(57)【要約】【課題】スペックルパターンを扱う撮像装置のスペース効率を高める。【解決手段】撮像装置は、第１撮像素子および第２撮像素子を具備する撮像装置である。第１撮像素子は、光学系を介して入射される被写体からの光を撮像して被写体の画像データを生成する撮像素子である。また、第２撮像素子は、光学系を介して入射される、被写体に当てられた光の散乱により形成されたスペックルパターンを撮像してスペックルパターンの画像データを生成する撮像素子である。また、撮像装置において、第１撮像素子および第２撮像素子は、光学系の光軸方向に並べて配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を介して入射される被写体からの光を撮像して前記被写体の画像データを生成する第１撮像素子と、
前記光学系を介して入射される、前記被写体に当てられた光の散乱により形成されたスペックルパターンを撮像して前記スペックルパターンの画像データを生成する第２撮像素子とを具備し、
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子は、前記光学系の光軸方向に並べて配置される
撮像装置。
【請求項２】
前記第２撮像素子は、前記光学系の光軸方向において前記第１撮像素子を基準にして前記被写体とは反対側に配置される請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１撮像素子は、前記光学系を介して入射される光のうち、前記第２撮像素子により受光される波長領域の光を透過する請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子の間にスペーサが配置される請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記スペーサは、前記第２撮像素子により受光される波長領域の光を透過する請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記スペーサは、可視光をカットする光学的特性を有する請求項４記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子のうちの少なくとも１つを前記光学系の光軸方向において可変とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子を電気的にバンプにより接続する請求項１記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子の間に他の光学系が配置される請求項１記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記光学系の光軸方向において前記他の光学系を可変とする請求項９記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記他の光学系は、外部からの信号に基づいて形状および屈折率のうちの少なくとも１つを変化させることが可能なレンズである請求項９記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第１撮像素子は、可視光を受光して前記被写体の画像データを生成し、
前記第２撮像素子は、赤外光を受光して前記スペックルパターンの画像データを生成する
請求項１記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１撮像素子のセルサイズよりも前記第２撮像素子のセルサイズを大きくする請求項１記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第１撮像素子により生成される画像データのフレームレートよりも前記第２撮像素子により生成される画像データのフレームレートを密にする請求項１記載の撮像装置。
【請求項１５】
光学系を介して入射される被写体からの光を受光して前記被写体の画像データを生成する第１受光部と、前記光学系を介して入射される、前記被写体に当てられた光の散乱により形成されたスペックルパターンを受光して前記スペックルパターンの画像データを生成する第２受光部とが、単一基板上に配置される撮像素子。
【請求項１６】
前記第２受光部は、前記光学系の光軸方向において前記第１受光部を基準にして前記被写体とは反対側に配置される請求項１５記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記第２受光部は、前記光学系の光軸方向において前記第１受光部よりも長い請求項１５記載の撮像素子。
【請求項１８】
前記第１受光部のセルサイズよりも前記第２受光部のセルサイズを大きくする請求項１５記載の撮像素子。
【請求項１９】
前記第１受光部により生成される画像データのフレームレートよりも前記第２受光部により生成される画像データのフレームレートを密にする請求項１５記載の撮像素子。
【請求項２０】
前記第１受光部に設置されるオンチップレンズと前記第２受光部に設置されるオンチップレンズとを異なる形状とする請求項１５記載の撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像装置に関する。詳しくは、スペックルパターンを扱う撮像装置および撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体に当てた光の散乱を利用して各種解析をする技術が提案されている。例えば、位相のそろった光（コヒーレンス性の強い光（例えば、レーザ光））を粗面に当て、その散乱光により生じる粒状の模様（スペックルパターン（speckle pattern））を取得して各種解析をする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、スペックルパターンを取得してその振動を解析することにより、その粗面から生じる音データを取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２２６５４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術によれば、スペックルパターンに基づいて各種解析をすることができる。
