(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に配列形成された複数の光電変換素子と、
直線状に連続する複数個の前記光電変換素子の上に載設される分光素子であって、前記複数個の前記光電変換素子への入射光を導入する底辺から上辺の方向に長手の台形状開口が設けられ該入射光と該台形状開口内の内側面での反射光との干渉によって前記長手の方向に分光を起こす分光素子とを含む固体撮像素子と、
被写体から前記固体撮像素子に至る光路上に設けられた偏光を透過する偏光素子とを備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子を封止するカバーガラスを前記偏光素子で兼用した撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記偏光素子を前記光路に対して出し入れすることが可能な駆動機構を備える撮像装置。
【請求項４】
請求項３記載の撮像装置であって、
撮影条件を決定するために本撮影の前に行う事前撮影時には前記偏光素子を前記光路上から退避させ、前記本撮影時には前記偏光素子を前記光路上に挿入する制御を行う制御手段を備える撮像装置。
【請求項５】
請求項３記載の撮像装置であって、
モノクロ撮影モード時には前記偏光素子を前記光路上から退避させ、カラー撮影モード時には前記偏光素子を前記光路上に挿入する制御を行う制御手段を備える撮像装置。
【請求項６】
請求項３記載の撮像装置であって、
本撮影のための露出値が閾値を下回るときには前記偏光素子を前記光路上から退避させ、前記露出値が閾値を上回るときには前記偏光素子を前記光路上に挿入する制御を行う制御手段を備える撮像装置。
【請求項７】
請求項３記載の撮像装置であって、
前記偏光素子が、前記駆動機構によって出し入れされる方向に透過光量の勾配を有している撮像装置。
【請求項８】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子に入射する前記偏光の振動方向を回転させる振動方向回転手段を備える撮像装置。
【請求項９】
請求項８記載の撮像装置であって、
前記振動方向回転手段によって回転された前記振動方向に応じて前記固体撮像素子を回転させる固体撮像素子回転手段を備える撮像装置。
【請求項１０】
請求項９記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子回転手段が、前記長手の方向又は前記長手の方向に直交する方向と前記回転された前記振動方向とが一致するように、前記固体撮像素子を回転させる撮像装置。
【請求項１１】
請求項８記載の撮像装置であって、
前記長手の方向が第一の方向となっている前記分光素子を第一の分光素子とし、前記長手の方向が第一の方向と直交する第二の方向となっている前記分光素子を第二の分光素子とし、
前記固体撮像素子が、前記第一の分光素子を少なくとも１つ含む第一の画素と前記第二の分光素子を少なくとも１つ含む第二の画素とを有し、
前記偏光の振動方向を前記第一の分光素子の前記第一の方向又は該方向に直交する方向に一致させた状態で第一の撮影を行い、前記偏光の振動方向を前記第二の分光素子の前記第二の方向又は該方向に直交する方向に一致させた状態で第二の撮影を行う撮影制御手段と、
前記第一の撮影によって前記第一の画素から得られた撮像信号と、前記第二の撮影によって前記第二の画素から得られた撮像信号とを用いて、画像データを生成する画像生成手段とを備える撮像装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の撮像装置であって、
前記撮影制御手段が、前記第一の撮影及び前記第二の撮影を行う前に、これらの撮影の撮影条件を決定するための事前撮影を行い、
前記振動方向回転手段が、該事前撮影時には、前記偏光の振動方向が前記第一の方向と前記第二の方向のそれぞれに対して４５度の方向となるように前記偏光方向を回転させる撮像装置。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記振動方向回転手段が、前記偏光素子と前記固体撮像素子との間に設けられた液晶素子である撮像装置。
【請求項１４】
請求項１又は２記載の撮像装置であって、
前記長手の方向が第一の方向となっている前記分光素子を第一の分光素子とし、前記長手の方向が第一の方向と直交する第二の方向となっている前記分光素子を第二の分光素子とし、
前記固体撮像素子が、前記第一の分光素子を少なくとも１つ含む第一の画素と前記第二の分光素子を少なくとも１つ含む第二の画素とを有し、
前記第一の画素と前記第二の画素とが市松状に配列されており、
前記固体撮像素子を移動させることが可能な駆動機構を備える撮像装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記偏光素子が、入射光を反射させて反射光を前記固体撮像素子に入射させる反射部材である撮像装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の撮像装置であって、
前記反射部材がハーフミラーであり、
前記ハーフミラーを透過した光が入射されるファインダーを備える撮像装置。
【請求項１７】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子を２つ備え、
前記偏光素子が偏光ビームスプリッタであり、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された第一の偏光の光路上に前記２つの固体撮像素子の一方が配置され、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された第二の偏光の光路上に前記２つの固体撮像素子の他方が配置される撮像装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の撮像装置であって、
前記一方の固体撮像素子の前記分光素子の長手方向と前記第一の偏光の振動方向とが一致し、
前記他方の固体撮像素子の前記分光素子の長手方向と前記第二の偏光の振動方向とが一致する撮像装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の撮像装置であって、
前記一方の固体撮像素子で撮像して得られた第一の画像データと、前記他方の固体撮像素子で撮像して得られた第二の画像データとを指定された合成比率で合成する画像データ合成手段を備える撮像装置。
【請求項２０】
固体撮像素子により被写体を撮像する撮像方法であって、
半導体基板内に配列形成された複数の光電変換素子と、直線状に連続する複数個の前記光電変換素子の上に載設される分光素子であって、前記複数個の前記光電変換素子への入射光を導入する底辺から上辺の方向に長手の台形状開口が設けられ該入射光と該台形状開口内の内側面での反射光との干渉によって前記長手の方向に分光を起こす分光素子とを含む固体撮像素子に、被写体からの光のうちの偏光を入射させて撮像を行う撮像方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の撮像方法であって、
撮影条件を決定するために本撮影の前に行う事前撮影時には前記固体撮像素子に前記被写体からの光を入射し、前記本撮影時には前記偏光を前記固体撮像素子に入射して撮像を行う撮像方法。
【請求項２２】
請求項２０記載の撮像方法であって、
モノクロ撮影モード時には前記固体撮像素子に前記被写体からの光を入射し、カラー撮影モード時には前記偏光を前記固体撮像素子に入射して撮像を行う撮像方法。
【請求項２３】
請求項２０記載の撮像方法であって、
本撮影のための露出値が閾値を下回るときには前記固体撮像素子に前記被写体からの光を入射し、前記露出値が閾値を上回るときには前記偏光を前記固体撮像素子に入射して撮像を行う撮像方法。
【請求項２４】
請求項２０記載の撮像方法であって、
前記固体撮像素子に入射させる偏光の振動方向を回転させて撮像を行う撮像方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の撮像方法であって、
