CN104012076B - 成像设备和电子信息仪器 - Google Patents

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Abstract

使用于从立体图像校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要。本发明具有在其上用于对来自被摄物的图像光进行光电变换和成像的多个光接收部被布置成矩阵图案的固态成像元件2以及在固态成像元件2的成像表面上具有单个焦点的透镜装置3。本发明被配置为在固态成像元件2的每个预定的成像区域的多个成像区域中将来自被摄物的进入透镜装置3的不同位置的每个图像光同时或按时间顺序曝光和成像为多个图像。

Description

成像设备和电子信息仪器
技术领域
本发明涉及一种立体视觉的成像设备，其包括能够实现对多个图像（诸如，立体视觉的立体图像）的成像的立体成像设备，并且本发明涉及一种在成像部中使用所述成像设备作为图像输入设备的电子信息仪器，诸如数字静物照相机（数字照相机）（诸如数字摄像机、紧凑型数字照相机、无反射镜单镜头照相机、以及数字单镜头反射式照相机）、图像输入摄像机、扫描仪、传真设备、装备有照相机的移动电话设备以及智能电话、自行式真空吸尘器的传感器以及空调单元的人体检测传感器。
背景技术
传统的立体成像设备通过像人的眼睛中那样在左侧和右侧放置两个照相机来捕获图像，即，通过在左侧和右侧的两个照相机来捕获左侧和右侧图像以获得左侧和右侧图像数据。按照每个帧、每一行等合成左侧和右侧图像数据来获得立体视觉的图像数据。
图16是示出了传统的立体成像设备的主要部分的配置的一个示例的示意图。
在图16中，传统的立体成像设备100配备有在左侧和右侧的两个透镜装置101和102、通过透镜装置101来采集光的固态成像元件103以及通过透镜装置102来采集光的固态成像元件104。通过透镜装置101和102在固态成像元件103和104的每个成像表面中形成焦点，并且，通过固态成像元件103和104对在左侧和右侧的图像光单独地进行成像。透镜装置101和102被表现为单个简化的凸透镜。虽然透镜装置可以是单个凸透镜，但是透镜装置通常由多个透镜的组合构成。
例如，非专利文献1中所描述的在2011年上市销售的夏普智能电话SH-12C构成装备有在左侧和右侧的两个独立的照相机的立体成像设备。智能电话能够通过在视差屏障3D显示器上显示利用在左侧和右侧的两个独立的照相机同时捕获的立体图像来表现三维性。
在上述的传统的立体成像设备中，由于两个照相机独立，所以存在不能正确地固定左侧和右侧图像的位置关系的问题。如果不能正确地固定左侧和右侧图像的位置关系，则不能获得正确的三维图像，因为不能正确地获得到被摄物（subject）的距离。在这点上，例如，在专利文献1中，已经提出了用于从立体图像校正倾斜和位置偏离的装置。通过修整来进行校正，使得没有视差的一部分将在左侧和右侧图像中处于相同的位置。
此外，作为不需要这样的校正的装置，已经提出了如在专利文献2中的用于以单个照相机进行立体捕获的装置。在专利文献2中，成像区域主要被划分为两个区域，并且，设置用于接收具有彼此不同的指向性的光的像素来获得具有不同视差的图像。
通过使用图17来更加详细地说明专利文献2。
图17是详细地示出了在专利文献2中公开的传统的成像部的配置的一个示例的横截面视图。
在图17中，在距离测量设备中利用传统的成像部100。来自透镜101的入射光L1被分束器（beam splitter）102分解为具有相等的入射角属性的两个光束L11和L12。分别利用针对右眼和左眼的成像元件103R和103L来对两个光束L11和L12进行成像。
在成像元件103R和103L中，具有最大灵敏度的入射角的方向被设定为与在成像表面的正前方的方向偏离的方向，并且，该偏离的方向被设定在不同的方向上。根据以上设定，成像元件103R和103L中的每一个被设定成具有有着与在成像表面的正前方的方向偏离的特性的指向性以形成不同的指向性属性。成像部100通过成像元件103R和103L输出成像结果作为用于右眼和左眼的成像信号SR和SL。
根据以上，来自光学系统的入射光被分离为具有相等的入射角特性的两个光束，然后分别通过用于右眼和左眼的成像元件103R和103L对每个光束进行成像，以获得具有视差的用于右眼和左眼的成像结果。因此，在那种程度上，与利用光学系统生成具有视差的两个光束的情况相比，除了具有减小的尺寸，还简化了光学系统的配置。
用于右眼和左眼的成像元件103R和103L例如是CCD固态成像元件。通过在半导体基板104上形成矩阵图案的光敏元件105和用于依次地转移和输出被光敏元件105积累的电荷的寄存器并且在表面上形成滤色器和芯片上的微型透镜106，来制作成像元件。通过芯片上的微型透镜106利用入射光瞳（incident pupil）的设定来设定成像元件103R和103L，使得具有最大灵敏度的入射角的方向是与在成像表面的正前方的方向偏离的方向。
具体地，制作用于右眼的成像元件103R，以便使芯片上的微型透镜106在横向方向上相对于光敏元件105偏离仅预定的间隔TR。此外，制作用于左眼的成像元件103L，以便使芯片上的微型透镜106在与针对成像元件103R的方向相反的方向上相对于光敏元件105偏离仅预定的间隔TR。
根据以上，用于右眼和左眼的成像元件103R和103L分别选择性地允许从通过分束器102分离的两个光束L11和L12进入和接收来自与右眼和左眼相关的到来方向的光，以输出具有视差的用于右眼和左眼的图像结果。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利No. 4225768
专利文献2：日本特开公开No. 2006–165601
非专利文献
非专利文献1：SH–12C产品目录 http://www.sharp.co.jp/products/sh12c/index.html。
发明内容
技术问题
由于在专利文献1和非专利文献1中所公开的上述的传统的立体成像设备中，在左侧和右侧的两个照相机是独立的，所以当固定在左侧和右侧的两个照相机时正确地固定照相机是不可能的。因此，需要用于从立体图像校正倾斜和位置偏离的装置。除非在水平地对准两个照相机的同时捕获图像，否则不能获得有效的立体图像。
在专利文献2中所公开的上述的传统的立体成像设备100中，用分束器102划分入射光以将入射光分配给在具有指向性的位置处提供的用于右眼和左眼的成像元件103R和103L。当不能正确地固定分束器102和用于右眼和左眼的两个成像元件103R和103L时，需要用于从立体图像校正倾斜和位置偏离的装置。
本发明解决上述的传统的问题。本发明的目的在于提供一种能使用于从三维图像（诸如立体图像）校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要的成像设备以及在成像部中使用所述成像设备作为图像输入设备的电子信息仪器（诸如装备有照相机的移动电话设备）。
问题的解决方案
提供了一种根据本发明的成像设备，所述成像设备具有透镜装置，所述透镜装置在成像表面上具有单个焦点，其中，所述成像设备被配置为：具有固态成像元件，在所述固态成像元件上在成像表面中多个像素被布置成矩阵图案，在所述像素上具有配备有单个开口部的遮光层以及多个光接收区域用于在分别不同的方向上分离和接收已经经过了所述开口部的倾斜光，针对像素中的每一个，将来自被摄物的已经进入成像表面的光分离成具有不同指向性的多个光，并且，对所述光进行光电变换，以及将所述光同时成像为多个图像，由此实现上述的目的。
