JP2013175807A - Image pickup device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that complicated photographing optics needs to be prepared.SOLUTION: An image pickup device comprises: a spectral unit which separates incident light into first and second spectral components; a first image sensor including a first photoelectric conversion element group having a plurality of photoelectric conversion elements for receiving the first spectral component and converting it into a first electric signal arranged in two-dimensional form, which includes, in at least part of the plurality of photoelectric conversion elements, at least one of a camera filter and an opening formed at a position where light flux from a specific partial region in the cross sectional region of the incident light is transmitted; and a second image sensor including a second photoelectric conversion element group having a plurality of photoelectric conversion elements for receiving the second spectral component and converting it into a second electric signal arranged in two-dimensional form, which includes, in at least part of the plurality of photoelectric conversion elements, at least one of a camera filter and an opening formed at a position where light flux from a specific partial region in the cross sectional region of the incident light is transmitted. A set of the photoelectric conversion elements of the first image sensor on which the first spectral component from an object point is incident and the photoelectric conversion elements of the second image sensor on which the second spectral component from the same object point is incident differs at least partly from each other in the presence of a color filter and in at least the wavelength characteristic of the color filter, the presence of the opening, and the position of the opening.

Description

本発明は、撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

2つの撮影光学系を用いて、右目用の画像と左目用の画像とから成るステレオ画像を撮像するステレオ撮像装置が知られている。このようなステレオ撮像装置は、2つの撮像光学系を一定の間隔で配置することにより、同一の被写体を撮像して得られる2つの画像に視差を生じさせる。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開平8−47001号公報
A stereo imaging device that captures a stereo image composed of a right-eye image and a left-eye image using two imaging optical systems is known. Such a stereo imaging device causes parallax to occur in two images obtained by imaging the same subject by arranging two imaging optical systems at regular intervals.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] JP-A-8-47001

それぞれがカラー画像である視差画像を取得するには、それぞれの視差画像を撮像するための複雑な撮影光学系を用意しなければならない。   In order to acquire parallax images, each of which is a color image, it is necessary to prepare a complicated photographing optical system for capturing each parallax image.

本発明の第1の態様においては、一の光学系からの入射光を第1分光と第2分光とに分光する分光部と、前記第1分光を受光して、第1電気信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された第1光電変換素子群を有し、前記複数の光電変換素子の少なくとも一部に対し、カラーフィルタ、および、前記入射光の断面領域内の特定の部分領域からの光束を通過させる位置に設けた開口部、の少なくとも一方を設けた第1撮像素子と、前記第2分光を受光して、第2電気信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された第2光電変換素子群を有し、前記複数の光電変換素子の少なくとも一部に対し、カラーフィルタ、および、前記入射光の断面領域内の特定の部分領域からの光束を通過させる位置に設けた開口部、の少なくとも一方を設けた第2撮像素子とを備え、同一の物点からの第1分光が入射する前記第1撮像素子の光電変換素子と第2分光が入射する前記第2撮像素子光電変換素子の組の少なくとも一部は互いに、前記カラーフィルタの有無、前記カラーフィルタの波長特性、前記開口部の有無、および、前記開口部の位置、のうち少なくとも一つが異なっている撮像装置を提供する。   In the first aspect of the present invention, a spectroscopic unit that splits incident light from one optical system into a first spectrum and a second spectrum, and receives the first spectrum and photoelectrically converts it into a first electric signal. A plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional array, and at least part of the plurality of photoelectric conversion elements is provided with a color filter and a cross-sectional area of the incident light. A first imaging element provided with at least one of openings provided at positions where light beams from a specific partial region pass, and a plurality of photoelectric conversions that receive the second spectrum and photoelectrically convert it into a second electrical signal. A second photoelectric conversion element group in which the elements are two-dimensionally arranged; for at least a part of the plurality of photoelectric conversion elements, from a color filter and a specific partial region in a cross-sectional region of the incident light; An opening provided at a position through which the luminous flux passes. A second image sensor provided with at least one of the photoelectric conversion element of the first image sensor on which the first spectrum from the same object point is incident and the photoelectric conversion element of the second image sensor on which the second spectrum is incident Provided is an imaging device in which at least one part of the set differs in at least one of presence / absence of the color filter, wavelength characteristics of the color filter, presence / absence of the opening, and position of the opening.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

本発明の実施形態に係るデジタルカメラ10の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the digital camera 10 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。It is the schematic showing the cross section of the image pick-up element which concerns on embodiment of this invention. 第1撮像素子100の一部を拡大した様子を表す概略図である。2 is a schematic diagram illustrating a state in which a part of the first image sensor 100 is enlarged. FIG. 視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the relationship between a parallax pixel and a to-be-photographed object. 視差画像を生成する処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the process which produces | generates a parallax image. 繰り返しパターン110の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the repeating pattern 110. FIG. 二次元的な繰り返しパターン110の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the two-dimensional repeating pattern 110. FIG. 開口部104の他の形状を説明する図である。It is a figure explaining the other shape of the opening part 104. FIG. ベイヤー配列を説明する図である。It is a figure explaining a Bayer arrangement. 第1撮像素子100及び第2撮像素子300を有する視差画像の撮像処理について説明する図である。It is a figure explaining the imaging process of the parallax image which has the 1st image sensor 100 and the 2nd image sensor 300. FIG. 別の第1撮像素子100及び第2撮像素子300を有する視差画像の撮像処理について説明する図である。It is a figure explaining the imaging process of the parallax image which has another 1st image sensor 100 and the 2nd image sensor 300. FIG. 別の第1撮像素子100及び第2撮像素子300を説明する図である。It is a figure explaining another 1st image sensor 100 and the 2nd image sensor 300. FIG. 分光部650が被写体光束を3つに分光するデジタルカメラ撮像光学部610の一部構成図である。FIG. 6 is a partial configuration diagram of a digital camera imaging optical unit 610 in which a spectroscopic unit 650 splits a subject light beam into three. 図13のデジタルカメラ撮像光学部610における第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400を説明する正面図である。It is a front view explaining the 1st image sensor 100, the 2nd image sensor 300, and the 3rd image sensor 400 in the digital camera image pick-up optical part 610 of FIG. 図13のデジタルカメラ撮像光学部610における別の第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400を説明する正面図である。FIG. 14 is a front view illustrating another first image sensor 100, second image sensor 300, and third image sensor 400 in the digital camera imaging optical unit 610 of FIG. 分光部750が被写体光束を4つに分光するデジタルカメラ撮像光学部710の一部構成図である。FIG. 6 is a partial configuration diagram of a digital camera imaging optical unit 710 in which a spectroscopic unit 750 splits a subject light beam into four. 図16のデジタルカメラ撮像光学部710における第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500を説明する正面図である。It is a front view explaining the 1st image sensor 100, the 2nd image sensor 300, the 3rd image sensor 400, and the 4th image sensor 500 in the digital camera image pick-up optical part 710 of FIG. 図16のデジタルカメラ撮像光学部710における別の第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500を説明する正面図である。FIG. 17 is a front view illustrating another first image sensor 100, second image sensor 300, third image sensor 400, and fourth image sensor 500 in the digital camera imaging optical unit 710 of FIG. 図16のデジタルカメラ撮像光学部710における別の第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500を説明する正面図である。FIG. 17 is a front view illustrating another first image sensor 100, second image sensor 300, third image sensor 400, and fourth image sensor 500 in the digital camera imaging optical unit 710 of FIG. 図16のデジタルカメラ撮像光学部710における別の第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500を説明する正面図である。FIG. 17 is a front view illustrating another first image sensor 100, second image sensor 300, third image sensor 400, and fourth image sensor 500 in the digital camera imaging optical unit 710 of FIG. 開口の大きさを変更した撮像素子を説明する正面図である。It is a front view explaining the image pick-up element which changed the magnitude | size of opening. 開口の大きさを変更した別の撮像素子を説明する正面図である。It is a front view explaining another image pick-up element which changed the magnitude | size of opening. 撮像素子の種類を説明する表である。It is a table | surface explaining the kind of image pick-up element. 分光部の種類を説明する表である。It is a table | surface explaining the kind of spectroscopic part. 2個の撮像素子を設ける場合の組み合せのバリエーションを説明する表である。It is a table | surface explaining the variation of the combination in the case of providing two image sensors. 3個の撮像素子を設ける場合の組み合せのバリエーションを説明する表である。It is a table | surface explaining the variation of the combination in the case of providing three image sensors.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

撮像装置の一形態である本実施形態に係るデジタルカメラは、複数の視点数の画像を一度の撮影により生成し、RAW画像データセットとして保存する。互いに視点の異なるそれぞれの画像を視差画像と呼ぶ。   The digital camera according to the present embodiment, which is an embodiment of the imaging apparatus, generates images with a plurality of viewpoints by shooting once and stores them as a RAW image data set. Each image having a different viewpoint is called a parallax image.

図1は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ10の構成を説明する図である。デジタルカメラ10は、一の光学系の一例である撮影光学系としての撮影レンズ20を備え、光軸21に沿って入射する入射光の一例である被写体光束を第1撮像素子100または第2撮像素子300へ導く。撮影レンズ20は、デジタルカメラ10に対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。デジタルカメラ10は、分光部50、第1撮像素子100、制御部201、A/D変換回路202、メモリ203、駆動部204、画像処理部205、メモリカードIF207、操作部208、表示部209、LCD駆動回路210、AFセンサ211、保存制御部238、第2撮像素子300およびA/D変換回路302、メモリ303、駆動部304を備える。   FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a digital camera 10 according to an embodiment of the present invention. The digital camera 10 includes a photographic lens 20 as a photographic optical system which is an example of one optical system, and a subject light beam which is an example of incident light incident along the optical axis 21 is captured by the first image sensor 100 or the second image sensor. Lead to element 300. The photographing lens 20 may be an interchangeable lens that can be attached to and detached from the digital camera 10. The digital camera 10 includes a spectroscopic unit 50, a first image sensor 100, a control unit 201, an A / D conversion circuit 202, a memory 203, a drive unit 204, an image processing unit 205, a memory card IF 207, an operation unit 208, a display unit 209, An LCD drive circuit 210, an AF sensor 211, a storage control unit 238, a second image sensor 300, an A / D conversion circuit 302, a memory 303, and a drive unit 304 are provided.

なお、図示するように、第1撮像素子100へ向かう光軸21に平行な方向をz軸プラス方向と定め、z軸と直交する平面において紙面手前へ向かう方向をx軸プラス方向、紙面上方向をy軸プラス方向、と定める。撮影における構図との関係はx軸が水平方向、y軸が垂直方向となる。以降のいくつかの図においては、図1の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。   As shown in the figure, the direction parallel to the optical axis 21 toward the first image sensor 100 is defined as the z-axis plus direction, and the direction toward the front of the page in the plane orthogonal to the z-axis is the x-axis plus direction and the upward direction on the page. Is defined as the y-axis plus direction. In relation to the composition in photographing, the x-axis is the horizontal direction and the y-axis is the vertical direction. In the following several figures, the coordinate axes are displayed so that the orientation of each figure can be understood with reference to the coordinate axes of FIG.

撮影レンズ20は、複数の光学レンズ群から構成され、被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図1では撮影レンズ20を説明の都合上、瞳近傍に配置された仮想的な1枚のレンズで代表して表している。分光部50は、撮影レンズ20からの被写体光束を、第1分光DL1と、第2分光DL2とに分光する。第1分光DL1は、分光された後、第1撮像素子100へと進行する。第2分光DL2は、分光された後、第2撮像素子300へと進行する。これにより、複雑な光学系を設けることなく、撮影レンズ20によって視差画像を撮像することができる。例えば、分光部50は、設定された光量に基づいて光束を分光するペリクルミラー等のハーフミラー、波長帯域に基づいて光束を分光するダイクロイックミラー等の分光ミラー及びダイクロイックプリズムによって構成することができる。分光部50がハーフミラーによって構成された場合、分光部50は、被写体光束の一部を第1分光DL1として透過して、残りを第2分光DL2として反射する。これにより、分光部50は、予め定められた光量の比で被写体光束を分光する。予め定められた光量の比の一例は、1:1である。また、予め定められた光量の比の他の例は、第1撮像素子100及び第2撮像素子300のバリエーションによりホワイトバランスの適用範囲を広げる設定に対応できる任意の比率である。分光部50がダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムによって構成された場合、分光部50は、被写体光束のうち、第1波長帯域の光を第1分光DL1として透過して、第1波長帯域と異なる第2波長帯域の光を第2分光DL2として反射する。第1波長帯域の一例は、400nmから800nmの可視光領域である。第2波長帯域の一例は、800nmから1mmの赤外光である。   The taking lens 20 is composed of a plurality of optical lens groups, and forms an image of a subject light beam in the vicinity of its focal plane. In FIG. 1, for convenience of explanation, the photographic lens 20 is represented by a single virtual lens arranged in the vicinity of the pupil. The spectroscopic unit 50 splits the subject light flux from the photographing lens 20 into the first spectroscopic DL1 and the second spectroscopic DL2. The first light split DL1 proceeds to the first image sensor 100 after being split. The second light split DL2 travels to the second image sensor 300 after being split. Thereby, a parallax image can be picked up by the taking lens 20 without providing a complicated optical system. For example, the spectroscopic unit 50 can be configured by a half mirror such as a pellicle mirror that splits a light beam based on a set light amount, a spectroscopic mirror such as a dichroic mirror that splits a light beam based on a wavelength band, and a dichroic prism. When the spectroscopic unit 50 is configured by a half mirror, the spectroscopic unit 50 transmits a part of the subject light beam as the first spectroscopic DL1, and reflects the rest as the second spectroscopic DL2. As a result, the spectroscopic unit 50 separates the subject light flux with a predetermined light amount ratio. An example of the predetermined light amount ratio is 1: 1. In addition, another example of the predetermined light amount ratio is an arbitrary ratio that can correspond to a setting that widens the application range of white balance by variations of the first image sensor 100 and the second image sensor 300. When the spectroscopic unit 50 is configured by a dichroic mirror or a dichroic prism, the spectroscopic unit 50 transmits light in the first wavelength band of the subject light beam as the first spectral DL1, and has a second wavelength different from the first wavelength band. The light in the band is reflected as the second spectral DL2. An example of the first wavelength band is a visible light region of 400 nm to 800 nm. An example of the second wavelength band is infrared light from 800 nm to 1 mm.

