CN1677217B - 摄像装置及摄像用光检测装置 - Google Patents

Abstract

提供一种摄像装置，具备：具有互相不同滤光特性的、包含第一至第三彩色滤光片(9R、9G、9B)的至少三个彩色滤光片，包含分别附加与第一至第三彩色滤光片对应的第一至第三透镜系统(2R、2G、2B)的至少三个透镜系统，以及包含接收透过第一彩色滤光片(9R)和第一透镜系统(2R)光的第一光检测器(4R)，接收透过第二彩色滤光片(9G)和第二透镜系统(2G)光的第二光检测器(4G)，和接收透过第三彩色滤光片(9B)和第三透镜系统(2B)光的第三光检测器(4B)的光检测器。第一至第三光检测器(4R、4G、4B)分别有以二维排列的光检测元件阵列，各光检测元件的中心位于共边三角形组的各顶点位置上，所述三角形的三个顶角均不等于90°。

Description

摄像装置及摄像用光检测装置

技术领域

本发明涉及对物体影像进行摄像用的摄像装置及摄像用光检测装置。

背景技术

近年来，在数码相机和移动电话机等小型电子仪器中广泛采用CCD和MOS敏感元件等摄像装置。这种摄像装置的构成，例如在非专利文献1中所公开。

以下参照图8(a)和(b)表示已有摄像装置的主要构成。图8(a)和(b)分别表示摄像装置和摄像用光检测装置的截面构成。

被物体1反射的自然光等光，如图8(a)所示，在CCD或MOS敏感元件等光检测器(photodetector)4的受光面上由透镜系统2形成图像3。其中，一般的透镜系统2将沿着光轴并列的多个透镜组合得能够实现所需的光学特性，这里为简单起见说明由单一透镜构成的透镜系统。

光检测器4，备有多个光接收部6沿着受光面以二维排列的检测基板5，和被沉积在该受光面上的透明层7。透明层7中存在遮光掩模8，其上层叠有彩色滤光片9、透明层10和微透镜11。由光接收部6至微透镜11的构成体(光检测元件)，检测相当于单一颜色的光。就红(R)、绿(G)和蓝(B)的三原色而言，通过将由与各种颜色对应的像素的光检测元件得出的信号合成，能够将彩色图像再生。

各光接收部6被配置在光检测面内正交格子的焦点位置上互相绝缘，在其间有间隙。在此间隙中引出传输(CCD的情况下，垂直传输和水平传输)检测信号用的配线。遮光掩模8事先在与光接收部6间的间隙相当的部分上形成，光接收部6不被遮光掩模8覆盖。彩色滤光片9和微透镜11的中心与光接收部6的中心匹配，遮光掩模8的各开口部由彩色滤光片9所覆盖。

以二维排列的多个光接收部6都具有相同的构成，而在彩色滤光片9有透过红色、透过绿色和透过蓝色的三种。透过红色的滤光片，具有截止红色以外波长的光的特性，透过绿色的滤光片具有截止绿色以外波长的光的特性，透过蓝色的滤光片，具有截止蓝色以外波长的光的特性。

光接收部6由红色检测用、绿色检测用、蓝色检测用和亮度检测用的四个集合构成一组。四个光接收部6，例如在正方形内按照顺时针的顺序排列，在其各自的上面与透过红色、透过绿色、透过蓝色、透过绿色的滤光片9对应而组合的。这种彩色滤光片9的排列被称为成对排列。之所以采用亮度检测用透过绿色的彩色滤光片，是因为提高人眼对绿色的灵敏度最高。微透镜11，如图8(b)所示，使像光线12那样与微透镜11的中心轴偏移使入射光折射，本来应当被遮光掩模8遮挡的光折向开口部一侧，起着向光接收部6导向的作用。

图9(a)是已有实例中的光检测器4的一部分的俯视图，像素16在正交方格的交点位置上以等间隔(间距Λ)排列着。

作为左右摄像装置性能的基本要素，可以举出分辨率和亮度。分辨率与光接收部6的总数(像素数)有关，一旦透镜系统2的焦距f固定，就与光接收部6的尺寸和密度有关。

而且亮度与单一光接收部6检测的光量有关。虽然光接收部6的尺寸小分辨率就会提高，但是因检测光量减小而使亮度劣化。反之，光接收部6的尺寸越大虽然亮度越高，但是分辨率却劣化。

亮度还与焦距f和透镜的口径(直径D)有关。将焦距/口径＝f/D叫作F值。此值越小亮度越高(D增大由于可以收入大面积的光而变得明亮，而f一旦减小则图像的尺寸减小，图像的光强度由于与图像尺寸成反比增加而变得明亮)。

而且，分辨率还与透镜系统2的光学性能有关。若透镜系统2的光学性能高，图像3被再生成高频图案(微细间距的图案)，则分辨率也提高。反之，若透镜系统2的光学性能劣化，图像3仅被再生成低频图案，则分辨率劣化。微透镜11由于将应当被遮光掩模8遮挡的光导向光接收部6，所以有助于改善亮度。

