JP6028082B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
この撮像装置は、被写体からの光を集光する撮像レンズと、該撮像レンズにより集光された光を撮影する撮像素子との間の、撮像レンズによって形成される実像と撮像素子との間に配される位置に配置されたマイクロレンズアレイを備えている。
本発明の一態様は、被写体からの光を集光する撮像レンズと、該撮像レンズにより集光された光を撮影して画像信号を検出する撮像素子と、前記撮像レンズにより結像される実像を、前記撮像素子の撮像面に結像させる位置に配置されたマイクロレンズアレイと、を備え、該マイクロレンズアレイが、焦点距離が等しく、かつ、有効径が異なる2種以上のマイクロレンズをアレイ状に配列して構成されており、該マイクロレンズがそれぞれ、前記撮像素子の複数の画素に像を結像させる撮像装置を提供する。
また、撮像素子により検出された同一種類の複数の前記マイクロレンズにそれぞれ割り当てられた複数の画素からの画像信号を用いてステレオマッチングを行って、前記マイクロレンズの種類別に複数種類の距離情報を算出する種類別距離情報算出部と、該種類別距離情報算出部により算出された一の種類の距離情報を用いて、他の種類の距離情報を補間する補間部とを備えることで、異なる有効径を有する複数種のマイクロレンズを介して撮像素子により検出された複数種の画像信号を用いて、距離情報算出部により複数種の距離情報が算出され、これにより、広い測定範囲にわたる距離計測および分解能の高い距離計測を両立することができる。特に、撮像素子により画像信号が検出されると、種類別距離情報算出部が、同一種類の複数のマイクロレンズに割り当てられた複数の画素からの画像信号を用いてステレオマッチングを行うことにより、マイクロレンズの種類別に複数種類の距離情報を算出する。そして、補間部が、位置の種類の距離情報を用いて、他の種類の距離情報を補間することにより、広い測定範囲にわたる距離計測および分解能の高い距離計測を両立することができる。
このようにすることで、一方の種類のマイクロレンズの位置における距離情報を、それを挟む他方の種類のマイクロレンズの位置における距離情報によって、精度よく補間することができる。
このようにすることで、一方の種類のマイクロレンズの位置における距離情報を、それを挟む他方の種類のマイクロレンズの位置における距離情報によって、さらに精度よく補間することができる。
このようにすることで、マイクロレンズ自体の大きさではなく、絞りの開度によって有効径を決定することができる。
このようにすることで、隣接するマイクロレンズを通過した光が遮光部材によって遮蔽され、撮像素子上において混じり合うクロストークの発生を未然に防止することができる。
本実施形態に係る撮像装置1は、図1に示されるように、被写体Aを撮影する撮像部2と、該撮像部2により取得された画像信号を処理する画像処理部3と、撮像部2を制御する撮像制御部4と、画像処理部3および撮像制御部4を制御する制御部5と、該制御部5に対して外部信号を入力するI/F部6とを備えている。
撮像素子10は、例えば、RGB原色系の単板CCDである。
具体的には、図4に示される例では、直径が大きい方のマイクロレンズ9aの1つであるマイクロレンズA2に対応する撮像素子10の画素領域で撮影された画像と、直径が大きい方の他のマイクロレンズ9aであるマイクロレンズA3に対応する撮像素子10の画素領域で撮影された画像とを用いてステレオマッチング処理を行い、例えば、2つの画素領域間で対応する画素のx方向の座標値を求める。
距離算出部19は、マイクロレンズアレイ9と実像Bとの距離z、および撮像レンズ7の結像倍率Mを用いて、撮像レンズ7と被写体Aとの距離Zを、下式(1)により求めるようになっている。
ここで、fはマイクロレンズ9a,9bの焦点距離、x2,x3は2つの画素領域間で対応する画素のx方向の座標値である。
図5においてはマイクロレンズ9a,9bの結像倍率がd/4d=1/4である。小さい方のマイクロレンズ9bの直径をΦ、大きい方のマイクロレンズ9aの直径を2Φとすると、領域R1における基線長は6Φ、領域R2,R3における基線長は3Φである。
領域R1,R2,R3の各々における距離の分解能ΔzR1,ΔzR2,ΔzR3は下式(2)により算出される。
ΔzR2=ΔzR3=εμ・Z/3Φ ・・・(2)