【０００５】
ここで、スペックルパターンは、被写体の前（撮像装置側）に形成されるため、被写体およびスペックルパターンの焦点位置も異なることになる。そこで、被写体の画像と、スペックルパターンの画像（スペックル像）とを同時に取得するためには、異なる焦点位置とするための光学系を撮像装置に備える必要がある。
【０００６】
例えば、２つの光学系と２つの撮像素子とを備え、２つの光学系により集光された光の焦点位置をずらして２つの撮像素子により撮像することが考えられる。また、例えば、１つの光学系とハーフミラーと２つの撮像素子とを備え、ハーフミラーを用いて１つの光学系により集光された光の焦点位置をずらして２つの撮像素子により撮像することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、携帯型の撮像装置等については、光学系や撮像素子を設置するスペースが限られているため、スペース効率を高めることが重要である。
【０００８】
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、スペックルパターンを扱う撮像装置のスペース効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、光学系を介して入射される被写体からの光を撮像して上記被写体の画像データを生成する第１撮像素子と、上記光学系を介して入射される、上記被写体に当てられた光の散乱により形成されたスペックルパターンを撮像して上記スペックルパターンの画像データを生成する第２撮像素子とを具備し、上記第１撮像素子および上記第２撮像素子は、上記光学系の光軸方向に並べて配置される撮像装置である。これにより、光学系の光軸方向に並べて配置される第１撮像素子により被写体の画像データを生成し、第２撮像素子によりスペックルパターンの画像データを生成するという作用をもたらす。
【００１０】
また、この第１の側面において、上記第２撮像素子は、上記光学系の光軸方向において上記第１撮像素子を基準にして上記被写体とは反対側に配置されるようにしてもよい。これにより、光学系の光軸方向において第１撮像素子を基準にして被写体とは反対側に第２撮像素子を配置して用いるという作用をもたらす。
【００１１】
また、この第１の側面において、上記第１撮像素子は、上記光学系を介して入射される光のうち、上記第２撮像素子により受光される波長領域の光を透過するようにしてもよい。これにより、第１撮像素子は、光学系を介して入射される光のうち、第２撮像素子により受光される波長領域の光を透過するという作用をもたらす。
【００１２】
また、この第１の側面において、上記第１撮像素子および上記第２撮像素子の間にスペーサが配置されるようにしてもよい。これにより、第１撮像素子および第２撮像素子の間にスペーサを配置して用いるという作用をもたらす。
【００１３】
また、この第１の側面において、上記スペーサは、上記第２撮像素子により受光される波長領域の光を透過するようにしてもよい。これにより、スペーサは、第２撮像素子により受光される波長領域の光を透過するという作用をもたらす。
【００１４】
また、この第１の側面において、上記スペーサは、可視光をカットする光学的特性を有するようにしてもよい。これにより、可視光をカットする光学的特性を有するスペーサを用いるという作用をもたらす。
【００１５】
また、この第１の側面において、上記第１撮像素子および上記第２撮像素子のうちの少なくとも１つを上記光学系の光軸方向において可変とするようにしてもよい。これにより、第１撮像素子および第２撮像素子のうちの少なくとも１つを光学系の光軸方向において可変とするという作用をもたらす。
【００１６】
また、この第１の側面において、上記第１撮像素子および上記第２撮像素子を電気的にバンプにより接続するようにしてもよい。これにより、電気的にバンプにより接続される第１撮像素子および第２撮像素子を用いるという作用をもたらす。
【００１７】
また、この第１の側面において、上記第１撮像素子および上記第２撮像素子の間に他の光学系が配置されるようにしてもよい。これにより、第１撮像素子および第２撮像素子の間に配置される他の光学系を用いるという作用をもたらす。
【００１８】
また、この第１の側面において、上記光学系の光軸方向において上記他の光学系を可変とするようにしてもよい。これにより、光学系の光軸方向において他の光学系を可変とするという作用をもたらす。
【００１９】
また、この第１の側面において、上記他の光学系を、外部からの信号に基づいて形状および屈折率のうちの少なくとも１つを変化させることが可能なレンズとするようにしてもよい。これにより、外部からの信号に基づいて形状および屈折率のうちの少なくとも１つを変化させることが可能なレンズを用いるという作用をもたらす。
【００２０】
また、この第１の側面において、上記第１撮像素子は、可視光を受光して上記被写体の画像データを生成し、上記第２撮像素子は、赤外光を受光して上記スペックルパターンの画像データを生成するようにしてもよい。これにより、第１撮像素子は、可視光を受光して被写体の画像データを生成し、第２撮像素子は、赤外光を受光してスペックルパターンの画像データを生成するという作用をもたらす。
【００２１】
また、この第１の側面において、上記第１撮像素子のセルサイズよりも上記第２撮像素子のセルサイズを大きくするようにしてもよい。これにより、第１撮像素子のセルサイズよりも第２撮像素子のセルサイズを大きくして各画像データを生成するという作用をもたらす。
【００２２】
また、この第１の側面において、上記第１撮像素子により生成される画像データのフレームレートよりも上記第２撮像素子により生成される画像データのフレームレートを密にするようにしてもよい。これにより、第１撮像素子により生成される画像データのフレームレートよりも第２撮像素子により生成される画像データのフレームレートを密にするという作用をもたらす。
