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技術 撮像装置及び撮像用光検出装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 西脇青児永島道芳
出願日 2005年3月25日 (14年11ヶ月経過) 出願番号 2005-088685
公開日 2005年11月10日 (14年4ヶ月経過) 公開番号 2005-318542
状態 拒絶査定
技術分野 カラーテレビジョン画像信号発生装置
主要キーワード 柱状コア 遠近差 眺めた図 緑色透過フィルタ 検出器中心 各中心軸 導波管端 相対ずれ量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年11月10日)のものです。
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図面 (10)

課題

薄型化に適した光学系を備え、モアレ縞が形成されにくい撮像装置を提供する。

解決手段

本発明の撮像装置は、相互に異なるフィルタリング特性を有する第1から第3の色フィルタ9R、9G、9Bを含む少なくとも3個の色フィルタと、第1から第3の色フィルタにそれぞれ対応づけられた第1から第3のレンズ系2R、2G、2Bを含む少なくとも3個のレンズ系と、第1の色フィルタ9Rおよび第1のレンズ系2Rを透過した光を受ける第1の光検出器4R、第2の色フィルタ9Gおよび第2のレンズ系2Gを透過した光を受ける第2の光検出器4G、および、第3の色フィルタ9Bおよび第3のレンズ系2Bを透過した光を受ける第3の光検出器4Bを含む光検出部とを備える。第1から第3の光検出器4R、4G、4Bの各々は、二次元的に配列された光検出セルアレイを有し、各光検出セルの中心は、辺を共有する三角形群の各頂点に位置し、前記三角形の3つの頂角は、いずれも90°に等しくない。

概要

背景

近年、CCDやCMOSセンサなどの撮像装置デジタルカメラ携帯電話などの小型電子機器に広く用いられている。このような撮像装置の構成が例えば非特許文献1に開示されている。

以下、図8(a)および(b)を参照しながら、従来の撮像装置の主要構成を示す。図8(a)及び(b)は、それぞれ、撮像装置及び撮像用光検出装置断面構成を示している。

物体1で反射され自然光等の光は、図8(a)に示すように、レンズ系2によりCCDやCMOSセンサなどの光検出器(photodetector)4の受光面上に像3を形成する。なお、一般のレンズ系2は、所望の光学性能を実現するように光軸に沿って並んだ複数のレンズの組み合わせであるが、ここでは簡単のため、単一のレンズから構成されるものとして説明を行う。

光検出器4は、受光面に沿って複数の受光部6が二次元的に配列された検出基板5と、その受光面上に堆積された透明層7とを備えている。透明層7中には遮光マスク8が存在し、その上には色フィルタ9、透明層10、およびマイクロレンズ11が積層されている。受光部6からマイクロレンズ11までの構造体光検出セル)が、単一色の画素に相当する光を検出する。赤(R)、緑(G)、および青(B)の三原色について、それぞれの色に対応する画素の光検出セルから得られる信号を合成することにより、カラー画像再生することができる。

各受光部6は光検出面内で直交格子交点位置に配置されて互いに絶縁され、それらの間には隙間がある。この隙間には、検出信号転送(CCDの場合、垂直転送及び水平転送)するための配線が引き回されている。遮光マスク8は各受光部6の間の隙間に相当する部分の上に形成されており、受光部6は遮光マスク8には覆われていない。色フィルタ9及びマイクロレンズ11の中心は受光部6の中心に整合しており、遮光マスク8の各開口部は色フィルタ9で覆われている。

二次元的に配列された複数の受光部6は全て同じ構造を有しているが、色フィルタ9には、赤色透過、緑色透過、青色透過の3種類が存在している。赤色透過フィルタは、赤以外の波長の光をカットし、緑色透過フィルタは、緑以外の波長の光をカットし、青色透過フィルタは、青以外の波長の光をカットする光透過特性を有する。

受光部6は赤色検出用緑色検出用青色検出用、明るさ検出用の4つの集まりで1セットを構成する。4つの受光部6は、例えば正方形内を時計回りの順で並び、それぞれの上には赤色透過、緑色透過、青色透過、緑色透過の色フィルタ9が対応して組み合わされている。このような色フィルタ9の配列は、ベイヤー配列と称されている。明るさ検出用に緑色透過の色フィルタ9が用いられるのは、人間の目にとって緑色がもっとも感度が高いためである。マイクロレンズ11は、同図(b)に示すように、光線12のようにマイクロレンズ11の中心軸からシフトして入射する光を屈折させ、本来遮光マスク8によって遮られるべき光を開口部側に折り曲げ、受光部6に導く働きをなす。

図9(a)は従来例における光検出器4の一部を上から眺めた図で、画素16が直交格子の交点位置に等間隔(ピッチΛ)に並んでいる。

撮像装置の性能を左右する基本的な要素として解像度と明るさが上げられる。解像度は受光部6の総数画素数)に関係するが、レンズ系2の焦点距離fを固定にすると、受光部6のサイズ又は密度に関係する。

また、明るさは単一の受光部6が検出する光量に関係する。受光部6のサイズが小さいと解像度は向上するが、検出光量は減るので明るさは劣化する。反対に、受光部6のサイズが大きいと明るさは向上するが、解像度は劣化する。

明るさは焦点距離fやレンズの口径(直径D)にも関係する。焦点距離/口径=f/DのことをF値と呼び、これが小さいほど明るくなる(Dが大きいと広い面積の光を取り込めるので明るくなり、fが小さいと像のサイズが小さくなり、像サイズに反比例して像の光強度が増すので明るくなる)。

また、解像度はレンズ系2の光学性能にも関係する。レンズ系2の光学性能が高く、像3が高周波数パターン微細なピッチのパターン)まで再生されていれば、解像度も向上する。反対にレンズ系2の光学性能が悪く、像3が低周波数のパターンしか再生できなければ、解像度は劣化する。マイクロレンズ11は遮光マスク8によって遮られるべき光を受光部6に導くので、明るさの改善にある程度寄与している。
アライアンス,12,No.5 (2001)1−14

概要

薄型化に適した光学系を備え、モアレ縞が形成されにくい撮像装置を提供する。本発明の撮像装置は、相互に異なるフィルタリング特性を有する第1から第3の色フィルタ9R、9G、9Bを含む少なくとも3個の色フィルタと、第1から第3の色フィルタにそれぞれ対応づけられた第1から第3のレンズ系2R、2G、2Bを含む少なくとも3個のレンズ系と、第1の色フィルタ9Rおよび第1のレンズ系2Rを透過した光を受ける第1の光検出器4R、第2の色フィルタ9Gおよび第2のレンズ系2Gを透過した光を受ける第2の光検出器4G、および、第3の色フィルタ9Bおよび第3のレンズ系2Bを透過した光を受ける第3の光検出器4Bを含む光検出部とを備える。第1から第3の光検出器4R、4G、4Bの各々は、二次元的に配列された光検出セルのアレイを有し、各光検出セルの中心は、辺を共有する三角形群の各頂点に位置し、前記三角形の3つの頂角は、いずれも90°に等しくない。

