JP2013239787A - 撮像素子及びこれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影レンズの絞りの大きさを変えた場合、基線長の変化量を低減し、所望の被写界深度と適正な視差情報とを得ることができる撮像素子及びこれを用いる撮像装置を提供すること。
【解決手段】行列状に配置され、被写体からの入射光を光電変換する複数の光電センサを有する光電変換部と、光電変換部に隣接して配置される複数のマイクロレンズと、複数のマイクロレンズの各々を通過する光束を、複数の光電センサの対応する少なくとも２つに入射させるマイクロレンズアレイと、を有し、複数の光電センサの各々は、第１の受光範囲と、第１の受光範囲と同一の重心を有し、かつ第１の受光範囲に含まれる第２の受光範囲と、を有し、光電変換部は、複数のマイクロレンズの各々を通過する光束に応じて、第１の受光範囲及び第２の受光範囲のいずれか１つからの信号のみから被写体の像に関連する信号を作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。

光電変換部（撮像素子）上の１画素を分割することで光学系の瞳を分割し、視差情報（奥行き情報）を取得する技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、いずれの画素を、いずれの方向に分割された光電変換部を持つ画素として機能させるか、を変更できる自由度を有し、焦点調節状態の検出精度をより高める構成が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、１つのマイクロレンズとカラーフィルタに対して、２つの受光部を有し、複数画像からなる１つの絵素には受光部の配置が異なる少なくとも１画素を含む構成が開示されている。

特開２００７−３２５１３９号公報 特開２００７−６５３３０号公報

従来技術においては、撮像素子を分割することによって、視差情報（奥行き情報）を取得する。この場合、視差情報の精度は、光学系の絞りの大きさ（Ｆ値）に関係している。そして、基線長（視差量）を決定する一つの要因がＦ値である。
換言すると、光電変部の撮像素子上で視差情報、即ち、奥行き情報を取得する場合、視差量（基線長）は光学系の仕様で決まる、という特徴がある。

基線長が長ければ、高い精度で視差情報を取得できる。特許文献１、２に記載の構成では、両方の構成は共に、撮影レンズ（テイキングレンズ）の絞りを絞った場合、即ちＦ値を大きくした場合、被写界深度が深くなり、被写体の全体にピントが合う。Ｆ値を大きくして、被写界深度を深くすると、基線長が短くなり、視差量が減ってしまう。これにより、視差情報の精度が低下することに加えて、適正な立体画像を取得することが困難になる。

このように、被写界深度を深くしつつ、かつ視差量を増やすことは、困難である。即ち、被写界深度を変えると、視差量（基線長）も変わってしまうという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮影レンズの絞りの大きさを変えた場合、基線長の変化量を低減し、所望の被写界深度と適正な視差情報とを得ることができる撮像素子及びこれを用いる撮像装置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、
行列状に配置され、被写体からの入射光を光電変換する複数の光電センサを有する光電変換部と、
光電変換部に隣接して配置される複数のマイクロレンズと、
複数のマイクロレンズの各々を通過する光束を、複数の光電センサの対応する少なくとも２つに入射させるマイクロレンズアレイと、
を有し、
複数の光電センサの各々は、
第１の受光範囲と、
第１の受光範囲と同一の重心を有し、かつ第１の受光範囲に含まれる第２の受光範囲と、を有し、
光電変換部は、複数のマイクロレンズの各々を通過する光束に応じて、第１の受光範囲及び第２の受光範囲のいずれか１つからの信号のみから被写体の像に関連する信号を作成することを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、
上述の撮像素子と、
撮像素子からの信号に基づいて立体画像を生成する画像処理部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、撮影レンズの絞りの大きさを変えた場合、基線長の変化量を低減し、所望の被写界深度と適正な視差情報とを得ることができる撮像素子及びこれを用いる撮像装置を提供できるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態の撮像素子の断面構成を示す図である。 （ａ）は第１実施形態の撮像素子をマイクロレンズ側から見た図、（ｂ）は第１実施形態の変形例の撮像素子をマイクロレンズ側から見た図である。 撮像装置の原理を説明する図である。 撮像装置の原理を説明する他の図である。 撮像装置の原理を説明するさらに他の図である。 撮像装置の原理を説明する別の図である。 撮像装置の原理を説明するさらに別の図である。 撮像素子の原理を説明する断面構成図である。 第２実施形態の撮像装置の原理を説明する断面構成図である。 第２実施形態の撮像装置の原理を説明する他の断面構成図である。 第２実施形態の撮像装置の機能ブロック図である。 （ａ）は第３実施形態の撮像素子をマイクロレンズ側から見た図、（ｂ）は第３実施形態の変形例の撮像素子をマイクロレンズ側から見た図である。 （ａ）は第４実施形態の撮像素子をマイクロレンズ側から見た図、（ｂ）は第４実施形態の変形例の撮像素子をマイクロレンズ側から見た図である。 第５実施形態の撮像素子を説明する図である。 （ａ）は第６実施形態の撮像素子をマイクロレンズ側から見た図、（ｂ）は第６実施形態の変形例の撮像素子をマイクロレンズ側から見た図である。 ３Ｄ画像を生成する手順を示す図である。 第３実施例において、３Ｄ画像を生成する手順を示す図である。 従来技術において、３Ｄ画像を生成する手順を示す図である。

