JP7364066B2 - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
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Description
[撮像装置]
まず、本発明の実施の形態に係る撮像装置について説明する。図1は、実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示した側面図である。
続いて、実施の形態に係る撮像素子12の概略を説明する。実施の形態に係る撮像素子12は、光電変換素子を含む画素が2次元アレイ状に複数配列された画素アレイと、偏光波長分離レンズ(分光素子)が2次元状に複数配列された偏光波長分離レンズアレイ(分光素子アレイ)とを有する。図2-1~図2-3は、実施の形態に係る撮像素子の画素アレイ及び偏光波長分離アレイの断面の一部を模式的に示す図である。図2-1~図2-3では、撮像素子12の一部を、撮像素子100として説明する。
このように、撮像素子100は、偏光波長分離レンズ160及び偏光波長分離レンズ160に対応した複数の画素が、2次元状に配置されているため、レンズ光学系11により形成される物体1の光学像の偏光情報及び色情報を同時に取得することができる。また、偏光波長分離レンズ160が分離する第1の偏光方向及び第2の偏光方向を偏光波長分離レンズ160毎に任意に設定することで、様々な偏光方向成分の情報を画素アレイ110上で一度に取得できる。
以下、実施の形態1に係る撮像素子の構成の概略について説明する。
図4は、実施の形態1に係る撮像素子の一部の概略構成の平面図である。図5-1~図5-3は、図4のA-A´線断面図である。図6-1~図6-3は、図4のB-B´線断面図である。
次に、実施の形態1における第1の偏光波長分離レンズ160-1及び第2の偏光波長分離レンズ160-2について説明する。
以下、より具体的な一例として、本実施の形態1における撮像素子200の各画素130の受光特性の計算結果について示す。
次に、本実施の形態1における色情報抽出を実現する信号処理について説明する。図22または図23に示したように、各画素ユニット140L-1,140R-1,140L-2,140R-2を構成する各画素が受光する光の波長成分は画素毎に異なる。この場合、行列演算や逆問題解法などを活用することで、色情報を精度よく抽出できることが知られている(詳細は、非特許文献3を参照)。
このように、本実施の形態1に係る撮像素子200は、撮像対象からの光束をその偏光方向及び波長成分に応じて、画素アレイ110上の異なる位置に集光させることが可能であり、各画素からの光電変換信号を用いることによって、1度の撮像でカラー画像及び偏光画像を生成することが可能である。
次に、実施の形態2について説明する。図24は、実施の形態2に係る撮像素子の画素アレイ及び偏光波長分離レンズアレイの断面の一部を模式的に示す図である。
このように、実施の形態2に係る撮像素子300は、実施の形態1で説明した機能と同様の機能を実現でき、かつ、以下の2つの新たな効果が得られる。
10 撮像装置
11 レンズ光学系
12,100,100A,200,300,300A 撮像素子
13 信号処理部
110 画素アレイ
120,120A,120-1,120-2 偏光波長分離レンズアレイ
130 画素
140,140L,140R,140L-1,140R-1,140L-2,140R-2 画素ユニット
150,150A 透明層
160 偏光波長分離レンズ
160-1 第1の偏光波長分離レンズ
160-2 第2の偏光波長分離レンズ
161 柱状構造
170 透明基板
180 配線層
200-1 第1の偏光ユニット
200-2 第2の偏光ユニット
310 偏光フィルタ
Claims (5)
- 光電変換素子を含む画素が2次元アレイ状に複数配列された画素アレイと、
前記画素アレイと対向して配置され、入射光を該入射光の偏光方向及び波長成分に応じて前記画素アレイ上の異なる位置に集光する複数の微細構造体からなる分光素子が2次元アレイ状に配列された分光素子アレイと、
前記画素アレイ上に形成された透明層と、
を有し、
前記複数の微細構造体は、前記透明層の内部または上部に、前記透明層の屈折率よりも高い屈折率を有する材料を基に形成され、
前記複数の微細構造体は、前記画素アレイの画素配列面に対する垂直方向の長さが等しく、前記画素アレイの画素配列面との平行面上の大きさが異なり、かつ、前記入射光の波長よりも短い間隔で配置され、
各微細構造体の平行面上の大きさは、該微細構造体を透過した光に対して、偏光方向毎に異なる位相遅延量を与える大きさに設定されることを特徴とする撮像素子。 - 前記画素アレイは、1つの前記分光素子に対応させて、前記画素アレイの一方向に連続して配置された3つの前記画素を有する第1の画素ユニットと、前記画素アレイの一方向に連続して配置された3つの前記画素を有する第2の画素ユニットとを有し、
前記分光素子は、前記入射光を、第1の偏光方向と、前記第1の偏光方向と異なる偏光方向である第2の偏光方向とに分離し、
前記第1の画素ユニットは、前記分光素子に入射した光のうち前記第1の偏光方向の偏光成分が集光する位置に配置され、
前記第2の画素ユニットは、前記分光素子に入射した光のうち前記第2の偏光方向の偏光成分が集光する位置に配置され、
各画素ユニットの各画素は、集光位置の波長依存性に応じて、配置位置及び受光面積が設定される
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 - 前記第1の画素ユニット及び前記第2の画素ユニットは、中央の画素の受光面積が、他の画素の受光面積よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。
- 前記画素アレイと前記分光素子アレイとの間に設けられ、直下に位置する前記第1の画素ユニットまたは前記第2の画素ユニットが対応する偏光方向と偏光透過軸とを一致させた偏光フィルタをさらに有することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像素子。
- 請求項1~4のいずれか一つに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面に光学像を形成するための撮像光学系と、
前記撮像素子が出力する電気信号を処理し、偏光画像及びカラー画像を生成する信号処理部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
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