
【００４８】
図６（ａ）は、ｙ軸方向６画素を繰り返しパターン１１０とした例である。ただし、それぞれの開口部１０４は、紙面上端の視差画素から下に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン１１０によっても、ｘ軸方向に視差を与える６視点の水平視差画像を生成することができる。この場合は、図３の繰り返しパターン１１０に比較すると、ｙ軸方向の垂直解像度を犠牲にする代わりにｘ軸方向の水平解像度を維持する繰り返しパターンであると言える。
【００４９】
図６（ｂ）は、紙面斜め方向に隣接する６画素を繰り返しパターン１１０とした例である。それぞれの開口部１０４は、紙面左上端の視差画素から右下に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン１１０によっても、ｘ軸方向に視差を与える６視点の水平視差画像を生成することができる。この場合は、図３の繰り返しパターン１１０に比較すると、ｙ軸方向の垂直解像度およびｘ軸方向の水平解像度をある程度維持しつつ、水平視差画像の数を増やす繰り返しパターンであると言える。
【００５０】
図３の繰り返しパターン１１０、および図６（ａ）（ｂ）の繰り返しパターン１１０をそれぞれ比較すると、いずれも６視点の視差画像を生成する場合において、視差画像でない全体から一枚の画像を出力する場合の解像度に対し、ｙ軸方向、ｘ軸方向のいずれの方向の解像度を犠牲にするかの違いであると言える。図３の繰り返しパターン１１０の場合は、ｘ軸方向の水平解像度を１／６とする構成である。図６（ａ）の繰り返しパターン１１０の場合は、ｙ軸方向の垂直解像度を１／６とする構成である。また、図６（ｂ）の繰り返しパターン１１０の場合は、ｙ軸方向を１／３、ｘ軸方向を１／２とする構成である。いずれの場合も、一つのパターン内には、各画素に対応して開口部１０４ａ〜１０４ｆが一つずつ設けられており、それぞれが対応する部分領域Ｐａ〜Ｐｆのいずれかから被写体光束を受光するように構成されている。したがって、いずれの繰り返しパターン１１０であっても視差量は同等である。
【００５１】
上述の例では、水平方向に視差を与える水平視差画像を生成する場合について説明したが、もちろん垂直方向に視差を与える垂直視差画像を生成することもできるし、水平垂直の二次元方向に視差を与える水平垂直視差画像を生成することもできる。図７は、二次元的な繰り返しパターン１１０の例を示す図である。
【００５２】
図７の例によれば、ｙ軸６画素ｘ軸６画素の３６画素を一組の光電変換素子群として繰り返しパターン１１０を形成する。それぞれの画素に対する開口部１０４の位置として、互いにｙ軸ｘ軸方向にシフトした３６種類の開口マスク１０３が用意されている。具体的には、各開口部１０４は、繰り返しパターン１１０の紙面上端画素から下端画素に向かって、紙面上側から下側へ徐々にシフトすると同時に、紙面左端画素から右端画素に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置決めされている。
【００５３】
このような繰り返しパターン１１０を有する撮像素子１００は、垂直方向および水平方向に視差を与える、３６視点の視差画像を出力することができる。もちろん図７の例に限らず、さまざまな視点数の視差画像を出力するように繰り返しパターン１１０を定めることができる。
【００５４】
以上の説明においては、開口部１０４の形状として矩形を採用した。特に、水平方向に視差を与える配列においては、シフトさせるｘ軸方向である左右方向の幅よりも、シフトさせないｙ軸方向の幅を広くすることにより、光電変換素子１０８へ導く光量を確保している。しかし、開口部１０４の形状は矩形に限定されない。
【００５５】
図８は、開口部１０４の他の形状を説明する図である。図においては、開口部１０４の形状を円形とした。円形とした場合、半球形状であるマイクロレンズ１０１との相対的な関係から、予定外の被写体光束が迷光となって光電変換素子１０８へ入射することを防ぐことができる。
【００５６】
次に、カラーフィルタ１０２と視差画像について説明する。図９は、ベイヤー配列を説明する図である。図示するように、ベイヤー配列は、緑フィルタが紙面左上と右下の２画素に、赤フィルタが紙面左下の１画素に、青フィルタが紙面右上の１画素に割り当てられる配列である。ここでは、緑フィルタが割り当てられた紙面左上の画素をＧｂ画素と、同じく緑色フィルタが割り当てられた紙面右下の画素をＧｒ画素とする。また、赤色フィルタが割り当てられた画素をＲ画素と、青色が割り当てられた画素をＢ画素とする。そして、Ｇｂ画素およびＢ画素が並ぶ紙面横方向をＧｂ行とし、Ｒ画素およびＧｒ画素が並ぶ紙面横方向をＧｒ行とする。また、Ｇｂ画素およびＲ画素が並ぶ紙面縦方向をＧｂ列とし、Ｂ画素およびＧｒ画素が並ぶ紙面縦方向をＧｒ列とする。
【００５７】
このようなカラーフィルタ１０２の配列に対して、視差画素と視差なし画素を、何色の画素にどのような周期で割り振っていくかにより、膨大な数の繰り返しパターン１１０が設定され得る。視差なし画素の出力を集めれば、通常の撮影画像と同じく視差のない撮影画像データを生成することができる。したがって、相対的に視差なし画素の割合を増やせば、解像度の高い２Ｄ画像を出力させることができる。この場合、視差画素は相対的に少ない割合となるので、複数の視差画像からなる３Ｄ画像としては立体情報が減少する。逆に、視差画素の割合を増やせば、３Ｄ画像としては立体情報が増加するが、視差なし画素は相対的に減少するので、解像度の低い２Ｄ画像が出力される。