以下に、本発明にかかる撮像素子及びこれを用いた撮像装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例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の断面構成を示している。図２（ａ）は、撮像素子１００をマイクロレンズ１３０側から見た図である。光電変換部１１０は、行列状に配置され、被写体からの入射光を光電変換する複数の光電センサＰＤＲ、ＰＤＬを有している。複数のマイクロレンズ１３０は、光電変換部１１０に隣接して配置されている。マイクロレンズアレイ９０２（図６参照）は、複数のマイクロレンズ１３０により構成されている。マイクロレンズアレイ９０２は、各々のマイクロレンズ１３０を通過する光束を、複数の光電センサＰＤＲ、ＰＤＬの対応する少なくとも２つに入射させる。複数の光電センサＰＤＲ、ＰＤＬの各々は、第１の受光範囲ＰＤＲ１、ＰＤＬ１と、第１の受光範囲ＰＤＲ１、ＰＤＬ１と同一の重心を有し、かつ第１の受光範囲に含まれる第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２と、を有している。
そして、光電変換部１１０は、複数のマイクロレンズ１３０の各々を通過する光束に応じて、第１の受光範囲ＰＤＲ１、ＰＤＬ１及び第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２のいずれか１つからの信号のみから被写体の像に関連する信号を作成する。
隣接する光電変換部１１０の間には、遮光層１２０が形成されている。遮光層は、配線層としての機能も兼用する。

そして、図７に示すように、光電センサＰＤＲ、ＰＤＬは、不図示の被写体に対して、水平方向に略２分割されて並んでいる。左右方向に略２分割されたそれぞれの光電センサＰＤＲ、ＰＤＬは、図２（ａ）に示すように、受光エリアＲＡＲを可変できる構造となっている。

図２（ｂ）は、本実施形態の変形例を示している。図２（ａ）において、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２は、矩形形状である。これに対して、図２（ｂ）に示す変形例では、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２は、円形形状である。
後述する本実施形態の効果は、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２が、いずれの形状においても同等に得られる。

次に、図３〜図５を参照して、視差情報を取得する原理を説明する。
図３、図４は、撮像素子１００と撮影レンズ９１０とを組み合わせた状態の断面構成を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）は、光束の光軸に垂直な断面を見た原理説明図である。

図３、図４において、撮像素子１００の１つのマイクロレンズアレイ９０２に対して光電センサＰＤＲ、ＰＤＬが２つ並んで配置されている。これにより、撮影レンズ９１０を透過した光束を、右側光束９２１と左側光束９２２に分離することが可能となる。この時、右側光束９２１と左側光束９２２の差分が視差情報に対応する。

本実施形態では、１つの画素には１つのマイクロレンズ１３０が配置されている。そして、図５（ａ）、（ｂ）に示すように１画素に光電センサが左右方向（水平方向）に２個設けられている。図８に、撮像素子１００の概略断面構成を示す。

