專利名稱：三維攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生成具有視差的多個(gè)圖像的單眼的三維攝像技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，采用了 CXD或CMOS等被稱作固體攝像元件(以下，有時(shí)稱作“攝像元件”) 的數(shù)碼相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的高功能化、高性能化受到矚目。特別是，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步，固體攝像元件中的像素構(gòu)造的微細(xì)化不斷發(fā)展。其結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了固體攝像元件的像素以及驅(qū)動(dòng)電路的高集成化。因此，僅僅數(shù)年，攝像元件的像素?cái)?shù)從100萬像素的程度顯著增加到1000萬像素以上。進(jìn)而，通過拍攝而得到的圖像的畫質(zhì)也顯著提高。另一方面，關(guān)于顯示裝置，通過利用薄型的液晶或等離子的顯示器，能夠以不占用空間的方式且以高分辨率進(jìn)行高對(duì)比度的顯示，實(shí)現(xiàn)了高性能。這樣的影像的高品質(zhì)化的潮流正從二維圖像向三維圖像擴(kuò)展。最近，開始開發(fā)了雖然需要偏振眼鏡，但能實(shí)現(xiàn)高畫質(zhì)的三維顯示裝置。關(guān)于三維攝像技術(shù)，作為具有簡單結(jié)構(gòu)的代表技術(shù)，有如下所述的技術(shù)采用由2 個(gè)照相機(jī)構(gòu)成的攝像系統(tǒng)，分別取右眼用圖像以及左眼用圖像。在這種所謂的兩眼攝像方式中，由于采用2個(gè)照相機(jī)，所以攝像裝置變得大型化，成本也會(huì)變高。為此，正在研究使用 1個(gè)照相機(jī)來取得具有視差的多個(gè)圖像的方式。例如，專利文獻(xiàn)1公開了采用透過軸的方向相互正交的2個(gè)偏振板和旋轉(zhuǎn)的偏振濾光器的方式。圖13是表示該方式的攝像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。攝像裝置具備0度偏振的偏振板11、90度偏振的偏振板12、反射鏡13、半透半反鏡14、圓形的偏振濾光器15、使圓形的偏振濾光器旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置16、光學(xué)透鏡3、和取得由光學(xué)透鏡成像后的像的攝像裝置9。在此，半透半反鏡14使透過偏振板11并由反射鏡13反射的光反射，使透過了偏振板12的光透過。通過以上的結(jié)構(gòu)，分別透過了在分開的地方配置的偏振板11、12的光透過半透半反鏡14、圓形的偏振濾光器15以及光學(xué)透鏡3并入射到攝像裝置9，取得圖像。該方式中的攝像原理是通過使圓形的偏振濾光器15旋轉(zhuǎn)，從而在分別不同的時(shí)刻捕捉分別入射到2 個(gè)偏振板11、12的光，從而取得具有視差的2個(gè)圖像。然而，在上述方式中，由于使圓形的偏振濾光器15旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過時(shí)間分割而取得不同位置的圖像，所以存在不能同時(shí)取得具有視差的2個(gè)圖像的課題。另外，由于采用機(jī)械式的驅(qū)動(dòng)，所以耐用性方面會(huì)出現(xiàn)問題。進(jìn)而，由于入射光透過偏振板以及偏振濾光器， 所以還存在攝像裝置9接受的光量(受光量)會(huì)減少50%以上的問題點(diǎn)。針對(duì)上述方式，專利文獻(xiàn)2公開了在不采用機(jī)械式的驅(qū)動(dòng)的情況下同時(shí)拍攝具有視差的2個(gè)圖像的方式。該方式的攝像裝置通過反射鏡對(duì)從2個(gè)入射區(qū)域入射的光進(jìn)行聚光，用交替排列了兩種偏振濾光器的攝像元件進(jìn)行受光，從而無需具備機(jī)械式的驅(qū)動(dòng)部也可取得具有視差的2個(gè)圖像。圖14是表示該方式中的攝像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。該攝像系統(tǒng)具有透過軸的方向相互正交的2個(gè)偏振板11、12、反射鏡13、光學(xué)透鏡3、和攝像元件1。攝像元件1在其攝像面上具有多個(gè)像素10和與像素一一對(duì)應(yīng)地配置的偏振濾光器17、18。在全部像素上交替地排列偏振濾光器17、18。在此，偏振濾光器17、18的透過軸的朝向分別與偏振板11、12 的透過軸的朝向一致。通過以上的結(jié)構(gòu)，入射光透過偏振板11、12，被反射鏡13反射，通過光學(xué)透鏡3，入射到攝像元件1的攝像面上。分別透過偏振板11、12并入射到攝像元件1的光分別透過偏振濾光器17、18，并在它們正下方的像素中被進(jìn)行光電變換。在此，若將由分別通過偏振板 11、12并入射到攝像元件1的光而形成的圖像分別稱作右眼用圖像和左眼用圖像，則右眼用圖像和左眼用圖像分別由與偏振濾光器17、18對(duì)置的像素群得到。