优选的是，在根据本发明的成像设备中，在针对固态成像元件的像素中的每一个像素提供的多个光接收区域中对多个被分离的图像光进行成像。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，通过固态成像元件来接收光，作为已经进入透镜装置的右侧的右侧图像和已经进入透镜装置的左侧的左侧图像以便进行立体成像。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中的纵向方向上在透镜装置的中心部处呈带状地提供遮光构件，并且，通过所述遮光构件将透镜装置划分成右侧区域和左侧区域。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中在透镜装置的上部边缘区域和下部边缘区域中提供遮光构件，并且，透镜装置的光经过区域是从顶部边缘和底部边缘变窄的横向中心区域。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中的固态成像元件中，像素配备有遮光层，所述遮光层配备有单个开口部，并且，所述像素配备有用于接收已经经过了遮光层的开口部的倾斜光的光接收区域。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在固态成像设备中在所述像素中在遮光层上方针对像素中的每一个提供具有预定的颜色布置的滤色器。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在固态成像元件中在所述像素中在遮光层或滤色器上方提供反射防止膜。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在固态成像元件中的针对像素中的每一个像素的多个光接收区域由用于接收已经经过了在纵向方向或横向方向上的开口部的倾斜光的左右或上下两个成像区域构成。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在固态成像元件中的针对像素中的每一个像素的在纵向方向或横向方向上的开口部是在纵向方向或横向方向上长的狭缝形状或矩形形状的开口部，并且，通过所述开口部在纵向方向或横向方向上具有指向性的方向上提供左右或上下两个成像区域。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，针对像素中的每一个，在平面图中，固态成像设备在遮光层的开口部周围配备有多个光接收区域。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中，遮光层的开口部的形状是十字形状，并且，针对像素中的每一个，固态成像元件配备有四个四边形的四个光接收区域，其边为纵向边和横向边中的每一个的1/2，其中，十字形状将光接收区域划分为四个。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状被形成为四边形形状，其中，针对像素中的每一个，固态成像元件配备有四个四边形的四个光接收区域，其邻接于由在中心的四边形形状的两条邻接的纵向边和横向边形成的每个角部，其中，两条邻接的边平行于四个光接收区域的边。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状被形成为多边形形状，并且，针对像素中的每一个，固态成像元件以与在中心的多边形形状的开口部的所有边的数量相同的数量配备有梯形的光接收区域，使得顶边平行于且邻接于在中心的具有多边形形状的开口部的所有边，并且，越远离中心多边形形状，面积越扩大。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状是四边形形状，并且，针对像素中的每一个，固态成像元件配备有四个梯形形状的四个光接收区域，使得每条顶边平行于在中心的四边形形状的四条边，并且，越远离所述四边形形状，面积越扩大。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状是八边形形状，并且，针对像素中的每一个，固态成像元件配备有八个梯形的八个光接收区域，使得每条顶边平行于在中心的八边形形状的八条边，并且，越远离所述八边形形状，面积越扩大。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状是圆形形状，并且，针对像素中的每一个，固态成像元件配备有多个扇形的多个光接收区域，使得在中心的圆形形状周围，越远离所述圆形形状，宽度越扩大。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在平面图中的左侧和右侧提供针对像素中的每一个像素的多个光接收区域，并且，所述多个光接收区域具有立体图像结构，在所述立体图像结构中在右侧倾斜方向上具有指向性的用于右侧图像的光接收区域和在左侧倾斜方向上具有指向性的用于左侧图像的光接收区域形成一对。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，像素中的每一个像素的多个光接收区域由设置成2×2阵列形状的四个光接收区域构成，其中，所述多个光接收区域被配置来分离和接收具有分别不同的指向性的光。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，针对像素中的每一个像素的多个光接收区域被设置和划分成十字形状或X形状并且由被设置在上下方向和左右方向或从右上到左下和从左上到右下的倾斜方向上的四个光接收区域构成，其中，多个光接收区域被配置来分离和接收具有分别不同的指向性的光。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，多个光接收区域由从遮光层在平面图中的中心部中的开口部起被放射状地分离成多个光接收区域而设置的每个光接收区域构成，其中，所述多个光接收区域被配置来分离和接收具有分别不同的指向性的光。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，针对像素中的每一个，在与遮光层的中心的开口部对应的位置下方还提供单个中心光接收区域。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在遮光层的开口部下方的位置处还提供单个中心光接收区域，其中，所述单个光接收区域接收来自开口部的无指向性的光。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，针对像素中的每一个像素的多个光接收区域由被设置成3×3阵列形状的九个光接收区域构成，其中，多个光接收区域具有用于接收无指向性的光的在中心的光接收区域以及用于分离和接收具有分别不同的指向性的光的八个周围光接收区域，所述八个周围光接收区域被设置在中心的光接收区域的周围。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，所述成像设备具有与在遮光层的中心的开口部对应的中心光接收区域以及被设置成邻接于中心光接收区域的上下位置和左右位置的四个周围光接收区域，其中，所述成像设备被配置为通过中心光接收区域来接收无指向性的光，并且，通过四个周围光接收区域来分离和接收具有分别不同的指向性的光。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，遮光层的外部形状和在遮光层的中心的开口部的形状都是四边形，并且，开口部的四边形的每个角部被设置同时与遮光层的外部形状的每条边相对，并且，四个光接收区域被配置为构成四边形的四个角部的四个三角形形状，并且，在平面图中，底边与在中心的开口部的每条边相对，其中，在中心的光接收区域被提供在对应于在中心的开口部的位置下方，其中，在中心的光接收区域被配置为接收无指向性的光，并且，被定位在中心的光接收区域周围的四个光接收区域被配置来分离和接收具有分别不同的指向性的光。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，在面积方面，中心光接收区域与多个周围光接收区域相等或不同。
