偏振彩色攝像裝置制造方法
【專利摘要】偏振彩色攝像裝置，具備如下：偏振彩色濾光板，其具有使在第一方向上偏振的第一波長范圍的光透過的第一區(qū)域、使在第二方向上偏振的第二波長范圍的光透過的第二區(qū)域、和使入射的光的至少一部分透過的第三區(qū)域；攝像元件，其在攝像面上排列多個單位區(qū)塊，該多個單位區(qū)塊各自具有第一至第三光敏元件、和分別與所述第一至第三光敏元件對向配置的第一至第三偏振濾光片，并且所述第一至第三偏振濾光片的偏振光透射軸方向完全不同；光學透鏡，其使像在所述攝像元件的所述攝像面上形成。
【專利說明】偏振彩色攝像裝置
【技術領域】
[0001]本申請涉及通過使用一組光學系統(tǒng)、和所謂偏振攝像元件來取得彩色圖像的單板彩色攝像技術，該偏振攝像元件以與各像素對向的方式配置有偏振濾光片。
【背景技術】
[0002]近年來，使用CXD和CMOS等的固體攝像元件(以下，稱為“攝像元件”。)的數(shù)碼相機和數(shù)碼攝像機的高機能化、高性能化令人瞠目。特別是隨著半導體制造技術的進步，攝像元件中的像素構造的微細化推進。其結果是，能夠實現(xiàn)攝像元件的像素和驅動電路的高集成化。因此，僅僅數(shù)年，攝像元件的像素數(shù)就從100萬像素左右顯著增加到1000萬像素以上。隨著這樣的攝像元件的性能提高，最近而言新的功能也正在一起追加。例如，在攝像元件的各像素上配置偏振濾光片、從而得到二維的偏振信息的偏振成像相機得到開發(fā)。
[0003]在偏振成像相機中，在攝像元件的前面配置被圖案化的起偏鏡(偏光子)的陣列。根據(jù)接近的多個像素的亮度值，能夠求得偏振光的主軸方向、平均亮度、偏振成分的強度這樣的偏振信息。
[0004]通常，偏振成像相機只能得到黑白圖像。為了以偏振成像相機取得彩色圖像，需要在攝像元件的像素上配置彩色濾光片。例如，在專利文獻I和專利文獻2所公開的攝像裝置中，在攝像元件的多個像素上，圖案化的多個起偏鏡、和以馬賽克狀所排列的多個彩色濾光片被重疊配置。由此，可以同時取得偏振信息和彩色信息。
[0005]先行技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:國際公開2008/149489號
[0008]專利文獻2:特開2009— 290895號公報

【發(fā)明內容】

[0009]本申請?zhí)峁┮环N攝像技術，其使用與現(xiàn)有技術不同的光學構成和信號處理，能夠取得偏振息和彩色息。
[0010]為了解決上述課題，本發(fā)明的一個形態(tài)的偏振彩色攝像裝置，具備如下:偏振彩色濾光板，其具有使在第一方向上偏振的第一波長范圍的光透過的第一區(qū)域、使在第二方向上偏振的第二波長范圍的光透過的第二區(qū)域、和使入射的光的至少一部分透過的第三區(qū)域；攝像元件，其在攝像面上排列多個單位區(qū)塊，該多個單位區(qū)塊各自具有第一至第三光敏元件、和分別與所述第一至第三光敏元件對向配置的第一至第三偏振濾光片，并且所述第一至第三偏振濾光片的偏振光透射軸的方向完全不同；光學透鏡，其使像在所述攝像元件的所述攝像面上形成；信號處理部，其處理從所述攝像元件輸出的信號。
[0011]上述的一般的且特定的方式，能夠使用系統(tǒng)、方法和計算機程序進行裝配，或使用系統(tǒng)、方法和計算機程序的組合實現(xiàn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，能夠通過像素間的運算計算彩色信息。另外，根據(jù)其他的實施方式，通過像素間的運算也能夠取得偏振信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是實施方式I的攝像裝置的結構圖
[0014]圖2是實施方式I的攝像部的模式圖
[0015]圖3是表示偏振彩色濾光片移動部11的其他構成例的模式圖
[0016]圖4是實施方式I的偏振彩色濾光板I的俯視圖
[0017]圖5是實施方式I的攝像元件2的基本結構圖