非专利文献1：《光纤》，12卷，5期，(2001)1～14页。

在这种传统的摄像装置和摄像用光检测装置中有以下问题。例如如图8(b)所示，相对于微透镜11的中心轴倾斜的光线12’，由遮光掩模8所遮挡。这是使作为透镜的一般性质通过透镜的主点的光以直线行进引起的。因此，微透镜11的效果并不充分，对于倾斜的光必然使检测效率降低。例如在与透镜系统2的中心轴，即光检测器4的中心轴偏离的区域内，由于相对于检测面法线有很大倾斜，所以与中心附近相比亮度并不充分，需要进行图像处理中的补正处理。而且针对这种倾斜的光的课题，要求在透镜系统的光学设计时像侧远心的条件(在像侧应当形成与光轴平行的光)，因而限制了设计的自由度。

另一方面，图9(b)表示在光检测器4上将与像素16的间距Λ接近的间距(图中间距10Λ/9)的明暗图案投影的情况。明暗图案的暗线13，在图9(b)的左右端将像素16堵塞，中央附近变成将像素16之间堵塞的形状。因此，检测在图的中央附近明亮而在左右端暗的图案，与实际的明暗图案完全不同的大周期的明暗图案以伪信号形式被检测。

这种条纹形状一般叫作莫尔条纹(moire)。这种像素16的周期方位，由于在纵向、横向和两个倾斜方向总计在四个方向存在，所以莫尔条纹也会在暗图案处于四个方向上时产生。为了防止这种莫尔条纹，在过去的实例中将光学系统的频率特性性能降低(可以说将光学系统的分辨率降低)，设计得将与像素16的间距Λ接近的间距的明暗图案毁坏。也就是说，在将光学系统的分辨率设计得比由光接收部6的像素数决定的分辨率低的情况下加以组合，作为降低光学系统分辨率的方法，采用设计上实现的方式，和将双折射性基板倾斜配置在光检测器4之前，利用双折射效果使光深入的方式。若从光检测器一侧来看，采用比光学系统的分辨率高得多的分辨率的光检测器4，与双折射性基板组合，因而使全体成本上升。

而且移动电话用的小型摄像装置要求薄，实现这一点需要减小焦距f。一旦减小f，由于图像3的尺寸(一边的长度)也成比例减小，只要光接收部6的尺寸相同，就会使检测图像3用的像素数目减少，因而使图像3的分辨率恶化。因此，为了维持分辨率，需要将光接收部6的尺寸(一边的长度)也与焦距f成比例减小。

另一方面，一旦在固定口径D的情况下减小f，确保透镜系统2的光学性能就会变得困难，特别使轴外特性(相对于透镜中心轴具有角度入射光的特性)劣化。也就是说，在图像3的像高部分区域(与透镜系统2的中心轴即光检测器4的中心轴远离的区域)上容易产生大的象差，此区域内的分辨率显著劣化。

因此，为了维持光学性能需要使口径D也以相同比例减小(所谓使G值一定)。焦距f和光接收部6的尺寸和口径D一旦以相同比例减小，由于F值一定而使图像3的光强度不会发生变化，但是受光面积却以光接收部6的尺寸减小的比例而减小，单一光接收部6中的检测光量也会减小。因此，为了追求薄而减小焦距f的情况下，或者使图像3的分辨率恶化(光接收部6的尺寸不变的情况)，或者使光学性能恶化(口径D的尺寸不变的情况)，所以现在的课题是既能全部确保以上性能又能减小光接收部6中的检测光量。

发明内容

本发明目的在于提供一种在与光检测器的中心轴远离的区域内亮度劣化少，即使将与像素间距Λ接近的间距的明暗图案投影，也很难产生莫尔条纹的摄像装置和摄像用的光检测装置。

本发明的其他目的在于提供一种图像的分辨率或光学系统的光学性能或光接收部检测的光量不会引起劣化，能够减小焦距的摄像装置和摄像用光检测装置。

本发明的摄像装置，其中具备：包含具有互相不同滤光特性的第一至第三彩色滤光片的至少三个彩色滤光片，包含分别与所述第一至第三彩色滤光片对应附加的第一至第三透镜系统的至少三个透镜系统，以及包含接收透过所述第一彩色滤光片和第一透镜系统光的第一光检测器、接收透过所述第二彩色滤光片和第二透镜系统光的第二光检测器和接收透过所述第三彩色滤光片和第三透镜系统光的第三光检测器的光检测部，所述第一至第三光检测器分别有以二维排列的光检测元件阵列，在所述光检测元件阵列中，不在同一直线上且相邻的三个各光检测元件的中心位于一个三角形的各顶点，由全部光检测元件的中心所构成的三角形组形成了共边三角形组，所述三角形的三个顶角均不等于90°，在所述第一至第三光检测器上形成的图像尺寸的差异，比所述光检测元件的尺寸小。

