JP7293020B2 - 撮像素子、およびこれを備える撮像装置 - Google Patents

撮像素子、およびこれを備える撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、偏光成分情報を取得可能な撮像素子、およびこれを備える撮像装置に関する。
被写体からの反射光の偏光状態を観察することによって、被写体の特徴を強調して検出することが可能になる。例えば、撮像レンズの前面に偏光フィルタを装着して被写体を撮像することで、該被写体の色やコントラスト等の質感を際立たせたり、水面等での反射光の写り込みを強調または軽減したりした画像を取得することができる。また、被写体からの互いに異なる偏光方向の偏光成分情報を取得することで、被写体のエッジや欠陥部を検出することも可能である。
特許文献１には、被写体の多様な情報を取得するために、有機光電変換膜を含む光検出層と無機光電変換素子を含む光検出層を含む撮像素子、すなわち１つの画素が２つの受光素子を有する撮像素子が開示されている。
特開２０１７－３８０１１号公報
特許文献１の撮像素子は、有機光電変換膜で特定の波長の偏光を吸収し、無機光電変換素子で残りの光を吸収する。有機光電変換膜で特定の波長の所定方位の偏光を吸収する際に、直交する偏光の吸収を抑えると、所定方位の偏光の吸収率も低下し、所定方位の偏光の一部が無機光電変換素子に入射する。このような場合、入射光の偏光成分の分離精度が下がり、偏光度や偏光方位といった偏光情報の算出精度が低くなる。一方、偏光情報の算出精度を高くするために、有機光電変換膜で直交する偏光の吸収を増加させると、無機光電変換素子に入射する特定波長の偏光が減少するため、無機光電変換素子の感度が低下する。
本発明は、感度の低下を抑えるとともに、偏光成分の分離精度の低下を抑えることが可能な撮像素子、およびこれを備える撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面としての撮像素子は、第１及び第２の偏光画素を有する撮像素子であって、第１の偏光画素の第１の透過軸方向と、第２の偏光画素の第２の透過軸方向とは互いに異なり、第１及び第２の偏光画素の透過率の波長特性は互いに同じであり、第１及び第２の偏光画素はともに、第１及び第２の波長帯域に感度を有し、第１の偏光画素において、全波長帯域における第１の透過軸方向の透過率の最大値に対する、第１の波長帯域における第１の透過軸方向の透過率の比率が０．５以上であり、全波長帯域における第１の透過軸方向の透過率の最大値に対する、第２の波長帯域における第１の透過軸方向の透過率の比率が０．５以上であり、第１の波長帯域では、第１の透過軸方向に直交する方向の透過率の、第１の透過軸方向の透過率に対する比率が０．５以上であり、第２の波長帯域では、第１の透過軸方向に直交する方向の透過率の、第１の透過軸方向における透過率に対する比率が０．５以下であり、第２の偏光画素において、全波長帯域における第２の透過軸方向の透過率の最大値に対する、第１の波長帯域における第２の透過軸方向の透過率の比率が０．５以上であり、全波長帯域における第２の透過軸方向の透過率の最大値に対する、第２の波長帯域における第２の透過軸方向の透過率の比率が０．５以上であり、第１の波長帯域では、第２の透過軸方向に直交する方向の透過率の、第２の透過軸方向における透過率に対する比率が０．５以上であり、第２の波長帯域では、第２の透過軸方向に直交する方向の透過率の、第２の透過軸方向における透過率に対する比率が０．５以下であることを特徴とする。
本発明によれば、感度の低下を抑えるとともに、偏光成分の分離精度の低下を抑えることが可能な撮像素子、およびこれを備える撮像装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る撮像素子を備える撮像装置の構成を示す図である。 撮像素子の構成を示す図である。 偏光画素配列の一例を示す図である。 偏光カラー画素配列の一例を示す図である。 偏光カラー画素の透過率、および消光比の波長特性を示す図である。 比較例１の撮像素子の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。 入射光の偏光状態と入射角度に対する光強度とを示す図である。 偏光情報の算出例を示す図である。 実施例１の撮像素子における偏光画素配列の一例を示す図である。 実施例２の撮像素子の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。 実施例３の撮像素子の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。 実施例４の撮像素子の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。 比較例２の撮像素子の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。 実施例５の撮像素子の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。 実施例６の偏光カラーフィルタの構成を示す図である。 実施例６の偏光カラーフィルタのシリコンドット構造と透過率の波長特性を示す図である。 実施例６の偏光カラーフィルタのシリコンドット構造と透過率の波長特性を示す図である。 実施例６の偏光カラーフィルタのシリコンドット構造と透過率の波長特性を示す図である。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、本発明の実施形態に係る撮像素子１２を備える撮像装置１の構成を示す図である。撮像装置１は、撮影光学系１１、撮像素子１２、補間処理部１３、偏光情報算出部１４、および記録部１５を有する。撮影光学系１１は、光学像としての被写体像を撮像素子１２の撮像面上に形成する。
図２は、撮像素子１２の構成を示す図である。撮像素子１２は、その撮像面に水平方向、および垂直方向へ２次元配列された複数の画素を含む画素配列１２１を有する。ここで、水平方向、および垂直方向は、互いに直交する２方向である。画素配列１２１の画素はそれぞれ、光電変換素子を１つ有する。撮像素子１２としては、ＣＣＤ型素子やＣＭＯＳ型素子等を用いることができる。また、撮像素子１２は、画素配列１２１の受光面側に、２次元配列された複数の偏光フィルタを含む偏光フィルタ配列１２２を有する。これにより、撮像素子１２は、複数の偏光画素を含む、偏光フィルタ機能を備える偏光画素配列１２３を有する。偏光画素配列１２３は、画素配列１２１と偏光フィルタ配列１２２を一体とみなした画素配列である。
