JP2013231746A - 撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影レンズの虹彩絞りを絞った場合に、光センサが受光する光束の基線長の変化が、撮影レンズの基線長変化に対応する値よりも小さくすることが可能な撮像素子を提供する。
【解決手段】複数の光電センサを各々有し、行列状に配置されている複数のセンサ部と、複数のセンサ部の上に各々配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、複数のセンサ部とマイクロレンズアレイとの間に配置され、複数の光電センサの各々に対応する複数の開口部を備えた開口制限部と、を有し、複数のセンサ部、並びに、複数のセンサ部に対応する複数のマイクロレンズ及び複数の開口部は、それぞれ画像取得単位を構成し、複数の開口部の各々の重心間を結んだ線分の長さと傾きは、画像取得単位の間で互いに等しい。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像素子、特にステレオ画像撮影に用いる撮像素子に関する。

従来、ステレオ画像を取得する装置として、特許文献１記載の光学装置が提案されている。この光学装置においては、撮像素子の２つの光センサの上にマイクロレンズが配置され、左右の光学系からの光を、それぞれの光センサへ導いている。特許文献１記載の光学装置では、上述の構成によってステレオ画像を取得する。

図１８は、従来の撮像素子を用いた光学装置の構成及び左右の光束を示す図である。図１９は、図１８に対して絞りを絞った状態を示す図である。図２０（ａ）は、図１８における撮影レンズ、絞り、及び光束の関係を示す正面図であり、（ｂ）は、図１９における撮影レンズ、絞り、及び光束の関係を示す正面図である。

特許文献１記載の撮像素子９００においては、光センサ９０１上にマイクロレンズ９０２がのっている。この撮像素子９００を用いて、１つの撮影レンズ９１０（写真レンズ）で撮影すると、ステレオ画像が得られる。

特表２００３−５２３６４６号公報

しかしながら、撮像素子９００と撮影レンズ９１０を用いて撮影する場合、虹彩絞り９１１を絞らないとき（図１８、図２０（ａ））と比べて、明るさ調節又は焦点深度を深くするために撮影レンズ９１０の虹彩絞り９１１を絞ったとき（図１９、図２０（ｂ））は、虹彩絞り９１１の内周９１１ａが縮小して、基線長がＢＬａ（図１８）から基線長ＢＬｂ（図１９）へ変化してしまう。

ここで、基線長とは、撮影レンズに入射する左右のそれぞれの光束の入射瞳における重心間の距離である。図１８〜１９に示す場合の基線長は、撮影レンズ９１０に入射する左側の光束９２１の入射瞳における重心９２１ｇと、撮影レンズ９１０に入射する右側の光束９２２の入射瞳における重心９２２ｇとの間の距離である。

虹彩絞り９１１を絞ると、マージナル光線が減少するため、左右それぞれの光束９２１、９２２の重心９２１ｇ、９２２ｇが、撮影レンズ９１０の光軸ＡＸに近づく。このため、虹彩絞り９１１を絞ると、基線長は、ＢＬａ（図１８）からＢＬｂ（図１９）へと変化してしまう。従来の光学装置においては、光センサ−９０１が受光する光束の基線長の変化は、上述の撮影レンズ９１０の基線長変化に対応するため、虹彩絞り９１１を絞ることにより、得られる画像の立体感が変化してしまっていた。

これに対して、基線長を変化させずに明るさを絞るには、撮影レンズ９１０の内部に、左右の光束に対応する虹彩絞りを２つ設け、それぞれを開閉させることが考えられるが、この場合は機構が複雑になり、作るのが難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮影レンズの虹彩絞りを絞った場合に、光センサが受光する光束の基線長の変化が、撮影レンズの基線長変化に対応する値よりも小さくすることが可能な撮像素子を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像素子は、複数の光電センサを各々有し、行列状に配置されている複数のセンサ部と、複数のセンサ部の上に各々配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、複数のセンサ部とマイクロレンズアレイとの間に配置され、複数の光電センサの各々に対応する複数の開口部を備えた開口制限部と、を有し、複数のセンサ部、並びに、複数のセンサ部に対応する複数のマイクロレンズ及び複数の開口部は、それぞれ画像取得単位を構成し、複数の開口部の各々の重心間を結んだ線分の長さと傾きは、画像取得単位の間で互いに等しいことを特徴としている。