回転させた前記偏光の振動方向に応じて前記固体撮像素子を回転させる撮像方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の撮像方法であって、
前記長手の方向又は前記長手の方向に直交する方向と前記回転させた前記振動方向とが一致するように、前記固体撮像素子を回転させる撮像方法。
【請求項２７】
請求項２４記載の撮像方法であって、
前記長手の方向が第一の方向となっている前記分光素子を第一の分光素子とし、前記長手の方向が第一の方向と直交する第二の方向となっている前記分光素子を第二の分光素子とし、
前記固体撮像素子が、前記第一の分光素子を少なくとも１つ含む第一の画素と前記第二の分光素子を少なくとも１つ含む第二の画素とを有し、
前記偏光の振動方向を前記第一の分光素子の前記第一の方向又は該方向に直交する方向に一致させた状態で第一の撮影を行い、
前記偏光の振動方向を前記第二の分光素子の前記第二の方向又は該方向に直交する方向に一致させた状態で第二の撮影を行い、
前記第一の撮影によって前記第一の画素から得られた撮像信号と、前記第二の撮影によって前記第二の画素から得られた撮像信号とを用いて、画像データを生成して記録する撮像方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の撮像方法であって、
前記第一の撮影及び前記第二の撮影を行う前に、これらの撮影の撮影条件を決定するために事前撮影を行い、該事前撮影時には、前記偏光の振動方向が前記第一の方向と前記第二の方向のそれぞれに対して４５度の方向となるように前記偏光方向を回転させる撮像方法。
【請求項２９】
請求項２４〜２８のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記偏光を、液晶素子を通して前記固体撮像素子に入射させ、
前記液晶素子の配向を制御して前記振動方向を回転させる撮像方法。
【請求項３０】
請求項２０記載の撮像方法であって、
前記長手の方向が第一の方向となっている前記分光素子を第一の分光素子とし、前記長手の方向が第一の方向と直交する第二の方向となっている前記分光素子を第二の分光素子とし、
前記固体撮像素子が、前記第一の分光素子を少なくとも１つ含む第一の画素と前記第二の分光素子を少なくとも１つ含む第二の画素とを有し、
前記第一の画素と前記第二の画素が市松状に配置されており、
前記固体撮像素子を移動させた場合と移動させない場合とで２回の撮像を行う撮像方法。
【請求項３１】
請求項２０〜３０のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記固体撮像素子に入射させる前記偏光を、入射光を反射部材で反射させて生成する撮像方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の撮像方法であって、
前記反射部材がハーフミラーであり、
前記ハーフミラーを透過した光をファインダーに入射させる撮像方法。
【請求項３３】
請求項２０記載の撮像方法であって、
前記固体撮像素子を第一の固体撮像素子と第二の固体撮像素子との２つとし、
入射光を第一の偏光と第二の偏光とに分離し、前記第一の偏光を前記第一の固体撮像素子に入射させ、前記第二の偏光を前記第二の固体撮像素子に入射させて撮像を行う撮像方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の撮像方法であって、
前記第一の固体撮像素子の前記分光素子の長手方向と前記第一の偏光の振動方向とを一致させ、
前記第二の固体撮像素子の前記分光素子の長手方向と前記第二の偏光の振動方向とを一致させる撮像方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の撮像方法であって、
前記第一の固体撮像素子による撮像で得られた第一の画像データと、前記第二の固体撮像素子による撮像で得られた第二の画像データとを指定された合成比率で合成して記録する撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光利用効率が高く、しかも、１つの開口で複数色の検出信号を得ることができる今までにない新規な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー画像撮像用の固体撮像素子として、従来からＣＭＯＳ型やＣＣＤ型等の単板式固体撮像素子が知られている。これらの固体撮像素子では、例えば下記の特許文献１に記載されている様に、半導体基板の表面部に光電変換素子であるフォトダイオードが二次元アレイ状に複数形成され、その上に、遮光膜が積層されると共に、この遮光膜のフォトダイオード対面箇所にフォトダイオードへの入射を可能とする開口が設けられ、その上に、カラーフィルタが積層される構造になっている。
【０００３】
カラーフィルタとしては、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の三原色が用いられる例が多い。そして、例えば、二次元アレイ状に配列形成された複数のフォトダイオードのうち約半数に緑色（Ｇ）のカラーフィルタが積層され、残りの半数のうちの半数に赤色（Ｒ）のカラーフィルタが、残りに青色（Ｂ）のカラーフィルタが積層され、夫々固体撮像素子の受光面に渡って各色カラーフィルタが平均的に散らばる様に配列される。
【０００４】
上述した従来の固体撮像素子では、１つのフォトダイオードに１つの遮光膜開口が対応し、１つの遮光膜開口に１色のカラーフィルタが対応することになる。このため、１つのフォトダイオードに入射する光のうち約２／３がカラーフィルタに吸収されてしまい（例えば赤色カラーフィルタに入射した青色光，緑色光はフィルタに吸収され熱となる。）、光利用効率が低いという問題を原理的に有している。
【０００５】
また、固体撮像素子の受光面に結像された被写体の光像を、各フォトダイオードがサンプリングして電気信号に変換することになるが、上述した従来の構造では、赤色のサンプリングポイントと緑色のサンプリングポイントと青色のサンプリングポイントが全て異なるため、赤色のサンプリングポイントにおける緑色，青色の検出信号は、周りの緑色，青色の各サンプリングポイントで得られた信号を補間演算して求めるという信号処理が必要となり、サンプリングポイントの位置ズレによる撮像画像の品質低下も原理的に避けることができないという問題もある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７―１８０１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光利用効率が高く、しかも、１つの開口で複数色の検出信号を得ることができる今までにない新規な撮像装置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】
【０００８】
本発明の撮像装置は、半導体基板内に配列形成された複数の光電変換素子と、直線状に連続する複数個の前記光電変換素子の上に載設される分光素子であって、前記複数個の前記光電変換素子への入射光を導入する底辺から上辺の方向に長手の台形状開口が設けられ該入射光と該台形状開口内の内側面での反射光との干渉によって前記長手の方向に分光を起こす分光素子とを含む固体撮像素子と、被写体から前記固体撮像素子に至る光路上に設けられた偏光を透過する偏光素子とを備える。
【０００９】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子を封止するカバーガラスを前記偏光素子で兼用した。
【００１０】
本発明の撮像装置は、前記偏光素子を前記光路に対して出し入れすることが可能な駆動機構を備える。
【００１１】
本発明の撮像装置は、撮影条件を決定するために本撮影の前に行う事前撮影時には前記偏光素子を前記光路上から退避させ、前記本撮影時には前記偏光素子を前記光路上に挿入する制御を行う制御手段を備える。
【００１２】
本発明の撮像装置は、モノクロ撮影モード時には前記偏光素子を前記光路上から退避させ、カラー撮影モード時には前記偏光素子を前記光路上に挿入する制御を行う制御手段を備える。