【００２３】
また、本技術の第２の側面は、光学系を介して入射される被写体からの光を受光して上記被写体の画像データを生成する第１受光部と、上記光学系を介して入射される、上記被写体に当てられた光の散乱により形成されたスペックルパターンを受光して上記スペックルパターンの画像データを生成する第２受光部とが、単一基板上に配置される撮像素子である。これにより、第１受光部および第２受光部が単一基板上に配置される撮像素子を用いるという作用をもたらす。
【００２４】
また、この第２の側面において、上記第２受光部は、上記光学系の光軸方向において上記第１受光部を基準にして上記被写体とは反対側に配置されるようにしてもよい。これにより、光学系の光軸方向において第１受光部を基準にして被写体とは反対側に第２受光部を配置して用いるという作用をもたらす
【００２５】
また、この第２の側面において、上記第２受光部を、上記光学系の光軸方向において上記第１受光部よりも長くするようにしてもよい。これにより、光学系の光軸方向において第１受光部よりも長い第２受光部を用いるという作用をもたらす。
【００２６】
また、この第２の側面において、上記第１受光部のセルサイズよりも上記第２受光部のセルサイズを大きくするようにしてもよい。これにより、第１受光部のセルサイズよりも第２受光部のセルサイズを大きくして各画像データを生成するという作用をもたらす。
【００２７】
また、この第２の側面において、上記第１受光部により生成される画像データのフレームレートよりも上記第２受光部により生成される画像データのフレームレートを密にするようにしてもよい。これにより、第１受光部により生成される画像データのフレームレートよりも第２受光部により生成される画像データのフレームレートを密にするという作用をもたらす。
【００２８】
また、この第２の側面において、上記第１受光部に設置されるオンチップレンズと上記第２受光部に設置されるオンチップレンズとを異なる形状とするようにしてもよい。これにより、第１受光部に設置されるオンチップレンズと第２受光部に設置されるオンチップレンズとを異なる形状として用いるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００２９】
本技術によれば、スペックルパターンを扱う撮像装置のスペース効率を高めるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本技術の第１の実施の形態における撮像装置１００の使用例を示す図である。
【図２】本技術の第１の実施の形態における撮像装置１００の機能構成例を示すブロック図である。
【図３】本技術の第１の実施の形態における撮像部１２０の内部構成例を示す図である。
【図４】本技術の第２の実施の形態における撮像部の内部構成例を示す図である。
【図５】本技術の第３の実施の形態における撮像部の内部構成例を示す図である。
【図６】本技術の第４の実施の形態における撮像素子の内部構成例を示す断面図である。
【図７】本技術の第５の実施の形態における撮像素子の内部構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（光学系の光軸方向においてスペックル用撮像素子および被写体用撮像素子を並べて固定して設置する例）
２．第２の実施の形態（光学系の光軸方向においてスペックル用撮像素子および被写体用撮像素子のうちの少なくとも１つを可変とする例）
３．第３の実施の形態（スペックル用撮像素子および被写体用撮像素子の間に他の光学系を配置してその光学系を可変とする例）
４．第４の実施の形態（スペックル用画素ＰＤ（Photodiode）および被写体用画素ＰＤを単一基板上に配置する撮像素子の例）
５．第５の実施の形態（スペックル用画素ＰＤおよび被写体用画素ＰＤを単一基板上に配置する撮像素子の変形例）
【００３２】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像装置の使用例］
図１は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置１００の使用例を示す図である。
【００３３】
撮像装置１００は、光出力部１１０からコヒーレンス性の強い光（例えば、レーザ光）を人物１０に対して出力し、その散乱光により形成されるスペックルパターンを撮像部１２０により取得するものである。そして、撮像装置１００は、その取得されたスペックルパターンの振動に基づいて、各種情報（例えば、音データ、距離情報）を取得することができる。
【００３４】
ここで、コヒーレンス性の強い光として、例えば、指向性の強い光を使用することができる。このため、撮像装置１００から比較的離れている物体が発する特定の音についても取得することができる。例えば、撮像装置１００および人物１０間の距離が比較的離れている場合でも、光出力部１１０から指向性の強いレーザ光を人物１０の喉の部分に向けて出力することにより、人物１０が発する音（声）を取得することができる。
【００３５】
このように、レーザ光等のコヒーレンス性の強い光を粗面に当て、その散乱光により形成されるスペックルパターンの振動に基づいて、音データを取得することができる。このように、指向性の強い光を使うため、遠くにいる特定対象物の音データを取得することができる。
【００３６】
［撮像装置の構成例］
図２は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置１００の機能構成例を示すブロック図である。
【００３７】
撮像装置１００は、光出力部１１０と、撮像部１２０と、信号処理部１３０と、記憶部１４０と、操作受付部１５０と、表示部１６０と、音声出力部１７０と、制御部１８０とを備える。
【００３８】
光出力部１１０は、制御部１８０の制御に基づいて、コヒーレンス性の強い光（例えば、レーザ光）を出力するものである。
【００３９】