本発明に係る撮像素子においては、画像取得単位内において、複数の開口部の各々の面積が互いに等しいことが好ましい。

本発明に係る撮像素子において、センサ部は、複数の画像取得単位のうち所定の複数の画像取得単位を各々有する、複数の絵素を有し、複数の絵素間で互いに対応する画像取得単位において、複数の開口部の各々の面積は互いに等しいことが好ましい。

本発明に係る撮像素子においては、画像取得単位内において、複数の開口部の各々の形状は互いに等しいことが好ましい。

本発明に係る撮像素子において、センサ部は、複数の画像取得単位のうち所定の複数の画像取得単位を各々有する、複数の絵素を有し、複数の絵素間で互いに対応する画像取得単位において、複数の開口部の各々の形状は互いに等しいことが好ましい。

本発明に係る撮像素子において、複数の開口部の各々は、撮像レンズの射出瞳と共役な位置に配置されていることが好ましい。

本発明に係る撮像素子においては、画像取得単位内において、複数の開口部の各々の形状は、撮像レンズの射出瞳と共役な位置における射出瞳の像の重心を通り光軸に垂直な直線に関して、互いに線対称であることが好ましい。

本発明に係る撮像素子において、複数の光電センサは、２つの光電センサをそれぞれ有していることが好ましい。

本発明に係る撮像素子は、撮影レンズの虹彩絞りを絞った場合に、光センサが受光する光束の基線長の変化が、撮影レンズの基線長変化に対応する値よりも小さくなる、という効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る撮像素子の構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像素子の構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における遮光膜の構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態における光電センサの配置を示す平面図である。 本発明の第１実施形態における撮像素子、撮影レンズ、及び絞りの配置を示す図である。 本発明の第１実施形態における遮光膜の４つのパターンを示す平面図である。 本発明の第１実施形態における撮影レンズ、画像取得単位、入射瞳、及び射出瞳の関係を示す図である。 本発明の第１実施形態における第４パターンの開口部と撮影レンズの入射瞳に相当する円との関係を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像素子の構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像素子の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるカラーフィルタの構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態における画像取得単位と絵素との対応を示す平面図である。 本発明の第３実施形態における遮光膜の構成を示す平面図である。 本発明の第４実施形態における遮光膜の構成を示す平面図である。 本発明の第４実施形態における遮光膜の４つのパターンを示す平面図であって、（ａ）は第１パターンを、（ｂ）は第２パターンを、（ｃ）は第３パターンを、（ｄ）は第４パターンを示す。 本発明の第５実施形態における遮光膜の構成を示す平面図である。 従来の撮像素子を用いた光学装置の構成及び左右の光束を示す図である。 図１８に対して絞りを絞った状態を示す図である。 （ａ）は、図１８における撮影レンズ、絞り、及び光束の関係を示す正面図であり、（ｂ）は、図１９における撮影レンズ、絞り、及び光束の関係を示す正面図である。

以下に、本発明に係る撮像素子の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る撮像素子１００の構成を示す平面図である。図２は、撮像素子１００の構成を示す断面図である。図３は、第１実施形態における遮光膜１２０の構成を示す平面図である。図４は、光電センサの配置を示す平面図である。図５は、撮像素子１００、撮影レンズ１４０、及び絞りＳＴの配置を示す図である。

ここで、図１〜図４においては、画像取得単位１１０、又は、各画像取得単位１１０に対応する遮光膜１２０若しくはセンサ部の一部を描いている。実際に使用する撮像素子は、その仕様等に応じて、図１〜図４に示した画像取得単位の行及び／又は列をさらに増やした形態にすることができる。これは第２実施形態以下の実施形態についても同様である。

撮像素子１００は、複数のセンサ部と、マイクロレンズアレイと、開口制限部と、を有する。
複数のセンサ部は、複数の画像取得単位１１０にそれぞれ対応するように行列状に配置され、それぞれ、複数の光電センサとしての１組の光電センサＰＤＲ、ＰＤＬを有する。
光電センサＰＤＲ、ＰＤＬとしては、例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）等のＸＹアドレス型撮像素子を用いることができるが、これに限定されるものではない。

