JP2010171861A - 撮像素子及び該撮像素子を備えた画像撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像素子には、撮像素子本体の受光部15b上の特定の画素32aに対して、特定の光(例えば、波長650nm)を集光させる機能を有するローパスフィルタ14が設けられている。
【選択図】図3
Description
撮像素子本体15としては、公知のCCDやCMOSのモノクロセンサが用いられている。撮像素子本体15は、その用途に応じたパッケージ15cで保護されており、レンズ側の面はカバーガラス15aで封止されている。そして、カバーガラス15aで封止されたパッケージ15cの中央部分に、実際の受光部15bが設けられている。受光部15bは、画素サイズが数umで、画素数として数十万から最近では1千万画素クラスのものが使われている。なお、パッケージ15cとしては、車載カメラや屋外での監視カメラなどの用途であれば耐熱性の高いものが選択され、携帯機器などの用途であれば小型化できるパッケージが選択される。
ローパスフィルタ14は、ガラス平板或いは樹脂基板の両面に回折構造が形成されている。
図2(a)は、レンズ側から見たときの、ローパスフィルタ14の一端部を示す斜視図である。ローパスフィルタ14は、一端面(レンズ系13に近い側の面)が複数の領域21a,21b,・・・に分割されている。各領域21a,21b,・・・は面積が同一である。各領域21a,21b,・・・は、ローパスフィルタ14を透過した光が、撮像素子本体15の受光部15b上の複数画素(例えば、4画素×4画素=16画素相当)に集光させるのに寄与している。
ローパスフィルタ14の両端面のうち、一端面(レンズ系13に近い側の面)の各回折領域22a,22b,・・・は、主として波長650nmの光に対して空間的なローパスフィルタとして機能する。ここでは、領域21aを代表にとって説明する。領域21aに形成されている回折領域22aは、図3(a)に示すように、波長450nmや波長550nmの光が入射した場合には、実質上0次の回折光を出射し、すなわち不感帯透過して、撮像素子本体15の受光部15bの一部分である受光領域31aに集光する。受光領域31aは16画素分の領域に相当する。一方、波長650nmの光が入射した場合には、図3(b)に示すように、1次の回折光として受光部15b上の1画素32aに集光する。よって、ローパスフィルタ14の一端面は、波長450nmと波長550nmの光に対しては単なる透過素子として機能し、波長650nmの光に対しては回折素子として機能する。
上記のような波長選択性は回折構造の溝深さにより選択可能である。回折格子断面における凹凸形状の周期的な位相差を、選択的に透過させたい波長(450nm,550nm)の2π倍とすることで、450nm,550nmの光に対する0次透過率を高くすることができる。図4は、断面凹凸の形状の回折格子の0次光透過率及び1次光回折効率と、凹凸形状の溝深さとの関係を、波長450nm,550nm,650nmについて示す図である。材質は石英(屈折率1.45)とした。
ローパスフィルタ14の他端面(撮像素子本体に近い側の面)の各回折領域25a,25b,・・・は、主として波長550nmの光に対して空間的なローパスフィルタとして機能する。ここでは、領域24aを代表にとって説明する。領域24aに形成されている回折領域25aは、図5(a)に示すように、波長450nmや波長650nmの光が入射した場合には、実質上0次の回折光を出射し、すなわち不感帯透過して、撮像素子本体15の受光部15bの一部分である受光領域31aに集光する。受光領域31aは16画素分の領域に相当する。一方、波長550nmの光が入射した場合には、図5(b)に示すように、1次の回折光として撮像素子の受光部15b上の1画素32bに集光する。よって、ローパスフィルタ14の他端面は、波長450nmと650nmの光に対しては単なる透過素子として機能し、波長550nmの光に対しては回折素子として機能する。なお、本実施例では、回折領域25aの光軸26aは、回折領域22aの光軸23aに対して斜め1画素ずれた位置に集光するようにずれて設定されている。
上記のような波長選択性は回折構造の溝深さにより選択可能である。回折格子断面における凹凸形状の周期的な位相差を、選択的に透過させたい波長(450nm,650nm)の2π倍とすることで、450nm,650nmの光に対する0次透過率を高くすることができる。図6は、断面凹凸の形状の回折格子の0次光透過率及び1次光回折効率と、凹凸形状の溝深さとの関係を、波長450nm,550nm,650nmについて示す図である。材質は石英(屈折率1.45)とした。
Cb_out=0.564*(B_in−Y_in)
Cr_out=0.713*(R_in−Y_in)
ここで、Y_inは入力された第二の画像、B_inとR_inはそれぞれ入力された第四の画像のB画素とR画素の信号であり、Cb_out,Cr_outはそれぞれ出力である第三の画像の輝度信号と色信号である。
このような複屈折媒質を利用した偏光選択性回折格子について説明する。図14(a)は本実施例における回折格子のうちビームが入射される面を表した図であり、図14(b)は図14(a)のB−B線に沿った断面図である。
本実施例におけるローパスフィルタ14は、以上のような偏光選択性の回折格子の構成及び機能を活用したものである。すなわち、ローパスフィルタ14は、図15に示すような断面構造を有するものであって、ガラス平板或いは樹脂基板91上に複屈折媒質を用いて回折構造92が形成されている。そして、相補的に等方性媒質93が充填され、さらにガラス平板或いは樹脂基板94で封止されている。この封止用のガラス平板94側に光を入射される。