【００５８】
このようなトレードオフの関係において、何れの画素を視差画素とするか、あるいは視差なし画素とするかにより、様々な特徴を有する繰り返しパターン１１０が設定される。図１０は、ベイヤー配列に対する視差画素の割り振りについて、視差画素の種類が２つである場合のバリエーションを説明する図である。この場合の視差画素は、開口部１０４が中心よりもｘ軸左側に偏心した視差Ｌｔ画素と、同じくｘ軸右側に偏心した視差Ｒｔ画素を想定している。つまり、このような視差画素から出力される２視点の視差画像は、いわゆる立体視を実現する。
【００５９】
それぞれの繰り返しパターンに対する特徴の説明は図に示す通りである。例えば、視差なし画素が多く割り振られていれば高解像度の２Ｄ画像データとなり、ＲＧＢのいずれの画素に対しても均等に割り振られていれば、色ずれの少ない高画質の２Ｄ画像データとなる。一方、視差画素が多く割り振られていれば立体情報の多い３Ｄ画像データとなり、ＲＧＢのいずれの画素に対しても均等に割り振られていれば、３Ｄ画像でありながら、高品質のカラー画像データとなる。
【００６０】
以下にいくつかのバリエーションについて説明する。図１１は、バリエーションの一例を示す図である。図１１のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ａ−１に相当する。
【００６１】
図の例においては、ベイヤー配列と同じ４画素を繰り返しパターン１１０とする。Ｒ画素とＢ画素は視差なし画素であり、Ｇｂ画素を視差Ｌｔ画素に、Ｇｒ画素を視差Ｒｔ画素に割り当てる。この場合、同一の繰り返しパターン１１０に含まれる視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素が、被写体が合焦位置に存在するときに、同じ微小領域から放射される光束を受光するように開口部１０４が定められる。
【００６２】
図の例においては、視感度の高い緑画素であるＧｂ画素およびＧｒ画素を視差画素として用いるので、コントラストの高い視差画像を得ることが期待できる。また、同じ緑色画素であるＧｂ画素およびＧｒ画素を視差画素として用いるので、これら２つの出力から視差のない出力に変換演算がし易く、視差なし画素であるＲ画素およびＢ画素の出力と共に、高画質の２Ｄ画像データを生成できる。
【００６３】
図１２は、他のバリエーションの一例を示す図である。図１２のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ｂ−１に相当する。
【００６４】
図の例においては、ベイヤー配列の４画素が紙面左右に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、紙面左側のＧｂ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＧｂ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。このような配列においては、Ｇｒ画素を視差なし画素としたことにより、図１０の例よりも、更に２Ｄ画像の高画質化が望める。
【００６５】
図１３は、更に他のバリエーションの一例を示す図である。図１３のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ｄ−１に相当する。
【００６６】
図の例においては、ベイヤー配列の４画素が紙面左右に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、左側のＧｂ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＧｂ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。さらに、左側のＲ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＲ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。さらに、左側のＢ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＢ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。２つのＧｒ画素には視差なし画素を割り当てる。
【００６７】
２つのＧｂ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、被写体が合焦位置に存在するときに、同じ微小領域から放射される光束を受光する。また、２つのＲ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、Ｇｂ画素のそれとは異なる一つの微小領域から放射される光束を受光し、２つのＢ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、Ｇｂ画素およびＲ画素のそれとは異なる一つの微小領域から放射される光束を受光する。したがって、図１２の例に比較して、３Ｄ画像としての立体情報が縦方向に３倍となる。しかも、ＲＧＢの３色の出力が得られるので、カラー画像としての３Ｄ画像として高品質である。