図３、図５（ａ）に示すように、撮影レンズ（テイキングレンズ）の絞り９１１の径が大きい場合、基線長ＢＬａが長くなる。基線長ＢＬａ、ＢＬｂは、右側の光束の重心９２１ｇと、左側の光束の重心９２２ｇとの間の距離である。基線長ＢＬａが長い場合、視差情報が大きくなり、精度の良い情報が取得できる。さらに視差情報が大きくなることから、立体感の高い映像を取得できることになる。
このとき、図５（ａ）に示す絞りの内周９１１ａは、図５（ｂ）に示す絞りの内周９１１ｂよりも大きい。このため、基線長ＢＬａは、基線長ＢＬｂよりも長くなっている。

図４、図５（ｂ）に示すように、撮影レンズ（テイキングレンズ）の絞り９１１の径が小さい場合、基線長ＢＬｂが短くなる。基線長ＢＬｂが短い場合、視差情報の精度が低下し、精度の良い情報が取得できない。さらに視差情報が小さいことから、立体感の高い映像を取得できることが困難になる。

図２（ａ）、（ｂ）に戻って、説明を続ける。本実施形態において、受光範囲が可変構造となっている。これにより、広い範囲での受光領域における左右の重心の距離と、狭い範囲の受光領域の左右の重心の距離とは同一にできる。
図内の点線は一つの画素に受光する光束の大きさを表している。本図での受光エリアは、撮影レンズの絞りを絞って撮影する場合の受光エリアを表している。
本図のように、撮影レンズを絞って撮影した場合、受光エリアは、狭い部分の受光エリアにかかってしまうが、狭い部分に受光した光だけ取得すれば、重心間の距離Ｘｈを変えないことで、基線長変化を緩和できることが分かる。
以上のように、第１実施形態では、受光エリアを可変して画像を取得することによって、テイキングレンズを絞った場合の基線長変化を緩和することができ、十分な視差情報を取得するが可能となる。

本実施形態では、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２の大きさは、複数のマイクロレンズ１３０の各々を通過する光束径が最小のとき、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２の全体に光線が入射する大きさであることが望ましい。

これにより、撮影レンズ９１０（図３、図４）の絞り９１１の開口径の大小にかかわらず、基線長の長さの変化を低減できる。

また、上述したように複数のマイクロレンズ１３０の各々を通過する光束が入射する複数の光電センサＰＤＲ、ＰＤＬは、被写体に対して水平方向に、略同一形状のセンサが２つ配置されていることが望ましい。

これにより、被写界深度にかかわらず、水平方向の視差情報を容易に得ることができる。

（第２実施形態）
次に、図９〜１１を参照して、第２実施形態に係る撮像装置について説明する。
図９は、撮像装置の共役位置を示した概念図である。撮像素子１００の結像面は撮影レンズ（テイキングレンズ）１４０の絞りＳＴと共役位置となる。絞りＳＴの像が撮像素子１００上に結像する。撮像素子１００は一つしか記載していなが、上述と同様に、複数マトリクス上に並べられている。
図１０も同じく光学系の共役関係示した概略図である。絞り（入射瞳）ＳＴを通った光束を、２つの光電センサＰＤＲ、ＰＤＬにより分離する様子を示している。

さらに、図１１を参照して、第２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１１は、第２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１１に示すように、デジタルカメラ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を使用する。
なお、本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。

ここで、複数のマイクロレンズ１３０の各々を通過する光束が入射する複数の光電センサＰＤＵ、ＰＤＤは、被写体に対して垂直方向に、略同一形状に２つ配置されており、画像処理部７１は、撮像センサからの信号を左右方向の視差情報に変換する構成でも良い。

また、画像処理部７１は、光電変換部１１０において、複数の光電センサのうちの同一方向の光電センサからの信号に基づいて画像を合成し、各方向の視差画像を生成することで立体画像を生成する構成でも良い。

図１８は従来の撮影方式で３Ｄ画像を生成する手順を示している。画像処理部７１が行う３Ｄ画像作成手順を説明する。
撮像素子１００によって取得された光（画像）は左右方向それぞれの画素だけの信号を集めて、左右画像が生成される（ステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３、Ｓ３０４）。これを３Ｄテレビなど専用のメガネを装着して鑑賞した場合、左右画像の視差から、人間は立体感を感じることができる（ステップＳ３０５）。