更优选的是，在根据本发明的成像设备中，中心光接收区域被配置为在面积方面与多个周围光接收区域中的每一个相比更大或更小。
提供了一种电子信息仪器，其在成像部中使用根据本发明的成像设备作为图像输入设备，由此实现上述的目的。
在下文中，将描述具有上述结构的本发明的功能。
本发明具有固态成像元件以及在固态成像元件的成像表面上具有焦点的透镜装置，在所述固态成像元件上用于对来自被摄物的图像光进行光电变换和成像的多个光接收部被布置成矩阵图案。另外，本发明被配置为，在固态成像元件的每个预定的成像区域的多个成像区域中，将来自被摄物的已经进入透镜装置的不同位置的每个图像光成像为多个图像。
由此，来自被摄物的已经进入透镜装置的不同位置的每个图像光在固态成像元件的多个区域中被成像为多个图像。因此，能够使用于从三维图像（诸如立体图像）校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要。
发明的有利效果
根据如上所述的本发明，来自被摄物的已经进入透镜装置的不同位置的每个图像光在固态成像元件的多个区域中被成像为多个图像。因此，能够使用于从三维图像（诸如立体图像）校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要。
附图说明
图1是在本发明的实施例1的成像设备中的光学系统成像结构的主要部分的配置的图。
图2是示出了在本发明的实施例1的成像设备中的透镜装置的一个修改示例的平面图。
图3是示出了在本发明的实施例1的成像设备中的透镜装置的另一个修改示例的平面图。
图4（a）是在本发明的实施例2的成像设备中的作为一个特定的示例的固态成像元件的像素部的横截面视图，并且图4（b）是图4（a）的固态成像设备的平面图。
图5（a）是在传统的立体成像设备中的包括微型透镜、滤色器、以及固态成像元件的像素部的横截面视图，并且图5（b）是图5（a）的固态成像元件的平面图。
图6（a）是在本发明的实施例2的成像设备中的包括滤色器、布线层、以及固态成像元件的像素部的横截面视图，并且图6（b）是图6（a）的固态成像元件的平面图。
图7是当在滤色器上方添加有反射防止膜时的图6（a）的成像设备的横截面视图。
图8是示出了在本发明的实施例3的成像设备中的固态成像元件的像素部的遮光层的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的一个示例的平面图。
图9是示出了在本发明的实施例3的成像设备中的固态成像元件的像素部的遮光层的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的另一个示例的平面图。
图10是示出了在本发明的实施例3的成像设备中的固态成像元件的像素部的遮光层的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的另一个示例的平面图。
图11是示出了在本发明的实施例3的成像设备中的固态成像元件的像素部的遮光层的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的又一个示例的平面图。
图12（a）是在本发明的实施例4的成像设备中的包括滤色器、遮光层以及固态成像元件的像素部的横截面视图，并且，图12（b）是图12（a）的遮光层以及固态成像元件的平面图。
图13是示出了在本发明的实施例4的成像设备中的固态成像元件的像素部的遮光层的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的一个示例的平面图。
图14是示出了在本发明的实施例4的成像设备中的固态成像元件的像素部的遮光层的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的另一个示例的平面图。
图15是示出了作为本发明的实施例5的在成像部中使用本发明的实施例1–4的任一个的成像设备的电子信息仪器的示意配置的一个示例的框图。
图16是示出了传统的立体成像设备的主要部分的配置的一个示例的示意图。
图17是详细地示出了在专利文献2中公开的传统的成像部的配置的一个示例的横截面视图。
附图标记列表：
1，11–16，16A–16D，17–19 成像设备
2 固态成像元件
2a，21a 用于右侧图像的光电二极管
2b，21b 用于左侧图像的光电二极管
22，23，26–30 光电二极管
29a，30a 中心的光电二极管
3，31，32 透镜装置
311，321 右侧透镜区域
312，322 左侧透镜区域
4，41 遮光层
4a，41a 开口部
42 带状遮光板
43a，43b 带状遮光板
44–50 遮光层
44a–50a 开口部
5 滤色器
6 反射防止膜
90 电子信息仪器
91 存储器部
92 显示部
93 通信部
94 图像输出部
C 垂直中心线。
具体实施方式
在下文中，作为本发明的包括立体成像设备的立体视觉的成像设备的实施例1，将说明光学系统成像结构。另外，作为本发明的包括立体成像设备的立体视觉的成像设备的实施例2–4，将说明作为成像部的固态成像元件的像素成像结构。此外，将参照附图来详细地说明针对电子信息仪器（诸如装备有照相机的移动电话设备）的实施例5，所述电子信息仪器在成像部中使用针对包括这些立体成像设备的立体视觉的成像设备的实施例1–4的任一个作为图像输入设备。另外，从创建附图的观点来看，每个附图中的每个构成构件等的厚度和长度不限于所图示的配置。
（实施例1）
图1是在本发明的实施例1的成像设备中的光学系统成像结构的主要部分的配置的图。
在图1中，本实施例1的成像设备1具有固态成像元件2以及透镜装置3，在所述固态成像元件2上呈矩阵图案地布置有用于对来自被摄物的图像光进行光电变换和成像的多个像素，所述透镜装置3在固态成像元件2的成像表面上具有单个焦点，并且，成像设备1被配置为在固态成像元件2的每个像素的多个光接收区域中同时或按时间顺序将来自被摄物的已经进入透镜装置3的不同位置的每个图像光曝光和成像为多个图像。在按照每个帧、按照每一行、按照每多个行等利用信号合成装置对来自固态成像元件2的多个图像数据（例如，在左侧和右侧的两个图像数据）进行合成之后，利用信号处理装置将预定的信号处理（AD变换、白平衡、颜色插值、伽马（gamma）校正等）施加于该数据，以及将该数据变换成彩色图像的立体视觉的图像数据。
由用于采集光的凸透镜构成的透镜装置3在固态成像元件2的成像表面上具有单个焦点。只要如普通照相机中那样能够在成像表面上形成图像，就可以使用将多个透镜组合起来的透镜系统。通过利用已经进入透镜装置3的右侧的右侧图像的光和已经进入透镜装置3的左侧的左侧图像的光从左侧和右侧不同的方向进入固态成像元件2的事实，图像被分离成右侧区域和左侧区域，由此，能获得与固态元件2的针对每个像素提供的右侧光接收区域和左侧光接收区域对应的右侧图像数据和左侧图像数据。
在固态成像元件2的针对每个像素提供的右侧光接收区域和左侧光接收区域中，对已经进入透镜装置3的右侧的右侧图像和已经进入左侧的左侧图像的立体成像是可能的。在该情况下，不会如传统的技术中那样利用多个固态成像元件来执行成像。取而代之地，能利用单个固态成像元件2来从由右侧图像和左侧图像构成的至少两个图像立刻获得立体图像。因此，能够使传统上必要的用于从立体图像校正图像的倾斜和位置偏离的装置不必要。
以上说明了其中在固态成像元件2的每个像素中的光接收区域（例如，左侧光接收区域和右侧光接收区域）中对来自被摄物的已经进入单个透镜装置3的不同位置（例如，在左侧和右侧的两个区域）的左侧图像光和右侧图像光中的每一个同时进行成像的情况。然而，通过使用图2和3来说明除了以上之外的其中遮蔽单个透镜装置3的一部分以免受光的影响来消除具有低指向性的光的情况。
图2是示出了在本发明的实施例1的成像设备中的透镜装置的一个修改示例的正视图。