撮像部１２０は、制御部１８０の制御に基づいて、対象物を撮像して画像データを生成するものであり、生成された画像データを信号処理部１３０に出力する。具体的には、撮像部１２０は、スペックル用撮像素子１２１および被写体用撮像素子１２２を備える。なお、撮像部１２０は、図３に示すように、光学系１２５を備えるが、図２では、光学系１２５の図示を省略する。また、スペックル用撮像素子１２１は、特許請求の範囲に記載の第２撮像素子の一例である。また、被写体用撮像素子１２２は、特許請求の範囲に記載の第１撮像素子の一例である。
【００４０】
ここで、スペックル用撮像素子１２１により生成される画像データのサイズは、被写体用撮像素子１２２により生成される画像データのサイズよりも小さくすることができる。例えば、被写体用撮像素子１２２により生成される画像データのサイズを、フルＨＤ（High Definition）（１９２０×１０８０画素）とすることができる。この場合に、例えば、スペックル用撮像素子１２１により生成される画像データのサイズを、ＶＧＡ（Video Graphics Array）（６４０×４８０画素）、または、ＶＧＡ程度に小さくすることができる。
【００４１】
また、スペックル用撮像素子１２１および被写体用撮像素子１２２のセルサイズを異なるようにすることができる。例えば、スペックル用撮像素子１２１のセルサイズよりも、被写体用撮像素子１２２のセルサイズを小さくすることができる。
【００４２】
また、スペックル用撮像素子１２１により生成される画像データは、音データを取得するために用いるため、被写体用撮像素子１２２により生成される画像データのフレームレートよりも密にする必要がある。例えば、被写体用撮像素子１２２により生成される画像データのフレームレートを３０ｆｐｓ（frame per second）乃至６０ｆｐｓとすることができる。この場合に、例えば、スペックル用撮像素子１２１により生成される画像データのフレームレートを、数千ｆｐｓ乃至数万ｆｐｓ程度とすることができる。
【００４３】
信号処理部１３０は、制御部１８０の制御に基づいて、撮像部１２０により生成された画像データについて各種信号処理を施すものであり、信号処理が施された画像データを記憶部１４０に記録する。
【００４４】
具体的には、信号処理部１３０は、スペックル用信号処理部１３１および被写体用信号処理部１３２を備える。被写体用信号処理部１３２は、被写体用撮像素子１２２により生成された画像データ（例えば、動画データ）について各種信号処理を施す。そして、被写体用信号処理部１３２は、その信号処理が施された画像データを、制御部１８０に出力するとともに、画像コンテンツ（例えば、動画ファイル）として記憶部１４０に記録する。
【００４５】
スペックル用信号処理部１３１は、スペックル用撮像素子１２１により生成された画像データ（スペックルパターンの画像データ）について各種信号処理を施す。そして、スペックル用信号処理部１３１は、その信号処理が施された画像データを、制御部１８０に出力するとともに、同時に生成された画像コンテンツ（例えば、動画ファイル）に関連付けて付随情報として記憶部１４０に記録する。
【００４６】
記憶部１４０は、制御部１８０の制御に基づいて、各情報を記憶する記録媒体である。例えば、記憶部１４０には、被写体用撮像素子１２２により生成されて被写体用信号処理部１３２により信号処理が施された画像データが画像コンテンツ（例えば、動画ファイル）として記憶される。また、例えば、記憶部１４０には、スペックル用撮像素子１２１により生成されてスペックル用信号処理部１３１により信号処理が施された画像データ（スペックルパターンの画像データ）が、その画像コンテンツに関連付けて付随情報として記憶される。
【００４７】
操作受付部１５０は、ユーザにより行われた操作を受け付ける操作受付部であり、受け付けられた操作内容に応じた制御情報（操作情報）を制御部１８０に出力する。なお、操作受付部１５０は、例えば、ボタン、スイッチ等の操作部材により実現される。
【００４８】
表示部１６０は、制御部１８０の制御に基づいて、各種画像を表示するものである。表示部１６０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等の表示パネルにより実現される。
【００４９】
なお、操作受付部１５０および表示部１６０の少なくとも一部を一体として構成するようにしてもよい。例えば、操作受付部１５０および表示部１６０を、導電性を有する物体（例えば、人物の指）の接触または近接を、静電容量の変化に基づいて検出する静電式（静電容量方式）のタッチパネルとして構成することができる。
【００５０】
音声出力部１７０は、制御部１８０の制御に基づいて、音データを出力するものである。音声出力部１７０は、例えば、スピーカにより実現される。
【００５１】
制御部１８０は、制御プログラムに基づいて、撮像装置１００における各部を制御するものである。例えば、制御部１８０は、撮像動作を制御して、撮像部１２０により生成される各画像データを記憶部１４０に順次記録させる。また、例えば、制御部１８０は、記憶部１４０に記憶されている画像コンテンツについて再生処理を行う。
【００５２】
また、例えば、制御部１８０は、スペックルパターンの画像データに基づいて、撮像範囲に含まれる被写体に関する音データを生成して取得する。
【００５３】
［撮像部の構成例］
図３は、本技術の第１の実施の形態における撮像部１２０の内部構成例を示す図である。図３では、スペックル用撮像素子１２１および被写体用撮像素子１２２の間にスペーサ１２３を配置する場合の構成例を示す。
【００５４】
撮像部１２０は、スペックル用撮像素子１２１と、被写体用撮像素子１２２と、スペーサ１２３と、光学フィルタ１２４と、光学系１２５とを備える。
【００５５】
スペックル用撮像素子１２１は、光学系１２５を介して入射される光のうちの一部を受光してスペックルパターン２０の画像データを生成する撮像素子である。被写体用撮像素子１２２は、光学系１２５を介して入射される光のうちの一部を受光して被写体の画像データを生成する撮像素子である。すなわち、被写体用撮像素子１２２は、記録対象となる画像データを生成するのに対し、スペックル用撮像素子１２１は、光出力部１１０から出力された光の散乱光のスペックルパターン２０の画像データを生成する点が異なる。なお、これらの撮像素子として、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮像素子を用いることができる。