第1撮像素子100は、撮影レンズ20の焦点面近傍に配置されている。第1撮像素子100は、第1分光DL1を受光して、第1電気信号の一例である第1画像信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された光電変換素子群を有する。第1撮像素子100は、例えばCCD、CMOSセンサ等のイメージセンサである。第1撮像素子100では、少なくともいずれかの光電変換素子に対してカラーフィルタが設けられている。第2撮像素子300は、第2分光DL2を受光して、第2電気信号の一例である第2画像信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された光電変換素子群を有する。第2撮像素子300では、例えばCCD、CMOSセンサ等のイメージセンサである。第2撮像素子300では、少なくともいずれかの光電変換素子に対して断面領域内の特定の部分領域からの被写体光束を通過させる位置に配置された開口マスクが設けられている。第1撮像素子100と第2撮像素子300は、配列における対応する位置において、カラーフィルタの波長特性と開口マスクの位置とのうち少なくとも一方が互いに異なっている。第1撮像素子100は、駆動部204によりタイミング制御されて、受光面上に結像された被写体像を画像信号に変換してA/D変換回路202へ出力する。   The first image sensor 100 is disposed near the focal plane of the photographic lens 20. The first imaging element 100 receives a first spectral DL1, and includes a photoelectric conversion element group in which a plurality of photoelectric conversion elements that are photoelectrically converted into a first image signal that is an example of a first electric signal are two-dimensionally arranged. Have. The first image sensor 100 is an image sensor such as a CCD or CMOS sensor. In the first image sensor 100, a color filter is provided for at least one of the photoelectric conversion elements. The second imaging element 300 receives a second spectral DL2 and generates a photoelectric conversion element group in which a plurality of photoelectric conversion elements that are photoelectrically converted into a second image signal that is an example of a second electric signal are two-dimensionally arranged. Have. The second image sensor 300 is an image sensor such as a CCD or CMOS sensor. The second image sensor 300 is provided with an aperture mask that is disposed at a position that allows the subject luminous flux from a specific partial area in the cross-sectional area to pass through at least one of the photoelectric conversion elements. The first image sensor 100 and the second image sensor 300 are different from each other in at least one of the wavelength characteristics of the color filter and the position of the aperture mask at corresponding positions in the array. The first image sensor 100 is timing-controlled by the drive unit 204, converts the subject image formed on the light receiving surface into an image signal, and outputs the image signal to the A / D conversion circuit 202.

A/D変換回路202は、第1撮像素子100が出力する画像信号をデジタル信号に変換してRAW元画像データとしてメモリ203へ出力する。画像処理部205は、メモリ203をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。画像処理部205は、画像抽出部231、画像補完部232及び画像合成部233を有する。画像抽出部231は、メモリ203に記憶された第1撮像素子100の光電変換素子群の電気信号及びメモリ303に記憶された第2撮像素子300の光電変換素子群の電気信号から複数の画素の色データ及び複数の画素の視差データを抽出する。画像補完部232は、抽出された色データ及び視差データに基づいて、色データ及び視差データを有さない画素に色データ及び視差データを補完する。画像合成部233は、補完された画素の色データ及び対応する画素の視差データを合成して、メモリカード220に記憶させる。それぞれの処理の詳細については、後述する。A/D変換回路302、メモリ303、駆動部304は、それぞれA/D変換回路202、メモリ203、駆動部204と同様の構成である。   The A / D conversion circuit 202 converts the image signal output from the first image sensor 100 into a digital signal and outputs the digital signal to the memory 203 as RAW original image data. The image processing unit 205 performs various image processing using the memory 203 as a work space, and generates image data. The image processing unit 205 includes an image extracting unit 231, an image complementing unit 232, and an image combining unit 233. The image extraction unit 231 uses the electrical signals of the photoelectric conversion element group of the first image sensor 100 stored in the memory 203 and the electrical signals of the photoelectric conversion element group of the second image sensor 300 stored in the memory 303 to output a plurality of pixels. Color data and parallax data of a plurality of pixels are extracted. Based on the extracted color data and parallax data, the image complementing unit 232 supplements the color data and the parallax data to pixels that do not have color data and parallax data. The image synthesis unit 233 synthesizes the complemented pixel color data and the corresponding pixel parallax data, and stores them in the memory card 220. Details of each processing will be described later. The A / D conversion circuit 302, the memory 303, and the drive unit 304 have the same configuration as the A / D conversion circuit 202, the memory 203, and the drive unit 204, respectively.

画像処理部205は、他にも選択された画像フォーマットに従って画像データを調整するなどの画像処理一般の機能も担う。生成された画像データは、LCD駆動回路210により表示信号に変換され、表示部209に表示される。また、上記種々の画像データは保存制御部238によりメモリカードIF207に装着されているメモリカード220に記録される。   The image processing unit 205 also has general image processing functions such as adjusting image data according to the selected image format. The generated image data is converted into a display signal by the LCD drive circuit 210 and displayed on the display unit 209. The various image data are recorded on the memory card 220 mounted on the memory card IF 207 by the storage control unit 238.

AFセンサ211は、被写体空間に対して複数の測距点が設定された位相差センサであり、それぞれの測距点において被写体像のデフォーカス量を検出する。一連の撮影シーケンスは、操作部208がユーザの操作を受け付けて、制御部201へ操作信号を出力することにより開始される。撮影シーケンスに付随するAF,AE等の各種動作は、制御部201に制御されて実行される。例えば、制御部201は、AFセンサ211の検出信号を解析して、撮影レンズ20の一部を構成するフォーカスレンズを移動させる合焦制御を実行する。尚、後述する視差画素が、AFセンサ211の機能を兼用するように構成してもよい。この場合、AFセンサ211は、省略できる。   The AF sensor 211 is a phase difference sensor in which a plurality of distance measuring points are set for the subject space, and detects the defocus amount of the subject image at each distance measuring point. A series of shooting sequences is started when the operation unit 208 receives a user operation and outputs an operation signal to the control unit 201. Various operations such as AF and AE accompanying the imaging sequence are executed under the control of the control unit 201. For example, the control unit 201 analyzes the detection signal of the AF sensor 211 and executes focus control for moving a focus lens that constitutes a part of the photographing lens 20. In addition, you may comprise so that the parallax pixel mentioned later may combine the function of AF sensor 211. FIG. In this case, the AF sensor 211 can be omitted.

次に、第1撮像素子100の構成について詳細に説明する。図2は、本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。図2(a)は、カラーフィルタ102と開口マスク103が別体で構成される第1撮像素子100の断面概略図である。また、図2(b)は、第1撮像素子100の変形例として、カラーフィルタ部122と開口マスク部123が一体的に構成されたスクリーンフィルタ121を備える撮像素子120の断面概略図である。   Next, the configuration of the first image sensor 100 will be described in detail. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of the image sensor according to the embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the first image sensor 100 in which the color filter 102 and the aperture mask 103 are configured separately. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of an image sensor 120 including a screen filter 121 in which a color filter portion 122 and an opening mask portion 123 are integrally formed as a modification of the first image sensor 100.

図2(a)に示すように、第1撮像素子100は、被写体側から順に、マイクロレンズ101、カラーフィルタ102、開口マスク103、配線層105および光電変換素子108が配列されて構成されている。光電変換素子108は、入射する光を電気信号に変換するフォトダイオードにより構成される。光電変換素子108は、基板109の表面に二次元的に複数配列されている。   As shown in FIG. 2A, the first image sensor 100 is configured by arranging a micro lens 101, a color filter 102, an aperture mask 103, a wiring layer 105, and a photoelectric conversion element 108 in order from the subject side. . The photoelectric conversion element 108 is configured by a photodiode that converts incident light into an electrical signal. A plurality of photoelectric conversion elements 108 are two-dimensionally arranged on the surface of the substrate 109.

光電変換素子108により変換された画像信号、光電変換素子108を制御する制御信号等は、配線層105に設けられた配線106を介して送受信される。また、各光電変換素子108に一対一に対応して設けられた開口部104を有する開口マスク103が、配線層に接して設けられている。開口部104は、後述するように、対応する光電変換素子108ごとにシフトさせて、相対的な位置が厳密に定められている。詳しくは後述するが、この開口部104を備える開口マスク103の作用により、光電変換素子108が受光する被写体光束に視差が生じる。   An image signal converted by the photoelectric conversion element 108, a control signal for controlling the photoelectric conversion element 108, and the like are transmitted and received through the wiring 106 provided in the wiring layer 105. In addition, an opening mask 103 having openings 104 provided in one-to-one correspondence with each photoelectric conversion element 108 is provided in contact with the wiring layer. As will be described later, the opening 104 is shifted for each corresponding photoelectric conversion element 108 so that the relative position is precisely determined. As will be described in detail later, parallax occurs in the subject light beam received by the photoelectric conversion element 108 by the action of the opening mask 103 including the opening 104.

一方、視差を生じさせない光電変換素子108上には、開口マスク103が存在しない。別言すれば、対応する光電変換素子108に対して入射する被写体光束を制限しない、つまり有効光束の全体を通過させる開口部104を有する開口マスク103が設けられているとも言える。視差を生じさせることはないが、実質的には配線106によって形成される開口部107が入射する被写体光束を規定するので、配線106を、視差を生じさせない有効光束の全体を通過させる開口マスクと捉えることもできる。尚、開口部107は、配線層105の上層の配線106に形成してもよい。開口マスク103は、各光電変換素子108に対応して別個独立に配列しても良いし、カラーフィルタ102の製造プロセスと同様に複数の光電変換素子108に対して一括して形成しても良い。   On the other hand, the aperture mask 103 does not exist on the photoelectric conversion element 108 that does not generate parallax. In other words, it can be said that the aperture mask 103 having the aperture 104 that does not limit the subject luminous flux incident on the corresponding photoelectric conversion element 108, that is, allows the entire effective luminous flux to pass therethrough is provided. An aperture mask that does not cause parallax, but substantially defines the subject luminous flux that is incident by the opening 107 formed by the wiring 106, and allows the wiring 106 to pass through the entire effective luminous flux that does not cause parallax. It can also be captured. Note that the opening 107 may be formed in the upper wiring 106 of the wiring layer 105. The opening mask 103 may be arranged separately and independently corresponding to each photoelectric conversion element 108, or may be formed collectively for a plurality of photoelectric conversion elements 108 in the same manner as the manufacturing process of the color filter 102. .

カラーフィルタ102は、開口マスク103上に設けられている。カラーフィルタ102は、各光電変換素子108に対して特定の波長帯域を透過させるように着色された、光電変換素子108のそれぞれに一対一に対応して設けられるフィルタである。カラー画像を出力するには、互いに異なる少なくとも3種類のカラーフィルタが配列されれば良い。これらのカラーフィルタは、カラー画像を生成するための原色フィルタと言える。原色フィルタの組み合わせは、例えば赤色波長帯を透過させる赤フィルタ、緑色波長帯を透過させる緑フィルタ、および青色波長帯を透過させる青フィルタである。これらのカラーフィルタは、後述するように、光電変換素子108に対応して格子状に配列される。カラーフィルタは原色RGBの組合せのみならず、YCMgの補色フィルタの組合せであっても良い。   The color filter 102 is provided on the opening mask 103. The color filter 102 is a filter provided in a one-to-one correspondence with each photoelectric conversion element 108, which is colored so as to transmit a specific wavelength band to each photoelectric conversion element 108. In order to output a color image, it is only necessary to arrange at least three different color filters. These color filters can be said to be primary color filters for generating a color image. The primary color filter combination is, for example, a red filter that transmits the red wavelength band, a green filter that transmits the green wavelength band, and a blue filter that transmits the blue wavelength band. As will be described later, these color filters are arranged in a lattice pattern corresponding to the photoelectric conversion elements 108. The color filter may be not only a combination of primary colors RGB, but also a combination of YCMg complementary color filters.

マイクロレンズ101は、カラーフィルタ102上に設けられている。マイクロレンズ101は、入射する被写体光束のより多くを光電変換素子108へ導くための集光レンズである。マイクロレンズ101は、光電変換素子108のそれぞれに一対一に対応して設けられている。マイクロレンズ101は、撮影レンズ20の瞳中心と光電変換素子108の相対的な位置関係を考慮して、より多くの被写体光束が光電変換素子108に導かれるようにその光軸がシフトされていることが好ましい。さらには、開口マスク103の開口部104の位置と共に、後述の特定の被写体光束がより多く入射するように配置位置が調整されても良い。   The microlens 101 is provided on the color filter 102. The microlens 101 is a condensing lens for guiding more incident subject light flux to the photoelectric conversion element 108. The microlenses 101 are provided in a one-to-one correspondence with the photoelectric conversion elements 108. In consideration of the relative positional relationship between the pupil center of the taking lens 20 and the photoelectric conversion element 108, the optical axis of the microlens 101 is shifted so that more subject light flux is guided to the photoelectric conversion element 108. It is preferable. Furthermore, the arrangement position may be adjusted so that more specific subject light beam, which will be described later, is incident along with the position of the opening 104 of the opening mask 103.

このように、各々の光電変換素子108に対応して一対一に設けられる開口マスク103、カラーフィルタ102およびマイクロレンズ101の一単位を画素と呼ぶ。画素は、連続的、かつ、周期的に配列されている。特に、視差を生じさせる開口マスク103が設けられた画素を視差画素、視差を生じさせる開口マスク103が設けられていない画素を視差なし画素と呼ぶ。例えば、第1撮像素子100の有効画素領域が24mm×16mm程度の場合、画素数は1200万程度に及ぶ。   As described above, one unit of the aperture mask 103, the color filter 102, and the microlens 101 provided in one-to-one correspondence with each photoelectric conversion element 108 is referred to as a pixel. The pixels are arranged continuously and periodically. In particular, a pixel provided with the opening mask 103 that generates parallax is referred to as a parallax pixel, and a pixel that is not provided with the opening mask 103 that generates parallax is referred to as a non-parallax pixel. For example, when the effective pixel area of the first image sensor 100 is about 24 mm × 16 mm, the number of pixels reaches about 12 million.

