KR101824265B1 - 입체 촬상 방법 및 화소 행렬을 서브그룹으로 나눈 시스템 - Google Patents

입체 촬상 방법 및 화소 행렬을 서브그룹으로 나눈 시스템 Download PDF

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켄 오자와
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Abstract

입체 촬상 방법은 화소 행렬이 그룹으로 나뉘어져 시차정보는 하나의 화소군에 의하여 취득되고, 또 다른 화소군에 의하여 본래의 정보를 취득한다. 구체적으로, 시차정보는 하나의 화소군의 서브그룹에 의하여 취득된 편광 정보를 기초로 하며, 취득된 모든 정보를 처리하여, 상기 방법에 의하여 다수의 화상이 만들어진다.

Description

입체 촬상 방법 및 화소 행렬을 서브그룹으로 나눈 시스템{STEREOSCOPIC IMAGING METHOD AND SYSTEM THAT DIVIDES A PIXEL MATRIX INTO SUBGROUPS}
본 발명은 촬상 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 피사체를 입체 화상으로서 촬상하는 촬상 방법에 관한 것이다.
종래, 공통의 피사체를 좌우에 배치한 2대의 비디오 카메라에 의해 동시에 촬상하고, 얻어진 2종류의 화상(우안용 화상 및 좌안용 화상)을 동시에 출력함에 의해 입체 화상을 표시하는 시스템이 제안되어 있다. 또한, 입체 촬영을 행하기 위한 렌즈계의 조정을 용이하게 하기 위해, 서로 직교 관계가 되도록 편광(偏光)시키는 편광 필터를 조합시킴에 의해, 광학계를 공통화시키는 입체 촬영 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특공평6-054991호 공보 참조).
또한, 2개의 렌즈와 하나의 촬상 수단으로 구성된 촬상 장치로 입체 촬영을 행하는 방식이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개2004-309868 참조). 이 일본 특허 공개 공보에 개시된 촬상 장치는, 소정 수의 주사선의 정수배에 상당하는 화소가 촬상면에 마련된 촬상 수단과, 피사체로부터의 제 1의 영상광에서의 수평 성분만을 투과하는 제 1의 수평 성분 편광 수단과, 상기 제 1의 수평 성분 편광 수단과는 소정 거리만큼 이격된 위치에 배치되고, 상기 피사체로부터의 제 2의 영상광에서의 수직 성분만을 투과하는 제 1의 수직 성분 편광 수단을 구비하고, 상기 제 1의 수평 성분 편광 수단에 의해 투과한 상기 수평 성분을 상기 촬상면에서의 소정 범위의 화소에 집광시키고, 상기 제 1의 수직 성분 편광 수단에 의해 투과된 상기 수직 성분을 상기 소정 범위를 제외한 잔여 범위의 화소에 집광시킨다. 구체적으로는, CCD의 촬상면에 대해 소정 거리만큼 떨어진 위치에, 인간의 시차(視差)에 응한 간격만큼 이간하여 배치된 수평 성분 편광 필터 및 수직 성분 편광 필터가, 2개의 렌즈와 함께 마련되어 있다.
일본 특공평6-054991호 공보 일본 특개2004-309868
그런데, 일본 특공평6-054991호에 개시된 기술에서는, 2개의 편광 필터의 출력을 겹쳐서 광로를 1계통으로 함에 의해, 렌즈계를 공통화시켜서 있다. 그러나, 후단에서 우안용 화상 및 좌안용 화상을 추출하기 위해 다시 편광 필터를 마련하고, 광로 자체를 재차 나누어서 각각의 편광 필터에 입광시켜야 한다. 일본 특개2004-309868에 개시된 기술에서는, 렌즈 및 편광 필터의 조합을 2조(組), 필요로 한다. 이 때문에, 이들의 촬상 장치에서는, 2조의 광로의 광축, 초점 거리, 투과율, F값, 줌, 조리개부, 포커스, 폭주각(輻輳角, convergence angle) 등을 완전히 일치시켜야 하고, 또한 시야투쟁(視野鬪爭, visual field competition)의 발생도 억제하는 것이 곤란하다. 여기서, 시야투쟁이란, 예를 들면, P파(波) 성분은 반사하지만 S파 성분은 흡수하는 수면(水面)이나 창(窓) 등의 피사체를 촬상할 때, P파 성분으로부터 얻어진 화상과 S파 성분으로부터 얻어진 화상을 양안에 제시한 때, 휘도가 현저하게 다른 경우에 융합(融合)이 일어나지 않고, 한쪽의 화상만이 우월하게 교대로 보이거나, 겹쳐진 영역에서 서로 억제하거나 하는 현상을 가리킨다. 또한, 다수의 편광 필터를 이용하고 있기 때문에, 촬상 수단(촬상 소자)에 도달하는 광의 광량이 대폭적으로 저하된다는 문제를 갖는다.
따라서 본 발명의 목적은, 시야투쟁의 발생을 억제할 수 있고, 촬상 소자에 도달하는 광의 광량의 대폭적인 저하를 막을 수 있는 촬상 방법을 제공하는 것에 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 시차정보를 화소 행렬의 제 1 화소군에 의하여 취득하고, 본래의 정보를 화소 행렬의 제 2 화소군에 의하여 취득하고, 상기 시차정보는 제 1 화소군의 제 1 화소 서브그룹에 의하여 취득한 제 1 편광 정보 및 제 1 화소군의 제 2 화소 서브그룹에 의하여 취득한 제 2 편광 정보에 기초하여 계산되며, 제 1 화상 및 제 2 화상을 만들기 위해서, 제 1 시차정보 및 제 2 시차정보와 함께 본래의 정보를 처리하는 것을 특징으로 하는 시차 촬상 방법을 제공하는 것이다. 화소 행렬의 제 1 화소군은 적어도 1행의 화소 행을 포함할 수 있고, 화소 행렬의 제 2 화소군은 제 1 화소군에 포함되지 않은 화소 행을 포함할 수 있다.
또한, 화소 행렬의 제 1 화소군은 N행(단, N≥2)마다 적어도 1행의 화소 행을 포함할 수 있고, 화소 행렬의 제 2 화소군은 모든 N행과 동일하지 않은 화소 행을 포함할 수 있다. N의 상한은 N=2n이고, n은 1 내지 5의 자연수이며, 구체적으로 n은 3이 될 수 있다.
또한, 제 1 편광 정보의 전장 방향은 제 2 편광 정보의 전장 방향과 직교할 수 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 행렬 안에 배치된 1조의 화소, 본래의 정보를 취득하기 위한 화소조의 제 1 화상 화소군 및 시차정보를 취득하기 위한 화조조의 제 2 화상 화소군으로 구성되며, 상기 제 1 화상 화소군에 의하여 취득된 본래의 정보는 제 1 편광 수단 및 제 2 편광 수단을 통과하는 집광된 광이고, 제 1 화상 화소군은 집광된 광을 전기 신호로 변환하며, 상기 제 2 화상 화소군에 의하여 취득된 시차정보는 제 1 편광 수단을 통과하는 집광된 광이고, 제 2 화상 화소군은 집광된 광을 전기 신호로 변환하며, 제 1 화상 및 제 2 화상을 만들기 위해서 시차정보와 함께 본래의 정보를 처리하는 프로세서를 구비할 수 있는 시차 화상 장치를 제공하는 것에 있다. 장치는 디지털 카메라, 개인용 컴퓨터, 휴대용 터미널 장비, 비디오 카메라 또는 게임기 중의 하나로 하여도 좋다.
또 다른 본 발명의 목적은 행렬 안에 배치된 1조의 화소, 본래의 정보를 취득하기 위한 화소조의 제 1 화상 화소군 및 시차정보를 취득하기 위한 화조조의 제 2 화상 화소군으로 구성되며, 상기 제 1 화상 화소군에 의하여 취득된 본래의 정보는 제 1 편광 수단 및 제 2 편광 수단을 통과하는 집광된 광이고, 제 1 화상 화소군은 집광된 광을 전기 신호로 변환하며, 상기 제 2 화상 화소군에 의하여 취득된 시차정보는 제 1 편광 수단을 통과하는 집광된 광이고, 제 2 화상 화소군은 집광된 광을 전기 신호로 변환하며, 상기 제 1 편광 수단은 제 1 방향에 따라서 배열된 제 1 영역 및 제 2 영역을 가지며, 상기 제 2 편광 수단은 제 2 방향에 따라서 배열된 복수의 제 3 영역 및 제 4 영역을 가지는 시차 촬상 시스템을 제공하는 것에 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 본래의 정보를 취득하기 위한 제 1 화상 화소군 및 시차정보를 취득하기 위한 제 2 화상 화소군을 구비하고, 상기 제 1 화상 화소군에 의하여 취득된 본래의 정보는 제 1 편광 수단 및 제 2 편광 수단을 통과하는 집광된 광이고, 제 1 화상 화소군은 집광된 광을 전기 신호로 변환하며, 상기 제 2 화상 화소군에 의하여 취득된 시차정보는 제 1 편광 수단을 통과하는 집광된 광이고, 제 2 화상 화소군은 집광된 광을 전기 신호로 변환하며, 상기 제 1 편광 수단은 제 1 방향에 따라서 배열된 제 1 영역 및 제 2 영역을 가지며, 상기 제 2 편광 수단은 제 2 방향에 따라서 배열된 복수의 제 3 영역 및 제 4 영역을 가지는 시차 촬상 장치를 제공하는 것에 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 컴퓨터에 의하여 실행될 때, 행렬에 배치된 1조의 화소로 구성된 시차 시스템에서 시차 촬상 처리를 수행하고, 상기 1조의 화소는 제 1 화소군 및 제 2 화소군을 가지며, 상기 처리는 화소 행렬의 제 1 화소군에 의하여 시차정보를 취득하고, 화소 행렬의 제 2 화소군에 의하여 본래의 정보를 취득하고, 상기 시차정보는 제 1 화소군의 제 1 화소 서브그룹에 의하여 취득된 제 1 편광 정보 및 제 1 화소군의 제 2 화소 서브그룹에 의하여 취득된 제 2 편광 정보에 기초하여 계산되며, 각각 제 1 및 제 2 화상을 만들기 위해서 제 1 시차정보 및 제2 시차정보와 함께 본래의 정보를 처리하는 프로그램 코드가 저장된 비휘발성의 컴퓨터 판독가능 매체를 제공하는 것에 있다.
도 1의 (A), (B) 및 (C)는, 각각, 실시예 1의 촬상 장치의 개념도, 제 1 편광 수단 및 제 2 편광 수단에서의 편광의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 2의 (A) 및 (B)는, 각각, 실시예 1의 촬상 장치에서, 제 1 편광 수단에서의 제 1 영역 및 제 2 편광 수단에서의 제 3 영역을 통과하고, 촬상 소자 어레이에 도달하는 광의 개념도, 및, 제 1 편광 수단에서의 제 2 영역 및 제 2 편광 수단에서의 제 4 영역을 통과하고, 촬상 소자 어레이에 도달하는 광의 개념도, 도 2의 (C) 및 (D)는, 도 2의 (A) 및 (B)에 도시한 광에 의해 촬상 소자 어레이에 결상한 화상을 모식적으로 도시하는 도면.