在优选的实施方式中，各光检测元件的中心位于共边的六角形组或正六角形组的中心位置上。

在优选的实施方式中，各元件检测元件具有光接收部和将光导向所述光接收部光波导，所述光波导部由比周围的折射率相对高的折射率的柱状芯形成的。

在优选的实施方式中，所述柱状芯以二维排列在所述光检测元件阵列上。

在优选的实施方式中，所述柱状芯具有在光入射侧相对变大的形状。

在优选的实施方式中，所述第一彩色滤光片中第一波长区域以外的波长区域的光透过率，比所述第一波长区域中的光透过率低，所述第二彩色滤光片中第二波长区域以外的波长区域中的光透过率，比所述第二波长区域中的光透过率低，所述第三彩色滤光片中第三波长区域以外的波长区域中的光透过率，比所述第三波长区域中的光透过率低，所述第一至第三波长区域的中心波长分别不同。

在优选的实施方式中，所述第一彩色滤光片中第一波长区域中的光透过率，比所述第一波长区域以外波长区域中的光透过率低，所述第二彩色滤光片中第二波长区域中的光透过率，比所述第二波长区域以外波长区域中的光透过率低，所述第三彩色滤光片中第三波长区域中的光透过率，比所述第三波长区域以外波长区域中的光透过率低，所述第一至第三波长区域的中心波长分别不同。

在优选的实施方式中，所述第一波长区域、第二波长区域和第三波长区域，分别相当于红色、绿色和蓝色。

在优选的实施方式中，所述彩色滤光片与所述透镜系统有关地被配置在所述光检测部的反侧。

在优选的实施方式中，所述彩色滤光片被配置在所述透镜系统与所述光检测部之间。

在优选的实施方式中，所述第一至第三彩色滤光片，被分别设置在所述第一至第三光检测器上。

在优选的实施方式中，所述第一至第三光检测器各自所含光检测元件的个数，处于所述光检测器所含光检测元件总数的1/6以上和1/3以下。

在优选的实施方式中，在所述第一至第三光检测器上形成的图像尺寸的差异，比所述光检测元件尺寸小。

在优选的实施方式中，所述第一至第三透镜系统的横向倍数互相相等。

在优选的实施方式中，所述至少三个彩色滤光片，包括与所述第一至第三彩色滤光片中任何一个滤光特性具有相同滤光特性的第四彩色滤光片，所述至少三个透镜系统，包括与所述第四彩色滤光片对应附加的第四透镜系统，所述光检测部，包括接收透过所述第四滤光片和第四透镜系统光的第四光检测器，所述第四光检测器，具有以二维排列的光检测元件阵列，输出与每个光检测元件接收的光强度对应的电信号。

在优选的实施方式中，所述至少三个彩色滤光片，包括与所述第一至第三彩色滤光片中任何一个滤光特性具有不同滤光特性的第四彩色滤光片，所述至少三个透镜系统，包括与所述第四彩色滤光片对应附加的第四透镜系统，所述光检测部，包括接收透过所述第四滤光片和第四透镜系统的光的第四光检测器，所述第四光检测器，具有以二维排列的光检测元件阵列，输出与每个光检测元件接收的光强度对应的电信号。

在优选的实施方式中，所述第一至第四彩色滤光片，并列在被第一平面上的正交轴分割的四个象限中，所述第一至第四透镜系统，并列在被与所述第一平面平行的第二平面上的正交轴分割的四个象限中，所述第一至第四光检测器，并列在被与所述第一平面平行的第三平面上的正交轴分割的四个象限中。

在优选的实施方式中，通过对所述第四光检测器的所定区域中的光强度分布，与从所述第一至第三光检测器中选出的一个光检测器的所定区域中的光强度比较，检测在从所述第一至第三光检测器中选出的一个光检测器上的图像与所述第四光检测器上的图像之间所处位置偏移的大小，

基于所述位置偏移的大小决定所述第一至第四光检测器上的图像的相对偏移量，对所述电信号进行补正。

在优选的实施方式中，所述光检测器的所定区域，位于从所述第一至第四透镜系统的各中心轴与所述第一至第四光检测器的表面互相交叉的四个点的各点，至所述第三平面上的正交轴的交点之间的直线上。

在优选的实施方式中，通过检测所述光检测器的所定区域中的光强度分布的时间变化，检测所述光检测器上的图像的位置偏移大小，基于所述位置偏移大小决定所述光检测器上的图像的移动速度，补正所述电信号。

在优选的实施方式中，所述光检测器的所定区域之一，位于从所述第一至第四透镜系统的各中心轴与所述第一至第四光检测器的表面互相交叉的四个点的各点，至所述第三平面上的正交轴的交点之间的直线位置上，所述光检测器的另一所定区域，处于所述直线的另一个上。

本发明的光检测装置，是具备以二维排列的多个光检测元件的光检测器，各光检测元件的中心，位于共边的三角形组的各顶点上，所述三角形的三个顶角均不等于90°。

本发明的另一光检测装置，是具备以二维排列的多个光检测元件的光检测器，各光检测元件的中心，位于共边的正三角形组的各顶点上。

本发明的又一光检测装置，是具备以二维排列的多个光检测元件的光检测器，各光检测元件的中心，位于共边的六角形组或正六角形组的中心上。

在优选的实施方式中，所述光检测元件被六角形或正六角形的边界线所分割，所述六角形或正六角形互相连边而配置，入射到所述光检测元件上的光，使被所述六角形或所述正六角形包围区域的光，导入对应的所述光检测元件的光接收部而被检测。

