JP5113249B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態における撮像装置の全体構成を示している。図1に示される撮像装置は、撮像部100と、撮像部100からの信号を受信し映像信号を生成する映像信号処理部200とを備えている。以下、撮像部100と映像信号処理部200の構成と動作を説明する。
(式1) S2a=Gs+Bs
(式2) S2b=2Rs+Gs+Bs
(式3) S2c=Rs+Gs+2Bs
(式4) S2d=Rs+Gs
(式5) S2a=Ws−Rs
(式6) S2b=Ws+Rs
(式7) S2c=Ws+Bs
(式8) S2d=Ws−Bs
(式9) S2a+S2b=2Ws
(式10) S2b−S2a=2Rs
(式11) S2c+S2d=2Ws
(式12) S2c−S2d=2Bs
(式13) S2a=Ws−C1s
(式14) S2b=Ws+C1s
(式15) S2c=Ws+C2s
(式16) S2d=Ws−C2s
式14から式13を減じることにより2C1sが得られ、式15から式16を減じることにより2C2sが得られる。また、式13に式14を加えることにより、2Wsが得られる。さらに2Wsから2C1sおよび2C2sを減じることにより、2C3sも得られる。以上のように、C1、C2、C3の3色の情報を光損失なく得ることができる。
(式17) S2a=C1~s+C2~s
(式18) S2b=C1s+C2s
ここで、C1~s=C2s+C3s、C2~s=C1s+C3sであることから、式17、18はそれぞれ以下の式19、20のように表現できる。
(式19) S2a=Ws+C3s
(式20) S2b=Ws−C3s
次に第2の実施形態について、図6(a)、(b)を用いて説明する。図6(a)は本発明の実施形態2の撮像装置における撮像素子のダイクロイックミラーおよび光感知セルの基本配置を示す平面図である。図6(b)は図(a)におけるCC´断面図である。
(式21) S2a=Gs
(式22) S4a=Bs+Gs/2+Bs
(式23) S4b=Rs+Gs/2+Rs
次に第3の実施形態について、図7(a)、(b)を参照しながら説明する。通常のカメラでは赤外カットフィルタを利用して可視光を受ける。逆に赤外線カメラでは赤外線を透過させるフィルタを利用して赤外線を受ける。本実施形態の撮像装置によれば、赤外カットフィルタを用いずに可視光および赤外線の両方を撮像面が受けるカメラを実現できる。本実施形態では、赤外線を反射し、可視光を透過させるミラーを利用する。それ故、本実施形態は、撮像素子のカラー化に係わるものではないが、本質的には本発明の原理を利用したものである。図7(a)は、本実施形態の撮像素子の基本構成を示す平面図である。図7(b)は図7(a)のAA´断面図である。本実施形態の撮像装置は、ダイクロイックミラーに変えて、赤外線を反射し可視光を透過させるミラーを用いている点が実施形態1と異なる。
(式24) S2e=IR~s
(式25) S2f=IR~s+2IRs
次に第4の実施形態について、図8(a)〜(c)および図9を参照しながら説明する。本実施形態の撮像装置は、ダイクロイックミラーを用いるのではなく、特定の偏光成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過させる偏光ミラーを用いる点が実施形態1と異なる。通常、偏光画像を得るには、入射光をP波偏光板とS波偏光板とを用いて分割撮像する。すなわち2つのカメラが必要である。本実施形態の撮像装置によれば、撮像素子の中に0度偏光を透過させる偏光ミラーと45度偏光を透過させる偏光ミラーとを用いることにより、1つのカメラで偏光画像を得ることができる。
(式26) S2a=P0s
(式27) S2b=P0s+2P90s
(式28) S2c=P45s+2P135s
(式29) S2d=P45s
ここで、0度偏光の光電変換信号をP0s、45度偏光の光電変換信号をP45s、90度偏光の光電変換信号をP90s、135度偏光の光電変換信号をP135sとしている。また、直接光の信号を式27においては(P0s+P90s)で表し、式28においては(P45s+P135s)と表している。
1e 赤外線反射ミラー
2a、2b、2c、2d、2e、2f 撮像素子の光感知セル
3 透光性部材
4a、4b 光電変換部
5a、5d 偏光ミラー
11 マイクロレンズ
12 インナーレンズ
13 赤(R)以外を反射するダイクロイックミラー
14 緑(G)のみを反射するダイクロイックミラー
15 青(B)のみを反射するダイクロイックミラー
21 2管式カラーカメラの光学プリズム
22 従来の3板式カラーカメラの光学プリズム
23、24、25 光感知セル
31 透光性の樹脂
32 G光透過のダイクロイックミラー
33 R光透過のダイクロイックミラー
34 G光透過の有機色素フィルタ
35 R光透過の有機色素フィルタ
36 マイクロレンズ
37 金属層
100 撮像部
101 光学レンズ
102 光学板
103 撮像素子
103a 撮像面
104 信号発生及び画素信号受信部
200 映像信号処理部
201 メモリ
202 ビデオ信号生成部
203 ビデオインターフェース部
Claims (23)
- 撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面に像を形成する光学系と、