도 3의 (A) 및 (B)는, 각각, 실시예 1의 촬상 장치에서의 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도, 및, 와이어 그리드 편광자의 배열 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 4는, 실시예 1의 촬상 장치에서의 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도.
도 5은, 촬상 소자로부터 얻어진 전기 신호에 대한 디모자이크 처리를 행하고, 신호치를 얻는 화상 처리를 설명하기 위한 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도.
도 6의 (A) 및 (B)는, 각각, 실시예 2의 촬상 장치에 구비된 제 1 편광 수단 및 제 2 편광 수단에서의 편광의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 7은, 실시예 2의 촬상 장치에서의 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도.
도 8의 (A) 내지 (D)는, 실시예 3의 촬상 장치에 구비된 제 1 편광 수단의 모식도.
도 9의 (A) 및 (B)는, 실시예 4에서, 소광비와 시차의 관계를 조사한 결과를 나타내는 좌안용 화상 및 우안용 화상의 사진에 대신하는 도면.
도 10의 (A), (B) 및 (C)는, 각각, 실시예 5에서, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 와이어의 피치와 입사광의 파장과 소광비의 관계, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 와이어의 높이와 입사광의 파장과 소광비의 관계, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 와이어의 (폭/피치)와 입사광의 파장과 소광비의 관계를 구한 결과를 도시하는 그래프.
도 11은, 실시예 5에서, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 2개의 와이어의 길이와 입사광의 파장과 소광비의 관계를 구한 결과를 도시하는 그래프.
도 12는, 실시예 6의 촬상 장치에서의 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도.
도 13은, 실시예 6의 촬상 장치의 변형례에서의 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도.
도 14의 (A) 및 (B)는, 각각, 촬상 소자의 변형례의 모식적인 일부 단면도.
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 실시예로 한정되는 것이 아니고, 실시예에서의 여러 가지의 수치나 재료는 예시이다. 또한, 설명은, 이하의 순서로 행한다.
1. 본 발명의 촬상 방법, 전반에 관한 설명
2. 실시예 1(본 발명의 촬상 방법)
3. 실시예 2(실시예 1의 변형)
4. 실시예 3(실시예 1의 다른 변형)
5. 실시예 4(실시예 1의 다른 변형)
6. 실시예 5(실시예 1의 다른 변형)
7. 실시예 6(실시예 1의 다른 변형), 및 기타
[본 발명의 촬상 방법, 전반에 관한 설명]
본 발명의 촬상 방법에서는, 한정하는 것은 아니지만, N의 값을 2 이상의 정수(整數)로 하고, 그 상한을 25로 할 수 있다. 또는 또한, 본 발명의 촬상 방법에서는, 한정하는 것은 아니지만, N=2n이고, n은 1 내지 5의 자연수인 구성으로 할 수 있다.
상기한 바람직한 구성을 포함하는 본 발명의 촬상 방법에 있어서, 광학계는,
(a) 피사체로부터의 광을 편광시키는 제 1 편광 수단, 및,
(b) 제 1 편광 수단으로부터의 광을 집광하는 렌즈계,
를 구비하고 있고,
제 1 촬상 소자군은, 광 입사측에 제 2 편광 수단을 가지며, 렌즈계에 의해 집광된 광을 전기 신호로 변환하고(보다 구체적으로는, 제 1 촬상 소자군은, 렌즈계에 의해 집광되고, 제 1 편광 수단 및 제 2 편광 수단을 통과한 광을 전기 신호로 변환하고), 제 2 촬상 소자군은, 렌즈계에 의해 집광된 광을 전기 신호로 변환하고(보다 구체적으로는, 제 2 촬상 소자군은, 렌즈계에 의해 집광되고, 제 1 편광 수단을 통과한 광을 전기 신호로 변환하고), 제 1 편광 수단은, 제 1의 방향에 따라서 배열된 제 1 영역 및 제 2 영역을 가지며, 제 1 영역을 통과한 제 1 영역 통과광의 편광 상태와, 제 2 영역을 통과한 제 2 영역 통과광의 편광 상태는 다르고, 제 2 편광 수단은, 제 1의 방향으로 늘어나는 복수의 제 3 영역 및 제 4 영역을 가지며, 제 3 영역을 통과한 제 3 영역 통과광의 편광 상태와, 제 4 영역을 통과한 제 4 영역 통과광의 편광 상태는 다르고, 제 1 영역 통과광은 제 3 영역을 통과하여 제 1 촬상 소자군에 도달하고, 제 2 영역 통과광은 제 4 영역을 통과하여 제 1 촬상 소자군에 도달하고, 이로써, 제 1 영역의 중심점(重心点)과 제 2 영역의 중심점 사이의 거리를 양안(兩眼) 시차의 기선(基線) 길이로 한 시차정보를 얻는 형태로 할 수 있다. 또한, 이와 같은 형태의 광학계를 포함하는 촬상 장치를, 편의상, "본 발명에서의 촬상 장치"라고 부르는 경우가 있다.
본 발명에서의 촬상 장치에서는, 1조의 제 1 편광 수단 및 제 2 편광 수단 및 하나의 렌즈계로 촬상 장치가 구성되어 있기 때문에, 단안(單眼)이며, 간소한 구성, 구조를 갖는, 소형의 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또한, 렌즈 및 편광 필터의 조합을 2조, 필요로 하지 않기 때문에, 줌, 조리개부, 포커스, 폭주각 등에 어긋남이나 차이가 생기는 일도 없다. 게다가, 양안 시차의 기선 길이가 비교적 짧기 때문에, 자연스러운 입체감을 얻을 수 있다. 나아가서는, 제 1 편광 수단의 탈착(脫着)에 의해, 용이하게, 2차원 화상 및 3차원 화상을 얻을 수 있다.
여기서, 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 제 1 편광 수단은 렌즈계의 조리개부 부근에 배치되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다. 또는 또한, 렌즈계에 입사한 광이, 일단, 평행광이 되고, 최종적으로 촬상 소자상에 집광(결상)될 때, 평행광의 상태에 있는 렌즈계의 부분에 제 1 편광 수단을 배치하는 형태로 하는 것이 바람직하다. 이들의 형태에서는, 일반적으로, 렌즈계의 광학계를 새롭게 다시 설계할 필요는 없고, 기존의 렌즈계에 제 1 편광 수단을, 고정하고, 또는, 탈착 자유롭게 부착되도록, 기계적(물리적)인 설계 변경을 시행하면 좋다. 또한, 렌즈계에 제 1 편광 수단에 탈착 자유롭게 부착하는 데는, 예를 들면, 제 1 편광 수단을 렌즈의 조리개 날개에 유사한 구성, 구조로 하고, 렌즈계 내에 배치하면 좋다. 또는, 렌즈계에서, 제 1 편광 수단과 개구부가 병설된 부재를, 렌즈계의 광축과 평행한 회동축을 중심으로 하여 회동 가능하게 이 회동축에 부착하고, 이러한 부재를 회동축을 중심으로 하여 회동시킴으로써, 렌즈계를 통과하는 광선이 개구부를 통과하고, 또는, 제 1 편광 수단을 통과하는 구성, 구조를 들 수 있다. 또는, 렌즈계에서, 제 1 편광 수단과 개구부가 병설된 부재를, 예를 들면 렌즈계의 광축과 직교하는 방향으로 활주(滑動) 자유롭게 렌즈계에 부착하고, 이러한 부재를 활주시킴으로써, 렌즈계를 통과하는 광선이 개구부를 통과하고, 또는, 제 1 편광 수단을 통과하는 구성, 구조를 들 수 있다.
상기한 바람직한 형태를 포함하는 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 제 1 편광 수단에서, 제 1 영역과 제 2 영역과의 사이에 중앙 영역이 마련되어 있고, 중앙 영역을 통과한 중앙 영역 통과광의 편광 상태는, 중앙 영역 입사 전과 변화하지 않는 형태로 할 수 있다. 즉, 중앙 영역은, 편광에 관해 소통(素通)한 상태로 할 수 있다. 제 1 편광 수단의 중앙 영역에서는, 광강도가 강하지만, 시차량(視差量)은 적다. 따라서, 이와 같은 형태로 함으로써, 촬상 소자 어레이가 받는 광강도를 크게 하면서, 충분한 길이의 양안 시차의 기선 길이를 확보하는 것이 가능해진다. 제 1 편광 수단의 외형 형상을 원형으로 하였을 때, 중앙 영역을 원형으로 하고, 제 1 영역 및 제 2 영역을, 중앙 영역을 둘러싸는 중심각 180도의 선형(扇形, fan shape)으로 할 수 있고, 중앙 영역을 정방형(正方形, square shape)이나 능형(菱形, rhombus shape)으로 하고, 제 1 영역 및 제 2 영역을, 중앙 영역을 둘러싸는 중심각 180도의 선형에 유사한 형상으로 할 수 있다. 또는, 제 1 영역, 중앙 영역 및 제 2 영역을, 제 2의 방향에 따라서 늘어나는 띠 모양(strip shape)의 형상으로 할 수 있다.
이상에 설명한 각종의 바람직한 형태를 포함하는 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 제 1 영역 및 제 2 영역은 편광자로 이루어지고, 제 1 영역 통과광의 전장(電場) 방향과 제 2 영역 통과광의 전장 방향은 직교하고 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성을 포함하는 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 제 1 영역 통과광의 전장 방향은 제 1의 방향과 평행인 구성으로 할 수 있고, 또는, 제 1 영역 통과광의 전장 방향은 제 1의 방향과 45도의 각도를 이루는 구성으로 할 수 있다. 나아가서는, 이들의 구성의 임의의 조합을 포함하는 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 제 1 영역 통과광의 전장 방향과 제 3 영역 통과광의 전장 방향은 평행이고, 제 2 영역 통과광의 전장 방향과 제 4 영역 통과광의 전장 방향은 평행인 구성으로 할 수 있다. 나아가서는, 이들의 구성의 임의의 조합을 포함하는 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 편광자의 소광비(消光比)는, 3 이상, 바람직하게는 10 이상인 것이 바람직하다.