本发明的另外一种光检测装置，是具备以二维排列的光检测元件阵列的光检测装置，各光检测元件具有光接收部，和将光导向所述光接收部的光波导，所述光波导部由比周围的折射率相对高的折射率的柱状芯形成的。

在优选的实施方式中，所述柱状芯以二维排列在所述光检测元件阵列上。

在优选的实施方式中，所述柱状芯在光入射侧具有相对变大的形状。

本发明的摄像装置，例如与R、G、B对应地准备彩色滤光片、透镜系统和光检测器等。为此，可以用各光检测器得到显示各色不同图像的数据，通过合成这些数据能够生成彩色图像。而且按照本发明，不必在每个光检测器上形成以像素单位图案化的彩色滤光片的排列。过去一直使用的透镜系统由于分成例如与RGB对应的多个透镜系统，所以在使各透镜系统小型化，亮度减小的情况下才能缩短焦距。若能缩短透镜系统的焦距，则能使摄像装置的厚度减小。

通过具备这样并列排列的多个透镜系统，例如即使是焦距的一半也能确保同一光学性能。一旦缩小焦距，除小型化以外由于还会使相面弯曲等象差也按比例减小，所以能够确保误差容许量。

此外，由于像素以等腰三角形或正三角形的顶点位置为中心并列的，所以莫尔条纹的产生频度减小。因此，使像素边界增大到互相接触，能够大幅度改善莫尔条纹的程度。

而且通过在光检测器内部设置波导管部，可以获得使向光检测器入射的光，特别是倾斜入射光的吸收效率大幅度提高的效果。结果还能在光学设计上忽略像侧远心的条件，大幅度扩展设计的自由度。

附图说明

图1是表示本发明摄像装置的第一种实施方式的全体构成图。

图2(a)是表示图1的摄像装置的构成的图，图2(b)是该摄像用光检测装置的截面图。

图3(a)是表示图1的摄像装置中光轴方向上的物体位置与图像位置之间关系的图，图3(b)是表示该装置的光检测器中偏移的示意图。

图4(a)是表示同一摄像装置中与光轴正交方向上的物体位置与图像位置之间关系的图，图4(b)是表示该装置的光检测器中偏移的图。

图5(a)是表示第一种实施方式中光检测器的像素排列的俯视图，图5(b)是表示在像素排列上形成的一个明暗图案实例的投影图，图5(c)是表示像素排列上的明暗图案的其他实例的投影图。

图6(a)是表示第二种实施方式中光检测器的像素排列的俯视图，图6(b)是表示像素排列形成的一个明暗图案实例的投影图，图6(c)是表示像素排列上的明暗图案的其他实例的投影图。

图7(a)是表示第三种实施方式中光检测器的像素排列的俯视图，图7(b)是表示像素排列上形成的一个明暗图案实例的投影图，图7(c)是表示像素排列上的明暗图案的其他实例的投影图。

图8(a)是表示已有的摄像装置构成的图，图8(b)是表示摄像用光检测装置的截面视图。

图9(a)是表示已有的摄像装置中光检测器的像素排列的俯视图，图9(b)是表示像素排列上形成的明暗图案的其他实例的投影图。图中：

1…物体

2R、2G、2B、2D…透镜

3R、3G、3B、3D…图像

4R、4G、4B、4D…光检测器

9R、9G、9B、9D…彩色滤光片

14…光轴

具体实施方式

(实施方式1)

以下参照图1至图5，说明本发明的摄像装置的第一种实施方式。其中关于与图8所示的已有摄像装置构成要素共同的构成要素将采用同一参照符号。

首先参照图1。图1表示本实施方式摄像装置的全体构成。

被物体1反射的自然光或照明光的一部分透过彩色滤光片9R、9G、9B、9D之后，经过透镜系统2R、2G、2B、2D在CCD或CMOS等光检测器4R、4G、4B、4D上形成图像3R、3G、3B、3D。透镜系统2R、2G、2B、2D的每一个，虽然优选沿着光轴并列的多个透镜系统组合而成以便实现所需的光学性能，但是这里为了简单起见以单一透镜形成的方式加以说明。

彩色滤光片9R、9G、9B、9D，与被滤光片基板上的正交座标轴9X、9Y四等分分割的四个象限对应而形成，分别截止红附近以外、绿附近以外、蓝附近以外、绿附近以外的波长的光的透过率。本实施方式中的彩色滤光片9R、9G、9B、9D，如图1所示，排列在同一平面上，这些彩色滤光片9R、9G、9B、9D，也可以排列在不同平面上。

透镜系统2R、2G、2B、2D，与正交座标轴2X、2Y四等分分割的四个象限对应而形成。而且，光检测器4R、4G、4B、4D，也由正交座标轴4X、4Y将一个光检测器四等分分割，与其四个象限对应。