【００６８】
なお、上述のように視差画素の種類を２つにすれば２視点の視差画像が得られるが、もちろん視差画素の種類は、出力したい視差画像数に合わせて、図３、図７、図８などで説明したような様々な数を採用し得る。視点数が増えていっても、さまざまな繰り返しパターン１１０を形成することができる。したがって、仕様、目的等に応じた繰り返しパターン１１０を選択することができる。
【００６９】
上述の例では、カラーフィルタ配列としてベイヤー配列を採用した場合について説明したが、もちろん他のカラーフィルタ配列であっても差し支えない。このとき、一組の光電変換素子群を構成する視差画素のそれぞれは、互いに異なる部分領域を向く開口部１０４を有する開口マスク１０３を備えると良い。
【００７０】
したがって、撮像素子１００は、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子１０８と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられた開口マスク１０３と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられたカラーフィルタ１０２とを備え、隣接するｎ個（ｎは３以上の整数）の光電変換素子１０８のうち、少なくとも２つ（３つ以上であっても良い）に対応して設けられたそれぞれの開口マスク１０３の開口部１０４は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも３種類のカラーフィルタ１０２から構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内に含まれると共に、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、ｎ個の光電変換素子１０８を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されていれば良い。
【００７１】
図１４は、他のカラーフィルタ配列を説明する図である。図示するように、他のカラーフィルタ配列は、図９で示したベイヤー配列のＧｒ画素を緑フィルタが割り当てられるＧ画素として維持する一方、Ｇｂ画素をカラーフィルタが割り当てられないＷ画素に変更した配列である。なお、Ｗ画素は、上述のように、可視光のおよそ全ての波長帯域を透過させるように、着色を施さない透明フィルタが配列されていても良い。
【００７２】
このようなＷ画素を含むカラーフィルタ配列を採用すれば、撮像素子が出力するカラー情報の精度は若干低下するものの、Ｗ画素が受光する光量はカラーフィルタが設けられている場合に比較して多いので、精度の高い輝度情報を取得できる。Ｗ画素の出力を寄せ集めれば、モノクロ画像を形成することもできる。
【００７３】
Ｗ画素を含むカラーフィルタ配列の場合、視差画素と視差なし画素の繰り返しパターン１１０は、さらなるバリエーションが存在する。例えば、比較的暗い環境下で撮影された画像であっても、カラー画素から出力された画像に比較してＷ画素から出力された画像であれば、被写体像のコントラストが高い。そこで、Ｗ画素に視差画素を割り振れば、複数の視差画像間で行う補完処理において、精度の高い演算結果が期待できる。後述するように、補完処理は、視差画素量を取得する処理の一環として実行される。したがって、２Ｄ画像の解像度および視差画像の画質への影響に加え、抽出される他の情報への利害得失も考慮して、視差画素と視差なし画素の繰り返しパターン１１０が設定される。
【００７４】
図１５は、図１４の他のカラーフィルタ配列を採用する場合の、Ｗ画素と視差画素の配列の一例を示す図である。図１５のバリエーションは、ベイヤー配列における図１２の繰り返しパターン分類Ｂ−１に類似するので、ここではＢ'−１とする。図の例においては、他のカラーフィルタ配列の４画素が紙面左右に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、左側のＷ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＷ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。このような配列において撮像素子１００は、視差画像をモノクロ画像として出力し、２Ｄ画像をカラー画像として出力する。
【００７５】
この場合、撮像素子１００は、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子１０８と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられた開口マスク１０３と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられたカラーフィルタ１０２とを有し、隣接するｎ個（ｎは４以上の整数）の光電変換素子１０８のうち、少なくとも２つに対応して設けられたそれぞれの開口マスク１０３の開口部１０４は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも３種類のカラーフィルタ１０２から構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内には含まれず、かつ、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、ｎ個の光電変換素子１０８を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されていれば良い。