這樣，在專利文獻(xiàn)2公開的方式中，取代專利文獻(xiàn)1所公開的旋轉(zhuǎn)的圓形偏振濾光器的使用，在攝像元件的像素上交替配置透過軸的方向相互正交的兩種偏振濾光器。由此， 與專利文獻(xiàn)1的方式相比，雖然分辨率會(huì)降低到1/2，但能采用1個(gè)攝像元件來同時(shí)得到具有視差的右眼用圖像與左眼用圖像。然而，在該技術(shù)中，與專利文獻(xiàn)1的技術(shù)相同，由于入射光透過偏振板以及偏振濾光器時(shí)光量會(huì)減少，所以攝像元件的受光量大幅減少。針對(duì)該受光量減少的問題，專利文獻(xiàn)3公開了可用1個(gè)攝像元件取得具有視差的2 個(gè)圖像和通常的圖像的技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，通過在取得具有視差的2個(gè)圖像時(shí)與取得通常圖像時(shí)，機(jī)械式地交替構(gòu)成要素的一部分，從而用1個(gè)攝像元件取得具有視差的2個(gè)圖像與通常圖像。與專利文獻(xiàn)2所公開的技術(shù)的相同點(diǎn)是在取得具有視差的2個(gè)圖像時(shí)，在光路上配置2個(gè)偏振濾光器。另一方面，在取得通常圖像時(shí)從光路機(jī)械式地卸下這些偏振濾光器。通過采用這樣的機(jī)構(gòu)，從而能得到具有視差的圖像和光利用率高的通常圖像。在上述專利文獻(xiàn)1 3所公開的技術(shù)中使用了偏振板或偏振濾光器，但作為其他方法，還存在采用彩色濾光器的技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)4公開了采用彩色濾光器同時(shí)取得具有視差的2個(gè)圖像的技術(shù)。圖15是示意性表示采用了該技術(shù)的攝像系統(tǒng)的圖。該技術(shù)中的攝像系統(tǒng)具備透鏡3、透鏡光圈19、配置有透過波段不同的2個(gè)彩色濾光器20a、20b的光束限制板20、和感光膜21。在此，彩色濾光器20a、20b是例如分別使紅系統(tǒng)、藍(lán)系統(tǒng)的光透過的濾光器。通過以上的結(jié)構(gòu)，入射光透過透鏡3、透鏡光圈19以及光束限制板20，并在感光膜上成像。此時(shí)，在光束限制板20中的2個(gè)彩色濾光器20a、20b中，分別只有紅系統(tǒng)、藍(lán)系統(tǒng)的光透過。其結(jié)果，在感光膜上形成由分別透過了這些2個(gè)彩色濾光器的光實(shí)現(xiàn)的品紅系統(tǒng)的顏色的像。在此，由于彩色濾光器20a、20b的位置差異，所以在形成于感光膜上的像上產(chǎn)生視差。在此，若使用由感光膜生成照片并將紅色膜以及藍(lán)色膜分別粘貼成右眼用以及左眼用的眼鏡，則能看見有進(jìn)深感的圖像。這樣，根據(jù)專利文獻(xiàn)4所公開的技術(shù)，能采用2 個(gè)彩色濾光器生成具有視差的圖像。專利文獻(xiàn)4所公開的技術(shù)是在感光膜上成像來生成具有視差的多個(gè)圖像，而專利文獻(xiàn)5公開了將具有視差的圖像變換為電信號(hào)來取得的技術(shù)。圖16是示意性表示該技術(shù)中的光束限制板的圖。在該技術(shù)中，采用了在垂直于攝像光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面上設(shè)置了透過紅色光的R區(qū)域22R、透過綠色光的G區(qū)域22G和透過藍(lán)色光的B區(qū)域22B的光束限制板22。通過利用具有紅色用R像素、綠色用G像素、藍(lán)色用B像素的彩色攝像元件來接受透過了這些區(qū)域的光，從而取得由透過了各區(qū)域的光實(shí)現(xiàn)的圖像。另外，在專利文獻(xiàn)6中，也公開了使用與圖16的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)來取得具有視差的多個(gè)圖像的技術(shù)。圖17是示意性表示專利文獻(xiàn)6所公開的光束限制板的圖。在該技術(shù)中，入射光透過在光束限制板23上設(shè)置的R區(qū)域23R、G區(qū)域23G、B區(qū)域23B，從而能生成具有視差的圖像。根據(jù)上述專利文獻(xiàn)4 6所示的技術(shù)，通過在光束限制板上配置RGB的彩色濾光器，從而能生成具有視差的圖像。然而，由于采用光束限制板，所以入射光量會(huì)減少。另外， 為了提高視差的效果，將RGB的彩色濾光器配置在相互分離的位置上，因此需要減小它們的面積，但這樣一來入射光量會(huì)進(jìn)一步減少。針對(duì)以上的技術(shù)，專利文獻(xiàn)7公開了采用配置有RGB的彩色濾光器的光圈，來得到具有視差的多個(gè)圖像和光量方面沒有問題的通常圖像的技術(shù)。在該技術(shù)中，在將光圈關(guān)閉的狀態(tài)下，僅接受透過了 RGB的彩色濾光器的光，在將光圈打開的狀態(tài)下，由于RGB的彩色濾光器區(qū)域離開光路，所以能接受全部入射光。