従来、適正な視差量を確保するため、撮影レンズ（テイキングレンズ）を開放状態で撮影した画像を示している。適正な視差量を確保するため、開放状態で撮影すると、主要被写体は鮮明な映像となるが、背景はぼけた映像となってしまう。

図１６は、本実施形態の撮像装置における３Ｄ画像生成手順を示している。撮像素子１００の受光エリアを狭い領域のみで取得して左右画像を取得した場合（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）、それぞれの画像の被写界深度は深くなり、背景まで鮮明な画像を取得できることになる（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。これらを合成すると、背景まで鮮明であるにもかかわらず、基線長は撮影レンズを開放状態で撮影した場合と同じである。このためため、適切な立体感を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る撮像素子について説明する。図１２は、本実施形態に係る光電変換部２１０をマイクロレンズ１３０側から見た構成を示している。図１２は、１画素に受光する状態を表している。

図２（ａ）、（ｂ）と同様に、図１２（ａ）、（ｂ）は１画素の光電変換部２１０の配置をしている。光電変換部２１０において光電センサＰＤＲ、ＰＤＬは、被写体に対して、水平方向に略２分割されて並んでいる。左右方向に略２分割されたそれぞれの光電センサは、図のように受光エリアＲＡＲを可変できるように構成されている。

図１２（ａ）において、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２は、矩形形状である。これに対して、図１２（ｂ）に示す変形例では、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２は、円形形状である。本実施形態の効果は、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２が、いずれの形状においても同等に得られる。

図１２（ａ）、（ｂ）での受光エリアは略画素前面が受光する場合が本実施例の特徴である。略画素全面が受光する場合、左右に２分割された画素のそれぞれの狭い受光エリアには、常に効率よく受光するように、撮影レンズ（テイキングレンズ）の絞りの開放値は決定されている。

本構成の場合、受光エリアを可変して、狭い領域のみの光しか受光しないようにする。
この狭い領域のみ受光した場合は、分離された右側画素のみで作成された右側画像と、分離された左側画素のみで左側画像を作成した場合、それぞれの左右画像は絞り込み効果によって、深度の深い画像が作成されることになる。ここで、重心間の距離Ｘｈは変化しないため、左右画像の視差情報（奥行き情報）は、変わらない。このため、高い立体感を保った３Ｄ画像を取得できることになる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る撮像素子及び撮像装置について説明する。
図１３（ａ）、（ｂ）と図１７を用いて本実施形態に係る撮像素子を説明する。

図１３（ａ）は、光電変換部３１０のうちの光電センサＰＤＵ、ＰＤＤは、上下方向に分離されて配置された構成である。
マイクロレンズアレイ９０２は、各々のマイクロレンズ１３０を通過する光束を、複数の光電センサＰＤＵ、ＰＤＤの対応する少なくとも２つに入射させる。複数の光電センサＰＤＵ、ＰＤＤの各々は、第１の受光範囲ＰＤＵ１、ＰＤＤ１と、第１の受光範囲ＰＤＵ１、ＰＤＤ１と同一の重心を有し、かつ第１の受光範囲に含まれる第２の受光範囲ＰＤＵ２、ＰＤＤ２と、を有している。

そして、光電変換部３１０は、複数のマイクロレンズ１３０の各々を通過する光束に応じて、第１の受光範囲ＰＤＵ１、ＰＤＤ１及び第２の受光範囲ＰＤＵ２、ＰＤＤ２のいずれか１つからの信号のみから被写体の像に関連する信号を作成する。

そして、図１３（ａ）に示すように、光電センサＰＤＵ、ＰＤＤは、不図示の被写体に対して、上下方向（垂直方向）に略２分割されて並んでいる。上下方向に略２分割されたそれぞれの光電センサＰＤＵ、ＰＤＤは、図１３（ａ）に示すように、受光エリアＲＡＲを可変できる構造となっている。