[0018]圖6A是模式化地表示使偏振彩色濾光板I從光路上脫離的狀態(tài)的俯視圖
[0019]圖6B是模式化地表示將偏振彩色濾光板I插入到光路上的狀態(tài)的俯視圖
[0020]圖7是表示從被攝物體入射的光具有偏振特性時生成彩色圖像的動作的流程的流程圖
[0021 ]圖8是表示偏振彩色濾光板I的變形例的俯視圖
[0022]圖9是表示攝像元件2的基本像素構成的變形例的圖
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的例示的實施方式的概要如下。
[0024](I)本發(fā)明的一個形態(tài)的偏振彩色攝像裝置，具備如下:偏振彩色濾光板，其具有使在第一方向上偏振的第一波長范圍的光透過的第一區(qū)域、使在第二方向上偏振的第二波長范圍的光透過的第二區(qū)域、和使入射的光的至少一部分透過的第三區(qū)域；攝像元件，其在攝像面上排列多個單位區(qū)塊，該多個單位區(qū)塊各自具有第一至第三光敏元件、和分別與所述第一至第三光敏元件對向配置的第一至第三偏振濾光片，并且所述第一至第三偏振濾光片的偏振光透射軸的方向完全不同；光學透鏡，其使像在所述攝像元件的所述攝像面上形成；信號處理部，其處理從所述攝像元件輸出的信號。
[0025](2)在項目(I)所述的偏振彩色攝像裝置的有的形態(tài)中，所述第三區(qū)域其構成方式為，使在第三方向上偏振的第三波長范圍的光透過。
[0026](3)在項目⑴或⑵所述的偏振彩色攝像裝置的有的形態(tài)中，所述信號處理部具有圖像處理部，其基于從各單位區(qū)塊的所述第一至第三光敏元件輸出的信號，生成彩色圖像。
[0027](4)在項目(I)至(3)中任一項所述的偏振彩色攝像裝置的有的形態(tài)中，所述第一至第三區(qū)域的偏振光透射軸的方向，分別與所述第一至第三偏振濾光片的偏振光透射軸的
方向一致。
[0028](5)在項目(I)至(4)中任一項所述的偏振彩色攝像裝置的有的形態(tài)中，所述第一至第三區(qū)域分別通過彩色濾光片和偏振濾光片的重合而被形成。
[0029](6)在項目(I)至(5)中任一項所述的偏振彩色攝像裝置的有的形態(tài)中，所述第一至第三區(qū)域的偏振光透射軸的方向各相差60度。
[0030](7)在項目(I)至(6)中任一項所述的偏振彩色攝像裝置的有的形態(tài)中，所述第一波長范圍相當于紅光的波長范圍，所述第二波長范圍相當于綠光的波長范圍，所述第三波長范圍相當于藍光的波長范圍。[0031](8)項目(I)至(7)中任一項所述的偏振彩色攝像裝置，在有的形態(tài)中，還具備能夠使所述偏振彩色濾光板在光路上裝卸的驅動機構。
[0032](9)項目⑶所述的偏振彩色攝像裝置，在有的形態(tài)中，還具備控制部，其控制所述驅動機構和所述攝像元件，以便在所述偏振彩色濾光板從光路上脫離的狀態(tài)下使第一攝像進行，在所述偏振彩色濾光板插入到光路上的狀態(tài)下使第二攝像進行。
[0033](10)在項目(9)所述的偏振彩色攝像裝置的有的形態(tài)中，所述信號處理部具有圖像處理部，其基于通過所述第一攝像而從各單位區(qū)塊的所述第一至第三光敏元件輸出的信號，生成從被攝物體入射的光的偏振信息，并且基于通過所述第二攝像而從各單位區(qū)塊的所述第一至第三光敏元件輸出的信號和所述偏振信息，生成彩色圖像。
[0034](11)本發(fā)明的一個形態(tài)的偏振彩色濾光板，在項目⑴至(10)中任一項所述的偏振彩色攝像裝置中使用。所述偏振彩色濾光板具有:使在第一方向上偏振的第一波長范圍的光透過的第一區(qū)域、使在第二方向上偏振的第二波長范圍的光透過的第二區(qū)域、和使入射的光的至少一部分透過的第三區(qū)域。
[0035](12)本發(fā)明的一個形態(tài)的圖像處理裝置，其構成方式為，基于從項目(I)至(10)中任一項所述的偏振彩色攝像裝置輸出的信號而生成圖像。所述圖像處理裝置基于從所述攝像元件的各單位區(qū)塊的所述第一至第三光敏元件輸出的信號，生成彩色圖像。
