JPWO2013094121A1 - 撮像装置および電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ステレオ画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段を不要とする。【解決手段】被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部がマトリクス状に配設された固体撮像素子２と、この固体撮像素子２の撮像面に１つの焦点を持つレンズ手段３とを有し、このレンズ手段３の異なる位置に入射した被写体からの各画像光を複数の画像として固体撮像素子２の所定撮像領域毎の複数の撮像領域で同時または時系列に露光して撮像するようになっている。

Description

本発明は、立体視のステレオ画像などの複数画像を撮像可能とするステレオ撮像装置を含む立体視の撮像装置および、この撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびコンパクトデジタルカメラ、ミラーレス一眼カメラ、デジタル一眼レフカメラなどのデジタルスチルカメラ（デジタルカメラ）や、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置、その他、スマートフォン、自走式掃除機のセンサおよびエアコンの人検知センサなどの電子情報機器に関する。

従来のステレオ撮像装置は人間の目のように２つのカメラを左右に並べて撮影するものであった。つまり、左右の２つのカメラにより左右画像が撮影されて左右画像データを得る。左右画像データはフレーム毎やライン毎などに合成されて立体視画像データが得られる。

図１６は、従来のステレオ撮像装置の要部構成例を模式的に示す構成図である。

図１６において、従来のステレオ撮像装置１００は、左右２つのレンズ手段１０１，１０２と、レンズ手段１０１によって光が集光される固体撮像素子１０３と、レンズ手段１０２によって光が集光される固体撮像素子１０４とが設けられて、レンズ手段１０１，１０２により固体撮像素子１０３，１０４の各撮像面に焦点を結んで、固体撮像素子１０３，１０４により左右の画像光が別々に撮像される。なお、このレンズ手段１０１，１０２は一枚の凸レンズで簡易に表現しているが、もちろん一枚の凸レンズであってもよいが、通常は複数のレンズの組み合わせで構成される。

例えば非特許文献１に掲載された２０１１年発売のシャープ株式会社製スマートフォンＳＨ−１２Ｃは、左右２つの独立したカメラが搭載されてステレオ撮像装置を構成している。２つの独立した左右のカメラで同時に撮影したステレオ画像を視差バリア方式３Ｄディスプレイで表示することにより、立体感を表現することができる。

上述のような従来のステレオ撮像装置では、２つのカメラが独立しているために左右の画像の位置関係が正確に固定できないという問題がある。左右の画像の位置関係が正確に固定できないと、被写体に対する距離が正確に得られないことから正確な立体画像を得ることができない。これに対して、例えば特許文献１では、ステレオ画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段が提案されている。視差がない部分が左右の画像において同一の位置になるようにトリミングして補正する。

また、このような補正を必要としない手段として、特許文献２のような１つのカメラでステレオ撮影する手段が提案されている。特許文献２では、撮像領域を大きく２つに分割し、それぞれに異なる指向性の光を受光する画素を配置して、異なる視差を有する画像を取得している。

これらの特許文献２について図１７を用いて更に詳細に説明する。

図１７は、特許文献２に開示されている従来の撮像部の構成例を詳細に示す断面図である。

図１７において、従来の撮像部１００は、距離測定装置に利用され、レンズ１０１からの入射光Ｌ１をビームスプリッタ１０２により入射角特性の等しい２つの光束Ｌ１１、Ｌ１２に分解し、これら２つの光束Ｌ１１、Ｌ１２をそれぞれ右目用及び左目用の撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌにより撮像する。

これらの撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌは、最大感度となる入射角の方向が撮像面の正面方向より偏った方向に設定され、この偏った方向が異なる方向に設定される。これにより撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌは、それぞれ撮像面の正面方向に対して偏った特性に指向性が設定されて、指向性が異なるように形成される。撮像部１００は、これらの撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌによる撮像結果を右目用および左目用の撮像信号ＳＲおよびＳＬとして出力する。

これにより、光学系による入射光を入射角特性の等しい２つの光束に分離した後に、各光束をそれぞれ右目用および左目用の撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌにより撮像して視差を有する右目用及び左目用の撮像結果を取得するようになされ、その分、光学系により視差を有する２つの光束を生成する場合に比べて、光学系の構成を簡略化し、さらには小型化するようになされている。

右目用および左目用の撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌは、例えばＣＣＤ固体撮像素子であり、半導体基板１０４上にマトリクス状にフォトセンサ１０５、このフォトセンサ１０５による蓄積電荷を順次転送して出力するレジスタが形成された後、表面にカラーフィルタ、オンチップマイクロレンズ１０６が形成されて作成される。撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌは、このオンチップマイクロレンズ１０６による入射瞳の設定により、最大感度となる入射角の方向が撮像面の正面方向より偏った方向に設定されている。

具体的に、右目用の撮像素子１０３Ｒは、フォトセンサ１０５に対して、所定間隔ＴＲだけオンチップマイクロレンズ１０６が水平方向に偏って作成される。また、左目用の撮像素子１０３Ｌは、フォトセンサ１０５に対して、右目用の撮像素子１０３Ｒとは逆方向に、所定間隔ＴＬだけオンチップマイクロレンズ１０６が偏って作成される。

これによって、右目用および左目用の撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌは、ビームスプリッタ１０２により分離された２つの光束Ｌ１１、Ｌ１２から、それぞれ右目用および左目用に係る到来方向の光を選択的に入射して受光し、視差を有する右目用および左目用の撮像結果を出力する。

特許第４２２５７６８号公報 特開２００６−１６５６０１号公報

ＳＨ−１２Ｃ製品カタログ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｈａｒｐ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｓｈ１２ｃ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ

特許文献１および非特許文献１に開示されている上記従来のステレオ撮像装置では、左右２つのカメラが独立しているために、左右２つのカメラの固定時に正確に固定することができず、ステレオ画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段が必要である。２つのカメラが水平に並んだ状態で撮影しないと有効なステレオ画像が得られない。