なお、集光効率、光電変換効率が良いイメージセンサの場合は、マイクロレンズ101を設けなくても良い。また、裏面照射型イメージセンサの場合は、配線層105が光電変換素子108とは反対側に設けられる。   Note that in the case of an image sensor with good light collection efficiency and photoelectric conversion efficiency, the microlens 101 may not be provided. In the case of a back-illuminated image sensor, the wiring layer 105 is provided on the side opposite to the photoelectric conversion element 108.

カラーフィルタ102と開口マスク103の組み合わせには、さまざまなバリエーションが存在する。図2(a)において、開口マスク103の開口部104に色成分を持たせれば、カラーフィルタ102と開口マスク103を一体的に形成することができる。また、特定の画素を被写体の輝度情報を取得する画素とする場合、その画素には、対応するカラーフィルタ102を設けなくても良い。あるいは、可視光のおよそ全ての波長帯域を透過させるように、着色を施さない透明フィルタを配列しても良い。   There are various variations in the combination of the color filter 102 and the aperture mask 103. In FIG. 2A, the color filter 102 and the opening mask 103 can be integrally formed if the opening 104 of the opening mask 103 has a color component. In addition, when a specific pixel is a pixel that acquires luminance information of a subject, the corresponding color filter 102 may not be provided for the pixel. Or you may arrange | position the transparent filter which does not give coloring so that the substantially all wavelength band of visible light may be permeate | transmitted.

輝度情報を取得する画素を視差画素とする場合、つまり、視差画像を少なくとも一旦はモノクロ画像として出力するのであれば、図2(b)として示す撮像素子120の構成を採用し得る。すなわち、カラーフィルタとして機能するカラーフィルタ部122と、開口部104を有する開口マスク部123とが一体的に構成されたスクリーンフィルタ121を、マイクロレンズ101と配線層105の間に配設することができる。   When the pixel from which luminance information is acquired is a parallax pixel, that is, when the parallax image is output at least once as a monochrome image, the configuration of the image sensor 120 shown in FIG. 2B can be employed. That is, the screen filter 121 in which the color filter part 122 that functions as a color filter and the opening mask part 123 having the opening 104 are integrally formed may be disposed between the microlens 101 and the wiring layer 105. it can.

スクリーンフィルタ121は、カラーフィルタ部122において例えば青緑赤の着色が施され、開口マスク部123において開口部104以外のマスク部分が黒の着色が施されて形成される。スクリーンフィルタ121を採用する撮像素子120は、第1撮像素子100に比較して、マイクロレンズ101から光電変換素子108までの距離が短いので、被写体光束の集光効率が高い。   The screen filter 121 is formed by, for example, blue-green-red coloring in the color filter portion 122 and black in the opening mask portion 123 other than the opening portion 104. Since the image sensor 120 that employs the screen filter 121 has a shorter distance from the microlens 101 to the photoelectric conversion element 108 than the first image sensor 100, the light collection efficiency of the subject light flux is high.

次に、開口マスク103の開口部104と、生じる視差の関係について説明する。図3は、第1撮像素子100の一部を拡大した様子を表す概略図である。ここでは、説明を簡単にすべく、カラーフィルタ102の配色については後に言及を再開するまで考慮しない。カラーフィルタ102の配色に言及しない以下の説明においては、同色(透明である場合を含む)のカラーフィルタ102を有する視差画素のみを寄せ集めたイメージセンサであると捉えることができる。したがって、以下に説明する繰り返しパターンは、同色のカラーフィルタ102における隣接画素として考えても良い。   Next, the relationship between the opening 104 of the opening mask 103 and the generated parallax will be described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which a part of the first image sensor 100 is enlarged. Here, in order to simplify the explanation, the color arrangement of the color filter 102 is not considered until the reference is resumed later. In the following description that does not refer to the color arrangement of the color filter 102, it can be considered that the image sensor is a collection of only parallax pixels having the color filter 102 of the same color (including the case of being transparent). Therefore, the repetitive pattern described below may be considered as an adjacent pixel in the color filter 102 of the same color.

図3に示すように、開口マスク103の開口部104は、それぞれの画素に対して相対的にシフトして設けられている。そして、隣接する画素同士においても、それぞれの開口部104は互いに変位した位置に設けられている。   As shown in FIG. 3, the opening 104 of the opening mask 103 is provided so as to be relatively shifted with respect to each pixel. In the adjacent pixels, the openings 104 are provided at positions displaced from each other.

図の例においては、それぞれの画素に対する開口部104の位置として、互いに左右方向にシフトした6種類の開口マスク103が用意されている。そして、第1撮像素子100の全体は、紙面左側から右側へ徐々にシフトする開口マスク103をそれぞれ有する6つの視差画素を一組とする光電変換素子群が、二次元的かつ周期的に配列されている。つまり、第1撮像素子100は、一組の光電変換素子群を含む繰り返しパターン110が、周期的に敷き詰められて構成されていると言える。   In the example shown in the drawing, six types of opening masks 103 that are shifted in the left-right direction are prepared as the positions of the openings 104 for the respective pixels. The entire first image sensor 100 has a two-dimensional and periodic arrangement of photoelectric conversion element groups each including a set of six parallax pixels each having an aperture mask 103 that gradually shifts from the left side to the right side of the drawing. ing. That is, it can be said that the first image sensor 100 is configured by periodically laying a repeating pattern 110 including a set of photoelectric conversion element groups.

図4は、視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。特に図4(a)は第1撮像素子100のうち撮影光軸21と直交する中心に配列されている繰り返しパターン110tの光電変換素子群を示し、図4(b)は周辺部分に配列されている繰り返しパターン110uの光電変換素子群を模式的に示している。図4(a)、(b)における被写体30は、撮影レンズ20に対して合焦位置に存在する。図4(c)は、図4(a)に対応して、撮影レンズ20に対して非合焦位置に存在する被写体31を捉えた場合の関係を模式的に示している。   FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the parallax pixels and the subject. In particular, FIG. 4A shows a photoelectric conversion element group of a repetitive pattern 110t arranged at the center orthogonal to the photographing optical axis 21 in the first image pickup element 100, and FIG. 4B is arranged in the peripheral portion. The photoelectric conversion element group of the repeating pattern 110u which has shown is shown typically. The subject 30 in FIGS. 4A and 4B is in the in-focus position with respect to the photographic lens 20. FIG. 4C schematically shows a relationship when the subject 31 existing at the out-of-focus position with respect to the photographing lens 20 is captured corresponding to FIG.

まず、撮影レンズ20が合焦状態に存在する被写体30を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。被写体光束は、撮影レンズ20の瞳を通過して第1撮像素子100へ導かれるが、被写体光束が通過する全体の断面領域に対して、6つの部分領域Pa〜Pfが規定されている。そして、例えば繰り返しパターン110t、110uを構成する光電変換素子群の紙面左端の画素は、拡大図からもわかるように、部分領域Pfから射出された被写体光束のみが光電変換素子108へ到達するように、開口マスク103の開口部104fの位置が定められている。同様に、紙面右端の画素に向かって、部分領域Peに対応して開口部104eの位置が、部分領域Pdに対応して開口部104dの位置が、部分領域Pcに対応して開口部104cの位置が、部分領域Pbに対応して開口部104bの位置が、部分領域Paに対応して開口部104aの位置がそれぞれ定められている。   First, the relationship between the parallax pixels and the subject when the photographing lens 20 captures the subject 30 that is in focus will be described. The subject luminous flux passes through the pupil of the photographing lens 20 and is guided to the first image sensor 100. Six partial areas Pa to Pf are defined for the entire cross-sectional area through which the subject luminous flux passes. For example, in the pixel at the left end of the sheet of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive patterns 110t and 110u, only the subject luminous flux emitted from the partial region Pf reaches the photoelectric conversion element 108 as can be seen from the enlarged view. The position of the opening 104f of the opening mask 103 is determined. Similarly, the position of the opening 104e corresponding to the partial area Pe, the position of the opening 104d corresponding to the partial area Pd, and the position of the opening 104c corresponding to the partial area Pc toward the pixel at the right end of the page. The position of the opening 104b is determined corresponding to the partial area Pb, and the position of the opening 104a is determined corresponding to the partial area Pa.

別言すれば、例えば部分領域Pfと紙面左端画素の相対的な位置関係によって定義される、部分領域Pfから射出される被写体光束の主光線Rfの傾きにより、開口部104fの位置が定められていると言っても良い。そして、合焦位置に存在する被写体30からの被写体光束を、開口部104fを介して光電変換素子108が受光する場合、その被写体光束は、点線で図示するように、光電変換素子108上で結像する。同様に、紙面右端の画素に向かって、主光線Reの傾きにより開口部104eの位置が、主光線Rdの傾きにより開口部104dの位置が、主光線Rcの傾きにより開口部104cの位置が、主光線Rbの傾きにより開口部104bの位置が、主光線Raの傾きにより開口部104aの位置がそれぞれ定められていると言える。   In other words, the position of the opening 104f is determined by the inclination of the principal ray Rf of the subject light beam emitted from the partial region Pf, which is defined by the relative positional relationship between the partial region Pf and the leftmost pixel on the paper surface. It may be said that there is. Then, when the photoelectric conversion element 108 receives the subject luminous flux from the subject 30 existing at the in-focus position via the opening 104f, the subject luminous flux is coupled on the photoelectric conversion element 108 as shown by the dotted line. Image. Similarly, toward the pixel at the right end of the page, the position of the opening 104e is determined by the inclination of the principal ray Re, the position of the opening 104d is determined by the inclination of the principal ray Rd, and the position of the opening 104c is determined by the inclination of the principal ray Rc. It can be said that the position of the opening 104b is determined by the inclination of the principal ray Rb, and the position of the opening 104a is determined by the inclination of the principal ray Ra.

図4(a)で示すように、合焦位置に存在する被写体30のうち、光軸21と交差する被写体30上の微小領域Otから放射される光束は、撮影レンズ20の瞳を通過して、繰り返しパターン110tを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン110tを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ6つの部分領域Pa〜Pfを介して、一つの微小領域Otから放射される光束を受光している。微小領域Otは、繰り返しパターン110tを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。同様に、図4(b)で示すように、合焦位置に存在する被写体30のうち、光軸21から離間した被写体30上の微小領域Ouから放射される光束は、撮影レンズ20の瞳を通過して、繰り返しパターン110uを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン110uを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ6つの部分領域Pa〜Pfを介して、一つの微小領域Ouから放射される光束を受光している。微小領域Ouも、微小領域Otと同様に、繰り返しパターン110uを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。   As shown in FIG. 4A, the light beam emitted from the minute region Ot on the subject 30 that intersects the optical axis 21 among the subject 30 existing at the in-focus position passes through the pupil of the photographing lens 20. Then, each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110t is reached. That is, each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110t receives a light beam emitted from one minute region Ot through each of the six partial regions Pa to Pf. Although the minute region Ot has an extent corresponding to the positional deviation of each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110t, it can be approximated to substantially the same object point. Similarly, as shown in FIG. 4B, the light beam emitted from the minute region Ou on the subject 30 that is separated from the optical axis 21 among the subject 30 that exists at the in-focus position passes through the pupil of the photographing lens 20. It passes through and reaches each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110u. That is, each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110u receives a light beam emitted from one minute region Ou through each of the six partial regions Pa to Pf. Similarly to the micro area Ot, the micro area Ou has an extent corresponding to the positional deviation of each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110u, but substantially the same object point. Can be approximated.

つまり、被写体30が合焦位置に存在する限りは、第1撮像素子100上における繰り返しパターン110の位置に応じて、光電変換素子群が捉える微小領域が異なり、かつ、光電変換素子群を構成する各画素は互いに異なる部分領域を介して同一の微小領域を捉えている。そして、それぞれの繰り返しパターン110において、対応する画素同士は同じ部分領域からの被写体光束を受光している。つまり、図においては、例えば繰り返しパターン110t、110uのそれぞれの紙面左端の画素は、同じ部分領域Pfからの被写体光束を受光している。   That is, as long as the subject 30 exists at the in-focus position, the microregion captured by the photoelectric conversion element group differs depending on the position of the repetitive pattern 110 on the first imaging element 100, and constitutes the photoelectric conversion element group. Each pixel captures the same minute area through different partial areas. In each repetitive pattern 110, corresponding pixels receive the subject luminous flux from the same partial area. In other words, in the drawing, for example, the pixel at the left end of each of the repetitive patterns 110t and 110u receives the subject luminous flux from the same partial region Pf.

撮影光軸21と直交する中心に配列されている繰り返しパターン110tにおいて紙面左端画素が部分領域Pfからの被写体光束を受光する開口部104fの位置と、周辺部分に配列されている繰り返しパターン110uにおいて紙面左端画素が部分領域Pfからの被写体光束を受光する開口部104fの位置は厳密には異なる。しかしながら、機能的な観点からは、部分領域Pfからの被写体光束を受光するための開口マスクという点で、これらを同一種類の開口マスクとして扱うことができる。したがって、図4の例では、第1撮像素子100上に配列される視差画素のそれぞれは、6種類の開口マスクの一つを備えると言える。   In the repetitive pattern 110t arranged in the center orthogonal to the photographing optical axis 21, the position of the opening 104f where the leftmost pixel on the paper surface receives the subject light beam from the partial region Pf and the repetitive pattern 110u arranged in the peripheral portion on the paper surface. Strictly speaking, the position of the opening 104f where the left end pixel receives the subject light flux from the partial region Pf is different. However, from a functional point of view, these can be treated as the same type of aperture mask in terms of an aperture mask for receiving the subject light flux from the partial region Pf. Therefore, in the example of FIG. 4, it can be said that each of the parallax pixels arranged on the first image sensor 100 includes one of six types of aperture masks.