[0036](13)本發(fā)明的一個形態(tài)的圖像處理程序，是用于基于從項目⑴至(10)中任一項所述的偏振彩色攝像裝置輸出的信號而生成圖像的程序。所述圖像處理程序使計算機運行:基于從所述攝像元件的各單位區(qū)塊的所述第一至第三光敏元件輸出的信號而生成彩色圖像的步驟。
[0037]以下，一邊參照附圖，一邊說明本發(fā)明的更具體的實施方式。在以下的說明中，對于多張圖中通用或對應的要素附加相同的符號。
[0038](實施方式I)
[0039]圖1是表示第一實施方式的偏振彩色攝像裝置的整體構成的方塊圖。本實施方式的偏振彩色攝像裝置，是數(shù)字式的電子照相機，且具備攝像部100、和基于來自攝像部100的信號而生成表示圖像的信號(圖像信號)的信號處理部200。
[0040]攝像部100具備如下:具備在攝像面上所排列的多個光敏元件的攝像元件(圖像傳感器)2 ;具有透射波長范圍和偏振光透射軸的方向互不相同的3個透光區(qū)域的偏振彩色濾光板I ;在攝像元件2的攝像面上形成像的光學透鏡3 ;紅外截止濾光片4 ;按照使偏振彩色濾光板I在攝像光學系統(tǒng)內插拔的方式構成的驅動機構(偏振彩色濾光片移動部)11。在攝像元件2的各光敏元件(以下，也稱為“像素”。)之上，配置有偏振濾光片。在本實施方式中，4個像素和與之對置的4個偏振濾光片構成I個單位要素，多個單位要素在攝像面上以二維狀排列。單位要素中的4個偏振濾光片之中，3個偏振濾光片的偏振光透射軸的方向不同。
[0041]攝像部100另外還具備如下:發(fā)生用于驅動攝像元件2的基本信號，并且接收從攝像元件2輸出的信號并向信號處理部200發(fā)送的信號發(fā)生/接收部5 ;基于由信號發(fā)生/接收部5發(fā)生的基本信號而驅動攝像元件2的控制部6?？刂撇?此外以與攝像元件2的動作聯(lián)動的方式控制偏振彩色濾光片移動部11的動作。攝像元件2代表性的是CCD或CMOS傳感器，例如能夠由公知的半導體制造技術制造。信號發(fā)生/接收部5和控制部6,例如能夠由CXD驅動器等的LSI構成。
[0042]信號處理部200具備如下:處理從攝像部100輸出的信號而生成圖像信號的圖像處理部7 ;將圖像信號和信號處理的過程中所發(fā)生的各種數(shù)據(jù)加以存儲的存儲器30 ;將生成的圖像信號發(fā)送到外部的接口(IF)部8。就圖像處理部7而言，例如能夠通過公知的數(shù)字信號處理器(DSP)等的硬件、和進行圖像信號生成處理的軟件之組合來適當?shù)貙崿F(xiàn)。存儲器30例如由DRAM等構成。存儲器30記錄從攝像部100得到的信號、并且臨時性地記錄由圖像處理部7生成的圖像數(shù)據(jù)和壓縮的圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)經由接口部8被發(fā)送至未圖示的記錄媒體和顯示部等。
[0043]還有，本實施方式的偏振彩色攝像裝置，能夠具備電子快門、取景器、電源(電池)、閃光燈等的公知的構成要素，但其說明對于本實施方式的理解不是特別必要，因此省略。另外，上述的構成是一例，偏振彩色濾光板1、攝像元件2、圖像處理部7以外的構成要素，能夠適宜組合公知的要素使用。
[0044]以下，詳細地說明攝像部100的構成。在以下的說明中，說明攝像區(qū)域的位置和方向時，使用圖中所示的xy坐標。
[0045]圖2是模式化地表示攝像部100的光學透鏡3、紅外截止濾光片4、偏振彩色濾光板1、偏振彩色濾光片移動部11和攝像元件2的配置關系的圖。就光學透鏡3而言，可以是由多個透鏡群構成的透鏡單元，但在圖2中為了簡單而作為單一的透鏡描繪。光學透鏡3是公知的透鏡、且會聚入射光而使之在攝像元件2的攝像面2P上成像。還有，圖2所示的各構成要素的配置關系完全只是一例，不限定于這一示例。例如，光學透鏡3與紅外截止濾光片4的配置關系交換也可，光學透鏡3與偏振彩色濾光板I的配置關系交換也可。或者，光學透鏡3和偏振彩色濾光片版I一體化也可。