マイクロレンズアレイは、マイクロレンズ１３０（オンチップレンズ）を複数有する。
複数のマイクロレンズ１３０は、複数のセンサ部の上に、複数の画像取得単位１１０にそれぞれ対応するように、行列状に配置されている。

複数のセンサ部と複数のマイクロレンズ１３０（マイクロレンズアレイ）の間には、開口制限部としての遮光膜１２０が配置されている。この遮光膜１２０は、図３に示すように、それぞれの画像取得単位１１０に対応するように行列状に４つのパターン１２１、１２２、１２３、１２４が配置された構成を有する。さらに、遮光膜１２０は、光電センサＰＤＲ、ＰＤＬの各々に対応する複数の開口部１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂ、１２４ａ、１２４ｂを備える。遮光膜１２０においては、ある一定の形状の範囲、すなわち上記複数の開口部を光が透過し、それ以外の部分は光を遮る。

ここで、複数のセンサ部、並びに、複数のセンサ部に対応する複数のマイクロレンズ及び複数の開口部は、それぞれ画像取得単位１１０を構成する。
また、図２に示すように、マイクロレンズ１３０と遮光膜１２０の間には、隣の画像取得単位１１０からの光束を遮る遮光壁１２０Ｂが設けられている。

マイクロレンズ１３０の焦点位置ＦＰは光電センサＰＤＲ、ＰＤＬの表面１１１と一致している（図５）。撮影レンズ１４０として、像側テレセントリック、又は、おおよそ像側テレセントリックである撮影レンズを用いると、撮影レンズ１４０の絞りＳＴと遮光膜１２０が幾何光学的に共役関係となる。これにより、遮光膜１２０に一定の形状の透過領域としての開口部を設けると、撮影レンズ１４０に開口部と相似形の絞りを設けたのと同じ効果が得られる。

各マイクロレンズ１３０の中心線Ａ１１上に各ＰＤＲとＰＤＬの境界線Ｂ１１が位置している。また、各マイクロレンズ１３０の中心線Ａ１１上に各ＰＤＲとＰＤＬの開口のｙ軸方向の中心線Ａ１２が位置している。

ここで、撮像素子１００の具体例について数値を挙げて説明するが、本実施形態は以下の例に限定されない。
画像取得単位１１０のピッチを１０μｍとすると、隣り合う画像取得単位１１０のそれぞれのＰＤＲ間の距離は１０μｍとなる。ここで、ｘ軸方向、ｙ軸方向とも同じピッチとする。
図４に示すように、矩形状の光電センサＰＤＲ、ＰＤＬはＸ方向に沿って左右に並んで配置されており、それらが１対で１つの画像取得単位１１０に対応している。ＰＤＲ、ＰＤＬの開口部の寸法は、それぞれｘ軸方向：４μｍ、ｙ軸方向：８μｍである。また、ＰＤＲとＰＤＬのそれぞれの開口部の中心同士の間隔は４μｍである。
マイクロレンズ１３０の焦点距離は１６μｍ、有効径はφ１０μｍである。そして、前述のように、マイクロレンズ１３０の焦点ＦＰ（図５、図７）の位置に光電センサＰＤＲ、ＰＤＬの表面１１１が位置している。
撮影レンズ１４０は像側テレセントリックである。

さらに、図６〜図８を参照して、遮光膜１２０の開口部について説明する。
図６は、遮光膜１２０の４つのパターンを示す平面図であって、（ａ）は第１パターン１２１を、（ｂ）は第２パターン１２２を、（ｃ）は第３パターン１２３を、（ｄ）は第４パターン１２４を示す。図７は、撮影レンズ１４０、画像取得単位１１０、入射瞳ｐｐ１、及び射出瞳ｐｐ２の関係を示す図である。図８は、開口部のパターンと撮影レンズ１４０の入射瞳に相当する円１２４ｃとの関係を示す平面図である。

第１パターン１２１の２つの開口部１２１ａ、１２１ｂは、互いに同一の直径１μｍの円形状を備える（図６（ａ））。第２パターン１２２の２つの開口部１２２ａ、１２２ｂは、互いに同一の直径２μｍの円形状となっている（図６（ｂ））。第３パターン１２３の２つの開口部１２３ａ、１２３ｂは、互いに同一の直径４μｍの円形状を備える（図６（ｃ））。第４パターン１２４の開口部１２４ａ、１２４ｂは、互いに同一の形状の楕円形状であり、ともに幅４μｍ、高さ６μｍである（図６（ｄ））。
第１パターン１２１、第２パターン１２２、第３パターン１２３、及び第４パターン１２４において、それぞれが備える２つの開口部は互いに同一の面積となる。