【００１３】
本発明の撮像装置は、本撮影のための露出値が閾値を下回るときには前記偏光素子を前記光路上から退避させ、前記露出値が閾値を上回るときには前記偏光素子を前記光路上に挿入する制御を行う制御手段を備える。
【００１４】
本発明の撮像装置は、前記偏光素子が、前記駆動機構によって出し入れされる方向に透過光量の勾配を有している。
【００１５】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子に入射する前記偏光の振動方向を回転させる振動方向回転手段を備える。
【００１６】
本発明の撮像装置は、前記振動方向回転手段によって回転された前記振動方向に応じて前記固体撮像素子を回転させる固体撮像素子回転手段を備える。
【００１７】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子回転手段が、前記長手の方向又は前記長手の方向に直交する方向と前記回転された前記振動方向とが一致するように、前記固体撮像素子を回転させる。
【００１８】
本発明の撮像装置は、前記長手の方向が第一の方向となっている前記分光素子を第一の分光素子とし、前記長手の方向が第一の方向と直交する第二の方向となっている前記分光素子を第二の分光素子とし、前記固体撮像素子が、前記第一の分光素子を少なくとも１つ含む第一の画素と前記第二の分光素子を少なくとも１つ含む第二の画素とを有し、前記偏光の振動方向を前記第一の分光素子の前記第一の方向又は該方向に直交する方向に一致させた状態で第一の撮影を行い、前記偏光の振動方向を前記第二の分光素子の前記第二の方向又は該方向に直交する方向に一致させた状態で第二の撮影を行う撮影制御手段と、前記第一の撮影によって前記第一の画素から得られた撮像信号と、前記第二の撮影によって前記第二の画素から得られた撮像信号とを用いて、画像データを生成する画像生成手段とを備える。
【００１９】
本発明の撮像装置は、前記撮影制御手段が、前記第一の撮影及び前記第二の撮影を行う前に、これらの撮影の撮影条件を決定するための事前撮影を行い、前記振動方向回転手段が、該事前撮影時には、前記偏光の振動方向が前記第一の方向と前記第二の方向のそれぞれに対して４５度の方向となるように前記偏光方向を回転させる。
【００２０】
本発明の撮像装置は、前記振動方向回転手段が、前記偏光素子と前記固体撮像素子との間に設けられた液晶素子である。
【００２１】
本発明の撮像装置は、前記長手の方向が第一の方向となっている前記分光素子を第一の分光素子とし、前記長手の方向が第一の方向と直交する第二の方向となっている前記分光素子を第二の分光素子とし、前記固体撮像素子が、前記第一の分光素子を少なくとも１つ含む第一の画素と前記第二の分光素子を少なくとも１つ含む第二の画素とを有し、前記第一の画素と前記第二の画素とが市松状に配列されており、前記固体撮像素子を移動させることが可能な駆動機構を備える。
【００２２】
本発明の撮像装置は、前記偏光素子が、入射光を反射させて反射光を前記固体撮像素子に入射させる反射部材である。
【００２３】
本発明の撮像装置は、前記反射部材がハーフミラーであり、前記ハーフミラーを透過した光が入射されるファインダーを備える。
【００２４】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子を２つ備え、前記偏光素子が偏光ビームスプリッタであり、前記偏光ビームスプリッタによって分離された第一の偏光の光路上に前記２つの固体撮像素子の一方が配置され、前記偏光ビームスプリッタによって分離された第二の偏光の光路上に前記２つの固体撮像素子の他方が配置される。
【００２５】
本発明の撮像装置は、前記一方の固体撮像素子の前記分光素子の長手方向と前記第一の偏光の振動方向とが一致し、前記他方の固体撮像素子の前記分光素子の長手方向と前記第二の偏光の振動方向とが一致する。
【００２６】
本発明の撮像装置は、前記一方の固体撮像素子で撮像して得られた第一の画像データと、前記他方の固体撮像素子で撮像して得られた第二の画像データとを指定された合成比率で合成する画像データ合成手段を備える。
【００２７】
本発明の撮像方法は、固体撮像素子により被写体を撮像する撮像方法であって、半導体基板内に配列形成された複数の光電変換素子と、直線状に連続する複数個の前記光電変換素子の上に載設される分光素子であって、前記複数個の前記光電変換素子への入射光を導入する底辺から上辺の方向に長手の台形状開口が設けられ該入射光と該台形状開口内の内側面での反射光との干渉によって前記長手の方向に分光を起こす分光素子とを含む固体撮像素子に、被写体からの光のうちの偏光を入射させて撮像を行う。
【００２８】
本発明の撮像方法は、撮影条件を決定するために本撮影の前に行う事前撮影時には前記固体撮像素子に前記被写体からの光を入射し、前記本撮影時には前記偏光を前記固体撮像素子に入射して撮像を行う。
【００２９】
本発明の撮像方法は、モノクロ撮影モード時には前記固体撮像素子に前記被写体からの光を入射し、カラー撮影モード時には前記偏光を前記固体撮像素子に入射して撮像を行う。
【００３０】
本発明の撮像方法は、本撮影のための露出値が閾値を下回るときには前記固体撮像素子に前記被写体からの光を入射し、前記露出値が閾値を上回るときには前記偏光を前記固体撮像素子に入射して撮像を行う。
【００３１】
本発明の撮像方法は、前記固体撮像素子に入射させる偏光の振動方向を回転させて撮像を行う。
【００３２】
本発明の撮像方法は、回転させた前記偏光の振動方向に応じて前記固体撮像素子を回転させる。
【００３３】
本発明の撮像方法は、前記長手の方向又は前記長手の方向に直交する方向と前記回転させた前記振動方向とが一致するように、前記固体撮像素子を回転させる。
【００３４】
本発明の撮像方法は、前記長手の方向が第一の方向となっている前記分光素子を第一の分光素子とし、前記長手の方向が第一の方向と直交する第二の方向となっている前記分光素子を第二の分光素子とし、前記固体撮像素子が、前記第一の分光素子を少なくとも１つ含む第一の画素と前記第二の分光素子を少なくとも１つ含む第二の画素とを有し、前記偏光の振動方向を前記第一の分光素子の前記第一の方向又は該方向に直交する方向に一致させた状態で第一の撮影を行い、前記偏光の振動方向を前記第二の分光素子の前記第二の方向又は該方向に直交する方向に一致させた状態で第二の撮影を行い、前記第一の撮影によって前記第一の画素から得られた撮像信号と、前記第二の撮影によって前記第二の画素から得られた撮像信号とを用いて、画像データを生成して記録する。
【００３５】
本発明の撮像方法は、前記第一の撮影及び前記第二の撮影を行う前に、これらの撮影の撮影条件を決定するために事前撮影を行い、該事前撮影時には、前記偏光の振動方向が前記第一の方向と前記第二の方向のそれぞれに対して４５度の方向となるように前記偏光方向を回転させる。
【００３６】
本発明の撮像方法は、前記偏光を、液晶素子を通して前記固体撮像素子に入射させ、前記液晶素子の配向を制御して前記振動方向を回転させる。
【００３７】
本発明の撮像方法は、前記長手の方向が第一の方向となっている前記分光素子を第一の分光素子とし、前記長手の方向が第一の方向と直交する第二の方向となっている前記分光素子を第二の分光素子とし、前記固体撮像素子が、前記第一の分光素子を少なくとも１つ含む第一の画素と前記第二の分光素子を少なくとも１つ含む第二の画素とを有し、前記第一の画素と前記第二の画素が市松状に配置されており、前記固体撮像素子を移動させた場合と移動させない場合とで２回の撮像を行う。
【００３８】
本発明の撮像方法は、前記固体撮像素子に入射させる前記偏光を、入射光を反射部材で反射させて生成する。
【００３９】
本発明の撮像方法は、前記反射部材がハーフミラーであり、前記ハーフミラーを透過した光をファインダーに入射させる。
【００４０】
本発明の撮像方法は、前記固体撮像素子を第一の固体撮像素子と第二の固体撮像素子との２つとし、入射光を第一の偏光と第二の偏光とに分離し、前記第一の偏光を前記第一の固体撮像素子に入射させ、前記第二の偏光を前記第二の固体撮像素子に入射させて撮像を行う。
【００４１】