여기서, "편광자"란, 자연광(비편광)이나 원편광으로부터 직선편광을 만들어 내는 것을 가리키고, 제 1 영역 및 제 2 영역을 구성하는 편광자, 그 자체는, 주지의 구성, 구조의 편광자(편광판)로 하면 좋다. 또한, 예를 들면, 제 1 영역 통과광 및 제 2 영역 통과광의 한쪽의 편광 성분을 주로 S파(TE파)로 하고, 제 1 영역 통과광 및 제 2 영역 통과광의 다른 쪽의 편광 성분을 주로 P파(TM파)로 하면 좋다. 제 1 영역 통과광 및 제 2 영역 통과광의 편광 상태는, 직선편광이라도 좋고, 원편광(단, 회전 방향이 상호 반대의 관계에 있다)이라도 좋다. 일반적으로, 진동 방향이 어떤 특정한 방향만의 횡파를 편광한 파(波)라고 부르고, 이 진동 방향을 편광 방향 또는 편광축이라고 부른다. 광의 전장 방향은 편광 방향과 일치한다. 소광비란, 제 1 영역 통과광의 전장 방향이 제 1의 방향과 평행인 구성으로 하는 경우, 제 1 영역에서는, 제 1 영역을 통과하는 광에 포함되는, 전장 방향이 제 1의 방향인 광의 성분과 전장 방향이 제 2의 방향인 광의 성분의 비율이고, 제 2 영역에서는, 제 2 영역을 통과한 광에 포함되는, 전장 방향이 제 2의 방향인 광의 성분과 전장 방향이 제 1의 방향인 광의 성분의 비율이다. 또한, 제 1 영역 통과광의 전장 방향이 제 1의 방향과 45도의 각도를 이루는 구성으로 하는 경우, 제 1 영역에서는, 제 1 영역을 통과하는 광에 포함되는, 전장 방향이 제 1의 방향과 45도의 각도를 이루는 광의 성분과 135도의 각도를 이루는 광의 성분의 비율이고, 제 2 영역에서는, 제 2 영역을 통과하는 광에 포함되는, 전장 방향이 제 1의 방향과 135도의 각도를 이루는 광의 성분과 45도의 각도를 이루는 광의 성분의 비율이다. 또는, 예를 들면, 제 1 영역 통과광의 편광 성분이 주로 P파이고, 제 2 영역 통과광의 편광 성분이 주로 S파인 경우, 제 1 영역에서는, 제 1 영역 통과광에 포함되는 P편광 성분과 S편광 성분의 비율이고, 제 2 영역에서는, 제 2 영역 통과광에 포함되는 S편광 성분과 P편광 성분의 비율이다.
이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 제 1 촬상 소자군을 구성하는 촬상 소자는, 광전 변환 소자 및 그 위 또는 상방에, 컬러 필터, 온 칩 렌즈 및 와이어 그리드 편광자가 적층되어 이루어지고, 와이어 그리드 편광자가 제 3 영역 또는 제 4 영역을 구성하는 형태로 할 수 있다. 또는 또한, 제 1 촬상 소자군을 구성하는 촬상 소자는, 광전 변환 소자 및 그 위 또는 상방에, 와이어 그리드 편광자, 컬러 필터 및 온 칩 렌즈가 적층되어 이루어지고, 와이어 그리드 편광자가 제 3 영역 또는 제 4 영역을 구성하는 형태로 할 수 있다. 또는, 촬상 소자는, 광전 변환 소자 및 그 위 또는 상방에, 온 칩 렌즈, 컬러 필터 및 와이어 그리드 편광자가 적층되어 이루어지고, 와이어 그리드 편광자가 제 3 영역 또는 제 4 영역을 구성하는 형태로 할 수 있다. 단, 온 칩 렌즈, 컬러 필터 및 와이어 그리드 편광자의 적층순은, 적절히, 변경할 수 있다. 그리고, 이들의 형태에서는, 제 1 영역 통과광의 전장 방향이 제 1의 방향과 평행인 구성으로 하는 경우, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 복수의 와이어가 늘어나는 방향은, 제 1의 방향 또는 제 2의 방향과 평행인 형태로 할 수 있다. 구체적으로는, 제 3 영역을 구성하는 와이어 그리드 편광자에서는, 와이어가 늘어나는 방향은 제 2의 방향과 평행이고, 제 4 영역을 구성하는 와이어 그리드 편광자에서는, 와이어가 늘어나는 방향은 제 1의 방향과 평행이다. 또는, 이들의 형태에서는, 제 1 영역 통과광의 전장 방향이 제 1의 방향과 45도의 각도를 이루는 구성으로 하는 경우, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 복수의 와이어가 늘어나는 방향은, 제 1의 방향 또는 제 2의 방향과 45도를 이루는 형태로 할 수 있다. 구체적으로는, 제 3 영역을 구성하는 와이어 그리드 편광자에서는, 와이어가 늘어나는 방향은 제 1의 방향과 135도의 각도를 이루고, 제 4 영역을 구성하는 와이어 그리드 편광자에서는, 와이어가 늘어나는 방향은 제 1의 방향과 45도의 각도를 이룬다. 와이어가 늘어나는 방향이 와이어 그리드 편광자에서의 광흡수축이 되고, 와이어가 늘어나는 방향과 직교하는 방향이 와이어 그리드 편광자에서의 광투과축이 된다. 또한, 제 2 촬상 소자군을 구성하는 촬상 소자는, 와이어 그리드 편광자를 마련하지 않는 점을 제외하고, 제 1 촬상 소자군을 구성하는 촬상 소자와 같은 구성, 구조로 할 수 있다.
이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 촬상 소자 어레이는 베이어 배열을 가지며, 1화소는 4개의 촬상 소자로 구성되어 있는 형태로 할 수 있다. 그리고, 제 1 화소군에서, 1화소에 대해, 하나의 제 3 영역 및/또는 제 4 영역이 배치되어 있는 형태로 할 수 있다. 즉, 1화소에 대해, 하나의 제 3 영역이 배치되어 있는 형태, 하나의 제 4 영역이 배치되어 있는 형태, 또는, 하나의 제 3 영역 및 하나의 제 4 영역이 배치되어 있는 형태로 할 수 있다. 또는, 이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명에서의 촬상 장치에서는, 제 1 화소군이 2행의 단위화소 행으로 구성되어 있고, 한쪽의 단위화소 행에 제 3 영역이 배치되고, 다른 쪽의 단위화소 행에 제 4 영역이 배치되어 있는 형태로 할 수도 있다. 또는, 제 1 화소군이 1행의 단위화소 행으로 구성되어 있고, 이 1행의 단위화소 행에 제 3 영역 및 제 4 영역이 배치되어 있는 형태로 할 수도 있다. 단, 촬상 소자 어레이의 배열은, 베이어 배열로 한정되지 않고, 기타, 인터 라인 배열, G-스트라이프 RB-체크무늬 배열, G-스트라이프 RB-완전-체크무늬 배열, 체크무늬 보색 배열, 스트라이프 배열, 경사 스트라이프 배열, 원색 색차 배열, 필드 색차 순차 배열, 프레임 색차 순차 배열, MOS형 배열, 개량 MOS형 배열, 프레임 인터리브 배열, 필드 인터리브 배열을 들 수 있다.
또는, 제 1 화소군에서, 촬상 소자 어레이의 배열을 베이어 배열로 하였을 때, 1화소에서, 적색을 수광하는 적색 촬상 소자 및 청색을 수광하는 청색 촬상 소자에는 제 3 영역 및 제 4 영역을 배치하지 않고, 녹색을 수광하는 2개의 녹색 촬상 소자의 한쪽에 제 3 영역을 배치하고, 다른 쪽에 제 4 영역을 배치하여도 좋다. 또는, 제 1 화소군에서, 촬상 소자 어레이의 배열을 베이어 배열로 하였을 때, 1화소에서, 적색을 수광하는 하나의 적색 촬상 소자, 청색을 수광하는 하나의 청색 촬상 소자 및 녹색을 수광하는 2개의 녹색 촬상 소자 내의 제 1의 방향에 인접하는 2개의 촬상 소자(예를 들면, 적색을 수광하는 적색 촬상 소자 및 녹색을 수광하는 한쪽의 녹색 촬상 소자)에는 제 3 영역 또는 제 4 영역을 배치하고, 나머지 2개의 촬상 소자(예를 들면, 청색을 수광하는 청색 촬상 소자 및 녹색을 수광하는 다른 쪽의 녹색 촬상 소자)에는 제 4 영역 또는 제 3 영역을 배치하여도 좋다. 또는, 제 1 화소군에서, 촬상 소자 어레이의 배열을 베이어 배열로 하였을 때, 1화소에서, 적색을 수광하는 하나의 적색 촬상 소자, 청색을 수광하는 하나의 청색 촬상 소자 및 녹색을 수광하는 2개의 녹색 촬상 소자 내의 어느 하나의 촬상 소자(예를 들면, 적색을 수광하는 하나의 적색 촬상 소자 또는 청색을 수광하는 하나의 청색 촬상 소자)에는 제 3 영역 또는 제 4 영역을 배치하고, 이 촬상 소자에 제 2의 방향에 인접하는 촬상 소자(예를 들면, 녹색 촬상 소자)에는 제 4 영역 또는 제 3 영역을 배치하여도 좋다.
제 1 화소군을 구성하는 단위화소 행의 수(數)로서, 상술한 바와 같이, 1 또는 2를 예시할 수 있지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다. 제 1 화소군에서의 화소를 구성하는 촬상 소자를 제 1 촬상 소자군으로 하지만, 제 1 화소군에서의 모든 화소를 구성하는 촬상 소자를 제 1 촬상 소자군으로 하여도 좋고, 제 1 화소군에서의 일부의 화소를 구성하는 촬상 소자를 제 1 촬상 소자군으로 하여도 좋다. 또한, 제 1 촬상 소자군에 포함되지 않는 촬상 소자로 구성된 촬상 소자군을 제 2 촬상 소자군으로 하지만, 제 1 촬상 소자군에 포함되지 않는 촬상 소자의 전부로 구성된 촬상 소자군을 제 2 촬상 소자군으로 하면 좋다.
이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 촬상 방법(이하, 이들을 총칭하여, 단지, "본 발명"이라고 부른 경우가 있다)에서, 제 1의 방향을 수평 방향, 제 2의 방향을 수직 방향으로 할 수 있다. 제 1 화소군에서, 제 1의 방향에 따른 제 3 영역 및 제 4 영역의 단위 길이는, 예를 들면, 촬상 소자의 제 1의 방향에 따른 길이와 동등하게 하면 좋고(제 1 영역 통과광의 전장 방향이 제 1의 방향과 평행인 경우), 또는, 1촬상 소자분의 길이와 동등하게 하면 좋다(제 1 영역 통과광의 전장 방향이 제 1의 방향과 45도의 각도를 이루는 경우). 렌즈계는, 단초점(單焦點) 렌즈로 하여도 좋고, 이른바 줌렌즈로 하여도 좋고, 렌즈나 렌즈계의 구성, 구조는, 렌즈계에 요구되는 사양에 의거하여 결정하면 좋다. 촬상 소자로서, CCD 소자(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서, CIS(Contact Image Sensor), CMD(Charge Modulation Device)형의 신호 증폭형 이미지 센서를 들 수 있다. 또한, 촬상 장치로서, 표면 조사형의 고체 촬상 장치 또는 이면 조사형의 고체 촬상 장치를 들 수 있다. 나아가서는, 본 발명의 촬상 장치 등으로부터, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라, 캠 코더를 구성할 수 있다. 또한, 일본 특개2004-309868 등에 개시된 기술에, 본 발명의 촬상 방법을 적용할 수도 있다.
제 3 영역 및 제 4 영역을 와이어 그리드 편광자로 구성하는 경우, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 와이어는, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 와이어의 폭과 와이어의 피치와의 비[(와이어의 폭)/(와이어의 피치)]의 값은 0.33 이상이고, 와이어의 높이는 5×10-8m 이상이고, 와이어는 10개 이상인 구성으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 제 1 영역의 중심점(重心点)이란, 제 1 영역의 외형 형상에 의거하여 구하여진 중심점을 가리키고, 제 2 영역의 중심점이란, 제 2 영역의 외형 형상에 의거하여 구하여진 중심점을 가리킨다. 제 1 편광 수단의 외형 형상을 반경(r)의 원형으로 하고, 제 1 영역 및 제 2 영역을, 각각, 제 1 편광 수단의 반분을 차지하는 반월형상으로 하였을 때, 제 1 영역의 중심점과 제 2 영역의 중심점 사이의 거리는, 간단한 계산으로부터, [(8r)/(3π)]로 구할 수 있다.