撮像素子１２の各偏光画素は、特定の偏光成分に対して他の偏光成分よりも高い透過率を有する。偏光画素の透過率を偏光フィルタの透過率と同じとしてもよいが、例えばワイヤーグリッド構造からなる偏光フィルタを画素配列上に直接積層して成形する場合などでは、偏光フィルタの透過率を直接計測することが難しいことがある。その場合、各偏光画素で検出した輝度値（透過光強度）を規格化して透過率を算出する。例えば透過光強度が最大となる波長における輝度値が１となるように規格化した値を偏光画素の透過率とする。
図３は、偏光画素配列１２３の一例を示す図である。ｘ軸とｙ軸は、画素配列１２１に平行で互いに直交する２軸である。ｘ軸とｙ軸の方向はこの条件を満たせば図３に示される方向と異なる方向であってもよい。図３では、偏光画素配列１２３は、６×６画素の正方配列パターンがｘ軸方向（水平方向）、およびｙ軸方向（垂直方向）へ繰り返し２次元配列された画素配列である。なお、繰り返しパターンは、正方配列パターンに限定されず、任意の四角形配列パターンやＬ字形などの多角形配列パターンであってもよい。また、偏光画素配列１２３は、繰り返しパターンを持たないランダムな画素配列であってもよい。
各偏光画素で透過率が最大となる偏光成分の偏光方位と平行な軸を偏光画素の透過軸とし、透過軸とｘ軸とのなす角をθ（０度≦θ＜１８０度）とする。また、ｘ軸とのなす角がθ＋９０度で透過軸と直交する軸を直交軸とする。偏光画素の透過軸方向の透過率をＴｐ、直交軸方向の透過率をＴｓとする。また、透過率Ｔｓ，Ｔｐの比Ｔｓ／Ｔｐを消光比ＥＲとする。
図３において、偏光画素配列１２３は、互いに異なる４つの透過軸方向θ１，θ２，θ３およびθ４（図中にはそれぞれ１，２，３，４で示す）の偏光画素により構成されている。透過軸方向θ１，θ２，θ３およびθ４の偏光画素（以下それぞれ、θ１画素，θ２画素，θ３画素およびθ４画素という）は、互いに異なる偏光方位の偏光成分に主感度を有する。つまり、偏光画素配列１２３は、互いに異なる偏光感度特性を有する４つの偏光画素群からなる。
なお、偏光画素配列１２３は、その一部にいずれの偏光方位の偏光成分も透過する画素（非偏光画素）を含んでいてもよい。本実施形態では、非偏光画素で取得できる偏光成分を非偏光成分とし、非偏光成分も偏光成分の１つと規定する。また、偏光画素配列１２３は、その一部に右回り円偏光、および左回り円偏光の一方に対して高い透過率を有する円偏光画素を含んでいてもよい。
偏光画素は、その透過率特性が波長によって異なる偏光カラー画素であってもよい。偏光画素配列１２３は、透過率の波長特性が互いに異なる複数の偏光カラー画素からなる偏光カラー画素配列である。図４は、偏光カラー画素配列の一例を示す図である。図４の偏光カラー画素配列では、各偏光画素群がＲ，Ｇ，Ｂの３つのカラー画素群からなっている。各画素に記されたアルファベットと数字はそれぞれ、カラーと透過軸方向を表している。
図５は、偏光カラー画素の透過率、および消光比の波長特性を示す図である。各偏光カラー画素では、ｒ（６００～７００ｎｍ），ｇ（５００～６００ｎｍ），ｂ（４００～５００ｎｍ）の３つの波長帯域それぞれでＴｐ／Ｔｐ＿ｍａｘ＝１（≧０．５）となる。ここで、Ｔｐ＿ｍａｘは各偏光カラー画素における透過率Ｔｐが最大となる波長における透過率Ｔｐの値である。本実施形態では、Ｔｐ／Ｔｐ＿ｍａｘが０．５以上となる波長帯域を該偏光カラー画素の透過波長帯域とする。図５の各偏光カラー画素では、ｒ，ｇ，ｂの３つの波長帯域が透過波長帯域である。
また、偏光カラー画素のいずれかの透過波長帯域に含まれる波長帯域を撮像素子１２の透過波長帯域とする。図５の偏光カラー画素からなる撮像素子１２の透過波長帯域はｒ，ｇ，ｂの３つの波長帯域である。すなわち、撮像素子１２は、ｒ，ｇ，ｂの３つの波長帯域に感度を有している。なお、撮像素子１２が感度を有する波長帯域はｒ，ｇ，ｂの波長帯域に限らず他の可視光波長帯域でもよいし、赤外や紫外の波長帯域であってもよい。
各波長帯域を各波長帯域中での透過率特性が少なくとも１つの偏光カラー画素で異なるように設定する。本実施形態では、２つの波長帯域における各偏光カラー画素の透過率、および消光比のそれぞれの平均値の差が０．１以下であれば、該２波長帯域を同一の波長帯域と考える。図５の波長特性を有するカラー画素群からなる撮像素子１２では、例えば４００ｎｍ～４５０ｎｍと４５０ｎｍ～５００ｎｍの波長帯域では各画素の透過率、および消光比の平均値に差がないため、１つの波長帯域（ｂ波長帯域）と考える。また、各波長帯域は連続した波長帯域でなくてもよく、透過率特性が同じであれば例えばｒ波長帯域とｂ波長帯域からなる波長帯域を１つの波長帯域と考える。
また、帯域幅が狭い波長帯域は１つの波長帯域として数えない。各偏光画素群がＮｃのカラー画素群からなるとき、各波長帯域を帯域幅が透過波長帯域の帯域幅の０．５／Ｎｃ倍以上となるように設定する。図５の波長特性を有するカラー画素群からなる撮像素子１２では、透過波長帯域の帯域幅が４００ｎｍから７００ｎｍの３００ｎｍでＮｃ＝３であるから、各波長帯域の帯域幅を５０（＝３００×０．５／３）ｎｍ以上となるように設定する。
各波長帯域の透過率を各波長帯域における各波長での透過率の平均値とし、第ｎｗ波長帯域の透過率をＴｐ（ｎｗ）、Ｔｓ（ｎｗ）とする。また、第ｎｗ波長帯域の消光比をＥＲ（ｎｗ）（＝Ｔｓ（ｎｗ）／Ｔｐ（ｎｗ））とする。このとき、各カラー画素群の透過波長帯域において、消光比ＥＲ（ｎｗ）が０．５以下である波長帯域を偏光透過波長帯域、消光比ＥＲ（ｎｗ）が０．５より大きい波長帯域を非偏光透過波長帯域とする。図５のＲ画素では、ｒ波長帯域が偏光透過波長帯域、ｇ，ｂ波長帯域が非偏光透過波長帯域である。Ｇ画素では、ｇ波長帯域が偏光透過波長帯域、ｒ，ｂ波長帯域が非偏光透過波長帯域である。Ｂ画素では、ｂ波長帯域が偏光透過波長帯域、ｒ，ｇ波長帯域が非偏光透過波長帯域である。すなわち、図５の各カラー画素群では、透過波長帯域は偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなっている。
撮像素子１２の感度は、各画素の透過光強度で考えることができる。全ての偏光方位の偏光成分が等しい非偏光の入射光に対する透過光強度は、以下の式（１）で表される、透過率Ｔｐ（ｎｗ），Ｔｓ（ｎｗ）の和を全波長帯域で平均した値、すなわち平均透過率Ｔに比例する。
Figure 0007293020000001
ここで、Ｎｗは透過波長帯域の数、Ｗ（ｎｗ）は第ｎｗ波長帯域の帯域幅、Ｗは全波長帯域の帯域幅である。入射光が偏光の場合、入射光の偏光方位と画素の透過軸方位の関係によって、透過光強度は変化するが、全偏光方位での平均は平均透過率Ｔに比例する。したがって、撮像素子１２は平均透過率Ｔが大きいほど透過光強度が大きく感度がよいといえる。図５のカラー画素群からなる撮像素子１２では、平均透過率Ｔは５／６である。