在图2中，本实施例1的修改示例中的成像设备14在平面图中的纵向方向上在透镜装置31的中心部中呈带状地配备有作为遮光构件的遮光板42。透镜装置31被遮光板42划分为左侧和右侧、右侧透镜区域311和左侧透镜区域312。总之，沿着透镜装置31的上下方向（纵向方向）上的垂直中心线C以预定的宽度呈带状地提供遮光板42作为遮光构件，并且，透镜装置31被遮光板42划分为左侧和右侧透镜区域、右侧透镜区域311和左侧透镜区域312。通过在中心的带状的遮光板42来遮蔽的光是不必要的，因为这种光缺乏指向性和视差。
当从透镜装置31的正面观察时，用于遮蔽光的带状的遮光板42被提供在中心部中。在不同的成像区域中对透镜装置31的左侧图像和右侧图像进行成像。换句话说，接收光，作为已经进入透镜装置31的右侧的右侧图像和已经进入透镜装置31的左侧的左侧图像，并且，对右侧图像和左侧图像在固态成像元件2的左侧和右侧的两个成像区域中进行成像。
也就是说，在本实施例1的修改示例的成像设备14中，来自透镜装置31的被遮光板42分离的右侧透镜区域311和左侧透镜区域312的左侧入射光和右侧入射光中的每一个经由针对每个像素具有预定的颜色布置的滤色器在倾斜的方向上分离并且进入在单个固态成像元件2的左侧和右侧的两个成像区域的每一个中提供的多个光电二极管。在左侧和右侧的两个成像区域中的每一个中提供的多个光电二极管中对光中的每一个进行接收并且进行光电变换。此外，在本实施例1的成像设备14中，可以在滤色器上方提供反射防止膜。在该情况下，通过反射防止膜来抑制对来自左侧和右侧的倾斜的入射光的反射，以便增强光利用效率。
接着，将通过使用图3来说明当遮蔽单个透镜装置3的一部分时的与图2的情况不同的修改示例。
图3是示出了在本发明的实施例1的成像设备中的透镜装置的另一个修改示例的平面图。
在图3中，作为本实施例1的另一个修改示例的成像设备15在平面图中的透镜装置32的顶部边缘和底部边缘区域中配备有作为遮光构件的带状的遮光板43a和43b。透镜装置32的开口部是在横向方向上的从顶部和底部变窄的中心区域。总之，在与上下方向上的垂直中心线C正交的横向方向上具有矩形形状的遮光板43a和43b中的每一个被提供成使得透镜装置31的顶部边缘部和底部边缘部的顶部或底部被覆盖。通过遮光板42a和42b使透镜装置32的开口区域从顶部和底部变窄。
以这种方式，当从透镜装置32的正面观察时，在顶部边缘和底部边缘处提供在横向方向上具有矩形形状的遮光板43a和43b。能够独立地捕获其开口部在顶部和底部中变窄的透镜装置32的左侧和右侧图像。也就是说，接收光，作为已经进入透镜装置32的右侧的右侧图像和已经进入透镜装置32的左侧的左侧图像，并且对右侧图像和左侧图像在固态成像元件2的左侧和右侧的两个成像区域中进行成像。由于向到透镜装置32的左侧或右侧远的位置的入射光的视差大，所以当透镜装置32的开口部向左侧和右侧横向上长时，能够更容易地分离在左侧和右侧的图像。在该情况下，被遮蔽以免受光的影响的部分是不必要的。因此，能够将该部分切出以使得其更小。
也就是说，在本实施例1的另一个修改示例的成像设备15中，来自其顶部边缘和底部边缘被遮光板43a和43b遮蔽以免受光的影响的透镜装置32的右侧透镜区域321和左侧透镜区域322的左侧入射光和右侧入射光经由针对每个像素具有预定的颜色布置的滤色器在倾斜的方向上分离并且进入在单个固态成像元件2的左侧和右侧的两个成像区域中的每一个中提供的多个光电二极管。在左侧和右侧的两个成像区域中的每一个中提供的多个光电二极管中对光中的每一个进行接收并且进行光电变换。此外，在本实施例1的成像设备15中，可以在滤色器上方提供反射防止膜。在该情况下，通过反射防止膜来抑制倾斜左侧和右侧的倾斜的入射光的反射，以增强光利用效率。
根据以上，根据本实施例1，能够利用在结构上为一个照相机（一个固态成像元件2）的照相机来实现成像设备1，并且，使用于从多个图像（诸如立体图像）校正倾斜和位置偏离的传统的装置变得不必要。尽管由于利用单个透镜装置3来实现左侧和右侧照相机，所以显著地分离左侧和右侧将是困难的，但是能够容易地使左侧和右侧更加接近以处理利用与被摄物接近的透镜进行的捕获，这利用传统的技术是不可能的。此外，在成本方面，多个照相机能够被聚合为单个照相机以实现成本方面的显著减少。
因此，在固态成像元件2的多个区域中将来自被摄物的已经进入透镜装置3的不同位置的每个图像光成像为多个图像。因此，不存在如传统的技术中那样的分辨率的劣化，并且，能够使用于从三维图像（包括立体图像）校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要。
此外，由于具有较少光指向性的单个透镜装置3的一部分被遮蔽以免受光的影响，所以促进了左侧和右侧图像的分离以允许使得用于从立体图像校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要。
本实施例1说明了其中能够利用作为成像设备的光学系统成像结构的单个透镜装置3和单个固态成像元件2来执行包括立体捕获在内的三维捕获的情况。然而，该配置不限于此。成像设备的像素成像结构可以被配置为针对每个像素具有单个开口部和多个光电二极管以接收具有不同指向性的光。在以下的实施例2–4中，将详细地说明成像设备的像素成像结构。
总之，作为本实施例1的光学系统成像结构，用于固态成像元件2的每个预定的成像区域的多个光接收区域可以是用于固态成像元件2的整个成像区域的多个光接收区域。在该情况下，针对单个固态成像元件2的整个成像区域提供遮光层中的用于分离具有指向性的光的开口部。另外，可以针对开口部提供用于接收每个具有指向性的光的多个光接收区域，但是，在遮光层中可以不存在用于分离具有指向性的光的开口部。
作为像素成像结构，针对固态成像元件2的每个预定的成像区域的多个光接收区域，可以在固态成像元件2上提供的多个光接收部（多个像素）的每个光接收部（每个像素）中提供多个光接收区域。在该情况下，针对在单个固态成像元件2上的多个光接收部（多个像素）的每个光接收部（每个像素），在遮光层中提供用于分离具有指向性的光的开口部。另外，针对每个开口提供用于接收每个具有指向性的光的多个光接收区域。
作为这些光学系统成像结构和像素成像结构的中间的概念，能够提供从固态成像元件2的整个成像区域划分的多个预定的成像区域，并且，能够针对每个预定的成像区域提供多个光接收区域。在该情况下，能够在遮光层中向单个固态成像元件2的每个预定的成像区域提供用于分离具有指向性的光的开口部，并且，能够针对每个开口提供用于接收每个具有指向性的光的多个光接收区域。在多个预定的成像区域中的每一个中，用于对来自被摄物的图像光进行光电变换和成像的多个光接收部（多个像素）被布置成矩阵图案。
（示例2）
在上述的实施例1中说明了光学系统成像结构。然而，本实施例2将说明其中作为像素成像结构针对每个光接收部（每个像素）在遮光层中提供用于分离具有指向性的光的开口部并且在其下方的位置中提供多个光接收区域的情况。
图4（a）是在本发明的实施例2的成像设备11中的作为一个特定的示例的固态成像元件2和布线层的横截面视图，并且，图4（b）是图4（a）的布线层的平面图。虽然图4（b）示出了六个像素，但是事实上，许多像素被布置成矩阵图案。这能够用在没有滤色器放置于其上的黑白图像的情况中，或者能够用在有滤色器放置于其上的彩色图像的情况中。
如在图4（a）和4（b）中所示那样，在本实施例2的成像设备11中，在固态成像元件2和透镜装置3（其未被示出）之间或者在固态成像元件2上方提供遮光层4。在遮光层4（布线层）中针对每个光接收部（每个像素）提供用于分离具有指向性的光的开口部4a。在固态成像元件2中，针对每个光接收部（每个像素）提供用于接收已经经过了遮光层4的开口部4a的具有指向性的倾斜光的多个光接收区域A和B。