【００７６】
図１６は、視差無し画素の開口部１０４が瞳面に投影された像である開口部像３０４及び視差Ｒｔ画素の開口部１０４が瞳面に投影された像である開口部像４０４と、絞り５０との関係を示す正面図である。図１６（ａ）は、図１１に示す例ではＲ画素またはＢ画素の視差無し画素の図であって、図１６（ｂ）は、図１１に示す例ではＧｒ画素の視差Ｒｔ画素の図である。図１６（ｂ）に示す視差Ｒｔ画素の開口部１０４の開口部像４０４は、図１６（ａ）に示す視差無し画素の開口部１０４の開口部像３０４の右半分の領域に配置され、大きさは約半分である。図１６（ａ）に示す実線から点線に絞り５０が変化することに伴って、絞り値が変化した場合、視差無し画素では、一様に被写体光束の通過領域が減少していく。一方、図１６（ｂ）に示す実線から点線に絞り５０が変化することに伴って、絞り値が変化した場合、視差Ｒｔ画素では、被写体光束の通過領域の減少が、視差無し画素とは異なることがわかる。従って、絞り値が変化すると、視差無し画素と、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素との間での光量の変化率が異なる。上記の例において、Ｇｒ画素とＲ画素及びＢ画素のバランスが崩れる。このため、特定の絞り値の範囲において、緑色画素、赤色画素、青色画素の感度バランスが崩れる為、照明光源に対する色バランス崩れが生じる。更に、絞り５０の絞り値が変化した場合、視差Ｒｔ画素では、各絞り値に対して各光電変換素子１０８から出力される信号量を一律に補正できない。尚、視差Ｌｔ画素についても、視差Ｒｔ画素と同様のことが生じる。尚、図１１に示す例以外の撮像素子においても同様である。
【００７７】
次に、２つの視差画素と視差無し画素との間の画素感度の角度依存性の変化の差を参照しつつ、信号量の補正について説明する。図１７は、図１１に示す撮像素子における入射光の主光線の入射角度と画素感度の角度依存性との関係を示すグラフである。図１７に示すように、主光線の入射角度の変化に伴って、視差無し画素、視差Ｒｔ画素、視差Ｌｔ画素が出力する信号量は変化する。ここで、同じ入射角度において、視差Ｒｔ画素の信号量と視差Ｌｔ画素の信号量との和は、視差無し画素の信号量とはならないことが図１７からわかる。例えば、入射角度が０°の場合、視差無し画素の信号量が約１．０となっているが、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量は約０．３となっており、視差Ｒｔ画素の信号量と視差Ｒｔ画素の信号量との和が、視差無し画素の信号量とはならないことがわかる。
【００７８】
図１８は、図１１に示す撮像素子における絞り値と各画素の信号量との関係を示すグラフである。視差無し画素（１／２）の曲線は、視差無し画素の信号量の半分にした曲線である。図１８に示すように、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量は、多くの絞り値の領域において、視差無し画素（１／２）の信号量と異なることがわかる。また、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量と、視差無し画素（１／２）の信号量は、絞り値によって、大小関係が逆転することがわかる。具体的には、絞り値が極めて大きい領域（ａ）の場合、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量は、視差無し画素（１／２）の信号量よりも小さい。一方、絞り値が小さくなると、ある絞り値以下の領域（ｂ）の場合、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量が、視差無し画素（１／２）の信号量よりも大きくなる。更に、絞り値が小さくなり、ある絞り値以下の領域（ｃ）の場合、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量が、視差無し画素（１／２）の信号量と略等しくなる。また、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量と視差無し画素（１／２）の信号量との差は、絞り値によって異なることがわかる。ここで、図１１に示す撮像素子においては、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素が、Ｇｂ画素及びＧｒ画素であり、視差無し画素がＢ画素及びＲ画素である。したがって、絞り値の変化に伴って、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量を一律の定数によって補正すると、赤色及び青色に対する緑色の色バランス崩れを充分に補正できないことがわかる。これにより、照明光源に対するホワイトバランス補正が崩れることになる。