図６は、比較例１の撮像素子の偏光カラー画素の透過率、および消光比の波長特性を示す図である。比較例１の撮像素子は、ｒ，ｇ，ｂの波長帯域をそれぞれ選択的に透過するカラーフィルタと消光比ＥＲ＝０の偏光フィルタの組み合わせからなる。比較例１の撮像素子の偏光カラー画素は一部の波長帯域の１つの偏光方位の偏光のみを透過する。そのため、各画素において入射光の一部しか利用できないため、効率が悪く感度が低下してしまう。
一方、本実施形態の撮像素子１２は、透過波長帯域が偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域である偏光カラー画素を有する。このような画素は複数の波長帯域の偏光を透過し、その一部の波長帯域においては１つの偏光方位の偏光を透過し、別の波長帯域においては偏光方位によらず偏光を透過する。そのため、比較例１の撮像素子では平均透過率Ｔが１／６であるのに対し、本実施形態の撮像素子１２の平均透過率Ｔは比較例１と比べて５倍の５／６である。したがって、本実施形態の撮像素子１２は、偏光成分の情報を取得しつつ、より多くの入射光を利用できるため、より感度が高い撮像素子となっている。
図４の偏光画素配列１２３を有する撮像素子１２では、全ての偏光画素群の全てのカラー画素群で透過波長帯域が偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなっているが、一部の偏光画素群であってもよいし、一部のカラー画素群でもあってもよい。ただし、より多くのカラー画素群で透過波長帯域が偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなっているほうが、撮像素子１２全体の平均透過率Ｔが大きくなり、撮像素子１２の感度が良くなる。そのため、全ての偏光画素群であることが望ましく、全てのカラー画素群であることが望ましい。さらには全ての偏光画素群の全てのカラー画素群であることがより望ましい。
図４の偏光画素配列１２３を有する撮像素子１２では、感度を有する全ての波長帯域が各偏光カラー画素の透過波長帯域であるが、偏光カラー画素の一部の波長帯域が透過波長帯域でない波長帯域（非透過波長帯域）であってもよい。ただし、より広い波長帯域が透過波長帯域であるほど平均透過率Ｔが大きくなり、撮像素子１２の感度が良くなる。そのため、撮像素子１２は感度を有する全ての波長帯域が各偏光カラー画素の透過波長帯域であることが望ましい。
また、透過波長帯域における透過率が高いほど、平均透過率Ｔが大きくなり、撮像素子１２の感度が良くなるため、透過波長帯域においてＴｐ／Ｔｐ＿ｍａｘが０．８以上であることが望ましい。
一方、非透過波長帯域における透過率が低いほど、透過波長帯域との波長分離性能が上がるため、非透過波長帯域においてＴｐ／Ｔｐ＿ｍａｘが０．２以下であることが望ましい。
任意の２つの偏光カラー画素（第ｎｃカラー画素と第ｎｃ’カラー画素）において、０．８≦Ｔｐｎｃ＿ｍａｘ／Ｔｐｎｃ’＿ｍａｘ≦１．２なる条件式を満足することが望ましい。また、０．８≦Ｔｎｃ／Ｔｎｃ’≦１．２なる条件式を満足することが望ましい。ここで、Ｔｐｎｃ＿ｍａｘ，Ｔｎｃはそれぞれ、第ｎｃカラー画素のＴｐ＿ｍａｘと平均透過率Ｔである。Ｔｐ＿ｍａｘや平均透過率Ｔが偏光カラー画素ごとにおおよそ一致することで、透過光量が各偏光カラー画素でおおよそ一致するため、ノイズ除去、補間処理、および偏光情報算出時のエラーが抑えられ、より正確な情報を取得できる。
以上のような透過波長帯域が偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなる偏光カラー画素は様々な方法で実現できる。例えば、格子形状に加工されたカラーフィルタを利用する方法や、金属材料やシリコンなどによる微小なドット構造を成形する方法などが挙げられる。
以下、撮像素子１２で取得した情報の補間処理、および偏光情報の算出について説明する。撮像素子１２の撮像面上に形成された被写体像は、撮像素子１２の各画素によって入射光の強度に応じた電荷に変換され、該電荷は電気信号（画素信号）として撮像素子１２から読み出される。撮像素子１２から読み出された画素信号は、各画素の輝度情報として補間処理部１３に入力される。各画素の輝度情報は、画素の種類に応じた偏光成分情報を含む。
複数種類の画素のうち特定種類の画素から輝度情報を抜き出すと、その画素の種類に応じた偏光成分や波長成分の情報のみからなるモザイク画像が得られる。補間処理部１３は、このモザイク画像にデモザイク（補間）処理を施すことにより各画素で取得されていない情報を算出し、各画素において複数の偏光成分の補間情報を生成する。
補間処理部１３で生成された補間情報は、偏光情報算出部１４に入力される。また、補間情報は、記録部１５に記録されてもよい。偏光情報算出部１４は、入射光の偏光状態を表す偏光情報（α，Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎ）を算出する。αは光強度が最大となる偏光方位であり、Ｉｍａｘは光強度の最大値、Ｉｍｉｎは光強度の最小値である。一般に、偏光情報は波長帯域ごとに異なる値となる。
ここで、偏光情報（α，Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎ）の算出方法について説明する。撮像素子１２への入射光の１つの波長成分が図７に示されるように表現できる場合を考える。図７（ａ）の楕円は、入射光の振幅の方位依存性を示す。図７（ａ）の破線は楕円の長軸と短軸を表しており、偏光方位αは長軸とｘ軸とがなす角度である。また、図７（ａ）の矢印は、長軸の方向と短軸の方向での振幅を表している。振幅の２乗が光強度であり、図７（ｂ）はｘ軸に対して角度θをなす入射光の光強度に応じた輝度情報、すなわち入射光の偏光方位θの偏光成分情報Ｉ（θ）を示す。Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎはそれぞれ、長軸の方向と短軸の方向の偏光成分に対応した偏光成分情報である。偏光成分情報Ｉ（θ）は、以下の式（２）で表される。
Figure 0007293020000002
式（２）より偏光成分情報Ｉ（θ）は、１８０度周期で変化し、３つの係数（α，Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎ）で決定される。このため、偏光情報を算出するためには、０度以上１８０度未満の角度θで表現したときに、少なくとも３以上の偏光成分情報Ｉ（θ）を取得する必要がある。図８には、一例として、白丸で示されるθ＝０度，４５度，９０度の３つの偏光成分情報と、そこから算出される偏光成分情報Ｉ（θ）とが示されている。