次に、撮影レンズ20が非合焦状態に存在する被写体31を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。この場合も、非合焦位置に存在する被写体31からの被写体光束は、撮影レンズ20の瞳の6つの部分領域Pa〜Pfを通過して、第1撮像素子100へ到達する。ただし、非合焦位置に存在する被写体31からの被写体光束は、光電変換素子108上ではなく他の位置で結像する。例えば、図4(c)に示すように、被写体31が被写体30よりも第1撮像素子100に対して遠い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子108よりも被写体31側で結像する。逆に、被写体31が被写体30よりも第1撮像素子100に対して近い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子108よりも被写体31とは反対側で結像する。   Next, the relationship between the parallax pixels and the subject when the photographing lens 20 captures the subject 31 existing in the out-of-focus state will be described. Also in this case, the subject luminous flux from the subject 31 present at the out-of-focus position passes through the six partial areas Pa to Pf of the pupil of the photographing lens 20 and reaches the first image sensor 100. However, the subject light flux from the subject 31 existing at the out-of-focus position forms an image at another position, not on the photoelectric conversion element 108. For example, as shown in FIG. 4C, when the subject 31 is located farther from the first image sensor 100 than the subject 30, the subject luminous flux forms an image on the subject 31 side with respect to the photoelectric conversion element 108. . Conversely, when the subject 31 is located closer to the first image sensor 100 than the subject 30, the subject luminous flux forms an image on the opposite side of the subject 31 from the photoelectric conversion element 108.

したがって、非合焦位置に存在する被写体31のうち、微小領域Ot'から放射される被写体光束は、6つの部分領域Pa〜Pfのいずれを通過するかにより、異なる組の繰り返しパターン110における対応画素に到達する。例えば、部分領域Pdを通過した被写体光束は、図4(c)の拡大図に示すように、主光線Rd'として、繰り返しパターン110t'に含まれる、開口部104dを有する光電変換素子108へ入射する。そして、微小領域Ot'から放射された被写体光束であっても、他の部分領域を通過した被写体光束は、繰り返しパターン110t'に含まれる光電変換素子108へは入射せず、他の繰り返しパターンにおける対応する開口部を有する光電変換素子108へ入射する。換言すると、繰り返しパターン110t'を構成する各光電変換素子108へ到達する被写体光束は、被写体31の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。すなわち、開口部104dに対応する108へは主光線をRd'とする被写体光束が入射し、他の開口部に対応する光電変換素子108へは主光線をRa+、Rb+、Rc+、Re+、Rf+とする被写体光束が入射するが、これらの被写体光束は、被写体31の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。このような関係は、図4(b)における周辺部分に配列されている繰り返しパターン110uにおいても同様である。   Therefore, the subject luminous flux emitted from the minute region Ot ′ among the subjects 31 existing at the out-of-focus position depends on which of the six partial regions Pa to Pf, the corresponding pixels in the different sets of repetitive patterns 110. To reach. For example, as shown in the enlarged view of FIG. 4C, the subject luminous flux that has passed through the partial region Pd is incident on the photoelectric conversion element 108 having the opening 104d included in the repeated pattern 110t ′ as the principal ray Rd ′. To do. Even if the subject light beam is emitted from the minute region Ot ′, the subject light beam that has passed through another partial region does not enter the photoelectric conversion element 108 included in the repetitive pattern 110t ′, and the repetitive pattern in the other repetitive pattern. The light enters the photoelectric conversion element 108 having a corresponding opening. In other words, the subject luminous flux reaching each photoelectric conversion element 108 constituting the repetitive pattern 110t ′ is a subject luminous flux radiated from different minute areas of the subject 31. That is, a subject luminous flux having a principal ray as Rd ′ is incident on 108 corresponding to the opening 104d, and the principal rays are Ra +, Rb +, Rc +, Re +, Rf + to the photoelectric conversion elements 108 corresponding to the other openings. The subject luminous flux is incident, and these subject luminous fluxes are subject luminous fluxes radiated from different minute regions of the subject 31. Such a relationship is the same in the repeated pattern 110u arranged in the peripheral portion in FIG.

すると、第1撮像素子100の全体で見た場合、例えば、開口部104aに対応する光電変換素子108で捉えた被写体像Aと、開口部104dに対応する光電変換素子108で捉えた被写体像Dは、合焦位置に存在する被写体に対する像であれば互いにずれが無く、非合焦位置に存在する被写体に対する像であればずれが生じることになる。そして、そのずれは、非合焦位置に存在する被写体が合焦位置に対してどちら側にどれだけずれているかにより、また、部分領域Paと部分領域Pdの距離により、方向と量が定まる。つまり、被写体像Aと被写体像Dは、互いに視差像となる。この関係は、他の開口部に対しても同様であるので、開口部104aから104fに対応して、6つの視差像が形成されることになる。   Then, when viewed as a whole of the first image sensor 100, for example, the subject image A captured by the photoelectric conversion element 108 corresponding to the opening 104a and the subject image D captured by the photoelectric conversion element 108 corresponding to the opening 104d. If there is an image with respect to the subject existing at the in-focus position, there will be no shift, and if there is an image with respect to the subject existing in the out-of-focus position, there will be a shift. Then, the direction and amount of the shift are determined by how much the subject existing at the out-of-focus position is shifted from the focus position and by the distance between the partial area Pa and the partial area Pd. That is, the subject image A and the subject image D are parallax images. Since this relationship is the same for the other openings, six parallax images are formed corresponding to the openings 104a to 104f.

したがって、このように構成されたそれぞれの繰り返しパターン110において、互いに対応する画素の出力を寄せ集めると、視差画像が得られる。つまり、6つの部分領域Pa〜Pfうちの特定の部分領域から射出された被写体光束を受光した画素の出力は、視差画像を形成する。   Therefore, when the outputs of the pixels corresponding to each other in each of the repetitive patterns 110 configured in this way are collected, a parallax image is obtained. That is, the output of the pixel that has received the subject light beam emitted from a specific partial area among the six partial areas Pa to Pf forms a parallax image.

図5は、視差画像を生成する処理を説明する概念図である。図は、左列から順に、開口部104fに対応する視差画素の出力を集めて生成される視差画像データIm_fの生成の様子、開口部104eの出力による視差画像データIm_eの生成の様子、開口部104dの出力による視差画像データIm_dの生成の様子、開口部104cの出力による視差画像データIm_cの生成の様子、開口部104bの出力による視差画像データIm_bの生成の様子、開口部104aの出力による視差画像データIm_aの生成の様子を表す。まず開口部104fの出力による視差画像データIm_fの生成の様子について説明する。   FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating processing for generating a parallax image. The figure shows, in order from the left column, the generation of the parallax image data Im_f generated by collecting the outputs of the parallax pixels corresponding to the opening 104f, the generation of the parallax image data Im_e by the output of the opening 104e, the opening State of generation of parallax image data Im_d by output of 104d, state of generation of parallax image data Im_c by output of opening 104c, state of generation of parallax image data Im_b by output of opening 104b, parallax by output of opening 104a This represents how the image data Im_a is generated. First, how the parallax image data Im_f is generated by the output of the opening 104f will be described.

6つの視差画素を一組とする光電変換素子群から成る繰り返しパターン110は、x軸方向に平行な紙面横一列に配列されている。したがって、開口部104fを有する視差画素は、第1撮像素子100上において、x軸方向に6画素おき、かつ、y軸方向に連続して存在する。これら各画素は、上述のようにそれぞれ異なる微小領域からの被写体光束を受光している。したがって、これらの視差画素の出力を寄せ集めて配列すると、x軸方向、つまり水平視差画像が得られる。   The repetitive pattern 110 composed of a photoelectric conversion element group including a set of six parallax pixels is arranged in a horizontal row on the paper parallel to the x-axis direction. Accordingly, the parallax pixels having the opening 104f exist every six pixels in the x-axis direction and continuously in the y-axis direction on the first image sensor 100. Each of these pixels receives the subject luminous flux from different microregions as described above. Therefore, when the outputs of these parallax pixels are collected and arranged, an x-axis direction, that is, a horizontal parallax image is obtained.

しかし、本実施形態における第1撮像素子100の各画素は正方画素であるので、単に寄せ集めただけでは、x軸方向の画素数が1/6に間引かれた結果となり、y軸方向に縦長の画像データが生成されてしまう。そこで、補間処理を施してx軸方向に6倍の画素数とすることにより、本来のアスペクト比の画像として視差画像データIm_fを生成する。ただし、そもそも補間処理前の視差画像データがx軸方向に1/6に間引かれた画像であるので、x軸方向の水平解像度は、y軸方向の垂直解像度よりも低下している。つまり、生成される視差画像データの数と、解像度は相反関係にあると言える。   However, since each pixel of the first image sensor 100 in the present embodiment is a square pixel, simply gathering results in the number of pixels in the x-axis direction being thinned out to 1/6, and in the y-axis direction. Vertical image data is generated. Therefore, by performing an interpolation process so that the number of pixels is 6 times in the x-axis direction, the parallax image data Im_f is generated as an image with an original aspect ratio. However, since the parallax image data before interpolation processing is an image that is thinned out to 1/6 in the x-axis direction, the horizontal resolution in the x-axis direction is lower than the vertical resolution in the y-axis direction. That is, it can be said that the number of parallax image data to be generated and the resolution are in a reciprocal relationship.

同様にして、視差画像データIm_e〜視差画像データIm_aが得られる。すなわち、デジタルカメラ10は、x軸方向に視差を有する6視点の水平視差画像を生成することができる。   Similarly, parallax image data Im_e to parallax image data Im_a are obtained. That is, the digital camera 10 can generate a 6-view horizontal parallax image having parallax in the x-axis direction.

上記の例では、x軸方向に平行な横一列を繰り返しパターン110として周期的に配列される例を説明したが、繰り返しパターン110はこれに限らない。図6は、繰り返しパターン110の他の例を示す図である。   In the above example, an example in which a horizontal row parallel to the x-axis direction is periodically arranged as a repeating pattern 110 has been described, but the repeating pattern 110 is not limited to this. FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the repeated pattern 110.

図6(a)は、y軸方向6画素を繰り返しパターン110とした例である。ただし、それぞれの開口部104は、紙面上端の視差画素から下に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン110によっても、x軸方向に視差を与える6視点の水平視差画像を生成することができる。この場合は、図3の繰り返しパターン110に比較すると、y軸方向の垂直解像度を犠牲にする代わりにx軸方向の水平解像度を維持する繰り返しパターンであると言える。   FIG. 6A shows an example in which the repeating pattern 110 includes 6 pixels in the y-axis direction. However, the positions of the respective openings 104 are determined so as to gradually shift from the left side to the right side of the drawing from the parallax pixel at the top of the drawing to the bottom. A 6-view horizontal parallax image that gives parallax in the x-axis direction can also be generated by the repeated pattern 110 arranged in this way. In this case, compared to the repetitive pattern 110 in FIG. 3, it can be said that the repetitive pattern maintains the horizontal resolution in the x-axis direction instead of sacrificing the vertical resolution in the y-axis direction.

図6(b)は、紙面斜め方向に隣接する6画素を繰り返しパターン110とした例である。それぞれの開口部104は、紙面左上端の視差画素から右下に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン110によっても、x軸方向に視差を与える6視点の水平視差画像を生成することができる。この場合は、図3の繰り返しパターン110に比較すると、y軸方向の垂直解像度およびx軸方向の水平解像度をある程度維持しつつ、水平視差画像の数を増やす繰り返しパターンであると言える。   FIG. 6B shows an example in which the 6 patterns adjacent to each other in the diagonal direction on the paper are used as the repeated pattern 110. The positions of the openings 104 are determined so as to gradually shift from the left side to the right side of the drawing from the parallax pixel at the upper left corner of the drawing toward the lower right. A 6-view horizontal parallax image that gives parallax in the x-axis direction can also be generated by the repeated pattern 110 arranged in this way. In this case, compared to the repetitive pattern 110 in FIG. 3, it can be said that the repetitive pattern increases the number of horizontal parallax images while maintaining the vertical resolution in the y-axis direction and the horizontal resolution in the x-axis direction to some extent.

図3の繰り返しパターン110、および図6(a)、図6(b)の繰り返しパターン110をそれぞれ比較すると、いずれも6視点の視差画像を生成する場合において、視差画像でない全体から一枚の画像を出力する場合の解像度に対し、y軸方向、x軸方向のいずれの方向の解像度を犠牲にするかの違いであると言える。図3の繰り返しパターン110の場合は、x軸方向の水平解像度を1/6とする構成である。図6(a)の繰り返しパターン110の場合は、y軸方向の垂直解像度を1/6とする構成である。また、図6(b)の繰り返しパターン110の場合は、y軸方向を1/3、x軸方向を1/2とする構成である。いずれの場合も、一つのパターン内には、各画素に対応して開口部104a〜104fが一つずつ設けられており、それぞれが対応する部分領域Pa〜Pfのいずれかから被写体光束を受光するように構成されている。したがって、いずれの繰り返しパターン110であっても視差量は同等である。   Comparing the repetitive pattern 110 in FIG. 3 with the repetitive pattern 110 in FIGS. 6A and 6B, when all generate parallax images with 6 viewpoints, one image from the whole which is not a parallax image is generated. It can be said that this is the difference between sacrificing the resolution in the y-axis direction or the x-axis direction with respect to the resolution when outputting. In the case of the repetitive pattern 110 in FIG. 3, the horizontal resolution in the x-axis direction is set to 1/6. In the case of the repetitive pattern 110 in FIG. 6A, the vertical resolution in the y-axis direction is set to 1/6. 6B has a configuration in which the y-axis direction is 1/3 and the x-axis direction is 1/2. In any case, one opening 104a to 104f is provided corresponding to each pixel in one pattern, and the subject luminous flux is received from one of the corresponding partial areas Pa to Pf. It is configured as follows. Accordingly, the parallax amount is the same for any of the repeated patterns 110.

上述の例では、水平方向に視差を与える水平視差画像を生成する場合について説明したが、もちろん垂直方向に視差を与える垂直視差画像を生成することもできるし、水平垂直の二次元方向に視差を与える水平垂直視差画像を生成することもできる。図7は、二次元的な繰り返しパターン110の例を示す図である。   In the above example, the case of generating a horizontal parallax image that gives a parallax in the horizontal direction has been described. Of course, a vertical parallax image that gives a parallax in the vertical direction can also be generated, and the parallax can be generated in a horizontal and vertical two-dimensional direction. A horizontal / vertical parallax image to be given can also be generated. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a two-dimensional repetitive pattern 110.