【００７９】
次に、具体的な信号量の補正に伴う色バランス崩れの補正について説明する。図１９は、補正メモリ２４８に記憶された補正テーブルを説明する図である。図１９に示すように、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素用の補正テーブル２５０は、複数の補正値Ａｆ（ｆ＝１．２、１．４・・）を有する。補正値Ａｆは、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素から出力された信号量を絞り値に基づいて補正する。
【００８０】
例えば、それぞれの補正値Ａｆは、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の光量と、視差無し画素の光量との比の逆数に基づいて設定される。各補正値Ａｆは、いずれかの絞り値と関連付けられている。ここで図１８に示す領域（ａ）では、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素から出力された信号量を大きくする補正値が設定され、図１８に示す領域（ｂ）では、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素から出力された信号量を小さくする補正値が設定される。尚、補正値Ａｆは、撮影レンズ２０の光学特性、撮像素子１００の光電変換素子１０８の感度の角度依存性等を考慮して設定されることが好ましい。補正部２４６は、絞り値取得部２４４が取得した絞り値に対応する補正値Ａｆを補正テーブル２５０から取得して、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量を補正する。この結果、赤色及び青色に対する緑色の色バランス崩れが、補正部２４６によって補正される。
【００８１】
図１９に示す補正テーブル２５０に基づいた、画像処理部２０５による視差画像データの色バランス崩れの補正について説明する。図２０は、視差画像データの色バランス崩れの補正処理のフローチャートである。コンピュータの一例である画像処理部２０５は、補正メモリ２４８から画像処理用のプログラムを読み込んで、色バランス崩れの補正処理を実行する。まず、撮像素子１００が、被写体の画像を撮像して画像信号を出力した後、Ａ／Ｄ変換回路２０２が画像信号をデジタル変換した視差画像データを含む画像データをメモリ２０３に格納する。ここで、Ｒ画素及びＢ画素の視差無し画素に色バランス崩れが生じている場合、それぞれの信号量を補正して、この段階で色バランス崩れを補正することが好ましい。尚、Ｒ画素及びＢ画素が視差無し画素の場合、図１８に示す絞り値が大きい領域では、信号量が原点を通る直線なので、１度補正すればよい。また、ここでのＲ画素及びＢ画素の信号量の補正は、既知のホワイトバランスによって設定された、絞り値に依存性のない固定の補正値によって補正される。
【００８２】
この状態で、画像データ取得部２４２は、撮像素子１００が出力した視差画像信号に基づく、視差画像データをメモリ２０３から取得して、補正部２４６へと出力する（Ｓ１０）。絞り値取得部２４４は、撮像素子１００に入射する入射光を絞る絞り５０の絞り値を取得して、補正部２４６へと出力する（Ｓ１２）。
【００８３】
補正部２４６は、絞り値に対応する補正値Ａｆ及びＬ補正値を補正メモリ２４８に格納されたＲ補正テーブル２５０及びＬ補正テーブルから取得する（Ｓ１４）。補正部２４６は、絞り値に基づいて、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量を補正して、視差画像データに生じる絞り値ごとの色バランス崩れを補正する（Ｓ１６）。補正部２４６は、補正した視差画像データをメモリカード２２０に格納する（Ｓ１８）。
【００８４】
上述したように、画像処理部２０５では、補正部２４６が絞り値に対応する補正値によって信号量を補正することにより、色バランス崩れを補正できる。これにより、絞りの変化に伴う色バランス崩れに起因する、視差画像の画質の低下を低減できる。
【００８５】
図２１は、補正メモリ２４８に記憶された別の補正テーブルを説明する図である。尚、図２１に示す補正テーブル２５１は、撮影レンズ２０が被写体像を拡大・縮小可能な場合であって、焦点距離によって瞳形状が変化する場合に適用される。図２１に示すように、補正テーブル２５１は、複数の補正値Ａｆ、ｍ（ｍ＝１、２・・）を有する。各補正値Ａｆ、ｍは、いずれかの絞り値と、撮影レンズ２０の焦点距離Ｄｎ（ｎ＝１、２・・）とに関連付けられている。補正部２４６は、絞り値取得部２４４が取得した絞り値及び焦点距離に対応する補正値Ａｆ、ｍを、補正部２４６に格納された補正テーブル２５１から取得して、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量を補正する。
【００８６】
上述の実施形態では、図１１に示す撮像素子を例に信号量の補正を説明したが、図１１に示す撮像素子以外の撮像素子においても同様である。尚、Ｇ画素以外の複数色の画素を視差画素とする場合、カラーフィルタ毎に補正テーブルを設けることが好ましい。
【００８７】