在更加详细地说明的情况下，在此，针对每个像素的多个光接收区域由在左侧和右侧的两个光接收区域A和B构成，所述两个光接收区域A和B在横向方向（与纵向方向正交的横向方向）上是分离的，用于接收已经经过了在纵向方向上被成形为狭缝等的开口部4a的具有指向性的倾斜光。固态成像元件2被提供在半导体基板的表面层上。固态成像元件2包括诸如立体像素之类的多个像素的布置，例如，针对每个像素在左侧和右侧的两个光接收区域A和B。单个立体像素由作为在左侧和右侧的两个光接收区域A和B的一对用于右侧图像的光电二极管2a和用于左侧图像的光电二极管2b构成。在左侧和右侧的光电二极管2a和2b通过使用金属材料（诸如遮光层（布线层）4中的铝材料）而具有导电性以及遮光属性。然而，纵向上长的矩形形状或狭缝形状的开口4a被提供在遮光层4上方并且在左侧和右侧光电二极管2a和2b之间。因此，入射光的倾斜光经由开口部4a在具有指向性的倾斜方向上分离并且到达左侧和右侧光电二极管2a和2b的位置。换句话说，从右侧方向倾斜地进入的右侧图像的入射光进入用于右侧图像的光电二极管2a，并且，从左侧方向倾斜地进入的左侧图像的入射光进入用于左侧图像的光电二极管2b。以这种方式，能够通过单个立体像素来对左侧和右侧图像同时进行成像。因此，多个立体像素能够被布置成矩阵图案以利用一个固态成像元件2来对立体图像同时进行成像。
在这点上，比较本实施例2和现有技术的配置。
图5（a）是在传统的成像设备中的包括微型透镜、滤色器、布线层以及固态成像元件的像素部的横截面视图，并且，图5（b）是示意性地示出了图5（a）的微型透镜、滤色器、布线层以及固态成像元件的位置关系的平面图。
在图5（a）和5（b）的现有技术中，经由针对每个像素的微型透镜111采集入射光。在经过了具有预定的颜色布置（例如，拜耳（Bayer）布置）的每个滤色器112之后，每种颜色的入射光经由针对每个像素的布线层113的开口部113a进入光电二极管114并且被光电变换。为了立体视觉的视图，需要其用于右侧和左侧图像的两个集合。
图5（a）和5（b）中的现有技术和图4（a）和4（b）中的本实施例2的结构差异在于，在本实施例2中，通过狭缝形状的开口部4a使入射光聚焦，并且将其倾斜地分离到左侧和右侧光电二极管21a和21b以用于右侧图像和左侧图像以实现利用单个固态成像元件2来进行三维成像。现有技术的布线层113的开口部113a被开口成与光电二极管114的光接收尺寸匹配的尺寸，然而，本实施例2中的遮光层4（布线层）的开口部4a被开口成长方形的狭缝形状或矩形形状以向左侧和右侧分离具有指向性的光。以这种方式，本实施例2由进行分离以用于右侧图像和左侧图像的单个固态成像元件2构成。因此，能够使作为传统上需要的装置的用于从多个图像（诸如立体图像）校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要。
将进一步说明本实施例2的成像设备11的特定示例。
图6（a）是在本发明的实施例2的成像设备中的包括滤色器、布线层以及固态成像元件的像素部的横截面视图，并且，图6（b）是图6（a）的布线层以及固态成像元件的平面图。
如在图6（a）和6（b）中所示，在本实施例2的成像设备12中，来自透镜装置3的包括倾斜左侧和右侧光的入射光通过针对每个像素具有预定的颜色布置的滤色器5从遮光层（布线层）41的长方形的狭缝形状的开口部41a在倾斜的方向上分离并进入针对每个像素的左侧和右侧光电二极管21a和21b中的每一个，并且，利用左侧或右侧光电二极管21a和21b针对每个像素接收每个光以用于光电变换。在平面图中，针对每个像素的左侧和右侧光电二极管21a和21b被布置在纵向方向上的长方形的狭缝形状或矩形形状的开口部41a下方的左侧和右侧位置中。由此，从右上向左下的倾斜光（左侧入射光）通过遮光层41的开口部41a进入光电二极管21a。此外，从左上向右下的倾斜光（右侧入射光）通过遮光层41的开口部41a进入光电二极管21b。
图7是当在滤色器上方添加有反射防止膜时的图6（a）的成像设备的横截面视图。
在图7中，在本实施例2的成像设备13中，反射防止膜6被提供在滤色器5上方以抑制来自左侧和右侧的倾斜入射光的反射。利用反射防止膜6高效地吸收来自倾斜左侧和右侧的入射光而没有反射，并且，每个光通过针对每个像素具有预定的颜色布置的滤色器从遮光层（布线层）41的长方形的狭缝形状或矩形形状的开口部41a倾斜地分离并进入针对每个像素的左侧和右侧光电二极管21a和21b。左侧和右侧光电二极管21a和21b针对每个像素接收每个光用于光电变换。在此，通过在滤色器5上方提供反射防止膜6来改善从倾斜的左右方向进入的入射光的效率。左侧和右侧光电二极管21a和21b被设置在用于选择来自左侧和右侧的倾斜光的位置中。
根据以上，根据本实施例2，作为像素成像结构，针对每个光接收部（每个像素），在遮光层上提供用于分离具有指向性的光的开口部，并且，提供多个光接收区域。因此，能够利用在结构上为一个照相机（单个固态成像元件2）的照相机来实现成像设备11–13之一，并且，使如在过去那样的用于从多个图像（诸如立体图像）校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要。虽然显著地分离左侧和右侧将是困难的，但是能够容易地使左侧和右侧更加接近在一起以处理利用与被摄物接近的透镜进行的图像捕获，这利用传统的技术是不可能的。此外，在成本方面，多个照相机能够被聚合为单个照相机以实现成本方面的显著减少。
（实施例3）
作为像素成像结构，上述的实施例2说明了在固态成像元件2的预定的成像区域（例如，针对每个光接收部（每个像素）的左侧和右侧光接收区域）中对已经进入单个透镜装置3的不同位置或左侧和右侧的两个区域的来自被摄物的左侧和右侧的图像光中的每一个同时进行成像的情况。然而，在本实施例3中，作为像素成像结构，除了上述的实施例1的内容之外，虽然人利用在左右方向上的视差观察三维图像，但是还可以利用在上下方向上或者在左右方向以及上下方向上的视差来获得三维图像。此外，能够通过包括倾斜方向的多个指向性来获得极好的三维图像。从这样的观点来看，将说明布线层的开口部的形状和其下方的多个光接收区域的形状的关系。
在本实施例3的成像设备16中，遮光层4被提供在透镜装置3和固态成像元件2（例如，作为每个光接收部的光电二极管）之间。在遮光层4中针对每个光接收部提供用于分离具有指向性的光的开口部4a。在固态成像元件2中，提供用于接收已经经过了遮光层4的开口部4a的具有指向性的倾斜光的多个光接收区域。此外，在透镜装置3和遮光层4之间提供针对每个光接收部具有预定的颜色布置的滤色器5。另外，在透镜装置3和滤色器5之间提供反射防止膜6。当然，能够针对每个像素在滤色器5上方提供匹配的微型透镜。
总之，本实施例3的成像设备16针对每个光接收部（每个像素）配备有作为多个光接收区域的两个或更多光电二极管以及对应的读出电路，并且，包括在针对每个像素的两个或更多光电二极管上方具有单个开口部4a的遮光层4。另外，成像设备16被配置为在分别不同的方向上分离来自开口部4a的倾斜光，并且，允许两个或更多光电二极管接收光。
在下文中将说明遮光板的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系。
图8是示出了在本发明的实施例3的成像设备16中的遮光层的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的一个示例的平面图。这是其中通过除了左右方向以及上下方向以外的右上到左下、右下到左上、左上到右下、以及左下到右上这四个倾斜方向上的视差来获得三维图像的情况。
如图8中所示，在本实施例3的成像设备16A中，遮光层44被提供在透镜装置3和固态成像元件2（例如，作为每个光接收部的光电二极管）之间。在遮光层44中针对每个光接收部提供开口部44a，并且，对于每个光接收部，单个开口部44a的形状是十字形状。固态成像元件2配备有作为用于接收已经经过了遮光层44的十字形状的开口部44a的倾斜光的四个光接收区域的四个光电二极管22。此外，针对每个光接收部在透镜装置3和遮光层44之间提供具有预定的颜色布置的滤色器5。在透镜装置3和滤色器5之间提供反射防止膜6。