特許文献２に開示されている上記従来のステレオ撮像装置１００では、ビームスプリッタ１０２で入射光を分けて指向性のある位置に設けられた右目用および左目用の撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌに割り振っている。これらのビームスプリッタ１０２および右目用および左目用の二つの撮像素子１０３Ｒ、１０３Ｌを正確に固定することができない場合には、ステレオ画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段が必要となる。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、ステレオ画像などの立体画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段を不要とすることができる撮像装置および、この撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、撮像面に１つの焦点を持つレンズ手段を有した撮像装置であって、該撮像面には複数の画素がマトリクス状に配設された１つの固体撮像素子を有し、該画素には単一の開口部が設けられた遮光層と、該開口部を通過した斜め光をそれぞれ異なる方向に分離して受光する複数の受光領域を有し、該撮像面に入射した被写体からの光を、該画素毎で異なる指向性をもった複数の光に分離してそれぞれ光電変換し、複数の画像として同時に撮像するように構成されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の撮像装置において、分離された複数の画像光は、前記固体撮像素子の前記画素毎に設けられた複数の受光領域で撮像されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置におけるレンズ手段の右側に入射した右画像と該レンズ手段の左側に入射した左画像とを前記固体撮像素子で受光してステレオ撮像する。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置におけるレンズ手段の平面視で縦方向中心部
帯状に遮光部材が設けられ、前記レンズ手段が右側領域と左側領域に該遮光部材で分けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置におけるレンズ手段の平面視で上端領域と下端領域に遮光部材が設けられ、該レンズ手段の光通過領域が上下端から狭められた横方向の中央領域である。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素には遮光層が設けられ、該遮光層に単一の開口部が設けられ、該画素には、該遮光層の開口部を通過した斜め光を受光する複数の受光領域が設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素には前記遮光層の上に前記画素毎の所定の色配列のカラーフィルタが設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素には前記遮光層または前記カラーフィルタの上に反射防止膜が設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎の複数の受光領域は、縦方向または横方向の開口部を通過した斜め光を受光する左右または上下二つの受光領域から構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎の縦方向または横方向の開口部は、スリット状または短冊状で縦長または横長の開口部であり、該開口部を通して横方向または縦方向に指向性のある方向に左右または上下二つの受光領域が設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子には、平面視で前記遮光層の開口部の周囲に複数の受光領域が前記画素毎に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における遮光層の開口部の形状は平面視で十字形状であり、前記固体撮像素子には、該十字形状で４分割される縦と横の各１／２辺をそれぞれ１辺とする４つの４角形状に４つの受光領域が前記画素毎に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における遮光層の開口部の形状は平面視で中央に４角形状に形成されており、前記固体撮像素子には、該中央の４角形状の縦辺と横辺の隣接する２辺にそれぞれ平行で各角部が隣接する４つの４角形状に４つの受光領域が前記画素毎に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎の遮光層の開口部の形状は平面視で中央に多角形状に形成されており、前記固体撮像素子には、該中央の多角形状の開口部の全辺に上辺が平行で隣接し、該多角形状から離れるほど面積的に広がる全辺の数と同数の台形状に受光領域が前記所定撮像領域毎に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における遮光層の開口部の形状は平面視で中央に４角形状であり、前記固体撮像素子には、該中央の４角形状の４辺に各上辺が平行で、該４角形状から離れるほど面積的に広がる４つの台形状に４つの受光領域が前記画素毎に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における遮光層の開口部の形状は平面視で中央に８角形状であり、前記固体撮像素子には、該中央の８角形状の８辺に各上辺が平行で、該８角形状から離れるほど面積的に広がる８つの台形状に８つの受光領域が前記画素毎に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における遮光層の開口部の形状は平面視で中央に円形状であり、前記固体撮像素子には、該中央の円形状の周囲に、該円形状から離れるほど幅が広がる複数の扇形状に前記複数の受光領域が前記画素毎に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における画素毎の複数の受光領域は平面視で左右に設けられ、右斜め方向に指向性のある右画像用の受光領域と、左斜め方向に指向性のある左画像用の受光領域とが一対になったステレオ画素構造を有する。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における画素毎の複数の受光領域は２×２のアレイ状に配置された４つの受光領域で構成され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における画素毎の複数の受光領域は、十字状またはＸ字状に分割配置され、上下方向および左右方向、または、右上から左下への斜め方向および左上から右下への斜め方向に配置された４つの受光領域で構成され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における複数の受光領域は、前記画素域毎に、平面視で中央部の前記遮光層の開口部から放射状に複数に分離して配置された各受光領域で構成されており、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎に遮光層の中央の開口部に対応する位置の下方に単一の中央の受光領域がに更に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎に遮光層の開口部の下方位置に単一の中央の受光領域が更に設けられ、該開口部からの指向性のない光を該単一の受光領域で受光する。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎の複数の受光領域は、３×３のアレイ状に配置された９つの受光領域で構成され、指向性のない光を受光する中央の受光領域と、該中央の受光領域の周囲に配置され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光する周囲の８つの受光領域とを有する。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎に遮光層の中央の開口部に対応した中央の受光領域と、該中央の受光領域の上下位置および左右位置に隣接して配置された周囲４つの受光領域とを有し、該中央の受光領域により指向性のない光を受光し、該周囲４つの受光領域によりそれぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎に遮光層の外形形状と該遮光層の中央の開口部の形状が共に４角形状で、該開口部の４角形の各角部が該遮光層の外形形状の各辺にそれぞれ対向して配置され、平面視で該中央の開口部の各辺に底辺が隣接対向して配置された、４角形の四隅部を構成する４つの三角形状に４つの受光領域が構成され、該中央の開口部に対応する位置の下方に中央の受光領域が配設され、該中央の受光領域により指向性のない光を受光し、該中央の受光領域の周囲に配設された該４つの受光領域により、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎に中央の受光領域に対してその周囲の複数の受光領域の面積的な大きさが同一であるかまたは異なっている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における固体撮像素子において、前記画素毎に中央の受光領域がその周囲の複数の受光領域のそれぞれに比べて面積的な大きさが大きくまたは小さく構成されている。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

本発明においては、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部がマトリクス状に配設された固体撮像素子と、固体撮像素子の撮像面に一つの焦点を持つレンズ手段とを有し、レンズ手段の異なる位置に入射した被写体からの各画像光を複数の画像として固体撮像素子の所定撮像領域毎の複数の撮像領域で撮像するように構成されている。

これによって、レンズ手段の異なる位置に入射した被写体からの各画像光を複数の画像として固体撮像素子の複数領域で撮像するので、ステレオ画像などの立体画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段を不要とすることが可能となる。

以上により、本発明によれば、一つのレンズ手段の異なる位置に入射した被写体からの各画像光を複数の画像として一つの固体撮像素子の複数領域で撮像するため、ステレオ画像などの立体画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段を不要とすることができる。

本発明の実施形態１における撮像装置の光学系撮像構造の要部構成図である。 本発明の実施形態１の撮像装置におけるレンズ手段の変形例を示す平面図である。 本発明の実施形態１の撮像装置におけるレンズ手段の他の変形例を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２の撮像装置における具体例としての固体撮像素子の画素部の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の固体撮像素子の平面図である。 （ａ）は、従来のステレオ撮像装置におけるマイクロレンズおよびカラーフィルタ、固体撮像素子を含む画素部の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の固体撮像素子の平面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２の撮像装置におけるカラーフィルタ、配線層および固体撮像素子を含むの画素部の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の固体撮像素子の平面図である。 図６（ａ）の撮像装置においてカラーフィルタの上方に反射防止膜を加えた場合の縦断面図である。 本発明の実施形態３の撮像装置における固体撮像素子の画素部の遮光層の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の一例を示す平面図である。 本発明の実施形態３の撮像装置における固体撮像素子の画素部の遮光層の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の他の一例を示す平面図である。 本発明の実施形態３の撮像装置における固体撮像素子の画素部の遮光層の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の別の一例を示す平面図である。 本発明の実施形態３の撮像装置における固体撮像素子の画素部の遮光層の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の更に別の一例を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態４の撮像装置におけるカラーフィルタ、遮光層および固体撮像素子を含む画素部の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の遮光層および固体撮像素子の平面図である。 本発明の実施形態４の撮像装置における固体撮像素子の画素部の遮光層の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の一例を示す平面図である。 本発明の実施形態４の撮像装置における固体撮像素子の画素部の遮光層の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の他の一例を示す平面図である。 本発明の実施形態５として、本発明の実施形態１〜４のいずれかの撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 従来のステレオ撮像装置の要部構成例を模式的に示す構成図である。 特許文献２に開示されている従来の撮像部の構成例を詳細に示す断面図である。