図7の例によれば、y軸6画素、x軸6画素の36画素を一組の光電変換素子群として繰り返しパターン110を形成する。それぞれの画素に対する開口部104の位置として、互いにy軸x軸方向にシフトした36種類の開口マスク103が用意されている。具体的には、各開口部104は、繰り返しパターン110の紙面上端画素から下端画素に向かって、紙面上側から下側へ徐々にシフトすると同時に、紙面左端画素から右端画素に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置決めされている。   According to the example of FIG. 7, the repetitive pattern 110 is formed by using 36 pixels of 6 y-axis pixels and 6 x-axis pixels as a set of photoelectric conversion element groups. As the positions of the openings 104 for the respective pixels, 36 types of opening masks 103 that are mutually shifted in the y-axis and x-axis directions are prepared. Specifically, each opening 104 gradually shifts from the upper side of the drawing to the lower side of the repetitive pattern 110 from the upper end pixel to the lower end pixel, and at the same time from the left side of the drawing toward the right end pixel. Positioned to shift gradually to the right.

このような繰り返しパターン110を有する第1撮像素子100は、上下方向および左右方向に視差を与える、36視点の視差画像を出力することができる。もちろん図7の例に限らず、さまざまな視点数の視差画像を出力するように繰り返しパターン110を定めることができる。   The first image sensor 100 having such a repeating pattern 110 can output a parallax image of 36 viewpoints that gives parallax in the vertical direction and the horizontal direction. Of course, the pattern 110 is not limited to the example in FIG. 7, and the repetitive pattern 110 can be determined so as to output parallax images with various viewpoints.

以上の説明においては、開口部104の形状として矩形を採用した。特に、水平方向に視差を与える配列においては、シフトさせる方向であるx軸方向の幅よりも、シフトさせないy軸方向の幅を広くすることにより、光電変換素子108へ導く光量を確保している。しかし、開口部104の形状は矩形に限定されない。   In the above description, a rectangle is adopted as the shape of the opening 104. In particular, in an array that gives a parallax in the horizontal direction, the amount of light that is guided to the photoelectric conversion element 108 is secured by making the width in the y-axis direction that is not shifted wider than the width in the x-axis direction that is the shifting direction. . However, the shape of the opening 104 is not limited to a rectangle.

図8は、開口部104の他の形状を説明する図である。図においては、開口部104の形状を円形とした。円形とした場合、半球形状であるマイクロレンズ101との相対的な関係から、予定外の被写体光束が迷光となって光電変換素子108へ入射することを防ぐことができる。   FIG. 8 is a diagram illustrating another shape of the opening 104. In the figure, the shape of the opening 104 is circular. In the case of a circular shape, an unscheduled subject light beam can be prevented from entering the photoelectric conversion element 108 as stray light because of the relative relationship with the microlens 101 having a hemispherical shape.

次に、カラーフィルタ102と視差画像について説明する。図9は、ベイヤー配列を説明する図である。図示するように、ベイヤー配列は、緑フィルタが紙面左上と右下の2画素に、赤フィルタが紙面左下の1画素に、青フィルタが紙面右上の1画素に割り当てられる配列である。ここでは、緑フィルタが割り当てられた紙面左上の画素をGb画素と、同じく緑色フィルタが割り当てられた紙面右下の画素をGr画素とする。また、赤色フィルタが割り当てられた画素をR画素と、青色が割り当てられた画素をB画素とする。そして、Gb画素およびB画素が並ぶ紙面横方向をGb行とし、R画素およびGr画素が並ぶ紙面横方向をGr行とする。また、Gb画素およびR画素が並ぶ紙面縦方向をGb列とし、B画素およびGr画素が並ぶ紙面縦方向をGr列とする。   Next, the color filter 102 and the parallax image will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating the Bayer arrangement. As shown in the figure, the Bayer array is an array in which a green filter is assigned to two pixels at the upper left and lower right of the paper, a red filter is assigned to one pixel at the lower left of the paper, and a blue filter is assigned to one pixel at the upper right of the paper. Here, the upper left pixel on the paper to which the green filter is assigned is the Gb pixel, and the lower right pixel on the paper to which the green filter is assigned is the Gr pixel. In addition, a pixel to which a red filter is assigned is an R pixel, and a pixel to which blue is assigned is a B pixel. The horizontal direction of the paper on which Gb pixels and B pixels are arranged is defined as Gb row, and the horizontal direction of the paper on which R pixels and Gr pixels are aligned is defined as Gr row. Further, the vertical direction of the paper on which Gb pixels and R pixels are arranged is referred to as Gb column, and the vertical direction of the paper on which B pixels and Gr pixels are arranged is referred to as Gr column.

このようなカラーフィルタ102の配列に対して、視差画素と視差なし画素を、何色の画素にどのような周期で割り振っていくかにより、膨大な数の繰り返しパターン110が設定され得る。視差なし画素の出力を集めれば、通常の撮影画像と同じく視差のない撮影画像データを生成することができる。したがって、相対的に視差なし画素の割合を増やせば、解像度の高い2D画像を出力させることができる。この場合、視差画素は相対的に少ない割合となるので、複数の視差画像からなる3D画像としては立体情報が減少する。逆に、視差画素の割合を増やせば、3D画像としては立体情報が増加するが、視差なし画素は相対的に減少するので、解像度の低い2D画像が出力される。   With respect to such an arrangement of the color filters 102, an enormous number of repetitive patterns 110 can be set depending on what color pixels the parallax pixels and non-parallax pixels are allocated to. If the outputs of pixels without parallax are collected, photographic image data having no parallax can be generated in the same way as normal photographic images. Therefore, if the ratio of pixels without parallax is relatively increased, a 2D image with high resolution can be output. In this case, since the number of parallax pixels is relatively small, stereoscopic information is reduced as a 3D image including a plurality of parallax images. Conversely, if the ratio of parallax pixels is increased, stereoscopic information increases as a 3D image, but non-parallax pixels decrease relatively, so a 2D image with low resolution is output.

このようなトレードオフの関係において、何れの画素を視差画素とするか、あるいは視差なし画素とするかにより、様々な特徴を有する繰り返しパターン110が設定される。   In such a trade-off relationship, a repetitive pattern 110 having various characteristics is set depending on which pixel is a parallax pixel or a non-parallax pixel.

図10は、第1撮像素子100及び第2撮像素子300を有する視差画像の撮像処理について説明する図である。図10に示す例においては、分光部50は、ハーフミラーによって構成される。図10に示すように、第1撮像素子100では、紙面左上のGb画素と右下のGr画素とが、視差Lt画素に構成されているとともに、紙面左下のR画素と右上のB画素とが視差なし画素として構成されている。第1撮像素子100は、第2撮像素子300を法線の周りに180°回転させた構成と同じである。具体的には、第2撮像素子300は、紙面左上のGr画素と右下のGb画素とが視差Rt画素に構成されているとともに、右上のR画素と左下のB画素とが視差なし画素として構成されている。これにより、同じ撮像素子を第1撮像素子100及び第2撮像素子300として適用することができるので、製造工程及び製造設備を簡略化することができる。尚、図10に示す第1撮像素子100及び第2撮像素子300は、配列における対応する位置において、カラーフィルタ102の波長特性及び開口マスク103の開口部104の位置が互いに異なる例である。第1撮像素子100及び第2撮像素子300は、開口マスク及びカラーフィルタが設けられている。   FIG. 10 is a diagram illustrating a parallax image capturing process including the first image sensor 100 and the second image sensor 300. In the example shown in FIG. 10, the spectroscopic unit 50 is configured by a half mirror. As shown in FIG. 10, in the first image sensor 100, the upper left Gb pixel and the lower right Gr pixel are configured as parallax Lt pixels, and the lower left R pixel and the upper right B pixel are It is configured as a pixel without parallax. The first image sensor 100 has the same configuration as the second image sensor 300 rotated by 180 ° around the normal line. Specifically, in the second image sensor 300, the upper left Gr pixel and the lower right Gb pixel are configured as parallax Rt pixels, and the upper right R pixel and the lower left B pixel are non-parallax pixels. It is configured. Thereby, since the same image sensor can be applied as the 1st image sensor 100 and the 2nd image sensor 300, a manufacturing process and manufacturing equipment can be simplified. 10 is an example in which the wavelength characteristics of the color filter 102 and the position of the opening 104 of the opening mask 103 are different from each other at corresponding positions in the array. The first image sensor 100 and the second image sensor 300 are provided with an aperture mask and a color filter.

この第1撮像素子100と第2撮像素子300とを有するデジタルカメラ10による視差画像の撮像処理について説明する。まず、第1撮像素子100が、分光部50によって分光された第1分光DL1によって、被写体を撮像して電気信号を出力するとともに、第2撮像素子300が、分光部50によって分光された第2分光DL2によって、被写体を撮像して電気信号を出力する。これらの電気信号は、それぞれがA/D変換回路202、302によって画像データにデジタル変換されてメモリ203、303に保存される。画像処理部205の画像抽出部231は、それぞれのデジタル化された画像データを取得する。   A parallax image imaging process by the digital camera 10 having the first imaging element 100 and the second imaging element 300 will be described. First, the first image sensor 100 captures an image of a subject and outputs an electrical signal using the first spectrum DL1 split by the spectroscopic unit 50, and the second image sensor 300 is split by the spectroscopic unit 50. The spectral DL2 captures an image of the subject and outputs an electrical signal. These electric signals are converted into image data by the A / D conversion circuits 202 and 302, respectively, and stored in the memories 203 and 303. The image extraction unit 231 of the image processing unit 205 acquires each digitized image data.

画像処理部205の画像抽出部231は、抽出処理を実行する。抽出処理では、画像抽出部231は、第1撮像素子100のR画素から出力された画像データRN1と、Gb画素及びGr画素から出力された画像データGLt1と、B画素から出力された画像データBN1と、Gb画素及びGr画素から出力された画像データGLt2とを、メモリ203に保存された第1撮像素子100の画像データから分離して抽出する。画像データRN1、画像データGLt1、及び、画像データBN1は色データである。画像データGLt2は、視差データである。また、画像抽出部231は、第2撮像素子300のR画素から出力された画像データRN2と、Gb画素及びGr画素から出力された画像データGRt1と、B画素から出力された画像データBN2と、Gb画素及びGr画素から出力された画像データGRt2とを、メモリ303に保存された第2撮像素子300の画像データから分離して抽出する。画像データRN2、画像データGRt1、及び、画像データBN2は色データである。画像データGRt2は、視差データである。尚、各画像データは、色データ及び視差データの画素値のない画素である空格子を含む。   The image extraction unit 231 of the image processing unit 205 executes extraction processing. In the extraction process, the image extraction unit 231 includes the image data RN1 output from the R pixel of the first image sensor 100, the image data GLt1 output from the Gb pixel and the Gr pixel, and the image data BN1 output from the B pixel. And the image data GLt2 output from the Gb pixel and the Gr pixel are separated from the image data of the first image sensor 100 stored in the memory 203 and extracted. Image data RN1, image data GLt1, and image data BN1 are color data. The image data GLt2 is parallax data. The image extraction unit 231 also includes image data RN2 output from the R pixel of the second image sensor 300, image data GRt1 output from the Gb pixel and Gr pixel, image data BN2 output from the B pixel, The image data GRt2 output from the Gb pixel and the Gr pixel is separated from the image data of the second image sensor 300 stored in the memory 303 and extracted. Image data RN2, image data GRt1, and image data BN2 are color data. The image data GRt2 is parallax data. Each image data includes an empty grid which is a pixel without pixel values of color data and parallax data.

次に、画像処理部205の画像補完部232は、補完処理を実行する。補完処理では、画像補完部232は、第1撮像素子100のRN1画像データRN1と、第2撮像素子300の画像データRN2とを合成してR画像のR色データを含むR合成データを作成する。更に、画像補完部232は、R画像のR合成データにおいて、空格子が隣接する複数の画素のR色データに基づいて、当該空格子のR色データの画素値を生成する。画像補完部232は、それぞれの空格子のR色データを生成して補完することにより、全ての画素がR色データを有するプレーン画像データRNを生成する。同様に、画像補完部232は、画像データGLt1及び画像データGRt1から、全ての画素がG色データを有するプレーン画像データGNを生成する。画像補完部232は、画像データBN1及び画像データBN2から、全ての画素がB色データを有するプレーン画像データBNを生成する。   Next, the image complementing unit 232 of the image processing unit 205 executes complementing processing. In the complementing process, the image complementing unit 232 synthesizes the RN1 image data RN1 of the first image sensor 100 and the image data RN2 of the second image sensor 300 to create R composite data including R color data of the R image. . Furthermore, the image complementing unit 232 generates pixel values of the R color data of the empty lattice based on the R color data of a plurality of pixels adjacent to the empty lattice in the R composite data of the R image. The image complementing unit 232 generates plain image data RN in which all pixels have R color data by generating and complementing the R color data of each empty lattice. Similarly, the image complementing unit 232 generates plain image data GN in which all pixels have G color data from the image data GLt1 and the image data GRt1. The image complementing unit 232 generates plain image data BN in which all pixels have B color data from the image data BN1 and the image data BN2.

また、補完処理において、画像補完部232は、第1撮像素子100の画像データGLt2の空格子を補完することにより、全ての画素がLt視差データを有するプレーン画像データLtを生成する。同様に、画像補完部232は、第2撮像素子300の画像データGRt2の空格子を補完することにより、Rt視差データを有するプレーン画像データRtを生成する。   Further, in the complementing process, the image complementing unit 232 generates plain image data Lt in which all the pixels have Lt parallax data by complementing the empty lattice of the image data GLt2 of the first image sensor 100. Similarly, the image complementing unit 232 generates plane image data Rt having Rt parallax data by complementing the empty lattice of the image data GRt2 of the second image sensor 300.

次に、画像処理部205の画像合成部233は、合成処理を実行する。合成処理では、画像合成部233は、プレーン画像データRNと、プレーン画像データLtとを合成して、全ての画素がR色データ及びL視差データを有する画像データRLtを生成する。同様に、画像合成部233は、プレーン画像データRNと、プレーン画像データRtとを合成して、全ての画素がR色データ及びR視差データを有する画像データRRtを生成する。画像合成部233は、プレーン画像データGNと、プレーン画像データLtまたはプレーン画像データRtから、全ての画素がG色データと、L視差データまたはR視差データとを有する画像データGt及び画像データGRtを生成する。画像合成部233は、プレーン画像データBNと、プレーン画像データLtまたはプレーン画像データRtから、全ての画素がB色データと、L視差データまたはR視差データとを有する画像データBLt及び画像データBRtを生成する。これにより、画像合成部233は、全ての画素がRGB色データ及びRL視差データを有する画像データを生成する。   Next, the image composition unit 233 of the image processing unit 205 executes composition processing. In the combining process, the image combining unit 233 combines the plane image data RN and the plane image data Lt to generate image data RLt in which all pixels have R color data and L parallax data. Similarly, the image combining unit 233 combines the plane image data RN and the plane image data Rt to generate image data RRt in which all pixels have R color data and R parallax data. The image compositing unit 233 generates image data Gt and image data GRt in which all pixels have G color data and L parallax data or R parallax data from the plane image data GN and the plane image data Lt or the plane image data Rt. Generate. The image composition unit 233 generates image data BLt and image data BRt in which all pixels have B color data and L parallax data or R parallax data from the plain image data BN and the plain image data Lt or the plain image data Rt. Generate. Thereby, the image composition unit 233 generates image data in which all pixels have RGB color data and RL parallax data.