目的

本発明は、光検出器の中心軸から離れた領域でも明るさの劣化が少なく、画素のピッチΛに近接したピッチの明暗パターン投影されてもモアレ縞が発生しにくい撮像装置及び撮像用光検出装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

相互に異なるフィルタリング特性を有する第1から第3の色フィルタを含む少なくとも3個の色フィルタと、前記第1から第3の色フィルタにそれぞれ対応づけられた第1から第3のレンズ系を含む少なくとも3個のレンズ系と、前記第1の色フィルタおよび第1のレンズ系を透過した光を受ける第1の光検出器、前記第2の色フィルタおよび第2のレンズ系を透過した光を受ける第2の光検出器、および、前記第3の色フィルタおよび第3のレンズ系を透過した光を受ける第3の光検出器を含む光検出部と、を備え、前記第1から第3の光検出器の各々は、二次元的に配列された光検出セルアレイを有し、各光検出セルの中心は、辺を共有する三角形群の各頂点に位置し、前記三角形の3つの頂角は、いずれも、90°に等しくない、撮像装置

請求項2

各光検出セルの中心は、辺を共有する正三角形群の各頂点に位置する、請求項1に記載の撮像装置。

請求項3

各光検出セルの中心は、辺を共有する六角形群又は正六角形群の中心に位置する、請求項1に記載の撮像装置。

請求項4

各光検出セルは、受光部と、前記受光部に光を導く光導波路部と、を有し、前記光導波路部は、周囲の屈折率よりも相対的に高い屈折率を有する柱状コアから形成されている、請求項1に記載の撮像装置。

請求項5

前記柱状コアは、前記光検出セルのアレイ上に二次元的に配列されている、請求項4に記載の撮像装置。

請求項6

前記柱状コアは、光入射側で相対的に太くなる形状を有している請求項5に記載の光検出装置

請求項7

前記第1の色フィルタにおける第1の波長域以外の波長域における光の透過率は、前記第1の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第2の色フィルタにおける第2の波長域以外の波長域における光の透過率は、前記第2の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第3の色フィルタにおける第3の波長域以外の波長域における光の透過率は、前記第3の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第1から第3の波長域の中心波長は、それぞれ、異なっている請求項1に記載の撮像装置。

請求項8

前記第1の色フィルタにおける第1の波長域における光の透過率は、前記第1の波長域以外の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第2の色フィルタにおける第2の波長域における光の透過率は、前記第2の波長域以外の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第3の色フィルタにおける第3の波長域における光の透過率は、前記第3の波長域以外の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第1から第3の波長域の中心波長は、それぞれ、異なっている請求項1に記載の撮像装置。

請求項9

前記第1の波長域、第2の波長域、および第3の波長域は、それぞれ、赤色、緑色、および青色に相当している、請求項1に記載の撮像装置。

請求項10

前記色フィルタは、前記レンズ系に関して前記光検出部の反対側に配置されている、請求項1に記載の撮像装置。

請求項11

前記色フィルタは、前記レンズ系と前記光検出部との間に配置されている、請求項1に記載の撮像装置。

請求項12

前記第1から第3の色フィルタは、それぞれ、前記第1から第3の光検出器上に設けられている請求項11に記載の撮像装置。

請求項13

前記第1から第3の光検出器の各々に含まれる光検出セルの個数は、前記光検出器に含まれる光検出セルの総数の1/6以上1/3以下である、請求項1に記載の撮像装置。

請求項14

前記第1から第3の光検出器上に形成される像の大きさの差異が、前記光検出セルの大きさよりも小さい請求項1に記載の撮像装置。

請求項15

前記第1から第3のレンズ系の横倍率は相互に等しい請求項14に記載の撮像装置。

請求項16

前記少なくとも3個の色フィルタは、前記第1から第3の色フィルタのいずれか1つのフィルタリング特性と同様のフィルタリング特性を有する第4の色フィルタを含み、前記少なくとも3個のレンズ系は、前記第4の色フィルタに対応づけられた第4のレンズ系を含み、前記光検出部は、前記第4の色フィルタおよび第4のレンズ系を透過した光を受ける第4の光検出器を含み、前記第4の光検出器は、二次元的に配列された光検出セルのアレイを有し、個々の光検出セルが受けた光の強さに対応する電気信号を出力する、請求項1に記載の撮像装置。

請求項17

前記少なくとも3個の色フィルタは、前記第1から第3の色フィルタのいずれのフィルタリング特性とも異なるフィルタリング特性を有する第4の色フィルタを含み、前記少なくとも3個のレンズ系は、前記第4の色フィルタに対応づけられた第4のレンズ系を含み、前記光検出部は、前記第4の色フィルタおよび第4のレンズ系を透過した光を受ける第4の光検出器を含み、前記第4の光検出器は、二次元的に配列された光検出セルのアレイを有し、個々の光検出セルが受けた光の強さに対応する電気信号を出力する、請求項1に記載の撮像装置。

請求項18

前記第1から第4の色フィルタは、第1の平面上の直交軸で分割される4つの象限に並べられており、前記第1から第4のレンズ系は、前記第1の平面に平行な第2の平面上の直交軸で分割される4つの象限に並べられており、前記第1から第4の光検出器は、前記第1の平面に平行な第3の平面上の直交軸で分割される4つの象限に並べられている、請求項11または12に記載の撮像装置。

請求項19

前記第4の光検出器の所定領域における光強度分布と、前記第1から第3の光検出器から選択された1つの光検出器の所定領域における光強度分布とを比較することにより、前記第1から第3の光検出器から選択された1つの光検出器上の像と前記第4の光検出器上の像との間にある位置ずれの大きさを検出し、前記位置ずれの大きさに基づいて前記第1から第4の光検出器上の像の相対ずれ量を決定し、前記電気信号を補正する請求項18に記載の撮像装置。

請求項20

前記光検出器の所定領域は、前記第1から第4のレンズ系の各中心軸が前記第1から第4の光検出器の表面と交差する4つの点の各々から前記第3の平面上の直交軸の交点までの間の直線上に位置する請求項19に記載の撮像装置。

請求項21

前記光検出器の所定領域における光強度分布の時間変化を検出することにより、前記光検出器上の像の位置ずれの大きさを検出し、前記位置ずれの大きさに基づいて前記光検出器上の像の移動速度を決定し、前記電気信号を補正する請求項20に記載の撮像装置。