由此，在將光圈關(guān)閉的狀態(tài)下能得到具有視差的圖像，在將光圈打開的狀態(tài)下能得到光利用率高的通常圖像。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開昭62-291四2號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開昭62-217790號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2001-016611號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開平2-171737號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本特開2002-344999號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 日本特開2009-276^4號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7 日本特開2003-1；34533號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的課題)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，雖然能取得具有視差的多個(gè)圖像，但由于采用偏振板或者彩色濾光器，所以攝像元件的受光量減少。為了充分確保入射光量，需要采用以機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)偏振板或者彩色濾光器以使它們離開光路的機(jī)構(gòu)，來取得光利用率高的通常圖像。在采用這種機(jī)械式驅(qū)動(dòng)的情況下，存在會(huì)導(dǎo)致裝置的大型化以及高成本化的問題。本發(fā)明提供一種三維攝像技術(shù)，其不用進(jìn)行機(jī)械式的驅(qū)動(dòng)，而是利用彩色濾光器生成具有視差的多個(gè)圖像，并且能生成光利用率高的圖像。(用于解決課題的手段) 本發(fā)明的三維攝像裝置具備透光部，其具有透過波段相互不同的N (N是3以上的整數(shù))個(gè)透過區(qū)域；固體攝像元件，其接受透過了上述透光部的光；光學(xué)系統(tǒng)，其在上述固體攝像元件的攝像面上形成像；和信號(hào)處理部，其處理從上述固體攝像元件輸出的信號(hào)。上述固體攝像元件具有光感知單元陣列以及與上述光感知單元陣列對(duì)置配置的彩色濾光器陣列。上述光感知單元陣列以及上述彩色濾光器陣列由多個(gè)單位要素構(gòu)成，各單位要素包括N個(gè)光感知單元、以及與上述N個(gè)光感知單元一一對(duì)應(yīng)地配置且透過波段相互不同的N 個(gè)彩色濾光器。上述N個(gè)透過區(qū)域以及上述N個(gè)彩色濾光器的透過波段被設(shè)定成透過上述N個(gè)透過區(qū)域的至少一個(gè)區(qū)域的光能夠透過上述N個(gè)彩色濾光器的至少2個(gè)。此外，上述信號(hào)處理部基于從上述N個(gè)光感知單元輸出的信號(hào)，來生成表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域的每一個(gè)區(qū)域的光的強(qiáng)度之中的至少2個(gè)強(qiáng)度的信號(hào)，從而生成具有視差的至少2個(gè)圖像的數(shù)據(jù)。在某一實(shí)施方式中，上述信號(hào)處理部使用從上述N個(gè)光感知單元輸出的信號(hào)，來生成表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域的每一個(gè)區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)，從而生成N個(gè)圖像的數(shù)據(jù)。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)透過區(qū)域所包含的第1區(qū)域以及第2區(qū)域，相對(duì)于通過上述透光部的中心而將上述透光部的受光面的面積一分為二的線段，配置在相互相反的一側(cè)。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)透過區(qū)域所包含的第3區(qū)域的至少一部分位于上述第1區(qū)域與上述第2區(qū)域之間。在某一實(shí)施方式中，上述第3區(qū)域是透明區(qū)域。在某一實(shí)施方式中，上述第1區(qū)域的透過波段以及上述第2區(qū)域的透過波段被設(shè)定為相互不同的互補(bǔ)色的波段。在某一實(shí)施方式中，上述第1區(qū)域的面積以及上述第2區(qū)域的面積相等，上述第3 區(qū)域的面積大于上述第1區(qū)域的面積以及上述第2區(qū)域的面積。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)透過區(qū)域中的透過波段最寬的透過區(qū)域具有比上述 N個(gè)彩色濾光器中的透過波段最寬的彩色濾光器還要寬的透過波段。