図11は、別の第1撮像素子100及び第2撮像素子300を有する視差画像の撮像処理について説明する図である。図11に示す例においては、分光部50は、ダイクロイックミラー等の分光ミラー及びダイクロイックプリズムによって構成される。図11に示すように、第1撮像素子100では、紙面左上のGb画素、左下のR画素、右上のB画素、及び、右下のGr画素の全てが視差なし画素に構成されている。第2撮像素子300では、全ての画素が赤外線を受光可能なIR画素に構成されている。第2撮像素子300では、紙面左上のIR画素及び右下のIR画素が視差Lt画素に構成されるとともに、紙面左下のIR画素及び右上のIR画素が視差Rt画素に構成されている。分光部50は、被写体光束に含まれる可視光を第1撮像素子100に進行する第1分光DL1として、赤外光を第2撮像素子300に進行する第2分光DL2として分光する。これにより、第2撮像素子300が、第1撮像素子100が不要としている赤外光を受光して視差データを生成できるので、第1撮像素子100が受光する可視光の光量の低減を抑制できる。第2撮像素子300が、赤外光を受光して視差データを生成することができるので、被写体光束に含まれる全ての赤外光を第2撮像素子300へ分光できる。この結果、第1撮像素子100が、ノイズとなる赤外光の影響を受けにくくなる。これにより、第1撮像素子100が出力する画像データの質を向上させることができる。第2撮像素子300において、複数種類の開口マスクが周期的に配列されている。   FIG. 11 is a diagram illustrating a parallax image imaging process including another first imaging element 100 and a second imaging element 300. In the example shown in FIG. 11, the spectroscopic unit 50 includes a spectroscopic mirror such as a dichroic mirror and a dichroic prism. As shown in FIG. 11, in the first image sensor 100, all of the upper left Gb pixel, the lower left R pixel, the upper right B pixel, and the lower right Gr pixel are configured as non-parallax pixels. In the second image sensor 300, all the pixels are configured as IR pixels capable of receiving infrared rays. In the second image sensor 300, the upper left IR pixel and the lower right IR pixel are configured as parallax Lt pixels, and the lower left IR pixel and the upper right IR pixel are configured as parallax Rt pixels. The spectroscopic unit 50 separates the visible light included in the subject light beam as the first spectroscopic DL1 that travels to the first image sensor 100 and the infrared light as the second spectroscopic DL2 that travels to the second image sensor 300. Thereby, since the 2nd image sensor 300 can receive the infrared light which the 1st image sensor 100 does not need, and can produce | generate parallax data, the reduction of the light quantity of the visible light which the 1st image sensor 100 receives can be suppressed. . Since the second image sensor 300 can receive infrared light and generate parallax data, all infrared light included in the subject light beam can be split into the second image sensor 300. As a result, the first image sensor 100 is less susceptible to the influence of infrared light that becomes noise. Thereby, the quality of the image data output from the first image sensor 100 can be improved. In the second image sensor 300, a plurality of types of aperture masks are periodically arranged.

このデジタルカメラ10では、第1撮像素子100及び第2撮像素子300が被写体を撮像した後、画像処理部205の画像抽出部231は、抽出処理を実行する。抽出処理では、画像抽出部231は、第1撮像素子100が出力した画像データから、R色データを有する画像データRN1、G色データを有する画像データGN1、及び、B色データを有する画像データBN1を抽出して生成する。画像データRN1、画像データGN1、及び、画像データBN1は、空格子を含む。   In the digital camera 10, after the first image sensor 100 and the second image sensor 300 image a subject, the image extraction unit 231 of the image processing unit 205 executes an extraction process. In the extraction process, the image extraction unit 231 selects image data RN1 having R color data, image data GN1 having G color data, and image data BN1 having B color data from the image data output from the first image sensor 100. Is extracted and generated. The image data RN1, the image data GN1, and the image data BN1 include vacancies.

画像抽出部231は、第2撮像素子300が出力した画像データから、Lt視差データを含む画像データIRLt1、及び、Rt視差データを含む画像データIRRt1を抽出する。画像データIRLt1、及び、画像データIRRt1は、空格子を含む。   The image extraction unit 231 extracts image data IRLt1 including Lt parallax data and image data IRRt1 including Rt parallax data from the image data output from the second imaging element 300. The image data IRLt1 and the image data IRRt1 include vacancies.

次に、画像補完部232は、補完処理を実行する。補完処理では、画像補完部232は、画像データRN1、画像データGN1、及び、画像データBN1のそれぞれの空格子の色データを、各空格子と隣接する画素の色データによって補完する。これにより、画像補完部232は、全ての画素がR色データを有するプレーン画像データRN、全ての画素がG色データを有するプレーン画像データGN、全ての画素がB色データを有するプレーン画像データBNを生成する。画像補完部232は、画像データIRLt1、及び、画像データIRRt1のそれぞれの空格子の視差データを、各空格子と隣接する画素の視差データによって補完する。これにより、画像補完部232は、全ての画素がL視差データを有するプレーン画像データIRLt、及び、全ての画素がR視差データを有するプレーン画像データIRRtを生成する。   Next, the image complementing unit 232 performs a complementing process. In the complementing process, the image complementing unit 232 supplements the color data of each empty grid of the image data RN1, the image data GN1, and the image data BN1 with the color data of the pixels adjacent to each empty grid. Thereby, the image complementing unit 232 has plain image data RN in which all pixels have R color data, plain image data GN in which all pixels have G color data, and plain image data BN in which all pixels have B color data. Is generated. The image complementing unit 232 supplements the parallax data of the image data IRLt1 and the respective empty lattices of the image data IRRt1 with the disparity data of the pixels adjacent to each empty lattice. Accordingly, the image complementing unit 232 generates plane image data IRLt in which all pixels have L parallax data, and plane image data IRRt in which all pixels have R parallax data.

次に、画像合成部233は、合成処理を実行する。合成処理では、画像合成部233は、プレーン画像データRNと、プレーン画像データLtまたはプレーン画像データRtから、全ての画素がR色データと、L視差データまたはR視差データとを有する画像データRLt及び画像データRRtを生成する。画像合成部233は、プレーン画像データGNと、プレーン画像データLtまたはプレーン画像データRtから、全ての画素がG色データと、L視差データまたはR視差データとを有する画像データGt及び画像データGRtを生成する。画像合成部233は、プレーン画像データBNと、プレーン画像データLtまたはプレーン画像データRtから、全ての画素がB色データと、L視差データまたはR視差データとを有する画像データBLt及び画像データBRtを生成する。これにより、画像合成部233は、全ての画素がRGB色データ及びRtLt視差データを有する画像データを生成する。   Next, the image composition unit 233 executes a composition process. In the combining process, the image combining unit 233 includes image data RLt in which all pixels have R color data and L parallax data or R parallax data from the plane image data RN and the plane image data Lt or the plane image data Rt. Image data RRt is generated. The image compositing unit 233 generates image data Gt and image data GRt in which all pixels have G color data and L parallax data or R parallax data from the plane image data GN and the plane image data Lt or the plane image data Rt. Generate. The image composition unit 233 generates image data BLt and image data BRt in which all pixels have B color data and L parallax data or R parallax data from the plain image data BN and the plain image data Lt or the plain image data Rt. Generate. Thereby, the image composition unit 233 generates image data in which all pixels have RGB color data and RtLt parallax data.

図12は、別の第1撮像素子100及び第2撮像素子300を説明する図である。図12に示す例においては、分光部50は、ハーフミラーによって構成される。図12に示す第1撮像素子100と第2撮像素子300は、互いに鏡像の関係にある。図12に示す第1撮像素子100は、図10に示す第1撮像素子100と同じ構成である。図12に示す第2撮像素子300は、紙面右上のGb画素及び左下のGr画素が視差Rt画素に構成されているとともに、紙面左上のB画素及び右下のR画素は視差なし画素に構成されている。   FIG. 12 is a diagram illustrating another first image sensor 100 and second image sensor 300. In the example shown in FIG. 12, the spectroscopic unit 50 is configured by a half mirror. The first image sensor 100 and the second image sensor 300 shown in FIG. 12 are in a mirror image relationship with each other. The first image sensor 100 shown in FIG. 12 has the same configuration as the first image sensor 100 shown in FIG. In the second image sensor 300 shown in FIG. 12, the upper right Gb pixel and the lower left Gr pixel are configured as parallax Rt pixels, and the upper left B pixel and the lower right R pixel are configured as non-parallax pixels. ing.

図13は、分光部650が被写体光束を3つに分光するデジタルカメラ撮像光学部610の一部構成図である。図13に示すように、分光部650は、被写体光束を第1分光DL1、第2分光DL2、第3分光DL3に分光する。分光部650の一例は、ダイクロイックプリズムである。分光部650は、第1分光部材652と、第2分光部材654と、第3分光部材656とを有する。第1分光部材652、第2分光部材654、第3分光部材656の各端面に対向するように、第3撮像素子400、第2撮像素子300、第1撮像素子100が配置されている。第3撮像素子400は、上述の第1撮像素子100または第2撮像素子300と同様の構成を有する。尚、第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400の構成は、適宜入れ替えてよい。   FIG. 13 is a partial configuration diagram of the digital camera imaging optical unit 610 in which the spectroscopic unit 650 splits the subject light flux into three. As shown in FIG. 13, the spectroscopic unit 650 splits the subject light beam into the first spectroscopic DL1, the second spectroscopic DL2, and the third spectroscopic DL3. An example of the spectroscopic unit 650 is a dichroic prism. The spectroscopic unit 650 includes a first spectroscopic member 652, a second spectroscopic member 654, and a third spectroscopic member 656. The third imaging element 400, the second imaging element 300, and the first imaging element 100 are arranged so as to face each end face of the first spectral member 652, the second spectral member 654, and the third spectral member 656. The third image sensor 400 has the same configuration as the first image sensor 100 or the second image sensor 300 described above. Note that the configurations of the first image sensor 100, the second image sensor 300, and the third image sensor 400 may be switched as appropriate.

第1分光部材652の一面は、撮影レンズ20と対向している。第1分光部材652の他面は、第2分光部材654の一面と対向している。第2分光部材654の他の面は、第3分光部材656の一面と対向している。被写体光束は、第1分光部材652に入射した後、第1分光部材652の他面によって例えば緑色の光束の一部が反射され、残りは透過する。反射された被写体光束は、第1分光部材652の一面に反射されて、第3分光DL3として第3撮像素子400へと進行する。第1分光部材652の一面を透過した被写体光束のうち例えば緑色の光束の残りが、第2分光部材654の他面によって反射された後、第2分光部材654の一面に反射される。そして、当該緑色の光束の残りは、第2分光DL2として、第2撮像素子300へと進行する。第1分光部材652の一面を透過した被写体光束の残りの青色及び赤色の光束は、第2分光部材654の他の面を透過して、第1分光DL1として第1撮像素子100に達する。   One surface of the first light separating member 652 faces the photographing lens 20. The other surface of the first beam splitting member 652 faces one surface of the second beam splitting member 654. The other surface of the second light separating member 654 faces one surface of the third light separating member 656. After the subject luminous flux enters the first light splitting member 652, a part of the green light flux, for example, is reflected by the other surface of the first light splitting member 652, and the rest is transmitted. The reflected subject luminous flux is reflected on one surface of the first light splitting member 652 and proceeds to the third image sensor 400 as the third light split DL3. Of the subject light flux that has passed through one surface of the first light splitting member 652, for example, the remainder of the green light flux is reflected by the other surface of the second light splitting member 654 and then reflected by one surface of the second light splitting member 654. Then, the remainder of the green light flux travels to the second image sensor 300 as the second spectral DL2. The remaining blue and red light fluxes of the subject light flux that has passed through one surface of the first light splitting member 652 pass through the other face of the second light splitting member 654 and reach the first image sensor 100 as the first light split DL1.

図14は、図13のデジタルカメラ撮像光学部610における第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400を説明する正面図である。図14に示すように、第1撮像素子100では、全ての画素がGb画素であって、視差Lt画素に構成されている。第2撮像素子300では、全ての画素がGr画素であって、視差Rt画素に構成されている。第3撮像素子400では、紙面左上の画素と右下の画素とがB画素であって、視差なし画素に構成されている。第3撮像素子400では、紙面左下の画素と右上の画素とがR画素であって、視差なし画素に構成されている。   FIG. 14 is a front view illustrating the first image sensor 100, the second image sensor 300, and the third image sensor 400 in the digital camera imaging optical unit 610 of FIG. As shown in FIG. 14, in the first image sensor 100, all the pixels are Gb pixels and are configured as parallax Lt pixels. In the second image sensor 300, all the pixels are Gr pixels and are configured as parallax Rt pixels. In the third image sensor 400, the upper left pixel and the lower right pixel in the drawing are B pixels and are configured as non-parallax pixels. In the third image sensor 400, the lower left pixel and the upper right pixel in the drawing are R pixels and are configured as non-parallax pixels.