실시예 1
실시예 1은, 본 발명의 촬상 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 피사체를 입체 화상으로서 촬상하는 촬상 방법에 관한 것이다.
실시예 1의 촬상 방법의 실행에 적합한 본 발명에서의 촬상 장치의 개념도를 도 1의 (A)에 도시하고, 제 1 편광 수단 및 제 2 편광 수단에서의 편광의 상태를 모식적으로 도 1의 (B) 및 (C)에 도시하고, 렌즈계, 제 1 편광 수단에서의 제 1 영역 및 제 2 편광 수단에서의 제 3 영역을 통과하고, 촬상 소자 어레이에 도달하는 광의 개념도를 도 2의 (A)에 도시하고, 제 1 편광 수단에서의 제 2 영역 및 제 2 편광 수단에서의 제 4 영역을 통과하고, 촬상 소자 어레이에 도달하는 광의 개념도를 도 2의 (B)에 도시하고, 도 2의 (A) 및 (B)에 도시한 광에 의해 촬상 소자 어레이에 결상한 화상을 모식적으로 도 2의 (C) 및 (D)에 도시한다. 또한, 이하의 설명에서, 광의 진행 방향을 Z축 방향, 제 1의 방향을 수평 방향(X축 방향), 제 2의 방향을 수직 방향(Y축 방향)으로 한다. 또한, 실시예 1의 촬상 장치에서의 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도를 도 4에 도시한다.
실시예 1, 또는, 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6에서의 촬상 장치는, 제 1의 방향(수평 방향, X축 방향)에 따라서 M0개(실시예 1에서는, 예를 들면, 1920개)개의 화소로 이루어지는 단위화소 행이, 제 1의 방향과 직교하는 제 2의 방향(수직 방향, Y축 방향)에 따라서 N0행(실시예 1에서는, 예를 들면, 1080행), 배열되어 이루어지고, (A) 광학계 및 (B) 각 화소에 대응하여 촬상 소자(43A, 43B)가 배열되어 이루어지고, 광학계를 통과한 광을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자 어레이(40)를 구비하고 있다. 또한, M0, N0의 값은, 본질적으로 임의이고, 상기의 값으로 한정하는 것이 아니다.
여기서,
N행(단, 2≤N)마다 선택된 단위화소 행을 포함하는 적어도 1행의 단위화소 행으로 구성된 화소군을 제 1 화소군(PG1)으로 하고, 제 1 화소군(PG1)에서의 화소를 구성하는 촬상 소자를 제 1 촬상 소자군(41)으로 하고, 제 1 촬상 소자군(41)에 포함되지 않는 촬상 소자로 구성된 촬상 소자군을 제 2 촬상 소자군(42)으로 하고, 제 2 촬상 소자군(42)으로 구성된 화소로 이루어지는 화소군을 제 2화소군(PG2)으로 한다.
또한, 실시예 1의 촬상 장치에서는, N=2n이고, n은 1 내지 5의 자연수인 구성으로 할 수 있고, 보다 구체적으로는, n=3으로 하였다.
실시예 1, 또는, 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6에서, 광학계는, (a) 피사체로부터의 광을 편광시키는 제 1 편광 수단(130, 230, 330) 및 (b) 제 1 편광 수단(130, 230, 330)으로부터의 광을 집광하는 렌즈계(20)를 구비하고 있다. 그리고, 제 1 촬상 소자군(41)은, 광 입사측에 제 2 편광 수단(150, 250)을 가지며, 렌즈계(20)에 의해 집광된 광을 전기 신호로 변환하고, 제 2 촬상 소자군(42)은, 렌즈계(20)에 의해 집광된 광을 전기 신호로 변환한다. 구체적으로는, 제 1 촬상 소자군(41)은, 렌즈계(20)에 의해 집광되고, 제 1 편광 수단(130, 230, 330) 및 제 2 편광 수단(150, 250)을 통과한 광을 전기 신호로 변환한다. 제 2 촬상 소자군(42)은, 렌즈계(20)에 의해 집광되고, 제 1 편광 수단(130, 230, 330)을 통과한 광을 전기 신호로 변환한다. 제 1 편광 수단(130, 230, 330)은, 제 1의 방향(수평 방향, X축 방향)에 따라서 배열된 제 1 영역(131, 231, 331) 및 제 2 영역(132, 232, 332)을 갖는다.
나아가서는, 제 1 영역(131, 231, 331)을 통과한 제 1 영역 통과광(L1)의 편광 상태와 제 2 영역(132, 232, 332)을 통과한 제 2 영역 통과광(L2)의 편광 상태는 다르고, 제 2 편광 수단(150, 250)은 제 1의 방향(수평 방향, X축방향)으로 늘어나는 복수의 제 3 영역(151, 251) 및 제 4 영역(152, 252)을 가지며, 제 3 영역(151, 251)을 통과한 제 3 영역 통과광(L3)의 편광 상태와 제 4 영역(152, 252)을 통과한 제 4 영역 통과광(L4)의 편광 상태는 다르고, 제 1 영역 통과광(L1)은 제 3 영역(151, 251)을 통과하여 제 1 촬상 소자군(41)에 도달하고, 제 2 영역 통과광(L2)은 제 4 영역(152, 252)을 통과하여 제 1 촬상 소자군(41)에 도달하고, 이로써, 제 1 영역(131, 231, 331)의 중심점(BC1)과 제 2 영역(132, 232, 332)의 중심점(BC2) 사이의 거리를 양안 시차의 기선 길이로 한 시차정보를 얻는다.
실시예 1, 또는, 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6의 촬상 장치에서, 렌즈계(20)는, 예를 들면, 촬영 렌즈(21), 조리개부(22) 및 결상 렌즈(23)를 구비하고 있고, 줌렌즈로서 기능한다. 촬영 렌즈(21)는, 피사체로부터의 입사광을 집광하기 위한 렌즈이다. 촬영 렌즈(21)는, 초점을 맞추기 위한 포커스 렌즈나, 피사체를 확대하기 위한 줌렌즈 등을 포함하고, 일반적으로, 색수차 등을 보정하기 위해 복수장의 렌즈의 조합에 의해 실현되어 있다. 조리개부(22)는, 집광된 광의 양을 조정하기 위해 조여드는 기능을 갖는 것이고, 일반적으로, 복수장의 판형상의 날개를 조합시켜서 구성되어 있다. 적어도 조리개부(22)의 위치에서, 피사체의 1점부터의 광은 평행광이 된다. 결상 렌즈(23)는, 제 1 편광 수단(130, 230, 330)을 통과한 광을 촬상 소자 어레이(40)상에 결상한다. 촬상 소자 어레이(40)는, 카메라 본체부(11)의 내부에 배치되어 있다. 이상의 구성에서, 입사동(入射瞳)은, 결상 렌즈(23)보다도 카메라 본체부측에 위치한다. 촬상 장치로부터, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라, 캠 코더가 구성된다.
카메라 본체부(11)는, 촬상 소자 어레이(40) 외에, 예를 들면, 화상 처리 수단(12) 및 화상 기억부(13)를 구비하고 있다. 그리고, 촬상 소자 어레이(40)에 의해 변환된 전기 신호에 의거하여, 우안용 시차정보, 좌안용 시차정보, 화상정보가 생성된다. 촬상 소자 어레이(40)는, 예를 들면, CCD 소자나 CMOS 이미지 센서 등에 의해 실현된다. 화상 처리 수단(12)은, 촬상 소자 어레이(40)로부터 출력된 전기 신호로부터 최종적으로 시차정보 및 화상정보를 작성하고, 화상 기억부(13)에 기록한다.
제 1 편광 수단(130, 230, 330)은, 렌즈계(20)의 조리개부(22)의 부근에 배치되어 있다. 구체적으로는, 제 1 편광 수단(130, 230, 330)은, 조리개부(22)의 작동에 지장을 초래하지 않는 한, 가능한 한 조리개부(22)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 또한, 제 1 편광 수단(130, 230, 330)은, 상술한 바와 같이, 렌즈계(20)에 입사한 광이, 일단, 평행광이 되고, 최종적으로 촬상 소자(43A, 43B)상에 집광(결상)될 때, 평행광의 상태에 있는 렌즈계(20)의 부분에 배치되어 있다.
실시예 1의 촬상 장치(110)에서, 제 1 편광 수단(130)은, 제 1의 방향에 따라서 배열된 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)을 갖는다. 구체적으로는, 제 1 편광 수단(130)의 외형 형상은 원형이고, 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)은, 각각, 제 1 편광 수단(130)의 반분을 차지하는 반월형상의 외형 형상을 갖는다. 제 1 영역(131)과 제 2 영역(132)의 경계선은, 제 2의 방향에 따라서 늘어나 있다. 2개의 편광 필터의 조합으로 이루어지는 제 1 편광 수단(130)은, 입사한 광을 2개의 다른 편광 상태로 분리한다. 제 1 편광 수단(130)은, 상술한 바와 같이, 좌우 대칭의 편광자로 구성되어 있고, 카메라의 정립(正立) 상태에 대한 좌우 2개의 위치에서, 서로 직교하는 직선 방향의 편광, 또는, 서로 역방향이 되는 회전 방향의 편광을 생성한다. 제 1 영역(131)은, 제 1 화소군(PG1)에서, 피사체를 우안으로 보는 상(像)(우안이 받는 광)에 대해 편광을 시행하는 필터이다. 한편, 제 2 영역(132)은, 제 1 화소군(PG1)에서, 피사체를 좌안으로 보는 상(좌안이 받는 광)에 대해 편광을 시행하는 필터이다.
여기서, 실시예 1의 촬상 장치(110)에서, 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)은 편광자로 이루어진다. 그리고, 제 1 영역 통과광(L1)의 전장 방향(흰색 화살표로 나타낸다)과 제 2 영역 통과광(L2)의 전장 방향(흰색 화살표로 나타낸다)은 직교하고 있다(도 1의 (B)참조). 여기서, 실시예 1에서, 제 1 영역 통과광(L1)의 전장 방향은 제 1의 방향과 평행이다. 구체적으로는, 예를 들면, 제 1 영역 통과광(L1)은 주로 P파(TM파)를 편광 성분으로서 가지며, 제 2 영역 통과광(L2)은 주로 S파(TE파)를 편광 성분으로서 갖는다. 나아가서는, 제 1 영역 통과광(L1)의 전장 방향과 제 3 영역 통과광(L3)의 전장 방향(속이 빈 화살표로 나타낸다)은 평행이고, 제 2 영역 통과광(L2)의 전장 방향과 제 4 영역 통과광(L4)의 전장 방향(속이 빈 화살표로 나타낸다)은 평행이다(도 1의 (C)참조). 또한, 각 편광자의 소광비는 3 이상, 보다 구체적으로는 10 이상이다.