在固态成像元件2中，针对每个光接收部为遮光层44的十字形状的开口部44a以四个四边形形状的方式提供四个光电二极管22（其边为十字形状的纵向边和横向边中的每一个的1/2（当该十字被认为不具有任何线宽时）），同时被分离成开口部44a的十字形状。也就是说，在平面图中，遮光层44的开口部44a的形状是十字形状。另外，针对每个光接收部，固态成像元件2配备有四个光电二极管22作为被具有十字形状的开口部44a划分成十字形状的四个四边形形状的四个光接收区域。四个光电二极管22被设置在用于选择在左上到右下、左下到右上、右下到左上以及右上到左下这四个方向中的每一个上的倾斜光的位置中。
图9是示出了本发明的实施例3的成像设备16的遮光板的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的另一个示例的平面图。这是其中通过从右上到左下和左上到右下这两个倾斜方向和从右下到左上和左下到右上这两个倾斜方向的视差来获得三维图像的情况。
如图9中所示，本实施例3的成像设备16B在透镜装置3和固态成像元件2（例如，作为每个光接收部的光电二极管）之间配备有遮光层45，并且，在遮光层45中针对每个光接收部提供用于分离具有指向性的光的开口部45a。针对每个光接收部，在中心部中，单个开口部45a的形状是四边形（正方形或矩形；在本文中是正方形）。固态成像元件2配备有在平面图中为四边形的四个光电二极管23作为用于接收已经经过了在遮光层45的中心的正方形开口部45a的具有指向性的倾斜光的四个光接收区域。此外，在透镜装置3和遮光层45之间提供针对每个光接收部具有预定的颜色布置的滤色器5。另外，在透镜装置3和滤色器5之间提供反射防止膜6。
针对每个光接收部，固态成像元件2配备有四个四边形的光电二极管23，使得由与开口部45a的中心正方形的两条邻接的边平行的线形成的角部接触在遮光层45的中心的正方形开口部45a的角部，其中，两条邻接的边平行于四个四边形的光电二极管的边。也就是说，在平面图中的中心，遮光层45的开口部45a的形状是四边形形状。固态成像元件2配备有光电二极管23作为与由在中心的四边形形状的两条邻接的纵向边和横向边形成的角部邻接的四个四边形形状的四个光接收区域，其中两条邻接的边平行于四个光接收区域的边。四个光电二极管23被设置在用于选择在左上到右下、左下到右上、右下到左上以及右上到左下这四个方向中的每一个上的倾斜光的位置中。
如图8和9中所示，在平面图中，作为每个像素部的多个光接收区域的多个光电二极管22或23被设置并且划分成十字形状（后面的图10）或X形状（图8和9）。该光电二极管由设置在上下方向以及左右方向或者从右上到左下的倾斜方向以及从左上到右下的倾斜方向上的四个光接收区域构成。另外，光电二极管被构成来分离和接收具有分别不同的指向性的光。此外，如果从另一个观点说明，那么，作为每个像素的多个光接收区域的多个光电二极管22或23由设置成2×2阵列图案的四个光接收区域构成。另外，光电二极管被构成来分离和接收具有分别不同的指向性的光。以这种方式，能够通过针对每个像素以2×2阵列图案设置四个光电二极管22或23来同时捕获具有四个指向性的图像。虽然在上述的实施例1和2中立体捕获是不可能的，除非在左侧和右侧的两个光电二极管具有水平地对准的角度，但是由此即使当固态成像元件2被旋转时，立体捕获也变得可能。此外，补充多个图像数据产生在立体图像的精度方面的增强。
图10是示出了本发明的实施例3的成像设备16的遮光板的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的另一个示例的平面图。这是其中通过在左右方向和上下方向这四个方向上的视差来获得三维图像的情况。
如图10中所示，本实施例3的成像设备16C在透镜装置3和固态成像元件2（例如，作为每个光接收部的光电二极管）之间配备有遮光层46，并且，在遮光层46中针对每个光接收部提供开口部46a。针对每个光接收部，在中心部中，单个开口部46a的形状是多边形的四边形（正方形或矩形，在本文中是正方形）。固态成像元件2配备有在平面图中为四边形的四个光电二极管26作为用于接收已经经过了在遮光层46的中心的正方形开口部46a的倾斜光的左右上下四个光接收区域。此外，在透镜装置3和遮光层46之间针对每个光接收部提供具有预定的颜色布置的滤色器5。另外，在透镜装置3和滤色器5之间提供反射防止膜6。
针对每个光接收部，固态成像元件2配备有四个梯形的光电二极管26，使得关于在遮光层46的中心的正方形开口部46a，顶边平行于且邻接于开口46a的中心正方形的四条边，并且，越远离中心正方形形状，宽度和面积越扩大。也就是说，在平面图中的中心，遮光层46的开口部46a的形状是四边形形状，并且，针对每个光接收部，固态成像元件2配备有作为四个梯形形状的四个光接收区域的光电二极管26，使得顶边平行于中心四边形形状的四条边，并且，越远离中心四边形形状，宽度和面积越扩大。四个光电二极管26被设置在用于选择在左到右、右到左、上到下以及下到上这四个方向中的每一个上的倾斜光的位置中。
图11是示出了在本发明的实施例3的成像设备16中的遮光板的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的又一个示例的平面图。这是其中通过总共八个方向（即，除了左右方向和上下方向这四个方向之外，还有从右下到左上的倾斜方向、从左下到右上的倾斜方向、从右上到左下的倾斜方向、以及从左上到右下的倾斜方向）的视差来获得三维图像的情况。
如图11中所示，本实施例3的成像设备16D在透镜装置3和固态成像元件2（例如，作为每个光接收部的光电二极管）之间配备有遮光层47，并且，针对每个光接收部，在遮光层47上提供用于分离具有指向性的光的开口部47a。针对每个光接收部，在中心，单个开口部47a的形状被形成为多边形的八边形。在固态成像元件2中，为每个光接收部放射状地提供八个光电二极管27作为用于接收已经经过了遮光层47的在像素中心的八边形开口部47a的具有指向性的倾斜光的八个光接收区域。此外，在透镜装置3和遮光层46之间针对每个光接收部提供具有预定的颜色布置的滤色器5。另外，在透镜装置3和滤色器5之间提供反射防止膜6。
针对每个光接收部，固态成像元件2配备有八个梯形的光电二极管27，使得关于在遮光层47的中心的八边形开口部47a，顶边平行于在中心的开口47a的八边形形状的八条边，并且，越远离中心八边形形状，宽度和面积越扩大。也就是说，在平面图中，在像素的中心，遮光层47的开口部47a的形状是八边形形状，并且，针对每个光接收部，固态成像元件2配备有八个梯形的光电二极管27作为八个梯形形状的八个光接收区域，使得顶边平行于且邻接于在中心的八边形开口47a的八条边，并且，越远离八边形形状，宽度和面积越扩大。八个放射状的梯形形状被定位在平面图中的中心的梯形开口部47a的八条边之外。八个梯形的光电二极管26被设置在用于选择总共八个方向（即，从左上到右下、从左下到右上、从右下到左上以及从右上到左下这四个方向和左右方向以及上下方向这四个方向）中的每一个上的倾斜光的位置中。
总之，在平面图中，在中心，遮光层的开口的形状是多边形形状，并且，针对每个光接收部，固态成像元件2按照与所有边的数量相同的数量配备有八个梯形的光接收区域，使得顶边平行于且邻接于在中心的多边形形状的所有边，并且，越远离中心多边形形状，宽度和面积越扩大。在该情况下，作为每个像素的多个光接收区域的光电二极管26和27由从遮光层46和47在平面图中的像素中心部中的开口部46a和47a起被放射状地分离成多个光接收区域而设置的每个光接收区域构成。另外，光电二极管被构成来分离和接收具有分别不同的指向性的光。