遮光膜１２０を画像取得単位１１０内に配置したとき、第１パターン１２１、第２パターン１２２、第３パターン１２３、第４パターン１２４のそれぞれが備える２つの開口部は、マイクロレンズ１３０の中心線Ａ１１、及び、ＰＤＲとＰＤＬの境界線Ｂ１１に関して互いに対称な形状・配置となる。さらに、開口部１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂ、１２４ａ、１２４ｂの各々の重心１２１ａｇ、１２１ｂｇ、１２２ａｇ、１２２ｂｇ、１２３ａｇ、１２３ｂｇ、１２４ａｇ、１２４ｂｇは、マイクロレンズ１３０の中心線Ａ１１、及び、ＰＤＲとＰＤＬの境界線Ｂ１１に関して互いに対称な位置に配置される。
第１パターン１２１、第２パターン１２２、第３パターン１２３、及び第４パターン１２４において、それぞれが備える２つの開口部の各々の重心間を結んだ線分の長さ（４μｍ）と傾き（ｘ軸に沿った方向）は、各画像取得単位の間で互いに等しい。

図３に示すように、２行２列に配置された、４つのパターン１２１、１２２、１２３、１２４が１組となって、１つの絵素１２０ｐを構成する。図３に示す例では、縦２、横２の４つの絵素１２０ｐによって遮光膜１２０が構成されている。

また、各パターンにおける２つの開口部の重心は、撮像レンズ１４０の射出瞳ｐｐ２と共役な像の重心から等しい距離にある。さらに、各パターンにおける２つの開口部の形状は、撮像レンズ１４０の射出瞳ｐｐ２と共役な像の重心を通り光軸に垂直な直線（境界線Ｂ１１）に関して、互いに線対称である。
なお、遮光膜１２０は、４未満又は５以上のパターンの組み合わせから構成することもでき、絵素の構成も上述の２行２列以外の組み合わせも可能である。

以上の構成において、物体から発した光は撮影レンズ１４０の入射瞳ｐｐ１、射出瞳ｐｐ２を通り、撮像素子１００の各画像取得単位１１０に達する。そして、各画像取得単位１１０内において、遮光膜１２０に設けられた開口部を通過し、対応する光電センサＰＤＲ、ＰＤＬに入射する。

撮影レンズ１４０の射出瞳ｐｐ２は、遮光膜１２０と共役である。例えば、撮影レンズ１４０のＦ値が２である場合、図７に示すように、撮影レンズ１４０の入射瞳ｐｐ１、射出瞳ｐｐ２の最周縁を通った光線は、遮光膜１２０の対応するパターンの最周縁、すなわち、パターンの中心から４μｍ離れた位置に到達する。この場合、撮影レンズ１４０として、開放でＦ値が２又は２より明るい撮影レンズを使用した場合は、基線長は変化しない。ただし、Ｆ値が２より明るい撮影レンズを開放で用いても、Ｆ値が２より明るい光束は遮光膜１２０の開口部で制限されるため、画像形成に用いることはできない。

ここで、基線長について説明する。
例えば、撮影レンズ１４０として、焦点距離２５ｍｍ、開放時のＦ値が２の撮影レンズを絞り開放で用いた場合、入射瞳径（直径）は２５ｍｍ／２＝１２．５ｍｍとなる。この場合、入射瞳ｐｐ１からの光束は、図８に示すように、撮影レンズ１４０の入射瞳ｐｐ１に相当する円１２４ｃが開口部１２４ａ、１２４ｂのすべてを覆うため、開口部１２４ａ、１２４ｂをそれぞれ通過する左右の光束の重心は、それぞれの開口部の重心１２４ａｇ、１２４ｂｇと一致する。これは、遮光膜１２０の他のパターン１２１、１２２、１２３についても同様であって、開口部１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂをそれぞれ通過する左右の光束の重心は、それぞれの開口部の重心１２１ａｇ、１２１ｂｇ、１２２ａｇ、１２２ｂｇ、１２３ａｇ、１２３ｂｇと一致する。