前記撮像素子から出力される電気信号を処理する映像信号処理部と、
を備える撮像装置であって、
前記撮像素子は、
前記撮像面上に配列された複数の単位要素を備え、
前記複数の単位要素の各々は、
第1の光感知セルと、
第2の光感知セルと、
前記第1の光感知セルおよび前記第2の光感知セルの上部に設けられた透光性部材と、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第1の光感知セルに対応して配置された第1のミラーと、
を有し、
前記第1のミラーは、前記第1のミラーに入射した光に含まれる第1波長域の光線を反射し、前記第1のミラーに入射した光に含まれる第1波長域以外の光線を透過させ、
前記第1のミラーで反射された前記第1波長域の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第2の光感知セルに入射し、
前記第1のミラーを透過した前記第1波長域以外の光線は、前記第1の光感知セルに入射し、
前記第1の光感知セルは、前記第1のミラーを透過した前記第1波長域以外の光線を受け、受けた光線の量に応じた第1の画素信号を出力し、
前記第2の光感知セルは、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記第1波長域の光線と、前記第1のミラーを介さずに前記第2の光感知セルに入射する光線とを受け、受けた光線の量に応じた第2の画素信号を出力し、
前記映像信号処理部は、前記第1の画素信号と前記第2の画素信号との間の差分演算を含む処理によって、前記複数の単位要素の各々に入射した光線のうち、前記第1波長域の光線の量に関する情報を出力する、撮像装置。 - 前記複数の単位要素の各々に含まれる透光性部材は、前記撮像面上に設けられた透明層の一部である、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記透光性部材は前記境界面で空気と接している、請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記第2の光感知セルは前記第1の光感知セルに隣接している、請求項1から3のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第1のミラーで反射された前記第1波長域の光線は、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で全反射される、請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記複数の単位要素のうち、前記撮像面の中心に位置する単位要素に含まれる前記第1のミラーの形状および前記第1の光感知セルに対する相対位置の少なくとも一方は、前記複数の単位要素のうち、前記撮像面の周辺に位置する単位要素に含まれる前記第1のミラーの形状および前記第1の光感知セルに対する相対位置の少なくとも一方と異なっている、請求項1から5のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第1波長域は、赤外線の波長域に相当する、請求項1から6のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記複数の単位要素の各々は、
第3の光感知セルと、
第4の光感知セルと、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第4の光感知セルに対応して配置された第2のミラーと、
をさらに有し、
前記第2のミラーは、前記第2のミラーに入射した光に含まれる第2波長域の光線を反射し、前記第2のミラーに入射した光に含まれる第2波長域以外の光線を透過させ、
前記第2のミラーで反射された前記第2波長域の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第3の光感知セルに入射し、
前記第2のミラーを透過した前記第2波長域以外の光線は、前記第4の光感知セルに入射し、
前記第3の光感知セルは、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記第2波長域の光線と、前記第1のミラーおよび第2のミラーのいずれをも介さずに前記第3の光感知セルに入射する光線とを受け、受けた光線の量に応じた第3の画素信号を出力し、
前記第4の光感知セルは、前記第2のミラーを透過した前記第2波長域以外の光線を受け、受けた光線の量に応じた第4の画素信号を出力し、
前記映像信号処理部は、前記第3の画素信号と前記第4の画素信号との間の差分演算を含む処理によって前記複数の単位要素が受けた光線のうち、少なくとも前記第2波長域の光線の量に関する情報を出力する、請求項1から6のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記第4の光感知セルは前記第3の光感知セルに隣接している、請求項8に記載の撮像装置。
- 前記第3の光感知セルは前記第1の光感知セルに隣接して配置され、