ここで、εμは、ステレオマッチング処理における対応点の誤差を示す。
また、図5に示されるように、領域R1,R3は直径2Φのマイクロレンズ9aが視差画像を形成し、領域R2は直径Φのマイクロレンズ9bが視差画像を形成している。このため、距離の測定範囲ΔRR1,ΔRR2,ΔRR3は、下式(3)の通りとなる。
式(3)から領域R2における距離の測定範囲ΔRR2が最も長いことがわかる。
+(Z2・δ・F・S)/(f2・2Φ−Z・δ・F・S)
ΔRR2=(Z2・δ・F・S)/(f2・Φ+Z・δ・F・S)
+(Z2・δ・F・S)/(f2・Φ−Z・δ・F・S) ・・・(3)
式(4)では、領域R34の距離情報ZR34を補間する場合について説明したが、補間部21は、他の領域R3nについても同様な処理を行い、距離情報ZR3nを補間するようになっている。
ZR34=(ZR22+ZR24+ZR25+ZR28)/4 ・・・(5)
ここで、ZR15,ZR25,ZR22,ZR24,ZR25,ZR28は領域R15,R25,R22,R24,R25,R28の距離情報である。
式(5)では、領域R15,R34の距離情報ZR15,ZR34を補間する場合について説明したが、補間部21は、他の領域R1n,R3nについても同様な処理を行い、距離情報ZR1n,ZR3nを補間するようになっている。
本実施形態に係る撮像装置1を用いて、被写体Aと撮像レンズ7との間の距離Zを計測するには、I/F部6を介してISO感度、露出などの撮影条件を設定した後、図示しないシャッタボタンを半押しにすることにより、プリ撮影モードに入る。被写体Aからの光は撮像レンズ7を介して撮像部2内に入り、実像Bを結像した後にマイクロレンズアレイ9によって集光され撮像素子10により撮影される。撮像素子10により取得された画像信号は、A/D変換器13によってディジタル信号に変換された後、バッファ14に転送され格納される。
同種のマイクロレンズ9a,9bに対応する画素領域についてそれぞれ算出された距離情報Zは、バッファ20に転送され、その後、補間部21に転送されて、補間される。
また、マイクロレンズ9a,9b異ならせるために、直径の異なる2種類のマイクロレンズ9a,9bをアレイ状に配列することとしたが、これに代えて、各マイクロレンズ9a,9bに該マイクロレンズの有効径を決定する絞りを設け、該絞りの開度を異ならせることにより、各マイクロレンズ9a,9bの有効径を異ならせることにしてもよい。
また、信号処理部15において、公知のデモザイキング処理およびホワイトバランス処理が行われた各画素RGBの三板状態の画像信号を生成することにしたが、これに代えて、さらに、式(6)を用いてYCbCr信号に変換してもよい。
1 撮像装置
7 撮像レンズ
9 マイクロレンズアレイ
9a,9b マイクロレンズ
10 撮像素子
16 距離情報算出部
19 距離算出部(種類別距離情報算出部)
21 補間部
22 遮光部材
Claims (5)
- 被写体からの光を集光する撮像レンズと、
該撮像レンズにより集光された光を撮影して画像信号を検出する撮像素子と、
前記撮像レンズにより結像される実像を、前記撮像素子の撮像面に結像させる位置に配置されたマイクロレンズアレイと、を備え、
該マイクロレンズアレイが、焦点距離が等しく、かつ、有効径が異なる2種以上のマイクロレンズをアレイ状に配列して構成されており、
該マイクロレンズがそれぞれ、前記撮像素子の複数の画素に像を結像させる撮像装置。 - 前記マイクロレンズアレイが、一方の種類の前記マイクロレンズを他方の種類の前記マイクロレンズで挟むように2種類の前記マイクロレンズを配列してなる請求項1に記載の撮像装置。
- 前記マイクロレンズアレイが、一方の種類の前記マイクロレンズを他方の種類の前記マイクロレンズで異なる2方向から挟むように2種類の前記マイクロレンズを配列してなる請求項2に記載の撮像装置。
- 各前記マイクロレンズに、該マイクロレンズの有効径を決定する絞りが設けられている請求項1から請求項3のいずれかに記載の撮像装置。
- いずれかの前記マイクロレンズを通過した光が、隣接する前記マイクロレンズに対応する画素に入射しないように遮蔽する遮光部材を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の撮像装置。
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