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)透過區(qū)域的每一個(gè)區(qū)域被構(gòu)成為是透明的，或使互補(bǔ)色的波段的光透過。在某一實(shí)施方式中，N = 3。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)透過區(qū)域分別是使藍(lán)綠色光透過的藍(lán)綠色區(qū)域、使黃色光透過的黃色區(qū)域以及透明區(qū)域。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)透過區(qū)域分別是使藍(lán)綠色光透過的藍(lán)綠色區(qū)域、使黃色光透過的黃色區(qū)域以及使品紅色光透過的品紅色區(qū)域。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)彩色濾光器分別是使紅色光透過的紅色濾光器、使綠色光透過的綠色濾光器以及使藍(lán)色光透過的藍(lán)色濾光器。在某一實(shí)施方式中，各單位要素包括配置成矩陣狀的4個(gè)光感知單元、和與上述 4個(gè)光感知單元一一對(duì)應(yīng)地配置的4個(gè)彩色濾光器，上述4個(gè)彩色濾光器中配置在第1行第1列以及第2行第1列的彩色濾光器是透明濾光器或者使綠色光透過的綠色濾光器，剩余的2個(gè)彩色濾光器是使紅色光透過的紅色濾光器以及使藍(lán)色光透過的藍(lán)色濾光器。在某一實(shí)施方式中，N = 4。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)透過區(qū)域分別是使藍(lán)綠色光透過的藍(lán)綠色區(qū)域、使黃色光透過的黃色區(qū)域、使品紅色光透過的品紅色區(qū)域以及透明區(qū)域。在某一實(shí)施方式中，上述N個(gè)彩色濾光器分別是使品紅色光透過的品紅色濾光器、使綠色光透過的綠色濾光器、使藍(lán)綠色光透過的藍(lán)綠色濾光器以及使黃色光透過的黃
色濾光器ο在某一實(shí)施方式中，上述信號(hào)處理部將表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域中的1個(gè)透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)相加在表示入射到其他透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)上，從而使表示入射到上述其他透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)的電平增大。在某一實(shí)施方式中，上述信號(hào)處理部將表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域中的透過波段最寬的透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)，相加在表示入射到其他透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)上，從而使表示入射到上述其他透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)的電平增大。在某一實(shí)施方式中，上述信號(hào)處理部使用表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域中的透過波段最寬的透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)，來取得彩色信息。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，能夠在不進(jìn)行機(jī)械式驅(qū)動(dòng)情況下，使用具有彩色濾光器的攝像元件來得到具有視差的多個(gè)圖像。進(jìn)而，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定透過區(qū)域以及彩色濾光器的透過波段， 能夠得到光利用率高的圖像。


圖1是表示實(shí)施方式1的整體構(gòu)成的框圖。圖2是表示實(shí)施方式1的透光板、光學(xué)系統(tǒng)以及攝像元件的示意結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是表示實(shí)施方式1的透光板的透過區(qū)域的配置的圖。圖4是表示實(shí)施方式1的攝像元件的彩色濾光器的基本構(gòu)成的圖。圖5是表示實(shí)施方式1的攝像元件的彩色濾光器的其他基本構(gòu)成的圖。圖6是表示實(shí)施方式1的攝像元件的彩色濾光器的又一基本構(gòu)成的圖。圖7A是表示實(shí)施方式1的透光板、光學(xué)系統(tǒng)以及攝像元件的第2例的圖。圖7B是表示實(shí)施方式1的透光板、光學(xué)系統(tǒng)以及攝像元件的第3例的圖。圖7C是表示實(shí)施方式1的透光板、光學(xué)系統(tǒng)以及攝像元件的第4例的圖。