一方、上記条件を満足すれば、取得する偏光成分の偏光方位に特に制限はない。このため、任意の３以上の偏光成分情報Ｉ（θ）を取得すれば、偏光情報（α，Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎ）を求めることができる。
なお、非偏光成分情報は、全偏光の光強度の平均値Ｉａｖｅに相当する。
Figure 0007293020000003
式（３），（４）より、平均値Ｉａｖｅと偏光成分情報Ｉ（θ）から偏光方位θ＋９０度の光強度Ｉ（θ＋９０度）が求められるので、非偏光成分情報も偏光成分情報の１つと考えることができる。例えば、θ＝０度，４５度の偏光成分情報と非偏光成分情報が得られる場合、θ＝９０度やθ＝１３５度の偏光成分情報が算出できるので、４つの偏光成分情報が得られる。
４以上の補間情報から偏光情報を算出する場合、誤差などにより各偏光成分情報から式（１）を満たすような偏光情報を一意に定めることができない場合がある。そのような場合、最小二乗法などの方法で近似的に偏光情報を算出すればよい。
図６（ａ）で表される入射偏光が透過率Ｔｐ，Ｔｓ、透過軸方位θｎの偏光画素に入射した場合の透過光の偏光成分情報Ｉｎは以下の式（５）で表される。
Figure 0007293020000004
偏光画素の透過波長帯域が第１から第Ｎｗの波長帯域である場合、該偏光画素で取得される偏光成分情報は各波長帯域の偏光成分情報の和となり、以下の式（６）で表される。
Figure 0007293020000005
ここで、Ｉｎ，ｎｃは第ｎ偏光第ｎｃカラー画素における輝度情報、Ｔｐｎｃ（ｎｗ），Ｔｓｎｃ（ｎｗ）は第ｎｃカラー画素の第ｎｗ波長の透過率、（α（ｎｗ），Ｉｍａｘ（ｎｗ），Ｉｍｉｎ（ｎｗ））は第ｎｗ波長の偏光情報を表す。
第１から第Ｎｗ波長帯域の偏光情報を算出するためには、互いに線形独立な３Ｎｗ個の偏光成分情報を偏光カラー画素で取得する必要がある。Ｎ個の輝度情報が互いに線形独立であるとは、任意の偏光状態の入射偏光が入射したときに得られるＮ個の偏光成分情報Ｉｉに対し、以下の式（７）の関係が成り立つｋｉの組み合わせがｋｉ＝０（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）のみであるということである。
Figure 0007293020000006
互いに線形独立な３Ｎｗ個の輝度情報を偏光カラー画素で取得するには、少なくとも３つの偏光画素を有し、少なくともＮｗ個のベクトルＶ１（ｎｃ）が互いに線形独立であり、少なくともＮｗ個のベクトルＶ２（ｎｃ）が互いに線形独立であることが必要である。ベクトルＶ１（ｎｃ），Ｖ２（ｎｃ）はそれぞれ、第ｎｃカラー画素における第１から第Ｎｗ波長帯域それぞれの透過率Ｔｐｎｃ（ｎｗ），Ｔｓｎｃ（ｎｗ）の差からなるベクトルと和からなるベクトルとする。
逆に少なくとも３つの偏光画素を有し、少なくともＮｗ個のベクトルＶ１（ｎｃ）が互いに線形独立であり、少なくともＮｗ個のベクトルＶ２（ｎｃ）が互いに線形独立であれば第１から第Ｎｗ波長帯域の偏光情報を算出できる。したがって、撮像素子１２は少なくとも３つの偏光画素を有し、上記線形独立条件を満たすカラー画素群からなることが望ましい。
各偏光カラー画素の透過率特性の違いが小さくても上記線形独立条件を満たせば、各波長帯域の偏光情報を算出可能である。しかしながら、透過率特性の違いが小さいと、検出誤差や補間誤差などが発生した場合に偏光情報算出時の誤差が大きくなり、正しい偏光情報を算出できなくなる。各偏光カラー画素で透過率特性の違いを大きくするため、偏光カラー画素における偏光透過波長帯域が互いに異なる波長帯域であることが望ましく、透過波長帯域の１つの波長帯域が偏光透過波長帯域であることが望ましい。各偏光カラー画素で異なる波長帯域の偏光成分情報を取得することで、各波長帯域の偏光情報の算出精度が向上する。
また、各偏光カラー画素の偏光透過波長帯域において消光比ＥＲが０．２以下であることが望ましい。偏光成分情報を取得する偏光カラー画素と非偏光成分情報を取得する偏光カラー画素の透過率特性の違いが大きくなり、偏光算出精度が向上する。
偏光情報算出部１４が算出した偏光情報は、記録部１５に記録される。このとき、偏光情報は単独で記録されてもよいが、算出に用いた補間情報などと関連付けて記録されることがより好ましい。
なお、本実施形態では、撮像装置１は撮影光学系１１を備える構成であるが、交換式レンズを利用する構成であってもよい。また、撮像装置１は、補間処理部１３、偏光情報算出部１４、および記録部１５を備えているが、必ずしもこれらを備えている必要はなく、これらと同等の機能を有する外部装置を用いてもよい。例えば、補間処理部１３から出力される画像情報や偏光情報算出部１４で算出された偏光情報を外部記録装置に記録させるようにしてもよい。また、デモザイク処理や偏光情報の算出を補間処理部１３や偏光情報算出部１４に代えて、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の外部装置で行うようにしてもよい。
本実施例の撮像素子１２は、図５の波長特性を有するＲ，Ｇ，Ｂの３つのカラー画素群からなる。本実施例の撮像素子１２は、ｒ，ｇ，ｂの３つの波長帯域に感度を有する。各カラー画素群では、各波長帯域でＴｐ／Ｔｐ＿ｍａｘは１である。また、Ｒ画素では、ｒ波長帯域が偏光透過波長帯域、ｇ，ｂ波長帯域が非偏光透過波長帯域である。Ｇ画素では、ｇ波長帯域が偏光透過波長帯域、ｒ，ｂ波長帯域が非偏光透過波長帯域である。Ｂ画素では、ｂ波長帯域が偏光透過波長帯域、ｒ，ｇ波長帯域が非偏光透過波長帯域である。すなわち、本実施例の各カラー画素群では、透過波長帯域は偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなっている。
本実施例の撮像素子１２では、全ての偏光画素群の全てのカラー画素群で透過波長帯域が偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなっており、各カラー画素群の透過波長帯域でＴｐ／Ｔｐ＿ｍａｘが０．８以上である。そのため、本実施例の撮像素子１２は、平均透過率Ｔが５／６と比較例１（Ｔ＝１／６）と比べて大きく、より感度が高い撮像素子になっている。
また、各偏光カラー画素でＴｐ＿ｍａｘと平均透過率Ｔが等しく、透過光量が各偏光カラー画素でおおよそ一致するため、より正確な情報を取得できる。