【００５６】
ここで、被写体用撮像素子１２２は、光学系１２５により集光された光の一部を透過してスペックル用撮像素子１２１に受光させる。すなわち、被写体用撮像素子１２２は、光学系１２５により集光された光のうち、スペックル用撮像素子１２１により受光される波長領域を透過させる。
【００５７】
例えば、被写体用撮像素子１２２は、可視光（例えば、７００ｎｍ以下、または、７５０ｎｍ以下）を受光することができる撮像素子を用いることができる。この場合に、例えば、スペックル用撮像素子１２１は、赤外光（例えば、７００ｎｍ以上、７５０ｎｍ以上、または、特定の赤外光レーザ波長）を受光することができる撮像素子を用いることができる。
【００５８】
ここで、例えば、光出力部１１０が出力する光として８５０ｎｍのレーザ光を用いる場合を想定する。この場合には、８５０ｎｍのバンドパス特性を有するＩＲカットフィルタを被写体用撮像素子１２２の入射光側に配置することが好ましい。
【００５９】
また、例えば、光出力部１１０が出力する光として１２００ｎｍ以上のレーザ光を用いる場合を想定する。この場合には、７００ｎｍ程度、または、７５０ｎｍ程度から１２００ｎｍのカットフィルタを被写体用撮像素子１２２の入射光側に配置することが好ましい。
【００６０】
また、スペックル用撮像素子１２１を、例えば、Ｓｉ（ケイ素）以外の化合物半導体を用いる撮像素子とすることができる。
【００６１】
また、スペックル用撮像素子１２１および被写体用撮像素子１２２は、電気的にバンプにより接続することができる。
【００６２】
スペーサ１２３は、スペックル用撮像素子１２１および被写体用撮像素子１２２の間に配置される板状部材である。また、スペーサ１２３として、スペックル用撮像素子１２１により受光される波長領域を透過させる材質を用いることが好ましい。また、スペーサ１２３として、可視光カット特性等の光学的特性を有する材質を用いることが好ましい。
【００６３】
光学フィルタ１２４は、不要な波長を除去するフィルタである。例えば、所定の波長領域の光を透過させないようにすることができる。
【００６４】
光学系１２５は、被写体からの光を集光する複数のレンズ（例えば、ズームレンズ、フォーカスレンズ）により構成される。
【００６５】
ここで、例えば、表面が粗面な物体（例えば、人物の皮膚）にレーザ光を照射すると、その反射によりスペックルパターンが形成される。すなわち、その物体の表面における各位置からのレーザ光の散乱光が重なり合う。このように、位相が異なる光が重なり合うことにより、スペックルパターンが形成される。
【００６６】
また、物体から反射されたレーザ光がその物体から離れるに従って広がるため、その物体よりも撮像装置１００側に形成されるスペックルパターンを取得することが好ましい。例えば、撮像装置１００および対象物間が５ｍである場合には、その対象物から１ｍ程度離れている位置に形成されるスペックルパターンを取得して用いることができる。
【００６７】
このように、被写体１０のスペックルパターン２０は、被写体１０の前（撮像装置１００側）に形成される。このため、被写体１０の画像と、スペックルパターン２０の画像（スペックル像）とを同時に取得する場合には、各画像を異なる焦点位置とする必要がある。そこで、本技術の第１の実施の形態では、光学系１２５の光軸方向において、スペックル用撮像素子１２１および被写体用撮像素子１２２を並べて固定して設置する。これにより、スペックルパターンを扱う撮像装置１００のスペース効率を高めることができる。
【００６８】
なお、スペックルパターンは、波のような情報であり、この動きを振動として捉え、この振動を信号に変換して用いる。例えば、物体上で動いた部分（例えば、声を出したときの喉の部分）から反射されたレーザは、スペックルパターン上を移動する。この移動を振動として捉えることができる。また、取得されたスペックルパターンは、物体の変異、音声解析、振動解析等に使用することができる。例えば、取得されたスペックルパターンに基づいて音データを取得する場合には、取得されたスペックルパターンの振動と、音データを特定するための振動情報とのマッチング処理により、音データを取得することができる。
【００６９】
＜２．第２の実施の形態＞
本技術の第１の実施の形態では、光学系の光軸方向においてスペックル用撮像素子および被写体用撮像素子を並べて固定して設置する例を示した。本技術の第２の実施の形態では、光学系の光軸方向において、スペックル用撮像素子および被写体用撮像素子のうちの少なくとも１つを可変とする例を示す。
【００７０】
［撮像部の構成例］
図４は、本技術の第２の実施の形態における撮像部の内部構成例を示す図である。図４では、スペックル用撮像素子２０１を可変とする場合の構成例を示す。なお、図４では、上下方向を光学系の光軸方向とする。また、図５乃至図７についても同様に上下方向を光学系の光軸方向とする。
【００７１】
図４に示す撮像部は、フレーム２００と、スペックル用撮像素子２０１と、被写体用撮像素子２０２と、光学フィルタ２０３と、アクチュエータ２０４、２０５とを備える。なお、スペックル用撮像素子２０１、被写体用撮像素子２０２および光学フィルタ２０３は、図３に示す同一名称の各部と共通する。このため、ここでのこれらの説明を省略する。また、図４に示す撮像部は、図１乃至図３に示す撮像部１２０の変形例である。このため、撮像部１２０およびこれに関連する部分のうち、本技術の第１の実施の形態と共通する部分については、本技術の第１の実施の形態と同一の符号を付してこれらの説明の一部を省略する。
【００７２】
フレーム２００は、各部（スペックル用撮像素子２０１、被写体用撮像素子２０２、光学フィルタ２０３、アクチュエータ２０４、２０５）を支持して固定するためのフレームである。
【００７３】
アクチュエータ２０４、２０５は、制御部１８０（図２に示す）の制御に基づいて、光学系の光軸方向（図４の上下方向）において、スペックル用撮像素子２０１を前後（図４の上下）に移動させるためのアクチュエータである。