실시예 1의 촬상 장치(110)에서는, 제 1 편광 수단(130)의 외형 형상을 반경(r)=10㎜의 원형으로 하였다. 그리고, 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)을, 제 1 편광 수단(130)의 반분을 차지하는 반월형상으로 하였다. 따라서, 제 1 영역(131)의 중심점(BC1)과 제 2 영역(132)의 중심점(BC2) 사이의 거리는, [(8r)/(3π)]=8.5㎜이다.
모식적인 일부 단면도를 도 3의 (A)에 도시하고, 와이어 그리드 편광자(67)의 배열 상태를 모식적으로 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 제 1 촬상 소자군(41)을 구성하는 촬상 소자(43A)는, 예를 들면, 실리콘 반도체 기판(60)에 마련된 광전 변환 소자(61) 및 그 위에, 제 1 평탄화막(62), 컬러 필터(63), 온 칩 렌즈(64), 제 2 평탄화막(65), 무기 절연 하지층(66) 및 와이어 그리드 편광자(67)가 적층되어 이루어진다. 그리고, 와이어 그리드 편광자(67)가, 제 3 영역(151) 및 제 4 영역(152)의 각각을 구성한다. 또한, 도 3의 (B)에서는, 화소의 경계 영역을 실선으로 나타내고, 촬상 소자(43A)의 경계 영역을 점선으로 나타냈다. 와이어 그리드 편광자(67)를 구성하는 복수의 와이어(68)가 늘어나는 방향은, 제 1의 방향 또는 제 2의 방향과 평행이다. 구체적으로는, 제 3 영역(151)을 구성하는 와이어 그리드 편광자(67A)에서는, 와이어(68A)가 늘어나는 방향은 제 2의 방향과 평행이고, 제 4 영역(152)을 구성하는 와이어 그리드 편광자(67B)에서는, 와이어(68B)가 늘어나는 방향은 제 1의 방향과 평행이다. 와이어(68)가 늘어나는 방향이 와이어 그리드 편광자(67)에서의 광흡수축이 되고, 와이어(68)가 늘어나는 방향과 직교하는 방향이 와이어 그리드 편광자(67)에서의 광투과축이 된다. 제 2 촬상 소자군(42)을 구성하는 촬상 소자(43B)는, 와이어 그리드 편광자를 마련하지 않는 점을 제외하고, 제 1 촬상 소자군(41)을 구성하는 촬상 소자(43A)와 같은 구성, 구조로 할 수 있다.
도 2의 (A) 및 (B)에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 네모진 형상의 물체(A)에 렌즈계(20)의 핀트가 맞고 있다고 한다. 또한, 둥근 형상의 물체(B)가, 물체(A)보다도 렌즈계(20)에 가깝게 위치하고 있다고 한다. 네모진 물체(A)의 상이, 핀트가 맞은 상태로 촬상 소자 어레이(40)상에 결상한다. 또한, 둥근 물체(B) 상은, 핀트가 맞지 않는 상태로 촬상 소자 어레이(40)상에 결상한다. 그리고, 도 2의 (A)에 도시하는 예에서는, 촬상 소자 어레이(40)상에서는, 물체(B)는, 물체(A)의 오른쪽에 거리(+△X)만큼 떨어진 위치에 상을 맺는다. 한편, 도 2의 (B)에 도시하는 예에서는, 촬상 소자 어레이(40)상에서는, 물체(B)는, 물체(A)의 왼쪽에 거리(-△X)만큼 떨어진 위치에 상을 맺는다. 따라서, 거리(2×△X)가 물체(B)의 깊이에 관한 정보가 된다. 즉, 물체(A)보다도 촬상 장치에 가까운 측에 위치하는 물체의 흐림양 및 흐림 방향은, 촬상 장치에 먼 측에 위치하는 물체의 흐림양 및 흐림 방향과 다르고, 물체(A)와 물체(B)의 거리에 의해 물체(B)의 흐림양은 다르다. 그리고, 제 1 편광 수단(130)에서의 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)의 형상의 중심 위치의 사이의 거리를 양안 시차의 기선 길이로 한 입체 화상을 얻을 수 있다. 즉, 제 1 화소군(PG1)에서, 이와 같이 하여 얻어진 우안용 시차정보(도 2의 (C)의 모식도 참조) 및 좌안용 시차정보(도 2의 (D)의 모식도 참조)로부터 입체 화상을 얻을 수 있다.
실시예 1의 촬상 장치에서의 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도를 도 4에 도시한다. 여기서, 1화소는 4개의 촬상 소자(적색을 수광하는 하나의 적색 촬상 소자(R), 청색을 수광하는 하나의 청색 촬상 소자(B), 및, 녹색을 수광하는 2개의 녹색 촬상 소자(R))로 구성되어 있다. 그리고, N행(단, 2≤N이고, 실시예 1에서는, 전술한 바와 같이, N=8)마다 선택된 단위화소 행을 포함하는 적어도 1행의 단위화소 행(실시예 1에서는 2행의 단위화소 행)으로 구성된 화소군을, 제 1 화소군(PG1)으로 하고 있다. 즉, 실시예 1에서는, 제 1의 방향에 따라서 배열된 1행의 단위화소 행에 대해 제 3 영역(151)이 배치되어 있고, 이 단위화소 행에 제 2의 방향에 인접하여, 제 1의 방향에 따라서 배열된 1행의 단위화소 행에 대해 제 4 영역(152)이 배치되어 있다. 제 1 화소군(PG1)에서, 1화소에 대해, 하나의 제 3 영역(151) 또는 제 4 영역(152)이 배치되어 있고, 1행의 단위화소 행을 구성하는 모든 화소에 대해 제 3 영역(151)이 배치되어 있고, 1행의 단위화소 행을 구성하는 모든 화소에 대해 제 4 영역(152)이 배치되어 있다. 즉, 제 1 화소군(PG1)에서의 모든 화소를 구성하는 촬상 소자를 제 1 촬상 소자군(41)으로 하고 있다. 또한, 제 3 영역(151) 및 제 4 영역(152)은 전체로서 제 1의 방향으로 늘어나 있는데, 제 3 영역(151) 및 제 4 영역(152)의 제 1의 방향 및 제 2의 방향에 따른 단위 길이는, 촬상 소자(43A)의 제 1의 방향 및 제 2의 방향에 따른 길이와 동등하다. 그리고, 이와 같은 구성으로 함으로써, 주로 P파 성분을 갖는 광에 의거한 제 1의 방향으로 늘어나는 띠 모양의 화상(우안용 시차정보), 및, 주로 S파 성분을 갖는 광에 의거한 제 1의 방향으로 늘어나는 띠 모양의 화상(좌안용 시차정보)이, 제 2의 방향에 따라서 생성된다. 또한, 도 4에서, 제 3 영역(151)의 내부에 종선(縱線)을 붙이고, 제 4 영역(152)의 내부에 종선, 횡선(橫線)을 붙이고 있는데, 이들은, 와이어 그리드 편광자(67A, 67B)의 와이어를 모식적으로 표시하고 있다.
그리고, 실시예 1의 촬상 방법, 또는, 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6에서는, 제 1 촬상 소자군(41)에서 입체 화상을 얻기 위한 시차정보를 취득하고, 제 2 촬상 소자군(42)에서 화상을 얻기 위한 화상정보를 취득하고, 취득된 화상정보에 의거하여, 제 1 화소군(PG1)에서의 시차정보를 취득한 화소(구체적으로는, 실시예 1에서는, 제 1 화소군(PG1)에서의 모든 화소)에서 화상정보를 얻은 후, 시차정보 및 전 화소에서의 화상정보로부터 입체 화상을 얻는다.
즉, 제 1 화소군(PG1)에서, 제 3 영역(151)을 통과한 제 1 영역 통과광에 의해 얻어지는 전기 신호 및 제 4 영역(152)을 통과한 제 2 영역 통과광에 의해 얻어지는 전기 신호로부터 생성된 시차량에 의거한 뎁스 맵(깊이 정보)을 시차정보로서 취득한다. 또한, 촬상 소자 어레이(40)를 구성하는 나머지 전 촬상 소자(43B)(제 2 촬상 소자군(42))으로부터의 전기 신호에 의거하여, 화상정보를 취득한다. 이들의 취득 방법이나 처리 방법, 그 자체는, 주지의 방법으로 할 수 있다.
여기서, 제 3 영역(151) 및 제 4 영역(152)을 배치한 제 1 촬상 소자군(41)에 의해 구성되는 제 1 화소군(PG1)에서의 각 촬상 소자로부터 얻어지는 화상정보나 광량(이하, 화상정보라고 총칭한다)은, 각각의 시차정보를 취득하기 위해 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)으로 분리된 영역을 통과한 광으로부터 취득된 화상정보이기 때문에, 시차정보를 분리하는 일 없이 제 1 영역(131)을 통과한 제 1 영역 통과광과 제 2 영역(132)을 통과한 제 2 영역 통과광을 가산한 광으로부터 취득된 제 2 촬상 소자군(42)에서의 각 촬상 소자의 화상정보와 동등한 화상정보를 얻을 수는 없다. 그 때문에, 제 3 영역(151) 및 제 4 영역(152)을 배치한 제 1 촬상 소자군(41)에 의해 구성되는 제 1 화소군(PG1)에서의 시차정보를 취득한 각 촬상 소자에 대해, 근접하는 제 1 화소군의 제 2 촬상 소자군(42)을 구성하는 각 촬상 소자로부터의 화상정보에 의거하여 부족하거나 결락되는 화상정보를 얻을 필요가 있다. 즉, 제 3 영역(151) 및 제 4 영역(152)을 배치한 제 1 촬상 소자군을 포함하는 단위화소 행에 대해, 보간 처리에 의거하여 제 2 촬상 소자군과 동등한 화상정보를 생성한다. 이렇게 하여 얻어진 제 1 촬상 소자군에서의 화상정보와 제 2 촬상 소자군의 화상정보를 가산 합성함으로써, 촬상 소자 전역에서 부족이나 결락이 없는 화상정보를 얻을 수 있다. 또한, 예를 들면, 제 3 영역에서 얻어지는 좌안용 시차정보와 제 4 영역에서 얻어지는 우안용 시차정보의 차이로부터 스테레오 매칭에 의해 디스패리티·맵(disparity Map)을 작성하는 시차 검출 기술 및 얻어진 디스패리티·맵을 기초로, 보간 처리에 의거한 제 1 촬상 소자군과 제 2 촬상 소자군의 가산에 의해 얻어진 촬상 소자 전역의 화상정보에 대해, 좌안용 화상 및우안용 화상을 임의로 생성하는 시차 제어 기술에 의해, 시차의 강조나 적절화를 도모할 수도 있다.