さらに、カラー画素群では、それぞれ互いに異なる１つの波長帯域が偏光透過波長帯域であり、各偏光透過波長帯域における消光比ＥＲが０と小さいため、偏光算出精度が高くなる。
図９は、本実施例の撮像素子１２における偏光画素配列の一例を示す図である。本実施例の偏光画素配列では、正方配列パターンが水平方向、および垂直方向のそれぞれに繰り返し配置されている。図９（ａ），（ｂ），（ｃ）では、偏光画素配列はそれぞれ、２，３，４つの偏光画素群からなる。偏光画素群の数が少ないほど偏光画素配列中の同一種類の画素割合が大きくなるため、解像度が高くなる。一方、偏光画素群の数が多いほど取得情報が増加するため、偏光情報の算出精度が向上する。図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、３つ以上の偏光画素からなる撮像素子であれば、任意の入射光の偏光情報を算出可能である。なお、図９（ａ）に示されるように、２つの偏光画素からなる撮像素子であっても、偏光照明を用いる場合や、反射面の向きが決まっている場合などで入射光の偏光方位αが分かっているときには偏光情報を算出可能である。また、偏光度が高いことが分かっている場合も光強度の最小値Ｉｍｉｎは０となるため、２つの偏光画素からなる撮像素子であっても偏光情報を算出可能である。
なお、図９に示される配置や偏光画素群の数は一例であって、他の配置や数でもよい。
図１０は、本実施例の撮像素子１２の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。本実施例の撮像素子１２は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つのカラー画素群からなる。各カラー画素群では、透過波長帯域は偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなる。
本実施例の撮像素子１２は、各カラー画素群の偏光透過波長帯域で消光比ＥＲが０．５である点が実施例１の撮像素子１２と異なっている。そのため、本実施例の撮像素子１２は、各偏光カラー画素で平均透過率Ｔが１１／１２と実施例１（Ｔ＝５／６）と比べて大きく、より感度が高い撮像素子になっている。一方、偏光透過波長帯域で消光比ＥＲが０．５と実施例１と比べて大きいため、実施例１より偏光情報の算出精度が低下する。
図１１は、本実施例の撮像素子１２の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。本実施例の撮像素子１２では、Ｇ画素群の透過波長帯域がｒ，ｇ，ｂの３つの波長帯域からなる。また、Ｒ，Ｂの２つの画素群の透過波長帯域がそれぞれ、ｒ波長帯域、およびｂ波長帯域からなる。また、Ｇ画素群の透過波長帯域は、偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなる。Ｒ，Ｂの２つの画素群の透過波長帯域は、偏光透過波長帯域のみからなる。Ｇ画素では平均透過率Ｔは５／６であり、Ｒ画素、およびＢ画素では平均透過率Ｔは１／６である。
本実施例の撮像素子１２は、比較例１のＧ画素が実施例１のＧ画素に置き換わった撮像素子になっている。本実施例の撮像素子１２は、本発明の画素を一部に有することで比較例１の撮像素子と比べて感度が向上している。本実施例の撮像素子１２において、図９（ｂ）の偏光画素配列のように同数のＲ，Ｇ，Ｂ画素が配列されている場合、本実施例の全画素の平均透過率Ｔは７／１８と比較例（Ｔ＝１／６）と比べて大きい。
実施例１と比較すると、Ｒ画素、およびＢ画素において、透過波長帯域が１波長帯域のみである点が異なる。本実施例では、Ｒ画素、およびＢ画素において、各透過波長帯域は消光比ＥＲが０の偏光透過波長帯域であるので、実施例１と比べてｒ波長帯域、およびｂ波長帯域の偏光情報の算出精度が高い。一方、Ｒ画素、およびＢ画素では、平均透過率Ｔが１／６と小さいため、実施例１に比べて撮像素子１２の感度は良くない。
図１２は、本実施例の撮像素子１２の偏光カラー画素の透過率、および消光比の波長特性を示す図である。本実施例の撮像素子１２は、Ｃ，Ｍ，Ｙの３つのカラー画素群からなる。Ｃ，Ｍ，Ｙの３つのカラー画素群の透過波長帯域はそれぞれ、ｇとｂ、ｒとｂ、ｒとｇの２波長帯域からなる。各カラー画素群では、透過波長帯域は偏光透過波長帯域、および非偏光透過波長帯域からなる。また、各偏光カラー画素において、平均透過率Ｔは１／２である。
本実施例の撮像素子１２は、実施例１の撮像素子１２の各偏光カラー画素に透過波長帯域を制限する分光フィルタをさらに備える撮像素子となっている。
図１３は、比較例２の透過波長帯域を制限する分光フィルタと各波長帯域で消光比ＥＲが０．５の偏光フィルタからなる偏光カラーフィルタとを備える撮像素子の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。比較例２の各カラー画素群では、透過波長帯域は偏光透過波長帯域のみからなる。また、消光比ＥＲが０．５の偏光フィルタを用いることで平均透過率Ｔは１／２と、消光比ＥＲが０の偏光フィルタを用いた場合の平均透過率Ｔ（＝１／３）と比べると大きく、撮像素子の感度が高くなる。
本実施例の撮像素子１２は、平均透過率Ｔが１／２と比較例２の撮像素子と等しく、比較例２の撮像素子と同等の感度を有する。一方、本実施例では、各カラー画素の透過波長帯域の一部のみが偏光透過波長帯域であるが、比較例２では、各カラー画素の透過波長帯域の全てが偏光透過波長帯域である。そのため、例えば、入射光のｒ波長帯域における偏光方位が変化したとき、本実施例の撮像素子１２ではＹ画素の輝度情報のみが変化するが、比較例２の撮像素子ではＭ画素とＹ画素の輝度情報が変化する。また、本実施例のＹ画素での変化量は、比較例２のＭ画素やＹ画素での変化量の２倍となる。このように、本実施例の撮像素子１２は、比較例２の撮像素子と比べて偏光成分の分離精度が高い。
以上説明したように、本実施例の撮像素子１２は、比較例２の撮像素子と比べて、感度は同等で、偏光成分の分離精度が高い撮像素子となっている。
図１４は、本実施例の撮像素子１２の偏光カラー画素の透過率特性を示す図である。本実施例の撮像素子１２は第１から第９の９つのカラー画素群を有し、透過波長帯域は第１から第５波長帯域の５波長帯域である。各カラー画素群の透過波長帯域は、第１から第５波長帯域である。図１４（ａ）－（ｉ）はそれぞれ、第１から第９のカラー画素群の透過率特性を示している。
第１から第５のカラー画素群では、第１から第５波長帯域のうち１つの波長帯域が偏光透過波長帯域であり、偏光透過波長帯域の消光比ＥＲは０である。
第６から第９のカラー画素群では、第１から第５波長帯域のうち２つの波長帯域が偏光透過波長帯域であり、偏光透過波長帯域の消光比ＥＲは０．５である。