本発明の撮像方法は、前記第一の固体撮像素子の前記分光素子の長手方向と前記第一の偏光の振動方向とを一致させ、前記第二の固体撮像素子の前記分光素子の長手方向と前記第二の偏光の振動方向とを一致させる。
【００４２】
本発明の撮像方法は、前記第一の固体撮像素子による撮像で得られた第一の画像データと、前記第二の固体撮像素子による撮像で得られた第二の画像データとを指定された合成比率で合成して記録する。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、光利用効率が高く、しかも、１つの開口で複数色の検出信号を得ることができる今までにない新規な撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４５】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る固体撮像素子で用いる分光素子の斜視図である。この分光素子１は、本実施形態では金属の厚板で構成され、図示する例では、上面視で台形状の開口２が上面から下面まで貫通して設けられる。
【００４６】
開口２の内側面は、上面，下面に対して垂直に設けても良く、また、傾斜して設け、上面の開口に対して下面の開口が相似形で小さくなるようにテイパー状開口としても良い。
【００４７】
分光素子１を金属の厚板で構成するのは、開口２の内側面として十分な長さ（厚さ方向の長さ）を設ける必要があるためである。開口２に入射する白色光と、この白色光のうち開口２の内側面にて反射させた光とを干渉させることで、分光素子１の下面側において分光が発生する。
【００４８】
開口２の内側面で入射光を反射させるため、分光素子１を厚手材料で形成するが、金属の厚板である必要はなく、半導体基板に開口２を集積回路製造技術を用いて形成し、その内側面や上面に反射率の高い金属膜を成膜することでも良い。上面の反射膜は遮光膜として機能する。
【００４９】
図２は、開口２の説明図である。開口２は上面視で台形状に形成される。開口２は、四隅の角が角張った台形でも良く、四隅が丸く形成された形状でも良い。あるいは上辺が限りなく「点」に近い二等辺三角形の形状でも良い。このため、「台形状」の開口という用語を用いて説明する。
【００５０】
台形状開口２の両側面を延長したとき二等辺三角形となるが、この二等辺三角形の頂角θを所定角度以下の狭角に調整して開口２を開けることで、開口２内で生じる分光の程度を調整することができる。また、台形状開口２の上辺２ａを切る頂点Ａからの距離ｔを調整して開口２を開けることで、分光する光の短波長側を規定することができる。
【００５１】
開口２の大きさとしては、例えば、台形の高さが高々１０μｍ程度、幅（下辺２ｂの長さ）が高々１μｍ程度であるが、分光素子１の厚さや、開口２の内側面を垂直にするのではなく傾斜して設けた場合にはその傾斜角、上記の頂角θ等にも依存するため、これに限るものではない。
【００５２】
台形（開口２）の底辺２ｂ側に長波長の色が分光する程度が強くなり、短辺（上辺）２ａ側に短波長の色が分光する程度が強くなる。このため、上記のθ，ｔ，厚さ，傾斜角，底辺２ｂの長さ，使用する金属の種類（反射率）等を選択することで、底辺２ｂから上辺２ａにかけて、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）と順に分光させ、既存のＲＧＢのカラーフィルタを搭載した固体撮像素子用に開発された信号処理手法をそのまま適用できるようにするのが好ましい。しかし、ＲＧＢの三原色の分光でなくても、各分光毎の受光量を検出することで、被写体のカラー画像を再生することができる。
【００５３】
以下、本実施形態の分光素子１が入射光をＲＧＢの三原色に分光するものとして説明する。
図３は、１つの開口２の下に設けるフォトダイオードの説明図である。図示する例では、台形状開口２の底辺２ｂから上辺２ａにかけて３つのフォトダイオード４ｒ，４ｇ，４ｂを並べて設ける。即ち、半導体基板内に二次元アレイ状に形成された複数のフォトダイオードのうち、連続して３つ並ぶフォトダイオード４ｒ，４ｇ，４ｂの上に、分光素子１を載設することで、１つの単位画素を構成する。
【００５４】
この単位画素の開口２に入射した光は殆ど全て、３つのフォトダイオード４ｒ，４ｇ，４ｂのいずれかに分光して入射し光電変換に寄与するため、その光利用効率は高く、高感度な被写体画像を撮像することが可能となる。
【００５５】
尚、例えば分光が６つに分けられる様に分光素子１を設計した場合には、各分光毎に１つのフォトダイオードを割り当て、直線状に配列される６つのフォトダイオードの上に分光素子１を載設することで１つの単位画素を構成することになる。
【００５６】
図４は、図３に示す単位画素を二次元アレイ状に配列した状態を示す斜視図である。図示する例では、個々の分光素子１を分離する線を図示しているが、実際には、一枚構成の金属板（あるいは半導体基板等）に複数の台形状開口２を二次元アレイ状に形成し、この金属板（あるいは半導体基板等）を、個々の開口２の下に３つのフォトダイオードが重なるように配置する。
【００５７】
図５は、各フォトダイオードの信号読出回路及び配線接続を例示する図である。この図５は、通常のＣＭＯＳ型イメージセンサで用いられる信号読出回路及び配線接続と全く同じであり、個々のフォトダイオード４には、リセットトランジスタ５，読出トランジスタ６，増幅トランジスタ７の３トランジスタ構成の読出回路が付加され、これらが、垂直シフトレジスタ８や水平シフトレジスタ９によって動作制御される様になっている。
【００５８】
図５には、３トランジスタ構成を例示したが、４トランジスタ構成のものを採用することも可能である。
【００５９】
この図５に示す構成において、図４の個々の開口２が連続する３つのフォトダイオード４に重なるように設けられる。図５に示すフォトダイオード４以外のトランジスタや配線は、開口２と重ならない領域に設けられ、遮光される。
【００６０】
この様に、分光素子１をカラーフィルタの代わりに用いて固体撮像素子を構成することで、光利用効率が高くなり、また、単位画素に含まれる３つの連続するトランジスタ４ｒ，４ｇ，４ｂが検出する光像のサンプリングポイントは、開口２が同一のため同一となり、高品質なカラー画像を撮像することが可能となる。
【００６１】
尚、分光素子１は、光の振動方向の分布が一様でない自然光を台形状開口２に入射した場合には、分光が起き難く、偏光を台形状開口２に入射した場合には、分光が起き易いことが実験で分かっている。
【００６２】
例えば、光の振動方向が図２のｘ方向である偏光（以下、ｘ偏光という）や、光の振動方向が図２のｙ方向である偏光を分光素子１の台形状開口２に入射させた場合に、図２に示したような色分離を行うことができる。特に良好な分光が可能なのはｘ偏光を入射した場合である。例えば、分光素子１の上に偏光素子を設け、入射光を台形状開口２の長手方向（台形の高さ方向、この台形状開口２は、底辺の長さに対して高さ方向が長手になっている。）に偏光させ開口２内に入射させることで、分光を起き易くすることができる。
【００６３】
図６は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
図１に示すデジタルカメラは、撮像部１１と、アナログ信号処理部１２と、Ａ／Ｄ変換部１３と、駆動部１４と、デジタル信号処理部１６と、圧縮／伸張処理部１７と、表示部１８と、システム制御部１９と、内部メモリ２０と、メディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）２１と、記録メディア２２と、操作部２３とを備える。デジタル信号処理部１６、圧縮／伸張処理部１７、表示部１８、システム制御部１９、内部メモリ２０、及びメディアインタフェース２１は、システムバス２４に接続されている。
【００６４】
撮像部１１は、撮影レンズを含む光学系と固体撮像素子とによって被写体を撮像するものであり、アナログの撮像信号を出力する。アナログ信号処理部１２は、撮像部１１で得られた撮像信号に所定のアナログ信号処理を施す。Ａ／Ｄ変換部１３は、アナログ信号処理部１２で処理後のアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００６５】
