JP4730347B2 - Imaging apparatus and imaging method - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関し、より具体的には、例えば、ライト・フィールド・フォトグラフィー(Light Field Photography)技術に基づく撮像モード、及び、通常の高解像度の撮像モードの2つの撮像モードを切り替えて撮像することを可能とする撮像装置及び撮像方法に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging method, and more specifically, for example, two imaging modes of an imaging mode based on a light field photography technique and a normal high-resolution imaging mode. The present invention relates to an image pickup apparatus and an image pickup method capable of picking up images.

従来から、様々な撮像装置が提案され、開発されている。また、撮像して得られた撮像信号に対して、所定の画像処理を施して出力するようにした撮像装置も提案されている。例えば、特許文献1及び非特許文献1には、ライト・フィールド・フォトグラフィーと呼ばれる手法を用いた撮像装置が提案されている。この撮像装置は、撮像レンズと、マイクロレンズアレイと、受光素子と、画像処理部とから構成されており、受光素子から得られる撮像信号は、受光素子の受光面における光の強度に加えて、その光の進行方向の情報をも含んでいる。そして、このような撮像信号に基づき、画像処理部において、任意の視点や方向からの観察画像が再構築される。   Conventionally, various imaging devices have been proposed and developed. There has also been proposed an imaging apparatus in which predetermined image processing is performed on an imaging signal obtained by imaging and output. For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 propose an imaging apparatus using a technique called light field photography. This imaging device is composed of an imaging lens, a microlens array, a light receiving element, and an image processing unit. An imaging signal obtained from the light receiving element is in addition to the light intensity on the light receiving surface of the light receiving element. It also contains information on the direction of travel of the light. Then, based on such an imaging signal, an observation image from an arbitrary viewpoint or direction is reconstructed in the image processing unit.

国際公開第06/039486号パンフレットInternational Publication No. 06/039486 Pamphlet Ren.Ng, et al, "Light Field Photography with a Hand-Held Plenoptic Camera", Stanford Tech Report CTSR 2005-02Ren.Ng, et al, "Light Field Photography with a Hand-Held Plenoptic Camera", Stanford Tech Report CTSR 2005-02

ところで、ライト・フィールド・フォトグラフィー技術を利用した撮像装置において、ライト・フィールド・フォトグラフィー技術を用いない通常の高解像度の撮像モード(第1の撮像モードと呼ぶ)と、ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像モード(第2の撮像モードと呼ぶ)とを、適宜切り替えて使用することが考えられる。ところが、このように2つの撮像モードを切り替えるには、マイクロレンズアレイを機械的に動かす必要がある。即ち、第1の撮像モードでは、マイクロレンズアレイは不要なので、マイクロレンズアレイを光軸上から移動させて、光軸上から除く必要がある。一方、第2の撮像モードでは、マイクロレンズアレイを光軸上に配置させる必要がある。よって、2つの撮像モードを切り替えて用いることを試みた場合、撮像装置の構成、構造が複雑となり、撮像装置全体が大型化してしまうといった問題がある。   By the way, in an imaging apparatus using light field photography technology, a normal high resolution imaging mode (referred to as a first imaging mode) that does not use light field photography technology, and light field photography. It is conceivable that the imaging mode based on technology (referred to as a second imaging mode) is used by switching as appropriate. However, in order to switch between the two imaging modes in this way, it is necessary to mechanically move the microlens array. That is, in the first imaging mode, since the microlens array is unnecessary, it is necessary to move the microlens array from the optical axis and remove it from the optical axis. On the other hand, in the second imaging mode, it is necessary to arrange the microlens array on the optical axis. Therefore, when attempting to switch between the two imaging modes, there is a problem that the configuration and structure of the imaging apparatus become complicated and the entire imaging apparatus becomes large.

従って、本発明の目的は、簡易な構成、構造で、例えば、ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像モード及び通常の高解像度の撮像モードの2つの撮像モードの切り替えを容易に行うことが可能な撮像装置、及び、係る撮像装置を用いた撮像方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to have a simple configuration and structure, and for example, it is possible to easily switch between two imaging modes, for example, an imaging mode based on light field photography technology and a normal high-resolution imaging mode. An imaging device and an imaging method using the imaging device are provided.

上記の目的を達成するための本発明の撮像装置は、
(A)撮像レンズ、
(B)撮像レンズの焦点面に配置された第1の撮像素子、
(C)第2の撮像素子、及び、
(D)結像手段、
を備えており、
第1の撮像モード及び第2の撮像モードによって撮像がなされ、
第1の撮像モードによる撮像時、撮像レンズを通過した光は、第1の撮像素子の撮像面上に結像し、
第2の撮像モードによる撮像時、撮像レンズを通過した光は、第1の撮像素子を通過し、且つ、結像手段によって第2の撮像素子の撮像面上に到達することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an imaging apparatus of the present invention provides:
(A) an imaging lens,
(B) a first imaging element disposed on the focal plane of the imaging lens;
(C) a second image sensor, and
(D) imaging means;
With
Imaging is performed in the first imaging mode and the second imaging mode,
During imaging in the first imaging mode, light that has passed through the imaging lens forms an image on the imaging surface of the first imaging element,
During imaging in the second imaging mode, the light that has passed through the imaging lens passes through the first imaging element, and reaches the imaging surface of the second imaging element by the imaging unit.

上記の目的を達成するための本発明の撮像方法は、本発明の撮像装置、即ち、
(A)撮像レンズ、
(B)撮像レンズの焦点面に配置された第1の撮像素子、
(C)第2の撮像素子、及び、
(D)結像手段、
を備えた撮像装置を用いた撮像方法であって、
第1の撮像モードによる撮像時、撮像レンズを通過した光を、第1の撮像素子の撮像面上に結像させ、
第2の撮像モードによる撮像時、撮像レンズを通過した光を、第1の撮像素子を通過させ、且つ、結像手段によって第2の撮像素子の撮像面上に到達させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the imaging method of the present invention is an imaging apparatus of the present invention, that is,
(A) an imaging lens,
(B) a first imaging element disposed on the focal plane of the imaging lens;
(C) a second image sensor, and
(D) imaging means;
An imaging method using an imaging apparatus comprising:
At the time of imaging in the first imaging mode, the light passing through the imaging lens is imaged on the imaging surface of the first imaging element,
At the time of imaging in the second imaging mode, the light that has passed through the imaging lens is allowed to pass through the first imaging element and reach the imaging surface of the second imaging element by the imaging unit.