正交座标9X、2X、4X以及9Y、2Y、4Y是分别互相平行的关系，其焦点处于光轴14上。光检测器4R、4G、4B、4D，用于红色检测、绿色检测、蓝色检测和亮度检测。

因此在本实施方式中，与图8所示的已有的摄像装置不同，在光检测器上并不设置像素单位中不同彩色滤光片的排列。因此，光检测器4R、4G、4B、4D中的每一个，均具有与已有的全色滤光片用光检测器的构成不同的构成。关于这一点将在以下详述。

本实施方式中，透镜系统2R、2G、2B、2D的横向倍数一致。这样将经过透镜系统2R、2G、2B、2D投影在光检测器4R、4G、4B、4D上的图像3R、3G、3B、3D大小的差异降低到一个像素以下。因此，基于各光检测器(4R、4G、4B、4D)检测的信号，可以容易合成一个一个像素的彩色信号。

一旦对光接收部6中光检测元件的总数(总像素数)与光接收部一个面积(像素面积)、及将透镜系统的F值统一了的状态下与已有实例相比，在本实施方式中能够以已有实例的半焦距确保同一的光学性能。换言之，即使焦距减半，图像3的分辨率也不会恶化(因为各透镜系统的F值不变)，光接收部6检测的光量也不变。因此，在移动电话用小型摄像装置等要求薄的摄像装置中，由于能够在光学性能不降低的情况下减薄，所以该效果显著。而且由于相面弯曲等的大小按焦距减小成比例减小，所以还有能够确保误差容许度的优点。

图2(a)和(b)分别表示本实施方式中的摄像装置及摄像用光检测装置的截面构成。图中，虽然仅仅示出了检测红色的部分，但是检测其他颜色的部分也具有同样的构成。

光检测器4R，如图2(a)所示，备有检测基板5、在检测基板5上形成的光检测器等光接收部6、覆盖检测基板5表面的透明层7、和在透明层7上设置的遮光掩模8。检测基板5典型地用硅基板形成的。光接收部6能够采用半导体制造技术制造。在遮光掩模8上层叠含有波导管15的二维阵列的透明层10，在其上与每个波导管15对应地形成微透镜11的阵列。

从光接收部6至微透镜11的构成体，以单色像素(以下作为像素将其说明)动作。由各像素接收的光输出以电信号形式被输出。这些信号，与和其他透镜系统对应的光接收部6对应的像素输出的信号组合后，将彩色图像再生。

波导管15可以用比透明层10折射率相对高的材料形成。波导管15如图2(b)所示，具有沿着光轴14的柱状构成。更详细地讲，具有靠近微透镜11位置的输入部15a，和靠近光接收部6位置的输出部15b，输入部15a的直径设定得比输出部15b的直径大。波导管15的输入部15a的端面大体与微透镜11连接，输出部15b的端面与透明层7连接的。

透明层10的折射率例如为1.5时，波导管15的折射率例如被设定为2.0左右。由于光从低折射率介质向高折射率介质传播，所以处于透明层10中并在波导管15附近传播的光被引入波导管15中。

本实施方式中，如图1所示，由于光检测器4R、4G、4B、4D与彩色滤光片9R、9G、9B、9D分离的状态，所以光检测器4R、4G、4B、4D中的像素，并不受成对排列等的彩色滤光片中像素排列规则的约束，能以高自由度排列。

具体讲，各光检测器4中的光检测元件，如图5(a)所示排列的。图5(a)是从上面俯视本实施方式中摄像装置的光检测器4的一部分的图。像素16，以直角三角形以外三角形，例如AB和AC边相等的等腰三角形的ABC顶点位置，或者以三角形的顶点位置为中心并列排列着。各顶点的横向间隔(AA’或BC)是间距Λ，在纵向也以间距Λ等间隔并列的横线上整列排列的。一个像素16相当于一个光接收部6。

图5(b)表示在光检测器4上将与像素16的间距Λ接近间距的明暗图案投影时的情况(图中间距10Λ/9)。在箭头16a的行中，明暗图案的暗线13在图5(b)左右端形成将像素堵塞，在中央附近将像素16之间堵塞的形状。另一方面，在箭头16b的行中，明暗图案的暗线13在图5(b)的中央附近形成将像素16堵塞，在左右端将像素16之间堵塞的形状。由于这些行出现的概率相等，所以从全体来看像素16的堵塞各行均匀，不会产生莫尔条纹。

然而，沿着如图5(c)所示边的明暗图案的情况下，在箭头16a的行中，明暗图案的暗线13在左右端将像素16，在中央附近将像素16之间堵塞，这种状态沿着边AC方向继续。因此，在沿着AC边(AB、BC边也同样)的明暗图案的情况下，与已有实例同样会产生莫尔条纹。其中，在已有实例中，当明暗图案处于包括纵向、横向、两个倾斜方向，合起来四个方向时产生莫尔条纹，但是在图5(a)的排列中，减少了三个方向，因而具有一定程度的改善效果。