駆動部１４は、デジタルカメラが撮影モード（被写体を撮影して撮影画像データの記録が可能なモード）に設定されると、システム制御部１９から供給される駆動パルスによって、撮像部１１、アナログ信号処理部１２、及びＡ／Ｄ変換部１３に所定のパルスを供給して、これらを駆動する。撮影モードには、静止画像データを記録可能な静止画撮影モードと、動画像データを記録可能な動画撮影モードがあり、静止画撮影モードには、モノクロ画像を撮影するモノクロ撮影モードと、カラー画像を撮影するカラー撮影モードとがある。
【００６６】
デジタル信号処理部１６は、Ａ／Ｄ変換部１３からのデジタル信号に対して、操作部２３によって設定された動作モードに応じたデジタル信号処理を行って画像データを生成する。デジタル信号処理部１６が行う処理には、黒レベル補正処理（ＯＢ処理）、リニアマトリクス補正処理、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正処理、同時化処理、及びＹ／Ｃ変換処理等が含まれる。デジタル信号処理部１６は、例えばＤＳＰで構成される。
【００６７】
圧縮／伸張処理部１７は、デジタル信号処理部６で生成された画像データに対して圧縮処理を施すとともに、記録メディア２２から得られた圧縮画像データに対して伸張処理を施す。
【００６８】
表示部１８は、例えばＬＣＤ表示装置を含んで構成され、撮影されてデジタル信号処理を経た画像データに基づく画像を表示する。記録メディア２２に記録された圧縮画像データを伸張処理して得た画像データに基づく画像の表示も行う。また、撮影モード時のスルー画像、デジタルカメラの各種状態、操作に関する情報の表示等も可能である。
【００６９】
システム制御部１９は、所定のプログラムによって動作するプロセッサを主体に構成され、撮影動作を含むデジタルカメラ全体の統括制御を行う。
【００７０】
内部メモリ２０は、例えばＤＲＡＭであり、デジタル信号処理部１６やシステム制御部１９のワークメモリとして利用される他、記録メディア２２に記録される画像データを一時的に記憶するバッファメモリや表示部８への表示用画像データのバッファメモリとしても利用される。メディアインタフェース２１は、メモリカード等の記録メディア２２との間のデータの入出力を行うものである。
【００７１】
操作部２３は、デジタルカメラ使用時の各種操作を行うものであり、撮影指示を行うためのレリーズボタン（図示せず）を含む。
【００７２】
図７は、図６に示す撮像部１１の内部構成を示した図である。
図７に示すように、撮像部１１は、撮影レンズ１１ｃと、固体撮像素子１１ａと、被写体から固体撮像素子１１ａに至る光路Ｋ上に設けられた、偏光を透過する偏光素子１１ｂとを備える。
【００７３】
固体撮像素子１１ａは、図７に示すＸ方向と図２に示すｘ方向とが一致し、図７に示すＹ方向と図２に示すｙ方向とが一致するように、図３に示した単位画素を多数配置したものである。固体撮像素子１１ａは、図３に示した単位画素が図４に示すようにＸ及びＹ方向に二次元アレイ状に配置され、フォトダイード４ｒ，４ｇ，４ｂが形成される半導体基板に、図５に示した信号読出回路及び配線接続が形成された構成となっている。
【００７４】
偏光素子１１ｂは、入射光５０に含まれる縦偏光６０（振動方向が図中のＹ方向となっている偏光）や横偏光７０（振動方向が図中のＸ方向となっている偏光）等の偏光を透過する素子であり、公知の偏光子や偏光板で構成されている。より良好な分光を行うためには、偏光素子１１ｂが横偏光７０を透過するものであることが好ましい。
【００７５】
撮影が行われると、入射光５０が撮影レンズ１１ｃを透過して偏光素子１１ｂに入射し、入射光５０のうちの縦偏光６０又は横偏光７０だけが偏光素子１１ｂを透過する。偏光素子１１ｂを透過した偏光は、固体撮像素子１１ａに入射し、各分光素子１の開口２で分光がなされ、その開口２下方に設けられたフォトダイオード４ｒ，４ｇ，４ｂに入射する。
【００７６】
入射した光によってフォトダイオード４ｒ，４ｇ，４ｂで発生した電荷は信号に変換され、固体撮像素子１１ａから出力される。出力された信号は、アナログ信号処理、Ａ／Ｄ変換処理が行われた後、デジタル信号処理部１６に入力される。デジタル信号処理部１６では、単位画素から得られた３つのデジタル信号を、１画素データとして処理することで、固体撮像素子１１ａに含まれる単位画素数と同じ画素データ数の画像データを生成する。生成された画像データは圧縮された後、記録メディア２２に記録される。
【００７７】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、固体撮像素子１１ａに偏光を入射することができるため、固体撮像素子１１ａの各分光素子１において分光を良好に行うことができ、画質向上を図ることが可能となる。
【００７８】
尚、固体撮像素子１１ａは、通常、デジタルカメラの回路基板と電気的に接続可能なパッケージ内に載置され、このパッケージ内はカバーガラスによって密閉される。そこで、図８に示すように、パッケージＰ内に固体撮像素子１１ａを載置した後、カバーガラスの代わりに偏光素子１１ｂでパッケージＰを密閉する構成が好ましい。このようにすることで、撮像部１１のサイズの縮小、コストの削減が可能となる。
【００７９】
（第二実施形態）
図９は、本発明の第二実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図である。図９において図７と同様の構成には同一符号を付してある。
図９に示す撮像部１１は、図７に示す撮像部１１に、偏光素子１１ｂを光路Ｋに対して出し入れすることを可能にする駆動機構１１ｄを追加した構成となっている。
【００８０】
駆動機構１１ｄは、駆動部１４によって制御され、偏光素子１１ｂをＹ方向に移動させることができるようになっている。
【００８１】
次に、本実施形態のデジタルカメラの動作について説明する。
＜第一の動作例＞
図１０は、第二実施形態のデジタルカメラの第一の動作例を説明するためのフローチャートである。
ユーザによりレリーズボタンの半押しがなされて撮影準備指示がなされると、偏光素子１１ｂが光路Ｋ上から完全に退避させられる（ステップＳ１）。次に、撮影条件を決定するための事前撮影が撮像部１１により実施され、この事前撮影によって固体撮像素子１１ａから得られた撮像信号から、露出値や合焦位置等の撮影条件がシステム制御部１９により自動的に決定される（ステップＳ２）。
【００８２】
次に、偏光素子１１ｂが光路Ｋ上に挿入され（ステップＳ３）、その後、レリーズボタンが全押しされて本撮影の指示がなされると、上記決定した撮影条件で撮像部１１により本撮影が行われ（ステップＳ４）、本撮影によって生成されたカラー画像データが記録されて、撮影動作が終了する。
【００８３】
このように、本実施形態のデジタルカメラによれば、分光素子１の分光性能が必要なくなる事前撮影においては、偏光素子１１ｂを光路Ｋ上から退避させた状態で事前撮影を行うため、事前撮影時に固体撮像素子１１ａに入射させる光量を増やすことができ、撮影条件の決定精度を向上させることができる。
【００８４】
＜第二の動作例＞
図１１は、第二実施形態のデジタルカメラの第二の動作例を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１１でモノクロ撮影モードが設定されると、偏光素子１１ｂが光路Ｋ上から完全に退避させられる（ステップＳ１２）。この状態で、撮影条件を決定するための事前撮影が撮像部１１により実施され、撮影条件が決定される。レリーズボタンが全押しされて本撮影の指示がなされると、上記決定した撮影条件で撮像部１１により本撮影が行われる（ステップＳ１３）。この本撮影によって得られた撮像信号からモノクロ画像データを生成する処理がデジタル信号処理部１６によりなされ（ステップＳ１４）、生成されたモノクロ画像データが記録メディア２２に記録される。尚、モノクロ画像データは、例えば、単位画素から得られた３つの撮像信号を加算して１つの撮像信号を生成し、この撮像信号を１画素データとして扱うことで生成することができる。
【００８５】