本実施例の撮像素子１２は、実施例１の撮像素子１２と比べて、帯域幅が狭い多くの波長帯域に感度を有する。そのため、本実施例の撮像素子１２は、カラー情報の分離精度が高い、マルチスペクトルセンサーになっている。
また、本実施例の撮像素子１２では、透過波長帯域の数よりもカラー画素の種類のほうが多くなっており、各波長帯域の偏光情報を複数のカラー画素で取得することができる。そのため、精度よく各波長帯域の偏光情報を算出できる。
本実施例では、本発明の偏光カラー画素を実現する素子構成の一例について説明する。図１５は、直方体形状のシリコンドット６２が石英基板６３上に規則的に配列された偏光カラーフィルタ６１の構成を示す図である。偏光カラーフィルタ６１は、シリコンドット６２のサイズや周期といった構造パラメータを変えることで異なる波長特性を持つ素子になる。
図１６（ａ）、図１７（ａ）、および図１８（ａ）はそれぞれ、互いに異なる構造パラメータを持つシリコンドット６２１，６２２，６２３の上面図と側面図を示している。図１６（ｂ）、図１７（ｂ）、および図１８（ｂ）はそれぞれ、シリコンドット６２１，６２２，６２３からなる偏光カラーフィルタ６１の透過率の波長特性を示している。実線は偏光方位が各シリコンドットの水平断面の長軸方向と一致する直線偏光が偏光カラーフィルタ６１に垂直に入射した場合の透過率であり、点線は短軸方向と一致する直線偏光が偏光カラーフィルタ６１に垂直に入射した場合の透過率である。各フィルタとも、長軸方向が透過軸方向、短軸方向が直交軸方向になっている。なお、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）、および図１８（ｂ）に示される波長特性は４２０ｎｍから７００ｎｍの波長帯域を選択的に透過するバンドパスフィルタの特性を含んでおり、４２０ｎｍから７００ｎｍの波長帯域以外では透過率は０となっている。
図１６から図１８の偏光カラーフィルタ６１は、一部の波長帯域では特定の偏光方位の偏光成分を選択的に透過し、一部の波長帯域では偏光方位によらず偏光を透過する。また、偏光成分を選択的に透過する波長帯域が異なっている。これらの素子を画素配列上に配置することによって、本発明の偏光カラー画素を実現できる。
本実施例の撮像素子１２は、図９（ｃ）の偏光画素配置を有する。Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素にはそれぞれ、図１６から図１８の偏光カラーフィルタ６１が配置されている。本実施例の撮像素子１２は、第１波長帯域（４２０ｎｍ～４８０ｎｍ）、第２波長帯域（４８０ｎｍ～５８０ｎｍ）、および第３波長帯域（５８０ｎｍ～７００ｎｍ）に感度を有する。
表１は、各カラー画素における各波長帯域の透過率特性、および平均透過率Ｔを示している。各カラー画素では、第１から第３波長帯域が透過波長帯域である。Ｒ画素では、第２波長帯域と第３波長帯域が偏光透過波長帯域、第１波長帯域が非偏光透過波長帯域である。Ｇ画素では、第２波長帯域が偏光透過波長帯域、第１波長帯域と第３波長帯域が非偏光透過波長帯域である。Ｂ画素では、第１波長帯域が偏光透過波長帯域、第２波長帯域と第３波長帯域が非偏光透過波長帯域である。
また、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素の平均透過率Ｔはそれぞれ、０．６２、０．７３、０．８１である。これらは比較例１の平均透過率Ｔ（＝１／６）と比べて高く、本実施例の撮像素子１２は感度が高くなっている。
なお、本実施例の偏光カラーフィルタの構造や透過率特性は一例であって、ドット構造の形状や材料などを変更することで波長帯域や透過率特性が異なるさまざまな偏光カラーフィルタを実現できる。本実施例では、シリコンドット６２を石英基板６３上に形成した例を示したが、本発明はこれに限定されない。形状異方性を備える構造体が周期的に配列されていればよい。シリコンドット６２を透明樹脂上や固体撮像素子の表面に直接形成することも可能である。また、構造体は、前記構造体は、シリコン、ビスマスフェライト、およびガリウム砒素からなっていてもよい。
Figure 0007293020000007
本実施例では、図９（ｃ）の偏光画素配列を有する実施例１の撮像素子１２を搭載した撮像装置１において取得した情報から偏光情報を算出する偏光情報算出処理の一例について説明する。
第１から第４の偏光画素の透過軸方位をそれぞれ、０度、４５度、９０度、１３５度とする。各偏光カラー画素で取得される輝度情報に対して補間処理部１３で補間処理を施すことで、３カラー、４偏光の１２種類の偏光成分情報が得られる。１２種類の偏光カラー情報はそれぞれ、以下の式（８）から式（１９）で表される。
Figure 0007293020000008
ここで、Ｉｄｉｆｆ（λ），Ｉａｖｅ（λ）はそれぞれ、以下の式（２０），（２１）で表される。
Figure 0007293020000009
式（８）から式（１９）の１２式をα，Ｉｄｉｆｆ，Ｉａｖｅについて解くと、以下の式（２２）から式（３０）が得られる。
Figure 0007293020000010
式（２２）から式（３０）では、第１から第３波長帯域の偏光情報（左辺）がそれぞれ各偏光カラー画素の偏光成分情報で表されている。
以上のようにして本実施例の各偏光カラー画素で取得される輝度情報から、第１から第３波長帯域の偏光情報を算出することができる。
［その他の実施例］
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
１２ 撮像素子

Claims (15)

  1. 第１及び第２の偏光画素を有する撮像素子であって、
    前記第１の偏光画素の第１の透過軸方向と、前記第２の偏光画素の第２の透過軸方向とは互いに異なり、
    前記第１及び第２の偏光画素の透過率の波長特性は互いに同じであり、
    前記第１及び第２の偏光画素はともに、第１及び第２の波長帯域に感度を有し、
    前記第１の偏光画素において、
    全波長帯域における前記第１の透過軸方向の透過率の最大値に対する、前記第１の波長帯域における前記第１の透過軸方向の透過率の比率が０．５以上であり、
    全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記第２の波長帯域における前記第１の透過軸方向の透過率の比率が０．５以上であり、
    前記第１の波長帯域では、前記第１の透過軸方向に直交する方向の透過率の、前記第１の透過軸方向の前記透過率に対する比率が０．５以上であり、
    前記第２の波長帯域では、前記第１の透過軸方向に直交する方向の透過率の、前記第１の透過軸方向における前記透過率に対する比率が０．５以下であり、