遮光膜１２０の第１パターン１２１、第２パターン１２２、第３パターン１２３、第４パターン１２４のいずれも左右の開口部の重心間の距離は４μｍであり、これは入射瞳ｐｐ１の６．２５ｍｍに相当する。したがって、各パターンのとも、撮影レンズ１４０の入射瞳ｐｐ１における基線長は６．２５ｍｍで一定である。

ここで、撮影レンズ１４０を虹彩絞りＳＴを絞った状態で用いたり、Ｆ値が２より暗い撮影レンズを用いると、各パターン間で基線長が一定でなくなる。しかし、上述の構成の開口部を備えた遮光膜１２０を用いることにより、従来の光学装置と比べて、基線長の変化を緩和することができる。

次に、撮影レンズ１４０として、焦点距離２５ｍｍ、開放Ｆ２の撮影レンズを用いた場合の明るさを示す。
（１）第１パターン１２１のみを画像の形成に用いた場合の明るさ：Ｆ１６
（２）第２パターン１２２のみを画像の形成に用いた場合の明るさ：Ｆ８
（３）第３パターン１２３のみを画像の形成に用いた場合の明るさ：Ｆ４
（４）第４パターン１２４のみを画像の形成に用いた場合の明るさ：Ｆ３．３
ここで、第４パターン１２４の開口部は円形ではないため、開口部の面積から求めたＦ値の相当値である。
第４パターン１２４を用いた場合は、第３パターン１２３を用いた場合より開口部の面積が大きく、より明るくなるため、焦点深度を浅くする効果が得られる。

撮影レンズ１４０の右側を通った光束による画像、すなわち右の視差画像は、光電センサＰＤＲの信号を処理して画像化する。同様に、撮影レンズ１４０の左側を通った光束の画像は、すなわち左の視差画像は、光電センサＰＤＬの信号を処理して画像化する。

遮光膜１２０のいずれかのパターン下の１組の光電センサのみからの信号を用いて画像化すれば、それぞれに相当するＦ値の画像が得られる。また、任意のＦ値に相当する画像を得たいときは、複数組の光電センサによる画像を合成する。

例えばＦ５．６で撮影したのと同様な画像を得たいときは、第３パターン１２３下の１組の光電センサによる画像（Ｆ４相当）と、第２パターン１２２下の１組の光電センサによる画像（Ｆ８相当）をそれぞれ光の強度を正規化してから加算して１／２倍する。すなわち、これらの画像による光の強度を平均する。また、Ｆ５．６よりＦ８に近い画像を得たい場合は、１／２倍ではなく、Ｆ値の大きな第２パターン１２２の画像の割合を増やす。また、各パターンによる画像同士を減算した画像を得ることもできる。

ここで、図９を参照して、第１実施形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラ５０の動作・制御について、説明する。図９は、第１実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。

図９に示すように、カメラ５０は、撮像レンズ６０、撮像素子７０、画像処理部７１、３Ｄフォーマット変換部７２、出力処理部７３、記録部７４、システム制御部７５、及び、指示部７６を備えている。撮像レンズ６０及び撮像素子７０は、上述の撮影レンズ１４０及び撮像素子１００をそれぞれ使用する。
なお、第１実施形態のデジタルカメラ５０は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、撮影機能付きの携帯電話など、動画表示や動画撮影の機能を備える各種の機器に広く適用することができる。

撮像レンズ６０は、光学的な被写体像を撮像素子７０の撮像面上に結像するための撮影光学系であり、絞りやフォーカスレンズ等を含んで構成されている。
撮像素子７０は、撮像レンズ６０により結像された光学的な被写体像を光電変換して電気的な画像信号を生成する。撮像素子７０は、画素単位やライン単位での画素リセット（電子シャッタ先幕）および画素読み出し（電子シャッタ後幕）を所望のタイミングで順次行うことができる、つまり露光時間を変更可能な、撮像素子となっている。