一方、ステップＳ１１でカラー撮影モードが設定されると、偏光素子１１ｂが光路Ｋ上に挿入される（ステップＳ１５）。この状態で、撮影条件を決定するための事前撮影が撮像部１１により実施され、撮影条件が決定される。次に、レリーズボタンが全押しされて本撮影の指示がなされると、上記決定した撮影条件で撮像部１１により本撮影が行われる（ステップＳ１６）。この本撮影によって得られた撮像信号からカラー画像データを生成する処理がデジタル信号処理部１６によりなされ（ステップＳ１７）、生成されたカラー画像データが記録メディア２２に記録されて、撮影動作が終了する。
【００８６】
このように、本実施形態のデジタルカメラによれば、分光素子１の分光性能が必要なくなるモノクロ撮影モード時においては、偏光素子１１ｂを光路Ｋ上から退避させた状態で本撮影を行うため、カラー画像の画質を向上させながら、モノクロ画像の画質も向上させることができる。
【００８７】
＜第三の動作例＞
図１２は、第二実施形態のデジタルカメラの第三の動作例を説明するためのフローチャートである。
ユーザによりレリーズボタンの半押しがなされて撮影準備指示がなされると、撮影条件を決定するための事前撮影が撮像部１１により実施され、この事前撮影によって固体撮像素子１１ａから得られた撮像信号から、露出値や合焦位置等の撮影条件がシステム制御部１９により自動的に決定される（ステップＳ２１）。
【００８８】
次に、システム制御部１９が、上記決定した露出値の大きさを判定する（ステップＳ２２）。露出値が閾値ＴＨを下回っていた場合、偏光素子１１ｂが光路Ｋ上から退避させられる（ステップＳ２３）。その後、レリーズボタンが全押しされて本撮影の指示がなされると、上記決定した撮影条件で撮像部１１により本撮影が行われ（ステップＳ２４）、本撮影によって生成されたカラー画像データが記録されて、撮影動作が終了する。
【００８９】
一方、露出値が閾値ＴＨを上回っていた場合、偏光素子１１ｂが光路Ｋ上に挿入される（ステップＳ２５）。その後、レリーズボタンが全押しされて本撮影の指示がなされると、上記決定した撮影条件で撮像部１１により本撮影が行われ（ステップＳ２４）、本撮影によって生成されたカラー画像データが記録されて、撮影動作が終了する。
【００９０】
このように、本実施形態のデジタルカメラによれば、露出値が閾値を下回っている場合には、偏光素子１１ｂを光路Ｋ上から退避させた状態で本撮影を行うため、光量不足による画質劣化を防ぐことができる。尚、偏光素子１１ｂが光路Ｋ上から退避させられていると、分光素子１の分光性能が低下してしまうが、その分光性能の低下による画質劣化よりも、光量不足による画質劣化の方が大きい場合には、このような駆動が有効となる。
【００９１】
このように、本実施形態のデジタルカメラは、偏光素子１１ｂを光路Ｋに対して出し入れすることが可能な駆動機構１１ｄを備えているため、撮影状況に応じた様々なパターンの駆動を採用することが可能となる。
【００９２】
尚、以上の説明では、偏光素子１１ｂの透過光量が、偏光素子１１ｂのどの位置でも同じものとして説明したが、駆動機構１１ｄによって出し入れされる方向（Ｙ方向）に透過光量の勾配を持たせた図１３に示すような偏光素子１１ｂを採用しても良い。Ｙ方向に透過光量の勾配を持つ偏光素子１１ｂをＹ方向に移動させることで、より細やかな光量制御が可能となる。
【００９３】
（第三実施形態）
一般に、自然光は、反射することで特定の方向に振動方向の分布を持つ偏光となる。つまり、撮影対象となる被写体には、縦偏光が強い被写体や横偏光が強い被写体等、様々なものが存在する。第一実施形態や第二実施形態のデジタルカメラでは、例えば横偏光しか固体撮像素子１１ａに入射させることができないため、縦偏光が強い被写体を撮影した場合には、自然に近い画像を得ることができない。
【００９４】
そこで、本実施形態では、偏光素子１１ｂを回転可能とすることで、様々な被写体に対応した撮影を実施できるようにしている。以下、第三実施形態のデジタルカメラの構成について説明する。
【００９５】
図１４は、本発明の第三実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図である。図１４において図７と同様の構成には同一符号を付してある。
図１４に示す撮像部１１は、図７に示す撮像部１１に、偏光素子１１ｂと固体撮像素子１１ａとをそれぞれＸＹ平面上で回転可能にする駆動機構１１ｈを追加した構成となっている。駆動機構１１ｈは、駆動部１４により制御される。
【００９６】
駆動機構１１ｈは、固体撮像素子１１ａに入射する偏光の振動方向をＸＹ平面上で回転させるためのものであり、該振動方向を回転させるために、偏光素子１１ｂそのものをＸＹ平面上で回転させることができる機構となっている。
【００９７】
又、駆動機構１１ｈは、固体撮像素子１１ａに入射する偏光の振動方向が、固体撮像素子１１ａの分光素子１の開口２の長手方向（図２のｘ方向）又は長手方向に直交する方向（図２のｙ方向）と一致するように、偏光素子１１ｂの回転位置に応じて、固体撮像素子１１ａを回転させる。
【００９８】
ここでは、駆動機構１１ｈを１つとしているが、偏光素子１１ｂを回転させる駆動機構と、固体撮像素子１１ａを回転させる駆動機構とを別々に設け、偏光素子１１ｂの回転に合わせて固体撮像素子１１ａを回転させるように、これらの駆動機構を制御するようにしても良い。
【００９９】
以上のように構成されたデジタルカメラの動作について説明する。
撮影準備指示がなされると、偏光素子１１ｂを透過する偏光の振動方向がＹ方向と一致するように、偏光素子１１ｂが回転されると共に、固体撮像素子１１ｂの分光素子１の開口２の長手方向又は長手方向に直交する方向がＹ方向と一致するように、固体撮像素子１１ａが回転される。そして、この状態で事前撮影が行われ、レリーズボタンが全押しされると本撮影が行われ、本撮影によって得られた第一の画像データが記録される。
【０１００】
次に、偏光素子１１ｂを透過する偏光の振動方向がＸ方向と一致するように、偏光素子１１ｂが回転されると共に、固体撮像素子１１ａの分光素子１の開口２の長手方向又は長手方向に直交する方向がＸ方向と一致するように、固体撮像素子１１ａが回転される。固体撮像素子１１ａの回転が終了すると本撮影が行われ、本撮影によって得られた第二の画像データが記録される。
【０１０１】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、偏光素子１１ｂを回転させることができるため、様々な被写体に対応した撮影が可能となる。又、偏光素子１１ｂの回転に応じて固体撮像素子１１ａも回転させているため、どの被写体も同じ分光性能で撮影することができる。このため、例えば、第一の画像データと、第二の画像データとを合成して、より自然に近い画像データを得るような処理を行う場合でも、違和感のない画像データを生成することが可能となる。
【０１０２】
尚、本実施形態では、固体撮像素子１１ａを回転させているが、偏光素子１１ｂのみを回転可能としても良い。又、固体撮像素子１１ａを回転させる場合には、固体撮像素子１１ａの形状を回転対称形（例えば正方形）にしておくことが好ましい。
【０１０３】
又、本実施形態では、１回の撮影指示で２回の本撮影を行って第一の画像データと第二の画像データを記録するものとしているが、第一の画像データのみを記録するモードと、第二の画像データのみを記録するモードとを設けておき、これらを選択できるようにしても良い。
【０１０４】
第一の画像データのみを記録するモードが設定されたときには、偏光素子１１ｂを透過する偏光の振動方向がＹ方向と一致するように偏光素子１１ｂを回転させた状態で事前撮影及び本撮影を行って撮影動作を終了し、第二の画像データのみを記録するモードが設定されたときには、偏光素子１１ｂを透過する偏光の振動方向がＸ方向と一致するように偏光素子１１ｂを回転させた状態で事前撮影及び本撮影を行って撮影動作を終了するようにすれば良い。
【０１０５】
（第四実施形態）
第三実施形態のデジタルカメラが、固体撮像素子１１ａに入射する偏光の振動方向を回転させるために、偏光素子１１ｂそのものを回転させているのに対し、本実施形態のデジタルカメラは、偏光素子１１ｂと固体撮像素子１１ａとの間に液晶素子を設け、この液晶素子に印加する電圧を制御して液晶の配向を制御することで、偏光素子１１ｂを透過して固体撮像素子１１ａに入射する偏光の振動方向を回転させるものとしている。