請求項22

前記光検出器の所定領域の1つは、前記第1から第4のレンズ系の各中心軸が前記第1から第4の光検出器の表面と交差する4つの点の各々から前記第3の平面上の直交軸の交点までの間の直線の1つの上に位置し、前記光検出器の所定領域の他の1つは、前記直線の他の1つの上に位置する請求項21に記載の撮像装置。

請求項23

二次元的に配列された複数の光検出セルを備える光検出器であって、各光検出セルの中心は、辺を共有する三角形群の各頂点に位置し、前記三角形の3つの頂角は、いずれも、90°に等しくない、光検出装置。

請求項24

二次元的に配列された複数の光検出セルを備える光検出器であって、各光検出セルの中心は、辺を共有する正三角形群の各頂点に位置する、光検出装置。

請求項25

二次元的に配列された複数の光検出セルを備える光検出器であって、各光検出セルの中心は、辺を共有する六角形群又は正六角形群の中心に位置する、光検出装置。

請求項26

前記光検出セルが六角形又は正六角形の境界線仕切られ、前記六角形又は正六角形が互いに辺を接して配置され、前記光検出セルに入射する光は、前記六角形又は前記正六角形に囲まれた領域の光が、対応する前記光検出セルの光受光部に導かれて検出される、請求項25に記載の光検出装置。

請求項27

二次元的に配列された光検出セルのアレイを備える光検出装置であって、各光検出セルは、受光部と、前記受光部に光を導く光導波路部と、を有し、前記光導波路部は、周囲の屈折率よりも相対的に高い屈折率を有する柱状コアから形成されている、光検出装置。

請求項28

前記柱状コアは、前記光検出セルのアレイ上に二次元的に配列されている、請求項27に記載の光検出装置

請求項29

前記柱状コアは、光入射側で相対的に太くなる形状を有している請求項28に記載の光検出装置。

技術分野

0001

本発明は、物体映像撮影するために用いられる撮像装置及び撮像用光検出装置に関する。

背景技術

0002

近年、CCDやCMOSセンサなどの撮像装置がデジタルカメラ携帯電話などの小型電子機器に広く用いられている。このような撮像装置の構成が例えば非特許文献1に開示されている。

0003

以下、図8(a)および(b)を参照しながら、従来の撮像装置の主要構成を示す。図8(a)及び(b)は、それぞれ、撮像装置及び撮像用光検出装置の断面構成を示している。

0004

物体1で反射され自然光等の光は、図8(a)に示すように、レンズ系2によりCCDやCMOSセンサなどの光検出器(photodetector)4の受光面上に像3を形成する。なお、一般のレンズ系2は、所望の光学性能を実現するように光軸に沿って並んだ複数のレンズの組み合わせであるが、ここでは簡単のため、単一のレンズから構成されるものとして説明を行う。

0005

光検出器4は、受光面に沿って複数の受光部6が二次元的に配列された検出基板5と、その受光面上に堆積された透明層7とを備えている。透明層7中には遮光マスク8が存在し、その上には色フィルタ9、透明層10、およびマイクロレンズ11が積層されている。受光部6からマイクロレンズ11までの構造体光検出セル)が、単一色の画素に相当する光を検出する。赤(R)、緑(G)、および青(B)の三原色について、それぞれの色に対応する画素の光検出セルから得られる信号を合成することにより、カラー画像再生することができる。

0006

各受光部6は光検出面内で直交格子交点位置に配置されて互いに絶縁され、それらの間には隙間がある。この隙間には、検出信号転送(CCDの場合、垂直転送及び水平転送)するための配線が引き回されている。遮光マスク8は各受光部6の間の隙間に相当する部分の上に形成されており、受光部6は遮光マスク8には覆われていない。色フィルタ9及びマイクロレンズ11の中心は受光部6の中心に整合しており、遮光マスク8の各開口部は色フィルタ9で覆われている。

0007

二次元的に配列された複数の受光部6は全て同じ構造を有しているが、色フィルタ9には、赤色透過、緑色透過、青色透過の3種類が存在している。赤色透過フィルタは、赤以外の波長の光をカットし、緑色透過フィルタは、緑以外の波長の光をカットし、青色透過フィルタは、青以外の波長の光をカットする光透過特性を有する。

0008

受光部6は赤色検出用緑色検出用青色検出用、明るさ検出用の4つの集まりで1セットを構成する。4つの受光部6は、例えば正方形内を時計回りの順で並び、それぞれの上には赤色透過、緑色透過、青色透過、緑色透過の色フィルタ9が対応して組み合わされている。このような色フィルタ9の配列は、ベイヤー配列と称されている。明るさ検出用に緑色透過の色フィルタ9が用いられるのは、人間の目にとって緑色がもっとも感度が高いためである。マイクロレンズ11は、同図(b)に示すように、光線12のようにマイクロレンズ11の中心軸からシフトして入射する光を屈折させ、本来遮光マスク8によって遮られるべき光を開口部側に折り曲げ、受光部6に導く働きをなす。

0009

図9(a)は従来例における光検出器4の一部を上から眺めた図で、画素16が直交格子の交点位置に等間隔(ピッチΛ)に並んでいる。

0010

撮像装置の性能を左右する基本的な要素として解像度と明るさが上げられる。解像度は受光部6の総数画素数)に関係するが、レンズ系2の焦点距離fを固定にすると、受光部6のサイズ又は密度に関係する。

0011

また、明るさは単一の受光部6が検出する光量に関係する。受光部6のサイズが小さいと解像度は向上するが、検出光量は減るので明るさは劣化する。反対に、受光部6のサイズが大きいと明るさは向上するが、解像度は劣化する。

0012

明るさは焦点距離fやレンズの口径(直径D)にも関係する。焦点距離/口径=f/DのことをF値と呼び、これが小さいほど明るくなる(Dが大きいと広い面積の光を取り込めるので明るくなり、fが小さいと像のサイズが小さくなり、像サイズに反比例して像の光強度が増すので明るくなる)。

0013

また、解像度はレンズ系2の光学性能にも関係する。レンズ系2の光学性能が高く、像3が高周波数パターン微細なピッチのパターン)まで再生されていれば、解像度も向上する。反対にレンズ系2の光学性能が悪く、像3が低周波数のパターンしか再生できなければ、解像度は劣化する。マイクロレンズ11は遮光マスク8によって遮られるべき光を受光部6に導くので、明るさの改善にある程度寄与している。
アライアンス,12,No.5 (2001)1−14