以这种方式，如图10中所示，固态成像元件由针对每个像素被设置并且划分成十字形状的四个光电二极管26构成。此外，如图8和9中所示，固态成像元件由针对每个像素被设置并且划分成X形状的四个光电二极管22和23构成。另外，如图11中所示，固态成像元件由针对每个像素被放射状地设置并且划分成多个更小的光接收区域的光电二极管27构成。因此，能够同时地捕获多个具有指向性的图像，并且，能够通过多个视差来获得极好的三维图像。
根据以上，根据本实施例3，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状被形成为十字形状或多边形形状，并且，在开口下方的固态成像元件2上针对每个光接收部形成多个光接收区域以环绕十字形状或多边形形状。因此，通过针对多个光接收区域合成数据图像，使精细的立体视觉的视图成为可能。因此，没有如现有技术中那样的在分辨率方面的劣化。另外，能够使用于从多个图像（诸如立体图像）校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要，并且，能够抑制具有异常性的立体视觉的图像。以这种方式，能够通过利用多个图像来补充而增强多个图像（诸如立体图像）的精度。
此外，针对每个像素的多个光电二极管通过划分成多个光接收区域而被设置成2×2阵列图案或者从像素中心放射状地设置以获得具有不同指向性的多个图像，从而即使当固态成像元件2被旋转时，也能够实现立体捕获。
本实施例3说明了其中在平面图中的中心遮光层的开口部的形状被形成为十字形状或多边形形状并且在开口下方的固态成像元件2上针对每个光接收部形成多个光接收区域以环绕十字形状或多边形形状的情况。然而，该配置不限于此。该配置可以是这样的以致于在平面图中的中心遮光层的开口部的形状被形成为圆形的形状并且在开口下方的固态成像元件2上针对每个光接收部形成多个光接收区域（例如，多个梯形的或扇形的光接收区域）以环绕圆形的形状。例如，在中心的圆形形状的周围，能够针对每个像素提供具有越远离圆形形状越加宽的宽度的多个扇形的多个光接收区域。
本实施例3说明了其中在固态成像元件2上方的遮光层的开口部周围对于每个光接收部而言多个光接收区域具有多个指向性的情况。然而，该配置不限于此。能够具有立体像素的结构，其中，针对每个像素在平面图中的左侧和右侧提供多个光接收区域，并且，在右侧倾斜方向上具有指向性的右侧图像的光接收区域和在左侧倾斜方向上具有指向性的左侧图像的光接收区域形成一对。总之，固态成像元件2可以是立体像素的阵列，其中，在右侧倾斜方向上具有指向性的右侧电路和在左侧倾斜方向上具有指向性的左侧电路形成一对。以这种方式，立体像素包括单个窗（开口部），并且，根据进入开口部的入射光的角度，将光束分配给用于右侧图像的光电二极管或用于左侧图像的光电二极管。
（实施例4）
上述的实施例2说明了作为像素成像结构利用固态成像元件2在至少左侧和右侧的成像区域中对来自被摄物的已经进入单个透镜装置3的不同位置（例如，在左侧和右侧的两个区域）的左侧和右侧成像光中的每一个同时进行成像的情况。然而，在本实施例4中，作为像素成像结构，除了上述的实施例1的内容之外，虽然人利用在左右方向上的视差来观察三维图像，但是可以利用在上下方向上或者在左右方向以及上下方向上的视差来获得三维图像。此外，能够通过来自开口部的具有包括倾斜方向的指向性的光和来自开口部的无指向性的光来获得清晰的三维图像。从这样的观点来看，将说明布线层的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系。
图12（a）是在本发明的实施例4的成像设备中的包括滤色器、布线层和固态成像元件的像素部的横截面视图，并且，图12（b）是图12（a）的布线层和固态成像元件的平面图。
如图12（a）和12（b）中所示，本实施例4的成像设备17在未图示的透镜装置3和构成固态成像元件2的光电二极管28之间配备有遮光层（布线层）48。在遮光层48中，在每个光接收部的中心部中提供用于分离具有指向性的光的开口部48a。在固态成像元件2中提供在开口部48a周围作为用于接收已经经过了遮光层48的开口部48a的具有指向性的倾斜光的多个光接收区域的八个光电二极管28和在开口部48a下方的对应位置（正下方的位置）处的用于接收已经经过了开口部48a的无指向性的直线光的在中心的单个光电二极管28。在透镜装置3和遮光层48之间针对每个光接收部提供具有预定的颜色布置的滤色器5。反射防止膜6可以或可以不被提供在透镜装置3和滤色器5之间。在此，说明了彩色显示，但是该配置不限于此。在黑白显示中，不存在滤色器5。在彩色显示或黑白显示中，不提供反射防止膜6是可能的。
总之，本实施例4的成像设备17针对每个光接收部配备有作为多个光接收区域（每个像素）的两个或更多光电二极管28以及与此相对应的读出电路。成像设备包括在针对每个像素的两个或更多光电二极管28上方的具有单个开口部48a的遮光层48。成像设备被配置使得在八个分别不同的方向上分离来自中心部中的开口部48a的具有指向性的倾斜光并且在周围的两个或更多（在本文中是八个）光电二极管28中的每一个处对其进行接收，并且，通过单个中心光电二极管28来接收来自中心部中的开口部48a的无指向性的直线光。
也就是说，作为多个光接收区域的九个光电二极管28相同尺寸并且在纵向方向和横向方向上被设置成3×3阵列图案的矩阵，包括被定位在开口部48a下方的中心的用于接收无指向性的光的单个光电二极管28和被设置在中心光电二极管28的周围在上、下、左、右和倾斜方向这八个方向并且分离和接收具有分别不同的指向性的光的周围八个光电二极管28。
图13是在本发明的实施例4的成像设备18中的遮光板的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的一个示例的平面图。
如图13中所示，本实施例4的成像设备18具有作为在平面图中与在遮光层49的中心的四边形（正方形或矩形）的开口部49a对应的在中心的光接收区域的光电二极管29a以及作为被设置成邻接于作为在中心的光接收区域的光电二极管29a的上下位置和左右位置中的每一个的四个周围光接收区域的光电二极管29。成像设备18被配置使得通过作为在中心的光接收区域的光电二极管29a来接收无指向性的光并且通过作为四个周围光接收区域的光电二极管29来分离和接收具有分别不同的指向性的光。作为在中心的光接收区域的光电二极管29a被配置成在面积方面与作为多个周围光接收区域的光电二极管29中的每一个相比尺寸更大。
图14是示出了在本发明的实施例4的成像设备19中的遮光板的开口部的形状和其下方的光接收区域的形状之间的关系的另一个示例的平面图。
如图14中所示，在本实施例4的成像设备19中，遮光层50的外部形状和在遮光层50的中心的开口部50a的形状都是四边形。开口部50a的四边形的每个角部被设置成与遮光层50的外部形状的每条边相对。作为在中心的光接收区域的光电二极管30a被提供在与中心的开口部50a对应的位置下方（正下方）以接收无指向性的光。作为被定位在中心的光接收区域周围的四个光接收区域的四个光电二极管30分离和接收具有分别不同的指向性的光。作为在中心的光接收区域的光电二极管30a被配置成与作为多个周围光接收区域的光电二极管30中的每一个相比面积更大。
如以上所描述的那样，本实施例4的成像设备17、18或19具有在像素的中心部中的用于接收无指向性的光的中心光电二极管28、29a或30a以及环绕所述中心光电二极管的用于分离和接收具有不同的指向性的光的光电二极管28、29或30。环绕中心光电二极管28、29a或30a的多个光电二极管分离具有不同的指向性的光。因此，在上述的实施例3中，使遮光层的开口部变小。然而，由此存在灵敏度下降的风险。相反，在本实施例4中，使遮光层的开口部变大以使在其下方的中心光电二极管的面积变大。因此，能够利用中心光电二极管来补充光接收灵敏度。
此外，光电二极管被布置成3×3阵列图案、具有中心及其上下左右的十字形状等等，使得能够在中心光电二极管中接收无指向性的光，同时在多个周围光电二极管中分离和接收具有相应的指向性的光。以这种方式，能实现具有两个特征的像素以补充由于狭窄的开口部所引起的敏感度的下降。