    前記第２の偏光画素において、
    全波長帯域における前記第２の透過軸方向の透過率の最大値に対する、前記第１の波長帯域における前記第２の透過軸方向の透過率の比率が０．５以上であり、
    全波長帯域における前記第２の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記第２の波長帯域における前記第２の透過軸方向の透過率の比率が０．５以上であり、
    前記第１の波長帯域では、前記第２の透過軸方向に直交する方向の透過率の、前記第２の透過軸方向における前記透過率に対する比率が０．５以上であり、
    前記第２の波長帯域では、前記第２の透過軸方向に直交する方向の透過率の、前記第２の透過軸方向における前記透過率に対する比率が０．５以下であることを特徴とする撮像素子。
  2. 前記第１及び前記第２の偏光画素が有する光電変換素子の数はそれぞれ一つであることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
  3. 前記第１の偏光画素において、
    全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記第１の波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の比率が０．８以上であり、
    全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記第２の波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の比率が０．８以上であり、
    前記第２の偏光画素において、
    全波長帯域における前記第２の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記第１の波長帯域における前記第２の透過軸方向の前記透過率の比率が０．８以上であり、
    全波長帯域における前記第２の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記第２の波長帯域における前記第２の透過軸方向の前記透過率の比率が０．８以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像素子。
  4. 前記第１の偏光画素において、全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記撮像素子が感度を有する全ての波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の比率が０．５以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像素子。
  5. 全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記撮像素子が感度を有する全ての波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の比率が０．８以上であることを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
  6. 前記撮像素子は、第３の波長帯域に感度を有し、
    前記第１の偏光画素は、全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値に対する、前記第３の波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の比率が０．２以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像素子。
  7. 前記撮像素子は、複数の前記第１の偏光画素を備え、
    前記複数の前記第１の偏光画素は、第３の偏光画素、及び第４の偏光画素を含み、
    前記第３の偏光画素の全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値が、前記複数の前記第１の偏光画素に含まれる全ての画素の全波長帯域における前記第１の透過軸方向の透過率の最大値の中で最小であり、
    前記第４の偏光画素の全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値が、前記複数の前記第１の偏光画素に含まれる全ての画素の全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値の中で最大であり、
    前記第３の偏光画素の全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値をＴｐｎｃ＿ｍａｘ、前記第４の偏光画素の全波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率の最大値をＴｐｎｃ’＿ｍａｘとするとき、
    ０．８≦Ｔｐｎｃ＿ｍａｘ／Ｔｐｎｃ’＿ｍａｘ≦１．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像素子。
  8. 前記撮像素子は、複数の前記第１の偏光画素を備え、
    前記複数の前記第１の偏光画素は、第３の偏光画素、及び第４の偏光画素を含み、
    前記第３の偏光画素における平均透過率が前記複数の前記第１の偏光画素に含まれる全ての画素の平均透過率の中で最小であり、
    前記第４の偏光画素における平均透過率が前記複数の前記第１の偏光画素に含まれる全ての画素の平均透過率の中で最大であり、
    前記第３の偏光画素における平均透過率をＴｎｃ、前記第４の偏光画素における平均透過率をＴｎｃ’とするとき、
    ０．８≦Ｔｎｃ／Ｔｎｃ’≦１．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の撮像素子。
  9. 前記撮像素子は、複数の前記第１の偏光画素を備え、
    前記複数の前記第１の偏光画素は、第３の偏光画素、及び第４の偏光画素を含み、
    前記第３の偏光画素において、前記第１の波長帯域では、前記第１の透過軸方向に直交する方向の前記透過率の、前記第１の透過軸方向の前記透過率に対する比率が０．５以下であり、前記第２の波長帯域では、前記第１の透過軸方向に直交する方向の前記透過率の、前記第１の透過軸方向の前記透過率に対する比率が０．５より大きく、