上述した実施形態では、補正部２４６が、補正メモリ２４８に格納された補正テーブル２５０に基づいて、色バランス崩れを補正したが、補正関数に基づいて補正してもよい。補正関数は、補正メモリ２４８に格納すればよい。例えば、補正関数は、絞り値の関数である。補正部２４６は、絞り値取得部２４４が取得した絞り値を補正関数に代入して、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量を補正することにより、色バランス崩れを補正する。尚、補正関数は、絞り値及び焦点距離の関数であってもよい。
【００８８】
上述の実施形態では、視差画素が視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の２種類の場合について説明したが、視差画素が３種類以上の場合においても、上述した補正処理を適用してもよい。この場合、視差画素の開口部１０４の開口偏位の大きさによって補正値を設定する必要がある。従って、補正テーブル２５０は、それぞれの視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の開口偏位毎に設定される。開口部１０４の開口偏位とは、撮像素子１００における開口マスク１０３の開口部１０４の基準位置から開口部１０４の重心までの距離とを含む情報である。基準位置の一例は、視差無し画素の光電変換素子１０８における開口部１０４の重心である。例えば、視差Ｒｔ画素の開口偏位が複数設定されている場合、視差Ｒｔ画素の補正値を含む補正テーブルを開口偏位毎に複数設定する。この場合、基準位置からの開口部１０４の開口偏位の大きさが大きい視差Ｒｔ画素の補正値は、小さい視差Ｒｔ画素の補正値よりも大きく設定する。これにより、補正部２４６は、視差Ｒｔ画素の開口部１０４の開口偏位が大きくなるに連れて、画素から出力される信号量及び色バランスを大きく補正する。尚、開口偏位を図１６に示すように、開口部１０４を瞳面に投影した開口部像４０４に基づいて、設定してもよい。
【００８９】
また、補正部２４６が、撮像素子１００内における光電変換素子１０８の位置に対応して色バランス崩れを補正するように構成してもよい。この場合、補正メモリ２４８は、撮像素子１００の重心の近傍の光電変換素子１０８に対応する視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量の補正値と、撮像素子１００の重心の近傍の光電変換素子１０８に対応する視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の信号量の補正値とが異なる補正テーブルを格納する。各補正値は、撮像素子１００内における視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の位置及び絞り値と関連付けられている。補正部２４６は、視差Ｒｔ画素及び視差Ｌｔ画素の位置及び絞り値に対応する補正値に基づいて信号量を補正することにより、色バランス崩れを補正する。
【００９０】
レンズ交換式のデジタルカメラ１０においては、補正テーブルは各撮影レンズ２０に対応付けて補正メモリ２４８に格納される。この場合、補正値は、撮影レンズ２０の光学特性等に関連付けて設定される。
【００９１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００９２】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００９３】
１０  デジタルカメラ
１５  本体ユニット
２０  撮影レンズ
２１  光軸
３０  被写体
３１  被写体
５０  絞り
４０  レンズユニット
１００  撮像素子
１０１  マイクロレンズ
１０２  カラーフィルタ
１０３  開口マスク
１０４  開口部
１０５  配線層
１０６  配線
１０７  開口部
１０８  光電変換素子
１０９  基板
１１０  パターン
１２０  撮像素子
１２１  スクリーンフィルタ
１２２  カラーフィルタ部
１２３  開口マスク部
２０１  制御部
２０２  Ａ／Ｄ変換回路
２０３  メモリ
２０４  駆動部
２０５  画像処理部
２０７  メモリカードＩＦ
２０８  操作部
２０９  表示部
２１０  ＬＣＤ駆動回路
２１１  ＡＦセンサ
２２０  メモリカード
２３１  レンズ制御部
２３２  レンズメモリ
２３５  絞り制御部
２３６  メモリ
２３８  保存制御部
２４２  画像データ取得部
２４４  値取得部
２４６  補正部
２４８  補正メモリ
２５０  補正テーブル
２５１  補正テーブル
３０４  開口部像
４０４  開口部像
【図１】
2013150055.tif 000003
【図２】
2013150055.tif 000004
【図３】
2013150055.tif 000005
【図４】
2013150055.tif 000006
【図５】
2013150055.tif 000007
【図６】
2013150055.tif 000008
【図７】
2013150055.tif 000009
【図８】
2013150055.tif 000010
【図９】
2013150055.tif 000011
【図１０】
2013150055.tif 000012
【図１１】
2013150055.tif 000013
【図１２】
2013150055.tif 000014
【図１３】