１，１１〜１６、１６Ａ〜１６Ｄ、１７〜１９ 撮像装置
２ 固体撮像素子
２ａ，２１ａ 右画像用フォトダイオード
２ｂ，２１ｂ 左画像用フォトダイオード
２２、２３、２６〜３０ フォトダイオード
２９ａ、３０ａ 中央のフォトダイオード
３、３１，３２ レンズ手段
３１１、３２１ 右側レンズ領域
３１２、３２２ 左側レンズ領域
４，４１ 遮光層
４ａ，４１ａ 開口部
４２ 帯状の遮光板
４３ａ，４３ｂ 帯状の遮光板
４４〜５０ 遮光層
４４ａ〜５０ａ 開口部
５ カラーフィルタ
６ 反射防止膜
９０ 電子情報機器
９１ メモリ部
９２ 表示部
９３ 通信部
９４ 画像出力部
Ｃ 垂直中心線

以下に、本発明のステレオ撮像装置を含む立体視の撮像装置の実施形態１として光学系撮像構造について説明し、本発明のステレオ撮像装置を含む立体視の撮像装置の実施形態２〜４として撮像部である固体撮像素子の画素撮像構造について説明し、これらのステレオ撮像装置を含む立体視の撮像装置の実施形態１〜４のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態５について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における撮像装置の光学系撮像構造の要部構成図である。

図１において、本実施形態１の撮像装置１は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の画素がマトリクス状に配設された固体撮像素子２と、この固体撮像素子２の撮像面に一つの焦点を持つレンズ手段３とを有し、このレンズ手段３の異なる位置に入射した被写体からの各画像光を複数の画像として固体撮像素子２の画素毎の複数の受光領域で同時または時系列に露光して撮像するようになっている。固体撮像素子２からの複数の画像データ、例えば左右２つの画像データはフレーム毎や１ライン毎または複数のライン毎などに信号合成手段で合成された後に、信号処理手段で所定の信号処理(ＡＤ変換、ホワ
イトバランス、色補間およびガンマ補正など）が為されてカラー画像の立体視画像データに変換される。

集光用の凸レンズ構成のレンズ手段３は、固体撮像素子２の撮像面に一つの焦点を持ち、通常のカメラと同様に撮像面に結像できるものであれば複数のレンズの組み合わせによるレンズシステムであってもよい。レンズ手段３の右側に入射した右画像の光と、レンズ手段３の左側に入射した左画像の光は、固体撮像素子２に入射する方向が左右に分かれていることを利用して右側領域と左側領域により画像が分離し、固体撮像素子２の画素毎に設けられた右側受光領域と左側受光領域に対応した右画像データと左画像データを得ることができる。

レンズ手段３の右側に入射した右画像と左側に入射した左画像とを固体撮像素子２の画素毎に設けられた右側受光領域と左側受光領域でステレオ撮像することができる。この場合、従来のように複数の固体撮像素子で撮像するのはなく、一つの固体撮像素子２で右画像と左画像の少なくとも２画像のステレオ画像を一度に取得することが可能となるため、ステレオ画像から画像の傾きおよび画像の位置ずれを補正する従来必要であった手段を不要とすることができる。

以上では、一つのレンズ手段３の異なる位置、例えば左右二つの領域に入射した被写体からの左右の各画像光を固体撮像素子２の画素毎における受光領域、例えば左右の受光領域で同時に撮像する場合について説明したが、これに加えて、指向性の低い光を排除するために一つのレンズ手段３の一部を遮光する場合について図２および図３を用いて説明する。

図２は、本発明の実施形態１の撮像装置におけるレンズ手段の変形例を示す正面図である。

図２において、本実施形態１の変形例の撮像装置１４は、レンズ手段３１の平面視で縦方向中心部帯状に遮光部材としての遮光板４２が設けられ、レンズ手段３１が右側レンズ領域３１１と左側レンズ領域３１２に遮光板４２で左右に分けられている。要するに、レンズ手段３１の上下方向（縦方向）の垂直中心線Ｃに沿って所定幅の帯状の遮光部材としての遮光板４２が設けられ、レンズ手段３１が右側レンズ領域３１１と左側レンズ領域３１２に遮光板４２により左右にレンズ領域が分けられている。中央の帯状の遮光板４２で遮られた光は、指向性に乏しく視差がないために不必要である。

レンズ手段３１の正面からみて中央部に光を遮る帯状の遮光板４２が設けられ、レンズ手段３１の左右画像を別々の撮像領域で撮像する。即ち、レンズ手段３１の右側に入射した右画像とレンズ手段３１の左側に入射した左画像とを固体撮像素子２の左右二つの撮像領域で受光して撮像する。

即ち、本実施形態１の変形例の撮像装置１４において、遮光板４２によって隔てられたレンズ手段３１の右側レンズ領域３１１と左側レンズ領域３１２からの左右の入射光は、画素毎に所定の色配列のカラーフィルタを通して一つの固体撮像素子２の左右二つの撮像領域にそれぞれ設けられた複数のフォトダイオードにそれぞれ斜め方向に分かれて入射して左右二つの撮像領域にそれぞれ設けられた複数のフォトダイオードでそれぞれ受光してそれぞれ光電変換される。さらに、本実施形態１の撮像装置１４において、カラーフィルタの上方に反射防止膜が設けられていてもよく、この場合、反射防止膜により左右からの斜めの入射光の反射が抑えられて光の利用効率が向上する。

次に、一つのレンズ手段３の一部を遮光する場合において、図２の場合とは別の変形例について図３を用いて説明する。

図３は、本発明の実施形態１の撮像装置におけるレンズ手段の別の変形例を示す平面図である。

図３において、本実施形態１の別の変形例の撮像装置１５において、レンズ手段３２の平面視で上端領域と下端領域に遮光部材としての帯状の遮光板４３ａ，４３ｂが設けられ、レンズ手段３２の開口部が上下から狭められた横方向の中央領域である。要するに、レンズ手段３２の上端部と下端部の上または下を覆うように、上下方向の垂直中心線Ｃに直交するように横方向短冊状の遮光板４３ａ，４３ｂがそれぞれ設けられ、遮光板４２ａ，４２ｂによりレンズ手段３２の開口領域が上下から狭められている。

このように、レンズ手段３２の正面から見て上端と下端に横方向短冊状の遮光板４３ａ，４３ｂが設けられ、開口部が上下に狭められているレンズ手段３２の左右画像を別々に撮影することができる。即ち、レンズ手段３２の右側に入射した右画像とレンズ手段３２の左側に入射した左画像とを固体撮像素子２の左右二つの撮像領域で受光して撮像する。レンズ手段３２の左右に遠い位置への入射光の視差が大きいため、レンズ手段３２の開口部が左右に横長の方が左右の画像分離が取りやすい。この場合の遮光部分は不要なため切り取ることで小型にすることも可能である。

即ち、本実施形態１の別の変形例の撮像装置１５において、遮光板４３ａ，４３ｂによって上端および下端が遮光されたレンズ手段３２の右側レンズ領域３２１と左側レンズ領域３２２からの左右の入射光は、画素毎に所定の色配列のカラーフィルタを通して一つの固体撮像素子２の左右二つの撮像領域にそれぞれ設けられた複数のフォトダイオードにそれぞれ斜め方向に分かれて入射して左右二つの撮像領域にそれぞれ設けられた複数のフォトダイオードでそれぞれ受光してそれぞれ光電変換される。さらに、本実施形態１の撮像装置１５において、カラーフィルタの上方に反射防止膜が設けられていてもよく、この場合、反射防止膜により左右からの斜めの入射光の反射が抑えられて光の利用効率が向上する。