図１３（ｂ）は、本実施形態の変形例を示している。図１３（ａ）において、第２の受光範囲ＰＤＵ２、ＰＤＤ２は、矩形形状である。これに対して、図１３（ｂ）に示す変形例では、第２の受光範囲ＰＤＵ２、ＰＤＤ２は、円形形状である。
上述したよう実施形態と同様に、図１３（ａ）、（ｂ）に示すいずれの構成においても、重心間の距離Ｘｖは常に一定に維持することができる。このため、本実施形態の効果は、第２の受光範囲ＰＤＲ２、ＰＤＬ２が、いずれの形状においても同等に得られる。

図１７は、本実施形態の光電変換部３１０を有する撮像素子を備える撮像装置に画像処理部７１（図１１）が行う３Ｄ画像取得の手順を示している。
本実施形態では、画像情報の基本的な取得方法や効果は第１実施形態と第２実施形態と同じである。

本実施形態では、上下方向の視差情報（奥行き情報）（ステップＳ２０１）に基づいて、画像処理部７１は距離情報を算出し（ステップＳ２０２）、これを左右方向の視差に変換する（ステップＳ２０３）。そして、出力処理部７３は、処理結果を表示する。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る撮像素子について説明する。図１４は、本実施形態の光電センサの配列を示している。被写体に対して上下方向に分割した光電センサＰＤＵ、ＰＤＤを含む画素と、左右方向に分割し光電センサＰＤＲ、ＰＤＬを含む画素とが、交互に混在して配列されている。

つまり、光電変換部は、
被写体に対して垂直方向に、略同一形状に２分割され光電センサＰＤＵ、ＰＤＤと
被写体に対して水平方向に、略同一形状に２分割された光電センサＰＤＲ、ＰＤＬと、を有することが望ましい。

例えば、光電変換部が左右方向に並んだ光電センサを含む画素配列のみで構成された場合、被写体に横長の物体が撮影範囲いっぱいに存在していた場合その横長の物体までの距離を求めることが難しいという問題がある。このような物体には、光電センサが上下分割された画素が有利となる。このため、本実施形態は、このような場合に有効である。
なお、配置の並びかたは問わない。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る撮像素子について説明する。
図１５（ａ）、（ｂ）を用いて本実施形態に係る撮像素子を説明する。

光電変換部５１０において、複数のマイクロレンズ１３０の各々を通過する光束が入射する複数の光電センサは、被写体に対して垂直方向および水平方向に、略同一形状に４つ配置されていることが望ましい。

図１５（ａ）は、光電変換部５１０のうちの光電センサは、上下方向（垂直方向）と水平方向（左右方向）とに分割され１画素において４つ配置された構成である。

マイクロレンズアレイ９０２は、各々のマイクロレンズ１３０を通過する光束を、複数の光電センサの対応する少なくとも４つに入射させる。複数の光電センサの各々は、矩形形状の第１の受光範囲ＰＤＲＵ１、ＰＤＲＤ１、ＰＤＬＵ１、ＰＤＬＤ１と、これら第１の受光範囲と同一の重心を有し、かつ第１の受光範囲に含まれる矩形形状の第２の受光範囲ＰＤＲＵ２、ＰＤＲＤ２、ＰＤＬＵ２、ＰＤＬＤ２と、を有している。

図１５（ｂ）は、本実施形態の変形例を示している。図１５（ａ）において、第２の受光範囲ＰＤＲＵ２、ＰＤＲＤ２、ＰＤＬＵ２、ＰＤＬＤ２は、矩形形状である。これに対して、図１５（ｂ）に示す変形例では、第２の受光範囲ＰＤＲＵ２、ＰＤＲＤ２、ＰＤＬＵ２、ＰＤＬＤ２は、円形形状である。
上述したよう実施形態と同様に、本実施形態の効果は、重心間の距離Ｘｖ、Ｘｈを一定に維持することができる。これにより、第２の受光範囲ＰＤＲＵ２、ＰＤＲＤ２、ＰＤＬＵ２、ＰＤＬＤ２が、いずれの形状においても同等に得られる。

本実施形態では、光電変換部５１０は、上下方向並びに左右方向に４分割されており、それぞれは略同一形状となっている。
分割された画素のそれぞれは受光エリアＲＡＲを可変にできる特徴を有する。