本発明の撮像装置あるいは撮像方法にて用いられる撮像装置(以下、これらを総称して、『本発明の撮像装置等』と呼ぶ)において、結像手段は、第1の撮像素子に備えられたマイクロレンズアレイ部から成る構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、第1の構成と呼ぶ。ここで、マイクロレンズアレイ部が第1の撮像素子に備えられているが、具体的には、マイクロレンズアレイ部を第1の撮像素子と一体的に設けてもよいし、マイクロレンズアレイ部と第1の撮像素子とを別々に作製した後、マイクロレンズアレイ部と第1の撮像素子とを一体化(例えば、接着)してもよい。そして、この第1の構成にあっては、マイクロレンズアレイ部は、撮像レンズに面していてもよいが(即ち、撮像レンズ側から、マイクロレンズアレイ部、第1の撮像素子の順に配されていてもよいが)、第2の撮像素子に面していることが(即ち、撮像レンズ側から、第1の撮像素子、マイクロレンズアレイ部の順に配されていることが)、設計の自由度を高くすることができるので、より好ましい。尚、マイクロレンズアレイ部が撮像レンズに面している場合でも、撮像レンズを通過した光を第1の撮像素子の撮像面上に結像させたとき、マイクロレンズアレイ部によって及ぼされる影響は無視できる程度に小さい。但し、場合によっては、後述する画像処理部において、マイクロレンズアレイ部によって及ぼされる影響を取り除く処理を行ってもよい。あるいは又、この第1の構成にあっては、第2の撮像素子は複数の受光素子(便宜上、第2の受光素子と呼ぶ)から構成されており、マイクロレンズアレイ部は複数のマイクロレンズから構成されており、1つのマイクロレンズに第2の撮像素子を構成する第2の受光素子の複数が対応していることが好ましい。1つのマイクロレンズに対応する第2の撮像素子を構成する第2の受光素子の数として、4乃至4096を例示することができる。尚、マイクロレンズは平凸レンズから構成されていることが望ましいが、これに限定するものではなく、両凸レンズとしてもよい。マイクロレンズを平凸レンズから構成する場合、平凸レンズの凸部が、第2の撮像素子に面していてもよいし、撮像レンズに面していてもよい。マイクロレンズアレイ部を構成するマイクロレンズにおいて、撮像レンズ側の表面の曲率(r1)よりも、第2の撮像素子側の表面の曲率(r2)の方が大きいことが好ましい。ここで、曲率は、マイクロレンズの光軸とマイクロレンズの表面とが交わる点における値である。尚、マイクロレンズを、このように、球面レンズあるいは非球面レンズとすることができるが、これに限定するものではなく、その他、例えば、ゾーンプレート、ホログラフィックレンズ、キノフォームレンズ、バイナリー光学素子で例示される回折レンズとすることもできる。また、1つのマイクロレンズに対応する第1の撮像素子を構成する受光素子(便宜上、第1の受光素子と呼ぶ)の数として、4乃至4096を例示することができる。 In an imaging device used in the imaging device or imaging method of the present invention (hereinafter collectively referred to as “imaging device of the present invention”), the imaging means is provided in the first imaging device. A configuration including a microlens array portion may be employed. Such a configuration is referred to as a first configuration for convenience. Here, the microlens array unit is provided in the first image sensor. Specifically, the microlens array unit may be provided integrally with the first image sensor, or the microlens array unit and After the first image sensor is manufactured separately, the microlens array unit and the first image sensor may be integrated (for example, bonded). In the first configuration, the microlens array unit may face the imaging lens (that is, from the imaging lens side, the microlens array unit and the first imaging element are arranged in this order). However, it is facing the second image sensor (that is, the first image sensor and the microlens array section are arranged in this order from the imaging lens side), and the design freedom Since the degree can be increased, it is more preferable. Even when the microlens array unit faces the imaging lens, the influence exerted by the microlens array unit is ignored when the light passing through the imaging lens is imaged on the imaging surface of the first imaging element. As small as possible. However, depending on the case, the image processing unit to be described later may perform processing for removing the influence exerted by the microlens array unit. Alternatively, in the first configuration, the second imaging element is composed of a plurality of light receiving elements (referred to as second light receiving elements for convenience), and the microlens array unit is composed of a plurality of microlenses. It is preferable that a plurality of second light receiving elements constituting the second imaging element correspond to one microlens. Examples of the number of second light receiving elements constituting the second imaging element corresponding to one microlens include 4 to 4096. The microlens is preferably composed of a plano-convex lens, but is not limited to this, and may be a biconvex lens. When the microlens is configured from a plano-convex lens, the convex portion of the plano-convex lens may face the second imaging element or may face the imaging lens. In the micro lenses constituting the microlens array section, the curvature of the surface of the imaging lens side (r 1) than it is preferably towards the curvature of the second image pickup element side surface (r 2) is greater. Here, the curvature is a value at a point where the optical axis of the microlens and the surface of the microlens intersect. The microlens can be a spherical lens or an aspherical lens as described above, but is not limited to this. For example, a zone plate, a holographic lens, a kinoform lens, or a binary optical element can be used. It can also be a diffractive lens exemplified. Further, 4 to 4096 can be exemplified as the number of light receiving elements (referred to as first light receiving elements for convenience) constituting the first imaging element corresponding to one microlens.

あるいは又、本発明の撮像装置等において、結像手段は、第1の撮像素子に設けられている複数のピンホールから成る構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、第2の構成と呼ぶ。そして、この第2の構成にあっては、第2の撮像素子は複数の第2の受光素子から構成されており、1つのピンホールに第2の撮像素子を構成する第2の受光素子の複数が対応していることが好ましい。1つのピンホールに対応する第2の撮像素子を構成する第2の受光素子の数として、4乃至4096を例示することができる。また、1つのピンホールに対応する第1の撮像素子を構成する第1の受光素子の数として、4乃至4096を例示することができる。   Alternatively, in the imaging device or the like of the present invention, the imaging means can be configured by a plurality of pinholes provided in the first imaging element. Such a configuration is referred to as a second configuration for convenience. And in this 2nd structure, the 2nd image pick-up element is comprised from the several 2nd light receiving element, and the 2nd light receiving element which comprises a 2nd image pick-up element in one pinhole. It is preferable that a plurality correspond. Examples of the number of second light receiving elements constituting the second image sensor corresponding to one pinhole include 4 to 4096. Examples of the number of first light receiving elements constituting the first imaging element corresponding to one pinhole include 4 to 4096.

以上に説明した好ましい構成を含む本発明の撮像装置等において、第1の撮像素子は、特定の波長(例えば、赤外線)を有する光のみを通過させる形態とすることもできる。そして、この場合には、第2の撮像素子は、第1の撮像素子を通過した特定の波長に対して感度を有する形態とすればよい。このような形態において、第1の撮像素子をカラーフィルターを備えた撮像素子とし、第2の撮像素子をカラーフィルターを取り除いた撮像素子とすれば、第2の撮像素子における解像度の低下を低減することが可能となる。特定の波長(例えば、赤外線)を有する光のみを通過させるために、第1の撮像素子の手前に赤外線をカットする赤外カットフィルタを設ける場合、第1の撮像素子の光透過部を透過する光に対しては赤外線がカットされないよう、第1の撮像素子に近接して、且つ、第1の撮像素子の光透過部以外を覆うように赤外カットフィルタを設けると共に、第1の撮像素子と第2の撮像素子の間に、赤外線のみを選択的に通過させる赤外透過フィルタを設ければよい。また、第1の撮像素子を通過した特定の波長に対して感度を有する構成とするためには、例えば赤外線の場合には、第2の撮像素子として、CCD(Charge Coupled Device;電荷結合素子)等の赤外線に対して感度を有する撮像素子を用いればよい。   In the imaging device or the like of the present invention including the preferred configuration described above, the first imaging element can be configured to pass only light having a specific wavelength (for example, infrared). In this case, the second image sensor may have a sensitivity to a specific wavelength that has passed through the first image sensor. In such a form, if the first image sensor is an image sensor provided with a color filter and the second image sensor is an image sensor from which the color filter is removed, a reduction in resolution in the second image sensor is reduced. It becomes possible. In order to pass only light having a specific wavelength (for example, infrared light), when an infrared cut filter for cutting infrared light is provided in front of the first image sensor, the light is transmitted through the light transmitting portion of the first image sensor. An infrared cut filter is provided in the vicinity of the first image sensor so as not to cut the infrared light with respect to the light and so as to cover other than the light transmission part of the first image sensor, and the first image sensor An infrared transmission filter that selectively allows only infrared rays to pass therethrough may be provided between the first image sensor and the second image sensor. Further, in order to obtain a configuration having sensitivity to a specific wavelength that has passed through the first imaging device, for example, in the case of infrared rays, a CCD (Charge Coupled Device) is used as the second imaging device. An image sensor having sensitivity to infrared rays such as the above may be used.