以上により、本実施形態１によれば、構造的に１台のカメラ（一つの固体撮像素子２）で撮像装置１を実現できるものであり、従来のようにステレオ画像などの複数画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段が必要なくなる。左右のカメラを一つのレンズ手段３で実現するため、左右を大きく離すことは困難になるが、左右を近づけることは容易であり、従来技術では不可能であったレンズ近接の撮影にも対応できる。また、コスト面でも複数のカメラを１台のカメラに集約することができて大きくコスト低減ができる。

したがって、レンズ手段３の異なる位置に入射した被写体からの各画像光を複数の画像として固体撮像素子２の複数領域で撮像するため、従来のように解像度の悪化がなく、ステレオ画像を含む立体画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段を不要とすることができる。

また、一つのレンズ手段３の光指向性が少ない一部を遮光するため、左右の画像の分離が容易になって、ステレオ画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段を不要とすることができる。

なお、本実施形態１では、撮像装置の光学系撮像構造として１つのレンズ手段３および１つの固体撮像素子２でステレオ撮影を含む立体撮影できる場合について説明したが、これに限らず、撮像装置の画素撮像構造として、各画素毎に単一の開口部と複数のフォトダイオードを持ち、異なる指向性の光を受光するように構成してもよい。撮像装置の画素撮像構造については次の実施形態２〜４で詳細に説明する。

要するに、本実施形態１の光学系撮像構造として、固体撮像素子２の所定撮像領域毎の複数の受光領域は、固体撮像素子２の全撮像領域に対する複数の受光領域であってもよい。この場合、一つの固体撮像素子２の全撮像領域に対して遮光層の指向性光分離用の開口部が設けられ、その開口部に対して各指向性光を受光する複数の受光領域が設けられていてもよく、遮光層の指向性光分離用の開口部がなくともよい。

画素撮像構造として、固体撮像素子２の所定撮像領域毎の複数の受光領域は、固体撮像素子２に設けられた複数の受光部（複数の画素）の各受光部毎（画素毎）に複数の受光領域が設けられていてもよい。この場合、一つの固体撮像素子２における複数の受光部（複数の画素）の各受光部毎（画素毎）に指向性光分離用の遮光層の開口部が設けられ、その開口部毎に各指向性光を受光する複数の受光領域が設けられている。

これらの光学系撮像構造と画素撮像構造の中間概念として、固体撮像素子２の全撮像領域を分割した複数の所定撮像領域を設け、所定撮像領域毎に複数の受光領域が設けられていてもよい。この場合、一つの固体撮像素子２の各所定撮像領域に対してそれぞれ遮光層の指向性光分離用の開口部が設けられ、その開口部毎に各指向性光を受光する複数の受光領域が設けられていてもよい。複数の所定撮像領域はそれぞれ、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部（複数の画素）がマトリクス状に配設されている。

（実施形態２）
上記本実施形態１では、光学系撮像構造について説明したが、本実施形態２では、画素撮像構造として、各受光部毎（画素毎）に、指向性光分離用の開口部が遮光層に設けられ、かつその下方位置に複数の受光領域が設けられている場合について説明する。

図４（ａ）は、本発明の実施形態２の撮像装置１１における具体例としての配線層および固体撮像素子２の縦断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の配線層の平面図である。図４（ｂ）では６画素分を示しているが、実際は、画素はマトリクス状に多数配設されている。この場合は、カラーフィルタが載っていない白黒画像の場合にも使えるし、カラーフィルタが載っているカラー画像の場合も用いることができる。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本実施形態１の撮像装置１１において、図示しないレンズ手段３と固体撮像素子２との間または固体撮像素子２の上方に遮光層４が設けられ、遮光層４（配線層）に受光部毎（画素毎）に指向性光分離用の開口部４ａが設けられ、固体撮像素子２には、遮光層４の開口部４ａを通過した指向性のある斜め光を受光する複数の受光領域Ａ，Ｂが受光部毎（画素毎）に設けられている。

さらに具体的に説明すると、上記画素毎の複数の受光領域は、ここでは、縦方向でスリット状などの開口部４ａを通過した指向性のある斜め光を受光する横方向（縦方向に直交する横方向）に分離した左右二つの受光領域Ａ，Ｂから構成されている。半導体基板の表面層に固体撮像素子２が設けられ、固体撮像素子２はステレオ画素などの複数画像の配列、例えば画素毎に左右に二つの受光領域Ａ，Ｂを備える。一つのステレオ画素は、左右二つの受光領域Ａ，Ｂとして右画像用フォトダイオード２ａと左画像用フォトダイオード２ｂの対で構成される。左右のフォトダイオード２ａ，２ｂは遮光層（配線層）４のアルミニュウム材料などの金属材料を用いて導電性と共に遮光性をも兼ねているが、左右のフォトダイオード２ａ，２ｂ間の上方の遮光層４には、スリット状または短冊状で縦長の開口部４ａが設けられている。このため、入射光の斜め光は、開口部４ａを通して指向性のある斜め方向に左右のフォトダイオード２ａ，２ｂの位置まで分離して届く。つまり、右方向から斜めに入射する右画像の入射光は右画像用のフォトダイオード２ａに入射し、左方向から斜めに入射する左画像の入射光は左画像用のフォトダイオード２ｂに入射するようになっている。このようにして、一つのステレオ画素により左右画像を同時に撮像することができる。したがって、複数のステレオ画素がマトリクス状に配列されてステレオ画像が一枚の固体撮像素子２により同時に撮像することができる。

これに対して、本実施形態２の構成と従来技術を比較する。

図５（ａ）は、従来の撮像装置におけるマイクロレンズおよびカラーフィルタ、配線層、固体撮像素子を含む画素部の縦断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のマイクロレンズおよびカラーフィルタ、配線層、固体撮像素子の位置関係を模式的に示す平面図である。

図５（ａ）および図５（ｂ）の従来技術では、入射光は画素毎のマイクロレンズ１１１を通して集光され、所定の色配列（例えばベイヤ配列）のカラーフィルタ１１２のそれぞれを通過した後に、各色の入射光は画素毎の配線層１１３の開口部１１３ａを介してフォトダイオード１１４に入射されて光電変換される。これが、立体視のために右画像用と左画像用で２セット必要である。

図５（ａ）および図５（ｂ）の従来技術と図４（ａ）および図４（ｂ）の本実施形態２との構成上の違いは、本実施形態２では、入射光はスリット状の開口部４ａを通して絞られて斜めに左右のフォトダイオード２１ａ，２１ｂに右画像用と左画像用に画像分離されて一つの固体撮像素子２で立体撮像をすることができる。従来技術の配線層１１３の開口部１１３ａはフォトダイオード１１４の受光サイズに対応したサイズに開口しているのに対して、本実施形態２における遮光層４（配線層）の開口部４ａは細長いスリット状または短冊状に開口して指向性光を左右に分離している。このように、右画像用と左画像用に画像分離された一つの固体撮像素子２で構成されていることから、ステレオ画像などの複数画像から画像の傾きおよび画像の位置ずれを補正する従来必要であった手段を不要とすることができる。

本実施形態２の撮像装置１１の具体例についてさらに説明する。

図６（ａ）は、本発明の実施形態２の撮像装置におけるカラーフィルタ、配線層および固体撮像素子を含む画素部の縦断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の配線層および固体撮像素子の平面図である。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、本実施形態２の撮像装置１２において、レンズ手段３からの左右斜め光を含む入射光は画素毎に所定の色配列のカラーフィルタ５を通して遮光層（配線層）４１の細長いスリット状の開口部４１ａから画素毎の左右のフォトダイオード２１ａ、２１ｂにそれぞれ斜め方向に分かれて入射して左右のフォトダイオード２１ａ、２１ｂで画素毎にそれぞれ受光して光電変換される。画素毎の左右のフォトダイオード２１ａ、２１ｂは、平面視において、縦方向の細長いスリット状または短冊状の開口部４１ａ下の左右位置に配列されている。これによって、右上から左下への斜め光（右入射光）は、遮光層４１の開口部４１ａを通過してフォトダイオード２１ａに入射する。また、左上から右下への斜め光（左入射光）は、遮光層４１の開口部４１ａを通過してフォトダイオード２１ｂに入射する。