発明が解決しようとする課題

0014

このような従来の撮像装置及び撮像用光検出装置において以下の問題があった。例えば図8(b)で示すように、マイクロレンズ11の中心軸に対して傾斜した光線12’は遮光マスク8によって遮られる。これはレンズの一般的な性質としてレンズの主点を通る光を直進させることに起因する。従って、マイクロレンズ11の効果は十分ではなく、傾斜した光線に対しては必ず検出効率落ちる。例えばレンズ系2の中心軸、即ち光検出器4の中心から離れた領域では、検出面法線に対し光線が大きく傾斜するので、中心近傍に比べ明るさが十分でなくなり、画像処理での補正処理が必要となる。また、この傾斜した光線に対する課題は、レンズ系の光学設計時に像側テレセントリック条件(像側で光軸に平行な光線となること)を要求し、設計への自由度を大きく制限している。

0015

一方、図9(b)は、光検出器4の上に画素16のピッチΛに近接したピッチ(図ではピッチ10Λ/9)の明暗パターン投影される場合をしめしている。明暗パターンの暗線13は図9(b)の左右端では画素16を塞ぎ、中央付近では画素16の間を塞ぐ形になる。従って、図の中央付近では明るく左右端では暗いパターンが検出され、実際の明暗パターンとは全く異なった、大きな周期の明暗パターンが偽信号として検出される。

0016

この縞模様は一般にモアレ縞と呼ばれる。この画素16の周期方位縦方向、横方向、2つの斜め方向、合わせて4つの方向に存在するので、モアレ縞も暗いパターンが4つの方向にある時に発生する。このモアレ縞を防ぐために、従来例では光学系の周波数特性性能を落とし(いわば光学系の解像度を落とし)、画素16のピッチΛに近接したピッチの明暗パターンがつぶれるように設計している。即ち、受光部6の画素数で決まる解像度よりも、光学系の解像度を設計的に低くして組み合わせている。光学系の解像度を低くする方法として、設計的に実現する方式や、複屈折性基板を傾けて光検出器4の前に配置し、複屈折の効果で光を滲ませる方式等も使われる。このことを光検出器側からみれば、光学系の解像度よりも一段高い解像度の光検出器4を用いることになり、複屈折性の基板の付加も合わせて、全体のコストアップに繋がる。

0017

また、携帯電話用の小型の撮像装置は薄さが要求されるが、これを実現するには焦点距離fを小さくすることが必要である。fが小さくなると像3のサイズ(一辺の長さ)も比例して小さくなるので、受光部6のサイズが同じである限り、像3の検出に用いられる画素数が少なくなり、像3の解像度が悪くなる。従って、解像度を維持させるには、受光部6のサイズ(一辺の長さ)も焦点距離fに比例して小さくする必要がある。

0018

一方、口径Dを固定のままでfを小さくすると、レンズ系2の光学性能の確保が難しくなり、特に軸外特性レンズ中心軸に対し角度を持って入射する光の光学特性)が劣化する。即ち、像3の像高部の領域(レンズ系2の中心軸即ち光検出器4の中心から離れた領域)には大きな収差が生じやすく、この領域での解像度が著しく劣化する。

0019

従って、光学性能を維持するには口径Dも同じ比率で小さくする(いわゆるF値を一定にする)必要がある。焦点距離fと受光部6のサイズと口径Dとが同じ比率で小さくなると、F値が一定なので像3の光強度は変わらないが、受光部6のサイズが小さくなる分、受光面積が小さく、単一の受光部6での検出光量も小さくなる。従って、薄さを追求するために焦点距離fを小さくすることで、像3の解像度が悪くなったり(受光部6のサイズが変わらない場合)、光学性能が悪くなったり(口径Dのサイズが変わらない場合)、以上の性能を全て確保できても受光部6での検出光量が小さくなる課題が残る。

0020

本発明は、光検出器の中心軸から離れた領域でも明るさの劣化が少なく、画素のピッチΛに近接したピッチの明暗パターンが投影されてもモアレ縞が発生しにくい撮像装置及び撮像用光検出装置を提供することを目的とする。

0021

本発明の他の目的は、像の解像度や光学系の光学性能や受光部での検出光量の劣化を招くことなしに焦点距離を小さくできる撮像装置及び撮像用光検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0022

本発明の撮像装置は、相互に異なるフィルタリング特性を有する第1から第3の色フィルタを含む少なくとも3個の色フィルタと、前記第1から第3の色フィルタにそれぞれ対応づけられた第1から第3のレンズ系を含む少なくとも3個のレンズ系と、前記第1の色フィルタおよび第1のレンズ系を透過した光を受ける第1の光検出器、前記第2の色フィルタおよび第2のレンズ系を透過した光を受ける第2の光検出器、および、前記第3の色フィルタおよび第3のレンズ系を透過した光を受ける第3の光検出器を含む光検出部とを備え、前記第1から第3の光検出器の各々は、二次元的に配列された光検出セルのアレイを有し、各光検出セルの中心は、辺を共有する三角形群の各頂点に位置し、前記三角形の3つの頂角は、いずれも、90°に等しくない。

0023

好ましい実施形態において、各光検出セルの中心は、辺を共有する正三角形群の各頂点に位置する。

0024

好ましい実施形態において、各光検出セルの中心は、辺を共有する六角形群又は正六角形群の中心に位置する。

0025

好ましい実施形態において、各光検出セルは、受光部と、光を前記受光部に導く光導波路部とを有し、前記光導波路部は、周囲の屈折率よりも相対的に高い屈折率を有する柱状コアから形成されている。

0026

好ましい実施形態において、前記柱状コアは、前記光検出セルのアレイ上に二次元的に配列されている。

0027

好ましい実施形態において、前記柱状コアは、光入射側で相対的に太くなる形状を有している。

0028

好ましい実施形態において、前記第1の色フィルタにおける第1の波長域以外の波長域における光の透過率は、前記第1の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第2の色フィルタにおける第2の波長域以外の波長域における光の透過率は、前記第2の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第3の色フィルタにおける第3の波長域以外の波長域における光の透過率は、前記第3の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第1から第3の波長域の中心波長は、それぞれ、異なっている。

0029

好ましい実施形態において、前記第1の色フィルタにおける第1の波長域における光の透過率は、前記第1の波長域以外の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第2の色フィルタにおける第2の波長域における光の透過率は、前記第2の波長域以外の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第3の色フィルタにおける第3の波長域における光の透過率は、前記第3の波長域以外の波長域における光の透過率に比べて低く、前記第1から第3の波長域の中心波長は、それぞれ、異なっている。