【００７４】
このように、光学系の光軸方向において、スペックル用撮像素子２０１を前後に移動させることができる。これにより、スペックル用撮像素子２０１の焦点位置を調整することができるため、スペックルパターンの画像データの取得精度をさらに高めることができる。
【００７５】
なお、図４では、光学系の光軸方向において、スペックル用撮像素子２０１のみを移動させる例を示したが、被写体用撮像素子２０２を移動させるようにしてもよい。また、光学系の光軸方向において、スペックル用撮像素子２０１および被写体用撮像素子２０２の双方を移動させるようにしてもよい。この場合には、例えば、光学系の光軸方向において、スペックル用撮像素子２０１および被写体用撮像素子２０２の双方を各々独立に移動させるようにすることができる。
【００７６】
これにより、スペックル用撮像素子２０１および被写体用撮像素子２０２の焦点位置を調整することができるため、被写体の画像データおよびスペックルパターンの画像データの取得精度をさらに高めることができる。また、スペックルパターンを扱う撮像装置のスペース効率を高めることができる。
【００７７】
＜３．第３の実施の形態＞
本技術の第２の実施の形態では、光学系の光軸方向において、スペックル用撮像素子および被写体用撮像素子のうちの少なくとも１つを可変とする例を示した。本技術の第３の実施の形態では、スペックル用撮像素子および被写体用撮像素子の間に他の光学系を配置して、その光学系を可変とする例を示す。
【００７８】
［撮像部の構成例］
図５は、本技術の第３の実施の形態における撮像部の内部構成例を示す図である。
【００７９】
図５に示す撮像部は、フレーム２１０と、スペックル用撮像素子２１１と、被写体用撮像素子２１２と、光学フィルタ２１３と、光学系２１４と、アクチュエータ２１５、２１６とを備える。なお、フレーム２００、スペックル用撮像素子２１１、被写体用撮像素子２１２および光学フィルタ２１３は、図４に示す同一名称の各部と共通する。このため、ここでのこれらの説明を省略する。
【００８０】
光学系２１４は、被写体用撮像素子２１２を透過した光を集光する１または複数のレンズにより構成される。なお、光学系２１４は、特許請求の範囲に記載の他の光学系の一例である。
【００８１】
アクチュエータ２１５、２１６は、制御部１８０（図２に示す）の制御に基づいて、光学系の光軸方向（図５の上下方向）において、光学系２１４を前後（図５の上下）に移動させるためのアクチュエータである。
【００８２】
このように、光学系の光軸方向において、光学系２１４を前後に移動させることができる。これにより、スペックル用撮像素子２１１の焦点位置を調整することができるため、スペックルパターンの画像データの取得精度をさらに高めることができる。また、スペックルパターンを扱う撮像装置のスペース効率を高めることができる。
【００８３】
なお、図５では、光学系の光軸方向において、光学系２１４として通常のレンズを配置して移動させる例を示した。ただし、外部からの制御に基づいて形状や屈折率等を変化させることが可能なレンズ（例えば、液体レンズ、液晶レンズ）を光学系の光軸方向に配置するようにしてもよい。この場合には、例えば、制御部１８０（図２に示す）の制御に基づいて、レンズの形状や屈折率等を変化させることにより、スペックル用撮像素子２０１の焦点位置を調整することができる。
【００８４】
＜４．第４の実施の形態＞
本技術の第１乃至第３の実施の形態では、光学系の光軸方向において、スペックル用撮像素子および被写体用撮像素子を並べて配置する例を示した。本技術の第４の実施の形態では、スペックル用画素ＰＤ（Photodiode）および被写体用画素ＰＤを単一基板上に配置する撮像素子の例を示す。
【００８５】
［撮像素子の構成例］
図６は、本技術の第４の実施の形態における撮像素子の内部構成例を示す断面図である。
【００８６】
図６に示す撮像素子は、ＯＣＬ（On Chip Lens）３０１乃至３０５、３１１、３１２と、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５と、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２と、読み出し用トランジスタ３４１乃至３４５、３５１、３５２とを備える。
【００８７】
ＯＣＬ３０１乃至３０５は、被写体からの光を被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５に集光するためのマイクロレンズである。
【００８８】
ＯＣＬ３１１、３１２は、スペックルパターンからの光をスペックル用画素ＰＤ３３１、３３２に集光するためのマイクロレンズである。
【００８９】
なお、図６では、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５と、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２とで、異なる物理構造（例えば、径、曲率）のオンチップレンズを設ける例を示す。
【００９０】
被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５は、ＯＣＬ３０１乃至３０５により集光された光を受光する受光素子（フォトダイオード）である。なお、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５は、特許請求の範囲に記載の第１受光部の一例である。
【００９１】
スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２は、ＯＣＬ３１１、３１２により集光された光を受光する受光素子（フォトダイオード）である。なお、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２は、特許請求の範囲に記載の第２受光部の一例である。
【００９２】