前記第4の光感知セルは前記第2の光感知セルに隣接して配置されている、請求項9に記載の撮像装置。 - 前記第1の光感知セル、前記第2の光感知セル、前記第3の光感知セル、および前記第4の光感知セルは、1次元状に並んで配置されている、請求項8に記載の撮像装置。
- 前記第1波長域は赤色の波長域に相当し、前記第2波長域は青色の波長域に相当する、
請求項8から11のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記第1の光感知セル、前記第2の光感知セル、前記第3の光感知セル、前記第4の光感知セルのすべてが少なくとも緑色の波長域の光線を受けるように、前記第1のミラーと前記第2のミラーとが配置されている、請求項8から12のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第2の光感知セルは、第1の光電変換部と第2の光電変換部とを有し、
前記第1の光電変換部は、前記第1の光電変換部が受けた光線の量に応じた第3の画素信号を生成し、
前記第2の光電変換部は、前記第2の光電変換部が受けた光線の量に応じた第4の画素信号を生成する、請求項1から6のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記第1波長域は赤色の波長域および青色の波長域に相当し、
前記第1の光電変換部は、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記赤色の波長域および青色の波長域の光線と、前記第1のミラーを介さずに前記第2の光感知セルに入射する光線のうち、少なくとも青色の波長域の光線を受け、前記第3の画素信号を生成し、
前記第2の光電変換部は、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記赤色の波長域および青色の波長域の光線と、前記ミラーを介さずに前記第2の光感知セルに入射する光線のうち、少なくとも赤色の波長域の光線を受け、前記第4の画素信号を生成し、
前記映像信号処理部は、前記第3の画素信号および前記第4の画素信号を用いた差分演算を含む処理により色情報を出力する、請求項14に記載の撮像装置。 - 前記第1の光電変換部は、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記赤色の波長域および青色の波長域の光線と、前記第1ミラーを介さずに前記第2の光感知セルに入射する光線のうち、緑色の波長域の光線の2分の1と青色の波長域の光線とを受け、前記第3の画素信号を出力し、
前記第2の光電変換部は、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された赤色および青色の波長域の光線と、前記ミラーを介さずに前記第2の光感知セルに入射する光線のうち、緑色の波長域の光線の2分の1と赤色の波長域の光線とを受け、前記第4の画素信号を出力する、請求項15に記載の撮像装置。 - 撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面に像を形成する光学系と、
前記撮像素子から出力される電気信号を処理する映像信号処理部と、
を備える撮像装置であって、
前記撮像素子は、
第1の方向に配列された複数の単位要素を備え、
前記複数の単位要素の各々は、
第1の光感知セルと、
第2の光感知セルと、
前記第1の光感知セルおよび前記第2の光感知セルの上部に設けられた透光性部材と、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第1の光感知セルに対応して配置された第1のミラーと、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第2の光感知セルに対応して配置された第2のミラーと、
を有し、
前記第1の光感知セルおよび前記第2の光感知セルは、前記第1の方向に平行な方向に沿って配置され、
前記第1のミラーは、前記第1のミラーに入射した光に含まれる第1波長域の光線を反射し、前記第1のミラーに入射した光に含まれる第1波長域以外の光線を透過させ、
前記第2のミラーは、前記第2のミラーに入射した光に含まれる第2波長域の光線を透過し、前記第2のミラーに入射した光に含まれる第2波長域以外の光線を反射させ、
前記第1のミラーで反射された前記第1波長域の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第2の光感知セルに入射し、
前記第1のミラーを透過した前記第1波長域以外の光線は、前記第1の光感知セルに入射し、
前記第2のミラーで反射された前記第2波長域以外の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、隣接する単位要素の前記第1の光感知セルに入射し、
前記第2のミラーを透過した前記第2波長域の光線は、前記第2の光感知セルに入射し、
前記第1の光感知セルは、前記第1のミラーを透過した前記第1波長域以外の光線と、隣接する前記第2のミラーで反射され前記境界面で反射された前記第2波長域以外の光線とを受け、受けた光線の量に応じた第1の画素信号を出力し、
前記第2の光感知セルは、前記第2のミラーを透過した前記第2波長域の光線と、前記第1のミラーで反射され前記境界面で反射された前記第1波長域の光線とを受け、受けた光線の量に応じた第2の画素信号を出力し、