    前記第４の偏光画素において、前記第２の波長帯域では、前記第１の透過軸方向に直交する方向の前記透過率の、前記第１の透過軸方向の前記透過率に対する比率が０．５以下であり、前記第１の波長帯域では、前記第１の透過軸方向に直交する方向の前記透過率の、前記第１の透過軸方向の前記透過率に対する比率が０．５より大きいことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の撮像素子。
  10. 前記撮像素子は、複数の前記第１の偏光画素を備え、
    前記複数の前記第１の偏光画素は、複数の偏光画素を含み、
    前記複数の偏光画素それぞれの、前記撮像素子が感度を有する各波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率と前記第１の透過軸方向に直交する方向の前記透過率との差それぞれを要素とするベクトルＶ１のうち、互いに線形独立なベクトルＶ１が、前記撮像素子が感度を有する波長帯域の数以上存在し、
    前記複数の偏光画素それぞれの、前記撮像素子が感度を有する各波長帯域における前記第１の透過軸方向の前記透過率と前記第１の透過軸方向に直交する方向の前記透過率との和それぞれを要素とするベクトルＶ２のうち、互いに線形独立なベクトルＶ２が、前記撮像素子が感度を有する波長帯域の数以上存在することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の撮像素子。
  11. 前記第１の偏光画素において、
    前記第２の波長帯域では、前記第１の透過軸方向に直交する方向の前記透過率の、前記第１の透過軸方向の前記透過率に対する比率が０．２以下であり、
    前記第２の偏光画素において、
    前記第２の波長帯域では、前記第２の透過軸方向に直交する方向の前記透過率の、前記第２の透過軸方向の前記透過率に対する比率が０．２以下であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の撮像素子。
  12. 形状異方性を備える構造体が周期的に配列された偏光カラーフィルタを更に有することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の撮像素子。
  13. 前記構造体は、シリコン、ビスマスフェライト、およびガリウム砒素の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の撮像素子。
  14. 請求項１乃至１３の何れか一項に記載の撮像素子と、
    該撮像素子からの出力を処理する処理部とを有することを特徴とする撮像装置。
  15. 前記処理部からの出力を用いて偏光情報を算出する算出部を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7533350B2 (ja) * 2021-05-12 2024-08-14 株式会社デンソー 画像センサ、撮像装置、および画像処理方法
CN115060292B (zh) * 2022-08-05 2022-11-11 中国人民解放军国防科技大学 一种基于正弦拟合的仿生导航视觉传感器消光比测评方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015015722A1 (ja) 2013-07-29 2015-02-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学フィルタおよびそれを用いた偏光撮像装置
JP2017038011A (ja) 2015-08-12 2017-02-16 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント 撮像素子、イメージセンサ、撮像装置、および情報処理装置
JP2018036314A (ja) 2016-08-29 2018-03-08 富士フイルム株式会社 偏光イメージセンサーおよび偏光イメージセンサーの製造方法
JP2019101123A (ja) 2017-11-29 2019-06-24 オリンパス株式会社 偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系及び光学機器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3828519A3 (en) * 2007-05-31 2021-10-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Image processing device
JP5764747B2 (ja) * 2011-09-02 2015-08-19 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 偏光撮像素子および内視鏡
WO2013175686A1 (ja) * 2012-05-22 2013-11-28 パナソニック株式会社 撮像処理装置および内視鏡
JP2016171368A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 株式会社東芝 撮像装置、撮像素子、及び撮像方法
JP6903396B2 (ja) * 2015-10-14 2021-07-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び撮像装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015015722A1 (ja) 2013-07-29 2015-02-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学フィルタおよびそれを用いた偏光撮像装置
JP2017038011A (ja) 2015-08-12 2017-02-16 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント 撮像素子、イメージセンサ、撮像装置、および情報処理装置
JP2018036314A (ja) 2016-08-29 2018-03-08 富士フイルム株式会社 偏光イメージセンサーおよび偏光イメージセンサーの製造方法
JP2019101123A (ja) 2017-11-29 2019-06-24 オリンパス株式会社 偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系及び光学機器

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