また、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２を、光学系の光軸方向（図６の上下方向）において、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５よりも長くする。
【００９３】
また、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５は、記録対象となる画像データを生成するための受光素子である。また、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２は、光出力部１１０から出力された光の散乱光のスペックルパターンの画像データを生成するための受光素子である。
【００９４】
ここで、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２により生成される画像データのサイズは、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５により生成される画像データのサイズよりも小さくすることができる。例えば、本技術の第１の実施の形態で示したように、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５により生成される画像データのサイズを、フルＨＤとすることができる。この場合に、例えば、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２により生成される画像データのサイズを、ＶＧＡ、または、ＶＧＡ程度に小さくすることができる。
【００９５】
また、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５と、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２とのセルサイズを異なるようにすることができる。例えば、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２のセルサイズよりも、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５のセルサイズを小さくすることができる。
【００９６】
また、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２により生成される画像データは、音データを取得するために用いるため、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５により生成される画像データのフレームレートよりも密にする必要がある。例えば、本技術の第１の実施の形態で示したように、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５により生成される画像データのフレームレートを３０ｆｐｓ乃至６０ｆｐｓとすることができる。この場合に、例えば、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２により生成される画像データのフレームレートを、数千ｆｐｓ乃至数万ｆｐｓ程度とすることができる。
【００９７】
読み出し用トランジスタ３４１乃至３４５は、被写体用画素ＰＤ３２１乃至３２５により受光されて蓄積された画素データを読み出す際に用いられる読み出し用トランジスタである。
【００９８】
読み出し用トランジスタ３５１、３５２は、スペックル用画素ＰＤ３３１、３３２により受光されて蓄積された画素データを読み出す際に用いられる読み出し用トランジスタである。
【００９９】
このように、スペックル用画素ＰＤおよび被写体用画素ＰＤを単一基板上に配置することができる。これにより、スペックルパターンを扱う撮像装置のスペース効率を高めることができる。
【０１００】
＜５．第５の実施の形態＞
本技術の第４の実施の形態では、スペックル用画素ＰＤおよび被写体用画素ＰＤを単一基板上に配置する撮像素子の例を示した。本技術の第５の実施の形態では、本技術の第４の実施の形態の変形例を示す。
【０１０１】
［撮像素子の構成例］
図７は、本技術の第５の実施の形態における撮像素子の内部構成例を示す断面図である。
【０１０２】
図７に示す撮像素子は、ＯＣＬ４０１乃至４０６と、被写体用画素ＰＤ４１１乃至４１６と、スペックル用画素ＰＤ４２１乃至４２３と、読み出し用トランジスタ４３１乃至４３６、４４１乃至４４３とを備える。
【０１０３】
ここで、図７に示す撮像素子は、図６に示す撮像素子において、スペックル用画素ＰＤを変形させ、スペックル用画素ＰＤのＯＣＬを省略したものである。また、これら以外については、図６に示す撮像素子と略同様であるため、ここでの詳細な説明を省略する。
【０１０４】
すなわち、図７に示す撮像素子において、スペックル用画素ＰＤ４２１乃至４２３は、光学系の光軸方向（図７の上下方向）において、被写体用画素ＰＤ４１１乃至４１６を基準にして、被写体とは反対側に配置される。
【０１０５】
このように、スペックル用画素ＰＤおよび被写体用画素ＰＤを単一基板上に配置することができる。これにより、スペックルパターンを扱う撮像装置のスペース効率を高めることができる。
【０１０６】
このように、本技術の実施の形態によれば、被写体の画像データと、そのスペックルパターンの画像データとを取得する撮像装置および撮像素子について、スペース効率を高めた最適な構造を実現することができる。
【０１０７】
すなわち、本技術の第１乃至第３の実施の形態では、光学系の光軸方向において、被写体用撮像素子の後方に、その透過光を受けるスペックル用撮像素子を配置する。また、被写体用撮像素子およびスペックル用撮像素子は、焦点位置が異なるように、光学系の光軸方向において距離を空けて積層（配置）する。
【０１０８】
また、本技術の第４および第５の実施の形態では、被写体用画素ＦＤとスペックル用画素ＦＤとを同一基板上に配置する。
【０１０９】