図７は、図６（ａ）の撮像装置においてカラーフィルタの上方に反射防止膜を加えた場合の縦断面図である。

図７において、本実施形態２の撮像装置１３において、カラーフィルタ５の上方には反射防止膜６が設けられて、左右からの斜めの入射光の反射を抑えている。左右斜めからの入射光は反射防止膜６で反射することなく効率的に吸収されて画素毎に所定の色配列のカラーフィルタを通して遮光層（配線層）４１の細長いスリット状または短冊状の開口部４１ａから画素毎の左右のフォトダイオード２１ａ、２１ｂにそれぞれ斜め方向に分かれて入射して左右のフォトダイオード２１ａ、２１ｂで画素毎にそれぞれ受光して光電変換される。ここでは、反射防止膜６をカラーフィルタ５の上方に設けて左右斜め方向からの入射光の入射効率を改善している。これらの左右のフォトダイオード２１ａ、２１ｂは左右からの斜め光を選択する位置に配置されている。

以上により、本実施形態２によれば、画素撮像構造として、各受光部毎（画素毎）に、指向性光分離用の開口部が遮光層に設けられ、かつ複数の受光領域が設けられているため、構造的に１台のカメラ（一つの固体撮像素子２）で撮像装置１１〜１３のいずれかを実現できるものであり、従来のようにステレオ画像などの複数画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段が必要なくなる。左右を大きく離すことは困難になるが、左右を近づけることは容易であり、従来技術では不可能であったレンズ近接の撮影にも対応できる。また、コスト面でも複数のカメラを１台のカメラに集約することができて大きくコスト低減ができる。

（実施形態３）
上記実施形態２では、画素撮像構造として、一つのレンズ手段３の異なる位置、左右二つの領域に入射した被写体からの左右の各画像光を固体撮像素子２の所定撮像領域、例えば各受光部毎（画素毎）に左右の受光領域で同時に撮像する場合について説明したが、本実施形態３では、画素撮像構造として、上記実施形態１の内容に加えて、人間は左右方向の視差で立体画像を見ているが、上下方向の視差で立体画像を得ても良いし、左右方向および上下方向、さらには斜め方向を含めた複数の指向性により良好な立体画像を得てもよく、この観点から配線層の開口部形状とその下の複数の受光領域形状との関係について説明する。

本実施形態３の撮像装置１６において、レンズ手段３と固体撮像素子２（例えば各受光部としてのフォトダイオード）との間に遮光層４が設けられ、遮光層４に受光部毎に指向性光分離用の開口部４ａが設けられ、固体撮像素子２には、遮光層４の開口部４ａを通過した指向性のある斜め光を受光する複数の受光領域が設けられている。さらに、レンズ手段３と遮光層４との間に、受光部毎の所定の色配列のカラーフィルタ５が設けられ、レンズ手段３とカラーフィルタ５との間に反射防止膜６が設けられている。もちろん、カラーフィルタ５上に対応して画素毎のマイクロレンズが設けられていてもよい。

要するに、本実施形態３の撮像装置１６では、受光部毎（画素毎）に複数の受光領域としての２つ以上のフォトダイオードとそれぞれに対応した読出し回路とが設けられ、画素毎の２つ以上のフォトダイオードの上には単一の開口部４ａを持った遮光層４を備え、開口部４ａからの斜め光を２つ以上のフォトダイオードにそれぞれ異なる方向に分離して受光させるようになっている。

ここで、遮光板の開口部形状とその下の受光領域形状との関係について説明する。

図８は、本発明の実施形態３の撮像装置１６における遮光板の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の一例を示す平面図である。左右方向および上下方向とは別に、右上から左下、右下から左上、左上から右下および左下から右上への斜め方向の４方向の視差によって立体画像を得る場合である。

図８に示すように、本実施形態３の撮像装置１６Ａにおいて、レンズ手段３と固体撮像素子２（例えば各受光部としてのフォトダイオード）との間に遮光層４４が設けられ、遮光層４４に受光部毎に開口部４４ａが設けられ、受光部毎に単一の開口部４４ａの形状が十字型である。固体撮像素子２には、遮光層４４の十字型の開口部４４ａを通過した斜め光を受光する４つの受光領域としての４つのフォトダイオード２２が設けられている。さらに、レンズ手段３と遮光層４４との間には、受光部毎の所定の色配列のカラーフィルタ５が設けられ、レンズ手段３とカラーフィルタ５との間に反射防止膜６が設けられている。

遮光層４４の十字型の開口部４４ａに対して、開口部４４ａの十字型に隔離された状態で、固体撮像素子２には、受光部毎に、十字型の縦辺と横辺を各１／２辺（十字の線幅がないとした場合）を１辺とする４つの４角形状に４つのフォトダイオード２２が設けられている。即ち、遮光層４４の開口部４４ａの形状は平面視で十字形状であり、固体撮像素子２には受光部毎に、十字型の開口部４４ａによって十字形状に分割された４つの４角形状に４つの受光領域としての４つのフォトダイオード２２が設けられている。これらの４つのフォトダイオード２３は左上から右下、左下から右上、右下から左上および右上から左下の４方向の斜め光をそれぞれ選択する位置に配置されている。

図９は、本発明の実施形態３の撮像装置１６における遮光板の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の他の一例を示す平面図である。右上から左下への斜め方向と左上から右下への斜め方向の２方向と、右下から左上への斜め方向と左下から右上への斜め方向の２方向との視差によって立体画像を得る場合である。

図９に示すように、本実施形態３の撮像装置１６Ｂにおいて、レンズ手段３と固体撮像素子２（例えば各受光部としてのフォトダイオード）との間に遮光層４５が設けられ、遮光層４５に受光部毎に指向性光分離用の開口部４５ａが設けられ、受光部毎に単一の開口部４５ａの形状が中央部に４角形（正方形または長方形であるが、ここでは正方形）である。固体撮像素子２には、遮光層４５の中央正方形の開口部４５ａを通過した指向性のある斜め光を受光する４つの受光領域としての４つの平面視４角形のフォトダイオード２３が設けられている。さらに、レンズ手段３と遮光層４５との間には、受光部毎の所定の色配列のカラーフィルタ５が設けられ、レンズ手段３とカラーフィルタ５との間に反射防止膜６が設けられている。

遮光層４５の中央正方形の開口部４５ａに対して、開口部４５ａの中央正方形の隣接する２辺に平行な角部が接するように、固体撮像素子２には、受光部毎に、４つの４角形状のフォトダイオード２３が設けられている。即ち、遮光層４５の開口部４５ａの形状は平面視で中央に４角形状であり、固体撮像素子２には、中央の４角形状の縦と横の隣接する２辺に平行で角部が接する４つの４角形状に４つの受光領域としてのフォトダイオード２３が受光部毎に設けられている。これらの４つのフォトダイオード２３は左上から右下、左下から右上、右下から左上および右上から左下の４方向の斜め光をそれぞれ選択する位置に配置されている。