【０１０６】
図１５は、本発明の第四実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図である。図１５において図７と同様の構成には同一符号を付してある。図１６は、図１５に示す撮像部１１の部分拡大図である。
図１５に示す撮像部１１は、図７に示す撮像部１１に、固体撮像素子１１ａをＸＹ平面上で回転可能にする駆動機構１１iを追加し、偏光素子１１ｂと固体撮像素子１１ａとの間に液晶素子１１ｅを追加した構成となっている。駆動機構１１iは、駆動部１４により制御される。
【０１０７】
液晶素子１１ｅは、液晶層１１ｇと、これを挟む一対の電極１１ｆと、一対の電極１１ｆへの電源Ｄの接続と非接続を切り替えるスイッチＳとを備える。スイッチＳをＯＮにすると、偏光素子１１ｂを透過した偏光は、その振動方向が液晶層１１ｇで９０度回転されて出射される。スイッチＳをＯＦＦにすると、偏光素子１１ｂを透過した偏光は、その振動方向が液晶層１１ｇで回転されずにそのまま出射される。このように、液晶層１１ｇに印加する電圧を制御することで、固体撮像素子１１ａに入射する偏光の振動方向を回転させることができる。尚、ここでは、スイッチのオンオフだけで偏光の振動方向を２方向に制御しているが、電極１１ｆに印加する電圧を細かく制御することで、偏光の振動方向を細かく制御することも可能である。
【０１０８】
駆動機構１１iは、液晶素子１１ｅを透過した偏光の振動方向が、固体撮像素子１１ａの分光素子１の開口２の長手方向（図２のｘ方向）又は長手方向に直交する方向（図２のｙ方向）と一致するように、液晶素子１１ｅで回転された振動方向に応じて、固体撮像素子１１ａを回転させる。
【０１０９】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、偏光素子１１ｂを透過した偏光の振動方向を、液晶素子１１ｇで回転させてから固体撮像素子１１ａに入射させているため、駆動機構で偏光素子１１ｂそのものを回転させる場合と比べて、デジタルカメラの小型化、コストの削減を実現することができる。
【０１１０】
（第五実施形態）
図１７は、本発明の第五実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図である。図１７において図１５と同様の構成には同一符号を付してある。図１８は、図１７に示す撮像部１１に含まれる固体撮像素子１１ａ’の平面模式図である。
図１８に示すように、第五実施形態のデジタルカメラの撮像部１１に含まれる固体撮像素子１１ａ’は、図３に示した単位画素を２つ含む画素をＸ方向及びＹ方向に正方格子状に配置したものとなっている。固体撮像素子１１ａ’には、開口２の長手の方向をＸ方向に一致させた単位画素をＹ方向に２つ並べてなる第一の画素と、開口２の長手の方向をＹ方向に一致させた単位画素をＸ方向に２つ並べてなる第二の画素とが含まれ、これら第一の画素と第二の画素が市松状に配置された構成となっている。
【０１１１】
以上のように構成されたデジタルカメラの動作について説明する。
【０１１２】
＜第一の動作例＞
撮影準備指示がなされると、偏光の振動方向がＸ方向（又はＹ方向）と一致するように液晶素子１１ｅが制御される。そして、この状態で事前撮影が行われ、レリーズボタンが全押しされると本撮影が行われる。この本撮影によって固体撮像素子１１ａ’の第一の画素から得られた第一の撮像信号が内部メモリ２０に記録される。
【０１１３】
次に、偏光の振動方向がＹ方向（又はＸ方向）と一致するように液晶素子１１ｅが制御された後、本撮影が行われる。この本撮影によって固体撮像素子１１ａ’の第二の画素から得られた第二の撮像信号が内部メモリ２０に記録される。
【０１１４】
次に、デジタル信号処理部１６が、内部メモリ２０に記録された第一の撮像信号と第二の撮像信号を用いて画像データを生成する。生成された画像データは圧縮された後、記録メディア２２に記録される。第一の撮像信号は第一の画素からの信号であり、第二の撮像信号は第二の画素からの信号であるため、これらを併せることで、固体撮像素子１１ａ’の全画素から得られた撮像信号を再現することができ、固体撮像素子１１ａの画素数と同じ解像度の画像データを生成することができる。
【０１１５】
尚、ここでは第一の撮像信号と第二の撮像信号を用いて１つの画像データを生成するものとしたが、第一の撮像信号から１つの画像データを生成し、第二の撮像信号から１つの画像データを生成するといったことも可能である。
【０１１６】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、固体撮像素子１１ａ’を動かさなくても、半分の画素で縦偏光の強い被写体を撮影し、残り半分の画素で横偏光の強い被写体を撮影するといったことが可能となり、様々な被写体に対応した撮影が可能となる。又、第一の画素から得られた撮像信号と第二の画素から得られた撮像信号を用いて１つの画像データを生成することもできるため、被写体をより自然に近い形で撮影することができる。又、第一の画素で行う撮影と第二の画素で行う撮影とは、それぞれ、偏光の振動方向と分光素子１の開口２の長手の方向又はこれに直交する方向とが一致した状態で行われている。このため、これら２回の撮影時の分光素子１の分光特性が同じとなり、違和感のない画像を生成することが可能となる。
【０１１７】
＜第二の動作例＞
第一の動作例では、横偏光又は縦偏光に基づいて撮影条件を決定しているため、撮影条件の決定精度が低下する可能性がある。例えば、偏光素子１１ｂを透過した横偏光に基づいて撮影条件の決定がなされた場合、撮影しようとする被写体が実際には縦偏光の強いものである可能性もあり、このような場合には撮影条件の決定精度が低下してしまう。このような決定精度の低下を防ぐために、縦偏光による事前撮影で得た撮像信号と、横偏光による事前撮影で得た撮像信号とを用いて撮影条件を決定することが考えられる。しかし、高速処理が要求される撮影条件の決定において、事前撮影を２回も行うことは好ましくない。
【０１１８】
そこで、第二の動作例では、事前撮影時には、固体撮像素子１１ａ’に入射させる偏光の振動方向が、Ｘ方向からＹ方向に向かって４５度の方向となるように、液晶素子１１ｅを制御するものとしている。以下、動作について説明する。
【０１１９】
図１９は、第五実施形態のデジタルカメラの第二の動作例を説明するためのフローチャートである。
撮影準備指示がなされると、偏光の振動方向がＸ方向とＹ方向のそれぞれに対して４５度の方向となるように液晶素子１１ｅが制御される（ステップＳ３１）。そして、この状態で、事前撮影が行われて撮影条件が決定される（ステップＳ３２）。撮影条件が決定されると、偏光の振動方向がＸ方向（又はＹ方向）と一致するように、液晶素子１１ｅが制御される（ステップＳ３３）。そして、レリーズボタンが全押しされると、本撮影が行われる（ステップＳ３４）。この本撮影によって固体撮像素子１１ａ’の第一の画素から得られた第一の撮像信号が内部メモリ２０に記録される。
【０１２０】
次に、偏光の振動方向がＹ方向（又はＸ方向）と一致するように液晶素子１１ｅが制御され（ステップＳ３５）、その後、本撮影が行われる（ステップＳ３６）。この本撮影によって固体撮像素子１１ａ’の第二の画素から得られた第二の撮像信号が内部メモリ２０に記録される。
【０１２１】
次に、デジタル信号処理部１６が、内部メモリ２０に記録された第一の撮像信号と第二の撮像信号を用いて画像データを生成する。生成された画像データは圧縮された後、記録メディア２２に記録される。
【０１２２】
以上のように、第二の動作例によれば、縦偏光と横偏光の中間の偏光に基づいて撮影条件を決定するため、撮影条件の決定精度が極端に低下するのを防ぐことができる。
【０１２３】
尚、本実施形態においても、液晶素子１１ｅを制御する代わりに、偏光素子１１ｂを直接回転させて偏光を制御しても良い。
【０１２４】
又、本実施形態では、固体撮像素子１１ａ’の画素が２つの単位画素を含むものとしたが、この画素には単位画素が少なくとも１つ含まれていれば良い。
【０１２５】