圖8是表示實(shí)施方式2的透光板的透過區(qū)域的配置的圖。圖9是表示實(shí)施方式2的攝像元件的彩色濾光器的基本構(gòu)成的圖。圖10是表示具有η個(gè)透過區(qū)域的透光部的一例的圖。圖11是表示各單位要素中的η個(gè)彩色濾光器的配置的一例的圖。圖12是用于對(duì)透光部中的透過區(qū)域的優(yōu)選配置進(jìn)行說明的圖。圖13是專利文獻(xiàn)1中的攝像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖14是專利文獻(xiàn)2中的攝像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖15是專利文獻(xiàn)4中的攝像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖16是專利文獻(xiàn)5中的光束限制板的外觀圖。圖17是專利文獻(xiàn)6中的光束限制板的外觀圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在以下的說明中，對(duì)共用的要素標(biāo)記相同的符合。此外，在本說明書中，有時(shí)將表示圖像的信號(hào)或者信息只稱作“圖像”。(實(shí)施方式1)圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的攝像裝置的整體構(gòu)成的框圖。本實(shí)施方式的攝像裝置是數(shù)碼電子照相機(jī)，具備攝像部100、和基于來自攝像部100的信號(hào)生成表示圖像的信號(hào)(圖像信號(hào))的信號(hào)處理部200。
攝像部100包括具備在攝像面上排列的多個(gè)光感知單元的攝像元件(圖像傳感器)1 ；具有透過波段相互不同的3個(gè)透過區(qū)域并使入射光透過的透光板2 ；用于在攝像元件的攝像面上形成像的光學(xué)透鏡3 ；和紅外截止濾光器4。攝像部100還具備信號(hào)產(chǎn)生/ 接收部5，其產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)攝像元件1的基本信號(hào)，并且接收來自攝像元件1的輸出信號(hào)并將其發(fā)送到信號(hào)處理部200 ；和元件驅(qū)動(dòng)部6，其根據(jù)由信號(hào)產(chǎn)生/接收部5產(chǎn)生的基本信號(hào)來驅(qū)動(dòng)攝像元件1。攝像元件1典型的是CXD或者CMOS傳感器，通過公知的半導(dǎo)體制造技術(shù)來制造。信號(hào)產(chǎn)生/接收部5以及元件驅(qū)動(dòng)部30例如由CXD驅(qū)動(dòng)器等LSI構(gòu)成。信號(hào)處理部200具備對(duì)從攝像部100輸出的信號(hào)進(jìn)行處理而生成圖像信號(hào)的圖像信號(hào)生成部7 ；存儲(chǔ)用于生成圖像信號(hào)的各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器30 ；和將所生成的圖像信號(hào)發(fā)送到外部的接口(IF)部8。圖像信號(hào)生成部7能夠通過公知的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等硬件、和執(zhí)行包括圖像信號(hào)生成處理在內(nèi)的圖像處理的軟件的組合來適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)器 30由DRAM等構(gòu)成。存儲(chǔ)器30記錄從攝像部100得到的信號(hào)，并且暫時(shí)記錄由圖像信號(hào)生成部7生成的圖像數(shù)據(jù)或被壓縮的圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由接口部8被發(fā)送到未圖示的記錄介質(zhì)或顯示部等。此外，本實(shí)施方式的攝像裝置可以具備電子快門、取景器、電源(電池)、閃光燈等公知的構(gòu)成要素，它們的說明對(duì)于理解本發(fā)明并沒有特別幫助，因此省略。接下來，參照?qǐng)D2 4，對(duì)攝像部100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)的說明。圖2是示意性表示攝像部100中的透光板2、透鏡3以及攝像元件1的配置關(guān)系的圖。另外，在圖2中省略了透光板2、透鏡3以及攝像元件1以外的構(gòu)成要素。透光板2具有透過波段相互不同的3個(gè)透過區(qū)域Cl、C2、C3，使入射光透過。透鏡3是公知的透鏡，對(duì)透過了透光板2的光進(jìn)行聚光，并在攝像元件1的攝像面Ia上成像。此外，在以下的說明中，在平行于攝像面Ia的平面上，將從區(qū)域Cl朝向C2的方向設(shè)為χ方向，將垂直于χ方向的方向設(shè)為y方向。圖3是本實(shí)施方式中的透光板2的主視圖。本實(shí)施方式中的透光板2的形狀與透鏡3相同，是圓形，但也可以是其他形狀。在區(qū)域Cl中配置使藍(lán)綠色(Cy)的波段的光透過的彩色濾光器(Cy濾光器)。