図15は、図13のデジタルカメラ撮像光学部610における別の第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400を説明する正面図である。図15に示すように、第1撮像素子100では、全ての画素がG画素であって、視差なし画素に構成されている。第2撮像素子300では、紙面左上の画素と右下の画素とがB画素であって、視差なし画素に構成されている。第2撮像素子300では、紙面左下の画素と右上の画素とがR画素であって、視差なし画素に構成されている。第3撮像素子400では、紙面左上の画素と右下の画素とがIR画素であって、視差Lt画素に構成されている。第3撮像素子400では、紙面左下の画素と右上の画素とがIR画素であって、視差Rt画素に構成されている。図15に示す例では、第1分光DL1及び第2分光DL2が、可視光であって、第3分光DL3が赤外光である。   FIG. 15 is a front view illustrating another first image sensor 100, second image sensor 300, and third image sensor 400 in the digital camera imaging optical unit 610 of FIG. As shown in FIG. 15, in the first image sensor 100, all the pixels are G pixels and are configured as non-parallax pixels. In the second image sensor 300, the upper left pixel and the lower right pixel in the drawing are B pixels and are configured as non-parallax pixels. In the second image sensor 300, the lower left pixel and the upper right pixel in the drawing are R pixels and are configured as non-parallax pixels. In the third image sensor 400, the upper left pixel and the lower right pixel in the drawing are IR pixels and are configured as parallax Lt pixels. In the third image sensor 400, the lower left pixel and the upper right pixel in the drawing are IR pixels and are configured as parallax Rt pixels. In the example illustrated in FIG. 15, the first spectral DL1 and the second spectral DL2 are visible light, and the third spectral DL3 is infrared light.

図16は、分光部750が被写体光束を4つに分光するデジタルカメラ撮像光学部710の一部構成図である。図16に示すように、分光部650は、被写体光束を第1分光DL1、第2分光DL2、第3分光DL3、第4分光DL4に分光する。分光部750の一例は、ダイクロイックプリズムである。分光部750は、第1分光部材752と、第2分光部材754と、第3分光部材756と、第4分光部材758とを有する。第1分光部材752、第2分光部材754、第3分光部材756、及び、第4分光部材758の一例は、プリズムである。第1分光部材752、第2分光部材754、第3分光部材756、及び、第4分光部材758の各端面に対向するように、第4撮像素子500、第3撮像素子400、第2撮像素子300、第1撮像素子100が配置されている。第4撮像素子500は、上述の第1撮像素子100または第2撮像素子300と同様の構成を有する。尚、第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500の構成は、適宜入れ替えてよい。   FIG. 16 is a partial configuration diagram of the digital camera imaging optical unit 710 in which the spectroscopic unit 750 splits the subject light flux into four. As shown in FIG. 16, the spectroscopic unit 650 splits the subject light beam into a first light beam DL1, a second light beam DL2, a third light beam DL3, and a fourth light beam DL4. An example of the spectroscopic unit 750 is a dichroic prism. The spectroscopic unit 750 includes a first spectroscopic member 752, a second spectroscopic member 754, a third spectroscopic member 756, and a fourth spectroscopic member 758. An example of the first beam splitting member 752, the second beam splitting member 754, the third beam splitting member 756, and the fourth beam splitting member 758 is a prism. The fourth imaging element 500, the third imaging element 400, and the second imaging element so as to face each end face of the first spectral member 752, the second spectral member 754, the third spectral member 756, and the fourth spectral member 758. 300 and the 1st image pick-up element 100 are arrange | positioned. The fourth image sensor 500 has the same configuration as the first image sensor 100 or the second image sensor 300 described above. Note that the configurations of the first image sensor 100, the second image sensor 300, the third image sensor 400, and the fourth image sensor 500 may be switched as appropriate.

第1分光部材752の一面は、撮影レンズ20と対向している。第1分光部材752の他面は、第2分光部材754の一面と対向している。第2分光部材754の他面は、第3分光部材756の一面と対向している。第3分光部材756の他面は、第4分光部材758の一面と対向している。   One surface of the first light separating member 752 faces the photographing lens 20. The other surface of the first beam splitting member 752 faces one surface of the second beam splitting member 754. The other surface of the second light separating member 754 faces one surface of the third light separating member 756. The other surface of the third light separating member 756 faces one surface of the fourth light separating member 758.

被写体光束は、第1分光部材752に入射した後、第1分光部材752の他面によって一部が反射され、残りは透過する。反射された被写体光束は、第1分光部材752の一面によって反射されて、第4撮像素子500へと導かれる。透過した被写体光束の一部は、第2分光部材754の他面または第3分光部材756の他面に反射された後、第3撮像素子400または第2撮像素子300へ導かれる。第1分光部材752、第2分光部材754及び第3分光部材756を透過した被写体光束は、第1撮像素子100へと導かれる。   After the subject luminous flux is incident on the first beam splitting member 752, a part of the subject beam is reflected by the other surface of the first beam splitting member 752, and the rest is transmitted. The reflected subject luminous flux is reflected by one surface of the first light separating member 752 and guided to the fourth image sensor 500. Part of the transmitted subject luminous flux is reflected on the other surface of the second light-splitting member 754 or the other surface of the third light-splitting member 756 and then guided to the third image sensor 400 or the second image sensor 300. The subject light flux that has passed through the first light splitting member 752, the second light splitting member 754, and the third light splitting member 756 is guided to the first image sensor 100.

図17は、図16のデジタルカメラ撮像光学部710における第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500を説明する正面図である。図17に示すように、第1撮像素子100では、全ての画素がG画素であって、視差なし画素に構成されている。第2撮像素子300では、全ての画素がR画素であって、視差なし画素に構成されている。第3撮像素子400では、全ての画素がB画素であって、視差なし画素に構成されている。第4撮像素子500では、紙面左上の画素と右下の画素とがIR画素であって、視差Lt画素に構成されている。第4撮像素子500では、紙面左下の画素と右上の画素とがIR画素であって、視差Rt画素に構成されている。図17に示す例では、第1分光DL1、第2分光DL2及び第3分光DL3が、可視光であって、第4分光DL4が赤外光である。   FIG. 17 is a front view illustrating the first image sensor 100, the second image sensor 300, the third image sensor 400, and the fourth image sensor 500 in the digital camera imaging optical unit 710 of FIG. As shown in FIG. 17, in the first image sensor 100, all the pixels are G pixels and are configured as non-parallax pixels. In the second image sensor 300, all the pixels are R pixels and are configured as non-parallax pixels. In the third image sensor 400, all the pixels are B pixels and are configured as non-parallax pixels. In the fourth image sensor 500, the upper left pixel and the lower right pixel in the drawing are IR pixels, which are configured as parallax Lt pixels. In the fourth image sensor 500, the lower left pixel and the upper right pixel in the drawing are IR pixels, which are configured as parallax Rt pixels. In the example shown in FIG. 17, the first spectrum DL1, the second spectrum DL2, and the third spectrum DL3 are visible light, and the fourth spectrum DL4 is infrared light.

図18は、図16のデジタルカメラ撮像光学部710における別の第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500を説明する正面図である。図18に示すように、第1撮像素子100では、全ての画素がG画素であって、視差Lt画素に構成されている。第2撮像素子300では、全ての画素がG画素であって、視差Rt画素に構成されている。第3撮像素子400では、紙面左上の画素と右下の画素とがB画素であって、視差なし画素に構成されている。第3撮像素子400では、紙面左下の画素と右上の画素とがR画素であって、視差なし画素に構成されている。第4撮像素子500は、図17の第4撮像素子500と同じ構成である。尚、図18に示す第1撮像素子100及び第2撮像素子300は、配列における対応する位置において、カラーフィルタ102の波長特性が同じであって、開口マスク103の開口部104の位置が互いに異なる例である。また、図18に示す例では、第1分光DL1、第2分光DL2及び第3分光DL3が、可視光であって、第4分光DL4が赤外光である。   FIG. 18 is a front view illustrating another first image sensor 100, second image sensor 300, third image sensor 400, and fourth image sensor 500 in the digital camera imaging optical unit 710 of FIG. As shown in FIG. 18, in the first image sensor 100, all the pixels are G pixels and are configured as parallax Lt pixels. In the second image sensor 300, all the pixels are G pixels and are configured as parallax Rt pixels. In the third image sensor 400, the upper left pixel and the lower right pixel in the drawing are B pixels and are configured as non-parallax pixels. In the third image sensor 400, the lower left pixel and the upper right pixel in the drawing are R pixels and are configured as non-parallax pixels. The fourth image sensor 500 has the same configuration as the fourth image sensor 500 in FIG. The first image sensor 100 and the second image sensor 300 shown in FIG. 18 have the same wavelength characteristics of the color filter 102 at the corresponding positions in the array, and the positions of the openings 104 of the opening mask 103 are different from each other. It is an example. In the example illustrated in FIG. 18, the first spectrum DL1, the second spectrum DL2, and the third spectrum DL3 are visible light, and the fourth spectrum DL4 is infrared light.

図19は、図16のデジタルカメラ撮像光学部710における別の第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500を説明する正面図である。図19に示す第1撮像素子100及び第2撮像素子300は、図18の第1撮像素子100及び第2撮像素子300と同じ構成である。第3撮像素子400では、紙面左上の画素と右下の画素とがR画素であって、視差Lt画素に構成されている。第3撮像素子400では、紙面左下の画素と右上の画素とがR画素であって、視差Rt画素に構成されている。第4撮像素子500では、紙面左上の画素と右下の画素とがB画素であって、視差Lt画素に構成されている。第4撮像素子500では、紙面左下の画素と右上の画素とがB画素であって、視差Rt画素に構成されている。尚、図19に示す第3撮像素子400及び第4撮像素子500は、配列における対応する位置において、開口マスク103の開口部104の位置が同じであって、カラーフィルタ102の波長特性が互いに異なる例である。   FIG. 19 is a front view illustrating another first image sensor 100, second image sensor 300, third image sensor 400, and fourth image sensor 500 in the digital camera imaging optical unit 710 of FIG. The first image sensor 100 and the second image sensor 300 shown in FIG. 19 have the same configuration as the first image sensor 100 and the second image sensor 300 shown in FIG. In the third image sensor 400, the upper left pixel and the lower right pixel in the drawing are R pixels and are configured as parallax Lt pixels. In the third image sensor 400, the lower left pixel and the upper right pixel in the drawing are R pixels, and are configured as parallax Rt pixels. In the fourth image sensor 500, the upper left pixel and the lower right pixel in the drawing are B pixels, which are configured as parallax Lt pixels. In the fourth image sensor 500, the lower left pixel and the upper right pixel in the drawing are B pixels, which are configured as parallax Rt pixels. Note that the third image sensor 400 and the fourth image sensor 500 shown in FIG. 19 have the same position of the aperture 104 of the aperture mask 103 at the corresponding positions in the array, and the wavelength characteristics of the color filter 102 are different from each other. It is an example.

図20は、図16のデジタルカメラ撮像光学部710における別の第1撮像素子100、第2撮像素子300、第3撮像素子400、第4撮像素子500を説明する正面図である。図20に示す第1撮像素子100及び第2撮像素子300は、図18の第1撮像素子100及び第2撮像素子300と同じ構成である。第3撮像素子400では、全ての画素がR画素であって、視差なし画素に構成されている。第4撮像素子500では、全ての画素がB画素であって、視差なし画素に構成されている。   FIG. 20 is a front view illustrating another first image sensor 100, second image sensor 300, third image sensor 400, and fourth image sensor 500 in the digital camera imaging optical unit 710 of FIG. The first image sensor 100 and the second image sensor 300 shown in FIG. 20 have the same configuration as the first image sensor 100 and the second image sensor 300 shown in FIG. In the third image sensor 400, all the pixels are R pixels and are configured as non-parallax pixels. In the fourth image sensor 500, all the pixels are B pixels, and are configured as non-parallax pixels.

視差画素の開口の大きさを各撮像素子において変更してもよい。図21は、開口の大きさを変更した撮像素子を説明する正面図である。図21に示すように、第1撮像素子100の紙面左上の画素及び右下の画素がGb画素及びGr画素であって、視差Lt画素である。第1撮像素子100の紙面右上の画素及び左下の画素がB画素及びR画素であって、視差Rt画素である。一方、第2撮像素子300では、第1撮像素子100と色及び視差の配置は同じである。しかしながら、第2撮像素子300の各画素の開口の面積は、第1撮像素子100の各画素の開口の面積よりも小さい。例えば、第2撮像素子300の各画素の開口の面積は、第1撮像素子100の各画素の開口の面積の半分である。これにより、第1撮像素子100及び第2撮像素子300は、異なる絞りの視差画像を同時に撮像することができる。   You may change the magnitude | size of the opening of a parallax pixel in each image pick-up element. FIG. 21 is a front view for explaining an image sensor in which the size of the opening is changed. As shown in FIG. 21, the upper left pixel and the lower right pixel of the first image sensor 100 are the Gb pixel and the Gr pixel, and are the parallax Lt pixels. The upper right pixel and lower left pixel of the first image sensor 100 are the B pixel and the R pixel, and are the parallax Rt pixels. On the other hand, the second image sensor 300 has the same arrangement of color and parallax as the first image sensor 100. However, the area of the opening of each pixel of the second image sensor 300 is smaller than the area of the opening of each pixel of the first image sensor 100. For example, the area of the opening of each pixel of the second image sensor 300 is half of the area of the opening of each pixel of the first image sensor 100. Accordingly, the first image sensor 100 and the second image sensor 300 can simultaneously capture parallax images with different apertures.

図22は、開口の大きさを変更した別の撮像素子を説明する正面図である。図22に示すように、第1撮像素子100の紙面左上の画素及び右下の画素がGb画素及びGr画素であって、視差Lt画素及び視差Rt画素である。第1撮像素子100の紙面右上の画素及び左下の画素がB画素及びR画素であって、視差なし画素である。尚、視差なし画素の開口の面積は、視差Lt画素及び視差Rt画素の開口の面積の例えば2倍の大きさである。一方、第2撮像素子300では、第1撮像素子100と色及び視差の配置は同じである。しかしながら、第2撮像素子300の各画素の開口の面積は、第1撮像素子100の各画素の開口の面積よりも小さい。例えば、第2撮像素子300の各画素の開口の面積は、第1撮像素子100の各画素の開口の面積の半分である。これにより、第1撮像素子100及び第2撮像素子300は、異なる絞りの視差画像を同時に撮像することができる。   FIG. 22 is a front view for explaining another image sensor in which the size of the opening is changed. As illustrated in FIG. 22, the upper left pixel and the lower right pixel of the first image sensor 100 are the Gb pixel and the Gr pixel, and the parallax Lt pixel and the parallax Rt pixel. The upper right pixel and the lower left pixel of the first image sensor 100 are the B pixel and the R pixel, and are pixels without parallax. The area of the opening of the non-parallax pixel is, for example, twice as large as the area of the opening of the parallax Lt pixel and the parallax Rt pixel. On the other hand, the second image sensor 300 has the same arrangement of color and parallax as the first image sensor 100. However, the area of the opening of each pixel of the second image sensor 300 is smaller than the area of the opening of each pixel of the first image sensor 100. For example, the area of the opening of each pixel of the second image sensor 300 is half of the area of the opening of each pixel of the first image sensor 100. Accordingly, the first image sensor 100 and the second image sensor 300 can simultaneously capture parallax images with different apertures.