画像処理部７１は、撮像素子７０により撮像されて読み出された画像信号に各種の画像処理を施すものであり、３Ｄフォーマット変換部７２を含んで構成されている。３Ｄフォーマット変換部７２は、指示部７６が３Ｄモードを選択すると、システム制御部７５によって３Ｄモードに設定される。３Ｄフォーマット変換部７２は、設定されたモードに対応し、３Ｄフォーマット変換を行う。３Ｄフォーマット変換としては、例えば、ＳＩＤＥ ＢＹ ＳＩＤＥ、ＬＩＮＥ ＢＹ ＬＩＮＥ、ＡＢＯＶＥ−ＢＥＬＯＷ、ＣＨＥＣＫＥＲＢＯＡＲＤを用いる。

出力処理部７３は、画像処理部７１により表示用に処理された画像（３Ｄフォーマット変換された画像を含む）を、ＴＶ等の外部表示装置への画像出力を行う。さらに、このデジタルカメラ５０の操作系のメニュー表示などを行う表示デバイスへの画像出力処理も行う。

記録部７４は、画像処理部７１により記録用に処理された画像データを不揮発に記憶するものであり、例えばメモリカードなどの撮像装置の外部に搬出し得るリムーバブルメモリとして構成されている。従って、記録部７４は、撮像装置に固有の構成でなくても構わない。

指示部７６は、デジタルカメラ５０に対する操作入力を行うためのユーザーインタフェースであり、電源のオン／オフを指示するための電源ボタンや撮影開始を指示するための撮影ボタン、３Ｄモード等を設定するための撮像モード設定ボタン、その他各種の設定ボタンなどを含む。

第１実施形態に係る撮像素子及び撮像装置においては、信号の読出し時に、各画像取得単位間の加算、減算、乗算、除算を行なえるように撮像素子内の回路又は画像処理部７１を構成してもよい。
また、遮光壁は、図２に示す遮光壁１２０Ｂの形態以外の形態・配置とすることもできる。隣の画像取得単位１１０からの光束や隣の開口を通った光束が入らないように、遮光壁を設ければ、必ずしも遮光膜１２０の直下に光電センサが位置していなくともよい。

なお、撮影レンズ１４０として、像側テレセントリックでない撮影レンズを用いる場合は、撮影レンズ１４０の射出瞳ｐｐ２と遮光膜１２０の位置が共役となるようにマイクロレンズ１３０の位置を変更すればよい。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る撮像素子においては、カラーフィルタがオンチップレンズと遮光膜の間に配置されている点が第１実施形態に係る撮像素子と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る撮像素子と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。

図１０は、第２実施形態に係る撮像素子２００の構成を示す平面図である。図１１は、第２実施形態に係る撮像素子２００の構成を示す断面図である。図１２は、第２実施形態におけるカラーフィルタ２２０の構成を示す平面図である。図１３は、画像取得単位２１０と絵素との対応を示す平面図である。

図１２は、各色のフィルタが画像取得単位２１０に対応して行列状に配置されていることを示している。図１３は、画像取得単位２１０が行列状に配置されていることを示すとともに、各画像取得単位２１０における光電センサが感度を有する色を示している。すなわち、赤、緑、青に感度を有する光電センサを備えた画像取得単位２１０をＲ、Ｇ、Ｂでそれぞれ示している。
ここで、図１０〜図１３においては、画像取得単位２１０、又は、各画像取得単位２１０に対応するカラーフィルタ２２０若しくはセンサ部の一部を描いている。

図１１に示すように、カラーフィルタ２２０がマイクロレンズ１３０と遮光膜１２０の間に配置されている。カラーフィルタ２２０は、マイクロレンズ１３０に対応して行列状に配置された、Ｇフィルタ２２０Ｇ（緑フィルタ）、Ｂフィルタ２２０Ｂ（青フィルタ）、及びＲフィルタ２２０Ｒ（赤フィルタ）を備える。図１２に示すように、各色のフィルタは、２行２列の４つのマイクロレンズ１３０に対して１色ずつ配置されている。別言すると、同じ分光特性のカラーフィルタが、遮光膜１２０の隣り合う２行２列のパターン１２１、１２２、１２３、１２４に対応するように配置されている。
ここで、複数のセンサ部、並びに、複数のセンサ部に対応する複数のマイクロレンズ、複数の開口部、及び各色のフィルタは、それぞれ画像取得単位２１０を構成する。