在區(qū)域C2中配置使黃色(Ye)的波段的光透過的彩色濾光器 ( 濾光器)。這些彩色濾光器可以是公知的彩色濾光器。此外，本實(shí)施方式中的區(qū)域Cl以及區(qū)域C2只要構(gòu)成為分別透過Cy的波段的光以及如的波段的光、不透過其他波段的光即可，并不局限于彩色濾光器，用什么樣的構(gòu)件構(gòu)成都可以。在此，在χ方向上分開配置區(qū)域 Cl以及區(qū)域C2。區(qū)域Cl與區(qū)域C2之間的距離L是根據(jù)透鏡3的尺寸決定的，使得所取得的圖像具有適當(dāng)?shù)囊暡?。距離L例如可以設(shè)定為幾mm 幾cm。另外，透光板2中的其他區(qū)域C3是使白色光(W)所包含的所有波段的可見光透過的透明構(gòu)件所形成的透明區(qū)域。透明構(gòu)件只要是以高的透過率使光透過的構(gòu)件，是什么樣的構(gòu)件都可以。在本實(shí)施方式中，區(qū)域Cl以及區(qū)域C2的面積相等，區(qū)域C3的面積被設(shè)計(jì)成大于區(qū)域Cl、C2的面積。此外，上述的透光板2的結(jié)構(gòu)只不過是本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明并不限定于這樣的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的透光部只要具有透過波段相互不同的3個(gè)以上的透過區(qū)域，各透過區(qū)域的特性、材質(zhì)、形狀、尺寸可以是任意的。例如，在區(qū)域C3中，也可以取代透明構(gòu)件而配置使品紅(Mg)的波段的光透過的彩色濾光器(Mg濾光器)。另外，在透光板2的一部分也可以包括遮光區(qū)域。
在圖2所示的攝像元件1的攝像面Ia上，形成有以二維狀排列的光感知單元陣列以及與光感知單元陣列對(duì)置地配置的彩色濾光器陣列。光感知單元陣列以及彩色濾光器陣列具有多個(gè)單位要素，各單位要素包括4個(gè)光感知單元以及與它們對(duì)置的4個(gè)彩色濾光器。 各光感知單元典型的是光電二極管，通過光電變換輸出與各個(gè)受光量對(duì)應(yīng)的電信號(hào)(光電變換信號(hào))。另外，各彩色濾光器采用公知的顏料等來制作，被設(shè)計(jì)成選擇性地使特定波段的光透過。圖4是示意性表示本實(shí)施方式中的彩色濾光器陣列的一部分的圖。如圖所示，在攝像面Ia上，多個(gè)彩色濾光器110被排列為矩陣狀。相鄰的4個(gè)彩色濾光器110以及與它們對(duì)置的4個(gè)光感知單元120構(gòu)成1個(gè)單位要素。在各單位要素中，在第1行第1列配置有使紅色(R)波段的光透過的彩色濾光器(R濾光器)。在第1行第2列以及第2行第1列配置有使綠色(G)波段的光透過的彩色濾光器(G濾光器)。在第2行第2列配置有使藍(lán)色波段的光透過的彩色濾光器(B濾光器)。這樣，本實(shí)施方式中的彩色濾光器110的排列是以2行2列為基本的公知的Bayer排列。此外，光感知單元120以及彩色濾光器110的排列不一定需要是Bayer排列，也可以是公知的其他排列。另外，光感知單元120以及彩色濾光器110的排列不一定需要是沿著χ方向以及y方向的排列，也可以相對(duì)于χ方向以及y方向傾斜。在該情況下，得到的不是與左右視差相關(guān)的信息，而是與傾斜方向的視差相關(guān)的信息。另外，不是必須在1個(gè)單位要素中具有4個(gè)光感知單元以及4個(gè)彩色濾光器，只要具有至少3個(gè)光感知單元以及3個(gè)彩色濾光器即可。各單位要素所包含的光感知單元以及彩色濾光器的數(shù)量只要與上述的透光板2上的透過區(qū)域的數(shù)量相同或比它多，就能通過后述的信號(hào)運(yùn)算得到圖像信息。通過以上的結(jié)構(gòu)，在曝光過程中入射到攝像裝置的光通過透光板2、透鏡3、紅外截止濾光器4、彩色濾光器110，從而入射到光感知單元120。各光感知單元在透過透光板2 的區(qū)域C1、C2、C3每一個(gè)區(qū)域的光中，接受通過了對(duì)置的彩色濾光器的光，并輸出與所接受的光量對(duì)應(yīng)的光電變換信號(hào)。由各光感知單元輸出的光電變換信號(hào)通過信號(hào)產(chǎn)生/接收部 5后被發(fā)送到信號(hào)處理部200。信號(hào)處理部200中的圖像信號(hào)生成部7根據(jù)從攝像部100 發(fā)送的信號(hào)，生成右眼用圖像、左眼用圖像以及彩色圖像。以下，對(duì)從各光感知單元輸出的光電變換信號(hào)進(jìn)行說明。首先，將與入射到透光板2的區(qū)域C1、C2、C3的光的強(qiáng)度相當(dāng)信號(hào)，分別附上下標(biāo)“i”，用Cil、Ci2、Ci3表示。另夕卜，將透光板2中的透明區(qū)域C3、透鏡3以及紅外截止濾光器4合起來的分光透過率設(shè)為 Tw,將Cy濾光器的分光透過率設(shè)為Tcy，將Xe濾光器的分光透過率設(shè)為Tye0同樣，將R、 G、B的各彩色濾光器的分光透過率分別表示為Tr、Tg、Tb。在此，Tw, Tcy、Tye, Tr、Tg、Tb 是依賴于入射的光的波長λ的函數(shù)。