視差画素とカラーフィルタの関係について、種々のバリエーションを記載したが、更に別のバリエーションであってもよい。それぞれのバリエーションは、同一の物点からの一の分光が入射する撮像素子の光電変換素子と他の分光が入射する撮像素子の光電変換素子の組の少なくとも一部は互いに、カラーフィルタの有無、カラーフィルタの波長特性、開口部の有無、および、開口部の位置、のうち少なくとも一つが異なっていればよい。以下、表を参考にしてバリエーションについて説明する。   Although various variations have been described regarding the relationship between the parallax pixels and the color filters, other variations may be used. Each variation is that at least a part of a set of photoelectric conversion elements of an image sensor on which one spectrum from the same object is incident and a photoelectric conversion element of an image sensor on which another spectrum is incident, whether or not there is a color filter, It is only necessary that at least one of the wavelength characteristics of the color filter, the presence / absence of the opening, and the position of the opening be different. Hereinafter, variations will be described with reference to the table.

図23は、撮像素子の種類を説明する表である。図23の表に示すように、撮像素子は、素子1から素子4の4種類である。視差画素が「○」の素子は視差画素を有し、それ以外は視差画素を有さない。色画素が「○」の素子はカラーフィルタを有し、それ以外はカラーフィルタを有さない。素子4の一例は、視差画素を有さない、白黒画像を撮像する素子である。   FIG. 23 is a table for explaining the types of imaging elements. As shown in the table of FIG. 23, there are four types of image sensors, element 1 to element 4. An element having a parallax pixel of “◯” has a parallax pixel, and the other elements have no parallax pixel. An element having a color pixel of “◯” has a color filter, and other elements have no color filter. An example of the element 4 is an element that has no parallax pixel and captures a monochrome image.

図24は、分光部の種類を説明する表である。図24の表に示すように、分光部は、分光aから分光cの3種類である。分光aは、全波長の光を波長に関わらず光量によって複数に分光する。分光bは、特定の波長帯域毎に光を分光する。分光cは、赤外線を他の波長帯域の光から分光する。   FIG. 24 is a table illustrating the types of spectroscopic units. As shown in the table of FIG. 24, there are three types of spectroscopic sections, that is, spectroscopic a to spectroscopic c. Spectroscopy a separates light of all wavelengths into a plurality of light quantities regardless of the wavelength. Spectroscopy b separates light for each specific wavelength band. Spectroscopy c separates infrared rays from light in other wavelength bands.

図25は、2個の撮像素子を設ける場合の組み合せのバリエーションを説明する表である。例えば、バリエーションVa1は、素子1と、分光aと、素子1から素子4の何れかとの組み合わせである。   FIG. 25 is a table illustrating combinations of combinations when two image sensors are provided. For example, the variation Va1 is a combination of the element 1, the spectrum a, and any one of the elements 1 to 4.

図26は、3個の撮像素子を設ける場合の組み合せのバリエーションを説明する表である。例えば、バリエーションVa7は、素子1と、分光aと、素子1から素子4の何れかと、分光aから分光cの何れかと、素子1から素子4の何れかとの組み合わせである。   FIG. 26 is a table for explaining a variation of combinations in the case of providing three image sensors. For example, the variation Va7 is a combination of the element 1, the spectrum a, the element 1 to the element 4, the spectrum a to the spectrum c, and the element 1 to the element 4.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

10 デジタルカメラ
20 撮影レンズ
21 光軸
30 被写体
31 被写体
50 分光部
100 第1撮像素子
101 マイクロレンズ
102 カラーフィルタ
103 開口マスク
104 開口部
105 配線層
106 配線
107 開口部
108 光電変換素子
109 基板
110 パターン
120 撮像素子
121 スクリーンフィルタ
122 カラーフィルタ部
123 開口マスク部
201 制御部
202 A/D変換回路
203 メモリ
204 駆動部
205 画像処理部
207 メモリカードIF
208 操作部
209 表示部
210 LCD駆動回路
211 AFセンサ
220 メモリカード
231 画像抽出部
232 画像補完部
233 画像合成部
238 保存制御部
300 第2撮像素子
302 A/D変換回路
303 メモリ
304 駆動部
400 第3撮像素子
500 第4撮像素子
610 デジタルカメラ撮像光学部
650 分光部
652 第1分光部材
654 第2分光部材
656 第3分光部材
710 デジタルカメラ撮像光学部
750 分光部
752 第1分光部材
754 第2分光部材
756 第3分光部材
758 第4分光部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Digital camera 20 Shooting lens 21 Optical axis 30 Subject 31 Subject 50 Spectroscopic part 100 1st imaging device 101 Micro lens 102 Color filter 103 Aperture mask 104 Aperture 105 Wiring layer 106 Wiring 107 Aperture 108 Photoelectric conversion element 109 Substrate 110 Pattern 120 Image sensor 121 Screen filter 122 Color filter unit 123 Aperture mask unit 201 Control unit 202 A / D conversion circuit 203 Memory 204 Drive unit 205 Image processing unit 207 Memory card IF
208 Operation Unit 209 Display Unit 210 LCD Drive Circuit 211 AF Sensor 220 Memory Card 231 Image Extraction Unit 232 Image Completion Unit 233 Image Composition Unit 238 Storage Control Unit 300 Second Image Sensor 302 A / D Conversion Circuit 303 Memory 304 Drive Unit 400 3 imaging device 500 4th imaging device 610 digital camera imaging optical unit 650 spectral unit 652 first spectral member 654 second spectral member 656 third spectral member 710 digital camera imaging optical unit 750 spectral unit 752 first spectral member 754 second spectral component Member 756 Third spectral member 758 Fourth spectral member

Claims (16)

一の光学系からの入射光を第1分光と第2分光とに分光する分光部と、
前記第1分光を受光して、第1電気信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された第1光電変換素子群を有し、前記複数の光電変換素子の少なくとも一部に対し、カラーフィルタ、および、前記入射光の断面領域内の特定の部分領域からの光束を通過させる位置に設けた開口部、の少なくとも一方を設けた第1撮像素子と、
前記第2分光を受光して、第2電気信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された第2光電変換素子群を有し、前記複数の光電変換素子の少なくとも一部に対し、カラーフィルタ、および、前記入射光の断面領域内の特定の部分領域からの光束を通過させる位置に設けた開口部、の少なくとも一方を設けた第2撮像素子と
を備え、
同一の物点からの第1分光が入射する前記第1撮像素子の光電変換素子と第2分光が入射する前記第2撮像素子の光電変換素子との組の少なくとも一部は互いに、前記カラーフィルタの有無、前記カラーフィルタの波長特性、前記開口部の有無、および、前記開口部の位置、のうち少なくとも一つが異なっている撮像装置。
A spectroscopic unit that splits incident light from one optical system into a first spectroscopic and a second spectroscopic;
It has a first photoelectric conversion element group in which a plurality of photoelectric conversion elements that receive the first spectrum and photoelectrically convert it into a first electric signal are two-dimensionally arranged, and at least a part of the plurality of photoelectric conversion elements On the other hand, a first image pickup device provided with at least one of a color filter and an opening provided at a position through which a light beam from a specific partial region in a cross-sectional region of the incident light passes,
It has a second photoelectric conversion element group in which a plurality of photoelectric conversion elements that receive the second spectrum and photoelectrically convert it into a second electric signal are two-dimensionally arranged, and at least a part of the plurality of photoelectric conversion elements In contrast, a color filter, and a second imaging element provided with at least one of an opening provided at a position through which a light beam from a specific partial region in a cross-sectional region of the incident light passes,
At least a part of a set of the photoelectric conversion element of the first imaging element on which the first spectrum from the same object point is incident and the photoelectric conversion element of the second imaging element on which the second spectrum is incident are mutually connected to the color filter. An imaging device in which at least one of presence / absence, wavelength characteristics of the color filter, presence / absence of the opening, and position of the opening is different.
前記分光部は、入射光の一部を前記第1分光として透過して、残りを前記第2分光として反射する請求項1に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the spectroscopic unit transmits part of incident light as the first spectroscopic light and reflects the rest as the second spectroscopic light. 前記分光部は、前記第1分光と前記第2分光とを予め定められた光量の比で分光する請求項2に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 2, wherein the spectroscopic unit splits the first light split and the second light split at a predetermined light amount ratio. 前記第1撮像素子は、前記第2撮像素子を法線の周りに180°回転させた構成と同じ構成を有する請求項1または2に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first imaging element has the same configuration as a configuration in which the second imaging element is rotated 180 ° around a normal line. 前記第1撮像素子と前記第2撮像素子は、互いに鏡像の関係である請求項1または2に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first imaging element and the second imaging element are in a mirror image relationship with each other. 前記第1撮像素子及び前記第2撮像素子のそれぞれに、カラーフィルタと開口マスクとが設けられている請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein a color filter and an aperture mask are provided in each of the first imaging element and the second imaging element. 前記分光部は、入射光のうち、第1波長帯域の光を第1分光として透過して、前記第1波長帯域と異なる第2波長帯域の光を前記第2分光として反射する請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。   The said spectroscopic part permeate | transmits the light of 1st wavelength band as 1st spectrum among incident light, and reflects the light of 2nd wavelength band different from the said 1st wavelength band as said 2nd spectrum. 4. The imaging device according to any one of 3. 前記第1分光は可視光であって、
前記第2分光は赤外光である請求項7に記載の撮像装置。
The first spectrum is visible light,
The imaging apparatus according to claim 7, wherein the second spectrum is infrared light.
前記分光部は、前記入射光を更に第3分光に分光し、
前記第3分光を受光して、第3電気信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された第3光電変換素子群を有し、少なくともいずれかの光電変換素子に対してカラーフィルタおよび入射光の断面領域内の特定の部分領域からの光束を通過させる位置に設けた開口部の少なくとも一方を設けた第3撮像素子を更に備える請求項1に記載の撮像装置。
The spectroscopic unit further splits the incident light into a third spectroscopic light,
It has a third photoelectric conversion element group in which a plurality of photoelectric conversion elements that receive the third spectrum and photoelectrically convert it into a third electrical signal are two-dimensionally arranged, and at least one of the photoelectric conversion elements The image pickup apparatus according to claim 1, further comprising a third image pickup element provided with at least one of a color filter and an opening provided at a position through which a light beam from a specific partial region in a cross-sectional region of incident light passes.
前記第1分光及び前記第3分光は可視光であって、
前記第2分光は赤外光である請求項9に記載の撮像装置。
The first spectrum and the third spectrum are visible light,
The imaging apparatus according to claim 9, wherein the second spectrum is infrared light.
前記分光部は、前記入射光を更に第3分光と第4分光とに分光し、
前記第3分光を受光して、第3電気信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された第3光電変換素子群を有し、少なくともいずれかの光電変換素子に対してカラーフィルタおよび入射光の断面領域内の特定の部分領域からの光束を通過させる位置に設けた開口部の少なくとも一方を設けた第3撮像素子と、
前記第4分光を受光して、第4電気信号に光電変換する複数の光電変換素子が二次元的に配列された第4光電変換素子群を有し、少なくともいずれかの光電変換素子に対してカラーフィルタおよび入射光の断面領域内の特定の部分領域からの光束を通過させる位置に設けた開口部の少なくとも一方を設けた第4撮像素子とを更に備える請求項1に記載の撮像装置。
The spectroscopic unit further splits the incident light into a third spectroscopic and a fourth spectroscopic,
It has a third photoelectric conversion element group in which a plurality of photoelectric conversion elements that receive the third spectrum and photoelectrically convert it into a third electrical signal are two-dimensionally arranged, and at least one of the photoelectric conversion elements A third imaging element provided with at least one of a color filter and an opening provided at a position where a light beam from a specific partial region in a cross-sectional region of incident light passes;
It has a fourth photoelectric conversion element group in which a plurality of photoelectric conversion elements that receive the fourth spectrum and photoelectrically convert it into a fourth electric signal are arranged two-dimensionally, and at least one of the photoelectric conversion elements The image pickup apparatus according to claim 1, further comprising: a color filter and a fourth image pickup element provided with at least one of openings provided at a position where light beams from a specific partial area in a cross-sectional area of incident light pass.
前記第1分光、前記第3分光及び前記第4分光は可視光であって、
前記第2分光は赤外光である請求項11に記載の撮像装置。
The first spectrum, the third spectrum, and the fourth spectrum are visible light,
The imaging apparatus according to claim 11, wherein the second spectrum is infrared light.
前記第2撮像素子において、複数種類の開口部が周期的に配置されている請求項1から12のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein a plurality of types of openings are periodically arranged in the second imaging element. 前記第1撮像素子の前記第1電気信号、及び、前記第2撮像素子の前記第2電気信号に対応するデータから複数の画素の色データ、及び、複数の画素の視差データを抽出する画像抽出部を更に備える請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像装置。   Image extraction for extracting color data of a plurality of pixels and parallax data of a plurality of pixels from data corresponding to the first electric signal of the first image sensor and the second electric signal of the second image sensor The imaging device according to claim 1, further comprising a unit. 抽出された前記色データ及び前記視差データに基づいて、前記色データ及び前記視差データを有さない画素に前記色データ及び前記視差データを補完する画像補完部を更に備える請求項14に記載の撮像装置。   The imaging according to claim 14, further comprising an image complementing unit that complements the color data and the parallax data to pixels that do not have the color data and the parallax data based on the extracted color data and the parallax data. apparatus. 前記補完された画素の前記色データ及び対応する画素の前記視差データを合成する画像合成部を更に備える請求項15に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 15, further comprising an image composition unit that synthesizes the color data of the complemented pixel and the parallax data of the corresponding pixel.
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