図１３に示すように、２行２列の４つの画像取得単位２１０によって１つの絵素２４１が構成される。図１２と図１３より、この絵素２４１は１色のカラーフィルタに対応する。これにより、１つの絵素２４１で１つの色を受け持つこととなる。したがって、２行２列の４つの絵素２４１によって、すなわち４行４列の１６の画像取得単位２１０によって、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の絵素が構成される。

以上の構成により、撮像素子２００はカラー撮影が可能となる。
ここで、マイクロレンズ１３０の焦点距離、有効径は第１実施形態と同じである。また、マイクロレンズ１３０の焦点位置に遮光膜１２０が配置されている。
さらに、遮光膜１２０の開口部の各パターンの寸法、画素ピッチ等も第１実施形態と同じである。その他、基線長についても第１実施形態の場合と同じである。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る撮像素子においては、遮光膜の開口部のパターンが１種類である点が第１実施形態に係る撮像素子と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る撮像素子と同様である。このため、遮光膜以外の構成についての詳細な説明は省略する。
図１４は、第３実施形態における遮光膜３２０の構成を示す平面図である。

図１４に示すように、遮光膜３２０の開口部はパターン３２１の１種類のみであり、マイクロレンズ１３０に対応して行列状に配置されている。遮光膜３２０の開口部３２１ａ、３２１ｂの形状は第１実施形態の第３パターン１２３と同じである。
各画像取得単位のそれぞれが備える２つの開口部の各々の重心間を結んだ線分の長さと傾き（ｘ軸に沿った方向）は、各画像取得単位の間で互いに等しい。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
第４実施形態に係る撮像素子においては、遮光膜のパターンが第１実施形態に係る撮像素子と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る撮像素子と同様であるため、遮光膜以外の構成についての詳細な説明は省略する。

図１５は、第４実施形態における遮光膜４２０の構成を示す平面図である。図１６は、第４実施形態における遮光膜４２０の４つのパターンを示す平面図であって、（ａ）は第１パターン４２１を、（ｂ）は第２パターン４２２を、（ｃ）は第３パターン４２３を、（ｄ）は第４パターン４２４を示す。

図１５に示すように、遮光膜４２０は、４つのパターン４２１、４２２、４２３、４２４を備える。第２パターン４２２と第３パターン４２３は、左右の開口部を入れ替えた構成である。
図１６に示すように、パターン４２１、４２２、４２３、４２４のそれぞれにおいて、左右の開口部の面積は同一である。

第１パターン４２１の２つの開口部４２１ａ、４２１ｂは、互いに同一の直径４μｍの円形状を備える。第２パターン４２２の一方の開口部４２２ａは円形状であり、他方の開口部４２２ｂは開口部４２２ａと同一面積の正方形となっている。第３パターン４２３の一方の開口部４２３ａは正方形であり、他方の開口部４２３ｂは開口部４２３ａと同一面積の円形状を備える。第４パターン４２４の一方の開口部４２４ａは円形状を備え、他方の開口部４２４ｂは開口部４２４ａと同一面積の三角形である。

第１パターン４２１の２つの開口部４２１ａ、４２１ｂの重心４２１ａｇ、４２１ｂｇの間隔、第２パターン４２２の２つの開口部４２２ａ、４２２ｂの重心４２２ａｇ、４２２ｂｇの間隔、第３パターン４２３の２つの開口部４２３ａ、４２３ｂの重心４２３ａｇ、４２３ｂｇの間隔、及び、第４パターン４２４の２つの開口部４２４ａ、４２４ｂの重心４２４ａｇ、４２４ｂｇの間隔、は同一であって、４μｍである。

第１パターン４２１、第２パターン４２２、第３パターン４２３、及び第４パターン４２４において、それぞれが備える２つの開口部の各々の重心間を結んだ線分の長さ（４μｍ）と傾き（ｘ軸に沿った方向）は、各画像取得単位の間で互いに等しい。

このような構成の撮像素子を用いると、基線長が同一であるが、各パターンで開口の形状が異なるため、ボケの形状が異なる画像を１つの撮像素子で撮影することができる。また、各パターンで撮影した画像を加算することでボケの形状を重ねることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

（第５実施形態）
第５実施形態に係る撮像素子においては、遮光膜のパターンが１つである点が第１実施形態に係る撮像素子１００と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る撮像素子１００と同様であるため、遮光膜以外の構成についての詳細な説明は省略する。