前記映像信号処理部は、前記第1の画素信号と前記第2の画素信号との間の差分演算を含む処理によって色情報を出力する、撮像装置。 - 前記複数の単位要素の各々は、
第3の光感知セルと、
第4の光感知セルと、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第3の光感知セルに対応して配置された第3のミラーと、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第4の光感知セルに対応して配置された第4のミラーと、
をさらに有し、
前記第3の光感知セルおよび前記第4の光感知セルは、前記第1の方向に平行な方向に沿って配置され、
前記第3のミラーは、前記第3のミラーに入射した光に含まれる第3波長域の光線を反射し、前記第3のミラーに入射した光に含まれる第3波長域以外の光線を透過させ、
前記第4のミラーは、前記第4のミラーに入射した光に含まれる第4波長域の光線を透過し、前記第4のミラーに入射した光に含まれる第4波長域以外の光線を反射させ、
前記第3のミラーで反射された前記第3波長域の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第4の光感知セルに入射し、
前記第3のミラーを透過した前記第3波長域以外の光線は、前記第3の光感知セルに入射し、
前記第4のミラーで反射された前記第4波長域以外の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、隣接する単位要素の前記第3の光感知セルに入射し、
前記第4のミラーを透過した前記第4波長域の光線は、前記第4の光感知セルに入射し、
前記第3の光感知セルは、前記第3のミラーを透過した前記第3波長域以外の光線と、隣接する前記第4のミラーおよび前記境界面で反射された前記第4波長域以外の光線とを受け、受けた光線の量に応じた第3の画素信号を出力し、
前記第4の光感知セルは、前記第4のミラーを透過した前記第4波長域の光線と、前記第3のミラーおよび前記境界面で反射された前記第3波長域の光線とを受け、受けた光線の量に応じた第4の画素信号を出力し、
前記映像信号処理部は、前記第3の画素信号と前記第4の画素信号との間の差分演算を含む処理によって前記色情報とは異なる色情報を出力する、請求項17に記載の撮像装置。 - 撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面に像を形成する光学系と、
前記撮像素子から出力される電気信号を処理する映像信号処理部と、
を備える撮像装置であって、
前記撮像素子は、
2次元状に配列された複数の単位要素を備え、
前記複数の単位要素の各々は、
第1の光感知セルと、
第2の光感知セルと、
前記第1の光感知セルおよび前記第2の光感知セルの上部に設けられた透光性部材と、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第1の光感知セルに対応して配置された第1の偏光ミラーと、
を有し、
前記第1の偏光ミラーは、前記第1の偏光ミラーに入射した光のうち、第1の偏光成分を透過させ、前記第1の偏光成分に直交する第2の偏光成分を反射し、
前記第1の偏光ミラーを透過した前記第1の偏光成分は、前記第1の光感知セルに入射し、
前記第1の偏光ミラーで反射された前記第2の偏光成分は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第2の光感知セルに入射し、
前記第1の光感知セルは、前記第1の偏光ミラーを透過した前記第1の偏光成分の光線を受け、受けた光線の量に応じた第1の画素信号を出力し、
前記第2の光感知セルは、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記第2の偏光成分の光線と、前記第1の偏光ミラーを介さずに前記第2の光感知セルに入射する光線とを受け、受けた光線の量に応じた第2の画素信号を出力し、
前記映像信号処理部は、前記第1の画素信号と前記第2の画素信号との間の差分演算を含む処理によって偏光情報を出力する、撮像装置。 - 前記複数の単位要素の各々は、
第3の光感知セルと、
第4の光感知セルと、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第4の光感知セルに対応して配置された第2の偏光ミラーと、
をさらに有し、
前記第2の偏光ミラーは、前記第2の偏光ミラーに入射した光のうち、前記第1の偏光成分に対して45度の角度をなす第3の偏光成分を透過させ、前記第3の偏光成分に直交する第4の偏光成分を反射し、
前記第2の偏光ミラーを透過した前記第3の偏光成分は、前記第4の光感知セルに入射し、
前記第2の偏光ミラーで反射された前記第4の偏光成分は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第3の光感知セルに入射し、
前記第4の光感知セルは、前記第2の偏光ミラーを透過した前記第3の偏光成分の光線を受け、受けた光線の量に応じた第4の画素信号を出力し、