このように光電センサを分離した構成では、１つの画素で左右方向（水平方向）、上下方向（垂直方向）の視差情報（奥行き情報）を取得可能となる。これにより、精度の高い視差情報が取得できる利点がある。
また、上述した他の実施形態と同じように、受光エリアが変化した場合でも受光部の重心は変わらない。すなわち、垂直方向の重心間の距離Ｘｖ、水平方向の重心間の距離Ｘｈの長さは維持される。このため、視差量を確保しつつ絞り込み効果のある画像を取得することができる。

なお、撮像装置は、第１実施形態の撮像素子だけでなく、第３〜第５実施形態の撮像素子を使用できることはいうまでもない。
以上説明したように、上記各実施形態において、光電変換部の１画素は１つのマイクロレンズに対して複数の光電センサを備えており、左右もしくは上下に並んでいる。これらの光電センサのそれぞれは領域を分割して受光範囲を切り替えることができる。そして、分割された光電センサの重心位置は同じである。

これにより、広い領域と狭い領域で受光範囲を変えることで、撮影レンズ（テイキングレンズ）の絞りを絞って撮影した場合の基線長変化を緩和させることが可能となる。この結果、適切な立体視を達成しながら、被写界深度の深い画像と浅い画像を取得できる。

以上のように、本発明にかかる撮像素子は、所望の被写界深度と良好な立体視画像を取得する場合に有用である。

６０ レンズ
７０ 撮像素子
７１ 画像処理部
７２ ３Ｄフォーマット変換部
７３ 出力処理部
７４ 記録部
７５ システム制御部
７６ 指示部
１００ 撮像素子
１１０、２１０、３１０、５１０ 光電変換部
１２０ 遮光層（配線層）
１３０ マイクロレンズ
９０２ マイクロレンズアレイ
９１０ 撮影レンズ
ＰＤＲ１、ＰＤＬ１ 第１の受光範囲
ＰＤＲ２、ＰＤＬ２ 第２の受光範囲
ＲＡＲ 受光範囲
ＢＬａ、ＢＬｂ 基線長
Ｘｖ、Ｘｈ 重心間の距離
ＰＤＵ、ＰＤＤ 光電センサ

Claims (8)

1. 行列状に配置され、被写体からの入射光を光電変換する複数の光電センサを有する光電変換部と、
   前記光電変換部に隣接して配置される複数のマイクロレンズと、
   前記複数のマイクロレンズの各々を通過する光束を、前記複数の光電センサの対応する少なくとも２つに入射させるマイクロレンズアレイと、
   を有し、
   前記複数の光電センサの各々は、
   第１の受光範囲と、
   前記第１の受光範囲と同一の重心を有し、かつ前記第１の受光範囲に含まれる第２の受光範囲と、を有し、
   前記光電変換部は、前記複数のマイクロレンズの各々を通過する光束に応じて、前記第１の受光範囲及び前記第２の受光範囲のいずれか１つからの信号のみから前記被写体の像に関連する信号を作成することを特徴とする撮像素子。
2. 前記第２の受光範囲の大きさは、前記複数のマイクロレンズの各々を通過する光束径が最小のとき、前記第２の受光範囲の全体に光線が入射する大きさであることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記複数のマイクロレンズの各々を通過する光束が入射する前記複数の光電センサは、前記被写体に対して水平方向に、略同一形状のセンサが２つ配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
4. 前記光電変換部は、
   前記被写体に対して垂直方向に、略同一形状に２分割された前記光電センサと、
   前記被写体に対して水平方向に、略同一形状に２分割された前記光電センサと、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子。
5. 前記光電変換部において、前記複数のマイクロレンズの各々を通過する光束が入射する前記複数の光電センサは、前記被写体に対して垂直方向および水平方向に、略同一形状に４つ配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像素子と、
   前記撮像素子からの信号に基づいて立体画像を生成する画像処理部と、を有することを特徴とする撮像装置。
7. 前記複数のマイクロレンズの各々を通過する光束が入射する前記複数の光電センサは、前記被写体に対して垂直方向に、略同一形状に２つ配置されており、
   前記画像処理部は、前記撮像センサからの信号を左右方向の視差情報に変換することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記画像処理部は、前記光電変換部において、複数の前記光電センサのうちの同一方向の光電センサからの信号に基づいて画像を合成し、各方向の視差画像を生成することで立体画像を生成することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。

Images