更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の撮像装置等にあっては、
第2の撮像素子からの信号に対して所定の画像処理を施すための画像処理部を更に備えており、
第1の撮像モードによる撮像時、画像処理部による画像処理が停止され、
第2の撮像モードによる撮像時、画像処理部による画像処理が行われる構成とすることができる。
Furthermore, in the imaging apparatus of the present invention including the preferred configuration and form described above,
An image processing unit for performing predetermined image processing on the signal from the second image sensor;
During imaging in the first imaging mode, image processing by the image processing unit is stopped,
It can be configured such that image processing by the image processing unit is performed during imaging in the second imaging mode.

以上に説明した好ましい各種の構成、形態を含む本発明の撮像装置等における撮像レンズとして、ビデオカメラやスチルカメラ等で使用される一般的な撮像レンズを挙げることができる。また、第1の撮像素子(第1の撮像手段)は、例えば、2次元マトリクス状に配列された複数のTFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)と、各TFTに組み合わされた第1の受光素子から構成することができる(例えば、特許公報第2788818号あるいは特許公報第2837578号参照)。あるいは又、第1の撮像素子と結像手段との組合せとして、2次元マトリクス状に配列された複数のCCDやCMOSセンサー(第1の受光素子)と、各CCDやCMOSセンサーに組み込まれたピンホールを挙げることができる。第2の撮像素子(第2の撮像手段)として、2次元マトリクス状に配列された複数のCCDやCMOSセンサー(第2の受光素子)を挙げることができる。あるいは又、第2の撮像素子として、特開平5−48060号に開示された構成を有する、カラーフィルター機能を液晶によって達成する固体撮像素子を用いることもできる。   Examples of the imaging lens in the imaging apparatus according to the present invention including various preferable configurations and forms described above include general imaging lenses used in video cameras, still cameras, and the like. The first imaging element (first imaging means) includes, for example, a plurality of TFTs (Thin Film Transistors) arranged in a two-dimensional matrix and a first light receiving element combined with each TFT. It can be configured (see, for example, Japanese Patent Publication No. 2778818 or Japanese Patent Publication No. 28337578). Alternatively, as a combination of the first imaging element and the imaging means, a plurality of CCDs and CMOS sensors (first light receiving elements) arranged in a two-dimensional matrix and pins incorporated in each CCD and CMOS sensor Halls can be listed. Examples of the second imaging element (second imaging means) include a plurality of CCDs and CMOS sensors (second light receiving elements) arranged in a two-dimensional matrix. Alternatively, as the second image sensor, a solid-state image sensor that has a configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-48060 and achieves a color filter function with liquid crystal may be used.

マイクロレンズアレイ部を構成する材料として、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリアリレート樹脂(PAR)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、アクリル系樹脂、ABS樹脂といったプラスチックを挙げることができるし、また、ガラスを挙げることができ、周知の方法で作製することができる。マイクロレンズアレイ部は、複数のマイクロレンズが2次元マトリクス状に配列されて成る。マイクロレンズアレイ部を複数の領域に区画し、区画毎にマイクロレンズの焦点距離を変えてもよいし、マイクロレンズの径を代えてもよい。1つのマイクロレンズあるいはピンホールに対して複数の第2の受光素子が対応しているが、係る複数の第2の受光素子を一種ブロック化(セグメント化)して、ブロック化された第2の受光素子から得られた撮像情報に基づき撮像データを生成してもよい。1つのマイクロレンズあるいはピンホールから出射した光は、係るマイクロレンズあるいはピンホールに隣接したマイクロレンズあるいはピンホールに対応する第2の受光素子には入射しない構造とすることが望ましい。   Examples of materials constituting the microlens array section include plastics such as polymethyl methacrylate resin (PMMA), polycarbonate resin (PC), polyarylate resin (PAR), polyethylene terephthalate resin (PET), acrylic resin, and ABS resin. In addition, glass can be mentioned and it can be produced by a known method. The microlens array section is formed by arranging a plurality of microlenses in a two-dimensional matrix. The microlens array portion may be partitioned into a plurality of regions, and the focal length of the microlens may be changed for each partition, or the diameter of the microlens may be changed. A plurality of second light receiving elements correspond to one microlens or pinhole, but the plurality of second light receiving elements are made into a block (segmented) to form a second Imaging data may be generated based on imaging information obtained from the light receiving element. It is desirable that the light emitted from one microlens or pinhole does not enter the second light receiving element corresponding to the microlens or pinhole adjacent to the microlens or pinhole.

本発明の撮像装置等にあっては、第1の撮像モード時(及び、所望に応じて第2の撮像モードによる撮像時)、撮像レンズによる像が第1の撮像素子上に結像されるが、このような結像状態は、撮像レンズにおける合焦点動作の最適化によって容易に行うことができる。具体的には、例えば、オート・フォーカス処理において、第1の撮像モード(及び、第2の撮像モード)による撮像時における合焦点動作(処理)の最適化を図ればよい。   In the imaging device or the like of the present invention, an image by the imaging lens is formed on the first imaging element in the first imaging mode (and when imaging in the second imaging mode as desired). However, such an imaging state can be easily performed by optimizing the focusing operation in the imaging lens. Specifically, for example, in auto-focus processing, it is only necessary to optimize the focusing operation (processing) during imaging in the first imaging mode (and the second imaging mode).

本発明の撮像装置あるいは撮像方法によれば、第1の撮像モードによる撮像時(通常の高解像度の撮像モードによる撮像時)、撮像レンズを通過した光は、第1の撮像素子の撮像面上に結像し、第2の撮像モードによる撮像時(例えば、ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像モードによる撮像時)、撮像レンズを通過した光は、第1の撮像素子を通過し、且つ、結像手段によって第2の撮像素子の撮像面上に到達するので、第1の撮像素子や、第2の撮像素子、結像手段を何ら移動させること無く、第1の撮像モードと第2の撮像モードとの間での撮像モードの切り替えを行うことができる。また、これらの2つの撮像モード間で同じ撮像光学系を用いるので、撮像装置の構成、構造が複雑になることもない。   According to the imaging apparatus or imaging method of the present invention, when imaging in the first imaging mode (when imaging in the normal high-resolution imaging mode), the light that has passed through the imaging lens is on the imaging surface of the first imaging element. When imaging in the second imaging mode (for example, imaging in the imaging mode based on light field photography technology), the light passing through the imaging lens passes through the first imaging element, and Since the imaging unit reaches the imaging surface of the second imaging device, the first imaging mode and the second imaging mode are not moved without moving the first imaging device, the second imaging device, or the imaging unit. The imaging mode can be switched between the imaging modes. Further, since the same imaging optical system is used between these two imaging modes, the configuration and structure of the imaging apparatus are not complicated.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

実施例1は、本発明の撮像装置及び撮像方法に関する。より具体的には、実施例1の撮像装置は第1の構成を有する。実施例1の撮像装置1の概念図を図1に示す。   Example 1 relates to an imaging apparatus and an imaging method of the present invention. More specifically, the imaging device of Embodiment 1 has the first configuration. FIG. 1 shows a conceptual diagram of the image pickup apparatus 1 according to the first embodiment.