図１７は、第５実施形態における遮光膜５２０の構成を示す平面図である。
図１７に示すように、遮光膜５２０の開口部はパターン５２１の１種類のみであり、マイクロレンズ１３０に対応して行列状に配置されている。遮光膜５２０の開口部５２１ａ、５２１ｂは同一直径の円形であって、ｘ軸及びｙ軸に対して４５度傾いて配置されている。

各画像取得単位のそれぞれが備える２つの開口部の各々の重心間を結んだ線分の長さと傾き（ｘ軸及びｙ軸に対して４５度の傾き）は、各画像取得単位の間で互いに等しい。
このような構成の撮像素子を用いると、基線が撮像素子に対して４５°傾いたステレオ画像を取得することが可能である。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

以上のように、本発明に係る撮像素子は、明るさ調節や虹彩絞りを絞って行うステレオ画像撮影に有用である。

１００ 撮像素子
１１０ 画像取得単位
１２０ 遮光膜
１２０ｐ 絵素
１２１ 第１パターン
１２１ａ、１２１ｂ 開口部
１２１ａｇ、１２１ｂｇ 重心
１２２ 第２パターン
１２２ａ、１２２ｂ 開口部
１２２ａｇ、１２２ｂｇ 重心
１２３ 第３パターン
１２３ａ、１２３ｂ 開口部
１２３ａｇ、１２３ｂｇ 重心
１２４ 第４パターン
１２４ａ、１２４ｂ 開口部
１２４ａｇ、１２４ｂｇ 重心
１３０ マイクロレンズ
１４０ 撮影レンズ
２００ 撮像素子
２１０ 画像取得単位
２２０ カラーフィルタ
２４１ 絵素
３２０ 遮光膜
３２１ パターン
３２１ａ、３２１ｂ 開口部
４２０ 遮光膜
４２１ 第１パターン
４２１ａ、４２１ｂ 開口部
４２１ａｇ、４２１ｂｇ 重心
４２２ 第２パターン
４２２ａ、４２２ｂ 開口部
４２２ａｇ、４２２ｂｇ 重心
４２３ 第３パターン
４２３ａ、４２３ｂ 開口部
４２３ａｇ、４２３ｂｇ 重心
４２４ 第４パターン
４２４ａ、４２４ｂ 開口部
４２４ａｇ、４２４ｂｇ 重心
５２０ 遮光膜
５２１ パターン
５２１ａ、５２１ｂ 開口部
ＰＤＲ、ＰＤＬ 光電センサ

Claims (8)

1. 複数の光電センサを各々有し、行列状に配置されている複数のセンサ部と、
   前記複数のセンサ部の上に各々配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
   前記複数のセンサ部と前記マイクロレンズアレイとの間に配置され、前記複数の光電センサの各々に対応する複数の開口部を備えた開口制限部と、
   を有し、
   前記複数のセンサ部、並びに、前記複数のセンサ部に対応する前記複数のマイクロレンズ及び複数の開口部は、それぞれ画像取得単位を構成し、
   前記複数の開口部の各々の重心間を結んだ線分の長さと傾きは、前記画像取得単位の間で互いに等しいことを特徴とする撮像素子。
2. 前記画像取得単位内において、前記複数の開口部の各々の面積は互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記センサ部は、複数の前記画像取得単位のうち所定の複数の画像取得単位を各々有する、複数の絵素を有し、
   前記複数の絵素間で互いに対応する画像取得単位において、前記複数の開口部の各々の面積は互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
4. 前記画像取得単位内において、前記複数の開口部の各々の形状は互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
5. 前記センサ部は、複数の前記画像取得単位のうち所定の複数の画像取得単位を各々有する、複数の絵素を有し、
   前記複数の絵素間で互いに対応する画像取得単位において、前記複数の開口部の各々の形状は互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
6. 前記複数の開口部の各々は、撮像レンズの射出瞳と共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
7. 前記画像取得単位内において、前記複数の開口部の各々の形状は、撮像レンズの射出瞳と共役な位置における前記射出瞳の像の重心を通り光軸に垂直な直線に関して、互いに線対称であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
8. 前記複数の光電センサは、２つの光電センサをそれぞれ有していることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。

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