0030

好ましい実施形態において、前記第1の波長域、第2の波長域、および第3の波長域は、それぞれ、赤色、緑色、および青色に相当している。

0031

好ましい実施形態において、前記色フィルタは、前記レンズ系に関して前記光検出部の反対側に配置されている。

0032

好ましい実施形態において、前記色フィルタは、前記レンズ系と前記光検出部との間に配置されている。

0033

好ましい実施形態において、前記第1から第3の色フィルタは、それぞれ、前記第1から第3の光検出器上に設けられている。

0034

好ましい実施形態において、前記第1から第3の光検出器の各々に含まれる光検出セルの個数は、前記光検出器に含まれる光検出セルの総数の1/6以上1/3以下である。

0035

好ましい実施形態において、前記第1から第3の光検出器上に形成される像の大きさの差異が、前記光検出セルの大きさよりも小さい。

0036

好ましい実施形態において、前記第1から第3のレンズ系の横倍率は相互に等しい。

0037

好ましい実施形態において、前記少なくとも3個の色フィルタは、前記第1から第3の色フィルタのいずれか1つのフィルタリング特性と同様のフィルタリング特性を有する第4の色フィルタを含み、前記少なくとも3個のレンズ系は、前記第4の色フィルタに対応づけられた第4のレンズ系を含み、前記光検出部は、前記第4の色フィルタおよび第4のレンズ系を透過した光を受ける第4の光検出器を含み、前記第4の光検出器は、二次元的に配列された光検出セルのアレイを有し、個々の光検出セルが受けた光の強さに対応する電気信号を出力する。

0038

好ましい実施形態において、前記少なくとも3個の色フィルタは、前記第1から第3の色フィルタのいずれのフィルタリング特性とも異なるフィルタリング特性を有する第4の色フィルタを含み、前記少なくとも3個のレンズ系は、前記第4の色フィルタに対応づけられた第4のレンズ系を含み、前記光検出部は、前記第4の色フィルタおよび第4のレンズ系を透過した光を受ける第4の光検出器を含み、前記第4の光検出器は、二次元的に配列された光検出セルのアレイを有し、個々の光検出セルが受けた光の強さに対応する電気信号を出力する。

0039

好ましい実施形態において、前記第1から第4の色フィルタは、第1の平面上の直交軸で分割される4つの象限に並べられており、前記第1から第4のレンズ系は、前記第1の平面に平行な第2の平面上の直交軸で分割される4つの象限に並べられており、前記第1から第4の光検出器は、前記第1の平面に平行な第3の平面上の直交軸で分割される4つの象限に並べられている。

0040

好ましい実施形態において、前記第4の光検出器の所定領域における光強度分布と、前記第1から第3の光検出器から選択された1つの光検出器の所定領域における光強度分布とを比較することにより、前記第1から第3の光検出器から選択された1つの光検出器上の像と前記第4の光検出器上の像との間にある位置ずれの大きさを検出し、
前記位置ずれの大きさに基づいて前記第1から第4の光検出器上の像の相対ずれ量を決定し、前記電気信号を補正する。

0041

好ましい実施形態において、前記光検出器の所定領域は、前記第1から第4のレンズ系の各中心軸が前記第1から第4の光検出器の表面と交差する4つの点の各々から前記第3の平面上の直交軸の交点までの間の直線上に位置する。

0042

好ましい実施形態において、前記光検出器の所定領域における光強度分布の時間変化を検出することにより、前記光検出器上の像の位置ずれの大きさを検出し、前記位置ずれの大きさに基づいて前記光検出器上の像の移動速度を決定し、前記電気信号を補正する。

0043

好ましい実施形態において、前記光検出器の所定領域の1つは、前記第1から第4のレンズ系の各中心軸が前記第1から第4の光検出器の表面と交差する4つの点の各々から前記第3の平面上の直交軸の交点までの間の直線の1つの上に位置し、前記光検出器の所定領域の他の1つは、前記直線の他の1つの上に位置する。

0044

本発明の光検出装置は、二次元的に配列された複数の光検出セルを備える光検出器であって、各光検出セルの中心は、辺を共有する三角形群の各頂点に位置し、前記三角形の3つの頂角は、いずれも、90°に等しくない。

0045

本発明の他の光検出装置は、二次元的に配列された複数の光検出セルを備える光検出器であって、各光検出セルの中心は、辺を共有する正三角形群の各頂点に位置する。

0046

本発明の更に他の光検出装置は、二次元的に配列された複数の光検出セルを備える光検出器であって、各光検出セルの中心は、辺を共有する六角形群又は正六角形群の中心に位置する。

0047

好ましい実施形態において、前記光検出セルが六角形又は正六角形の境界線仕切られ、前記六角形又は正六角形が互いに辺を接して配置され、前記光検出セルに入射する光は、前記六角形又は前記正六角形に囲まれた領域の光が、対応する前記光検出セルの光受光部に導かれて検出される。

0048

本発明による更に他の光検出装置は、二次元的に配列された光検出セルのアレイを備える光検出装置であって、各光検出セルは、受光部と、前記受光部に光を導く光導波路部とを有し、前記光導波路部は、周囲の屈折率よりも相対的に高い屈折率を有する柱状コアから形成されている。

0049

好ましい実施形態において、前記柱状コアは、前記光検出セルのアレイ上に二次元的に配列されている。

0050

好ましい実施形態において、前記柱状コアは、光入射側で相対的に太くなる形状を有している。

発明の効果

0051

本発明の撮像装置は、色フィルタ、レンズ系、および光検出器のセットを、例えばR、G、Bに対応させるように用意している。このため、色ごとに異なる像を示すデータを各光検出器から得ることができ、それらのデータを合成することによってカラー画像を生成することができる。また、本発明によれば、個々の光検出器上に画素単位パターニングされた色フィルタの配列を形成する必要がない。従来用いられてきたレンズ系を、例えばRGBに対応する複数のレンズ系に分けるため、個々のレンズ系を小型化し、明るさを減じることなく焦点距離を短縮することができる。レンズ系の焦点距離を短縮できれば、撮像装置の厚さを小さくすることができる。

0052

このように並列的に配列した複数のレンズ系を備えることにより、例えば半分の焦点距離であっても同一の光学性能が確保できる。焦点距離が縮小されると、小型化以外の効果として、像面湾曲などの収差も比例して小さくできので、誤差余裕を確保できる。

0053

更に、画素が二等辺三角形又は正三角形の頂点位置を中心にして並んでいるため、モアレ縞の発生頻度が減少する。このため、画素境界が互いに接するまで大きくし、モアレ縞の程度を大幅に改善することができる。

0054

また、光検出器内部に導波管部を設けることにより、光検出器に入射する光、特に斜入射光取り込み効率が大幅に高まる効果が得られる。その結果、光学設計の上で像側テレセントリック条件を無視することもでき、設計への自由度が大幅に広がる。

発明を実施するための最良の形態

0055

(実施形態1)
以下、図1から図5を参照しつつ、本発明による撮像装置の第1の実施形態を説明する。なお、図8に示す従来の撮像装置の構成要素と共通する構成要素については、同一の参照符号を用いている。