実施例1の撮像装置1は、撮像対象物を撮像して撮像データDoutを出力するものであり、
(A)撮像レンズ11、
(B)撮像レンズの焦点面に配置された第1の撮像素子(第1の撮像手段)12、
(C)第2の撮像素子(第2の撮像手段)14、及び、
(D)結像手段、
を備えている。
The imaging device 1 according to the first embodiment captures an imaging target and outputs imaging data Dout .
(A) Imaging lens 11,
(B) a first imaging device (first imaging means) 12 disposed on the focal plane of the imaging lens;
(C) a second imaging device (second imaging means) 14, and
(D) imaging means;
It has.

そして、実施例1の撮像装置1にあっては、第1の撮像モード(通常の高解像度の撮像モード)及び第2の撮像モード(ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像モード)によって撮像がなされ、第1の撮像モードによる撮像時、撮像レンズ11を通過した光は、第1の撮像素子12の撮像面上に結像し、第2の撮像モードによる撮像時、撮像レンズ11を通過した光は、第1の撮像素子12を通過し、且つ、結像手段によって第2の撮像素子14の撮像面上に到達する。   In the imaging apparatus 1 of the first embodiment, imaging is performed in the first imaging mode (normal high-resolution imaging mode) and the second imaging mode (imaging mode based on the light field photography technique). The light that has passed through the imaging lens 11 during imaging in the first imaging mode is imaged on the imaging surface of the first imaging element 12, and has passed through the imaging lens 11 during imaging in the second imaging mode. The light passes through the first image sensor 12 and reaches the imaging surface of the second image sensor 14 by the imaging means.

ここで、実施例1において、結像手段は、第1の撮像素子12に備えられたマイクロレンズアレイ部13から成る。そして、マイクロレンズアレイ部13は、第1の撮像素子12において、第2の撮像素子14に面して一体的に設けられている。また、第2の撮像素子14は複数の第2の受光素子から構成されており、マイクロレンズアレイ部13は、複数のマイクロレンズ13’から構成されており、1つのマイクロレンズ13’に第2の撮像素子14を構成する第2の受光素子の複数が対応している。具体的には、1つのマイクロレンズに対応する第2の撮像素子14を構成する第2の受光素子の数は、例えば4乃至4096である。マイクロレンズ13’は平凸レンズから構成されている。即ち、マイクロレンズアレイ部13を構成するマイクロレンズ13’において、撮像レンズ11側の表面の曲率(r1)よりも、第2の撮像素子側の表面の曲率(r2)の方が大きい。更には、マイクロレンズ13’は、非球面レンズから構成されている。また、1つのマイクロレンズ13’に対応する第1の撮像素子12を構成する第1の受光素子の数は、例えば、4乃至4096である。 Here, in the first embodiment, the image forming unit includes the microlens array unit 13 provided in the first image sensor 12. The microlens array unit 13 is integrally provided in the first image sensor 12 so as to face the second image sensor 14. The second imaging element 14 is composed of a plurality of second light receiving elements, and the microlens array unit 13 is composed of a plurality of microlenses 13 ′. A plurality of second light receiving elements constituting the imaging element 14 correspond to each other. Specifically, the number of second light receiving elements constituting the second imaging element 14 corresponding to one microlens is, for example, 4 to 4096. The micro lens 13 ′ is composed of a plano-convex lens. That is, in the microlens 13 ′ constituting the microlens array unit 13, the curvature (r 2 ) of the surface on the second imaging element side is larger than the curvature (r 1 ) of the surface on the imaging lens 11 side. Furthermore, the microlens 13 ′ is composed of an aspheric lens. Further, the number of first light receiving elements constituting the first imaging element 12 corresponding to one microlens 13 ′ is, for example, 4 to 4096.

実施例1の撮像装置1にあっては、第2の撮像素子14からの信号に対して所定の画像処理を施すための画像処理部15を更に備えており、画像処理部15を制御する制御部17を更に備えている。そして、第1の撮像モードによる撮像時、画像処理部15による画像処理が停止され、第2の撮像モードによる撮像時、画像処理部15による画像処理が行われる。   The imaging apparatus 1 according to the first embodiment further includes an image processing unit 15 for performing predetermined image processing on the signal from the second imaging element 14, and control for controlling the image processing unit 15. A portion 17 is further provided. Then, image processing by the image processing unit 15 is stopped at the time of imaging in the first imaging mode, and image processing by the image processing unit 15 is performed at the time of imaging in the second imaging mode.

実施例1、あるいは、後述する実施例2において、撮像レンズ11は、撮像対象物を撮像するためのメインレンズであり、例えば、ビデオカメラやスチルカメラ等で使用される一般的な撮像レンズから構成されている。第1の撮像素子12は、2次元マトリクス状に配列された複数のTFTと、各TFTに組み合わされたMISダイオードから成る第1の受光素子から構成されている。そして、第1の撮像素子12は、撮像レンズ11の合焦点状態にも依るが、撮像レンズ11の焦点面に配置されている。尚、図中の符号f1は、撮像レンズ11の中心から第1の撮像素子12の結像面までの距離を表す。第1の撮像モードによる撮像時、第1の撮像素子12においては、撮像レンズ11から出射された光を受光して、第1の撮像信号が生成され、第1の撮像信号は、画像処理部15に送られる。また、マイクロレンズアレイ部13は、複数のマイクロレンズ13’が2次元マトリクス状に配列されて成る。 In Example 1 or Example 2 to be described later, the imaging lens 11 is a main lens for imaging an imaging object, and includes, for example, a general imaging lens used in a video camera, a still camera, or the like. Has been. The first image sensor 12 is composed of a plurality of TFTs arranged in a two-dimensional matrix and a first light receiving element composed of a MIS diode combined with each TFT. The first image sensor 12 is disposed on the focal plane of the imaging lens 11, although depending on the in-focus state of the imaging lens 11. In the figure, the symbol f 1 represents the distance from the center of the imaging lens 11 to the imaging plane of the first imaging element 12. During imaging in the first imaging mode, the first imaging element 12 receives light emitted from the imaging lens 11 to generate a first imaging signal, and the first imaging signal is an image processing unit. 15 is sent. The microlens array unit 13 is formed by arranging a plurality of microlenses 13 ′ in a two-dimensional matrix.

第2の撮像素子14は、例えば、2次元マトリクス状に配列された複数のCCD(第2の受光素子)から構成されている。第2の撮像モードによる撮像時、第2の撮像素子14においては、マイクロレンズアレイ部13から出射された光を受光して、第2の撮像信号が生成され、画像処理部15に送られ、画像処理が施される。第2の撮像素子14は、マイクロレンズアレイ部13の焦点面に配置されている。尚、図中の符号f2は、マイクロレンズアレイ部13の中心から第2の撮像素子14の撮像面までの距離(マイクロレンズ13’の焦点距離)を表す。 The second image sensor 14 is composed of, for example, a plurality of CCDs (second light receiving elements) arranged in a two-dimensional matrix. During imaging in the second imaging mode, the second imaging element 14 receives the light emitted from the microlens array unit 13, generates a second imaging signal, and sends it to the image processing unit 15. Image processing is performed. The second image sensor 14 is disposed on the focal plane of the microlens array unit 13. In the figure, symbol f 2 represents the distance from the center of the microlens array unit 13 to the imaging surface of the second imaging element 14 (focal length of the microlens 13 ′).