구체적으로는, 제 3 영역(151)을 통과하여 촬상 소자(43A)에 도달한 제 1 영역 통과광(L1)에 의해, 우안용 시차정보를 얻기 위한 전기 신호를 촬상 소자(43A)에서 생성한다. 또한, 제 4 영역(152)을 통과하여 촬상 소자(43A)에 도달한 제 2 영역 통과광(L2)에 의해, 좌안용 시차정보를 얻기 위한 전기 신호를 촬상 소자(43A)에서 생성한다. 그리고, 이들의 전기 신호를, 동시에, 또는, 시계열로 교대로, 출력한다. 한편, 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)을 통과하여 촬상 소자(43B)에 도달한 광에 의해, 화상정보(2차원 화상정보)를 얻기 위한 전기 신호를 촬상 소자(43B)에서 생성하고 출력한다. 그리고, 출력된 전기 신호(촬상 소자 어레이(40)로부터 출력된우안용 시차정보, 좌안용 시차정보 및 화상정보를 얻기 위한 전기 신호)에 대해, 화상 처리 수단(12)에 의해 화상 처리가 시행되고, 시차정보 및 화상정보로서 화상 기억부(13)에 기록된다.
도 5에, 제 2 촬상 소자군(42)을 구성하는 촬상 소자(43B)로부터 얻어진 전기 신호에 대한 디모자이크 처리를 행하고, 신호치를 얻는 화상 처리를 설명하기 위한 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도를 도시한다. 또한, 도 5에는, 어느 녹색 촬상 소자에 관한 신호치를 생성하는 예에 관해 나타내고 있다. 통상의 디모자이크 처리에서는, 부근의 동일색의 촬상 소자의 전기 신호의 평균치가 사용되는 것이 일반적이다. 그러나, 실시예 1과 같이 우안용 시차정보를 얻기 위한 단위화소 행과 좌안용 시차정보를 얻기 위한 단위화소 행이 접하여 배치되어 있는 경우, 그대로, 부근의 값을 이용하면 본래의 화상정보를 얻을 수가 없게 될 우려가 있다. 그래서, 이와 같은 문제가 생기지 않도록 디모자이크 처리를 행한다. 디모자이크 처리에 의해 각 촬상 소자 위치에서의 촬상 소자 신호치를 얻을 수 있는데, 이 단계에서는, 상술한 바와 같이, 일종의 누락 상태로 되어 있다. 즉, 제 1 촬상 소자군(41)이 배치된 제 1 화소군(PG1)에서는, 제 2 촬상 소자군(42)으로부터의 화상정보와 동등한 화상정보를 얻을 수가 없다. 그 때문에, 촬상 소자 신호치가 존재하지 않는 영역(제 1 촬상 소자군(41))에 대해, 촬상 소자 신호치를 보간에 의해 생성할 필요가 있다. 보간의 방법으로서는, 부근의 값의 가산 평균치를 이용하는 방법 등, 주지의 방법을 들 수 있다. 또한, 이 보간 처리는, 디모자이크 처리와 병행하여 행하여도 좋다. 제 1의 방향에서는 화소수는 완전히 유지되어 있기 때문에, 화상 전체의 해상도 저하 등의 화질 열화는 비교적 적다. 그리고, 이에 의해, 제 1 화소군(PG1)에서의 시차정보를 취득한 화소(구체적으로는, 실시예 1에서는, 제 1 화소군(PG1)에서의 모든 화소)에서 화상정보를 얻을 수 있다.
베이어 배열에서, 위치(4, 2)에는 적색 촬상 소자(R)가 배치되어 있는 것으로 한다. 이때, 위치(4, 2)에 상당하는 녹색 촬상 소자 신호치(g')를 생성하기 위해서는, 다음 식에 의해 표시되는 연산을 행한다.
g'4 , 2 = (g4 , 1 + g4 , 3 + g5 , 2 + g1 , 2 × W3)/(3.0 + W3)
여기서, 좌변의 g'i , j는, 위치(i, j)에서의 녹색 촬상 소자 신호치이다. 또한, 우변의 gi , j는, 위치(i, j)에서의 녹색 촬상 소자의 전기 신호의 값이다. 나아가서는, "3.0"은, 주목 촬상 소자(G4 , 2)에 대한 인접 촬상 소자(G4 , 1, G4 , 3, G5 , 2)에의 거리(W1)를 각각 예를 들면 "1.0"으로 하였을 때, 그 역수를 무게로 하여, 그들 무게의 총합에 대응하는 것이다. W3은, 마찬가지로, 3촬상 소자분만큼 떨어진 촬상 소자(G1 , 2)의 전기 신호의 값에 대한 무게이고, 이 경우, "1/3"이다. 윗 식을 일반화하면, 다음 식과 같이 된다.
i가 짝수인 경우(적색 촬상 소자(R)의 위치에 상당하는 녹색 촬상 소자(G)의 신호치) ;
g'i , j = (gi , j-1 × W1 + gi , j+1 × W1 + gi +1, j × W1 + gi -3, j × W3)/(W1 ×3.0 + W3)
i가 홀수인 경우(청색 촬상 소자(B)의 위치에 상당하는 녹색 촬상 소자(G)의 신호치) ;
g'i , j = (gi , j-1 × W1 + gi , j+1 × W1 + gi -1, j × W1 + gi +3, j × W3)/(W1 ×3.0 + W3)
여기서, W1=1.0, W3=1/3이다.
적색 촬상 소자(R) 및 청색 촬상 소자(B)에 대해서도, 같은 사고방식에 의해 디모자이크 처리를 행할 수가 있다.
디모자이크 처리에 의해 각 촬상 소자 위치에서의 촬상 소자 신호치를 얻을 수 있지만, 이 단계에서는, 상술한 바와 같이, 일종의 누락 상태로 되어 있다. 즉, 제 1 촬상 소자군(41)이 배치된 제 1 화소군(PG1)에서는, 제 2 촬상 소자군(42)으로부터의 화상정보와 동등한 화상정보를 얻을 수가 없다. 그 때문에, 촬상 소자 신호치가 존재하지 않는 영역(제 1 촬상 소자군(41))에 대해, 촬상 소자 신호치를 보간에 의해 생성할 필요가 있다. 보간의 수법으로서는, 부근의 값의 가산 평균치를 이용하는 방법 등, 주지의 방법을 들 수 있다. 또한, 이 보간 처리는, 디모자이크 처리와 병행하여 행하여도 좋다. 제 1의 방향에서는 화질은 완전히 유지되어 있기 때문에, 화상 전체의 해상도 저하 등의 화질 열화는 비교적 적다. 그리고, 이에 의해, 제 1 화소군(PG1)에서의 시차정보를 취득한 화소(구체적으로는, 실시예 1에서는, 제 1 화소군(PG1)에서의 모든 화소)에서 화상정보를 얻을 수가 있다.
그리고, 나아가서는, 얻어진 시차정보 및 전 화소에서의 화상정보로부터 입체 화상을 얻는다. 즉, 얻어진 시차정보 및 전 화소에서의 화상정보로부터 우안용 화상 데이터 및 우안용 화상 데이터를 얻은 후, 이러한 우안용 화상 데이터 및 우안용 화상 데이터에 의거하여 입체 화상을 표시한다. 또한, 이 처리 방법, 그 자체는, 주지의 방법으로 할 수 있다.
실시예 1의 촬상 방법에서는, 입체 화상을 얻기 위한 시차정보를 제 1 촬상 소자군에서 취득하고, 화상을 얻기 위한 화상정보를 제 2 촬상 소자군에서 취득하고, 취득된 화상정보에 의거하여, 제 1 화소군에서의 시차정보를 취득한 화소에서 화상정보를 얻은 후, 시차정보 및 전 화소에서의 화상정보로부터 입체 화상을 얻는다. 즉, 기본적으로는, 화상을 얻기 위한 화상정보를 제 2 촬상 소자군에서 취득하기 때문에, 환언하면, 제 1 편광 수단의 제 1 영역 및 제 2 영역을 통과한 광이 혼합한 상태에서 제 2 촬상 소자군에 입사하기 때문에, 편광되지 않은 광에 의해 화상정보를 얻을 수 있는 결과, 시야투쟁의 발생을 억제할 수 있다. 게다가, 입체 화상을 얻기 위한 시차정보를 일부의 화소에서, 즉, 제 1 촬상 소자군에서, 취득하기 때문에, 입체 화상을 얻기 위한 시차정보를 모든 화소에서 취득하는 경우와 비교하여, 촬상 소자 어레이에 도달하는 광의 광량의 대폭적인 저하를 막을 수 있다. 즉, 입사 자연광의 강도 100에 대해, 제 1 편광 수단(130) 및 제 2 편광 수단(150)을 통과한 광(제 1 촬상 소자군에 도달한 광)의 광량은, 투과 손실이 제로라고 하여도, 제 1 편광 수단(130)에 입사하기 전의 광의 광량의 약 25%가 되어 버린다. 한편, 제 1 편광 수단(130)을 통과한 광(제 2 촬상 소자군에 도달하는 광)의 광량은, 투과 손실을 제로로 하면, 제 1 편광 수단(130)에 입사하기 전의 광의 광량과 다름이 없다. 그 때문에, 촬상 소자 어레이의 전체에 도달하는 광의 광량의 대폭적인 저하를 막을 수 있다.
또한, 화상의 화질·화소수에 대해, 뎁스 맵의 화질·화소수를, 1:1로 하지 않지만, 이것은, 대부분의 촬영 장면에서, 개개의 피사체는, 화소 분해능에 비하여 충분히 크고, 개개의 피사체에, 화소 분해 성능과 같은 미세한 거리차가 없는 한, 화상의 화소 분해과 같은 거리 정보 분해 성능이 필요해지는 일은 없기 때문이다. 또한, 거리차의 감각에 있어서, 횡방향의 분해 성능이 충분히 있으면, 종방향의 분해 성능이 낮아도 위화감은 적다.
또한, 실시예 1에서는, 1조의 제 1 편광 수단(130) 및 제 2 편광 수단(150) 및 하나의 렌즈계(20)로 촬상 장치(110)가 구성되어 있기 때문에, 예를 들면 좌우로 분리된 2개의 다른 화상을 동시에 생성시킬 수 있고, 단안이며, 간소한 구성, 구조를 가지며, 구성 부품이 적은, 소형의 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또한, 렌즈 및 편광 필터의 조합을 2조, 필요로 하지 않기 때문에, 줌, 조리개부, 포커스, 폭주각 등에 어긋남이나 차이가 생기는 일도 없다. 게다가, 양안 시차의 기선 길이가 비교적 짧기 때문에, 자연스러운 입체감을 얻을 수 있다. 나아가서는, 제 1 편광 수단(130)을 탈착시킬 수 있는 구조로 하면, 용이하게, 2차원 화상 및 3차원 화상을 얻을 수 있다.
실시예 2
실시예 2는 실시예 1의 변형이다. 실시예 1에서는, 제 1 영역 통과광(L1)의 전장 방향을 제 1의 방향과 평행으로 하였다. 한편, 실시예 2에서는, 제 1 영역 통과광(L1)의 전장 방향은 제 1의 방향과 45도의 각도를 이룬다. 또한, 제 1 영역 통과광(L1)의 전장 방향과 제 3 영역 통과광(L3)의 전장 방향은 평행이고, 제 2 영역 통과광(L2)의 전장 방향과 제 4 영역 통과광(L4)의 전장 방향은 평행이다. 실시예 2의 촬상 장치에 구비된 제 1 편광 수단(230) 및 제 2 편광 수단(250)에서의 편광의 상태를, 모식적으로 도 6의 (A) 및 (B)에 도시한다.