ローパスフィルタ14の各回折領域102a,102b,・・・は主として、常光線の偏光方向の光に対して空間的なローパスフィルタとして機能する。ここでは、領域101aを代表にとって説明する。領域101aに形成された回折領域102aは、図17(a)に示すように、異常光線の偏光方向の光が入射した場合には、実質上0次の回折光を出射し、すなわち不感帯透過し、撮像素子本体15の受光部15b(図1参照)の一部分である受光領域111aに集光する。受光領域111aは16画素分の領域に相当する。一方、常光線の光が入射した場合には、図17(b)に示すように、1次の回折光として受光部15bのある1画素112aに集光する。よって、異常光線の光については単なる透過素子として機能し、常光線の光に対しては回折素子として機能する。
上記のような偏光選択性は、no(常光線に対する屈折率)、ne(異常光線に対する屈折率)、等方性媒質の屈折率n1と、回折構造の溝深さにより選択可能である。先ず、ne=n1となるようなneおよびn1を選択することにより異常光線については不感帯とすることができる。
14 ローパスフィルタ
15 撮像素子本体
15b 受光部
21a,21b 領域
22a,22b 回折領域
23a,23b 光軸領域
24a,24b 領域
25a,25b 回折領域
26a,26b 光軸
31a 受光領域
32a 画素
Claims (16)
- 撮像素子本体の受光部上の特定の画素に対して、特定の光を集光させる機能を有するローパスフィルタが設けられたことを特徴とする撮像素子。
- 前記ローパスフィルタは、特定の光を集光させる際、当該特定の光の波長の成分を抽出することを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記ローパスフィルタは、前記特定の光の偏光方向により影響を受ける偏光依存性を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記ローパスフィルタは、前記偏光依存性として、特定の偏光成分のみを透過させる特性を有することを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。
- 前記ローパスフィルタは、特定の光の波長の成分を抽出するある特異な画素に集光される光量が、前記ある特異な画素に隣接し、同じ特性を持つ特異な画素との1周期分に入射される前記特定の光の波長の成分の光量の平均値よりも大きくなるLPF特性を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- レンズ系と、該レンズ系を介して被撮影画像を撮像する撮像素子と、該撮像素子での撮像結果を画像データとして処理する制御部とを備えた画像撮像装置であって、
前記撮像素子として、請求項1〜4のいずれか一項に記載の撮像素子が設けられ、
前記制御部は、前記撮像素子での撮像結果を、前記特定の画素からなる第一の画像と、前記特定の画素以外の画素からなる第二の画像とに分離する分離処理を実行することを特徴とする画像撮像装置。 - 前記第一の画像は色情報に関する画像であり、前記第二の画像は輝度情報に関する画像であることを特徴とする請求項6に記載の画像撮像装置。
- 前記第一の画像は偏光情報に関する画像であり、前記第二の画像は輝度情報に関する画像であることを特徴とする請求項6に記載の画像撮像装置。
- 前記制御部は、前記分離処理に加えて、前記第一の画像を拡大して第四の画像を生成する画像拡大処理と、前記第二の画像と前記第四の画像を合成して第三の画像を生成する画像合成処理とを実行することを特徴とする請求項6に記載の画像撮像装置。
- 前記制御部は、前記画像拡大処理及び前記画像合成処理に加えて、前記第二の画像及び前記第三の画像より色情報と輝度情報を変換し、RGBの輝度値を有する第五の画像を生成する画像変換処理を実行することを特徴とする請求項9に記載の画像撮像装置。
- 前記制御部は、前記分離処理に加えて、前記第一の画像を縮小して第四の画像を生成する画像縮小処理と、前記第二の画像と前記第四の画像を合成して第三の画像を生成する画像合成処理とを実行することを特徴とする請求項6に記載の画像撮像装置。
- 前記制御部は、前記分離処理に加えて、前記第一の画像を拡大して第四の画像を生成する画像拡大処理と、前記第一の画像をLPF処理することにより、当該第一の画像から高周波成分を取り除いて第六の画像を生成するLPF処理と、前記第四の画像と前記第六の画像を合成して第三の画像を生成する画像合成処理とを実行することを特徴とする請求項6に記載の画像撮像装置。
- 前記制御部は、前記画像拡大処理、前記LPF処理及び前記画像合成処理に加えて、前記第二の画像及び前記第三の画像より色情報と輝度情報を変換し、RGBの輝度値を有する第五の画像を生成する画像変換処理を実行することを特徴とする請求項12に記載の画像撮像装置。
- 前記LPF処理は、特定の画素の配列する周期に対して小さい範囲の画素の輝度値を平均化することを特徴とする請求項12に記載の画像撮像装置。
- 前記LPF処理は、画像縮小処理と画像拡大処理を有することを特徴とする請求項12に記載の画像撮像装置。
- 前記第三の画像は、色情報に関する画像であることを特徴とする請求項9〜13のいずれか一項に記載の画像撮像装置。
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