撮像素子駆動手段16によって、第1の撮像素子12が駆動され、第1の撮像素子12の受光動作の制御が行われ、更には、第2の撮像素子14が駆動され、第2の撮像素子14の受光動作の制御が行われる。制御部17は、画像処理部15及び撮像素子駆動手段16の動作を制御する。具体的には、制御部17は、撮像素子駆動手段16の駆動動作を適宜制御すると共に、第1の撮像モード及び第2の撮像モードの2つの撮像モードに応じて、画像処理部15の動作を制御する。制御部17は、マイクロコンピュータから構成されている。   The first image pickup device 12 is driven by the image pickup device driving means 16 to control the light receiving operation of the first image pickup device 12, and further, the second image pickup device 14 is driven and the second image pickup device is driven. 14 light receiving operations are controlled. The control unit 17 controls the operations of the image processing unit 15 and the image sensor driving unit 16. Specifically, the control unit 17 appropriately controls the driving operation of the image sensor driving unit 16, and the operation of the image processing unit 15 according to the two imaging modes of the first imaging mode and the second imaging mode. To control. The control unit 17 is composed of a microcomputer.

実施例1、あるいは、後述する実施例2において、第2の撮像モードにあっては、画像処理部15において画像処理が施される。画像処理部15は、第2の撮像モードにおいて、第2の撮像素子14で得られた信号(第2の撮像信号)に対して所定の画像処理を施し、撮像データDoutとして出力する。具体的には、ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づくリフォーカス(Refocusing)演算処理が行われる。そして、これによって、任意の視点や方向からの観察画像を再構築することができるし、画像の3次元情報を取得することができる。リフォーカス演算処理については後述する。 In Example 1 or Example 2 described later, in the second imaging mode, the image processing unit 15 performs image processing. The image processing unit 15 performs predetermined image processing on the signal (second imaging signal) obtained by the second imaging element 14 in the second imaging mode, and outputs the imaged data Dout . Specifically, a refocusing calculation process based on the light field photography technique is performed. Thus, an observation image from an arbitrary viewpoint or direction can be reconstructed, and three-dimensional information of the image can be acquired. The refocus calculation process will be described later.

実施例1におけるマイクロレンズアレイ部13の模式的な一部断面図を図2に示す。ここで、図2は、マイクロレンズアレイ部13のレンズ効果を説明するための模式的な一部断面図である。マイクロレンズアレイ部13を構成するマイクロレンズ13’において、撮像レンズ11側の表面の曲率(r1)よりも、第2の撮像素子14側の表面の曲率(r2)の方が大きい。具体的には、実施例1にあっては、r1/r2=0である。そして、マイクロレンズアレイ部13を構成するマイクロレンズ13’は、第2の撮像素子側に凸の平凸レンズである。尚、参照番号13”は、マイクロレンズアレイ部13の基部を指す。 FIG. 2 shows a schematic partial cross-sectional view of the microlens array unit 13 in the first embodiment. Here, FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view for explaining the lens effect of the microlens array unit 13. In the microlens 13 ′ constituting the microlens array unit 13, the curvature (r 2 ) of the surface on the second imaging element 14 side is larger than the curvature (r 1 ) of the surface on the imaging lens 11 side. Specifically, in Example 1, r 1 / r 2 = 0. The microlens 13 ′ constituting the microlens array unit 13 is a plano-convex lens that is convex toward the second image sensor. Reference numeral 13 ″ indicates the base of the microlens array unit 13.

実施例1の撮像装置1のように、様々な波長領域の光を含んだ自然光を撮像に利用する場合には、マイクロレンズ13’の第2の撮像素子14側の表面を非球面とし、マイクロレンズ13’を非球面レンズとすることが好ましい。球面レンズで構成した場合と比べて、曲率を大きくすることができる結果、光学設計が容易になる。また、マイクロレンズ13’を回折レンズで構成した場合と比較すると、入射光を屈折させる際の波長依存性が無くなるため、軸上色収差等の発生を回避することができ、様々な波長領域の光を含んだ自然光による撮像に適した構成とすることができる。尚、単色光を用いたイメージング用途等の場合には、波長依存性や軸上色収差の問題が無いため、マイクロレンズ13’を回折レンズで構成した方が、非球面レンズで構成した場合と比べて、優れた光学特性を得ることができる場合がある。   When natural light including light in various wavelength regions is used for imaging as in the imaging device 1 of the first embodiment, the surface of the microlens 13 ′ on the second imaging element 14 side is aspherical, The lens 13 ′ is preferably an aspheric lens. As a result of the increased curvature as compared with the case of using a spherical lens, optical design is facilitated. Further, compared to the case where the microlens 13 ′ is configured by a diffractive lens, the wavelength dependency when the incident light is refracted is eliminated, so that it is possible to avoid the occurrence of axial chromatic aberration and the like, and light in various wavelength regions. It can be set as the structure suitable for the imaging by natural light containing. In the case of an imaging application using monochromatic light or the like, there is no problem of wavelength dependency and axial chromatic aberration. In some cases, excellent optical characteristics can be obtained.

図1、図2、図3の(A)及び(B)を参照して、実施例1の撮像装置1の動作について詳細に説明する。   With reference to FIGS. 1, 2, and 3A and 3B, the operation of the imaging apparatus 1 according to the first embodiment will be described in detail.

実施例1の撮像装置1にあっては、第1の撮像モード時(通常の高解像度の撮像モード)、撮像レンズ11を通過した光を、第1の撮像素子12の撮像面上に結像させる。即ち、撮像レンズ11による撮像対象物の像は、マイクロレンズアレイ部13によって何らの影響を受けること無く、第1の撮像素子12上に結像する。こうして、撮像素子駆動手段16の制御下、第1の撮像素子12から第1の撮像信号が得られる。   In the imaging apparatus 1 of the first embodiment, in the first imaging mode (normal high-resolution imaging mode), the light that has passed through the imaging lens 11 is imaged on the imaging surface of the first imaging element 12. Let That is, the image of the object to be imaged by the imaging lens 11 is formed on the first imaging element 12 without being affected by the microlens array unit 13. In this way, the first image signal is obtained from the first image sensor 12 under the control of the image sensor driving means 16.

一方、第2の撮像モード時(ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像モード)、撮像レンズ11を通過した光を、第1の撮像素子12を通過させ、且つ、結像手段であるマイクロレンズアレイ部13を構成するマイクロレンズ13’によって第2の撮像素子14の撮像面上に到達させる。こうして、撮像素子駆動手段16の制御下、第2の撮像素子14から第2の撮像信号が得られる。即ち、第2の撮像モードにあっては、図2に示すように、マイクロレンズ13’に入射した入射光L11は、マイクロレンズ13’において屈折され、光軸L0上の焦点である画素PL11に集光される。このように、第2の撮像モードによる撮像時、マイクロレンズ13’上に結像された撮像レンズ11による像を、第2の撮像素子14上に再結像(集光、収束)させることができる。 On the other hand, in the second imaging mode (imaging mode based on light field photography technology), the light that has passed through the imaging lens 11 passes through the first imaging element 12 and is a microlens that is an imaging means. The micro lens 13 ′ constituting the array unit 13 is caused to reach the imaging surface of the second imaging element 14. In this way, a second image signal is obtained from the second image sensor 14 under the control of the image sensor driving means 16. That is, in the second imaging mode, as shown in FIG. 2, the incident light L 11 incident on the micro lens 13 ′ is refracted by the micro lens 13 ′ and is a pixel that is a focal point on the optical axis L 0. Focused on PL 11 . As described above, during imaging in the second imaging mode, the image formed by the imaging lens 11 formed on the microlens 13 ′ can be re-imaged (condensed and converged) on the second imaging element 14. it can.