（第六実施形態）
図２０は、本発明の第六実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図である。図２０において図１７と同様の構成には同一符号を付してある。
図２０に示す撮像部１１は、図１７に示す撮像部１１の液晶素子１１ｅを削除し、固体撮像素子１１ａ’を、第一の画素と第二の画素の配列ピッチ分だけＸ方向に移動可能とする駆動機構１１ｊを追加した構成となっている。駆動機構１１ｊは、駆動部１４により制御される。尚、偏光素子１１ｂを透過して固体撮像素子１１ａ’に入射される偏光は横偏光になっているものとする。
【０１２６】
以上のように構成されたデジタルカメラの動作について説明する。
撮影準備指示がなされると、事前撮影が行われ、レリーズボタンが全押しされると、本撮影が行われる。この本撮影によって固体撮像素子１１ａ’の第一の画素から得られた第一の撮像信号が内部メモリ２０に記録される。
【０１２７】
次に、駆動部１４の制御により、固体撮像素子１１ａ’が１画素ピッチ分Ｘ方向に移動される。移動が完了すると本撮影が行われ、この本撮影によって固体撮像素子１１ａ’の第二の画素から得られた第二の撮像信号が内部メモリ２０に記録される。
【０１２８】
次に、デジタル信号処理部１６が、内部メモリ２０に記録された第一の撮像信号から画像データを生成し、第二の撮像信号から画像データを生成する。生成された画像データは圧縮された後、記録メディア２２に記録される。
【０１２９】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、同じ被写体を、異なる分光特性で撮影することができる。
【０１３０】
（第七実施形態）
図２１は、本発明の第七実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図である。図２１において図７と同様の構成には同一符号を付してある。
図２１に示す撮像部１１は、偏光素子１１ｂとしてハーフミラー１１ｋを用いたものである。ハーフミラー１１ｋで入射光を所定角度（ブリュースター角）で反射させることで、その反射光により偏光を生成することができる。ハーフミラー１１ｋで反射した反射光の経路上に固体撮像素子１１ａが配置され、ハーフミラー１１ｋを透過した入射光はファインダー１１ｌに入射されるようになっている。
【０１３１】
このような構成にすることで、簡単な構成で固体撮像素子１１ａに偏光を入射させることができる。尚、ここではハーフミラー１１ｋを使用しているが、鏡等の光を反射する部材であれば何であっても良い。ハーフミラーとした場合には、入射光の全てを有効に利用することができるため好ましい。
【０１３２】
（第八実施形態）
図２２は、本発明の第八実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図である。図２２において図７と同様の構成には同一符号を付してある。
図２２に示す撮像部１１は、偏光素子１１ｂとして偏光ビームスプリッタ１１ｍを用い、偏光ビームスプリッタ１１ｍで分離された２つの偏光のそれぞれの光路上に、固体撮像素子１１ａと、固体撮像素子１１ａ’’を配置した構成となっている。
【０１３３】
偏光ビームスプリッタ１１ｍは、入射光を２つの偏光に分離するものであり、例えば、入射光を縦偏光６０と横偏光７０に分離して出射する。縦偏光６０の光路上には固体撮像素子１１ａ’’が配置され、横偏光７０の光路上には固体撮像素子１１ａが配置されている。
【０１３４】
固体撮像素子１１ａ’’は、図２２に示すＸ方向と図２に示すｙ方向とが一致し、図２２に示すＹ方向と図２に示すｘ方向とが一致するように、各単位画素をＸ及びＹ方向に二次元アレイ状に配置したもの（図２３）である。
【０１３５】
尚、図示はしないが、本実施形態のデジタルカメラは、図６に示したアナログ信号処理部１２とＡ／Ｄ変換部１３を、固体撮像素子１１ａと固体撮像素子１１ａ’’とに対応して別々に設けてあり、それぞれのＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換後の撮像信号が内部メモリ２０に記録されるようになっている。そして、デジタル信号処理部１６が、固体撮像素子１１ａで撮影して得られた撮像信号から画像データを生成し、固体撮像素子１１ａ’’で撮影して得られた撮像信号から画像データを生成し、これら２つの画像データを合成した画像データを、記録メディア２２に記録するようになっている。
【０１３６】
もちろん、２つの画像データを合成せずに、別々に記録メディア２２に記録する構成としても良い。又、２つの画像データの合成比率を操作部２３から指定できるようにし、指定された合成比率で２つの画像データを合成するようにしても良い。この場合、合成比率とその合成比率で合成したときの合成画像を表示部１８に表示させることで、表示される合成画像を見ながら最適な合成比率を指定することができるようになり、利便性が向上する。
【０１３７】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、縦偏光の被写体と横偏光の被写体のそれぞれを別々の固体撮像素子で撮影することができる。又、別々の固体撮像素子で撮影して得られた画像データを合成して１つの画像データを生成できるため、より自然に近い画像を得ることが可能となる。又、２つの固体撮像素子とも分光特性は同じとなるため、画像データの合成を行った場合でも違和感のない画像データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る固体撮像素子で用いる分光素子の斜視図
【図２】図１に示す分光素子の開口の説明図
【図３】図１に示す分光素子の１つの開口の下に設けるフォトダイオードの説明図
【図４】図３に示す単位画素を二次元アレイ状に配列した状態を示す斜視図
【図５】単位画素に含まれる各フォトダイオードの信号読出回路及び配線接続を例示する図
【図６】本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図
【図７】図６に示す撮像部の内部構成を示した図
【図８】図６に示す撮像部の変形例を示す図
【図９】本発明の第二実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図
【図１０】第二実施形態のデジタルカメラの第一の動作例を説明するためのフローチャート
【図１１】第二実施形態のデジタルカメラの第二の動作例を説明するためのフローチャート
【図１２】第二実施形態のデジタルカメラの第三の動作例を説明するためのフローチャート
【図１３】偏光素子の変形例を示す図
【図１４】本発明の第三実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図
【図１５】本発明の第四実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図
【図１６】図１５に示す撮像部の部分拡大図
【図１７】本発明の第五実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図
【図１８】図１７に示す撮像部に含まれる固体撮像素子の平面模式図
【図１９】第五実施形態のデジタルカメラの第二の動作例を説明するためのフローチャート
【図２０】本発明の第六実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図
【図２１】本発明の第七実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図
【図２２】本発明の第八実施形態のデジタルカメラの撮像部の内部構成を示す図
【図２３】図２２に示す撮像部の固体撮像素子１１ａ’’の平面模式図
【符号の説明】
【０１３９】
１  分光素子
２  台形状開口
２ａ  上辺
２ｂ  底辺
１１ａ  固体撮像素子
１１ｂ  偏光素子
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１３】
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