（实施例5）
图15是示出了作为本发明的实施例5的在成像部中使用本发明的实施例1–4的任一个的成像设备的电子信息仪器的示意配置的一个示例的框图。
在图15中，本实施例5的电子信息仪器90具有：上述的实施例1–4的任一个的成像设备1、11–16、16A–16D和17–19中的任一个；存储器部91，诸如记录介质，其在为了记录而对来自所述成像设备的任一个的彩色三维信号进行预定处理之后能够实现数据记录；显示部92，诸如液晶显示器设备，用于在为了显示而对来自所述成像设备的任一个的彩色三维图像信号进行预定处理之后能够实现在显示器屏幕（诸如液晶显示器屏幕）上的显示；通信部93，诸如收发器设备，其在为了通信而对来自所述成像设备的任一个的彩色三维图像信号进行预定处理之后能够实现通信处理；以及图像输出部94，诸如打印机，其在为了打印而对来自所述成像设备的任一个的彩色三维图像信号进行预定打印处理之后能够实现打印。电子信息仪器90不限于此。除了成像设备之一以外，该仪器还可以具有存储器部91、显示部92、通信部93以及诸如打印机之类的图像输出部94中的至少一个。
如上所述，电子信息仪器90例如包括具有如下部件的电子仪器：数字照相机（诸如数字摄像机或数字静物照相机）、监视摄像机、门摄像机、车载摄像机（诸如车载后视监视摄像机）以及图像输入摄像机（诸如视频电话摄像机）、扫描仪设备、传真机、装备有照相机的移动电话设备和个人数字助理（PDA）以及图像输入设备或距离测量设备（诸如智能电话、紧凑型数字照相机、数字单镜头反射式照相机、自行式真空吸尘器的传感器以及空调单元的人体检测传感器）。
因此，根据本实施例5，基于来自所述图像设备的任一个的彩色三维图像信号能够：在三维显示器屏幕上适当地三维显示彩色三维图像信号；通过图像输出部94在一张纸上适当地打印出（打印）彩色三维图像信号；将彩色三维图像信号作为通信数据通过有线或无线适当地进行通信；在存储器部91中，通过执行预定的数据压缩来适当地存储彩色三维图像信号以及适当地执行各种数据处理。
在本实施例1–4中，反射防止膜6被提供在透镜装置3和滤色器5之间。然而，该配置不限于此。反射防止膜6能够被提供在透镜装置3和遮光层4之间。
如上所述，通过利用本发明的优选实施例1至5来例示本发明。然而，不应当仅基于上述的实施例1至5来解释本发明。要理解的是，应当仅基于权利要求的范围来解释本发明的范围。还要理解的是，本领域技术人员能够根据本发明的详细优选实施例1至5的描述基于本发明的描述和公知常识来实现等同的技术范围。此外，要理解的是，应当以与本文中具体描述的内容相同的方式通过引用将本说明书中引用的任何专利、任何专利申请和任何参考文献结合到本说明书中。
产业上的可适用性
本发明能够被应用在立体视觉的成像设备的领域中，所述立体视觉的成像设备包括能够对多个图像（诸如，立体视觉的立体图像）进行成像的立体成像设备，并且本发明能够被应用在电子信息仪器的领域中，所述电子信息仪器在成像部中使用所述成像设备作为图像输入设备，所述电子信息仪器诸如是数字照相机（诸如数字静物照相机或数字摄像机）、图像输入摄像机、扫描仪、传真设备、装备有照相机的移动电话设备以及智能电话、紧凑型数字照相机、数字单镜头反射式照相机、自行式真空吸尘器的传感器以及空调单元的人体检测传感器。能够使用于从立体图像校正倾斜和位置偏离的装置变得不必要，因为来自被摄物的已经从透镜装置的不同位置进入的每个图像光在固态成像元件的多个区域中被成像为多个图像。

Claims (15)

1.一种成像设备，其具有透镜装置，所述透镜装置在成像表面上具有单个焦点，
其中，所述透镜装置在所述透镜装置的右侧接收右侧图像的光并且在所述透镜装置的左侧接收左侧图像的光，
其中，所述成像设备被配置为：
具有固态成像元件，在所述固态成像元件上在成像表面中多个像素被布置成矩阵图案，
在所述像素上具有配备有单个开口部的遮光层以及多个光接收区域用于在分别不同的方向上分离和分别接收已经经过了所述单个开口部的倾斜光，
针对像素中的每一个，将来自被摄物的已经进入成像表面的光分离成具有不同指向性的多个光，并且，对所述光进行光电变换，以及
将所述光同时成像为多个图像。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，通过固态成像元件来接收光，作为已经进入透镜装置的右侧的右侧图像和已经进入透镜装置的左侧的左侧图像以便进行立体成像。
3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，在平面图中的纵向方向上在透镜装置的中心部处呈带状地提供遮光构件，并且，通过所述遮光构件将透镜装置划分成右侧区域和左侧区域。
4.根据权利要求1所述的成像设备，其中，在平面图中在透镜装置的上部边缘区域和下部边缘区域中提供遮光构件，并且，透镜装置的光经过区域是从顶部边缘和底部边缘变窄的横向中心区域。
5.根据权利要求1所述的成像设备，其中，在固态成像设备中在所述像素中在遮光层上方针对像素中的每一个提供具有预定的颜色布置的滤色器。
6.根据权利要求1所述的成像设备，其中，在固态成像元件中在所述像素中在遮光层或滤色器上方提供反射防止膜。
7.根据权利要求1所述的成像设备，其中，在固态成像元件中的针对像素中的每一个像素的多个光接收区域由用于接收已经经过了在纵向方向或横向方向上的开口部的倾斜光的左右或上下两个成像区域构成。
8.根据权利要求7所述的成像设备，其中，在固态成像元件中的针对像素中的每一个像素的在纵向方向或横向方向上的开口部是在纵向方向或横向方向上长的狭缝形状或矩形形状的开口部，并且，通过所述开口部在纵向方向或横向方向上具有指向性的方向上提供左右或上下两个成像区域。
9.根据权利要求1、5和6中的任一项所述的成像设备，其中，针对像素中的每一个，在平面图中，固态成像设备在遮光层的开口部周围配备有多个光接收区域。
10.根据权利要求9所述的成像设备，其中，在平面图中，遮光层的开口部的形状是十字形状，并且，针对像素中的每一个，固态成像元件配备有四个四边形的四个光接收区域，其边为纵向边和横向边中的每一个的1/2，其中，十字形状将光接收区域划分为四个。
11.根据权利要求9所述的成像设备，其中，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状被形成为四边形形状，其中，针对像素中的每一个，固态成像元件配备有四个四边形的四个光接收区域，其邻接于由在中心的四边形形状的两条邻接的纵向边和横向边形成的每个角部，其中，两条邻接的边平行于四个光接收区域的边。
12.根据权利要求9所述的成像设备，其中，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状被形成为多边形形状，并且，针对像素中的每一个，固态成像元件以与在中心的多边形形状的开口部的所有边的数量相同的数量配备有梯形的光接收区域，使得顶边平行于且邻接于在中心的具有多边形形状的开口部的所有边，并且，越远离中心多边形形状，面积越扩大。
13.根据权利要求9所述的成像设备，其中，在平面图中的中心，遮光层的开口部的形状是圆形形状，并且，针对像素中的每一个，固态成像元件配备有多个扇形的多个光接收区域，使得在中心的圆形形状周围，越远离所述圆形形状，宽度越扩大。
14.根据权利要求9所述的成像设备，其中，在平面图中的左侧和右侧提供针对像素中的每一个像素的多个光接收区域，并且，所述多个光接收区域具有立体图像结构，在所述立体图像结构中在右侧倾斜方向上具有指向性的用于右侧图像的光接收区域和在左侧倾斜方向上具有指向性的用于左侧图像的光接收区域形成一对。
15.一种电子信息仪器，其在成像部中使用根据权利要求1–8中的任一项所述的成像设备作为图像输入设备。
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