図８および図９に示すように、画素部毎の複数の受光領域としての複数のフォトダイオード２２または２３は、平面視で十字状（後述の図１０）またはＸ字状（図８および図９）に分割配置され、上下方向および左右方向、または、右上から左下への斜め方向および左上から右下への斜め方向に配置された４つの受光領域で構成され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。また、見方を変えて説明すると、画素部毎の複数の受光領域としての複数のフォトダイオード２２または２３は２×２のアレイ状に配置された４つの受光領域で構成され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。このように、画素部毎のフォトダイオード２２または２３を２×２のアレイ状に４つ配置することにより、４つの指向性をもった画像を同時に撮影できる。これにより、上記実施形態１，２では左右２つのフォトダイオードが水平に並ぶ角度でないとステレオ撮影することができないが、固体撮像素子２を回転させた場合でも、ステレオ撮影することが可能になる。また、複数の画像データを補完することにより、ステレオ画像の精度を向上させることにも繋がる。

図１０は、本発明の実施形態３の撮像装置１６における遮光板の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の別の一例を示す平面図である。左右方向および上下方向の４方向の視差によって立体画像を得る場合である。

図１０に示すように、本実施形態３の撮像装置１６Ｃにおいて、レンズ手段３と固体撮像素子２（例えば各受光部としてのフォトダイオード）との間に遮光層４６が設けられ、遮光層４６に受光部毎に開口部４６ａが設けられ、受光部毎に単一の開口部４６ａの形状が中央部に多角形の４角形（正方形または長方形であるが、ここでは正方形）である。固体撮像素子２には、遮光層４６の中央正方形の開口部４６ａを通過した斜め光を受光する左右上下４つの受光領域としての４つの平面視４角形のフォトダイオード２６が設けられている。さらに、レンズ手段３と遮光層４６との間には、受光部毎の所定の色配列のカラーフィルタ５が設けられ、レンズ手段３とカラーフィルタ５との間に反射防止膜６が設けられている。

遮光層４６の中央正方形の開口部４６ａに対して、開口部４６ａの中央正方形の４辺に上辺が平行で隣接し、中央の正方形状から離れるほど面積的かつ幅が広がるように、固体撮像素子２には、受光部毎に、４つの台形状のフォトダイオード２６が設けられている。即ち、遮光層４６の開口部４６ａの形状は平面視で中央に４角形状であり、固体撮像素子２には、中央の４角形状の４辺に上辺が平行で、その４角形状から離れるほど面積的かつ幅が広がる４つの台形状に４つの受光領域としての各フォトダイオード２６が各受光部毎に設けられている。これらの４つのフォトダイオード２６は左から右、右から左、上から下および下から上の４方向の斜め光をそれぞれ選択する位置に配置されている。

図１１は、本発明の実施形態３の撮像装置１６における遮光板の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の更に別の一例を示す平面図である。左右方向および上下方向の４方向に加えて、右下から左上への斜め方向と左下から右上への斜め方向と右上から左下への斜め方向と左上から右下への斜め方向の４方向の合計８方向の視差によって立体画像を得る場合である。

図１１に示すように、本実施形態３の撮像装置１６Ｄにおいて、レンズ手段３と固体撮像素子２（例えば各受光部としてのフォトダイオード）との間に遮光層４７が設けられ、遮光層４７に受光部毎に指向性光分離用の開口部４７ａが設けられ、受光部毎に単一の開口部４７ａの形状がその中央部に多角形の８角形に形成されている。固体撮像素子２には、遮光層４７の画素中央の８角形の開口部４７ａを通過した指向性のある斜め光を受光する８つの受光領域としての８つのフォトダイオード２７が受光部毎に放射状に設けられている。さらに、レンズ手段３と遮光層４６との間には、受光部毎の所定の色配列のカラーフィルタ５が設けられ、レンズ手段３とカラーフィルタ５との間に反射防止膜６が設けられている。

遮光層４７の中央８角形の開口部４７ａに対して、開口部４７ａの中央８角形の８辺に上辺が平行で、中央８角形から離れるほど面積的かつ幅が広がるように、固体撮像素子２には、受光部毎に、８つの台形状のフォトダイオード２７が設けられている。即ち、遮光層４７の開口部４７ａの形状は平面視で画素中央に８角形状であり、固体撮像素子２には、中央の８角形状の開口部４７ａの８辺に上辺が平行で隣接し、その８角形状から離れるほど面積的かつ幅が広がる８つの台形状に８つの受光領域としての８つのフォトダイオード２７が受光部毎に設けられている。放射状の８つの台形状は中央の８角形状の開口部４７ａの８辺ゆおりも平面視で外側に位置している。これらの８つの台形状のフォトダイオード２６は、左から右、右から左、上から下および下から上の４方向と、左上から右下、左下から右上、右下から左上および右上から左下の４方向の合計８方向の斜め光をそれぞれ選択する位置にそれぞれ配置されている。

要するに、遮光層の開口部の形状は平面視で中央に多角形状であり、固体撮像素子２には、中央の多角形状の全辺に上辺が平行で隣接し、中央の多角形状から離れるほど面積的かつ幅が広がる全辺の数と同数の台形状に８つの受光領域が受光部毎に設けられている。この場合、画素毎の複数の受光領域としてのフォトダイオード２６、２７は、平面視で画素中央部の遮光層４６，４７の開口部４６ａ，４７ａから放射状に複数に分離して配置された各受光領域で構成されており、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。

このように、図１０に示すように画素毎に十字状に分割して配置された４つのフォトダイオード２６で構成され、また、図８および図９に示すように画素毎にＸ字状に分割して配置された４つのフォトダイオード２２，２３で構成され、図１１に示すように画素毎に放射状に複数に細かく分割して配置されたフォトダイオード２７で構成されて、複数の指向性を持った画像を同時に撮影することができて、複数の視差によってより良好な立体画像を得ることができる。

以上により、本実施形態３によれば、遮光層の開口部の形状を平面視で中央に十字形状または多角形状に形成し、その下の固体撮像素子２には受光部毎に、十字形状または多角形状を囲むように複数の受光領域を形成したため、複数の受光領域のデータ画像合成によるきめ細かい立体視が可能となって、従来のように解像度の悪化がなく、ステレオ画像などの複数画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段を不要とすることができて違和感のある立体視映像を抑えることができる。このように、複数の画像で補完することにより、ステレオ画像などの複数画像の精度を向上させることができる。

さらに、画素毎の複数のフォトダイオードを２×２のアレイ状または画素中央から放射状に複数に分割して配置して、異なる指向性の画像を複数取得することにより、固体撮像素子２を回転させた場合においてもステレオ撮影が可能である。

なお、本実施形態３では、遮光層の開口部の形状を平面視で中央に十字形状または多角形状に形成し、その下の固体撮像素子２には受光部毎に、十字形状または多角形状を囲むように複数の受光領域を形成する場合について説明したが、これに限らず、遮光層の開口部の形状を平面視で中央に円形状に形成し、その下の固体撮像素子２には受光部毎に、円形状を囲むように複数の受光領域（複数の例えば台形状または扇形状の受光領域）を形成するようにしてもよい。例えば、中央の円形状の周囲に、円形状から離れるほど幅が広がる複数の扇形状に複数の受光領域が画素毎に設けられていてもよい。