前記第3の光感知セルは、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記第4の偏光成分の光線と、前記第1の偏光ミラーおよび前記第2の偏光ミラーのいずれをも介さずに前記第3の光感知セルに入射する光線とを受け、受けた光線の量に応じた第3の画素信号を出力し、
前記映像信号処理部は、前記第3の画素信号と前記第4の画素信号との間の差分演算を含む処理によって前記偏光情報とは異なる偏光情報を出力する、請求項19に記載の撮像装置。 - 2次元状に配列された複数の単位要素を備える撮像素子であって、
前記複数の単位要素の各々は、
第1の光感知セルと、
第2の光感知セルと、
前記第1の光感知セルおよび前記第2の光感知セルの上部に設けられた透光性部材と、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第1の光感知セルに対応して配置された第1のミラーと、
を有し、
前記第1のミラーは、前記第1のミラーに入射した光に含まれる第1波長域の光線を反射し、前記第1のミラーに入射した光に含まれる第1波長域以外の光線を透過させ、
前記第1のミラーで反射された前記第1波長域の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第2の光感知セルに入射し、
前記第1のミラーを透過した前記第1波長域以外の光線は、前記第1の光感知セルに入射し、
前記第1の光感知セルは、前記第1のミラーを透過した前記第1波長域以外の光線を受け、受けた光線の量に応じた第1の画素信号を出力し、
前記第2の光感知セルは、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記第1波長域の光線と、前記第1のミラーを介さずに前記第2の光感知セルに入射する光線とを受け、受けた光線の量に応じた第2の画素信号を出力する、撮像素子。 - 第1の方向に配列された複数の単位要素を備える撮像素子であって、
前記複数の単位要素の各々は、
第1の光感知セルと、
第2の光感知セルと、
前記第1の光感知セルおよび前記第2の光感知セルの上部に設けられた透光性部材と、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第1の光感知セルに対応して配置された第1のミラーと、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第2の光感知セルに対応して配置された第2のミラーと、
を有し、
前記第1の光感知セルおよび前記第2の光感知セルは、前記第1の方向に平行な方向に沿って配置され、
前記第1のミラーは、前記第1のミラーに入射した光に含まれる第1波長域の光線を反射し、前記第1のミラーに入射した光に含まれる第1波長域以外の光線を透過させ、
前記第2のミラーは、前記第2のミラーに入射した光に含まれる第2波長域の光線を透過し、前記第2のミラーに入射した光に含まれる第2波長域以外の光線を反射させ、
前記第1のミラーで反射された前記第1波長域の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第2の光感知セルに入射し、
前記第1のミラーを透過した前記第1波長域以外の光線は、前記第1の光感知セルに入射し、
前記第2のミラーで反射された前記第2波長域以外の光線は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、隣接する単位要素の前記第1の光感知セルに入射し、
前記第2のミラーを透過した前記第2波長域の光線は、前記第2の光感知セルに入射し、
前記第1の光感知セルは、前記第1のミラーを透過した前記第1波長域以外の光線と、隣接する前記第2のミラーで反射され前記境界面で反射された前記第2波長域以外の光線とを受け、受けた光線の量に応じた第1の画素信号を出力し、
前記第2の光感知セルは、前記第2のミラーを透過した前記第2波長域の光線と、前記第1のミラーで反射され前記境界面で反射された前記第1波長域の光線とを受け、受けた光線の量に応じた第2の画素信号を出力する、撮像素子。 - 2次元状に配列された複数の単位要素を備える撮像素子であって、
前記複数の単位要素の各々は、
第1の光感知セルと、
第2の光感知セルと、
前記第1の光感知セルおよび前記第2の光感知セルの上部に設けられた透光性部材と、
前記透光性部材の内部に設けられ、前記第1の光感知セルに対応して配置された第1の偏光ミラーと、
を有し、
前記第1の偏光ミラーは、前記第1の偏光ミラーに入射した光のうち、第1の偏光成分を透過させ、前記第1の偏光成分に直交する第2の偏光成分を反射し、
前記第1の偏光ミラーを透過した前記第1の偏光成分は、前記第1の光感知セルに入射し、
前記第1の偏光ミラーで反射された前記第2の偏光成分は、前記透光性部材と他の部材との境界面で反射され、前記第2の光感知セルに入射し、
前記第1の光感知セルは、前記第1の偏光ミラーを透過した前記第1の偏光成分の光線を受け、受けた光線の量に応じた第1の画素信号を出力し、
前記第2の光感知セルは、前記透光性部材と前記他の部材との境界面で反射された前記第2の偏光成分の光線と、前記第1の偏光ミラーを介さずに前記第2の光感知セルに入射する光線とを受け、受けた光線の量に応じた第2の画素信号を出力する、撮像素子。
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