베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이(40)의 개념도를 도 7에 도시한다. 실시예 2에서도, 촬상 소자 어레이(40)는, 1화소는 4개의 촬상 소자(적색을 수광하는 하나의 적색 촬상 소자(R), 청색을 수광하는 하나의 청색 촬상 소자(B), 및, 녹색을 수광하는 2개의 녹색 촬상 소자(R))로 구성되어 있다. 그리고, 제 1 화소군(PG1)에서는, 제 1의 방향에 따라서 배열된 1행의 단위화소 행에 제 3 영역(251)이 배치되어 있고, 이 단위화소 행에 제 2의 방향에 인접하고, 제 1의 방향에 따라서 배열된 1행의 단위화소 행에 제 4 영역(252)이 배치되어 있다. 제 3 영역(251)과 제 4 영역(252)은, N행마다, 제 2의 방향에 따라서 배치되어 있다. 또한, 제 3 영역(251) 및 제 4 영역(252)은 전체로서 제 1의 방향으로 늘어나 있지만, 제 3 영역(251) 및 제 4 영역(252)의 단위 길이는, 1 촬상 소자분의 길이와 동등하다. 그리고, 이와 같은 구성으로 함으로써, 주로 P파 성분을 갖는 광에 의거한 제 1의 방향으로 늘어나는 띠 모양의 화상(우안용 시차정보) 및 주로 S파 성분을 갖는 광에 의거한 제 1의 방향으로 늘어나는 띠 모양의 화상(좌안용 시차정보)이, 제 2의 방향에 따라서 생성된다. 또한, 도 7에서, 제 3 영역(251) 및 제 4 영역(252)의 내부에 경사선을 붙이고 있는데, 이들은, 와이어 그리드 편광자의 와이어를 모식적으로 나타내고 있다.
이들의 점을 제외하고, 실시예 2의 촬상 장치를 이용한 촬상 방법은, 실시예 1에서 설명한 촬상 방법과 마찬가지로 할 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 또한, 실시예 2의 촬상 장치의 구성, 구조는, 실시예 1에 설명한 촬상 장치(110)의 구성, 구조와 마찬가지로 할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 실시예 2에서의 촬상 장치의 구성, 구조를, 후술하는 실시예 3 내지 실시예 6에서의 촬상 장치에 대해 적용할 수 있다.
실시예 3
실시예 3도 실시예 1의 변형이다. 실시예 3의 촬상 장치에서는, 제 1 편광 수단(330)에서, 제 1 영역(331)과 제 2 영역(332) 사이에 중앙 영역(333)이 마련되어 있고, 중앙 영역(333)을 통과한 중앙 영역 통과광의 편광 상태는, 중앙 영역(333)에의 입사 전(前)과 변화하지 않는다. 즉, 중앙 영역(333)은, 편광에 관해 소통 상태이다.
그런데, 입사한 광이 제 1 편광 수단을 통과할 때에, 그 광량은 분광 특성과 소광비에 비례하고 감소하고, 어두워진다. 여기서, 소광비란, 편광자가 선택하고 통과하는 광의 양과, 편광자가 선택하지 않고서, 반사 또는 흡수하는 광이 누입량(漏入量)의 비이다. 구체적으로는, 예를 들면, 소광비10의 P파 성분을 통과시키는 편광자의 경우, P파 성분 : S파 성분=50 : 50의 입사 자연광의 강도 100에 대해, 이 편광자는, P파 성분을 50, S파 성분을 5의 비율로 투과한다. 또한, 소광비 ∞의 P파 성분을 통과시키는 편광자의 경우, P파 성분을 100% 투과하고, S파 성분을 전반사하고, 또는, 완전히 흡수하여, 투과시키지 않기 때문에, 평균적인 자연광이 입사한 경우, 약 1/2의 밝기가 된다. 도 1의 (B) 및 (C)에 도시한 제 1 편광 수단(130) 및 제 2 편광 수단(150)을 통과한 광의 광량은, 투과 손실이 제로라고 하여도, 제 1 편광 수단(130)에 입사하기 전의 광의 광량의 약 25%가 되어 버린다. 또한, 제 1 영역 및 제 2 영역을 통과한 광이, 섞여진 상태가 되고, 분리할 수가 없는 상태로 촬상 소자 어레이(40)에 입사한 경우, 섞여진 비율에 비례하여 양안 시차의 기선 길이가 짧아지고, 완전히 섞여진 상태에서는 좌안용 시차정보와 우안용 시차정보가 동일하게 되고, 시차를 취할 수가 없고, 입체시(立體視)할 수가 없게 된다.
제 1 편광 수단(330)의 중앙 영역(333)에서는, 광강도가 강하지만, 시차량은 적다. 따라서, 실시예 3의 제 1 편광 수단(330)을 채용함으로써, 촬상 소자 어레이(40)가 받는 광강도를 크게 하면서, 충분한 길이의 양안 시차의 기선 길이를 확보하는 것이 가능해진다. 도 8의 (A)에 제 1 편광 수단(330)의 모식도를 도시하는 바와 같이, 제 1 편광 수단(330)의 외형 형상을 원형으로 하였을 때, 중앙 영역(333)을 원형으로 하고, 제 1 영역(331) 및 제 2 영역(332)을, 중앙 영역(333)을 둘러싸는 중심각 180도의 선형(扇形, fan shape)으로 할 수 있다. 또는, 도 8의 (B), (C)에 제 1 편광 수단(330)의 모식도를 도시하는 바와 같이, 중앙 영역(333)을 능형이나 정방형으로 하고, 제 1 영역(331) 및 제 2 영역(332)을, 중앙 영역(333)을 둘러싸는 중심각 180도의 선형에 유사한 형상으로 할 수 있다. 또는, 도 8의 (D)에 제 1 편광 수단(330)의 모식도를 도시하는 바와 같이, 제 1 영역(331), 중앙 영역(333) 및 제 2 영역(332)을, 제 2의 방향에 따라서 늘어나는 띠 모양의 형상으로 할 수 있다.
이들의 점을 제외하고, 실시예 3의 촬상 장치를 이용한 촬상 방법은, 실시예 1에서, 설명한 촬상 방법과 마찬가지로 할 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 또한, 실시예 3의 촬상 장치의 구성, 구조는, 실시예 1에 설명한 촬상 장치(110)의 구성, 구조와 마찬가지로 할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 실시예 3에서의 촬상 장치의 구성, 구조를, 후술하는 실시예 4 내지 실시예 6에서의 촬상 장치에 대해 적용할 수 있다.
실시예 4
실시예 4도 실시예 1의 변형이다. 실시예 4에서는, 소광비와 시차의 관계를 조사하였다. 즉, 좌우 분리한 화상이 서로 섞인 경우, 어디까지 섞이면 시차가 없어지는지, 즉, 입체시를 할 수가 없게 되는지를, 소광비=∞(0% 크로스토크이고, 완전히, 좌안용 시차정보와 우안용 시차정보가 분리된 상태)로부터, 소광비=1(50% 크로스토크이고, 좌안용 화상과 우안용 화상이 완전히 서로 섞여진 상태이고, 좌안용 시차정보와 우안용 시차정보는 같은 시차정보(화상)이다)까지, 소광비를 바꾸어서 합성 화상 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과의 일부를 도 9의 (A) 및 (B)에 도시한다.
여기서, 도 9의 (A)는 소광비=∞의 상태를 나타내고, 도 9의 (B)는 소광비=3(25% 크로스토크)의 상태를 나타낸다. 도 9의 (A) 및 (B)의 왼쪽의 도면(좌안용 화상)과 오른쪽의 도면(우안용 화상)에서는, 종방향으로 늘어나는 실선과 점선의 거리를 같게 하고 있다. 도 9의 (A) 및 (B)의 왼쪽의 도면(좌안용 화상)과 오른쪽의 도면(좌안용 화상)을 비교하면, 사과의 후방에 위치한 석고상의 코의 위치가, 약간이지만 상위하여 있다. 또한, 도 9의 (A)와 (B)를 비교하면, 석고상의 코의 위치의 상위에 관해, 도 9의 (A)에 비하여, 도 9의 (B)의 쪽이 적게 되어 있다. 도시하지 않지만, 소광비=1에서는, 사과의 후방에 위치하는 석고상의 코의 위치는, 좌안용 화상과 우안용 화상에서는 같았다. 또한, 소광비10(10% 크로스토크)에서는, 석고상의 코의 위치의 상위가, 도 9의 (A)에 비하여 적고, 도 9의 (B)에 비하여 많았다. 이상의 결과로부터, 편광자의 소광비는 3 이상인 것이 바람직함을 알았다.
실시예 5
실시예 5도 실시예 1의 변형이다. 실시예 5에서는, 와이어 그리드 편광자의 제원(諸元)과 소광비의 관계를 계산으로 구하였다. 구체적으로는, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 와이어의 피치와 입사광의 파장(λ)과 소광비의 관계를 도 10의 (A)에 도시한다. 또한, 와이어의 폭을 와이어의 피치의 1/3으로 하고, 와이어의 높이를 150㎚로 하고, 와이어의 길이를 무한대로 하였다. 도 10의 (A)에서, 곡선"A"는 피치 150㎚인 경우의 데이터이고, 곡선"B"는 피치 175㎚인 경우의 데이터이고, 곡선"C"는 피치 200㎚인 경우의 데이터이고, 곡선"D"는 피치 250㎚인 경우의 데이터이고, 곡선"E"는 피치 300㎚인 경우의 데이터이다. 또한, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 와이어의 높이와 입사광의 파장(λ)과 소광비의 관계를 도 10의 (B)에 도시한다. 또한, 와이어의 폭을 50㎚로 하고, 와이어의 길이를 무한대로 하고, 와이어의 피치를 150㎚로 하였다. 도 10의 (B)에서, 곡선"A"는 높이 250㎚인 경우의 데이터이고, 곡선"B"는 높이 200㎚인 경우의 데이터이고, 곡선"C"는 높이 150㎚인 경우의 데이터이고, 곡선"D"는 높이 100㎚인 경우의 데이터이다. 또한, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 와이어의 (폭/피치)와 입사광의 파장(λ)과 소광비의 관계를 도 10의 (C)에 도시한다. 또한, 와이어의 폭을 50㎚로 하고, 와이어의 높이를 150㎚로 하고, 와이어의 길이를 무한대로 하였다. 도 10의 (C)에서, 곡선"A"는 (폭/피치)의 값이 0.50인 경우의 데이터이고, 곡선"B"는 (폭/피치)의 값이 0.33인 경우의 데이터이다.