なお、本実施形態３では、固体撮像素子２には、遮光層の開口部の周囲に複数の受光領域が受光部毎に複数の指向性を有する場合について説明したが、これに限らず、画素毎に複数の受光領域が平面視で左右に設けられ、右斜め方向に指向性のある右画像用の受光領域と、左斜め方向に指向性のある左画像用の受光領域とが一対になったステレオ画素の構造を有していてもよい。要するに、固体撮像素子２が右斜め方向に指向性のある右回路と左斜め方向に指向性のある左回路とが一対になったステレオ画素の配列であってもよい。このように、ステレオ画素に単一の窓（開口部）を備え、開口部に入射した入射光の角度により右画像用フォトダイオードと左画像用フォトダイオードに光線が分配される。

（実施形態４）
上記実施形態２では、画素撮像構造として、一つのレンズ手段３の異なる位置、例えば左右二つの領域に入射した被写体からの左右の各画像光を固体撮像素子２で少なくとも左右の撮像領域で同時に撮像する場合について説明したが、本実施形態４では、画素撮像構造として、上記実施形態１の内容に加えて、人間は左右方向の視差で立体画像を見ているが、上下方向の視差で立体画像を得ても良いし、左右方向および上下方向、さらには斜め方向を含めた開口部からの指向性のある光と、開口部からの指向性のない光とにより鮮明な立体画像を得てもよく、この観点から配線層の開口部形状とその下の受光領域形状との関係について説明する。

図１２（ａ）は、本発明の実施形態４の撮像装置におけるカラーフィルタ、配線層および固体撮像素子を含む画素部の縦断面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の配線層および固体撮像素子の平面図である。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）のように、本実施形態４の撮像装置１７において、図示しないレンズ手段３と固体撮像素子２を構成するフォトダイオード２８との間に遮光層（配線層）４８が設けられ、遮光層４８に受光部毎にその中央部分に指向性光分離用の開口部４８ａが設けられ、固体撮像素子２には、遮光層４８の開口部４８ａを通過した指向性を持つ斜め光を受光する複数の受光領域として、開口部４８ａの周囲に８つのフォトダイオード２８と、開口部４８ａに対応するその下方位置（真下位置）に開口部４８ａを通過した指向性を持たない直進光を受光する中央の１つのフォトダイオード２８とが設けられている。レンズ手段３と遮光層４８との間に、受光部毎の所定の色配列のカラーフィルタ５が設けられ、レンズ手段３とカラーフィルタ５との間に反射防止膜６が設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。ここではカラー表示について説明しているが、これに限らず、白黒表示においてはカラーフィルタ５がないし、カラー表示および白黒表示のいずれにしても、反射防止膜６が設けられていない場合も有り得る。

要するに、本実施形態４の撮像装置１７では、受光部毎（画素毎）に複数の受光領域としての２つ以上のフォトダイオード２８とそれぞれに対応した読出し回路とが設けられ、画素毎の２つ以上のフォトダイオード２８の上には単一の開口部４８ａを持った遮光層４８を備え、中央部の開口部４８ａから指向性のある斜め光を２つ以上（ここでは８つ）の周りの各フォトダイオード２８にそれぞれ異なる８方向に分離して受光させ、かつ中央部の開口部４８ａから指向性のない直進光を１つの中央のフォトダイオード２８に受光させるようになっている。

即ち、複数の受光領域としての９つのフォトダイオード２８は、同一の大きさで３×３のアレイ状で縦横方向にマトリクス状に配置され、指向性のない光を受光する開口部４８ａ下方の中央に位置する一つのフォトダイオード２８と、中央のフォトダイオード２８の周囲であって上下左右および斜め方向の８方向に配置され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光する周囲の８つのフォトダイオード２８とを有している。

図１３は、本発明の実施形態４の撮像装置１８における遮光板の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の一例を示す平面図である。

図１３に示すように、本実施形態４の撮像装置１８において、遮光層４９の中央の４角形（正方形または長方形）の開口部４９ａに平面視で対応した下方の中央の受光領域としてのフォトダイオード２９ａと、中央の受光領域としてのフォトダイオード２９ａの上下位置および左右位置にそれぞれ隣接して配置された周囲４つの受光領域としてのフォトダイオード２９とを有し、中央の受光領域としてのフォトダイオード２９ａにより指向性のない光を受光し、その周囲４つの受光領域としてのフォトダイオード２９によりそれぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている。中央の受光領域としてのフォトダイオード２９ａがその周囲の複数の受光領域としてのフォトダイオード２９のそれぞれに比べて面積的な大きさが大きく構成されている。

図１４は、本発明の実施形態４の撮像装置１９における遮光板の開口部形状とその下の受光領域形状との関係の他の一例を示す平面図である。

図１４に示すように、本実施形態４の撮像装置１９において、遮光層５０の外形形状と遮光層５０の中央の開口部５０ａの形状とが共に４角形状である。開口部５０ａの４角形の各角部が遮光層５０の外形形状の各辺にそれぞれ対向して配置されている。平面視で中央の開口部５０ａの各辺に底辺が対向して配置された、４角形の四隅部を構成する４つの三角形状に４つの受光領域としての４つのフォトダイオード３０が構成されている。中央の受光領域としてのフォトダイオード３０ａは、中央の開口部５０ａに対応する位置の下方（真下）に配設されて、指向性のない光を受光する。中央の受光領域の周囲に位置する４つの受光領域としての４つのフォトダイオード３０は、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光する。中央の受光領域としてのフォトダイオード３０ａがその周囲の複数の受光領域としてのフォトダイオード３０のそれぞれに比べて面積的な大きさが大きく構成されている。

以上のように、本実施形態４の撮像装置１７、１８または１９において、画素中央部には指向性のない光を受光する中央のフォトダイオード２８、２９ａまたは３０ａと、その周囲に異なる指向性の光を分離して受光するフォトダイオード２８、２９または３０とを有している。中央のフォトダイオード２８、２９ａまたは３０ａの周囲の複数のフォトダイオードは、異なる指向性の光を分離するため、上記実施形態３では遮光層の開口部を小さくしているが、これにより感度が低下するという虞がある。しかし、本実施形態４では、遮光層の開口部を大きくしてその下方の中央のフォトダイオードの面積を大きく取っているため、受光感度を中央のフォトダイオードで補うことができる。

さらに、フォトダイオードを３×３のアレイ状、または中央とその上下左右の十字状などに配置することにより、中央のフォトダイオードでは従来と同じ指向性のない光を受光しつつ、その周囲の複数のフォトダイオードでそれぞれ指向性のある光を分離して受光することが可能である。このように、２つの機能を兼ね備えた画素を実現することができ、開口部が狭いことによる感度低下を補うことができる。

（実施形態５）
図１５は、本発明の実施形態５として、本発明の実施形態１〜４のいずれかの撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図１５において、本実施形態５の電子情報機器９０は、上記実施形態１〜４のいずれかの撮像装置１、１１〜１６、１６Ａ〜１６Ｄおよび１７〜１９のいずれかと、このいずれかの撮像装置からのカラー立体画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９１と、このいずれかの撮像装置からのカラー立体画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９２と、このいずれかの撮像装置からのカラー立体画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９３と、このいずれかの撮像装置からのカラー立体画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９４とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、いずれかの撮像装置の他に、メモリ部９１と、表示部９２と、通信部９３と、プリンタなどの画像出力部９４とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。

この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）、その他、スマートフォン、ディジタルコンパクトカメラ、ディジタル一眼カメラ、自走式掃除機のセンサおよびエアコンの人検知センサなどの画像入力デバイスや距離測定装置などを有した電子機器が考えられる。