將表示透過R、G、B的彩色濾光器并由正下方的光感知單元受光的光的強(qiáng)度的信號(hào)，分別附加下標(biāo)“S”而表示為Rs、Gs、Bs。另外，將可見光的波段中的分光透過率的積分運(yùn)算用符號(hào)Σ表示。例如，將與波長λ相關(guān)的積分運(yùn)算 / TwTcyTrd λ等表示為Σ TwTcyTr等。在此，積分是在可見光的整個(gè)波段內(nèi)進(jìn)行的。于是， Rs與將Cil Σ TwTcyTr,Ci2 Σ TwTyeTr以及Ci3 Σ TwTr相加而得到的結(jié)果成比例。同樣， Gs與將Cil Σ TwTcyTg, Ci2 Σ TwTyeTg以及Ci3 Σ TwTg相加而得到的結(jié)果成比例，Bs與將Cil Σ TwTcyTb, Ci2 Σ TwTyeTb, Ci3 Σ TwTb相加而得到的結(jié)果成比例。此外，在此，將入射到Cl C3的光假定為無論是可見光區(qū)域的哪個(gè)波長成分都幾乎包含等量的光。若將這些關(guān)系中的比例系數(shù)設(shè)為1，則Rs、Gs、Bs可用以下的式1 3表示。(式 1) Rs = Cil Σ TwTcyTr+Ci2 Σ TwTyeTr+Ci3 Σ TwTr(式 2) Gs = Cil Σ TwTcyTg+Ci2 Σ TwTyeTg+Ci3 Σ TwTg(式 3) Bs = Cil Σ TwTcyTb+Ci2 Σ TwTyeTb+Ci3 Σ TwTb
權(quán)利要求
1.一種三維攝像裝置，其具備透光部，其具有透過波段相互不同的N個(gè)透過區(qū)域，其中N是3以上的整數(shù)； 固體攝像元件，其具有光感知單元陣列以及與上述光感知單元陣列對(duì)置配置的彩色濾光器陣列，且被配置成接受透過了上述透光部的光，上述光感知單元陣列以及上述彩色濾光器陣列由多個(gè)單位要素構(gòu)成，各單位要素包括N個(gè)光感知單元、以及與上述N個(gè)光感知單元一一對(duì)應(yīng)地配置且透過波段相互不同的N個(gè)彩色濾光器； 光學(xué)系統(tǒng)，其在上述固體攝像元件的攝像面上形成像；和信號(hào)處理部，其處理從上述固體攝像元件輸出的信號(hào)，上述N個(gè)透過區(qū)域以及上述N個(gè)彩色濾光器的透過波段被設(shè)定成透過上述N個(gè)透過區(qū)域的至少一個(gè)區(qū)域的光能夠透過上述N個(gè)彩色濾光器的至少2個(gè)，上述信號(hào)處理部基于從上述N個(gè)光感知單元輸出的信號(hào)，來生成表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域的每一個(gè)區(qū)域的光的強(qiáng)度之中的至少2個(gè)強(qiáng)度的信號(hào)，從而生成具有視差的至少 2個(gè)圖像的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維攝像裝置，其中，上述信號(hào)處理部使用從上述N個(gè)光感知單元輸出的信號(hào)，來生成表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域的每一個(gè)區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)，從而生成N個(gè)圖像的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)透過區(qū)域所包含的第1區(qū)域以及第2區(qū)域，相對(duì)于通過上述透光部的中心而將上述透光部的受光面的面積一分為二的線段，配置在相互相反的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)透過區(qū)域所包含的第3區(qū)域的至少一部分位于上述第1區(qū)域與上述第2區(qū)域之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維攝像裝置，其中， 上述第3區(qū)域是透明區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中，上述第1區(qū)域的透過波段以及上述第2區(qū)域的透過波段被設(shè)定為相互不同的互補(bǔ)色的波段。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中， 上述第1區(qū)域的面積以及上述第2區(qū)域的面積相等，上述第3區(qū)域的面積大于上述第1區(qū)域的面積以及上述第2區(qū)域的面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)透過區(qū)域中的透過波段最寬的透過區(qū)域具有比上述N個(gè)彩色濾光器中的透過波段最寬的彩色濾光器還要寬的透過波段。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)透過區(qū)域的每一個(gè)區(qū)域被構(gòu)成為是透明的，或者使互補(bǔ)色的波段的光透過。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中， N = 3。