进而参照图2。

设置在与每个像素对应位置的光检测元件，互相绝缘，在其间具有间隙。在此其间引出输送(CCD的情况下，垂直输送或水平输送)检测信号用的配线。在与各光接收部6之间的间隙相当的部分上形成遮光掩模8，光接收部6不被遮光掩模8所覆盖。波导管15和微透镜11的中心，与光接收部6的中心匹配。各波导管15处于遮光掩模7对应的开口部内。

以二维排列的多个光接收部6具有互相相同的构成。入射光线12当与微透镜11的中心轴倾斜，从中心也偏移的情况下，微透镜11使此光折射得弯向波导管15一侧。波导管15将此折射光引向内部，起着向光接收部6导光的作用。

当光线12通过微透镜11的中心后与中心轴倾斜的情况下，微透镜11的折射效果小，由于通过波导管15的输入部15a附近被引入波导管15的内部，所以在波导管15内部传输后被导入光接收部6为止。而且，光接收部6侧的波导管端面越靠近光接收部6由于光的受光效率越高，所以也可以将波导管15引入透明层7的内部。

而且在光接收部6之上层叠比透明层7折射率高的介质，在各光接收部6之间用透明层7隔开时，也能有效地将从波导管端面射出的光收入导向光接收部6。因此，本实施方式与已有实例相比，向光检测器入射光的收入效率高，特别是能够在无损失的情况下检测已有实例中未收入的倾斜的入射光，其效果显著。而且在已有实例中，像侧远心的(像侧应当成为与光轴平行的光)是光学设计上的必要条件，但是在本实施方式中却能忽视这一点，设计上的自由度也大幅度扩展。其中由于波导管15的聚光率高，所以省略微透镜11也使装置的构成简单化。而且还可以使波导管15的光入射侧部分与微透镜一体化。

图3(a)和(b)，分别是本实施方式中摄像装置内光轴方向的物体位置与像位置间关系的说明图。物体1与透镜面距离为a的情况下，在与透镜面距离为b的检测面上形成图像3R、3G、3B和3D。当物体1’与透镜面距离为a’的情况下，各透镜中心由于与光轴14偏移(将偏移宽度定为δ)，在与透镜面距离为b的检测面上的图像也会以光轴14与检测面间焦点40为中心向动径方向移动，形成图像3R’、3G’、3B’和3D’。在物体1的图像与物体1’的图像之间存在的偏移宽度Δ由下式求出。

Δ＝δb(1/a’-1/a)    …(式1)

本实施方式中的摄像装置为了再生彩色图像，需要使被各光检测器4R、4G、4B、4D检测的信号与一个像素单位对应，以彩色图像形式合成。一旦因物体的远近差产生式(1)所示的图像位置变位，就需要补正因这种图像位置的变位引起的像素移动。

这种补正方法如下。

首先如图3(b)所示，借助于互相处于对角位置的光检测器4G和光检测器4D，对有沿着通过中心点40的动径方向4GD的像素的检测光量分布进行比较。通过这种比较，求出光检测器4G中的光强度分布和光检测器4D中的光强度分布。与物体图像对应位置部分的像素位置在光检测器4 D中定为点4DO’，而在光检测器4G中定为点4GO’。另外，对应像素位置的比较，虽然也可以在光检测器4R和光检测器4B之间进行，但是光检测器4G和光检测器4D由于都形成同色的图像，所以容易确定对应像素的位置移动。

将点4GO和点4DO分别定为光检测器4G和光检测器4D的中心点。此时，点4GO和点4DO都是关于中心40的对称点。而且透镜系统2G、2D也是关于光轴14对称的，所以点4GO’和点4DO’也是关于中心40的对称点。点4GO’相对于点4GO的偏差ε，当物体位置与透镜处于a距离时，相对于δb/a的值。此值对于其他光检测面也相同。

将沿着动径(通过中心40和各检测器中心的直线)仅以偏差ε偏移的点作为各光检测器座标系的新的原点，使其与各座标系的同一座标位置对应。通过这种方式能够补正图像位置变位所产生的影响，适当进行彩色信号的合成。

图4(a)和(b)，分别是本实施方式中摄像装置内与光轴正交方向上物体位置与像位置间关系的说明图。物体1与透镜面距离为a的情况下，在与透镜面距离为b的检测面上形成图像3R、3G、3B和3D。当物体1在与光轴14正交的面内方向S上因弯曲而仅移动距离δ’时，将该物体称为物体1’。就这种物体1’而言，与透镜面的距离为b的检测面上的图像也沿着方向S的反向偏移，可以形成图像3R’、3G’、3B’和3D’。这种图像的偏移宽度Δ由下式2求出。

Δ’＝δ’b/a    …(式2)

在图像的摄影中一旦产生这种横向偏移，被再生的图像就会朝着横向偏移。照相机受手晃动的影响，一旦从透镜侧方观察，相当于物体相对于透镜作横向相对偏移，与图3所示的现象相同。如上所述，本实施方式的摄像装置中，由于使被各光检测器(4R、4G、4B、4D)检测的信号与像素单位对应合成，所以如图所示一旦图像位置变位，与应当合成的像素就不能适当对应，因而产生颜色偏移。因此需要对这种影响进行补正。