[0046]就紅外截止濾光片4而言，在本實施方式中，是大約吸收相比650nm更靠長波長側的光的類型的光學濾光片。但是，未必一定要是光吸收型的光學濾光片，例如也可以是由折射率不同的多層膜構成的反射型的光學濾光片。偏振彩色濾光片移動部11具有電機、且是可以使偏振彩色濾光板I在攝像光學系統(tǒng)的光軸上插拔的旋轉機構。偏振彩色濾光片移動部11，在得到被攝物體的偏振信息時使偏振彩色濾光板I脫離攝像光學系統(tǒng)、而在得到彩色信息時使偏振彩色濾光板I進入攝像光學系統(tǒng)內。還有，偏振彩色濾光片移動部11只要是以能夠在光路上插拔偏振彩色濾光板I的方式構成，也不一定非要是旋轉式機構，怎樣構成都可以。例如，偏振彩色濾光片移動部11，如圖3所例示，也可以按照使偏振彩色濾光板I僅沿一個方向移動的方式構成。
[0047]圖4是模式化地表示偏振彩色濾光板I的俯視圖。在本實施方式中，偏振彩色濾光板I的透光區(qū)域，被三等分為偏振特性不同的3個區(qū)域Ial、la2、la3。若設水平方向(x方向)為O度，則區(qū)域Ial、la2、la3的偏振光透射軸的方向分別設計為+60度、O度、-60度。另外，區(qū)域Ial、la2、la3除了上述的偏振特性以外，還具備不同的色特性(波長選擇性)。其設計方式為，區(qū)域Ial只使紅(R)光透過，區(qū)域la2只使綠(G)光透過，區(qū)域la3只使藍(B)光透過。在本實施方式中，通過使擁有期望的偏振光透射軸的偏振濾光片和擁有期望的波長選擇性的彩色濾光片貼合來實現(xiàn)上述特性。
[0048]圖5是表不攝像兀件2的基本像素構成的圖。攝像兀件2具有:以2行2列的像素為基本構成的單位要素被二維狀排列在攝像面上的構成。I個單位要素具有:4個光敏元件2PD11、2PD12、2PD21、2PD22 ;和以覆蓋它們的方式配置的4個偏振濾光片2al、2a2、2a3、2a4。若以水平方向(X方向)為基準方向，且設其角度為O度,貝U第I行第I列的偏振濾光片2al擁有+60度的方向的偏振光透射軸。第I行第2列和第2行第I列的偏振濾光片2a2、2a3，都擁有O度的方向的偏振光透射軸。第2行第2列的偏振濾光片2a4擁有-60度的方向的偏振光透射軸。這樣的偏振濾光片2al~2a3,例如能夠由光子結晶實現(xiàn)。
[0049]根據(jù)以上的構成，在攝像時入射到攝像裝置的光，在透過偏振彩色濾光板I的各區(qū)域時，偏光成分和色彩成分受到選擇，進而在透過攝像元件I的各偏振濾光片時，偏光成分進一步受到選擇。另外，因為偏振彩色濾光板I具有透射波長范圍不同的3個區(qū)域la、Ia2、la3，所以R、G、B的混色的光向各像素入射。在本實施方式中，從各像素輸出的信號，由圖像處理部7處理，生成彩色圖像和偏振信息。
[0050]以下，說明本實施方式的偏振彩色攝像裝置的操作和信號處理。首先說明的是，在從被攝物體入射到攝像裝置的光沒有偏振特性的假定情況下取得彩色信息的方法。其后，說明取得偏振信息的方法。
[0051]取得彩色信息時，通過偏振彩色濾光片移動部11，在偏振彩色濾光板I被插入到攝像光學系統(tǒng)的狀態(tài)下進行攝像。攝像元件2通過偏振彩色濾光板1、光學透鏡3、紅外截止濾光片4而接收來自被攝物體的光，并進行光電轉換，由此輸出被攝物體像所對應的電信號?；诖穗娦盘?，表示圖像的信號(圖像信號)被生成。
[0052]攝像元件2的各單位要素的光敏元件2PD11、2PD12、2PD21、2PD22，輸出與各自接收到的光的量(強度)對應的光電轉換信號。若將這些光電轉換信號分別表示為2PD11S、2PD12s、2PD21s和2PD22s，則這些信號由下式I~式4表示。
[0053]【算式I】
[0054]
【權利要求】