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)透過區(qū)域分別是使藍(lán)綠色光透過的藍(lán)綠色區(qū)域、使黃色光透過的黃色區(qū)域以及透明區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)透過區(qū)域分別是使藍(lán)綠色光透過的藍(lán)綠色區(qū)域、使黃色光透過的黃色區(qū)域以及使品紅色光透過的品紅色區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)彩色濾光器分別是使紅色光透過的紅色濾光器、使綠色光透過的綠色濾光器以及使藍(lán)色光透過的藍(lán)色濾光器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中，各單位要素包括配置成矩陣狀的4個(gè)光感知單元、和與上述4個(gè)光感知單元一一對(duì)應(yīng)地配置的4個(gè)彩色濾光器，上述4個(gè)彩色濾光器中配置在第1行第1列以及第2行第1列的彩色濾光器是透明濾光器或者使綠色光透過的綠色濾光器，剩余的2個(gè)彩色濾光器是使紅色光透過的紅色濾光器以及使藍(lán)色光透過的藍(lán)色濾光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中，N = 4。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)透過區(qū)域分別是使藍(lán)綠色光透過的藍(lán)綠色區(qū)域、使黃色光透過的黃色區(qū)域、 使品紅色光透過的品紅色區(qū)域以及透明區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的三維攝像裝置，其中，上述N個(gè)彩色濾光器分別是使品紅色光透過的品紅色濾光器、使綠色光透過的綠色濾光器、使藍(lán)綠色光透過的藍(lán)綠色濾光器以及使黃色光透過的黃色濾光器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中，上述信號(hào)處理部將表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域中的1個(gè)透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)相加在表示入射到其他透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)上，從而使表示入射到上述其他透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)的電平增大。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的三維攝像裝置，其中，上述信號(hào)處理部將表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域中的透過波段最寬的透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)，相加在表示入射到其他透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)上，從而使表示入射到上述其他透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)的電平增大。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19的任一項(xiàng)所述的三維攝像裝置，其中，上述信號(hào)處理部使用表示入射到上述N個(gè)透過區(qū)域中的透過波段最寬的透過區(qū)域的光的強(qiáng)度的信號(hào)，來取得彩色信息。全文摘要
本發(fā)明的三維攝像裝置具備具有透過波段相互不同的透過區(qū)域(C1、C2、C3)的透光部(2)；接受透過了透光部(2)的光的固體攝像元件(1)；和在固體攝像元件(1)的攝像面上形成像的光學(xué)系統(tǒng)(3)。在固體攝像元件(1)的攝像面上形成有光感知單元陣列以及彩色濾光器陣列。各透過區(qū)域以及各彩色濾光器的透過波段被設(shè)定成透過透過區(qū)域(C1、C2、C3)的至少一個(gè)的光能夠透過至少兩種彩色濾光器。信號(hào)處理部基于從各光感知單元輸出的信號(hào)，輸出表示入射到各透過區(qū)域的光的強(qiáng)度中至少2個(gè)強(qiáng)度的信號(hào)，從而輸出具有視差的至少2個(gè)圖像的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04N13/02GK102474648SQ201180003089
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者三崎正之, 平本政夫, 瀧澤輝之, 石井育規(guī) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社