したがって、本実施形態５によれば、このいずれかの撮像装置からのカラー立体画像信号に基づいて、これを立体表示画面上に良好に立体表示したり、これを紙面にて画像出力部９４により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９１に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。

なお、本実施形態１〜４では、レンズ手段３とカラーフィルタ５との間に反射防止膜６が設けられているが、これに限らず、レンズ手段３と遮光層４との間に反射防止膜６が設けられていてもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜５を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜５に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜５の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、立体視のステレオ画像などの複数画像を撮像可能とするステレオ撮像装置を含む立体視の撮像装置および、この撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置、その他、スマートフォン、ディジタルコンパクトカメラ、ディジタル一眼カメラ、自走式掃除機のセンサおよびエアコンの人検知センサなどの電子情報機器の分野において、レンズ手段の異なる位置に入射した被写体からの各画像光を複数の画像として固体撮像素子の複数領域で撮像するため、ステレオ画像から傾きおよび位置ずれを補正する手段を不要とすることができる。

Claims (27)

1. 撮像面に１つの焦点を持つレンズ手段を有した撮像装置であって、
   該撮像面には複数の画素がマトリクス状に配設された１つの固体撮像素子を有し、
   該画素には単一の開口部が設けられた遮光層と、該開口部を通過した斜め光をそれぞれ異なる方向に分離して受光する複数の受光領域を有し、
   該撮像面に入射した被写体からの光を、該画素毎で異なる指向性をもった複数の光に分離してそれぞれ光電変換し、
   複数の画像として同時に撮像するように構成された撮像装置。
2. 前記レンズ手段の右側に入射した右画像と該レンズ手段の左側に入射した左画像とを前記固体撮像素子で受光してステレオ撮像する請求項１記載の撮像装置。
3. 前記レンズ手段の平面視で縦方向中心部帯状に遮光部材が設けられ、前記レンズ手段が右側領域と左側領域に該遮光部材で分けられている請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記レンズ手段の平面視で上端領域と下端領域に遮光部材が設けられ、該レンズ手段の光通過領域が上下端から狭められた横方向の中央領域である請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記固体撮像素子において、前記画素には前記遮光層の上に前記画素毎の所定の色配列のカラーフィルタが設けられている請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記固体撮像素子において、前記画素には前記遮光層または前記カラーフィルタの上に反射防止膜が設けられている請求項１または５に記載の撮像装置。
7. 前記固体撮像素子において、前記画素毎の複数の受光領域は、縦方向または横方向の開口部を通過した斜め光を受光する左右または上下二つの撮像領域から構成されている請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記固体撮像素子において、前記画素毎の縦方向または横方向の開口部は、スリット状または短冊状で縦長または横長の開口部であり、該開口部を通して横方向または縦方向に指向性のある方向に左右または上下二つの撮像領域が設けられている請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記固体撮像素子には、平面視で前記遮光層の開口部の周囲に複数の受光領域が前記画素毎に設けられている請求項１、５および６のいずれかに記載の撮像装置。
10. 前記遮光層の開口部の形状は平面視で十字形状であり、前記固体撮像素子には、該十字形状で４分割される縦と横の各１／２辺をそれぞれ１辺とする４つの４角形状に４つの受光領域が前記画素毎に設けられている請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記遮光層の開口部の形状は平面視で中央に４角形状に形成されており、前記固体撮像素子には、該中央の４角形状の縦辺と横辺の隣接する２辺にそれぞれ平行で各角部が隣接する４つの４角形状に４つの受光領域が前記画素毎に設けられている請求項９に記載の撮像装置。
12. 前記遮光層の開口部の形状は平面視で中央に多角形状に形成されており、前記固体撮像素子には、該中央の多角形状の開口部の全辺に上辺が平行で隣接し、該多角形状から離れるほど面積的に広がる全辺の数と同数の台形状に受光領域が前記画素毎に設けられている請求項９に記載の撮像装置。
13. 前記遮光層の開口部の形状は平面視で中央に４角形状であり、前記固体撮像素子には、該中央の４角形状の４辺に各上辺が平行で、該４角形状から離れるほど面積的に広がる４つの台形状に４つの受光領域が前記画素毎に設けられている請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記遮光層の開口部の形状は平面視で中央に８角形状であり、前記固体撮像素子には、該中央の８角形状の８辺に各上辺が平行で、該８角形状から離れるほど面積的に広がる８つの台形状に８つの受光領域が前記画素毎に設けられている請求項１２に記載の撮像装置。
15. 前記遮光層の開口部の形状は平面視で中央に円形状であり、前記固体撮像素子には、該中央の円形状の周囲に、該円形状から離れるほど幅が広がる複数の扇形状に前記複数の受光領域が前記画素毎に設けられている請求項９に記載の撮像装置。
16. 前記画素毎の複数の受光領域は平面視で左右に設けられ、右斜め方向に指向性のある右画像用の受光領域と、左斜め方向に指向性のある左画像用の受光領域とが一対になったステレオ画像構造を有する請求項９に記載の撮像装置。
17. 前記画素毎の複数の受光領域は２×２のアレイ状に配置された４つの受光領域で構成され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている請求項９に記載の撮像装置。
18. 前記画素毎の複数の受光領域は、十字状またはＸ字状に分割配置され、上下方向および左右方向、または、右上から左下への斜め方向および左上から右下への斜め方向に配置された４つの受光領域で構成され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている請求項９に記載の撮像装置。
19. 前記複数の受光領域は、前記画素域毎に、平面視で中央部の前記遮光層の開口部から放射状に複数に分離して配置された各受光領域で構成されており、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている請求項９に記載の撮像装置。
20. 前記遮光層の中央の開口部に対応する位置の下方に単一の中央の受光領域が前記画素毎に更に設けられている請求項９に記載の撮像装置。
21. 前記遮光層の開口部の下方位置に単一の中央の受光領域が更に設けられ、該開口部からの指向性のない光を該単一の受光領域で受光する請求項９に記載の撮像装置。
22. 前記画素毎の複数の受光領域は、３×３のアレイ状に配置された９つの受光領域で構成され、指向性のない光を受光する中央の受光領域と、該中央の受光領域の周囲に配置され、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光する周囲の８つの受光領域とを有する請求項２０に記載の撮像装置。
23. 前記遮光層の中央の開口部に対応した中央の受光領域と、該中央の受光領域の上下位置および左右位置に隣接して配置された周囲４つの受光領域とを有し、該中央の受光領域により指向性のない光を受光し、該周囲４つの受光領域によりそれぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている請求項２０に記載の撮像装置。
24. 前記遮光層の外形形状と該遮光層の中央の開口部の形状が共に４角形状で、該開口部の４角形の各角部が該遮光層の外形形状の各辺にそれぞれ対向して配置され、平面視で該中央の開口部の各辺に底辺が隣接対向して配置された、４角形の四隅部を構成する４つの三角形状に４つの受光領域が構成され、該中央の開口部に対応する位置の下方に中央の受光領域が配設され、該中央の受光領域により指向性のない光を受光し、該中央の受光領域の周囲に配設された該４つの受光領域により、それぞれに異なる指向性の光を分離して受光するように構成されている請求項２０に記載の撮像装置。
25. 前記中央の受光領域に対してその周囲の複数の受光領域の面積的な大きさが同一であるかまたは異なっている請求項２０に記載の撮像装置。
26. 前記中央の受光領域がその周囲の複数の受光領域のそれぞれに比べて面積的な大きさが大きくまたは小さく構成されている請求項２５に記載の撮像装置。
27. 請求項１から５、７および８のいずれかに記載の撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。

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