尚、実際には、同時に2つの撮像モード(通常の高解像度の撮像モード及びライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像モード)に基づく情報を得ることができるので、撮像モードの切り替えは、実質的には必要でない。即ち、2つの撮像モードの切り替えを積極的に行う必要は無く、2つの撮像モードの切り替えは、実際のところは、画像処理部15における画像処理の切り替えが相当する。   Actually, information based on two imaging modes (a normal high-resolution imaging mode and an imaging mode based on the light field photography technology) can be obtained at the same time. Is not necessary. That is, there is no need to actively switch between the two imaging modes, and switching between the two imaging modes actually corresponds to switching of image processing in the image processing unit 15.

図2に示すように、マイクロレンズアレイ部13への入射光L11(実線で示す)は、第2の撮像素子14上の点(画素)PL11に結像し、マイクロレンズアレイ部13への入射光L12(点線で示す)は、第2の撮像素子14上の点(画素)PL12に結像し、マイクロレンズアレイ部13への入射光L13(一点鎖線で示す)は、第2の撮像素子14上の点(画素)PL13に結像する。即ち、マイクロレンズアレイ部13への入射光の入射方向が異なると、第2の撮像素子14上の異なる点(異なる画素)上に結像(集光)される。 As shown in FIG. 2, the incident light L 11 (shown by a solid line) on the microlens array unit 13 forms an image at a point (pixel) PL 11 on the second image sensor 14 and enters the microlens array unit 13. Incident light L 12 (indicated by a dotted line) forms an image at a point (pixel) PL 12 on the second image sensor 14, and incident light L 13 (indicated by a one-dot chain line) on the microlens array unit 13 is An image is formed on a point (pixel) PL 13 on the second image sensor 14. That is, when the incident direction of the incident light on the microlens array unit 13 is different, an image is formed (condensed) on a different point (different pixel) on the second image sensor 14.

このような結像状態は、撮像レンズ11における合焦点動作の最適化によって容易に行うことができ、例えば、オート・フォーカス処理において、第1の撮像モードによる撮像時と第2の撮像モードによる撮像時における合焦点動作(処理)の最適化を図ればよい。即ち、第1の撮像モードによる撮像時にあっても第2の撮像モードによる撮像時にあっても、例えば、第1の撮像素子12の撮像面上に撮像レンズ11を通過した光を結像させればよい。後述する実施例2においても同様である。   Such an imaging state can be easily performed by optimizing the in-focus operation in the imaging lens 11. For example, in auto-focus processing, imaging in the first imaging mode and imaging in the second imaging mode are possible. What is necessary is to optimize the focusing operation (processing) at the time. That is, for example, the light passing through the imaging lens 11 can be imaged on the imaging surface of the first imaging element 12 regardless of whether the imaging is performed in the first imaging mode or the second imaging mode. That's fine. The same applies to Example 2 described later.

第1の撮像素子12で得られた第1の撮像信号、第2の撮像素子14で得られた第2の撮像信号は、画像処理部15へ送出される。そして、画像処理部15では、制御部17の制御下、この撮像信号に対して所定の画像処理が施され、撮像データDoutとして出力される。具体的には、第1の撮像モードにあっては、制御部17の制御下、画像処理部15による画像処理を停止させる結果、入力した第1の撮像信号がそのまま撮像データDoutとして出力される。一方、第2の撮像モードにあっては、制御部17の制御下、画像処理部15による画像処理(リフォーカス演算処理)がなされる結果、入力した第2の撮像信号に対して所定の画像処理が施され、撮像データDoutとして出力される。 The first image signal obtained by the first image sensor 12 and the second image signal obtained by the second image sensor 14 are sent to the image processing unit 15. In the image processing unit 15, under the control of the control unit 17, predetermined image processing is performed on the imaging signal and output as imaging data Dout . Specifically, in the first imaging mode, as a result of stopping the image processing by the image processing unit 15 under the control of the control unit 17, the input first imaging signal is output as it is as the imaging data Dout. The On the other hand, in the second imaging mode, as a result of image processing (refocus calculation processing) performed by the image processing unit 15 under the control of the control unit 17, a predetermined image is input to the input second imaging signal. Processing is performed and output as imaging data Dout .

ここで、図3の(A)及び(B)を参照して、画像処理部15における画像処理のリフォーカス演算処理について詳細に説明する。このリフォーカス演算処理は、後述する実施例2に対しても同様に適用される。   Here, with reference to FIGS. 3A and 3B, the refocusing calculation processing of the image processing in the image processing unit 15 will be described in detail. This refocus calculation process is similarly applied to Example 2 described later.

図3の(A)に示すように、撮像レンズ11の撮像レンズ面11A上において直交座標系(u,v)を想定し、第2の撮像素子14の撮像面14A上において直交座標系(x,y)を想定する。撮像レンズ11の撮像レンズ面と第2の撮像素子14の撮像面との間の距離をfとすると、図3の(A)に示すような撮像レンズ11及び第2の撮像素子14を通る光線L14は、4次元関数LF(x,y,u,v)で表すことができる。従って、光線L14の位置情報に加え、光線L14の進行方向の情報を得ることができる。そして、この場合、図3の(B)に示すように撮像レンズ面11A、撮像面14A及びリフォーカス面(撮像レンズ11による像が結像される第1の撮像素子12の撮像面あるいはマイクロレンズアレイ部13の結像面)13A間の位置関係を設定した場合、即ち、f’=α・fとなるようにリフォーカス面13Aを設定した場合、リフォーカス面13A上の座標(s,t)の撮像面14A上における検出光強度LF'(s,t,u,v)は、以下の式(1)で表すことができる。また、リフォーカス面13Aで得られるイメージEF'(s,t)は、検出光強度LF'(s,t,u,v)をレンズ口径に関して積分したものであるので、以下の式(2)で表すことができる。従って、式(2)に基づきリフォーカス演算を行うことによって、ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像データDoutにより、任意の視点や方向からの観察画像を再構築することができるし、画像の3次元情報を取得することができる。 As shown in FIG. 3A, an orthogonal coordinate system (u, v) is assumed on the imaging lens surface 11A of the imaging lens 11, and an orthogonal coordinate system (x) on the imaging surface 14A of the second imaging element 14 is assumed. , Y). If the distance between the imaging lens surface of the imaging lens 11 and the imaging surface of the second imaging element 14 is f, the light rays passing through the imaging lens 11 and the second imaging element 14 as shown in FIG. L 14 can be represented by a four-dimensional function L F (x, y, u, v). Therefore, in addition to the position information of the light beam L 14, it is possible to obtain information on the traveling direction of light L 14. In this case, as shown in FIG. 3B, the imaging lens surface 11A, the imaging surface 14A, and the refocusing surface (the imaging surface of the first imaging element 12 on which the image by the imaging lens 11 is formed or the microlens When the positional relationship between the image planes 13A of the array unit 13) is set, that is, when the refocus plane 13A is set so that f ′ = α · f, the coordinates (s, t on the refocus plane 13A are set. The detected light intensity L F ′ (s, t, u, v) on the imaging surface 14A can be expressed by the following equation (1). Further, the image E F ′ (s, t) obtained on the refocus surface 13A is obtained by integrating the detected light intensity L F ′ (s, t, u, v) with respect to the lens aperture, and therefore, 2). Therefore, by performing the refocusing operation based on the equation (2), an observation image from an arbitrary viewpoint or direction can be reconstructed by using the imaging data Dout based on the light field photography technique. The three-dimensional information can be acquired.