0056

まず、図1を参照する。図1は、本実施形態の撮像装置の全体構成を示している。

0057

物体1で反射された自然光や照明光の一部は、色フィルタ9R、9G、9B、9Dを透過した後、レンズ系2R、2G、2B、2Dにより、CCDやCMOS等の光検出器4R、4G、4B、4D上に像3R、3G、3B、3Dを形成する。レンズ系2R、2G、2B、2Dの各々は、好ましくは所望の光学性能を実現するように光軸に沿って並んだ複数のレンズの組み合わせであるが、ここでは簡単のため、単一のレンズから構成されるものとして説明を行う。

0058

色フィルタ9R、9G、9B、9Dは、フィルタ基板上の直交座標軸9X、9Yにより4等分割された4つの象限に対応して形成されており、それぞれ赤近傍以外、緑近傍以外、青近傍以外、緑近傍以外の波長の光の透過率をカットする。本実施形態における色フィルタ9R、9G、9B、9Dは、図1に示すように、同一平面上に配列されているが、これらの色フィルタ9R、9G、9B、9Dは、異なる平面上に配列されていてもよい。

0059

レンズ系2R、2G、2B、2Dも、直交座標軸2X、2Yにより4等分割された4つの象限に対応して形成されている。また、光検出器4R、4G、4B、4Dも、一つの光検出器を直交座標軸4X、4Yにより4等分割し、その4つの象限に対応している。

0060

直交座標9X、2X、4X及び9Y、2Y、4Yは、それぞれ互いに平行関係にあり、それらの交点は光軸14上にある。光検出器4R、4G、4B、4Dは、赤色検出用、緑色検出用、青色検出用、明るさ検出用である。

0061

このように本実施形態では、図8に示す従来の撮像装置とは異なり、画素単位で異なる色フィルタの配列を光検出器上に設けてはいない。このため、光検出器4R、4G、4B、4Dの各々は、従来のフルカラー用光検出器の構成とは異なる構成を有している。この点については、後に詳細を説明する。

0062

本実施形態では、レンズ系2R、2G、2B、2Dの横倍率が揃っている。これにより、レンズ系2R、2G、2B、2Dによって光検出器4R、4G、4B、4D上に投影される像3R、3G、3B、3Dの大きさの差異が1画素以下に収まる。このため、各光検出器(4R、4G、4B、4D)で検出した信号に基づき、一つ一つの画素のカラー信号を容易に合成することが可能になる。

0063

受光部6における光検出セルの総数(総画素数)と、受光部1個の面積(画素面積)、及びレンズ系のF値を統一した状態で従来例と比較すると、本実施形態では従来例の半分の焦点距離で同一の光学性能が確保できている。言い換えれば、焦点距離が半分でも、像3の解像度が悪くならない(画素数が変わらない)。また、光学性能が悪くならず(各レンズ系でのF値が変わらないため)、受光部6での検出光量も変わっていない。従って、携帯電話用の小型の撮像装置等、薄さが要求される撮像装置では、光学性能を落とすことなく容易に薄くできるので、その効果は大きい。また焦点距離が小さい分、像面湾曲などの大きさも比例して小さくできるので、誤差余裕が確保できるメリットもある。

0064

図2(a)及び(b)は、本実施形態における撮像装置及び撮像用光検出装置の断面構成をそれぞれ示している。図には、赤色を検出する部分のみが示されているが、他の色を検出する部分も同様の構成を有している。

0065

光検出器4Rは、図2(a)に示されるように、検出基板5と、検出基板5の表面に形成されたフォトディテクタ等の受光部6と、検出基板5の表面を覆う透明層7と、透明層7上に設けられた遮光マスク8とを備えている。検出基板5は、典型的にはシリコン基板から形成される。受光部6は、半導体製造技術を用いて作製され得る。遮光マスク8の上には、導波管15の二次元的なアレイを含む透明層10が積層され、その上には個々の導波管15に対応するようにマイクロレンズ11のアレイが形成されている。

0066

受光部6からマイクロレンズ11までの構造体が、単一色の画素(以下、これを画素として説明する)として動作する。各画素で受けた光の出力が電気信号として出力される。これらの信号は、他のレンズ系に対応する受光部6の対応する画素から出力される信号と組み合わせられてカラーの画像が再生されることになる。

0067

導波管15は、透明層10よりも屈折率が相対的に高い材料から形成されている。導波管15は、図2(b)に示すように、光軸14に沿った柱状構造を有している。より詳細には、マイクロレンズ11に近い位置の入力部15aと、受光部6に近い位置の出力部15bとを有しており、入力部15aの直径が出力部15bの直径よりも大きく設定されている。導波管15の入力部15aの端面はマイクロレンズ11とほぼ接し、出力部15bの端面は透明層7に接している。

0068

透明層10の屈折率が例えば1.5のとき、導波管15の屈折率は例えば2.0程度に設定される。光は、低屈折率媒質から高屈折率の媒質へと伝播するため、透明層10中にあって導波管15の近傍を伝搬する光は導波管15に引き込まれる。

0069

本実施形態では、図1に示すように光検出器4R、4G、4B、4Dから色フィルタ9R、9G、9B、9Dを分離しているため、光検出器4R、4G、4B、4Dにおける画素は、ベイヤー配列などの色フィルタにおける画素配列規則拘束されることなく、高い自由度で配列され得る。

0070

具体的には、各光検出器4における光検出セルが、図5(a)に示すように配置されている。図5(a)は、本実施形態における撮像装置の光検出器4の一部を上から眺めた図である。画素16が直角三角形以外の三角形、例えば辺AB、ACを等辺とする二等辺三角形ABCの頂点位置、又は正三角形の頂点位置を中心にして並んでいる。各頂点の横方向の間隔(AA’又はBC)はピッチΛであり、縦方向にもピッチΛの等間隔で並んだ横線上に頂点が整列している。1つの画素16が、1つの受光部6に相当している。

0071

図5(b)は、光検出器4の上に画素16のピッチΛに近接したピッチの明暗パターンが投影される場合(図ではピッチ10Λ/9)を示している。矢印16aの行では明暗パターンの暗線13は図5(b)の左右端で画素16を塞ぎ、中央付近では画素16の間を塞ぐ形になる。一方、矢印16bの行では明暗パターンの暗線13は図5(b)の中央付近で画素16を塞ぎ、左右端では画素16の間を塞ぐ形になる。これらの行の出現確率は等しいので、全体としては画素16の塞がれ方が均一に見え、モアレ縞が発生しない。

0072

しかしながら、図5(c)に示すような辺ACに沿った明暗パターンの場合は、矢印16aの行で明暗パターンの暗線13が左右端では画素16を塞ぎ、中央付近では画素16の間を塞ぎ、この状態が辺ACの方向に沿って引き継がれる。従って、辺AC(辺AB、辺BCも同様)に沿った明暗パターンの場合には、従来例と同様にモアレ縞が発生することになる。なお、従来例では明暗パターンが縦方向、横方向、2つの斜め方向、合わせて4つの方向にある時にモアレ縞が発生したが、図5(a)の並びでは3つの方向に減少しており、ある程度の改善効果はある。