1.一種偏振彩色攝像裝置，其中，具備: 偏振彩色濾光板，其具有使在第一方向上偏振的第一波長范圍的光透過的第一區(qū)域、使在第二方向上偏振的第二波長范圍的光透過的第二區(qū)域、和使入射的光的至少一部分透過的第三區(qū)域； 攝像元件，其在攝像面上排列多個單位區(qū)塊，該多個單位區(qū)塊各自具有第一至第三光敏元件、和分別與所述第一至第三光敏元件對向地配置的第一至第三偏振濾光片，并且所述第一至第三偏振濾光片的偏振光透射軸的方向完全不同； 光學透鏡，其使像在所述攝像元件的所述攝像面上形成； 信號處理部，其處理從所述攝像元件輸出的信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的偏振彩色攝像裝置，其中， 所述第三區(qū)域按照使在第三方向上偏振的第三波長范圍的光透過的方式構成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的偏振彩色攝像裝置，其中， 所述信號處理部具有圖像處理部，該圖像處理部基于從各單位區(qū)塊中的所述第一至第三光敏元件輸出的信號而生成彩色圖像。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的偏振彩色攝像裝置，其中， 所述第一至第三區(qū)域的偏振光透射軸的方向，分別與所述第一至第三偏振濾光片的偏振光透射軸的方向一致。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的偏振彩色攝像裝置，其中，所述第一至第三區(qū)域分別通過彩色濾光片和偏振濾光片的重合而被形成。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的偏振彩色攝像裝置，其中， 所述第一至第三區(qū)域的偏振光透射軸的方向，各相差60度。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的偏振彩色攝像裝置，其中， 所述第一波長范圍相當于紅光的波長范圍，所述第二波長范圍相當于綠光的波長范圍，所述第三波長范圍相當于藍光的波長范圍。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的偏振彩色攝像裝置，其中， 還具備:能夠使所述偏振彩色濾光板在光路上裝卸的驅動機構。
9.根據(jù)權利要求8所述的偏振彩色攝像裝置，其中， 還具備控制部，該控制部控制所述驅動機構和所述攝像元件，以便在所述偏振彩色濾光板從光路上脫離了的狀態(tài)下使第一攝像進行，在所述偏振彩色濾光板插入到光路上的狀態(tài)下使第二攝像進行。
10.根據(jù)權利要求9所述的偏振彩色攝像裝置，其中， 所述信號處理部具有圖像處理部，該圖像處理部基于通過所述第一攝像而從各單位區(qū)塊的所述第一至第三光敏元件輸出的信號，生成從被攝物體入射的光的偏振信息，并且基于通過所述第二攝像而從各單位區(qū)塊的所述第一至第三光敏元件輸出的信號和所述偏振信息，生成彩色圖像。
11.一種偏振彩色濾光板，其在權利要求1至10中任一項所述的偏振彩色攝像裝置中使用，其中， 所述偏振彩色濾光板具有:使在第一方向上偏振的第一波長范圍的光透過的第一區(qū)域、使在第二方向上偏振的第二波長范圍的光透過的第二區(qū)域、和使入射的光的至少一部分透過的第三區(qū)域。
12.—種圖像處理裝置，其基于從權利要求1至10中任一項所述的偏振彩色攝像裝置輸出的信號而生成圖像，其中， 所述圖像處理裝置基于從所述攝像元件的各單位區(qū)塊的所述第一至第三光敏元件輸出的信號，生成彩色圖像。
13.一種圖像處理程序，其基于從權利要求1至10中任一項所述的偏振彩色攝像裝置輸出的信號而生成圖像，其中， 使計算機運行:基于從所述攝像元件的各單位區(qū)塊中的所述第一至第三光敏元件輸出的信號而生成彩色圖像的步驟 。
【文檔編號】G02B5/20GK103703770SQ201380001201
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權日:2012年8月2日
【發(fā)明者】平本政夫, 物部祐亮 申請人:松下電器產業(yè)株式會社