これらにより、複数の光学系を用いなくても被写体とスペックルパターンとのそれぞれに対してフォーカスを合わせることができる。言い換えると、複数の光学系を用いなくても、被写体用撮像素子（被写体用画素ＦＤ）が被写体に対してジャストフォーカスしているときに、スペックル用撮像素子（スペックル用画素ＦＤ）によりスペックルパターンの画像データを取得することができる。
【０１１０】
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【０１１１】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
【０１１２】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
光学系を介して入射される被写体からの光を撮像して前記被写体の画像データを生成する第１撮像素子と、
前記光学系を介して入射される、前記被写体に当てられた光の散乱により形成されたスペックルパターンを撮像して前記スペックルパターンの画像データを生成する第２撮像素子とを具備し、
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子は、前記光学系の光軸方向に並べて配置される
撮像装置。
（２）
前記第２撮像素子は、前記光学系の光軸方向において前記第１撮像素子を基準にして前記被写体とは反対側に配置される前記（１）に記載の撮像装置。
（３）
前記第１撮像素子は、前記光学系を介して入射される光のうち、前記第２撮像素子により受光される波長領域の光を透過する前記（２）に記載の撮像装置。
（４）
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子の間にスペーサが配置される前記（１）から（３）のいずれかに記載の撮像装置。
（５）
前記スペーサは、前記第２撮像素子により受光される波長領域の光を透過する前記（４）に記載の撮像装置。
（６）
前記スペーサは、可視光をカットする光学的特性を有する前記（４）または（５）に記載の撮像装置。
（７）
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子のうちの少なくとも１つを前記光学系の光軸方向において可変とする前記（１）から（３）のいずれかに記載の撮像装置。
（８）
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子を電気的にバンプにより接続する前記（１）から（７）のいずれかに記載の撮像装置。
（９）
前記第１撮像素子および前記第２撮像素子の間に他の光学系が配置される前記（１）から（３）のいずれかに記載の撮像装置。
（１０）
前記光学系の光軸方向において前記他の光学系を可変とする前記（９）に記載の撮像装置。
（１１）
前記他の光学系は、外部からの信号に基づいて形状および屈折率のうちの少なくとも１つを変化させることが可能なレンズである前記（９）に記載の撮像装置。
（１２）
前記第１撮像素子は、可視光を受光して前記被写体の画像データを生成し、
前記第２撮像素子は、赤外光を受光して前記スペックルパターンの画像データを生成する
前記（１）から（１１）のいずれかに記載の撮像装置。
（１３）
前記第１撮像素子のセルサイズよりも前記第２撮像素子のセルサイズを大きくする前記（１）から（１２）のいずれかに記載の撮像装置。
（１４）
前記第１撮像素子により生成される画像データのフレームレートよりも前記第２撮像素子により生成される画像データのフレームレートを密にする前記（１）から（１３）のいずれかに記載の撮像装置。
（１５）
光学系を介して入射される被写体からの光を受光して前記被写体の画像データを生成する第１受光部と、前記光学系を介して入射される、前記被写体に当てられた光の散乱により形成されたスペックルパターンを受光して前記スペックルパターンの画像データを生成する第２受光部とが、単一基板上に配置される撮像素子。
（１６）
前記第２受光部は、前記光学系の光軸方向において前記第１受光部を基準にして前記被写体とは反対側に配置される前記（１５）に記載の撮像素子。
（１７）
前記第２受光部は、前記光学系の光軸方向において前記第１受光部よりも長い前記（１５）または（１６）に記載の撮像素子。
（１８）
前記第１受光部のセルサイズよりも前記第２受光部のセルサイズを大きくする前記（１５）から（１７）のいずれかに記載の撮像素子。
（１９）
前記第１受光部により生成される画像データのフレームレートよりも前記第２受光部により生成される画像データのフレームレートを密にする前記（１５）から（１８）のいずれかに記載の撮像素子。
（２０）
前記第１受光部に設置されるオンチップレンズと前記第２受光部に設置されるオンチップレンズとを異なる形状とする前記（１５）から（１９）のいずれかに記載の撮像素子。
【符号の説明】
【０１１３】
１００  撮像装置
１１０  光出力部
１２０  撮像部
１２１  スペックル用撮像素子
１２２  被写体用撮像素子
１２３  スペーサ
１２４  光学フィルタ
１２５  光学系
１３０  信号処理部
１３１  スペックル用信号処理部
１３２  被写体用信号処理部
１４０  記憶部
１５０  操作受付部
１６０  表示部
１７０  音声出力部
１８０  制御部
２００  フレーム
２０１  スペックル用撮像素子
２０２  被写体用撮像素子
２０３  光学フィルタ
２０４、２０５  アクチュエータ
２１０  フレーム
２１１  スペックル用撮像素子
２１２  被写体用撮像素子
２１３  光学フィルタ
２１４  光学系
２１５、２１６  アクチュエータ
３０１〜３０５、３１１、３１２  ＯＣＬ
３２１〜３２５  被写体用画素ＦＤ
３３１、３３２  スペックル用画素ＦＤ
３４１〜３４５、３５１、３５２  読み出し用トランジスタ
４０１〜４０６  ＯＣＬ
４１１〜４１６  被写体用画素ＦＤ
４２１〜４２３  スペックル用画素ＦＤ
４３１〜４３６、４４１〜４４３  読み出し用トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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