0073

再び、図2を参照する。

0074

個々の画素に対応する位置に設けられている光検出セルは、互いに絶縁され、それらの間には隙間がある。この隙間に、検出信号を転送(CCDの場合、垂直転送及び水平転送)するための配線が引き回されている。遮光マスク8は各受光部6の間の隙間に相当する部分の上に形成されており、受光部6は遮光マスク8には覆われていない。導波管15及びマイクロレンズ11の中心は、受光部6の中心に整合している。各導波管15は、遮光マスク8の対応する開口部内に位置している。

0075

2次元的に配列された多数の受光部6は相互に同一の構造を有している。入射光線12がマイクロレンズ11の中心軸から傾き、中心からもシフトした場合、マイクロレンズ11はこの光を屈折させて導波管15側に折り曲げる。導波管15は、この屈折光を内部に引き寄せて、受光部6に導く働きをなす。

0076

光線12がマイクロレンズ11の中心を通って中心軸から傾く場合にはマイクロレンズ11の屈折効果は少ないが、導波管15の入力部15aの付近を通過するので導波管15の内部に引き込まれ、導波管15内部を伝搬して受光部6まで導かれる。なお、受光部6側の導波管端面は受光部6に近接するほど光の受光効率が高まるので、導波管15を透明層7の内部まで引き込んでも良い。

0077

また、受光部6の上に透明層7よりも高屈折率の媒質を積層し、各受光部6の間では透明層7により仕切ることで、導波管端面から出射する光を効果的に取り込み、受光部6に導くこともできる。従って、本実施形態は従来例にくらべ光検出器に入射する光の取り込み効率が高く、特に従来例では取り込められなかった斜入射光をも損失なく検出でき、その効果は大きい。また従来例では、像側テレセントリック(像側で光軸に平行な光線となること)が光学設計上の必要条件であったが、本実施形態ではこれを無視することもでき、設計への自由度も大幅に広がる。なお、導波管15による集光率が高いため、マイクロレンズ11を省略することによって、装置の構成を簡単化してもよい。また、導波管15の光入射側部分をマイクロレンズと一体化しても良い。

0078

図3(a)及び(b)は、本実施形態における撮像装置での光軸方向の物体位置と像位置との関係をそれぞれ示す図である。物体1がレンズ面からaの距離にある場合は、レンズ面からbの距離にある検出面上では像3R、3G、3B、3Dが形成される。物体1’がレンズ面からa’の距離にある場合は、各レンズ中心が光軸14からずれているために(ずれ幅をδとする)、レンズ面からbの距離にある検出面上での像も光軸14と検出面との交点40を中心とする動径方向に沿ってずれ、像3R’、3G’、3B’、3D’が形成される。物体1の像と物体1’の像との間に存在するずれ幅Δは、以下の式1で与えられる。

0079

Δ=δb(1/a’−1/a) … (式1)

0080

本実施形態における撮像装置でカラーの像を再生するには、各光検出器4R、4G、4B、4Dで検出した信号を、1画素単位で対応させ、カラーの画素として合成する必要がある。物体の遠近差によって(式1)で示した像位置の変位が生じると、このような像位置の変位による画素のシフトを補正する必要がある。

0081

この補正の仕方は次の通りである。

0082

まず、図3(b)に示すように、互いに対角位置にある光検出器4Gと光検出器4Dとにより、中心点40を通る動径方向4GDに沿った画素での検出光量分布の比較を行う。この比較により、光検出器4Gにおける光強度分布と光検出器4Dにおける光強度分布との間の相関関係を求める。物体像の対応する部分の画素の位置が、光検出器4Dでは点4D0’であるに対し、光検出器4Gでは点4G0’であったとする。なお、対応する画素位置の比較は、光検出器4Rと光検出器4Bとの間で行ってもよいが、光検出器4Gおよび光検出器4Dは、いずれも同色の像を形成するため、対応する画素の位置ずれを決定しやすい。

0083

点4G0および点4D0を、それぞれ、光検出器4Gおよび光検出器4Dの中心点とする。このとき、点4G0、点4D0は、中心40に関する対称点である。また、レンズ系2G、2Dも光軸14に関して対称であるので、点4G0’、点4D0’も中心40に関する対称点である。点4G0’の点4G0に対する偏差εは、物体位置がレンズからaの距離にあるとき、δb/aの値に相当する。この値は、他の光検出面でも同じである。

0084

動径(中心40と各検出器中心を通る直線)に沿って偏差εだけシフトした点を各光検出器座標系の新たな原点として、各座標系の同一座標位置を対応させる。こうすることにより、像位置の変位による影響を補正することができ、カラー信号の合成を適切に実行することができる。

0085

図4(a)及び(b)は、本実施形態における撮像装置での光軸直交方向の物体位置と像位置との関係をそれぞれ示す図である。物体1がレンズ面からaの距離にある場合は、レンズ面からbの距離にある検出面上では像3R、3G、3B、3Dが形成される。物体1が光軸14に直交する面内の方向Sにそって距離δ’だけ移動したとき、その物体を物体1’と称することとする。この物体1’については、レンズ面からbの距離にある検出面上での像も方向Sの逆方向に沿ってずれ、像3R’、3G’、3B’、3D’が形成される。この像のずれ幅Δ’は、次の式2で与えられる。

0086

Δ’=δ’b/a … (式2)

0087

画像の撮影中に、このような横ずれが起こると、再生された画像は横方向にぶれる。カメラの手ぶれによる影響は、レンズ側から見ると、レンズに対する物体の相対的横ずれに相当し、図3に示す現象と同じである。前述したように、本実施形態における撮像装置では、各光検出器(4R、4G、4B、4D)で検出した信号を画素単位で対応させ、合成するため、図に示すように像位置が変位すると、合成されるべき画素の対応づけが適切に行われず、色ずれが発生する。従って、この影響を補正する必要がある。

0088

この補正の仕方は、次の通りである。

0089

光検出器4Gにおいて、中心点40を通る動径方向4GDに沿った画素で、適当な微小時間差Δtを為して2つの光量分布を検出し、分布の相関関係をとって相似画素が動径方向4GD上の点PからP’に変位したとする。一方、光検出器4Rにおいて、中心点40を通る動径方向4RBに沿った画素で、適当な微小時間差Δtを為して2つの光量分布を検出し、分布の相関関係をとって相似画素が動径方向4RB上の点QからQ’に変位したとする。微小時間差Δtにおける像位置の変位ベクトルRR’はベクトルPP’とベクトルQQ’の和で与えられる。従って、手ぶれ等によって起こされる像のずれ方の速度ベクトルはベクトルRR’/Δtに等しくし、この速度ベクトルに時間間隔掛けた分だけシフトした点を各光検出器座標系の新しい原点として、各座標系の同一座標位置を対応させることで同じ像位置の画素の対応を取ることができ、画像の撮影中における像位置の変位の影響が補正される。