这种补正方法如下。

在光检测器4G中，在通过中心点40沿着动径方向4GD的像素中，检测形成适当的微小时间差Δt的两个光量分布，取分布的相关关系作为相似像素从动径方向4GD上的点P变位到P’。另一方面，在光检测器4R中，在通过中心点40沿着动径方向4RB的像素中，检测形成适当的微小时间差Δt的两个光量分布，取分布的相关关系作为相似像素从动径方向4RB上的点Q变位到Q’。在微小时间差Δt内的图像位置的变位矢量RR’，由矢量PP’与矢量QQ’之和得出。因此，因手抖动等引起的图像偏移速度矢量等于矢量RR’/Δt，将仅以此速度矢量除以时间间隔的商数偏移的点作为各光检测器座标系的新的原点，能够在使各座标系与同一座标位置对应的情况下，与相同图像位置的像素对应，因而可以补正图像摄影中图像位置变位的影响。

(实施方式2)

图6(a)是从上面俯视本发明的其他实施方式中摄像装置的光检测器4的一部分的俯视图，与图5(a)所示的实施方式1中摄像装置的光检测器4相比，像素16的中心位置不变，但是各像素16的外径却增大到互相连接。本实施方式中，除光检测器4以外，其他构成要素由于与实施方式1中的构成要素相同，所以将省略有关这些构成要素的详细说明。

图6(b)表示将与像素16的间距Λ接近的间距的明暗图案投影在光检测器4上的情况(图中间距10Λ/9)。在箭头16a的行中，虽然明暗图案的暗线13在图6(b)左右端形成将像素堵塞，在中央附近将像素16之间堵塞的形状，但是这种在中央和左右端的差异却比实施方式1减小。另一方面，在箭头16b的行中，明暗图案的暗线13在图6(b)的中央附近形成将像素16堵塞，在左右端将像素16之间堵塞的形状。但是与实施方式1相比，这种在中央和左右端的差异减小。由于这些行的出现概率相等，所以从全体来看像素16的堵塞各行均匀，不会产生莫尔条纹。此外，即使在图6(c)所示的那种沿着边AC的明暗图案的情况下，中央和左右端的差异由于比实施方式1小，所以很难产生莫尔条纹。因此在本实施方式中，沿着边AC(边AB、BC也同样)的明暗图案的情况下产生的莫尔条纹比实施方式1缓和。

(实施方式3)

图7(a)是从上面俯视本发明的另一实施方式中摄像装置的光检测器4中一部分的图，与图6所示的实施方式2中摄像装置的光检测器4相比，像素16的中心位置不变，但是各像素16的外形却变成六角形，形成各边互相连接的形状。而且在本实施方式中，除光检测器4以外的其他构成要素，由于与实施方式1中的构成要素相同，所以将省略有关这些构成要素的详细说明。

图7(b)表示将与像素16的间距Λ接近的间距的明暗图案投影在光检测器4上的情况(图中间距10Λ/9)。在箭头16a的行中，形成明暗图案的暗线13在图7(b)左右端将像素堵塞，在中央附近将像素16之间堵塞的形状。但是这种在中央和左右端的差异比实施方式2中的差异减小。另一方面，在箭头16b的行中，明暗图案的暗线13在图7(b)的中央附近形成将像素16堵塞，在左右端将像素16之间堵塞的形状。但是与实施方式2相比，这种在中央和左右端的差异减小。由于这些行的出现概率相等，所以从全体来看像素16的堵塞各行均匀，不会产生莫尔条纹。

此外，即使在图7(c)所示的那种沿着边AC的明暗图案的情况下，也是中央和左右端的差异由于比实施方式2小，所以很难产生莫尔条纹。因此在实施方式3中，沿着边AC(边AB、BC也同样)的明暗图案的情况下产生的莫尔条纹比实施方式2缓和。

另外，在图5、6、7中虽然使用了“像素16”的词汇，但是严格上讲是指向光检测器4入射的光被导入光接收部6后被检测时的有效区域，微透镜11以及波导管15、光接收部6的截面形状，也可以是与图5、6、7的像素形状不同的形状。

而且，上述各种实施方式中，彩色滤光片9R、9G、9B虽然是分别将红附近以外、绿附近以外和蓝附近以外的波长光的透过率截止的，但是也可以是将其补色以外截止的，这种情况下彩色滤光片9R、9G、9B是分别将红附近、绿附近、蓝附近的波长光的透过率截止的(所谓蓝、红、黄彩色滤光片)。

其中，为了形成彩色图像，由于只要是三色(红、绿、蓝或者作为它们的补色的蓝绿、洋红、黄色)的滤光片就足够，所以也可以省略彩色滤光片9D、透镜系统2D和光检测器4D。这种情况下，透镜系统2R、2G、2B分别被配置在同一平面内以120°角度分割的三个区域内。