Figure 0004730347
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Figure 0004730347
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このように、実施例1にあっては、第1の撮像モードによる撮像時(通常の高解像度の撮像モードによる撮像時)、撮像レンズ11を通過した光は、第1の撮像素子12の撮像面上に結像し、第2の撮像モードによる撮像時(ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像モードによる撮像時)、撮像レンズ11を通過した光は、第1の撮像素子12を通過し、且つ、結像手段13によって第2の撮像素子14の撮像面上に到達する。従って、簡素な構成、構造により、第1の撮像モードと第2の撮像モードとの間での撮像モードの切り替えを容易に行うことができる。また、同時に2つの撮像モードに基づく情報を得ることができるし、撮像モードの実質的な切り替えが必要ないため、機械的に撮像モードを切り替える場合と比べて、撮像モード切替え動作時の信頼性を向上させることができる。更には、マイクロレンズ13’を非球面レンズから構成すれば、球面レンズから構成した場合と比較して、曲率を大きくすることができるので、光学設計を容易にすることが可能となる。   As described above, in the first embodiment, during imaging in the first imaging mode (when imaging in the normal high-resolution imaging mode), the light that has passed through the imaging lens 11 is captured by the first imaging element 12. When imaged on the surface and imaged in the second imaging mode (imaged in the imaging mode based on the light field photography technology), the light passing through the imaging lens 11 passes through the first imaging element 12. In addition, the imaging means 13 reaches the imaging surface of the second imaging element 14. Therefore, it is possible to easily switch the imaging mode between the first imaging mode and the second imaging mode with a simple configuration and structure. In addition, since information based on two imaging modes can be obtained at the same time, and it is not necessary to substantially switch the imaging mode, the reliability during the imaging mode switching operation is improved compared to the case where the imaging mode is mechanically switched. Can be improved. Furthermore, if the microlens 13 ′ is composed of an aspheric lens, the curvature can be increased as compared with the case where the microlens 13 ′ is composed of a spherical lens, so that optical design can be facilitated.

尚、場合によっては、図4に撮像装置の概念図を示すように、マイクロレンズアレイ部13を、第1の撮像素子12において、撮像レンズ11に面して設けてもよい。   In some cases, as shown in a conceptual diagram of the imaging apparatus in FIG. 4, the microlens array unit 13 may be provided in the first imaging element 12 so as to face the imaging lens 11.

実施例2は、実施例1の変形であり、第2の構成に関する。図5に概念図を示し、第1の撮像素子及び結像手段の一部分を拡大した模式的な一部断面図を図6に示すように、実施例2における撮像装置2にあっては、結像手段は、第1の撮像素子(第1の撮像手段)112に設けられた複数のピンホール113から成る。そして、実施例2にあっても、第2の撮像素子(第2の撮像手段)14は複数の第2の受光素子から構成されており、1つのピンホール113に第2の撮像素子14を構成する第2の受光素子の複数が対応している。具体的には、1つのピンホール113に対応する第2の撮像素子14を構成する第2の受光素子の数として、4乃至4096を例示することができる。尚、実施例2にあっては、第1の撮像素子112を、2次元マトリクス状に配列された複数のCCDから構成している。この第1の撮像素子112におけるCCDは、図6に模式的な一部断面図を示すように、より具体的には、受光部120、転送路121及び遮光部122から構成されている。そして、CCDが設けられていない領域に、ピンホール113が設けられている。また、1つのピンホール113に対応する第1の撮像素子12を構成する第1の受光素子の数は、例えば、4乃至4096である。   The second embodiment is a modification of the first embodiment and relates to the second configuration. FIG. 5 shows a conceptual diagram, and a schematic partial cross-sectional view in which a part of the first image sensor and the imaging means is enlarged is shown in FIG. The image unit includes a plurality of pinholes 113 provided in the first image sensor (first image sensor) 112. Even in the second embodiment, the second imaging element (second imaging means) 14 is composed of a plurality of second light receiving elements, and the second imaging element 14 is placed in one pinhole 113. A plurality of second light receiving elements to be configured correspond to each other. Specifically, 4 to 4096 can be exemplified as the number of second light receiving elements constituting the second imaging element 14 corresponding to one pinhole 113. In the second embodiment, the first image sensor 112 is composed of a plurality of CCDs arranged in a two-dimensional matrix. More specifically, the CCD in the first image sensor 112 includes a light receiving unit 120, a transfer path 121, and a light shielding unit 122, as shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG. A pinhole 113 is provided in an area where the CCD is not provided. Further, the number of first light receiving elements constituting the first image sensor 12 corresponding to one pinhole 113 is, for example, 4 to 4096.

実施例2の撮像装置2にあっても、第1の撮像モードによる撮像時(通常の高解像度の撮像モードによる撮像時)、撮像レンズ11を通過した光は、第1の撮像素子112の撮像面上に結像する。一方、第2の撮像モードによる撮像時(ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づく撮像モードによる撮像時)、撮像レンズ11を通過した光は、第1の撮像素子112を通過し、且つ、結像手段であるピンホール113によって第2の撮像素子14の撮像面上に到達する。   Even in the imaging apparatus 2 according to the second embodiment, during imaging in the first imaging mode (when imaging in the normal high-resolution imaging mode), light that has passed through the imaging lens 11 is captured by the first imaging element 112. The image is formed on the surface. On the other hand, during imaging in the second imaging mode (when imaging in the imaging mode based on the light field photography technology), the light that has passed through the imaging lens 11 passes through the first imaging element 112 and forms an image. It reaches the imaging surface of the second imaging element 14 by means of a pinhole 113 as means.

以上の点を除き、実施例2の撮像装置2の構成、構造は、実施例1の撮像装置1の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。   Except for the above points, the configuration and structure of the imaging apparatus 2 according to the second embodiment can be the same as the configuration and structure of the imaging apparatus 1 according to the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではなく、種々の変形が可能である。実施例にあっては、画像処理部15における画像処理方法として、ライト・フィールド・フォトグラフィー技術に基づくリフォーカス演算処理について説明したが、画像処理部15における画像処理方法は、これに限られず、他の画像処理方法(例えば、視野を振るといった画像処理や、マイクロレンズアレイ部及び撮像素子を一種のステレオ・カメラとして機能させることで得られる距離算出といった画像処理)としてもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation is possible. In the embodiment, the refocus calculation process based on the light field photography technique has been described as the image processing method in the image processing unit 15, but the image processing method in the image processing unit 15 is not limited to this, Other image processing methods (for example, image processing such as shaking the field of view, or image processing such as distance calculation obtained by causing the microlens array unit and the image sensor to function as a kind of stereo camera) may be used.

実施例1におけるマイクロレンズアレイ部を、液晶レンズアレイから構成してもよいし、エレクトロウェッティング現象(電気毛管現象)を利用した液体マイクロレンズアレイ部から構成してもよい。また、第1の撮像素子12,112は、TFTに組み合わされた受光素子やCCDに限定されず、光を透過若しくは通過させることができ、しかも、受光した光を電気信号に変換できる機能を有するものであれば、如何なる形式の撮像素子をも使用することができる。例えば、特許公報第2788818号あるいは特許公報第2837578号に開示された技術に基づき液晶レンズを構成すれば、マイクロレンズアレイ部と第1の撮像素子とを一体化することができる。   The microlens array unit in the first embodiment may be configured from a liquid crystal lens array, or may be configured from a liquid microlens array unit using an electrowetting phenomenon (electrocapillary phenomenon). The first imaging elements 12 and 112 are not limited to light receiving elements and CCDs combined with TFTs, and have a function of transmitting or passing light and converting received light into electrical signals. Any type of image sensor can be used as long as it is one. For example, if the liquid crystal lens is configured based on the technology disclosed in Japanese Patent No. 2788818 or Japanese Patent No. 28337578, the microlens array unit and the first imaging element can be integrated.