도 10의 (A)로부터, 예를 들면, 소광비를 10 이상으로 하기 위해서는, 와이어의 피치는 200㎚ 이하인 것이 바람직하고, 와이어의 높이는 5×10-8m(50㎚)이상인 것이 바람직하고, 와이어의 (폭/피치)의 값은 0.33 이상인 것이 바람직함을 알았다. 나아가서는, 와이어는 10개 이상인 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 2개의 와이어의 길이와 입사광의 파장(λ)과 소광비의 관계를 도 11에 도시한다. 또한, 와이어의 폭을 50㎚로 하고, 와이어의 높이를 150㎚로 하고, 와이어의 피치를 와이어의 폭의 3배로 하였다. 도 11에서, "A"는 길이 1㎛인 경우의 데이터이고, "B"는 길이 2㎛인 경우의 데이터이고, "C"는 길이 3㎛인 경우의 데이터이고, "D"는 길이 4㎛인 경우의 데이터이고, "E"는 길이 5㎛인 경우의 데이터이고, "F"는 길이 6㎛인 경우의 데이터이고, "G"는 길이 무한대의 경우의 데이터이다. 도 11로부터, 소광비를 10 이상으로 하기 위해서는, 와이어의 길이를 2㎛ 이상, 바람직하게는 3㎛ 이상으로 하는 것이 바람직함을 알았다. 나아가서는, 가공하기 쉬움 때문에, 와이어를 구성하는 재료를, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 하는 것이 바람직함을 알았다.
실시예 6
실시예 6도 실시예 1의 변형이다. 실시예 6의 촬상 장치에서의 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도를 도 12에 도시하는데, 제 1 화소군은 1행의 단위화소 행으로 구성되고, 1화소에 대해, 하나의 제 3 영역(151) 및 하나의 제 4 영역(152)이 배치되어 있다. 구체적으로는, 1화소에서, 녹색을 수광하는 2개의 녹색 촬상 소자(G)의 한쪽에 제 3 영역(151)을 배치하고, 다른 쪽에 제 4 영역(152)을 배치하고, 게다가, N행(단, N=2n이고, 도시한 예에서는, n=2)마다 선택된 1행의 단위화소 행으로 구성된 제 1 화소군에서의 1화소에 대해, 하나의 제 3 영역(151) 및 하나의 제 4 영역(152)이 배치되어 있다.
또는 또한, 실시예 6의 촬상 장치의 변형례에서의 베이어 배열을 갖는 촬상 소자 어레이의 개념도를 도 13에 도시하는데, 제 1의 방향에 따라서 하나의 화소에 대해 하나의 제 3 영역(151) 및 하나의 제 4 영역(152)을 배치한다. 또한, N=8이다. 또한, 제 1 화소군은 2행의 단위화소 행으로 구성되어 있다. 단, 한쪽의 단위화소 행에 2화소마다 제 3 영역(151)이 배치되고, 다른 쪽의 단위화소 행에 2화소마다 제 4 영역(152)이 배치되어 있다. 한쪽의 단위화소 행에서, 제 3 영역(151)이 배치되지 않은 촬상 소자는 제 2 촬상 소자군에 포함되고, 다른 쪽의 단위화소 행에서도, 제 4 영역(152)이 배치되지 않은 촬상 소자는 제 2 촬상 소자군에 포함된다.
이상의 점을 제외하고, 실시예 6의 촬상 장치를 이용한 촬상 방법은, 실시예 1에서, 설명한 촬상 방법과 마찬가지로 할 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였지만, 본 발명은 이들의 실시예로 한정되는 것이 아니다. 실시예에서 설명한 촬상 장치, 촬상 소자의 구성, 구조는 예시이고, 적절히, 변경할 수 있다. 예를 들면, 도 14의 (A)에 모식적인 일부 단면도를 도시하는 바와 같이, 촬상 소자(43A)를, 실리콘 반도체 기판(60)에 마련된 광전 변환 소자(61) 및 그 위에, 제 1 평탄화막(62), 무기 절연 하지층(66), 와이어 그리드 편광자(67), 제 2 평탄화막(65), 컬러 필터(63) 및 온 칩 렌즈(64)가 적층되어 이루어지는 구성으로 할 수도 있다. 또는 또한, 도 14의 (B)에 모식적인 일부 단면도를 도시하는 바와 같이, 촬상 소자(43A)를, 실리콘 반도체 기판(60)에 마련된 광전 변환 소자(61) 및 그 위에, 제 1 평탄화막(62), 온 칩 렌즈(64), 제 2 평탄화막(65), 컬러 필터(63), 무기 절연 하지층(66) 및 와이어 그리드 편광자(67)가 적층되어 이루어지는 구성으로 할 수도 있다. 촬상 소자(43B)도, 와이어 그리드 편광자(67)를 마련하지 않는 점을 제외하고, 촬상 소자(43A)와 같은 구성, 구조로 할 수 있다. 또한, 촬상 소자를, 도시한 바와 같은 표면 조사형으로 하여도 좋고, 도시하지 않지만, 이면 조사형으로 하여도 좋다.
본 발명의 촬상 방법에 의해 얻어진 우안용 화상 데이터 및 우안용 화상 데이터에 의거하여 입체 화상을 표시하는데, 관계된 표시 방식으로서, 예를 들면, 2대의 프로젝터에 원편광 또는 직선편광 필터를 부착하여 좌우안용의 화상을 각각 표시하고, 표시에 대응한 원편광 또는 직선편광 안경으로 화상을 관찰하는 방식, 렌티큘러 렌즈 방식, 패럴랙스 배리어 방식을 들 수 있다. 또한, 원편광 또는 직선편광 안경을 사용하는 일 없이 화상을 관찰하면, 통상의 2차원(평면) 화상을 관찰할 수 있다. 또한, 이상에 설명한 처리 순서는, 이들 일련의 순서를 갖는 방법으로서 파악하여도 좋고, 또한, 이들 일련의 순서를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램 또는 프로그램을 기억하는 기록 매체로서 파악하여도 좋다. 기록 매체로서, 예를 들면, CD(Compact Disc), MD(MiniDisc), DVD(Digital Versatile Disk), 메모리 카드, 블루레이 디스크(Blu-ray Disc(등록상표)) 등을 이용할 수 있다.
PG1 : 제 1 화소군
PG2 : 제 2화소군
110 : 촬상 장치
11 : 카메라 본체부
12 : 화상 처리 수단
13 : 화상 기억부
20 : 렌즈계
21 : 촬영 렌즈
22 : 조리개부
23 : 결상 렌즈
130, 230, 330 : 제 1 편광 수단
131, 231, 331 : 제 1 영역
132, 232, 332 : 제 2 영역
333 : 중앙 영역
40 : 촬상 소자 어레이
41 : 제 1 촬상 소자군
42 : 제 2 촬상 소자군
43A, 43B : 촬상 소자
150, 250 : 제 2 편광 수단
151, 251 : 제 3 영역
152, 252 : 제 4 영역
60 : 실리콘 반도체 기판
61 : 광전 변환 소자
62 : 제 1 평탄화막
63 : 컬러 필터
64 : 온 칩 렌즈
65 : 제 2 평탄화막
66 : 무기 절연 하지층
67, 67A, 67B : 와이어 그리드 편광자
68, 68A, 68B : 와이어

Claims (14)

  1. 제1의 방향에 따라 M0개의 화소로 이루어지는 단위화소행이, 제1의 방향과 직교하는 제2의 방향에 따라 N0행, 배열되어 이루어지고,
    (A) 광학계, 및,
    (B) 각 화소에 대응하여 촬상 소자가 배열되어 이루어지고, 광학계를 통과한 광을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자 어레를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
    N행(단, 2≤N)마다 선택된 단위화소행을 포함하는 적어도 1행의 단위화소행으로 구성된 화소군을, 제1 화소군으로 하고,
    제1 화소군에서의 화소를 구성하는 촬상 소자를, 제1 촬상 소자군으로 하고,
    제1 촬상 소자군에 포함되지 않는 촬상 소자로 구성된 촬상 소자군을, 제2 촬상 소자군으로 하고,
    제2 촬상 소자군으로 구성된 화소로 이루어지는 화소군을, 제2 화소군으로 하였을 때,
    입체 화상을 얻기 위한 시차 정보를 제1 촬상 소자군에서 취득하고, 화상을 얻기 위한 화상 정보를 제2 촬상 소자군에서 취득하고,
    취득된 화상 정보에 의거하여, 제1 화소군에서의 시차 정보를 취득한 화소에서 화상 정보를 얻은 후, 시차 정보 및 전화소에서의 화상 정보로부터 입체 화상을 얻는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    N=2n이고, n은 1 내지 5의 자연수인 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광학계는,
    (a) 피사체로부터의 광을 편광시키는 제1 편광 수단, 및,
    (b) 제1 편광 수단으로부터의 광을 집광하는 렌즈계를 구비하고 있고,
    제1 촬상 소자군은, 광 입사측에 제2 편광 수단을 가지며, 렌즈계에 의해 집광된 광을 전기 신호로 변환하고,
    제2 촬상 소자군은, 렌즈계에 의해 집광된 광을 전기 신호로 변환하고,
    제1 편광 수단은, 제1의 방향에 따라 배열된 제1 영역 및 제2 영역을 가지며,
    제1 영역을 통과한 제1 영역 통과광의 편광 상태와, 제2 영역을 통과한 제2 영역 통과광의 편광 상태는 다르고,
    제2 편광 수단은, 제1의 방향으로 늘어나는 복수의 제3 영역 및 제4 영역을 가지며,
    제3 영역을 통과한 제3 영역 통과광의 편광 상태와, 제4 영역을 통과한 제4 영역 통과광의 편광 상태는 다르고,
    제1 영역 통과광은 제3 영역을 통과하여 제1 촬상 소자군에 도달하고, 제2 영역 통과광은 제4 영역을 통과하여 제1 촬상 소자군에 도달하고, 이로써, 제1 영역의 중심점과 제2 영역의 중심점 사이의 거리를 양안 시차의 기선(基線) 길이로 한 시차 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 편광 수단은 렌즈계의 조리개부 부근에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    제1 편광 수단에서, 제1 영역과 제2 영역의 사이에는 중앙 영역이 마련되어 있고,
    중앙 영역을 통과한 중앙 영역 통과광의 편광 상태는, 중앙 영역 입사 전과 변화하지 않는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    제1 영역 및 제2 영역은 편광자로 이루어지고,
    제1 영역 통과광의 전장의 방향과 제2 영역 통과광의 전장의 방향은 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    제1 영역 통과광의 전장의 방향은 제1의 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    제1 영역 통과광의 전장의 방향은 제1의 방향과 45도의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    제1 영역 통과광의 전장의 방향과 제3 영역 통과광의 전장의 방향은 평행하고,
    제2 영역 통과광의 전장의 방향과 제4 영역 통과광의 전장의 방향은 평행한 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    편광자의 소광비는 3 이상인 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    제1 촬상 소자군을 구성하는 촬상 소자는, 컬러 필터, 온 칩 렌즈, 및, 와이어 그리드 편광자가 적층되어 이루어지고,
    와이어 그리드 편광자가 제3 영역 또는 제4 영역을 구성하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    제1 촬상 소자군을 구성하는 촬상 소자는, 와이어 그리드 편광자, 컬러 필터, 및, 온 칩 렌즈가 적층되어 이루어지고,
    와이어 그리드 편광자가 제3 영역 또는 제4 영역을 구성하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자를 구성하는 복수의 와이어가 늘어나는 방향은, 제1의 방향 또는 제2의 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    촬상 소자 어레이는 베이어 배열을 가지며, 1화소는 4개의 촬상 소자로 구성되어 있고,
    1화소에 대해, 하나의 제3 영역 또는 제4 영역이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
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