0090

(実施形態2)
図6(a)は本発明の他の実施形態における撮像装置の光検出器4の一部を上から眺めた図で、図5(a)で示した実施形態1における撮像装置の光検出器4に比べ、画素16の中心位置は変わらないが、各画素16の外径が互いに接するまで大きくなっている。本実施形態では、光検出器4を除く他の構成要素は、実施形態1における構成要素と同一であるため、それらの構成要素の詳しい説明は省略する。

0091

図6(b)は、光検出器4の上に画素16のピッチΛに近接したピッチの明暗パターンが投影される場合(図ではピッチ10Λ/9)を示している。矢印16aの行では明暗パターンの暗線13は図6(b)の左右端で画素16を塞ぎ、中央付近では画素16の間を塞ぐ形になっているが、中央と左右端の差異は実施形態1よりも小さくなっている。一方、矢印16bの行では明暗パターンの暗線13は図6(b)の中央付近で画素16を塞ぎ、左右端では画素16の間を塞ぐ形になっているが、これも中央と左右端の差異は実施形態1よりも小さくなっている。これらの行の出現確率は等しいので、全体としては画素16の塞がれ方が均一に見え、モアレ縞が発生しない。更に、図6(c)に示すような、辺ACに沿った明暗パターンの場合でも、中央と左右端の差異は実施形態1よりも小さくなっており、モアレ縞が発生しにくい。従って、本実施形態では、辺AC(辺AB、辺BCも同様)に沿った明暗パターンの場合に発生するモアレ縞が実施形態1に比べて緩和される。

0092

(実施形態3)
図7(a)は本発明の別の実施形態における撮像装置の光検出器4の一部を上から眺めた図で、図6で示した実施形態2における撮像装置の光検出器4に比べ、画素16の中心位置は変わらないが、各画素16の外形が6角形となり、各辺が互いに接する形状となっている。なお、本実施形態でも、光検出器4を除く他の構成要素は、実施形態1における構成要素と同一であるため、それらの構成要素の詳しい説明は省略する。

0093

図7(b)は、光検出器4の上に画素16のピッチΛに近接したピッチの明暗パターンが投影される場合(図ではピッチ10Λ/9)を示している。矢印16aの行では明暗パターンの暗線13は図7(b)の左右端で画素16を塞ぎ、中央付近では画素16の間を塞ぐ形になっているが、中央と左右端の差異は実施形態2における差異よりも小さくなっている。一方、矢印16bの行では明暗パターンの暗線13は図7(b)の中央付近で画素16を塞ぎ、左右端では画素16の間を塞ぐ形になっているが、これも中央と左右端の差異は実施形態2以上に小さくなっている。これらの行の出現確率は等しいので、全体としては画素16の塞がれ方が均一に見え、モアレ縞が発生しない。

0094

更に、図7(c)に示すような、辺ACに沿った明暗パターンの場合でも、中央と左右端の差異は実施形態2よりも小さくなっており、モアレ縞が発生しにくい。従って、実施形態3では辺AC(辺AB、辺BCも同様)に沿った明暗パターンの場合に発生するモアレ縞は実施形態1や2は基より実施形態2に比べても緩和されている。

0095

なお、図5、6、7において画素16の言葉を使用したが、厳密には光検出器4への入射光が受光部6に導かれて検出される上での有効領域の意味であり、マイクロレンズ11や導波管15、受光部6の断面形状は図5、6、7の画素形状とは別の形状であっても良い。

0096

また、上記の各実施形態で色フィルタ9R、9G、9Bをそれぞれ赤近傍以外、緑近傍以外、青近傍以外の波長の光の透過率をカットするとしたが、それらの補色以外をカットする形態でもよく、この場合、色フィルタ9R、9G、9Bはそれぞれ赤近傍、緑近傍、青近傍の波長の光の透過率をカットすることになる(いわゆるシアンマゼンタ、黄色のカラーフィルタ)。

0097

なお、フルカラーの画像を形成するためには、3色(赤、緑、青又はそれらの補色であるシアン、マゼンタ、黄色)のフィルタがあれば十分であるため、色フィルタ9D、レンズ系2D、および光検出器4Dのセットを省略してもよい。この場合、レンズ系2R、2G、2Bは、それぞれ、同一面内で120度の角度で仕切られた3つの領域内に配置される。

0098

上述の実施形態の撮像装置は、何れも、図1に示す基本的な構成を備えているが、各実施形態における画素配列は、従来の光学系を備える撮像装置に用いることもできる。例えば、図8に示す従来の光検出器のように、赤、緑、青色のフィルタが画素単位で配列されたフィルタ層を備える構成と組み合わせても用いても良い。

0099

本発明の撮像装置は、薄型のカメラ等に適用できる。

図面の簡単な説明

0100

本発明による撮像装置の第1の実施形態の全体構成図である。
(a)は、図1の撮像装置の構成を示す図、(b)は、その撮像用光検出装置の断面図である。
(a)は、図1の撮像装置における光軸方向の物体位置と像位置との関係を示す図、(b)は、同装置での光検出器におけるずれを示す図である。
(a)は同撮像装置での光軸直交方向の物体位置と像位置との関係を示す図、(b)は同装置での光検出器におけるずれを示す図である。
(a)は、第1の実施形態における光検出器の画素配列を示す上面図、(b)は、画素配列に形成され明暗パターンの一例を示す投影図、(c)は、画素配列上の明暗パターンの他の例を示す投影図である。
(a)は、第2の実施形態における光検出器の画素配列を示す上面図、(b)は、画素配列に形成され明暗パターンの一例を示す投影図、(c)は、画素配列上の明暗パターンの他の例を示す投影図である。
(a)は、第3の実施形態における光検出器の画素配列を示す上面図、(b)は、画素配列に形成され明暗パターンの一例を示す投影図、(c)は、画素配列上の明暗パターンの他の例を示す投影図である。
(a)は、従来の撮像装置の構成を示す図、(b)は、撮像用光検出装置の断面図である。
(a)は、従来の撮像装置における光検出器の画素配列を示す上面図、(b)は画素配列上に形成される明暗パターンを示す投影図である。

符号の説明

0101

1物体
2R、2G、2B、2Dレンズ
3R、3G、3B、3D 像
4R、4G、4B、4D光検出器
9R、9G、9B、9D色フィルタ
14 光軸

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