また、第1の撮像素子12,112は、特定の波長(例えば、赤外線)を有する光のみを通過させる形態とすることもできる。そして、この場合には、第2の撮像素子14は、第1の撮像素子12,112を通過した特定の波長に対して感度を有する形態とすればよい。具体的には、第1の撮像素子12,112を、第1の撮像素子の光透過部を透過する光に対しては赤外線がカットされないよう、第1の撮像素子に近接して、且つ、第1の撮像素子の光透過部以外を覆うように赤外カットフィルタを配置したCCDと、第1の撮像素子と第2の撮像素子の間に設けた、第1の撮像素子を透過した光のうち赤外線のみを選択的に通過させる赤外透過フィルタから構成すればよいし、第2の撮像素子14を赤外線に対して感度を有するCCD等の撮像素子から構成すればよい。このように、2つの撮像素子で使用する波長を分けることで、第2の撮像素子14にて効率良く光を受光することが可能となる。更には、第2の撮像素子を、カラーフィルターを取り除いたモノクロ型の撮像素子とすれば、カラー検出のために配分した画素分の高解像化を実現することができる。   The first imaging elements 12 and 112 may be configured to pass only light having a specific wavelength (for example, infrared). In this case, the second image sensor 14 may be configured to be sensitive to a specific wavelength that has passed through the first image sensors 12 and 112. Specifically, the first image sensors 12 and 112 are arranged close to the first image sensor so that infrared rays are not cut for light transmitted through the light transmission portion of the first image sensor, and Light transmitted through the first image sensor provided between the first image sensor and the CCD in which the infrared cut filter is arranged so as to cover other than the light transmission part of the first image sensor. Of these, an infrared transmission filter that selectively transmits only infrared light may be used, and the second image pickup device 14 may be formed of an image pickup device such as a CCD having sensitivity to infrared light. Thus, by separating the wavelengths used by the two image sensors, the second image sensor 14 can receive light efficiently. Furthermore, if the second image sensor is a monochrome image sensor from which the color filter is removed, high resolution for the pixels allocated for color detection can be realized.

図1は、実施例1の撮像装置の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of the imaging apparatus according to the first embodiment. 図2は、マイクロレンズアレイ部のレンズ効果を説明するための、マイクロレンズアレイ部を拡大した模式的な一部断面図である。FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view enlarging the microlens array part for explaining the lens effect of the microlens array part. 図3の(A)は、第2の撮像モード時の画像処理を説明するための撮像レンズ等の概念図であり、図3の(B)は、第2の撮像モード時の画像処理を説明するための図である。3A is a conceptual diagram of an imaging lens and the like for explaining image processing in the second imaging mode, and FIG. 3B is a diagram for explaining image processing in the second imaging mode. It is a figure for doing. 図4は、実施例1の撮像装置の変形例の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a modification of the imaging apparatus according to the first embodiment. 図5は、実施例2の撮像装置の概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram of the imaging apparatus according to the second embodiment. 図6は、第1の撮像素子及びピンホールを拡大した模式的な一部断面図である。FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view in which the first image sensor and the pinhole are enlarged.

符号の説明Explanation of symbols

1,2・・・撮像装置、11・・・撮像レンズ、11A・・・撮像レンズ面、12,112・・・第1の撮像素子、13・・・マイクロレンズアレイ部、13’・・・マイクロレンズ、13A・・・リフォーカス面、113・・・ピンホール、14・・・第2の撮像素子、14A・・・撮像面、15・・・画像処理部、16・・・撮像素子駆動手段、17・・・制御部、120・・・受光部、121・・・転送路、122・・・遮光部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Imaging device, 11 ... Imaging lens, 11A ... Imaging lens surface, 12, 112 ... 1st imaging device, 13 ... Micro lens array part, 13 '... Microlens, 13A ... refocusing surface, 113 ... pinhole, 14 ... second imaging element, 14A ... imaging surface, 15 ... image processing unit, 16 ... image sensor driving Means, 17 ... control part, 120 ... light receiving part, 121 ... transfer path, 122 ... light shielding part

Claims (9)

(A)撮像レンズ、
(B)撮像レンズの焦点面に配置された第1の撮像素子、
(C)第2の撮像素子、及び、
(D)結像手段、
を備えており、
第1の撮像モード及び第2の撮像モードによって撮像がなされ、
第1の撮像モードによる撮像時、撮像レンズを通過した光は、第1の撮像素子の撮像面上に結像し、
第2の撮像モードによる撮像時、撮像レンズを通過した光は、第1の撮像素子を通過し、且つ、結像手段によって第2の撮像素子の撮像面上に到達することを特徴とする撮像装置。
(A) an imaging lens,
(B) a first imaging element disposed on the focal plane of the imaging lens;
(C) a second image sensor, and
(D) imaging means;
With
Imaging is performed in the first imaging mode and the second imaging mode,
During imaging in the first imaging mode, light that has passed through the imaging lens forms an image on the imaging surface of the first imaging element,
In imaging in the second imaging mode, the light that has passed through the imaging lens passes through the first imaging element and reaches the imaging surface of the second imaging element by the imaging unit. apparatus.
結像手段は、第1の撮像素子に備えられたマイクロレンズアレイ部から成ることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit includes a microlens array unit provided in the first imaging element. マイクロレンズアレイ部は第2の撮像素子に面していることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 2, wherein the micro lens array unit faces the second imaging element. 第2の撮像素子は、複数の受光素子から構成されており、
マイクロレンズアレイ部は、複数のマイクロレンズから構成されており、
1つのマイクロレンズに、第2の撮像素子を構成する受光素子の複数が対応していることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
The second image sensor is composed of a plurality of light receiving elements,
The micro lens array part is composed of a plurality of micro lenses,
The imaging apparatus according to claim 2, wherein a plurality of light receiving elements constituting the second imaging element correspond to one microlens.
結像手段は、第1の撮像素子に設けられた複数のピンホールから成ることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the image forming unit includes a plurality of pinholes provided in the first imaging element. 第2の撮像素子は、複数の受光素子から構成されており、
1つのピンホールに、第2の撮像素子を構成する受光素子の複数が対応していることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
The second image sensor is composed of a plurality of light receiving elements,
The imaging apparatus according to claim 5, wherein a plurality of light receiving elements constituting the second imaging element correspond to one pinhole.
第1の撮像素子は、特定の波長を有する光のみを通過させることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first imaging element allows only light having a specific wavelength to pass therethrough. 第2の撮像素子は、第1の撮像素子を通過した特定の波長に対して感度を有することを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 7, wherein the second imaging element has sensitivity to a specific wavelength that has passed through the first imaging element. (A)撮像レンズ、
(B)撮像レンズの焦点面に配置された第1の撮像素子、
(C)第2の撮像素子、及び、
(D)結像手段、
を備えた撮像装置を用いた撮像方法であって、
第1の撮像モードによる撮像時、撮像レンズを通過した光を、第1の撮像素子の撮像面上に結像させ、
第2の撮像モードによる撮像時、撮像レンズを通過した光を、第1の撮像素子を通過させ、且つ、結像手段によって第2の撮像素子の撮像面上に到達させることを特徴とする撮像方法。
(A) an imaging lens,
(B) a first imaging element disposed on the focal plane of the imaging lens;
(C) a second image sensor, and
(D) imaging means;
An imaging method using an imaging apparatus comprising:
At the time of imaging in the first imaging mode, the light passing through the imaging lens is imaged on the imaging surface of the first imaging element,
In imaging in the second imaging mode, imaging that is characterized in that light that has passed through the imaging lens passes through the first imaging element and reaches the imaging surface of the second imaging element by the imaging means Method.
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