上述实施方式的摄像装置，虽然均备有图1所示的基本构成，但是各实施方式中的像素排列也可以在具备已有光学系统的摄像装置中采用。例如正如图8所示的光检测器那样，红、绿、蓝的彩色滤光片也可以组成具备以像素单位排列的的滤光片层的构成使用。

本发明的摄像装置可以用于薄型的照相机等之中。

Claims (16)

1.一种摄像装置，其中具备：

包含具有互相不同滤光特性的第一至第三彩色滤光片的至少三个彩色滤光片，

包含分别与所述第一至第三彩色滤光片对应附加的第一至第三透镜系统的至少三个透镜系统，以及

包含接收透过所述第一彩色滤光片和第一透镜系统光的第一光检测器、接收透过所述第二彩色滤光片和第二透镜系统光的第二光检测器和接收透过所述第三彩色滤光片和第三透镜系统光的第三光检测器的光检测部，

所述第一至第三光检测器分别有以二维排列的光检测元件阵列，

在所述光检测元件阵列中，不在同一直线上且相邻的三个各光检测元件的中心位于一个三角形的各顶点，由全部光检测元件的中心所构成的三角形组形成了共边三角形组，

所述三角形的三个顶角均不等于90°，

在所述第一至第三光检测器上形成的图像尺寸的差异，比所述光检测元件的尺寸小。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中各光检测元件的中心处于共边的正三角形组的各顶点位置上，构成所述三角形组的各三角形是正三角形。

3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中各光检测元件的平面形状是六角形。

4.根据权利要求1所述的摄像装置，其中各光检测元件具有：

光接收部；和

将光导向所述光接收部的光波导部，

所述光波导部由具有比周围的折射率相对高的折射率的柱状芯形成。

5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中所述柱状芯以二维排列在所述光检测元件阵列上。

6.根据权利要求5所述的摄像装置，其中所述柱状芯具有在光入射侧相对变大的形状。

7.根据权利要求1所述的摄像装置，其中

所述第一彩色滤光片中第一波长区域以外的波长区域中的光透过率，比所述第一波长区域中的光透过率低，

所述第二彩色滤光片中第二波长区域以外的波长区域中的光透过率，比所述第二波长区域中的光透过率低，

所述第三彩色滤光片中第三波长区域以外的波长区域中的光透过率，比所述第三波长区域中的光透过率低，

所述第一至第三波长区域的中心波长分别不同。

8.根据权利要求1所述的摄像装置，其中

所述第一彩色滤光片中第一波长区域中的光透过率，比所述第一波长区域以外的波长区域中的光透过率低，

所述第二彩色滤光片中第二波长区域中的光透过率，比所述第二波长区域以外的波长区域中的光透过率低，

所述第三彩色滤光片中第三波长区域中的光透过率，比所述第三波长区域以外的波长区域中的光透过率低，

所述第一至第三波长区域的中心波长分别不同。

9.根据权利要求7或8所述的摄像装置，其中所述第一波长区域、第二波长区域和第三波长区域，分别相当于红色、绿色和蓝色。

10.根据权利要求1所述的摄像装置，其中所述透镜系统被配置在所述彩色滤光片和所述光检测部之间。

11.根据权利要求1所述的摄像装置，其中所述彩色滤光片被配置在所述透镜系统与所述光检测部之间。

12.根据权利要求11所述的摄像装置，其中所述第一至第三彩色滤光片，被分别设置在所述第一至第三光检测器上。

13.根据权利要求1所述的摄像装置，其中所述第一至第三透镜系统的横向倍数互相相等。

14.根据权利要求1所述的摄像装置，其中

所述至少三个彩色滤光片，包括与所述第一至第三彩色滤光片中任何一个滤光特性相同滤光特性的第四彩色滤光片，

所述至少三个透镜系统，包括与所述第四彩色滤光片对应附加的第四透镜系统，

所述光检测部，包括接收透过所述第四彩色滤光片和第四透镜系统的光的第四光检测器，

所述第四光检测器，具有以二维排列的光检测元件阵列，输出与每个光检测元件接收的光强度对应的电信号。

15.根据权利要求1所述的摄像装置，其中

所述至少三个彩色滤光片，包括与所述第一至第三彩色滤光片中任何一个滤光特性具有不同滤光特性的第四彩色滤光片，

所述至少三个透镜系统，包括与所述第四彩色滤光片对应附加的第四透镜系统，

所述光检测部，包括接收透过所述第四滤光片和第四透镜系统的光的第四光检测器，

所述第四光检测器，具有以二维排列的光检测元件阵列，输出与每个光检测元件接收的光强度对应的电信号。

16.根据权利要求14或15所述的摄像装置，其中

所述第一至第四彩色滤光片，并列在被第一平面上的正交轴分割的四个象限中，

所述第一至第四透镜系统，并列在被与所述第一平面平行的第二平面上的正交轴分割的四个象限中，

所述第一至第四光检测器，并列在被与所述第一平面平行的第三平面上的正交轴分割的四个象限中。

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