2013150055.tif 000015
【図１４】
2013150055.tif 000016
【図１５】
2013150055.tif 000017
【図１６】
2013150055.tif 000018
【図１７】
2013150055.tif 000019
【図１８】
2013150055.tif 000020
【図１９】
2013150055.tif 000021
【図２０】
2013150055.tif 000022
【図２１】
2013150055.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月3日(2012.2.3)
【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】
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得部と、
前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得部と、
前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正部と
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記絞り値と色バランス崩れを補正する補正値とを関連付けた補正値を含む補正テーブルを記憶する記憶部を更に備え、
前記補正部は、前記補正テーブルの前記補正値に基づいて色バランス崩れを補正する請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記絞り値を変数とし、前記色バランス崩れを補正する補正関数を記憶する記憶部を更に備え、
前記補正部は、前記補正関数に基づいて、前記色バランス崩れを補正する請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記撮像素子内における前記光電変換素子の位置に対応して前記色バランス崩れを補正する請求項１から３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記補正部は、前記撮像素子における前記開口マスクの開口部の基準位置からの開口偏位に基づいて、色バランス崩れを補正する請求項１から４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記開口部の前記開口偏位が大きくなるに連れて、前記補正部は前記色バランス崩れを大きく補正する請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタと、視差特性を持たせる前記開口マスクとが同一の前記光電変換素子上に積層されている請求項１から６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得段階と、
前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得段階と、
前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正段階と
を備える画像処理方法。
【請求項９】
視差画像データをコンピュータに補正させるプログラムであって、
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得機能と、
前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得機能と、
前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正機能と
コンピュータに実行させるプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得部と、前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得部と、前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正部とを備える画像処理装置を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の第２の態様においては、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得段階と、前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得段階と、前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正段階とを備える画像処理方法を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の第３の態様においては、視差画像データをコンピュータに補正させるプログラムであって、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得機能と、前記撮像素子に入射する入射光を絞る絞り値を取得する絞り値取得機能と、前記絞り値に基づいて、前記視差画像データに生じる前記絞り値ごとの色バランス崩れを補正する補正機能とコンピュータに実行させるプログラムを提供する。